塵埃収集装置及び塵埃分析方法
【課題】対象物の表面に付着した塵埃を効率良く確実に剥離することができ、剥離した塵埃を回収分析することで、対象物の清浄度を高感度且つ高精度に評価することを可能として、製造現場の洗浄工程に適用することで製造条件や洗浄条件の最適化を実現する。
【解決手段】減圧チャンバ１による減圧環境下で製品１１の表面にガス又はガスと微量な液体との混合物を拭き付け、当該表面に付着した塵埃１２を剥離除去し、ポンプ１０を用いて集塵フィルタ８に剥離除去された塵埃１２を回収し、集塵フィルタ８に付着した塵埃１２を観察して分析する。
【解決手段】減圧チャンバ１による減圧環境下で製品１１の表面にガス又はガスと微量な液体との混合物を拭き付け、当該表面に付着した塵埃１２を剥離除去し、ポンプ１０を用いて集塵フィルタ８に剥離除去された塵埃１２を回収し、集塵フィルタ８に付着した塵埃１２を観察して分析する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、磁気ディスク装置や微小レンズ等、各種の微小な機械部品に付着した微小な塵埃を剥離除去する塵埃収集装置及び塵埃分析方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、半導体や磁気ディスク装置を始めとする多くの製品では微細化が進み、洗浄工程においてもこれに応じた高い清浄度が要求されている。そこで、洗浄した製品の清浄度を定量的に評価する方法が重要視されている。
清浄度を評価する場合、直接的に製品の表面を観察することが最も確実な方法ではある。しかしながら、製品の形状や表面状態は様々であり、これを効率よく観察する装置は存在しない。市販の観察装置を用いたとしても、評価には非常に多くの時間を要することになるため、当該製品の製造現場に適用することは困難である。
【０００３】
このように、製品表面の清浄度の直接的評価は難しいため、製品に残存した塵埃を一旦剥離し、これを回収して観察する間接的な手法が現実的である。これは、ＬＰＣ法と呼ばれており、この方法が一般的に用いられている。ＬＰＣ法は、超音波洗浄機を用いて製品を洗浄し、純水中に剥離した塵埃数を液中パーティクルカウンタで測定する方法である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００３−２２５６２５号公報
【特許文献２】特開２００７−２９４９３８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながらＬＰＣ法は、純水中のわずか２％程度を測定する部分測定法である。そのため、清浄度の高い部品に対しては塵埃の検出が困難であり、その数値の定量性が疑問視されているという問題がある。また、全量を測定するには処理に長時間を要するために現実的ではなく、新規の評価手法が望まれている。
【０００６】
ＬＰＣ法に対する要素技術として、空気中で製品表面の塵埃を剥離する手法が知られている。代表的な手法としては、高圧のエアを製品に吹き付けるエアブロー法がある。エアブロー法のうち、特にエアナイフ法と呼ばれる手法がある。エアナイフ法は、図１に示すように、製品１０１の表面にノズル１０２から高圧のエアをライン状に吹き付け、剥離した塵埃１０３を吸引部１０４で吸引する手法である。
【０００７】
製品表面の空気層の様子を図２に示す。この空気層は、空気の粘性により製品の最表面に形成される境界層と、境界層上の遷移層及び乱流層とからなる。境界層は、粘性の影響を受けて流体の速度が乱流層又は遷移層に比べて低下する領域である。そのため、エアを吹き付けても徐々に気流速度が低下し、製品の最表面に届き難い。エアブロー法又はエアナイフ法では、この境界層を打ち破ることができず、表面の微小な塵埃まで空気が到達しないために塵埃を剥離できないという問題がある。エアブロー法又はエアナイフ法では、数十μｍオーダー（例えば７０μｍ以上）の大きな塵埃は剥離できるが、上記した空気の粘性の影響でそれ以下の数μｍオーダーの塵埃の除去は困難である。
【０００８】
この境界層を打ち破るべく、超音波エア法も提案されている。超音波エア法は、図３に示すように、製品１１１の表面にエア放出部１１２から超音波で振動させた高圧のエアを吹き付け、塵埃１１３を振動させて製品１１１の表面から剥離し、塵埃１１３を吸引部１１４で吸引する手法である。しかしながら超音波エア方式は、エア放出部の近傍でのみ効果を発揮する方式であるため、主に平面に対してのみ有効な方法である。従って、対象物が複雑な形状を有する場合には、凹部に沈積した塵埃の除去が困難となるという問題がある。
【０００９】
その他、特許文献１，２の手法が提案されている。特許文献１では、被洗浄物である基板又はシート等を搬送しつつ、その一面に対してプラスイオンを含む空気を吹き付けて、付着する塵埃或いは汚染微粒子を剥離させ、当該空気を吹き付けられた面を除電して中性化する除塵方法が開示されている。特許文献２では、渦流空気流を吹き付けることで、被加工物の表面及び加工孔の内部の物質を除去するクリーニング方法が開示されている。しかしながら特許文献１，２の手法でも、上記と同様の理由で境界層を打ち破ることができず、微小な塵埃を除去することは困難である。
【００１０】
以上のように、数μｍオーダーの大きさの塵埃をドライ環境で汎用的に除去することができる塵埃収集の手法は存在せず、これを利用した塵埃分析の手法も存在しないのが現状である。
本発明は、上記の課題に鑑みてなされたものであり、対象物の表面に付着した塵埃を効率良く確実に剥離することができ、剥離した塵埃を回収分析することで、対象物の清浄度を高感度且つ高精度に評価することを可能として、製造現場の洗浄工程に適用することで製造条件や洗浄条件の最適化を実現する塵埃収集装置及び塵埃分析方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
塵埃収集装置の一態様は、チャンバと、前記チャンバ内で対象物を保持する保持機構と、前記チャンバ内に設けられ、前記対象物にガス又はガスと液体の混合物を吹き付けるノズルと、前記チャンバと接続し、前記チャンバ内を排気する第１の排気機構と、前記チャンバと接続し、前記チャンバ内の塵埃を集める集塵フィルタとを含む。
【００１２】
塵埃分析方法の一態様は、対象物をチャンバ内の保持機構に保持し、前記チャンバ内を排気し、前記チャンバ内に設けられたノズルにより、前記対象物にガス又はガスと液体の混合物を吹き付け、前記対象物から剥離された塵埃を前記チャンバに接続された集塵フィルタに収集し、前記集塵フィルタに付着した前記塵埃を分析する。
【発明の効果】
【００１３】
上記の諸態様によれば、対象物の表面に付着した塵埃を効率良く確実に剥離することができ、剥離した塵埃を回収分析することで、対象物の清浄度を高感度且つ高精度に評価することが可能となり、製造現場の洗浄工程に適用することで製造条件や洗浄条件の最適化が実現する。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】エアナイフ法を説明するための模式図である。
【図２】製品表面の空気層の様子を示す模式図である。
【図３】超音波エア法を説明するための模式図である。
【図４】第１の実施形態による塵埃収集装置の概略構成を示す模式図である。
【図５】第１の実施形態による塵埃分析方法をステップ順に示すフロー図である。
【図６】製品に到達するノイズからのガスの風圧を評価した結果を示す特性図である。
【図７】第１の実施形態の変形例１による塵埃収集装置の概略構成を示す模式図である。
【図８】第１の実施形態の変形例２による塵埃収集装置の概略構成を示す模式図である。
【図９】第１の実施形態の変形例３による塵埃収集装置の概略構成を示す模式図である。
【図１０】第１の実施形態の変形例４による塵埃収集装置の概略構成を示す模式図である。
【図１１】パルス駆動を行った際のガスの風圧の変化を示す特性図である。
【図１２】第２の実施形態による塵埃収集装置の概略構成を示す模式図である。
【図１３】第２の実施形態による塵埃分析方法をステップ順に示すフロー図である。
【図１４】第２の実施形態の変形例による塵埃収集装置の概略構成を示す模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、具体的な諸実施形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。
【００１６】
（第１の実施形態）
先ず、第１の実施形態による塵埃収集装置の構成について説明する。
図４は、第１の実施形態による塵埃収集装置の概略構成を示す模式図である。
【００１７】
この塵埃収集装置において、１は、例えば内容量５Ｌ程度の減圧チャンバである。２は、減圧チャンバ１内で対象物である製品１１を保持する保持機構である。３は、減圧チャンバ１内に設けられ、製品１１の表面に所定の気体（ガス）を吹き付ける、例えば内径４ｍｍ程度のノズルである。４は、ノズル３へガスを導入するための開閉を行うバルブである。５は、ノズル３に導入されるガスをろ過するフィルタであり、例えば０．１μｍ程度のろ過性能を持つ例えば中空糸フィルタである。バルブ６及びポンプ７を備えて第１の排気機構が構成される。バルブ６は、減圧チャンバ１内の真空封止のために排気の開閉を行うものである。ポンプ７は例えばダイアフラム型の排気ポンプである。８は、減圧チャンバ１と接続されて減圧チャンバ１内の塵埃１２を集める集塵フィルタである。バルブ９及びポンプ１０を備えて第２の排気機構が構成される。バルブ９は、減圧チャンバ１内の塵埃を含むガスを排気するための開閉を行うものである。ポンプ１０は例えばダイアフラム型の排気ポンプである。集塵フィルタ８は、評価対象である塵埃に応じた孔径を持つメンブレンフィルタであり、減圧チャンバ１とバルブ９との間に設けられる。
【００１８】
次に、第１の実施形態による、塵埃収集方法を含む塵埃分析方法について説明する。
図５（ａ）は、第１の実施形態による塵埃分析方法をステップ順に示すフロー図である。
【００１９】
先ず、大気圧に開放した減圧チャンバ１内において、保持機構２に製品１１を設置する（ステップＳ１）。
続いて、バルブ４を閉じ、バルブ６を開いて、ポンプ７を動作させて減圧チャンバ１内を排気して減圧する（ステップＳ２）。所定の圧力、例えば１×１０2Ｐａ程度の真空状態まで減圧した後、バルブ６を閉じてポンプ７を停止する。
【００２０】
続いて、バルブ４を開いて、ノズル３から製品１１の表面にガスを吹き付ける（ステップＳ３）。
用いるガスとしては、例えば窒素ガスとし、ノズル３から噴出するガスの圧力を０．１ＭＰａ程度、ガスの流量を７０Ｌ／分程度とする。５秒〜６秒間のガスの導入で減圧チャンバ１内の圧力は大気状態となる。その後、バルブ４を閉じる。
【００２１】
続いて、バルブ９を開き、ポンプ１０を動作させて減圧チャンバ１内のガスを排気する（ステップＳ４）。
このとき、排気されたガスは製品１１の表面に付着していた塵埃１２を含んでおり、減圧チャンバ１とバルブ９との間に設けられた集塵フィルタ８によりろ過され、集塵フィルタ８に塵埃１２が全て回収される。集塵フィルタ８によるガスのろ過は、液体をろ過する場合に比べて極めて短時間（液体のろ過の場合よりも数桁程度の短時間）で行うことができる。
本実施形態の塵埃収集方法は、上記のステップＳ１〜Ｓ４により構成される。
【００２２】
続いて、集塵フィルタ８を取り外し、集塵フィルタ８に付着した塵埃１２を観察して分析する（ステップＳ５）。集塵フィルタ８を取り外した後、バルブ６より減圧チャンバ１をリークして減圧チャンバ１内を大気開放し、製品１１を取り出す。
集塵フィルタ８に付着した塵埃１２を、所定の評価システムを用いて観察及び分析する。評価システムとしては例えば、光学顕微鏡、ＣＣＤ等の撮像装置、画像処理装置等を備えたものを用いる。光学顕微鏡及び撮像装置を用いて、集塵フィルタ８上をステップ＆リピートにより自動撮影する。画像処理装置を用いて、撮影された画像に対して例えば所定の閾値による画像（画素）情報を１と０の２値に分ける二値化処理を施す。これにより塵埃を認識して摘出し、塵埃の寸法及び塵埃数の評価を行う。評価内容にもよるが、光学顕微鏡の他、電子顕微鏡又は元素分析装置等を併用した評価も可能である。
【００２３】
本実施形態では、評価対象である製品及び塵埃に応じて評価基準が異なることを考慮して、例えば図５（ｂ）に示すように、上記のステップＳ２〜Ｓ４を所定の複数回繰返す（ステップＳ６）ようにしても良い。ステップＳ２〜Ｓ４を所定回数行った後、上記のステップＳ５を実行する。これにより、製品及び塵埃に応じた確実な集塵及び評価が可能となる。
【００２４】
ここで、上記した塵埃収集装置及び塵埃分析方法における減圧チャンバ内の圧力について説明する。
本実施形態では、基本的には製品の表面の単位面積当たりに加わる力が大きくなるように、ノズルの形状を選定し、ガス流量等を設定する。これらの条件は製品のサイズにも依存し、製品が大きい場合には相応のガス吹き付け面積が得られるように、各条件を選定する必要がある。
【００２５】
本実施形態における最重要事項の１つは、減圧チャンバ内の圧力である。基本的に減圧環境下による塵埃の剥離を促進する効果は、大気圧から僅かでも低下した領域から現れ、例えば１０4Ｐａのオーダーでも明確に見られる。
【００２６】
図６は、製品表面に到達するガスの風圧を評価した結果を示す特性図である。
ここでは、ノズルから噴出するガスの圧力を０．１ＭＰａ、０．２ＭＰａ、０．３ＭＰａとした夫々の場合において、減圧チャンバ内の圧力とガスの風圧との関係を示している。図６の結果によれば、減圧チャンバ内の圧力が大気圧（約１０5Ｐａ）から１桁低下するだけで、風圧は数倍に増加し、その効果が明確に確認できる。減圧環境下では、ガス分子の平均自由行程が圧力に反比例して大きくなるため、ガス分子同士の衝突確率が少なく、圧力差によりガス分子の速度も上昇するためと考えられる。減圧チャンバ内の圧力が１０3Ｐａ以下付近から風圧が飽和する傾向が見られているが、これは粘性流領域を外れ、ガス分子同士の影響を受け難くなる中間領域に差し掛かるためと考えられる。このように、減圧チャンバ内の減圧によって、製品表面に到達するガスの風圧が大きくなることが確認された。
【００２７】
また、図２にも示したが、物体の表面を気体が流れる場合、境界層と呼ばれる粘性によって発生する層が形成される。条件にもよるが通常大気圧下では１０μｍ〜数十μｍオーダーの厚みの境界層が形成されていると考えられる。境界層の厚みは、気体の粘性力に依存して変化し、粘性力が小さくなると薄くなる傾向がある。大気圧を含む高い圧力下では、粘性力は略一定であるが、１０2Ｐａ以下の領域では、圧力に比例して粘性力が小さくなる。即ち、１０2Ｐａ以下の圧力下では、境界層の厚みが実効的に低減する。
【００２８】
先に述べた風圧に関する考察は、気体に関するマクロ的な特徴を示すものであり、僅かな減圧環境下でも十分な効果を発揮する。加えて後に述べた境界層の影響に関する考察は言わばミクロ的な特徴を示すものであり、１０2Ｐａ以下で効果が現れるものである。
従って、減圧チャンバ内の圧力条件の選定は塵埃の大きさ及び比重、その付着状態の他、ガスの吹き付け条件にも依存するが、製品表面の効率的な塵埃除去に最大の効果を発揮する減圧チャンバ内の圧力は１０2Ｐａ以下である。
【００２９】
本実施形態では、減圧環境下における製品表面ではガス分子密度が大気状態に比べて希薄となることを利用し、減圧チャンバ内の圧力を１０2Ｐａ以下に設定し、製品表面にノズルからガスを吹き付ける。１０2Ｐａ以下の圧力下では、粘性力が圧力に比例して小さくなるために境界層が等価的に薄層化し、ノズルから噴出したガスを効率良く製品表面に到達させることが可能となる。このため、製品表面に付着した、例えば数μｍ以下の微小な塵埃が容易且つ確実に剥離される。
【００３０】
また、減圧環境下ではガス分子の平均自由行程が圧力に反比例して大きくなるため、ガス分子同士の衝突確率が小さく、圧力差により気体分子の速度も上昇する。そのため、ノズルと製品表面との離間距離を大きく（例えば数ｍｍ〜数十ｍｍ程度）確保することができ、製品表面が複雑な形状である場合でも、製品表面に付着した塵埃の十分な剥離効果を得ることができる、製品表面の高い洗浄効果が達成される。
【００３１】
以上説明したように、本実施形態によれば、製品１１の表面に付着した塵埃１２を効率良く確実に剥離することができ、剥離した塵埃１２を回収分析することで、製品１１の表面の清浄度を高感度且つ高精度に評価することが可能となり、製造現場の洗浄工程に適用することで製造条件や洗浄条件の最適化が実現する。
【００３２】
以下、本実施形態の諸変形例について説明する。
なお、諸変形例の塵埃収集装置において、図４に示されたものと同様の構成部材については、同符号を付して詳しい説明を省略する。
【００３３】
（変形例１）
図７は、第１の実施形態の変形例１による塵埃収集装置の概略構成を示す模式図である。図７では便宜上、バルブ６及びポンプ７、集塵フィルタ８、バルブ９及びポンプ１０の図示を省略する。
本例では、減圧チャンバ１内において、保持機構２に代えて設けられた保持機構１３に複数（図示の例では４つ）の製品１１が並んで設置される。各製品１１に対応して、複数（図示の例では４本）のノズル１４が図４のノズル３に代えて設けられている。第１の実施形態と同様に減圧チャンバ１内を減圧した状態で、バルブ４を開けて、フィルタ５を通ってろ過されたガスを各ノズル１４から各製品１１の表面に吹き付け、表面に付着した塵埃を剥離する。
【００３４】
製造現場では、複数個の製品１１を１バッチとして処理し、１バッチ中に何個の塵埃が残存しているか否かを評価の指標として用いる場合がある。本実施形態では、このような場合に対応している。勿論、製品１１の寸法に対してノズル１４の開口が大きい場合等では、製品数に対してノズル数を少なくすることも可能である。その一方で、大きな製品を評価する場合には、１つの製品１１に対して複数のノズル１４を配置することも可能である。また本例では、１本の配管上にフィルタ５及びバルブ４を設け、下流側で分岐して複数のノズル１４を配置したが、この構成に限定されるものではない。例えば、分岐した複数のノズルごとに夫々フィルタ及びバルブを配置することができる。また、夫々のノズルをガスの供給源から完全に独立した形状とすることも可能である。
【００３５】
（変形例２）
図８は、第１の実施形態の変形例２による塵埃収集装置の概略構成を示す模式図である。図８では便宜上、フィルタ５、バルブ６及びポンプ７、集塵フィルタ８、バルブ９及びポンプ１０の図示を省略する。
本例では、保持機構２に製品１１の回動機構１５が設けられている。回動機構１５は、ノズル３に対する製品１１の向きを図示の矢印方向に可変（回動自在）とするステージ機構である。回動機構１５により、ガスの吹き付け方向に対して製品１１の表面を変えることで、実効的な境界層の厚みを変えることができる。また、表面がフラットではない製品の場合に特に効果がある。本例では、回動機構１５として一方向への回動自在な機構のみを保持機構２に組み込んだ場合を示したが、複数方向への回動機構、或いはＸ−Ｙステージ機構等、製品又は目的に応じて様々な可動機構を組み込むことが可能である。
【００３６】
（変形例３）
図９は、第１の実施形態の変形例３による塵埃収集装置の概略構成を示す模式図である。図９では便宜上、フィルタ５、バルブ６及びポンプ７、集塵フィルタ８、バルブ９及びポンプ１０の図示を省略する。
本例では、保持機構２に製品１１の加振機構である振動子１６が設けられ、ノズル３内にガスの除電機構である放電針１７が設けられている。
【００３７】
振動子１６は、保持機構２に設置された製品１１を振動させるものである。振動子１６には、振動を制御する不図示の信号発生器が設けられており、低周波領域から超高周波（超音波）領域までの振動を振動子１６に発生させることができる。また、振動子１６に連続的な振動を発生させることに代わり、或いはこれに加え、例えば１パルスが数ｍｓオーダーのパルス信号を用いたインパクト振動を振動子１６に発生させ、塵埃１２の製品１１の表面からの脱離を促すこともできる。
【００３８】
放電針１７は、いわゆるイオナイザと呼ばれるものである。放電針１７をノズル３内に組み込むことにより、製品１１に吹き付けるガスの電荷バランスを中和して静電気を除去する。これにより、塵埃１２の製品１１の表面からの脱離が促進される。放電針１７と接続する不図示の交流高圧電源を減圧チャンバ１の外部に設け、放電針１７を高周波ＡＣ方式により駆動する。
【００３９】
本例では、加振機構及び除電機構の双方を設ける場合について例示したが、いずれか一方のみを設けるようにしても良い。
また、塵埃１２の製品１１の表面からの脱離を促す方法として、ハロゲンランプ等を減圧チャンバ１内に設け、製品１１を加熱することも有効である。
【００４０】
（変形例４）
図１０は、第１の実施形態の変形例４による塵埃収集装置の概略構成を示す模式図である。図１０では便宜上、バルブ６及びポンプ７、集塵フィルタ８、バルブ９及びポンプ１０の図示を省略する。
本例では、ノズル３からのガスの噴出をパルス駆動するパルス駆動部１８が設けられている。パルス駆動部１８が、バルブ４と接続されており、バルブ４の開閉をパルス駆動する。これにより、塵埃１２の製品１１の表面からの脱離が促進される。
【００４１】
図１１は、パルス駆動を行った際の、製品表面に到達するガスの風圧の変化を示す特性図である。
ここでは、バルブ４を１秒回に５回パルス駆動した場合の結果を例示する。バルブ４を開いた瞬間、ノズルから噴出するガスの圧力がオーバーシュートする傾向がある。本例では、この特性を利用し、瞬間的に定常状態におけるガスの風圧の２倍程度のガスの風圧が得られる。そのため、ノズル３から噴出するガスの圧力を変えることなく、製品１１の表面からの塵埃１２の高い剥離効果を得ることができる。
【００４２】
なお、上記した変形例１〜４は、これらのうちから２つ以上の変形例を選択して適宜組み合わせて塵埃収集装置を構成することもできる。
具体的には、以下のような実施態様を採ることが可能である。
【００４３】
変形例１＋２として、図４の塵埃収集装置に、保持機構２に代えて設けられた保持機構１３を、ノズル３に代えて複数のノズル１４をそれぞれ設けると共に、回動機構１５を設ける。
変形例１＋３として、図４の塵埃収集装置に、保持機構２に代えて設けられた保持機構１３を、ノズル３に代えて複数のノズル１４をそれぞれ設けると共に、加振機構である振動子１６及び除電機構である放電針１７の一方又は双方を設ける。
変形例１＋４として、図４の塵埃収集装置に、保持機構２に代えて設けられた保持機構１３を、ノズル３に代えて複数のノズル１４をそれぞれ設けると共に、パルス駆動部１８を設ける。
変形例２＋３として、図４の塵埃収集装置に、回動機構１５を設けると共に、加振機構である振動子１６及び除電機構である放電針１７の一方又は双方を設ける。
変形例２＋４として、図４の塵埃収集装置に、回動機構１５を設けると共に、パルス駆動部１８を設ける。
変形例３＋４として、図４の塵埃収集装置に、加振機構である振動子１６及び除電機構である放電針１７の一方又は双方を設けると共に、パルス駆動部１８を設ける。
変形例１＋２＋３として、図４の塵埃収集装置に、保持機構２に代えて設けられた保持機構１３を、ノズル３に代えて複数のノズル１４をそれぞれ設け、回動機構１５を設け、加振機構である振動子１６及び除電機構である放電針１７の一方又は双方を設ける。
変形例１＋２＋４として、図４の塵埃収集装置に、保持機構２に代えて設けられた保持機構１３を、ノズル３に代えて複数のノズル１４をそれぞれ設け、回動機構１５を設け、パルス駆動部１８を設ける。
変形例１＋３＋４として、図４の塵埃収集装置に、保持機構２に代えて設けられた保持機構１３を、ノズル３に代えて複数のノズル１４をそれぞれ設け、加振機構である振動子１６及び除電機構である放電針１７の一方又は双方を設け、パルス駆動部１８を設ける。
変形例２＋３＋４として、図４の塵埃収集装置に、回動機構１５を設け、加振機構である振動子１６及び除電機構である放電針１７の一方又は双方を設け、パルス駆動部１８を設ける。
変形例１＋２＋３＋４として、図４の塵埃収集装置に、保持機構２に代えて設けられた保持機構１３を、ノズル３に代えて複数のノズル１４をそれぞれ設け、回動機構１５を設け、加振機構である振動子１６及び除電機構である放電針１７の一方又は双方を設け、パルス駆動部１８を設ける。
【００４４】
（第２の実施形態）
次に、第２の実施形態について説明する。本実施形態では、上記した第１の実施形態と略同様に塵埃収集装置が構成され、略同様に塵埃収集及び塵埃分析を行うが、ノズルから噴出するガスに微量の液体を含有させる点で第１の実施形態と相違する。
なお、本実施形態の塵埃収集装置において、図４に示されたものと同様の構成部材については、同符号を付して詳しい説明を省略する。
【００４５】
図１２は、第２の実施形態による塵埃収集装置の概略構成を示す模式図である。
この塵埃収集装置は、第１の実施形態の図４の装置構成に加え、ノズル３内に液体を導入するためのノズル２１と、ノズル２１へ液体を導入するための開閉を行うバルブ２２とを備えている。バルブ４と共にバルブ２２を開けることにより、ノズル２１へ液体を導入し、ノズル４から液体を含有するガス（以下、混合物と言う。）を噴出して、減圧チャンバ１内の保持機構２に設置された製品１１の表面に混合物を吹き付ける。
【００４６】
次に、第２の実施形態による、塵埃収集方法を含む塵埃分析方法について説明する。
図１３（ａ）は、第２の実施形態による塵埃分析方法をステップ順に示すフロー図である。
【００４７】
先ず、図５（ａ）のステップＳ１，Ｓ２と同様のステップＳ１１，Ｓ１２を順次実行する。
続いて、バルブ４及びバルブ２２を共に開いて、ノズル３から製品１１の表面に混合物を吹き付ける（ステップＳ１３）。
混合物に用いるガスとしては、例えば窒素ガスとし、ノズル３から噴出するガスの圧力を０．１ＭＰａ程度、ガスの流量を７０Ｌ／分程度とする。混合物に用いる液体としては、例えば純水とし、１Ｌの窒素ガスの流量に対して０．１ｃｃ程度の割合で純水を導入する。純水の場合、その割合が混合物の１％を超えると液体が揮発せず、集塵フィルタ８に溜まってしまい著しく塵埃回収能力が低下する。従って、混合物の純水含有率としては１％以下が好ましく、更には０．５％以下とすることが望ましい。０．１％の純水含有量でも、製品１１の表面における塵埃１２の剥離効果は増加するため、ここでは０．１ｃｃとしている。なお、純水の比抵抗は１ＭΩ・ｃｍ以下であることが好ましく、超純水を使用する場合には、窒素ガスにＣＯ2ガス等を添加することで比抵抗の調整を行うことが望ましい。これにより、超純水の帯電を防止することができる。
【００４８】
混合物に用いる液体としては、純水の代わりに、イソプロピルアルコール又はエチルアルコール等のアルコールを用いることも有効である。これらは沸点がそれぞれ約８２℃、約７８℃と水よりも低く、揮発性も高い。そのため、純水よりも気体に混合する際には有利となる。また、これらの液体以外にも、水よりも揮発性が高いか、或いは沸点が低い液体を用いても良い。
【００４９】
５秒〜６秒間の混合物の導入で減圧チャンバ１内の圧力は大気状態となる。その後、バルブ４及びバルブ２２を共に閉じる。
その後、図５（ａ）のステップＳ４，Ｓ５と同様のステップＳ１４，Ｓ１５を順次実行する。
【００５０】
本実施形態では、第１の実施形態と同様に、評価対象である製品及び塵埃に応じて評価基準が異なることを考慮して、例えば図１３（ｂ）に示すように、上記のステップＳ１２〜Ｓ１４を所定の複数回繰返す（ステップＳ１６）ようにしても良い。ステップＳ１２〜Ｓ１４を所定回数行った後、上記のステップＳ１５を実行する。これにより、製品及び塵埃に応じた確実な集塵及び評価が可能となる。
【００５１】
本実施形態では、高い吹き付け圧力でガスを吹き付ける際に、混合物に含まれる微量の液体は、分散しながら製品１１の表面へと叩き付けられる。ガス分子に比べて質量の大きな液体粒が製品１１の表面に衝突するため、当該表面に付着した塵埃１２をはじき飛ばす能力は、ガス分子に比べて数倍も大きく、塵埃１２の剥離能力が大幅に増大する。
また、液体のガスへの含有量を気化し易いレベルの微量としたり、アルコール等の揮発し易い液体を利用することで、製品１１の表面に衝突した後に液体が容易に気化する。従って、減圧チャンバ１内に液体が残留することはなく、減圧チャンバ１の真空排気及び剥離した塵埃１２の回収に影響を与えることもない。
【００５２】
以上説明したように、本実施形態によれば、製品１１の表面に付着した塵埃１２をより効率良く確実に剥離することができ、剥離した塵埃１２を回収分析することで、製品１１の表面の清浄度を高感度且つ高精度に評価することが可能となり、製造現場の洗浄工程に適用することで製造条件や洗浄条件の最適化が実現する。
【００５３】
（変形例）
以下、本実施形態の変形例について説明する。
なお、変形例の塵埃収集装置において、図１２に示されたものと同様の構成部材については、同符号を付して詳しい説明を省略する。
【００５４】
図１４は、第２の実施形態の変形例による塵埃収集装置の概略構成を示す模式図である。図１４では便宜上、減圧チャンバ１内の様子（保持機構２等）、ノズル３及びバルブ４、フィルタ５、ノズル２１及びバルブ２２、バルブ６及びポンプ７、集塵フィルタ８、バルブ９及びポンプ１０の図示を省略する。
【００５５】
本例では、減圧チャンバ１と集塵フィルタ８との間に加熱機構であるヒータ２３が設けられている。混合物を製品１１の表面に吹き付けて当該表面から塵埃を剥離した際に、混合物において気化した液体が減圧チャンバ１内で再び液化する可能性もある。本例では、ヒータ２３を用いて減圧チャンバ１内を加熱することにより、混合物内の液体の気化を促し、結露も防止することができる。
【００５６】
なお、第１の実施形態の変形例１〜４を、本実施形態の図１３の構成、又は変形例の図１４の構成にそれぞれ適用することもできる。
また、第１の実施形態の変形例１〜４を、これらのうちから２つ以上の変形例を選択して適宜組み合わせ、本実施形態の図１３の構成、又は変形例の図１４の構成にそれぞれ適用することも可能である。
【００５７】
以下、諸態様を付記としてまとめて記載する。
【００５８】
（付記１）チャンバと、
前記チャンバ内で対象物を保持する保持機構と、
前記チャンバ内に設けられ、前記対象物にガス又はガスと液体の混合物を吹き付けるノズルと、
前記チャンバと接続し、前記チャンバ内を排気する第１の排気機構と、
前記チャンバと接続し、前記チャンバ内の塵埃を集める集塵フィルタと
を含むことを特徴とする塵埃収集装置。
（付記２）前記チャンバと接続し、前記チャンバ内を排気する第２の排気機構を更に含み、
前記集塵フィルタは、前記チャンバと前記第２の排気機構との間に設けられることを特徴とする付記１に記載の塵埃収集装置。
（付記３）前記ガスは窒素ガスであることを特徴とする付記１又は２に記載の塵埃収集装置。
（付記４）前記液体は水、水よりも揮発性の高い液体若しくは水よりも沸点の低い液体であることを特徴とする付記１〜３のいずれか１項に記載の塵埃収集装置。
（付記５）前記保持機構は、前記ノズルに対する前記対象物の向きを可変とする可動機構を有することを特徴とする付記１〜４のいずれか１項に記載の塵埃収集装置。
（付記６）前記保持機構は、前記対象物を振動させる加振機構を有することを特徴とする付記１〜５のいずれか１項に記載の塵埃収集装置。
（付記７）前記ガス又は前記混合物の静電気を除去する除電機構を更に含むことを特徴とする付記１〜６のいずれか１項に記載の塵埃収集装置。
（付記８）前記チャンバと前記フィルタの間に加熱機構を更に含むことを特徴とする付記１〜７のいずれか１項に記載の塵埃収集装置。
（付記９）前記ノズルからの前記ガス又は前記混合物の噴出をパルス駆動する駆動機構を更に含むことを特徴とする付記１〜８のいずれか１項に記載の塵埃収集装置。
（付記１０）対象物をチャンバ内の保持機構に保持し、
前記チャンバ内を排気し、
前記チャンバ内に設けられたノズルにより、前記対象物にガス又はガスと液体の混合物を吹き付け、
前記対象物から剥離された塵埃を前記チャンバに接続された集塵フィルタに回収し、
前記集塵フィルタに付着した前記塵埃を分析する
ことを特徴とする塵埃分析方法。
【産業上の利用可能性】
【００５９】
本件によれば、対象物の表面に付着した塵埃を効率良く確実に剥離することができ、剥離した塵埃を回収分析することで、対象物の清浄度を高感度且つ高精度に評価することが可能となり、製造現場の洗浄工程に適用することで製造条件や洗浄条件の最適化が実現する。
【符号の説明】
【００６０】
１ 減圧チャンバ
２，１３ 保持機構
３，１４，２１ ノズル
４，６，９，２２ バルブ
５ フィルタ
７，１０ ポンプ
８ 集塵フィルタ
１１ 製品
１２ 塵埃
１５ 回動機構
１６ 振動子
１７ 放電針
１８ パルス駆動部
２３ ヒータ
【技術分野】
【０００１】
本発明は、磁気ディスク装置や微小レンズ等、各種の微小な機械部品に付着した微小な塵埃を剥離除去する塵埃収集装置及び塵埃分析方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、半導体や磁気ディスク装置を始めとする多くの製品では微細化が進み、洗浄工程においてもこれに応じた高い清浄度が要求されている。そこで、洗浄した製品の清浄度を定量的に評価する方法が重要視されている。
清浄度を評価する場合、直接的に製品の表面を観察することが最も確実な方法ではある。しかしながら、製品の形状や表面状態は様々であり、これを効率よく観察する装置は存在しない。市販の観察装置を用いたとしても、評価には非常に多くの時間を要することになるため、当該製品の製造現場に適用することは困難である。
【０００３】
このように、製品表面の清浄度の直接的評価は難しいため、製品に残存した塵埃を一旦剥離し、これを回収して観察する間接的な手法が現実的である。これは、ＬＰＣ法と呼ばれており、この方法が一般的に用いられている。ＬＰＣ法は、超音波洗浄機を用いて製品を洗浄し、純水中に剥離した塵埃数を液中パーティクルカウンタで測定する方法である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００３−２２５６２５号公報
【特許文献２】特開２００７−２９４９３８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながらＬＰＣ法は、純水中のわずか２％程度を測定する部分測定法である。そのため、清浄度の高い部品に対しては塵埃の検出が困難であり、その数値の定量性が疑問視されているという問題がある。また、全量を測定するには処理に長時間を要するために現実的ではなく、新規の評価手法が望まれている。
【０００６】
ＬＰＣ法に対する要素技術として、空気中で製品表面の塵埃を剥離する手法が知られている。代表的な手法としては、高圧のエアを製品に吹き付けるエアブロー法がある。エアブロー法のうち、特にエアナイフ法と呼ばれる手法がある。エアナイフ法は、図１に示すように、製品１０１の表面にノズル１０２から高圧のエアをライン状に吹き付け、剥離した塵埃１０３を吸引部１０４で吸引する手法である。
【０００７】
製品表面の空気層の様子を図２に示す。この空気層は、空気の粘性により製品の最表面に形成される境界層と、境界層上の遷移層及び乱流層とからなる。境界層は、粘性の影響を受けて流体の速度が乱流層又は遷移層に比べて低下する領域である。そのため、エアを吹き付けても徐々に気流速度が低下し、製品の最表面に届き難い。エアブロー法又はエアナイフ法では、この境界層を打ち破ることができず、表面の微小な塵埃まで空気が到達しないために塵埃を剥離できないという問題がある。エアブロー法又はエアナイフ法では、数十μｍオーダー（例えば７０μｍ以上）の大きな塵埃は剥離できるが、上記した空気の粘性の影響でそれ以下の数μｍオーダーの塵埃の除去は困難である。
【０００８】
この境界層を打ち破るべく、超音波エア法も提案されている。超音波エア法は、図３に示すように、製品１１１の表面にエア放出部１１２から超音波で振動させた高圧のエアを吹き付け、塵埃１１３を振動させて製品１１１の表面から剥離し、塵埃１１３を吸引部１１４で吸引する手法である。しかしながら超音波エア方式は、エア放出部の近傍でのみ効果を発揮する方式であるため、主に平面に対してのみ有効な方法である。従って、対象物が複雑な形状を有する場合には、凹部に沈積した塵埃の除去が困難となるという問題がある。
【０００９】
その他、特許文献１，２の手法が提案されている。特許文献１では、被洗浄物である基板又はシート等を搬送しつつ、その一面に対してプラスイオンを含む空気を吹き付けて、付着する塵埃或いは汚染微粒子を剥離させ、当該空気を吹き付けられた面を除電して中性化する除塵方法が開示されている。特許文献２では、渦流空気流を吹き付けることで、被加工物の表面及び加工孔の内部の物質を除去するクリーニング方法が開示されている。しかしながら特許文献１，２の手法でも、上記と同様の理由で境界層を打ち破ることができず、微小な塵埃を除去することは困難である。
【００１０】
以上のように、数μｍオーダーの大きさの塵埃をドライ環境で汎用的に除去することができる塵埃収集の手法は存在せず、これを利用した塵埃分析の手法も存在しないのが現状である。
本発明は、上記の課題に鑑みてなされたものであり、対象物の表面に付着した塵埃を効率良く確実に剥離することができ、剥離した塵埃を回収分析することで、対象物の清浄度を高感度且つ高精度に評価することを可能として、製造現場の洗浄工程に適用することで製造条件や洗浄条件の最適化を実現する塵埃収集装置及び塵埃分析方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
塵埃収集装置の一態様は、チャンバと、前記チャンバ内で対象物を保持する保持機構と、前記チャンバ内に設けられ、前記対象物にガス又はガスと液体の混合物を吹き付けるノズルと、前記チャンバと接続し、前記チャンバ内を排気する第１の排気機構と、前記チャンバと接続し、前記チャンバ内の塵埃を集める集塵フィルタとを含む。
【００１２】
塵埃分析方法の一態様は、対象物をチャンバ内の保持機構に保持し、前記チャンバ内を排気し、前記チャンバ内に設けられたノズルにより、前記対象物にガス又はガスと液体の混合物を吹き付け、前記対象物から剥離された塵埃を前記チャンバに接続された集塵フィルタに収集し、前記集塵フィルタに付着した前記塵埃を分析する。
【発明の効果】
【００１３】
上記の諸態様によれば、対象物の表面に付着した塵埃を効率良く確実に剥離することができ、剥離した塵埃を回収分析することで、対象物の清浄度を高感度且つ高精度に評価することが可能となり、製造現場の洗浄工程に適用することで製造条件や洗浄条件の最適化が実現する。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】エアナイフ法を説明するための模式図である。
【図２】製品表面の空気層の様子を示す模式図である。
【図３】超音波エア法を説明するための模式図である。
【図４】第１の実施形態による塵埃収集装置の概略構成を示す模式図である。
【図５】第１の実施形態による塵埃分析方法をステップ順に示すフロー図である。
【図６】製品に到達するノイズからのガスの風圧を評価した結果を示す特性図である。
【図７】第１の実施形態の変形例１による塵埃収集装置の概略構成を示す模式図である。
【図８】第１の実施形態の変形例２による塵埃収集装置の概略構成を示す模式図である。
【図９】第１の実施形態の変形例３による塵埃収集装置の概略構成を示す模式図である。
【図１０】第１の実施形態の変形例４による塵埃収集装置の概略構成を示す模式図である。
【図１１】パルス駆動を行った際のガスの風圧の変化を示す特性図である。
【図１２】第２の実施形態による塵埃収集装置の概略構成を示す模式図である。
【図１３】第２の実施形態による塵埃分析方法をステップ順に示すフロー図である。
【図１４】第２の実施形態の変形例による塵埃収集装置の概略構成を示す模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、具体的な諸実施形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。
【００１６】
（第１の実施形態）
先ず、第１の実施形態による塵埃収集装置の構成について説明する。
図４は、第１の実施形態による塵埃収集装置の概略構成を示す模式図である。
【００１７】
この塵埃収集装置において、１は、例えば内容量５Ｌ程度の減圧チャンバである。２は、減圧チャンバ１内で対象物である製品１１を保持する保持機構である。３は、減圧チャンバ１内に設けられ、製品１１の表面に所定の気体（ガス）を吹き付ける、例えば内径４ｍｍ程度のノズルである。４は、ノズル３へガスを導入するための開閉を行うバルブである。５は、ノズル３に導入されるガスをろ過するフィルタであり、例えば０．１μｍ程度のろ過性能を持つ例えば中空糸フィルタである。バルブ６及びポンプ７を備えて第１の排気機構が構成される。バルブ６は、減圧チャンバ１内の真空封止のために排気の開閉を行うものである。ポンプ７は例えばダイアフラム型の排気ポンプである。８は、減圧チャンバ１と接続されて減圧チャンバ１内の塵埃１２を集める集塵フィルタである。バルブ９及びポンプ１０を備えて第２の排気機構が構成される。バルブ９は、減圧チャンバ１内の塵埃を含むガスを排気するための開閉を行うものである。ポンプ１０は例えばダイアフラム型の排気ポンプである。集塵フィルタ８は、評価対象である塵埃に応じた孔径を持つメンブレンフィルタであり、減圧チャンバ１とバルブ９との間に設けられる。
【００１８】
次に、第１の実施形態による、塵埃収集方法を含む塵埃分析方法について説明する。
図５（ａ）は、第１の実施形態による塵埃分析方法をステップ順に示すフロー図である。
【００１９】
先ず、大気圧に開放した減圧チャンバ１内において、保持機構２に製品１１を設置する（ステップＳ１）。
続いて、バルブ４を閉じ、バルブ６を開いて、ポンプ７を動作させて減圧チャンバ１内を排気して減圧する（ステップＳ２）。所定の圧力、例えば１×１０2Ｐａ程度の真空状態まで減圧した後、バルブ６を閉じてポンプ７を停止する。
【００２０】
続いて、バルブ４を開いて、ノズル３から製品１１の表面にガスを吹き付ける（ステップＳ３）。
用いるガスとしては、例えば窒素ガスとし、ノズル３から噴出するガスの圧力を０．１ＭＰａ程度、ガスの流量を７０Ｌ／分程度とする。５秒〜６秒間のガスの導入で減圧チャンバ１内の圧力は大気状態となる。その後、バルブ４を閉じる。
【００２１】
続いて、バルブ９を開き、ポンプ１０を動作させて減圧チャンバ１内のガスを排気する（ステップＳ４）。
このとき、排気されたガスは製品１１の表面に付着していた塵埃１２を含んでおり、減圧チャンバ１とバルブ９との間に設けられた集塵フィルタ８によりろ過され、集塵フィルタ８に塵埃１２が全て回収される。集塵フィルタ８によるガスのろ過は、液体をろ過する場合に比べて極めて短時間（液体のろ過の場合よりも数桁程度の短時間）で行うことができる。
本実施形態の塵埃収集方法は、上記のステップＳ１〜Ｓ４により構成される。
【００２２】
続いて、集塵フィルタ８を取り外し、集塵フィルタ８に付着した塵埃１２を観察して分析する（ステップＳ５）。集塵フィルタ８を取り外した後、バルブ６より減圧チャンバ１をリークして減圧チャンバ１内を大気開放し、製品１１を取り出す。
集塵フィルタ８に付着した塵埃１２を、所定の評価システムを用いて観察及び分析する。評価システムとしては例えば、光学顕微鏡、ＣＣＤ等の撮像装置、画像処理装置等を備えたものを用いる。光学顕微鏡及び撮像装置を用いて、集塵フィルタ８上をステップ＆リピートにより自動撮影する。画像処理装置を用いて、撮影された画像に対して例えば所定の閾値による画像（画素）情報を１と０の２値に分ける二値化処理を施す。これにより塵埃を認識して摘出し、塵埃の寸法及び塵埃数の評価を行う。評価内容にもよるが、光学顕微鏡の他、電子顕微鏡又は元素分析装置等を併用した評価も可能である。
【００２３】
本実施形態では、評価対象である製品及び塵埃に応じて評価基準が異なることを考慮して、例えば図５（ｂ）に示すように、上記のステップＳ２〜Ｓ４を所定の複数回繰返す（ステップＳ６）ようにしても良い。ステップＳ２〜Ｓ４を所定回数行った後、上記のステップＳ５を実行する。これにより、製品及び塵埃に応じた確実な集塵及び評価が可能となる。
【００２４】
ここで、上記した塵埃収集装置及び塵埃分析方法における減圧チャンバ内の圧力について説明する。
本実施形態では、基本的には製品の表面の単位面積当たりに加わる力が大きくなるように、ノズルの形状を選定し、ガス流量等を設定する。これらの条件は製品のサイズにも依存し、製品が大きい場合には相応のガス吹き付け面積が得られるように、各条件を選定する必要がある。
【００２５】
本実施形態における最重要事項の１つは、減圧チャンバ内の圧力である。基本的に減圧環境下による塵埃の剥離を促進する効果は、大気圧から僅かでも低下した領域から現れ、例えば１０4Ｐａのオーダーでも明確に見られる。
【００２６】
図６は、製品表面に到達するガスの風圧を評価した結果を示す特性図である。
ここでは、ノズルから噴出するガスの圧力を０．１ＭＰａ、０．２ＭＰａ、０．３ＭＰａとした夫々の場合において、減圧チャンバ内の圧力とガスの風圧との関係を示している。図６の結果によれば、減圧チャンバ内の圧力が大気圧（約１０5Ｐａ）から１桁低下するだけで、風圧は数倍に増加し、その効果が明確に確認できる。減圧環境下では、ガス分子の平均自由行程が圧力に反比例して大きくなるため、ガス分子同士の衝突確率が少なく、圧力差によりガス分子の速度も上昇するためと考えられる。減圧チャンバ内の圧力が１０3Ｐａ以下付近から風圧が飽和する傾向が見られているが、これは粘性流領域を外れ、ガス分子同士の影響を受け難くなる中間領域に差し掛かるためと考えられる。このように、減圧チャンバ内の減圧によって、製品表面に到達するガスの風圧が大きくなることが確認された。
【００２７】
また、図２にも示したが、物体の表面を気体が流れる場合、境界層と呼ばれる粘性によって発生する層が形成される。条件にもよるが通常大気圧下では１０μｍ〜数十μｍオーダーの厚みの境界層が形成されていると考えられる。境界層の厚みは、気体の粘性力に依存して変化し、粘性力が小さくなると薄くなる傾向がある。大気圧を含む高い圧力下では、粘性力は略一定であるが、１０2Ｐａ以下の領域では、圧力に比例して粘性力が小さくなる。即ち、１０2Ｐａ以下の圧力下では、境界層の厚みが実効的に低減する。
【００２８】
先に述べた風圧に関する考察は、気体に関するマクロ的な特徴を示すものであり、僅かな減圧環境下でも十分な効果を発揮する。加えて後に述べた境界層の影響に関する考察は言わばミクロ的な特徴を示すものであり、１０2Ｐａ以下で効果が現れるものである。
従って、減圧チャンバ内の圧力条件の選定は塵埃の大きさ及び比重、その付着状態の他、ガスの吹き付け条件にも依存するが、製品表面の効率的な塵埃除去に最大の効果を発揮する減圧チャンバ内の圧力は１０2Ｐａ以下である。
【００２９】
本実施形態では、減圧環境下における製品表面ではガス分子密度が大気状態に比べて希薄となることを利用し、減圧チャンバ内の圧力を１０2Ｐａ以下に設定し、製品表面にノズルからガスを吹き付ける。１０2Ｐａ以下の圧力下では、粘性力が圧力に比例して小さくなるために境界層が等価的に薄層化し、ノズルから噴出したガスを効率良く製品表面に到達させることが可能となる。このため、製品表面に付着した、例えば数μｍ以下の微小な塵埃が容易且つ確実に剥離される。
【００３０】
また、減圧環境下ではガス分子の平均自由行程が圧力に反比例して大きくなるため、ガス分子同士の衝突確率が小さく、圧力差により気体分子の速度も上昇する。そのため、ノズルと製品表面との離間距離を大きく（例えば数ｍｍ〜数十ｍｍ程度）確保することができ、製品表面が複雑な形状である場合でも、製品表面に付着した塵埃の十分な剥離効果を得ることができる、製品表面の高い洗浄効果が達成される。
【００３１】
以上説明したように、本実施形態によれば、製品１１の表面に付着した塵埃１２を効率良く確実に剥離することができ、剥離した塵埃１２を回収分析することで、製品１１の表面の清浄度を高感度且つ高精度に評価することが可能となり、製造現場の洗浄工程に適用することで製造条件や洗浄条件の最適化が実現する。
【００３２】
以下、本実施形態の諸変形例について説明する。
なお、諸変形例の塵埃収集装置において、図４に示されたものと同様の構成部材については、同符号を付して詳しい説明を省略する。
【００３３】
（変形例１）
図７は、第１の実施形態の変形例１による塵埃収集装置の概略構成を示す模式図である。図７では便宜上、バルブ６及びポンプ７、集塵フィルタ８、バルブ９及びポンプ１０の図示を省略する。
本例では、減圧チャンバ１内において、保持機構２に代えて設けられた保持機構１３に複数（図示の例では４つ）の製品１１が並んで設置される。各製品１１に対応して、複数（図示の例では４本）のノズル１４が図４のノズル３に代えて設けられている。第１の実施形態と同様に減圧チャンバ１内を減圧した状態で、バルブ４を開けて、フィルタ５を通ってろ過されたガスを各ノズル１４から各製品１１の表面に吹き付け、表面に付着した塵埃を剥離する。
【００３４】
製造現場では、複数個の製品１１を１バッチとして処理し、１バッチ中に何個の塵埃が残存しているか否かを評価の指標として用いる場合がある。本実施形態では、このような場合に対応している。勿論、製品１１の寸法に対してノズル１４の開口が大きい場合等では、製品数に対してノズル数を少なくすることも可能である。その一方で、大きな製品を評価する場合には、１つの製品１１に対して複数のノズル１４を配置することも可能である。また本例では、１本の配管上にフィルタ５及びバルブ４を設け、下流側で分岐して複数のノズル１４を配置したが、この構成に限定されるものではない。例えば、分岐した複数のノズルごとに夫々フィルタ及びバルブを配置することができる。また、夫々のノズルをガスの供給源から完全に独立した形状とすることも可能である。
【００３５】
（変形例２）
図８は、第１の実施形態の変形例２による塵埃収集装置の概略構成を示す模式図である。図８では便宜上、フィルタ５、バルブ６及びポンプ７、集塵フィルタ８、バルブ９及びポンプ１０の図示を省略する。
本例では、保持機構２に製品１１の回動機構１５が設けられている。回動機構１５は、ノズル３に対する製品１１の向きを図示の矢印方向に可変（回動自在）とするステージ機構である。回動機構１５により、ガスの吹き付け方向に対して製品１１の表面を変えることで、実効的な境界層の厚みを変えることができる。また、表面がフラットではない製品の場合に特に効果がある。本例では、回動機構１５として一方向への回動自在な機構のみを保持機構２に組み込んだ場合を示したが、複数方向への回動機構、或いはＸ−Ｙステージ機構等、製品又は目的に応じて様々な可動機構を組み込むことが可能である。
【００３６】
（変形例３）
図９は、第１の実施形態の変形例３による塵埃収集装置の概略構成を示す模式図である。図９では便宜上、フィルタ５、バルブ６及びポンプ７、集塵フィルタ８、バルブ９及びポンプ１０の図示を省略する。
本例では、保持機構２に製品１１の加振機構である振動子１６が設けられ、ノズル３内にガスの除電機構である放電針１７が設けられている。
【００３７】
振動子１６は、保持機構２に設置された製品１１を振動させるものである。振動子１６には、振動を制御する不図示の信号発生器が設けられており、低周波領域から超高周波（超音波）領域までの振動を振動子１６に発生させることができる。また、振動子１６に連続的な振動を発生させることに代わり、或いはこれに加え、例えば１パルスが数ｍｓオーダーのパルス信号を用いたインパクト振動を振動子１６に発生させ、塵埃１２の製品１１の表面からの脱離を促すこともできる。
【００３８】
放電針１７は、いわゆるイオナイザと呼ばれるものである。放電針１７をノズル３内に組み込むことにより、製品１１に吹き付けるガスの電荷バランスを中和して静電気を除去する。これにより、塵埃１２の製品１１の表面からの脱離が促進される。放電針１７と接続する不図示の交流高圧電源を減圧チャンバ１の外部に設け、放電針１７を高周波ＡＣ方式により駆動する。
【００３９】
本例では、加振機構及び除電機構の双方を設ける場合について例示したが、いずれか一方のみを設けるようにしても良い。
また、塵埃１２の製品１１の表面からの脱離を促す方法として、ハロゲンランプ等を減圧チャンバ１内に設け、製品１１を加熱することも有効である。
【００４０】
（変形例４）
図１０は、第１の実施形態の変形例４による塵埃収集装置の概略構成を示す模式図である。図１０では便宜上、バルブ６及びポンプ７、集塵フィルタ８、バルブ９及びポンプ１０の図示を省略する。
本例では、ノズル３からのガスの噴出をパルス駆動するパルス駆動部１８が設けられている。パルス駆動部１８が、バルブ４と接続されており、バルブ４の開閉をパルス駆動する。これにより、塵埃１２の製品１１の表面からの脱離が促進される。
【００４１】
図１１は、パルス駆動を行った際の、製品表面に到達するガスの風圧の変化を示す特性図である。
ここでは、バルブ４を１秒回に５回パルス駆動した場合の結果を例示する。バルブ４を開いた瞬間、ノズルから噴出するガスの圧力がオーバーシュートする傾向がある。本例では、この特性を利用し、瞬間的に定常状態におけるガスの風圧の２倍程度のガスの風圧が得られる。そのため、ノズル３から噴出するガスの圧力を変えることなく、製品１１の表面からの塵埃１２の高い剥離効果を得ることができる。
【００４２】
なお、上記した変形例１〜４は、これらのうちから２つ以上の変形例を選択して適宜組み合わせて塵埃収集装置を構成することもできる。
具体的には、以下のような実施態様を採ることが可能である。
【００４３】
変形例１＋２として、図４の塵埃収集装置に、保持機構２に代えて設けられた保持機構１３を、ノズル３に代えて複数のノズル１４をそれぞれ設けると共に、回動機構１５を設ける。
変形例１＋３として、図４の塵埃収集装置に、保持機構２に代えて設けられた保持機構１３を、ノズル３に代えて複数のノズル１４をそれぞれ設けると共に、加振機構である振動子１６及び除電機構である放電針１７の一方又は双方を設ける。
変形例１＋４として、図４の塵埃収集装置に、保持機構２に代えて設けられた保持機構１３を、ノズル３に代えて複数のノズル１４をそれぞれ設けると共に、パルス駆動部１８を設ける。
変形例２＋３として、図４の塵埃収集装置に、回動機構１５を設けると共に、加振機構である振動子１６及び除電機構である放電針１７の一方又は双方を設ける。
変形例２＋４として、図４の塵埃収集装置に、回動機構１５を設けると共に、パルス駆動部１８を設ける。
変形例３＋４として、図４の塵埃収集装置に、加振機構である振動子１６及び除電機構である放電針１７の一方又は双方を設けると共に、パルス駆動部１８を設ける。
変形例１＋２＋３として、図４の塵埃収集装置に、保持機構２に代えて設けられた保持機構１３を、ノズル３に代えて複数のノズル１４をそれぞれ設け、回動機構１５を設け、加振機構である振動子１６及び除電機構である放電針１７の一方又は双方を設ける。
変形例１＋２＋４として、図４の塵埃収集装置に、保持機構２に代えて設けられた保持機構１３を、ノズル３に代えて複数のノズル１４をそれぞれ設け、回動機構１５を設け、パルス駆動部１８を設ける。
変形例１＋３＋４として、図４の塵埃収集装置に、保持機構２に代えて設けられた保持機構１３を、ノズル３に代えて複数のノズル１４をそれぞれ設け、加振機構である振動子１６及び除電機構である放電針１７の一方又は双方を設け、パルス駆動部１８を設ける。
変形例２＋３＋４として、図４の塵埃収集装置に、回動機構１５を設け、加振機構である振動子１６及び除電機構である放電針１７の一方又は双方を設け、パルス駆動部１８を設ける。
変形例１＋２＋３＋４として、図４の塵埃収集装置に、保持機構２に代えて設けられた保持機構１３を、ノズル３に代えて複数のノズル１４をそれぞれ設け、回動機構１５を設け、加振機構である振動子１６及び除電機構である放電針１７の一方又は双方を設け、パルス駆動部１８を設ける。
【００４４】
（第２の実施形態）
次に、第２の実施形態について説明する。本実施形態では、上記した第１の実施形態と略同様に塵埃収集装置が構成され、略同様に塵埃収集及び塵埃分析を行うが、ノズルから噴出するガスに微量の液体を含有させる点で第１の実施形態と相違する。
なお、本実施形態の塵埃収集装置において、図４に示されたものと同様の構成部材については、同符号を付して詳しい説明を省略する。
【００４５】
図１２は、第２の実施形態による塵埃収集装置の概略構成を示す模式図である。
この塵埃収集装置は、第１の実施形態の図４の装置構成に加え、ノズル３内に液体を導入するためのノズル２１と、ノズル２１へ液体を導入するための開閉を行うバルブ２２とを備えている。バルブ４と共にバルブ２２を開けることにより、ノズル２１へ液体を導入し、ノズル４から液体を含有するガス（以下、混合物と言う。）を噴出して、減圧チャンバ１内の保持機構２に設置された製品１１の表面に混合物を吹き付ける。
【００４６】
次に、第２の実施形態による、塵埃収集方法を含む塵埃分析方法について説明する。
図１３（ａ）は、第２の実施形態による塵埃分析方法をステップ順に示すフロー図である。
【００４７】
先ず、図５（ａ）のステップＳ１，Ｓ２と同様のステップＳ１１，Ｓ１２を順次実行する。
続いて、バルブ４及びバルブ２２を共に開いて、ノズル３から製品１１の表面に混合物を吹き付ける（ステップＳ１３）。
混合物に用いるガスとしては、例えば窒素ガスとし、ノズル３から噴出するガスの圧力を０．１ＭＰａ程度、ガスの流量を７０Ｌ／分程度とする。混合物に用いる液体としては、例えば純水とし、１Ｌの窒素ガスの流量に対して０．１ｃｃ程度の割合で純水を導入する。純水の場合、その割合が混合物の１％を超えると液体が揮発せず、集塵フィルタ８に溜まってしまい著しく塵埃回収能力が低下する。従って、混合物の純水含有率としては１％以下が好ましく、更には０．５％以下とすることが望ましい。０．１％の純水含有量でも、製品１１の表面における塵埃１２の剥離効果は増加するため、ここでは０．１ｃｃとしている。なお、純水の比抵抗は１ＭΩ・ｃｍ以下であることが好ましく、超純水を使用する場合には、窒素ガスにＣＯ2ガス等を添加することで比抵抗の調整を行うことが望ましい。これにより、超純水の帯電を防止することができる。
【００４８】
混合物に用いる液体としては、純水の代わりに、イソプロピルアルコール又はエチルアルコール等のアルコールを用いることも有効である。これらは沸点がそれぞれ約８２℃、約７８℃と水よりも低く、揮発性も高い。そのため、純水よりも気体に混合する際には有利となる。また、これらの液体以外にも、水よりも揮発性が高いか、或いは沸点が低い液体を用いても良い。
【００４９】
５秒〜６秒間の混合物の導入で減圧チャンバ１内の圧力は大気状態となる。その後、バルブ４及びバルブ２２を共に閉じる。
その後、図５（ａ）のステップＳ４，Ｓ５と同様のステップＳ１４，Ｓ１５を順次実行する。
【００５０】
本実施形態では、第１の実施形態と同様に、評価対象である製品及び塵埃に応じて評価基準が異なることを考慮して、例えば図１３（ｂ）に示すように、上記のステップＳ１２〜Ｓ１４を所定の複数回繰返す（ステップＳ１６）ようにしても良い。ステップＳ１２〜Ｓ１４を所定回数行った後、上記のステップＳ１５を実行する。これにより、製品及び塵埃に応じた確実な集塵及び評価が可能となる。
【００５１】
本実施形態では、高い吹き付け圧力でガスを吹き付ける際に、混合物に含まれる微量の液体は、分散しながら製品１１の表面へと叩き付けられる。ガス分子に比べて質量の大きな液体粒が製品１１の表面に衝突するため、当該表面に付着した塵埃１２をはじき飛ばす能力は、ガス分子に比べて数倍も大きく、塵埃１２の剥離能力が大幅に増大する。
また、液体のガスへの含有量を気化し易いレベルの微量としたり、アルコール等の揮発し易い液体を利用することで、製品１１の表面に衝突した後に液体が容易に気化する。従って、減圧チャンバ１内に液体が残留することはなく、減圧チャンバ１の真空排気及び剥離した塵埃１２の回収に影響を与えることもない。
【００５２】
以上説明したように、本実施形態によれば、製品１１の表面に付着した塵埃１２をより効率良く確実に剥離することができ、剥離した塵埃１２を回収分析することで、製品１１の表面の清浄度を高感度且つ高精度に評価することが可能となり、製造現場の洗浄工程に適用することで製造条件や洗浄条件の最適化が実現する。
【００５３】
（変形例）
以下、本実施形態の変形例について説明する。
なお、変形例の塵埃収集装置において、図１２に示されたものと同様の構成部材については、同符号を付して詳しい説明を省略する。
【００５４】
図１４は、第２の実施形態の変形例による塵埃収集装置の概略構成を示す模式図である。図１４では便宜上、減圧チャンバ１内の様子（保持機構２等）、ノズル３及びバルブ４、フィルタ５、ノズル２１及びバルブ２２、バルブ６及びポンプ７、集塵フィルタ８、バルブ９及びポンプ１０の図示を省略する。
【００５５】
本例では、減圧チャンバ１と集塵フィルタ８との間に加熱機構であるヒータ２３が設けられている。混合物を製品１１の表面に吹き付けて当該表面から塵埃を剥離した際に、混合物において気化した液体が減圧チャンバ１内で再び液化する可能性もある。本例では、ヒータ２３を用いて減圧チャンバ１内を加熱することにより、混合物内の液体の気化を促し、結露も防止することができる。
【００５６】
なお、第１の実施形態の変形例１〜４を、本実施形態の図１３の構成、又は変形例の図１４の構成にそれぞれ適用することもできる。
また、第１の実施形態の変形例１〜４を、これらのうちから２つ以上の変形例を選択して適宜組み合わせ、本実施形態の図１３の構成、又は変形例の図１４の構成にそれぞれ適用することも可能である。
【００５７】
以下、諸態様を付記としてまとめて記載する。
【００５８】
（付記１）チャンバと、
前記チャンバ内で対象物を保持する保持機構と、
前記チャンバ内に設けられ、前記対象物にガス又はガスと液体の混合物を吹き付けるノズルと、
前記チャンバと接続し、前記チャンバ内を排気する第１の排気機構と、
前記チャンバと接続し、前記チャンバ内の塵埃を集める集塵フィルタと
を含むことを特徴とする塵埃収集装置。
（付記２）前記チャンバと接続し、前記チャンバ内を排気する第２の排気機構を更に含み、
前記集塵フィルタは、前記チャンバと前記第２の排気機構との間に設けられることを特徴とする付記１に記載の塵埃収集装置。
（付記３）前記ガスは窒素ガスであることを特徴とする付記１又は２に記載の塵埃収集装置。
（付記４）前記液体は水、水よりも揮発性の高い液体若しくは水よりも沸点の低い液体であることを特徴とする付記１〜３のいずれか１項に記載の塵埃収集装置。
（付記５）前記保持機構は、前記ノズルに対する前記対象物の向きを可変とする可動機構を有することを特徴とする付記１〜４のいずれか１項に記載の塵埃収集装置。
（付記６）前記保持機構は、前記対象物を振動させる加振機構を有することを特徴とする付記１〜５のいずれか１項に記載の塵埃収集装置。
（付記７）前記ガス又は前記混合物の静電気を除去する除電機構を更に含むことを特徴とする付記１〜６のいずれか１項に記載の塵埃収集装置。
（付記８）前記チャンバと前記フィルタの間に加熱機構を更に含むことを特徴とする付記１〜７のいずれか１項に記載の塵埃収集装置。
（付記９）前記ノズルからの前記ガス又は前記混合物の噴出をパルス駆動する駆動機構を更に含むことを特徴とする付記１〜８のいずれか１項に記載の塵埃収集装置。
（付記１０）対象物をチャンバ内の保持機構に保持し、
前記チャンバ内を排気し、
前記チャンバ内に設けられたノズルにより、前記対象物にガス又はガスと液体の混合物を吹き付け、
前記対象物から剥離された塵埃を前記チャンバに接続された集塵フィルタに回収し、
前記集塵フィルタに付着した前記塵埃を分析する
ことを特徴とする塵埃分析方法。
【産業上の利用可能性】
【００５９】
本件によれば、対象物の表面に付着した塵埃を効率良く確実に剥離することができ、剥離した塵埃を回収分析することで、対象物の清浄度を高感度且つ高精度に評価することが可能となり、製造現場の洗浄工程に適用することで製造条件や洗浄条件の最適化が実現する。
【符号の説明】
【００６０】
１ 減圧チャンバ
２，１３ 保持機構
３，１４，２１ ノズル
４，６，９，２２ バルブ
５ フィルタ
７，１０ ポンプ
８ 集塵フィルタ
１１ 製品
１２ 塵埃
１５ 回動機構
１６ 振動子
１７ 放電針
１８ パルス駆動部
２３ ヒータ
【特許請求の範囲】
【請求項１】
チャンバと、
前記チャンバ内で対象物を保持する保持機構と、
前記チャンバ内に設けられ、前記対象物にガス又はガスと液体の混合物を吹き付けるノズルと、
前記チャンバと接続し、前記チャンバ内を排気する第１の排気機構と、
前記チャンバと接続し、前記チャンバ内の塵埃を集める集塵フィルタと
を含むことを特徴とする塵埃収集装置。
【請求項２】
前記チャンバと接続し、前記チャンバ内を排気する第２の排気機構を更に含み、
前記集塵フィルタは、前記チャンバと前記第２の排気機構との間に設けられることを特徴とする請求項１に記載の塵埃収集装置。
【請求項３】
前記保持機構は、前記対象物を振動させる加振機構を有することを特徴とする請求項１又は２に記載の塵埃収集装置。
【請求項４】
前記ガス又は前記混合物の静電気を除去する除電機構を更に含むことを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の塵埃収集装置。
【請求項５】
前記ノズルからの前記ガス又は前記混合物の噴出をパルス駆動する駆動機構を更に含むことを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の塵埃収集装置。
【請求項６】
対象物をチャンバ内の保持機構に保持し、
前記チャンバ内を排気し、
前記チャンバ内に設けられたノズルにより、前記対象物にガス又はガスと液体の混合物を吹き付け、
前記対象物から剥離された塵埃を前記チャンバに接続された集塵フィルタに回収し、
前記集塵フィルタに付着した前記塵埃を分析する
ことを特徴とする塵埃分析方法。
【請求項１】
チャンバと、
前記チャンバ内で対象物を保持する保持機構と、
前記チャンバ内に設けられ、前記対象物にガス又はガスと液体の混合物を吹き付けるノズルと、
前記チャンバと接続し、前記チャンバ内を排気する第１の排気機構と、
前記チャンバと接続し、前記チャンバ内の塵埃を集める集塵フィルタと
を含むことを特徴とする塵埃収集装置。
【請求項２】
前記チャンバと接続し、前記チャンバ内を排気する第２の排気機構を更に含み、
前記集塵フィルタは、前記チャンバと前記第２の排気機構との間に設けられることを特徴とする請求項１に記載の塵埃収集装置。
【請求項３】
前記保持機構は、前記対象物を振動させる加振機構を有することを特徴とする請求項１又は２に記載の塵埃収集装置。
【請求項４】
前記ガス又は前記混合物の静電気を除去する除電機構を更に含むことを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の塵埃収集装置。
【請求項５】
前記ノズルからの前記ガス又は前記混合物の噴出をパルス駆動する駆動機構を更に含むことを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の塵埃収集装置。
【請求項６】
対象物をチャンバ内の保持機構に保持し、
前記チャンバ内を排気し、
前記チャンバ内に設けられたノズルにより、前記対象物にガス又はガスと液体の混合物を吹き付け、
前記対象物から剥離された塵埃を前記チャンバに接続された集塵フィルタに回収し、
前記集塵フィルタに付着した前記塵埃を分析する
ことを特徴とする塵埃分析方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【公開番号】特開２０１０−２６４３４１（Ｐ２０１０−２６４３４１Ａ）
【公開日】平成２２年１１月２５日（２０１０．１１．２５）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−１１５９２５（Ｐ２００９−１１５９２５）
【出願日】平成２１年５月１２日（２００９．５．１２）
【出願人】（０００００５２２３）富士通株式会社 (25,993)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２２年１１月２５日（２０１０．１１．２５）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年５月１２日（２００９．５．１２）
【出願人】（０００００５２２３）富士通株式会社 (25,993)
【Ｆターム（参考）】
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