JP2001198538A - 超音波洗浄装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 間隙部内の洗浄液が無くなったり、不足した
り、あるいは気泡などが発生して洗浄液が無くなったと
同じ状態になったことを迅速かつ正確に検出し、超音波
振動子が空焚き状態となって破損することを防止する。 【解決手段】 上側筐体１と下側筐体２の間に間隙部４
を形成し、該間隙部内に洗浄液を送給しながら、超音波
振動子５から間隙部４内に向けて超音波を放射し、間隙
部内にＬＣＤガラス基板３などの洗浄対象とする薄板状
物体を挿通して通過させていくことにより薄板状物体の
表面を超音波洗浄するようにした超音波洗浄装置におい
て、超音波振動子５を固着した筐体側とは反対側の筐体
内に、超音波振動子から放射される超音波を受信する超
音波センサ１１を設け、超音波センサ１１の出力する超
音波受信信号の信号レベルの変化に基づいて間隙部４内
を満たす洗浄液の異常発生を検知し、超音波振動子５の
動作を停止または出力ダウンさせる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、ＬＣＤガラス基
板、半導体ウェハなどの薄板状の物体を洗浄するための
超音波洗浄装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】図３〜図５に、従来のＬＣＤガラス基板
用の超音波洗浄装置の構成例を示す。図３は超音波洗浄
装置の略示平面図、図４は図３中のＡ−Ａ線略示断面
図、図５は図３中のＢ−Ｂ線略示断面図である。

【０００３】図において、１および２は、ステンレス鋼
（ＳＵＳ）、石英、タンタル（Ｔａ）などで作られた箱
状の上側筐体と下側筐体であって、この一対の上側筐体
１と下側筐体２はその下底面１ａと天面２ａが向き合う
ように上下に対向配置されており、該下底面１ａと天面
２ａの間に、洗浄目的とするＬＣＤガラス基板（以下、
「基板」と略称）３が接触することなく通過できる程度
の僅かなすきま（例えば、３〜７ｍｍ程度）からなる間
隙部４が形成され、上側筐体１の内底部には前記間隙部
４に向けて超音波を放射するための超音波振動子５が接
着固定されている。

【０００４】一方、上側筐体１と下側筐体２の前側と後
ろ側の壁面部には、前記間隙部４に通じる僅かな隙間
（例えば、１〜２ｍｍ程度）からなる洗浄液供給用の間
隙通路６ａ，７ａと洗浄液排出用の間隙通路６ｂ，７ｂ
がそれぞれ形成されており、流量センサ８ａ，８ｂを介
して前面側の間隙通路６ａ，７ａから間隙部４内に洗浄
液（例えば、純水、電解イオン水、オゾン水、水素水な
ど）を送給するとともに、該間隙部４内に送り込まれた
洗浄液を後面側の間隙通路６ｂ，７ｂを通じて外部へ排
出するように構成されている。

【０００５】また、間隙部４の左右両側部には、間隙部
４内に向けて反射型光センサ９ａ，９ｂが設けられてお
り、間隙部４内に洗浄液が存在しない場合には、円錐形
をしたセンサ先端面で送信した光が反射されて戻ってく
ることにより、洗浄液の有無を検出できるように構成さ
れている。なお、１０はローラコンベアなどの搬送機構
であって、洗浄目的とする基板３を間隙部４内に搬入・
搬出させるものである。

【０００６】上記構成になる従来の超音波洗浄装置は、
次のようにして基板３を超音波洗浄する。すなわち、図
示しない洗浄液供給ポンプから所定の圧力で洗浄液を洗
浄液供給用の間隙通路６ａ，７ａを介して間隙部４内に
供給し、これと同時に、図示しない洗浄液排出ポンプに
よって洗浄液排出用の間隙通路６ｂ，７ｂを通じて間隙
部４内に送給された洗浄液を外部へ排出するように設定
する。

【０００７】なお、このとき、間隙部４のすきま間隔、
基板３の濡れ特性、洗浄液の供給圧力と排出圧力などを
所定の条件を満たすように設定することにより、間隙部
４内に送給された洗浄液は、その表面張力の作用によっ
て間隙部４の先端側開口４ａと後端側開口４ｂから外部
へほとんど漏れ出すことがなくなり、間隙通路６ａ，７
ａから供給した洗浄液のほとんどを間隙通路６ｂ，７ｂ
から外部へ排出することができるようになる。

【０００８】次いで、上側筐体１内の超音波振動子５に
所定周波数（例えば、１ＭHz程度）からなる高周波電流
を供給し、超音波振動子５を高周波振動させる。これに
よって、超音波振動子５から超音波が発生し、上側筐体
１の下底面１ａを介して間隙部４に向けて放射し、間隙
部４を満たして流れていく洗浄液粒子を超高速で振動さ
せる。

【０００９】上記の状態で、洗浄目的とする基板３をロ
ーラコンベア１０によって先端側開口４ａから所定の移
動速度で間隙部４内に挿入していく。間隙部４内に挿入
された基板３は、超高速で振動する洗浄液粒子によって
その表面を超音波洗浄され、清澄に洗浄される。

【００１０】このようにして、基板３は間隙部４内を通
る間にその表面を超音波洗浄され、洗浄の終わった基板
３は後端側開口４ｂから引き出され、ローラコンベア１
０によって次の工程へと搬出される。

【００１１】

【発明が解決しようとする課題】上述した超音波洗浄装
置は、可能な限り狭くした狭い間隙部４内を洗浄液で満
たしながら超音波洗浄を行なうようにしているため、シ
ャワー方式の超音波洗浄装置などに比べて洗浄液の使用
量が格段に少なくて済み、極めて高い節水効果を上げる
ことができるものであった。

【００１２】一方、間隔の狭い間隙部４内に洗浄液を通
しながら洗浄するものであるため、間隙部４の保水容量
が小さく、洗浄液の流量変化や圧力変化など、僅かな条
件変動によって間隙部４内の洗浄液が無くなったり、不
足したり、あるいは気泡などが発生して洗浄液が無くな
ったと同じ状態が発生しやすかった。このような場合
に、超音波振動子５をそのまま振動させ続けると、いわ
ゆる空焚き状態となってしまい、超音波振動子が破損す
る恐れがある。

【００１３】そこで、従来においては、図示したよう
に、流量センサ８ａ，８ｂや反射型光センサ９ａ，９ｂ
などを設け、これらによって間隙部４内の洗浄液が無く
なったり、不足したり、あるいは気泡などが発生して洗
浄液が無くなったと同じ状態になったことを検出し、超
音波振動子５への高周波電流の供給を停止するようにし
ていた。

【００１４】しかしながら、流量センサの場合、間隙部
４の洗浄液が実際に無くなったり、不足していることを
直接検出するものではなく、流量の低下を洗浄液の異常
発生とみなすものであるため、検出精度の点で問題があ
り、また、反射型光センサの場合、光センサの先端部か
らある程度の範囲については正確に検出することができ
るが、センサの先端部から遠く離れた間隙部４の中央部
付近における洗浄液の状態を正確に検出することは困難
であり、間隙部４の中央部付近で問題が発生した場合に
は十分に対処することができなかった。

【００１５】本発明は、上記のような問題を解決するた
めになされたもので、間隙部内の洗浄液が無くなった
り、不足したり、あるいは気泡などが発生して洗浄液が
無くなったと同じ状態になったことを迅速かつ正確に検
出し、超音波振動子が空焚き状態となって破損するよう
なことを防止できる超音波洗浄装置を提供することを目
的とする。

【００１６】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、本発明は、一対の筐体を互いに対向するよう配置
し、該対向配置したそれぞれの筐体の各対向面の間に、
洗浄対象とする薄板状物体が前記両筐体に接触すること
なく通過できる程度の僅かな間隔からなる間隙部を形成
し、該間隙部内に洗浄液を送給して所定の流速で一方の
端から他方の端に向けて流すとともに、前記一対の筐体
のいずれか一方の筐体の内部に超音波発生手段を固着し
て前記間隙部に向けて超音波を放射し、洗浄液で満たさ
れた該間隙部内に洗浄対象とする薄板状物体を挿通して
通過させていくことにより該薄板状物体の表面を超音波
洗浄するようにし、前記超音波発生手段を固着した筐体
とは反対側の筐体内に、前記超音波発生手段から放射さ
れる超音波を受信する超音波センサを設け、該超音波セ
ンサの出力する超音波受信信号の信号レベルの変化に基
づいて前記間隙部内を満たす洗浄液の異常発生を検知す
るようにしたものである。

【００１７】さらに、前記超音波センサの出力する超音
波受信信号の信号レベルを監視する制御部を設け、信号
レベルが所定のしきい値以下となったときに、超音波発
生手段や流量調整弁、搬送機構などを制御するようにし
たものである。

【００１８】上記のような構成の超音波洗浄装置とした
場合、超音波センサの出力する超音波受信信号の信号レ
ベルの変化から、間隙部内の洗浄液が無くなったり、不
足したり、あるいは気泡などが発生して洗浄液が無くな
ったと同じ状態になったことを迅速かつ正確に検出する
ことができる。しかも、超音波を受信する超音波センサ
は、洗浄液の流れる間隙部を間に挟んで超音波発生手段
と対向する側の筐体内に設けているので、間隙部のどの
位置にでも設けることができ、間隙部内のどの位置にお
いて洗浄液が無くなるなどの異常が発生しても、これを
迅速かつ正確に検出することができる。したがって、超
音波センサの出力する超音波受信信号の信号レベルの変
化に基づいて、制御部によって超音波発生手段、流量調
整弁、搬送手段などを制御してやることにより、超音波
発生手段が空焚き状態となって破損することを防止でき
る。

【００１９】

【発明の実施の形態】以下、図面を参照して本発明の実
施の形態について説明する。図１および図２に、本発明
に係る超音波洗浄装置の一実施の形態を示す。図１は実
施の形態に係る超音波洗浄装置の一部切断側面図、図２
は一部切断正面図である。なお、図中、前述した従来装
置と同一の部分には同一の符号を付し、その詳細な説明
は省略する。

【００２０】図示例の超音波洗浄装置が、前述した従来
の超音波洗浄装置と異なる点は、従来の超音波洗浄装置
の流量センサ８ａ，８ｂと反射型光センサ９ａ，９ｂに
代えて、下側筐体２の天面２ａの内側に超音波センサ１
１を固着し、この超音波センサ１１によって超音波振動
子５から放射される超音波を受信し、該受信信号の信号
レベルの変化から間隙部４内の洗浄液が無くなったり、
不足したり、あるいは気泡などが発生して洗浄液が無く
なったと同じ状態になったことを検出するようにした点
である。

【００２１】超音波センサ１１としては、受信した超音
波の強度に比例した出力を発生するいわゆる音圧検出素
子であれば使用可能であり、例えば、ＰＺＴ素子、ピエ
ゾ素子、送受可逆式の超音波振動子などを用いることが
できる。また、その設置数も、間隙部４の平面広さや基
板３の大きさ、超音波振動子５の数、さらには装置とし
ての検出精度に応じて決定すればよく、１個以上、複数
個設けることができる。なお、図示例では、４個設けて
いる。

【００２２】さらに、図示例の超音波洗浄装置の場合、
前記超音波センサ１１の出力する超音波受信信号の信号
レベルの変化を監視して、その信号レベルの変化から間
隙部４内の洗浄液不足などの異常発生を検知し、超音波
用発振器１２や流量調整弁１３ａ，１３ｂ、ローラコン
ベア１０を駆動するローラコンベア駆動部１４などを制
御するための制御部１５を付設している。この制御部１
５としては、専用のハードウェア回路あるいはマイクロ
コンピュータなどを用いて構成することができる。

【００２３】次に、上記構成になる超音波洗浄装置の検
出動作について説明する。なお、基板３の洗浄動作自体
は、前述した従来の超音波洗浄装置と変わるところがな
いので、洗浄動作についてはその説明を省略する。

【００２４】超音波による基板３の正常な洗浄動作が行
なわれている場合、超音波振動子５から間隙部４に向け
て放射された超音波は、間隙部４を満たす純水などの洗
浄液中を伝播して反対側の超音波センサ１１まで達し、
超音波センサ１１によって受信音圧に比例した電気信号
に変換された後、制御部１５へと送られる。なお、純水
などの洗浄液は、空気などの気体に比べて媒質密度が極
めて大きいため、超音波の減衰は極めて小さく、超音波
振動は洗浄液中を伝播して反対側の超音波センサ１１ま
で達達する。

【００２５】間隙部４内が洗浄液で完全に満たされてい
る場合には、上記したように超音波の減衰も極めて小さ
いので、各超音波センサ１１の超音波受信信号も一定レ
ベル以上の電気信号として出力される。制御部１５は、
各超音波センサ１１の出力する超音波受信信号の信号レ
ベルを常時監視しており、いずれの超音波センサ１１の
出力も予め設定した判定しきい値以上である場合には、
間隙部４内の洗浄液には何ら異常がないものと判定し、
そのまま洗浄動作を継続する。

【００２６】一方、超音波洗浄を行なっている最中に、
何らかの原因によって間隙部４内を満たしている洗浄液
が無くなったり、不足したり、あるいは気泡などが発生
して洗浄液が無くなったと同じ状態が発生すると、間隙
部４内の全面あるいはその一部が空気や気泡で占められ
てしまい、減衰が極めて大きくなるために、超音波は超
音波センサ１１まで達することができなくなるか、達す
ることができても極めて微弱なものとなってしまう。し
たがって、間隙部４内を満たしていた洗浄液が無くなっ
たり、不足したり、あるいは気泡などが発生して洗浄液
が無くなったと同じ状態になると、空気あるいは気泡の
存在する位置の超音波センサ１１から出力される超音波
受信信号の信号レベルが０もしくは極端に小さな値とな
り、判定しきい値以下となってしまう。

【００２７】制御部１５がこの信号レベルの低下を検出
すると、間隙部４内の洗浄液に異常が発生したものと判
定し、超音波用発振器１２を直ちに停止あるいは出力ダ
ウンさせ、超音波振動子５が空焚き状態になって破損す
ることを防止する。これと同時に、必要に応じ、流量調
整弁１３ａ，１３ｂを制御して間隙部４への洗浄液の供
給量を増大するとともに、ローラコンベア駆動部１４を
制御し、ローラコンベア１０を停止あるいは所定の搬送
速度に切り換え、搬送途中の基板３に傷がつくことがな
いように保護する。

【００２８】そして、前記流量調整弁１３ａ，１３ｂの
開度調整などによって洗浄液の供給量が増え、間隙部４
内の洗浄液が正常状態に戻った時点で、再び超音波振動
子５に高周波電流の供給を開始するとともに、ローラコ
ンベア１０を駆動再開し、基板３の洗浄動作を継続す
る。

【００２９】すなわち、洗浄液の異常発生時において超
音波用発振器１２を完全に停止させることなく、超音波
振動子５が破損しない程度まで出力をダウンさせるよう
にしておけば、異常発生の最中でも超音波振動子５から
は弱い超音波が放射され続ける。したがって、流量調整
弁１３ａ，１３ｂの開度調整などによって間隙部４内が
再び洗浄液で満たされると、フルパワー時に比べて信号
レベルは小さいものの、再び超音波センサ１１において
あるレベル以上の超音波が受信されるようになる。

【００３０】したがって、制御部１５において超音波セ
ンサ１１の超音波受信信号の信号レベルを監視し続け、
所定レベル以上の超音波の再受信があったときに、間隙
部４内の洗浄液が正常状態に戻ったものと判定するよう
に設定しておけば、再び超音波振動子５に高周波電流の
供給を開始するとともに、ローラコンベア１０を駆動再
開することにより、異常発生によって停止していた洗浄
動作を自動的に再開することができる。

【００３１】以上のようにして、超音波振動子５の空焚
きに基づく破損を自動的に防止できるとともに、正常回
復後には、基板３の洗浄動作を自動的に再開させること
ができる。

【００３２】なお、間隙部４内に基板３が入り込んでい
る時といない時とでは、基板３のために超音波センサ１
１における受信強度が変化するが、一般にＬＣＤガラス
基板や半導体ウェハなどは媒質密度が大きく、しかもそ
の厚さも薄いため、超音波は若干の減衰を受けるだけで
反対側に透過していく。このため、超音波センサ１１の
受信強度は、間隙部４が媒質密度の小さな空気や気泡で
満たされている時ほどには小さくならない。したがっ
て、これらを考慮した上で、制御部１５における異常判
定のためのしきい値を設定してやることにより、基板３
が間隙部４内を通過中であっても異常発生を正確に検出
することができる。

【００３３】また、一般に、超音波センサ１１の受信感
度特性は平坦ではなく、共振周波数位置でピークを生じ
るが、このピーク位置が超音波振動子５の超音波周波数
と一致した場合、感度は上がるが受信動作は極端に不安
定となる。したがって、超音波センサ１１としては、そ
の受信感度ピーク位置が超音波振動子５の超音波周波数
の３倍程度以上の受信素子を用い、常に平坦特性部で超
音波を受信するように構成することが望ましい。

【００３４】また、前記実施の形態の場合、従来の超音
波洗浄装置（図３〜図５）で用いていた流量センサ８
ａ，８ｂと反射型光センサ９ａ，９ｂに代え、超音波セ
ンサ１１を設けたが、流量センサ８ａ，８ｂと反射型光
センサ９ａ，９ｂをそのまま残し、さらに、これに超音
波センサ１１を付加してもよいものである。このような
構成とした場合、流量センサ８ａ，８ｂと反射型光セン
サ９ａ，９ｂの検出結果も利用できるので、より安定し
た異常検知制御を行なうことができる。

【００３５】さらに、前記実施の形態の場合、ＬＣＤガ
ラス基板の洗浄の場合を例にとって説明したが、洗浄対
象物はこれに限られるものではなく、他にも半導体ウェ
ハなど、超音波が透過可能な薄板状の部材であれば適用
可能である。

【００３６】

【発明の効果】以上説明したように、発明に係る超音波
洗浄装置によれば、超音波発生手段を固着した筐体側と
は反対側の筐体内に、超音波発生手段から放射される超
音波を受信する超音波センサを設け、該超音波センサの
出力する超音波受信信号の信号レベルの変化に基づいて
間隙部内を満たす洗浄液の異常発生を検知するようにし
たので、間隙部内のいずれの場所で洗浄液が無くなった
り、不足したり、あるいは気泡などが発生して洗浄液が
無くなったと同じ状態になったとしても、これを迅速か
つ正確に検出することができ、超音波発生手段が空焚き
状態となって破損することを防止することができる。

【００３７】また、超音波センサの出力する超音波受信
信号の信号レベルを監視し、信号レベルが所定のしきい
値以下となったときに超音波発生手段の動作を停止また
は出力ダウンさせる制御部を設けたことにより、異常検
出時に自動的に超音波発生手段を停止あるいは出力ダウ
ンさせることができ、超音波発生手段の空焚きを確実に
防止することができる。

【００３８】また、洗浄液の供給量を制御する流量調整
弁を設け、制御部によって流量調整弁の開度を調整する
ようにしたことにより、間隙部内を再び洗浄液で満たし
て正常状態に回復させることができ、洗浄動作を自動再
開することができる。

【００３９】さらに、制御部によって薄板状物体の搬送
機構の動作を制御するようにしたことにより、異常発生
時に搬送手段を自動停止させあるいは速度ダウンするこ
とができ、搬送途中にある薄板状物体に傷などが付くこ
とを防止することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施の形態の一部切断側面図であ
る。

【図２】本発明の一実施の形態の一部切断正面図であ
る。

【図３】従来のＬＣＤガラス基板用の超音波洗浄装置の
略示平面図である。

【図４】図３中のＡ−Ａ線略示断面図である。

【図５】図３中のＢ−Ｂ線略示断面図である。

【符号の説明】

１ 上側筐体 ２ 下側筐体 ３ ＬＣＤガラス基板（薄板状物体） ４ 間隙 ４ａ 先端側開口 ４ｂ 後端側開口 ５ 超音波振動子（超音波発生手段） ６ａ，７ａ 洗浄液供給用の間隙通路 ６ｂ，７ｂ 洗浄液排出用の間隙通路 ８ａ，８ｂ 流量センサ １０ ローラコンベア（搬送機構） １１ 超音波センサ １２ 超音波用発振器 １３ａ，１３ｂ 流量調整弁 １４ ローラコンベア駆動部 １５ 制御部

フロントページの続き (72)発明者 三森 健一 宮城県仙台市泉区明通三丁目31番地 株式 会社フロンテック内 (72)発明者 芳賀 宣明 宮城県仙台市泉区明通三丁目31番地 株式 会社フロンテック内 (72)発明者 笠間 泰彦 宮城県仙台市泉区明通三丁目31番地 株式 会社フロンテック内 Ｆターム(参考） 3B201 AA02 AB14 BB01 BB85 BB92 BB93 CB01 CD42 CD43

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 一対の筐体を互いに対向するよう配置
   し、該対向配置したそれぞれの筐体の各対向面の間に、
   洗浄対象とする薄板状物体が前記両筐体に接触すること
   なく通過できる程度の僅かな間隔からなる間隙部を形成
   し、該間隙部内に洗浄液を送給して所定の流速で一方の
   端から他方の端に向けて流すとともに、前記一対の筐体
   のいずれか一方の筐体の内部に超音波発生手段を固着し
   て前記間隙部に向けて超音波を放射し、洗浄液で満たさ
   れた該間隙部内に洗浄対象とする薄板状物体を挿通して
   通過させていくことにより該薄板状物体の表面を超音波
   洗浄するようにし、 前記超音波発生手段を固着した筐体とは反対側の筐体内
   に、前記超音波発生手段から放射される超音波を受信す
   る超音波センサを設け、 該超音波センサの出力する超音波受信信号の信号レベル
   の変化に基づいて前記間隙部内を満たす洗浄液の異常発
   生を検知するようにしたことを特徴とする超音波洗浄装
   置。
2. 【請求項２】 請求項１記載の超音波洗浄装置におい
   て、 前記超音波センサの出力する超音波受信信号の信号レベ
   ルを監視し、該信号レベルが所定のしきい値以下となっ
   たときに前記超音波発生手段の動作を停止または出力ダ
   ウンさせる制御部を設けたことを特徴とする超音波洗浄
   装置。
3. 【請求項３】 請求項２記載の超音波洗浄装置におい
   て、 洗浄液の供給量を制御する流量調整弁を設け、前記制御
   部によって流量調整弁の開度を調整するようにしたこと
   を特徴とする超音波洗浄装置。
4. 【請求項４】 請求項２または３記載の超音波洗浄装置
   において、 前記制御部によって薄板状物体の搬送機構の動作を制御
   するようにしたことを特徴とする超音波洗浄装置。