JP3803143B2

JP3803143B2 - 音圧センサ−

Info

Publication number: JP3803143B2
Application number: JP23924096A
Authority: JP
Inventors: 伸樹松崎
Original assignee: Shibaura Mechatronics Corp
Current assignee: Shibaura Mechatronics Corp
Priority date: 1996-09-10
Filing date: 1996-09-10
Publication date: 2006-08-02
Anticipated expiration: 2016-09-10
Also published as: JPH1082704A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は被洗浄物を超音波振動が付与された洗浄液で洗浄する際、その洗浄液に付与された超音波振動の音圧を検出するための音圧センサ−に関する。
【０００２】
【従来の技術】
半導体製造装置や液晶製造装置などでは、種々の微細加工の前後で、半導体ウエハや液晶ようガラス基板などに付着したサブミクロンオ−ダのパ−テイクルを洗浄除去する、超音波洗浄が行われる。この洗浄工程は、半導体ウエハや液晶ようガラス基板等の製造歩留まりを向上する上で、極めて重要である。
【０００３】
このような洗浄を行う装置として従来よりバッチ式あるいはノズル式の超音波洗浄装置がある。これらの超音波洗浄装置においては、基板表面部位または洗浄槽内の液中の各点の超音波強度あるいは音圧分布状態等を知ることが重要である。
【０００４】
そこで、超音波発振器が正常に作動しているか、あるいは振動子で発生した超音波が効率よく洗浄水に導かれているかということや洗浄槽内の液中の超音波の強い所を音圧センサ−で確認する等のことが行なわれている。
【０００５】
従来の音圧センサ−はたとえば透明な樹脂やガラスなどの材料によって形成された棒状体の先端部に音圧を受ける感知部が形成され、棒状体と同径の基端には棒状体を伝搬した音圧を電気信号に変換する圧電素子が設けられている。この圧電素子は増幅器を介して表示器に接続されている。
【０００６】
そして、上記構成の音圧センサ−の感知部を洗浄槽内の液中に挿入あるいは基板の表面部位等所定の部位に位置させ、その位置を通過する超音波の音圧を知るようにしている。
【０００７】
ところで、上記構成の音圧センサ−によると、感知部での超音波振動は、棒状体の内部を伝播するだけでなく、この棒状体を振動させる。つまり、棒状体が上記感知部での超音波振動と共振する。
【０００８】
それによって、圧電素子は、棒状体を伝播する振動だけでなく、この棒状体自体の振動も電圧に変換するため、正確に超音波の強度や音圧の分布状態を知ることができないということがあった。
【０００９】
また、圧電素子の取り付け部である棒状体の基端部は他の部分と同径であるので、圧電素子の取り付けは棒状体の直径で決まり、大部分のものは小容量の圧電素子しか取り付けることができない。そのため、検出精度を十分に向上させることができないということがあった。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
このように、従来の音圧センサ−は、棒状体の共振周波数も検出してしまうため、洗浄水や洗浄槽内の超音波の強度などを正確に測定することができないということがあった。
【００１１】
この発明は上記事情に基づきなされたもので、第１の目的は、感知部で検知した超音波振動だけを電圧に変換して正確に取り出すことができるようにした音圧センサ−を提供することにある。
【００１２】
また、第２の目的は、圧電素子を取り付ける棒状体の基端部の面積を大きくすることによって、第容量の圧電素子を取り付けることができるようにした音圧センサ−を提供することにある。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
請求項１の発明は、液体に付与された超音波振動の音圧を検出するための音圧センサ−において、
先端部が上記音圧を受ける感知部に形成された棒状体と、
この棒状体の基端部に設けられ上記感知部で受けて上記棒状体を伝播した音圧を電気信号に変換する変換手段と、
上記棒状体の中途部に設けられこの棒状体が上記音圧によって共振するのを防止するダンパ部材と
を具備したことを特徴とする。
【００１４】
請求項２の発明は、請求項１の発明において、棒状体の基端部をコ−ン状の拡径部としたことを特徴とする。
請求項１の発明によれば、棒状体にダンパ部材を設けたことで、棒状体が振動しても、その振動がダンパ部材によって吸収され、変換手段に検出されるのが防止される。それによって、変換手段は棒状体内を伝播された振動だけを電気信号に変換する。
【００１５】
請求項２の発明によれば、棒状体の基端部をコ−ン状の拡径部にしたことで、容量の大きな圧電素子を取り付けることが可能となり、検出精度の向上が計れる。
【００１６】
【発明の実施形態】
以下、この発明の一実施形態を図面を参照して説明する。図２は一般的な超音波洗浄装置を示す。この超音波洗浄装置は紙面に対して直交する方向に細長い装置本体１を有する。この装置本体１には空間部２が本体１の厚さ方向に貫通し、かつ長手方向に沿って形成されている。上記空間部２は上端側から下端側にゆくにつれて狭幅となるテ−パ状に形成されていて、下端は装置本体１の下面に開口したノズル口３となっている。
【００１７】
上記空間部２の上端開口はシ−ル材４を介して振動板５で閉塞されている。この振動板５の上面には上記空間部２の上端開口と対応する部位に沿って細長い矩形状の複数の振動子６（１つだけ図示）が所定間隔で取着されている。この振動子６は超音波発振器Ｐによって駆動されるようになっている。それによって、振動子６は超音波振動するから、その超音波振動によって上記振動板５も振動する。
【００１８】
上記装置本体１の上記空間部２の両側にはそれぞれ長手方向に沿って供給路８が貫通して形成されている。一対の供給路８にはその両端にそれぞれ図示しない洗浄液の供給管が接続され、それら供給管によって洗浄液が供給されるようになっている。
【００１９】
さらに、上記装置本体１には一端を上記供給路８に連通させ、他端を空間部２に連通させた複数の噴出路９が上記装置本体１の長手方向に沿って所定間隔で形成されている。つまり、上記噴出路９の他端は上記振動板５に対向して開口している。上記噴出路９は上記供給路８に比べ内径寸法が十分に小さく設定されている。
【００２０】
上記供給路８に供給された洗浄液は複数の噴出路９へほぼ均等に分流し、他端開口から上記振動板５の下面に向かって噴出し、この振動板５で超音波振動が付与される。超音波振動が付与された洗浄液は上記空間部２のノズル口３から被洗浄物１１に向かって噴出する。それによって、上記被洗浄物１１を超音波振動が付与された洗浄液で洗浄するようになっている。
【００２１】
洗浄液による洗浄度合を調整する場合、振動子６に印加する超音波発振器からの周波数を制御する。その場合、周波数の変化に応じて洗浄液に付与される超音波振動が変化しているか否やかを測定することがある。
【００２２】
洗浄液に付与された超音波振動を測定する場合、音圧センサ−２０の感知部２２を基板１１の表面部位と同じ場所、たとえば図２に鎖線で示す位置に設置する。この音圧センサ−２０は、図１に示すように透明な樹脂やガラスなどの材料によって形成された中空または中実状、この実施形態では中空状の棒状体２１を有する。この棒状体２１の先端部は音圧を受ける上記感知部２２に形成されていて、棒状体２１はその感知部２２を上述したように基板１１の表面と同じ部位あるいは洗浄槽の液中に挿入または固定して設置される。
【００２３】
上記棒状体２１の基端部は漸次拡径されるコ−ン状の拡径部２３に形成されていて、この拡径部２３の端面には音圧を電気信号に変換する変換手段としての圧電素子２４が接合固定されている。この圧電素子２４には表示器２５が増幅器２６を介して接続され、上記圧電素子２４の電気信号を波形表示できるようになっている。
【００２４】
上記棒状体２１の基端部には図１に鎖線で示す把持部２７が設けられ、この把持部２７内に上記増幅器２６が設けられている。
棒状体２１の基端部に拡径部２３を形成し、そこに圧電素子２４を取着するようにしたことで、取着面積を大きくすることができる。それによって、容量の大きい圧電素子２４を取り付けることができるから、検出精度の向上を計ることができる。
【００２５】
上記棒状体２１の中途部にはダンパ部材２６が設けられている。このダンパ部材２６はゴムや弗素樹脂などの弾性材料によってチュ−ブ状に成形され、上記棒状体２１の外周面に弾性的に挿着または接着されている。このダンパ部材２６は、音圧センサ−２０によって洗浄液に付与された超音波振動を測定する場合、その棒状体２１が上記超音波振動に共振するのを阻止する。それによって、圧電素子２４は棒状体２１内を伝播した振動だけを電気信号に変換できるようになっている。
【００２６】
なお、ダンパ部材２６としてはチュ−ブ状のものだけに限られず、弾性材料あるいは振動の伝播を防止する他の材料をテ−プ状に形成し、それを上記柱状部２１の中途部に巻回するようにしてもよい。また、ダンパ部材２６の取り付け位置は、感知部２２の端部から貴端部に向かって１０〜５０mmの位置が最適である。
【００２７】
上記構成の音圧センサ−２０によって洗浄液に付与された超音波振動を測定する場合、この音圧センサ−２０は感知部２２を基板１１の表面と同じ位置または洗浄槽内の液中に挿入する。洗浄液に付与された超音振動の音圧は上記音圧センサ−２０の棒状体２１を伝播して圧電素子２４で音圧に比例した電気信号に変換される。この圧電素子２４からの電気信号は表示器２６に入力され、たとえば波形として表示される。
【００２８】
表示器２６に表示された波形によって超音波発振器から洗浄液に付与された超音波振動の強度を測定することができる。つまり、超音波発振器Ｐを制御して振動子６に印加する周波数を制御した場合など、上記音圧センサ−２０によってその周波数に応じた強度の超音波振動が洗浄液に付与されているか否やかを測定することができる。
【００２９】
測定に際し、棒状体２１は洗浄液に付与された超音波振動によって共振し、その音圧が圧電素子２４に検出されることで、その検出精度が低下する虞がある。
しかしながら、上記棒状体２１の中途部にダンパ部材２６を設けたことで、棒状体２１が共振するのが防止されるから、圧電素子２４は棒状体２１内を伝播した振動だけを検出する。つまり、洗浄液に付与された振動の波形だけを検出できるから、振動子６に印加する周波数を制御したときに、その制御に応じて洗浄液に付与される音圧の強さが変化しているか否やかを正確に確認することができる。
【００３０】
図３（ａ）、（ｂ）は音圧センサ−２０の棒状体２１にダンパ部材２６が設けられていない場合の超音波発振器Ｐの出力電圧波形と圧電素子２４が検出した音圧波形とを示し、同図（ａ）は出力が３０Ｗで、同図（ｂ）は５０Ｗの場合である。
【００３１】
これらの図から分かるように、音圧波形はノイズだけとなってしまう。このことは、上記棒状体２１が洗浄液に付与された振動と共振し、圧電素子２４が棒状体２１内を伝播する振動だけでなく、棒状体２１自体の振動も検出しているためである。
【００３２】
これに対して図４（ａ）、（ｂ）は音圧センサ−２０の棒状体２１にダンパ部材２６を設けた場合の超音波発振器Ｐの出力の電圧波形と圧電素子２４が検出した音圧波形とを示し、同図（ａ）は振動子６の出力が３０Ｗで、同図（ｂ）は５０Ｗの場合である。
【００３３】
これらの図から分かるように、音圧波形はほとんどノイズがない。これは、上記ダンパ部材２６によって棒状体２１が洗浄液に付与された振動と共振するのが阻止され、圧電素子２４は棒状体２１内を伝播する振動だけを検出するからである。つまり、棒状体２１にダンパ部材２６を設けることで、洗浄液に付与された振動を正確に測定することができる。
なお、上記一実施形態では棒状体を直線状としたが、この棒状体はＬ字状などであってもよい。
【００３４】
【発明の効果】
請求項１の発明によれば、音圧センサ−の棒状体の中途部にダンパ部材を設けたことで、そのダンパ部材が棒状体の振動を吸収するから、上記棒状体の基端部に設けられた変換手段は棒状体内を伝播する振動だけを電気信号に変換する。
【００３５】
それによって、変換手段が検出する振動に、棒状体の振動が含まれることがないから、その検出精度の向上を図ることができる。
また、請求項２の発明によれば、棒状体の基端部をコ−ン状の拡径部としたので、そこに容量の大きな圧電素子を取り付けることができる。そのため、上記圧電素子による音圧の検出精度の向上を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の一実施形態の音圧センサ−の一部断面した側面図。
【図２】超音波洗浄装置の一般的な構造を示す断面図。
【図３】（ａ）、（ｂ）は超音波発振器の出力の電圧波形と、ダンパ部材が設けられていない音圧センサ−によって検出された音圧波形のグラフ。
【図４】（ａ）、（ｂ）は超音波発振器の出力の電圧波形と、ダンパ部材が設けられた音圧センサ−によって検出された音圧波形のグラフ。
【符号の説明】
２１…棒状体
２２…感知部
２３…拡径部
２４…圧電素子
２６…ダンパ部材

Claims

液体に付与された超音波振動の音圧を検出するための音圧センサ−において、
先端部が上記音圧を受ける感知部に形成された棒状体と、
この棒状体の基端部に設けられ上記感知部で受けて上記棒状体を伝播した音圧を電気信号に変換する変換手段と、
上記棒状体の中途部に設けられこの棒状体が上記音圧によって共振するのを防止するダンパ部材と
を具備したことを特徴とする音圧センサ−。
棒状体の基端部をコ−ン状の拡径部としたことを特徴とする請求項１記載の音圧センサ−。