JP2011104472A - Ultrasonic cleaning apparatus and method of cleaning the same - Google Patents

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次郎 鶴野
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an ultrasonic cleaning apparatus having a simplified structure and being capable of effective cleaning and a method of cleaning the ultrasonic cleaning apparatus. <P>SOLUTION: The ultrasonic cleaning apparatus 1 includes a cleaning solution tank 2 storing a cleaning solution 11, a holder 3 arranged in the cleaning solution tank 2 to hold an article 10 to be cleaned, an ultrasonic sensor 4 arranged in the cleaning solution tank 2 and including two or more ultrasonic transducers 41 sending ultrasonic waves for cleaning toward the target article 10 and arranged in at least one direction and a control section controlling the ultrasonic sensor 4 so as to send ultrasonic waves for cleaning. The control section sets the time for sending ultrasonic waves for cleaning, sent by individual ultrasonic transducers 41, according to the distance from individual ultrasonic transducers 41 to the cleaning site of the target article 10. <P>COPYRIGHT: (C)2011,JPO&INPIT

Description

本発明は、超音波洗浄装置、及び超音波洗浄装置の洗浄方法に関する。   The present invention relates to an ultrasonic cleaning apparatus and a cleaning method for an ultrasonic cleaning apparatus.

従来、半導体基板、ＬＣＤ（Liquid Crystal Display）やフォトマスクのガラス基板等の被洗浄物に付着した微小な粒子等の汚れを、超音波を付与した洗浄液で洗浄する超音波洗浄装置が知られている。
ところで、半導体基板やガラス基板等の表面に回路等の微細パターン等が形成されている場合には、超音波によって微細パターンが傷つけられ、破壊されてしまうおそれがある。
そこで、被洗浄物である半導体基板やガラス基板等の表面が傷つけられ、破壊されることを防止しつつ、汚れを効果的に除去する超音波洗浄装置が知られている（例えば、特許文献１参照）。 Conventionally, there has been known an ultrasonic cleaning apparatus for cleaning fine particles adhering to an object to be cleaned such as a semiconductor substrate, an LCD (Liquid Crystal Display) or a glass substrate of a photomask with a cleaning liquid to which ultrasonic waves are applied. Yes.
By the way, when a fine pattern such as a circuit is formed on the surface of a semiconductor substrate or a glass substrate, the fine pattern may be damaged by ultrasonic waves and destroyed.
Therefore, there is known an ultrasonic cleaning apparatus that effectively removes dirt while preventing the surface of a semiconductor substrate or glass substrate to be cleaned from being damaged and destroyed (for example, Patent Document 1). reference).

特許文献１に記載の超音波洗浄装置は、ガラス基板を支持する支持台と、異なる周波数の超音波をガラス基板の表面に対して交互に集束させる超音波発生手段と、超音波発生手段を移動させる機構を有して、超音波の集束位置を調整する集束位置調整手段と、支持台を移動させる移動手段とを備える。これにより、移動手段により支持台を移動させ、支持台とともに移動するガラス基板に対して、集束位置調整手段により超音波発生手段を移動させて、超音波の集束位置を調整する。そして、超音波発生手段が異なる周波数の超音波を交互に集束させることで、所望の位置に集束位置を設定でき、ガラス基板の汚れを効果的に除去できる。   The ultrasonic cleaning apparatus described in Patent Literature 1 moves a support base that supports a glass substrate, an ultrasonic generation unit that alternately focuses ultrasonic waves of different frequencies on the surface of the glass substrate, and an ultrasonic generation unit. A focusing position adjusting means for adjusting the focusing position of the ultrasonic wave, and a moving means for moving the support base. Accordingly, the support base is moved by the moving means, and the ultrasonic wave generating means is moved by the focusing position adjusting means with respect to the glass substrate moving together with the support base, thereby adjusting the ultrasonic focusing position. And an ultrasonic wave generation means can focus an ultrasonic wave of a different frequency alternately, a focusing position can be set to a desired position, and the stain | pollution | contamination of a glass substrate can be removed effectively.

特開２００６−１１０４１８号公報JP 2006-110418 A

ところで、特許文献１に記載の超音波洗浄装置では、ガラス基板を支持する支持台を移動させる移動手段、及び超音波発生手段を移動させる機構を有する集束位置調整手段を備えることで、超音波の集束位置を所望の位置に調整して被洗浄物を洗浄している。
しかしながら、この超音波洗浄装置では、移動手段等の構造が必要となり、超音波洗浄装置が大型化し、複雑な構造となってしまうという問題がある。 By the way, the ultrasonic cleaning apparatus described in Patent Document 1 includes a moving means for moving a support base that supports the glass substrate, and a focusing position adjusting means having a mechanism for moving the ultrasonic wave generating means. The object to be cleaned is cleaned by adjusting the focusing position to a desired position.
However, this ultrasonic cleaning apparatus requires a structure such as a moving means, and there is a problem that the ultrasonic cleaning apparatus becomes large and has a complicated structure.

本発明の目的は、構造を簡素化しつつ、効果的に洗浄できる超音波洗浄装置、及び超音波洗浄装置の洗浄方法を提供することにある。   An object of the present invention is to provide an ultrasonic cleaning device and a cleaning method for the ultrasonic cleaning device that can be effectively cleaned while simplifying the structure.

本発明の超音波洗浄装置は、洗浄液中を伝播する超音波により被洗浄物を洗浄する超音波洗浄装置であって、前記洗浄液を貯留する洗浄液槽と、前記洗浄液槽内に設けられて、前記被洗浄物を支持する支持体と、前記洗浄液槽内に設けられて、前記被洗浄物に超音波を発信する複数の超音波トランスデューサーが少なくとも一方向に沿って配置される超音波センサーと、前記超音波センサーを制御して、前記超音波を発信させる制御部と、を備え、前記制御部は、前記各超音波トランスデューサーから前記被洗浄物の洗浄箇所までの距離に応じて、前記各超音波トランスデューサーから発信される超音波の発信タイミングを設定することを特徴とする。   The ultrasonic cleaning apparatus of the present invention is an ultrasonic cleaning apparatus for cleaning an object to be cleaned by ultrasonic waves propagating in a cleaning liquid, the cleaning liquid tank storing the cleaning liquid, the cleaning liquid tank provided in the cleaning liquid tank, A support for supporting an object to be cleaned, an ultrasonic sensor provided in the cleaning liquid tank, and a plurality of ultrasonic transducers for transmitting ultrasonic waves to the object to be cleaned are arranged along at least one direction; A control unit that controls the ultrasonic sensor to transmit the ultrasonic wave, and the control unit is configured to control the ultrasonic sensor according to a distance from each ultrasonic transducer to a cleaning portion of the object to be cleaned. The transmission timing of the ultrasonic wave transmitted from the ultrasonic transducer is set.

本発明では、超音波を制御する制御部は、各超音波トランスデューサーへ発信する超音波信号の発信タイミングを、各超音波トランスデューサーから洗浄箇所までの距離に応じて設定する。例えば、被洗浄物が配置される洗浄液槽内の支持体の位置や、被洗浄物の形状や寸法の情報が予め分かっていれば、洗浄箇所で超音波の位相が一致するように、各超音波トランスデューサーへ出力する各超音波信号の発信タイミングをそれぞれ設定する。これにより、被洗浄物の洗浄箇所に超音波を集束させることができ、洗浄箇所を効果的に洗浄できる。
従って、前記特許文献１に記載された超音波の集束位置を所望の位置に調整する移動手段等の機構を設けなくても、洗浄箇所に超音波の位相が一致することで、洗浄箇所を効果的に洗浄できる。これにより、構造を簡素化しつつ、被洗浄物を効果的に洗浄できる。 In this invention, the control part which controls an ultrasonic wave sets the transmission timing of the ultrasonic signal transmitted to each ultrasonic transducer according to the distance from each ultrasonic transducer to the cleaning location. For example, if the position of the support in the cleaning liquid tank in which the object to be cleaned is placed and the information on the shape and dimensions of the object to be cleaned are known in advance, The transmission timing of each ultrasonic signal output to the sonic transducer is set individually. Thereby, an ultrasonic wave can be focused on the cleaning location of the object to be cleaned, and the cleaning location can be effectively cleaned.
Accordingly, even if a mechanism such as a moving means for adjusting the ultrasonic focusing position described in Patent Document 1 to a desired position is not provided, the cleaning phase is effective by matching the phase of the ultrasonic wave to the cleaning location. Can be cleaned. Thereby, the object to be cleaned can be effectively cleaned while simplifying the structure.

本発明の超音波洗浄装置において、前記超音波センサーは、前記複数の超音波トランスデューサーが互いに直交する二方向に沿ってそれぞれ配置される二次元アレイ構造に形成されていることが好ましい。   In the ultrasonic cleaning apparatus of the present invention, it is preferable that the ultrasonic sensor is formed in a two-dimensional array structure in which the plurality of ultrasonic transducers are arranged along two directions orthogonal to each other.

超音波トランスデューサーを一方向に沿ってのみ配置した一次元であっても、超音波トランスデューサーの配置方向である一方向に対して、超音波センサーを移動させることなく、被洗浄物の洗浄箇所を洗浄することが可能である。しかしながら、超音波トランスデューサーを一方向に沿ってのみ配置した一次元の場合、超音波の集束位置を一次元方向にしか調整できないために、洗浄箇所が洗浄液槽内に広く分布している場合、全ての洗浄箇所に超音波を集束させることができないおそれがある。
これに対して、本発明では、超音波センサーは、超音波トランスデューサーを互いに直交する二方向に沿ってそれぞれ配置する二次元アレイ構造に形成される。これにより、各超音波トランスデューサーから出力される超音波は、各超音波トランスデューサーが一方向にのみ配置される場合と比べて、被洗浄物の全ての洗浄箇所に対して超音波を集束させることができる。 Even in a one-dimensional arrangement in which the ultrasonic transducer is arranged along only one direction, the object to be cleaned can be cleaned without moving the ultrasonic sensor with respect to the direction in which the ultrasonic transducer is arranged. Can be washed. However, in the one-dimensional case in which the ultrasonic transducer is arranged only along one direction, since the focus position of the ultrasonic wave can be adjusted only in the one-dimensional direction, the cleaning point is widely distributed in the cleaning liquid tank. There is a possibility that the ultrasonic waves cannot be focused on all the cleaning points.
On the other hand, in the present invention, the ultrasonic sensor is formed in a two-dimensional array structure in which ultrasonic transducers are arranged along two directions orthogonal to each other. As a result, the ultrasonic wave output from each ultrasonic transducer focuses the ultrasonic wave on all the cleaning points of the object to be cleaned, as compared with the case where each ultrasonic transducer is arranged only in one direction. be able to.

本発明の超音波洗浄装置において、前記支持体には、前記超音波センサーに対向する面に、前記洗浄液及び前記被洗浄物とは異なる音響インピーダンスを有する位置検出部が設けられることが好ましい。   In the ultrasonic cleaning apparatus of the present invention, it is preferable that the support is provided with a position detection unit having an acoustic impedance different from that of the cleaning liquid and the object to be cleaned on a surface facing the ultrasonic sensor.

ここで、超音波は、媒質の音響インピーダンスが異なる境界で一部が反射する。従って、超音波トランスデューサーから超音波が洗浄液槽内に発信されると、媒質の音響インピーダンスが異なる境界で超音波が反射されることになる。
本発明では、支持体に超音波を反射する位置検出部を備え、位置検出部の音響インピーダンスは、洗浄液及び被洗浄物の音響インピーダンスと異なるように設定されている。
このため、例えば、位置検出部の音響インピーダンスが、被洗浄物、支持体、及び洗浄液の音響インピーダンスの間となる材料を用いることで、この位置検出部からの反射強度が変化する。すなわち、被洗浄物、支持体、及び洗浄液から反射される超音波とは異なる音圧の超音波が受信される。例えば、位置検出部の音響インピーダンスが、被洗浄物、支持体、及び洗浄液の音響インピーダンスよりも大きい場合、位置検出部での反射強度が小さくなり、洗浄液槽内に発信された超音波が位置検出部から反射されにくくなる。従って、この特性を利用することで、洗浄液槽内に発信された超音波の反射波が異なる箇所が分かり、位置検出部の位置を検出できる。
また、位置検出部は、支持体に設けられているので、位置検出部の位置を検出できれば、位置検出部全体の位置を容易に検出できる。さらに、被洗浄物の形状を予め調べておくことで、支持体の位置に対して、被洗浄物の洗浄箇所がどの位置に存在するかも容易に検出できる。 Here, a part of the ultrasonic wave is reflected at a boundary where the acoustic impedance of the medium is different. Therefore, when an ultrasonic wave is transmitted from the ultrasonic transducer into the cleaning liquid tank, the ultrasonic wave is reflected at a boundary where the acoustic impedance of the medium is different.
In the present invention, the support is provided with a position detection unit that reflects ultrasonic waves, and the acoustic impedance of the position detection unit is set to be different from the acoustic impedance of the cleaning liquid and the object to be cleaned.
For this reason, for example, by using a material in which the acoustic impedance of the position detection unit is between the acoustic impedances of the object to be cleaned, the support, and the cleaning liquid, the reflection intensity from the position detection unit changes. That is, ultrasonic waves having a sound pressure different from the ultrasonic waves reflected from the object to be cleaned, the support, and the cleaning liquid are received. For example, if the acoustic impedance of the position detection unit is greater than the acoustic impedance of the object to be cleaned, the support, and the cleaning liquid, the reflection intensity at the position detection unit will be small, and the ultrasonic wave transmitted into the cleaning liquid tank will be detected It becomes difficult to be reflected from the part. Therefore, by utilizing this characteristic, the location where the reflected wave of the ultrasonic wave transmitted into the cleaning liquid tank is different can be found, and the position of the position detection unit can be detected.
Moreover, since the position detection part is provided in the support body, if the position of a position detection part can be detected, the position of the whole position detection part can be detected easily. Further, by checking the shape of the object to be cleaned in advance, it is possible to easily detect the position where the object to be cleaned exists relative to the position of the support.

本発明の超音波洗浄装置において、前記洗浄液槽内の前記被洗浄物を探索する探索モード、または前記被洗浄物を洗浄する洗浄モードに切り換えるモード切換手段と、前記超音波の波形データを有する超音波信号を生成する超音波信号生成手段と、を備え、前記超音波信号生成手段は、前記モード切換手段により前記探索モードが選択された場合に、前記被洗浄物の位置を探索する探索用超音波の前記波形データを有する前記超音波信号を生成し、前記モード切換手段により前記洗浄モードが選択された場合に、前記探索用超音波よりも、周波数及び振幅のうち少なくともいずれか一方が大きい洗浄用超音波の波形データを有する前記超音波信号を生成することが好ましい。   In the ultrasonic cleaning apparatus of the present invention, a mode switching means for switching to a search mode for searching for the object to be cleaned in the cleaning liquid tank or a cleaning mode for cleaning the object to be cleaned, and an ultrasonic wave having ultrasonic waveform data. An ultrasonic signal generation means for generating an ultrasonic signal, and the ultrasonic signal generation means searches for the position of the object to be cleaned when the search mode is selected by the mode switching means. When the ultrasonic signal having the waveform data of the sound wave is generated and the cleaning mode is selected by the mode switching means, at least one of the frequency and the amplitude is higher than that of the ultrasonic wave for search It is preferable to generate the ultrasonic signal having waveform data of ultrasonic waves for use.

ところで、洗浄液槽内において、被洗浄物の位置が分からない場合には、被洗浄物の位置を検出する必要がある。この際、洗浄液槽内に超音波を発信して、被洗浄物の位置検出をすることになるが、位置検出する超音波の周波数や振幅が大きい場合には、被洗浄物の表面が破損されてしまうおそれがある。
そこで、被洗浄物の位置検出する際に発信される超音波、及び被洗浄物の洗浄箇所を洗浄する超音波の周波数または振幅をそれぞれ設定する必要がある。具体的には、位置検出する超音波の周波数や振幅は、洗浄する超音波の周波数や振幅より小さくする必要がある。
本発明では、被洗浄物を探索する探索モード、または被洗浄物を洗浄する洗浄モードを切り換えるモード切換手段と、各モードに応じた超音波の波形データを有する超音波信号を生成する超音波信号生成手段とを備えている。そして、超音波信号生成手段は、探索モードが選択されると、探索用超音波の周波数設定値または振幅設定値に基づいた超音波信号を出力し、洗浄モードが選択されると、探索用超音波の周波数設定値または振幅設定値よりも大きい洗浄用超音波の周波数設定値または振幅設定値に基づいた超音波信号を出力する。そして、これらの超音波信号を超音波トランスデューサーに入力することで、超音波トランスデューサーから発信される超音波により、被洗浄物を破損することなく、洗浄箇所を洗浄できる。 By the way, in the cleaning liquid tank, when the position of the object to be cleaned is not known, it is necessary to detect the position of the object to be cleaned. At this time, the ultrasonic wave is transmitted into the cleaning liquid tank to detect the position of the object to be cleaned, but the surface of the object to be cleaned is damaged when the frequency and amplitude of the ultrasonic wave to detect the position are large. There is a risk that.
Therefore, it is necessary to set the frequency or amplitude of the ultrasonic wave that is transmitted when the position of the object to be cleaned is detected and the ultrasonic wave that cleans the cleaning portion of the object to be cleaned. Specifically, the frequency and amplitude of the ultrasonic wave for position detection need to be smaller than the frequency and amplitude of the ultrasonic wave to be cleaned.
In the present invention, a search mode for searching for an object to be cleaned or a mode switching means for switching a cleaning mode for cleaning an object to be cleaned, and an ultrasonic signal for generating an ultrasonic signal having ultrasonic waveform data corresponding to each mode Generating means. The ultrasonic signal generation means outputs an ultrasonic signal based on the frequency setting value or the amplitude setting value of the search ultrasonic wave when the search mode is selected, and when the cleaning mode is selected, the ultrasonic signal generation unit outputs the ultrasonic signal. An ultrasonic signal based on the frequency setting value or amplitude setting value of the cleaning ultrasonic wave larger than the frequency setting value or amplitude setting value of the sound wave is output. Then, by inputting these ultrasonic signals to the ultrasonic transducer, the cleaning portion can be cleaned by the ultrasonic wave transmitted from the ultrasonic transducer without damaging the object to be cleaned.

本発明の超音波洗浄装置において、前記超音波トランスデューサーは、前記超音波が発信されていない状態で、前記洗浄液中から入力される前記超音波を受信し、当該超音波洗浄装置は、前記超音波トランスデューサーから超音波を発信させる発信状態、及び前記洗浄液中から入力される前記超音波を受信する受信状態を切り換える受発信切換手段を備え、前記受発信切換手段は、前記モード切換手段により前記探索モードが選択された場合において、前記探索用超音波が発信される際に、前記超音波トランスデューサーを前記発信状態に切り換え、前記超音波トランスデューサーから前記探索用超音波が発信されていない状態で前記受信状態に切り換え、前記モード切換手段により前記洗浄モードが選択された場合において、前記洗浄用超音波が発信される際に、前記超音波トランスデューサーを前記発信状態に切り換えることが好ましい。   In the ultrasonic cleaning apparatus of the present invention, the ultrasonic transducer receives the ultrasonic wave input from the cleaning liquid in a state where the ultrasonic wave is not transmitted, and the ultrasonic cleaning apparatus A transmission / reception switching means for switching between a transmission state in which ultrasonic waves are transmitted from the acoustic wave transducer and a reception state in which the ultrasonic waves input from the cleaning liquid are received; When the search mode is selected, when the search ultrasonic wave is transmitted, the ultrasonic transducer is switched to the transmission state, and the search ultrasonic wave is not transmitted from the ultrasonic transducer. To the reception state, and when the cleaning mode is selected by the mode switching means, the cleaning super When the wave is transmitted, it is preferable to switch the ultrasonic transducer to the originating state.

本発明では、超音波トランスデューサーは、受発信切換手段により発信状態と、受信状態とが切り換えられる。このような構成では、超音波トランスデューサーにて、超音波の発信及び受信を兼用することができ、例えば受信用の超音波トランスデューサーと発信用の超音波トランスデューサーとをそれぞれ設けるなどの必要がない。従って、超音波センサーの部品点数を削減でき、構造を簡素化できる。   In the present invention, the ultrasonic transducer is switched between the transmission state and the reception state by the transmission / reception switching means. In such a configuration, the ultrasonic transducer can be used for both transmission and reception of ultrasonic waves. For example, it is necessary to provide an ultrasonic transducer for reception and an ultrasonic transducer for transmission, respectively. Absent. Therefore, the number of parts of the ultrasonic sensor can be reduced and the structure can be simplified.

本発明の超音波洗浄装置の洗浄方法は、上述の超音波洗浄装置の洗浄方法であって、前記超音波トランスデューサーから前記探索用超音波を発信して、前記被洗浄物の位置を探索する探索ステップと、前記探索ステップの後に、前記超音波トランスデューサーから前記探索用超音波よりも周波数及び振幅の少なくともいずれか一方が大きい波形データを有する前記洗浄用超音波を発信して、前記被洗浄物の洗浄箇所を洗浄する洗浄ステップとを備えることを特徴とする。   The ultrasonic cleaning apparatus cleaning method of the present invention is the above-described ultrasonic cleaning apparatus cleaning method, and transmits the search ultrasonic wave from the ultrasonic transducer to search for the position of the object to be cleaned. After the search step, and after the search step, the ultrasonic wave for cleaning having waveform data having at least one of frequency and amplitude larger than the ultrasonic wave for search is transmitted from the ultrasonic transducer, and the object to be cleaned And a washing step for washing a washing portion of the object.

本発明では、探索ステップにおいて、探索用超音波を用いて、被洗浄物の位置、及び洗浄箇所の位置を特定し、洗浄ステップにおいて、探索用超音波より音圧が大きい洗浄用超音波を、洗浄箇所に集束させて洗浄する。このため、探索用超音波により被洗浄物を破損することなく、正確な洗浄箇所を検出することができ、洗浄用超音波により、特定した洗浄箇所を効果的に洗浄できる。   In the present invention, in the search step, the position of the object to be cleaned and the position of the cleaning part are specified using the search ultrasonic wave, and in the cleaning step, the cleaning ultrasonic wave having a higher sound pressure than the search ultrasonic wave is obtained. Focus on the cleaning area and clean. For this reason, it is possible to detect an accurate cleaning portion without damaging the object to be cleaned by the ultrasonic for searching, and it is possible to effectively clean the specified cleaning portion by using the ultrasonic for cleaning.

本発明の本実施形態に係る超音波洗浄装置の平面図。The top view of the ultrasonic cleaning apparatus which concerns on this embodiment of this invention. 前記超音波洗浄装置の側面図。The side view of the said ultrasonic cleaning apparatus. 前記実施形態に係る超音波センサーを模式的に示す斜視図。The perspective view which shows typically the ultrasonic sensor which concerns on the said embodiment. 前記実施形態に係る超音波トランスデューサーを模式的に示す断面図。FIG. 3 is a cross-sectional view schematically showing the ultrasonic transducer according to the embodiment. 前記超音波センサーのブロック図。The block diagram of the said ultrasonic sensor. 前記実施形態に係る超音波信号発信回路の概略回路図。The schematic circuit diagram of the ultrasonic signal transmission circuit which concerns on the said embodiment. 前記実施形態に係る探索用超音波の波形を示す模式図。The schematic diagram which shows the waveform of the ultrasonic wave for a search which concerns on the said embodiment. 前記実施形態に係る洗浄用超音波の波形を示す模式図。The schematic diagram which shows the waveform of the ultrasonic wave for washing | cleaning which concerns on the said embodiment. 前記洗浄用超音波が集束位置に集束する様子を示す図。The figure which shows a mode that the said ultrasonic wave for washing | cleaning focuses on a converging position. 各洗浄用超音波信号を遅延させた状態の波形を示す図。The figure which shows the waveform of the state which delayed each ultrasonic wave signal for washing | cleaning. 各洗浄用超音波信号に遅延時間Ｔを設定した実験データを示すグラフ。The graph which shows the experimental data which set delay time T to each ultrasonic signal for washing | cleaning. 前記超音波洗浄装置の洗浄方法を示すフロー。The flow which shows the washing | cleaning method of the said ultrasonic cleaning apparatus.

以下、本発明に係る本実施形態を図面に基づいて説明する。
［超音波洗浄装置の構成］
図１は、超音波洗浄装置１の平面図であり、図２は、超音波洗浄装置１の側面図である。
超音波洗浄装置１は、被洗浄物１０を洗浄する装置であり、洗浄液槽２と、被洗浄物１０を支持する支持体３と、被洗浄物１０へ超音波を発信又は受信する超音波センサー４とを備える。
ここで、被洗浄物１０は、例えば、半導体基板やＬＣＤやフォトマスクのガラス基板であり、本実施形態では、矩形状に形成された半導体基板が用いられている。 Hereinafter, the present embodiment according to the present invention will be described with reference to the drawings.
[Configuration of ultrasonic cleaning equipment]
FIG. 1 is a plan view of the ultrasonic cleaning apparatus 1, and FIG. 2 is a side view of the ultrasonic cleaning apparatus 1.
The ultrasonic cleaning apparatus 1 is an apparatus for cleaning an object to be cleaned 10, and includes a cleaning liquid tank 2, a support 3 that supports the object to be cleaned 10, and an ultrasonic sensor that transmits or receives ultrasonic waves to the object to be cleaned 10. 4.
Here, the object to be cleaned 10 is, for example, a semiconductor substrate, a glass substrate of an LCD or a photomask, and in this embodiment, a semiconductor substrate formed in a rectangular shape is used.

洗浄液槽２は、上方が開口した容器状に形成され、被洗浄物１０を洗浄する洗浄液１１を貯留するものである。洗浄液１１には、本実施形態では、純水が用いられている。なお、洗浄液としては、純水に限定されない。すなわち、洗浄液としては、洗浄により除去した物質に応じて適宜設定できるものであり、例えば有機系洗浄液、無機系洗浄液を用いることができる。   The cleaning liquid tank 2 is formed in a container shape having an upper opening, and stores a cleaning liquid 11 for cleaning the article to be cleaned 10. In this embodiment, pure water is used for the cleaning liquid 11. The cleaning liquid is not limited to pure water. That is, the cleaning liquid can be appropriately set according to the substance removed by cleaning, and for example, an organic cleaning liquid or an inorganic cleaning liquid can be used.

支持体３は、一対の長手状の板体で形成され、これらが略平行となるように、洗浄液槽２の対向する側面に対して取り付けられている。
具体的には、支持体３は、被洗浄物１０を把持するチャック部３１と、チャック部３１に把持された被洗浄物１０を支持する支持面３２と備えている。
チャック部３１は、支持体３の支持面３２上に設けられ、被洗浄物１０を把持して支持面３２に固定するものである。一対の支持体３の超音波センサー４と対向する側の各端部（被洗浄物１０の４隅に対応する部分）には、位置検出部であるマーカー１２がそれぞれ取り付けられている。
なお、被洗浄物１０が支持体３に固定される際、一対の支持体３が被洗浄物１０の形状や大きさに応じて、近接離間するように洗浄液槽２の内側面に対して摺動し、被洗浄物１０が固定されるように構成してもよい。また、支持体３の構成としては、上記に限られず、例えば、被洗浄物１０を吊り下げて、洗浄液槽２内の所定位置で固定する構成としてもよい。 The support 3 is formed of a pair of long plate bodies, and is attached to the opposing side surfaces of the cleaning liquid tank 2 so that they are substantially parallel.
Specifically, the support 3 includes a chuck portion 31 that holds the object to be cleaned 10 and a support surface 32 that supports the object to be cleaned 10 held by the chuck portion 31.
The chuck portion 31 is provided on the support surface 32 of the support 3, and grips the object to be cleaned 10 and fixes it to the support surface 32. Markers 12 that are position detection units are respectively attached to the end portions (portions corresponding to the four corners of the object to be cleaned 10) of the pair of support bodies 3 on the side facing the ultrasonic sensor 4.
When the object to be cleaned 10 is fixed to the support 3, the pair of supports 3 slide on the inner surface of the cleaning liquid tank 2 so as to approach and separate from each other according to the shape and size of the object to be cleaned 10. It may be configured to move and to fix the object 10 to be cleaned. Further, the configuration of the support 3 is not limited to the above. For example, the support 10 may be configured to be suspended and fixed at a predetermined position in the cleaning liquid tank 2.

マーカー１２は、超音波センサー４から発信された後述する探索用超音波を受信し、また受信した探索用超音波を超音波センサー４へ反射するものであり、この探索用超音波によって、被洗浄物１０の位置が検出されるものである。このマーカー１２は、支持体３、被洗浄物１０、及び洗浄液１１とは異なる音響インピーダンスを有し、例えば本実施形態では、音響インピーダンスが支持体３及び被洗浄物１０よりも低く、洗浄液１１よりも高いポリスチレンにより形成される。また、マーカー１２は、半球体状に形成され、どの方向から入力される超音波に対しても、超音波の入力方向と同方向に反射し易い形状となっている。   The marker 12 receives a search ultrasonic wave, which will be described later, transmitted from the ultrasonic sensor 4 and reflects the received search ultrasonic wave to the ultrasonic sensor 4. The position of the object 10 is detected. The marker 12 has an acoustic impedance different from that of the support 3, the object to be cleaned 10, and the cleaning liquid 11. For example, in this embodiment, the acoustic impedance is lower than that of the support 3 and the object to be cleaned 10, and Also formed by high polystyrene. Further, the marker 12 is formed in a hemispherical shape, and has a shape that easily reflects the ultrasonic wave input from any direction in the same direction as the ultrasonic wave input direction.

［超音波センサーの構成］
図３は、超音波センサー４の構成を模式的に示す斜視図である。
超音波センサー４は、被洗浄物１０の位置を検出するための探索用超音波を発信または被洗浄物１０や支持体３、マーカー１２で反射された探索用超音波を受信する。また、超音波センサー４は、被洗浄物１０に対して洗浄用超音波を発信して被洗浄物１０を洗浄する。この超音波センサー４は、複数の超音波トランスデューサー４１と、超音波トランスデューサー４１が配置されるセンサーアレイ基板４２とを備えている。ここで、これらの複数の超音波トランスデューサー４１は、互いに直交する二方向に対してそれぞれ均等間隔で配置される二次元アレイ構造に形成されている。 [Configuration of ultrasonic sensor]
FIG. 3 is a perspective view schematically showing the configuration of the ultrasonic sensor 4.
The ultrasonic sensor 4 transmits a search ultrasonic wave for detecting the position of the object to be cleaned 10 or receives an ultrasonic wave for search reflected by the object to be cleaned 10, the support 3, and the marker 12. Further, the ultrasonic sensor 4 cleans the article to be cleaned 10 by transmitting ultrasonic waves for cleaning to the object to be cleaned 10. The ultrasonic sensor 4 includes a plurality of ultrasonic transducers 41 and a sensor array substrate 42 on which the ultrasonic transducers 41 are arranged. Here, the plurality of ultrasonic transducers 41 are formed in a two-dimensional array structure arranged at equal intervals in two directions orthogonal to each other.

センサーアレイ基板４２は、略矩形状に形成され、例えばシリコン（Ｓｉ）などの半導体形成素材により形成される。そして、このセンサーアレイ基板４２は、フレキシブル基板４３を介して制御基板４４に接続されている。
制御基板４４には、制御部４０（図５参照）が設けられている。この制御部４０は、超音波トランスデューサー４１に入力する入力信号を制御するとともに、超音波トランスデューサー４１から出力された出力信号を処理するものである。なお、制御部４０の詳細な構成の説明については、後述する。 The sensor array substrate 42 is formed in a substantially rectangular shape, and is formed of a semiconductor forming material such as silicon (Si). The sensor array substrate 42 is connected to the control substrate 44 via the flexible substrate 43.
A control unit 40 (see FIG. 5) is provided on the control board 44. The control unit 40 controls an input signal input to the ultrasonic transducer 41 and processes an output signal output from the ultrasonic transducer 41. The detailed configuration of the control unit 40 will be described later.

［超音波トランスデューサーの構成］
超音波トランスデューサー４１は、制御部４０からの信号に基づいて超音波を発信する素子であり、また、マーカー１２等で反射された超音波を受信して電気信号に変換し、制御部４０に出力する素子である。この超音波トランスデューサー４１は、上述したように、センサーアレイ基板４２の基板面に対して直交する方向から当該センサーアレイ基板４２を見た平面視（センサー平面視）において、センサーアレイ基板４２上にＸ方向及びＸ方向に直交するＹ方向に沿って、それぞれ隣接して配置されている。 [Configuration of ultrasonic transducer]
The ultrasonic transducer 41 is an element that emits an ultrasonic wave based on a signal from the control unit 40. The ultrasonic transducer 41 receives an ultrasonic wave reflected by the marker 12 or the like and converts it into an electrical signal. It is an element to output. As described above, the ultrasonic transducer 41 is placed on the sensor array substrate 42 in a plan view (sensor plan view) when the sensor array substrate 42 is viewed from a direction orthogonal to the substrate surface of the sensor array substrate 42. They are arranged adjacent to each other along the X direction and the Y direction orthogonal to the X direction.

図４は、超音波トランスデューサー４１をセンサーアレイ基板４２の厚み方向に沿って断面した状態を模式的に示す断面図である。
超音波トランスデューサー４１は、支持部４１１と、ダイアフラム４１２と、圧電体４１３とを備えている。
支持部４１１は、センサーアレイ基板４２の超音波トランスデューサー４１の配置位置に形成される部分である。この支持部４１１には、センサー平面視において矩形状に形成されて、超音波を発信、受信する開口部４１１Ａが形成されている。
開口部４１１Ａの径寸法Ｄは、ダイアフラム４１２の固有振動数に応じて、例えば約１００μｍ〜２００μｍ程度の範囲で適宜設定されている。このダイアフラム４１２が振動することで、超音波が開口部４１１Ａ側に向けて発信される。 FIG. 4 is a cross-sectional view schematically showing a state in which the ultrasonic transducer 41 is cut along the thickness direction of the sensor array substrate 42.
The ultrasonic transducer 41 includes a support portion 411, a diaphragm 412, and a piezoelectric body 413.
The support portion 411 is a portion formed at the position where the ultrasonic transducer 41 of the sensor array substrate 42 is disposed. The support 411 is formed with an opening 411A that is formed in a rectangular shape in plan view of the sensor and that transmits and receives ultrasonic waves.
The diameter D of the opening 411A is appropriately set in a range of about 100 μm to 200 μm, for example, according to the natural frequency of the diaphragm 412. As the diaphragm 412 vibrates, ultrasonic waves are transmitted toward the opening 411A.

ダイアフラム４１２は、薄膜状部材であり、支持部４１１に形成される開口部４１１Ａから、超音波トランスデューサー４１の超音波出力方向（図４中、紙面下方向）の空間に対して露出している。
このダイアフラム４１２は、例えばスパッタリングや蒸着などの手法により支持部４１１上に成膜される。また、本実施形態では、このダイアフラム４１２は、２層構成により形成され、例えば支持部４１１上に厚み寸法が３μｍのＳｉＯ２層を成膜し、このＳｉＯ２層に厚み寸法が４００ｎｍのＺｒＯ２層を成膜することで形成されている。ここで、ＺｒＯ２層は、圧電体４１３の後述する圧電膜４１３１の焼成形成時の圧電膜４１３１の剥離を防止するための層である。すなわち、圧電膜４１３１（例えばＰＺＴ（チタン酸ジルコン酸鉛））の焼成時、ＺｒＯ２層が形成されていない場合、ＰｂがＳｉＯ２層に拡散することで、ＳｉＯ２層の融点が下がり、ＳｉＯ２層の表面に気泡が生じて、この気泡によりＰＺＴが剥離してしまう。また、ＺｒＯ２層がない場合、圧電膜４１３１の歪みに対する撓み効率が低下するなどの問題もある。これに対して、ＺｒＯ２層がＳｉＯ２層に形成される場合、圧電膜４１３１の剥離や、撓み効率の低下などの不都合を回避することが可能となる。 The diaphragm 412 is a thin film-like member, and is exposed to the space in the ultrasonic output direction of the ultrasonic transducer 41 (downward in the drawing in FIG. 4) from the opening 411A formed in the support portion 411. .
The diaphragm 412 is formed on the support portion 411 by a technique such as sputtering or vapor deposition. Further, in the present embodiment, the diaphragm 412 is formed by two-layer structure, for example, the thickness on the support portion 411 by forming a SiO 2 layer of 3 [mu] m, ZrO 2 having a thickness dimension 400nm in the SiO 2 layer It is formed by forming a layer. Here, the ZrO 2 layer is a layer for preventing peeling of the piezoelectric film 4131 when the piezoelectric film 4131 described later of the piezoelectric body 413 is fired. That is, when the piezoelectric film 4131 (for example, PZT (lead zirconate titanate)) is baked, if the ZrO 2 layer is not formed, Pb diffuses into the SiO 2 layer, so that the melting point of the SiO 2 layer decreases, and SiO 2 Bubbles are generated on the surface of the two layers, and PZT is peeled off by the bubbles. Further, when there is no ZrO 2 layer, there is a problem that the bending efficiency with respect to the distortion of the piezoelectric film 4131 is lowered. On the other hand, when the ZrO 2 layer is formed on the SiO 2 layer, it is possible to avoid inconveniences such as peeling of the piezoelectric film 4131 and a decrease in the bending efficiency.

圧電体４１３は、センサー平面視において、開口部４１１Ａと同様に矩形状に形成される膜状部材である。この圧電体４１３は、圧電膜４１３１と、圧電膜４１３１に電圧を印加する電極（下部電極４１３２および上部電極４１３３）と、を備えている。   The piezoelectric body 413 is a film-like member formed in a rectangular shape in the same way as the opening 411A in the sensor plan view. The piezoelectric body 413 includes a piezoelectric film 4131 and electrodes (lower electrode 4132 and upper electrode 4133) for applying a voltage to the piezoelectric film 4131.

圧電膜４１３１は、例えばＰＺＴを膜状に形成して、厚み寸法が１.４μｍに形成される。なお、本実施形態では、圧電膜４１３１としてＰＺＴを用いるが、電圧を印加することで、面内方向に収縮することが可能な素材であれば、いかなる素材を用いてもよく、例えばチタン酸鉛（ＰｂＴｉＯ３）、ジルコン酸鉛（ＰｂＺｒＯ３）、チタン酸鉛ランタン（（Ｐｂ、Ｌａ）ＴｉＯ３）などを用いてもよい。 The piezoelectric film 4131 is formed, for example, by forming PZT into a film shape and having a thickness dimension of 1.4 μm. In this embodiment, PZT is used as the piezoelectric film 4131. However, any material may be used as long as it can be contracted in the in-plane direction by applying a voltage, for example, lead titanate. (PbTiO 3 ), lead zirconate (PbZrO 3 ), lead lanthanum titanate ((Pb, La) TiO 3 ), or the like may be used.

下部電極４１３２および上部電極４１３３は、圧電膜４１３１を挟んで形成される電極であり、下部電極４１３２は、厚み寸法が２００ｎｍとして、圧電膜４１３１のダイアフラム４１２に対向する面に形成され、上部電極４１３３は、厚み寸法が５０ｎｍとして、圧電膜４１３１のダイアフラム４１２に対向する面とは反対側の裏面側に形成されている。これらの上部電極４１３３および下部電極４１３２は、それぞれダイアフラム４１２の裏面側に形成される図示しない引出部により引き出されて、フレキシブル基板４３に接続されており、制御部４０から入力される電圧信号により圧電膜４１３１に所定の電圧を印加するとともに、圧電膜４１３から出力される電気信号を制御部４０に出力する。   The lower electrode 4132 and the upper electrode 4133 are electrodes formed with the piezoelectric film 4131 interposed therebetween, and the lower electrode 4132 is formed on the surface facing the diaphragm 412 of the piezoelectric film 4131 with a thickness dimension of 200 nm. Is formed on the back surface side opposite to the surface facing the diaphragm 412 of the piezoelectric film 4131 with a thickness dimension of 50 nm. The upper electrode 4133 and the lower electrode 4132 are each drawn out by a drawing portion (not shown) formed on the back surface side of the diaphragm 412 and connected to the flexible substrate 43, and are piezoelectric by a voltage signal inputted from the control portion 40. A predetermined voltage is applied to the film 4131 and an electric signal output from the piezoelectric film 413 is output to the control unit 40.

［制御部の構成］
図５は、超音波センサー４のブロック図である。図５では、図示の都合上、１つの超音波トランスデューサー４１のみを図示するが、実際には、複数の超音波トランスデューサー４１がそれぞれ制御部４０に接続されている。
制御部４０は、主制御部５０、モード切換手段である探索・洗浄モード切換回路４５、受発信切換手段である受発信切換回路４６、超音波信号生成手段である超音波信号発信回路４７、及び信号出力回路４８を備える。 [Configuration of control unit]
FIG. 5 is a block diagram of the ultrasonic sensor 4. In FIG. 5, only one ultrasonic transducer 41 is illustrated for convenience of illustration, but actually, a plurality of ultrasonic transducers 41 are connected to the control unit 40, respectively.
The control unit 40 includes a main control unit 50, a search / cleaning mode switching circuit 45 serving as mode switching means, a reception / transmission switching circuit 46 serving as reception / transmission switching means, an ultrasonic signal transmission circuit 47 serving as ultrasonic signal generation means, and A signal output circuit 48 is provided.

主制御部５０は、記憶部５０１、及び記憶部５０１に記憶されたプログラムを実行するＣＰＵ（Central Processing Unit）５０２等により構成されている。
記憶部５０１は、ＲＯＭ（Read Only Memory）やＲＡＭ（Random Access Memory）等のメモリーである。この記憶部５０１には、基板位置算出プログラム５０３及び集束位置算出プログラム５０４等の各種プログラムや、被洗浄物１０の洗浄箇所、形状、寸法等の情報である被洗浄物データ５０５が記憶されている。 The main control unit 50 includes a storage unit 501, a CPU (Central Processing Unit) 502 that executes a program stored in the storage unit 501, and the like.
The storage unit 501 is a memory such as a ROM (Read Only Memory) or a RAM (Random Access Memory). The storage unit 501 stores various programs such as a substrate position calculation program 503 and a focusing position calculation program 504, and object to be cleaned data 505 which is information on the cleaning location, shape, dimensions, etc. of the object to be cleaned 10. .

基板位置算出プログラム５０３は、ＣＰＵ５０２により読み出されることで実行され、超音波トランスデューサー４１で受信した探索用超音波からマーカー１２の位置を算出して、被洗浄物１０の位置を算出する。そして、基板位置算出プログラム５０３は、被洗浄物１０の位置データを記憶部５０１に記憶させる。
なお、マーカー１２の位置検出の方法については後述する。 The substrate position calculation program 503 is executed by being read by the CPU 502, calculates the position of the marker 12 from the search ultrasonic wave received by the ultrasonic transducer 41, and calculates the position of the object 10 to be cleaned. Then, the substrate position calculation program 503 causes the storage unit 501 to store the position data of the object 10 to be cleaned.
A method for detecting the position of the marker 12 will be described later.

集束位置算出プログラム５０４は、ＣＰＵ５０２により読み出されることで実行され、基板位置算出プログラム５０３により算出された被洗浄物１０の位置データ、及び被洗浄物データ５０５等を記憶部５０１から読み出して、洗浄箇所である各洗浄用超音波を集束させる位置（例えば、図９の集束位置Ｐ）を算出する。さらに、集束位置算出プログラム５０４は、各超音波トランスデューサー４１から出力される各洗浄用超音波の位相が洗浄箇所で一致するように、各洗浄用超音波の発信時間（発信タイミング）を算出して、信号出力回路４８に出力する。
各洗浄用超音波の発信タイミングは、各洗浄用超音波が洗浄箇所に到達する時間差から各超音波の遅延時間を求めることで算出される。
なお、被洗浄物１０の洗浄箇所に洗浄用超音波を集束させる方法については後述する。 The convergence position calculation program 504 is executed by being read by the CPU 502, reads out the position data of the object 10 to be cleaned, the object data 505, and the like calculated by the substrate position calculation program 503 from the storage unit 501, and cleans the cleaning position. A position (for example, a focusing position P in FIG. 9) at which each cleaning ultrasonic wave is focused is calculated. Furthermore, the focusing position calculation program 504 calculates the transmission time (transmission timing) of each cleaning ultrasonic wave so that the phase of each cleaning ultrasonic wave output from each ultrasonic transducer 41 matches at the cleaning location. To the signal output circuit 48.
The transmission timing of each cleaning ultrasonic wave is calculated by obtaining the delay time of each ultrasonic wave from the time difference at which each cleaning ultrasonic wave reaches the cleaning site.
A method for focusing the ultrasonic wave for cleaning on the cleaning portion of the article 10 will be described later.

探索・洗浄モード切換回路４５は、超音波トランスデューサー４１から発信される超音波の種類を切り換える装置である。この探索・洗浄モード切換回路４５は、探索モード（被洗浄物１０の位置を検出する探索用超音波を発信するモード）、または洗浄モード（被洗浄物１０を洗浄する洗浄用超音波を発信するモード）の各モードを有し、選択された各モードに応じた周波数設定信号（周波数設定値）を超音波信号発信回路４７へ出力する。
また、探索・洗浄モード切換回路４５は、選択されたモードに応じて、受発信切換回路４６を切り換える。 The search / cleaning mode switching circuit 45 is a device for switching the type of ultrasonic wave transmitted from the ultrasonic transducer 41. The search / cleaning mode switching circuit 45 transmits a search mode (a mode for transmitting a search ultrasonic wave for detecting the position of the object to be cleaned 10) or a cleaning mode (a cleaning ultrasonic wave for cleaning the object to be cleaned 10). The frequency setting signal (frequency setting value) corresponding to each selected mode is output to the ultrasonic signal transmission circuit 47.
Further, the search / cleaning mode switching circuit 45 switches the transmission / reception switching circuit 46 in accordance with the selected mode.

受発信切換回路４６は、探索・洗浄モード切換回路４５で選択されるモードに応じて、超音波トランスデューサー４１の超音波の受信、発信を切り換えるものである。具体的には、探索モードが選択された場合には、受発信切換回路４６は、超音波トランスデューサー４１が探索用超音波を発信、及び受信可能な状態に切り換える。一方、洗浄モードが選択された場合には、受発信切換回路４６は、超音波トランスデューサー４１が洗浄用超音波を発信可能な状態に切り換える。   The transmission / reception switching circuit 46 switches the reception and transmission of ultrasonic waves from the ultrasonic transducer 41 in accordance with the mode selected by the search / cleaning mode switching circuit 45. Specifically, when the search mode is selected, the transmission / reception switching circuit 46 switches to a state in which the ultrasonic transducer 41 can transmit and receive ultrasonic waves for search. On the other hand, when the cleaning mode is selected, the transmission / reception switching circuit 46 switches to a state in which the ultrasonic transducer 41 can transmit the cleaning ultrasonic waves.

図６は、超音波信号発信回路４７の概略回路図である。
超音波信号発信回路４７は、ＤＤＳ（Direct Digital Synthesizer：ダイレクト・ディジタル・シンセサイザー）回路を用いることで、設定した周波数の波形に基づいた超音波信号を信号出力回路４８へ出力するものである。この超音波信号発信回路４７は、探索・洗浄モード切換回路４５から入力される周波数設定値にクロックが加算されるアキュムレーター４７１（アダー４７１Ａ及びラッチ４７１Ｂ）と、１周期分の波形が記憶されている波形メモリー４７２と、アナログ信号に変換するＤ−Ａコンバーター４７３と、高周波のクロック成分を除去するＬＰＦ（Low Pass Fi1ter）４７４とを備える。
これにより、アキュムレーター４７１は、クロックに同期して周波数設定値ずつ積算していくことで、周波数設定値に比例した速度で増大するデジタルデータを出力する。このデジタルデータは、出力波形の位相に相当し、波形メモリー４７２の読み出しアドレスとなる。そして、波形メモリー４７２から読み出した波形をＤ−Ａコンバーター４７３でアナログ信号に変換すれば、設定周波数での波形のアナログ信号（超音波信号）が得られる。ここで、周波数設定値及び波形メモリー４７２に記録される信号波形の振幅が本発明の波形データを構成し、超音波信号として出力される。 FIG. 6 is a schematic circuit diagram of the ultrasonic signal transmission circuit 47.
The ultrasonic signal transmission circuit 47 outputs an ultrasonic signal based on a set frequency waveform to the signal output circuit 48 by using a DDS (Direct Digital Synthesizer) circuit. The ultrasonic signal transmission circuit 47 stores an accumulator 471 (adder 471A and latch 471B) in which a clock is added to the frequency set value input from the search / cleaning mode switching circuit 45, and a waveform for one cycle. A waveform memory 472, a DA converter 473 for converting the analog signal into an analog signal, and an LPF (Low Pass Fi1ter) 474 for removing a high-frequency clock component.
As a result, the accumulator 471 outputs digital data that increases at a speed proportional to the frequency set value by integrating the frequency set value in synchronization with the clock. This digital data corresponds to the phase of the output waveform and serves as a read address of the waveform memory 472. Then, if the waveform read from the waveform memory 472 is converted into an analog signal by the DA converter 473, an analog signal (ultrasonic signal) having a waveform at a set frequency can be obtained. Here, the frequency setting value and the amplitude of the signal waveform recorded in the waveform memory 472 constitute the waveform data of the present invention and are output as an ultrasonic signal.

ここで、超音波トランスデューサー４１から発信される超音波について説明する。
図７は、探索用超音波の波形を示す模式図である。
探索・洗浄モード切換回路４５で探索モードが選択されると、超音波信号発信回路４７は、探索モードに応じた設定周波数の探索用超音波信号を生成し、超音波トランスデューサー４１への入力信号を制御する。そして、図７に示すように、超音波トランスデューサー４１は探索用超音波を発信する。この探索用超音波には、一般に、バースト波と呼ばれるものが用いられる。このバースト波は、断続的に発信され、被洗浄物１０の表面を傷つけない程度の小さい振幅を有する探索用超音波である。本実施形態では、バースト波の波数は、５〜１０に設定されている。これは、波数が多すぎると、超音波トランスデューサー４１が探索用超音波を発信している間に、マーカー１２等で反射してきた探索用超音波を受信するおそれがあり、被洗浄物１０の位置検出が困難となるためである。 Here, the ultrasonic wave transmitted from the ultrasonic transducer 41 will be described.
FIG. 7 is a schematic diagram illustrating a waveform of the search ultrasonic wave.
When the search mode is selected by the search / cleaning mode switching circuit 45, the ultrasonic signal transmission circuit 47 generates a search ultrasonic signal having a set frequency corresponding to the search mode, and an input signal to the ultrasonic transducer 41. To control. Then, as shown in FIG. 7, the ultrasonic transducer 41 transmits search ultrasonic waves. As this search ultrasonic wave, a so-called burst wave is generally used. This burst wave is a search ultrasonic wave that is transmitted intermittently and has a small amplitude that does not damage the surface of the object 10 to be cleaned. In this embodiment, the wave number of the burst wave is set to 5-10. If the wave number is too large, the ultrasonic transducer 41 may receive the search ultrasonic wave reflected by the marker 12 or the like while transmitting the ultrasonic wave for search. This is because position detection becomes difficult.

図８は、洗浄用超音波の波形を示す模式図である。
探索・洗浄モード切換回路４５で洗浄モードが選択されると、超音波信号発信回路４７は、洗浄モードに応じた設定周波数の洗浄用超音波信号を生成し、超音波トランスデューサー４１への入力信号を制御する。そして、図８に示すように、超音波トラスデューサー４１は洗浄用超音波を発信する。この洗浄用超音波には、一般に、連続波と呼ばれるものが用いられ、探索用超音波（バースト波）の振幅よりも大きく設定され、洗浄効果を高めている。なお、洗浄用超音波にバースト波を用いてもよく、この際には波数の制限を設ける必要がない。 FIG. 8 is a schematic diagram showing a waveform of the cleaning ultrasonic wave.
When the cleaning mode is selected by the search / cleaning mode switching circuit 45, the ultrasonic signal transmission circuit 47 generates a cleaning ultrasonic signal having a set frequency corresponding to the cleaning mode, and an input signal to the ultrasonic transducer 41. To control. Then, as shown in FIG. 8, the ultrasonic transducer 41 transmits cleaning ultrasonic waves. This cleaning ultrasonic wave generally uses what is called a continuous wave, and is set larger than the amplitude of the search ultrasonic wave (burst wave) to enhance the cleaning effect. Note that a burst wave may be used as the cleaning ultrasonic wave, and in this case, there is no need to limit the wave number.

信号出力回路４８は、超音波信号発信回路４７で生成した探索用超音波信号を出力するものである。また、信号出力回路４８は、集束位置算出プログラム５０４で算出した各洗浄用超音波信号の発信時間（発信タイミング）に基づいて、各洗浄用超音波信号を各超音波トランスデューサー４１へ出力するものである。   The signal output circuit 48 outputs the search ultrasonic signal generated by the ultrasonic signal transmission circuit 47. The signal output circuit 48 outputs each cleaning ultrasonic signal to each ultrasonic transducer 41 based on the transmission time (transmission timing) of each cleaning ultrasonic signal calculated by the focusing position calculation program 504. It is.

ここで、マーカー１２を位置検出する方法について説明する。
超音波は、媒質の音響インピーダンスが異なる境界で一部が反射する。すなわち、超音波センサー４から探索用超音波が洗浄液槽２内に発信されると、媒質の音響インピーダンスが異なる境界で探索用超音波が反射される。すなわち、探索用超音波が各媒質の洗浄液１１中を伝搬し、音響インピーダンスが異なる被洗浄物１０、洗浄液１１、支持体３、及びマーカー１２に達すると、その境界で一部が反射する。このとき、反射強度Ｒｉの差から、媒質の境界が明確になる。従って、この特性を利用して、マーカー１２に被洗浄物１０、洗浄液１１、及び支持体３と異なる音響インピーダンスの材質を用いることで、マーカー１２の位置を特定することができる。なお、洗浄液槽２の内面には、探索用超音波を吸収する素材が設けられるか、または、探索用超音波を吸収する素材で洗浄液槽２を形成することが好ましい。これにより、洗浄液槽２の内面により反射される探索用超音波が減衰され、マーカー１２の位置をより特定しやすくできる。
本実施形態では、マーカー１２は、反射強度Ｒｉが被洗浄物１０及び支持体３よりも小さいポリスチレンにより形成されている。この場合、探索用超音波の反射波が弱くなる箇所がマーカー１２の位置であると検出できる。
ここで、音響インピーダンスが異なる２つの媒質の境界に探索用超音波が垂直に入射する場合の反射強度Ｒｉについて説明する。この場合、反射強度Ｒｉは、以下の式（１）で算出される。 Here, a method for detecting the position of the marker 12 will be described.
A part of the ultrasonic wave is reflected at a boundary where the acoustic impedance of the medium is different. That is, when a search ultrasonic wave is transmitted from the ultrasonic sensor 4 into the cleaning liquid tank 2, the search ultrasonic wave is reflected at a boundary where the acoustic impedance of the medium is different. That is, when the search ultrasonic wave propagates through the cleaning liquid 11 of each medium and reaches the cleaning object 10, the cleaning liquid 11, the support 3, and the marker 12 having different acoustic impedances, a part of the reflection is reflected at the boundary. At this time, the boundary of the medium becomes clear from the difference in reflection intensity R i . Therefore, the position of the marker 12 can be specified by using a material having an acoustic impedance different from that of the object to be cleaned 10, the cleaning liquid 11, and the support 3 using this characteristic. In addition, it is preferable that the inner surface of the cleaning liquid tank 2 is provided with a material that absorbs search ultrasonic waves, or the cleaning liquid tank 2 is formed of a material that absorbs search ultrasonic waves. Thereby, the ultrasonic wave for search reflected by the inner surface of the cleaning liquid tank 2 is attenuated, and the position of the marker 12 can be specified more easily.
In the present embodiment, the marker 12 is made of polystyrene having a reflection intensity R i smaller than that of the object to be cleaned 10 and the support 3. In this case, it can be detected that the position where the reflected wave of the search ultrasonic wave is weak is the position of the marker 12.
Here will be described the reflection intensity R i when the acoustic impedance ultrasonic searched boundary two different media are incident perpendicularly. In this case, the reflection intensity R i is calculated by the following equation (1).

Figure 2011104472
Figure 2011104472

ここで、洗浄液槽２内に貯留される洗浄液（純水）１１の音響インピーダンスＺ１は、１.５×１０６（kg/m２・s）である。
また、被洗浄物１０（金属製の半導体基板）の音響インピーダンスＺ２は、４６.８×１０６（kg/m２・s）、マーカー１２（ポリスチレン）の音響インピーダンスＺ２は、２.４８×１０６（kg/m２・s）である。
式（１）を用いると、被洗浄物１０から反射する探索用超音波の反射強度Ｒｉは、０.８７９であり、マーカー１２から反射する探索用超音波の反射強度Ｒｉは、０.０６１である。すなわち、マーカー１２の反射強度Ｒｉは、被洗浄物１０の反射強度Ｒｉと比べて、かなり小さい値となるため、マーカー１２の位置が特定できる。ここで、マーカー１２の材質は、音響インピーダンスが被洗浄物１０と洗浄液１１との間の値であるものを用いればよい。なお、支持体３も被洗浄物１０と同様に、マーカー１２よりも大きい反射強度Ｒｉを有するものであるため、ここでの説明を省略する。 Here, the acoustic impedance Z 1 of the cleaning liquid (pure water) 11 stored in the cleaning liquid tank 2 is 1.5 × 10 6 (kg / m 2 · s).
The acoustic impedance Z 2 of the object to be cleaned 10 (metal semiconductor substrate) is, 46.8 × 10 6 (kg / m 2 · s), the acoustic impedance Z 2 of the markers 12 (polystyrene) is 2.48 × 10 6 (kg / m 2 · s).
When Expression (1) is used, the reflection intensity R i of the search ultrasonic wave reflected from the object to be cleaned 10 is 0.879, and the reflection intensity R i of the search ultrasonic wave reflected from the marker 12 is 0.8. 061. That is, since the reflection intensity R i of the marker 12 is considerably smaller than the reflection intensity R i of the article 10 to be cleaned, the position of the marker 12 can be specified. Here, the material of the marker 12 may be a material whose acoustic impedance is a value between the object to be cleaned 10 and the cleaning liquid 11. Since the support 3 also has a reflection intensity R i that is larger than that of the marker 12 as in the case of the object to be cleaned 10, the description thereof is omitted here.

次に、被洗浄物１０の洗浄箇所に洗浄用超音波を集束させる方法について説明する。
図９は、各超音波トランスデューサー４１から発信された各洗浄用超音波が集束位置Ｐに集束する様子を示す図である。集束位置Ｐは、被洗浄物１０の洗浄箇所を示している。なお、説明の簡略化のため、ここでは、一方向に配設された超音波トランスデューサー４１（1次元アレイ構造）による超音波の集束について説明する。
図９に示すように、Ｎ個の超音波トランスデューサー４１がＸ軸を中心として対称となるように、Ｙ軸上に等間隔で配置され、各超音波トランスデューサー４１に対応してＮ個の信号出力回路４８（τ１〜τＮ）が配置される。
ここで、Ｏ点からＹ軸上のＹｉ点の位置にある超音波トランスデューサー４１までの距離をｙｉとし、Ｘ軸と、Ｏ点及び集束位置Ｐを結ぶ直線とのなす角度をθとする。また、距離Ｆは、集束位置ＰからＹ軸までの距離である。
そして、Ｙｉの位置にある超音波トランスデューサー４１から発信される洗浄用超音波が集束位置Ｐに到達する到達時間τ（ｉ）は、以下の式（２）で算出される。なお、cは、音速である。 Next, a method for focusing the cleaning ultrasonic wave on the cleaning portion of the object to be cleaned 10 will be described.
FIG. 9 is a diagram illustrating a state in which each cleaning ultrasonic wave transmitted from each ultrasonic transducer 41 is focused on the focusing position P. FIG. The converging position P indicates the cleaning location of the object 10 to be cleaned. For simplification of explanation, focusing of ultrasonic waves by the ultrasonic transducers 41 (one-dimensional array structure) arranged in one direction will be described here.
As shown in FIG. 9, N ultrasonic transducers 41 are arranged at equal intervals on the Y axis so as to be symmetric about the X axis, and N ultrasonic transducers 41 correspond to each ultrasonic transducer 41. A signal output circuit 48 (τ 1 to τ N ) is arranged.
Here, the distance from the O point to the ultrasonic transducer 41 at the Y i point on the Y axis is y i , and the angle between the X axis and the straight line connecting the O point and the focusing position P is θ. To do. The distance F is a distance from the focusing position P to the Y axis.
The arrival time τ (i) for the cleaning ultrasonic wave transmitted from the ultrasonic transducer 41 at the position Y i to reach the convergence position P is calculated by the following equation (2). Note that c is the speed of sound.

Figure 2011104472
Figure 2011104472

これにより、Ｙ軸上に配置されたＮ個の各超音波トランスデューサー４１から集束位置Ｐへの洗浄用超音波の到達時間τ（１）〜τ（Ｎ）が求められる。
ここで、図９に示す例では、Ｙ軸上の各超音波トランスデューサー４１の配置位置から集束位置Ｐまでの距離から鑑みて、Ｙ軸上に配置されたＮ個の超音波トランスデューサー４１のうち、Ｙ１点に配置された超音波トランスデューサー４１の集束位置Ｐへの到達時間τ（１）が最長となり、ＹＮ点に配置された超音波トランスデューサー４１の集束位置Ｐへの到達時間τ（Ｎ）が最短となる。すなわち、Ｙ１点からＹＮ点に向けて、超音波トランスデューサー４１から発信される洗浄用超音波の集束位置Ｐまでの到達時間が順に長くなる。
これにより、例えば、Ｙ１点に配置された超音波トランスデューサー４１から発信される洗浄用超音波が集束位置Ｐに到達する到達時間τ（１）とＹ２点に配置された超音波トランスデューサー４１から発信される洗浄用超音波が集束位置Ｐに到達する到達時間τ（２）とで時間差が生じる。この時間差が遅延時間Ｔ１となる。
そこで、まず、Ｙ１点に配置された超音波トランスデューサー４１から洗浄用超音波が発信された後、到達時間τ（１）と到達時間τ（２）との時間差Ｔ１（＝τ（１）−τ（２））経過後に、Ｙ２点に配置された超音波トランスデューサー４１から洗浄用超音波が発信されるように設定する。
次に、Ｙ２点に配置された超音波トランスデューサー４１から洗浄用超音波が発信された後、到達時間τ（２）と到達時間τ（３）との時間差Ｔ２（＝τ（２）−τ（３））経過後に、Ｙ３点に配置された超音波トランスデューサー４１から洗浄用超音波が発信されるように設定する。以降、同様にして、Ｙｉ点に配置された超音波トランスデューサー４１から洗浄用超音波が発信するための遅延時間Ｔｉ、すなわち発信タイミングを算出することができる。 As a result, the arrival times τ (1) to τ (N) of the cleaning ultrasonic waves from the N ultrasonic transducers 41 arranged on the Y axis to the focusing position P are obtained.
Here, in the example shown in FIG. 9, in view of the distance from the arrangement position of each ultrasonic transducer 41 on the Y axis to the focusing position P, the N ultrasonic transducers 41 arranged on the Y axis. of, Y arrival time tau (1) to the focusing position P of the ultrasonic transducer 41 arranged at one point becomes the maximum, the time to reach the focused position P Y N ultrasonic disposed point transducer 41 τ (N) is the shortest. In other words, the arrival time of the cleaning ultrasonic wave transmitted from the ultrasonic transducer 41 to the focusing position P increases in order from Y 1 point to Y N point.
Thus, for example, ultrasonic transducers for washing ultrasonic wave transmitted from the ultrasonic transducer 41 arranged in Y 1 point is arranged in the arrival time tau (1) and Y 2 points to reach the focused position P There is a time difference between the arrival time τ (2) at which the cleaning ultrasonic wave transmitted from 41 reaches the convergence position P. This time difference is the delay time T 1.
Therefore, first, after a cleaning ultrasonic wave is transmitted from the ultrasonic transducer 41 arranged at the Y 1 point, a time difference T 1 (= τ (1) between the arrival time τ (1) and the arrival time τ (2). ) -τ (2)) after the lapse, set as washing ultrasonic wave is transmitted from the ultrasonic transducer 41 arranged in Y 2 points.
Next, after a cleaning ultrasonic wave is transmitted from the ultrasonic transducer 41 arranged at the Y 2 point, a time difference T 2 (= τ (2)) between the arrival time τ (2) and the arrival time τ (3). in-tau (3)) after set so that washing ultrasonic wave is transmitted from the ultrasonic transducer 41 arranged in Y 3 points. Thereafter, likewise, it is possible to calculate Y i delay time for cleaning ultrasonic wave transmitted from the ultrasonic transducer 41 arranged in point T i, i.e. the transmission timing.

次に、各洗浄用超音波信号の発信時間を遅延させた場合の各洗浄用超音波信号の波形について説明する。
図１０は、各洗浄用超音波信号の発信時間を遅延させた状態の波形を示す図である。この図１０では、超音波信号発信回路４７から出力された洗浄用超音波信号を信号出力回路４８（τ１〜３）により発信時間を遅延させた波形Ｓ１〜波形Ｓ３のみを示している。
図１０に示すように、信号出力回路４８（τ１）は、波形Ｓ１の洗浄用超音波信号を出力した後、時間Ｔ１経過後に、信号出力回路４８（τ２）は、波形Ｓ２の洗浄用超音波信号出力する。これにより、洗浄箇所である集束位置Ｐにおいて、波形Ｓ１と波形Ｓ２との位相が揃う。また、信号出力回路４８（τ２）は、波形Ｓ２の洗浄用超音波信号を出力した後、時間Ｔ２経過後に、信号出力回路４８（τ３）は、波形Ｓ３の洗浄用超音波信号を出力する。これにより、洗浄箇所である集束位置Ｐにおいて、波形Ｓ２と波形Ｓ３との位相が揃うとともに、波形Ｓ１〜波形Ｓ３の位相が揃う。
これをＹＮ点に配置された超音波トランスデューサー４１まで順に繰り返すことで、Ｙ１点〜ＹＮ点に配置された各超音波トランスデューサー４１から発信される各洗浄用超音波が集束位置Ｐに同時に到達し、各洗浄用超音波が集束位置Ｐで位相が一致して、重なり合って強められる。 Next, the waveform of each cleaning ultrasonic signal when the transmission time of each cleaning ultrasonic signal is delayed will be described.
FIG. 10 is a diagram illustrating waveforms in a state in which the transmission time of each cleaning ultrasonic signal is delayed. FIG. 10 shows only waveforms S 1 to S 3 obtained by delaying the transmission time of the cleaning ultrasonic signal output from the ultrasonic signal transmission circuit 47 by the signal output circuit 48 (τ 1-3 ). .
As shown in FIG. 10, the signal output circuit 48 (tau 1), after outputting a cleaning ultrasonic signal waveform S 1, after the time T 1 has elapsed, the signal output circuit 48 (tau 2), the waveform S 2 Output ultrasonic signal for cleaning. Thus, in the focused position P is cleaned portion, the phase of the waveform S 1 and the waveform S 2 are aligned. The signal output circuit 48 (τ 2 ) outputs the cleaning ultrasonic signal having the waveform S 2 , and after the time T 2 has elapsed, the signal output circuit 48 (τ 3 ) outputs the cleaning ultrasonic wave having the waveform S 3. Output a signal. Thus, in the focused position P is washed locations, with a phase aligned with the waveform S 2 and the waveform S 3, the phase of the waveform S 1 ~ waveform S 3 are aligned.
This is repeated in order until Y N ultrasonic disposed point transducer 41, the cleaning ultrasound focusing position P transmitted from the ultrasonic transducers 41 arranged in Y 1 point to Y N points At the same time, the ultrasonic waves for cleaning have the same phase at the focusing position P, and are superposed and strengthened.

図１１は、各洗浄用超音波信号に遅延時間Ｔを設定した実験データを示すグラフである。
図１１では、例えば、集束位置Ｐの座標をＸ＝１０、Ｙ＝−５に設定した場合、各超音波トランスデューサー４１から発信される各洗浄用超音波の遅延時間を示している。
この例では、遅延時間Ｔ１＝０．００（ｕｓ），Ｔ２＝０．６７（ｕｓ），Ｔ３＝１．３４（ｕｓ），Ｔ４＝２．００（ｕｓ），Ｔ５＝２．６６（ｕｓ），Ｔ６＝３．３１（ｕｓ），Ｔ７＝３．９６（ｕｓ），Ｔ８＝４．６０（ｕｓ）に設定され、これにより集束位置Ｐ（１０、−５）において、各洗浄用超音波が集束される。 FIG. 11 is a graph showing experimental data in which a delay time T is set for each cleaning ultrasonic signal.
In FIG. 11, for example, when the coordinates of the focusing position P are set to X = 10 and Y = −5, the delay time of each cleaning ultrasonic wave transmitted from each ultrasonic transducer 41 is shown.
In this example, delay times T 1 = 0.00 (us), T 2 = 0.67 (us), T 3 = 1.34 (us), T 4 = 2.00 (us), T 5 = 2. .66 (us), T 6 = 3.31 (us), T 7 = 3.96 (us), and T 8 = 4.60 (us), thereby focusing position P (10, −5) , Each cleaning ultrasonic wave is focused.

［超音波洗浄装置の洗浄方法］
被洗浄物１０を洗浄する超音波洗浄装置１の洗浄方法について、図１２に示すフローを参照して説明する。
まず、被洗浄物１０を洗浄液槽２内の支持体３のチャック部３１により把持し、被洗浄物１０を支持体３に固定する（ステップＳ１）。
次に、制御部４０の探索・洗浄モード切換回路４５にて探索モードを選択する（ステップＳ２：探索ステップ）。探索モードが選択されると、受発信切換回路４６は、超音波トランスデューサー４１が探索用超音波を発信、及び受信可能な状態に切り換える。また、探索・洗浄モード切換回路４５は、超音波信号発信回路４７へ探索モードに応じた周波数設定信号（周波数設定値）を出力する。超音波信号発信回路４７は、ＤＤＳ回路により探索用超音波信号を生成して、信号出力回路４８へ出力する（ステップＳ３：探索ステップ）。
この時、受発信切換回路４６は、超音波トランスデューサー４１を発信状態に設定する。これにより、超音波トランスデューサー４１は、信号出力回路４８から探索用超音波信号が入力されると、洗浄液槽２内に探索用超音波を発信する（ステップＳ４：探索ステップ）。 [Cleaning method of ultrasonic cleaning equipment]
A cleaning method of the ultrasonic cleaning apparatus 1 for cleaning the object to be cleaned 10 will be described with reference to a flow shown in FIG.
First, the object to be cleaned 10 is held by the chuck portion 31 of the support 3 in the cleaning liquid tank 2, and the object 10 to be cleaned is fixed to the support 3 (step S1).
Next, the search mode is selected by the search / cleaning mode switching circuit 45 of the control unit 40 (step S2: search step). When the search mode is selected, the transmission / reception switching circuit 46 switches to a state in which the ultrasonic transducer 41 can transmit and receive ultrasonic waves for search. The search / cleaning mode switching circuit 45 outputs a frequency setting signal (frequency setting value) corresponding to the search mode to the ultrasonic signal transmission circuit 47. The ultrasonic signal transmission circuit 47 generates a search ultrasonic signal by the DDS circuit and outputs it to the signal output circuit 48 (step S3: search step).
At this time, the transmission / reception switching circuit 46 sets the ultrasonic transducer 41 to the transmission state. As a result, when the search ultrasonic signal is input from the signal output circuit 48, the ultrasonic transducer 41 transmits the search ultrasonic wave into the cleaning liquid tank 2 (step S4: search step).

また、探索用超音波信号を発信した後、受発信切換回路４６は、超音波トランスデューサー４１を受信状態に設定する。探索用超音波が洗浄液槽２内に発信されると、媒質の音響インピーダンスが異なる境界で探索用超音波が反射され、超音波トランスデューサー４１は、探索用超音波を受信する。そして、ＣＰＵ５０２は、記憶部５０１から基板位置算出プログラム５０３を読み出し、超音波トランスデューサー４１で受信した探索用超音波からマーカー１２の位置を算出して、被洗浄物１０の位置を算出する（ステップＳ５：探索ステップ）。そして、基板位置算出プログラム５０３は、被洗浄物１０の位置データを記憶部５０１に記憶させる。
次に、ＣＰＵ５０２は、記憶部５０１から集束位置算出プログラム５０４、被洗浄物１０の位置データ、及び被洗浄物データ５０５等を読み出して、洗浄箇所である各洗浄用超音波を集束させる位置（集束位置Ｐ）を算出する。さらに、集束位置算出プログラム５０４は、各洗浄用超音波の位相を集束位置Ｐで一致するように、各洗浄用超音波の発信時間を算出して、信号出力回路４８に出力する（ステップＳ６：探索ステップ）。 After transmitting the search ultrasonic signal, the transmission / reception switching circuit 46 sets the ultrasonic transducer 41 to the reception state. When the search ultrasonic wave is transmitted into the cleaning liquid tank 2, the search ultrasonic wave is reflected at the boundary where the acoustic impedance of the medium is different, and the ultrasonic transducer 41 receives the search ultrasonic wave. Then, the CPU 502 reads the substrate position calculation program 503 from the storage unit 501, calculates the position of the marker 12 from the search ultrasonic wave received by the ultrasonic transducer 41, and calculates the position of the object to be cleaned 10 (step S <b> 100). S5: Search step). Then, the substrate position calculation program 503 causes the storage unit 501 to store the position data of the object 10 to be cleaned.
Next, the CPU 502 reads the focus position calculation program 504, the position data of the object 10 to be cleaned, the object data 505, and the like from the storage unit 501, and focuses the ultrasonic waves for cleaning that are the cleaning points (the focus). The position P) is calculated. Further, the focusing position calculation program 504 calculates the transmission time of each cleaning ultrasonic wave so that the phase of each cleaning ultrasonic wave coincides with the focusing position P, and outputs it to the signal output circuit 48 (step S6: Search step).

ここで、探索・洗浄モード切換回路４５は、洗浄モードに切り換える（ステップＳ７：洗浄ステップ）。
そして、洗浄モードが選択されると、受発信切換回路４６は、超音波トランスデューサー４１が洗浄用超音波を発信可能な状態に切り換える。また、探索・洗浄モード切換回路４５は、超音波信号発信回路４７へ洗浄モードに応じた周波数設定信号（周波数設定値）を出力する。超音波信号発信回路４７は、ＤＤＳ回路により洗浄用超音波信号を生成して、信号出力回路４８へ出力する（ステップＳ８：洗浄ステップ）。
信号出力回路４８は、集束位置算出プログラム５０４で算出された各洗浄用超音波信号の発信時間に基づいて、各洗浄用超音波信号を各超音波トランスデューサー４１へ出力して、各超音波トランスデューサー４１は、洗浄液槽２内に各洗浄用超音波を発信する（ステップＳ９：洗浄ステップ）。そして、各洗浄用超音波は、順次、発信時間に基づいて発信されるため、集束位置Ｐに同時に到達し、集束位置Ｐで位相が一致することとなる。 Here, the search / cleaning mode switching circuit 45 switches to the cleaning mode (step S7: cleaning step).
When the cleaning mode is selected, the transmission / reception switching circuit 46 switches to a state in which the ultrasonic transducer 41 can transmit the cleaning ultrasonic waves. The search / cleaning mode switching circuit 45 outputs a frequency setting signal (frequency setting value) corresponding to the cleaning mode to the ultrasonic signal transmission circuit 47. The ultrasonic signal transmission circuit 47 generates a cleaning ultrasonic signal by the DDS circuit and outputs it to the signal output circuit 48 (step S8: cleaning step).
The signal output circuit 48 outputs each cleaning ultrasonic signal to each ultrasonic transducer 41 based on the transmission time of each cleaning ultrasonic signal calculated by the focusing position calculation program 504, and outputs each ultrasonic transducer. The reducer 41 transmits each cleaning ultrasonic wave into the cleaning liquid tank 2 (step S9: cleaning step). Since each cleaning ultrasonic wave is sequentially transmitted based on the transmission time, it reaches the converging position P at the same time, and the phase coincides at the converging position P.

上述した本実施形態の超音波洗浄装置１、及び超音波洗浄装置１の洗浄方法によれば、以下の効果を奏する。
本実施形態の超音波洗浄装置１によれば、洗浄用超音波を制御する制御部４０は、各超音波トランスデューサー４１へ発信する洗浄用超音波信号の発信時間を、各超音波トランスデューサーから洗浄箇所までの距離に応じて、式（２）を用いて設定する。そこで、記憶部５０１に予め記憶された被洗浄物１０が配置される洗浄液槽２内の支持体３の位置や、被洗浄物１０の形状や寸法の情報から、洗浄箇所で洗浄用超音波の位相が一致するように、各超音波トランスデューサー４１へ出力する各洗浄用超音波信号の発信時間をそれぞれ設定する。これにより、被洗浄物１０の洗浄箇所に洗浄用超音波を集束させることができ、洗浄箇所を効果的に洗浄できる。
従って、例えば洗浄用超音波の集束位置を所望の位置に調整する移動手段等の機構を設ける必要がなく、簡単な構成で、洗浄箇所に洗浄用超音波の位相が一致することで、洗浄箇所を効果的に洗浄できる。これにより、構造を簡素化しつつ、被洗浄物１０を効果的に洗浄できる。 According to the ultrasonic cleaning apparatus 1 and the cleaning method of the ultrasonic cleaning apparatus 1 of the present embodiment described above, the following effects are obtained.
According to the ultrasonic cleaning apparatus 1 of the present embodiment, the control unit 40 that controls the cleaning ultrasonic wave transmits the transmission time of the cleaning ultrasonic signal transmitted to each ultrasonic transducer 41 from each ultrasonic transducer. It sets using Formula (2) according to the distance to a washing location. Therefore, the ultrasonic waves for cleaning at the cleaning location are determined from the position of the support 3 in the cleaning liquid tank 2 where the object 10 to be cleaned, which is stored in advance in the storage unit 501, and the shape and dimensions of the object 10 to be cleaned. The transmission time of each cleaning ultrasonic signal to be output to each ultrasonic transducer 41 is set so that the phases match. Thereby, the ultrasonic wave for washing | cleaning can be focused on the washing | cleaning location of the to-be-cleaned object 10, and a cleaning location can be wash | cleaned effectively.
Therefore, for example, there is no need to provide a mechanism such as a moving means for adjusting the focusing position of the cleaning ultrasonic wave to a desired position, and the cleaning ultrasonic wave phase is matched with the cleaning point with a simple configuration. Can be cleaned effectively. Thereby, the to-be-cleaned object 10 can be effectively cleaned while simplifying the structure.

また、超音波センサー４は、超音波トランスデューサー４１を互いに直交する二方向に沿ってそれぞれ配置する二次元アレイ構造に形成される。超音波トランスデューサー４１を一方向に沿ってのみ配置した一次元である場合、超音波の集束位置を一次元方向にしか調整できないために、例えば、洗浄箇所が洗浄液槽２内に広く分布していると、全ての洗浄箇所に超音波を集束させることができないおそれがある。そこで、二次元アレイ構造に形成される超音波センサー４において、各超音波トランスデューサー４１から出力される超音波は、各超音波トランスデューサー４１が一方向にのみ配置される場合と比べて、被洗浄物１０の全ての洗浄箇所に対して超音波を集束させることができる。   The ultrasonic sensor 4 is formed in a two-dimensional array structure in which the ultrasonic transducers 41 are arranged along two directions orthogonal to each other. In the case of a one-dimensional arrangement in which the ultrasonic transducer 41 is arranged only in one direction, the focus position of the ultrasonic wave can be adjusted only in the one-dimensional direction. If there is, there is a possibility that the ultrasonic waves cannot be focused on all the cleaning parts. Therefore, in the ultrasonic sensor 4 formed in the two-dimensional array structure, the ultrasonic wave output from each ultrasonic transducer 41 is compared with the case where each ultrasonic transducer 41 is arranged only in one direction. The ultrasonic waves can be focused on all the cleaning parts of the cleaning object 10.

さらに、支持体３に探索用超音波を受信して反射するマーカー１２を備え、マーカー１２の音響インピーダンスは、被洗浄物１０、洗浄液１１、及び支持体３の音響インピーダンスと異なるように設定されている。すなわち、マーカー１２の音響インピーダンスが、洗浄液１１、支持体３、及び被洗浄物１０の音響インピーダンスの間となるポリスチレンを用いているので、マーカー１２の反射強度Ｒｉは、支持体３及び被洗浄物１０の反射強度Ｒｉと比べて、かなり小さい値となる。そのため、洗浄液槽２内に発信された探索用超音波がマーカー１２から反射されにくくなる。従って、この性質を利用することで、洗浄液槽２内に発信された探索用超音波の反射波が異なる箇所が分かり、マーカー１２の位置を検出できる。
また、マーカー１２は、支持体３に設けられているので、マーカー１２の位置を検出できれば、マーカー１２全体の位置を容易に検出できる。さらに、被洗浄物１０の形状を予め調べておくことで、支持体３の位置に対して、被洗浄物１０の洗浄箇所がどの位置に存在するかも容易に検出できる。 Further, the support 3 is provided with a marker 12 that receives and reflects the search ultrasonic wave, and the acoustic impedance of the marker 12 is set to be different from the acoustic impedance of the object to be cleaned 10, the cleaning liquid 11, and the support 3. Yes. That is, since the polystyrene having an acoustic impedance of the marker 12 between the cleaning liquid 11, the support 3 and the acoustic impedance of the object to be cleaned 10 is used, the reflection intensity R i of the marker 12 is determined based on the support 3 and the object to be cleaned. Compared to the reflection intensity R i of the object 10, the value is considerably small. Therefore, the search ultrasonic wave transmitted into the cleaning liquid tank 2 is not easily reflected from the marker 12. Therefore, by utilizing this property, the location where the reflected waves of the ultrasonic waves for search transmitted into the cleaning liquid tank 2 are different can be known, and the position of the marker 12 can be detected.
Further, since the marker 12 is provided on the support 3, if the position of the marker 12 can be detected, the position of the entire marker 12 can be easily detected. Further, by checking the shape of the object to be cleaned 10 in advance, it is possible to easily detect the position where the object to be cleaned 10 is present with respect to the position of the support 3.

さらに、被洗浄物１０を探索する探索モード、または被洗浄物１０を洗浄する洗浄モードを切り換える探索・洗浄モード切換回路４５と、各モードに応じた超音波の波形データを有する超音波信号を生成する超音波信号発信回路４７とを備えている。そして、超音波信号発信回路４７は、探索モードが選択されると、探索用超音波の周波数設定値に基づいた探索用超音波信号を出力し、洗浄モードが選択されると、探索用超音波の周波数設定値よりも大きい洗浄用超音波の周波数設定値に基づいた洗浄用超音波信号を出力する。そして、これらの超音波信号を超音波トランスデューサー４１に入力することで、超音波トランスデューサー４１から発信される超音波により、被洗浄物１０を破損することを防止でき、洗浄箇所を効果的に洗浄できる。   Further, a search mode for searching for the object to be cleaned 10 or a search / cleaning mode switching circuit 45 for switching a cleaning mode for cleaning the object to be cleaned 10 and an ultrasonic signal having ultrasonic waveform data corresponding to each mode are generated. And an ultrasonic signal transmission circuit 47. When the search mode is selected, the ultrasonic signal transmission circuit 47 outputs a search ultrasonic signal based on the frequency setting value of the search ultrasonic wave. When the cleaning mode is selected, the ultrasonic search signal is output. A cleaning ultrasonic signal based on the frequency setting value of the cleaning ultrasonic wave larger than the frequency setting value is output. Then, by inputting these ultrasonic signals to the ultrasonic transducer 41, it is possible to prevent the object to be cleaned 10 from being damaged by the ultrasonic wave transmitted from the ultrasonic transducer 41, and to effectively place the cleaning portion. Can be washed.

また、超音波トランスデューサー４１は、受発信切換回路４６により発信状態と、受信状態とが切り換えられる。このような構成では、超音波トランスデューサー４１にて、超音波の発信及び受信を兼用することができ、例えば受信用の超音波トランスデューサーと発信用の超音波トランスデューサーとをそれぞれ設けるなどの必要がない。従って、超音波センサー４の部品点数を削減でき、構造を簡素化できる。   The ultrasonic transducer 41 is switched between a transmission state and a reception state by a transmission / reception switching circuit 46. In such a configuration, the ultrasonic transducer 41 can be used for both transmission and reception of ultrasonic waves. For example, it is necessary to provide an ultrasonic transducer for reception and an ultrasonic transducer for transmission, respectively. There is no. Therefore, the number of parts of the ultrasonic sensor 4 can be reduced and the structure can be simplified.

本実施形態の超音波洗浄装置１の洗浄方法によれば、探索ステップ（図１２のＳ２〜Ｓ６）において、探索用超音波を用いて、被洗浄物１０の位置、及び洗浄箇所の位置を特定し、洗浄ステップ（図１２のＳ７〜Ｓ９）において、探索用超音波より音圧が大きい洗浄用超音波を、洗浄箇所に集束させて洗浄する。このため、探索用超音波により被洗浄物１０を破損することなく、正確な洗浄箇所を検出することができ、洗浄用超音波により、特定した洗浄箇所を効果的に洗浄できる。   According to the cleaning method of the ultrasonic cleaning apparatus 1 of the present embodiment, in the search step (S2 to S6 in FIG. 12), the position of the object to be cleaned 10 and the position of the cleaning location are specified using the search ultrasonic waves. In the cleaning step (S7 to S9 in FIG. 12), the cleaning ultrasonic wave having a sound pressure higher than that of the search ultrasonic wave is focused on the cleaning portion and cleaned. For this reason, it is possible to detect an accurate cleaning portion without damaging the object 10 to be cleaned by the search ultrasonic wave, and the specified cleaning portion can be effectively cleaned by the ultrasonic wave for cleaning.

［実施形態の変形］
なお、本発明は前述の実施形態に限定されるものではなく、本発明の目的を達成できる範囲での変形、改良等は本発明に含まれるものである。
前記実施形態では、超音波センサー４は、超音波トランスデューサー４１を二次元アレイ構造に形成したが、一次元アレイ構造であってもよい。この場合、超音波の集束位置を一次元方向にしか調整できないために、例えば、洗浄箇所が洗浄液槽２内に広く分布していると、全ての洗浄箇所に超音波を集束させることができないことも考えられるが、より多くの超音波トランスデューサー４１を設けたりすることで、被洗浄物１０の全ての洗浄箇所に対して超音波を集束させることができる。
前記実施形態では、位置検出部としてポリスチレンのマーカーを用いたが、マーカーの材料は、洗浄液１１と被洗浄物１０との間の音響インピーダンスを有するものであればよく、例えば、ガラス製であってもよい。なお、ガラスの音響インピーダンスは、１２．８×１０６（kg/m２・s）である。 [Modification of Embodiment]
It should be noted that the present invention is not limited to the above-described embodiments, and modifications, improvements, and the like within the scope that can achieve the object of the present invention are included in the present invention.
In the embodiment, the ultrasonic sensor 4 has the ultrasonic transducer 41 formed in a two-dimensional array structure, but may have a one-dimensional array structure. In this case, since the ultrasonic focusing position can be adjusted only in a one-dimensional direction, for example, if the cleaning spots are widely distributed in the cleaning liquid tank 2, the ultrasonic waves cannot be focused on all the cleaning spots. However, by providing more ultrasonic transducers 41, it is possible to focus the ultrasonic waves on all the cleaning portions of the object 10 to be cleaned.
In the above embodiment, a polystyrene marker is used as the position detection unit. However, the marker material only needs to have an acoustic impedance between the cleaning liquid 11 and the object to be cleaned 10, and is made of, for example, glass. Also good. The acoustic impedance of the glass is 12.8 × 10 6 (kg / m 2 · s).

前記実施形態では、超音波信号発信回路４７は、探索・洗浄モード切換回路４５から入力される周波数設定値から探索モードまたは洗浄モードに応じた超音波信号を生成していたが、振幅設定値から生成してもよい。この場合、ＤＤＳ回路における波形メモリー４７２に記憶される超音波の波形を適宜、切り替えることで容易に振幅設定値を変更することができる。
前記実施形態では、モード切換手段として探索・洗浄モード切換回路４５を例示したが、ＣＰＵ５０２により適宜読み出されて実行される探索・洗浄モード切換プログラムによって各モードを切り換える構成としてもよい。
前記実施形態では、ＣＰＵ５０２により、基板位置算出プログラム５０３及び集束位置算出プログラム５０４を読み出される構成としたが、例えばＩＣなどの集積回路により構成されるものであってもよい。 In the embodiment, the ultrasonic signal transmission circuit 47 generates an ultrasonic signal according to the search mode or the cleaning mode from the frequency setting value input from the search / cleaning mode switching circuit 45. It may be generated. In this case, the amplitude setting value can be easily changed by appropriately switching the ultrasonic waveform stored in the waveform memory 472 in the DDS circuit.
In the above-described embodiment, the search / cleaning mode switching circuit 45 is exemplified as the mode switching means, but each mode may be switched by a search / cleaning mode switching program that is appropriately read and executed by the CPU 502.
In the embodiment, the CPU 502 reads the substrate position calculation program 503 and the focusing position calculation program 504. However, the CPU 502 may be configured by an integrated circuit such as an IC.

１…超音波洗浄装置、２…洗浄液槽、３…支持体、４…超音波センサー、１０…被洗浄物、１１…洗浄液、１２…マーカー（位置検出部）、４０…制御部、４１…超音波トランスデューサー、４５…探索・洗浄モード切換回路（モード切換手段）、４６…受発信切換回路（受発信切換手段）、４７…超音波信号発信回路（超音波信号生成手段）、Ｓ２〜Ｓ６…探索ステップ、Ｓ７〜Ｓ９…洗浄ステップ。   DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Ultrasonic cleaning apparatus, 2 ... Cleaning liquid tank, 3 ... Support body, 4 ... Ultrasonic sensor, 10 ... Object to be cleaned, 11 ... Cleaning liquid, 12 ... Marker (position detection part), 40 ... Control part, 41 ... Super Sonic transducer 45 ... Search / wash mode switching circuit (mode switching means) 46 ... Transmission / reception switching circuit (reception / transmission switching means) 47 ... Ultrasonic signal transmission circuit (ultrasonic signal generation means) S2-S6 ... Search step, S7 to S9... Washing step.

Claims (6)

洗浄液中を伝播する超音波により被洗浄物を洗浄する超音波洗浄装置であって、
前記洗浄液を貯留する洗浄液槽と、
前記洗浄液槽内に設けられて、前記被洗浄物を支持する支持体と、
前記洗浄液槽内に設けられて、前記被洗浄物に超音波を発信する複数の超音波トランスデューサーが少なくとも一方向に沿って配置される超音波センサーと、
前記超音波センサーを制御して、前記超音波を発信させる制御部と、を備え、
前記制御部は、
前記各超音波トランスデューサーから前記被洗浄物の洗浄箇所までの距離に応じて、前記各超音波トランスデューサーから発信される超音波の発信タイミングを設定する
ことを特徴とする超音波洗浄装置。 An ultrasonic cleaning apparatus that cleans an object to be cleaned with ultrasonic waves propagating in a cleaning liquid,
A cleaning liquid tank for storing the cleaning liquid;
A support provided in the cleaning liquid tank and supporting the object to be cleaned;
An ultrasonic sensor provided in the cleaning liquid tank, wherein a plurality of ultrasonic transducers for transmitting ultrasonic waves to the object to be cleaned are arranged along at least one direction;
A control unit for controlling the ultrasonic sensor and transmitting the ultrasonic wave,
The controller is
An ultrasonic cleaning apparatus, wherein the transmission timing of ultrasonic waves transmitted from each ultrasonic transducer is set according to the distance from each ultrasonic transducer to the cleaning location of the object to be cleaned. 請求項１に記載の超音波洗浄装置において、
前記超音波センサーは、前記複数の超音波トランスデューサーが互いに直交する二方向に沿ってそれぞれ配置される二次元アレイ構造に形成されている
ことを特徴とする超音波洗浄装置。 The ultrasonic cleaning apparatus according to claim 1,
The ultrasonic cleaning apparatus, wherein the ultrasonic sensor is formed in a two-dimensional array structure in which the plurality of ultrasonic transducers are arranged along two directions orthogonal to each other. 請求項１または請求項２に記載の超音波洗浄装置において、
前記支持体には、前記超音波センサーに対向する面に、前記洗浄液及び前記被洗浄物とは異なる音響インピーダンスを有する位置検出部が設けられる
ことを特徴とする超音波洗浄装置。 In the ultrasonic cleaning device according to claim 1 or 2,
The ultrasonic cleaning apparatus, wherein the support is provided with a position detection unit having an acoustic impedance different from that of the cleaning liquid and the object to be cleaned on a surface facing the ultrasonic sensor. 請求項１から請求項３のいずれかに記載の超音波洗浄装置において、
前記洗浄液槽内の前記被洗浄物を探索する探索モード、または前記被洗浄物を洗浄する洗浄モードに切り換えるモード切換手段と、
前記超音波の波形データを有する超音波信号を生成する超音波信号生成手段と、を備え、
前記超音波信号生成手段は、
前記モード切換手段により前記探索モードが選択された場合に、前記被洗浄物の位置を探索する探索用超音波の前記波形データを有する前記超音波信号を生成し、
前記モード切換手段により前記洗浄モードが選択された場合に、前記探索用超音波よりも、周波数及び振幅のうち少なくともいずれか一方が大きい洗浄用超音波の波形データを有する前記超音波信号を生成する
ことを特徴とする超音波洗浄装置。 In the ultrasonic cleaning device according to any one of claims 1 to 3,
A mode switching means for switching to a search mode for searching for the object to be cleaned in the cleaning liquid tank, or a cleaning mode for cleaning the object to be cleaned;
An ultrasonic signal generation means for generating an ultrasonic signal having the waveform data of the ultrasonic wave,
The ultrasonic signal generation means includes
When the search mode is selected by the mode switching means, the ultrasonic signal having the waveform data of the ultrasonic wave for search for searching the position of the object to be cleaned is generated,
When the cleaning mode is selected by the mode switching unit, the ultrasonic signal having the waveform data of the cleaning ultrasonic wave having at least one of frequency and amplitude larger than that of the search ultrasonic wave is generated. An ultrasonic cleaning apparatus characterized by that. 請求項４に記載の超音波洗浄装置において、
前記超音波トランスデューサーは、前記超音波が発信されていない状態で、前記洗浄液中から入力される前記超音波を受信し、
当該超音波洗浄装置は、前記超音波トランスデューサーから超音波を発信させる発信状態、及び前記洗浄液中から入力される前記超音波を受信する受信状態を切り換える受発信切換手段を備え、
前記受発信切換手段は、
前記モード切換手段により前記探索モードが選択された場合において、前記探索用超音波が発信される際に、前記超音波トランスデューサーを前記発信状態に切り換え、前記超音波トランスデューサーから前記探索用超音波が発信されていない状態で前記受信状態に切り換え、
前記モード切換手段により前記洗浄モードが選択された場合において、前記洗浄用超音波が発信される際に、前記超音波トランスデューサーを前記発信状態に切り換える
ことを特徴とする超音波洗浄装置。 The ultrasonic cleaning apparatus according to claim 4,
The ultrasonic transducer receives the ultrasonic wave input from the cleaning liquid in a state where the ultrasonic wave is not transmitted,
The ultrasonic cleaning apparatus includes a transmission / reception switching means for switching a transmission state in which ultrasonic waves are transmitted from the ultrasonic transducer and a reception state in which the ultrasonic waves input from the cleaning liquid are received,
The transmission / reception switching means is
When the search mode is selected by the mode switching means, when the search ultrasonic wave is transmitted, the ultrasonic transducer is switched to the transmission state, and the search ultrasonic wave is transmitted from the ultrasonic transducer. Switch to the reception state when is not transmitted,
The ultrasonic cleaning apparatus, wherein when the cleaning mode is selected by the mode switching means, the ultrasonic transducer is switched to the transmission state when the cleaning ultrasonic wave is transmitted. 請求項１から請求項５のいずれかに記載の超音波洗浄装置の洗浄方法であって、
前記超音波トランスデューサーから前記探索用超音波を発信して、前記被洗浄物の位置を探索する探索ステップと、
前記探索ステップの後に、前記超音波トランスデューサーから前記探索用超音波よりも周波数及び振幅の少なくともいずれか一方が大きい波形データを有する前記洗浄用超音波を発信して、前記被洗浄物の洗浄箇所を洗浄する洗浄ステップとを備える
ことを特徴とする超音波洗浄装置の洗浄方法。 A method for cleaning an ultrasonic cleaning device according to any one of claims 1 to 5,
A search step of searching for the position of the object to be cleaned by transmitting the ultrasonic wave for search from the ultrasonic transducer,
After the search step, the ultrasonic wave for cleaning having the waveform data having at least one of frequency and amplitude larger than the ultrasonic wave for search is transmitted from the ultrasonic transducer, and the portion to be cleaned of the object to be cleaned And a cleaning step for cleaning the ultrasonic cleaning apparatus.
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EP4000748A1 (en) * 2020-11-23 2022-05-25 Specialist Health Solutions Limited Injection head for excitation of fluid

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