以下、本発明による洗浄方法および洗浄装置を、好適な実施の形態にしたがって図面を用いて説明する。なお、図面の説明においては、同一要素には同一符号を付し、重複する説明を省略する。
実施の形態1.
図1は、本発明の実施の形態1における洗浄装置1の構成を示す概略図である。なお、図1には、(1)微細領域50が液体51で満たされている場合(液体充填状態)と、(2)微細領域内が空気で満たされている場合(空気層状態)とを示す模式図も併せて示されている。
本実施の形態1における洗浄装置1は、洗浄槽10と、第1供給配管21と第2供給配管22と第1切替弁23と連結配管24とを有するガス供給部20と、真空ポンプ31と第1排気配管32と排気弁33と圧力計34とを有するガス排気部30とを備える。
洗浄槽10は、形状が例えば、箱形状のものであり、上方に開口部を有している。洗浄槽10の開口部には、開閉可能な構造である蓋11が設けられており、この蓋11によって洗浄槽10の内部が密閉される。洗浄槽10内には、洗浄液12が貯められており、洗浄槽10内の上部に空間領域14が形成されるように洗浄液12の液量が調整される。洗浄槽10内の底部には、台13が設けられ、洗浄液12中の台13の上に被洗浄物40が設置される。また、微細領域50は、被洗浄物40の表面に開口部を有する。
ここで、被洗浄物40を洗浄液12に浸漬する前に、予め微細領域50に液体51が入っているか否かによって、浸漬した後の微細領域50の状態が異なる。すなわち、予め微細領域50に液体51が入っていれば、被洗浄物40を浸漬した後の微細領域50が液体充填状態となる(図1(1)参照)。一方、予め微細領域50に液体51が入っていなければ、被洗浄物40を浸漬した後の微細領域50が空気層状態となる(図1(2)参照)。
台13の構造は、台13に設置された被洗浄物40の下側にある微細領域50の開口部と洗浄液12とが接触できるように、例えば、メッシュまたは枠状の構造とすればよい。なお、台13を設けずに、例えば、被洗浄物40を洗浄槽10内に吊り下げる構造として、被洗浄物40の下側にある微細領域50の開口部と洗浄液12とが接触できるようにしてもよい。
ガス供給部20は、洗浄槽10内の気相部(空間領域14)および液相部(洗浄液12中)のいずれか一方に洗浄用ガスを選択的に供給することができる。ガス供給部20の具体的な構成として、第1供給配管21は、第1供給ガス出口21aが空間領域14に位置するように、洗浄槽10に設けられる。第2供給配管22は、第2供給ガス出口22aが洗浄液12中に位置するように、洗浄槽10に設けられる。なお、ここでいう気相部とは、図1に示すように、洗浄槽10内において洗浄液12の液面上の領域(空間領域14)に相当する。また、ここでいう液相部とは、図1に示すように、洗浄槽10内において洗浄液12が占める領域に相当する。
なお、第2供給ガス出口22aの構造を散気フィルタ形状にするなどして、洗浄液12中に供給した洗浄用ガスを溶解しやすくしてもよい。また、第2供給ガス出口22aが洗浄槽10の底面に位置するように、第2供給配管22を設けてもよい。この場合、第2供給ガス出口22aが台13の下側に位置してもよく、台13の構造が洗浄液12中に供給した洗浄用ガスを溶解しやすい構造であることが好ましい。
第1供給配管21および第2供給配管22は、第1切替弁23を介して連結される。また、第1切替弁23が第1供給配管21側に切替えられている場合には、連結配管24から供給される洗浄用ガスは、第1切替弁23および第1供給配管21を介して、空間領域14に供給される。
一方、第1切替弁23が第2供給配管22側に切替えられている場合には、連結配管24から供給される洗浄用ガスは、第1切替弁23および第2供給配管22を介して、洗浄液12中に供給される。
なお、第1切替弁23が設けられる位置は、洗浄槽10の外側であっても、内側であってもよいが、好ましくは洗浄槽10の外側である。また、第1供給配管21および第2供給配管22を第1切替弁23を介して連結させずに、それぞれを個別に設けてもよい。この場合、それぞれの配管に弁を取り付け、洗浄槽10内を密閉する構造とする。
なお、空間領域14および洗浄液12中に供給される洗浄用ガスの一例としては、例えば、大気、清浄空気、酸素ガス、炭酸ガス、水素ガス、オゾンおよび希ガスからなる群の中から少なくとも1種類または2種類以上組み合わせたものであればよい。
ガス排気部30は、洗浄槽10内の空間領域14に存在するガスを排気することができる。ガス排気部30の具体的な構成として、真空ポンプ31は、洗浄槽10と接続される第1排気配管32を介して、空間領域14に存在するガスを排気する。また、第1排気配管32において、真空ポンプ31と洗浄槽10との間の位置には排気弁33が設けられ、排気弁33と洗浄槽10との間の位置には圧力計34が設けられる。
次に、本実施の形態1における洗浄装置1の洗浄動作について、図2のフローチャートを参照しながら説明する。図2は、本発明の実施の形態1における洗浄装置1の一連の洗浄処理を示すフローチャートである。なお、ここでは、本実施の形態1における洗浄装置1を、洗浄液12に浸漬される前に予め微細領域50に液体51が入っている被洗浄物40(図1(1)参照)に対して適用する場合について説明する。
ここで、被洗浄物40を洗浄槽10内の洗浄液12に浸漬した状態で洗浄処理(第1洗浄工程および第2洗浄工程の実行)を開始する。なお、この場合、蓋11を閉めて洗浄槽10内を密閉状態にしている。また、洗浄処理の開始時(スタート)においては、空間領域14に存在するガスの大半は、洗浄装置1を設置した環境中の大気(以降では、単に環境中の大気と称す)である。
はじめに、洗浄処理で実行される第1洗浄工程について説明する。第1洗浄工程は、ステップS101およびステップS102の一連の工程に相当する。
第1洗浄工程のステップS101において、空間領域14に存在するガスを排気することによって、洗浄槽10内の圧力が洗浄液12の液温の蒸気圧P(以降では、単に蒸気圧Pと称す)と同じ圧力になるように減圧する。具体的には、排気弁33を開けるとともに第1切替弁23を閉めて、空間領域14に存在するガスを真空ポンプ31で排気する。洗浄槽10内の圧力については、圧力計34で確認しながら調整すればよい。また、蒸気圧Pは、洗浄液12の液温に依存するので、例えば、液温計を設けることで洗浄液12の液温を確認しながら洗浄槽10内の圧力を調整してもよい。なお、洗浄槽10内の圧力が蒸気圧Pよりも高い圧力(例えば、蒸気圧Pよりも0.1kPa〜40kPa分高い圧力)となるように減圧してもよい。
続いて、第1洗浄工程のステップS102において、洗浄槽10内の洗浄液12中に洗浄用ガスを供給することによって、洗浄槽10内の圧力が大気圧になるように復圧する。具体的には、排気弁33を閉めるとともに第1切替弁23を第2供給配管22の方向に開けて、洗浄液12中に洗浄用ガスを供給する。なお、洗浄槽10内の圧力が大気圧になるように復圧するのではなく、ステップS101における減圧時の圧力よりも大きくなるように復圧するだけでもよい。
このように、第1洗浄工程のステップS101を実行することで微細領域50に気泡が発生するとともに膨張するので、微細領域50に予め満たされている液体51が洗浄液12中に排出される。また、第1洗浄工程のステップS102を実行することで膨張した気泡が収縮するので、洗浄液12が微細領域50の深部にまで引き込まれる。また、第1洗浄工程を1回だけでなく繰り返し実行すれば、微細領域50において気泡が膨張したり収縮したりするので、汚れを含んだ洗浄液12から新しい洗浄液12に繰り返し置換される。なお、これらのメカニズム(気泡発生段階、気泡残留段階)については、後述する。
次に、第1洗浄工程の実行後に実行される第2洗浄工程について説明する。第2洗浄工程は、ステップS103およびステップS104の一連の工程に相当する。
第2洗浄工程のステップS103において、空間領域14に存在するガスを排気することによって、洗浄槽10内の圧力が蒸気圧Pと同じ圧力になるように減圧する。具体的には、ステップS101と同様に排気弁33を開けるとともに第1切替弁23を閉めて、空間領域14のガスを真空ポンプ31で排気する。なお、洗浄槽10内の圧力が蒸気圧Pよりも高い圧力(例えば、蒸気圧Pよりも0.1kPa〜40kPa分高い圧力)となるように減圧してもよい。
続いて、第2洗浄工程のステップS104において、洗浄処理の最終工程として、洗浄槽10内の空間領域14に洗浄用ガスを供給することによって、洗浄槽10内の圧力が大気圧になるように復圧する。具体的には、排気弁33を閉めるとともに第1切替弁23を第1供給配管21の方向に開けて、空間領域14に洗浄用ガスを供給する。
このように、第2洗浄工程を実行することで微細領域50において気泡が除去される。なお、このメカニズム(気泡除去段階)については、後述する。
そして、第2洗浄工程の実行後、一連の洗浄処理が終了するので、蓋11を外して洗浄液12から被洗浄物40を搬出する。
次に、第1洗浄工程および第2洗浄工程における微細領域50に発生する気泡52の変化について、図3〜図5を参照しながら説明する。図3は、本発明の実施の形態1において、第1洗浄工程における微細領域50での気泡52の発生段階の概略図である。図4は、本発明の実施の形態1において、第1洗浄工程における微細領域50での気泡52の残留段階の概略図である。図5は、本発明の実施の形態1において、第2洗浄工程における微細領域50での気泡52の除去段階の概略図である。なお、図3〜図5は、微細領域50の気泡52の一連の変化状態を、気泡発生段階、気泡残留段階および気泡除去段階の3段階に分けて記載したものである。
はじめに、気泡発生段階について説明する。なお、一連の洗浄処理の開始前において、前述したように、予め微細領域50に液体51が入っているものとする。この場合、図3(1)に示すように、微細領域50に空気層または気泡52が存在しておらず、微細領域50が液体充填状態である。
第1洗浄工程のステップS101を実行する場合、図3(2)に示すように、洗浄液12に溶存している洗浄用ガス成分53が気泡核となって、沸騰による小さな気泡52が洗浄液12中に多数発生する。また、洗浄液12中の洗浄用ガス成分53および水蒸気54が気泡52の中に取り込まれて、気泡52が膨張し、膨張した気泡52の一部が微細領域50から離脱する。さらに、微細領域50で気泡52が膨張することによって、微細領域50に予め満たされている液体51が洗浄液12中に排出される。
次に、第1洗浄工程のステップS102を実行する場合、洗浄槽10内が復圧されるので、洗浄用ガス成分53が洗浄液12に溶解する。また、洗浄槽10内が復圧されるにしたがって、図3(3)に示すように、微細領域50の気泡52が収縮し、洗浄用ガス成分53が溶存する洗浄液12が微細領域50に引き込まれていく。そして、復圧が完了すれば、図3(4)に示すように、気泡52が収縮し、洗浄用ガス成分53が溶存する洗浄液12が微細領域50の深部にまで引き込まれることとなる。
また、図3(3)、(4)に示すように、洗浄槽10内の復圧に伴い、気泡52中の水蒸気54が凝縮していき、復圧完了時では、蒸気圧Pに応じた水蒸気54が気泡52の中に残留し、残留しなかった水蒸気54が液体として洗浄液12に戻ることとなる。同様に、洗浄槽10内の復圧に伴い、気泡52中の洗浄用ガス成分53も凝縮していき、復圧完了時では、微細領域50に深部にまで引き込まれた洗浄液12に洗浄用ガス成分53が溶存するので、溶けきれなかった洗浄用ガス成分53が気体として気泡52の中に残留することとなる。
このように、第1洗浄工程の気泡発生段階においては、微細領域50に気泡52が発生するとともに膨張するので、微細領域50に予め満たされている液体51が洗浄液12中に排出される。さらに、減圧後の洗浄槽10内を復圧するにしたがって膨張した気泡が収縮し、洗浄液12が微細領域50の深部にまで引き込まれていくので、微細領域50を洗浄することができる。
続いて、気泡残留段階について説明する。第1洗浄工程のステップS102をはじめて実行した場合、前述したように、微細領域50の気泡52の状態は、先の図3(4)に示す状態である。
ここで、第1洗浄工程のステップS101を再び実行する場合、図4(5)に示すように、微細領域50の気泡52が膨張(減圧膨張)し、膨張した気泡52によって微細領域50の洗浄液12が押し出される。なお、蒸気圧Pよりも高い圧力になるように洗浄槽10内を減圧すれば、先の図3(2)とは異なり、微細領域50で減圧膨張した気泡52の微細領域50からの離脱を抑制することができ、気泡52が消失せずに微細領域50に残留しやすくなる。
次に、第1洗浄工程のステップS102を再び実行する場合、図4(6)に示すように、気泡52が収縮(加圧収縮)し、洗浄用ガス成分53が溶存する洗浄液12が微細領域50の深部にまで再び引き込まれることとなる。
このように、第1洗浄工程の気泡残留段階においては、微細領域50において気泡52が減圧膨張することで汚れを含んだ洗浄液12が押し出され、気泡52が加圧収縮することで新しい洗浄液12が引き込まれる。すなわち、微細領域50において気泡52が膨張したり収縮したりするので、汚れを含んだ洗浄液12から新しい洗浄液12に置換されることとなる。
また、第1洗浄工程を繰り返し実行すればするほど、微細領域50において洗浄液12の置換回数が増える(洗浄液12が繰り返し置換される)ので、より清浄度を向上させることができる。さらに、第1洗浄工程において、洗浄槽10内の圧力が蒸気圧Pよりも高い圧力になるように減圧すれば、より少ない消費エネルギーで清浄度の高い洗浄を達成することができる。
なお、第1洗浄工程においては、減圧状態の洗浄槽10内を急激に復圧せずに、空間領域14の容積1Lあたり、例えば0.5秒間〜15秒間かけて復圧することで、復圧による衝撃で微細領域50の気泡52の消失を抑制することができる。
また、第1洗浄工程のステップS101からステップS102への切り替えタイミング(ステップS101とステップS102との時間間隔)については、必要以上に洗浄槽1内の減圧状態を維持することがないようにあらかじめ規定しておけばよい。
続いて、気泡除去段階について説明する。第1洗浄工程の終了後、第2洗浄工程のステップS103を実行する場合、図5(7)に示すように、洗浄液12に溶存している洗浄用ガス成分53が気泡核となって、沸騰による小さな気泡52が洗浄液12中に多数発生する。さらに、微細領域50に残留した気泡52は、洗浄槽10内の減圧によって、洗浄液12中の水蒸気54および洗浄用ガス成分53を取り込みながら膨張する。
また、洗浄液12の沸騰状態(洗浄槽10内を減圧した状態)を維持することによって、図5(8)に示すように、微細領域50から気泡52の離脱が促進される。さらに、洗浄液12の沸騰状態を維持することによって、図5(9)に示すように、洗浄液12中の洗浄用ガス成分53が脱気され、沸騰による気泡52の発生量が少なくなる。なお、ステップS103からステップS104への切り替えタイミング(ステップS103とステップS104との時間間隔)については、必要以上に洗浄槽1内の減圧状態を維持することがないようにあらかじめ規定しておけばよい。具体的には、洗浄槽10内の減圧状態(洗浄液12の沸騰状態)は、例えば、10秒〜300秒間維持する。
次に、第2洗浄工程のステップS104を実行する場合、微細領域50の気泡52が収縮するとともに、洗浄液12中の洗浄用ガス成分53が脱気されているので、溶存ガス濃度の低い洗浄液12が微細領域50に侵入する。また、復圧に伴い、微細領域50の気泡52中の水蒸気54が凝縮し、液体として洗浄液12に戻るとともに、微細領域50に侵入した洗浄液12の溶存ガス濃度が低いので、気泡52中にわずかに含まれていた洗浄用ガス成分53のすべてがこの洗浄液12に溶解する。したがって、復圧が完了すれば、図5(10)に示すように、微細領域50の気泡52が消失する。
このように、気泡除去段階においては、空間領域14に洗浄用ガスを供給して洗浄槽10内を復圧することで、微細領域50の気泡52を消失させる。気泡52の消失前では微細領域50において気泡52が残留していた部分が洗浄液12と接触することがなかったが、気泡52の消失後ではこの部分が洗浄液12と接触することとなるので、微細領域50の清浄度をより向上させることができる。
次に、本実施の形態1における洗浄装置1を、予め微細領域50に液体51が入っていない被洗浄物40(図1(2)参照)に対して適用する場合について説明する。なお、この被洗浄物40を洗浄液12に浸漬した場合、微細領域50に空気層が存在する。
ここで、本実施の形態1における洗浄装置1は、予め微細領域50に液体51が入っていない被洗浄物40についても、微細領域50の空気層の減圧膨張および加圧収縮によって洗浄が可能である。
すなわち、洗浄槽10内を減圧する場合、洗浄槽10内の圧力が蒸気圧Pよりも高い圧力(例えば、蒸気圧Pよりも0.1kPa〜40kPa分高い圧力)となるように減圧する。これにより、微細領域50から空気層の一部が離脱するので、洗浄槽10内の復圧時に微細領域50の空気量が減少する。さらに、洗浄槽10内を復圧する場合、洗浄用ガス成分53を溶解させた洗浄液12を微細領域50に引き込ませることによって、微細領域50の空気層が消滅することを防止できる。
したがって、予め微細領域50に液体51が入っていない被洗浄物40についても、空気層の減圧膨張および加圧収縮によって、微細領域50において、先と同様に、洗浄液12が繰り返し置換されることとなる。また、洗浄処理の最終工程において、先と同様に、微細領域50の空気層を除去することによって、微細領域50の清浄度がより向上する。
なお、予め微細領域50に液体51が入っていない被洗浄物40を洗浄液12に浸漬した後、一連の洗浄処理を開始する前に第2洗浄工程を先行して実行することによって、微細領域50に存在する空気層を除去してもよい。この空気層を除去すれば、洗浄液12が侵入して微細領域50が液体充填状態と同等となるので、予め微細領域50に液体51が入っている被洗浄物40と同様の洗浄処理で洗浄することができることとなる。
以上、本実施の形態1によれば、洗浄槽内の洗浄液中に洗浄用ガスを供給しながら復圧することで溶存ガス濃度の高い洗浄液を微細領域に引き込ませる。これにより、微細領域に気泡を発生させ清浄度の高い洗浄を実現することができる。また、気泡の減圧膨張および加圧収縮を繰り返すことによって、微細領域において洗浄液を繰り返して置換することができ、より清浄度の高い微細領域の洗浄を実現することができる。
また、洗浄液中に洗浄用ガスを供給しながら洗浄槽内を復圧することで、洗浄液への洗浄用ガスの溶解と同時に洗浄液を攪拌することができる。このように洗浄液を攪拌することによって、洗浄槽内の洗浄液の溶存ガス濃度が均一になって被洗浄物を偏りなく洗浄できる。
また、洗浄液中に洗浄用ガスを供給しながら洗浄槽内を復圧することで、特別な機構を用いずに洗浄液への洗浄用ガスの溶解が容易となり、さらには洗浄液の攪拌もできるので、簡便な装置構成にできる。
また、洗浄の最終工程では、洗浄槽内を洗浄液の液温に対応する蒸気圧にまで減圧した状態をあらかじめ規定した時間維持した後に、空間領域に洗浄用ガスあるいは大気を供給しながら洗浄槽を復圧することで、洗浄液の溶存ガス濃度が低い洗浄液が微細領域に引き込まれる。これにより、微細領域の気泡の中の洗浄用ガス成分が洗浄液に溶解し、微細領域の気泡が消失する。このように、微細領域の気泡が消失することにより、気泡が残留していた部分が洗浄液と接触するので、微細領域の清浄度がより向上する。あるいは微細領域が洗浄液で満たされた状態で洗浄工程を終了してもよい。洗浄の最終工程で、洗浄槽内を洗浄液の蒸気圧にまで減圧した後に、洗浄槽内の液相に洗浄用ガスあるいは大気を供給しながら洗浄槽を復圧することで、洗浄液の溶存ガス濃度の高い洗浄液が微細領域に引き込まれる。これにより、微細領域が洗浄液でみたされていない状態で洗浄工程を終了することができ、洗浄工程の後段で被洗浄物の微細領域を乾燥する場合、その作業時間を短縮できる。
なお、一連の洗浄処理が終了した後、再び、洗浄処理を実行する際において、前回の洗浄処理時に使用した洗浄液12を繰り返し使用する場合、洗浄槽10内の洗浄液12を曝気した後に洗浄処理を開始すればよい。すなわち、本実施の形態1における洗浄装置1による洗浄処理おいては、洗浄液12の溶存ガス濃度が低い状態で終了するので、洗浄液12を曝気することによって、洗浄液12の溶存ガス濃度が高い状態で次回の洗浄処理を開始することができる。
ここで、洗浄液12を曝気する場合、例えば、洗浄槽10内を密閉した状態で、排気弁33を開けるとともに、第1切替弁23を第2供給配管22の方向に開ける。そして、空間領域14に存在するガスを真空ポンプ31で排気しながら、第2供給配管22から洗浄液12中にガスを供給すればよい。
さらに、洗浄液12を曝気する場合、例えば、洗浄槽10内を開放した状態で、排気弁33を開けるとともに、第1切替弁23を第2供給配管22の方向に開ける。そして、真空ポンプ31と連結配管24とを配管を介して接続することで真空ポンプ31の排気ガスを、第2供給配管22を介して洗浄液12中に供給するようにしてもよい。さらにまた、洗浄液12を曝気する場合、例えば、洗浄槽10を開放した状態で、第1切替弁23を第2供給配管22の方向に開けて、連結配管24に連結した専用の曝気用ポンプで加圧しながら、第2供給配管22から洗浄液12中に洗浄用ガスを供給するようにしてもよい。
このように、洗浄液12を曝気した後に洗浄処理を開始することによって、第1洗浄工程の気泡発生段階においては、微細領域50に気泡52をより発生しやすくなる。また、洗浄液12を繰り返し使用することで、洗浄液12の使用量を削減することができる。
実施の形態2.
先の実施の形態1では、第1洗浄工程で洗浄槽10内を減圧する場合に空間領域14に存在するガスを排気する洗浄装置1について説明した。これに対して、本発明の実施の形態2では、第1洗浄工程で空間領域14から排気された洗浄用ガスを回収する洗浄装置1Aについて説明する。
図6は、本発明の実施の形態2における洗浄装置1Aの構成を示す概略図である。ここで、本実施の形態2における洗浄装置1Aは、洗浄槽10を備えるとともに、第1供給配管21と第2供給配管22と第1切替弁23と連結配管24と第2切替弁25と供給弁26とを有するガス供給部20Aと、真空ポンプ31と第1排気配管32と第2排気配管35とを有するガス排気部30Aと、洗浄用ガス回収部60とを備える。なお、ここでは、先の実施の形態1と構成が異なるガス供給部20Aおよびガス排気部30Aと、洗浄用ガス回収部60とを中心に説明する。
図6において、洗浄用ガス回収部60は、ガス貯蔵タンク61、ガス回収切替弁62およびタンク出口側配管63を有する。ガス供給部20Aは、洗浄液12中にガス貯蔵タンク61に貯蔵された洗浄用ガスを供給したり、空間領域14に環境中の大気を供給したりする。また、ガス排気部30Aは、空間領域14に存在するガスを排気し、排気したガスが洗浄用ガスである場合にはガス貯蔵タンク61に回収し、大気である場合には環境中に放出する(大気開放する)。
ガス供給部20Aおよびガス排気部30Aの具体的な構成として、第1供給配管21は、先の実施の形態1と同様に、第1供給ガス出口21aが空間領域14に位置するように、洗浄槽10に設けられる。また、第1供給配管21は、環境中の大気を空間領域14に供給することができるように設けられており、さらに、この配管には供給弁26が設けられる。
一方、第2供給配管22は、先の実施の形態1と同様に、第2供給ガス出口22aが洗浄液12中に位置するように、洗浄槽10に設けられる。また、第2排気配管35は、ガス排気口35aが空間領域14に位置するように、第2供給配管22および連結配管24と第1切替弁23を介して連結される。
第1切替弁23に接続される連結配管24と、ガス貯蔵タンク61の出口側と接続されるタンク出口側配管63と、ガス回収切替弁62に接続される第1排気配管32とは、第2切替弁25を介して連結される。また、ガス回収切替弁62は、ガス貯蔵タンク61の入口側に設けられる。また、第1排気配管32に設けられる真空ポンプ31は、第2切替弁25とガス回収切替弁62との間の位置にある。
ここで、第1切替弁23および第2切替弁25の切替方向(開放方向)に応じて、洗浄装置1Aは、ガス貯蔵タンク61に貯蔵される洗浄用ガスを洗浄液12中に供給したり、空間領域14に存在するガスを排気したりする。また、ガス回収切替弁62の切替方向(開放方向)に応じて、洗浄装置1Aは、空間領域14から排気された洗浄用ガスをガス貯蔵タンク61に回収したり、空間領域14から排気された大気を大気開放したりする。
なお、第1切替弁23および第2切替弁25が設けられる位置は、洗浄槽10の外側であっても、内側であってもよい。また、ガス貯蔵タンク61に洗浄用ガスを補給するためのガス補給用の設備を別途設けてもよい。
次に、本実施の形態2における洗浄装置1Aの洗浄処理における動作について、先の図2のフローチャートを参照しながら説明する。なお、ここでは、先の実施の形態1と同様の点については説明を省略し、異なる点を中心に説明する。
ステップS101において洗浄槽10内を減圧する場合、ガス排気部30Aは、空間領域14に存在するガスを排気する。具体的には、第1切替弁23を第2排気配管35の方向に開けるとともに、第2切替弁25を第1排気配管32の方向に開けて、空間領域14に存在するガスを真空ポンプ31で排気する。
ここで、第1洗浄工程で洗浄槽10内をはじめて減圧する(ステップS101をはじめて実行する)場合には、ガス排気部30Aは、空間領域14から排気されたガスが環境中の大気であるので、このガスを大気開放する。具体的には、ガス回収切替弁62を大気開放側に開けて、空間領域14から排気された大気を大気開放する。
一方、第1洗浄工程で洗浄槽10内を2回目以降減圧する(ステップS101を2回目以降実行する)場合には、ガス排気部30Aは、空間領域14から排気されたガスが洗浄用ガスであるので、このガスをガス貯蔵タンク61に回収する。具体的には、ガス回収切替弁62をガス貯蔵タンク61側に開けて、空間領域14から排気された洗浄用ガスを回収する。
なお、ステップS103において洗浄槽10内を減圧する場合、空間領域14から排気されたガスが洗浄用ガスであるので、ガス排気部30Aは、同様の動作を行うことで、このガスをガス貯蔵タンク61に回収する。
このように、洗浄槽10内を減圧するために空間領域14から排気された洗浄用ガスをガス貯蔵タンク61に回収することによって、洗浄用ガスを再利用することができる。
ステップS102において洗浄槽10内を復圧する場合、ガス供給部20Aは、ガス貯蔵タンク61に貯蔵される洗浄用ガスを洗浄液12中に供給する。具体的には、第1切替弁23を第2供給配管22の方向に開けるとともに、第2切替弁25をタンク出口側配管63の方向に開けて洗浄用ガスを供給する。
また、ステップS104において洗浄槽10内を復圧する場合、ガス供給部20Aは、環境中の大気を空間領域14に供給する。具体的には、供給弁26を開けて、第1供給配管21を介して環境中の大気を供給する。このように、洗浄用ガスを使わずに、環境中の大気を使って復圧することによって、洗浄用ガスの使用量を削減することができる。
以上、本実施の形態2によれば、洗浄槽内を減圧するために空間領域から排気された洗浄用ガスをガス回収部に回収する。これにより、ガス回収部に回収された洗浄用ガスを再利用することができ、使用量を削減することができる。また、第2供給配管および第1排気配管を連結させたことによって、洗浄装置を小型化し、省スペースに設置することができる。
実施の形態3.
先の実施の形態1、2では、洗浄工程で洗浄槽10内を減圧する場合に空間領域14に存在するガスを排気する洗浄装置1について説明した。これに対して、本発明の実施の形態3では、洗浄液12の溶存ガス濃度に基づき、空間領域14に存在するガスを排気する洗浄装置1Bについて説明する。
図7は、本発明の実施の形態3のおける洗浄装置1Bの構成を示す概略図である。ここで、本実施の形態3における洗浄装置1Bは、洗浄槽10を備えるとともに、第1供給配管21と第2供給配管22と第1切替弁23と連結配管24とを有するガス供給部20Bと、真空ポンプ31と第1排気配管32と排気弁33と溶存ガス濃度計36と真空ポンプ制御部37とを有するガス排気部30Bとを備える。なお、ここでは、先の実施の形態1と構成が異なるガス排気部30Bを中心に説明する。
図7において、ガス排気部30Bは、第1洗浄工程および第2洗浄工程で洗浄槽10内を減圧する場合、洗浄液12の溶存ガス濃度に基づき空間領域14に存在するガスを排気する。ガス排気部30の具体的な構成として、先の実施の形態1と同様に、真空ポンプ31、第1排気配管32および排気弁33を有する。また、洗浄槽10内に設けられる溶存ガス濃度計36は、洗浄液12の溶存ガスの濃度を検出する。さらに、真空ポンプ制御部37は、溶存ガス濃度計36の検出値に基づき、真空ポンプ31の運転動作を制御する。
次に、本実施の形態3における洗浄装置1Bの洗浄工程における動作について、先の図2のフローチャートを参照しながら説明する。なお、ここでは、先の実施の形態1と同様の点については説明を省略し、異なる点を中心に説明する。
第1洗浄工程で洗浄槽10内を減圧する(ステップS101を実行する)場合には、ガス排気部30Bは、以下のような動作を行う。すなわち、空間領域14に存在するガスを排気することで洗浄槽10内を減圧状態にして、さらに、溶存ガス濃度計36の検出値が第1閾値濃度以下になれば、真空ポンプ制御部37が真空ポンプ31の動作を停止する。そして、真空ポンプ31の動作が停止すれば、洗浄槽10内を復圧する(ステップS102を実行する)。
また、第2洗浄工程で洗浄槽10内を減圧する(ステップS103を実行する)場合には、ガス排気部30Bは、以下のような動作を行う。すなわち、空間領域14に存在するガスを排気することで洗浄槽10内を減圧状態にして、さらに、溶存ガス濃度計36の検出値が第2閾値濃度以下になれば、真空ポンプ制御部37が真空ポンプ31の動作を停止する。そして、真空ポンプ31の動作が停止すれば、洗浄槽10内を復圧する(ステップS104を実行する)。
このように、洗浄液12の溶存ガス濃度に基づき、ステップS101からステップS102への切り替えタイミングと、ステップS103からステップS104への切り替えタイミングとをそれぞれ最適化することができるので、必要以上に洗浄槽1内の減圧状態を維持することがない。
なお、洗浄液12が純水(例えば、水温が20℃以上25℃以下)である場合、溶存ガス濃度計36が洗浄液12の溶存ガス濃度として、酸素濃度を検出するように構成すればよい。この場合、例えば、第1閾値を0.1ppm以上4ppm以下、さらに好ましくは0.2ppm以上3.5ppm以下に設定し、第2閾値を0.005ppm以上0.5ppm以下、さらに好ましくは0.008ppm以上0.1ppm以下に設定すればよい。
以上、本実施の形態3によれば、洗浄液の溶存ガス濃度に基づき、空間領域に存在するガスを排気する。これにより、微細領域において洗浄液が置換されるタイミングが最適化され、結果として、最適な洗浄時間で洗浄をすることができる。
実施の形態4.
先の実施の形態1〜3では、第1洗浄工程で洗浄槽10内を復圧する場合に洗浄用ガスを洗浄液12中に供給する洗浄装置1について説明した。これに対して、本発明の実施の形態4では、第1洗浄工程で洗浄用ガスを洗浄液12中に微細気泡を発生させながら供給する洗浄装置1Cについて説明する。なお、ここでいう微細気泡とは、液体と気体との混合物中に発生させたマイクロバブルおよびナノバブルといった微細化した気泡である。
図8は、本発明の実施の形態4における洗浄装置1Cの構成を示す概略図である。ここで、本実施の形態4における洗浄装置1Cは、洗浄槽10を備えるとともに、第1供給配管21と第2供給配管22と供給弁26とを有するガス供給部20Cと、真空ポンプ31と第1排気配管32と排気弁33とを有するガス排気部30Bと、微細気泡発生部70とを備える。なお、ここでは、先の実施の形態1と構成が異なるガス供給部20Cおよび微細気泡発生部70を中心に説明する。
図8において、微細気泡発生部70は、洗浄液循環ポンプ71、気液混合部72、気液混合部用供給弁73および洗浄液循環配管74を有する。ガス供給部20Cは、洗浄用ガスを微細気泡発生部70に供給することで発生させた微細気泡(洗浄用ガスからなる微細気泡)を洗浄液12中に供給したり、空間領域14に環境中の大気を供給したりする。
ガス供給部20Cの具体的な構成として、第1供給配管21は、先の実施の形態2と同様に設けられ、環境中の大気を空間領域14に供給する。一方、第2供給配管22は、洗浄用ガスを気液混合部72に供給することができるように設けられており、さらに、この配管には気液混合部用供給弁73が設けられる。
洗浄液循環配管74は、一方(入口側)が洗浄槽10の上部に設けられ、他方(出口側)が洗浄槽10の下部に設けられる。また、洗浄液循環配管74には、洗浄液循環ポンプ71および気液混合部72が設けられる。
洗浄槽10から洗浄液循環配管74の入口側に流入した洗浄液12は、洗浄液循環ポンプ71の動作によって気液混合部72を通過し、出口側に流出する。すなわち、洗浄液12は、洗浄液循環配管74内を循環することとなる。また、気液混合部72は、循環する洗浄液12および第2供給配管22から供給された洗浄用ガスを混合することで微細気泡を発生させる。
次に、本実施の形態4における洗浄装置1Cの洗浄処理における動作について、図9のフローチャートを参照しながら説明する。図9は、本発明の実施の形態4における洗浄装置1Cの一連の洗浄処理を示すフローチャートである。なお、ここでは、洗浄液12に浸漬される前に予め微細領域50に液体51が入っている被洗浄物40(先の図1(1)参照)に対して適用する場合について説明する。また、先の実施の形態1と同様の点については説明を省略し、異なる点を中心に説明する。
まず、被洗浄物40を洗浄槽10内の洗浄液12に浸漬した状態で洗浄処理(ステップS201〜S205)を開始する。なお、この場合、蓋11を閉めて洗浄槽10内を密閉状態にしている。
第1洗浄工程のステップS201において、先の図2におけるステップS101と同様に洗浄槽10内を減圧する。
第1洗浄工程のステップS202において、洗浄槽10内の圧力が大気圧付近になるまで、洗浄液循環配管74を循環する洗浄液12に微細気泡を発生させる。具体的には、排気弁33を閉めるとともに洗浄液12の循環を開始させた後、気液混合部用供給弁73を開ける。そして、気液混合部72に洗浄用ガスを供給することによって微細気泡を発生させ、洗浄槽10内の圧力を大気圧付近になるまで復圧する。なお、洗浄槽10内が急激に復圧されて洗浄槽10内が過剰に加圧されることを防止するために、気液混合部用供給弁73の開度を調整することで洗浄用ガスの気液混合部72への供給量を制御する。
第1洗浄工程のステップS203において、洗浄槽10内に環境中の大気を供給することで復圧する。すなわち、洗浄槽10内の圧力が大気圧になるように復圧することとなる。具体的には、供給弁26を開けて環境中の大気を供給する。
このように、ステップS202およびステップS203においては、微細気泡を発生させると洗浄槽10内の圧力が上昇するが、大気圧付近になれば供給弁26を開けることで、洗浄槽10内が過剰に加圧されないようにしている。
また、第1洗浄工程を1回だけではなく繰り返し実行することで、微細領域50に発生した気泡52の減圧膨張および復圧収縮がなされるので、先の実施の形態1と同様の効果が得られる。また、微細気泡を発生させながら洗浄液12を循環することで、洗浄用ガスの洗浄液12に対する溶解速度が大きくなる。
第2洗浄工程のステップS204において、先の図2におけるステップS103と同様に洗浄槽10内を減圧する。
第2洗浄工程のステップS205において、洗浄槽10内に環境中の大気を供給することで復圧する。具体的には、供給弁26を開けて、第1供給配管21を介して環境中の大気を供給する。
以上、本発明の実施の形態4によれば、微細気泡を洗浄液中に発生させながら洗浄槽内を復圧する。これにより、洗浄液へのガスの溶解速度が大きくなるとともに、洗浄液が循環することで攪拌されるので、洗浄液の溶存ガス濃度が均一になる。結果として、洗浄槽内の洗浄液の溶存ガス濃度が均一になって被洗浄物を偏りなく洗浄できる。
なお、本実施の形態1〜4における被洗浄物については、どのようなものであってもよいが、具体例として、以下のようなものが挙げられる。すなわち、本願発明は、清浄度の高い洗浄を実施することができるので、被洗浄物として、例えば、半導体基板、LSI基板、MEMS基板および太陽電池基板といった微細な構造を有する基板に対して有効である。また、このような基板に対してだけでなく、直径が5mm以下の止まり穴、またはアスペクト比が2以上の微細領域(窪み)を有する精密加工部品の洗浄に対しても有効である。
また、本実施の形態1〜4の第1洗浄工程および第2洗浄工程において、洗浄槽10内の設定圧力値を蒸気圧Pあるいは蒸気圧Pよりも高い圧力として洗浄槽10内を減圧し、洗浄槽10内の設定圧力値を大気圧あるいは減圧時の圧力よりも高い圧力として洗浄槽10内を復圧する場合を例示したが、これに限定されない。すなわち、本願発明における第1洗浄工程の「減圧時の圧力および復圧時の圧力」としては、微細領域50内で気泡52を、減圧時に膨張させるとともに復圧時に消失させないように収縮させることができる圧力であればよい。同様に、本願発明における第2洗浄工程の「減圧時の圧力および復圧時の圧力」としては、微細領域50内で気泡52を、減圧時に膨張させるとともに復圧時に消失させることができる圧力であればよい。したがって、前述した減圧時および復圧時の設定圧力値は、例示した具体的な数値に限らず、適宜調整して変更することができる。