JPH07303866A - 超音波装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】本発明の目的は、超音波式センサを用いる基板
の超音波処理装置において、その目的は、処理用の超音
波による超音波センサの誤認識を防止した超音波処理装
置を提供することにある。 【構成】超音波処理装置内に設けられた超音波式センサ
の受波器の受波部に、その感度の指向性を規制する手
段、例えば指向性板や反射板を設ける。 【効果】超音波を用いた処理を行う装置において、処理
を受ける基板を検出する超音波センサに対し、基板検出
用の超音波以外の超音波の誤検知を防止することが出来
る。そのため、この誤検知による装置の誤認識を防止
し、装置に対して正常な動作を行う環境を与えることが
出来る。それにより、装置の誤動作や暴走等の不具合を
防止出来るといった効果がある。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、超音波式センサを用い
る基板の超音波処理装置に係り、特にシリコン基板，ガ
ラス基板，セラミック基板，アルミ基板に超音波洗浄を
行う超音波装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】半導体を始めとする各種の精密電子部品
はその高精細ゆえに、製造工程における基板の高清浄化
技術が必須である。その高清浄化には基板の目的清浄度
により、各種の洗浄技術が用いられる。そのなかで超音
波の持つ分散，乳化，キャビテーシュン，衝撃，加速度
等の作用による超音波洗浄は洗浄の代表例である。また
従来技術によるディスクの洗浄装置は、特公平4−19918
号公報に示される様に、基板を１枚毎に搬送しそれに対
して、各種の洗浄を行うものである。この装置において
は洗浄技術としては、純水や洗剤を洗浄媒体としたブラ
シによる洗浄が行われているが、目的によっては純水を
洗浄媒体とした上記の超音波洗浄も行われる。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】上記の精密電子部品は
その特性の高度化に伴い、形状のみならず用いられる材
質も様々に変動する。例えば磁気ディスクでは、情報の
高密度化に伴い、その直径寸法は５.２５インチから３.
２５インチへ、厚さ寸法は１.９mmから１.５mmさらに
０.８mm へと変化している。また、その記録媒体の形成
方法も磁性媒体を有機物バイダーと共に塗布する方法か
ら、磁性媒体を真空中での薄膜の形成方法に変化してい
る。さらにこの形成法の変化に伴い、これを形成する基
板の材質もアルミニウムからガラスへと変化している。
これらの変動により、従来の材質では問題の無い装置が
新規の材質では処理不能になるといった問題が発生し
た。

【０００４】洗浄を始めとした各種の装置では、装置内
の基板の存在を確認して処理を行う必要がある。従来装
置ではこの確認手段として光学式のセンサが用いられて
きた。例えば装置内に、発光する部品とその光を受光す
る部品を設けておく。この２つの部品の間が空間である
時は、受光部品は常に光を受けている。この空間に基板
が存在した場合、光が遮断され、受光部品には光が入ら
ない。この変化により、基板の存在が確認される。また
基板材質がアルミニウムの様な光を反射する材質の場合
は、発光部品からの光を基板で反射させ、その光を受光
部品で受けることで、基板の存在が確認される。ところ
が基板材質がガラスの場合、上記の様な光の遮断は不能
であり、またその反射光も微量である。そのため基板の
存在を認識することが出来ず、従来の装置では処理が不
能となった。

【０００５】これに対応するため、上記の光学式センサ
に替わり、超音波式センサが用いられる様になった。こ
れは光の替わりに超音波を発し、その超音波を遮蔽する
ことまたは反射することにより基板の存在を確認するセ
ンサである。その動作原理を図２（ａ)，(ｂ）に示す。
送波器２には送波部２１が、受波器３には受波部２２が
備えられ、この送波部２１と受波部２２は対峙してい
る。送波部２１の表面からは超音波１０が空中に放出さ
れる。一般に周波数２０ｋＨｚの音波を超音波と称する
が、このときの周波数は一例として４０ｋＨｚレベルや
２７０ｋＨｚレベルが用いられる。超音波１０は空中を
伝播して受波部２２へ到達し、電気信号へと変換され
る。このときの超音波の出力は数ワットレベルである。
図２（ｂ）の様に送波器２と受波器３の間に被検出物す
なわち基板１が存在した場合、送波部２１から放出され
た超音波１０は基板１に遮蔽されるため、受波部２２に
到達出来ない。そのため、電気信号が発生しない。そこ
でこのセンサを用いる装置は、信号が発生している状態
では基板は存在せず、信号の発生しない状態では基板が
存在すると認識出来る。

【０００６】ところがこのセンサを超音波洗浄を初めと
した超音波処理装置に用いた場合、新たな問題が発生し
た。図４に従来装置でのセンサの使用例を示す。洗浄槽
６には給水口１２が設けられており、その給水口１２か
ら純水が給水１３として供給される。洗浄槽を満たした
純水は洗浄槽６の上部からオーバフロー水１８として溢
れ、溝７に受けられ、排水口１１から排水１４として排
出される。洗浄を受ける基板１は洗浄槽６内に収められ
る。洗浄槽６の底部には超音波振動子８が設けられてい
る。図示されていない超音波発振機からの駆動電圧を受
ける事でこの超音波振動子８は超音波１５を発生させ
る。洗浄に用いられる超音波の周波数は一例として４０
ｋＨｚレベルであり、その出力は一例として６００Ｗで
ある。洗浄液中を伝達した超音波１５はその液面で大半
は反射され、その結果洗浄液中に超音波の定在波１６を
形成する。この定在波により発生するキャビテーション
により基板１は洗浄を受ける。キャビテーションを効率
よく発生させる超音波として超音波の波形は通常の正弦
波ではなく、図６に示すような矩形波がしばしば用いら
れる。洗浄を終えた基板１は図示されていない機構によ
り洗浄槽６より１枚毎に搬出される。その機構における
基板１の存在の確認を行うため、洗浄槽６の上部に超音
波センサの送波器２と受波器３が設けられる。前述の様
にこの送波器２と受波器３の間に基板１が存在すること
で超音波１０が遮断され、その存在が確認される。

【０００７】上記の様に超音波振動子８から発生した超
音波１５はその大半が液面で反射されるが、その一部は
液面から空中へ放出され、超音波１７として空中を伝播
する。その結果、超音波１７は受波器３へ到達する。例
えば超音波洗浄の出力の１％が空中で伝播したとしても
その出力は数ワットになる。ここで送波器２と受波器３
との間に基板１が存在した場合、基板１により超音波１
０が遮断されるため、受波器３は超音波を受けず、電気
信号は発生されないはずである。ところが上記の様に基
板１の存在にもかかわらず洗浄槽６からの超音波１７が
受波器３に到達するため、受波器３は電気信号を発生さ
せてしまう。その結果このセンサを用いる装置は電気信
号が存在するゆえに、基板１は存在しないと認識してし
まい、正常な判断が不能となる。洗浄を行う超音波１５
の周波数がセンサに用いる超音波１０と同じ周波数の場
合、この誤認識は顕著となるが、異なる周波数の場合で
も問題となる。すなわち洗浄に用いる超音波の波形が図
６に示すような矩形波の場合、基本周波数の他に奇数倍
振を含むため、例えば周波数４０ｋＨｚの超音波で洗浄
を行う場合でもその超音波成分には２８０ｋＨｚの超音
波が含まれる。それゆえ超音波センサの検出超音波周波
数として２８０ｋＨｚを用いた場合、洗浄用超音波の倍
振により誤認識するとする問題が発生する。

【０００８】本発明の目的は、超音波式センサを用いて
も誤認識をしない超音波処理装置を与えることにある。

【０００９】

【課題を解決するための手段】上記目的は、超音波処理
装置内に設けられた超音波式センサの受波器の受波部
に、その感度の指向性を規制する手段、例えば指向性板
や反射板を設けることで達成される。

【００１０】

【作用】上記の問題は、超音波センサの受波器３に送波
器２から発生する超音波以外の超音波が到達することに
よる。そのため、受波器３に指向性を与え、この超音波
を検出出来ないような感度にすることが有効である。そ
の原理を図８に示す。図８（ａ）において受波器３には
指向性板４が設けられている。その方向は図示されてい
ない送波器２に向かれている。送波器２から発生した超
音波２３は直進し、受波器３の受波部２２に到達する。
一方図示されていない処理用超音波装置からの超音波２
４は指向性板４に遮られ、受波部２２に到達することが
出来ない。また、図８（ｂ）に示す様な反射板２７を用
いた場合も、送波器２からの超音波２５は受波部２２に
到達出来るが、それ以外の超音波２６は反射板２７内で
反射され、受波部２２には到達出来ない。これにより、
装置の誤認識を防止することが出来る。

【００１１】

【実施例】以下、本発明の一実施例を図１より図８によ
り説明する。

【００１２】図１において洗浄槽６には超音波振動子８
と溝７が設けられている。また、その上部には基板１の
存在を確認するセンサの送波器２と受波器３が設けられ
ている。このセンサの位置は例えば洗浄槽６の上部から
約２００mmの高さの所にある。この受波器３の受波部２
２側には指向性板４が設けられている。洗浄槽６には図
３に示すような給水口１２と排水口１１が設けられてい
る。また洗浄槽６の周辺には基板１を搬送方向９の方向
に搬送するための図示されていない機構が設けられてい
る。本例においては基板１は磁気ディスク用基板を用い
ているが、この例に限定されるものではなく半導体用基
板，光ディスク用基板，液晶表示素子用基板，センサ用
基板も同様に処理される。またその材質も本例ではガラ
スを前提としているが、これに限定されるものではな
く、アルミニウム，セラミック，合成樹脂も用いられ
る。特に透明合成樹脂の場合、ガラスと同様に光学式セ
ンサによる認識が困難となり、本発明による装置構成が
有効である。

【００１３】洗浄媒体である純水は給水口１２から給水
１３として供給される。洗浄槽を満たした純水は洗浄槽
６の上部からオーバフロー水１８として溢れ、溝７に受
けられ、排水口１１から排水１４として排出される。洗
浄を受ける基板１は洗浄槽６内に収められている。洗浄
槽６の底部に設けられた超音波振動子８は、図示されて
いない超音波発振機からの駆動電圧を受ける事で超音波
１５を発生させる。洗浄に用いられる超音波の周波数は
一例として４０ｋＨｚレベルであり、その出力は一例と
して６００Ｗである。洗浄液中を伝達した超音波１５は
その液面で大半は反射され、その結果洗浄液中に超音波
の定在波１６を形成する。この定在波により発生するキ
ャビテーションにより基板１は洗浄を受ける。洗浄を終
えた基板１は図示されていない機構により洗浄槽６より
１枚毎に搬送方向９の方向に搬出される。その機構にお
ける基板１の存在は、洗浄槽６の上部に設けられた超音
波センサの送波器２と受波器３により確認される。液中
の超音波１５はその一部が洗浄液表面から大気中へ気中
超音波１７として伝達する。超音波１７は受波器３へは
到達するが、その受波部２２は指向性板４で被われてい
るため、受波部２２へは到達できず、この超音波１７を
検出しない。

【００１４】本発明による開発技術と従来技術での超音
波センサの配置向きによる比較例を表１に示す。本例で
は超音波センサの超音波進行方向と洗浄槽の液面との成
す角

【００１５】

【表１】

【００１６】度における、洗浄用超音波検出の有無を示
している。すなわち、「検出」とは超音波センサからの
超音波ではなく超音波洗浄槽からの超音波を検出したこ
とを示しており、これは処理装置における誤認識の発生
を意味している。従来技術では、超音波センサの向きが
洗浄槽液面に対して４０度の時に洗浄槽からの超音波を
検出しているのに対して、開発技術では８０度以上でな
ければ検出されず、指向性板による検出感度方向の規制
が示されている。この規制により、誤認識が防止される
という効果がある。

【００１７】従来技術でも超音波センサの向きが洗浄槽
液面と並行な場合は使用可能ではあるが、処理用の超音
波が種々の物体により反射され、誤検知される場合があ
った。すなわち図５に示す様に、洗浄槽６の上部に装置
を構成する筐体１９が存在した場合、その筐体１９に超
音波１７は反射されて超音波２０となって、受波器３に
到達する。本例では指向性板４が存在するため誤検知さ
れないが、従来技術では検知してしまう。このような筐
体１９の例としては洗浄装置を構成する壁やカバー，柱
等が挙げられる。

【００１８】本実施例では、超音波センサは送波器２か
ら発射された超音波を受波器３で受ける配置とし、その
間に基板１が存在して超音波が遮蔽されることで検出を
行っているが、送波器２から発射された超音波を基板１
で反射させ、その超音波を受波器３で受けることで検出
を行う配置もある。その場合も、目的とする基板からの
反射超音波以外の超音波の受波を規制する本発明が有効
である。

【００１９】本実施例では超音波処理として超音波洗浄
を示したが、他の超音波処理においても同様の効果が得
られる。超音波分散および超音波乳化は超音波洗浄と同
様に、液体を媒体として固体や液体に超音波を作用させ
るものである。そのため、超音波洗浄での例と同様に本
発明の技術が有効である。超音波接合や超音波研磨，超
音波切断，超音波半田付けは、大気中で固体と固体の接
触面に超音波を作用させるものである。この処理では大
気中に超音波が伝達されるため、この超音波による誤認
識を防止する本発明の技術が有効である。または超音波
消泡は超音波を大気に伝達させ、その超音波により液体
表面の泡を破壊する処理であり、この超音波による誤認
識を防止する技術として本発明は有効である。

【００２０】

【発明の効果】本発明によれば、超音波を用いた処理を
行う装置において、処理を受ける基板を検出する超音波
センサに対し、基板検出用の超音波以外の超音波の誤検
知を防止することが出来る。そのため、この誤検知によ
る装置の誤認識を防止し、装置に対して正常な動作を行
う環境を与えることが出来る。それにより、装置の誤動
作や暴走等の不具合を防止出来るといった効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例の超音波装置の斜視図であ
る。

【図２】超音波センサの動作原理を示す図である。

【図３】本発明の一実施例の超音波装置の断面図であ
る。

【図４】従来技術の超音波装置の断面図である。

【図５】本発明の異なる一実施例の超音波装置の断面図
である。

【図６】本発明の超音波処理に用いられる超音波の波形
の一例を示す図である。

【図７】図６の超音波の周波数成分比を示すグラフであ
る。

【図８】指向性の規制原理を示す図である。

【符号の説明】

１…基板、２…送波器、３…受波器、４…指向性板、５
…音波、６…洗浄槽、７…溝、８…超音波振動子、９…
搬送方向、１０，１５，１７，２０，２３，２４，２
５，２６…超音波、１１…排水口、１２…給水口、１３
…給水、１４…排水、１６…定在波、１８…オーバフロ
ー水、１９…筐体、２１…送波部、２２…受波部、２７
…反射板。

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】被処理物に対して超音波用いた処理を行う
   装置において、被処理物を検出する手段として用いる超
   音波式センサの受波器に、感度の指向性を規制する手段
   を取り付けたことを特徴とする超音波装置。
2. 【請求項２】被処理物が半導体用基板または磁気ディス
   ク用基板または光ディスク用基板または液晶表示素子用
   基板またはセンサ用基板であり、その材質がシリコンま
   たはガラスまたはセラミックまたはアルミニウムまたは
   合成樹脂であり、その光学特性が光を透過させる性質ま
   たは透過させない性質であることを特徴とする請求項１
   記載の超音波装置。
3. 【請求項３】超音波を用いる処理が超音波洗浄または超
   音波接合または超音波分散または超音波乳化または超音
   波研磨または超音波切断または超音波半田付けまたは超
   音波消泡であることを特徴とする請求項１記載の超音波
   装置。
4. 【請求項４】超音波式センサが、用いる超音波の周波数
   が２０ｋＨｚ以上であり、送波部から発射された超音波
   が被検出物により遮られて減衰する事を受波部で検出す
   る方式または送波部から発射された超音波が被検出物に
   より反射されて来る事を受波部で検出する方式のセンサ
   であり、受波器と送波器が分離または一体化しているこ
   とを特徴とする請求項１記載の超音波装置。
5. 【請求項５】指向性を規制する手段として指向性板また
   は反射板を取り付けたことを特徴とする請求項１記載の
   超音波装置。