JP4519541B2 - 超音波洗浄装置 - Google Patents
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Description
本発明は、超音波を利用して半導体基板やガラス基板等の被洗浄物を洗浄する超音波洗浄装置に関する。
半導体基板やガラス基板等の基板製造工程には、基板の表面に付着したパーティクルなどを洗浄除去する洗浄プロセスがある。この洗浄プロセスでは、洗浄液に超音波を付与することで、被洗浄物の表面に付着したパーティクルを剥離除去する、いわゆる超音波洗浄装置が用いられる。
この超音波洗浄装置にはノズルタイプとスリットタイプがある。
ノズルタイプの超音波洗浄装置は、回転テーブル等で被洗浄物を回転させながら、その被洗浄面を洗浄するものであって、被洗浄物の上面側には円筒状の洗浄ヘッドがほぼ垂直に設けられている。
一方、スリットタイプの超音波洗浄装置は、ローラ等の搬送装置で被洗浄物を搬送しながら、その被洗浄面を洗浄するものであって、被洗浄物の上面側には棒状の洗浄ヘッドが水平、かつ被処理物の搬送方向と交差するように設けられている。
これらの洗浄ヘッドは、いずれも内部に洗浄液を貯えるための液室、下面に液室内の洗浄液を吐出させるためのノズルやスリット、さらに上面外側に液室内の洗浄液に超音波を付与するための超音波振動子を備えている。
ところで、上記構成の超音波洗浄装置では、洗浄ヘッドの上面に超音波振動子を設けているため、超音波振動子で発振された超音波を洗浄液に付与するためには、液室内を常に洗浄液で充満させておく必要がある。また、超音波振動子が加熱により劣化するのを防ぐためにも、液室内を常に洗浄液で充満させておく必要がある。
しかしながら、液室内を洗浄液で充満させると、必要以上の量の洗浄液がノズルやスリットから吐出してしまい、大量の洗浄液が無駄となっていた。
そこで近年、この問題を解決した超音波洗浄装置として、被処理物の上面に洗浄液を供給し、この洗浄液に対して被洗浄物上で超音波を付与する超音波洗浄装置が開示された（例えば、特許文献１参照。）。
この超音波洗浄装置は円筒状の超音波付与ヘッドを有している。この超音波付与ヘッドは、被洗浄物の上面に対して略垂直に配置さられており、下端部に拡散付与手段としての超音波レンズ、内部に超音波を発振する超音波振動子、さらに外側部に被洗浄物の上面に洗浄液を供給するノズルを備えている。
超音波レンズは、超音波振動子で発振された超音波を被洗浄物上の洗浄液に伝達させるものであって、内部には超音波振動子を冷却するための冷却液を流す流路が設けられている。また、超音波レンズの下面は、被洗浄物側に向かって膨らむような曲面状に形成されており、超音波振動子で発振した超音波を洗浄液の広い領域に拡散付与できるようになっている。
上記構成の超音波洗浄装置によれば、被洗浄物上に供給された洗浄液に対して超音波レンズから直接超音波を付与している。そのため、必要最小限の洗浄液で被洗浄物の洗浄を行うことができるから、洗浄液の量を削減することができる。しかも、超音波レンズに設けられた流路に冷却液を流すことで、超音波振動子の冷却を行うこともできる。
また、これと似たタイプの超音波洗浄装置として、円筒状の超音波レンズを水平、すなわち被処理物に対してほぼ平行に配置した超音波洗浄装置も知られている。
この超音波レンズは一端部が拡径しており、その拡径端面には銅などの熱伝導性の高い材料からなるブロックが設けられている。ブロックの内部には冷却液を流すための流路が設けられ、さらにブロックの外側面には超音波振動子が設けられている。
この超音波洗浄装置において、超音波振動子で発振された超音波は、ブロックを介して超音波レンズに伝達され、超音波レンズを横方向、すなわち軸心線と交差する方向に振動させる。この横方向振動は超音波レンズと被洗浄物の間の洗浄液に伝達され、被洗浄液の上面を洗浄処理する。
特開２００３−３１５４０号公報
しかしながら、上述のように、超音波レンズを用いて洗浄液に超音波を付与する場合、超音波振動子で発振した超音波が被洗浄物の上面で反射し、その一部が超音波レンズを通って超音波振動子に入射することがある。
超音波振動子に超音波が入射すると、超音波振動子が冷却液による冷却作用では追いつかないほど加熱し、超音波振動子の分極が劣化してしまうことがある。こうなると、超音波振動子が一定強度で超音波を発振することができなくなり、洗浄効率の低下を引き起こす。
一方、棒型の超音波レンズを被洗浄物に対して平行に配置し、その一端部に超音波振動子を設けた超音波洗浄装置では、超音波の伝播経路が直線ではないため、被洗浄物の上面で反射した超音波が超音波振動子に到達し難くなる。
しかしながら、この超音波洗浄装置では、超音波振動子で発振した超音波を超音波レンズの横方向に対する振動に変換してから洗浄液に付与するため、洗浄液に付与される超音波の強度が低減してしまう。また、超音波レンズの横方向に対する振動は、超音波レンズの軸心線を中心として放射状に、すなわち超音波レンズの径方向の全ての方向に向かうため、洗浄液が存在しない上側へ向かう超音波振動が被洗浄物の洗浄に対して有効に利用されない。
本発明は、上記事情を鑑みてなされたものであって、その目的とするところは、超音波振動子の加熱劣化を抑制できる、高い洗浄効率を備えた超音波洗浄装置を提供することにある。
上記課題を解決し目的を達成するために本発明の超音波洗浄装置は次のように構成されている。
（１） 超音波付与ヘッドにより被洗浄物の被洗浄面上の洗浄液に超音波を付与して、上記被洗浄面を超音波洗浄する超音波洗浄装置において、上記超音波付与ヘッドは、一端である第１の面と、上記第１の面と反対側の他端に位置する第２の面とを有し、上記第１の面に、その径方向中心部に行くにつれて突出するように設けられた曲面を備える超音波伝達手段と、上記超音波伝達手段の第２の面に設けられ、上記超音波伝達手段を介して上記被洗浄面上の洗浄液に超音波を付与する超音波振動子と、を具備し、上記超音波伝達手段の径方向中心部には、切欠き部が形成されていて、かつ上記切欠き部は、上記第１の面の曲面の径方向中心部が上記被洗浄物の被洗浄面に対向するようにして、上記超音波付与ヘッドがが上記被洗浄物の上方に配置されたときに、上記超音波伝達手段の上方に位置する上記超音波振動子と、上記被洗浄物の被洗浄面との間に位置することを特徴とする超音波洗浄装置。
（２） 超音波付与ヘッドにより被洗浄物の被洗浄面上の洗浄液に超音波を付与して、上記被洗浄面を超音波洗浄する超音波洗浄装置において、上記超音波付与ヘッドは、一端である第１の面と、上記第１の面と反対側の他端に位置する第２の面とを有し、上記第１の面に、その径方向中心部に行くにつれて突出するように設けられた曲面を備える超音波伝達手段と、上記超音波伝達手段の第２の面に設けられ、上記超音波伝達手段を介して上記被洗浄面上の洗浄液に超音波を付与する超音波振動子と、を具備し、上記超音波伝達手段の内部には、上記第１の面の径方向中心部を通る軸心線上の位置に空間部が形成されていて、かつ上記空間部は、上記第１の面の曲面の径方向中心部が、上記被洗浄物の被洗浄面に対向するようにして、上記超音波付与ヘッドが上記被洗浄物の上方に配置されたときに、上記超音波伝達手段の上方に位置する上記超音波振動子と、上記被洗浄物の被洗浄面との間に位置することを特徴とする。
（３） 超音波付与ヘッドにより被洗浄物の被洗浄面上の洗浄液に超音波を付与して、上記被洗浄面を超音波洗浄する超音波洗浄装置において、上記超音波付与ヘッドは、一端である第１の面と、上記第１の面と反対側の他端に位置する第２の面とを有し、上記第１の面に、その径方向中心部に行くにつれて突出するように設けられた曲面を備える超音波伝達手段と、上記超音波伝達手段の第２の面に設けられ、上記超音波伝達手段を介して上記被洗浄面上の洗浄液に超音波を付与する超音波振動子と、を具備し、上記超音波伝達手段には、上記第１の面の径方向中心部を通る軸心線上に超音波を吸収する材料が埋め込まれていて、かつ上記材料は、上記第１の面の曲面の径方向中心部が、上記被洗浄物の被洗浄面に対向するようにして、上記超音波付与ヘッドが上記被洗浄物の上方に配置されたときに、上記超音波伝達手段の上方に位置する上記超音波振動子と上記被洗浄物の被洗浄面との間に位置することを特徴とする。
（４） 超音波付与ヘッドにより被洗浄物の被洗浄面上の洗浄液に超音波を付与して、上記被洗浄面を超音波洗浄する超音波洗浄装置において、上記超音波付与ヘッドは、一定の長さを有する直線状に構成され、一端である第１の面と、上記第１の面と反対側の他端に位置する第２の面とを有し、上記第１の面に、その一幅方向の中心部に行くにつれて突出するように設けられた曲面を備える超音波伝達手段と、上記超音波伝達手段の第２の面に設けられ、上記超音波伝達手段を介して上記被洗浄面上の洗浄液に超音波を付与する超音波振動子と、を具備し、上記超音波伝達手段の幅方向の中心部に沿って、線状の切欠き部が形成されていて、かつ上記切欠き部は、上記第１の面の曲面の径方向中心部が、上記被洗浄物の被洗浄面に対向するようにして、上記超音波付与ヘッドが上記被洗浄物の上方に配置されたときに、上記超音波伝達手段の上方に位置する上記超音波振動子と、上記被洗浄物の被洗浄面との間に位置することを特徴とする。
（５） 超音波付与ヘッドにより被洗浄物の被洗浄面上の洗浄液に超音波を付与して、上記被洗浄面を超音波洗浄する超音波洗浄装置において、上記超音波付与ヘッドは、一定の長さを有する直線状に構成され、一端である第１の面と、上記第１の面と反対側の他端に位置する第２の面とを有し、上記第１の面に、その一幅方向の中心部に行くにつれて突出するように設けられた曲面を備える超音波伝達手段と、上記超音波伝達手段の第２の面に設けられ、上記超音波伝達手段を介して上記被洗浄面上の洗浄液に超音波を付与する超音波振動子と、を具備し、上記超音波伝達手段の内部には、その幅方向の中心部に沿って、長穴状の空間部が形成されていて、かつ上記空間部は、上記第１の面の曲面の径方向中心部が、上記被洗浄物の被洗浄面に対向するようにして、上記超音波付与ヘッドが上記被洗浄物の上方に配置されたときに、上記超音波伝達手段の上方に位置する上記超音波振動子と、上記被洗浄物の被洗浄面との間に位置することを特徴とする。
（６） 超音波付与ヘッドにより被洗浄物の被洗浄面上の洗浄液に超音波を付与して、上記被洗浄面を超音波洗浄する超音波洗浄装置において、上記超音波付与ヘッドは、一定の長さを有する直線状に構成され、一端である第１の面と、上記第１の面と反対側の他端に位置する第２の面とを有し、上記第１の面に、その一幅方向の中心部に行くにつれて突出するように設けられた曲面を備える超音波伝達手段と、上記超音波伝達手段の第２の面に設けられ、上記超音波伝達手段を介して上記被洗浄面上の洗浄液に超音波を付与する超音波振動子と、を具備し、上記超音波伝達手段には、その幅方向の中心部に沿って、超音波を吸収する材料が埋め込まれていて、かつ上記材料は、上記第１の面の曲面の径方向中心部が、上記被洗浄物の被洗浄面に対向するようにして、上記超音波付与ヘッドが上記被洗浄物の上方に配置されたときに、上記超音波伝達手段の上方に位置する上記超音波振動子と、上記被洗浄物の被洗浄面との間に位置することを特徴とする。
（５） 超音波付与ヘッドにより被洗浄物の被洗浄面上の洗浄液に超音波を付与して、上記被洗浄面を超音波洗浄する超音波洗浄装置において、上記超音波付与ヘッドは、一定の長さを有する直線状に構成され、一端である第１の面と、上記第１の面と反対側の他端に位置する第２の面とを有し、上記第１の面に、その一幅方向の中心部に行くにつれて突出するように設けられた曲面を備える超音波伝達手段と、上記超音波伝達手段の第２の面に設けられ、上記超音波伝達手段を介して上記被洗浄面上の洗浄液に超音波を付与する超音波振動子と、を具備し、上記超音波伝達手段の内部には、その幅方向の中心部に沿って、長穴状の空間部が形成されていて、かつ上記空間部は、上記第１の面の曲面の径方向中心部が、上記被洗浄物の被洗浄面に対向するようにして、上記超音波付与ヘッドが上記被洗浄物の上方に配置されたときに、上記超音波伝達手段の上方に位置する上記超音波振動子と、上記被洗浄物の被洗浄面との間に位置することを特徴とする。
（６） 超音波付与ヘッドにより被洗浄物の被洗浄面上の洗浄液に超音波を付与して、上記被洗浄面を超音波洗浄する超音波洗浄装置において、上記超音波付与ヘッドは、一定の長さを有する直線状に構成され、一端である第１の面と、上記第１の面と反対側の他端に位置する第２の面とを有し、上記第１の面に、その一幅方向の中心部に行くにつれて突出するように設けられた曲面を備える超音波伝達手段と、上記超音波伝達手段の第２の面に設けられ、上記超音波伝達手段を介して上記被洗浄面上の洗浄液に超音波を付与する超音波振動子と、を具備し、上記超音波伝達手段には、その幅方向の中心部に沿って、超音波を吸収する材料が埋め込まれていて、かつ上記材料は、上記第１の面の曲面の径方向中心部が、上記被洗浄物の被洗浄面に対向するようにして、上記超音波付与ヘッドが上記被洗浄物の上方に配置されたときに、上記超音波伝達手段の上方に位置する上記超音波振動子と、上記被洗浄物の被洗浄面との間に位置することを特徴とする。
（５）（１）または（２）に記載された超音波洗浄装置であって、上記超音波伝達手段は、上記被洗浄面に対して略垂直に配置された円柱型の部材からなることを特徴とする。
（６）（１）または（２）に記載された超音波洗浄装置であって、上記超音波伝達手段は、上記被洗浄面に対して略平行に配置された棒型の部材からなることを特徴とする。
（７）（１）または（２）に記載された超音波洗浄装置であって、上記防止手段は、上記超音波伝達手段の第１の面に形成された切欠き部であり、この切欠き部は上記被洗浄面に対して傾斜した傾斜面で構成されていることを特徴とする。
（８）（１）または（２）に記載された超音波洗浄装置であって、上記防止手段は、上記超音波伝達手段の内部に設けられていることを特徴とする。
本発明によれば、超音波振動子の加熱劣化を抑制できるとともに、高い洗浄効率を得ることができる。
以下、図面を参照しながら本発明を実施するための最良の形態について説明する。
まず、図１〜図８を用いて本発明の第１の実施の形態を説明する。
図１は本発明の第１の実施の形態に係る超音波洗浄装置の構成図である。
図１に示すように、この超音波洗浄装置は、半導体基板やガラス基板等の被洗浄物Ｓを保持して回転させるスピン処理ユニット１０と、被洗浄物Ｓに対して洗浄液Ｌを供給するとともに、この洗浄液Ｌに超音波を付与して被洗浄物Ｓの被洗浄面を洗浄する超音波洗浄ユニット２０とから構成される。
スピン処理ユニット１０は有底筒状のカップ体１１を有している。このカップ体１１は開口部１１ａが上方に向くように配置されており、底部１１ｂには洗浄処理後の洗浄液Ｌを排出する複数の排出口１２が設けられている。
カップ体１１の下方にはモータ１３が配置されている。モータ１３の駆動軸１３ａは、カップ体１１の底壁を貫通しており、その中途部は軸受１４により回転可能に支持されている。
駆動軸１３ａの上端には回転テーブル１５が略水平に設けられている。回転テーブル１５の上面外周部には複数の支持ピン１６が等間隔で配設されており、これら支持ピン１６と被洗浄物Ｓの周縁部とを係合させることで、被洗浄物Ｓをほぼ水平に保持できるようになっている。
一方、超音波洗浄ユニット２０は超音波付与ヘッド２１を有している。この超音波付与ヘッド２１は被洗浄物Ｓの被洗浄面に対向配置されており、揺動アーム２２を駆動することで、被洗浄面上を往復移動できるようになっている。
図２は同実施の形態に係る超音波付与ヘッド２１の構成図である。
図２に示すように、この超音波付与ヘッド２１はヘッド本体２１ａを有している。このヘッド本体２１ａは扁平な皿状に形成されており、その開口部２１ｂは被洗浄面側に向けられている。
ヘッド本体２１ａの内部には円筒型の超音波レンズ２３（超音波伝達手段）が略垂直に設けられている。超音波レンズ２３の材料としては、ＳｉＯ２などが用いられる。超音波レンズ２３の下端部はヘッド本体２１ａの開口部２１ｂから被洗浄面側に突出しており、被洗浄面と対向する下端面２３ａ（第１の面）は径方向中心部に行くにつれて被洗浄面側に突出するような曲面（曲面部）に形成されている。
また、超音波レンズ２３の上下方向の厚さは、超音波振動子２５（後述する）で発振された超音波の強度を超音波レンズ２３の下側で測定したときに、超音波レンズ２３の軸心線ｌを中心とするリング状の領域で強度が最も強くなるように設定されている。
超音波レンズ２３の下端面２３ａの径方向中心部には切欠き部２４が形成されている。この切欠き部２４は、超音波レンズ２３の軸心線ｌに対して傾斜する傾斜面２４ｂにより形成されており、本実施の形態では上方に行くにつれて縮径するような円錐形状をなしている。
このように超音波レンズ２３に切欠き部２４を形成したことにより、超音波レンズ２３の下端面２３ａのうち、超音波レンズ２３の軸心線ｌを中心とする環状の領域が最も被洗浄物Ｓに接近することになる。
また、超音波レンズ２３の上端面２３ｃ（第２の面）には超音波振動子２５が接着剤により固定されている。この超音波振動子２５はチタン酸鉛などにより形成されており、電源装置２７から電力を供給することで、超音波を発振するようになっている。なお、超音波振動子２５の材料としては、圧電素子やピエゾ素子を用いてもよい。
電源装置２７と超音波振動子２５の間にはマッチング回路２８が設けられている。このマッチング回路２８は、電源装置２７と超音波振動子２５の間のインピーダンスをマッチングさせるものであり、電源装置２７から供給される電力が超音波振動子２５で最も効率よく超音波に変換されるよう予め調整されている。
ヘッド本体２１ａの外周部にはノズル体２６が設けられている。ノズル体２６の先端部は超音波レンズ２３の下端面２３ａと被洗浄物Ｓの被洗浄面との間に向けられており、被洗浄物Ｓの被洗浄面上にフッ酸などの洗浄液Ｌを供給できるようになっている。
また、超音波レンズ２３の周囲には冷却管（図示しない）が配設されている。この冷却管には冷却液を供給する供給源（図示しない）が接続されており、この供給源から冷却管に冷却液を流すことにより、超音波を発振することで加熱した超音波振動子２５を冷却できるようになっている。
次に、上記構成の超音波洗浄装置を使用する際の作用について説明する。
回転テーブル１５上の支持ピン１６で被洗浄物Ｓを支持したら、被洗浄物Ｓを周方向に回転させるとともに、ノズル体２６から被洗浄物Ｓの被洗浄面に洗浄液Ｌを供給する。超音波レンズ２３と被洗浄物Ｓの被洗浄面との間が洗浄液Ｌで満たされたら、超音波振動子２５を駆動して超音波レンズ２３から被洗浄面上の洗浄液Ｌに超音波を付与する。
洗浄液Ｌに付与される超音波のうち、超音波レンズ２３の径方向中心部を通って洗浄液Ｌに入射する超音波は、超音波レンズ２３の下端面２３ａに形成された切欠き部２４で屈折してしまう。
そのため、超音波レンズ２３の径方向中心部付近の洗浄液Ｌには、超音波が伝わり難くなり、その結果、超音波レンズ２３の径方向中心部付近では、その周囲に比べて洗浄液Ｌに付与される超音波の強度が低下する。
一方、洗浄液Ｌに付与される超音波のうち、超音波レンズ２３の径方向中心部以外から洗浄液Ｌに入射する超音波は、超音波レンズ２３の下端面２３ａに形成された曲面により、超音波レンズ２３の軸心線を中心として放射状に屈折され、洗浄液Ｌの広い範囲に付与される。
図３は同実施の形態に係る超音波レンズ２３の下側で測定した超音波の強度分布を示すグラフ図であって、（ａ）は超音波レンズ２３に切欠き部２４を設けた場合を示し、（ｂ）は超音波レンズ２３に切欠き部２４を設けなかった場合を示している。なお、図３において、実線は実効値を示し、一点鎖線はピーク値を示し、また点線は超音波レンズ２３の径方向中心部を示している。
測定条件は以下の通りである。
超音波の発振周波数：１６８５［ｋＨｚ］、
洗浄液：脱気水、
超音波振動子２５に供給する電力：１５［Ｗ］、
超音波の出力波形：連続波。
洗浄液：脱気水、
超音波振動子２５に供給する電力：１５［Ｗ］、
超音波の出力波形：連続波。
図３（ａ）と（ｂ）を見ると、超音波レンズ２３の下端面２３ａの径方向中心部に切欠き部２４を設けることにより、超音波レンズ２３の径方向中心部付近で超音波の強度が低下することが確認できる。
図４は同実施の形態に係る超音波レンズ２３の下側で測定した超音波の強度分布を色の濃淡で示す分布図であって、（ａ）は超音波レンズ２３に切欠き部２４を設けた場合を示し、（ｂ）は超音波レンズ２３に切欠き部２４を設けなかった場合を示している。
測定条件は次の通りである。
超音波の発振周波数：１６８５［ｋＨｚ］、
洗浄液：脱気水、
超音波振動子２５に供給する電力１５［Ｗ］、
測定範囲：５０［ｍｍ］×５０［ｍｍ］の正方形内。
洗浄液：脱気水、
超音波振動子２５に供給する電力１５［Ｗ］、
測定範囲：５０［ｍｍ］×５０［ｍｍ］の正方形内。
図４（ａ）と（ｂ）からも、超音波レンズ２３の下端面２３ａの径方向中心部に切欠き部２４を設けることにより、超音波レンズ２３の径方向中心部付近で超音波の強度が低下することが確認できる。また、超音波レンズ２３の上下方向の厚さを調整することにより、超音波レンズ２３の径方向中心部を囲う環状の領域で超音波の強度が高くなっていることも確認できる。
洗浄液Ｌに付与された超音波は被洗浄物Ｓの被洗浄面で反射して超音波レンズ２３側に伝播する（以下、この超音波を「反射波」と称する。）。
被洗浄面で反射した超音波のうち、超音波レンズ２３の径方向中心部から外れた位置を伝播する超音波は、超音波レンズ２３の下端面２３ａに形成された曲面で超音波レンズ２３の径方向外側に反射され、その殆どが超音波レンズ２３に入射しない。
一方、被洗浄面で反射した超音波のうち、超音波レンズ２３の径方向中心部を伝播する超音波は、超音波レンズ２３の下端面２３ａに形成された切欠き部２４で反射されて殆ど超音波振動子２５まで到達しない。たとえ反射波の一部が超音波レンズ２３に入射したとしても、切欠き部２４を通過するときに屈折するため、超音波レンズ２３上の超音波振動子２５には超音波が入射し難い。
そのため、超音波振動子２５は反射波を吸収して過剰に加熱することがなく、分極の劣化が抑制されるから、長期間に亘って安定した洗浄効果を得ることができる。
図５は同実施の形態に係る超音波振動子２５に電力を連続的に供給して測定した超音波振動子２５の温度を示すグラフ図である。なお、図５において、実線は超音波レンズ２３に切欠き部２４を設けた場合を示し、一点鎖線は切欠き部２４を設けなかった場合を示している。また、図５において、Ａは超音波振動子２５に１０［Ｗ］の電力を供給した場合を示し、Ｂは超音波振動子２５に２０［Ｗ］の電力を供給した場合を示し、Ｃは超音波振動子２５に３０［Ｗ］の電力を供給した場合を示している。
測定条件は以下の通りである。
超音波の発振周波数：１６８５［ｋＨｚ］、
洗浄液：脱気水、
測定位置：超音波振動子の中心部、
サンプリング：１［ｓｅｃ］。
洗浄液：脱気水、
測定位置：超音波振動子の中心部、
サンプリング：１［ｓｅｃ］。
図５中の実線と一点鎖線を比較すると、Ａ〜Ｃの何れの場合においても、超音波レンズ２３に切欠き部２４を設けたとき方が、切欠き部２４を設けなかったときよりも、超音波振動子２５の温度が上昇していないことが確認できる。
また、図６は同実施の形態に係る超音波振動子２５に電力を断続的に供給して測定した超音波振動子２５の温度を示すグラフ図である。なお、図６において、実線は超音波レンズ２３に切欠き部２４を設けた場合を示し、一点鎖線は切欠き部２４を設けなかった場合を示している。
測定条件は以下の通りである。
超音波の発振周波数：１６８５［ｋＨｚ］、
洗浄液：脱気水、
超音波振動子２５に供給する電力：２０［Ｗ］、
測定位置：超音波振動子２５の中心部、
サンプリング：１［ｓｅｃ］。
洗浄液：脱気水、
超音波振動子２５に供給する電力：２０［Ｗ］、
測定位置：超音波振動子２５の中心部、
サンプリング：１［ｓｅｃ］。
図６中の実線と一点鎖線を比較すると、超音波レンズ２３の下端面２３ａに切欠き部２４を設けた場合、切欠き部２４を設けなかった場合よりも、超音波振動子２５の温度が約２０％低下していることが確認できる。
すなわち、この実験により、超音波洗浄装置を用いて実際に被洗浄物Ｓを洗浄するときのように超音波振動子２５を断続的に駆動する場合でも、超音波レンズ２３の下端面２３ａに切欠き部２４を設けたときの方が、切欠き部２４を設けなかったときよりも、超音波振動子２５の温度が上昇し難くなることがわかった。
また、本実施の形態のように、被洗浄面で反射した超音波が超音波振動子２５に入射し難いと、超音波振動子２５と電源装置２７との間のインピーダンスマッチングが反射波により乱されないから、マッチング回路２８が初期設定による最適なマッチング状態のまま超音波振動子２５を駆動することができるので、所望の洗浄効果を維持することができる。
図７は同実施の形態に係る超音波振動子２５に電力を継続的に供給したときの電圧定在波比ＶＳＷＲを示すグラフ図である。なお、図７において、実線は超音波レンズ２３に切欠き部２４を設けた場合を示し、一点鎖線は切欠き部２４を設けなかった場合を示している。
図７中の実線と一点鎖線を比較すると、超音波レンズ２３の下端面２３ａに切欠き部２４を設けたときの方が、切欠き部２４を設けなかったときよりも、電圧定在波比ＶＳＷＲが低下していることが確認できる。これは電源装置２７から供給された電力が超音波振動子２５で効率的に超音波に変換されていることを示している。
図８は同実施の形態の変形例に係る超音波付与ヘッド２１Ａの構成図である。
図８に示すように、この変形例では、超音波レンズ２３の下端面２３ａに切欠き部２４を設ける代わりに、超音波レンズ２３の軸心線ｌ上に空間部２４Ａを設けている。このような構成にしても、超音波振動子２５で発振された超音波が超音波レンズ２３の径方向中心部を通って洗浄液Ｌに付与されるのを防止でき、また被洗浄面で反射した超音波が超音波振動子２５に入射するのを抑制することができる。
なお、空間部２４Ａの代わりに超音波レンズ２３の軸心線ｌ上にゴムなどの物質を埋め込んでもよい。なお、この物質としては、超音波を吸収しても溶融しないような材料を用いる必要がある。
次に、図９と図１０を用いて本発明の第２の実施の形態を説明する。なお、ここでは第１の実施の形態と同様の構成、作用についてはその説明を省略する。
図９は本発明の第２の実施の形態に係る超音波洗浄装置の斜視図である。
図９に示すように、本実施の形態に係る超音波洗浄装置は、半導体基板やガラス基板等の被洗浄物Ｓを搬送する搬送装置３１と、搬送装置３１により搬送される被洗浄物Ｓに対して洗浄液Ｌを供給するとともに、この洗浄液Ｌに超音波を付与して被洗浄物Ｓの被洗浄面を洗浄する超音波付与ヘッド３２とから構成される。
この超音波付与ヘッド３２はヘッド本体３２ａを有している。このヘッド本体３２ａは長尺な皿状に形成されており、その開口部３２ｂは被洗浄面側に向けられている。
ヘッド本体３２ａの内部には棒型の超音波レンズ３３が水平に設けられている。超音波レンズ３３の材料としては、ＳｉＯ２などが用いられる。超音波レンズ３３の下端部はヘッド本体３２ａの開口部３２ｂから被洗浄面側に突出しており、被洗浄面と対向する下端面３３ａはその幅方向（矢印で示す）の中心部に行くにつれて被洗浄面側に突出するような曲面（曲面部）に形成されている。
また、超音波レンズ３３の上下方向の厚さは、超音波振動子３５（後述する）で発振された超音波の強度を超音波レンズ３３の下側で測定したときに、超音波レンズ３３の幅方向中心部を挟む２つの帯状領域で強度が最も強くなるように設定されている。
超音波レンズ３３の下端面３３ａの径方向中心部には切欠き部３４が超音波レンズ３３の軸心線ｍに沿って形成されている。この切欠き部３４は、被洗浄面に対して傾斜する２つの傾斜面３４ａから構成されており、本実施の形態では上方に行くにつれて狭まるような楔型をなしている。
このように超音波レンズ３３に切欠き部３４を形成したことにより、超音波レンズ３３の下端面３３ａのうち、超音波レンズ３３の幅方向中心部を挟む２本の直線状の領域が最も被洗浄物Ｓに接近することになる。
また、超音波レンズ３３の上端面３３ｂには超音波振動子３５が接着剤により固定されている。この超音波振動子３５はチタン酸鉛などにより形成されており、電源装置３７から電力を供給することで、超音波を発振するようになっている。なお、超音波振動子３５の材料としては、圧電素子やピエゾ素子を用いてもよい。
電源装置３７と超音波振動子３５の間にはマッチング回路３８が設けられている。このマッチング回路３８は、電源装置３７と超音波振動子３５の間のインピーダンスをマッチングさせるものであり、電源装置３７から供給される電力が最も効率よく超音波に変換されるよう予め調整されている。
また、超音波レンズ３３の周囲には冷却管（図示しない）が配設されている。この冷却管には冷却液を供給する供給源（図示しない）が接続されており、この供給源から冷却管に冷却液を流すことにより、超音波を発振することで加熱した超音波振動子３５を冷却できるようになっている。
本実施の形態のように、棒型の超音波レンズ３３を用い、その下端面３３ａに切欠き部３４を形成しても、上記第１の実施の形態と略同じ効果を得ることができる。
図１０は同実施の形態の変形例に係る超音波レンズの斜視図である。
図１０に示すように、この変形例では、超音波レンズ３３の下端面３３ａに切欠き部３４を設ける代わりに、超音波レンズ３３の内部に幅方向中心部を通る長穴状の空間部３４Ａを設けている。このような構成にしても、超音波振動子３５で発振された超音波が超音波レンズ３３の幅方向中心部を通って洗浄液Ｌに付与されるのを防止でき、また被洗浄面で反射した超音波が超音波振動子３５に入射するのを防止することができる。
なお、空間部５２Ａの代わりにゴム等の物質を埋め込んでもよい。ただし、この物質としては、超音波を吸収して溶融しないような材料を用いる必要がある。
本発明は、上記実施の形態そのままに限定されるものではなく、実施の段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。また、上記実施の形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合せにより種々の発明を形成できる。例えば、実施の形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除してもよい。さらに、異なる実施の形態に亘る構成要素を適宜組み合せてもよい。
一例をあげると、超音波レンズ２３の上端面３３ｂ以外の位置に超音波振動子２５を設け、この超音波振動子２５から発振される超音波を超音波レンズ２３に設けられた反射面で反射させて被洗浄面上の洗浄液Ｌに付与するような構成にしてもよい。このような構成にしても、上記実施の形態と同様の効果を得ることができる。
２１…超音波付与ヘッド、２１Ａ…超音波付与ヘッド、２３…超音波レンズ（超音波伝達手段）、２３ａ…下端面（第１の面）、２３ｂ…傾斜面、２３ｃ…上端面（第２の面）、２４…切欠き部（防止手段）、２５…超音波振動子、３３ａ…下端面（第１の面）、３３ｂ…上端面（第２の面）、Ｌ…洗浄液、Ｓ…被洗浄物。
Claims (6)
- 超音波付与ヘッドにより被洗浄物の被洗浄面上の洗浄液に超音波を付与して、上記被洗浄面を超音波洗浄する超音波洗浄装置において、
上記超音波付与ヘッドは、
一端である第１の面と、上記第１の面と反対側の他端に位置する第２の面とを有し、上記第１の面に、その径方向中心部に行くにつれて突出するように設けられた曲面を備える超音波伝達手段と、
上記超音波伝達手段の第２の面に設けられ、上記超音波伝達手段を介して上記被洗浄面上の洗浄液に超音波を付与する超音波振動子と、を具備し、
上記超音波伝達手段の径方向中心部には、切欠き部が形成されていて、かつ上記切欠き部は、上記第１の面の曲面の径方向中心部が、上記被洗浄物の被洗浄面に対向するようにして、上記超音波付与ヘッドが上記被洗浄物の上方に配置されたときに、上記超音波伝達手段の上方に位置する上記超音波振動子と、上記被洗浄物の被洗浄面との間に位置することを特徴とする超音波洗浄装置。 - 超音波付与ヘッドにより被洗浄物の被洗浄面上の洗浄液に超音波を付与して、上記被洗浄面を超音波洗浄する超音波洗浄装置において、
上記超音波付与ヘッドは、
一端である第１の面と、上記第１の面と反対側の他端に位置する第２の面とを有し、上記第１の面に、その径方向中心部に行くにつれて突出するように設けられた曲面を備える超音波伝達手段と、
上記超音波伝達手段の第２の面に設けられ、上記超音波伝達手段を介して上記被洗浄面上の洗浄液に超音波を付与する超音波振動子と、を具備し、
上記超音波伝達手段の内部には、上記第１の面の径方向中心部を通る軸心線上の位置に空間部が形成されていて、かつ上記空間部は、上記第１の面の曲面の径方向中心部が、上記被洗浄物の被洗浄面に対向するようにして、上記超音波付与ヘッドが上記被洗浄物の上方に配置されたときに、上記超音波伝達手段の上方に位置する上記超音波振動子と、上記被洗浄物の被洗浄面との間に位置することを特徴とする超音波洗浄装置。 - 超音波付与ヘッドにより被洗浄物の被洗浄面上の洗浄液に超音波を付与して、上記被洗浄面を超音波洗浄する超音波洗浄装置において、
上記超音波付与ヘッドは、
一端である第１の面と、上記第１の面と反対側の他端に位置する第２の面とを有し、上記第１の面に、その径方向中心部に行くにつれて突出するように設けられた曲面を備える超音波伝達手段と、
上記超音波伝達手段の第２の面に設けられ、上記超音波伝達手段を介して上記被洗浄面上の洗浄液に超音波を付与する超音波振動子と、を具備し、
上記超音波伝達手段には、上記第１の面の径方向中心部を通る軸心線上に超音波を吸収する材料が埋め込まれていて、かつ上記材料は、上記第１の面の曲面の径方向中心部が、上記被洗浄物の被洗浄面に対向するようにして、上記超音波付与ヘッドが上記被洗浄物の上方に配置されたときに、上記超音波伝達手段の上方に位置する上記超音波振動子と、上記被洗浄物の被洗浄面との間に位置することを特徴とする超音波洗浄装置。 - 超音波付与ヘッドにより被洗浄物の被洗浄面上の洗浄液に超音波を付与して、上記被洗浄面を超音波洗浄する超音波洗浄装置において、
上記超音波付与ヘッドは、
一定の長さを有する直線状に構成され、一端である第１の面と、上記第１の面と反対側の他端に位置する第２の面とを有し、上記第１の面に、その一幅方向の中心部に行くにつれて突出するように設けられた曲面を備える超音波伝達手段と、
上記超音波伝達手段の第２の面に設けられ、上記超音波伝達手段を介して上記被洗浄面上の洗浄液に超音波を付与する超音波振動子と、を具備し、
上記超音波伝達手段の幅方向の中心部に沿って、線状の切欠き部が形成されていて、かつ上記切欠き部は、上記第１の面の曲面の径方向中心部が、上記被洗浄物の被洗浄面に対向するようにして、上記超音波付与ヘッドが上記被洗浄物の上方に配置されたときに、上記超音波伝達手段の上方に位置する上記超音波振動子と、上記被洗浄物の被洗浄面との間に位置することを特徴とする超音波洗浄装置。 - 超音波付与ヘッドにより被洗浄物の被洗浄面上の洗浄液に超音波を付与して、上記被洗浄面を超音波洗浄する超音波洗浄装置において、
上記超音波付与ヘッドは、
一定の長さを有する直線状に構成され、一端である第１の面と、上記第１の面と反対側の他端に位置する第２の面とを有し、上記第１の面に、その一幅方向の中心部に行くにつれて突出するように設けられた曲面を備える超音波伝達手段と、
上記超音波伝達手段の第２の面に設けられ、上記超音波伝達手段を介して上記被洗浄面上の洗浄液に超音波を付与する超音波振動子と、を具備し、
上記超音波伝達手段の内部には、その幅方向の中心部に沿って、長穴状の空間部が形成されていて、かつ上記空間部は、上記第１の面の曲面の径方向中心部が、上記被洗浄物の被洗浄面に対向するようにして、上記超音波付与ヘッドが上記被洗浄物の上方に配置されたときに、上記超音波伝達手段の上方に位置する上記超音波振動子と、上記被洗浄物の被洗浄面との間に位置することを特徴とする超音波洗浄装置。 - 超音波付与ヘッドにより被洗浄物の被洗浄面上の洗浄液に超音波を付与して、上記被洗浄面を超音波洗浄する超音波洗浄装置において、
上記超音波付与ヘッドは、
一定の長さを有する直線状に構成され、一端である第１の面と、上記第１の面と反対側の他端に位置する第２の面とを有し、上記第１の面に、その一幅方向の中心部に行くにつれて突出するように設けられた曲面を備える超音波伝達手段と、
上記超音波伝達手段の第２の面に設けられ、上記超音波伝達手段を介して上記被洗浄面上の洗浄液に超音波を付与する超音波振動子と、を具備し、
上記超音波伝達手段には、その幅方向の中心部に沿って、超音波を吸収する材料が埋め込まれていて、かつ上記材料は、上記第１の面の曲面の径方向中心部が、上記被洗浄物の被洗浄面に対向するようにして、上記超音波付与ヘッドが上記被洗浄物の上方に配置されたときに、上記超音波伝達手段の上方に位置する上記超音波振動子と、上記被洗浄物の被洗浄面との間に位置することを特徴とする超音波洗浄装置。
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