JP5944595B2 - 高速粒子ビームを用いた液膜の除去方法 - Google Patents

Description

本発明は、高速粒子ビームを用いた液膜の除去方法に係り、よりに詳しくは、湿式洗浄を経た後に洗浄対象物の表面に残留されている液膜に高速の粒子ビームを照射して、液膜を構成する液体だけではなく、液体中に含まれている各種の汚染物質も一緒に除去する高速粒子ビームを用いた液膜の除去方法に関する。

通常の湿式洗浄工程においては、洗浄対象物の表面に付着した不純物又は汚染物質を除去するために、洗浄液を用いて表面を洗い落とす過程を経る。この過程において洗浄の効率を高めるために、洗浄液を高速にて噴射したり、超音波などを用いて攪拌したりするのが一般的である。

一方、このような湿式洗浄が終わった後には、必ず洗浄対象物の表面に洗浄液と不純物又は汚染物の一部が残留してしまう。
上記したように、洗浄済みの洗浄液には不純物又は汚染物の一部が残留するだけではなく、洗浄力の向上のために洗浄液に添加された添加物質の分子やイオンが洗浄液と一緒に残留してしまう。このように残留した洗浄液を除去するために、一般に、追加の乾燥過程を経る。

前記乾燥過程において、洗浄液を構成する液体物質（溶媒）は、蒸発により速やかに除去されるが、溶解又は浮遊している物質は除去されずに表面にそのまま相当量が残留して、別途の追加の除去過程が求められるという問題がある。
また、残留物質により２次的な不具合が引き起こされるという問題がある。

本発明は、かかる問題を解消するためになされたものであって、湿式洗浄工程後において、対象物に残留する洗浄液と、そこに含まれている汚染物質又は不純物と、を同時に除去する高速粒子ビームを用いた液膜の除去方法を提供することをその目的とする。

上記の目的を達成するために案出された本発明の高速粒子ビームを用いた液膜の除去方法は、洗浄液を用いて対象物を洗い落とす湿式洗浄ステップ、並びに昇華性粒子を噴射して前記対象物に残留する前記洗浄液と前記洗浄液に含まれている汚染物質又は不純物とを同時に除去する乾式洗浄ステップを含んでなる。

本発明による高速粒子ビームを用いた液膜の除去方法は、対象物に形成された液膜と、そこに含まれている汚染物質又は不純物と、を一つの工程を用いて同時に除去することができるので、単に液膜を乾燥させる従来の方法に比べて、汚染物質又は不純物が対象物に残留するという問題を解消することができて、これを解消するための追加工程が求められず、且つ、残留物による２次的な不良を未然に防ぐことができるという効果がある。

また、前記残留物を解消するための追加的な湿式洗浄工程が求められないので、化学汚廃水を低減し、環境汚染を防ぐことができるという効果がある。

更に、追加の洗浄工程を大幅に減らすことができるので、生産性、経済性、及び空間効率性を同時に向上させることができる。

本発明の一実施形態による高速粒子ビームを用いた液膜の除去方法の主な概念を示す概略図である。 本発明の一実施形態による湿式洗浄ステップを含む高速粒子ビームを用いた液膜の除去方法を示す手順図である。 本発明の一実施形態による湿式洗浄ステップを含む高速粒子ビームを用いた液膜の除去方法を示す手順図である。 本発明の一実施形態による乾式洗浄ステップに用いられるノズルを示す横断面図である。 本発明の一実施形態による乾式洗浄ステップに用いられる乾式洗浄装置の主な構成を示す構成図である。

以下に、添付図面に基づき、本発明を実施するための具体的な内容について詳細に説明する。
図１は、本発明の一実施形態による高速粒子ビームを用いた液膜の除去方法の主な概念を示す概略図である。図１（ａ）は、対象物に形成された液膜及びそこに含まれている汚染物質又は不純物を示し、図１（ｂ）は、洗浄された状態の対象物を示す。

図１に示すように、本発明による高速粒子ビームを用いた液膜の除去方法は、昇華性粒子を噴射することにより、対象物１の表面に形成された液膜２と、前記液膜２に含まれている汚染物質又は不純物３と、を除去する方法に関する。

まず、本発明の一実施形態による、高速粒子ビームを用いた液膜の除去方法は、湿式洗浄ステップを経た後に、対象物１に残留している洗浄液と、前記洗浄液に含まれている汚染物質又は不純物３と、を除去することに関する。図１に示した液膜２は、湿式洗浄ステップ後に残留している洗浄液である。以下、洗浄液に対しても前記液膜と同じ図面符号「２」を付する。

図２及び図３は、本発明の一実施形態による湿式洗浄ステップを含む高速粒子ビームを用いた液膜の除去方法を示す手順図である。
図２及び図３に示すように、本発明の一実施形態による高速粒子ビームを用いた液膜の除去方法は、湿式洗浄ステップ、第１の搬送ステップ、乾式洗浄ステップ、及び第２の搬送ステップを含んでなる。

まず、前記湿式洗浄ステップは、洗浄液２を用いて対象物１を洗い落とす工程に対応する。前記湿式洗浄ステップを経た対象物１は、必然的にその表面に洗浄液２が残留し、前記残留した洗浄液２には汚染物質又は不純物３が含まれる。このような汚染物質又は不純物３としては、各種の有機物、金属不純物、アルカリイオン、水酸化物質などが挙げられる。

前記乾式洗浄ステップは、昇華性粒子を噴射することにより前記洗浄液２と、そこに含まれている前記汚染物質又は不純物３と、を同時に除去するための工程である。従来の場合、単に湿式洗浄後に乾燥過程を追加して洗浄液２を蒸発させるのが一般的であり、この場合、前記洗浄液２に含まれている汚染物質又は不純物３のうち蒸発しない性質の物質はそのまま対象物１の表面に残留してしまうという問題があった。また、前記洗浄液２の場合にも、各種の添加物質による斑点が残留してしまうという問題があった。本発明の乾式洗浄ステップは、このような問題を解消するために、昇華性粒子を噴射することにより、前記洗浄液２と同時に、前記汚染物質又は不純物３を一緒に除去することを特徴とする。

一方、前記乾式洗浄ステップは、図２に示すように、乾燥ステップと同時に行われることが好ましい。従来の乾燥ステップは、単に洗浄液２を蒸発させるための過程であったが、本発明における乾燥ステップは、昇華性粒子による冷却効果により対象物１の表面に水分が凝縮されることを防ぎ、例え一部の凝縮された水分が存在するとしてもこれを即座に蒸発させるための過程に対応する。

このような乾燥ステップは、前記対象物１の下部にホットプレートなどの加熱装置を設けて前記対象物１を加熱する加熱ステップを含むことが考えられる。また、他方では、前記乾燥ステップは、前記対象物１に窒素を噴射することにより、対象物の表面を乾燥させる窒素噴射ステップを含んでいてもよい。前記加熱ステップ及び窒素噴射ステップは、それぞれ別途に行われてもよく、同時に行われてもよい。

また、前記乾式洗浄ステップは、図３に示すように、核生成ステップ、粒子生成ステップ、粒子加速ステップ、及び流動調節ステップなどの細部ステップを含むことが好ましい。
前記乾式洗浄ステップは、粒子生成ガスをノズル１０に通過させることにより昇華性粒子を生成し、これを加速して対象物１に噴射する一連の過程を含む。

図４は、本発明の一実施形態による乾式洗浄ステップに用いられるノズルを示す横断面図であり、図５は、本発明の一実施形態によるノズルを有する乾式洗浄装置の主な構成を示す要部構成図である。
以下、これを参照して各細部ステップについて詳細に説明する。

まず、前記粒子生成ガスが前記ノズル１０のノズルスロート１１に設けられたオリフィス１２を通過しながら、急速に膨張されて核の生成が行われる核生成ステップを経る。微細孔を有するオリフィス１２を設けて急速に膨張させることにより、別途の冷却装置なしに、常温下で、核の生成を誘導することができ、急速膨張に伴い均一な寸法の核の生成も可能であるといえる。

また、前記核生成ステップを経た後、ノズルスロート１１の出口からつながる０°以上３０°未満の膨張角θ１を有する第１の膨張部１４を通過しながら核の成長が行われて、昇華性粒子が生成される粒子生成ステップを経る。第１の膨張部１４は、第２の膨張部１５に比べて比較的に緩やかな膨張角θ１を有するように形成され、核の成長が行われるのに十分な時間を提供する。

更に、前記粒子生成ステップを経た後、前記第１の膨張部１４の出口からつながり、前記第１の膨張部１４の膨張角θ１よりも１０°〜４５°増加した平均膨張角θ２を有する第２の膨張部１５を通過しながら境界層の成長を打ち消して前記昇華性粒子の噴射速度が上昇する粒子加速化ステップを経る。前記第１の膨張部１４は比較的に緩やかな膨張角θ１をもって比較的に長く形成されて核の成長を誘導するのに対し、境界層が増加して有効面積を減少させるため、流動速度の減少を招く。このため、これを補償するために、追加の加速力が得られる第２の膨張部１５を設ける。

一方、第２の膨張部１５は、第１の膨張部１４及び第３の膨張部とは異なり、単一の膨張角を有さないため、平均膨張角と称する。前記第２の膨張部１５は、第１の膨張部１４から延びるに当たって、その連結部の膨張角が断続的に大きく変わる場合に内部衝撃波が発生する。このため、前記第２の膨張部１５はうねりを有する形状に形成されることが好ましい。

更に詳しくは、第２の膨張部１５の第１の膨張部１４との連結部は、第１の膨張部１４の出口側の膨張角θ１と同じ膨張角を有するように形成されるが、前記第２の膨張部１５の中心部に進むにつれて膨張角が次第に増加して前記中心部の近くにおいて急激な傾斜角を形成し、再び前記中心部から第２の膨張部１５の出口側に進むにつれて膨張角が減少するように形成して内部衝撃波の発生を防ぐように形成されることが好ましい。

前記粒子加速化ステップを経た後、前記第２の膨張部１５の出口からつながり、前記第２の膨張部１５の平均膨張角θ２よりも１０°〜４５°増加するが、最大９０°未満の膨張角θ３を有する第３の膨張部１６を通過しながら昇華性粒子の等エントロピコアをノズル１０の外部に形成する流動調節ステップを更に含むことが好ましい。ノズル１０の後端の背圧が低い場合には、剥離地点がノズルスロート１１から遠ざかって流動長が更に成長可能であるため、第３の膨張部１６は、十分な長さを確保するとともに、剥離地点を膨張部の先端に誘導するように形成することが好ましい。等エントロピコア（ｉｓｅｎｔｒｏｐｉｃ ｃｏｒｅ）がノズル１０の外部に形成されて洗浄効率を大幅に高めることができるためである。

これに対し、ノズル１０の後端の背圧が高く形成された場合には、剥離地点がノズルスロート１１に近付くため、流動長が既に十分に成長された状態であるといえるため、第３の膨張部１６の長さを短縮させて、等エントロピコアをノズル１０の外部に露出させることが好ましい。

一方、前記乾式洗浄ステップは、ｉ）粒子生成ガスにキャリアガスを混入して用いる場合と、ｉｉ）粒子生成ガスのみを用いる場合と、に分けられる。
ここで、前記粒子生成ガスとしては二酸化炭素又はアルゴンが挙げられ、キャリアガスとしてはヘリウム又は窒素が挙げられる。

粒子生成ガスとキャリアガスとを混合して用いる場合、粒子生成ガス貯留部４０及びキャリアガス貯留部５０は、混合チャンバー３０に連結される。前記混合チャンバー３０は、粒子生成ガスとキャリアガスとを十分に混合するとともに、混合比を調節する役割を果たす。混合比は、キャリアガスの体積比が混合ガスの総体積の１０％以上９９％以下になるように決定して、二酸化炭素混合ガスを形成することが好ましい。

混合チャンバー３０において混合された混合ガスは、圧力調節器２０に流入する。圧力調節器２０は、前記混合ガスのノズル１０への供給圧力を調節する。
一方、粒子生成ガスのみを用いる場合には、前記混合チャンバー３０を経ることなく、前記粒子生成ガス貯留部４０を圧力調節器２０に直結して、粒子生成ガスを圧力調節器２０に供給することが考えられる。以下、混合ガスに対比する概念であって、粒子生成ガスのみを用いる場合の粒子生成ガスを、純粋粒子生成ガスと称する

また、前記圧力調節器２０からの出力圧力は、生成される昇華性粒子の粒径及び噴射速度を考慮して、ｉ）前記混合ガスの場合は５〜１２０ｂａｒ、ｉｉ）前記純粋粒子生成ガスの場合は５〜６０ｂａｒの範囲内において形成されることが好ましい。
前記圧力調節器２０を通過した混合ガス又は純粋粒子生成ガスは、ノズル１０の入口に供給される。

ノズル１０の入口に供給された前記混合ガス又は純粋粒子生成ガスは、上記したように、オリフィス１２と、第１の膨張部１４及び第２の膨張部１５と、をこの順に通過して昇華性ナノ粒子を対象物１に噴射する。
一方、純粋粒子生成ガスのみが供給される場合、前記混合ステップを経ることなく、前記粒子生成ガスの圧力を調節する圧力調節ステップを経る。

ここで、前記圧力調節ステップを経た前記粒子生成ガスの圧力は、５ｂａｒ以上６０ｂａｒ以下に調節されて、前記ノズル１０に流入することが好ましい。
以降のステップは、上記した核生成ステップと、粒子生成ステップと、粒子加速化ステップ及び流動調節ステップと同様である。

一方、前記乾式洗浄ステップは、密閉チャンバー内において行われることが考えられ、前記チャンバーは、昇華性粒子による対象物１の表面の冷却により、前記対象物１の表面に水分の凝縮が生じないように、二酸化炭素又は窒素により充填されることが好ましい。他方では、例え乾式洗浄ステップが密閉チャンバー内において行われないとしても、二酸化炭素又は窒素を別途に対象物１に直接的に噴射して水分凝縮を防ぐことが考えられる。

また、前記乾式洗浄ステップの前ステップであって、前記対象物１を乾式洗浄位置に搬入する第１の搬送ステップを更に含むことが好ましく、前記乾式洗浄ステップを経た後に、前記対象物１を乾式洗浄位置から搬出する第２のステップを更に含んで、一括的な工程により乾式洗浄作業が行われるようにすることが好ましいものといえる。

以上では、湿式洗浄ステップにおいて発生された液膜を除去する実施形態について説明した。本発明による高速粒子ビームを用いた液膜の除去方法は、前記湿式洗浄ステップ後に残留する洗浄液２だけではなく、液体が対象物１の表面に残留する様々な工程に適用可能であるといえる。

例えば、潤滑油が用いられる加工工程において、加工後に試片に残留している潤滑油 の洗浄、各種のディスプレイパネルの洗浄、太陽光発電パネルの洗浄、及び光学レンズの洗浄など、対象物１に形成される液膜２と、そこに含まれている汚染物質又は不純物３と、の除去が求められる様々な分野に適用可能である。この場合、前記湿式洗浄ステップは、対象物１に液膜２が形成されるあらゆる過程に置き換えられる。

本発明の好適な実施形態を説明するために用いられた位置関係は、添付図面に基づいて説明されたものであり、実施態様によってその位置関係は異なってくる。
また、特に断りのない限り、技術的又は科学的な用語をはじめとして本発明において用いられるあらゆる用語は、この考案が属する技術分野において通常の知識を有する者によって一般的に理解されるものと同じ意味を有しているといえる。なお、この出願において明らかに定義しない限り、理想的な意味として、あるいは、過度に形式的な意味として解釈されてはならない。

以上、本発明の好適な実施形態を挙げて説明したが、これらの実施形態はもとより、本発明に既存の公知の技術を単に組み合わせたか、あるいは、本発明を単に変形した実施形態も、また当然のことながら、本発明の権利範囲に対応するものであるといえる。

１ 対象物
２ 液膜、洗浄液
３ 汚染物質又は不純物
１０ ノズル
１１ ノズルスロート
１２ オリフィス
１３ オリフィスブロック
１４ 第１の膨張部
１５ 第２の膨張部
１６ 第３の膨張部
１７ ガス供給管
１８ 断熱部
１９ ノズル軸
２０ 圧力調節器
３０ 混合チャンバー
４０ 粒子生成ガス貯留部
５０ キャリアガス貯留部
θ１、θ２、θ３ 膨張角

Claims (16)

1. 洗浄液を用いて対象物を洗い落とす湿式洗浄ステップと、
   昇華性粒子を噴射して、前記対象物に残留する前記洗浄液と、前記洗浄液に含まれている汚染物質又は不純物と、を同時に除去する乾式洗浄ステップと、
   を含み、
   前記乾式洗浄ステップは、
   粒子生成ガスを、第１の膨張部及び第２の膨張部を有するノズルに通過させて対象物に噴射するが、前記第２の膨張部の平均膨張角が前記第１の膨張部の膨張角よりも大きいことを特徴とするものであり、
   前記粒子生成ガスが前記ノズルのノズルスロートに設けられたオリフィスを通過しながら、急速に膨張されて核の生成が行われる核生成ステップと、
   前記核生成ステップを経た後、ノズルスロート出口からつながる第１の膨張部を通過しながら、核の成長が行われて昇華性粒子が生成される粒子生成ステップと、
   前記粒子生成ステップを経た後、前記第１の膨張部の出口からつながり、前記第１の膨張部の膨張角よりも大きい平均膨張角を有する第２の膨張部を通過しながら、境界層の成長を打ち消して、前記昇華性粒子の噴射速度が上昇する粒子加速化ステップと、
   を含むことを特徴とする高速粒子ビームを用いた液膜の除去方法。
2. 前記乾式洗浄ステップにおいて、昇華性粒子による対象物の表面の冷却により前記対象物の表面に水分凝縮が生じないように、前記乾式洗浄ステップと同時に前記対象物を乾燥させる乾燥ステップを更に含むことを特徴とする請求項１に記載の高速粒子ビームを用いた液膜の除去方法。
3. 前記乾燥ステップは、
   前記対象物の下部に加熱装置を設けて、前記対象物を加熱する加熱ステップを含むことを特徴とする請求項２に記載の高速粒子ビームを用いた液膜の除去方法。
4. 前記乾燥ステップは、
   前記対象物に窒素を噴射して表面を乾燥させる窒素噴射ステップを含むことを特徴とする請求項２又は３に記載の高速粒子ビームを用いた液膜の除去方法。
5. 前記乾式洗浄ステップは、密閉チャンバー内において行われ、
   前記チャンバーは、昇華性粒子による対象物の表面の冷却により前記対象物の表面に水分の凝縮が生じないように、二酸化炭素又は窒素により充填されることを特徴とする請求項１に記載の高速粒子ビームを用いた液膜の除去方法。
6. 前記湿式洗浄ステップ後に、前記対象物を乾式洗浄位置に搬入する第１の搬送ステップと、
   前記乾式洗浄ステップ後に、前記対象物を乾式洗浄位置から搬出する第２の搬送ステップと、
   を更に含むことを特徴とする請求項１に記載の高速粒子ビームを用いた液膜の除去方法。
7. 前記粒子生成ガスは、二酸化炭素からなり、
   前記第１の膨張部は、０°以上３０°未満の膨張角を有し、
   前記第２の膨張部は、前記第１の膨張部の膨張角より１０°乃至４５°大きい平均膨張角を有することを特徴とする請求項１に記載の高速粒子ビームを用いた液膜の除去方法。
8. 前記乾式洗浄ステップは、
   前記粒子加速化ステップを経た後、前記第２の膨張部の出口からつながり、前記第２の膨張部の平均膨張角よりも１０°乃至４５°大きく、最大９０°未満の膨張角を有する第３の膨張部を通過しながら、昇華性粒子の等エントロピコアをノズルの外部に形成する流動調節ステップを更に含むことを特徴とする請求項７に記載の高速粒子ビームを用いた液膜の除去方法。
9. 昇華性粒子を噴射して、対象物に存在する液膜と、前記液膜に含まれている不純物又は汚染物質と、を除去する乾式洗浄ステップを含み、
   前記乾式洗浄ステップは、
   粒子生成ガスを第１の膨張部及び第２の膨張部を有するノズルに通過させて対象物に噴射し、前記第２の膨張部の平均膨張角が前記第１の膨張部の膨張角よりも大きいことを特徴とするものであって、
   前記粒子生成ガスが、前記ノズルのノズルスロートに設けられたオリフィスを通過しながら、急速に膨張されて核の生成が行われる核生成ステップと、
   前記核生成ステップを経た後、ノズルスロート出口からつながる第１の膨張部を通過しながら、核の成長が行われて昇華性粒子が生成される粒子生成ステップと、
   前記粒子生成ステップを経た後、前記第１の膨張部の出口につながり、前記第１の膨張部の膨張角よりも大きい平均膨張角を有する第２の膨張部を通過しながら、境界層の成長を打ち消して前記昇華性粒子の噴射速度が上昇する粒子加速化ステップと、
   を含むことを特徴とする高速粒子ビームを用いた液膜の除去方法。
10. 前記乾式洗浄ステップにおいて、昇華性粒子による対象物の表面の冷却により前記対象物の表面に水分の凝縮が生じないように、前記乾式洗浄ステップと同時に前記対象物を乾燥させる乾燥ステップを更に含むことを特徴とする請求項９に記載の高速粒子ビームを用いた液膜の除去方法。
11. 前記乾燥ステップは、前記対象物の下部に加熱装置を設けて前記対象物を加熱する加熱ステップを更に含むことを特徴とする請求項１０に記載の高速粒子ビームを用いた液膜の除去方法。
12. 前記乾燥ステップは、前記対象物に窒素を噴射して表面を乾燥させる窒素噴射ステップを含むことを特徴とする請求項１０又は請求項１１に記載の高速粒子ビームを用いた液膜の除去方法。
13. 前記乾式洗浄ステップは、密閉チャンバー内において行われるが、
    前記チャンバーは、昇華性粒子による対象物の表面の冷却により前記対象物の表面に水分の凝縮が生じないように、二酸化炭素又は窒素により充填されることを特徴とする請求項９に記載の高速粒子ビームを用いた液膜の除去方法。
14. 前記乾式洗浄ステップの前ステップであり、
    前記対象物を乾式洗浄位置に搬入する第１の搬送ステップを更に含むことを特徴とする請求項９に記載の高速粒子ビームを用いた液膜の除去方法。
15. 前記乾式洗浄ステップは、
    前記粒子生成ガスは二酸化炭素からなり、
    前記第１の膨張部は、０°以上３０°未満の膨張角を有し、
    前記第２の膨張部は前記第１の膨張部の膨張角よりも１０°乃至４５°大きい平均膨張角を有することを特徴とする請求項９に記載の高速粒子ビームを用いた液膜の除去方法。
16. 前記乾式洗浄ステップは、
    前記粒子加速化ステップを経た後、前記第２の膨張部の出口からつながり、前記第２の膨張部の平均膨張角よりも１０°乃至４５°大きく、最大９０°未満の膨張角を有する第３の膨張部を通過しながら、昇華性粒子の等エントロピコアをノズルの外部に形成する流動調節ステップを更に含むことを特徴とする請求項１５に記載の高速粒子ビームを用いた液膜の除去方法。

Images