JPH05144794A - 超微細凍結粒子の製造装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】この発明は、１０μm以下の超微細液滴を発生
し、かつ、これを低速度で断熱容器に導入することを特
徴とする。 【構成】被凍結液タンク(13)より導入した被凍結液を、
ドライガス導入管(15)からの圧さく空気との混合状態で
二流体ノズル(12)から密閉容器(11)内に噴霧する。こう
して密閉容器(11)内に浮遊する超微細液滴は導入管(17)
を通り、低圧状態で断熱容器(18)に入り、冷媒により冷
却され、超微細凍結粒子(19)が製造される。 【効果】二流体ノズル(12)により均一な超微細液滴が得
られるとともに、断熱容器(18)内での熱交換時間が増大
する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、半導体基板などの洗
浄に用いるきわめて微細な凍結粒子を製造するための超
微細凍結粒子の製造装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】図４は、従来の微細凍結粒子の製造装置
を示し、被凍結液を供給する被凍結液供給源(1)と、被凍
結液の微細液滴を冷却して微細凍結粒子に変える断熱容
器(2)と断熱容器(2)に接続された噴射ノズル(3)を備え
る。

【０００３】断熱容器(2)は被凍結液供給源(1)から送ら
れてくる被凍結液を微細液滴化するスプレーノズル(4)
を備えている。またスプレーノズル(4)と噴射ノズル(3)
にはそれぞれ高圧ガスボンベ(5)が接続されている。

【０００４】以上の構成により、被凍結液供給源(1)か
らスプレーノズル(4)に被凍結液を送り込む。すると被
凍結液はスプレーノズル(4)に供給される圧力により微
噴霧化し、断熱容器(2)内に噴霧される。この際、断熱
容器(2)は、液体窒素等の冷媒で冷却されているため、
噴霧された被凍結液の霧状液滴は霧状のままの状態で凍
結し、数十〜数百μm径の微粒氷(6)となる。この凍結し
た微粒氷(6)は高圧ガスボンベ(5)から高圧ガスが送り込
まれている噴射ノズル(3)を介して半導体基板(7)に噴射
される。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】従来の微粒凍結粒子の
製造装置は以上のように構成されているので、スプレー
ノズルより噴霧される粒径は、せいぜい３０μmしか発
生することができない。また、スプレーノズルに被凍結
液とガス体を導入した場合は、１０μm程度の粒子を得
ることができるが、ガス体を被凍結液の1000倍程度導入
しなければならない。さらに、スプレーノズル先端部分
より噴霧される微細液滴の速度が音速に近いものとなる
ことにより、冷媒と熱交換させるのに不利である等の問
題点があった。

【０００６】この発明は、上記のような問題点を解消す
るためになされたもので、１０μm以下の超微細液滴を
容易に発生することができるとともに、発生した超微細
液滴を低速度で断熱容器に導入することができる超微細
凍結粒子の製造装置を得ることを目的とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】この本発明の第一の発明
に係る超微細凍結粒子の製造装置は、二流体ノズルより
微粒化された微細粒子をドライガスとともに密閉容器内
に噴霧することにより、発明浮遊した超微細液滴を冷却
することで、超微細凍結粒子を製造する。

【０００８】また、第二の発明に係る超微細凍結粒子の
製造装置は、高速回転している円板上に被凍結液を供給
し、回転円板の遠心力により円板端部で超微細液滴を発
生させ、この超微細液滴を冷却することにより、超微細
凍結粒子を製造する。

【０００９】さらに、第三の発明に係る超微細凍結粒子
の製造装置は、超音波振動により振動される霧化部に被
凍結液を供給し、被凍結液に超音波振動を与えることに
より被凍結液を超微細化し、この超微細液滴を冷却する
ことにより超微細凍結粒子を製造する。

【００１０】

【作用】この発明の第一の発明においては、二流体ノズ
ルより微粒化された微細粒子を密閉容器内に噴霧するこ
とにより、超微細液滴を発生浮遊させる。その結果、超
微細で均一な粒径のものを低速度で取出して断熱容器に
導入する。

【００１１】また、第二の発明においては、高速回転す
る円板上に供給された被凍結液が円板端部で超微細化さ
れ、しかも、この超微細化された液滴は低速度で取出さ
れ、断熱容器に導入、冷却される。

【００１２】さらに、第三の発明では、超音波振動によ
り被凍結液は超微細化されるため、超微細化された液滴
は、振動面で超微細化された後、拡散により噴霧され
る。従って噴霧速度は非常に低速度である。

【００１３】

【実施例】図１は第一の発明の一実施例を示し、図にお
いて、(11)は密閉容器、(12)は二流体ノズル、(13)は二
流体ノズル(12)に被凍結液を導入する被凍結液タンク、
(14)は被凍結液導入管、(15)はドライガス導入管、(16)
は超微細液滴導入管ヒータ、(17)は密閉容器(11)より超
微細液滴を断熱容器(18)に導入する超微細液滴導入管、
(19)は超微細凍結粒子、(3)は噴射ノズル、(7)は被噴射
物、(20)は排水ノズルである。

【００１４】上記の二流体ノズル(12)とは、一方向から
超音速で噴出するドライガス、例えば圧さく空気が途中
で剪断作用により微粒化した液滴を内包しつつ、もう一
方の同じ圧さく空気流とある角度で激突して相互剪断を
繰り返すと同時に超音波を発生して液滴をさらに微粒化
する機能を有するノズルである。

【００１５】次に動作について説明する。被凍結液導入
管(14)を経て被凍結タンク(13)より導入した被凍結液
を、ドライガス導入管(15)より導入したドライガスとの
混合状態で二流体ノズル(12)から密閉容器(11)内に被凍
結液を噴霧する。その際、被凍結液の量は、被凍結液量
調節弁(21)により調整を行う。

【００１６】密閉容器(11)内に導入された微細液滴のう
ち、超微細液滴は自重が軽いために密閉容器(11)内に浮
遊する。この際、二流体ノズル(12)から噴霧される液滴
の径は、ドライガス圧力、ドライガス流量および被凍結
液量、粘度、表面張力の組合わせにより、１〜２０μm
程度となるように調整する。

【００１７】また、超微細液滴の量を増すには、二流体
ノズル(12)を密閉容器(11)内に増設することにより可能
である。

【００１８】以上のようにして発生した均一な超微細液
滴は、二流体ノズル(12)より噴射されたドライガスによ
り、超微細液滴導入管(17)を通り断熱容器(18)に導入さ
れる。ここで、密閉容器(11)に高圧ガスを導入すること
によっても、超微細液滴を断熱容器(18)に導入すること
ができる。また、噴射ノズル(3)に高圧ガスを供給する
と、エジェクター効果により断熱容器(18)内が負圧とな
る。この負圧を利用して超微細液滴を断熱容器(18)内に
導入することもできる。超微細液滴導入管(17)より導入
された超微細液滴は、断熱容器(18)内に供給されている
冷媒により冷却されて凍結し、超微細凍結粒子(19)が生
成される。

【００１９】この超微細凍結粒子(19)は断熱容器(18)内
を通過後、噴射ノズル(3)に吸引され、基板などの被噴
射物(7)に向け噴射される。一方、超微細液滴が断熱容
器(18)内に導入される際、超微細液滴が超微細液滴導入
管(17)内で凍結する恐れがある。これは、超微細液滴導
入管ヒータ(16)により防止する。また、密閉容器(11)内
の内壁面に付着した液滴は、排水ノズル(20)より排水さ
れる。

【００２０】図２は第二の発明の一実施例を示し、図に
おいて、密閉容器(11)内で回転する水平の円板(22)、こ
の円板を回転駆動するモータ(23)が設けられている。そ
の他、図１におけると同一符号は同一部分であり、説明
を省略する。

【００２１】次に動作について説明する。密閉容器(11)
に取付けられた円板(22)に、モータ(23)により数４〜数
万rpmの回転を与える。この回転中の円板（22)に、被凍
結液を被凍結液タンク(13)より上方から導入する。その
際、円板(22)に導入する被凍結液量は、被凍結液量調整
弁(21)により調整する。このように高速回転中の円板(2
2)に液体を供給すると、液体は円板端部で遠心力により
飛び出し、しかも空気抵抗により引き千切ぎられ、超微
細液滴として密閉容器(11)内に充満する。この際、液滴
径を制御するには、円板(22)の回転速度、円板径、円板
構造、被凍結液量、被凍結液粘度・表面張力および密閉
容器(11)内部の空気粘度、密度を適切に組合せる必要が
あるが、最適な組合せを行うことにより、１〜１０μm
程度の均一な超微細液滴が得られる。

【００２２】以上のようにして発生した均一な超微細液
滴は、密閉容器(11)に導入した高圧ガスにより超微細液
滴導入管(17)から断熱容器(18)に導入される。また、噴
射ノズル(3)に高圧ガスを供給すると、エジェクター作
用により断熱容器(18)内が負圧になるが、この負圧を利
用して超微細液滴を断熱容器(18)内に導入することもで
きる。ここで、密閉容器(11)に導入される高圧ガスは、
例えばN₂ガスや圧縮空気である。

【００２３】超微細液滴導入管(17)より導入された超微
細液滴は、断熱容器(18)内に供給されている冷媒により
冷却され凍結し、超微細凍結粒子(19)となる。この超微
細凍結粒子(19)は断熱容器(18)内を通過後、噴射ノズル
(3)に吸引され、被噴射物(7)に向けて噴射される。

【００２４】図３は第三の発明の一実施例を示し、図に
おいて、(24)は圧電セラミックにより超音波振動を発生
させる超音波振動装置、(25)は超音波振動装置(24)の振
動を集中させる霧化部であり、この部分に被凍結液タン
ク(13)からの被凍結液が供給される。(26)は、巻上がり
防止用ガス導入孔である。その他、図１におけると同一
符号は同一部分を示し、説明を省略する。

【００２５】次に動作について説明する。断熱容器(18)
上部に取付けられた超音波振動装置(24)は、圧電セラミ
ックにより振動し、この振動は、霧化部(25)に伝達され
る。ここで、被凍結液供給タンク(13)より被凍結液を霧
化部(25)に供給すると、被凍結液は振動により超微細化
し、１０〜数十μmの均一な霧が発生する。この霧は、
振動により得られるため、重力等の力でゆっくりと沈降
あるいは拡散する。この液滴径は、振動周波数と、被凍
結液粘度、流量等により変化する。このようにして発生
した超微細液滴は、断熱容器(18)内に供給している冷媒
により冷却されて凍結し、超微細凍結粒子(19)となり、
噴射ノズル(3)に吸引されて被噴射物(7)に噴射される。

【００２６】また、断熱容器(18)内には、冷媒を供給し
ているため、断熱容器(18)内の気流が乱流となってお
り、ここに超微細液滴を無圧力で供給すると液滴が断熱
容器(18)の天板部や、超音波振動装置(24)等に付着し、
氷結することがある。そのため、超音波振動装置(24)の
外周部より高圧ガスを導入部(26)から導入、その気流に
より超微細液滴が巻き上がらないようにしている。

【００２７】

【発明の効果】以上のように、この発明の第一の発明に
よれば、二流体ノズルにより密閉容器内に被凍結液を噴
霧し浮遊させるようにしたので、液滴径を超微粒化およ
び均一に発生させることができる。また、液滴は超微粒
で均一なため、冷媒との熱交換率が極めて高くなる。し
かも、低圧状態では断熱容器内に導入することができる
ので、熱交換時間が増大し、もって、低ランニングコス
ト化および装置の小型化を図ることができる効果があ
る。また、第二の発明によれば、液滴の発生を回転円板
によるものにしたため、液滴径が超微細化され、しかも
均一なものが得られる。また、液滴は、無圧（大気圧）
状態で発生させることができるので、液滴が断熱容器内
を通過する速度を極端に低下させることができる。その
ため、冷媒との熱交換時間が増大し、装置が小型化し、
しかも液滴粒径が小さく、均一なため、冷媒との温度差
が小さくても凍結させることができ、低ランニングコス
ト化を図ることができる効果がある。さらに、第三の発
明によれば、液滴の発生を超音波振動によるものにした
ので、噴霧速度が低下し、液滴と冷媒との熱交換時間が
増大するため、装置が小型化し、冷媒との温度差が小さ
くても凍結させることがでることから、低ランニングコ
スト化を図ることができる効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の第一の発明の一実施例を示す立断面
図である。

【図２】同じく第二の発明の一実施例の立断面図であ
る。

【図３】同じく第三の発明の一実施例の立断面図であ
る。

【図４】従来の微細凍結粒子の製造装置の立断面図であ
る。

【符号の説明】

１１ 密閉容器 １２ 二流体ノズル １３ 被凍結液タンク １５ ドライガス導入管 １７ 超微細液滴導入管 １８ 断熱容器 １９ 超微細凍結粒子 ２２ 円板 ２４ 超音波振動装置 ２５ 霧化部

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 大森 寿朗 伊丹市瑞原４丁目１番地 三菱電機株式会 社エル・エス・アイ研究所内

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 密閉容器と、この密閉容器内にドライガ
   スとともに被凍結液を噴霧する二流体ノズルと、前記密
   閉容器内に発生浮遊する前記被凍結液の超微細液滴が導
   入され冷媒により超微細凍結粒子を生成する断熱容器と
   を備えてなる超微細凍結粒子の製造装置。
2. 【請求項２】 密閉容器と、この密閉容器内に設けられ
   高速回転される円板と、この円板に滴下されて霧化・浮
   遊する被凍結液の超微細液滴が導入され冷媒により超微
   細凍結粒子を生成する断熱容器とを備えてなる超微細凍
   結粒子の製造装置。
3. 【請求項３】 断熱容器と、この断熱容器内に設置され
   被凍結液が導入される霧化部と、この霧化部を駆動する
   超音波振動装置とを備え、超音波振動により超微細液滴
   となった前記被凍結液を冷媒により冷却して超微細凍結
   粒子を生成する超微細凍結粒子の製造装置。