JPH1082704A - 音圧センサ− - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 この発明は液体に付与された振動の音圧を精
度よく測定できるようにした音圧センサ−を提供するこ
とを目的とする。 【解決手段】 液体に付与された超音波振動の音圧を検
出するための音圧センサ−において、先端部が上記音圧
を受ける感知部に形成された棒状体２１と、この棒状体
の基端部に設けられ上記感知部で受けて上記棒状体を伝
播した音圧を電気信号に変換する圧電素子２４と、上記
棒状体の中途部に設けられこの棒状体が上記音圧によっ
て共振するのを防止するダンパ部材２６とを具備したこ
とを特徴とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は被洗浄物を超音波
振動が付与された洗浄液で洗浄する際、その洗浄液に付
与された超音波振動の音圧を検出するための音圧センサ
−に関する。

【０００２】

【従来の技術】半導体製造装置や液晶製造装置などで
は、種々の微細加工の前後で、半導体ウエハや液晶よう
ガラス基板などに付着したサブミクロンオ−ダのパ−テ
イクルを洗浄除去する、超音波洗浄が行われる。この洗
浄工程は、半導体ウエハや液晶ようガラス基板等の製造
歩留まりを向上する上で、極めて重要である。

【０００３】このような洗浄を行う装置として従来より
バッチ式あるいはノズル式の超音波洗浄装置がある。こ
れらの超音波洗浄装置においては、基板表面部位または
洗浄槽内の液中の各点の超音波強度あるいは音圧分布状
態等を知ることが重要である。

【０００４】そこで、超音波発振器が正常に作動してい
るか、あるいは振動子で発生した超音波が効率よく洗浄
水に導かれているかということや洗浄槽内の液中の超音
波の強い所を音圧センサ−で確認する等のことが行なわ
れている。

【０００５】従来の音圧センサ−はたとえば透明な樹脂
やガラスなどの材料によって形成された棒状体の先端部
に音圧を受ける感知部が形成され、棒状体と同径の基端
には棒状体を伝搬した音圧を電気信号に変換する圧電素
子が設けられている。この圧電素子は増幅器を介して表
示器に接続されている。

【０００６】そして、上記構成の音圧センサ−の感知部
を洗浄槽内の液中に挿入あるいは基板の表面部位等所定
の部位に位置させ、その位置を通過する超音波の音圧を
知るようにしている。

【０００７】ところで、上記構成の音圧センサ−による
と、感知部での超音波振動は、棒状体の内部を伝播する
だけでなく、この棒状体を振動させる。つまり、棒状体
が上記感知部での超音波振動と共振する。

【０００８】それによって、圧電素子は、棒状体を伝播
する振動だけでなく、この棒状体自体の振動も電圧に変
換するため、正確に超音波の強度や音圧の分布状態を知
ることができないということがあった。

【０００９】また、圧電素子の取り付け部である棒状体
の基端部は他の部分と同径であるので、圧電素子の取り
付けは棒状体の直径で決まり、大部分のものは小容量の
圧電素子しか取り付けることができない。そのため、検
出精度を十分に向上させることができないということが
あった。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】このように、従来の音
圧センサ−は、棒状体の共振周波数も検出してしまうた
め、洗浄水や洗浄槽内の超音波の強度などを正確に測定
することができないということがあった。

【００１１】この発明は上記事情に基づきなされたもの
で、第１の目的は、感知部で検知した超音波振動だけを
電圧に変換して正確に取り出すことができるようにした
音圧センサ−を提供することにある。

【００１２】また、第２の目的は、圧電素子を取り付け
る棒状体の基端部の面積を大きくすることによって、第
容量の圧電素子を取り付けることができるようにした音
圧センサ−を提供することにある。

【００１３】

【課題を解決するための手段】請求項１の発明は、液体
に付与された超音波振動の音圧を検出するための音圧セ
ンサ−において、先端部が上記音圧を受ける感知部に形
成された棒状体と、この棒状体の基端部に設けられ上記
感知部で受けて上記棒状体を伝播した音圧を電気信号に
変換する変換手段と、上記棒状体の中途部に設けられこ
の棒状体が上記音圧によって共振するのを防止するダン
パ部材とを具備したことを特徴とする。

【００１４】請求項２の発明は、請求項１の発明におい
て、棒状体の基端部をコ−ン状の拡径部としたことを特
徴とする。請求項１の発明によれば、棒状体にダンパ部
材を設けたことで、棒状体が振動しても、その振動がダ
ンパ部材によって吸収され、変換手段に検出されるのが
防止される。それによって、変換手段は棒状体内を伝播
された振動だけを電気信号に変換する。

【００１５】請求項２の発明によれば、棒状体の基端部
をコ−ン状の拡径部にしたことで、容量の大きな圧電素
子を取り付けることが可能となり、検出精度の向上が計
れる。

【００１６】

【発明の実施形態】以下、この発明の一実施形態を図面
を参照して説明する。図２は一般的な超音波洗浄装置を
示す。この超音波洗浄装置は紙面に対して直交する方向
に細長い装置本体１を有する。この装置本体１には空間
部２が本体１の厚さ方向に貫通し、かつ長手方向に沿っ
て形成されている。上記空間部２は上端側から下端側に
ゆくにつれて狭幅となるテ−パ状に形成されていて、下
端は装置本体１の下面に開口したノズル口３となってい
る。

【００１７】上記空間部２の上端開口はシ−ル材４を介
して振動板５で閉塞されている。この振動板５の上面に
は上記空間部２の上端開口と対応する部位に沿って細長
い矩形状の複数の振動子６（１つだけ図示）が所定間隔
で取着されている。この振動子６は超音波発振器Ｐによ
って駆動されるようになっている。それによって、振動
子６は超音波振動するから、その超音波振動によって上
記振動板５も振動する。

【００１８】上記装置本体１の上記空間部２の両側には
それぞれ長手方向に沿って供給路８が貫通して形成され
ている。一対の供給路８にはその両端にそれぞれ図示し
ない洗浄液の供給管が接続され、それら供給管によって
洗浄液が供給されるようになっている。

【００１９】さらに、上記装置本体１には一端を上記供
給路８に連通させ、他端を空間部２に連通させた複数の
噴出路９が上記装置本体１の長手方向に沿って所定間隔
で形成されている。つまり、上記噴出路９の他端は上記
振動板５に対向して開口している。上記噴出路９は上記
供給路８に比べ内径寸法が十分に小さく設定されてい
る。

【００２０】上記供給路８に供給された洗浄液は複数の
噴出路９へほぼ均等に分流し、他端開口から上記振動板
５の下面に向かって噴出し、この振動板５で超音波振動
が付与される。超音波振動が付与された洗浄液は上記空
間部２のノズル口３から被洗浄物１１に向かって噴出す
る。それによって、上記被洗浄物１１を超音波振動が付
与された洗浄液で洗浄するようになっている。

【００２１】洗浄液による洗浄度合を調整する場合、振
動子６に印加する超音波発振器からの周波数を制御す
る。その場合、周波数の変化に応じて洗浄液に付与され
る超音波振動が変化しているか否やかを測定することが
ある。

【００２２】洗浄液に付与された超音波振動を測定する
場合、音圧センサ−２０の感知部２２を基板１１の表面
部位と同じ場所、たとえば図２に鎖線で示す位置に設置
する。この音圧センサ−２０は、図１に示すように透明
な樹脂やガラスなどの材料によって形成された中空また
は中実状、この実施形態では中空状の棒状体２１を有す
る。この棒状体２１の先端部は音圧を受ける上記感知部
２２に形成されていて、棒状体２１はその感知部２２を
上述したように基板１１の表面と同じ部位あるいは洗浄
槽の液中に挿入または固定して設置される。

【００２３】上記棒状体２１の基端部は漸次拡径される
コ−ン状の拡径部２３に形成されていて、この拡径部２
３の端面には音圧を電気信号に変換する変換手段として
の圧電素子２４が接合固定されている。この圧電素子２
４には表示器２５が増幅器２６を介して接続され、上記
圧電素子２４の電気信号を波形表示できるようになって
いる。

【００２４】上記棒状体２１の基端部には図１に鎖線で
示す把持部２７が設けられ、この把持部２７内に上記増
幅器２６が設けられている。棒状体２１の基端部に拡径
部２３を形成し、そこに圧電素子２４を取着するように
したことで、取着面積を大きくすることができる。それ
によって、容量の大きい圧電素子２４を取り付けること
ができるから、検出精度の向上を計ることができる。

【００２５】上記棒状体２１の中途部にはダンパ部材２
６が設けられている。このダンパ部材２６はゴムや弗素
樹脂などの弾性材料によってチュ−ブ状に成形され、上
記棒状体２１の外周面に弾性的に挿着または接着されて
いる。このダンパ部材２６は、音圧センサ−２０によっ
て洗浄液に付与された超音波振動を測定する場合、その
棒状体２１が上記超音波振動に共振するのを阻止する。
それによって、圧電素子２４は棒状体２１内を伝播した
振動だけを電気信号に変換できるようになっている。

【００２６】なお、ダンパ部材２６としてはチュ−ブ状
のものだけに限られず、弾性材料あるいは振動の伝播を
防止する他の材料をテ−プ状に形成し、それを上記柱状
部２１の中途部に巻回するようにしてもよい。また、ダ
ンパ部材２６の取り付け位置は、感知部２２の端部から
貴端部に向かって１０〜５０mmの位置が最適である。

【００２７】上記構成の音圧センサ−２０によって洗浄
液に付与された超音波振動を測定する場合、この音圧セ
ンサ−２０は感知部２２を基板１１の表面と同じ位置ま
たは洗浄槽内の液中に挿入する。洗浄液に付与された超
音振動の音圧は上記音圧センサ−２０の棒状体２１を伝
播して圧電素子２４で音圧に比例した電気信号に変換さ
れる。この圧電素子２４からの電気信号は表示器２６に
入力され、たとえば波形として表示される。

【００２８】表示器２６に表示された波形によって超音
波発振器から洗浄液に付与された超音波振動の強度を測
定することができる。つまり、超音波発振器Ｐを制御し
て振動子６に印加する周波数を制御した場合など、上記
音圧センサ−２０によってその周波数に応じた強度の超
音波振動が洗浄液に付与されているか否やかを測定する
ことができる。

【００２９】測定に際し、棒状体２１は洗浄液に付与さ
れた超音波振動によって共振し、その音圧が圧電素子２
４に検出されることで、その検出精度が低下する虞があ
る。しかしながら、上記棒状体２１の中途部にダンパ部
材２６を設けたことで、棒状体２１が共振するのが防止
されるから、圧電素子２４は棒状体２１内を伝播した振
動だけを検出する。つまり、洗浄液に付与された振動の
波形だけを検出できるから、振動子６に印加する周波数
を制御したときに、その制御に応じて洗浄液に付与され
る音圧の強さが変化しているか否やかを正確に確認する
ことができる。

【００３０】図３（ａ）、（ｂ）は音圧センサ−２０の
棒状体２１にダンパ部材２６が設けられていない場合の
超音波発振器Ｐの出力電圧波形と圧電素子２４が検出し
た音圧波形とを示し、同図（ａ）は出力が３０Ｗで、同
図（ｂ）は５０Ｗの場合である。

【００３１】これらの図から分かるように、音圧波形は
ノイズだけとなってしまう。このことは、上記棒状体２
１が洗浄液に付与された振動と共振し、圧電素子２４が
棒状体２１内を伝播する振動だけでなく、棒状体２１自
体の振動も検出しているためである。

【００３２】これに対して図４（ａ）、（ｂ）は音圧セ
ンサ−２０の棒状体２１にダンパ部材２６を設けた場合
の超音波発振器Ｐの出力の電圧波形と圧電素子２４が検
出した音圧波形とを示し、同図（ａ）は振動子６の出力
が３０Ｗで、同図（ｂ）は５０Ｗの場合である。

【００３３】これらの図から分かるように、音圧波形は
ほとんどノイズがない。これは、上記ダンパ部材２６に
よって棒状体２１が洗浄液に付与された振動と共振する
のが阻止され、圧電素子２４は棒状体２１内を伝播する
振動だけを検出するからである。つまり、棒状体２１に
ダンパ部材２６を設けることで、洗浄液に付与された振
動を正確に測定することができる。なお、上記一実施形
態では棒状体を直線状としたが、この棒状体はＬ字状な
どであってもよい。

【００３４】

【発明の効果】請求項１の発明によれば、音圧センサ−
の棒状体の中途部にダンパ部材を設けたことで、そのダ
ンパ部材が棒状体の振動を吸収するから、上記棒状体の
基端部に設けられた変換手段は棒状体内を伝播する振動
だけを電気信号に変換する。

【００３５】それによって、変換手段が検出する振動
に、棒状体の振動が含まれることがないから、その検出
精度の向上を図ることができる。また、請求項２の発明
によれば、棒状体の基端部をコ−ン状の拡径部としたの
で、そこに容量の大きな圧電素子を取り付けることがで
きる。そのため、上記圧電素子による音圧の検出精度の
向上を図ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の一実施形態の音圧センサ−の一部断
面した側面図。

【図２】超音波洗浄装置の一般的な構造を示す断面図。

【図３】（ａ）、（ｂ）は超音波発振器の出力の電圧波
形と、ダンパ部材が設けられていない音圧センサ−によ
って検出された音圧波形のグラフ。

【図４】（ａ）、（ｂ）は超音波発振器の出力の電圧波
形と、ダンパ部材が設けられた音圧センサ−によって検
出された音圧波形のグラフ。

【符号の説明】

２１…棒状体 ２２…感知部 ２３…拡径部 ２４…圧電素子 ２６…ダンパ部材

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 液体に付与された超音波振動の音圧を検
   出するための音圧センサ−において、 先端部が上記音圧を受ける感知部に形成された棒状体
   と、 この棒状体の基端部に設けられ上記感知部で受けて上記
   棒状体を伝播した音圧を電気信号に変換する変換手段
   と、 上記棒状体の中途部に設けられこの棒状体が上記音圧に
   よって共振するのを防止するダンパ部材とを具備したこ
   とを特徴とする音圧センサ−。
2. 【請求項２】 棒状体の基端部をコ−ン状の拡径部とし
   たことを特徴とする請求項１記載の音圧センサ−。