JP3809296B2 - Ultrasonic cleaning equipment - Google Patents
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Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えば、半導体ウェハやガラス基板等の洗浄に用いる超音波洗浄装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
超音波洗浄装置は、サブミクロンのパーティクル(particle)の除去が可能である点、キャビテーションが発生しないために洗浄物へのダメージがない点、波長が短いために定在波の影響がなく斑のない洗浄効果が得られる点など、超精密洗浄が可能であることから従来より開発が進められ、実用化されている。
【0003】
従来のこの種の超音波洗浄装置として、例えば、図5に示す洗浄槽タイプのものがある。図5に示す超音波洗浄装置は、特開平10−94756号公報において開示されているものである。
【0004】
図5は、従来の超音波洗浄装置を示す一部断面を含む側面図であり、図6は、従来の超音波洗浄装置が備える従来の超音波振動発生部を示す一部断面を含む斜視図である。以下、図5及び図6を参照して従来の超音波洗浄装置(超音波励振装置を含む)について説明する。
【0005】
図5に示すように、従来の超音波洗浄装置110は、洗浄用流体として、例えば、純水101を貯留するとともに被洗浄物を収容する処理槽102と、前記処理槽102の底部に装着された超音波振動発生部103とを備えている。
【0006】
図6にも示すように、超音波振動発生部103は、略直方体状の導波体105と、矩形板状に形成され、前記導波体105に対して接着剤等により結合された振動子104とを有し、前記導波体105側が接液する状態で前記処理槽102の底部に形成された開口部102aに挿通されている。前記導波体105には、全周にわたってフランジ部105aが形成されており、前記フランジ部105aと前記処理槽102の底部との間にパッキン106が介装されて処理槽102の底部に密着固定されている。前記パッキン106は、液密及び吸振部材として作用するものである。
【0007】
前記振動子104は、PZT(piezoelectric:圧電)素子等からなり、発振器107(図5参照)によって所定の駆動周波数の電圧が印加されると、この周波数の超音波振動を発生する。前記駆動周波数は、極めて高く設定されており、例えば、1MHzになっている。前記振動子104及び前記導波体105からなる超音波振動発生部103と、前記発振器107とにより、超音波励振装置が構成されている。
【0008】
前記導波体105は、例えば、ジュラルミンから形成され、厚さH、すなわち、振動子104から発生する超音波振動の進行方向における寸法が前記超音波振動の半波長(λ/2)の略整数倍、理想的にはちょうど整数倍に設定され、共振長になっている。そして、前記導波体105は、前記振動子104が発生する前記超音波振動に共振して前記純水101に超音波振動を導いて励振し、前記純水101中に浸漬されている被洗浄物、例えば、シリコンウェーハ(図示せず)が洗浄される。
【0009】
ここで、前記半波長(λ/2)は次のように算出される。
λ/2=C/2f
ただし、
λ:1波長
C:ジュラルミンの音速度=5.15×105cm
f:周波数=106Hz
したがって、λ/2=2.6mmである。
【0010】
従来の前記導波体105は、前記厚さHが53mmに設定されている。つまり、半波長λ/2(約2.6mm)の約20倍になっており、厚さHの値が大きく設定されている。したがって、前記導波体105が比較的大きい音響インピーダンスを有しており、前記導波体105の上方に外部負荷として存在する前記純水101が何らかの原因によって不足して、液面101aが前記導波体105の上面よりも下方に低下した場合でも、空焚き状態、すなわち、装置全体としての音響インピーダンスが低下して前記振動子104の振動が大きくなるとともに、実効出力が増大して発熱することを抑制可能なものになっている。前記導波体105の音響インピーダンスは、具体的には次式
Rma1<Rma2<Rma3 ・・・(1)
ただし、
Rma1:振動子104の音響インピーダンス
Rma2:導波体105の音響インピーダンス
Rma3:純水101の音響インピーダンス
を満たす状態に設定されている。
【0011】
前記実効出力の増大を抑制する作用は、次の式から明らかである。
Pa=Va2/Rma ・・・(2)
Rma=Rma1+Rma2+Rma3 ・・・(3)
ただし、
Pa:実効出力
Va:印加電圧(一定)
Rma:洗浄装置全体(純水101を含む)としての音響インピーダンス
【0012】
すなわち、前記純水101が減少して、音響インピーダンスRma3の値がほぼゼロになっても、前記導波体105が所要の大きさの音響インピーダンスRma2を有することから、実効出力Paが大きく増大することがない構成になっている。
【0013】
また、前記フランジ部105aには、前記導波体105を冷却する手段として、前記導波体105の長手方向に沿って一対の貫通孔105bが形成されている。前記貫通孔105bの一端には、それぞれ、ニップル108aが螺合しており、他端側には、それぞれ、ニップル108bが螺合している。
【0014】
そして、前記ニップル108aに接続したチューブ109aを通じて前記貫通孔105b内に冷却用流体として、例えば、純水を供給するとともに、前記ニップル108bに接続したチューブ109bを通じて、冷却用流体としての前記純水を排出する構成になっている。
【0015】
【発明が解決しようとする課題】
従来の前記超音波洗浄装置110は、以下のような利点を有している。
【0016】
▲1▼前記導波体105の厚さHが大きく設定されており、前記導波体105が比較的大きい音響インピーダンスを有している。したがって、前記導波体105の上方に外部負荷として存在する前記純水101が何らかの原因によって不足して、前記液面101aが前記導波体105の上面よりも下方に低下した場合でも、空焚き状態、すなわち、装置全体としての音響インピーダンスが低下して前記振動子104の振動が大きくなるとともに、実効出力が増大して発熱することを抑制可能なものになっている。すなわち、前記振動子104を前記導波体105に固着している接着剤が劣化して剥離することや、前記振動子104自体が熱によって割れを生じることを防止することができるものになっている。
【0017】
▲2▼前記導波体105の冷却手段として、前記フランジ部105aに一対の貫通孔105bが形成され、純水等の冷却用流体を供給可能な構成を備えていることから、前記振動子104に悪影響を与える熱を可能な限り除去することができるとともに、一対の前記貫通孔105bは、前記導波体105から突出する状態に形成された前記フランジ部105aに設けられていることから、前記導波体105が伝導する超音波振動に減衰等の悪影響を与えることがない構成になっている。
【0018】
▲3▼空焚き防止のためにセンサー等からなるインターロック設備を設ける必要がないことから、保守が極めて容易なものになっている。
【0019】
しかしながら、従来の前記超音波洗浄装置110は、前記超音波励振装置を構成する前記導波体105がジュラルミンを素材として形成されているために、洗浄用流体として例えば、オゾンガス添加純水、フッ酸水溶液、酸性水溶液及びアルカリ性水溶液等の薬液を用いる場合には、前記導波体105の前記洗浄用流体と接液する部分が侵食を受けるという問題がある。
【0020】
また、前記導波体105を例えば、ステンレス鋼を素材として形成すれば、前記導波体105の耐食性を高めることができるが、ステンレス鋼は、密度(ρ)が大きいために、超音波振動に対するロスが比較的大きい素材である。すなわち、前記振動子104から発生する超音波振動が、前記導波体105で熱エネルギーに変換されて浪費され、洗浄用流体に対して十分に伝達されにくいという問題がある。
【0021】
本発明は上記の点に鑑みてなされたものであって、洗浄用流体が減少した場合でも、実効出力の増大を確実に抑制することができるとともに、伝達する超音波振動に減衰等の悪影響を与えずに、種々の洗浄用流体に対応可能な超音波洗浄装置を提供することを目的とする。
【0022】
【課題を解決するための手段】
本発明の超音波洗浄装置は、被洗浄物を搬送する搬送手段と、洗浄用流体を供給する給液手段と、前記洗浄用流体を励振する超音波励振装置とを備えた超音波洗浄装置であって、前記超音波励振装置は、200KHz以上の超音波振動を発生する振動子と、前記振動子と結合して前記超音波振動を洗浄用流体に導く導波体とを有し、前記導波体は、前記振動子から発生する超音波振動の進行方向における略中央部に全周にわたって突出する状態に形成されたフランジ部及び、前記振動子を有する面と対向する面側に密着固定された接液部振動体を備え、前記接液部振動体の前記超音波振動の発振面と前記被洗浄物の表面との間に隙間を有し、前記給液手段は、前記隙間内に前記洗浄用流体を供給し、前記接液部振動体は、前記洗浄用流体に対する耐食性を有して、前記導波体の前記洗浄用流体と接液する周面及び下面を被い、かつ、前記超音波振動の進行方向における寸法が前記接液部振動体の素材の音速度に基づく前記超音波振動の半波長の整数倍の大きさを有するものである。
【0030】
【発明の実施の形態】
次に、本発明の実施例を添付図面を参照して説明する。
【0031】
まず、本発明の超音波洗浄装置について、図1乃至図4を参照して説明する。
【0032】
図1は、本発明の超音波洗浄装置を示す斜視図であり、図2は、図1に示す超音波洗浄装置の側面図である。また、図3は、図1及び図2に示す超音波洗浄装置が備える超音波励振装置を示す一部断面を含む斜視図であり、図4は、超音波励振装置の図3におけるA−A断面矢視図である。
【0033】
図1に示すように、超音波洗浄装置10aは、超音波励振装置1と、例えば、半導体ウェハやガラス基板等の被洗浄物としての基板6を搬送する搬送手段としての搬送装置2と、洗浄用流体15を供給する給液手段としての給液装置3とを備えている。
【0034】
まず、前記超音波洗浄装置10aが備える前記超音波励振装置1について説明する。
【0035】
図2乃至図4にも示すように、前記超音波励振装置1は、略直方体状の導波体9と、矩形板状に形成され、片面側で前記導波体9に対して接着剤等により結合された振動子7と、前記振動子7に所定の駆動周波数の電圧を印加する発振器(図示せず)とを有し、前記導波体9の上面である前記振動子7を有する面と対向する面、すなわち、下面側に接液部振動体12を備えている。そして、前記接液部振動体12の発振面12aを下側にして使用する構成になっている。
【0036】
前記振動子7は、PZT(piezoelectric:圧電)素子16と、前記PZT素子16の上下両面に全面にわたって貼着された電極板17及び電極板18を有し、前記PZT素子16と、上側の前記電極板17の角部の一つが切除されている。そして、この切除部分において、下側の前記電極板18が前記電極板17との間に弧状の隙間20を有する状態で上側、すなわち、前記電極板17と同一平面上に折り返されて電極部18aになっている。
【0037】
また、前記振動子7の長さ及び幅は、前記導波体9の長さL及び幅Wとほぼ等しく、厚みtは約2mmに設定されており、前記発振器(図示せず)から所定駆動周波数の電圧を印加するための2本の送電ワイヤ22a及び送電ワイヤ22bのいずれか一方ずつが、前記電極板17の所定位置及び前記電極板18の前記電極部18aに接続されている。
【0038】
そして、前記振動子7は、前記発振器(図示せず)によって所定の駆動周波数の電圧が印加されると、この周波数の超音波振動を発生する。前記駆動周波数は、200KHz以上の極めて高い値に設定されており、本実施例では、1MHzになっている。
【0039】
前記導波体9は、前記振動子7が発生する超音波振動に共振するとともに、前記超音波振動を前記給液装置3が供給する洗浄用流体15に伝達する部材として作用する。なお、本実施例では、前記導波体9は、前記接液部振動体12とともに前記超音波振動を前記洗浄用流体15に伝達するのみであり、機械的に増幅する作用は有していないが、形状等を適宜変更して増幅機能をもたせてもよい。
【0040】
また、前記導波体9は、ジュラルミンやアルミニウムを素材として形成されており、厚さ方向、すなわち、前記振動子7から発生する超音波振動の進行方向における略中央部には、全周にわたって突出する状態に形成されたフランジ部9aを有している。なお、本実施例における前記導波体9は、より好ましい例としてジュラルミンを使用している。また、図2乃至図4に示すように、前記導波体9は、従来の前記導波体105と同様に、厚さH、すなわち、前記振動子7から発生する超音波振動の進行方向における寸法が、前記導波体9の素材、この場合、ジュラルミンの音速度に基づいて計算される超音波振動の半波長(λ/2)の略整数倍、理想的にはちょうど整数倍に設定され、共振長になっている。
【0041】
前記厚さHは、従来の前記導波体105と同様に、本実施例においても53mmになっており、半波長λ/2(約2.6mm)の約20倍に設定されている。すなわち、前記厚さHを大きく設定することにより、前記導波体9が、比較的大きな音響インピーダンスを有するものになっている。また、前記導波体9の音響インピーダンスは、従来の前記導波体105と同様に、具体的には、前記式(1)を満たす状態に設定されている。
【0042】
前記厚さHの値は、前記導波体9の下方に存在する外部負荷としての前記洗浄用流体15が有する音響インピーダンスとの関係や、伝達する超音波エネルギーの大きさ等に応じて任意に変更可能である。ちなみに、従来、本実施例のような高い周波数帯域では超音波エネルギーの浪費、つまり発熱量が大きく、例えば、半波長の2〜3倍の厚さにすることが限度であると常識的に認識されていた。
【0043】
本実施例では、前記導波体9をジュラルミンを素材として形成しているが、ジュラルミンは、密度(ρ)が約2.8g/cm3 であり、鉄やステンレス鋼と比較して約1/3になっている。すなわち、高い周波数の超音波振動に対して大変ロスの少ない材質であり、前記厚さHを大きく設定した前記導波体9の素材として好適である。ただし、導波体として適用可能であり、ジュラルミンと同等、または、それ以下の密度を有する材質であれば使用可能であることはもちろんであり、例えば、アルミニウム、アルミニウム合金等を使用してもよい。
【0044】
また、図2乃至図4に示すように、前記導波体9の前記振動子7から発生する超音波振動の進行方向(前記厚さHの方向)に対して直角な方向における寸法、すなわち、長さL及び幅Wは、本実施例では、それぞれ、136mm、40mmに設定されており、半波長λ/2(約2.6mm)のそれぞれ、約52倍、約15倍になっているが、前記長さL及び前記幅Wは、被洗浄物の大きさ等に応じて可変である。
【0045】
すなわち、前記長さL及び前記幅Wは、例えば、前記振動子7の駆動周波数に約20KHzのように比較的低い周波数帯を使用するものと仮定すると、前記導波体9がポアソン(poisson)比の影響によって横振動することを抑制するために、λ/3以下の大きさに設定する必要がある。また、前記長さL及び前記幅Wを大きく設定したい場合には、λ/3以下のピッチでスリットを形成し、あたかもλ/3以下の寸法の小さな導波体が互いに振動の影響を及ぼし合わない状態で結合したような形態をとる必要がある。これは、横振動の発生によって導波体自体で振動エネルギーが消費されることを防ぐとともに、横振動が伴わないきれいな縦振動を前記洗浄用流体15に付与するためである。
【0046】
一方、200KHz以上の極めて高い周波数、例えば、本実施例で設定している1MHzの駆動周波数では、前記ポアソン比の悪影響、すなわち、横振動の発生がないことが本願出願人による実験から確かめられており、前記導波体9の前記長さL及び前記幅Wは、理論的には、無制限に大きくすることができる。したがって、前記導波体9は、スリットを形成する必要がなく、前記長さL及び前記幅Wを任意に設定してλ/3以上の大きさにすることができるものになっている。
【0047】
また、従来の前記導波体105と同様に、前記導波体9の前記フランジ部9aには、前記導波体9を冷却する手段として、前記導波体9の長手方向に沿って一対の貫通孔9bが形成されている。前記貫通孔9bの一端には、それぞれ、ニップル28aが螺合しており、他端側には、それぞれ、ニップル28bが螺合している。
【0048】
前記ニップル28aには、供給側のホース34aからソケット33aを介して分岐した2本のチューブ30aがそれぞれ、接続されており、前記ホース34a及び前記チューブ30aを通じて前記貫通孔9b内に冷却用流体として、例えば、純水が供給される。一方、前記ニップル28bには、2本のチューブ30bがそれぞれ、接続されており、ソケット33bによって排出側のホース34bにまとめられて冷却用流体としての前記純水が排出される構成になっている。
【0049】
前記貫通孔9b等からなる冷却手段は、前記導波体9が自己共振することによって、高熱とはならないながらもある程度は熱を帯びることに対して設けられたものであり、前記振動子7に悪影響を与える熱を高効率で除去することができるものになっている。
【0050】
次に、前記超音波励振装置1が備える前記接液部振動体12について説明する。
【0051】
前記接液部振動体12は、前記洗浄用流体15に対する耐食性を有する素材、この場合、ステンレス鋼からなり、前記導波体9に対応して略直方体状の箱状に形成され、この場合、エポキシ系接着剤等によって前記導波体9の周面及び前記下面と密着固定されている。前記接液部振動体12は、前記導波体9のうち前記洗浄用流体15と接液する部分のみを被うものであり、本実施例では、前記フランジ部9aより下方の部位(高さH1)全体を被っている。
【0052】
前記接液部振動体12の前記振動子7から発生する超音波振動の進行方向(前記厚さHの方向)における厚さdは、本実施例では、約3mmに設定されている。前記厚さdは、前記接液部振動体12の素材の音速度に基づいて計算される超音波振動の半波長(λ/2)の整数倍になっており、共振長になっている。
【0053】
ここで、前記接液部振動体12の前記半波長(λ/2)は次のように算出される。
λ/2=C/2f
ただし、
λ:1波長
C:ステンレス鋼の音速度=5.5×105cm
f:周波数=106Hz
したがって、λ/2=2.8mmである。
【0054】
また、前記接液部振動体12は、この場合、前記導波体9の前記振動子7から発生する超音波振動の進行方向(前記厚さHの方向)に対して直角な方向(長さL方向及び幅w方向)における厚さdについても約3mmになっており、全体が前記半波長(λ/2)にほぼ等しい大きさの厚みを有する薄板状になっている。したがって、前記接液部振動体12は、前記導波体9とともに前記振動子7から発生する超音波振動に効率よく振動し、前記発振面12aから前記洗浄用流体15に対して超音波振動を伝達可能であるとともに、前記超音波振動に減衰等の悪影響を与えることがない構成になっている。
【0055】
また、前記接液部振動体12は、使用する前記洗浄用流体15に対する耐食性を有する種々の素材を適宜選択して使用することができる。前記接液部振動体12の素材としては、ステンレス鋼の他、タンタル、チタン、石英、サファイア、セラミックス等も使用可能である。すなわち、前記接液部振動体12は、前記導波体9のうち前記洗浄用流体15と接液する一部分の狭い範囲のみを被う構成であることから、例えば、サファイア等の高価な材質のものを使用することも容易であり、セラミックス等の塑性加工が難しい素材であっても、ブロック状の素材を切削加工等により容易に加工して使用することができるものになっている。
【0056】
次に、本発明の超音波洗浄装置10aが備える前記搬送装置2について説明する。
【0057】
被洗浄物の搬送手段としての前記搬送装置2は、等間隔で配設された複数のローラ2aと、前記ローラ2aを駆動する駆動手段(図示せず)とを有している。そして、複数の前記ローラ2a上に、例えば、被洗浄物としての前記基板6が載置され、前記基板6を矢印X方向に所定速度で搬送する構成になっている。
【0058】
次に、本発明の超音波洗浄装置10aが備える前記給液装置3について説明する。
【0059】
図1に示すように、前記洗浄用流体15の給液手段としての給液装置3は、被洗浄物としての前記基板6の進行方向側から前記洗浄用流体15を供給する給液部材3aと、前記洗浄用流体15をポンプ(図示せず)の作用により吸引する吸込部材3b等を有している。
【0060】
そして、本実施例では、前記吸込部材3bにより吸引された前記洗浄用流体15をフィルタ(図示せず)により清浄化して前記給液部材3aに還流する構成になっている。すなわち、前記洗浄用流体15の使用量を大幅に抑えることが可能になっている。なお、前記洗浄用流体15の使用量の抑制効果は低下するが、前記吸込部材3bにより吸引した前記洗浄用流体15をそのまま廃棄する構成にしてもよく、また、前記給液部材3aに加えて、前記吸込部材3b側からも給液する構成にしてもよい。
【0061】
次に、本発明の前記超音波洗浄装置10aの動作について説明する。
【0062】
図1及び図2に示すように、まず、前記発振器(図示せず)から所定駆動周波数の電圧が前記振動子7に印加されると、前記振動子7は励振されて、この周波数の超音波振動を発生する。そして、発生した超音波振動は、前記導波体9及び前記接液部振動体12を介して、前記接液部振動体12の下方に外部負荷として供給される前記洗浄用流体15に伝達される構成になっている。
【0063】
本発明の前記超音波洗浄装置10aは、前記接液部振動体12の前記発振面12aの下部に外部負荷である前記洗浄用流体15が供給されなければ、ガラス基板等の被洗浄物としての前記基板6に対して超音波振動も伝達されない。
【0064】
そこで、特に図2に示すように、前記基板6の表面6aと前記発振面12aとの隙間e、すなわち、離間距離を約3〜5mm程度に設定し、前記基板6を搬送手段としての前記搬送装置2の前記ローラ2aによって矢印X(図1に図示)で示す搬送方向に通過させるとともに、前記隙間e内に前記給液部材3aから前記洗浄用流体15を矢印Xa方向(図1に図示)に供給する。このとき、前記基板6の前記表面6aと前記発振面12aとの間(隙間e)に表面張力の作用により前記洗浄用流体15の液膜が形成され、この液膜を介して前記振動子7からの超音波振動が前記基板6に伝達される。したがって、前記超音波洗浄装置10aは、前記洗浄用流体15の液膜の作用により前記基板6の洗浄を行うことができるものになっている。
【0065】
このとき、前記振動子7から発生する超音波振動は、前記接液部振動体12の前記発振面12aに対して垂直方向に伝達され、前記振動子7と等幅である前記発振面12aが全面にわたって均等に振動するとともに、被洗浄物としての前記基板6に対して均一に照射されることから、前記基板6の前記表面6a対する洗浄効果が高いものになっている。
【0066】
また、前記導波体9は、前記洗浄用流体15と接液する部分に前記洗浄用流体15に対する耐食性を有する前記接液部振動体12を備えていることから、前記洗浄用流体15として、オゾンガス添加純水、フッ酸水溶液、酸性水溶液及びアルカリ性水溶液等の種々の薬液を使用可能な構成になっている。
【0067】
前記超音波洗浄装置10aは、例えば、以下のような作用効果を有する。
【0068】
すなわち、
▲1▼前記導波体9は、前記洗浄用流体15との接液部分に前記洗浄用流体15に対する耐食性を有する前記接液部振動体12を有することから、洗浄の目的や被洗浄物の素材等に応じて前記洗浄用流体15として、オゾンガス添加純水、フッ酸水溶液、酸性及びアルカリ性水溶液等の種々の薬液が使用可能である。また、前記接液部振動体12は、全体が薄板状に形成され、厚さdが前記接液部振動体12の素材の音速度に基づいて計算される超音波振動の半波長(λ/2)の整数倍になっており、共振長になっている。したがって、前記接液部振動体12は、前記導波体9とともに前記振動子7から発生する超音波振動に効率よく振動し、前記超音波振動に減衰等の悪影響を与えることがない。
【0069】
▲2▼前記振動子7と等しい幅を有する前記発振面12aが全面にわたって均等に振動するとともに、前記振動子7からの超音波振動を被洗浄物としての前記基板6に対して均一に照射することから、前記基板6に対する洗浄効果が高い。
【0070】
▲3▼前記発振面12aと被洗浄物としての前記基板6の前記表面6aとの間には表面張力を形成するだけの液量の前記洗浄用流体15が存在すればよいことから、前記洗浄用流体15の使用量を大幅に低減することができる。
【0071】
▲4▼前記導波体9の厚さHが大きく設定されており、前記導波体9が比較的大きい音響インピーダンスを有している。したがって、前記導波体9の下方に外部負荷として存在する前記洗浄用流体15の液量が不足しても、空焚き状態、すなわち、装置全体としての音響インピーダンスが低下して前記振動子7の振動が大きくなるとともに、実効出力が増大して発熱することを抑制可能なものになっている。すなわち、前記振動子7を前記導波体9に固着している接着剤が劣化して剥離することや、前記振動子7自体が熱によって割れを生じることを防止することができるものになっている。
【0072】
▲5▼前記導波体9の冷却手段として、前記フランジ部9aに一対の貫通孔9bが形成され、純水等の冷却用流体を供給可能な構成を備えていることから、前記振動子7に悪影響を与える熱を可能な限り除去することができる。
【0073】
▲6▼空焚き防止のためにセンサー等からなるインターロック設備を設ける必要がないことから、保守が極めて容易なものになっている。
【0074】
なお、本実施例の前記超音波洗浄装置10aにおいては、前記超音波励振装置1を前記接液部振動体12の前記発振面12a側を下側にして使用する構成になっているが、前記超音波励振装置1を例えば、従来の前記超音波洗浄装置110のような洗浄槽タイプの超音波洗浄装置に適用し、前記発振面12aを上側にして使用してもよい。
【0075】
また、本実施例においては、前記導波体9が略直方体状に形成されているが、例えば、円盤状など、設置するスペースの形状に応じて種々の形状を採用することができる。
【0076】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の超音波洗浄装置によれば、洗浄用流体が減少した場合でも、実効出力の増大を確実に抑制することができるとともに、伝達する超音波振動に減衰等の悪影響を与えずに、かつ、洗浄の目的や被洗浄物の素材等に応じて、種々の洗浄用流体に対応することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の超音波洗浄装置を示す斜視図である。
【図2】図1に示す超音波洗浄装置の側面図である。
【図3】図1及び図2に示す超音波洗浄装置が備える超音波励振装置を示す一部断面を含む斜視図である。
【図4】超音波励振装置の図3におけるA−A断面矢視図である。
【図5】従来の超音波洗浄装置を示す一部断面を含む側面図である。
【図6】従来の超音波洗浄装置が備える従来の超音波振動発生部を示す一部断面を含む斜視図である。[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to an ultrasonic cleaning apparatus used for cleaning, for example, a semiconductor wafer or a glass substrate.
[0002]
[Prior art]
The ultrasonic cleaning device is capable of removing sub-micron particles (particulates), is free of damage to the cleaning object because cavitation does not occur, and has no influence of standing waves due to its short wavelength. Development has been promoted and put into practical use because of the fact that ultra-precision cleaning is possible, such as the ability to obtain a clean effect.
[0003]
As a conventional ultrasonic cleaning apparatus of this type, for example, there is a cleaning tank type shown in FIG. The ultrasonic cleaning apparatus shown in FIG. 5 is disclosed in JP-A-10-94756.
[0004]
FIG. 5 is a side view including a partial cross-section illustrating a conventional ultrasonic cleaning apparatus, and FIG. 6 is a perspective view including a partial cross-section illustrating a conventional ultrasonic vibration generator included in the conventional ultrasonic cleaning apparatus. It is. Hereinafter, a conventional ultrasonic cleaning apparatus (including an ultrasonic excitation apparatus) will be described with reference to FIGS. 5 and 6.
[0005]
As shown in FIG. 5, a conventional
[0006]
As shown in FIG. 6, the ultrasonic vibration generating
[0007]
The
[0008]
The
[0009]
Here, the half wavelength (λ / 2) is calculated as follows.
λ / 2 = C / 2f
However,
λ: one wavelength C: sound speed of duralumin = 5.15 × 10 5 cm
f: Frequency = 10 6 Hz
Therefore, λ / 2 = 2.6 mm.
[0010]
In the
However,
Rma 1 : acoustic impedance of the
[0011]
The effect of suppressing the increase in effective output is apparent from the following equation.
Pa = Va 2 / Rma ··· ( 2)
Rma = Rma 1 + Rma 2 + Rma 3 (3)
However,
Pa: Effective output Va: Applied voltage (constant)
Rma: acoustic impedance of the entire cleaning apparatus (including pure water 101)
That is, even if the
[0013]
The
[0014]
Then, for example, pure water is supplied as a cooling fluid into the
[0015]
[Problems to be solved by the invention]
The conventional
[0016]
(1) The thickness H of the
[0017]
(2) As the cooling means for the
[0018]
(3) Maintenance is extremely easy because there is no need to provide an interlocking facility consisting of a sensor or the like in order to prevent emptying.
[0019]
However, in the conventional
[0020]
Further, if the
[0021]
The present invention has been made in view of the above points, and even when the cleaning fluid is reduced, an increase in effective output can be reliably suppressed, and an adverse effect such as attenuation can be exerted on the transmitted ultrasonic vibration. An object of the present invention is to provide an ultrasonic cleaning apparatus that can handle various types of cleaning fluid without giving it.
[0022]
[Means for Solving the Problems]
The ultrasonic cleaning apparatus of the present invention is an ultrasonic cleaning apparatus including a transport unit that transports an object to be cleaned, a liquid supply unit that supplies a cleaning fluid, and an ultrasonic excitation device that excites the cleaning fluid. The ultrasonic excitation device includes a vibrator that generates ultrasonic vibration of 200 KHz or more, and a waveguide that is coupled to the vibrator and guides the ultrasonic vibration to a cleaning fluid. The wave body is closely fixed to a flange portion formed so as to protrude over the entire circumference at a substantially central portion in the traveling direction of the ultrasonic vibration generated from the vibrator, and a surface side facing the surface having the vibrator. A wetted part vibrating body, and a gap is provided between the ultrasonic vibration oscillation surface of the wetted part vibrator and the surface of the object to be cleaned, and the liquid supply means is provided in the gap. the cleaning fluid is supplied, the liquid-contact portion vibrator, versus the cleaning fluid That has corrosion resistance, it covered the peripheral surface and a lower surface of the cleaning fluid and wetted the waveguide, and the material sound of the ultrasonic vibration dimensions the wetted vibrator in the direction of travel of It has a magnitude that is an integral multiple of a half wavelength of the ultrasonic vibration based on velocity.
[0030]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Next, embodiments of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings.
[0031]
First, the ultrasonic cleaning apparatus of the present invention will be described with reference to FIGS.
[0032]
FIG. 1 is a perspective view showing an ultrasonic cleaning apparatus of the present invention, and FIG. 2 is a side view of the ultrasonic cleaning apparatus shown in FIG. 3 is a perspective view including a partial cross section showing the ultrasonic excitation device provided in the ultrasonic cleaning device shown in FIGS. 1 and 2, and FIG. 4 is a cross-sectional view of the ultrasonic excitation device taken along line AA in FIG. It is a cross-sectional arrow view.
[0033]
As shown in FIG. 1, an
[0034]
First, the
[0035]
As shown in FIG. 2 to FIG. 4, the
[0036]
The
[0037]
The length and width of the
[0038]
The
[0039]
The
[0040]
The
[0041]
The thickness H is 53 mm in this embodiment as well as the
[0042]
The value of the thickness H is arbitrarily determined according to the relationship with the acoustic impedance of the cleaning
[0043]
In this embodiment, the
[0044]
Further, as shown in FIGS. 2 to 4, the dimension of the
[0045]
That is, assuming that the length L and the width W use a relatively low frequency band, such as about 20 KHz, for example, as the driving frequency of the
[0046]
On the other hand, it has been confirmed from an experiment by the applicant of the present invention that there is no adverse effect of the Poisson's ratio, that is, no occurrence of lateral vibration at an extremely high frequency of 200 KHz or higher, for example, a driving frequency of 1 MHz set in this embodiment. The length L and the width W of the
[0047]
Similarly to the
[0048]
Two
[0049]
The cooling means composed of the through-
[0050]
Next, the liquid contact
[0051]
The wetted
[0052]
In this embodiment, the thickness d of the wetted
[0053]
Here, the half wavelength (λ / 2) of the liquid contact
λ / 2 = C / 2f
However,
λ: one wavelength C: sound velocity of stainless steel = 5.5 × 10 5 cm
f: Frequency = 10 6 Hz
Therefore, λ / 2 = 2.8 mm.
[0054]
Further, in this case, the wetted
[0055]
In addition, the wetted
[0056]
Next, the said conveying
[0057]
The
[0058]
Next, the said liquid supply apparatus 3 with which the
[0059]
As shown in FIG. 1, a liquid supply device 3 as a liquid supply means for the cleaning
[0060]
In the present embodiment, the cleaning
[0061]
Next, the operation of the
[0062]
As shown in FIGS. 1 and 2, first, when a voltage having a predetermined drive frequency is applied to the
[0063]
The
[0064]
Therefore, as shown particularly in FIG. 2, the clearance e between the
[0065]
At this time, the ultrasonic vibration generated from the
[0066]
In addition, the
[0067]
The
[0068]
That is,
(1) Since the
[0069]
(2) The
[0070]
(3) Since the cleaning
[0071]
(4) The thickness H of the
[0072]
(5) A pair of through
[0073]
(6) Maintenance is extremely easy because there is no need to provide an interlocking facility consisting of sensors or the like in order to prevent flying.
[0074]
In the
[0075]
In the present embodiment, the
[0076]
【The invention's effect】
As described above, according to the ultrasonic cleaning apparatus of the present invention, it is possible to reliably suppress an increase in effective output even when the cleaning fluid decreases, and to adversely affect the transmitted ultrasonic vibration such as attenuation. Can be applied to various cleaning fluids according to the purpose of cleaning and the material of the object to be cleaned.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a perspective view showing an ultrasonic cleaning apparatus of the present invention.
FIG. 2 is a side view of the ultrasonic cleaning apparatus shown in FIG.
3 is a perspective view including a partial cross-section showing an ultrasonic excitation device provided in the ultrasonic cleaning device shown in FIGS. 1 and 2. FIG.
4 is a cross-sectional view taken along the line AA in FIG. 3 of the ultrasonic excitation device.
FIG. 5 is a side view including a partial cross section showing a conventional ultrasonic cleaning apparatus.
FIG. 6 is a perspective view including a partial cross section showing a conventional ultrasonic vibration generator provided in a conventional ultrasonic cleaning apparatus.
Claims (1)
前記超音波励振装置は、200KHz以上の超音波振動を発生する振動子と、前記振動子と結合して前記超音波振動を洗浄用流体に導く導波体とを有し、
前記導波体は、前記振動子から発生する超音波振動の進行方向における略中央部に全周にわたって突出する状態に形成されたフランジ部及び、前記振動子を有する面と対向する面側に密着固定された接液部振動体を備え、
前記接液部振動体の前記超音波振動の発振面と前記被洗浄物の表面との間に隙間を有し、前記給液手段は、前記隙間内に前記洗浄用流体を供給し、
前記接液部振動体は、前記洗浄用流体に対する耐食性を有して、前記導波体の前記洗浄用流体と接液する周面及び下面を被い、かつ、
前記超音波振動の進行方向における寸法が前記接液部振動体の素材の音速度に基づく前記超音波振動の半波長の整数倍の大きさを有することを特徴とする超音波洗浄装置。An ultrasonic cleaning apparatus comprising a transport means for transporting an object to be cleaned, a liquid supply means for supplying a cleaning fluid, and an ultrasonic excitation device for exciting the cleaning fluid,
The ultrasonic excitation device includes a vibrator that generates an ultrasonic vibration of 200 KHz or more, and a waveguide that is coupled to the vibrator and guides the ultrasonic vibration to a cleaning fluid.
The waveguide closely adheres to a flange portion formed so as to protrude over the entire circumference at a substantially central portion in a traveling direction of ultrasonic vibration generated from the vibrator, and a surface facing the surface having the vibrator. It has a fixed wetted part vibrating body,
There is a gap between the ultrasonic vibration oscillation surface of the wetted part vibrating body and the surface of the object to be cleaned, the liquid supply means supplies the cleaning fluid into the gap,
The liquid contact part vibrating body has corrosion resistance to the cleaning fluid, covers a peripheral surface and a lower surface of the waveguide that are in contact with the cleaning fluid, and
The ultrasonic cleaning apparatus, wherein a dimension in a traveling direction of the ultrasonic vibration has a size that is an integral multiple of a half wavelength of the ultrasonic vibration based on a sound speed of a material of the liquid contact part vibrating body.
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