液体製造装置、処理装置および表面加工装置
【課題】 小型な装置で、簡便に活性種を生成することができ、活性種を含む液体を製造することができる液体製造装置およびこの液体製造装置で製造した液体を用いた処理装置および表面加工装置を提供することを目的とする。
【解決手段】 活性種を含む液体である機能水を製造する機能水製造装置１１である。純水を供給する高圧ポンプ１３と、高圧ポンプ１３によって供給された純水を吐出して活性種を生成するノズル１２とを有している。ノズル１２から機能水が吐出されてから吐出された機能水が液滴になるまでの時間が、ノズル１２から機能水が吐出されてから活性種が消失するまでの時間より短くなるように、吐出流速およびノズル１２の吐出口を構成する。
【解決手段】 活性種を含む液体である機能水を製造する機能水製造装置１１である。純水を供給する高圧ポンプ１３と、高圧ポンプ１３によって供給された純水を吐出して活性種を生成するノズル１２とを有している。ノズル１２から機能水が吐出されてから吐出された機能水が液滴になるまでの時間が、ノズル１２から機能水が吐出されてから活性種が消失するまでの時間より短くなるように、吐出流速およびノズル１２の吐出口を構成する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、活性種を含む液体を製造する液体製造装置、この液体製造装置で製造した液体を用いる処理装置および表面加工装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
液体に対して、ガスを溶存させたり、電気分解したり、磁場中を通過させたり、紫外線を照射したりすることによって、ラジカルやイオンなどの活性種を発生させることができ、他の液体を含有させなくても、誘電率、ｐＨおよび酸化還元電位などの物性値を変化させることができる。活性種を含む液体は、殺菌および洗浄などの目的に応じて特定の機能を持たせることができ、たとえば、特定の機能を持たせた機能水が製造され、種々の分野で利用されている。
【０００３】
半導体装置およびフラットパネルディスプレイ（ＦＰＤ）などを製造する際、薬液を用いたＲＣＡ洗浄法などによって、半導体用シリコン基板および液晶用ガラス基板などの基板の表面を洗浄している。ＲＣＡ洗浄法は、硫酸−過酸化水素水溶液（ＳＰＭ）、塩酸−過酸化水素水溶液（ＨＰＭ）およびアンモニア−過酸化水素水溶液（ＡＰＭ）などの濃厚薬液を高温で用いて基板表面を洗浄する方法である。半導体ウエハおよび液晶パネルのマザー基板は、大きくなる傾向にあり、これにともなって、薬液の使用量が膨大となり、洗浄に用いた廃液の増加、廃液を処理する処理装置の稼動費用の増加が問題となっており、薬液の使用量の削減が求められている。また、自然環境を保護する観点からも、薬液の使用量の削減が求められている。
【０００４】
この要求を満たす方法として、薬液を用いた洗浄方法の代わりに、機能水を用いた洗浄方法が提案されている。機能水を用いた洗浄方法は、薬液を用いた洗浄方法と同等以上の処理能力を有しており、注目されている。洗浄方法に用いられる機能水としては、超音波励起水、電界イオン水、オゾン水、水素水および紫外線照射水などが挙げられ、不純物の極めて少ない超純水から機能水を製造した場合、水の構成要素である水素原子および酸素原子からなる活性種を含む。水素原子および酸素原子からなる活性種としては、水素ラジカル、酸素ラジカルおよび水酸基ラジカルなどのラジカル、水素イオンおよび水酸化物イオンなどのイオン、水素ガス、酸素ガスおよびオゾンなどのガスなどがある。このような活性種は、水、水素および酸素などの無害な分子へと変化するため、環境への負荷がほとんどない。
【０００５】
典型的な従来の技術は、特許文献１に記載されている。特許文献１の半導体基板の洗浄装置は、純水を電解して超音波を印加することによってラジカルを発生させ、そのラジカルを含む機能水を用いた洗浄装置である。
【０００６】
図１２は、特許文献１記載の半導体基板の洗浄装置１００の構成を簡略化して示す概略断面図である。洗浄装置１００は、洗浄槽１０１、水素イオン交換膜１０２、カソード電極板１０５、アノード電極板１０６、超音波発生器１０７、給水管１０９および排水管１１０を含んで構成される。洗浄槽１０１は、２枚の水素イオン交換膜１０２によって、中央のカソード室１０３とその両側のアノード室１０４の３室に区切られ、洗浄槽１０１に純水を供給する給水管１０９と洗浄後の機能水を排水する排水管１１０を備える。また、洗浄槽１０１は、被洗浄物１０８を収納する。それぞれの水素イオン交換膜１０２には、カソード室１０３側にカソード電極板１０５が固着され、アノード室１０４側にアノード電極板１０６が固着されている。カソード室１０３の底部には、超音波発振器１０７を備える。
【０００７】
給水管１０９から洗浄槽１０１に純水を供給し、アノード電極板１０４に正の電圧を、カソード電極板１０５には負の電圧を印加することによって、カソード室１０３内の水酸化物イオンを増加させ、さらに、超音波発振器１０７から発振される超音波を作用させることによって、ラジカルを発生させることができる。したがって、ラジカルを含む機能水で、洗浄槽１０１内に収納した被洗浄物１０８を洗浄することができる。
【０００８】
他の従来技術として、特許文献１の技術と類似の技術が特許文献２に記載されている。特許文献２の半導体基板の洗浄装置は、カソード室とアノード室との配置を入れ替えたこと以外、特許文献１の半導体基板の洗浄装置と同様であり、ラジカルを含む機能水で、洗浄槽内に収納した被洗浄物を洗浄することができる。
【０００９】
さらに他の従来の技術は、特許文献３に記載されている。特許文献３のオゾン水製造装置は、オゾンを溶存させた機能水を製造する製造装置である。
【００１０】
図１３は、特許文献３記載のオゾン水製造装置２００の構成を簡略化して示す概略図である。オゾン水製造装置２００は、オゾナイザ２０１、散気球２０２、反応筒２０３、ノズル２０４および給水管２０５を含んで構成される。
【００１１】
ノズル２０４は、給水管２０５から送られた水を噴霧水にして、反応筒２０３内に給水する。オゾナイザ２０１は、給水管２０５から送られた水を電気分解することによりオゾンガスを生成する。散気球２０２は、オゾナイザ２０１からオゾンガスを反応筒２０３内に供給する。
【００１２】
給水管２０５からノズル２０４およびオゾナイザ２０１に水を供給することによって、ノズル２０４から反応筒２０３内に噴霧水を供給し、オゾナイザ２０１からオゾンガスを反応筒２０３内に供給する。そして、反応筒２０３内でオゾンガスと噴霧水とを接触反応させることによって、オゾン水を製造することができる。
【００１３】
他の従来技術として、特許文献３の技術と類似の技術が特許文献４に記載されている。特許文献４のオゾン水製造装置は、オゾナイザを用いずにオゾンを溶存させた機能水を製造する製造装置である。
【００１４】
図１４は、特許文献４記載のオゾン水製造装置３００の構成を簡略化して示す概略断面図である。オゾン水製造装置３００は、固形電解質膜３０１、陽極電極３０２、陰極電極３０３、ラス網３０４、水流入口３０５、オゾン水流出口３０６およびジャケット３０７を含んで構成される。
【００１５】
ジャケット３０７は、一端に水流入口３０５を、他端にオゾン水流出口３０６を有し、固形電解質膜３０１、陽極電極３０２、陰極電極３０３およびラス網３０４を以下のように、設置している。固形電解質膜３０１には、一方の面に陽極電極３０２を、他方の面に陰極電極３０３を重ねられている。ラス網３０４は、金属板に多数のスリットを設け、スリットが網目となるように引き伸ばし形成し、陽極電極３０２の外周面に重ねている。陽極電極３０２は、ラス網３０４の網目より網目の小さい金網であり、イオン発生触媒機能を有している。
【００１６】
水流入口３０５から陽極電極３０２に水を供給し、陽極電極３０２と陰極電極３０３との間に直流電圧を印加することによって、オゾンを発生させ、オゾン水を製造することができる。
【００１７】
一方、機能水を用いた表面加工方法が提案されている。典型的な従来の技術は、特許文献５に記載されている。特許文献５の加工方法は、超純水のみを用いて、そのイオン積を増大させて水酸化物イオンによって被加工物を除去加工または酸化皮膜形成加工することができる加工方法である。
【００１８】
図１５は、特許文献５記載の加工方法を実施するための加工装置４００の構成を簡略化して示す概略図であり、図１６は、加工装置４００の構成を簡略化して示す概略断面図である。加工装置４００は、図１５および図１６に示すように、加工槽内に配設される高圧力ノズル４０１を含んで構成される。高圧力ノズル４０１は、被加工物４０２と所定の間隔をあけて配設され、高圧力ノズル４０２の噴射口４０３から超純水を被加工物４０２の表面へ噴射する構造である。また、高圧力ノズル４０１の先端周囲には、水酸化物イオンを増加させるイオン交換材料４０４が設けられており、高圧力ノズル４０１を陰極、被加工物４０２を陽極として、電源４０５に接続する。
【００１９】
そうすることによって、高圧ノズル４０１から超純水が噴射される際に、超純水に電圧が印加され、イオン交換材料４０４に超純水を通過させることによって、水酸化物イオンが生成され、その水酸化物イオンが被加工物４０２表面に供給される。したがって、被加工物４０２を、化学的溶出反応による除去加工または酸化反応による酸化皮膜形成加工などの表面加工をすることができる。
【００２０】
【特許文献１】特許第２８３２１７１号公報
【特許文献２】特許第２８３２１７３号公報
【特許文献３】特開平３−１５４６８９号公報
【特許文献４】特許第３２９７２２７号公報
【特許文献５】特開２０００−１６７７１４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００２１】
特許文献１〜４によると、ラジカルおよびオゾンなどの活性種を含む機能水を製造することができる。
【００２２】
特許文献５によると、水酸化物イオンを含む機能水によって表面加工することができる。
【００２３】
しかしながら、固形電解質膜、電極板、オゾナイザ、超純水発生装置および紫外線ランプなどの活性種を発生させるための手段などが必要であり、装置が大型化してしまい、取り扱いが煩雑な装置となってしまう。
【００２４】
本発明の目的は、小型な装置で、簡便に活性種を生成することができ、活性種を含む液体を製造することができる液体製造装置およびこの液体製造装置で製造した液体を用いた処理装置および表面加工装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００２５】
本発明は、活性種を含む液体を製造する液体製造装置であって、
液体を供給する供給手段と、
前記供給手段によって供給された液体を吐出して活性種を生成する吐出手段とを有し、
前記吐出手段から液体が吐出されてから吐出された液体が液滴になるまでの時間が、前記吐出手段から液体が吐出されてから前記活性種が消失するまでの時間より短くなるように構成されていることを特徴とする液体製造装置である。
【００２６】
また本発明は、前記吐出手段は、液体を吐出する吐出口が形成されており、
前記吐出口の開口面積は、０．５μｍ２以上０．３ｍｍ２以下であることを特徴とする。
【００２７】
また本発明は、前記吐出手段は、液体を吐出する吐出口が形成されており、
前記吐出口の形状は、円形であることを特徴とする。
【００２８】
また本発明は、前記吐出口の直径は、１μｍ以上３００μｍ以下であることを特徴とする。
【００２９】
また本発明は、前記吐出手段は、複数の吐出口が形成されていることを特徴とする。
また本発明は、前記液体は、吐出時の流速が３０ｍ／秒以上１００ｍ／秒以下であることを特徴とする。
【００３０】
また本発明は、前記吐出手段から吐出された液体を貯留する貯留手段を有し、
前記吐出手段および前記貯留手段の一部または全面の内壁を接地電位にし、
前記吐出手段は、前記貯留手段の接地電位にしている内壁に向けて吐出するように設けられていることを特徴とする。
【００３１】
また本発明は、前記液体は、比抵抗が０．８ＭΩ・ｃｍ以上１８．３ＭΩ・ｃｍ以下の純水であることを特徴とする。
【００３２】
また本発明は、前記活性種は、水素ラジカル、酸素ラジカル、水酸基ラジカル、水素ガス、酸素ガス、オゾン、水素イオンおよび水酸化物イオンから選ばれる１種または２種以上の活性種であることを特徴とする。
【００３３】
また本発明は、前記液体製造装置によって製造された液体を用いて、被処理物を処理することを特徴とする処理装置である。
【００３４】
また本発明は、液体によって被加工物の表面を加工する表面加工装置であって、
液体を供給する供給手段と、
前記供給手段によって供給された液体を吐出して活性種を生成する吐出手段と、
前記吐出手段によって吐出された液体が直接あたるような位置に前記被加工物を保持する保持手段とを有し、
前記吐出手段から液体が吐出されてから吐出された液体が液滴になるまでの時間が、前記吐出手段から液体が吐出されてから前記活性種が消失するまでの時間より短くなるように構成されていることを特徴とすることを特徴とする表面加工装置である。
【００３５】
また本発明は、前記吐出手段の流路の周辺部は、導電材料からなることを特徴とする。
また本発明は、前記吐出手段の流路の周辺部は、絶縁材料からなることを特徴とする。
【００３６】
また本発明は、前記吐出手段の流路の周辺部を接地電位にすることを特徴とする。
また本発明は、前記保持手段を接地電位にすることを特徴とする。
【００３７】
また本発明は、前記吐出手段の吐出口から前記被加工物の表面までの距離が、１０ｍｍ以上５０ｍｍ以下であることを特徴とする。
【発明の効果】
【００３８】
本発明によれば、活性種を含む液体を製造する液体製造装置である。液体を供給する供給手段と、供給手段によって供給された液体を吐出して活性種を生成する吐出手段とを有する。
【００３９】
供給手段によって供給された液体を、吐出手段から高速で吐出すると、流動帯電が起こるので、液体が分解されて、液体中に活性種が生成する。
【００４０】
さらに、吐出手段から液体が吐出されてから吐出された液体が液滴になるまでの時間が、吐出手段から液体が吐出されてから活性種が消失するまでの時間より短くなるように構成されているので、吐出手段で液体を吐出させる際に生成した活性種が消失してしまう前に、活性種を含む液体を、活性種が消失しない液滴にすることができる。
【００４１】
そうすることによって、小型な装置で、簡便に活性種を生成することができ、活性種を含む液体を製造することができる。
【００４２】
また本発明によれば、吐出手段は、液体を吐出する吐出口が形成されており、吐出口の開口面積は、０．５μｍ２以上０．３ｍｍ２以下である。そうすることによって、吐出手段を通過する液体の体積に対する吐出手段の内壁の面積が大きくなるので、より効率的に流動帯電を起こすことができ、より多くの活性種を生成することができる。したがって、活性種を含む液体をより効率的に製造することができる。
【００４３】
また本発明によれば、吐出手段は、液体を吐出する吐出口が形成されており、吐出口の形状は、円形であるので、活性種を含む液体を、より効率的に液滴にすることができる。したがって、活性種を含む液体をより効率的に製造することができる。
【００４４】
また本発明によれば、吐出口の直径は、１μｍ以上３００μｍ以下である。そうすることによって、吐出手段を通過する液体の体積に対する吐出手段の内壁の面積が大きくなるので、より効率的に流動帯電を起こすことができ、より多くの活性種を生成することができる。したがって、活性種を含む液体をより効率的に製造することができる。
【００４５】
また本発明によれば、吐出手段は、複数の吐出口が形成されているので、単位時間当たり大量の液体を製造することできる。
【００４６】
また本発明によれば、液体は、吐出時の流速が３０ｍ／秒以上１００ｍ／秒以下であるので、より効率的に流動帯電を起こすことができ、より多くの活性種を生成することができる。さらに、活性種を含む液体を、より効率的に液滴にすることができる。したがって、活性種を含む液体をより効率的に製造することができる。
【００４７】
また本発明によれば、吐出手段から吐出された液体を貯留する貯留手段を有し、吐出手段および貯留手段の一部または全面の内壁を接地電位にし、吐出手段は、貯留手段の接地電位にしている内壁に向けて吐出するように設けられている。
【００４８】
そうすることによって、吐出手段から吐出された活性種を含む液体と、吐出手段および貯留手段の接地電位にしている内壁との間で、放電が起こり、液体および貯留手段中に存在する気体が分解されて、活性種がさらに生成される。したがって、より多くの活性種を生成することができ、活性種を含む液体をより効率的に製造することができる。
【００４９】
また本発明によれば、液体は、比抵抗が０．８ＭΩ・ｃｍ以上１８．３ＭΩ・ｃｍ以下の純水である。そうすることによって、流動帯電をより効率的に起こすことができるので、活性種を含む液体をより効率的に製造することができる。また、生成した活性種は、不純物の非常に少ない純水に由来するものである。したがって、このような活性種を含む液体は、たとえば、洗浄に用いた場合、薬液を含む液体と同等以上の処理能力を有する機能水であり、環境に対して無害であり、環境への負荷が小さく、薬液を用いた場合と比較して、低コストである。
【００５０】
また本発明によれば、活性種は、水素ラジカル、酸素ラジカル、水酸基ラジカル、水素ガス、酸素ガス、オゾン、水素イオンおよび水酸化物イオンから選ばれる１種または２種以上の活性種であるので、環境に対して無害であり、環境への負荷が小さい。
【００５１】
また本発明によれば、前記液体製造装置によって製造された液体を用いて、被処理物を処理する。そうすることによって、液体製造装置によって製造された活性種を多く含む液体で被処理物を処理することができる。たとえば、前記液体製造装置によって製造された液体を用いて、被処理物を洗浄する。そうすることによって、液体製造装置によって製造された液体は、活性種を多く含むので、洗浄活性が高く、被処理物の表面に供給することによって、被処理物の表面を効率よく容易に洗浄することができる。
【００５２】
また本発明によれば、液体によって被加工物の表面を加工する表面加工装置である。液体を供給する供給手段と、供給手段によって供給された液体を吐出して活性種を生成する吐出手段と、被加工物を保持する保持手段を有する。
【００５３】
供給手段によって供給された液体を、吐出手段から高速で吐出すると、流動帯電が起こるので、液体が分解されて、液体中に活性種が生成する。吐出手段から液体が吐出されてから吐出された液体が液滴になるまでの時間が、吐出手段から液体が吐出されてから活性種が消失するまでの時間より短くなるように構成されている。したがって、吐出手段で液体を吐出させる際に生成した活性種が消失してしまう前に、活性種を含む液体を、活性種が消失しない液滴にすることができる。
【００５４】
また、吐出手段によって吐出された液体が、装置内の他の部材などにあたらず、被加工物に直接あたるような位置に被加工物が、保持手段によって保持されている。したがって、吐出手段によって吐出された液体が、液滴のまま、活性種を消失させないで、被加工物に供給することができる。
【００５５】
そうすることで、小型な装置で、簡便に活性種を生成することができ、その活性種を含む液体を被加工物に供給することによって、被加工物の表面を加工することができる。
【００５６】
また本発明によれば、吐出手段の流路の周辺部は、導電材料からなる。吐出手段の流路を流れる活性種を含む液体と、吐出手段の流路の周辺部との間で、放電が起こると、新たな活性種が生成され、吐出された液体により多くの活性種が含まれる。したがって、より効率的に被加工物の表面を加工することができる。
【００５７】
また本発明によれば、吐出手段の流路の周辺部は、絶縁材料からなる。そうすることによって、より効率的に流動帯電を起こすことができるので、より多くの活性種を生成することができる。したがって、より効率的に被加工物の表面を加工することができる。
【００５８】
また本発明によれば、吐出手段の流路の周辺部を接地電位にすることによって、吐出手段の流路を流れる活性種を含む液体と、接地電位にしている吐出手段の流路の周辺部との間で、放電が起こる。そうすることによって、新たな活性種が生成され、吐出された液体に、より多くの活性種が含まれる。したがって、より効率的に被加工物の表面を加工することができる。
【００５９】
また本発明によれば、保持手段を接地電位にする。そうすることによって、吐出手段から吐出された活性種を含む液体と、保持手段によって保持されている被加工物との間で、放電が起こり、被加工物に対して、電気的な加工をすることができる。
【００６０】
また本発明によれば、吐出手段の吐出口から被加工物の表面までの距離が、１０ｍｍ以上５０ｍｍ以下である。そうすることによって、吐出手段から吐出された液体が、被加工物にあたるまでに、液体に含まれる活性種が、消失せず、液体の流速も充分な流速を維持することができるので、効率的に被加工物の表面を加工することができる。
【００６１】
活性種を液滴に閉じ込めると、活性種はほとんど消失しないが、たとえば、液滴表面で空気中の二酸化炭素との反応によって、少しずつ活性種が消失する。５０ｍｍより長いと、この影響により、表面加工の効率が落ちてしまう。
【００６２】
また、５０ｍｍより長いと、空気抵抗により、液体の流速が低くなったり、液滴が霧のように細かくなったりする。そうなると、さらに空気抵抗を受けやすくなり、わずかな気流に流されるなどして被加工物に到達しにくくなるので、表面加工の効率が落ちてしまう。
【発明を実施するための最良の形態】
【００６３】
以下に本発明である液体製造装置を実施の形態によって詳細に説明するが、本発明は、本実施形態に限定されるものではない。以下、液体製造装置として、純水から機能水を製造する機能水製造装置について説明する。
【００６４】
図１は、本発明の第１の実施形態である機能水製造装置１１の構成を簡略化して示す概略図である。機能水製造装置１１は、ノズル１２、高圧ポンプ１３、タンク１４、水供給路１５および機能水供給路１６を含んで構成される。
【００６５】
高圧ポンプ１３は、純水をノズル１２に供給するために、水供給路１５に純水を加圧供給する供給手段である。水供給路１５は、高圧ポンプ１３から加圧供給された純水を、供給先であるノズル１２まで送給する。
【００６６】
ノズル１２は、水供給路１５から供給された純水を吐出する吐出口が形成されている。純水が吐出口を流れる際に、後述の原理に基づいて、活性種を生成することができる。ノズル１２は、水供給路１５から純水が供給されると、吐出口から機能水を吐出することができる吐出手段である。
【００６７】
タンク１４は、ノズル１２から吐出された機能水を貯留する貯留手段である。機能水供給路１６は、タンク１４に貯留されている機能水を、被洗浄物および他の装置などに送給することができる。
【００６８】
機能水製造装置１１は、高圧ポンプ１３で純水をノズル１２に加圧供給することによって、ノズル１２で機能水を生成し、その生成された機能水をノズル１２から吐出することによって、活性種を含む機能水を得ることができる。機能水を生成する原理について、ノズル１２が円管形状であるとして、以下に説明する。
【００６９】
図２は、活性種を生成する原理を説明するための図であり、図３は、生成した活性種の消失を防ぐ原理を説明するための図である。
【００７０】
ノズル１２の流路２８に純水が供給されると、図２に示すように、ノズル１２内の純水に、電荷の偏りが生じ、ノズル１２の内壁に接する半径方向外側の層２２に、アニオンである水酸化物イオン２４が多く分布し、ノズル１２の内壁に接しない半径方向内側の層２３に、カチオンである水素イオン２５が、多く分布することになる。このことは、電気化学の考え方によると、固液界面におけるポテンシャルの違いから、ノズル１２内に、電気二重層が形成されるからである。
【００７１】
また、ノズル１２の流路２８に純水が流れると、半径方向外側の層２２に存在する純水より、半径方向内側の層２３に存在する純水のほうが、速く流れる。このことは、流体力学の考え方によると、固液界面では流速が０となり、ノズル１２の内側の液体のみが流れるからである。
【００７２】
以上から、ノズル１２の流路２８に純水が流れると、水素イオン２５を多く含む純水は流れるが、水酸化物イオン２４を多く含む純水は、あまり流れないので、純水は帯電される。このような帯電を流動帯電という。
【００７３】
高圧ポンプ１３から供給された純水を、ノズル１２の流路２８に流すことによって、純水が流動帯電されて、水素イオン２５を多く含む機能水となる。
【００７４】
純水は、電荷の緩和時間が短いので、純水における電荷の偏りは、すぐに緩和されてしまう。したがって、ノズル１２の流路２８内で生成した水素イオン２５は、ノズル１２の流路２８内に存在する水酸化物イオン２４と分離しなければ、水酸化物イオン２４と結合して、消失してしまう。
【００７５】
図３に示すように、機能水を吐出口２１から吐出すると、吐出された直後は、液柱２６であるが、表面波の影響によって、液滴２７の列となる。機能水が液滴２７となれば、電荷の逃げ場がないので、電荷が緩和されず、水素イオン２５が消失しない。吐出口２１から機能水が吐出されてから、吐出された機能水の液柱２６が液滴２７になるまでの時間が、水素イオン２５が消失するまでの時間より短くなるように吐出することによって、水素イオン２５が消失してしまう前に、水素イオン２５が消失しない液滴２７にすることができ、水素イオン２５を多く含む機能水を得ることができる。
【００７６】
また、吐出口２１の開口面積が０．３ｍｍ２で、機能水の吐出時の流速が３０ｍ／秒である場合、液柱２６が液滴２７になるまでの時間と吐出された純水の電荷の緩和時間とがほぼ同じ時間となり、吐出口２１から吐出された機能水は、完全に電荷が緩和されないので、帯電している。
【００７７】
吐出口２１は、その開口面積が、０．５μｍ２以上０．３ｍｍ２以下であることが好ましい。そうすることによって、吐出口２１の直径が０．３ｍｍ２以下であると、水素イオン２５が消失する前に、液滴２７にすることができるので好ましい。さらに、ノズル１２を通過する純水の体積に対するノズル１２の壁面の面積が大きくなるので、より効率的に流動帯電を起こすことができる。したがって、より多くの水素イオン２５を生成することができ、水素イオン２５をより多く含む機能水をより効率的に製造することができる。
【００７８】
さらに、吐出口２１の形状は、円形であることが好ましい。そうすることによって、吐出口２１から吐出された機能水の液柱２６が液滴２７になりやすいので、機能水をより効率的に製造することができる。
【００７９】
また、吐出口２１の直径が３００μｍで、機能水の吐出時の流速が３０ｍ／秒である場合、液柱２６が液滴２７になるまでの時間と吐出された純水の電荷の緩和時間とがほぼ同じ時間となり、吐出口２１から吐出された機能水は、完全に電荷が緩和されないので、帯電している。
【００８０】
吐出口２１の形状が円形である場合、吐出口２１の直径が１μｍ以上３００μｍ以下であることが好ましい。吐出口２１の直径が３００μｍ以下であると、水素イオン２５が消失する前に、液滴２７にすることができるので好ましい。さらに、ノズル１２を通過する純水の体積に対するノズル１２の壁面の面積が大きくなるので、より効率的に流動帯電を起こすことができる。したがって、より多くの水素イオン２５を生成することができ、水素イオン２５をより多く含む機能水をより効率的に製造することができる。
【００８１】
機能水の吐出時の流速が３０ｍ／秒以上１００ｍ／秒以下であることが好ましい。機能水の吐出時の流速が３０ｍ／秒以上であると、水素イオン２５が消失する前に、液滴２７にすることができるので好ましい。また、機能水の吐出時の流速が５０ｍ／秒以上であると、さらに好ましい。さらに、より効率的に流動帯電を起こすことができるので、より多くの水素イオン２５を生成することができる。したがって、機能水を、より効率的に液滴にすることができ、水素イオン２５を含む機能水をより効率的に製造することができる。
【００８２】
以上のように、高圧ポンプ１３から供給された純水をノズル１２によって吐出することによって、小型な装置で、水素イオン２５を多く含み酸化力の強い機能水を簡便に製造することができる。
【００８３】
図４は、吐出口２１の配置例を示す図である。図４（ａ）は、吐出口２１を直線状に設けた配置例であり、図４（ｂ）は、吐出口２１を千鳥状に設けた配置例である。
【００８４】
ノズル１２には、図４（ａ）および図４（ｂ）に示すように、複数の吐出口２１が形成されていることが好ましい。そうすることによって、単位時間当たりノズル１２によって大量の機能水を製造することができ、効率的である。
【００８５】
また、吐出口２１は、図４（ｂ）のように、ノズル１２に高密度に配置することがより好ましい。吐出口２１の数が少ない場合、大量の機能水を作るためには圧力を高めて吐出流速を高める必要がある。吐出口２１の数を増やすことによって、圧力を高めて吐出流速を高めなくても大量の機能水が作れるようになる。つまり、吐出口２１の数が多いほど、機能水を大量に製造できる。たとえば、吐出口２１のピッチは、吐出口２１の直径程度が好ましい。そうすることによって、ノズル１２の強度を保ちながら、吐出口２１を高密度に配置することができる。
【００８６】
図５は、本発明の第２の実施形態である機能水製造装置３１の構成を簡略化して示す概略図である。ノズル１２およびタンク１４の内壁を接地して接地電位にし、その接地電位にした内壁に向けて、機能水を吐出する以外、第１の実施形態と同様である。
【００８７】
ノズル１２およびタンク１４の内壁の少なくとも一方が接地され、接地電位となっている場合、水素イオン２５が多く含まれ、帯電している液滴２７から、接地されているノズル１２やタンク１４の内壁へ向かって放電が起きる。この放電は、コロナ放電であり、タンク１４内に存在する酸素が分解されることによって、オゾンが生成される。ここで生成されるオゾンの量は、少ないが、オゾンは、純水に対する溶解性が高いので、生成されたオゾンが吐出された機能水に溶解して、オゾン水を製造することができる。
【００８８】
また、このコロナ放電により、水素イオン２５は、水素ラジカルになるので、水素ラジカルを含む機能水となる。そして、その水素ラジカルは、活性が高いので、下記の反応式（１）の反応によって、水酸基ラジカルになる。
・Ｈ ＋ Ｈ２Ｏ → ・ＯＨ ＋ Ｈ２ …（１）
【００８９】
この結果、純水の吐出によって生成される機能水は、水酸基ラジカルを含む機能水となる。水酸基ラジカルは比較的安定であるが、さらに反応が進んだ場合は、下記の反応式（２）〜（４）の反応によって、オゾンが発生し、水酸基ラジカルおよび酸素ラジカルを含むオゾン水が得られる。
２・ＯＨ → ・Ｏ ＋ Ｈ２Ｏ …（２）
２・Ｏ → Ｏ２ …（３）
３・Ｏ → Ｏ３ …（４）
【００９０】
また、ノズル１２およびタンク１４の内壁の少なくとも一方が接地されていると、ノズル１２の吐出口２１から吐出された機能水のプラスの帯電量に対応したマイナスの電流がノズル１２からグランドへ向かって流れる。このことは、ノズル１２内部の固液界面において、純水中で界面側に偏った水酸化物イオン２４が電荷を受け渡しているからであると考えられる。電荷を失った水酸化物イオン２４は、水酸基ラジカルとなるので、生成される機能水は、水酸基ラジカルを含む機能水となる。
【００９１】
以上より、活性種として、水素イオン、水素ラジカル、酸素ラジカル、水酸基ラジカルおよびオゾンを含む機能水を製造することができる。
【００９２】
また、タンク１４の接地電位にする内壁は、タンク１４の全面の内壁であってもよいし、ノズル１２から吐出された機能水があたる一部の内壁であってもよい。
【００９３】
ノズル１２およびタンク１４の材質としては、特に制限ないが、接地すること、ラジカルなどの活性種に接触することを考慮すると、伝導性が良い導電材料で、化学的酸化還元反応に対して高い耐久性を有する材料、たとえば、金、白金およびチタンなどが好ましい。また、このような材料をめっきしたステンレス鋼であってもよい。
【００９４】
ここで、純水とは、紫外線照射で微生物類などを滅菌し、メンブランフィルタによって、溶解している有機物および無機物を極限まで除去することによって得られ、本発明では、比抵抗が０．８ＭΩ・ｃｍ以上１８．３ＭΩ・ｃｍ以下の純水であることが好ましく、より好ましくは、３．０ＭΩ・ｃｍ以上の純水である。０．８ＭΩ・ｃｍより小さいと、流動帯電が起こりにくくなり、活性種を生成する効率の低下を引き起こすおそれがある。０．８ＭΩ・ｃｍ以上の純水であると、流動帯電を効率的に起こすことができるので、活性種を含む機能水をより効率的に製造することができる。また、生成した活性種は、不純物の非常に少ない純水に由来するものである。したがって、このような活性種を含む機能水は、たとえば、洗浄に用いた場合、過酸化水素水および水素水などの特別な薬液を含む液体と同等以上の処理能力を有する機能水であり、環境に対して無害であり、環境への負荷が小さく、特別な薬液を用いた場合と比較して、低コストである。
【００９５】
また、本発明は、純水に限らず、以下の活性種を発生させることができる液体であれば、いずれであってもよい。活性種としては、水素ラジカル、酸素ラジカル、水酸基ラジカル、水素ガス、酸素ガス、オゾン、水素イオンおよび水酸化物イオンから選ばれる１種または２種以上の活性種であるので、環境に対して無害であり、環境への負荷が小さい。
【００９６】
活性種がラジカルである場合、活性が非常に高いラジカルを含む液体は、半導体用シリコン基板および液晶用ガラス基板などの基板の表面の洗浄、表面処理およびレジスト剥離などのウェット処理に用いることができる。活性種がイオンである場合、強酸化性または強還元性を有する液体が得られ、高濃度になるように制御することによって、レジスト剥離などに用いることができる。また、オゾンは、強い酸化作用、殺菌作用、漂白作用および脱臭作用を有するので、オゾンを含むオゾン水は、基板洗浄、表面処理およびレジスト剥離などのウェット処理に用いることができ、さらに殺菌剤、漂白剤および脱臭剤に用いることができる。
【００９７】
ノズル１２を接地する代わりに電圧を印加し、帯電および放電を積極的に起こさせることにより、空気中の酸素を分解させることによって発生するオゾンの量を増やすことができる。また、空気中の酸素濃度を増加させることによっても、発生するオゾンの量を増やすことができる。
【００９８】
図６は、本発明の第３の実施形態である機能水製造装置を用いた処理装置３２の構成を簡略化して示す概略図である。被洗浄物３３を保持する保持部３４をタンク１４内に有すること以外、第２の実施形態と同様である。処理装置３２は、レジストが形成された被洗浄物３３からレジストを剥離させるレジスト剥離装置である。
【００９９】
被洗浄物３３は、本実施形態である処理装置３２を用いて処理する被処理物であり、たとえば、レジストが形成された基板などである。保持部３４は、被洗浄物３３を保持し、ノズル１２の吐出口２１から吐出された機能水が被洗浄物３３にあたる位置に設置される。吐出口２１から吐出される機能水を被洗浄物３３に供給する。そうすることによって、水素イオン、水酸化物イオン、水素ラジカル、水酸基ラジカルおよびオゾンなどの複数の活性種を多く含む機能水を用いて、被洗浄物３３に形成されているレジストを除去することができる。
【０１００】
図７は、本発明の第４の実施形態である処理装置３２の構成を簡略化して示す概略図である。機能水供給ノズル３６および搬送ローラ３７を有すること以外、第２の実施形態と同様である。処理装置３２は、被洗浄物３８の表面を洗浄する洗浄装置である。被洗浄物３８は、本実施形態である処理装置３２を用いて洗浄する被処理物であり、たとえば、シリコンウエハなどの半導体基板および液晶基板などの基板である。
【０１０１】
機能水供給ノズル３６は、吐出口を有しており、タンク１４に貯留されているオゾン水を搬送ローラによって搬送されてきた被洗浄物３８の表面に供給する。そうすることによって、酸化作用、殺菌作用、漂白作用および脱臭作用を有するオゾン水を用いて、被洗浄物３８の表面を洗浄することができる。
【０１０２】
図８は、本発明の第５の実施形態である表面加工装置４１の構成を簡略化して示す概略図である。表面加工装置４１は、ノズル１２、高圧ポンプ１３、水供給路１５およびホルダ４２を含んで構成される。表面加工装置４１は、ホルダ４２に保持された被加工物４３に表面加工を施すための装置である。
【０１０３】
被加工物４３は、本実施形態である表面加工装置４１を用いて表面加工する被加工物であり、たとえば、金属基板および有機基板などである。ホルダ４２は、ノズル１２の吐出口２１から吐出された機能水が、直接あたる位置に被加工物４３を保持する保持手段である。ノズル１２、高圧ポンプ１３および水供給路１５は、第１の実施形態のノズル１２、高圧ポンプ１３および水供給路１５と同様である。
【０１０４】
表面加工装置４１は、高圧ポンプ１３で純水をノズル１２に加圧供給することによって、活性種として水素イオン２５を多く含む機能水を生成することができる。水素イオン２５を生成する原理は、第１の実施形態と同様である。
【０１０５】
表面加工装置４１は、吐出口２１から吐出された機能水が、表面加工装置４１の他の部材などにあたらず、直接あたる位置に被加工物４３が保持されている。そうすることによって、水素イオン２５を消失させることなく、被加工物４３に供給することができる。したがって、水素イオン２５による表面加工を被加工物４３に施すことができる。水素イオン２５による表面加工は、たとえば、被加工物４３が金属基板の場合、被加工物４３の表面を水素イオン２５によって溶解させる溶解加工であり、被加工物４３が有機基板の場合、被加工物４３の表面を水素イオン２５によって分解させる分解加工である。
【０１０６】
以上より、表面加工装置４１は、小型な装置で、簡便に活性種として水素イオン２５を生成することができ、その水素イオン２５を含む機能水を被加工物４３に供給することによって、被加工物４３の表面を加工することができる。
【０１０７】
ノズル１２の流路２８の周辺部２９は、絶縁材料または導電材料からなる。ノズル１２の流路２８の周辺部２９は、図２に示すように、流路２８を形成している部分であり、液体と接する部分である。また、ノズル１２は、周辺部２９とそれ以外とが異なる材料からなるノズルであってもよいし、ノズル全体が同じ材料からなるノズルであってもよい。
【０１０８】
ノズル１２の流路２８の周辺部２９が、絶縁材料からなる場合、より効率的に流動帯電を起こすことができるので、より多くの水素イオン２５を生成することができる。したがって、より効率的に被加工物４３の表面を加工することができる。絶縁材料は、公知の絶縁材料を用いることができるが、活性種と接触することを考慮すると、化学的酸化還元反応に対して高い耐久性を有する絶縁材料、たとえば、フッ素樹脂などが挙げられ、特にＰＴＦＥ（ポリテトラフルオロエチレン）が好ましい。ノズル１２の流路２８の周辺部２９が、導電材料からなる場合、絶縁材料（樹脂）より導電材料（金属）の方が剛性・耐久性が高い。
【０１０９】
図９は、本発明の第６の実施形態である表面加工装置４４の構成を簡略化して示す概略図である。ノズル１２の流路２８の周辺部２９を接地して接地電位にする以外、第５の実施形態と同様である。
【０１１０】
表面加工装置４４は、第５の実施形態と同様、水素イオン２５を多く含む機能水を生成することができる。
【０１１１】
さらに、表面加工装置４４は、ノズル１２の流路２８の周辺部２９が接地され、接地電位になっているので、ノズル１２の流路２８内に生成された機能水のプラスの帯電量に対応したマイナスの電流がノズル１２からグランドへ向かって流れる。そうすることによって、ノズル１２の流路２８内の水酸化物イオン２４が電荷を失うことにより、水酸基ラジカルを含む機能水を生成することができる。水酸基ラジカルを生成する原理は、第１の実施形態と同様である。
【０１１２】
表面加工装置４１は、吐出口２１から吐出された機能水が、被加工物４３に直接あたるので、水酸基ラジカルおよび水素イオン２５を消失させることなく、被加工物４３に供給することができる。したがって、水酸基ラジカルおよび水素イオン２５による表面加工を被加工物４３に施すことができる。水酸基ラジカルによる表面加工は、たとえば、被加工物４３が金属基板の場合、被加工物４３の表面を水酸基ラジカルによって酸化皮膜を形成させる酸化皮膜形成加工であり、被加工物４３が有機基板の場合、被加工物４３の表面を水酸基ラジカルによって分解させる分解加工である。さらに、水酸基ラジカルによる表面加工には、機能水があたることによって、酸化皮膜を除去する酸化皮膜除去工程を含む。また、水素イオン２５による表面加工は、第５の実施形態と同様であり、たとえば、被加工物４３が金属基板の場合、溶解加工であり、被加工物４３が有機基板の場合、分解加工である。
【０１１３】
以上より、表面加工装置４１は、小型な装置で、簡便に活性種として水素イオン２５および水酸化ラジカルを生成することができ、その水素イオン２５および水酸化ラジカルを含む機能水を被加工物４３に供給することによって、被加工物４３の表面を加工することができる。また、水酸基ラジカルによる表面加工のほうが、水素イオン２５による表面加工より効率的に表面加工をすることができるので、第５の実施形態より加工効率の点で好ましい。
【０１１４】
ノズル１２の流路２８の周辺部２９は、導電材料からなる。そうすることによって、水素イオン２５を含む液体と、接地電位にしているノズル１２の流路２８の周辺部２９との間で、放電が起き、水酸化ラジカルが発生するので、吐出された液体に、より多くの活性種が含まれることになる。したがって、より効率的に被加工物４３の表面を加工することができる。導電材料は、公知の導電材料を用いることができるが、接地すること、ラジカルなどの活性種に接触することを考慮すると、伝導性が良い導電材料で、化学的酸化還元反応に対して高い耐久性を有する材料、たとえば、金、白金およびチタンなどの金属材料が好ましい。また、このような材料をめっきしたステンレス鋼であってもよい。
【０１１５】
図１０は、本発明の第７の実施形態である表面加工装置４５の構成を簡略化して示す概略図である。ホルダ４２を接地して接地電位にする以外、第５の実施形態と同様である。
【０１１６】
表面加工装置４５は、第５の実施形態と同様、水素イオン２５を多く含む機能水を生成することができる。
【０１１７】
表面加工装置４１は、吐出口２１から吐出された機能水が、被加工物４３に直接あたるので、水素イオン２５を消失させることなく、被加工物４３に供給することができる。さらに、ホルダ４２が接地され、接地電位となっているので、水素イオン２５が多く含まれ、帯電している液滴２７から、接地されているホルダ４２に保持されている被加工物４３へ向かって放電、いわゆるコロナ放電が起きる。したがって、このコロナ放電による放電加工が、被加工物４３の表面に施される。放電加工は、電気的な加工であり、放電による除去加工である。放電加工は、水素イオン２５による表面加工および水酸基ラジカルによる表面加工などの化学的な加工と比較して加工速度が非常に高い。
【０１１８】
その際、このコロナ放電により、水素イオン２５は、水素ラジカルになるので、水素ラジカルを含む機能水となり、その水素ラジカルは、上記反応式（１）の反応によって、水酸基ラジカルとなる。したがって、水酸基ラジカルによる表面加工を被加工物４３に施すことができる。水酸基ラジカルによる表面加工は、第６の実施形態と同様であり、たとえば、被加工物４３が金属基板の場合、酸化皮膜形成加工であり、被加工物４３が有機基板の場合、分解加工である。
【０１１９】
以上より、表面加工装置４４は、小型な装置で、簡便に活性種として水素イオン２５を生成することができ、その水素イオン２５を含む機能水を被加工物４３に供給することによって、被加工物４３の表面を加工することができる。また、放電加工を施すことができ、さらに、水酸基ラジカルによる表面加工のほうが、水素イオン２５による表面加工より効率的に表面加工をすることができるので、第５の実施形態および第６の実施形態より加工効率の点で好ましい。
【０１２０】
ノズル１２の流路２８の周辺部２９は、導電材料からなっても絶縁材料からなってもよいが、本実施形態の場合、絶縁材料からなることが好ましい。そうすることによって、より効率的に流動帯電を起こすことができ、より多くの水素イオン２５を生成することができる。水素イオン２５による表面加工および放電加工が効率的に行うことができ、さらに、水酸基ラジカルの生成する量も増えるので、水酸基ラジカルによる表面加工も効率的に行うことができる。したがって、より効率的に被加工物４３の表面を加工することができる。
【０１２１】
ホルダ４２は、導電材料からなることが好ましい。そうすることによって、水素イオン２５を含む液体と、接地電位にしているホルダ４２との間で、放電が起きて放電加工を施すことができる。また、放電されることによって、水酸化ラジカルが発生するので、吐出された液体に、より多くの活性種が含まれることになる。したがって、より効率的に被加工物４３の表面を加工することができる。
【０１２２】
図１１は、本発明の第８の実施形態である表面加工装置４６の構成を簡略化して示す概略図である。ノズル１２の流路２８の周辺部２９およびホルダ４２を接地して接地電位にする以外、第５の実施形態と同様である。
【０１２３】
表面加工装置４６は、第６の実施形態と同様、水素イオン２５および水酸化物ラジカルを含む機能水が吐出される。
【０１２４】
また、ノズル１２から吐出された機能水に水素イオン２５を含み、ホルダ４２が接地され、接地電位となっているので、第６の実施形態と同様、被加工物４３は、放電加工および水酸基ラジカルによる表面加工が施される。水酸基ラジカルによる表面加工は、第６の実施形態と同様であり、たとえば、被加工物４３が金属基板の場合、酸化皮膜形成加工であり、被加工物４３が有機基板の場合、分解加工である。放電加工は、第７の実施形態と同様である。
【０１２５】
以上より、表面加工装置４４は、小型な装置で、簡便に活性種として水素イオン２５および水酸基ラジカルを生成することができ、その水素イオン２５および水酸基ラジカルを含む機能水を被加工物４３に供給することによって、被加工物４３の表面を加工することができる。また、放電加工を施すことができ、さらに、水酸基ラジカルによる表面加工のほうが、水素イオン２５による表面加工より効率的に表面加工をすることができるので、第５の実施形態および第６の実施形態より加工効率の点で好ましい。
【０１２６】
ノズル１２の流路２８の周辺部２９およびホルダ４２は、導電材料からなる。そうすることによって、水素イオン２５を含む液体と、接地電位にしているノズル１２の流路２８の周辺部２９およびホルダ４２との間で、放電が起き、水酸化ラジカルが発生するので、吐出された液体に、より多くの活性種が含まれることになる。したがって、より効率的に被加工物４３の表面を加工することができる。
【０１２７】
上記第５〜８の実施形態は、図８〜１１に示すように、被加工物４３の表面が鉛直方向になるように設置し、ノズル１２の吐出口２１から水平方向に機能水が吐出されるように設置する場合に限られず、被加工物４３の表面が水平方向になるように設置し、ノズル１２の吐出口２１から鉛直方向に機能水が吐出されるように設置してもよい。
【０１２８】
また、ノズル１２の吐出口２１から被加工物４３の表面までの距離が、１０ｍｍ以上５０ｍｍ以下であることが好ましい。そうすることによって、ノズル１２から吐出された機能水が、被加工物にあたるまでに、機能水に含まれる水素イオン２５などの活性種が、消失せず、機能水の流速も充分な流速を維持することができるので、効率的に被加工物４３の表面を加工することができる。
【０１２９】
活性種を液滴２７に閉じ込めると、活性種はほとんど消失しないが、たとえば、液滴２７表面で空気中の二酸化炭素との反応によって、少しずつ活性種が消失する。５０ｍｍより長いと、この影響により、表面加工の効率が落ちてしまう。
【０１３０】
また、５０ｍｍより長いと、空気抵抗により、液滴２７の流速が低くなったり、液滴２７が霧のように細かくなったりする。そうなると、さらに空気抵抗を受けやすくなり、わずかな気流に流されるなどして被加工物４３に到達しにくくなるので、表面加工の効率が落ちてしまう。
【０１３１】
以下に第２の実施形態に対する実施例および第８の実施形態に対する実施例を示す。
まず、第２の実施形態に対する実施例を示す。ノズル１２は、板厚０．３ｍｍのチタンの板に、吐出口２１として、直径２０μｍの円孔を６０μｍピッチで直線状に５ｍｍにわたって設けた。このノズル１２を接地電位にしたものに、高圧ポンプ１３で純水を供給することによって、吐出口２１より、接地電位にしたタンク１４の内壁に吐出した。０．８ＭΩ・ｃｍ以上の比抵抗の純水で吐出流速が３０ｍ／秒以上である場合、吐出水にプラスの帯電が生じた。その結果、タンク１４内の空気中におけるオゾン濃度は、０．１ｐｐｍと検出された。
【０１３２】
また純水が吐出されている間、ノズル１２からグランドへ数１０μＡ程度の電流が流れた。これは前述の通り、ノズル１２内部の固液界面で水酸化物イオン２４が電荷を受け渡しているからであり、水酸化物イオン２４は電子を失うと水酸基ラジカルとなるので、吐出された機能水には水酸基ラジカルが含まれる。ノズル１２から噴射された後の機能水には、１μｍｏｌ／Ｌ程度の水酸基ラジカルが検出された。
【０１３３】
次に、第８の実施形態に対する実施例を示す。ノズル１２は、板厚０．３ｍｍのチタンの板に、吐出口２１として、直径２０μｍの円孔を６０μｍピッチで直線状に５０ｍｍにわたって設けた。このノズル１２の流路２８の周辺部２９を接地電位にしたものに、高圧ポンプ１３で純水を供給することによって、吐出口２１から吐出した。３．０ＭΩ・ｃｍ以上の比抵抗の純水で吐出流速が３０ｍ／秒以上である場合、吐出水にプラスの帯電が生じた。その結果、吐出した液滴２７からホルダ４２を介して電流が流れたことを確認した。
【０１３４】
また純水が６０ｍ／秒で吐出されている間、ノズル１２からグランドへ数１０μＡ程度の電流が流れた。これは前述の通り、ノズル１２内部の固液界面で水酸化物イオン２４が電荷を受け渡しているからであり、水酸化物イオン２４は電子を失うと水酸基ラジカルとなるので、吐出された機能水には水酸基ラジカルが含まれる。ノズル１２から噴射された後の機能水には、１μｍｏｌ／Ｌ程度の水酸基ラジカルが検出された。
【０１３５】
吐出口２１から３０ｍｍ程度の位置に、被加工物４３として銅（Ｃｕ）板を設置した場合、上記の条件で、吐出された機能水を１０分間あて続けた箇所は、放電加工、酸化皮膜形成加工および酸化皮膜除去加工によって、Ｃｕ板は、５μｍの深さまでＣｕが除去された。
【０１３６】
また、吐出口２１から３０ｍｍ程度の位置に、被加工物４３としてチタン（Ｔｉ）板を設置した場合、上記の条件で、吐出された機能水を１０分間あて続けた箇所は、酸化皮膜形成加工によって、酸化皮膜が形成された。
【図面の簡単な説明】
【０１３７】
【図１】本発明の第１の実施形態である機能水製造装置１１の構成を簡略化して示す概略図である。
【図２】活性種を生成する原理を説明するための図である。
【図３】生成した活性種の消失を防ぐ原理を説明するための図である。
【図４】吐出口２１の配置例を示す図である。
【図５】本発明の第２の実施形態である機能水製造装置３１の構成を簡略化して示す概略図である。
【図６】本発明の第３の実施形態である機能水製造装置を用いた処理装置３２の構成を簡略化して示す概略図である。
【図７】本発明の第４の実施形態である処理装置３２の構成を簡略化して示す概略図である。
【図８】本発明の第５の実施形態である表面加工装置４１の構成を簡略化して示す概略図である。
【図９】本発明の第６の実施形態である表面加工装置４４の構成を簡略化して示す概略図である。
【図１０】本発明の第７の実施形態である表面加工装置４５の構成を簡略化して示す概略図である。
【図１１】本発明の第８の実施形態である表面加工装置４６の構成を簡略化して示す概略図である。
【図１２】特許文献１記載の半導体基板の洗浄装置１００の構成を簡略化して示す概略断面図である。
【図１３】特許文献３記載のオゾン水製造装置２００の構成を簡略化して示す概略図である。
【図１４】特許文献４記載のオゾン水製造装置３００の構成を簡略化して示す概略断面図である。
【図１５】特許文献５記載の加工方法を実施するための加工装置４００の構成を簡略化して示す概略図である。
【図１６】加工装置４００の構成を簡略化して示す概略断面図である。
【符号の説明】
【０１３８】
１１，３１ 機能水製造装置
１２ ノズル
１３ 高圧ポンプ
１４ タンク
１５ 水供給路
１６ 機能水供給路
２１ 吐出口
２２ 外側の層
２３ 内側の層
２４ 水酸化物イオン
２５ 水素イオン
２６ 液柱
２７ 液滴
２８ 流路
３２，３５ 処理装置
３３ 被洗浄物
３４ 保持部
３６ 機能水供給ノズル
３７ 搬送ローラ
３８ 被洗浄物
４１ 表面加工装置
４２ ホルダ
４３ 被加工物
【技術分野】
【０００１】
本発明は、活性種を含む液体を製造する液体製造装置、この液体製造装置で製造した液体を用いる処理装置および表面加工装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
液体に対して、ガスを溶存させたり、電気分解したり、磁場中を通過させたり、紫外線を照射したりすることによって、ラジカルやイオンなどの活性種を発生させることができ、他の液体を含有させなくても、誘電率、ｐＨおよび酸化還元電位などの物性値を変化させることができる。活性種を含む液体は、殺菌および洗浄などの目的に応じて特定の機能を持たせることができ、たとえば、特定の機能を持たせた機能水が製造され、種々の分野で利用されている。
【０００３】
半導体装置およびフラットパネルディスプレイ（ＦＰＤ）などを製造する際、薬液を用いたＲＣＡ洗浄法などによって、半導体用シリコン基板および液晶用ガラス基板などの基板の表面を洗浄している。ＲＣＡ洗浄法は、硫酸−過酸化水素水溶液（ＳＰＭ）、塩酸−過酸化水素水溶液（ＨＰＭ）およびアンモニア−過酸化水素水溶液（ＡＰＭ）などの濃厚薬液を高温で用いて基板表面を洗浄する方法である。半導体ウエハおよび液晶パネルのマザー基板は、大きくなる傾向にあり、これにともなって、薬液の使用量が膨大となり、洗浄に用いた廃液の増加、廃液を処理する処理装置の稼動費用の増加が問題となっており、薬液の使用量の削減が求められている。また、自然環境を保護する観点からも、薬液の使用量の削減が求められている。
【０００４】
この要求を満たす方法として、薬液を用いた洗浄方法の代わりに、機能水を用いた洗浄方法が提案されている。機能水を用いた洗浄方法は、薬液を用いた洗浄方法と同等以上の処理能力を有しており、注目されている。洗浄方法に用いられる機能水としては、超音波励起水、電界イオン水、オゾン水、水素水および紫外線照射水などが挙げられ、不純物の極めて少ない超純水から機能水を製造した場合、水の構成要素である水素原子および酸素原子からなる活性種を含む。水素原子および酸素原子からなる活性種としては、水素ラジカル、酸素ラジカルおよび水酸基ラジカルなどのラジカル、水素イオンおよび水酸化物イオンなどのイオン、水素ガス、酸素ガスおよびオゾンなどのガスなどがある。このような活性種は、水、水素および酸素などの無害な分子へと変化するため、環境への負荷がほとんどない。
【０００５】
典型的な従来の技術は、特許文献１に記載されている。特許文献１の半導体基板の洗浄装置は、純水を電解して超音波を印加することによってラジカルを発生させ、そのラジカルを含む機能水を用いた洗浄装置である。
【０００６】
図１２は、特許文献１記載の半導体基板の洗浄装置１００の構成を簡略化して示す概略断面図である。洗浄装置１００は、洗浄槽１０１、水素イオン交換膜１０２、カソード電極板１０５、アノード電極板１０６、超音波発生器１０７、給水管１０９および排水管１１０を含んで構成される。洗浄槽１０１は、２枚の水素イオン交換膜１０２によって、中央のカソード室１０３とその両側のアノード室１０４の３室に区切られ、洗浄槽１０１に純水を供給する給水管１０９と洗浄後の機能水を排水する排水管１１０を備える。また、洗浄槽１０１は、被洗浄物１０８を収納する。それぞれの水素イオン交換膜１０２には、カソード室１０３側にカソード電極板１０５が固着され、アノード室１０４側にアノード電極板１０６が固着されている。カソード室１０３の底部には、超音波発振器１０７を備える。
【０００７】
給水管１０９から洗浄槽１０１に純水を供給し、アノード電極板１０４に正の電圧を、カソード電極板１０５には負の電圧を印加することによって、カソード室１０３内の水酸化物イオンを増加させ、さらに、超音波発振器１０７から発振される超音波を作用させることによって、ラジカルを発生させることができる。したがって、ラジカルを含む機能水で、洗浄槽１０１内に収納した被洗浄物１０８を洗浄することができる。
【０００８】
他の従来技術として、特許文献１の技術と類似の技術が特許文献２に記載されている。特許文献２の半導体基板の洗浄装置は、カソード室とアノード室との配置を入れ替えたこと以外、特許文献１の半導体基板の洗浄装置と同様であり、ラジカルを含む機能水で、洗浄槽内に収納した被洗浄物を洗浄することができる。
【０００９】
さらに他の従来の技術は、特許文献３に記載されている。特許文献３のオゾン水製造装置は、オゾンを溶存させた機能水を製造する製造装置である。
【００１０】
図１３は、特許文献３記載のオゾン水製造装置２００の構成を簡略化して示す概略図である。オゾン水製造装置２００は、オゾナイザ２０１、散気球２０２、反応筒２０３、ノズル２０４および給水管２０５を含んで構成される。
【００１１】
ノズル２０４は、給水管２０５から送られた水を噴霧水にして、反応筒２０３内に給水する。オゾナイザ２０１は、給水管２０５から送られた水を電気分解することによりオゾンガスを生成する。散気球２０２は、オゾナイザ２０１からオゾンガスを反応筒２０３内に供給する。
【００１２】
給水管２０５からノズル２０４およびオゾナイザ２０１に水を供給することによって、ノズル２０４から反応筒２０３内に噴霧水を供給し、オゾナイザ２０１からオゾンガスを反応筒２０３内に供給する。そして、反応筒２０３内でオゾンガスと噴霧水とを接触反応させることによって、オゾン水を製造することができる。
【００１３】
他の従来技術として、特許文献３の技術と類似の技術が特許文献４に記載されている。特許文献４のオゾン水製造装置は、オゾナイザを用いずにオゾンを溶存させた機能水を製造する製造装置である。
【００１４】
図１４は、特許文献４記載のオゾン水製造装置３００の構成を簡略化して示す概略断面図である。オゾン水製造装置３００は、固形電解質膜３０１、陽極電極３０２、陰極電極３０３、ラス網３０４、水流入口３０５、オゾン水流出口３０６およびジャケット３０７を含んで構成される。
【００１５】
ジャケット３０７は、一端に水流入口３０５を、他端にオゾン水流出口３０６を有し、固形電解質膜３０１、陽極電極３０２、陰極電極３０３およびラス網３０４を以下のように、設置している。固形電解質膜３０１には、一方の面に陽極電極３０２を、他方の面に陰極電極３０３を重ねられている。ラス網３０４は、金属板に多数のスリットを設け、スリットが網目となるように引き伸ばし形成し、陽極電極３０２の外周面に重ねている。陽極電極３０２は、ラス網３０４の網目より網目の小さい金網であり、イオン発生触媒機能を有している。
【００１６】
水流入口３０５から陽極電極３０２に水を供給し、陽極電極３０２と陰極電極３０３との間に直流電圧を印加することによって、オゾンを発生させ、オゾン水を製造することができる。
【００１７】
一方、機能水を用いた表面加工方法が提案されている。典型的な従来の技術は、特許文献５に記載されている。特許文献５の加工方法は、超純水のみを用いて、そのイオン積を増大させて水酸化物イオンによって被加工物を除去加工または酸化皮膜形成加工することができる加工方法である。
【００１８】
図１５は、特許文献５記載の加工方法を実施するための加工装置４００の構成を簡略化して示す概略図であり、図１６は、加工装置４００の構成を簡略化して示す概略断面図である。加工装置４００は、図１５および図１６に示すように、加工槽内に配設される高圧力ノズル４０１を含んで構成される。高圧力ノズル４０１は、被加工物４０２と所定の間隔をあけて配設され、高圧力ノズル４０２の噴射口４０３から超純水を被加工物４０２の表面へ噴射する構造である。また、高圧力ノズル４０１の先端周囲には、水酸化物イオンを増加させるイオン交換材料４０４が設けられており、高圧力ノズル４０１を陰極、被加工物４０２を陽極として、電源４０５に接続する。
【００１９】
そうすることによって、高圧ノズル４０１から超純水が噴射される際に、超純水に電圧が印加され、イオン交換材料４０４に超純水を通過させることによって、水酸化物イオンが生成され、その水酸化物イオンが被加工物４０２表面に供給される。したがって、被加工物４０２を、化学的溶出反応による除去加工または酸化反応による酸化皮膜形成加工などの表面加工をすることができる。
【００２０】
【特許文献１】特許第２８３２１７１号公報
【特許文献２】特許第２８３２１７３号公報
【特許文献３】特開平３−１５４６８９号公報
【特許文献４】特許第３２９７２２７号公報
【特許文献５】特開２０００−１６７７１４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００２１】
特許文献１〜４によると、ラジカルおよびオゾンなどの活性種を含む機能水を製造することができる。
【００２２】
特許文献５によると、水酸化物イオンを含む機能水によって表面加工することができる。
【００２３】
しかしながら、固形電解質膜、電極板、オゾナイザ、超純水発生装置および紫外線ランプなどの活性種を発生させるための手段などが必要であり、装置が大型化してしまい、取り扱いが煩雑な装置となってしまう。
【００２４】
本発明の目的は、小型な装置で、簡便に活性種を生成することができ、活性種を含む液体を製造することができる液体製造装置およびこの液体製造装置で製造した液体を用いた処理装置および表面加工装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００２５】
本発明は、活性種を含む液体を製造する液体製造装置であって、
液体を供給する供給手段と、
前記供給手段によって供給された液体を吐出して活性種を生成する吐出手段とを有し、
前記吐出手段から液体が吐出されてから吐出された液体が液滴になるまでの時間が、前記吐出手段から液体が吐出されてから前記活性種が消失するまでの時間より短くなるように構成されていることを特徴とする液体製造装置である。
【００２６】
また本発明は、前記吐出手段は、液体を吐出する吐出口が形成されており、
前記吐出口の開口面積は、０．５μｍ２以上０．３ｍｍ２以下であることを特徴とする。
【００２７】
また本発明は、前記吐出手段は、液体を吐出する吐出口が形成されており、
前記吐出口の形状は、円形であることを特徴とする。
【００２８】
また本発明は、前記吐出口の直径は、１μｍ以上３００μｍ以下であることを特徴とする。
【００２９】
また本発明は、前記吐出手段は、複数の吐出口が形成されていることを特徴とする。
また本発明は、前記液体は、吐出時の流速が３０ｍ／秒以上１００ｍ／秒以下であることを特徴とする。
【００３０】
また本発明は、前記吐出手段から吐出された液体を貯留する貯留手段を有し、
前記吐出手段および前記貯留手段の一部または全面の内壁を接地電位にし、
前記吐出手段は、前記貯留手段の接地電位にしている内壁に向けて吐出するように設けられていることを特徴とする。
【００３１】
また本発明は、前記液体は、比抵抗が０．８ＭΩ・ｃｍ以上１８．３ＭΩ・ｃｍ以下の純水であることを特徴とする。
【００３２】
また本発明は、前記活性種は、水素ラジカル、酸素ラジカル、水酸基ラジカル、水素ガス、酸素ガス、オゾン、水素イオンおよび水酸化物イオンから選ばれる１種または２種以上の活性種であることを特徴とする。
【００３３】
また本発明は、前記液体製造装置によって製造された液体を用いて、被処理物を処理することを特徴とする処理装置である。
【００３４】
また本発明は、液体によって被加工物の表面を加工する表面加工装置であって、
液体を供給する供給手段と、
前記供給手段によって供給された液体を吐出して活性種を生成する吐出手段と、
前記吐出手段によって吐出された液体が直接あたるような位置に前記被加工物を保持する保持手段とを有し、
前記吐出手段から液体が吐出されてから吐出された液体が液滴になるまでの時間が、前記吐出手段から液体が吐出されてから前記活性種が消失するまでの時間より短くなるように構成されていることを特徴とすることを特徴とする表面加工装置である。
【００３５】
また本発明は、前記吐出手段の流路の周辺部は、導電材料からなることを特徴とする。
また本発明は、前記吐出手段の流路の周辺部は、絶縁材料からなることを特徴とする。
【００３６】
また本発明は、前記吐出手段の流路の周辺部を接地電位にすることを特徴とする。
また本発明は、前記保持手段を接地電位にすることを特徴とする。
【００３７】
また本発明は、前記吐出手段の吐出口から前記被加工物の表面までの距離が、１０ｍｍ以上５０ｍｍ以下であることを特徴とする。
【発明の効果】
【００３８】
本発明によれば、活性種を含む液体を製造する液体製造装置である。液体を供給する供給手段と、供給手段によって供給された液体を吐出して活性種を生成する吐出手段とを有する。
【００３９】
供給手段によって供給された液体を、吐出手段から高速で吐出すると、流動帯電が起こるので、液体が分解されて、液体中に活性種が生成する。
【００４０】
さらに、吐出手段から液体が吐出されてから吐出された液体が液滴になるまでの時間が、吐出手段から液体が吐出されてから活性種が消失するまでの時間より短くなるように構成されているので、吐出手段で液体を吐出させる際に生成した活性種が消失してしまう前に、活性種を含む液体を、活性種が消失しない液滴にすることができる。
【００４１】
そうすることによって、小型な装置で、簡便に活性種を生成することができ、活性種を含む液体を製造することができる。
【００４２】
また本発明によれば、吐出手段は、液体を吐出する吐出口が形成されており、吐出口の開口面積は、０．５μｍ２以上０．３ｍｍ２以下である。そうすることによって、吐出手段を通過する液体の体積に対する吐出手段の内壁の面積が大きくなるので、より効率的に流動帯電を起こすことができ、より多くの活性種を生成することができる。したがって、活性種を含む液体をより効率的に製造することができる。
【００４３】
また本発明によれば、吐出手段は、液体を吐出する吐出口が形成されており、吐出口の形状は、円形であるので、活性種を含む液体を、より効率的に液滴にすることができる。したがって、活性種を含む液体をより効率的に製造することができる。
【００４４】
また本発明によれば、吐出口の直径は、１μｍ以上３００μｍ以下である。そうすることによって、吐出手段を通過する液体の体積に対する吐出手段の内壁の面積が大きくなるので、より効率的に流動帯電を起こすことができ、より多くの活性種を生成することができる。したがって、活性種を含む液体をより効率的に製造することができる。
【００４５】
また本発明によれば、吐出手段は、複数の吐出口が形成されているので、単位時間当たり大量の液体を製造することできる。
【００４６】
また本発明によれば、液体は、吐出時の流速が３０ｍ／秒以上１００ｍ／秒以下であるので、より効率的に流動帯電を起こすことができ、より多くの活性種を生成することができる。さらに、活性種を含む液体を、より効率的に液滴にすることができる。したがって、活性種を含む液体をより効率的に製造することができる。
【００４７】
また本発明によれば、吐出手段から吐出された液体を貯留する貯留手段を有し、吐出手段および貯留手段の一部または全面の内壁を接地電位にし、吐出手段は、貯留手段の接地電位にしている内壁に向けて吐出するように設けられている。
【００４８】
そうすることによって、吐出手段から吐出された活性種を含む液体と、吐出手段および貯留手段の接地電位にしている内壁との間で、放電が起こり、液体および貯留手段中に存在する気体が分解されて、活性種がさらに生成される。したがって、より多くの活性種を生成することができ、活性種を含む液体をより効率的に製造することができる。
【００４９】
また本発明によれば、液体は、比抵抗が０．８ＭΩ・ｃｍ以上１８．３ＭΩ・ｃｍ以下の純水である。そうすることによって、流動帯電をより効率的に起こすことができるので、活性種を含む液体をより効率的に製造することができる。また、生成した活性種は、不純物の非常に少ない純水に由来するものである。したがって、このような活性種を含む液体は、たとえば、洗浄に用いた場合、薬液を含む液体と同等以上の処理能力を有する機能水であり、環境に対して無害であり、環境への負荷が小さく、薬液を用いた場合と比較して、低コストである。
【００５０】
また本発明によれば、活性種は、水素ラジカル、酸素ラジカル、水酸基ラジカル、水素ガス、酸素ガス、オゾン、水素イオンおよび水酸化物イオンから選ばれる１種または２種以上の活性種であるので、環境に対して無害であり、環境への負荷が小さい。
【００５１】
また本発明によれば、前記液体製造装置によって製造された液体を用いて、被処理物を処理する。そうすることによって、液体製造装置によって製造された活性種を多く含む液体で被処理物を処理することができる。たとえば、前記液体製造装置によって製造された液体を用いて、被処理物を洗浄する。そうすることによって、液体製造装置によって製造された液体は、活性種を多く含むので、洗浄活性が高く、被処理物の表面に供給することによって、被処理物の表面を効率よく容易に洗浄することができる。
【００５２】
また本発明によれば、液体によって被加工物の表面を加工する表面加工装置である。液体を供給する供給手段と、供給手段によって供給された液体を吐出して活性種を生成する吐出手段と、被加工物を保持する保持手段を有する。
【００５３】
供給手段によって供給された液体を、吐出手段から高速で吐出すると、流動帯電が起こるので、液体が分解されて、液体中に活性種が生成する。吐出手段から液体が吐出されてから吐出された液体が液滴になるまでの時間が、吐出手段から液体が吐出されてから活性種が消失するまでの時間より短くなるように構成されている。したがって、吐出手段で液体を吐出させる際に生成した活性種が消失してしまう前に、活性種を含む液体を、活性種が消失しない液滴にすることができる。
【００５４】
また、吐出手段によって吐出された液体が、装置内の他の部材などにあたらず、被加工物に直接あたるような位置に被加工物が、保持手段によって保持されている。したがって、吐出手段によって吐出された液体が、液滴のまま、活性種を消失させないで、被加工物に供給することができる。
【００５５】
そうすることで、小型な装置で、簡便に活性種を生成することができ、その活性種を含む液体を被加工物に供給することによって、被加工物の表面を加工することができる。
【００５６】
また本発明によれば、吐出手段の流路の周辺部は、導電材料からなる。吐出手段の流路を流れる活性種を含む液体と、吐出手段の流路の周辺部との間で、放電が起こると、新たな活性種が生成され、吐出された液体により多くの活性種が含まれる。したがって、より効率的に被加工物の表面を加工することができる。
【００５７】
また本発明によれば、吐出手段の流路の周辺部は、絶縁材料からなる。そうすることによって、より効率的に流動帯電を起こすことができるので、より多くの活性種を生成することができる。したがって、より効率的に被加工物の表面を加工することができる。
【００５８】
また本発明によれば、吐出手段の流路の周辺部を接地電位にすることによって、吐出手段の流路を流れる活性種を含む液体と、接地電位にしている吐出手段の流路の周辺部との間で、放電が起こる。そうすることによって、新たな活性種が生成され、吐出された液体に、より多くの活性種が含まれる。したがって、より効率的に被加工物の表面を加工することができる。
【００５９】
また本発明によれば、保持手段を接地電位にする。そうすることによって、吐出手段から吐出された活性種を含む液体と、保持手段によって保持されている被加工物との間で、放電が起こり、被加工物に対して、電気的な加工をすることができる。
【００６０】
また本発明によれば、吐出手段の吐出口から被加工物の表面までの距離が、１０ｍｍ以上５０ｍｍ以下である。そうすることによって、吐出手段から吐出された液体が、被加工物にあたるまでに、液体に含まれる活性種が、消失せず、液体の流速も充分な流速を維持することができるので、効率的に被加工物の表面を加工することができる。
【００６１】
活性種を液滴に閉じ込めると、活性種はほとんど消失しないが、たとえば、液滴表面で空気中の二酸化炭素との反応によって、少しずつ活性種が消失する。５０ｍｍより長いと、この影響により、表面加工の効率が落ちてしまう。
【００６２】
また、５０ｍｍより長いと、空気抵抗により、液体の流速が低くなったり、液滴が霧のように細かくなったりする。そうなると、さらに空気抵抗を受けやすくなり、わずかな気流に流されるなどして被加工物に到達しにくくなるので、表面加工の効率が落ちてしまう。
【発明を実施するための最良の形態】
【００６３】
以下に本発明である液体製造装置を実施の形態によって詳細に説明するが、本発明は、本実施形態に限定されるものではない。以下、液体製造装置として、純水から機能水を製造する機能水製造装置について説明する。
【００６４】
図１は、本発明の第１の実施形態である機能水製造装置１１の構成を簡略化して示す概略図である。機能水製造装置１１は、ノズル１２、高圧ポンプ１３、タンク１４、水供給路１５および機能水供給路１６を含んで構成される。
【００６５】
高圧ポンプ１３は、純水をノズル１２に供給するために、水供給路１５に純水を加圧供給する供給手段である。水供給路１５は、高圧ポンプ１３から加圧供給された純水を、供給先であるノズル１２まで送給する。
【００６６】
ノズル１２は、水供給路１５から供給された純水を吐出する吐出口が形成されている。純水が吐出口を流れる際に、後述の原理に基づいて、活性種を生成することができる。ノズル１２は、水供給路１５から純水が供給されると、吐出口から機能水を吐出することができる吐出手段である。
【００６７】
タンク１４は、ノズル１２から吐出された機能水を貯留する貯留手段である。機能水供給路１６は、タンク１４に貯留されている機能水を、被洗浄物および他の装置などに送給することができる。
【００６８】
機能水製造装置１１は、高圧ポンプ１３で純水をノズル１２に加圧供給することによって、ノズル１２で機能水を生成し、その生成された機能水をノズル１２から吐出することによって、活性種を含む機能水を得ることができる。機能水を生成する原理について、ノズル１２が円管形状であるとして、以下に説明する。
【００６９】
図２は、活性種を生成する原理を説明するための図であり、図３は、生成した活性種の消失を防ぐ原理を説明するための図である。
【００７０】
ノズル１２の流路２８に純水が供給されると、図２に示すように、ノズル１２内の純水に、電荷の偏りが生じ、ノズル１２の内壁に接する半径方向外側の層２２に、アニオンである水酸化物イオン２４が多く分布し、ノズル１２の内壁に接しない半径方向内側の層２３に、カチオンである水素イオン２５が、多く分布することになる。このことは、電気化学の考え方によると、固液界面におけるポテンシャルの違いから、ノズル１２内に、電気二重層が形成されるからである。
【００７１】
また、ノズル１２の流路２８に純水が流れると、半径方向外側の層２２に存在する純水より、半径方向内側の層２３に存在する純水のほうが、速く流れる。このことは、流体力学の考え方によると、固液界面では流速が０となり、ノズル１２の内側の液体のみが流れるからである。
【００７２】
以上から、ノズル１２の流路２８に純水が流れると、水素イオン２５を多く含む純水は流れるが、水酸化物イオン２４を多く含む純水は、あまり流れないので、純水は帯電される。このような帯電を流動帯電という。
【００７３】
高圧ポンプ１３から供給された純水を、ノズル１２の流路２８に流すことによって、純水が流動帯電されて、水素イオン２５を多く含む機能水となる。
【００７４】
純水は、電荷の緩和時間が短いので、純水における電荷の偏りは、すぐに緩和されてしまう。したがって、ノズル１２の流路２８内で生成した水素イオン２５は、ノズル１２の流路２８内に存在する水酸化物イオン２４と分離しなければ、水酸化物イオン２４と結合して、消失してしまう。
【００７５】
図３に示すように、機能水を吐出口２１から吐出すると、吐出された直後は、液柱２６であるが、表面波の影響によって、液滴２７の列となる。機能水が液滴２７となれば、電荷の逃げ場がないので、電荷が緩和されず、水素イオン２５が消失しない。吐出口２１から機能水が吐出されてから、吐出された機能水の液柱２６が液滴２７になるまでの時間が、水素イオン２５が消失するまでの時間より短くなるように吐出することによって、水素イオン２５が消失してしまう前に、水素イオン２５が消失しない液滴２７にすることができ、水素イオン２５を多く含む機能水を得ることができる。
【００７６】
また、吐出口２１の開口面積が０．３ｍｍ２で、機能水の吐出時の流速が３０ｍ／秒である場合、液柱２６が液滴２７になるまでの時間と吐出された純水の電荷の緩和時間とがほぼ同じ時間となり、吐出口２１から吐出された機能水は、完全に電荷が緩和されないので、帯電している。
【００７７】
吐出口２１は、その開口面積が、０．５μｍ２以上０．３ｍｍ２以下であることが好ましい。そうすることによって、吐出口２１の直径が０．３ｍｍ２以下であると、水素イオン２５が消失する前に、液滴２７にすることができるので好ましい。さらに、ノズル１２を通過する純水の体積に対するノズル１２の壁面の面積が大きくなるので、より効率的に流動帯電を起こすことができる。したがって、より多くの水素イオン２５を生成することができ、水素イオン２５をより多く含む機能水をより効率的に製造することができる。
【００７８】
さらに、吐出口２１の形状は、円形であることが好ましい。そうすることによって、吐出口２１から吐出された機能水の液柱２６が液滴２７になりやすいので、機能水をより効率的に製造することができる。
【００７９】
また、吐出口２１の直径が３００μｍで、機能水の吐出時の流速が３０ｍ／秒である場合、液柱２６が液滴２７になるまでの時間と吐出された純水の電荷の緩和時間とがほぼ同じ時間となり、吐出口２１から吐出された機能水は、完全に電荷が緩和されないので、帯電している。
【００８０】
吐出口２１の形状が円形である場合、吐出口２１の直径が１μｍ以上３００μｍ以下であることが好ましい。吐出口２１の直径が３００μｍ以下であると、水素イオン２５が消失する前に、液滴２７にすることができるので好ましい。さらに、ノズル１２を通過する純水の体積に対するノズル１２の壁面の面積が大きくなるので、より効率的に流動帯電を起こすことができる。したがって、より多くの水素イオン２５を生成することができ、水素イオン２５をより多く含む機能水をより効率的に製造することができる。
【００８１】
機能水の吐出時の流速が３０ｍ／秒以上１００ｍ／秒以下であることが好ましい。機能水の吐出時の流速が３０ｍ／秒以上であると、水素イオン２５が消失する前に、液滴２７にすることができるので好ましい。また、機能水の吐出時の流速が５０ｍ／秒以上であると、さらに好ましい。さらに、より効率的に流動帯電を起こすことができるので、より多くの水素イオン２５を生成することができる。したがって、機能水を、より効率的に液滴にすることができ、水素イオン２５を含む機能水をより効率的に製造することができる。
【００８２】
以上のように、高圧ポンプ１３から供給された純水をノズル１２によって吐出することによって、小型な装置で、水素イオン２５を多く含み酸化力の強い機能水を簡便に製造することができる。
【００８３】
図４は、吐出口２１の配置例を示す図である。図４（ａ）は、吐出口２１を直線状に設けた配置例であり、図４（ｂ）は、吐出口２１を千鳥状に設けた配置例である。
【００８４】
ノズル１２には、図４（ａ）および図４（ｂ）に示すように、複数の吐出口２１が形成されていることが好ましい。そうすることによって、単位時間当たりノズル１２によって大量の機能水を製造することができ、効率的である。
【００８５】
また、吐出口２１は、図４（ｂ）のように、ノズル１２に高密度に配置することがより好ましい。吐出口２１の数が少ない場合、大量の機能水を作るためには圧力を高めて吐出流速を高める必要がある。吐出口２１の数を増やすことによって、圧力を高めて吐出流速を高めなくても大量の機能水が作れるようになる。つまり、吐出口２１の数が多いほど、機能水を大量に製造できる。たとえば、吐出口２１のピッチは、吐出口２１の直径程度が好ましい。そうすることによって、ノズル１２の強度を保ちながら、吐出口２１を高密度に配置することができる。
【００８６】
図５は、本発明の第２の実施形態である機能水製造装置３１の構成を簡略化して示す概略図である。ノズル１２およびタンク１４の内壁を接地して接地電位にし、その接地電位にした内壁に向けて、機能水を吐出する以外、第１の実施形態と同様である。
【００８７】
ノズル１２およびタンク１４の内壁の少なくとも一方が接地され、接地電位となっている場合、水素イオン２５が多く含まれ、帯電している液滴２７から、接地されているノズル１２やタンク１４の内壁へ向かって放電が起きる。この放電は、コロナ放電であり、タンク１４内に存在する酸素が分解されることによって、オゾンが生成される。ここで生成されるオゾンの量は、少ないが、オゾンは、純水に対する溶解性が高いので、生成されたオゾンが吐出された機能水に溶解して、オゾン水を製造することができる。
【００８８】
また、このコロナ放電により、水素イオン２５は、水素ラジカルになるので、水素ラジカルを含む機能水となる。そして、その水素ラジカルは、活性が高いので、下記の反応式（１）の反応によって、水酸基ラジカルになる。
・Ｈ ＋ Ｈ２Ｏ → ・ＯＨ ＋ Ｈ２ …（１）
【００８９】
この結果、純水の吐出によって生成される機能水は、水酸基ラジカルを含む機能水となる。水酸基ラジカルは比較的安定であるが、さらに反応が進んだ場合は、下記の反応式（２）〜（４）の反応によって、オゾンが発生し、水酸基ラジカルおよび酸素ラジカルを含むオゾン水が得られる。
２・ＯＨ → ・Ｏ ＋ Ｈ２Ｏ …（２）
２・Ｏ → Ｏ２ …（３）
３・Ｏ → Ｏ３ …（４）
【００９０】
また、ノズル１２およびタンク１４の内壁の少なくとも一方が接地されていると、ノズル１２の吐出口２１から吐出された機能水のプラスの帯電量に対応したマイナスの電流がノズル１２からグランドへ向かって流れる。このことは、ノズル１２内部の固液界面において、純水中で界面側に偏った水酸化物イオン２４が電荷を受け渡しているからであると考えられる。電荷を失った水酸化物イオン２４は、水酸基ラジカルとなるので、生成される機能水は、水酸基ラジカルを含む機能水となる。
【００９１】
以上より、活性種として、水素イオン、水素ラジカル、酸素ラジカル、水酸基ラジカルおよびオゾンを含む機能水を製造することができる。
【００９２】
また、タンク１４の接地電位にする内壁は、タンク１４の全面の内壁であってもよいし、ノズル１２から吐出された機能水があたる一部の内壁であってもよい。
【００９３】
ノズル１２およびタンク１４の材質としては、特に制限ないが、接地すること、ラジカルなどの活性種に接触することを考慮すると、伝導性が良い導電材料で、化学的酸化還元反応に対して高い耐久性を有する材料、たとえば、金、白金およびチタンなどが好ましい。また、このような材料をめっきしたステンレス鋼であってもよい。
【００９４】
ここで、純水とは、紫外線照射で微生物類などを滅菌し、メンブランフィルタによって、溶解している有機物および無機物を極限まで除去することによって得られ、本発明では、比抵抗が０．８ＭΩ・ｃｍ以上１８．３ＭΩ・ｃｍ以下の純水であることが好ましく、より好ましくは、３．０ＭΩ・ｃｍ以上の純水である。０．８ＭΩ・ｃｍより小さいと、流動帯電が起こりにくくなり、活性種を生成する効率の低下を引き起こすおそれがある。０．８ＭΩ・ｃｍ以上の純水であると、流動帯電を効率的に起こすことができるので、活性種を含む機能水をより効率的に製造することができる。また、生成した活性種は、不純物の非常に少ない純水に由来するものである。したがって、このような活性種を含む機能水は、たとえば、洗浄に用いた場合、過酸化水素水および水素水などの特別な薬液を含む液体と同等以上の処理能力を有する機能水であり、環境に対して無害であり、環境への負荷が小さく、特別な薬液を用いた場合と比較して、低コストである。
【００９５】
また、本発明は、純水に限らず、以下の活性種を発生させることができる液体であれば、いずれであってもよい。活性種としては、水素ラジカル、酸素ラジカル、水酸基ラジカル、水素ガス、酸素ガス、オゾン、水素イオンおよび水酸化物イオンから選ばれる１種または２種以上の活性種であるので、環境に対して無害であり、環境への負荷が小さい。
【００９６】
活性種がラジカルである場合、活性が非常に高いラジカルを含む液体は、半導体用シリコン基板および液晶用ガラス基板などの基板の表面の洗浄、表面処理およびレジスト剥離などのウェット処理に用いることができる。活性種がイオンである場合、強酸化性または強還元性を有する液体が得られ、高濃度になるように制御することによって、レジスト剥離などに用いることができる。また、オゾンは、強い酸化作用、殺菌作用、漂白作用および脱臭作用を有するので、オゾンを含むオゾン水は、基板洗浄、表面処理およびレジスト剥離などのウェット処理に用いることができ、さらに殺菌剤、漂白剤および脱臭剤に用いることができる。
【００９７】
ノズル１２を接地する代わりに電圧を印加し、帯電および放電を積極的に起こさせることにより、空気中の酸素を分解させることによって発生するオゾンの量を増やすことができる。また、空気中の酸素濃度を増加させることによっても、発生するオゾンの量を増やすことができる。
【００９８】
図６は、本発明の第３の実施形態である機能水製造装置を用いた処理装置３２の構成を簡略化して示す概略図である。被洗浄物３３を保持する保持部３４をタンク１４内に有すること以外、第２の実施形態と同様である。処理装置３２は、レジストが形成された被洗浄物３３からレジストを剥離させるレジスト剥離装置である。
【００９９】
被洗浄物３３は、本実施形態である処理装置３２を用いて処理する被処理物であり、たとえば、レジストが形成された基板などである。保持部３４は、被洗浄物３３を保持し、ノズル１２の吐出口２１から吐出された機能水が被洗浄物３３にあたる位置に設置される。吐出口２１から吐出される機能水を被洗浄物３３に供給する。そうすることによって、水素イオン、水酸化物イオン、水素ラジカル、水酸基ラジカルおよびオゾンなどの複数の活性種を多く含む機能水を用いて、被洗浄物３３に形成されているレジストを除去することができる。
【０１００】
図７は、本発明の第４の実施形態である処理装置３２の構成を簡略化して示す概略図である。機能水供給ノズル３６および搬送ローラ３７を有すること以外、第２の実施形態と同様である。処理装置３２は、被洗浄物３８の表面を洗浄する洗浄装置である。被洗浄物３８は、本実施形態である処理装置３２を用いて洗浄する被処理物であり、たとえば、シリコンウエハなどの半導体基板および液晶基板などの基板である。
【０１０１】
機能水供給ノズル３６は、吐出口を有しており、タンク１４に貯留されているオゾン水を搬送ローラによって搬送されてきた被洗浄物３８の表面に供給する。そうすることによって、酸化作用、殺菌作用、漂白作用および脱臭作用を有するオゾン水を用いて、被洗浄物３８の表面を洗浄することができる。
【０１０２】
図８は、本発明の第５の実施形態である表面加工装置４１の構成を簡略化して示す概略図である。表面加工装置４１は、ノズル１２、高圧ポンプ１３、水供給路１５およびホルダ４２を含んで構成される。表面加工装置４１は、ホルダ４２に保持された被加工物４３に表面加工を施すための装置である。
【０１０３】
被加工物４３は、本実施形態である表面加工装置４１を用いて表面加工する被加工物であり、たとえば、金属基板および有機基板などである。ホルダ４２は、ノズル１２の吐出口２１から吐出された機能水が、直接あたる位置に被加工物４３を保持する保持手段である。ノズル１２、高圧ポンプ１３および水供給路１５は、第１の実施形態のノズル１２、高圧ポンプ１３および水供給路１５と同様である。
【０１０４】
表面加工装置４１は、高圧ポンプ１３で純水をノズル１２に加圧供給することによって、活性種として水素イオン２５を多く含む機能水を生成することができる。水素イオン２５を生成する原理は、第１の実施形態と同様である。
【０１０５】
表面加工装置４１は、吐出口２１から吐出された機能水が、表面加工装置４１の他の部材などにあたらず、直接あたる位置に被加工物４３が保持されている。そうすることによって、水素イオン２５を消失させることなく、被加工物４３に供給することができる。したがって、水素イオン２５による表面加工を被加工物４３に施すことができる。水素イオン２５による表面加工は、たとえば、被加工物４３が金属基板の場合、被加工物４３の表面を水素イオン２５によって溶解させる溶解加工であり、被加工物４３が有機基板の場合、被加工物４３の表面を水素イオン２５によって分解させる分解加工である。
【０１０６】
以上より、表面加工装置４１は、小型な装置で、簡便に活性種として水素イオン２５を生成することができ、その水素イオン２５を含む機能水を被加工物４３に供給することによって、被加工物４３の表面を加工することができる。
【０１０７】
ノズル１２の流路２８の周辺部２９は、絶縁材料または導電材料からなる。ノズル１２の流路２８の周辺部２９は、図２に示すように、流路２８を形成している部分であり、液体と接する部分である。また、ノズル１２は、周辺部２９とそれ以外とが異なる材料からなるノズルであってもよいし、ノズル全体が同じ材料からなるノズルであってもよい。
【０１０８】
ノズル１２の流路２８の周辺部２９が、絶縁材料からなる場合、より効率的に流動帯電を起こすことができるので、より多くの水素イオン２５を生成することができる。したがって、より効率的に被加工物４３の表面を加工することができる。絶縁材料は、公知の絶縁材料を用いることができるが、活性種と接触することを考慮すると、化学的酸化還元反応に対して高い耐久性を有する絶縁材料、たとえば、フッ素樹脂などが挙げられ、特にＰＴＦＥ（ポリテトラフルオロエチレン）が好ましい。ノズル１２の流路２８の周辺部２９が、導電材料からなる場合、絶縁材料（樹脂）より導電材料（金属）の方が剛性・耐久性が高い。
【０１０９】
図９は、本発明の第６の実施形態である表面加工装置４４の構成を簡略化して示す概略図である。ノズル１２の流路２８の周辺部２９を接地して接地電位にする以外、第５の実施形態と同様である。
【０１１０】
表面加工装置４４は、第５の実施形態と同様、水素イオン２５を多く含む機能水を生成することができる。
【０１１１】
さらに、表面加工装置４４は、ノズル１２の流路２８の周辺部２９が接地され、接地電位になっているので、ノズル１２の流路２８内に生成された機能水のプラスの帯電量に対応したマイナスの電流がノズル１２からグランドへ向かって流れる。そうすることによって、ノズル１２の流路２８内の水酸化物イオン２４が電荷を失うことにより、水酸基ラジカルを含む機能水を生成することができる。水酸基ラジカルを生成する原理は、第１の実施形態と同様である。
【０１１２】
表面加工装置４１は、吐出口２１から吐出された機能水が、被加工物４３に直接あたるので、水酸基ラジカルおよび水素イオン２５を消失させることなく、被加工物４３に供給することができる。したがって、水酸基ラジカルおよび水素イオン２５による表面加工を被加工物４３に施すことができる。水酸基ラジカルによる表面加工は、たとえば、被加工物４３が金属基板の場合、被加工物４３の表面を水酸基ラジカルによって酸化皮膜を形成させる酸化皮膜形成加工であり、被加工物４３が有機基板の場合、被加工物４３の表面を水酸基ラジカルによって分解させる分解加工である。さらに、水酸基ラジカルによる表面加工には、機能水があたることによって、酸化皮膜を除去する酸化皮膜除去工程を含む。また、水素イオン２５による表面加工は、第５の実施形態と同様であり、たとえば、被加工物４３が金属基板の場合、溶解加工であり、被加工物４３が有機基板の場合、分解加工である。
【０１１３】
以上より、表面加工装置４１は、小型な装置で、簡便に活性種として水素イオン２５および水酸化ラジカルを生成することができ、その水素イオン２５および水酸化ラジカルを含む機能水を被加工物４３に供給することによって、被加工物４３の表面を加工することができる。また、水酸基ラジカルによる表面加工のほうが、水素イオン２５による表面加工より効率的に表面加工をすることができるので、第５の実施形態より加工効率の点で好ましい。
【０１１４】
ノズル１２の流路２８の周辺部２９は、導電材料からなる。そうすることによって、水素イオン２５を含む液体と、接地電位にしているノズル１２の流路２８の周辺部２９との間で、放電が起き、水酸化ラジカルが発生するので、吐出された液体に、より多くの活性種が含まれることになる。したがって、より効率的に被加工物４３の表面を加工することができる。導電材料は、公知の導電材料を用いることができるが、接地すること、ラジカルなどの活性種に接触することを考慮すると、伝導性が良い導電材料で、化学的酸化還元反応に対して高い耐久性を有する材料、たとえば、金、白金およびチタンなどの金属材料が好ましい。また、このような材料をめっきしたステンレス鋼であってもよい。
【０１１５】
図１０は、本発明の第７の実施形態である表面加工装置４５の構成を簡略化して示す概略図である。ホルダ４２を接地して接地電位にする以外、第５の実施形態と同様である。
【０１１６】
表面加工装置４５は、第５の実施形態と同様、水素イオン２５を多く含む機能水を生成することができる。
【０１１７】
表面加工装置４１は、吐出口２１から吐出された機能水が、被加工物４３に直接あたるので、水素イオン２５を消失させることなく、被加工物４３に供給することができる。さらに、ホルダ４２が接地され、接地電位となっているので、水素イオン２５が多く含まれ、帯電している液滴２７から、接地されているホルダ４２に保持されている被加工物４３へ向かって放電、いわゆるコロナ放電が起きる。したがって、このコロナ放電による放電加工が、被加工物４３の表面に施される。放電加工は、電気的な加工であり、放電による除去加工である。放電加工は、水素イオン２５による表面加工および水酸基ラジカルによる表面加工などの化学的な加工と比較して加工速度が非常に高い。
【０１１８】
その際、このコロナ放電により、水素イオン２５は、水素ラジカルになるので、水素ラジカルを含む機能水となり、その水素ラジカルは、上記反応式（１）の反応によって、水酸基ラジカルとなる。したがって、水酸基ラジカルによる表面加工を被加工物４３に施すことができる。水酸基ラジカルによる表面加工は、第６の実施形態と同様であり、たとえば、被加工物４３が金属基板の場合、酸化皮膜形成加工であり、被加工物４３が有機基板の場合、分解加工である。
【０１１９】
以上より、表面加工装置４４は、小型な装置で、簡便に活性種として水素イオン２５を生成することができ、その水素イオン２５を含む機能水を被加工物４３に供給することによって、被加工物４３の表面を加工することができる。また、放電加工を施すことができ、さらに、水酸基ラジカルによる表面加工のほうが、水素イオン２５による表面加工より効率的に表面加工をすることができるので、第５の実施形態および第６の実施形態より加工効率の点で好ましい。
【０１２０】
ノズル１２の流路２８の周辺部２９は、導電材料からなっても絶縁材料からなってもよいが、本実施形態の場合、絶縁材料からなることが好ましい。そうすることによって、より効率的に流動帯電を起こすことができ、より多くの水素イオン２５を生成することができる。水素イオン２５による表面加工および放電加工が効率的に行うことができ、さらに、水酸基ラジカルの生成する量も増えるので、水酸基ラジカルによる表面加工も効率的に行うことができる。したがって、より効率的に被加工物４３の表面を加工することができる。
【０１２１】
ホルダ４２は、導電材料からなることが好ましい。そうすることによって、水素イオン２５を含む液体と、接地電位にしているホルダ４２との間で、放電が起きて放電加工を施すことができる。また、放電されることによって、水酸化ラジカルが発生するので、吐出された液体に、より多くの活性種が含まれることになる。したがって、より効率的に被加工物４３の表面を加工することができる。
【０１２２】
図１１は、本発明の第８の実施形態である表面加工装置４６の構成を簡略化して示す概略図である。ノズル１２の流路２８の周辺部２９およびホルダ４２を接地して接地電位にする以外、第５の実施形態と同様である。
【０１２３】
表面加工装置４６は、第６の実施形態と同様、水素イオン２５および水酸化物ラジカルを含む機能水が吐出される。
【０１２４】
また、ノズル１２から吐出された機能水に水素イオン２５を含み、ホルダ４２が接地され、接地電位となっているので、第６の実施形態と同様、被加工物４３は、放電加工および水酸基ラジカルによる表面加工が施される。水酸基ラジカルによる表面加工は、第６の実施形態と同様であり、たとえば、被加工物４３が金属基板の場合、酸化皮膜形成加工であり、被加工物４３が有機基板の場合、分解加工である。放電加工は、第７の実施形態と同様である。
【０１２５】
以上より、表面加工装置４４は、小型な装置で、簡便に活性種として水素イオン２５および水酸基ラジカルを生成することができ、その水素イオン２５および水酸基ラジカルを含む機能水を被加工物４３に供給することによって、被加工物４３の表面を加工することができる。また、放電加工を施すことができ、さらに、水酸基ラジカルによる表面加工のほうが、水素イオン２５による表面加工より効率的に表面加工をすることができるので、第５の実施形態および第６の実施形態より加工効率の点で好ましい。
【０１２６】
ノズル１２の流路２８の周辺部２９およびホルダ４２は、導電材料からなる。そうすることによって、水素イオン２５を含む液体と、接地電位にしているノズル１２の流路２８の周辺部２９およびホルダ４２との間で、放電が起き、水酸化ラジカルが発生するので、吐出された液体に、より多くの活性種が含まれることになる。したがって、より効率的に被加工物４３の表面を加工することができる。
【０１２７】
上記第５〜８の実施形態は、図８〜１１に示すように、被加工物４３の表面が鉛直方向になるように設置し、ノズル１２の吐出口２１から水平方向に機能水が吐出されるように設置する場合に限られず、被加工物４３の表面が水平方向になるように設置し、ノズル１２の吐出口２１から鉛直方向に機能水が吐出されるように設置してもよい。
【０１２８】
また、ノズル１２の吐出口２１から被加工物４３の表面までの距離が、１０ｍｍ以上５０ｍｍ以下であることが好ましい。そうすることによって、ノズル１２から吐出された機能水が、被加工物にあたるまでに、機能水に含まれる水素イオン２５などの活性種が、消失せず、機能水の流速も充分な流速を維持することができるので、効率的に被加工物４３の表面を加工することができる。
【０１２９】
活性種を液滴２７に閉じ込めると、活性種はほとんど消失しないが、たとえば、液滴２７表面で空気中の二酸化炭素との反応によって、少しずつ活性種が消失する。５０ｍｍより長いと、この影響により、表面加工の効率が落ちてしまう。
【０１３０】
また、５０ｍｍより長いと、空気抵抗により、液滴２７の流速が低くなったり、液滴２７が霧のように細かくなったりする。そうなると、さらに空気抵抗を受けやすくなり、わずかな気流に流されるなどして被加工物４３に到達しにくくなるので、表面加工の効率が落ちてしまう。
【０１３１】
以下に第２の実施形態に対する実施例および第８の実施形態に対する実施例を示す。
まず、第２の実施形態に対する実施例を示す。ノズル１２は、板厚０．３ｍｍのチタンの板に、吐出口２１として、直径２０μｍの円孔を６０μｍピッチで直線状に５ｍｍにわたって設けた。このノズル１２を接地電位にしたものに、高圧ポンプ１３で純水を供給することによって、吐出口２１より、接地電位にしたタンク１４の内壁に吐出した。０．８ＭΩ・ｃｍ以上の比抵抗の純水で吐出流速が３０ｍ／秒以上である場合、吐出水にプラスの帯電が生じた。その結果、タンク１４内の空気中におけるオゾン濃度は、０．１ｐｐｍと検出された。
【０１３２】
また純水が吐出されている間、ノズル１２からグランドへ数１０μＡ程度の電流が流れた。これは前述の通り、ノズル１２内部の固液界面で水酸化物イオン２４が電荷を受け渡しているからであり、水酸化物イオン２４は電子を失うと水酸基ラジカルとなるので、吐出された機能水には水酸基ラジカルが含まれる。ノズル１２から噴射された後の機能水には、１μｍｏｌ／Ｌ程度の水酸基ラジカルが検出された。
【０１３３】
次に、第８の実施形態に対する実施例を示す。ノズル１２は、板厚０．３ｍｍのチタンの板に、吐出口２１として、直径２０μｍの円孔を６０μｍピッチで直線状に５０ｍｍにわたって設けた。このノズル１２の流路２８の周辺部２９を接地電位にしたものに、高圧ポンプ１３で純水を供給することによって、吐出口２１から吐出した。３．０ＭΩ・ｃｍ以上の比抵抗の純水で吐出流速が３０ｍ／秒以上である場合、吐出水にプラスの帯電が生じた。その結果、吐出した液滴２７からホルダ４２を介して電流が流れたことを確認した。
【０１３４】
また純水が６０ｍ／秒で吐出されている間、ノズル１２からグランドへ数１０μＡ程度の電流が流れた。これは前述の通り、ノズル１２内部の固液界面で水酸化物イオン２４が電荷を受け渡しているからであり、水酸化物イオン２４は電子を失うと水酸基ラジカルとなるので、吐出された機能水には水酸基ラジカルが含まれる。ノズル１２から噴射された後の機能水には、１μｍｏｌ／Ｌ程度の水酸基ラジカルが検出された。
【０１３５】
吐出口２１から３０ｍｍ程度の位置に、被加工物４３として銅（Ｃｕ）板を設置した場合、上記の条件で、吐出された機能水を１０分間あて続けた箇所は、放電加工、酸化皮膜形成加工および酸化皮膜除去加工によって、Ｃｕ板は、５μｍの深さまでＣｕが除去された。
【０１３６】
また、吐出口２１から３０ｍｍ程度の位置に、被加工物４３としてチタン（Ｔｉ）板を設置した場合、上記の条件で、吐出された機能水を１０分間あて続けた箇所は、酸化皮膜形成加工によって、酸化皮膜が形成された。
【図面の簡単な説明】
【０１３７】
【図１】本発明の第１の実施形態である機能水製造装置１１の構成を簡略化して示す概略図である。
【図２】活性種を生成する原理を説明するための図である。
【図３】生成した活性種の消失を防ぐ原理を説明するための図である。
【図４】吐出口２１の配置例を示す図である。
【図５】本発明の第２の実施形態である機能水製造装置３１の構成を簡略化して示す概略図である。
【図６】本発明の第３の実施形態である機能水製造装置を用いた処理装置３２の構成を簡略化して示す概略図である。
【図７】本発明の第４の実施形態である処理装置３２の構成を簡略化して示す概略図である。
【図８】本発明の第５の実施形態である表面加工装置４１の構成を簡略化して示す概略図である。
【図９】本発明の第６の実施形態である表面加工装置４４の構成を簡略化して示す概略図である。
【図１０】本発明の第７の実施形態である表面加工装置４５の構成を簡略化して示す概略図である。
【図１１】本発明の第８の実施形態である表面加工装置４６の構成を簡略化して示す概略図である。
【図１２】特許文献１記載の半導体基板の洗浄装置１００の構成を簡略化して示す概略断面図である。
【図１３】特許文献３記載のオゾン水製造装置２００の構成を簡略化して示す概略図である。
【図１４】特許文献４記載のオゾン水製造装置３００の構成を簡略化して示す概略断面図である。
【図１５】特許文献５記載の加工方法を実施するための加工装置４００の構成を簡略化して示す概略図である。
【図１６】加工装置４００の構成を簡略化して示す概略断面図である。
【符号の説明】
【０１３８】
１１，３１ 機能水製造装置
１２ ノズル
１３ 高圧ポンプ
１４ タンク
１５ 水供給路
１６ 機能水供給路
２１ 吐出口
２２ 外側の層
２３ 内側の層
２４ 水酸化物イオン
２５ 水素イオン
２６ 液柱
２７ 液滴
２８ 流路
３２，３５ 処理装置
３３ 被洗浄物
３４ 保持部
３６ 機能水供給ノズル
３７ 搬送ローラ
３８ 被洗浄物
４１ 表面加工装置
４２ ホルダ
４３ 被加工物
【特許請求の範囲】
【請求項１】
活性種を含む液体を製造する液体製造装置であって、
液体を供給する供給手段と、
前記供給手段によって供給された液体を吐出して活性種を生成する吐出手段とを有し、
前記吐出手段から液体が吐出されてから吐出された液体が液滴になるまでの時間が、前記吐出手段から液体が吐出されてから前記活性種が消失するまでの時間より短くなるように構成されていることを特徴とする液体製造装置。
【請求項２】
前記吐出手段は、液体を吐出する吐出口が形成されており、
前記吐出口の開口面積は、０．５μｍ２以上０．３ｍｍ２以下であることを特徴とする請求項１記載の液体製造装置。
【請求項３】
前記吐出手段は、液体を吐出する吐出口が形成されており、
前記吐出口の形状は、円形であることを特徴とする請求項１記載の液体製造装置。
【請求項４】
前記吐出口の直径は、１μｍ以上３００μｍ以下であることを特徴とする請求項３記載の液体製造装置。
【請求項５】
前記吐出手段は、複数の吐出口が形成されていることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１つに記載の液体製造装置。
【請求項６】
前記液体は、吐出時の流速が３０ｍ／秒以上１００ｍ／秒以下であることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１つに記載の液体製造装置。
【請求項７】
前記吐出手段から吐出された液体を貯留する貯留手段を有し、
前記吐出手段および前記貯留手段の一部または全面の内壁を接地電位にし、
前記吐出手段は、前記貯留手段の接地電位にしている内壁に向けて吐出するように設けられていることを特徴とする請求項１〜６のいずか１つに記載の液体製造装置。
【請求項８】
前記液体は、比抵抗が０．８ＭΩ・ｃｍ以上１８．３ＭΩ・ｃｍ以下の純水であることを特徴とする請求項１〜７のいずれか１つに記載の液体製造装置。
【請求項９】
前記活性種は、水素ラジカル、酸素ラジカル、水酸基ラジカル、水素ガス、酸素ガス、オゾン、水素イオンおよび水酸化物イオンから選ばれる１種または２種以上の活性種であることを特徴とする請求項１〜８のいずれか１つに記載の液体製造装置。
【請求項１０】
請求項１〜９のいずれか１つに記載の液体製造装置によって製造された液体を用いて、被処理物を処理することを特徴とする処理装置。
【請求項１１】
液体によって被加工物の表面を加工する表面加工装置であって、
液体を供給する供給手段と、
前記供給手段によって供給された液体を吐出して活性種を生成する吐出手段と、
前記吐出手段によって吐出された液体が直接あたるような位置に前記被加工物を保持する保持手段とを有し、
前記吐出手段から液体が吐出されてから吐出された液体が液滴になるまでの時間が、前記吐出手段から液体が吐出されてから前記活性種が消失するまでの時間より短くなるように構成されていることを特徴とすることを特徴とする表面加工装置。
【請求項１２】
前記吐出手段の流路の周辺部は、導電材料からなることを特徴とする請求項１１記載の表面加工装置。
【請求項１３】
前記吐出手段の流路の周辺部は、絶縁材料からなることを特徴とする請求項１１記載の表面加工装置。
【請求項１４】
前記吐出手段の流路の周辺部を接地電位にすることを特徴とする請求項１１または１２記載の表面加工装置。
【請求項１５】
前記保持手段を接地電位にすることを特徴とする請求項１１〜１４のいずれか１つに記載の表面加工装置。
【請求項１６】
前記吐出手段の吐出口から前記被加工物の表面までの距離が、１０ｍｍ以上５０ｍｍ以下であることを特徴とする請求項１１〜１５のいずれか１つに記載の表面加工装置。
【請求項１】
活性種を含む液体を製造する液体製造装置であって、
液体を供給する供給手段と、
前記供給手段によって供給された液体を吐出して活性種を生成する吐出手段とを有し、
前記吐出手段から液体が吐出されてから吐出された液体が液滴になるまでの時間が、前記吐出手段から液体が吐出されてから前記活性種が消失するまでの時間より短くなるように構成されていることを特徴とする液体製造装置。
【請求項２】
前記吐出手段は、液体を吐出する吐出口が形成されており、
前記吐出口の開口面積は、０．５μｍ２以上０．３ｍｍ２以下であることを特徴とする請求項１記載の液体製造装置。
【請求項３】
前記吐出手段は、液体を吐出する吐出口が形成されており、
前記吐出口の形状は、円形であることを特徴とする請求項１記載の液体製造装置。
【請求項４】
前記吐出口の直径は、１μｍ以上３００μｍ以下であることを特徴とする請求項３記載の液体製造装置。
【請求項５】
前記吐出手段は、複数の吐出口が形成されていることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１つに記載の液体製造装置。
【請求項６】
前記液体は、吐出時の流速が３０ｍ／秒以上１００ｍ／秒以下であることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１つに記載の液体製造装置。
【請求項７】
前記吐出手段から吐出された液体を貯留する貯留手段を有し、
前記吐出手段および前記貯留手段の一部または全面の内壁を接地電位にし、
前記吐出手段は、前記貯留手段の接地電位にしている内壁に向けて吐出するように設けられていることを特徴とする請求項１〜６のいずか１つに記載の液体製造装置。
【請求項８】
前記液体は、比抵抗が０．８ＭΩ・ｃｍ以上１８．３ＭΩ・ｃｍ以下の純水であることを特徴とする請求項１〜７のいずれか１つに記載の液体製造装置。
【請求項９】
前記活性種は、水素ラジカル、酸素ラジカル、水酸基ラジカル、水素ガス、酸素ガス、オゾン、水素イオンおよび水酸化物イオンから選ばれる１種または２種以上の活性種であることを特徴とする請求項１〜８のいずれか１つに記載の液体製造装置。
【請求項１０】
請求項１〜９のいずれか１つに記載の液体製造装置によって製造された液体を用いて、被処理物を処理することを特徴とする処理装置。
【請求項１１】
液体によって被加工物の表面を加工する表面加工装置であって、
液体を供給する供給手段と、
前記供給手段によって供給された液体を吐出して活性種を生成する吐出手段と、
前記吐出手段によって吐出された液体が直接あたるような位置に前記被加工物を保持する保持手段とを有し、
前記吐出手段から液体が吐出されてから吐出された液体が液滴になるまでの時間が、前記吐出手段から液体が吐出されてから前記活性種が消失するまでの時間より短くなるように構成されていることを特徴とすることを特徴とする表面加工装置。
【請求項１２】
前記吐出手段の流路の周辺部は、導電材料からなることを特徴とする請求項１１記載の表面加工装置。
【請求項１３】
前記吐出手段の流路の周辺部は、絶縁材料からなることを特徴とする請求項１１記載の表面加工装置。
【請求項１４】
前記吐出手段の流路の周辺部を接地電位にすることを特徴とする請求項１１または１２記載の表面加工装置。
【請求項１５】
前記保持手段を接地電位にすることを特徴とする請求項１１〜１４のいずれか１つに記載の表面加工装置。
【請求項１６】
前記吐出手段の吐出口から前記被加工物の表面までの距離が、１０ｍｍ以上５０ｍｍ以下であることを特徴とする請求項１１〜１５のいずれか１つに記載の表面加工装置。
【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１５】
【図１６】
【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１５】
【図１６】
【公開番号】特開２００７−１３６４４４（Ｐ２００７−１３６４４４Ａ）
【公開日】平成１９年６月７日（２００７．６．７）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００６−３７１２２（Ｐ２００６−３７１２２）
【出願日】平成１８年２月１４日（２００６．２．１４）
【出願人】（０００００５０４９）シャープ株式会社 (33,933)
【出願人】（５９６０４１９９５）
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１９年６月７日（２００７．６．７）
【国際特許分類】
【出願日】平成１８年２月１４日（２００６．２．１４）
【出願人】（０００００５０４９）シャープ株式会社 (33,933)
【出願人】（５９６０４１９９５）
【Ｆターム（参考）】
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