JPH10277485A - 流水式超音波洗浄装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 この発明は数１００ｋＨｚ以上３．５ＭＨｚ
程度までの範囲の周波数の超音波を用いた超音波洗浄装
置において、超音波エネルギの集束により洗浄効果を高
めることを目的とした流水式超音波洗浄装置を提供する
ことにある。 【構成】断面形状が放物線（または円弧）となるノズル
内面２と給液口３と噴出口４を持つノズル部１と、超音
波振動板６の裏面に圧電振動子７を固定した超音波振動
子部５により構成し、超音波振動板６と噴出口４との距
離Ｌを、ノズル内面２の放物線（または円弧）の頂点に
おける曲率半径（または半径）をＲとしたとき、Ｌ＝
（１／４±１／１０）Ｒの範囲に設定する流水式超音波
洗浄装置。 【効果】超音波振動板から放射される超音波が、ノズル
部のノズル内面で反射し洗浄液の噴出口へ集束するの
で、洗浄効果が向上する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、半導体ウェハ、ガラ
スマスク、液晶表示素子用ガラス基板等に付着している
微粒子の塵埃を除去するために用いられる、概ね数１０
０ｋＨｚ以上から３．５ＭＨｚ程度までの範囲の周波数
を使用する流水式超音波洗浄装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】半導体ウェハやガラスマスク、液晶表示
素子やプラズマディスプレイパネルのガラス等の精密洗
浄には、数１００ｋＨｚ以上の高い周波数を持つ超音波
が使用されている。洗浄装置には、洗浄液中に被洗浄物
を浸漬し、高周波数の超音波を放射して洗浄を行う洗浄
槽型と、加圧供給した洗浄液に高周波数の超音波を重畳
させ、小径の穴や細長いスリット状の噴出口から被洗浄
物に勢いよく照射して洗浄する流水式超音波洗浄装置が
ある。

【０００３】近年、液晶表示素子やプラズマディスプレ
イパネルに使用されるガラス基板は大型化が進展し，半
導体ウェハも１２インチの寸法への移行が急ピッチで進
みつつある。これらの生産工程では被洗浄物を一枚づつ
搬送する枚葉搬送方式が主流となって来ているため、汚
れの再付着が起こらず、平坦で大きな洗浄面積を持つ被
洗浄物に適した流水式超音波洗浄装置に大きな期待がか
けられている。また、同時に生産性や歩留り向上の面か
ら洗浄効果の一層の向上が必須の条件となっている。

【０００４】図５は従来型の代表的な流水式超音波洗浄
装置の構造を示す断面図である。ノズル部１は中央下部
に細長いスリット状の噴出口４を持ち、側面に配置した
給液口３から洗浄液を供給し、噴出口４の下部に置かれ
た図示してない被洗浄物へ照射する。ノズル部１のノズ
ル内面２に対面して超音波振動板６と圧電振動子７より
構成される超音波振動子部５が設置されている。圧電振
動子７はカバー８に取り付けてあるコネクタ９を介し
て、図示してない超音波発振器により高周波電圧が印加
され超音波振動板６と一体となって超音波振動を起こ
し、噴出口４より噴出する洗浄液に超音波を放射する。
図５に示した従来型の場合は、噴出口４が斜面を持って
おり、超音波振動板６から放射される超音波は若干の集
束が起こるものの、そのほとんどはノズル内面２に衝突
し散乱消滅し、その結果噴出口４を通過する超音波エネ
ルギは、噴出口４の面積に相当する超音波振動板６の放
射エネルギ程度となってしまい、超音波振動板６から放
射する全エネルギよりはるかに小さいエネルギしか有効
に利用できないという欠点があった。

【０００５】図６は上記の欠点を改良した従来型の流水
式超音波洗浄装置の断面斜視図である。ノズル部１のノ
ズル内面２の対面する二面を長い傾斜面としてあること
が特徴である。符号１〜９は図５と同じである。また図
７は噴出口４を円形としノズル内面２の形状をコーン型
とした従来型の構造を示す斜視図である。符号は図５と
同じである。さらに、図８は作用説明用の断面図であ
り、符号は図５と同じである。図６及び図７にに示す従
来型の流水式超音波洗浄装置は、図８の断面図に示すよ
うに超音波を傾斜のあるノズル内面２で繰り返し反射さ
せ、噴出口４へ集束するようにしたものである。しか
し、ノズル部１の長さが長くなり超音波振動板６と被洗
浄物との距離が遠くなるため、また、ノズル内面２によ
る超音波の反射の回数が多くなるため減衰が起こってし
まう等の欠点があり、より洗浄効果の高い流水式超音波
洗浄装置が要求されていた。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】上記従来型の流水式超
音波洗浄装置の洗浄効果を上げるためには、噴出口の面
積をを大きくし、噴出口から被洗浄物に照射される超音
波エネルギの総量を増加させることが考えられるが、洗
浄液の消費量の増大につながり、洗浄液の流し捨てを主
流とする流水式超音波洗浄装置としては非現実的であ
る。また、超音波発振器の出力を上げることも手っとり
早い方法であるが、超音波発振器の電気振動を機械振動
に変換する圧電振動子は、機械的強度や寿命の面から入
力電力に制限を受ける。そこで、洗浄効果を上げるため
本発明では以下の課題に着目した。

【０００７】洗浄液を噴出させる噴出口の寸法の多く
は、細長いスリット状の場合は幅の狭い部分が１〜３ｍ
ｍ程度、円径の穴の場合は直径２〜１０ｍｍ程度が流水
式超音波洗浄装置を使用する上で実用的な寸法となる。
これに対し細長いスリット状の噴出口を持つノズル部に
対応する圧電振動子の寸法は、入力電力の制限や寿命の
関係から、幅の狭いほうの部分が１０〜４０ｍｍ程度、
円径の穴に対応する圧電振動子の寸法は直径１０〜３０
ｍｍ程度が使用される。即ち、噴出口の面積より大きな
面積から超音波が放射されることになる。従って、圧電
振動子から放射する超音波を狭い面積の噴出口に効率よ
く集束させ、噴出する洗浄液に有効に作用させる方策を
提供することが洗浄効果を向上させるための必要条件と
なる。

【０００８】上記の諸条件に鑑み、本発明は超音波振動
板から放射される超音波を均一に効率良く噴出口に集束
させ、洗浄効果の向上した流水式超音波洗浄装置を提供
することにある。

【０００９】

【課題を解決するための手段】請求項１に記載した本発
明の流水式超音波洗浄装置は、超音波振動板に対面する
ノズル内面の断面の形状を放物線とし、給液口より加圧
供給される洗浄液を、ノズル内面の放物線の頂点に位置
する噴出口より噴出するようしてあるノズル部と、超音
波振動板に固定され、超音波発振器により駆動される圧
電振動子とにより組み合わされた、超音波を放射する超
音波振動子部とにより構成し、超音波振動板と噴出口と
の距離Ｌが、ノズル内面の放物線の頂点における曲率半
径をＲとしたとき、Ｌ＝（１／４±１／１０）Ｒの範囲
となることを特徴とする、流水式超音波洗浄装置とす
る。

【００１０】請求項２に記載した本発明の流水式超音波
洗浄装置は、前述した請求項１の解決手段におけるノズ
ル内面の断面形状を円弧とし、超音波振動板と噴出口と
の距離Ｌが、ノズル内面の円弧の半径をＲとしたとき、
Ｌ＝（１／４±１／１０）Ｒの範囲となることを特徴と
する、流水式超音波洗浄装置とする。

【００１１】

【作用】反射面の断面が放物線である反射鏡に、放物線
の主軸に平行な光を当てると、その反射光は全て放物線
の焦点を通る。また、放物線の頂点の近傍における曲率
は、近似的に放物線の頂点における曲率半径と等しい半
径を持つ円弧に置き換えることができ、その焦点距離は
放物線の頂点における曲率半径（円弧の場合は半径とな
る）の１／２となることは周知の如くである。

【００１２】本発明はこの原理に基ずきなされたもの
で、図４の作用説明図により説明する。図において、反
射鏡に相当するノズル部１のノズル内面２の断面の形状
は放物線となっており、放物線の頂点Ａの位置に主軸を
中心として噴出口４を設けている。主軸上の点Ｏは放物
線の頂点における曲率中心であり、焦点Ｆは放物線の頂
点における曲率半径Ｒの１／２の位置（焦点距離をｆと
するとｆ＝Ｒ／２の位置。）となる。超音波振動子部５
は超音波振動板６を噴出口４に対面させ主軸に直交して
設置してあり、超音波振動板６は、噴出口４のＡの位置
と焦点Ｆとの中間の位置、即ち、超音波振動板６と噴出
口４との距離Ｌが、Ｌ＝Ｒ／４（Ｌ＝ｆ／２）になるよ
うに設定してある。

【００１３】超音波振動板６より主軸に平行に放射され
た超音波は、直接、噴出口４に向かう部分以外はノズル
内面２に衝突し反射する。そして、反射波は焦点Ｆに向
かうことになるが、焦点Ｆの手前にある超音波振動板６
に当たり再び反射する。超音波振動板６から反射した超
音波は反射の原理から、超音波振動板６に関して焦点Ｆ
の対称点となるＡの位置、つまり噴出口４に向かうこと
になる。

【００１４】前述では、超音波振動板６と噴出口４との
距離を曲率半径Ｒの１／４としたため超音波振動板６か
ら放射した超音波は、理論的に噴出口４の一点Ａに集束
することとなったが、実用面では噴出口４の面積の範囲
に集束すればよく、超音波振動板６と噴出口４との距離
Ｌは、Ｌ＝（１／４±１／１０）Ｒの範囲にあれば必要
十分となる。

【００１５】こうして、超音波振動板６から放射する超
音波は，理論的には全て噴出口４へ集束するので、噴出
口４より噴出する洗浄液に、超音波エネルギを効率良く
有効に作用させることができるので洗浄効果を高めるこ
とができる。

【００１６】なお、放物線の頂点の近傍における曲率は
近似的に円弧に置き換えることができるので、図４のノ
ズル内面２の断面形状は、中心をＯとする半径Ｒの円弧
として形成しても実用上何ら差し支えない。

【００１７】

【実施例】枚葉方式で搬送移動する被洗浄物に、上方ま
たは下方より高周波の超音波を重畳させた洗浄液を照射
して洗浄する、本発明による流水式超音波洗浄装置の一
実施例を図面を参照して説明する。図１は本発明のうち
請求項１に記載した細長いスリット状の噴出口４を持つ
流水式超音波洗浄装置の一実施例の断面斜視図である。
ノズル部１のノズル内面２の断面の形状を放物線で形成
し、放物線の頂点に、側面に設けた給液口３より供給さ
れた洗浄液を噴出する噴出口４を備えている。噴出口４
の先端の形状を突起型としているのは、内圧を高め液の
噴出力を上げるためと、被洗浄物の搬送部材の間から洗
浄液の照射を容易にし、且つ被洗浄物とノズル部の間隙
の調整が容易なようにしたためである。噴出口４の寸法
は狭い方の幅が１〜３ｍｍの範囲で製作されるのが一般
的である。超音波振動子部５はノズル内面２に対面する
超音波振動板６と、超音波振動板６の裏面に、この例で
は、接着剤で固定される圧電振動子７により構成し、超
音波振動板６と噴出口４との距離Ｌが、ノズル内面２の
断面形状である放物線の頂点における半径をＲとしたと
き、Ｌ＝（１／４±１／１０）Ｒの範囲となるように位
置させノズル部１と箱状に組み立ててある。

【００１８】超音波発振器から入力される高周波電圧は
カバー８に取り付けてあるコネクタ９を介して接続され
る、圧電振動子７により超音波振動に変換され超音波振
動板６を経て、給液口３から加圧供給される洗浄液に放
射される。超音波振動板６より放射された超音波は、直
接噴出口４に向かう部分以外はノズル内面２で反射し、
次いで超音波振動板６で反射することによって噴出口４
へ集束し被洗浄物へ至る。

【００１９】本発明の請求項２に記載した実施例は、前
述した図１におけるノズル内面２の断面形状を円弧に置
き換えてなる流水式超音波洗浄装置であり、基本原理等
については前述した通りである。

【００２０】図２は本発明における請求項１および請求
項２に記載した他の実施例の断面図、図３は下面図であ
る。符号は図１と同じである。本例は噴出口４の形状を
直径２〜１０ｍｍ程度の円形としたものであり、ノズル
内面２の形状は放物面または球面となり洗浄液は棒状に
なって噴出する。超音波の集束効果については前述の細
長いスリット状の噴出口を持つ流水式超音波洗浄装置と
同様である。

【００２１】

【発明の効果】以上詳細に説明したように、本発明を実
施することにより、超音波放射面より放射される超音波
は均一に効率よく噴出口に集束し、被洗浄物に対して超
音波エネルギを有効に作用させることができるので、洗
浄効果を高めることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例の、流水式超音波洗浄装置の
断面斜視図である。

【図２】本発明の他の実施例の、流水式超音波洗浄装置
の断面図である。

【図３】図２の下面図である。

【図４】本発明の作用説明図である。

【図５】従来技術の構造を示す断面図である。

【図６】従来技術の構造を示す断面斜視図である。

【図７】従来技術の構造を示す斜視図である。

【図８】従来技術の作用説明用の断面図である。

【符号の説明】

１ ノズル部 ２ ノズル内面 ３ 供給口 ４ 噴出口 ５ 超音波振動子部 ６ 超音波振動板 ７ 圧電振動子 ８ カバー ９ コネクタ

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 超音波振動板に対面する部分の断面形状
   を放物線で形成し、前記放物線の頂点に噴出口を設け給
   液口から洗浄液を加圧供給して噴出するようにしたノズ
   ル部と、前記噴出口から噴出する洗浄液に超音波エネル
   ギを供給する超音波振動子部とにより構成し、超音波振
   動板と対面する前記噴出口との距離Ｌが、前記放物線の
   頂点における曲率半径をＲとしたとき、Ｌ＝（１／４±
   １／１０）Ｒの範囲に設定されることを特徴とする流水
   式超音波洗浄装置。
2. 【請求項２】 超音波振動板に対面する部分の断面形状
   を円弧で形成し、前記円弧の頂点に噴出口を設け給液口
   から洗浄液を加圧供給して噴出するようにしたノズル部
   と、前記噴出口から噴出する洗浄液に超音波エネルギを
   供給する超音波振動子部とにより構成し、超音波振動板
   と対面する前記噴出口との距離Ｌが、前記円弧の半径を
   Ｒとしたとき、Ｌ＝（１／４±１／１０）Ｒの範囲に設
   定されることを特徴とする流水式超音波洗浄装置。