JP4994279B2 - 微小気泡生成装置 - Google Patents

Description

本発明は、微小気泡生成装置に関し、特に例えば洗浄装置として搭載可能なナノバブルを生成するための微小気泡生成装置に関する。

一例として、基板処理装置は、基板の製造工程において基板に対して純水や薬液等の液体を供給して処理を行う。この種の基板処理装置では、基板に付着したパーティクルや液体中に浮遊するパーティクルを除去する必要がある。

基板処理装置の基板のパーティクルを除去するために、特許文献１では、基板処理装置に対してマイクロバブル発生部を接続して、マイクロバブル発生部からマイクロバブルを含む純水を処理槽内の基板に供給することが提案されている。

このマイクロバブル発生部の構造は、特許文献１の図９に記載されており、マイクロバブル発生部は、ケーシングの中に送水管と、この送水管を取り囲む送気路とを形成した構造になっている。送気路は窒素ガス供給部と真空ポンプに接続されており、送気路を流れる窒素ガスの圧力は、真空ポンプの作動により調整してケーシング内を加減圧できる。

これにより、ケーシング内を減圧した場合には、送水管を流れる純水から余分な気体が過飽和となって析出し、その気体は中空子分離膜を通って送気路へ流出する。また、ケーシング内を加圧した場合には、送気路を流れる窒素ガスが、中空子分離膜を通って送水管内の純水中に加圧溶融するようになっている。
特開２００６―１７９７６５号公報

ところが、特許文献１に記載されているマイクロバブル発生部の構造では、送気路内は真空ポンプに接続する必要があり、送気路内を流れる窒素ガスの圧力を調整しなければならない。しかも、窒素ガス供給側と窒素ガスを排出する側のそれぞれに圧力調整用のレギュレータが必要である。このため、マイクロバブル発生部の構造が複雑である。真空ポンプによる圧力の調整を正確に行わないと、マイクロバブルを含む純水を確実に供給できないおそれもある。

本発明は、上記に鑑みてなされたものであり、その目的は、構造が簡単化でき、微小気泡を含む液体を確実に生成することができる微小気泡生成装置を提供することである。

本発明の微小気泡生成装置は、微小気泡を生成する微小気泡生成装置であって、圧縮気体を通すことで前記微小気泡を形成する１μｍ以下の径の複数の第１孔を有し、前記圧縮気体を導入するための中空部分を有する第１多孔質フィルタと、前記第１多孔質フィルタの外側に密接して配置され、１μｍを超える径の複数の第２孔を有する第２多孔質フィルタと、前記第１多孔質フィルタの前記中空部分の一端部に対して前記圧縮気体を導入するために前記第１多孔質フィルタの一端部側に形成された気体導入部と、前記第１多孔質フィルタの前記中空部分の他端部を閉鎖する閉鎖部と、前記第２多孔質フィルタの外側に配置されるケーシング部であって、その内周面は前記第２多孔質フィルタの外周面に密接して配置されるとともに、前記気体導入部の反対側の位置から前記第２多孔質フィルタに対して液体を導入するための液体導入部と、前記液体導入部の反対側の位置から前記微小気泡を含む前記液体を放出する放出部と、を有する前記ケーシング部と、を備えることを特徴とする。

本発明によれば、構造が簡単化でき、微小気泡を含む液体を確実に生成することができる微小気泡生成装置を提供することができる。

本発明の実施形態について図面を参照して説明する。

（第１実施形態）
図１は、本発明の微小気泡生成装置の好ましい第１実施形態を示す図である。

図１に示す微小気泡生成装置１０は、第１多孔質フィルタ１１と、第２多孔質フィルタ１２と、気体導入部１３と、閉鎖部１４と、ケーシング部１５と、気体供給部２０と、液体供給部２１を有している。

第１多孔質フィルタ１１と第２多孔質フィルタ１２とケーシング部１５は、共に好ましくは例えば円筒状の部材である。第１多孔質フィルタ１１と第２多孔質フィルタ１２とケーシング部１５は、中心軸ＣＬを中心として同軸状に配置されている。第２多孔質フィルタ１２の内周面１２Ｂは、第１多孔質フィルタ１１の外周面１１Ｂに密接して配置されている。ケーシング部１５の内周面１５Ｃは、第２多孔質フィルタ１２の外周面１２Ｃに密接して配置されている。言い換えれば、第２多孔質フィルタ１２は、第１多孔質フィルタ１１の外周部を覆っており、ケーシング部１５は、第２多孔質フィルタ１２の外周部を覆っていて、ケーシング部１５は第２多孔質フィルタ１２と第１多孔質フィルタ１１を収容している。

図１の例では、第１多孔質フィルタ１１の中心軸ＣＬ方向の長さは、第２多孔質フィルタ１２の中心軸ＣＬ方向の長さに比べてやや小さい。第２多孔質フィルタ１２の中心軸ＣＬ方向の長さは、ケーシング部１５の中心軸ＣＬ方向の長さに比べて小さく設定されている。

図１に示すように、気体導入部１３は、例えば金属あるいはプラスチック製の円筒状の部材であり、第１多孔質フィルタ１１の中空部分２４の一端部２２側に接続されている。気体導入部１３の外径は、第１多孔質フィルタ１１の外径と同じである。閉鎖部１４は、例えば金属あるいはプラスチック製の円板状の部材であり、第１多孔質フィルタ１１の中空部分２４の他端部２３側を閉鎖している。

第２多孔質フィルタ１２の一端部２５は、気体導入部１３の外周面の一部分を覆っている。第２多孔質フィルタ１２の他端部２６は、ケーシング部１５の壁部２７との間に空間部２８を形成している。この空間部２８は、液体供給部２１から供給された液体を一旦貯留して第２多孔質フィルタ１２の他端部２６へ液体を加圧して供給するために設けられている。

ケーシング部１５は、例えば金属あるいはプラスチック製のほぼ円筒状の部材であり、大径部分２９と小径部分３０を有しており、大径部分２９の内周面は、第２多孔質フィルタ１２を覆っている。小径部分３０は、大径部分２９の壁部２７から中心軸ＣＬ方向に沿って突出して形成されており、小径部分３０は液体供給部２１に接続されている。

図１に示す第１多孔質フィルタ１１と第２多孔質フィルタ１２について、さらに説明する。

図１に示す第１多孔質フィルタ１１は、１μｍ以下の径の複数の第１孔を有し、中空部分２４を有する。第２多孔質フィルタ１２は、第１多孔質フィルタ１１の外側に密接して配置されており、１μｍを超える径の複数の第２孔を有する。

図２は、第１多孔質フィルタ１１と第２多孔質フィルタ１２の構成例を示している。

第１多孔質フィルタ１１の複数の第１孔の径は、好ましくは０．０１μｍ以上で１μｍ以下である。第１孔の径が、０．０１μｍ未満であると、実用化されている多孔質メッシュの最小径は、平均値で２０ｎｍ（＝０．０２μｍ）である。そこで、製作のばらつきを考慮して、最小径は、その半分の１０ｎｍとした。第１多孔質フィルタ１１の複数の第１孔の径は、より好ましくは２０ｎｍ（＝０．０２μｍ）である。１μｍを超えると、１μｍを超える気泡は、マイクロバブルの領域になり、また液体も通過しやすくなる。本発明の実施形態では、ナノバブル領域の大きさの微小気泡を作ることを主体としているため、第１多孔質メッシュの最大径は１μｍとしている。

しかも、第２多孔質フィルタ１２の複数の第２孔の径は、好ましくは１μｍを超え、１００μｍ以下である。第２孔の径が、１μｍ以下である微小気泡を第１多孔質フィルタ側から第２多孔質フィルタ側に一方通行で送るのが目的であるため、第１多孔質フィルタの第１孔の最大値が、第２多孔質フィルタの第２孔の最小値と同じか小さく設定されている。また、第２多孔質フィルタ１２の複数の第２孔び径が１００μｍを超えるち、第１多孔質フィルタのメッシュを通過した気体が、第２多孔質フィルタのメッシュ側の液体側に移動した場合、気体同士が集まって大きくなる可能性もあり、１００μｍを超えると、気泡がマイクロバブルサイズを超えたものになってしまうために、制限を設けた。ナノバブルをより有効に活用するためには、５０μｍ以下が望ましい。

図２に示す第１多孔質フィルタ１１と第２多孔質フィルタ１２とは、微小気泡発生機構部を構成しており、第１多孔質フィルタ１１は、高分子フィルム等の多孔質体フィルムであり、例えばクレーズ部３１と、フィルム部３２から構成されている。クレーズ部３１は、フィルム部３２の孔部に形成されており、複数のフィブリル３３を有しており、各フィブリル３３の間にはボイド３４がある。このボイド３４が、第１多孔質フィルタ１１の第１孔である。

図２の矢印Ｓ方向に沿って、例えば０．３〜３．０ｋｇ／ｃｍ２の加圧力で圧縮気体が与えられると、圧縮気体が各フィブリル３３の間のボイド３４をぬって通過して微小気泡（微小泡ともいう）が発生する。

一方、第２多孔質フィルタ１２は、第１多孔質フィルタ１１のフィルム部３２に対して密接して配置されている例えば不織布である。第２多孔質フィルタ１２は、各フィブリル３３間のボイド３４から出た微小気泡を第１多孔質フィルタ１１から切り離すことによって、微小気泡同士の合体を起こさずに微小気泡のまま吐き出させて生成し、微小気泡を含んだ液体７０を生成する役目を果たす。

次に、図１に戻り、図１示す気体供給部２０と液体供給部２１を説明する。

図１に示す気体供給部２０は、プロセス気体の気体貯蔵部４０と、流量調節器４１と、レギュレータ４２を有している。気体貯蔵部４０は、プロセス気体として例えば酸素ガスあるいは窒素ガスあるいは空気を貯蔵している。気体貯蔵部４０内のプロセス気体は、流量調節器４１を介してレギュレータ４２により加圧力を調整しながら、気体導入部１３を介して第１多孔質フィルタ１１の中空部分２４に導入するようになっている。

図１に示す液体供給部２１は、気体供給部２０とは反対側に配置されており、液体供給部２１は、液体をケーシング部１５の小径部分３０の液体導入部５５を通じてケーシング部１５内に加圧して供給するようになっている。この液体としては、例えば水や酸性液あるいはアルカリ液である。

次に、上述した微小気泡生成装置１０を用いた微小気泡生成方法について説明する。

図１に示す気体貯蔵部４０内のプロセス気体は、流量調節器４１を介してレギュレータ４２により加圧力を調整しながら、気体導入部１３を介して第１多孔質フィルタ１１の中空部分２４内に導入する。同時に、液体供給部２１は、液体をケーシング部１５の小径部分３０の液体導入部５５を通じてケーシング部１５内に加圧して供給する。この場合に、プロセス気体は、第１多孔質フィルタ１１の中空部分２４から第１多孔質フィルタ１１を通るが、プロセス気体は閉鎖部１４があるのでケーシング部１５の空間部２８側には浸入せずに、プロセス気体はすべて第１多孔質フィルタ１１を通る。

図２の矢印Ｓ方向に沿って、例えば０．３〜３．０ｋｇ／ｃｍ２の加圧力で圧縮したプロセス気体が第１多孔質フィルタ１１に供給されると、圧縮したプロセス気体が各フィブリル３３の間のボイド３４をぬって通過して微小気泡が発生する。第２多孔質フィルタ１２は、第１多孔質フィルタ１１のフィルム部３２に対して密接して配置されており、第２多孔質フィルタ１２は、各フィブリル３３間のボイド３４から出た微小気泡を第１多孔質フィルタ１１から切り離すことによって、微小気泡同士の合体を起こさずに微小気泡のまま吐き出させて微小気泡を生成する。従って、微小気泡を含む液体７０は、気体導入部１３付近の第２多孔質フィルタ１２の一端部２５から外部に放出できる。この第２多孔質フィルタ１２の一端部２５は、微小気泡を含む液体７０を放出するための放出部である。

このようにして、加圧したプロセス気体を第１多孔質フィルタ１１に通して、多数の微小気泡を生成させた直後に、この多数の微小気泡は第２多孔質フィルタ１２を通過する液体に接することができ、複数の微小気泡同士がお互いにくっつかないようにして、微小気泡を含む液体７０を生成している。このように複数の微小気泡同士がお互いにくっつかないようにするためには、第２多孔質フィルタ１２の半径方向の厚みを大きくして、液体が第２多孔質フィルタ１２を通ることができる大きな通路を確保することが望ましい。

上述した微小気泡生成装置１０は、構造の簡単化が図れ、微小気泡および微小気泡を含む液体を確実に生成することができる。

上述した微小気泡生成装置１０は、プロセス気体を加圧しながら例えば第１多孔質フィルタ１１の複数の数十ｎｍの径を有する第１孔を通過させることで、マイクロナノバブルあるいはナノバブルを生成することができる。

（第２実施形態）
図３は、本発明の微小気泡生成装置の好ましい第２実施形態を示す図である。

図３に示す第２実施形態の微小気泡生成装置１０Ｂが、図１に示す第１実施形態の微小気泡生成装置１０と異なるのは、ケーシング部１５Ｂの形状である。微小気泡生成装置１０Ｂのその他の構成要素は、図１に示す微小気泡生成装置１０の対応する構成要素と実質的に同じであるので、同じ符号を記してその説明を用いることにする。

図３に示すケーシング部１５Ｂの大径部分２９は、複数の貫通穴６０を有している。これらの貫通穴６０は、大径部分２９において第２多孔質フィルタ１２に対応する領域において、例えば同じ間隔をおいて配置されている。

これにより、微小気泡を含む液体７０に加えて、これらの貫通穴６０からも、微小気泡を含む液体７１が放出でき、微小気泡を含む液体の放出効率を向上できる。

（第３実施形態）
図４は、本発明の微小気泡生成装置の好ましい第３実施形態を示す図である。

図４に示す例では、微小気泡生成装置１０が、例えば枚葉式の基板処理装置１００に対して洗浄装置として適用されている。

基板処理装置１００は、基板保持部９０と、供給ノズルの操作部７２と、ダウンフロー用のフィルタ付きファン７３と、カップ７４と、供給ノズル７５と、処理室７６を有する。

基板保持部９０は、円板のベース部材７７と、回転軸７８と、モータ７９を有しており、ベース部材７７の上には基板Ｗが着脱可能に固定されている。処理室７６内には、カップ７４と供給ノズル７５とベース部材７７と回転軸７８が収容されている。モータ７９が制御部８０の指令により動作することで、ベース部材７７はＲ方向に連続回転することができる。

供給ノズル７５は基板Ｗの上部に配置されており、供給ノズル７５は、操作部７２の動作により、Ｚ方向（上下方向）とＸ方向（基板の半径方向）に移動可能である。

微小気泡生成装置１０の一端部２５は、チューブ８１を介して供給ノズル７５に接続されている。従って、微小気泡を含む液体７０は、チューブ８１を介して供給ノズル７５に供給できるので、微小気泡を含む液体７０は供給ノズル７５を通じて基板Ｗの噴射できる。このように微小気泡を含む液体７０を基板Ｗの表面に噴射することで、微小気泡の持つマイナス電位で、プラスにチャージされたパーティクルのような汚染物を包み込んで、この汚染物を微小気泡と共に基板Ｗの表面から除去できる。

なお、図３に示す微小気泡生成装置１０Ｂも、例えば枚葉式の基板処理装置１００に対して洗浄装置として適用することができる。

本発明の微小気泡を生成する微小気泡生成装置は、圧縮気体を通すことで微小気泡を形成する１μｍ以下の径の複数の第１孔を有し、圧縮気体を導入するための中空部分を有する第１多孔質フィルタと、第１多孔質フィルタの外側に密接して配置され、１μｍを超える径の複数の第２孔を有する第２多孔質フィルタと、第１多孔質フィルタの中空部分の一端部に対して圧縮気体を導入するために第１多孔質フィルタの一端部側に形成された気体導入部と、第１多孔質フィルタの中空部分の他端部を閉鎖する閉鎖部と、第２多孔質フィルタの外側に配置されるケーシング部であって、その内周面は前記第２多孔質フィルタの外周面に密接して配置されるとともに、気体導入部の反対側の位置から第２多孔質フィルタに対して液体を導入するための液体導入部と、液体導入部の反対側の位置から微小気泡を含む液体を放出する放出部と、を有するケーシング部と、を備えることを特徴とする。

これにより、圧縮気体と液体を供給するだけで、第１多孔質フィルタは多数の微小気泡を生成でき、第２多孔質フィルタは多数の微小気泡同士が互いにくっつくのを防いで、微小気泡を含む液体を生成でき、真空ポンプ等の設備が不要であり、構造が簡単化でき、微小気泡を含む液体を確実に生成することができる。また、第２多孔質フィルタに液体を流すだけで、第１多孔質フィルタで生成された微小気泡が、第２多孔質フィルタ内で留まることなく、吐出することができる。

第１多孔質フィルタは、円筒状の部材である。これにより、円筒状の第１多孔質フィルタから多数の微小気泡を第２多孔質フィルタに向けて生成することができる。

第２多孔質フィルタは、第１多孔質フィルタの外周面に対して密接して配置されている円筒状部材である。これにより、第１多孔質フィルタから生成された多数の微小気泡同士が互いにくっつくのを確実に防いで、微小気泡を含む液体を確実に生成することができる。

ケーシング部は円筒状の部材であり、ケーシング部の内周面は、第２多孔質フィルタの外周面に対して密接して配置されている。これにより、ケーシング部は第１多孔質フィルタと第２多孔質フィルタを確実に保持しながら、液体は第２多孔質フィルタ内を通過させることができる。

気体導入部と液体導入部は、同じ中心軸上に配置され、閉鎖部は、気体導入部と液体導入部の間に配置されている。これにより、圧縮気体の全部が漏れないように第１多孔質フィルタを通過させることができ、液体が第１多孔質フィルタ内に入り込むことを防ぐ。

第１多孔質フィルタは、複数のフィブリルを有する高分子フィルムであり、フィブリルの間に第１孔を有する。これにより、圧縮気体から多数の微小気泡を生成することができる。

第２多孔質フィルタは、不織布である。これにより、簡単な構造ながら、第２多孔質フィルタは、第１多孔質フィルタから生成された多数の微小気泡同士が互いにくっつくのを確実に防げるとともに、液体を通過させることができ、微小気泡を含む液体を確実に生成できる。

ケーシング部には、第２多孔質フィルタに通じる複数の貫通穴が形成されている。これにより、複数の貫通穴からも微小気泡を含む液体を確実に生成できる。

本発明の微小気泡生成装置は、例えば半導体基板、液晶表示装置用のガラス基板、フォトマスク用のガラス基板等の基板を、液体により処理する基板処理装置に対して搭載して、基板の表面や液体中のパーティクル等の不純物を除去するのに用いることができる。

さらに、本発明の実施の形態に開示されている複数の構成要素を適宜組み合わせることにより種々の発明を形成できる。

例えば、第１多孔質フィルタと第２多孔質フィルタおよびケーシング部の形状は、必ずしも円筒形状でなくても良く、任意の形状を採用できる。例えば、本発明の実施の形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除してもよい。更に、異なる実施の形態に亘る構成要素を適宜組み合わせてもよい。

本発明の微小気泡生成装置の好ましい第１実施形態を示す図である。 第１多孔質フィルタと第２多孔質フィルタの断面構造例を示す図である。 本発明の微小気泡生成装置の好ましい第２実施形態を示す図である。 本発明の微小気泡生成装置の好ましい第３実施形態を示す図である。

符号の説明

１０ 微小気泡生成装置
１１ 第１多孔質フィルタ
１２ 第２多孔質フィルタ
１３ 気体導入部
１４ 閉鎖部
１５ ケーシング部
２０ 気体供給部
２１ 液体供給部
２４ 中空部分
２５ 第２多孔質フィルタの一端部
７０ 微小気泡を含む液体

Claims (9)

1. 微小気泡を生成する微小気泡生成装置であって、
   圧縮気体を通すことで前記微小気泡を形成する１μｍ以下の径の複数の第１孔を有し、前記圧縮気体を導入するための中空部分を有する第１多孔質フィルタと、
   前記第１多孔質フィルタの外側に密接して配置され、１μｍを超える径の複数の第２孔を有する第２多孔質フィルタと、
   前記第１多孔質フィルタの前記中空部分の一端部に対して前記圧縮気体を導入するために前記第１多孔質フィルタの一端部側に形成された気体導入部と、前記第１多孔質フィルタの前記中空部分の他端部を閉鎖する閉鎖部と、
   前記第２多孔質フィルタの外側に配置されるケーシング部であって、その内周面は前記第２多孔質フィルタの外周面に密接して配置されるとともに、前記気体導入部の反対側の位置から前記第２多孔質フィルタに対して液体を導入するための液体導入部と、前記液体導入部の反対側の位置から前記微小気泡を含む前記液体を放出する放出部と、を有する前記ケーシング部と、
   を備えることを特徴とする微小気泡生成装置。
2. 前記第１多孔質フィルタは、円筒状の部材であることを特徴とする請求項１記載の微小気泡生成装置。
3. 前記第２多孔質フィルタは、前記第１多孔質フィルタの外周面に対して密接して配置されている円筒状部材であることを特徴とする請求項２記載の微小気泡生成装置。
4. 前記ケーシング部は円筒状の部材であり、前記ケーシング部の内周面は、前記第２多孔質フィルタの外周面に対して密接して配置されていることを特徴とする請求項３記載の微小気泡生成装置。
5. 前記気体導入部と前記液体導入部は、同じ中心軸上に配置され、前記閉鎖部は、前記気体導入部と前記液体導入部の間に配置されていることを特徴とする請求項４に記載の微小気泡生成装置。
6. 前記第１多孔質フィルタは、複数のフィブリルを有する高分子フィルムであり、前記フィブリルの間に前記第１孔を有することを特徴とする請求項１〜５のいずれか１つの項に記載の微小気泡生成装置。
7. 前記第２多孔質フィルタは、不織布であることを特徴とする請求項６に記載の微小気泡生成装置。
8. 前記ケーシング部には、前記第２多孔質フィルタに通じる複数の貫通穴が形成されていることを特徴とする請求項７に記載の微小気泡生成装置。
9. 前記第１多孔質フィルタの複数の前記第１孔の径は、０．０１μｍ以上で１μｍ以下であり、
   前記第２多孔質フィルタの複数の前記第２孔の径は、１μｍを超え１００μｍ以下であることを特徴とする請求項１に記載の微小気泡生成装置。

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