JP2013243335A - 対象物洗浄システム及び対象物洗浄方法 - Google Patents

Abstract

【課題】水蒸気を生成する際に要する電力を低減させつつ、洗浄能力を向上させる水蒸気を用いた洗浄システムの提供。
【解決手段】流体を噴射して対象物を洗浄するシステム１００であって、流体の少なくとも一部を構成する水蒸気を供給する水蒸気供給手段Ａと、流体を対象物に対して噴射するためのノズル１４１と、水蒸気供給手段Ａから供給された水蒸気をノズル１４１に導入するための配管と、水蒸気供給手段Ａの出口からノズル１４１の出口に至るまでの水蒸気流路における水蒸気の流れを、当該水蒸気流路におけるいずれかの箇所にて間欠又は反復的に強弱変化させる水蒸気流間欠手段１３１とを有する。
【選択図】図１

Description

本発明は、半導体製造装置、ＬＥＤ製造装置、太陽電池製造装置、液晶製造装置、プリント基板製造装置及びその他洗浄装置の分野において利用可能な、高い洗浄能力を実現しつつ電力消費量が削減可能な技術に関する。

半導体装置・液晶・磁気ディスク・プリント基板等の製造工程は、これらの対象物の表面にレジストを塗布する工程と、リソグラフィ、エッチング又はイオン注入等を用いて対象物表面にパターン形成等の精密加工を施す工程と、を含む。その後、これらの対象物の表面に被着しているレジスト膜やポリマ残渣等の不用物を除去する工程が行なわれる。従来からあるレジスト膜等不用物の除去技術としては、酸素プラズマによりレジスト膜を灰化除去するプラズマアッシング方法、有機溶媒（フェノール系・ハロゲン系・アミン系など溶媒）で膜体を加熱溶解除去させる方法、濃硫酸・過酸化水素による加熱溶解方法等がある。しかしながら、上述のいずれの方法にあっても、レジスト膜等を分解し溶解するための時間やエネルギー及び化学材料が必要であり、レジスト膜等を分解除去する工程での負担は大きい。加えて、最先端の半導体デバイスにおいてはプラズマによるプラズマダメージ、紫外線光ダメージがデバイスの性能に悪影響を与えることから代替技術が求められている。そして、付帯設備と制御装置が複雑となり大型化やコスト高等の問題点があったり、また、大量の薬液・高温薬液制御・廃液・排水等の多くの付帯設備及び環境対策が必要となる等の問題が生じ、今後研究開発や設備投資を検討するための対象物処理装置としては消極的にならざるを得ないものであった。そのため、レジスト膜等の不用物を除去する技術を含んで精密表面を処理する技術分野においては、プラズマ、化学物質や化学的処理を用いる従来の技術から脱却し、地球や環境に優しい技術として、自然界に豊富にある水や水蒸気を用いる方式に大いに注目して、これを利用し発展させたいという期待がある。

そこで、特許文献１では、薬剤等ではなく水や水蒸気を用いて対象物を処理する手法が提案されている。具体的には、処理対象面を有する対象物に対して、剥離／洗浄／加工のいずれかを含む処理を行うための対象物処理装置であって、対象物を載置するステージ部と、純水を所定値に加圧して下流に供給する加圧水供給部と、純水を加熱して水蒸気を発生させ下流に供給する水蒸気供給部と、加圧水供給部からの純水と水蒸気供給部からの水蒸気とを混合して対象処理面に噴出するノズル部とを具備しており、ノズル部は、水蒸気供給部からの第１の噴出口と加圧水供給部からの第２の噴出口とを備え、第１の噴出口は、ノズル部の噴出口に対して第２の噴出口よりも上流側に設けられており、第２の噴出口は、ノズル部の側壁に設けられていることを特徴とする対象物処理装置が提案されている。

特開２００９−２６０３６８

しかしながら、特許文献１に係る技術では、洗浄能力が不十分であるという課題がある。更に、特許文献１に係る技術では、水蒸気を用いているが、水蒸気を生成する際に要する電力が大きく、洗浄の際に多量の電力を消費してしまうといった課題がある。

第一の発明（システム）は、流体を噴射して対象物を洗浄するシステムであって、
流体の少なくとも一部を構成する水蒸気を供給する水蒸気供給手段と、
流体を対象物に対して噴射するためのノズルと、
水蒸気供給手段から供給された水蒸気をノズルに導入するための配管と、
水蒸気供給手段の出口からノズルの出口に至るまでの水蒸気流路における水蒸気の流れを、当該水蒸気流路におけるいずれかの箇所にて間欠又は反復的に強弱変化させる水蒸気流間欠手段と
を有するシステムである。

ここで、水蒸気流間欠手段は、
水蒸気流路を流体導通可能状態とする開位置と、水蒸気流路を流体導通不能状態とするか又は前記流体導通可能状態と比較して流体導通が困難となる流体導通困難状態とする閉位置と、に変位可能な開閉部材、及び
当該開閉部材を変位させる駆動手段
を有していてもよい。

更に、流体の少なくとも一部を構成する液体を供給する液体供給手段と、
液体供給手段から供給された液体をノズルに導入するための配管と
を有していてもよい。

第一の発明（方法）は、流体を噴射して対象物を洗浄する方法であって、
流体の少なくとも一部を構成する水蒸気を生成する水蒸気生成工程と、
水蒸気生成工程で生成された水蒸気を少なくとも含む流体を対象物に噴射する流体噴射工程と、
水蒸気生成工程から流体噴射工程に至るまでに水蒸気が流れる水蒸気流路のいずれかの箇所にて、水蒸気の流れを間欠又は反復的に強弱変化させる水蒸気流間欠工程と
を有する方法である。

ここで、流体が、液体と水蒸気との混相流であってもよい。

第二の発明（システム）は、流体を噴射して対象物を洗浄するシステムであって、
流体の少なくとも一部を構成する液体を供給する液体供給手段と、
流体を対象物に対して噴射するためのノズルと、
液体供給手段から供給された液体をノズルに導入するための配管と、
液体供給手段の出口からノズルの出口に至るまでの液体流路における液体の流れを、当該液体流路におけるいずれかの箇所にて間欠又は反復的に強弱変化させる液流間欠手段と
を有するシステムである。

ここで、液流間欠手段は、
液体流路を流体導通可能状態とする開位置と、液体流路を流体導通不能状態とする又は前記流体導通可能状態と比較して流体導通が困難となる流体導通困難状態とする閉位置とに変位可能な開閉部材、及び
当該開閉部材を変位させる駆動手段
を有していてもよい。

更に、流体の少なくとも一部を構成する水蒸気を供給する水蒸気供給手段と、
水蒸気供給手段から供給された水蒸気をノズルに導入するための配管と
を有していてもよい。

第二の発明（方法）は、流体を噴射して対象物を洗浄する方法であって、
流体の少なくとも一部を構成する液体を生成する液体生成工程と、
液体生成工程で生成された液体を少なくとも含む流体を対象物に噴射する流体噴射工程と、
液体生成工程から流体噴射工程に至るまでに液体が流れる液体流路のいずれかの箇所にて、液体の流れを間欠又は反復的に強弱変化させる液流間欠工程と
を有する方法である。

ここで、流体が、液体と水蒸気との混相流であってもよい。

第三の発明（システム）は、液体と水蒸気とを少なくとも含む混相流を噴射して対象物を洗浄するシステムであって、
水蒸気を供給する水蒸気供給手段と、
液体を供給する液体供給手段と、
混相流を対象物に対して噴射するためのノズルと、
水蒸気供給手段から供給された水蒸気をノズルに導入するための配管と、
液体供給手段から供給された液体をノズルに導入するための配管と、
水蒸気供給手段の出口からノズルの出口に至るまでの水蒸気流路における水蒸気の流れを、当該水蒸気流路におけるいずれかの箇所にて間欠又は反復的に強弱変化させる水蒸気流間欠手段と、
液体供給手段の出口からノズルの出口に至るまでの液体流路における液体の流れを、当該液体流路におけるいずれかの箇所にて間欠又は反復的に強弱変化させる液流間欠手段と
を有するシステムである。

ここで、水蒸気流間欠手段は、
水蒸気流路を流体導通可能状態とする開位置と、水蒸気流路を流体導通不能状態とするか又は前記流体導通可能状態と比較して流体導通が困難となる流体導通困難状態とする閉位置と、に変位可能な開閉部材、及び
当該開閉部材を変位させる駆動手段
を有していてもよい。

更に、液流間欠手段は、
液体流路を流体導通可能状態とする開位置と、液体流路を流体導通不能状態とする又は前記流体導通可能状態と比較して流体導通が困難となる流体導通困難状態とする閉位置とに変位可能な開閉部材、及び
当該開閉部材を変位させる駆動手段
を有していてもよい。

また、水蒸気流間欠手段及び液流間欠手段が、水蒸気の間欠又は反復的な強弱変化と液体の間欠又は反復的な強弱変化とを同期させるための同期機構を有しているか、或いは、水蒸気の間欠又は反復的な強弱変化と液体の間欠又は反復的な強弱変化とを同期させるための同期制御手段を有していてもよい。

第三の発明（方法）は、混相流を噴射して対象物を洗浄する方法であって、
水蒸気を生成する水蒸気生成工程と、
液体を供給する液体生成工程と、
混相流を対象物に噴射する流体噴射工程と、
水蒸気生成工程から流体噴射工程に至るまでに水蒸気が流れる水蒸気流路のいずれかの箇所にて、水蒸気の流れを間欠又は反復的に強弱変化させる水蒸気流間欠工程と、
液体生成工程から流体噴射工程に至るまでに液体が流れる液体流路のいずれかの箇所にて、液体の流れを間欠又は繰り返し強弱変化させる液流間欠工程と
を有する方法である。

また、水蒸気流間欠工程及び液流間欠工程が、水蒸気の間欠又は反復的な強弱変化と液体の間欠又は反復的な強弱変化とを同期させる工程を有していてもよい。

以下、本明細書における各用語の意義について説明する。まず、「混相流」とは、気相としての水蒸気と、液相と、を含む流体を指す。ここで、気相としては、水蒸気のみであっても水蒸気の他に水蒸気以外の他の気体（例えば、不活性ガス、活性ガス、酸素、空気）を含んでいるものであってもよい。また、液相としては、水（例えば、イオン交換水、純水、超純水等）、薬液、薬液を含有する水等を挙げることができる。尚、混相流の一例としては、例えば、１）飽和水蒸気と沸点以下の純水液滴、２）過熱水蒸気と沸点以下の純水液滴、３）前記１）又は２）に更に不活性ガス又は清浄高圧空気を組み合わせたもの、を挙げることができる。また、「対象物」とは、特に限定されず、例えば、電子部品、半導体基板、ＬＥＤ基板、太陽電池基板、プリント基板、ガラス基板、レンズ、ディスク部材、精密機械加工部材、モールド樹脂部材を挙げることができる。「水」とは、半導体装置製造の洗浄工程等、対象物上での微小異物や金属イオン等の汚染が気になる用途には、イオン交換水、純水又は超純水として使用されている程度の特性の水を指し、対象物上での微小異物や金属イオンなどの汚染が気にならない用途には、更にグレードの低い水道水まで包含される。「システム」とは、各構成要素を一体的に収納している「装置」のみならず、各構成要素が物理的に離隔した位置に配されていたり（例えばプラント）、各構成要素同士が情報伝達可能に接続されていない場合も、請求の範囲に規定された機能を有する構成要素を全体として備えている限り、当該システムに該当する。「反復的」とは、同じことを何度も繰り返すことを指す。

本発明は、水蒸気（又は水蒸気と液体とを少なくとも含む混相流）を間欠噴射又は反復的に強弱噴射することにより、従来の連続噴射に比べ洗浄力が格段に向上するという効果を奏する。また、本発明は、従来の連続噴射に比べ水蒸気の消費量を大幅に削減でき、それに伴って消費電力の大幅な削減が可能となるという効果を奏する。更に、本発明は、従来の連続噴射に比べ、必要とする水蒸気発生装置の規模を抑えることができ、洗浄システム自体の製品価格を下げることが可能となるという効果を奏する。

図１は、本発明の一形態に係る対象物洗浄システムの全体構成である。 図２は、本発明の一形態に係る間欠供給部（Ｃ）｛特に水蒸気流間欠機構１３１｝の一例である。 図３は、本発明の一形態の変更例に係る間欠供給部（Ｃ）｛特に水蒸気流間欠機構１３１｝の一例である。 図４は、本発明の一形態に係る気液混合部の一例である。 図５は、本発明の一形態の変更例に係る噴射ノズルの一例である。 図６は、本発明の別形態に係る対象物洗浄システムの全体構成である。 図７は、本発明の別形態の変更例に係る、気液混合部も兼ねた、水蒸気／水一体型間欠供給部（Ｃ）の一例である。 図８は、例３及び例４〜例６での、水蒸気圧（水蒸気間欠手段の下流における水蒸気圧）のタイミングチャートである。 図９は、本発明の実施例における、レジスト剥離試験の結果を示した図（写真）である。 図１０は、本発明の一形態に係る水蒸気供給部（Ａ）｛特に蒸気発生器１１２｝の一例である。

以下、本発明の一形態を説明する。尚、本発明の技術的範囲は当該形態には限定されない。尚、本発明で使用する流体は、対象物を洗浄する流体として水蒸気単独でも液体と水蒸気とを少なくとも含む混相流のいずれでもよい。但し、以下の形態では、水と水蒸気との混相流を用いた形態を例示する。

≪装置の全体構成≫
以下、図１を参照しながら、本形態に係る対象物洗浄装置１００の全体構成を説明する。本装置１００は、水蒸気供給部（Ａ）、純水供給部（Ｂ）、間欠供給部（Ｃ）、混相流噴射部（Ｄ）、ウェハ保持・回転・上下機構部（Ｅ）を有する構成である。尚、図１には示していないが、本形態に係る対象物洗浄装置１００は、水蒸気流体の温度や飽和水蒸気の湿り度を調整するための水蒸気流体温度制御機構付加熱部を、水蒸気供給部（Ａ）から混相流噴射部（Ｄ）までのいずれかの箇所（例えば配管の途中）に備えていてもよい。以下、各部を詳述する。

＜（Ａ）水蒸気供給部＞
水蒸気供給部（Ａ）は、純水を供給するための水供給管１１１と、所定温度Ｄ１（℃）以上に加温して水蒸気を発生させ、水蒸気の発生量を制御して水蒸気を所定値Ｃ１（ＭＰ）に加圧する蒸気発生器１１２と、蒸気の供給及びその停止を司る開閉可能な水蒸気開閉バルブ１１３と、蒸気発生器１１２から下流に供給される水蒸気の圧力を計測するための圧力計１１４と、蒸気供給圧力を所望の値に調整するための水蒸気圧力調整バルブ１１５と、供給水蒸気内の微小液滴量を調整する温度制御機構付き加熱蒸気生成器兼飽和蒸気湿り度調整器１１６と、安全装置としての圧力開放バルブ１１７と、から構成される。

ここで、図１０を参照しながら、本形態に係る蒸気発生器の具体的な構成例を説明する。本形態に係る蒸気発生器は、蒸気発生器内の水位を測定するレベルセンサーや、水供給管から供給される水を加熱するヒーターを備え、水供給管を介してポンプと接続されている。蒸気発生器では、蒸気発生器に導入されている水をヒーターにより所定の温度（設定された圧力に対応する温度）まで加熱し、当該所定の温度に到達した段階で、ヒーターの加熱を一時休止する。ここで、水が加熱されることによって蒸気発生器内には水蒸気が発生するが、当該水蒸気を蒸気発生器の外部へ取り出すと、水の一部が更に水蒸気化することで蒸気発生器内の水位が低下していく。当該水位が予め設定された基準まで下がった場合には、水供給管を介してポンプから蒸気発生器へと水（例えば常温水）が供給される。この際、蒸気発生器内の水の温度及び蒸気発生器内の圧力が低下するため、蒸気発生器内の水が所定の温度（設定された圧力に対応する温度）となるまでヒーターによる再加熱を行う。このように、蒸気発生器から水蒸気を連続的に取り出す場合、水蒸気を発生させるためのヒーターの稼働率は、消費される水蒸気の量（新たに必要となる水の量）に大きく影響を受ける。従って、対象物洗浄装置による連続的な洗浄においては、効率の良い洗浄を行い水蒸気の消費量を減少させることで、多量の電力を消費するヒーターの稼働率を抑制することが可能となり、対象物洗浄装置全体の消費電力を抑制することが出来る。

＜（Ｂ）純水供給部＞
純水供給部（Ｂ）は、純水を供給するための水供給管１２１と、純水に熱エネルギーを持たせるための純水温度制御機構付加熱部１２２と、純水の供給の停止及び再開を司る純水開閉バルブ１２３と、純水の流量を確認するための純水流量計１２４と、２流体の場合に下流への純水の供給の停止及び再開を司る２流体生成用純水開閉バルブ１２５と、から構成される。

＜（Ｃ）間欠供給部＞
間欠供給部（Ｃ）は、水蒸気の流れを反復的に間欠させる水蒸気流間欠機構１３１を有している。ここで、図２を参照しながら、本形態に係る水蒸気流間欠機構１３１を説明する。水蒸気流間欠機構１３１は、配管を介して水蒸気供給部（Ａ）から導かれた水蒸気を導入（図２に示す右矢印方向）する導入口１３１ａと；混相流噴射部（Ｄ）側に水蒸気を排出（図２に示す下矢印方向）する排出口１３１ｂと；水蒸気流路を流体導通可能状態とする開位置と水蒸気流路を流体導通不能状態とする閉位置とに変位可能（図２に示す両矢印方向に変位可能）な開閉シール１３１ｃと；開閉シール１３１ｃを一端にて固定し、摺動溝を有するクランクアームを他端にて固定したシャフト１３１ｄと；クランクアームの摺動溝内に貫入するクランクピンを一端に有し、クランクヘッドに設けられた偏心ピンが他端にて貫入したクランク１３１ｅと；偏心ピンを有し、モータＭにより回転可能なクランクヘッド１３１ｆと；を有する。尚、図２ではモータは機構と別体として記載されているが、モータＭの回転軸はクランクヘッド１３１ｆに嵌合している。そして、図２に示すように、開閉シール１３１ｃが左に位置している状況下では、水蒸気流路が開閉シール１３１ｃにより塞がれる結果、混相流噴射部（Ｄ）側への水蒸気の供給がストップする。他方、開閉シール１３１ｃが右に位置している状況下では、水蒸気流路が開閉シール１３１ｃにより塞がれない結果、混相流噴射部（Ｄ）側への水蒸気の供給が行われる。このような構成下、モータＭを回転させることにより、開閉シール１３１ｃが左右方向に繰り返し移動することにより、混相流噴射部（Ｄ）側への間欠的な水蒸気の供給が可能となる。

また、図３を参照しながら、本形態に係る間欠供給部（Ｃ）の別例を説明する。尚、図３（ａ）は、水蒸気流間欠機構１３１の部分断面図であり、図３（ｂ）は、当該機構の作動図である。尚、図３（ｂ）は、作動状態を示す概念図であり、図３（ａ）とは必ずしも整合していないことを付言する。まず、図３（ａ）に示すように、水蒸気流間欠機構１３１は、配管を介して水蒸気供給部（Ａ）から導かれた水蒸気を導入｛図３（ａ）に示す、上に示された下矢印方向｝する導入口１３１ｇと；混相流噴射部（Ｄ）側に水蒸気を排出｛図３（ａ）に示す、下に示された下矢印方向｝する排出口１３１ｈと；モータＭにより回転可能で、回転軸に対し垂直な貫通孔１３１ｉ−１を有し、水蒸気流路を流体導通可能状態とする開位置と水蒸気流路を流体導通不能状態とする閉位置とに変位可能なロータリーシャフト１３１ｉと；を有する。尚、図３（ｂ）に示すように、ロータリーシャフト１３１ｉの回転を担保するため、ロータリーシャフト１３１ｉの外周と当該ロータリーシャフト１３１ｉを収容する収容部１３１ｊとの間には隙間が設けられており、当該隙間を介して閉位置でも若干の水蒸気が下流に流れてしまう。このような場合も、本形態にいう「閉位置」に該当する。そして、図３（ｂ）（１）に示すように、ロータリーシャフト１３１ｉの有する貫通孔１３１ｉ−１が、導入口１３１ｇと排出口１３１ｈとを結ぶ導線に沿わない状況下では、水蒸気流路がロータリーシャフト１３１ｉにより塞がれる結果、混相流噴射部（Ｄ）側への水蒸気の供給がストップする。他方、図３（ｂ）（２）に示すように、ロータリーシャフト１３１ｉの有する貫通孔１３１ｉ−１が、導入口１３１ｇと排出口１３１ｈを結ぶ導線に沿っている状況下では、水蒸気流路がロータリーシャフト１３１ｉにより塞がれない結果、混相流噴射部（Ｄ）側への水蒸気の供給が行われる。このような構成下、モータを回転させることにより、ロータリーシャフト１３１ｉの有する貫通孔の向きが繰り返し回転することにより、混相流噴射部（Ｄ）側への間欠的な水蒸気の供給が可能となる。

＜（Ｄ）混相流噴射部＞
混相流噴射部（Ｄ）は、対象物に対して混相流を噴射するための、前後左右方向（図１のＸ軸ノズルスキャン範囲又はＹ軸ノズルスキャン範囲）に移動可能な噴射ノズル１４１と、ノズルの移動を円滑に行うためのするためのフレキシブル配管１４２と、混相流のノズル直前の圧力を計測するための圧力計１４３と、純水を蒸気配管に対して壁面に水膜を形成するように導入する気液混合部１４４と、純水が気体配管内に円滑に導入されるためのオリフィス１４５から構成される。

ここで、図４は、温度制御機能を有する気液混合部１４４の例（３パターン）を示した図である。混合部１４４においては、混合部内壁で水蒸気の液化や水の気化という相変化現象の発生を最小化することが重要である。

尚、本形態に係るシステムは、気液混合部と噴射ノズルとを別体としたものを例示したが、これには限定されない。例えば、図５に示すように、本形態の変更例に係る噴射ノズルは、気液混合部と噴射ノズルとが一体化したものである。当該例では、ノズル内にて水蒸気と水とが混合され、ノズル出口から水蒸気と水とからなる混相流が噴射されることになる。特に、図５に示されるような超高速ノズルを用いることが好適である。具体的には、当該超高速ノズルは、内壁面の一部が開口した水導入部１４４ａを有している。そして、当該超高速ノズルは、ノズル上流側からノズル出口へと向かうに従って断面積が小さくなり、更に、最小断面積となるのど部を境に、断面積が大きくなっていく末広構造を有する。尚、本形態に係る間欠又は反復的な強弱変化は、この超高速ノズルとの組み合わせにおいて特に効果がある。尚、ノズルの断面積形状は、円形、楕円形、多角形（例えば矩形）であってもよい。

＜（Ｅ）ウェハ保持・回転・上下機構部＞
ウェハ保持・回転・上下機構部（Ｅ）は、対象物（ウェハ）を搭載・保持可能なステージ１５１と、ステージ１５１を回転させるための回転モータ１５２と、ステージ１５１を上下方向に移動させることによりノズル１４１の出口とウェハとの距離を調整可能なウェハ上下駆動機構１５３と、対象物（ウェハ）を冷却する冷却水を供給するための冷却水管１５４と、冷却水の供給を停止及び再開するための開閉可能な冷却水開閉バルブ１５５と、冷却水の流量を調整するための冷却水流量調整バルブ１５６と、冷却水の流量を計測するための冷却水流量計１５７と、から構成される。

＜（イ）流体の温度＞
流体を構成する水蒸気や液体（例えば水）の温度は、特に限定されないが、用途等に応じて適宜設定する。例えば、ノズル内に供給する水蒸気の温度は、特に限定されないが、１００〜１６０℃が好適であり、１００〜１４５℃がより好適であり、１００〜１３０℃が更に好適である。また、前記水蒸気に対して混合する水の温度は、特に限定されないが、１０〜８０℃が好適であり、１５〜６０℃がより好適であり、２０〜４０℃が更に好適である。

＜（ハ）流体の間欠の周期＞
流体の間欠（又は強弱変化）の周期は、特に限定されないが、通常の適応値は５〜１００Ｈｚの範囲であり、１０〜２０Ｈｚの範囲が好適である。

＜（ニ）その他パラメータ＞
ここでは、好適例として述べた超高速ノズルを用いた場合を例に採り、その他パラメータを説明する。このノズルを用いることにより、流体の流速が変わり衝撃波の大きさも変わる。原則として、流速の大きなノズルを使うと衝撃波を得やすくなる。また、水蒸気と水滴を含む混相流を超高速ノズルを用いて噴射することにより、水蒸気の圧力と、水滴の速度及び径との関係で、特殊な挙動が観測される。水蒸気圧は、０．０５〜０．５ＭＰａであれば特に限定されないが、特に、水蒸気圧が０．１５ＭＰａ以上の条件では、水蒸気と水滴の混相流は、空気と水滴の混相流と大きく異なる挙動を示す。次に、ノズル出口から対象物への距離に関しては、特に限定されないが、通常の適応値は２〜３０ｍｍの範囲（最適範囲２〜１０ｍｍ）であり、５ｍｍ以下が好適である。ノズルの出口からウェハまでの距離を縮めていけば同様にレジスト剥離性能が向上するが、最適距離が存在し近づきすぎると剥離性能が低下する。逆に剥離性能・洗浄性能を抑えたい場合は最適距離から遠ざけていけばよい。

その他、特に高い衝撃力を得ようとする場合、液滴が対象物に衝突する際に、周囲が水蒸気で覆われていることが重要である。ここで、水蒸気の流量は、特に限定されないが、水蒸気の質量流量で５〜５０ｋｇ／時（ノズル一本当たり）、また、気液混合比（液／気）は、０．０００１〜０．０１（体積比：ノズル一本当たり）が好適である。液滴径（最尤値）は、２〜２５μｍが好適である。液滴径は、大きくなれば表面積が小さくなるので、大気中の二酸化炭素を取り込む量が少なくなるため、酸性に偏りにくくなる。尚、液滴径はＴＳＩ社製の機器を用いて、ＰＤＡ（Ｐｈａｓｅ
Ｄｏｐｐｌｅｒ Ａｎｅｍｏｍｅｔｒｙ：位相ドップラ法）により、特段記載がない場合には、ノズル出口から５ｍｍの位置で測定するものとする。

水が壁面に水膜を形成するようにするため、水を混相流に混合する際には、例えば、水に対してかける圧力を、水蒸気の圧力により水が逆流しない程度とすることが好適である。水に対してかける圧力は、特に限定されないが、例えば、導入水蒸気圧力以上であって、水が噴射されない程度の圧力をかければ導入することができる。より具体的には、水導入の圧力は次式を満たしていることが望ましい。（水蒸気の圧力＋０．０２ＭＰａ）＜（水導入の圧力）＜（水蒸気の圧力＋１．０ＭＰａ）水導入の圧力が低すぎると、水は脈流で導入され、流体の特性が不安定になる。また、圧力が高すぎると、ノズル直径方向の中心部まで水が飛散するようになり、一様な水膜の形成が困難になるとともに、蒸気の加速も阻害される。また、噴射方向に加圧しないことが、壁面で水膜を形成するという観点から好適であり、水蒸気の進行方向に対して垂直方向から供給することが更に好適である。

尚、水蒸気を間欠又は反復的に強弱変化する限り、装置構成は特に問わない。例えば、図６は、本発明の別形態に係る対象物洗浄システムの全体構成である。図６に示すように、液体流路側にも、水蒸気間欠手段と同じように、液体間欠手段１６１を設けてもよい。液体間欠手段の機構又は制御は、水蒸気間欠手段と同様の手法でもよい。この場合、水蒸気の間欠（又は強弱）と液体の間欠（又は強弱）とを同期させることが好適である。同期させる手法としては、制御的に同期させる手法の他、例えば、図７に示すように、機構的に同期させる手法でもよい。図７は、開位置の場合には水蒸気流路と液体流路のいずれもが流体導通可能状態となる一方、閉位置の場合には水蒸気流路と液体流路のいずれもが流体導通不能（又は困難）状態となる。結果、水蒸気と液体との同期が達成される。また、本形態では、混相流になる前に水蒸気（又は水蒸気＋液体）を間欠（又は強弱）させる構成のみを開示したが、混相流を間欠（又は強弱）させる構成であってもよい。

≪試験板の作製≫
サファイア表面にポジ型レジスト（東京応化製、ＴＯＫ ＴＨＭＲ―ｉＰ５７２０ＨＰ １３ＣＰ）を塗布し乾燥させることにより、以下のレジスト剥離試験に付される試験板（膜厚：１．７μｍ）を作成した。プリベークは１６０℃で５分間行った。

≪試験条件≫
水蒸気間欠手段として図３に示す機構を用い、また、混相流噴射部として超高速ノズル（図５参照）を用いた。水蒸気の間欠周期（周波数）は表１に示した条件で、それ以外は下記条件とした。尚、図８は、例３及び例４〜例６での、水蒸気圧（水蒸気間欠手段下流における水蒸気圧）のタイミングチャートである（図中、縦軸が水蒸気圧、横軸が１０ｍｓである）。尚、下記に示した水蒸気流量は、０Ｈｚ時（例１）のものであり、当該水蒸気流量下にて、例２〜例６の周波数で間欠させた。
水蒸気の圧力：０．２ＭＰａ
水蒸気流量（０Ｈｚ）：３２kg/hr
水蒸気の温度：１３０℃
純水の温度：２３℃
純水の流量：３００ｍｌ／ｍｉｎ
ＧＡＰ：５ｍｍ
ノズルスキャン：１５ｍｍ／ｓｅｃ

≪試験結果１：レジスト剥離結果≫
図９は、例１〜例６でのレジスト剥離結果の様子を示した図（写真）である。当該図から分かるように、間欠させた場合（例２〜例６）の方が間欠させない場合（例１）と対比してレジスト剥離効果が顕著である。尚、図９（ａ）〜（ｆ）が、例１〜６にそれぞれ対応した図である。

≪試験結果２：削減率評価結果≫
例１（間欠させない場合）並びに例３及び例５（間欠させた場合）と同一条件で、１１分間混相流を噴射した場合における、水蒸気消費量と削減率を評価した。その結果を表２に示す。

≪試験結果３：多連ノズルでの削減率評価結果≫
例１（間欠させない場合）並びに例３〜例６（間欠させた場合）と同一条件で、但し、１１分間混相流を噴射し且つ多連ノズル（８連ノズル）を用いた場合における、水蒸気消費量と削減率を評価した。合わせて、ヒーターの水蒸気発生効率を１００％と仮定した場合の消費電力の計算を行った。その結果を表３に示す。

本発明は、強度の大きい材料から強度の小さい材料まで、極めて広範囲な対象物に亘り様々な加工についてその適用が可能である。例えば、半導体デバイス、液晶、磁気ヘッド、ディスク、プリント基板、カメラ等のレンズ、精密機械加工部品、モールド樹脂製品等についての不用物除去・洗浄・磨き等の処理や、シリコンプロセス技術を用いたマイクロ構造体、モールド加工等の分野におけるバリ取り処理等にも、本発明を活用することができる。更に、本発明はとりわけ化学薬品を嫌う材料の処理には好適である。

Claims (3)

1. 流体を噴射して対象物を洗浄するシステムであって、
   流体の少なくとも一部を構成する水蒸気を供給する手段であって、電力により水を水蒸気にする水蒸気供給手段と、
   流体の少なくとも一部を構成する液体を供給する液体供給手段と、
   流体を対象物に対して噴射するためのノズルと、
   水蒸気供給手段から供給された水蒸気をノズルに導入するための配管と、
   液体供給手段から供給された液体をノズルに導入するための配管と、
   水蒸気供給手段の出口からノズルの出口に至るまでの水蒸気流路における水蒸気の流れを、当該水蒸気流路におけるいずれかの箇所にて間欠又は反復的に強弱変化させる水蒸気流間欠手段と
   を有するシステム。
2. 水蒸気流間欠手段は、
   水蒸気流路を流体導通可能状態とする開位置と、水蒸気流路を流体導通不能状態とするか又は前記流体導通可能状態と比較して流体導通が困難となる流体導通困難状態とする閉位置と、に変位可能な開閉部材、及び
   当該開閉部材を変位させる駆動手段
   を有する、請求項１記載のシステム。
3. 液体と水蒸気との混相流である流体を噴射して対象物を洗浄する方法であって、
   流体の少なくとも一部を構成する水蒸気を生成する工程であって、電力により水を水蒸気にする水蒸気生成工程と、
   水蒸気生成工程で生成された水蒸気を少なくとも含む流体を対象物に噴射する流体噴射工程と、
   水蒸気生成工程から流体噴射工程に至るまでに水蒸気が流れる水蒸気流路のいずれかの箇所にて、水蒸気の流れを間欠又は反復的に強弱変化させる水蒸気流間欠工程と
   を有する方法。