JP5757003B1 - 液滴噴射流生成装置及び液滴噴射流生成方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】 従来よりも液滴を微細に生成することによって対象物を傷めることなく、かつ、高い洗浄能力を有する装置及び方法を提供することを目的とする。【解決手段】 流路内又は流路外部における水蒸気の気流と気体の気流との混合を通じて、水蒸気を凝縮させて液滴噴射流が形成され得るように構成した。【選択図】 図１
Description
本発明は、対象物の所定部位又は所定面を洗浄する分野において利用可能な、高い洗浄能力を実現可能な技術に関する。
近年、例えば、レジスト膜等の不用物を除去する技術分野においては、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。
例えば、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、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備える対象物処理装置が提案されている。
しかしながら、上記特許文献１に記載された技術では、純水と水蒸気とを混合して対象物に噴射し対象物表面上でキャビテーションを発生させて高い洗浄力を得ているが、対象物の構造が弱い場合などには対象物を傷めてしまうという可能性がある。キャビテーションの効力を弱めようとした場合に噴射される液滴の運動エネルギーを減少させる必要があり、原理的には液滴の速度および質量(液滴径)を小さくする必要がある。液滴速度は可変に制御できるが、液滴径を小さくすることは非常に困難であり、液滴の速度を遅くした対象物を傷めない条件では洗浄能力が不十分で対象物の汚れが十分に除去できないという可能性がある。
そこで、本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、対象物を傷めることなく、かつ、高い洗浄能力を有する装置を提供することを目的とする。
上記課題を解決するために、本発明の液滴噴射流生成装置は、水蒸気の気流と気体の気流との混合を通じ、水蒸気を凝縮させて液滴噴射流が形成され得るように構成されていることを特徴とする。具体的には、本発明は以下の通りである。
本発明は、液滴噴射流生成装置であって、
流体導通可能な流路と、
水蒸気の気流を前記流路内に供給する水蒸気供給手段と、
気体の気流を前記流路内に供給する気体供給手段と、
を備え、
前記流路内には、前記水蒸気の気流に対して、前記水蒸気の気流の方向とは異なる方向から前記気体の気流を衝突させることによって前記気流同士を混合させる衝突混合部が存在しており、
前記流路内における前記気流同士の衝突混合を通じ、前記水蒸気を凝縮させて前記液滴噴射流が形成され得るように構成されていることを特徴とする装置である。
また、本発明は、
液滴噴射流生成装置であって、
流体導通可能な、第１噴射口を有する第１流路と、
流体導通可能な、第２噴射口を有する第２流路と、
水蒸気の気流を前記第１流路内に供給する水蒸気供給手段と、
気体の気流を前記第２流路内に供給する気体供給手段と、
を備え、
前記第１噴射口及び前記第２噴射口は、前記第２噴射口側及び前記第１噴射口側にそれぞれ内向きにした状態にて、分離配置されており、
前記第１噴射口及び前記第２噴射口を介して前記第１流路及び前記第２流路外に噴射された前記気流同士の衝突混合を通じ、前記水蒸気を凝縮させて前記液滴噴射流が形成され得るように構成されていることを特徴とする装置である。
なお、前記各気流の温度、圧力及び流量を調整し得る凝縮調整手段を備えてもよい。
また、液滴の平均粒径（Ｄ５０）が２０μｍ以下を有する液滴噴射流生成用であってもよい。
ここで、本発明は、液滴噴射流生成方法であって、
水蒸気の気流を流路内に供給する水蒸気供給工程と、
気体の気流を流路内に供給する気体供給工程と、
前記流路内において、前記水蒸気の気流に対して、前記水蒸気の気流の方向とは異なる方向から前記気体の気流を衝突させることによって前記気流同士の衝突混合を通じ、前記水蒸気を凝縮させて前記液滴噴射流が形成され得る工程と、
を含むことを特徴とする方法であってもよい。
また、本発明は、液滴噴射流生成方法であって、
水蒸気の気流を、第１噴射口を有する第1流路内に供給する水蒸気供給工程と、
気体の気流を、第２噴射口を有する第２流路内に供給する気体供給工程と、
前記第１噴射口及び前記第２噴射口は、前記第２噴射口側及び前記第１噴射口側にそれぞれ内向きにした状態にて、分離配置されており、
前記第１噴射口及び前記第２噴射口を介して前記第１流路及び前記第２流路外に噴射された前記気流同士の衝突混合を通じ、前記水蒸気を凝縮させて前記液滴噴射流が形成され得る工程と、
を含むことを特徴とする方法であってもよい。
また、前記気体は、空気、窒素、酸素、二酸化炭素、塩素、フッ素、アンモニア及び希ガスから選択される一種以上であってもよい。
また、液滴の平均粒径（Ｄ５０）が２０μｍ以下であることを特徴としてもよい。
流体導通可能な流路と、
水蒸気の気流を前記流路内に供給する水蒸気供給手段と、
気体の気流を前記流路内に供給する気体供給手段と、
を備え、
前記流路内には、前記水蒸気の気流に対して、前記水蒸気の気流の方向とは異なる方向から前記気体の気流を衝突させることによって前記気流同士を混合させる衝突混合部が存在しており、
前記流路内における前記気流同士の衝突混合を通じ、前記水蒸気を凝縮させて前記液滴噴射流が形成され得るように構成されていることを特徴とする装置である。
また、本発明は、
液滴噴射流生成装置であって、
流体導通可能な、第１噴射口を有する第１流路と、
流体導通可能な、第２噴射口を有する第２流路と、
水蒸気の気流を前記第１流路内に供給する水蒸気供給手段と、
気体の気流を前記第２流路内に供給する気体供給手段と、
を備え、
前記第１噴射口及び前記第２噴射口は、前記第２噴射口側及び前記第１噴射口側にそれぞれ内向きにした状態にて、分離配置されており、
前記第１噴射口及び前記第２噴射口を介して前記第１流路及び前記第２流路外に噴射された前記気流同士の衝突混合を通じ、前記水蒸気を凝縮させて前記液滴噴射流が形成され得るように構成されていることを特徴とする装置である。
なお、前記各気流の温度、圧力及び流量を調整し得る凝縮調整手段を備えてもよい。
また、液滴の平均粒径（Ｄ５０）が２０μｍ以下を有する液滴噴射流生成用であってもよい。
ここで、本発明は、液滴噴射流生成方法であって、
水蒸気の気流を流路内に供給する水蒸気供給工程と、
気体の気流を流路内に供給する気体供給工程と、
前記流路内において、前記水蒸気の気流に対して、前記水蒸気の気流の方向とは異なる方向から前記気体の気流を衝突させることによって前記気流同士の衝突混合を通じ、前記水蒸気を凝縮させて前記液滴噴射流が形成され得る工程と、
を含むことを特徴とする方法であってもよい。
また、本発明は、液滴噴射流生成方法であって、
水蒸気の気流を、第１噴射口を有する第1流路内に供給する水蒸気供給工程と、
気体の気流を、第２噴射口を有する第２流路内に供給する気体供給工程と、
前記第１噴射口及び前記第２噴射口は、前記第２噴射口側及び前記第１噴射口側にそれぞれ内向きにした状態にて、分離配置されており、
前記第１噴射口及び前記第２噴射口を介して前記第１流路及び前記第２流路外に噴射された前記気流同士の衝突混合を通じ、前記水蒸気を凝縮させて前記液滴噴射流が形成され得る工程と、
を含むことを特徴とする方法であってもよい。
また、前記気体は、空気、窒素、酸素、二酸化炭素、塩素、フッ素、アンモニア及び希ガスから選択される一種以上であってもよい。
また、液滴の平均粒径（Ｄ５０）が２０μｍ以下であることを特徴としてもよい。
本発明によれば、従来よりも液滴を微細に生成することができるため、対象物を傷めることなく、かつ、高い洗浄能力を有するという効果を奏する。
以下、本発明の実施形態について図面（写真）を参照しつつ説明する。尚、本発明の技術的範囲は当該実施形態には限定されない。尚、本発明で使用する生成過程における二相流体は、対象物を洗浄する流体として水蒸気と気体とを含む流体でよい。以下に気体と水蒸気との二相流体を用いた形態を例示する。
≪液滴噴射流生成装置の全体構成≫
以下、図１を参照しながら、本実施形態における液滴噴射流生成装置１（以下、単に洗浄装置１とする）の全体構成を説明する。
＜洗浄装置１＞
洗浄装置１は、水蒸気発生部２、水蒸気流体調整部３、水蒸気凝縮調整部４、液滴噴射部５を有する構成である。以下、各要素を詳述する。
以下、図１を参照しながら、本実施形態における液滴噴射流生成装置１（以下、単に洗浄装置１とする）の全体構成を説明する。
＜洗浄装置１＞
洗浄装置１は、水蒸気発生部２、水蒸気流体調整部３、水蒸気凝縮調整部４、液滴噴射部５を有する構成である。以下、各要素を詳述する。
＜水蒸気発生部２＞
水蒸気発生部２は、水を供給し、加熱する水加熱部２１と、水加熱部２１で所定温度Ｄ１℃以上に加温して発生させた水蒸気を貯蔵する飽和水蒸気貯蔵部２２と、飽和水蒸気を供給する流路（例えば、配管）２３と、から構成される。
水蒸気発生部２は、水を供給し、加熱する水加熱部２１と、水加熱部２１で所定温度Ｄ１℃以上に加温して発生させた水蒸気を貯蔵する飽和水蒸気貯蔵部２２と、飽和水蒸気を供給する流路（例えば、配管）２３と、から構成される。
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。
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、或いは、人体（例えば、手、足、頭、顔、皮膚）まで包含される。
＜水蒸気流体調整部３＞
水蒸気流体調整部３は、水蒸気発生部２から供給される飽和水蒸気を、例えば、加熱（例えば、２００℃）して過熱水蒸気を発生させる。過熱水蒸気とするのは、飽和水蒸気では大気圧に開放された際に１００℃以下まで低下してしまうため温度制御の幅が限定されるが、過熱水蒸気とした場合には１００℃以上の水蒸気を使用することができるためである。
水蒸気流体調整部３は、水蒸気発生部２から供給される飽和水蒸気を、例えば、加熱（例えば、２００℃）して過熱水蒸気を発生させる。過熱水蒸気とするのは、飽和水蒸気では大気圧に開放された際に１００℃以下まで低下してしまうため温度制御の幅が限定されるが、過熱水蒸気とした場合には１００℃以上の水蒸気を使用することができるためである。
＜水蒸気凝縮調整部４＞
水蒸気凝縮調整部４は、乾燥した気体（例えば、空気）の温度を設定・調整（例えば、ヒーターによる加熱、チラーによる冷却）し、気体（空気）の気流を供給するための気体供給部４１と、気体の流量を計測して調整するための流量計４２と、過熱水蒸気の圧力を計測して調整するための圧力計４３と、流路（例えば、配管）４４とから構成される。水蒸気凝縮調整部４は、水蒸気流体調整部３から供給される過熱水蒸気の気流と、気体（例えば、空気）の気流とが、流路４４における混合部４５で混合（混流）されて、過熱水蒸気が凝縮される。過熱水蒸気の一部が凝縮されると液滴が形成され得る。
水蒸気凝縮調整部４は、乾燥した気体（例えば、空気）の温度を設定・調整（例えば、ヒーターによる加熱、チラーによる冷却）し、気体（空気）の気流を供給するための気体供給部４１と、気体の流量を計測して調整するための流量計４２と、過熱水蒸気の圧力を計測して調整するための圧力計４３と、流路（例えば、配管）４４とから構成される。水蒸気凝縮調整部４は、水蒸気流体調整部３から供給される過熱水蒸気の気流と、気体（例えば、空気）の気流とが、流路４４における混合部４５で混合（混流）されて、過熱水蒸気が凝縮される。過熱水蒸気の一部が凝縮されると液滴が形成され得る。
気体とは、特に限定されず、例えば、空気、窒素、酸素、二酸化炭素、塩素、フッ素、アンモニア及び希ガスから選択される一種以上であればよい。
液滴とは、特に限定されず、例えば、不純物を含まない純水滴、薬液、薬液等の有効成分を含んだ水滴であってもよい。
＜液滴噴射部５＞
液滴噴射部５は、対象物に対して液滴を噴射するための、前後左右方向に移動可能な噴射ノズルである。ここで、ノズルは、例えば、超高速ノズルである。超高速ノズルとは、液滴を音速以上に加速可能なノズルであればよく、特に限定されない。
液滴噴射部５は、対象物に対して液滴を噴射するための、前後左右方向に移動可能な噴射ノズルである。ここで、ノズルは、例えば、超高速ノズルである。超高速ノズルとは、液滴を音速以上に加速可能なノズルであればよく、特に限定されない。
図２は、図１の洗浄装置１において、液滴噴射部５から噴射される過熱水蒸気と気体（以下、空気として説明する）との混合（混流）を通じ、過熱水蒸気の一部を凝縮させて形成される液滴の噴射の様子を示した図（写真）である。
図２（ａ）は、水蒸気流体調整部３から供給される過熱水蒸気だけの場合の噴射の様子を示した図（写真）である。次に、図２（ｂ）〜（ｄ）は、水蒸気流体調整部３から供給される過熱水蒸気（の気流）に対して空気（の気流）を少量から多量へと混合（混流）させた場合の噴射の様子を示した図（写真）である。具体的に、図２（ｂ）は、水蒸気流体調整部３から供給される過熱水蒸気（の気流）に対して１００Ｌ／ｍｉｎの空気（の気流）を混合（混流）させた場合の噴射の様子を示した図（写真）である。図２（ｃ）は、水蒸気流体調整部３から供給される過熱水蒸気（の気流）に対して１５０Ｌ／ｍｉｎの空気（の気流）を混合（混流）させた場合の噴射の様子を示した図（写真）である。図２（ｄ）は、水蒸気流体調整部３から供給される過熱水蒸気（の気流）に対して３００Ｌ／ｍｉｎの空気（の気流）を混合（混流）させた場合の噴射の様子を示した図（写真）である。なお、図２（ｂ）〜（ｄ）のいずれについても過熱水蒸気に対してかける圧力は０．０５ＭＰａである。
図２（ａ）に示されるように、水蒸気流体調整部３から供給される過熱水蒸気に対して水蒸気凝縮調整部４から空気が混合（混流）されない、すなわち、過熱水蒸気だけの場合には、噴射される色は無色であることが理解できる。これに対して、図２（ｂ）のように、水蒸気流体調整部３から供給される過熱水蒸気（の気流）に対して１００Ｌ／ｍｉｎの空気（の気流）を混合（混流）させた場合には、噴射の色は無色透明である。次に、図２（ｃ）のように、水蒸気流体調整部３から供給される過熱水蒸気（の気流）に対して１５０Ｌ／ｍｉｎの空気（の気流）を混合（混流）させた場合には、噴射の色は、わずかに白色となることが理解できる。更に、図２（ｄ）のように、水蒸気流体調整部３から供給される過熱水蒸気（の気流）に対して３００Ｌ／ｍｉｎの空気（の気流）を混合（混流）させた場合には、噴射の色は、白色がわずかに濃くとなることが理解できる。
このように過熱水蒸気（の気流）に対して空気（の気流）を混合（混流）させることによって過熱水蒸気が冷却され、過熱水蒸気が凝縮して液滴に変化している様子が理解できる。つまり、過熱水蒸気（の気流）に対して空気（の気流）を混合（混流）させることによって、液滴径が小さくなると共に液滴数が増加していることが考えらえる。図２（ｂ）〜（ｄ）において、噴射される液滴径は、５μｍ以下である。
≪比較例における洗浄装置の全体構成≫
図３は、本実施形態において、比較例（従来技術）における洗浄装置１００の全体構成図である。
図３は、本実施形態において、比較例（従来技術）における洗浄装置１００の全体構成図である。
＜洗浄装置１００＞
洗浄装置１００は、水蒸気発生部２００、バルブ３００、圧力計４００、水供給部５００、流体噴射部６００を有する構成である。以下、各要素を詳述する。
洗浄装置１００は、水蒸気発生部２００、バルブ３００、圧力計４００、水供給部５００、流体噴射部６００を有する構成である。以下、各要素を詳述する。
＜水蒸気発生部２００＞
水蒸気発生部２００は、水を供給し、加熱する水加熱部２０１と、水加熱部２０１で所定温度Ｄ１以上に加温して発生させた水蒸気を貯蔵する飽和水蒸気貯蔵部２０２と、飽和水蒸気を供給する配管２０３と、から構成される。
水蒸気発生部２００は、水を供給し、加熱する水加熱部２０１と、水加熱部２０１で所定温度Ｄ１以上に加温して発生させた水蒸気を貯蔵する飽和水蒸気貯蔵部２０２と、飽和水蒸気を供給する配管２０３と、から構成される。
＜水蒸気流調整部３００＞
水蒸気流調整部３００は、水蒸気発生部２００から供給される飽和水蒸気を、例えば、加熱（例えば、２００℃）して過熱水蒸気を発生させる。
水蒸気流調整部３００は、水蒸気発生部２００から供給される飽和水蒸気を、例えば、加熱（例えば、２００℃）して過熱水蒸気を発生させる。
＜圧力計４００＞
圧力計４００は、飽和水蒸気の圧力を計測して調整する機能を有する。
圧力計４００は、飽和水蒸気の圧力を計測して調整する機能を有する。
＜水供給部５００＞
水供給部５００は、水を発生させる水発生部５０１と、水を供給するための水供給管５０２と、水の供給の停止及び再開を司る水開閉バルブ５０３と、水の流量を計測するための水流量計５０４と、から構成される。
水供給部５００は、水を発生させる水発生部５０１と、水を供給するための水供給管５０２と、水の供給の停止及び再開を司る水開閉バルブ５０３と、水の流量を計測するための水流量計５０４と、から構成される。
＜流体噴射部６００＞
流体噴射部６００は、対象物に対して流体を噴射するための、前後左右方向に移動可能な噴射ノズルである。ここで、ノズルについては図１の流体噴射部５と同様である。
流体噴射部６００は、対象物に対して流体を噴射するための、前後左右方向に移動可能な噴射ノズルである。ここで、ノズルについては図１の流体噴射部５と同様である。
図４は、図３の洗浄装置１００において、流体噴射部６００から噴射される過熱水蒸気と水とが混流された流体の噴射の様子を示した図（写真）である。
図４において、水の量を１００Ｌ／ｍｉｎとした場合、噴射の色は真っ白であることが理解できる。
ここで、空気の量を１００Ｌ／ｍｉｎとした場合の図２（ｂ）と、水の量を１００Ｌ／ｍｉｎとした場合の図４を比較してみると、図２（ｂ）は、噴射の色が無色透明であるが、図４は、噴射の色が真っ白であることが理解できる｛これは、図２（ｂ）よりも図４の方が、噴射中に含まれる液滴径が大きいことを示す｝。つまり、図２（ｂ）では、過熱水蒸気（の気流）に対して空気（の気流）を混合（混流）させることによって過熱水蒸気が冷却され、過熱水蒸気が凝縮して液滴に変化している様子が理解できる。つまり、過熱水蒸気（の気流）に対して空気（の気流）を供給することによって液滴径が小さくなると共に液滴数が増加していると考えられる。図２（ｂ）〜（ｄ）において噴射される液滴径は、５μｍ以下である。これに対して、図４のように、過熱水蒸気に対して水を混合させた場合には、混合させた水が小さく粉砕されて発生した液滴が支配的であり、過熱水蒸気の凝縮による液滴は無視される。そのため、噴射中に含まれる液滴径が小さくならず（１０μｍ程度以上であり）、ばらつきも大きくなる。過熱水蒸気に空気を混ぜ凝縮させた場合には、気体である過熱水蒸気の一部を液化させ、液滴が無い状態から液滴を発生・成長させることが可能であり、液滴成長を制御することで微細な液滴を発生させることが可能となる。一方、過熱水蒸気に水を混合させた場合に液滴は水流が高速で噴射される際に微細に粉砕されて出来る。大きな水流から液滴を分離することになり、ノズルから噴射される短時間には微細な液滴径にまで粉砕することが困難であり、液滴径の分布も広いものとなる。ノズルからの噴射速度を上げれば、さらに微細化することは可能であるが、既に音速を超えた噴射速度をさらに高めるにはより高い圧力の水蒸気などが必要となり対象物にダメージを与える可能性が高くなる。さらには装置が大型化・高額化することも予想される。
≪実施例１≫
図５は、実施例１（過熱水蒸気に対して「空気」を混流させた液滴を基板へ噴射させたもの）と比較例１（従来技術であり、過熱水蒸気に対して「水」を混流させた流体を基板へ噴射させたもの）において、配線ダメージ(洗浄結果)を示した図（写真）である。ノズルと対象物との距離は３０ｎｍ、ノズルのスキャン速度は１００ｍｍ／ｓｅｃで統一し、表１に示した試験条件にて行った。なお、基板における配線材質は、アモルファスシリコン、配線幅は３７ｎｍ、配線高さは１００ｎｍ、スペース幅は５００ｎｍであり、倍率１０００倍で拡大した写真である。
図５は、実施例１（過熱水蒸気に対して「空気」を混流させた液滴を基板へ噴射させたもの）と比較例１（従来技術であり、過熱水蒸気に対して「水」を混流させた流体を基板へ噴射させたもの）において、配線ダメージ(洗浄結果)を示した図（写真）である。ノズルと対象物との距離は３０ｎｍ、ノズルのスキャン速度は１００ｍｍ／ｓｅｃで統一し、表１に示した試験条件にて行った。なお、基板における配線材質は、アモルファスシリコン、配線幅は３７ｎｍ、配線高さは１００ｎｍ、スペース幅は５００ｎｍであり、倍率１０００倍で拡大した写真である。
＜液滴径の測定＞
液滴径については、装置名：ＦｌоｗＭａｓｔｅｒＰＩＶ（ＬＡＶＩＳＯＮ ＧＭＢＨ社製）を用いて測定を行った。本装置の測定原理としては、粒子イメージ流速計測法 (Ｐａｒｔｉｃｌｅ Ｉｍａｇｅ Ｖｅｌоｃｉｍｅｔｒｙの略)で、粒子によって可視化された流れ場のイメージから、速度と方向を同時に解析する流体画像計測方法である。２次元ＰＩＶの計測原理では、まず可視化用レーザシート光源を、流れ場中に混入されたトレーサ粒子に照射し、ライトシートで切り出された流れ場の２次元断面内の粒子位置をカメラで撮影し記録する。本装置はパルス光をバックライトとし、高分解能画像法を使った計測システムである。
＜試験条件＞
表１
液滴径については、装置名：ＦｌоｗＭａｓｔｅｒＰＩＶ（ＬＡＶＩＳＯＮ ＧＭＢＨ社製）を用いて測定を行った。本装置の測定原理としては、粒子イメージ流速計測法 (Ｐａｒｔｉｃｌｅ Ｉｍａｇｅ Ｖｅｌоｃｉｍｅｔｒｙの略)で、粒子によって可視化された流れ場のイメージから、速度と方向を同時に解析する流体画像計測方法である。２次元ＰＩＶの計測原理では、まず可視化用レーザシート光源を、流れ場中に混入されたトレーサ粒子に照射し、ライトシートで切り出された流れ場の２次元断面内の粒子位置をカメラで撮影し記録する。本装置はパルス光をバックライトとし、高分解能画像法を使った計測システムである。
＜試験条件＞
表１
図５（ａ）は、処理前の状態を示す。図５（ｂ）は、過熱水蒸気の温度を２００℃、過熱水蒸気の圧力を０．０５ＭＰａ、「空気」の供給量を１５０Ｌ／ｍｉｎで噴射した後の結果である（噴射の様子は、図２（ｂ）参照）。図５（ｃ）は、過熱水蒸気の温度を２００℃、過熱水蒸気の圧力を０．０５ＭＰａ、「水」の供給量を１００ｍＬ／ｍｉｎで噴射した後の結果である（噴射の様子は、図４参照）。
実施例１の条件で測定した液滴径の測定結果を図６に示す。図６（ａ）は、２次元断面内の粒子位置をカメラで撮影し記録された画像である。そして、画像中の白点が液滴である。画像の１ピクセルが液滴径１μｍ（０．００１ｍｍ）であり、２μｍ（０．００２ｍｍ）程度のサイズが測定限界となる。図６（ｂ）は、図６（ａ）の白点のサイズを集計した結果である。集計結果を確認してみると、５μｍ（０．００５ｍｍ）以下のサイズから２μｍ（０．００２）程度まで分布しているのが理解できるが、２μｍ（０．００２ｍｍ）以下の測定が出来ていないことが理解できる。実際には、２μｍ（０．００２ｍｍ）以下の液滴（水滴）（例えば０．１μｍ〜２．０μｍ）が大半を占めていることが考えられる。
一方、比較例１の図５（ｃ）の液滴径は１０μｍ以上２０μｍ以下でばらつきがあった。
ここで、図５に戻り、配線のダメージについて確認してみる。図５（ｂ）に示されるように、実施例１においては、処理前の図５（ａ）と同様、基板上の配線にダメージがないことが理解できる。これは、液滴径が微細になっていること（例えば、０．１μｍ〜２．０μｍ）によるものであると考えることができる。また、基板についても洗浄効果があることが確認できた。
一方、比較例１である図５（ｃ）では、基板上に白くなっているところが見受けられる。白くなっている部分は液滴によりパターンが剥離されたダメージがある部分であり、言い換えれば、配線に多数のダメージが与えられていることになる。これは、液滴径は１０μｍ以上２０μｍ以下で、比較的、大きな液滴径がばらついているためである。
≪実施例２≫
実施例２として、対象物を人体とし、人体への汚れがどのように除去できるかについて試験を行った。具体的には、人の手（肌）にアイシャドウを塗り、アイシャドウがどの程度除去できるのかについて試験を行った。表２は、試験条件である。図７は、表２の試験条件によって得られた結果である。なお、比較例２は、従来技術であり、過熱水蒸気に対して水を混合（混流）させた流体を基板へ噴射させたものである。
実施例２として、対象物を人体とし、人体への汚れがどのように除去できるかについて試験を行った。具体的には、人の手（肌）にアイシャドウを塗り、アイシャドウがどの程度除去できるのかについて試験を行った。表２は、試験条件である。図７は、表２の試験条件によって得られた結果である。なお、比較例２は、従来技術であり、過熱水蒸気に対して水を混合（混流）させた流体を基板へ噴射させたものである。
＜試験条件＞
表２
表２
図７（ａ）は、処理前の状態を示す写真である。図７（ｂ）は、過熱水蒸気の温度を２００℃、過熱水蒸気の圧力を０．０１ＭＰａ、空気の供給量を１５０Ｌ／ｍｉｎ、噴射時間を５秒間／１回として、３回噴射した後の結果である。図７（ｃ）は、図７（ｂ）に対し、噴射時間を５秒間／１回として、６回噴射した後の結果である。
図７（ａ）〜図７（ｃ）を比較してみると、処理前の図７（ａ）に対して、図７（ｂ）は、アイシャドウ（汚れ）が除去できていることが理解できる。図７（ｃ）については、図７（ｂ）よりも更にアイシャドウ（汚れ）を除去できていることが理解できる。また、噴射温度については、体感温度として４３℃であった。つまり、人の手は火傷をすることなく安全にアイシャドウ（汚れ）を除去することができる。これに対して表２の比較例２では、噴射温度が６０℃以上もあり、人体には使用できないことが理解できる。
図８は、図７の状態を顕微鏡で２００倍に拡大した写真である。図８（ａ）は、処理前の拡大写真であり、アイシャドウ（汚れ）が付着している状態である。図８（ｂ）は、処理前の図８（ａ）に対し、噴射時間を５秒間／１回として３回噴射した後の結果である。図８（ｃ）は、図８（ｂ）に対し、噴射時間を５秒間／１回として６回噴射した後の結果である。図８（ｄ）は、図８（ｃ）に対し、噴射時間を５秒間／１回として６回噴射し、さらに噴射時間を１０秒間／１回として１回噴射した後の結果である。図８（ｅ）は、図８（ｄ）に対し、噴射時間を５秒間／１回として６回噴射し、さらに噴射時間を１０秒間／１回として２回噴射した後の結果である。
図８（ａ）〜（ｅ）を確認してみると、処理前の図８（ａ）に対して、図８（ｂ）に示されるように、噴射時間を５秒間／１回として３回噴射しただけでも、アイシャドウ（汚れ）がキレイに除去できることが理解できる。さらに、図８（ｃ）〜（ｅ）に順番に示されるように条件を変えて続けて噴射を行うと、除去効果が顕著であることが明らかに理解できる。
以上から、人体（上記の例では、人の手）に対して汚れが付着している場合でも、顕微鏡レベルにおいて安全でかつ高い洗浄力があることが確認できた。
以上、図面を参照しながら本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明は上述した形態に限定されない。例えば、図１において、水蒸気凝縮調整部４は、水蒸気流体調整部３から供給される過熱水蒸気の気流と、気体供給部４１から供給される気体（例えば、空気）の気流とが、流路４４内における混合部４５で混合（混流）されることについて説明したが、図９に示すように、流路４４の外部、即ち、噴射部４６から噴射される過熱水蒸気の気流と、気体供給部４１から供給される気体（例えば、空気）の気流とが、流路４４の外部における混合部４５で混合（混流）するように構成してもよい。
図１０は、図９の洗浄装置１において、噴射部４６から噴射される過熱水蒸気の気流と、気体供給部４１から供給される気体（例えば、空気）の混合（混流）を通じ、過熱水蒸気の一部を凝縮させて形成される液滴の噴射の様子を示した図（写真）である。図９の構成によっても、図１の構成と同様の結果（効果）が得られることが確認できた。
＜本実施形態の効果＞
本実施形態は、次の効果を奏する。
本実施形態は、次の効果を奏する。
水蒸気（例えば、過熱水蒸気）に対して気体（例えば、空気）を混合（混流）させることで水蒸気（例えば、過熱水蒸気）の一部を凝縮させて液滴噴射流が形成され得るように構成した。
この構成によれば、水蒸気（例えば、過熱水蒸気）の気流と気体（例えば、空気）の気流とを混合（混流）させることによって水蒸気（例えば、過熱水蒸気）が冷却され、水蒸気（例えば、過熱水蒸気）の一部が凝縮して液滴径が小さくなる（微細）。その結果、従来よりも微細な液滴を噴射することができるため、対象物を傷めることなく、かつ、高い洗浄能力を有するという効果を奏する。
また、この構成によれば、従来技術のように、元々ある液体（水）を小さく分散させるわけでないため、液滴を無の状態から生成することができる。そのため、微細な液滴径から所望の液滴径まで大きくすることが可能となるため、液滴径の制御を簡単に行うことができる。言い換えれば、洗浄能力の調整を簡単に行うことができるという効果を奏する。
また、この構成によれば、液滴を無の状態から生成することができるようになる。このため、従来技術のように、液体（水）を粉砕していく場合よりも更に微細な液滴径とすることが可能となるので、高速洗浄にも使い勝手が良いという効果を奏する。
また、この構成によれば、液滴径を微細にするによって、安全でかつ高い洗浄力を有する。その結果、レジスト膜等の不用物を除去する技術分野に限らず、人の肌に付着した汚れを除去できる技術分野（例えば、美容分野等）にまで適用範囲を拡大することができるという効果を奏する。例えば、液滴の平均粒径（Ｄ５０）が２０μｍ（さらに好適には５μｍ）以下を有する液滴噴射流生成用として適用することができる。
また、この構成によれば、液滴径が微細であるので、肌に対して優れた浸透作用を発揮することが考えられる。このため頭皮や肌の汚れ除去は勿論のこと、例えば、美顔器として肌の乾燥やハリ不足、決めの粗さなどを改善し、潤ったハリ美肌へ導くことも可能であるという効果を奏する。
本発明は、材料から人体まで、極めて広範囲な対象物に亘り様々な適用が可能である。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、カメラのレンズ等についての不用物除去・洗浄・磨き等の処理や、人体への適用、例えば、頭皮の皮質除去、肌の汚れ除去、爪磨き等にも、本発明を活用することができる。
１・・・・・ 洗浄装置
２・・・・・ 水蒸気発生部
２１・・・・ 水加熱部管
２２・・・・ 飽和水蒸気貯蔵部
２３・・・・ 配管
３・・・・・ 水蒸気流体調整部
４・・・・・ 水蒸気凝縮調整部
５・・・・・ 液滴噴射部
１００・・・ 洗浄装置
２００・・・ 水蒸気発生部
２０１・・・ 水加熱部管
２０２・・・ 飽和水蒸気貯蔵部
２０３・・・ 配管
３００・・・ 水蒸気流体調整部
４００・・・ 圧力計
５００・・・ 水供給部
５０１・・・ 水貯蔵部
５０２・・・ 水供給管
５０３・・・ 水開閉バルブ
５０４・・・ 水流量計
６００・・・ 液滴噴射部
２・・・・・ 水蒸気発生部
２１・・・・ 水加熱部管
２２・・・・ 飽和水蒸気貯蔵部
２３・・・・ 配管
３・・・・・ 水蒸気流体調整部
４・・・・・ 水蒸気凝縮調整部
５・・・・・ 液滴噴射部
１００・・・ 洗浄装置
２００・・・ 水蒸気発生部
２０１・・・ 水加熱部管
２０２・・・ 飽和水蒸気貯蔵部
２０３・・・ 配管
３００・・・ 水蒸気流体調整部
４００・・・ 圧力計
５００・・・ 水供給部
５０１・・・ 水貯蔵部
５０２・・・ 水供給管
５０３・・・ 水開閉バルブ
５０４・・・ 水流量計
６００・・・ 液滴噴射部
Claims (8)
- 液滴噴射流生成装置であって、
流体導通可能な流路と、
水蒸気の気流を前記流路内に供給する水蒸気供給手段と、
気体の気流を前記流路内に供給する気体供給手段と、
を備え、
前記流路内には、前記水蒸気の気流に対して、前記水蒸気の気流の方向とは異なる方向から前記気体の気流を衝突させることによって前記気流同士を混合させる衝突混合部が存在しており、
前記流路内における前記気流同士の衝突混合を通じ、前記水蒸気を凝縮させて前記液滴噴射流が形成され得るように構成されていることを特徴とする装置。 - 液滴噴射流生成装置であって、
流体導通可能な、第１噴射口を有する第１流路と、
流体導通可能な、第２噴射口を有する第２流路と、
水蒸気の気流を前記第１流路内に供給する水蒸気供給手段と、
気体の気流を前記第２流路内に供給する気体供給手段と、
を備え、
前記第１噴射口及び前記第２噴射口は、前記第２噴射口側及び前記第１噴射口側にそれぞれ内向きにした状態にて、分離配置されており、
前記第１噴射口及び前記第２噴射口を介して前記第１流路及び前記第２流路外に噴射された前記気流同士の衝突混合を通じ、前記水蒸気を凝縮させて前記液滴噴射流が形成され得るように構成されていることを特徴とする装置。 - 前記各気流の温度、圧力及び流量を調整し得る凝縮調整手段を備えることを特徴とする、請求項１又は２に記載の装置。
- 液滴の平均粒径（Ｄ５０）が２０μｍ以下を有する液滴噴射流生成用であることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の液滴噴射流生成装置。
- 液滴噴射流生成方法であって、
水蒸気の気流を流路内に供給する水蒸気供給工程と、
気体の気流を流路内に供給する気体供給工程と、
前記流路内において、前記水蒸気の気流に対して、前記水蒸気の気流の方向とは異なる方向から前記気体の気流を衝突させることによって前記気流同士の衝突混合を通じ、前記水蒸気を凝縮させて前記液滴噴射流が形成され得る工程と、
を含むことを特徴とする方法。 - 液滴噴射流生成方法であって、
水蒸気の気流を、第１噴射口を有する第1流路内に供給する水蒸気供給工程と、
気体の気流を、第２噴射口を有する第２流路内に供給する気体供給工程と、
前記第１噴射口及び前記第２噴射口は、前記第２噴射口側及び前記第１噴射口側にそれぞれ内向きにした状態にて、分離配置されており、
前記第１噴射口及び前記第２噴射口を介して前記第１流路及び前記第２流路外に噴射された前記気流同士の衝突混合を通じ、前記水蒸気を凝縮させて前記液滴噴射流が形成され得る工程と、
を含むことを特徴とする方法。 - 前記気体は、空気、窒素、酸素、二酸化炭素、塩素、フッ素、アンモニア及び希ガスから選択される一種以上であることを特徴とする、請求項５又は６に記載の方法。
- 液滴の平均粒径（Ｄ５０）が２０μｍ以下であることを特徴とする請求項５〜７のいずれか一項に記載の方法。
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