JP2825301B2 - 微細凍結粒子による洗浄装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ この発明は、水等を凍結させた微細凍結粒子を被洗浄
物に噴射することにより洗浄を行う、微細凍結粒子によ
る洗浄装置に関するものである。

［従来の技術］ 第２図は、従来の微細凍結粒子による洗浄装置の内部
構造を概略的に示した透視図である。図において、製氷
部（10）は、内側製氷ホッパ（1a）および外側製氷ホッ
パ（1b）からなる２重構造の製氷容器（１）を備える。
内側製氷ホッパ（1a）内は液体窒素等の冷媒体（２）に
よって冷却されており、また内側製氷ホッパ（1a）と外
側製氷ホッパ（1b）の間にも冷媒体（２）が充填され
て、内側製氷ホッパ（1a）が外側からも冷却されてい
る。そしてスプレーノズル（３）から超純水等の被凍結
液が内側製氷ホッパ（1a）内に噴霧されると、これが冷
却されて微細凍結粒子（４）が生成される。また洗浄部
（20）は洗浄容器（７）を備える。この洗浄容器（７）
内では、製氷部（10）で生成された微細凍結粒子（４）
が噴射ガン（５）によって被洗浄物（６）に噴射され、
洗浄が行われる。

次に動作について説明する。製氷容器（１）の内側製
氷ホッパ（1a）内は、外側製氷ホッパ（1b）との間に充
填された冷媒体（２）およびこの内側製氷ホッパ（1a）
内に注入される冷媒体（２）によって冷却されている。
この状態でスプレーノズル（３）から被凍結液を噴霧す
ると、熱交換により微細凍結粒子（４）が生成される。
生成された微細凍結粒子（４）は洗浄容器（７）内の噴
射ガン（５）に送られる。噴射ガン（５）は窒素ガスあ
るいは圧縮乾燥空気等であるキャリアガス（2a）を使用
したエジェクタ方式のもので、キャリアガス（2a）の噴
流の力によって微細凍結粒子（４）が被洗浄物（６）に
向かって噴射され、被洗浄物（６）の表面の洗浄が行わ
れる。洗浄容器（７）では、噴射ガン（５）から噴出さ
れる微細凍結粒子（４）およびキャリアガス（2a）等を
排気口（８）から容器外部に排気することにより吸気、
排気を行い、排気の際に被洗浄物（６）から除去された
汚染物（図示せず）も容器外部に排除するようにしてい
る。噴出ガン（５）での微細凍結粒子（４）の噴出速度
は、キャリアガス（2a）の噴出圧を制御することによっ
て調節される。さらに噴出ガン（５）での微細凍結粒子
（４）の噴射の広がりは、噴出ガン（５）の噴出口（図
示せず）の形状によって定まる。

［発明が解決しようとする課題］ 従来の微細凍結粒子による洗浄装置は以上のように、
微細凍結粒子を被洗浄物に対して噴出する手段として、
キャリアガスの噴流によるエジェクタ方式の噴射ガンを
使用していたので、噴射の速度や方向、広がりおよび凍
結粒子の粒径を細かく制御することが困難であった。ま
た、噴射時、キャリアガスの噴出により洗浄部内の気流
が乱れ、被洗浄物から除去された汚染物が巻き上がり、
被洗浄物へ再付着するという課題があった。

この発明は上記のような課題を解決するためになされ
たもので、噴出ガンでの微細凍結粒子の噴出時におい
て、噴射の速度、方向、広がりおよび凍結粒子の粒径を
細かく制御して、洗浄効果を向上させるとともに、被洗
浄物へのダメージを制御できるようにし、また、一度取
り除かれた汚染物の被洗浄物への再付着を防止した微細
凍結粒子による洗浄装置を得ることを目的とする。

［課題を解決するための手段］ 上記の目的に鑑み、この発明は、冷却された雰囲気中
に被凍結液を噴霧して微細凍結粒子を生成する製氷手段
と、この製氷手段で生成された微細凍結粒子を帯電させ
た後、帯電された微細凍結粒子を電磁作用により加速
し、さらに粒子の方向、粒子の流束の広がりを制御して
被洗浄物に当てる噴射制御手段と、真空排気により真空
度可変の真空状態の空間を形成し、微細凍結粒子の生成
から粒子を被洗浄物に当てるまでの一連の工程を上記真
空状態中で行わせ、かつ被洗浄物から除去された汚染物
および使用済みの粒子を上記真空状態の空間から排除す
る真空排気手段と、を備えた微細凍結粒子による洗浄装
置にある。

［作用］ この発明においては、微細凍結粒子の速度や方向、広
がり、あるいは真空度を制御することにより、粒子の速
度、粒径を調節し、洗浄効果を高めるとともに被洗浄物
へのダメージを制御する。また、一連の工程を真空状態
で行うことにより、一度除去された汚染物が被洗浄物に
再付着することを防止する。

［実施例］ 以下、この発明の一実施例を図について説明する。第
１図はこの発明の一実施例による洗浄装置の内部構造を
概略的に示した透視図である。第１図において、製氷部
（100）の製氷容器（１）の構成は第２図に示す従来の
ものと殆ど同じである。ただし、この発明では後述する
ように内側製氷ホッパ（1a）内は真空状態に保たれるた
め、これに必要な気密性および強度を有するものでなけ
ればならない。製氷容器（１）内で生成された微細凍結
粒子（４）は、内側製氷ホッパ（1a）の下部の漏斗部
（1d）の斜面により供給管（1c）に導かれ、さらに供給
管（1c）を通って洗浄部（200）の真空洗浄容器（30）
の上部に達し、ここから落下する。このため製氷容器
（１）は物理的に真空洗浄容器（30）の上方になければ
ならない。真空洗浄容器（30）内には、供給管（1c）の
出口に近い上部から順に帯電部（40）、加速部（50）お
よび方向・広がり制御部（60）が設けられ、その下に被
洗浄物（６）が置かれることになる。帯電部（40）は２
枚の平行平板電極（41a）（41b）および電源部（42）か
らなり、２枚の電極（41a）（41b）の間で放電を越し、
これらの間を通過する微細凍結粒子（４）を帯電させ
る。加速部（50）は２枚のリング状電極（51a）（51b）
および電源部（52）からなり、これらの各リング状電極
（51a）（51b）のリング状の部分を通過する帯電した微
細凍結粒子（４）を加速する。方向・広がり制御部（6
0）は、水平面すなわち粒子（４）の進む方向に垂直な
平面内のＸ−Ｙ方向に関する軌道の制御するための、Ｘ
方向用の１組の平行電極板（61a）（61b）、Ｙ方向用の
１組の平行電極板（62a）（62b）およびこれらの電源部
（63）、並びに粒子（４）の流束の広がりを制御するた
めの電磁レンズ（64）およびその電源部（64）からな
る。また、排気口（８）に設けられた真空排気ポンプ
（70）は、製氷容器（１）の内側製氷ホッパ（1a）から
真空洗浄容器（30）内まで、すなわち粒子（４）が生成
されてから被洗浄物（６）に吹付けられるまでの全工程
を真空状態に保つように排気を行う。従って供給管（1
c）は容器（30）へ真空状態が保持できるように取り付
けられる必要がある。また真空排気ポンプ（70）にはさ
らに駆動装置（71）が接続されている。そして洗浄制御
部（80）により、帯電部（40）、加速部（50）、方向・
広がり制御部（60）のそれぞれの電源部（42）（52）
（63）（65）および真空排気ポンプ（70）の駆動装置
（71）が制御され、各部を統轄した制御が行われる。

次に動作について説明する。スプレーノズル（３）か
ら噴霧された超純水等の被凍結液は冷媒体（２）による
低温効果（冷却）により、内側製氷ホッパ（1a）内で微
細凍結粒子（４）になる。供給管（1c）に導かれて真空
洗浄容器（30）の上部から落下する粒子（４）は、まず
帯電部（40）の平行平板電極（41a）（41b）の間を通過
する際に電極間の放電により帯電状態にされる。そして
この帯電された粒子（４）は加速部（50）で加速され
る。加速部（50）では２枚のリング状電極（51a）（51
b）に電源部（52）から直流電圧が印加され、電極間に
生じる電界によって帯電した粒子（４）が加速されるも
のであり、印加電圧の制御により粒子（４）の速度制御
を行うことができる。次に加速された粒子（４）が、方
向・広がり制御部（60）の２対の平行電極板（61a）（6
1b）および（62a）（62b）を通過する際に、粒子（４）
の移動方向に垂直な平面内のＸ軸方向、Ｙ軸方向の軌道
位置制御が行われる。さらに方向・広がり制御部（60）
の電磁レンズ（64）を通過する際に、粒子（４）の流束
の広がりが制御され、被洗浄物（６）の所望の部分に粒
子（４）が当てられる。被洗浄物（６）に付着している
汚染物（図示せず）は、粒子（４）が直接衝突するこ
と、粒子（４）が衝突した際に被洗浄物（６）の表面で
飛砕して超微細な凍結粒子の広がりとなり、これにより
除去されること、および粒子（４）のもつ低温効果等に
より被洗浄物（６）から除去される。粒子（４）のもつ
低温効果とは、微細凍結粒子（４）が低温であるため、
例えば汚染物が油等の場合、汚染物が冷やされ固まるた
めに除去され易くなることである。冷洗浄物（６）から
除去された汚染物および凍結粒子等は、真空排気ポンプ
（70）により容器（30）の外に排除される。なお図示し
ないが、洗浄容器（30）内の下部は、汚染物および使用
後の粒子（４）が排気口（８）から排除され易いような
形状の構造になっていることが望ましい。

以上のようにこの発明の洗浄装置では、まず粒子の速
度、方向および粒子の流束の広がりを細かく制御して、
被洗浄物の粒子を当てる部分をより細かく制限すること
ができる。また微細凍結粒子を生成する段階から被洗浄
物に当てて洗浄を行うまで、全ての工程は真空排気され
た容器内で行われるので、途中で汚染物が混入する可能
性が少なく、また容器内に乱気流が生じることがないた
めに一度、被洗浄物から除去された汚染物が被洗浄物に
再付着してしまう恐れがなく、高洗浄度の洗浄が行え
る。また、粒子の制御を真空状態中で行うため、制御が
容易である。また、粒子（４）の粒径の制御は大まかに
はスプレーノズル（３）の形状を変えることにより行わ
れるが、真空排気ポンプ（70）の調整により容器内の真
空度を変えたり加速部（50）の制御によって粒子（４）
の速度を調整し、製氷容器（１）から得られた粒子
（４）が被洗浄物（６）へ到達するまでの時間を変化さ
せ、粒子の昇華の度合いを変えて、粒子の粒径の細かい
調節が行える。これにより粒子の速度の調整と相俟っ
て、被洗浄物へのダメージを制御することができる。こ
れらの制御は各部分の電源部および駆動装置を統轄して
制御する洗浄制御部（80）によって行われる。

なお、上記実施例では微細凍結粒子を用いた洗浄につ
いて説明したが、粒子の噴射制御を利用して半導体基板
上のレジストのパターニングを行ってもよい。粒子の吹
付けによってシリコン基板上のレジストを除去できるの
で、この場合、粒子の噴流をビーム状に絞り、部分的に
レジストを除去してパターニングを行うことができる。

［発明の効果］ 以上のようにこの発明による微細凍結粒子による洗浄
装置では、冷却された雰囲気に被凍結液を噴霧して生成
された微細凍結粒子を帯電させ、この帯電された粒子の
速度、方向および粒子の流束の広がりを制御して、被洗
浄物の所望の部分に当てるようにし、かつ真空排気され
た容器内でこれらの作業を全て行うようにしたので、粒
子の速度、方向および広がりおよび粒径を細かく制御す
ることができるので、高洗浄度の洗浄が可能でり、また
被洗浄物へのダメージを制御することが可能であるとい
う効果が得られる。

【図面の簡単な説明】 第１図はこの発明の一実施例による微細凍結粒子による
洗浄装置の内部構造を概略的に示す透視図、第２図は従
来の微細凍結粒子による洗浄装置の内部構造を概略的に
示す透視図である。 図において、（１）は製氷容器、（1a）は内側製氷ホッ
パ、（1b）は外側製氷ホッパ、（1c）は供給管、（1d）
は漏斗部、（２）は冷媒体、（３）はスプレーノズル、
（４）は微細凍結粒子、（６）は被洗浄物、（８）は排
気口、（30）は洗浄容器、（40）は帯電部、（41a）と
（41b）は平行平板電極、（42）と（52）と（63）と（6
5）は電源部、（50）は加速部、（51a）と（51b）はリ
ング状電極、（61a）と（61b）と（62a）と（62b）は平
行電極板、（64）は電磁レンズ、（70）は真空排気ポン
プ、（71）は駆動装置、（80）は洗浄制御部、（100）
は製氷部、（200）は洗浄部である。 尚、図中、同一符号は同一又は相当部分を示す。

フロントページの続き (56)参考文献 特開 平２−43730（ＪＰ，Ａ) 特開 平３−116831（ＪＰ，Ａ) 特開 平２−130921（ＪＰ，Ａ) 特開 昭63−141320（ＪＰ，Ａ) 特開 平１−207182（ＪＰ，Ａ) 特開 平１−155168（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁶，ＤＢ名) B08B 3/02,7/00 H01L 21/304 341 M

Claims (3)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】冷却された雰囲気中に被凍結液を噴霧して
   微細凍結粒子を生成する製氷手段と、 この製氷手段で生成された微細凍結粒子を帯電させた
   後、帯電された微細凍結粒子を電磁作用により加速し、
   さらに粒子の方向、粒子の流束の広がりを制御して被洗
   浄物に当てる噴射制御手段と、 真空排気により真空度可変の真空状態の空間を形成し、
   上記微細凍結粒子の生成から粒子を被洗浄物に当てるま
   での一連の工程を上記真空状態中で行わせ、かつ被洗浄
   物から除去された汚染物および使用済みの粒子を上記真
   空状態の空間から排除する真空排気手段と、 を備えた微細凍結粒子による洗浄装置。
2. 【請求項２】上記製氷手段が上記被凍結液を噴霧するス
   プレーノズルと、上記被凍結液が噴霧される内部の雰囲
   気が常に冷却された状態にある製氷容器を有し、 上記噴射制御手段が、上記製氷手段から送られてきた微
   細凍結粒子を放電により帯電させる帯電部と、帯電され
   た微細凍結粒子を電磁作用により加速する加速部と、帯
   電された微細凍結粒子を電磁作用により粒子のXY方向の
   方向制御および粒子の流束の広がりを制御する方向・広
   がり制御部とを有し、 上記真空排気手段が上記噴射制御手段の各部分および上
   記被洗浄物を収納した、上記製氷手段の製氷容器につな
   がる洗浄容器と、上記製氷手段の製氷容器および上記洗
   浄容器の内部を真空排気するとともに、上記被洗浄物か
   ら除去された汚染物および使用済みの粒子を洗浄容器か
   ら排除する真空排気ポンプとを有する特許請求の範囲第
   １項に記載の微細凍結粒子による洗浄装置。
3. 【請求項３】上記噴射洗浄手段の各部の電源部および上
   記真空排気手段の真空排気ポンプの駆動装置を統轄して
   制御し、上記容器内の真空度および上記粒子の加速度を
   調節することで粒子の被洗浄物までの到達時間を変える
   ことにより、粒子の速度および粒径の細かい制御等を行
   う洗浄制御手段をさらに備えた特許請求の範囲第２項に
   記載の微細凍結粒子による洗浄装置。