JP4219580B2 - 超音波洗浄装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ＬＣＤガラス基板や半導体ウェハなど、薄板状をした被洗浄物の表面を超音波によって洗浄するための超音波洗浄装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
一例として、図１０および図１１に、従来のＬＣＤガラス基板用の超音波洗浄装置を示す。図１０はＬＣＤガラス基板用の超音波洗浄装置の略示平面図、図１１は図１０中のＡ−Ａ線略示断面図である。
【０００３】
図において、１および２は、ＳＵＳ（ステンレス鋼）や石英、あるいはタンタル（Ｔａ）などで作られた箱状の上側筐体と下側筐体である。この一対の筐体１，２は、お互いの下底面１ａと天面２ａが向き合うように上下に対向配置されており、この向き合わされた下底面１ａと天面２ａの間に、洗浄対象とするＬＣＤガラス基板（以下、「基板」と略称）３が非接触状態で通過できる程度のすきま（例えば、３〜７ｍｍ程度）からなる洗浄用間隙部４が形成されている。また、上側筐体１または下側筐体２の少なくともいずれか一方、図示例では上側筐体１の内底部には、前記洗浄用間隙部４に向けて超音波を放射する超音波振動子５が接着などによって固着されている。
【０００４】
また、上側筐体１と下側筐体２の前後の外壁面部には、前記洗浄用間隙部４に通じる僅かなすきま（例えば、１〜２ｍｍ程度）からなる洗浄液供給用通路６と洗浄液排出用通路７がそれぞれ形成されており、洗浄液供給用通路６に連通された洗浄液供給用パイプ８を通じて洗浄用間隙部４内に洗浄液（例えば、純水、電解イオン水、オゾン水、水素水など）を送給するとともに、洗浄液排出用通路７に連通された洗浄液排出用パイプ９を通じて洗浄液を外部へ吸引排出するように構成されている。１０はローラコンベアなどの搬送手段であって、洗浄対象とする基板３を洗浄用間隙部４内に搬入・搬出するものである。
【０００５】
上記超音波洗浄装置は、次のようにして基板３を超音波洗浄する。
まず最初に、洗浄液供給ポンプ（図示せず）、洗浄液供給用パイプ８、洗浄液供給用通路６を通じて、洗浄液を洗浄用間隙部４内に所定の圧力で送給する。これと同時に、洗浄用間隙部４内を流れてくる洗浄液を、洗浄液排出用通路７、洗浄液排出用パイプ９、洗浄液排出ポンプ（図示せず）を通じて外部へ吸引排出するように設定する。
【０００６】
このとき、基板３の濡れ特性、洗浄液の粘性や表面張力などに応じて、洗浄用間隙部４のすきま間隔、送給する洗浄液の流速などを所定の条件を満たすように設定すると、洗浄液供給用通路６から洗浄用間隙部４内に送給された洗浄液は、洗浄用間隙部４の先端側開口１１および後端側開口１２からわずかに漏れ出すだけで、そのほとんどが洗浄液排出用通路７を通って洗浄液排出用パイプ９から外部へ排出されるようになる。
【０００７】
次いで、上側筐体１内に設置した超音波振動子５に所定周波数（例えば、１ＭHz程度）の高周波電流を供給し、超音波振動子５を振動させる。これによって、超音波振動子５から超音波が発生し、上側筐体１の下底面１ａを介して洗浄用間隙部４に向けて放射され、洗浄用間隙部４内を満たしながら流れていく洗浄液粒子を超高速で振動させる。
【０００８】
上記の状態で、洗浄対象とする基板３をローラコンベア１０に載せて先端側開口１１から所定の移動速度で洗浄用間隙部４内に挿入していく。洗浄用間隙部４内に挿入された基板３は、超高速で振動する洗浄液粒子の作用によってその表面を超音波洗浄される。
【０００９】
このようにして、基板３は洗浄用間隙部４内を通る間にその表面を超音波洗浄され、洗浄の終わった基板３は後端側開口１２から外部へ送り出され、ローラコンベア１０によって次の工程へと搬出される。
【００１０】
上記した超音波洗浄装置は、間隔の狭い洗浄用間隙部４内に洗浄液を流しながら基板を超音波洗浄するようにしているため、他の超音波洗浄装置に比べて洗浄液の使用量が格段に少なくて済み、極めて高い節水効果を上げることができるものである。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上記した従来の超音波洗浄装置の場合、洗浄用間隙部４に対する洗浄液の供給と排出は、上側筐体１と下側筐体２の前後の外壁面に形成した洗浄液供給用通路６および洗浄液排出用通路７を通じて行なっているが、この２つの通路６，７は図１２および図１３に示すような構造になるものであった。
【００１２】
図１２は上側筐体１部分の洗浄液供給用通路６と洗浄液排出用通路７の分解斜視図、図１３はパッキン１４の部分拡大図であって、図１２に示すように、下縁部に複数個の三角形切り込み１３を形成したフッ素系樹脂などからなる薄板状のパッキン１４を用意し、このパッキン１４の外側に洗浄液供給用パイプ８または洗浄液排出用パイプ９を取り付けられたＬ形の押さえ板１５を重ね合わせ、上側筐体１の前後の外壁面部にネジ止めや接着などによって固着したものである。
【００１３】
洗浄液供給用パイプ８および洗浄液排出用パイプ９は、図１３に示すように、それぞれパッキン１４の三角形切り込み１３の頂角位置に臨むように配置されており、三角形切り込み１３の頂角位置から洗浄液を流し込みあるいは吸い出すことにより、三角形切り込み１３の三角形空隙部分を洗浄液供給用通路６、洗浄液排出用通路７としたものである。
【００１４】
なお、下側筐体２は前記上側筐体１を上下逆さまに配置しただけであり、構造自体は上側筐体１とまったく同じものであるので、下側筐体２の洗浄液供給用通路６と洗浄液排出用通路７については図示を省略する。また、前記洗浄液供給用通路６と洗浄液排出用通路７は、常に上側筐体１と下側筐体２の両方に形成されるものではなく、洗浄目的によっては、上側筐体１の側だけ、あるいは下側筐体２の側だけに設けられる場合もある。
【００１５】
従来の超音波洗浄装置では、上記構造になる洗浄液供給用通路６と洗浄液排出用通路７を採用していたが、次のような問題があった。すなわち、従来の超音波洗浄装置の場合、パッキン１４は、その下縁部に三角形切り込み１３を形成するだけで洗浄液供給用通路６または洗浄液排出用通路７を形成することができ、構造簡単で製作が容易であり、コスト的には有利であるが、各三角形切り込み１３が独立しているため、洗浄液供給用パイプ８と洗浄液排出用パイプ９の数が三角切り込み１３の数だけ必要となる。
【００１６】
例えば、全幅７００ｍｍサイズのパッキンの場合を例にとると、パッキンの下縁部に沿って三角形切り込み１３を８個程度形成しているが、これに合わせて洗浄液供給用パイプ８または洗浄液排出用パイプ９も８個必要であった。したがって、図１０および図１１に例示した超音波洗浄装置の場合、前側の上下の壁面部に洗浄液供給用パイプ８が８本ずつ計１６本、後ろ側の上下の壁面部に洗浄液排出用パイプ９が８本ずつ計１６本、合わせて３２本の給排水用のパイプが必要となり、装置設計の大きな制約となっていた。
【００１７】
また、それぞれの三角形切り込み１３が独立しているため、洗浄液供給用通路６側においては、洗浄用間隙部４内に流れ込む洗浄液の流量分布特性が図１４に示すようなものとなり、隣り合う三角形切り込み１３の境界付近で流量差を生じて不均一な流れの給水となってしまい、場合によっては洗浄結果に影響を与えることがあった。
【００１８】
また、三角形切り込み１３は下側の方（図１３において）がその開口面積が大きいため、洗浄液排出用通路７側においては、洗浄液と一緒に空気を吸い込みやすく、洗浄液の回収率を或る程度以上（例えば７０％以上）に上げることが難しかった。
【００１９】
本発明は、上記のような問題を解決するためになされたもので、被洗浄物の挿通される洗浄用間隙部の全幅にわたって均一な流量分布特性が得られるとともに、洗浄液を給排水するパイプの数も格段に低減可能な超音波洗浄装置を提供することを目的とするものである。
【００２０】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、本発明の超音波洗浄装置は、洗浄液供給用通路および洗浄液排出用通路を、筐体外壁面に沿わされた薄板状のパッキンと、該パッキンを筐体外壁面に水密に固着する押さえ板とで構成し、前記パッキンには、洗浄用間隙部の幅方向に沿う１つまたは複数個の長穴を形成するとともに、該長穴の洗浄用間隙部と対向する側の内周壁部には、長穴内と前記洗浄用間隙部との間を連通する小径の整流孔を複数穿設したものである。
【００２１】
なお、前記押さえ板には、給排水のためのパイプの数を可能な限り少なくするために、前記パッキンの１つの長穴毎に１本の洗浄液供給用パイプまたは洗浄液排出用パイプを取り付けることが望ましい。また、前記洗浄液供給用パイプまたは洗浄液排出用パイプは、洗浄液をムラなくスムーズに供給あるいは排出するために、前記パッキンの整流孔を穿たれた側の内周壁部と反対側の内周壁部の中央部付近に臨むように配置することが望ましい。また、前記パッキンは、被洗浄物が通過する洗浄用間隙部の先端側開口と後端側開口からの洗浄液の漏出をより少なくするために、親水性材料で構成するとともに、前記押さえ板を疎水性材料で構成することが望ましい。
【００２２】
上記のような構成とした場合、パッキンの長穴内に送給された洗浄液は、一旦長穴内に溜められた後、長穴内周壁部に形成された多数の整流孔から洗浄用間隙部内へと送り出される。このため、洗浄用間隙部の全幅にわたって洗浄液がほぼ均等に供給され、洗浄用間隙部の全幅にわたって均一な流量分布特性を得ることができる。また、洗浄液供給用パイプまたは洗浄液排出用パイプは、各長穴毎に１本づつ配管するだけでよいので、洗浄液を給排水パイプの数も格段に低減することができる。
【００２３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。
図１〜図３に、本発明の超音波洗浄装置で用いるパッキン２４と押さえ板２５の第１の例を示す。図１は上側筐体１のパッキン２４と押さえ板２５部分の分解斜視図、図２（ａ）はパッキン２４の部分拡大図、図２（ｂ）は図２（ａ）中のＢ−Ｂ線略示断面図である。なお、パッキン２４と押さえ板２５以外の他の部分の装置構成は、前述した従来装置（図１０、図１１）と同様であるので、これらの部分については図示を省略する。
【００２４】
図示例のパッキン２４は、フッ素系樹脂、ＳＵＳ（ステンレス鋼）、セラミックなどで構成されており、これら素材からなる板状体（例えば、板厚３ｍｍ）の表裏面を貫いて、長方形状をした２つの長穴２３がパッキン２４の下縁に沿って形成されている。この長穴２３の上辺側の内周壁部の中央位置には、洗浄液供給用パイプ８または洗浄液排液用パイプ９を長穴２３内に臨ませるための三角形状をしたパイプ挿通溝２６が形成されているとともに、下辺側の内周壁部には、長穴２３内とパッキン下面部との間を貫いて、小径（例えば、１．２ｍｍφ）の整流孔２７が所定ピッチ（例えば、４ｍｍ間隔）で多数形成されている。
【００２５】
一方、押さえ板２５は、パッキン２４と同じくフッ素系樹脂、ＳＵＳ（ステンレス鋼）、セラミックなどで構成されており、パッキン２４のパイプ挿通溝２６と対応する位置に、洗浄液供給用パイプ８、洗浄液排出用パイプ９がそれぞれ取り付けられており、パッキン２４と押さえ板２５を重ね合わせて上側筐体１および下側筐体２に固着したとき、洗浄液供給用パイプ８と洗浄液排出用パイプ９がそれぞれパッキン２４のパイプ挿通溝２６の頂角位置に臨むように構成されている。
【００２６】
前記構造になるパッキン２４と押さえ板２５を用いて超音波洗浄装置を製造した場合、洗浄液供給用パイプ８から送給された洗浄液は、パイプ挿通溝２６部分からパッキン２４の長穴２３内に送り込まれ、一旦長穴２３内に貯溜された後、整流孔２７を通じて超音波洗浄装置の洗浄用間隙部４（図１１参照）へと供給されるようになる。
【００２７】
この結果、洗浄用間隙部４に供給される洗浄液の流量特性は、図３に示すようにその全幅にわたってほぼ均一な流量特性となり、場所的な流量の違いによる洗浄効果のばらつきを防止でき、より高精度の超音波洗浄を実現できる。
【００２８】
また、洗浄用間隙部４の後端側まで達した洗浄液は、後端側のパッキン２４の径の小さな整流孔２７から長穴２３内へと吸い込まれた後、パイプ挿通溝２７部分に臨まされた洗浄液排出用パイプ９を通じて外部へ排出されるため、従来に比べて空気の吸い込みが少なくなり、最大でも７０％程度であった洗浄液の回収率を８０％程度まで上げることができる。
【００２９】
また、この第１の例のパッキン２４の場合、１個のパッキンに長穴２３が２個形成されているので、１個のパッキンについて洗浄液供給用パイプ８または洗浄液排出用パイプ９の数が２本で済み、図１１のごとき構造になる超音波洗浄装置全体で見ると、後ろ側の上下の壁面部に洗浄液供給用パイプ８が４本、前側の上下の壁面部に洗浄液排出用パイプ９が４本、計８本で済み、前述した従来装置の３２本に比べてパイプの数を１／４に減らすことができる。
【００３０】
なお、パッキン２４と押さえ板２５は、前述したようにフッ素系樹脂、ＳＵＳ（ステンレス鋼）、セラミックなどで構成されるが、より好ましくは、パッキン２４を親水性の材料、例えばＳＵＳ（ステンレス鋼）で構成するとともに、押さえ板２５を疎水性の材料、例えばフッ素系樹脂で構成することが好ましい。このようにパッキン２４を親水性材料で構成するとともに、押さえ板２５を疎水性材料で構成した場合、図４の模式説明図に示すように、親水性材料からなるパッキン２４の有する液体に濡れやすい性質と、疎水性材料からなる押さえ板２５の有する液体を弾きやすい性質との相乗効果により、基板３の通過する洗浄用間隙部４の先端側開口１１と後端側開口１２からの洗浄液の漏出をより少なく抑えることができ、洗浄液の回収率をさらに高めることができる。
【００３１】
図５に、本発明の超音波洗浄装置で用いるパッキン２４の第２の例を示す。
この第２の例のパッキン２４は、パッキン全幅にまたがって、１個の長方形状の長穴２３を形成した場合の例である。この第２の例のパッキン２４を用いた場合、１個のパッキンで洗浄液供給用パイプ８または洗浄液排出用パイプ９が１本で済むので、図１１の装置全体で見ると、後ろ側の上下の壁面部に洗浄液供給用パイプ８が２本、前側の上下の壁面部に洗浄液排出用パイプ９が２本、計４本で済み、前述した従来装置の３２本に比べてパイプの数を１／８に減らすことができる。
【００３２】
図６に、本発明の超音波洗浄装置で用いるパッキン２４の第３の例を示す。
この第３の例のパッキン２４は、長穴２３の上辺部を山形の傾斜面２８としたものである。このように山形の傾斜面２８を有する長穴２３とした場合、洗浄液供給用パイプ８から供給された洗浄液は山形の傾斜面２８に沿って長穴２３の全体に速やかに広がり、また、洗浄液排出用パイプ９から排出される洗浄液は山形の傾斜面２８に沿ってパイプ９内へスムーズに導かれるようになり、よりスムーズな洗浄液の給排水を実現できる。
【００３３】
図７に、本発明の超音波洗浄装置で用いるパッキン２４の第４の例を示す。
この第４の例のパッキン２４は、長穴２３の形状を横に長く広がった三角形とした場合の例であり、この場合も、山形の傾斜面２８に沿って洗浄液が導かれていくので、図６の場合と同様の作用効果を奏することができる。
【００３４】
なお、長穴２３の形状は、前述した各例のものに限られるものではなく、パッキン２４の下縁部に沿った細長い穴状であれば、他の穴形状であっても実施可能である。
【００３５】
図８に、本発明のパッキンを用いた場合と、従来のパッキンを用いた場合の流量特性の実測比較図を示す。図８中の特性曲線ａは、図９（ａ）に示した本発明のパッキン２４を用いた場合の流量特性、また図８中の特性曲線ｂは、図９（ｂ）に示した従来のパッキン１４を用いた場合の流量特性をそれぞれ示すものである。
【００３６】
この図８に示した流量特性曲線ａ，ｂから明らかなように、本発明のパッキン２４を用いた場合には、従来のパッキンに比べて流量のばらつきが格段に少なくなり、パッキンの全幅、すなわち洗浄用間隙部４（図１１参照）の全幅にわたってほぼ均一な流量特性を得ることができる。
【００３７】
【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、洗浄液供給用通路および洗浄液排出用通路を形成するパッキンとして、洗浄用間隙部の幅方向に沿う１つまたは複数個の長穴を形成するとともに、該長穴の洗浄用間隙部と対向する側の内周壁部には、長穴内と前記洗浄用間隙部との間を連通する小径の整流孔が複数穿設したパッキンを用いたので、被洗浄物が通過する洗浄用間隙部の全幅にわたって均一な流量特性を得ることができ、より優れた洗浄効果を挙げることができる。また、小さな径の整流孔を通じて洗浄液を吸い上げて外部へ排出するので、空気を吸い込む割合が少なくなり、洗浄液の回収率を向上することができる。
【００３８】
また、１つの長穴に１本の洗浄液供給用パイプまたは洗浄液排出用パイプを取り付けるだけで済むので、洗浄液を給排水するためのパイプの数も従来の超音波洗浄装置に比べて格段に低減することができ、その分装置設計の自由度を上げることができる。
【００３９】
また、洗浄液供給用パイプまたは洗浄液排出用パイプを、パッキンの整流孔を穿たれた側の内周壁部と反対側の内周壁部の中央部付近に臨むように配置した場合、流量特性がより平坦となり、よりスムーズな洗浄液の給排水を行なうことができる。
【００４０】
さらに、パッキンを親水性材料で構成するとともに、押さえ板を疎水性材料で構成した場合には、被洗浄物が通過する洗浄用間隙部の先端側開口と後端側開口からの洗浄液の漏出をより少なくすることができ、洗浄液の回収率をさらに高めることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の超音波洗浄装置で用いるパッキンと押さえ板の第１の例を示すもので、上側筐体のパッキンと押さえ板部分の分解斜視図である。
【図２】（ａ）は図１中のパッキンの部分拡大図、（ｂ）は（ａ）中のＢ−Ｂ線略示断面図である。
【図３】前記パッキンを用いた場合の流量特性の説明図である。
【図４】パッキンを親水性材料で構成し、押さえ板を疎水性材料で構成した場合の洗浄液の漏れ防止効果の模式説明図である。
【図５】パッキンの第２の例を示す正面図である。
【図６】パッキンの第３の例を示す正面図である。
【図７】パッキンの第４の例を示す正面図である。
【図８】本発明で用いるパッキンと従来のパッキンの流量特性の実測比較図である。
【図９】図８の流量特性の測定に用いたパッキンの形状を示すもので、（ａ）は本発明のパッキンの正面図、（ｂ）は従来のパッキンの正面図である。
【図１０】従来の超音波洗浄装置の略示平面図である。
【図１１】図１０中のＡ−Ａ線略示断面図である。
【図１２】図１１中の上側筐体のパッキンと押さえ板部分の略示分解斜視図である
【図１３】従来のパッキンの部分拡大図である。
【図１４】従来のパッキンを用いた場合の流量特性図である。
【符号の簡単な説明】
１ 上側筐体
２ 下側筐体
３ ＬＣＤガラス基板（薄板状の被洗浄物）
４ 洗浄用間隙部
５ 超音波振動子（超音波発生手段）
６ 洗浄液供給用通路
７ 洗浄液排出用通路
８ 洗浄液供給用パイプ
９ 洗浄液排出用パイプ
１０ ローラコンベア
１１ 先端側開口
１２ 後端側開口
２３ 長穴
２４ パッキン
２５ 押さえ板
２６ パイプ挿通溝
２７ 整流孔
２８ 傾斜面

Claims (4)

1. 上下に対向配置した一対の筐体の間に薄板状の被洗浄物が通過可能な洗浄用間隙部を形成し、該洗浄用間隙部の一方の端部側から洗浄液を供給して他方の端部側から排出するとともに、少なくともいずれか一方の筐体内に超音波発生手段を設け、該超音波発生手段から洗浄用間隙部に向けて超音波を放射しながら洗浄液の流れる洗浄用間隙部内に被洗浄物を通していくことにより、被洗浄物の表面を超音波洗浄するようにした超音波洗浄装置であって、前記筐体の前後の外壁面に前記洗浄用間隙部につながる洗浄液供給用通路と洗浄液排出用通路を形成した超音波洗浄装置において、
   前記洗浄液供給用通路および洗浄液排出用通路が、筐体外壁面に沿わされた薄板状のパッキンと、該パッキンを筐体外壁面に水密に固着する押さえ板とで構成され、
   前記パッキンには、洗浄用間隙部の幅方向に沿う１つまたは複数個の長穴が形成されているとともに、該長穴の洗浄用間隙部と対向する側の内周壁部には、長穴内と前記洗浄用間隙部との間を連通する小径の整流孔が複数穿設されていることを特徴とする超音波洗浄装置。
2. 前記押さえ板には、前記パッキンの１つの長穴毎に１本の洗浄液供給用パイプまたは洗浄液排出用パイプが取り付けられていることを特徴とする請求項１記載の超音波洗浄装置。
3. 前記洗浄液供給用パイプまたは洗浄液排出用パイプが、前記パッキンの整流孔を穿たれた側の内周壁部と反対側の内周壁部の中央部付近に臨むように配置されていることを特徴とする請求項２記載の超音波洗浄装置。
4. 前記パッキンが親水性材料で構成されているとともに、前記押さえ板が疎水性材料で構成されていることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の超音波洗浄装置。

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