JPH1094756A

JPH1094756A - 超音波励振装置及びこれを具備した超音波洗浄装置

Info

Publication number: JPH1094756A
Application number: JP11335697A
Authority: JP
Inventors: Katsuhiro Koyama; 克宏小山; Yoshiki Hashimoto; 芳樹橋本
Original assignee: Kaijo Corp
Current assignee: Kaijo Corp
Priority date: 1996-07-31
Filing date: 1997-04-15
Publication date: 1998-04-14
Anticipated expiration: 2017-04-15
Also published as: JP3734333B2

Abstract

(57)【要約】【課題】洗浄用流体が減少した際の空焚きを確実に防
止した超音波洗浄装置及び超音波励振装置を提供するこ
と。【解決手段】減少が想定される洗浄用流体に相応した
音響インピーダンスを有する導波体を設け、以て、上記
の効果を得ている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、例えば工業用とし
てシリコンウェーハ等の洗浄に供されて好適で特に駆動
周波数を約５００ＫＨｚ以上とした超音波励振装置に関
し、又、該装置を具備した超音波洗浄装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】かかる高い周波数帯域を利用した超音波
洗浄装置は、サブミクロンのパーティクル（ｐａｒｔｉ
ｃｌｅ）の除去が可能である点、キャビテーションが発
生しないために被洗浄物へのダメージがない点、波長が
短いために定在波の影響がなく斑のない洗浄効果が得ら
れる点等々、超精密洗浄を可能とすることから従来より
開発が進められ、実用段階に入って久しい。

【０００３】従来、この種の超音波洗浄装置として、図
１０に示す洗浄槽タイプのものが知られている。

【０００４】図示のように、当該超音波洗浄装置は、洗
浄用流体として例えば純水１０１を貯留すると共に被洗
浄物を収容し得る処理槽１０３と、該処理槽１０３の底
部に装着、例えば接着された振動子１０５とを備えてい
る。

【０００５】上記振動子１０５はＰＺＴ（ｐｉｅｚｏｅ
ｌｅｃｔｒｉｃ：圧電）素子等からなり、図示しない発
振器によって所定周波数の電圧を印加され、この周波数
の超音波振動を発する。該超音波振動によって純水１０
１が励振され、該純水１０１中に浸漬されている被洗浄
物、例えばシリコンウェーハ（図示せず）が洗浄され
る。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】上述した超音波洗浄装
置は、これを使用することによって超精密洗浄を可能と
するものであり、例えば半導体産業において多用されて
いる。ところが、従来の装置では下記の問題を擁してい
る。

【０００７】すなわち、処理槽１０３内の純水１０１が
何等かの原因により不足してその液面が大きく下がって
しまうことが想定される。この場合、振動子１０５の上
方に外部負荷としての純水１０１が存在しないことか
ら、装置全体としての音響インピーダンスがその分低下
し、その結果、当該超音波洗浄装置の実効出力が著しく
増大することが懸念される。

【０００８】つまり、振動子１０５の振幅が大きくなっ
て発熱量が増え、加熱し、熱による不都合を来す虞があ
る。具体的には、振動子１０５を処理槽１０３の底面に
固着している接着剤が劣化して剥離したり、該振動子１
０５自体が割れを生ずること等である。このような事象
を空焚きと称している。

【０００９】上述した実効出力増大の作用は、次の式か
ら明らかである。Ｐａ＝Ｖａ²／ＲｍａＲｍａ＝Ｒｍａ₁＋Ｒｍａ₂ 但し、Ｐａ：実効出力Ｖａ：印加電圧（一定）Ｒｍａ：洗浄装置全体（純水１０１を含む）としての音
響インピーダンスＲｍａ₁：振動子１０５の音響インピーダンスＲｍａ₂：純水１０１の音響インピーダンス

【００１０】なお、現状では、上記の空焚き状態を防止
するために、純水１０１の液位を監視するセンサー等の
インターロック設備を付設し、以て、液面が下がったと
きに発振器（図示せず）の作動を停止せしめることを行
っている。しかし、コスト面もさる事ながら、該インタ
ーロック設備そのものの故障の可能性を考えれば必ずし
も確実ではなく、更にはその保守も煩雑であるという問
題を擁している。

【００１１】本発明は上記した点に鑑みてなされたもの
であって、その目的とするところは、洗浄用流体が減少
した際の実効出力の増大を確実に抑え得、且つ、保守な
どもほとんど必要としない超音波洗浄装置を提供するこ
と、又、該超音波洗浄装置に装備されるべき超音波励振
装置を提供することである。

【００１２】また、本発明は、該超音波励振装置につい
て、更に他の効果をも奏し得るものを提供する。

【００１３】

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めに、本発明に係る装着タイプのの超音波励振装置は、
約５００ＫＨｚ以上の超音波振動を発する振動子と、該
振動子に結合されて超音波振動を導く導波体とを有し、
該導波体は、前記超音波振動の進行方向における寸法が
該超音波振動の半波長の略整数倍に設定され、前記振動
子、導波体及び外部負荷の各音響インピーダンスを夫々
Ｒｍ₁、Ｒｍ₂及びＲｍ₃としたときに次式を満足するよ
うに設定されているものである。Ｒｍ₁＜Ｒｍ₂＜Ｒｍ₃ また、同目的達成のため、本発明に係る洗浄槽タイプの
超音波洗浄装置は、洗浄用流体を貯留する処理層と、該
流体を励振する超音波励振装置とを備え、該超音波励振
装置は、約５００ＫＨｚ以上の超音波振動を発する振動
子と、該振動子に結合されて超音波振動を導く導波体と
を有し、該導波体は、前記超音波振動の進行方向におけ
る寸法が該超音波振動の半波長の略整数倍に設定され、
前記振動子、導波体及び流体の各音響インピーダンスを
夫々Ｒｍ₁、Ｒｍ₂及びＲｍ₃としたときに次式を満足す
るように設定されている。Ｒｍ₁＜Ｒｍ₂＜Ｒｍ₃ また、同じく、本発明に係るノズルシャワータイプの超
音波洗浄装置は、洗浄用流体をノズルを通じて供給する
シャワー装置と、該流体に超音波振動を付与する超音波
励振装置とを備え、該超音波励振装置は、約５００ＫＨ
ｚ以上の超音波振動を発する振動子と、該振動子に結合
されて超音波振動を導く導波体とを有し、該導波体は、
前記超音波振動の進行方向における寸法が該超音波振動
の半波長の略整数倍に設定され、前記振動子、導波体及
び流体の各音響インピーダンスを夫々Ｒｍ₁、Ｒｍ₂及び
Ｒｍ₃としたときに次式を満足するように設定されてい
る。Ｒｍ₁＜Ｒｍ₂＜Ｒｍ₃ 更に、同様に、本発明に係る投入タイプの超音波励振装
置は、約５００ＫＨｚ以上の超音波振動を発する振動子
と、該振動子に結合されて超音波振動を導く導波体と、
該振動子を囲繞する密閉ケースとを備え、該導波体は、
前記超音波振動の進行方向における寸法が該超音波振動
の半波長の略整数倍に設定され、前記振動子、導波体及
び外部負荷の各音響インピーダンスを夫々Ｒｍ₁、Ｒｍ₂
及びＲｍ₃としたときに次式を満足するように設定され
ている。Ｒｍ₁＜Ｒｍ₂＜Ｒｍ₃ 加えて、上記装着タイプの超音波励振装置について、更
に他の種々の効果を得るために、下記の各構成が採用さ
れている。すなわち、前記超音波励振装置においては、
前記導波体の前記超音波振動の進行方向に対して直角な
方向における寸法が、該超音波振動の１波長の略３分の
１以上に設定されている。また、前記超音波励振装置で
は、前記導波体が、ジュラルミンを素材としてなる。ま
た、前記超音波励振装置においては、前記導波体を冷却
する冷却手段を有している。更に、前記超音波励振装置
では、前記冷却手段が、前記導波体に形成された貫通孔
と、該貫通孔に冷却流体を供給する供給手段とからな
る。

【００１４】

【発明の実施の形態】次に、本発明の実施例を、添付図
面を参照しながら説明する。

【００１５】まず、本発明に係る第１実施例としての洗
浄槽タイプの超音波洗浄装置（超音波励振装置を含む）
を、図１乃至図３に基づいて説明する。

【００１６】図１に示すように、当該超音波洗浄装置
は、洗浄用流体として例えば純水１を貯留すると共に被
洗浄物を収容し得る処理槽３と、該処理槽３の底部に装
着された超音波振動発生部５とを備えている。

【００１７】図２にも示すように、上記超音波振動発生
部５は、矩形板状に形成された振動子７と、略直方体状
に形成されてその片面にて該振動子７に接着剤等をもっ
て結合された導波体９とを有している。図１に示すよう
に、該超音波振動発生部５は、該導波体９が接液するよ
うに上側となされ、且つ、処理槽３の底部に形成された
開口部３ａに挿通されている。そして、該導波体９の全
周に亘ってフランジ部９ａが形成され、該フランジ部９
ａと処理槽３の底部との間に液密作用と吸振作用をなす
パッキン１４が介装されている。

【００１８】上記振動子７は、図１に示す発振器１２に
よって所定周波数の電圧を印加され、この周波数の超音
波振動を発する。導波体９は、この超音波振動に共振
し、純水１に導く作用をなす。該駆動周波数は極く高
く、具体的には約５００ＫＨｚ以上、例えば１ＭＨｚに
設定される。該振動子７及び導波体９からなる超音波振
動発生部５と、該発振器１２とを、超音波励振装置と総
称する。

【００１９】なお、本実施例の場合、導波体９は振動子
７からの超音波振動を純水１に伝達するのみにて、機械
的に増幅する作用はなさないが、形状等を適宜変えるこ
とで増幅機能をもたせてもよい。

【００２０】上記導波体９の材質としてはジュラルミン
やステンレス鋼（ＳＵＳ）が用いられる。本実施例の場
合、より好ましい例としてジュラルミンを使用するもの
とする。前述したように、該導波体９は振動子７から発
せられる超音波振動に共振する必要があることから、そ
の厚みＨ（図２参照）、すなわち、振動子７より発せら
れる超音波振動の進行方向における寸法が、該超音波振
動の半波長の略整数倍、理想的にはちょうど整数倍とな
されている。

【００２１】ここで、上記半波長：λ／２は次のように
算出される。 λ／２＝Ｃ／２ｆ但し、λ：１波長Ｃ：ジュラルミンの音速＝５．１５×１０⁵ｍｍｆ：周波数＝１０⁶ 故に、λ／２＝２．６ｍｍである。

【００２２】上記厚みＨは、本実施例では５３ｍｍに設
定されている。つまり、半波長λ／２（約２．６ｍｍ）
の約２０倍となされている。発明者は、このように高い
周波数帯域の超音波振動によれば、導波体での超音波エ
ネルギーの浪費が少ないことを実験等にて見いだし、こ
れに着目してこの周波数帯域で導波体９の厚みＨを上記
のように大きく設定した。このように厚みを大きくする
ことで、該導波体９が比較的大きな音響インピーダンス
を有することとなり、後述する作用効果が得られる。こ
の厚みＨの値は、その上方に存在する外部負荷としての
純水１が有する音響インピーダンスとの関係や、伝達す
べき超音波エネルギーの大きさ等に応じて任意に変えら
れる。因に、従来、当業者間では、かかる高い周波数帯
域にては超音波エネルギーの浪費、つまり発熱量が大き
く、例えば半波長の２〜３倍の厚みとすることが限度で
あると常識的に認識されていた。

【００２３】なお、導波体９の厚みＨをこのように大き
くできたことは、上記の如き高い周波数帯域の超音波振
動を採用したことが最も大きな要因であるが、他の要因
として、導波体９の素材をジュラルミンとしたことも挙
げられる。

【００２４】つまり、ジュラルミンは、その密度（ρ）
が約２．８ｇ／ｃｍ³で、鉄やステンレス鋼と比較する
と約１／３であり、高い周波数の超音波振動に対して大
変ロスの少ない材質であることによる。但し、ジュラル
ミンの他に、導波体として適用可能にして同等又はそれ
以下の密度の材質であれば望ましいことは勿論である。

【００２５】ところで、導波体９について、上記振動子
７からの超音波振動の進行方向（上記厚みＨの方向）に
対して直角な方向における寸法、すなわち、長さＬ及び
幅Ｗ（共に図１に図示）については各々、１３６ｍｍ、
４０ｍｍに設定されている。この数値は、上記１波長λ
を単位として換算すると夫々、約５３λ、約１６λに相
当する。このことは、次のような意味を持つ。

【００２６】すなわち、例えば約２０ＫＨｚのように、
比較的低い周波数帯を使用するものと仮定すると、上記
長さＬ及び幅Ｗに関して、導波体９のポアソン（ｐｏｉ
ｓｓｏｎ）比の影響に基づく横振動の発生を抑えるべ
く、λ／３以下に設定するか、又、これらの寸法を大き
くせざるを得ないものについてはλ／３以下のピッチに
てスリットを形成して、あたかもλ／３以下の寸法の小
さな導波体が互いに振動の影響を及ぼし合わないように
結合したような形態をとる必要がある。これは、無用な
横振動が発生することによって該導波体自体で振動エネ
ルギーが無駄に消費されぬようにすると共に、横振動が
伴わないきれいな縦振動を純水１に付与するためであ
る。

【００２７】発明者は、実験及びその結果の解析に基づ
き、本発明で用いられる約５００ＫＨｚ以上の周波数帯
においては上記のようなポアソン比の悪影響、つまり、
横振動の発生がないことに想い至った。つまり、導波体
９の長さＬ及び幅Ｗについて、理論的には、スリットを
形成することなく無制限に大きくしようとも横振動は乗
らずに常に縦振動のみが発生することである。よって、
被洗浄物や上記処理槽３の容量の大きさ等に応じて任意
に可変である。

【００２８】一方、上記導波体９を励振せしめる振動子
７に関しては次のように構成されている。

【００２９】図２から明らかなように、該振動子７の長
さ及び幅は、導波体９の長さＬ、幅Ｗとほぼ等しくなさ
れている。そして、厚みｔは例えば約２ｍｍに設定され
ている。

【００３０】図３は、上記振動子７及び導波体９の相互
結合部の一部を拡大して示すものであるが、この図から
明らかなように、振動子７は、ＰＺＴ（ｐｉｅｚｏｅｌ
ｅｃｔｒｉｃ：圧電）素子１６（細かな点によるハッチ
ングで示している）と、該ＰＺＴ素子１６の上下両面に
全面に亘って貼着された電極板１７及び１８とを有して
いる。該ＰＺＴ素子１６は、チタン酸バリウム系やチタ
ン酸ジルコン酸鉛系の圧電セラミックスからなり、該電
極板１７、１８については、例えば銅版の表面に銀めっ
き等を施してなる。

【００３１】同じく図３に示すように、該ＰＺＴ素子１
６と上側の電極板１７の一つの角部が切除されており、
この切除部分で下側の電極板１８が上側に折り返され、
該折返し部１８ａが上側の電極板１７と面一となされて
いる。そして、該折返し部１８ａと上側の電極板７との
間に弧状の隙間２０が設けられ、相互に接触しないよう
になされている。

【００３２】上記の構成に基づき、図１及び図２から明
らかなように、発振器１２（図１参照）からの給電用ケ
ーブル２２（図１参照）に含まれるプラス、マイナスの
２条の送電ワイヤ２２ａ、２２ｂのいずれか一方ずつが
上記上側電極板１７の所要部位、折返し部１８ａ（下側
電極１８）に接続されている。

【００３３】なお、図１と図２に示すように、発振器１
２からの給電用ケーブル２２は、導波体９の端部に設け
られた小ブラケット２３上のソケット２５を通じて上記
送電ワイヤ２２ａ、２２ｂに分岐される。

【００３４】上述した構成の超音波洗浄装置において
は、図１に示す発振器１２より印加される高周波の電圧
により振動子７が励振され、超音波振動が発せられる。
そして、この超音波振動は導波体９を介して純水１に伝
達され、該純水中に浸漬されている被洗浄物、例えばシ
リコンウェーハ等（図示せず）が洗浄される。

【００３５】ここで、上記導波体９の厚みＨを前述のよ
うに大きくしてその音響インピーダンスを比較的大きく
設定した点に関して詳述する。

【００３６】導波体９の音響インピーダンスは、具体的
には次のように設定されている。

【００３７】すなわち、上記振動子７、該導波体９、外
部負荷として該導波体９の上方に存在する純水１の各音
響インピーダンスを夫々Ｒｍ₁、Ｒｍ₂及びＲｍ₃とした
ときに次式を満足するように設定されている。Ｒｍ₁＜Ｒｍ₂＜Ｒｍ₃・・・（１）この構成は、下記の事態を想定して採られたものであ
る。

【００３８】つまり、通常は純水１の液面１ａが、洗浄
を行うに足る所定位置に達している状態にあるが、何等
かの原因によって純水１が不足して液面１ａが図１で二
点鎖線にて示す位置、つまり、導波体９の上面よりも下
に下がってしまうことが考えられる。この場合、導波体
９の上方に外部負荷としての純水１が存在しないことか
ら、洗浄装置全体としての音響インピーダンスがその分
低下し、当該超音波洗浄装置の実効出力が増大する。

【００３９】該実効出力を記号Ｐで表すと、振動体７に
印加される電圧Ｖ（一定）と当該洗浄装置全体（純水１
を含む）としての音響インピーダンスＲｍとの関係が次
式で示される。Ｐ＝Ｖ²／Ｒｍ・・・（２）ここで、Ｒｍ＝Ｒｍ₁＋Ｒｍ₂＋Ｒｍ₃・・・（３）

【００４０】上記の各式（１）、（２）、（３）から明
らかなように、本実施例の如く上記導波体９の音響イン
ピーダンスＲｍ₂を所要の大きさに設定しておくことに
より、純水１が無くなってその音響インピーダンスＲｍ
₃がほとんどゼロになろうとも、実効出力Ｐはそれほど
増大しない。

【００４１】従って、空焚き状態、すなわち、振動子７
の振幅が大きくなることによる発熱が抑えられ、振動子
７を導波体９に固着している接着剤が熱により劣化して
剥離することや、該振動子７自体が熱によって割れを生
ずる事態が防止される。因に、該振動子７が有する上記
ＰＺＴ素子１６の材質では、例えば１５０℃程度までは
耐えられ、これ以上に加熱されることは好ましくないと
されている。

【００４２】また、かかる構成では、空焚き防止のため
に従来設けられていたセンサー等のインターロック設備
は無用であるから、該インターロック設備の故障に基づ
く空焚きの可能性も払拭され、保守などもほとんど必要
とせず、実用上極めて有用である。但し、純水１が減っ
てしまったことを作業者に知らしめるための警報用ブザ
ー又はランプなどは設けておくことが望ましい。

【００４３】更に、上記構成によれば、上記導波体９に
ついて、その音響インピーダンスを、外部負荷たる純水
１及び振動子７の各音響インピーダンスの中間値に設定
し（上記式［１］参照）、以て、その寸法を無用に大き
くすること無く必要最小限としている。故に、装置の小
型化が図られる。

【００４４】ところで、当該超音波洗浄装置において
は、上述の構成に、更に以下の構成が付加されている。

【００４５】つまり、上記導波体９を冷却する手段であ
り、下記のように構成されている。

【００４６】図１及び図２に示すように、導波体９、具
体的にはそのフランジ部９ａに、例えば該導波体９の長
手方向に沿う２条の貫通孔９ｃが形成されている。これ
らの貫通孔９ｃは、その両端にニップル２８ａ、２８ｂ
が螺合され、片側のニップル２８ａにつながれた２本の
チューブ３０を通じて冷却流体として例えば純水が供給
される。そして、他側のニップル２８ｂに、冷却に供さ
れた後の純水を排出するために２本のチューブ３１が接
続されている。

【００４７】なお、給水側の各チューブ３０は分配ソケ
ット３３から分岐し、より太いホース３４を経て給水源
より供給される純水を導き、排水側のチューブ３１は同
様のソケット３６にてまとめられて他のホース３７に排
水する。この排水側のチューブ３１は設けずともよく、
その場合、貫通孔９ｃから排出される純水は処理槽３内
に注がれ、該処理槽３の上縁からいわゆるオーバーフロ
ー方式にて徐々に排水する際に他の給水設備を設ける必
要がなく、好適である。

【００４８】かかる冷却手段は、上記導波体９が自ら共
振することによって、高熱とはならないながらもある程
度は熱を帯びることに対して設けられたものであり、振
動子７に悪影響を与える熱を可能な限り除去することを
目的としている。

【００４９】この冷却の構成について、どの程度の効果
が得られるかを実験により確認したので、その結果を図
４に示す。この実験は、前述した構成の超音波励振装置
（振動子７と導波体９の結合体及び発振器１２）を処理
槽３から外してそのまま用い、室温（１８℃）にて行っ
た。導波体９に形成された貫通孔９ｃに通す冷却流体と
しては市水を用いた。

【００５０】図４に示すように、１分間当たり４００ｃ
ｃ又は８００ｃｃの冷却水を供給する場合について電力
を１００Ｗ、２００Ｗと切り換えて２回ずつ行い、冷却
水を全く流さない場合について１００Ｗをかけて１回行
った。測定した部位は、図２において参照符号４０で示
す位置である。

【００５１】上記の結果から、給水をなさないときは約
７０℃（室温１８℃＋測定値５２℃）に達し、冷却水を
供給したときには高くとも３７℃までの上昇に留まっ
た。

【００５２】なお、冷却用の構成は、上述の冷却水を用
いた構成に限らず、例えば、導波体９にフィンを形成す
るなど種々のものが考えられ、且つ適用可能である。但
し、冷却水を使用する上記構成のものでは、構成が比較
的簡単であり、しかも、冷却効果が大きい。

【００５３】

【実施例】続いて、上記第１実施例のものと同様の実効
出力増大抑止効果等を奏し得る、第２実施例としてのノ
ズルシャワータイプの超音波洗浄装置を、図５及び図６
に基づいて説明する。但し、この第２実施例に関し、上
述した第１実施例の超音波洗浄装置の構成部分と同一又
は対応する構成部分については同じ参照符号を用いて示
し、該部分についての説明は重複する故に省略し、要部
のみの説明に止める。この点は後述する第３実施例の説
明に関しても同様である。

【００５４】図５及び図６に示すように、当該超音波洗
浄装置では、そのカバー４５内に超音波振動発生部５が
内蔵されている。このカバー４５の内部空間は隔壁４５
ａによって上下２層に隔てられ、該超音波振動発生部５
が含む振動子７が上層４７側に、又、下層４８側に導波
体９が位置せしめられている。隔壁４５ａと導波体９と
の間にはパッキン１４が介装され、このパッキン１４は
該上層４７側の液密性を確保すると共に吸振作用をな
す。

【００５５】上記下層４８には、カバー４５の側部に設
けられたソケット５０を通じて洗浄用流体である純水１
が連続的に注入され、この注入された純水１に対し、上
記導波体９より超音波振動が付与される。

【００５６】超音波振動が乗せられた純水１は、矢印Ｆ
にて示すように、カバー４５に設けられたノズル４５ｂ
を通じてシャワーとして供給される。該ノズル４５ｂを
含むカバー４５と、該カバー４５内に純水１を連続的に
供給するポンプ等（図示せず）とを、シャワー装置と総
称する。

【００５７】かかる構成の超音波洗浄装置においては、
被洗浄物としての例えばシリコンウェーハが上記のシャ
ワーに曝され、洗浄される。

【００５８】当該超音波洗浄装置においても、当該洗浄
装置全体（純水１を含む）の音響インピーダンスをＲｍ
とし、振動子７、導波体９、純水１の各音響インピーダ
ンスを夫々Ｒｍ₁、Ｒｍ₂、Ｒｍ₃としたときに、前述の
各式（１）、（２）、（３）を満足するようになされて
いる。

【００５９】つまり、当該超音波洗浄装置の場合、何ら
かの原因によって上記純水１が供給されない場合は勿論
のこと、図５及び図６に示すように導波体９の下面、す
なわち発振面に沿って泡５３が溜まってしまったときも
外部負荷としての純水１の音響インピーダンスＲｍ₃が
ほとんどゼロの状態となる。そこで、導波体９の音響イ
ンピーダンスＲｍ₂を所定の大きさになし、上述の各式
を満たす設定をなすことで、実効出力の増大を抑えてい
る。

【００６０】次に、上記第１及び第２実施例のものと同
様に実効出力増大抑止効果が得られる第３実施例として
の投入タイプの超音波励振装置を、図７に基づいて説明
する。

【００６１】図示のように、当該超音波励振装置におい
ては、振動子７及び導波体９からなる超音波振動発生部
５の下半部分、すなわち、振動子７を含む部分を、液密
性を有する密閉ケース５５で囲繞してなる。該導波体９
の発振面は該ケース外に露出している。

【００６２】この超音波励振装置は、図示のように処理
槽３に満たされた例えば純水１中に投入されて使用され
る。つまり、被洗浄物としてのシリコンウェーハ等がこ
の純水１に浸漬され、導波体９を通じて発せられる超音
波振動によって該純水１が励振されることで洗浄され
る。

【００６３】当該超音波励振装置においても、振動子
７、導波体９及び純水１の各音響インピーダンスをＲｍ
₁、Ｒｍ₂、Ｒｍ₃としたときに、前述の各式（１）、
（２）及び（３）を満足するようになされている。

【００６４】すなわち、第１実施例と同様に、何かの不
都合で処理槽３内の純水１がほとんど無くなってしまっ
た場合、該純水の音響インピーダンスＲｍ₃がゼロとな
る。よって、導波体９の音響インピーダンスＲｍ₂を所
要値に設定し、且つ上記各式を満たすようになし、以
て、実効出力の増大を抑止している。

【００６５】なお、上述した各実施例においては、導波
体９について、そのフランジ部９ａを超音波振動の進行
方向における略中央に形成しているが、この他、図８、
図９に示すように上端及びその近傍に設けるなど、必要
に応じてその位置を変えることが行われる。

【００６６】また、図示した導波体９は略直方体状に形
成されているが、この他、例えば円盤上など、設置され
るスペースの形態等に応じて種々の形状が選択されるの
は勿論である。

【００６７】更に、各実施例においては、洗浄用流体と
して純水を用いているが、洗浄対象に適した流体が適宜
選定される。

【００６８】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
洗浄用流体が減少した際でも、導波体が有する音響イン
ピーダンスによって実効出力の増大、すなわち空焚き状
態が抑えられ、振動子の剥離や割れを防止することがで
きる。また、かかる構成では、空焚き防止のために従来
設けられていたセンサー等のインターロック設備は無用
であるから、該インターロック設備の故障に基づく空焚
きの可能性も無く、保守などもほとんど必要とせず、実
用上極めて有用である。更に、上記導波体について、そ
の音響インピーダンスを、外部負荷たる洗浄用流体及び
振動子の各音響インピーダンスの中間値に設定し、以
て、その寸法を無用に大きくすることなく必要最小限と
している。故に、装置の小型化が図られる。また、約５
００ＫＨ以上の高い周波数帯域を使用しているため、エ
ロージョンが生じず、半永久的に使用できるものであ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】図１は、本発明の第１実施例である洗浄槽タイ
プの超音波洗浄装置の縦断面図である。

【図２】図２は、図１に示した超音波洗浄装置が具備す
る超音波振動発生部の、一部断面を含む斜視図である。

【図３】図３は、図２に示した超音波振動発生部の一部
の拡大図である。

【図４】図４は、図２に示した超音波振動発生部が含む
導波体について、これを冷却する実験を行った結果を示
す図である。

【図５】図５は、本発明の第２実施例であるノズルシャ
ワータイプの超音波洗浄装置の、一部断面を含む正面図
である。

【図６】図６は、図５に示した超音波洗浄装置の、一部
断面を含む側面図である。

【図７】図７は、本発明の第３実施例としての超音波励
振装置を処理槽の中に投入した状態を示す縦断面図であ
る。

【図８】図８は、導波体の変形例を示す、一部断面を含
む斜視図である。

【図９】図９は、導波体の他の変形例を示す、一部断面
を含む斜視図である。

【図１０】図１０は、従来の超音波洗浄装置の縦断面図
である。

【符号の説明】

１純水（洗浄用流体）３処理槽５超音波振動発生部７振動子９導波体９ａ（導波体９のフランジ部）９ｃ（導波体９の貫通孔）１２発振器１６ＰＺＴ素子１７、１８電極板２２給電用ケーブル４５カバー４５ｂノズル５５密閉ケース

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】約５００ＫＨｚ以上の超音波振動を発す
る振動子と、該振動子に結合されて超音波振動を導く導波体とを有す
る超音波励振装置であって、前記導波体は、前記超音波振動の進行方向における寸法
が該超音波振動の半波長の略整数倍に設定され、前記振動子、導波体及び外部負荷の各音響インピーダン
スを夫々Ｒｍ₁、Ｒｍ₂及びＲｍ₃としたときに次式を満
足するように設定されていることを特徴とする超音波励
振装置。Ｒｍ₁＜Ｒｍ₂＜Ｒｍ₃
【請求項２】前記導波体の前記超音波振動の進行方向
に対して直角な方向における寸法が、該超音波振動の１
波長の略３分の１以上に設定されていることを特徴とす
る請求項１記載の超音波励振装置。
【請求項３】前記導波体は、ジュラルミンを素材とし
てなることを特徴とする請求項１又は請求項２記載の超
音波励振装置。
【請求項４】前記導波体を冷却する冷却手段を有する
ことを特徴とする請求項１乃至請求項３のうちいずれか
１記載の超音波励振装置。
【請求項５】前記冷却手段は、前記導波体に形成され
た貫通孔と、該貫通孔に冷却流体を供給する供給手段と
からなることを特徴とする請求項４記載の超音波励振装
置。
【請求項６】洗浄用流体を貯留する処理槽と、該流体を励振する超音波励振装置とを備えた超音波洗浄
装置であって、該超音波励振装置は、約５００ＫＨｚ以上の超音波振動
を発する振動子と、該振動子に結合されて超音波振動を導く導波体とを有
し、該導波体は、前記超音波振動の進行方向における寸法が
該超音波振動の半波長の略整数倍に設定され、前記振動子、導波体及び流体の各音響インピーダンスを
夫々Ｒｍ₁、Ｒｍ₂及びＲｍ₃としたときに次式を満足す
るように設定されていることを特徴とする超音波洗浄装
置。Ｒｍ₁＜Ｒｍ₂＜Ｒｍ₃
【請求項７】洗浄用流体をノズルを通じて供給するシ
ャワー装置と、該流体に超音波振動を付与する超音波励振装置とを備え
た超音波洗浄装置であって、該超音波励振装置は、約５００ＫＨｚ以上の超音波振動
を発する振動子と、該振動子に結合されて超音波振動を導く導波体とを有
し、該導波体は、前記超音波振動の進行方向における寸法が
該超音波振動の半波長の略整数倍に設定され前記振動
子、導波体及び流体の各音響インピーダンスを夫々Ｒｍ
₁、Ｒｍ₂及びＲｍ₃としたときに次式を満足するように
設定されていることを特徴とする超音波洗浄装置。Ｒｍ₁＜Ｒｍ₂＜Ｒｍ₃
【請求項８】約５００ＫＨｚ以上の超音波振動を発す
る振動子と、該振動子に結合されて超音波振動を導く導波体と、該振動子を囲繞する密閉ケースとを備えた超音波励振装
置であって、前記導波体は、前記超音波振動の進行方向における寸法
が該超音波振動の半波長の略整数倍に設定され前記振動
子、導波体及び外部負荷の各音響インピーダンスを夫々
Ｒｍ₁、Ｒｍ₂及びＲｍ₃としたときに次式を満足するよ
うに設定されていることを特徴とする超音波励振装置。Ｒｍ₁＜Ｒｍ₂＜Ｒｍ₃