JPH10156229A - 洗浄用２流体ジェットノズル及び洗浄装置 - Google Patents

洗浄用２流体ジェットノズル及び洗浄装置

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JPH10156229A
JPH10156229A JP8321963A JP32196396A JPH10156229A JP H10156229 A JPH10156229 A JP H10156229A JP 8321963 A JP8321963 A JP 8321963A JP 32196396 A JP32196396 A JP 32196396A JP H10156229 A JPH10156229 A JP H10156229A
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至 菅野
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    • B08B3/02—Cleaning by the force of jets or sprays

Abstract

(57)【要約】 【課題】 半導体基板等に付着した微小異物を、基板を
損傷せずに強力に除去する。 【解決手段】 液滴を気中に噴射して半導体基板等の表
面に付着した異物を洗浄するための洗浄用２流体ジェッ
トノズルにおいて、加圧されたガスと液体とを混合して
液滴を形成する混合部のガス流路の断面積を、液滴をガ
スとともに加速して気中に噴射する加速管の流路の断面
積より大きく形成する。また、加速管は円形直管形状ま
たはラバーノズル形状とする。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】この発明は、洗浄用２流体ジ
ェットノズルに関するものであり、さらに詳しくは、半
導体基板等の上に付着している汚染物を除去する洗浄用
２流体ジェットノズルに関するものである。この発明
は、またこの洗浄用２流体ジェットノズルを用いて基板
上に付着している汚染物を除去する洗浄装置に関するも
のである。
【０００２】
【従来の技術】一般に半導体の製造過程において、半導
体ウエハの表面上に種々の汚染物が付着する。例えば、
半導体ウエハの上にＣＶＤ法またはスパッタ法により絶
縁膜や金属膜を形成すると、その表面にパーティクル状
の汚染物が付着する。また、ドライエッチングによるパ
ターン形成後にはエッチング残さ（レジスト残さ）や金
属汚染物が付着する。これらの汚染物を除去する方法と
して、従来から高圧ジェット水洗浄、アイススクラバー
洗浄、及び洗浄用２流体ジェットノズルを用いた液滴噴
射の洗浄が提案されている。
【０００３】図１７は、高圧ジェット水洗浄と呼ばれる
方法による従来の洗浄装置の模式図である。この洗浄装
置では、ステージ６のうえに半導体ウエハ５を保持し、
これをモーター７により回転させる。この半導体ウエハ
５に対して、純水加圧器６８より配管を通して接続され
ている高圧ジェットノズル６９が配置されている。この
洗浄方法においては、まず、純水加圧器６８によって純
水等の液体を５０〜１００ｋｇｆ／ｃｍ2（ｋｇ重／ｃ
ｍ2）の高圧に加圧し、配管を通して高圧ジェットノズ
ル６９に供給する。高圧ジェットノズル６９には、直径
０．ｌｍｍ程度の孔があり、ここから液体が連続的に半
導体ウエハ５に噴出される。噴出された液体が半導体ウ
エハ５の表面に衝突することによって、半導体ウエハ５
の表面に付着している汚染物が除去され、洗浄が行われ
る。
【０００４】この洗浄方法の問題点は、洗浄力が低く、
１μｍ以下のパーティクルを十分に除去できないことで
ある。洗浄力を高めるには、液体をより高圧に加圧し
て、高圧ジェットノズル６９からの液体の噴出速度を高
くすればよいが、純水加圧器６８が大型の装置になり、
経済的に得策ではない。具体例としては、液体の供給圧
力が１００ｋｇｆ／ｃｍ2の場合、液体の噴出速度は、
約１３０ｍ／ｓｅｃとなる。
【０００５】図１８は、従来の洗浄用２流体ジェットノ
ズル７０の断面図である。洗浄用２流体ジェットノズル
７０は、その中をガスが通過する第１の管路７２と、第
１の管路７２の外側から、第１の管路７２の側壁を貫通
し、第１の管路７２内にまでその先端部が延び、その中
を液体が通過する第２の管路７３とを備えている。第２
の管路７３の先端部は、第１の管路７２が延びる方向と
同じ方向に延びている。
【０００６】この洗浄用２流体ジェットノズル７０を用
いた、例えば半導体ウエハ用の洗浄装置の構成の模式図
を図１９に示す。この洗浄装置は、洗浄カップ８と、洗
浄カップ８内の半導体ウエハ５を保持するステージ６
と、このステージ６を回転させるモーター７と、液滴を
半導体ウエハ５の表面に向けて噴出する洗浄用２流体ジ
ェットノズル７０と、洗浄用２流体ジェットノズル７０
に加圧したガスを供給するガス供給手段２ａと、洗浄用
２流体ジェットノズル７０に加圧した液体を供給する液
体供給手段３ａとを備えている。洗浄カップ８には排気
口９が接続されている。また、洗浄用２流体ジェットノ
ズル７０を保持し、移動させるロボットアーム４を備え
ている。
【０００７】次にこの洗浄装置の動作について説明す
る。半導体ウエハ５をステージ６に固定し、所定の回転
数で回転する。ガス供給手段２ａから加圧したガスを、
また液体供給手段３ａから加圧した液体をそれぞれ洗浄
用２流体ジェットノズル７０に供給する。洗浄用２流体
ジェットノズル７０では、図１８に示すように、ガスと
液体とが混合され、液体は粒状の液滴１に変化し、第１
の管路７２内の図中ａ−ｂ間でガスの流れによって加速
され、第１の管路７２の先端から噴出される。噴出した
液滴１は、図１９に示すように、半導体ウエハ５の表面
に衝突し、半導体ウエハ５の表面上に付着している汚染
物を除去する。半導体ウエハ５から除去された汚染物
と、半導体ウエハ５の表面衝突後に飛散した液滴１と、
洗浄用２流体ジェットノズル７０から噴出したガスと
が、排気口９より洗浄カップ８内から排出される。洗浄
時、半導体ウエハ５の全面を洗浄するために、洗浄用２
流体ジェットノズル７０を保持し、移動させるロボット
アーム４によって、洗浄用２流体ジェットノズル７０を
半導体ウエハ５の表面に沿って水平方向に移動させてい
る。
【０００８】この洗浄装置は、上述の高圧ジェット水洗
浄に比べて洗浄力が高い。また、従来のアイススクラバ
ー洗浄よりランニングコストが安い。また、この洗浄装
置は、洗浄力を広範囲に制御できるので、微細パターン
の破壊がなく、また硬度の小さい金属膜に損傷を与える
ことがない。しかし、アイススクラバー洗浄と比べて洗
浄効果が低いという問題点がある。この理由を次に説明
する。
【０００９】洗浄用２流体ジェットノズルでの洗浄にお
いて、その洗浄力は液滴の速度に対応する。液滴の速度
は、ガスの流量と、液体の流量と、洗浄用２流体ジェッ
トノズル７０の第１の管路７２内の図中ａ−ｂ間の距離
と、この間の第１の管路７２の内側の断面積とによって
決定される。例えば、ガスの流量を２００Ｌ／ｍｉｎ、
液体の流量を１００ｍＬ／ｍｉｎ、ａ−ｂ間の距離を１
００ｍｍ、第１の管路７２の内径を４．３５ｍｍとする
と、液滴の速度は２２４ｍ／ｓｅｃとなる。通常洗浄用
２流体ジェットノズルの形状は固定されているので、液
滴の速度は、ガスの流量と、液体の流量によって決定さ
れるが、特に体積が大きいガスの流量に支配される。
【００１０】図１８に示されているように、第１の管路
７２は直管であり、ガスが通過する第２の管路７３の外
側の第１の管路７２の内部断面積は、図中ａ−ｂ間の内
部断面積より小さくなる。従って、ガスの流量は、第２
の管路７３の外側の、通路の一番狭い第１の管路７２の
内部断面積によって律速される。すなわち、その速度が
制限される。通常ガスの供給圧力は、最大１０ｋｇｆ／
ｃｍ2までであり、特に半導体製造工場では最大７ｋｇ
ｆ／ｃｍ2程度までを使用している。例えば、第２の管
路７３の外径を３．２ｍｍとすると、ガスが流れる第２
の管路７３の外側の、第１の管路７２の内部断面積は
６．８ｍｍ2となる。ガスの供給圧力を７ｋｇｆ／ｃｍ2
とすると、ガスの流量は約２００Ｌ／ｍｉｎとなる。こ
の場合の液滴の速度は、上記のように２２４ｍ／ｓｅｃ
となる。
【００１１】洗浄用２流体ジェットノズル７０の先端の
部分が、図中ａ−ｂ間のような直管形状の場合、この中
を流れるガスの速度は、ガスの流量を多くすると基本的
に音速度の約３３０ｍ／ｓｅｃまで可能である。しかし
ながら、図１８の形状の洗浄用２流体ジェットノズル７
０において、通常使用されるガスの供給圧力である最大
７ｋｇｆ／ｃｍ2までの範囲では、液滴の速度は音速度
まで達しない。洗浄力は液滴の速度に依存しているの
で、この洗浄用２流体ジェットノズル７０の洗浄力は、
通常使用しているガスの供給圧力範囲では低い。
【００１２】ガスの供給圧力を通常使用範囲より高くす
ると、ガスの流量が増し、液滴の速度は高まるが、最大
値は上述のように音速度である。後で述べるが、アイス
スクラバー洗浄の場合の氷粒子と本洗浄の場合の液滴と
では、氷と液（例えば水）との物性値の違いにより、氷
粒子と液滴との衝突速度が同じ場合、洗浄力はアイスス
クラバー洗浄の方が高い。アイススクラバー洗浄におい
て、氷粒子の速度は最大音速度まで達することが可能で
あるので、この洗浄用２流体ジェットノズル７０の洗浄
力は、アイススクラバー洗浄を上回ることができない。
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】また、この洗浄装置の問題点は、洗浄カッ
プ８の排気量を大きくする必要があるため経済的でない
ことと、排気を十分に行うために、洗浄用２流体ジェッ
トノズル７０の半導体ウエハ５表面との角度を６０°以
下にしており、このため洗浄力が十分でなく、また微細
パターンへのダメージ制御が困難となることである。半
導体ウエハ５からー旦除去された汚染物が、半導体ウエ
ハ５の表面へ再付着しないために、除去された汚染物と
液滴１とガスとを排気口９より洗浄カップ８内から排出
させなければならない。このために、排気口９は洗浄用
２流体ジェットノズル７０の噴出口と対向した位置に配
置し、十分な排気量が必要である。具体的には、図１９
の洗浄装置の場合、排気量は約５ｍ3／ｍｉｎ以上必要
である。
【００１４】また、洗浄用２流体ジェットノズル７０の
半導体ウエハ５との角度が６０°以上の場合、液滴とガ
スの噴流は半導体ウエハ５の表面で反射して、洗浄カッ
プ８の上部開口から上に飛散し、半導体ウエハ５の表面
に汚染物を再付着させる。洗浄力は、液滴の衝突角度が
垂直に近いほど高く、また微細パターンへのダメージの
程度は、液滴の衝突角度が垂直に近いほど小さくなる。
液滴の衝突角度によって、微細パターンが受ける力（外
力）が変わり、微細パターンへのダメージの程度が変化
する。従って、半導体ウエハ５に対して斜めから液滴を
噴出すると、半導体ウエハ５の表面上で液滴の衝突角度
の違いが出て、微細パターンへのダメージを制御するこ
とが困難となる。
【００１５】また、このような洗浄における問題点は、
半導体ウエハのみならず液晶基板、フォトマスク等の基
板の上に付着している汚染物を除去する場合においても
生じていた。
【００１６】上述のように、従来の洗浄装置では、半導
体材料などに対する洗浄力が低く、特に微細な付着物を
十分に除去できないという問題があった。また、半導体
材料などに対するダメージを十分に制御できないという
問題があった。
【００１７】それゆえに、この発明の目的は、半導体基
板等の表面上に付着している汚染物を強力に除去する洗
浄用２流体ジェットノズル、及びこれを用いた洗浄装置
を提供することにある。この発明の他の目的は、基板等
の上に付着している１μｍ以下の微小異物を除去するこ
とができるように改良された洗浄用２流体ジェットノズ
ル、及び洗浄装置を提供することにある。
【００１８】この発明のさらに他の目的は、液滴の噴出
速度が音速度を越えることができるように改良された洗
浄用２流体ジェットノズル、及び洗浄装置を提供するこ
とにある。この発明のさらに他の目的は、ランニングコ
ストの安い洗浄装置を提供することにある。
【００１９】この発明のさらに他の目的は、基板等の表
面に損傷を与えずに、基板等の表面上に付着している汚
染物を除去できるように改良された洗浄用２流体ジェッ
トノズル、及び洗浄装置を提供することにある。
【００２０】
【課題を解決するための手段】この発明の洗浄用２流体
ジェットノズルは、加圧されたガスと液体とを混合して
液滴を形成する混合部と、前記液滴を気中に噴射する加
速管部とを備え、前記混合部の前記ガスの流通路の最小
部分の断面積を前記加速管部の流通路の最小部分の断面
積より大きく形成したことを特徴とするものである。
【００２１】また、この発明の洗浄用２流体ジェットノ
ズルは、前記加速管部の内形が円形の直管であることを
特徴とするものである。
【００２２】また、この発明の洗浄用２流体ジェットノ
ズルは、前記加速管部を、その長さが３０〜２００ｍ
ｍ、管内の断面積が３ｍｍ2以上である直管形状とした
ことを特徴とするものである。
【００２３】また、この発明の洗浄用２流体ジェットノ
ズルは、前記加速管部を、その内径が前記混合部との接
続側から前記液滴の噴出方向に向かって徐々に大きくな
るラバールノズル形状としたことを特徴とするものであ
る。
【００２４】また、この発明の洗浄用２流体ジェットノ
ズルは、前記加速管部を、長さが３０〜２００ｍｍ、管
内の断面積が絞り部で３ｍｍ2以上としたことを特徴と
するものである。
【００２５】また、この発明の洗浄用２流体ジェットノ
ズルは、前記混合部の形状を円柱状としたことを特徴と
するものである。また、この発明の洗浄用２流体ジェッ
トノズルは、前記混合部を、前記加速管部と接続する方
向に徐々に断面積を縮小するように形成したことを特徴
とするものである。
【００２６】また、この発明の洗浄用２流体ジェットノ
ズルは、前記混合部を、前記ガスが通過する第１の管路
と、この第１の管路の中において前記ガスの通過方向に
前記液体を噴出する第２の管路とを備えたことを特徴と
するものである。
【００２７】また、この発明の洗浄用２流体ジェットノ
ズルは、前記混合部を、前記ガスが通過する第１の管路
と、この第１の管路の中に配設され前記液体を噴出する
第２の管路と、この第２の管路の中に配設されさらに前
記ガスを噴出する第３の管路とを備えたことを特徴とす
るものである。
【００２８】また、この発明の洗浄用２流体ジェットノ
ズルは、前記第１の管路を流れるガス及び第２の管路か
ら噴出される液体の方向を、前記液滴の噴出方向と同一
であることを特徴とするものである。
【００２９】また、この発明の洗浄用２流体ジェットノ
ズルは、前記混合部に供給されるガス流入口の断面積が
前記加速管部の断面積より大きく形成されていることを
特徴とするものである。
【００３０】また、この発明の洗浄用２流体ジェットノ
ズルは、前記加速管部の先端部に、液滴の噴出方向と略
直交する方向に整流板を備えたことを特徴とするもので
ある。
【００３１】さらに、この発明の洗浄装置は、上述のい
ずれかの洗浄用２流体ジェットノズルと、前記洗浄用２
流体ジェットノズルの混合部に接続されて加圧ガスを供
給するガス供給手段と、前記洗浄用２流体ジェットノズ
ルの混合部に接続されて加圧液体を供給する液体供給手
段とを備えたことを特徴とするものである。
【００３２】また、この発明の洗浄装置は、前記洗浄用
２流体ジェットノズルの加速管部の先端を、被洗浄材表
面から５〜５０ｍｍ離れた位置に配置するようにしたこ
とを特徴とするものである。
【００３３】また、この発明の洗浄装置は、前記２流体
ジェットノズルに供給するガス及び液体の供給圧力を、
それぞれ１〜１０ｋｇｆ／ｃｍ2としたことを特徴とす
るものである。
【００３４】
【発明の実施の形態】以下この発明の実施の形態を、図
について説明する。なお、各図を通して同一の符号は、
同一または相当の部分を示す。 実施の形態１．図１は、この発明の実施の形態に係る、
洗浄用２流体ジェットノズル１０の構造を示す断面図で
ある。これは、加圧されたガスと液体とを混合して形成
した液滴を、気中において噴射し、被洗浄物表面に衝突
させることにより洗浄を行うものである。この洗浄用２
流体ジェットノズル１０は、ノズル先端の部分で液滴の
加速を図る加速管１１を有する加速部Ａと、加圧された
ガスと液体を混合して液滴を形成する混合管１２を有す
る混合部Ｂとから構成されている。混合管１２には、加
圧されたガスの流入口２と液体の流入口３が設けられて
いる。
【００３５】この洗浄用２流体ジェットノズル１０の特
徴は、液滴を噴出するノズル先端の加速管１１、すなわ
ち図中ａ−ｂ間が円形直管形状で、長さが３０〜２００
ｍｍ、管内の断面積が３〜１５ｍｍ2であることであ
る。また、加圧されたガス及び液体が各々配管を通して
混合される混合管１２、すなわち図中ｂ−ｃ間は、円形
直管形状で、長さが３〜５０ｍｍ、断面積が７〜１００
ｍｍ2の空間を有していることである。さらに、前記混
合管１２に供給されるガスの流入口２の断面積が７〜２
００ｍｍ2、また液体の流入口３の断面積が０．０１〜
２０ｍｍ2であることである。
【００３６】具体的な例としては、ノズル先端の加速管
１１は、図中ａ−ｂ間の長さが１００ｍｍ、管内の断面
積が７ｍｍ2であり、混合管１２は、図中ｂ−ｃ間の長
さが３０ｍｍ、断面積が２０ｍｍ2の空間を有してお
り、ガスの流入口２の断面積が１５ｍｍ2、液体の流入
口３の断面積が５ｍｍ2である。
【００３７】図２は、前記洗浄用２流体ジェットノズル
１０を備えた、例えば半導体ウエハ用の洗浄装置の構成
を示す模式図である。この洗浄装置は、半導体ウエハ５
の表面上に付着している汚染物を除去するものである。
この洗浄装置は、洗浄用２流体ジェットノズル１０に接
続され、洗浄用２流体ジェットノズル１０にガス、及び
液体を加圧供給するガス供給手段２ａ、及び液体供給手
段３ａを備える。また、この装置は、半導体ウエハ５を
保持するステージ６と、ステージ６を回転させるモータ
ー７と、洗浄時の水滴の飛散を防止する洗浄カップ８と
を備えている。洗浄カップ８には排気口９が接続されて
いる。また、洗浄用２流体ジェットノズル１０を保持
し、移動させるロボットアーム４を備えている。
【００３８】次にこの洗浄装置の動作について説明す
る。半導体ウエハ５をステージ６に固定し、モーター７
により所定の回転数で回転する。ガス供給手段２ａから
の加圧したガスと、液体供給手段３ａからの加圧した液
体は、図１に示すように、ガス流入口２、及び液体流入
口３を通って洗浄用２流体ジェットノズル１０の混合管
１２内に供給される。洗浄用２流体ジェットノズル１０
内の混合部Ｂでは、すなわち混合管１２の図中ｂ−ｃ間
では、ガスと液体とが混合され、液体は粒状の液滴１に
変化する。液滴１は、洗浄用２流体ジェットノズル１０
内のノズル先端の加速部、すなわち加速管１１の図中ａ
−ｂ間でガスの流れによって加速され、粒径は更に小さ
くなり、ノズル先端から噴出される。
【００３９】噴出した液滴１は、図２に示すように、半
導体ウエハ５表面に衝突し、半導体ウエハ５表面上に付
着している汚染物を除去する。半導体ウエハ５から除去
された汚染物と、半導体ウエハ５の表面衝突後に飛散し
た液滴１と、洗浄用２流体ジェットノズル１０から噴出
したガス流とは、排気口９より洗浄カップ８内から排出
される。洗浄時、半導体ウエハ５全面を洗浄するため
に、洗浄用２流体ジェットノズル１０を保持し、移動さ
せるロボットアーム４によって、洗浄用２流体ジェット
ノズル１０を半導体ウエハ５の表面に沿って水平方向に
移動させている。
【００４０】図３は、図１８に示した従来の洗浄用２流
体ジェットノズル７０と比較した、この実施の形態の洗
浄用２流体ジェットノズル１０のガスの供給圧力とガス
の流量との関係（流量特性）を示すグラフである。図３
において、流量線３−１は、図１に示したこの実施の形
態の洗浄用２流体ジェットノズル１０のガス流量を示す
もので、先に具体例として説明したように、加速部Ａの
内径が３ｍｍ（断面積は７ｍｍ2）、混合部Ｂの内部断
面積が２０ｍｍ2のものである。また、流量線３−２
は、図１８に示した従来の洗浄用２流体ジェットノズル
７０のガス流量を示すもので、先に具体例として説明し
たように第１の管路７２の内径が４．３５ｍｍ（断面積
は１５ｍｍ2）、第２の管路７３の外径が６．８ｍｍ、
第２の管路７３の外側の第１の管路７２の内部断面積が
６．８ｍｍ2のものである。
【００４１】図３から解るように、ガスの供給圧力が同
じ場合、従来の洗浄用２流体ジェットノズル７０と比較
して、本発明の洗浄用２流体ジェットノズル１０は、ガ
スの流量が大きくなる。これは、従来の技術の説明で述
べたように、図１８に示した従来の洗浄用２流体ジェッ
トノズル７０では、第１の管路７２は直管であり、第２
の管路７３の外側の、ガスが通過する第１の管路７２の
内部断面積は、図中ａ−ｂ間の断面積より小さくなる。
従って、ガスの流量は、第２の管路７３の外側の、通路
の一番狭い、第１の管路の内部断面積によって律速され
て、すなわち速度が制限されて、少なくなる。
【００４２】図４は、従来の洗浄用２流体ジェットノズ
ル７０と比較した、この実施の形態の洗浄用２流体ジェ
ットノズル１０のガスの供給圧力と液滴の噴出速度との
関係を示すグラフである。図４において、速度線４−１
は、この実施の形態の洗浄用２流体ジェットノズル１０
の液滴の噴出速度を示し、速度線４−２は、従来の洗浄
用２流体ジェットノズル７０の液滴の噴出速度を示す。
図４から解るように、ガスの供給圧力が同じ場合、従来
の洗浄用２流体ジェットノズル７０と比較して、本発明
の洗浄用２流体ジェットノズル１０は液滴の噴出速度が
速くなる。
【００４３】具体的な例として、先に説明したのと同様
に、従来の洗浄用２流体ジェットノズル７０のノズル先
端部の内径が４．３５ｍｍ（断面積は１５ｍｍ2）、本
発明の洗浄用２流体ジェットノズル１０のノズル先端部
の加速管１１の内径が３ｍｍ（断面積は７ｍｍ2）の場
合を想定する。本発明の洗浄用２流体ジェットノズル１
０での液滴の噴出速度は、ガスの供給圧力が約３ｋｇｆ
／ｃｍ2で音速度に達することができる。従来の洗浄用
２流体ジェットノズル７０での液滴の噴出速度は、ガス
の供給圧力が約７ｋｇｆ／ｃｍ2で、２２４ｍ／ｓｅｃ
である。従来の洗浄用２流体ジェットノズル７０で音速
度に達するには、ガスの供給圧力が１０ｋｇｆ／ｃｍ2
以上必要である。従って、本発明の洗浄用２流体ジェッ
トノズルは、ガスの供給圧力がより低圧で液滴の噴出速
度を高めることができる。
【００４４】図５は、本発明の洗浄用２流体ジェットノ
ズル１０のノズル先端の加速部Ａ、すなわち加速管１１
の図１中のａ−ｂ間の長さと液滴の噴出速度との関係を
示すグラフである。図５から解るように、洗浄用２流体
ジェットノズル１０のノズル先端の加速部Ａの長さが３
０ｍｍ以下では、液滴の噴出速度は遅い。これは、洗浄
用２流体ジェットノズル１０の混合部Ｂで形成された液
滴１が、ノズル先端の加速部Ａが短いために、ガスの流
れによる加速を十分に受けられないためである。また、
洗浄用２流体ジェットノズル１０のノズル先端の加速部
Ａの長さが２００ｍｍ以上では、液滴の噴出速度は緩や
かに遅くなる。これは、ノズル先端の加速部Ａが長いた
めに、配管内の流体抵抗力によってガスの流量が低下す
るためである。従って、洗浄用２流体ジェットノズル１
０のノズル先端の加速部Ａの長さは、３０〜２００ｍｍ
が適当である。
【００４５】図６は、洗浄用２流体ジェットノズルの液
滴の噴出速度と洗浄力との関係を、汚染物の除去率によ
って示した示すグラフである。図６より明らかなよう
に、洗浄力は液滴の噴出速度に比例して大きくなる。
【００４６】図７は、この発明の洗浄用２流体ジェット
ノズル１０のノズル先端の加速部Ａの管内の断面積を変
化させた場合の、液体の流量と洗浄力との関係を、汚染
物の除去率によって示したグラフである。図７におい
て、曲線７−１、７−２、７−３は、それぞれノズル先
端の加速管１１の内部断面積が、３ｍｍ2、５ｍｍ2、７
ｍｍ2の場合の洗浄力の変化を示すものである。このグ
ラフは、ノズル先端の加速部Ａの管内の断面積のみを変
えた洗浄用２流体ジェットノズルにおいて、ガスの供給
圧力をー定にして、液体の流量を変化させたものであ
る。従って、ノズル先端の加速管１１の管内の断面積が
大きい場合、ガスの流量は多くなる。
【００４７】図７に見るように、液体の流量が少ない場
合、洗浄力は小さくなる。これは、液滴の個数が少ない
ので洗浄効率が低下したためである。この条件下で、十
分な除去率を得るための液体の流量は約１００ｍＬ／ｍ
ｉｎ以上必要である。また、液体の流量が多い場合、洗
浄力は緩やかに小さくなる。これは、あるガスの流量に
対して、十分に加速できる液滴の量は限られているた
め、液体の流量が多すぎて、液滴の速度が遅くなったた
めである。
【００４８】また、ノズル先端の加速部Ａの管内の断面
積が小さいと、ガスの流量が少ないため、十分に加速で
きる液滴の量、つまり液体の流量は少なくなり、除去率
は低い。これに対し、ノズル先端の加速部Ａの管内の断
面積が犬きいと、ガスの流量が多いため、十分に加速で
きる液滴の量、つまり液体の流量は多くなり、除去率は
高くなる。ただし、ノズル先端部の管内の断面積が大き
過ぎると、ガスの流量が多くランニングコストが高くな
り経済的に得策ではない。また、ガスの流量が多くな
り、洗浄カップ８内の排気を十分に行うための排気量を
増やす必要があり、ランニングコストが高くなり経済的
に得策ではない。これらを考慮すると、ノズル先端の加
速管１１の管内の断面積は３ｍｍ2以上とすることが適
当である。また、その断面積は実際的には、３〜１５ｍ
ｍ2程度が実用的であり、実験等によればおおよそ７ｍ
ｍ2程度が最適となる。さらに、流体抵抗力を小さくす
るため、ノズル先端の加速部Ａの形状は円管で、かつ直
管が好ましい。
【００４９】加圧されたガス及び液体が各々配管を通し
て混合されるノズル混合部Ｂの断面積は、少なくともノ
ズル先端の加速部Ａの管内の断面積より大きくなければ
ならない。ノズル先端の加速部Ａの管内の断面積より小
さい場合には、混合部Ｂでガスの流量が絞られて、十分
な洗浄力を得るための液滴の速度に達しない。また、混
合部Ｂの断面積が大きすぎる場合は、混合部での液滴の
微細化が十分になされず、洗浄効率が低くなる。混合部
Ｂの長さが短いと、混合部Ｂでの液滴の加速が不足し
て、十分な洗浄力を得られない。また、混合部Ｂの長さ
が長いと、混合部Ｂでの流体抵抗力が高くなり、ガスの
流量が少さくなって十分な洗浄力を得られない。従っ
て、これらを考慮すると、混合部Ｂの断面積は、少なく
ともノズル先端の加速部Ａの適切な管内断面積の最小値
３ｍｍ2より大きくなければならず、従って３ｍｍ2以上
が適当である。また、実用的には３〜２００ｍｍ2が適
当である。また、混合部Ｂの長さは３〜５０ｍｍが実用
的である。さらにまた、流体抵抗力を小さくするため、
混合部Ｂの形状は円管が好ましい。
【００５０】前記混合部Ｂに供給されるガスの流入口２
の断面積は、ガスの流量を絞らないように、少なくとも
ノズル先端の加速部Ａの管内の断面積の最小部分より大
きく、また、構造上混合部Ｂの断面積と同等以下にしな
ければならない。従って、ガス流入口２の断面積は、加
速部Ａの適切な管内断面積の最小値３ｍｍ2より大き
く、少なくとも3ｍｍ2以上とする必要がある。また、実
用的には、７〜２００ｍｍ2程度が適当である。また、
液体の流入口３の断面積は、十分な除去率を得るための
最低限の液体の流量、約１００ｍＬ／ｍｉｎ以上を流す
ための大きさが必要である。このためには、理論的にも
液体流入口３の断面積は０．０４ｍｍ2以上あればよ
い。また、混合部Ｂでの液滴の微細化と、液滴の初速度
を高めるために、あまり大きすぎない方がよい。実用的
には０．０４〜２０ｍｍ2程度が適当である。
【００５１】次に、本発明による洗浄用２流体ジェット
ノズルの動作、作用の基本的概念を、図８を用いて説明
する。図８は、噴射された液滴による洗浄作用を説明す
るための図である。先ず、図８（ａ）に示すように、液
滴１が半導体ウエハ５の表面へＶｏの速度で衝突すると
する。すると、図８（ｂ）に示すように、液滴１の衝突
の際、液滴１の下部に、衝撃圧と呼ばれる圧力Ｐが生じ
る。次に図８（ｃ）に示すように、この衝撃圧によっ
て、水平方向の放射流と呼ばれる流れＶｆが生じる。さ
らに、液滴１は図８（ｄ）に示すように変形し、半導体
ウエハ５上の汚染物は、衝撃圧Ｐ、あるいはこの放射流
Ｖｆから受ける力によって除去される。
【００５２】衝撃圧Ｐは、次の式で与えられる。
【数１】 式中、Ｖｏは衝突速度、ρLは液体の密度、ＣLは液体中
の音速度、αは次式で示す低減係数を表わしている。
【数２】 式中、ρｓは半導体ウエハ基板の密度、Ｃｓは半導体ウ
エハ基板中の音速度を表わしている。
【００５３】放射流の速度Ｖｆは、次式で表わされる。
【数３】
【００５４】半導体ウエハ５上の汚染物を仮に球形のパ
ーティクルとすると、このパーティクルが受ける外力
（除去力、または洗浄力）Ｄは、次式で表わされる。
【数４】
【数５】 式中、ＣDは抗力係数、ｄはパーティクルの直径を表わ
している。尚、［式４］と［式５］は、形が違うが、結
果的に同じ値が得られる。これから分かるように、洗浄
力Ｄは液滴の衝突速度Ｖｏに比例しており、衝突速度Ｖ
ｏを上げると洗浄力Ｄは大きくなる。
【００５５】洗浄力Ｄは液滴１の粒径には依存しない
が、液滴１が衝突する面積（これは、汚染物の除去率に
影響を及ぼす）が変化する。液体の供給量をー定とした
場合、液滴１の粒径を小さくすると、液滴１の個数は粒
径の３乗に反比例して増加し、一方、１個の液滴の衝突
する面積は、粒径の２乗に比例して減少する。結果とし
て、全体の液滴の衝突する面積が増加して、洗浄効果は
高まる。また、このモデルは液滴、いわゆる液体の粒子
だけでなく、従来の技術であるアイススクラバー洗浄の
場合の氷粒子にも適用できる。氷粒子の場合は、氷粒子
中の音速度ＣLが、水等の液体中の音速度より大きいた
め、衝突速度が同じ場合、氷粒子の洗浄力は液滴よりも
大きくなる。
【００５６】上記モデルは液滴１が半導体ウエハ５の表
面へ垂直に衝突する場合を想定しているが、実際には、
ある角度を持たせているため、［式４］、［式５］は、
各々次式で表わされる。
【数６】
【数７】 式中、θは半導体ウエハ５表面方向との液滴１の衝突角
度を表わしている。
【００５７】図９は液滴の衝突角度と洗浄力との関係
を、汚染物の除去率によって示したグラフである。図９
に示すように、液滴の衝突角度を犬きくすると、サイン
カーブに従って、洗浄力は大きくなる。
【００５８】図１０は、各種洗浄方法におけるパーティ
クルの粒径とその除去率との関係を示すグラフである。
図中ライン１０−１は本発明の洗浄用２流体ジェットノ
ズル１０による洗浄、図中ライン１０−２は従来の洗浄
用２流体ジェットノズル７０による洗浄、図中ライン１
０−３は従来の高圧ジェット水洗浄による除去率を示す
曲線である。尚、従来の技術であるアイススクラバー洗
浄については記載していないが、ライン１０−１と同程
度である。図１０に示されているように、図中ライン１
０−３の高圧ジェット水洗浄では１μｍ以下のパーティ
クルが除去できない。また、図中ライン１０−２の従来
の洗浄用２流体ジェットノズル７０による洗浄では、高
圧ジェット水洗浄より洗浄力が高いが、０．１μｍのパ
ーティクルが除去できない。これに対し、図中ライン１
０−１の本発明の洗浄用２流体ジェットノズル１０によ
る洗浄は、これらより洗浄力が高く、０．１μｍ以下の
パーティクルの除去が可能である。
【００５９】尚、上記実施の形態では、基板として半導
体ウエハを例示したが、この発明はこれに限られるもの
ではなく、液晶、フォトマスク等の基板の表面上に付着
している汚染物を除去する場合にも適用することができ
る。
【００６０】実施の形態２．図１１は、この発明の他の
実施の形態に係る、洗浄用２流体ジェットノズル２０の
断面図である。この洗浄用２流体ジェットノズル２０
は、ノズル先端の部分で液滴の加速を図る加速管２１か
らなる加速部Ａと、加圧されたガスと液体を混合して液
滴を形成する混合管２２を含む混合部Ｂとから構成され
ている。混合管２２には、加圧されたガスの流入口２
と、混合管２２の側壁を貫通して混合管２２中に液体の
流入口３が開口し、その先端部分が混合管２２と同軸状
に配置された液体の流入管２３が設けられている。
【００６１】この洗浄用２流体ジェットノズル２０の特
徴は次のとおりである。加圧されたガス及び液体が混合
される混合部Ｂ（図中ｂ−ｄ間）のうちの図中ｃ−ｄ間
は、従来の技術と同様に、外管（第１の管路２２）にガ
ス、内管（第２の管路２３）に液体が流れる２重管の構
造になっており、違いとしては、この部分のガスが通過
する第２の管路２３の外側の、第１の管路２２の内部断
面積が、ノズル先端の加速管１１（図中ａ−ｂ間）の断
面積よりも大きい点である。従って、ガスは、混合部Ｂ
内の２重管のところで律速されることがなく、すなわち
速度が制限されることがなく、従来の洗浄用２流体ジェ
ットノズル７０より低い供給圧力で大流量が得られるの
で、液滴の噴出速度が速く、洗浄力が高い。
【００６２】また、この洗浄用２流体ジェットノズル２
０のもう１つの特徴は、混合部Ｂ内の第２の管路２３の
出口から先で、加速管２１に接続されるまでの間（図中
ｂ−ｃ間）で、第１の管路２２が加速管２１の断面積ま
で徐々に細くなっている点である。これにより、図中ｂ
−ｃ間のガスの速度は、流体抵抗力の損失を受けること
なく、徐々に速くなる。第２の管路２３の出口３から吐
出した液滴１は、このガスの流れにより徐々に加速さ
れ、より微細化される。従って、図１に示した実施の形
態の洗浄用２流体ジェットノズル１０よりも、液滴１の
粒径が小さく、かつ液滴１の噴出速度が速くなり、洗浄
力が高い。
【００６３】この洗浄用２流体ジェットノズル２０の具
体的な例としては、ノズル先端の加速部Ａ（図中ａ−ｂ
間）の長さが１００ｍｍ、管内の断面積が７ｍｍ2であ
り、混合部Ｂ（図中ｂ−ｄ間）の図中ｂ−ｃ間の長さが
２０ｍｍ、図中ｃ−ｄ間の長さが２０ｍｍ、図中ｃ−ｄ
間の第２の管路２３の外側のガスが流れる部分の断面積
が２０ｍｍ2、ガスの流入口２の断面積が２０ｍｍ2、液
体の流入口３の断面積が３ｍｍ2である。さらに第１の
管路２２と第２の管路２３はともに円管形状で、混合部
Ｂの図中ｃ部において同心円状に配置されているもので
ある。このように構成することにより、液滴がより微細
化され、かつ液滴の噴出速度が速く、従って洗浄力の高
い洗浄用２流体ジェットノズルを実現することができ
る。
【００６４】実施の形態３．図１２は、この発明の他の
実施の形態に係る、洗浄用２流体ジェットノズル３０の
断面図である。この洗浄用２流体ジェットノズル３０
は、ノズル先端の部分で液滴の加速を図る加速管３１か
らなる加速部Ａ（図中ａ−ｂ）と、加圧されたガスと液
体を混合して液滴を形成する混合管３２を含む混合部Ｂ
（図中ｂ−ｄ）とから構成されている。混合管３２に
は、加圧されたガスの流入口２と、混合管３２の側壁を
貫通して混合管３２中に液体の流入口３が開口し、その
先端部分が混合管３２と同軸状に配置された液体の流入
管３３が設けられている。さらに、この液体の流入管３
３の中にガスの流入管３４が同軸状に配置され、３重管
構造になっている。加圧されたガス及び液体が混合され
た後の、混合部Ｂの図中ｂ−ｃ間と、ノズル先端の加速
部Ａ（図中ａ−ｂ間）は、図１１の実施の形態と同じで
ある。
【００６５】この洗浄用２流体ジェットノズル３０の特
徴は、次のとおりである。すなわち、この洗浄用２流体
ジェットノズル３０は、混合部Ｂの図中ｃ−ｄ間におい
て、その中をガスが通過する第１の管路３２と、第１の
管路３２の外側から、第１の管路３２の側壁を貫通し、
第１の管路３２内にまでその先端部が延び、その中を液
体が通過する第２の管路３３と、さらに第２の管路３３
の外側から、第２の管路３３の側壁を貫通し、第２の管
路３３内にまでその先端部が延び、その中をガスが通過
する第３の管路３４とを備えている。また、第３の管路
３４の先端部と、第２の管路３３の先端部は、第１の管
路３２が延びる方向と同じ方向に延びている。
【００６６】図１１に示した実施の形態と同様に、この
３重管構造の部分、図中ｃ−ｄ間のガスが通過する第２
の管路３３の外側の、第１の管路３２の内部断面積は、
ノズル先端の加速部Ａ（図中ａ−ｂ間）の断面積よりも
大きい。第３の管路３４の先端部では、第３の管路３４
からでたガスと、第２の管路３３内を流れる液体とが混
合して液滴が形成され、第１の管路３２内で更にガスの
流れにより液滴の微細化が促進される。
【００６７】結果として、図１あるいは図１１で示した
実施の形態の洗浄用２流体ジェットノズルによる液滴よ
りもより微細な液滴が得られ、また液滴の噴出速度が速
くなる。具体的な例としては、従来の洗浄用２流体ジェ
ットノズル７０での液滴の粒径が約２０μｍ、図１で示
した実施の形態の洗浄用２流体ジェットノズル１０での
液滴の粒径が約１０μｍ、図１１で示した実施の形態の
洗浄用２流体ジェットノズル２０での液滴の粒径が約５
μｍ、図１２で示した本実施の形態の洗浄用２流体ジェ
ットノズル３０での液滴の粒径が約２μｍである。従っ
て、本実施の形態の洗浄用２流体ジェットノズル３０で
の洗浄力は、従来の洗浄用２流体ジェットノズル７０は
もとより、図１あるいは図１１で示した実施の形態の洗
浄用２流体ジェットノズルよりも高い。
【００６８】実施の形態４．図１３は、この発明の他の
実施の形態に係る、洗浄用２流体ジェットノズル４０の
構造を示す断面図である。この洗浄用２流体ジェットノ
ズル４０は、ノズル先端の部分で液滴の加速を図るラバ
ールノズル形状の加速管４１からなる加速部Ａ（図中ａ
−ｂ）と、加圧されたガスと液体を混合して液滴を形成
する混合管４２を含む混合部Ｂ（図中ｂ−ｄ）とから構
成されている。混合管４２には、加圧されたガスの流入
口２と液体の流入口３が設けられている。加圧されたガ
ス及び液体が混合される混合部Ｂの管路４２の図中ｂ−
ｃ間の形状は、図１１で示した実施の形態の第１の管路
２２と同じで、混合部Ｂの管路４２の図中ｃ−ｄ間の形
状は、図１で示した実施の形態の混合部Ｂの図中ｂ−ｃ
間の形状と同じである。
【００６９】本洗浄用２流体ジェットノズル４０の特徴
は、ノズル先端の加速部Ａ（図中ａ−ｂ間）の内径が、
液滴の噴出口に向かって徐々に大きくなるラバールノズ
ル形状になっている点である。この２流体ジェットノズ
ル４０のノズル先端の加速部Ａ（図中ａ−ｂ間）の長さ
は、実施の形態１の直管の場合と同様の理由で３０〜２
００ｍｍが適当である。また、加速部Ａの管内の断面積
は、実施の形態１の直管の場合と同様の理由で、断面積
が最小の絞り部（スロート部）すなわち図中ｂ部で、３
ｍｍ2以上必要である。また、実用的には３〜１０ｍｍ2
程度が適当である。さらに、出口部、すなわち図中ａ部
での断面積は、少なくとも絞り部よりは大きく、３ｍｍ
2以上必要である。実用的には、６〜２０ｍｍ2程度が適
当である。
【００７０】ー般にラバールノズル（ラバール管）はガ
スを管路の中で超音速に増速するためのものであるが、
本洗浄用２流体ジェットノズル４０は液滴を超音速まで
増速させるために、形状の最適化を行っている。図７に
見るように、十分な除去率を得るための液体の流量は約
１００ｍＬ／ｍｉｎ以上必要で、また、液体の流量が多
い場合は、ランニングコストが高くなり経済的に得策で
はないので、最適な液体の流量は１００〜３００ｍＬ／
ｍｉｎである。この流量の液滴を超音速まで加速させる
ための最小ガス流量は、２００〜６００Ｌ／ｍｉｎであ
る。
【００７１】このガス流量を、通常使用されるガスの供
給圧力である最大７ｋｇｆ／ｃｍ2までの範囲で得るた
めには、２流体ジェットノズル４０の加速管４１の絞り
部（スロート部）、図中ｂ部の断面積を、３〜１０ｍｍ
2あるいはそれ以上にしなければならない。また、２流
体ジェットノズル４０の加速管４１の出口部、図中ａ部
の断面積を、絞り部（スロート部）の断面積の２倍にす
れば液滴を超音速まで加速可能であるので、出口部の断
面積の最適値は６〜２０ｍｍ2となる。この条件の２流
体ジェットノズル４０で、液滴１の噴出速度は、音速度
の約１．５倍の約５００ｍ／ｓｅｃに達する。この２流
体ジェットノズル４０は、上記のように液滴１を超音速
で噴出することが可能であるので、アイススクラバー洗
浄や、従来の２流体ジェットノズル７０、さらには図
１、図１１または図１２で示した実施の形態の２流体ジ
ェットノズルより洗浄力が高い。
【００７２】実施の形態５．図１４は、この発明のさら
に他の実施の形態に係る、洗浄用２流体ジェットノズル
５０の構造を示す断面図である。この洗浄用２流体ジェ
ットノズル５０は、ノズル先端の部分で液滴の加速を図
る加速管５１からなる加速部Ａ（図中ａ−ｂ）と、加圧
されたガスと液体を混合して液滴を形成する混合管５２
を含む混合部Ｂ（図中ｂ−ｄ）とから構成されている。
混合管５２には、加圧されたガスの流入口２と液体の流
入口３が設けられている。ノズル先端の加速部Ａ（図中
ａ−ｂ間）、および加圧されたガス及び液体が混合され
る混合部Ｂ（図中ｂ−ｃ間）の形状は、図１に示した実
施の形態と同じである。
【００７３】本洗浄用２流体ジェットノズル５０の特徴
は、ノズル先端の加速部Ａの出口、図中ａ部、あるいは
図中ａ−ｂ間に、噴出した液滴及びガスの噴流の方向を
制御する整流板５５を備えている点である。この整流板
５５は、洗浄用２流体ジェットノズル５０の加速管５１
から噴出方向と直角に１０〜１００ｍｍの範囲で広がる
平板である。
【００７４】図１５は、前記の洗浄用２流体ジェットノ
ズル５０を備えた、例えば半導体ウエハ用の洗浄装置の
構成を示す模式図である。この洗浄装置は、洗浄用２流
体ジェットノズル５０にガス、及び液体を加圧供給する
ガス供給手段２ａ、及び液体供給手段３ａを備えてい
る。また、この装置は、半導体ウエハ５を保持するステ
ージ６と、ステージ６を回転させるモーター７と、洗浄
時の水滴の飛散を防止する洗浄カップ８とを備えてい
る。洗浄カップ８には排気口９が接続されている。ま
た、洗浄用２流体ジェットノズル１０を保持し、移動さ
せるロボットアーム４を備えている。前記整流板５５
は、半導体ウエハ５表面から５〜５０ｍｍ離れた位置に
配置し、半導体ウェハの表面とほぼ並行に広がるように
配置されている。
【００７５】具体例としては、図１４、図１５に示すよ
うに、整流板５５はノズル出口先端に取付けられた半径
５０ｍｍの円盤である。洗浄時、洗浄用２流体ジェット
ノズル５０は半導体ウエハ５表面から２０ｍｍ離れた位
置に垂直に配置され、半導体ウエハ５の表面全体を洗浄
するため、表面に沿って横移動する。つまり、整流板５
５は半導体ウエハ５の表面と２０ｍｍ離れた位置に平行
に配置されている。
【００７６】洗浄用２流体ジェットノズル５０から噴出
した液滴１とガスの流れ（噴流）は、一旦半導体ウエハ
５の表面に衝突し、上方へ飛散しようとするが、整流板
５５により抑さえられて、半導体ウエハ５の表面に沿っ
て分散する。洗浄用２流体ジェットノズル５０から噴出
した直後の噴流は高速であるが、整流板５５の整流効果
により整流板５５の周囲での噴流は低速になる。具体的
な例としては、ノズル先端の加速部Ａ（図中ａ−ｂ間）
の長さが１００ｍｍ、管内の断面積が７ｍｍ2で、ガス
の流量を１５０Ｌ／ｍｉｎ、液体の流量を１００ｍＬ／
ｍｉｎとした場合、噴出した直後の噴流の速度は、音速
度の３３０ｍ／ｓｅｃであるが、整流板５５の周囲での
噴流の速度は、０．４ｍ／ｓｅｃとなる。
【００７７】整流板がない場合は、洗浄用２流体ジェッ
トノズルから噴出した液滴とガスの流れ（噴流）は、半
導体ウエハ５の表面から反射して上方へ飛散する。半導
体ウエハ５の表面に付着している汚染物は、液滴の衝突
により半導体ウエハ５の表面よりー旦は除去されるが、
液滴とともに上方へ飛散した後、半導体ウエハ５の表面
に付着し、半導体ウエハ５を汚染させる。従って、整流
板５５がない場合は、洗浄用２流体ジェットノズル５０
から噴出した液滴とガスの流れ（噴流）、及び除去され
た汚染物を、速やかに半導体ウエハ５の表面上から排除
するために、洗浄用２流体ジェットノズルの噴出角度を
６０°以下にし、これと対向した位置で大流量の排気を
行っている。
【００７８】整流板５５を備えることによって上記の問
題は解決されるため、洗浄用２流体ジェットノズルの噴
出角度を９０°（垂直方向）にすることが可能で、洗浄
力が高くなる。また、整流板５５の近傍では噴流の速度
を遅くするので、排気量を少なくすることが可能であ
る。具体的には、図１８で説明した従来の洗浄用２流体
ジェットノズル７０の場合、排気量は約５ｍ3／ｍｉｎ
以上必要であるが、本発明の洗浄用２流体ジェットノズ
ル５０の場合は２ｍ3／ｍｉｎ以下で十分である。
【００７９】整流板５５の位置は、半導体ウエハ５の表
面からあまり離れると、噴流の飛散を抑さえる効果が小
さくなり、また、半導体ウエハ５の表面からあまり近づ
くと、整流板５５と半導体ウエハ５の表面との間を流れ
るガスの流体抵抗力が大きくなるので、液滴の噴出速度
が遅くなる。このため、整流板５５の位置は、半導体ウ
エハ５の表面から５〜５０ｍｍ離れた所が最適である。
【００８０】また、整流板５５の形状は本実施の形態の
ような円盤の場合、その直径が小さいと、噴流の飛散を
抑さえる効果が小さくなり、また、その直径があまり大
きいと、現実的な装置構成上の取付け、及びロボットア
ーム４での移動が困難になる。このため、整流板５５の
形状が円盤の場合、その半径は実用的に１０〜１００ｍ
ｍが適当である。
【００８１】実施の形態６．図１６は、この発明のさら
に他の実施の形態に係る、洗浄用２流体ジェットノズル
６０の構造を示す断面図である。この実施の形態は、変
形された整流板を有するノズルを示す。この洗浄用２流
体ジェットノズル６０は、加速管６１からなる加速部Ａ
（図中ａ−ｂ）と、混合管６２を含む混合部Ｂ（図中ｂ
−ｄ）と、加速管６１の先端に設けられた整流板６５と
から構成されている。混合管５２には、加圧されたガス
の流入口２と液体の流入口３が設けられている。ノズル
先端の加速部Ａ（図中ａ−ｂ間）、および加圧されたガ
ス及び液体が混合される混合部Ｂ（図中ｂ−ｃ間）の形
状は、図１４に示した実施の形態と同じである。図16
（ｂ）は、図１６（ａ）の紙面に垂直な方向の整流板６
５の断面図、図１６（ｃ）は、液滴の噴射方向と逆方向
にノズル６０を見た場合の整流板６５と加速管６１の端
面の図である。
【００８２】この洗浄用２流体ジェットノズル６０に備
えている整流板６５は、液滴の噴射方向に開口すると共
に、一方の側面のみが開口した箱型の形状を有する。開
口された一方の側面は、排気口の方向に向くようにして
使用される。この場合、整流板６５の整流効果により、
洗浄用２流体ジェットノズル６０から噴出された噴流の
速度は整流板６５の付近では遅くなり、かつ噴流の大部
分は、整流板６５の開口された１方の側面から排気口９
へ向かって流れる。このため、排気効率が更に向上し
て、排気量を少なくすることが可能である。以上のよう
に、ノズルの先端またはその近傍に半導体基板など被洗
浄材から反射してくるガスおよび液滴の噴流を止める整
流板を設けることにより、排気効率が向上するため、洗
浄装置の排気量が少なくても十分な洗浄効果を上げるこ
とができる。
【００８３】
【発明の効果】以上説明したように、この発明の洗浄用
２流体ジェットノズルでは、加圧されたガスと液体とを
混合して液滴を形成する混合部のガス流通路の最小部分
の断面積を、液滴を気中に噴射する加速部の流路の断面
積の最小部分より大きくしたので、低いガス圧でも液滴
の噴射速度を高め、強力な洗浄を行うこができる。ま
た、加速部を円形の直管にし、あるいはその形状を最適
化したので、さらに高速の液滴噴射ができる。
【００８４】また、この発明の洗浄用２流体ジェットノ
ズルでは、加速部を、その内径が混合部との接続側から
液滴の噴出方向に向かって徐々に大きくなるラバールノ
ズル形状とし、またその形状を最適化したので、音速を
超える液滴の噴射を実現することができる。
【００８５】また、この発明の洗浄用２流体ジェットノ
ズルでは、加圧ガスと液体との混合部の形状を円柱状と
し、またその形状を最適化したので、液滴を最適に形成
し、洗浄効果を高めることができる。
【００８６】また、この発明の洗浄用２流体ジェットノ
ズルでは、混合部を、加速部と接続する方向に徐々に断
面積を縮小するように形成し、またその形状を最適化し
たので、液滴の微細化をはかり、かつ高速の液滴噴射を
行うことができる。
【００８７】また、この発明の洗浄用２流体ジェットノ
ズルでは、混合部に供給されるガス流入口の断面積およ
び液体の流入口の断面積を最適化したので、液滴の効果
的に微細化して洗浄効果を高めることができる。
【００８８】また、この発明の洗浄用２流体ジェットノ
ズルでは、加圧ガスと液体の混合部を、ガスが通過する
外管と、この外管の中においてガスの通過方向に液体を
噴出する内管とを備えた２重構造にしたので、効果的に
微細な液滴を形成し、洗浄効果を上げることができる。
【００８９】また、この発明の洗浄用２流体ジェットノ
ズルでは、加圧ガスと液体の混合部を、ガスが通過する
外管と、この外管の中に配設され液体を噴出する内管
と、さらにこの内管の中に配設されガスを噴出する第３
の管とを備えた３重構造にしたので、液滴の形成が効果
的に行え、かつその微細化を図ることができる。
【００９０】また、この発明の洗浄用２流体ジェットノ
ズルでは、加速管の先端部付近に、液滴の噴出方向と略
直交する方向に整流板を備え、またその形状を最適化し
たので、半導体基板等の表面に損傷を与えずに、基板等
の表面上に付着している汚染物を除去できる。
【００９１】また、この発明の洗浄装置では、上述のよ
うな洗浄用２流体ジェットノズルの動作を生かして、半
導体基板等の付着異物を強力に除去できる。また、整流
板を備えた洗浄用２流体ジェットノズルを用いることに
より、液滴の飛散を防止でき、排気量を少なくすること
ができる。
【００９２】また、この発明の洗浄用２流体ジェットノ
ズルおよび洗浄装置では、２流体ジェットノズルに供給
するガス及び液体の供給圧力を適切に選択するので、上
述したような洗浄用２流体ジェットノズルおよびこれを
用いた洗浄装置の効果を適切に発揮させ、強力な洗浄を
行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 この発明の実施の形態１に係る洗浄用２流体
ジェットノズルの構造を示す断面図である。
【図２】 この発明の実施の形態の洗浄用２流体ジェッ
トノズルを備えた洗浄装置の構成を示す模式図である。
【図３】 洗浄用２流体ジェットノズルのガスの供給圧
力とガスの流量との関係（流量特性）を示すグラフであ
る。
【図４】 洗浄用２流体ジェットノズルのガスの供給圧
力と液滴の噴出速度との関係を示すグラフである。
【図５】 この発明の洗浄用２流体ジェットノズルのノ
ズル先端の加速部の長さと液滴の噴出速度との関係を示
すグラフである。
【図６】 洗浄用２流体ジェットノズルの液滴の噴出速
度と洗浄力または汚染物の除去率との関係を示すグラフ
である。
【図７】 この発明の洗浄用２流体ジェットノズルのノ
ズル先端の加速部の管内の断面積を変化させた場合の、
液体の流量と汚染物の除去率との関係を示すグラフであ
る。
【図８】 この発明の洗浄用２流体ジェットノズルの動
作、作用の基本的概念を説明するための図である。
【図９】 洗浄用２流体ジェットノズルの液滴の衝突角
度と洗浄力または汚染物の除去率との関係を示すグラフ
である。
【図１０】 各種洗浄方法におけるパーティクルの粒径
とその除去率との関係を示すグラフである。
【図１１】 この発明の実施の形態２に係る、洗浄用２
流体ジェットノズルの構造を示す断面図である。
【図１２】 この発明の実施の形態３に係る、洗浄用２
流体ジェットノズルの構造を示す断面図である。
【図１３】 この発明の実施の形態４に係る、洗浄用２
流体ジェットノズルの構造を示す断面図である。
【図１４】 この発明の実施の形態５に係る、洗浄用２
流体ジェットノズルの断面図である。
【図１５】 この発明の実施の形態に係る、洗浄用２流
体ジェットノズルを備えた洗浄装置の構成を示す模式図
である。
【図１６】 この発明の実施の形態６に係る、変形され
た整流板を有する洗浄用２流体ジェットノズルの構造を
示す断面図である。
【図１７】 従来の高圧ジェット水洗浄装置の模式図で
ある。
【図１８】 従来の洗浄用２流体ジェットノズルの断面
図である。
【図１９】 従来の洗浄用２流体ジェットノズルを備え
た洗浄装置の模式図である。
【符号の説明】
１０，２０，３０，４０，５０，６０ 洗浄用２流体ジ
ェットノズル、１１，２１，３１，４１，５１，６１
加速管、１２，２２，３２，４２，５２，６２混合管
（第１管路）、２３，３３ 第２管路、３４ 第３管
路、５５、６５整流板、２ ガス流入口、３ 液体流入
口、２ａ ガス供給手段、３ａ 液体供給手段、Ａ 加
速部、Ｂ 混合部。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 小川 光博 大阪府大阪市西区靱本町二丁目４番11号 大陽東洋酸素株式会社内

Claims (15)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 加圧されたガスと液体とを混合して液滴
    を形成する混合部と、前記液滴を気中に噴射する加速管
    部とを備え、前記混合部の前記ガスの流通路の最小部分
    の断面積を前記加速管部の流通路の最小部分の断面積よ
    り大きく形成したことを特徴とする洗浄用２流体ジェッ
    トノズル。
  2. 【請求項２】 前記加速管部の内形が円形の直管である
    ことを特徴とする請求項１に記載の洗浄用２流体ジェッ
    トノズル。
  3. 【請求項３】 前記加速管部を、その長さが３０〜２０
    ０ｍｍ、管内の断面積が３ｍｍ2以上である直管形状と
    したことを特徴とする請求項１または２に記載の洗浄用
    ２流体ジェットノズル。
  4. 【請求項４】 前記加速管部は、その内径が前記混合部
    との接続側から前記液滴の噴出方向に向かって徐々に大
    きくなるラバールノズル形状としたことを特徴とする請
    求項１に記載の洗浄用２流体ジェットノズル。
  5. 【請求項５】 前記加速管部は、長さが３０〜２００ｍ
    ｍ、管内の断面積が絞り部で３ｍｍ2以上としたことを
    特徴とする請求項４に記載の洗浄用２流体ジェットノズ
    ル。
  6. 【請求項６】 前記混合部の形状を円柱状としたことを
    特徴とする請求項１ないし５のいずれか１項に記載の洗
    浄用２流体ジェットノズル。
  7. 【請求項７】 前記混合部は、前記加速管部と接続する
    方向に徐々に断面積を縮小するように形成したことを特
    徴とする請求項１ないし５のいずれか１項に記載の洗浄
    用２流体ジェットノズル。
  8. 【請求項８】 前記混合部は、前記ガスが通過する第１
    の管路と、この第１の管路の中において前記ガスの通過
    方向に前記液体を噴出する第２の管路とを備えたことを
    特徴とする請求項１ないし７のいずれか１項に記載の洗
    浄用２流体ジェットノズル。
  9. 【請求項９】 前記混合部は、ガスが通過する第１の管
    路と、この第１の管路の中に配設され前記液体を噴出す
    る第２の管路と、この第２の管路の中に配設されさらに
    ガスを噴出する第３の管路とを備えたことを特徴とする
    請求項１ないし７のいずれか１項に記載の洗浄用２流体
    ジェットノズル。
  10. 【請求項１０】 前記第１の管路を流れるガス及び第２
    の管路から噴出される液体の方向は、前記液滴の噴出方
    向と同一であることを特徴とする請求項８または９に記
    載の洗浄用２流体ジェットノズル。
  11. 【請求項１１】 前記混合部に供給されるガス流入口の
    断面積が前記加速管部の断面積より大きく形成されてい
    ることを特徴とする請求項１ないし１０のいずれか１項
    に記載の洗浄用２流体ジェットノズル。
  12. 【請求項１２】 前記加速管部の先端部に、液滴の噴出
    方向と略直交する方向に整流板を備えたことを特徴とす
    る請求項１ないし１１のいずれか１項に記載の洗浄用２
    流体ジェットノズル。
  13. 【請求項１３】 請求項１ないし１２のいずれか１項に
    記載の洗浄用２流体ジェットノズルと、前記洗浄用２流
    体ジェットノズルの混合部に接続されて加圧ガスを供給
    するガス供給手段と、前記洗浄用２流体ジェットノズル
    の混合部に接続されて加圧液体を供給する液体供給手段
    とを備えたことを特徴とする洗浄装置。
  14. 【請求項１４】 前記洗浄用２流体ジェットノズルの加
    速管部の先端を、被洗浄材表面から５〜５０ｍｍ離れた
    位置に配置するようにしたことを特徴とする請求項１３
    に記載の洗浄装置。
  15. 【請求項１５】 前記２流体ジェットノズルに供給する
    ガス及び液体の供給圧力を、それぞれ１〜１０ｋｇｆ／
    ｃｍ2としたことを特徴とする請求項１３または１４に
    記載の洗浄装置。
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