JP2012143698A - 超音波洗浄装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 定在波の抑制を確実に行うことで、被洗浄物の表面に発生する縞模様を無くして洗浄品質を向上させる超音波洗浄装置を提供する。
【解決手段】 洗浄層内の溶液に振動を与える超音波振動子と、洗浄層内の音圧を測定する音圧測定部と、ＡＭ変調波電力を発振して超音波振動子に供給する超音波発振部と、音圧測定部で測定した音圧に基いて超音波発振部が発振するＡＭ変調波電力の周波数および電力を制御する制御部をもつ超音波洗浄装置。
【選択図】図１

Description

この発明は、超音波振動素子により超音波振動を発生させる超音波洗浄装置であり、ＡＭ変調の変調度（周波数および電力）を変更することにより、装置固有の定在波を抑制することができる超音波洗浄装置に関する。

超音波洗浄装置は、超音波振動素子に高周波電力を印加することで発生する超音波振動を洗浄液に伝播させて、対象物を洗浄させる装置である。このような超音波洗浄装置は、超音波振動素子の発振周波数を振動板の共振周波数と一定関係にすることで、効率的な超音波振動を得ることができる。このため、所望の発振周波数を生じさせるために、最適な物理的条件を振動板に与えるものである。

このとき、振動板を振動させるための高周波信号に規則性があることにより定在波が生じるため、良好に洗浄できる部分と、不十分にしか洗浄できない部分が生じ、その結果、洗浄物の表面に、良好に洗浄できる部分と不十分にしか洗浄できない部分が縞模様のように分布することが知られている。

特許文献１は、複数の振動子の厚みを異ならせることにより、定在波により生じる洗浄効果の規則的な不均一を解消する技術を開示している。

特開平５−８４４７２号公報

しかし、特許文献１の従来技術は、複数の振動子の厚みを異ならせることで定在波を抑制しているため、振動子の構成が複雑となり、振動子によるコスト高を招くと共に、振動子の厚さの調整は容易ではないので、定在波の抑制の程度を細かく調整することが難しい。

本発明は、定在波の抑制を確実に行うことで、被洗浄物の表面に発生する縞模様を無くして洗浄品質を向上させる超音波洗浄装置を提供することを目的とする。

課題を解決する一実施形態は、
洗浄層内の溶液に振動を与える超音波振動子と、
前記洗浄層内の音圧を測定する音圧測定部と、
ＡＭ変調波電力を発振して前記超音波振動子に供給する超音波発振部と、
前記音圧測定部で測定した音圧に基いて、前記超音波発振部が発振する前記ＡＭ変調波電力の周波数および電力を制御する制御部と、
を具備することを特徴とする超音波洗浄装置である。

洗浄層の音圧に応じて、予め用意したソフトウェアのテーブルに従って変調度（周波数および電力）を任意に変更することで、装置固有の定在波を抑制し、被洗浄物の表面に発生する縞模様を無くして、超音波洗浄装置の洗浄品質を向上させる。

本発明の一実施形態に係る超音波洗浄装置の構成の一例を示す説明図。 同じく超音波洗浄装置の超音波振動板と超音波振動素子の構成を示す説明図。 同じく超音波洗浄装置における単純なＡＭ変調波形の説明図。 同じく超音波洗浄装置の液深が浅い場合の変調によるＡＭ変調波形の説明図。 同じく超音波洗浄装置の液深が深い場合の変調によるＡＭ変調波形の説明図。

以下、この発明の実施の形態について図面を参照して詳細に説明する。
はじめに、本発明に係る超音波洗浄装置の構成の一例を説明する。図１は、超音波洗浄装置の構成の一例を示す説明図、図２は詳細な説明図である。超音波洗浄装置１０は、洗浄するシリコンウェハーＷ等の対象物を浸すための洗浄液３１が満たされる石英槽１１と、純水３２が満たされた中にこの石英槽１１を格納する外槽１２を有している。この外槽１２の底面には超音波振動板１４が設けられており、超音波振動板１４は、一例として、第１の超音波振動板１４−１と第２の超音波振動板１４−２と接着層１４−３から構成されている。また、超音波振動板１４は、接着層１５を介して超音波振動素子１６が接続されており、超音波振動素子１６は、超音波発振部１３から高周波電力が供給されている。また、超音波発振部１３は、制御部２１で動作が制御され、制御部２１には石英槽１１の音圧を測定することにより液深を測定することができる音圧測定センサ３３および図示しない操作スイッチ等の操作部が接続されている。さらに、外槽１２の音圧を測定するもう一つの音圧測定センサをさらに設けて制御部２１に接続することも可能である。なお、図２では、接着層１５の厚みは誇張されており、実際は超音波振動素子１６や振動板１４の厚さよりも十分に薄い。
なお、上述した水槽は、石英槽１１と外槽１２の二重構造をもっているが、洗浄液３１を満たす一つの水槽であっても同様の機能をもつものである。

このような構成において、本発明の一実施形態に係る超音波洗浄装置１０の制御部２１は、ＡＭ変調方式を一例として７０％変調とすると共に、高出力部分の割合を高くし、最大出力時の規定電力を６６％以上に保つような、ソフトウェアのテーブル値を予め記憶領域に用意している。制御部２１は、内蔵する超音波発信出力を制御するＣＰＵ制御プログラムにおいて、変調度（周波数および電力）をテーブル化し、６６％以上の実行電力を保つようなＡＭ変調波電力を超音波発振部１３に出力させるべく超音波発振部１３を制御する。

このような制御部２１の超音波発振部１３の制御処理により、ＡＭ変調波電力を用いて定在波の発生を防ぐと共に、目標の実行電力を保つことができ、洗浄効果も損なわれることがない。すなわち、定在波の発生を防ぐと、液面からの反射波の影響が無くなり、振動子に電力損失がなくなるものである。

すなわち、本発明の一実施形態に係る超音波洗浄装置１０においては、その作用効果として、ハードウェアによる電圧振幅変調機構が不要となり、コストダウンを行うことができる。また、安定した出力電力が確保でき、超音波洗浄装置としての優位性を保つことができる。

すなわち、この超音波洗浄装置１０の制御部２１による制御をさらに図面を用いて詳細に説明すると、従来の単純なＣＰＵ制御でＡＭ変調のみを行った場合、ＡＭ変調の出力変位は、図３に示すように直線的な変調となるため、実行電力を確保することができない。

一方、本発明の一実施形態に係る超音波洗浄装置１０においては、出力の電位を制御部２１にてテーブル化することにより、変調度の１００％発生を抑止し、高出力部の割合を高くすることができるが、制御部２１のテーブル値は、機械的な構成ではないので、任意に変更することが容易に可能である。従って、上述した従来型の装置において定在波の抑制の程度を細かく調整することが難しいといった問題点を解決することができる。

また、制御部２１は、音圧測定センサ３３からの検出信号に従って、図４および図５に示すように、石英槽１１および外槽１２の深さが深い場合と浅い場合について、液深に応じて、超音波発振部１３で発振させるＡＭ変調波電力の周波数および電力を制御する。ここで、ＡＭ変調波電力の包絡線は、音圧測定センサ３３からの検出信号の値と制御部２１の内部に格納されたソフトウェアのテーブルの値に従って、図４の（ｂ）または図５の（ｂ）のように制御される。

これにより、本発明の一実施形態に係る超音波洗浄装置１０においては、実際の洗浄槽の物理的特性に応じた最適な定在波の抑制を行うことができる。なお、制御部２１が液深に応じて制御する要素は、ＡＭ変調波電力の周波数のみでも電力のみでもよい。また、複数の槽に対して、それぞれ独立した音圧測定センサを用いて、それぞれの槽の音圧を測定して制御に生かしても良いし、どちらか一方の値を代表させることも可能である。また、単数の槽に対しては、単数の槽に設けた音圧測定センサからの検出値を制御に生かすことは言うまでも無い。

以上記載した様々な実施形態は複数同時に実施することが可能であり、これらの記載により、当業者は本発明を実現することができるが、更にこれらの実施形態の様々な変形例を思いつくことが当業者によって容易であり、発明的な能力をもたなくとも様々な実施形態へと適用することが可能である。従って、本発明は、開示された原理と新規な特徴に矛盾しない広範な範囲に及ぶものであり、上述した実施形態に限定されるものではない。

１０…超音波洗浄装置、１１…石英槽、１２…外槽、１３…超音波発振部、１４…超音波振動板、１４−１…第１の超音波振動板、１４−２…第２の超音波振動板、１５…接着層、１６…超音波振動素子、２１…制御部、３１…洗浄液、３２…純水、３３…音圧測定センサ。

Claims (1)

1. 洗浄層内の溶液に振動を与える超音波振動子と、
   前記洗浄層内の音圧を測定する音圧測定部と、
   ＡＭ変調波電力を発振して前記超音波振動子に供給する超音波発振部と、
   前記音圧測定部で測定した音圧に基いて、前記超音波発振部が発振する前記ＡＭ変調波電力の周波数および電力を制御する制御部と、
   を具備することを特徴とする超音波洗浄装置。

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