JPH0446638B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、液中にて超音波を照射して物品を洗
浄する超音波洗浄装置に関するものである。

〔従来の技術〕

従来、超音波洗浄においては通常20〜100KHz
程度の周波数の超音波を用いていた。装置として
はステンレス、或いは金属イオンの発生を嫌う場
合にはタンタルの薄板により洗浄槽を形成し、そ
の底板に超音波振動子を設けて形成していた。

このような超音波洗浄装置においては、音響的
損失を防ぐために、振動子を取り付ける底板は極
力薄いものが用いられ、波長の1/100程度のもの
が用いられている。例えば、国内の洗浄機で多用
されている28KHzの駆動周波数のもとでは、音速
が約5100ｍ／secであるステンレスの場合、波長
が約18cmとなり、その1/100の約２mmの厚さの板
が振動子の取付板である底板として用いられてい
る。

ところが最近半導体の洗浄装置などにおいては
汚染の許容レベルが益々厳しくなり、例えばＭビ
ツト級では対象汚水粒子の大きさも従来0.3μｍ程
度であつたものが0.1μｍ程度まで低下して来てい
る。このような微粒子除去に対しては、従来の周
波数の20〜100KHz程度のものはあまり効果がな
く、また強いキヤビテーシヨンにより洗浄すべき
ウエハー表面の損傷や、洗浄むらが生じ易いもの
であつたため、特開昭59−183872号公報にみられ
るように、100KHzを越える周波数の超音波を適
用する超音波洗浄装置が発明されている。

しかるに、音響的損失を防ぐため、振動子を取
付ける底板の板厚を波長の1/100程度にとると、
音速が約3350ｍ／secであるタンタルの場合、
100KHzに対して0.34mm程度なり、1MHzに対して
は34μｍ程度となり実用的でなくなる。

その上近年超精密洗浄の要求が高まり、金属イ
オンの発生を極力嫌うようになり、タンタルを用
いても不充分なことがあるので、物理的にも化学
的にも安定している石英ガラス製の洗浄槽を用い
ることが検討されている。しかし、このような石
英ガラスの洗浄槽を用いた洗浄装置においては、
石英ガラスの音速が約5570ｍ／secであるので波
長の1/100とした板厚は、100KHzに対しても0.56
mmとなり強度上実用的でなく、1MHzに対しては
56μｍ程度となり強度的に全く実用に耐えない。
しかも、石英ガラスは加工性に乏しく、破損し易
いなどの問題点もあつた。

そこで、実開昭62−164979号公報にみられるよ
うに、振動子を取付ける底板の厚さを、その板厚
方向に伝播する駆動周波数の超音波の波長の1/2
の整数倍として、石英ガラス等の板厚を厚くして
強度を大にし、しかも超音波洗浄効果を損なわな
いようにする考案もなされている。

〔発明が解決しようとする課題〕

ところで、振動子を取付ける洗浄槽の底板は、
厚くなればなる程振動子部分が発熱し、発熱損失
が大きく、十分な超音波エネルギーが洗浄液中に
照射されず、洗浄効果が悪く、振動子の剥れ等に
よる故障も多い。

本発明は、従来のものの上記の課題を解決し、
石英ガラスの槽を用い、強度を十分有し、かつ振
動の損失の少ない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。

〔課題を解決するための手段〕

本発明は、洗浄槽と、超音波発振器と、前記洗
浄槽内の洗浄液に接する底板の裏面に取り付けら
れ、前記超音波発振器からの駆動発振信号を受け
て洗浄液中に超音波を照射する振動子を備えた超
音波洗浄装置において、前記洗浄槽を石英ガラス
製とし、前記駆動発振信号の周波数を300KHz以
上とし、前記駆動子が取り付けられた底板の厚さ
をその板厚方向に伝播する前記駆動周波数の超音
波の波長の1/2の整数倍とし、さらに前記振動子
を包囲し、かつ不活性ガス導入ノズルを備えた密
閉ガス室を底板に隣接して設け、これらの洗浄槽
及び密閉ガス室を外槽内に収容したことを特徴と
する超音波洗浄装置である。

〔作用〕

発明者らは、前述の目的を達成するために研
究、実験を重ね、そのときに得た知見に基づき本
発明がなされた。

例えば第２図は実験の一例を示し、石英ガラス
の板厚と振動子の温度上昇との関係を示すもので
ある。1MHzの振動子を取り付けた種々の厚さの
石英ガラス板を底板とした水槽に水を入れ、超音
波を発振せしめ振動子の素子中心の温度上昇を測
定したものであり、温度上昇が少なければ損失が
少ないことを示す。

第２図にてわかるように、板厚がλ／２の整数
倍であつても、板厚が厚くなると振動子の素子中
心の温度上昇が大となり、損失が大となる。

また第３図も実験の一部を示し、振動子の周波
数と振動子の温度上昇との関係を示したものであ
る。各周波数に対してそれぞれの波長の1/2に近
似した厚さの石英ガラス板に振動子を取り付け、
素子中心の温度上昇を測定したものであり、温度
上昇が少なければ損失が少ないことを示す。

第３図にてわかるように、周波数が低くなると
振動子の素子中心の温度上昇が大きく、損失が大
となる。

従つて、本発明では密閉ガス室で洗浄槽底板に
取り付けた振動子を包囲しており、ボンベ等から
室内に不活性ガス導入ノズルを経て窒素ガス等の
不活性ガスを噴射し、その蒸発熱により振動子を
冷却して振動子の自己発熱を抑えているため、石
英ガラスの板厚を厚くしても効果的洗浄が可能に
なり、振動子の劣化を防止すると同時に振動子取
付け用接着剤の耐熱性を維持して洗浄液の最高使
用液温を高めることができる。また外部からの活
性ガスの侵入を防止して振動子取付け用接着剤の
劣化を防ぎ耐久性の向上をはかつている。

さらに、洗浄槽は密封ガス室と共に外槽内に収
容されているため、石英ガラスが破損しても洗浄
液の外部への流出は外槽によつて防止される。

〔実施例〕

第１図は本発明の実施例を示し、１は石英ガラ
ス製の洗浄槽であり、底板２の裏面には、超音波
発振器７からの駆動発振信号を受けて洗浄液中に
超音波を照射する超音波振動子３が接着剤で取り
付けられている。駆動発振信号の周波数は300K
Hz以上である。底板２の厚さは、振動子３の周波
数において石英ガラス中を厚さ方向に伝播する超
音波の波長の1/2の整数倍に近似した寸法となつ
ている。

さらに、底板２には、振動子３を包囲し不活性
ガスを導入するノズル５を備えた密閉したガス室
４が隣接して設けられ、ノズル５からN₂ガスな
どの不活性ガスが送入され、振動子３の冷却及び
活性ガスの侵入を防止し、振動子３の温度上昇を
防いでその劣化を防止し、同時に振動子取付け用
の接着剤の耐熱性及び耐久性の向上をはかつてい
る。

６は、洗浄槽１及びガス室４を収容し、万が一
洗浄槽１が破損した場合に洗浄液がこぼれ出るの
を止める、プラスチツク又は金属製の外槽であ
る。

洗浄作業に当たつては、洗浄槽１の中に水又は
薬品入りの液などの洗浄液を満たし、例えばテフ
ロン製のキヤリヤに収容されたシリコンウエハー
を浸漬し、これを揺動しながら振動子３から超音
波を照射し、超音波洗浄を行なう。

〔発明の効果〕

本発明により、強度的に十分な板厚で、かつ損
失を極めて小とすることができ、洗浄槽として化
学的に極めて安定した石英ガラスを用いることが
実用上可能となり、金属イオンの発生を避け、振
動子及びその付近の温度上昇を防いで振動子の耐
久性を向上させ、さらに活性ガスによる振動子接
着剤の劣化を防ぎ、十分な強度を有する洗浄槽で
超精密洗浄を長期にわたつて効率よく行ない、極
く微小な微粒子の除去を行たうことができ、さら
に洗浄槽の破損時の洗浄液の外部への流出を防止
できる等、極めて大なる効果を発する。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の実施例の断面正面図、第２
図、第３図は実験結果の一部を示すグラフであ
り、第２図は振動板の板厚と振動子の温度上昇と
の関係、第３図は周波数と振動子の温度上昇との
関係を示す。 １……洗浄槽、２……底板、３……振動子、４
……ガス室、５……ノズル、６……外槽、７……
超音波発振器、８……穴、９……振動板。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 洗浄槽と、超音波発振器と、前記洗浄槽内の
   洗浄液に接する底板の裏面に取り付けられ、前記
   超音波発振器からの駆動発振信号を受けて洗浄液
   中に超音波を照射する振動子を備えた超音波洗浄
   装置において、前記洗浄槽を石英ガラス製とし、
   前記駆動発振信号の周波数を300kHz以上とし、
   前記振動子が取り付けられた底板の厚さをその板
   厚方向に伝播する前記駆動周波数の超音波の波長
   の1/2の整数倍とし、さらに前記振動子を包囲し、
   かつ不活性ガス導入ノズルを備えた密閉ガス室を
   底板に隣接して設け、これらの洗浄槽及び密閉ガ
   ス室を外槽内に収容したことを特徴とする超音波
   洗浄装置。