JP3942420B2 - 音圧モニタ - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
この発明は、被洗浄物を洗浄するために液体に付与された超音波振動の音圧を計測する音圧モニタに関する。
【0002】
【従来の技術】
例えば、半導体装置や液晶表示装置などの製造工程においては、種々の微細加工の前後で、半導体ウエハやガラス基板などの基板に付着したサブミクロンオーダのパーティ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、半導体装置や液晶表示装置の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バッチ式あるいは枚葉式の超音波洗浄装置がある。これらの洗浄装置においては、超音波振動子への投入パワーを増大させると強力な振動が得られ、洗浄効果が向上するということが経験的に知られている。
【0004】
しかし、実際の洗浄効果は、超音波振動子から付与された超音波振動がどのような強度分布となって被洗浄物である基板に伝播されるかを測定しなければ、正確に把握することは難しい。つまり、超音波振動子への入力を増大させるだけでは、その入力に応じて超音波振動子から発振された超音波振動が被洗浄物にどのような強度で伝播されるかがわからないから、洗浄効果を確認することが困難となる。
【0005】
そこで、洗浄液に付与された超音波振動を被洗浄物とほぼ同じ位置で音圧計によって測定し、その音圧計が受波した音圧により生じる起電力で洗浄効果を判定するということが知られている。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、超音波振動子によって洗浄液に超音波振動を付与する場合、例えば洗浄液の性質、被洗浄物と洗浄液に超音波振動を付与する超音波振動子との距離などの外部負荷や超音波振動子の経時変化などの種々の条件によって、超音波振動の周波数が変化することがある。そのような場合には、洗浄効果が変化することになる。したがって、被洗浄物を超音波洗浄する場合には音圧とともに周波数の変化を測定し、洗浄条件を判定することが必要となる。
【0007】
この発明は、超音波振動子によって液体に付与された超音波振動の音圧を計測する際、上記超音波振動の周波数を計測することにより、被洗浄物の洗浄条件を判定できる音圧モニタを提供することにある。
【0008】
【課題を解決するための手段】
請求項1の発明は、超音波振動子から液体に付与された超音波振動を圧電素子により電圧に変換して、被洗浄物に伝播する超音波振動の音圧を計測するための機能を有する音圧モニタであって、
上記超音波振動の周波数を計測する周波数計測手段を備え、この周波数計測手段は、上記圧電素子から出力される電圧が基準電圧を超えた時に矩形波を出力する波形整流回路と、上記波形整流回路の単位時間当たりの出力をカウンタ部でカウントし、このカウント値に基づいて上記超音波振動の周波数を検出する中央処理装置と、を含むことを特徴としている。
【0010】
この発明によれば、超音波振動子によって液体に付与された超音波振動の周波数を圧電素子から出力される電圧を基に計測することができ、被洗浄物の洗浄条件を判定することができる。
【0011】
【発明の実施の形態】
以下、この発明の一実施の形態を図面を参照しながら説明する。
【0012】
図1と図2は、この発明の音圧モニタ10を適用した超音波洗浄装置を示す。
【0013】
図1と図2に示す超音波洗浄装置は下面に脚1が設けられた矩形箱状の洗浄槽2を有する。この洗浄槽2の側面の下方には、この洗浄槽2に液体としての洗浄液、例えば純水などを供給する供給管3が接続されており、上方には上記供給管3から供給され上記洗浄槽2の内部に所定レベルまで貯えられた洗浄液をオーバーフローさせるオーバーフロー管4が接続されている。
【0014】
上記洗浄槽2は、上面が開放しており、下面の幅方向ほぼ中心部には長手方向に沿って開口部5が形成されている。この開口部5はシール材6を介して可撓性を有する振動板7で液密に閉塞されている。この振動板7の下面の幅方向ほぼ中心部には長手方向に沿って圧電素子からなる超音波振動子8が固着されている。
【0015】
この超音波振動子8には駆動装置8aが接続されており、この駆動装置8aを制御することによって、上記超音波振動子8は約1MHzの周波数で超音波振動するようになっている。上記超音波振動子8が超音波振動すると、この超音波振動に伴って上記振動板7も超音波振動するから、その超音波振動は上記振動板7の上面側の洗浄液に伝播し、さらに上記洗浄槽2内に貯えられた洗浄液全体に所定の強度分布で伝播することになる。
【0016】
基板Wを上記超音波洗浄装置で洗浄する場合、網状の洗浄ケース9が用いられる。この洗浄ケース9は、複数の基板Wをほぼ垂直に、かつそれぞれの板面が平行となるように離間して保持できる構成となっている。上記洗浄ケース9に保持された基板Wは、上記洗浄槽2内に貯えられた洗浄液に浸漬され、この洗浄液に付与された超音波振動によって洗浄される。なお、上記洗浄ケース9は上記洗浄槽2内に着脱可能に設けられており、基板Wの非洗浄時には上記洗浄槽2から取り外すことができるようになっている。
【0017】
基板Wの板面にはパーティクルが付着している。そのため、基板Wを上記超音波振動によって洗浄すると、上記パーティクルは基板Wの板面から剥離し、上記洗浄槽2内の洗浄液を汚染することになる。
【0018】
そのため、この汚染された洗浄液を上記オーバーフロー管4からオーバーフローさせるとともに、上記供給管3から清浄な洗浄液を供給することによって、上記洗浄槽2内の洗浄液を常に所定の清浄度に保ち、超音波振動によって基板Wの板面から剥離されたパーティクルが再付着するのを防止している。
【0019】
洗浄液に付与された超音波振動は音圧モニタ10によって計測される。この音圧モニタ10は、洗浄液を伝播する超音波振動を検出し電気信号に変換する音圧計11と、この音圧計11から出力される信号を処理する処理装置12からなっている。
【0020】
上記音圧計11は、例えば石英やステンレスからなる中実の円柱部材13を有し、上記洗浄槽2に着脱可能に設けられている。この円柱部材13の一端面は上記洗浄槽2に貯えられた洗浄液に浸漬される受波面14をなし、他端は洗浄液の液面Lから露出し、その露出した他端面には圧電素子15が固着されている。
【0021】
上記洗浄槽2に設けられる上記音圧計11は、その位置を随時設定できるようになっており、上記受波面14が上記洗浄槽2内の基板Wとほぼ同じ位置になるように設定することで、洗浄時に基板Wに伝播する超音波振動とほぼ同等の超音波振動を受波できるようになっている。上記受波面14によって受波された超音波振動は、上記円柱部材13を介してその上端の圧電素子15に伝播することになる。
【0022】
なお、上記音圧モニタ10による超音波振動の計測は、基板Wの非洗浄時に行われるため、上記洗浄ケース9と上記音圧計11とが互いに干渉することはない。つまり、基板W及び洗浄ケース9が上記洗浄槽2から取り外された状態において、上記洗浄ケース9によって上記洗浄槽2内に保持される基板Wとほぼ同じ位置で超音波振動を計測することで、洗浄時に基板Wに伝播する超音波振動を検出するようになっている。
【0023】
上記圧電素子15は、超音波振動が加えられると、その音圧に応じた電圧を出力する。なお、上記超音波振動は粗密波であるため、上記圧電素子15から出力される電圧は図4に示すような交流波形となっている。上記圧電素子15の出力電圧は上記処理装置12によって処理されることになる。
【0024】
図3に示すように、上記処理装置12は上記圧電素子15から出力された出力電圧を増幅する増幅回路16を有する。この増幅回路16によって増幅された電圧は整流回路17によって整流され出力される。上記整流回路17から出力された出力電圧は中央処理装置18に入力される。
【0025】
この中央処理装置18に設けられたA/D変換部18aは、上記整流回路17から出力された電圧に応じたデジタル信号に変換し、このデジタル信号に基づいて、上記圧電素子15に伝播した超音波振動の音圧を検出する。基板Wの洗浄効果は、この基板Wに伝播する超音波振動の音圧に依存しているため、上記音圧による検出結果によって基板Wの洗浄効果を判定することができる。
【0026】
検出された上記超音波振動の音圧は液晶ディスプレイなどの表示装置20に数値として表示される。なお、上記中央処理装置18には操作パネル21が接続されており、上記表示装置20などの操作を行えるようになっている。
【0027】
上記増幅回路16によって増幅された電圧は、波形整形回路としての比較回路19にも入力される。図4に示すように、この比較回路19は、予め基準電圧V 1が設定されており、入力される電圧が上記基準電圧V 1を超える立ち上がり時に、同期して図5に示す矩形パルスPを1つ出力するようになっている。
【0028】
上記比較回路19から出力される矩形パルスPは中央処理装置18に入力される。上記中央処理装置18に入力された矩形パルスPをカウンタ部18bで処理し、単位時間あたりの矩形パルスPの数を算出する。
【0029】
この単位時間当たりの矩形パルスPの数は、上記圧電素子15に伝播した超音波振動の周波数と同等であるため、上記カウンタ部18bの出力によって、上記圧電素子15に伝播した超音波振動の周波数、つまり上記音圧計11の受波面14が受波した超音波振動の周波数を計測できるようになっている。
【0030】
すなわち、上記比較回路19及び上記中央処理装置18のカウンタ部18bによって、上記超音波振動の周波数を計測する周波数計測手段を構成している。
【0031】
上記超音波振動子8によって洗浄液に超音波振動を付与する場合、例えば洗浄液の性質、基板Wと超音波振動子8との距離などの外部負荷や、上記超音波振動子8の経時変化などの種々の条件によって、基板Wに伝播する超音波振動の周波数が変化することがある。そのような場合、基板Wの洗浄条件が変化することになるから、洗浄効果も同様に変化することがある。
【0032】
しかし、上記周波数計測手段によって、洗浄される基板Wに伝播する超音波振動の周波数を計測するようにしたため、上記洗浄条件の変化を検出することができるようになっている。
【0033】
上記構成の音圧モニタ10によれば、洗浄液に付与された超音波振動の音圧を計測できるため、その音圧によって上記圧電素子15に生じる起電圧から基板Wの洗浄効果の判定をすることができる。しかも、洗浄される基板Wとほぼ同じ位置で計測するため、計測精度を向上することができる。また、洗浄される基板Wに伝播する超音波振動の周波数を計測できるため、その計測値の変化を監視することによって、基板Wの洗浄条件の変化を検出することができる。
【0034】
なお、上記音圧モニタ10は上記構成の超音波洗浄装置に限定されるものではなく、例えばノズル式の超音波洗浄装置に適用してもよい。この場合、音圧計11をその受波面14が基板Wの洗浄部分とほぼ同じ位置で、かつノズルから噴射された洗浄液に対向して設置する。それによって、受波面14が洗浄液に付与された超音波振動を受波することになる。
【0035】
【発明の効果】
この発明によれば、被洗浄物に伝播する超音波振動の周波数を計測できるので、被洗浄物の洗浄条件の変化を検出することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】この発明の一実施の形態に係る超音波洗浄装置の構成を示す正面図。
【図2】超音波洗浄装置の側面図。
【図3】処理装置の内部構造のブロック図。
【図4】増幅回路の出力を示す図。
【図5】比較回路の出力を示す図。
【符号の説明】
8…超音波振動子、10…音圧モニタ、15…圧電素子、18…中央処理装置、18b…カウンタ部、19…比較回路(波形整流回路)。
Claims (1)
- 超音波振動子から液体に付与された超音波振動を圧電素子により電圧に変換して、被洗浄物に伝播する上記超音波振動の音圧を計測するための機能を有する音圧モニタであって、
上記超音波振動の周波数を計測する周波数計測手段を備え、
この周波数計測手段は、
上記圧電素子から出力される電圧が基準電圧を超えた時に矩形波を出力する波形整流回路と、
上記波形整流回路の単位時間当たりの出力をカウンタ部でカウントし、このカウント値に基づいて上記超音波振動の周波数を検出する中央処理装置と、を含むことを特徴とする音圧モニタ。
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