JPH11207258A

JPH11207258A - 超音波振動発生装置及び超音波洗浄装置

Info

Publication number: JPH11207258A
Application number: JP2512098A
Authority: JP
Inventors: Tadahiro Omi; 忠弘大見; Katsuichi Okano; 勝一岡野; Akio Fujie; 明雄藤江
Original assignee: Kaijo Corp
Current assignee: Kaijo Corp
Priority date: 1998-01-22
Filing date: 1998-01-22
Publication date: 1999-08-03
Anticipated expiration: 2018-01-22
Also published as: JP3839154B2

Abstract

(57)【要約】【課題】製造作業面及び機械的強度確保の両観点での
困難性を克服し、以て極く高い周波数帯域の駆動周波数
の利用と、大きな被洗浄物の洗浄を可能とした超音波振
動発生装置及び超音波洗浄装置を提供すること。【解決手段】振動子１０が取り付けられる振動板９又
は貯留槽１４について、該振動子が固着される部分のみ
薄肉としかつ共振板厚とし、他の部分は厚肉とし、以て
前記の効果を得る。

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
て電子部品等の洗浄に供されて好適な超音波振動発生装
置及び超音波洗浄装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】図９は、従来の超音波振動発生装置を具
備した洗浄装置を示し、又、図１０は従来の超音波洗浄
装置を示す。

【０００３】図９に示すように、超音波振動発生装置１
は、筒状の側板２の下端部にパッキン３を介して液密状
態に締結して該側板２と共に洗浄槽５を構成する。この
洗浄槽５内には例えば純水等からなる洗浄用流体７が貯
留され、シリコンウェーハ（図示せず）などの被洗浄物
が該洗浄用流体７中に浸漬され、洗浄が行われる。

【０００４】前記超音波振動発生装置１は、平板状に形
成された振動板９と、該振動板９の主たる面に固着され
た振動子１０とを有している。この振動板９と前記側板
２は、例えばステンレス鋼や石英などを素材として形成
される。

【０００５】前記振動子１０は、例えばＰＺＴ（ｐｉｅ
ｚｏｅｌｅｃｔｒｉｃ：圧電）素子を含み、図示しない
発振器によって該ＰＺＴ素子に所定周波数の電圧を印加
して所定の駆動周波数による超音波振動を発する。

【０００６】前記発振器による駆動周波数は例えば約５
００ＫＨ以上に設定される。かかる高い周波数帯域は、
サブミクロンのパーティクル（ｐａｒｔｉｃｌｅ）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、波長が短いが故に定
在波の影響がなく斑のない洗浄効果が得られる点等々、
超精密洗浄に好適である。

【０００７】前記振動子１０が発する超音波エネルギー
を伝達する振動板９の厚みは、駆動周波数における１／
２波長の整数倍に設定されている。これによって、振動
板９は共振し、音響的損失が小さく（理論的には零）な
り前記振動子１０からの超音波エネルギーが損なわれる
ことなく有効に伝達される。

【０００８】前記振動板９としては、具体的には、市販
されている種々の板材の中で該数値の厚みを有するもの
があればこれを選定し、又は該数値よりも大きな板厚の
ものに切削加工を施して得られる。

【０００９】上述した洗浄装置においては、前記発振器
より印加される駆動電圧によって振動子１０が作動し、
超音波振動が発せられる。この超音波振動の縦波が前記
振動板９を経て洗浄用流体７に伝播し、該洗浄用流体７
が励振される。よって、洗浄用流体７中に浸漬されてい
る被洗浄物、本例の場合シリコンウェーハが洗浄され
る。

【００１０】一方、図１０に示す超音波洗浄装置１２
は、洗浄用流体７を貯留する貯留槽１４を有し、この貯
留槽１４の底部外面に振動子１０が固着されている。作
用等は図９に示した装置と同様である。この超音波洗浄
装置においても、貯留槽１４の底部は駆動周波数の共振
長に設定され、該共振長に合致した厚みの板材にて貯留
槽１４を製作する。

【００１１】

【発明が解決しようとする課題】上述した超音波振動発
生装置及び超音波洗浄装置は、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
は下記の問題がある。

【００１２】すなわち、近時、ＵＬＳＩ（超大規模集積
回路）の高集積化などに伴い洗浄効率を向上させるため
更に高い周波数帯域の利用が進められる傾向にある。そ
のため、共振長に設定される前記振動板９及び貯留槽１
４の底部の厚みをより薄くする試みがなされている。他
方、被洗浄物であるシリコンウェーハは大径のものに推
移しつつあり、これを収容して洗浄するための槽の大型
化が図られている。これらの点から、次の不都合が生じ
ている。

【００１３】つまり、前記振動板９、貯留槽１４の底部
が薄くなることは剛性の低下を来し、これらに対する振
動子１０の接着性や板材の加工性が悪化し、製作が困難
になっている。因みに、振動板９及び貯留槽１４の材質
をステンレス鋼とし、駆動周波数を３ＭＨｚとし、１／
２波長の倍数たる整数を１に設定すると、共振する板厚
は１ｍｍとなり、極めて薄い。

【００１４】また、槽の底部には貯留した洗浄用流体７
による大きな圧力が加わるから、薄く大型の槽では変形
し易く、この点からも実用化が難しい。

【００１５】本発明は上記従来技術の欠点に鑑みてなさ
れたものであって、その目的とするところは、製造作業
面及び機械的強度の両観点での困難を克服し、以て極く
高い周波数帯域の駆動周波数の利用と、大きな被洗浄物
の洗浄を可能とした超音波振動発生装置及び超音波洗浄
装置を提供することである。

【００１６】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明による超音波振動発生装置は、振動板と、該
振動板の主たる面に固着された振動子を有して該振動板
を厚み方向に励振する超音波励振手段とを備え、前記振
動板は前記振動子が固着された部分及びその近傍が他の
部分に対して凹部として形成され、該凹部の底部の厚み
が駆動周波数における１／２波長の整数倍に設定されて
いる。

【００１７】また、同目的を達成するために、本発明に
よる超音波洗浄装置は、洗浄用流体を貯留する貯留槽
と、前記貯留槽の外面に固着された振動子を有して該貯
留槽を厚み方向に励振する超音波励振手段とを備え、前
記貯留槽は前記振動子が固着された部分及びその近傍が
他の部分に対して凹部として形成され、該凹部の底部の
厚みが駆動周波数における１／２波長の整数倍に設定さ
れている。

【００１８】加えて、前記超音波振動発生装置及び超音
波洗浄装置に関して、前記振動子は複数並べて設けら
れ、該振動子間に、前記他の部分にしてリブ状の部分
が、形成されている。

【００１９】また、前記リブ状の部分は縦横に格子状を
呈して形成されている。

【００２０】

【発明の実施の形態】次に、本発明の実施例を添付図面
を参照しつつ説明する。

【００２１】図１及び図２は、本発明の第１実施例とし
ての超音波振動発生装置を示すものである。但し、本実
施例は、以下に説明する部分を除いて図９に示した従来
の超音波振動発生装置１と同様に構成されており、装置
全体としての説明は重複する故に省略し、要部の説明の
みに留める。

【００２２】また、以下の説明において、上記従来例と
同一又は対応する構成部分に関しては同じ参照符号を用
いて示している。

【００２３】図示のように、第１実施例の超音波振動発
生装置２１では、振動板９は、振動子１０が固着された
部分及びその近傍が他の部分に対して凹部９ａとして形
成されている。この凹部９ａは振動板９の外周部分を除
いて大きく形成されており、振動子１０は複数、この場
合３つが該凹部９ａ内に一列に並べて収容されている。

【００２４】なお、本実施例では各々の振動子１０が矩
形板状に形成されていることから前記凹部９ａもこれに
対応して矩形状となされているが、振動子１０及び凹部
９ａの形状は必要に応じて変えられることは勿論であ
る。

【００２５】前記振動子１０は接着等の手法により前記
凹部９ａ内に装着される。図２に示すように、振動子１
０は、ＰＺＴ（ｐｉｅｚｏｅｌｅｃｔｒｉｃ：圧電）素
子１０ａ（図において細かな点によるハッチングで示し
ている）と、該ＰＺＴ素子１０ａの上下両面に接着され
た電極板１０ｂ、１０ｃとからなる。

【００２６】前記各振動子１０は、発振器２３により駆
動される。詳しくは、この発振器２３からの送電用ワイ
ヤが各振動子１０の電極板１０ｂ、１０ｃに接続され、
該発振器２３から所定周波数の電圧が印加されることで
前記ＰＺＴ素子１０ａが作動し、該周波数の超音波振動
を発する。

【００２７】前記各振動子１０及び発振器２３を、超音
波励振手段と総称する。

【００２８】前記凹部９ａの底部の厚み：ｔ₁は、振動
子１０による駆動周波数における１／２波長の整数：ｎ
倍に設定されている。これによって、該振動子１０は共
振し、音響的損失が小さく（理論的には零）なり前記振
動子１０からの超音波エネルギーはほとんど損なわれる
ことなく有効に伝達される。

【００２９】前記１／２（半）波長：λ／２は次のよう
に算出される。

【００３０】λ／２＝Ｃ／２ｆここで、 λ：１波長Ｃ：振動板９の材質の振動伝播音速ｆ：駆動周波数

【００３１】振動板９の材質として例えばステンレス鋼
を選定すれば前記Ｃの値は５１８０ｍ／ｓｅｃであり、
又、駆動周波数ｆを例えば３Ｍ（１０⁶）Ｈｚとし、前
記整数ｎを１に設定すれば、前記厚み：ｔ₁は約１ｍｍ
となる。

【００３２】ここで、当該超音波振動発生装置２１の製
造方法について説明する。

【００３３】まず、前記厚みｔ₁よりもかなり大きい板
厚Ｔ₁（例えば５ｍｍ）を有する素材、例えばステンレ
ス鋼板を用意する。そして、該素材を切断して振動板と
して適当な大きさの原形を得、この原形に対して切削加
工（正面フライス加工など）を施すことにより記号ｄ₁
（図２参照）で示す寸法（Ｔ₁−ｔ₁）だけ削り込み、前
記凹部９ａを形成する。

【００３４】他方、前記振動子１０を用意し、これらを
前記凹部９ａ内に装着する。

【００３５】上述した超音波振動発生装置２１では、前
記発振器２３より印加される駆動電圧によって振動子１
０が作動し、超音波振動が発せられる。当該超音波振動
発生装置２１は、例えば、図９に示した側板２に締結さ
れて使用される。使用状態において、振動子１０から発
せられる超音波振動は前記振動板９の薄肉部、すなわち
共振板厚（ｔ₁）部分を経て貯留した洗浄用流体７（図
９参照）に伝わり、該洗浄用流体７が励振される。よっ
て、該洗浄用流体中に浸漬されている被洗浄物、例えば
シリコンウェーハが洗浄される。

【００３６】この超音波振動発生装置２１においては、
振動板９は、振動子１０が固着された部分及びその近傍
が他の部分に対して凹部９ａとして形成され、この凹部
９ａの底部の厚みｔ₁が駆動周波数における１／２波長
の整数倍に設定され、共振するようになされている。

【００３７】かかる構成では、該振動板９は前記凹部９
ａ以外の部分が大きな板厚Ｔ₁を有することから、かな
り高い駆動周波数を利用することを前提としても該振動
板９は比較的大きな剛性を確保でき、該振動板９に対す
る振動子１０の接着、又、素材である板材の加工が容易
となり簡単に製造し得る。

【００３８】また、前記振動板９の機械的強度が大きい
ことから、槽（該振動板９と図９に示した側板２により
構成される槽）の容量を自由に大きくすることが出来、
被洗浄物として大径のシリコンウェーハなどを難なく扱
うことが可能である。

【００３９】

【実施例】図３及び図４に示すように、本発明の第２実
施例としての超音波振動発生装置３１を示す。この超音
波振動発生装置３１は下記の相違点を除いて前記第１実
施例のものと同様に構成されており、第１実施例の超音
波振動発生装置２１が奏する前述の効果に加え、該相違
点により更に他の効果が得られる。

【００４０】すなわち、この超音波振動発生装置３１に
おいては、振動板９の凹部９ａが小さく形成されて複数
設けられ、各振動子１０はこれら凹部９ａ内に個別に収
容されている。換言すれば、これら振動子１０間に、前
記凹部９ａを画定する厚肉（Ｔ₁）のリブ状の部分９ｂ
が形成されているものである。

【００４１】このリブ状の部分９ｂを有することによっ
て、振動板９の剛性が前記第１実施例のものに比してよ
り大きくなり、有効である。

【００４２】特に、本実施例では、前記振動子１０が縦
横に例えば３列、４列をなし、それ故に前記リブ状の部
分９ｂも縦横に形成され、互いに格子状を呈している。
このように格子状のリブを設けることは、剛性等、機械
的強度が極めて高くなる。

【００４３】次に、本発明の第３実施例としての超音波
洗浄装置を第５図及び第６図に基づいて説明する。但
し、この第３実施例の超音波洗浄装置４１は、以下に説
明する部分を除いて図１０に示した従来の超音波洗浄装
置１２と同様に構成されており、装置全体としての構成
は重複する故に省略し、要部のみの説明に留める。

【００４４】また、この超音波洗浄装置４１も超音波励
振手段をなす振動子１０及び発振器２３を備えている
が、これら振動子１０、発振器２３は、図１乃至図４に
示した第１実施例及び第２実施例と同様に構成されてい
る故説明を省略する。

【００４５】また、以下の説明において、上記従来の超
音波洗浄装置１２、並びに前記第１実施例及び第２実施
例と同一又は対応する構成部分に関しては同じ参照符号
を付して示している。

【００４６】図示のように、この第３実施例では、貯留
槽１４の底部は、振動子１０が固着された部分及びその
近傍が他の部分に対して凹部１４ａとして形成されてい
る。具体的には、該凹部１４ａは貯留槽１４の底部の外
周部分を除いて大きく形成されており、振動子１０は例
えば４つが該凹部１４ａ内に一列に配設されている。

【００４７】前記凹部１４ａの底部の厚み：ｔ₂は、振
動子１０による駆動周波数における１／２波長の整数：
ｎ倍に設定されている。これによって、振動子１０は共
振し、音響的損失が小さく（理論的には零）なり前記振
動子１０からの超音波エネルギーはほとんど損なわれる
ことなく有効に伝達される。

【００４８】前記１／２（半）波長の算出については前
述した第１実施例におけると同様であるから、説明を省
略する。貯留槽１４の材質、駆動周波数、前記整数：ｎ
の設定値を前記第１実施例と同じくするならば、前記厚
みｔ₂は約１ｍｍとなる。

【００４９】ここで、この超音波洗浄装置４１の製造方
法を説明する。

【００５０】まず、例えばステンレス鋼板で前記厚みｔ
₂よりも大きな板厚Ｔ₂（例えば５ｍｍ）を有するものを
用意する。この板材を元に、溶接などにより貯留槽１４
の原形を得る。そして、この原形の底部下面側に対して
正面フライス加工などを施して記号ｄ₂（図６参照）で
示す寸法（Ｔ₂−ｔ₂）だけ削り込み、前記凹部１４ａを
形成する。

【００５１】一方、前記振動子１０を用意し、これらを
前記凹部１４ａ内に装着する。

【００５２】超音波洗浄装置４１では、前記発振器２３
より印加される駆動電圧によって振動子１０が作動し、
超音波振動が発せられる。発せられる超音波振動は、貯
留槽１４の底部の薄肉部、つまり共振板厚（ｔ₂）部分
を経て洗浄用流体７に伝わり、該洗浄用流体７が励振さ
れる。よって、該洗浄用流体７中に浸漬されている被洗
浄物、本例の場合シリコンウェーハが洗浄される。

【００５３】前記第１実施例及び第２実施例と同じく、
本超音波洗浄装置４１においては、貯留槽１４の底部
は、振動子１０が固着された部分及びその近傍が他の部
分に対して凹部１４ａとして形成され、この凹部１４ａ
の底部の厚みｔ₂が駆動周波数における１／２波長の整
数倍に設定され、共振するようになされている。

【００５４】この構成では、前記貯留槽１４の底部は前
記凹部１４ａ以外の部分が大きな板厚Ｔ₂を有すること
から、かなり高い駆動周波数を利用することを前提とし
ても該底部は比較的大きな剛性を確保でき、該底部に対
する振動子１０の接着、又、該底部の切削加工が容易と
なり、簡単に製造し得る。

【００５５】また、貯留槽１４の底部の機械的強度が大
きいことから、該貯留槽１４の容量を自由に大きくする
ことが出来、被洗浄物として大きな径のシリコンウェー
ハ等を無理なく扱うことが可能である。

【００５６】図７及び図８に、本発明の第４実施例とし
ての超音波洗浄装置を示す。当該超音波洗浄装置５１は
次の相違点を除いて前記第３実施例のものと同様に構成
されており、第３実施例の超音波洗浄装置が奏する前述
の効果に加え、該相違点に基づき更に他の効果が奏され
る。

【００５７】すなわち、当該超音波洗浄装置において
は、貯留槽１４の底部の凹部１４ａが小さく形成されて
複数設けられ、各振動子１０はこれら凹部１４ａ内に個
別に収容されている。つまり、これら振動子１０間に、
前記凹部１４ａを画定する厚肉（Ｔ₂）のリブ状の部分
１４ｂが形成されているものである。

【００５８】このリブ状の部分１４ｂを設けたことによ
り、貯留槽１４の剛性が前記第３実施例のものに比して
より大きくなり、有効である。

【００５９】また、本実施例では、前記振動子１０が縦
横に例えば４列、５列をなし、前記リブ状の部分１４ｂ
も縦横に形成され、互いに格子状を呈している。このよ
うな格子状のリブを有することは、剛性等、機械的強度
が極めて高くなる。

【００６０】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
振動板又は貯留槽は振動子が固着された部分及びその近
傍が他の部分に対して凹部として形成され、該凹部の底
部の厚みが駆動周波数における１／２波長の整数倍に設
定され、共振するようになされている。かかる構成で
は、該振動板及び貯留槽は前記凹部以外の部分が大きな
板厚を有することから、かなり高い駆動周波数を利用す
ることを前提としても比較的大きな剛性を確保でき、こ
れらに対する振動子の接着、又、素材である板材の加工
が容易となり簡単に製造し得る。

【００６１】また、前記振動板及び貯留槽の機械的強度
が大きいことから、槽の容量を自由に大きくすることが
出来、被洗浄物として大径のシリコンウェーハなどを難
なく扱うことが可能である。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１実施例としての超音波振動発生装
置の平面図である。

【図２】図１に示した超音波振動発生装置の縦断面図で
ある。

【図３】本発明の第２実施例としての超音波振動発生装
置の平面図である。

【図４】図３に示した超音波振動発生装置の縦断面図で
ある。

【図５】本発明の第３実施例としての超音波洗浄装置の
平面図である。

【図６】図５に示した超音波洗浄装置の縦断面図であ
る。

【図７】本発明の第４実施例としての超音波洗浄装置の
平面図である。

【図８】図７に示した超音波洗浄装置の縦断面図であ
る。

【図９】従来の超音波振動発生装置を具備した洗浄装置
の縦断面図である。

【図１０】従来の超音波洗浄装置の縦断面図である。

【符号の説明】

７洗浄用流体９振動板９ａ（振動板９の）凹部９ｂ（振動板９の）リブ状の部分１０振動子１４貯留槽１４ａ（貯留槽１４の）凹部１４ｂ（貯留槽１４の）リブ状の部分２１超音波振動発生装置（第１実施例）２３発振器３１超音波振動発生装置（第２実施例）４１超音波洗浄装置（第３実施例）５１超音波洗浄装置（第４実施例）

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者岡野勝一東京都羽村市栄町３−１−５株式会社カイジョー内 (72)発明者藤江明雄東京都羽村市栄町３−１−５株式会社カイジョー内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】振動板と、前記振動板の主たる面に固着された振動子を有して該振
動板を厚み方向に励振する超音波励振手段とを備え、前記振動板は前記振動子が固着された部分及びその近傍
が他の部分に対して凹部として形成され、該凹部の底部
の厚みが駆動周波数における１／２波長の整数倍に設定
されていることを特徴とする超音波振動発生装置。
【請求項２】前記振動子は複数並べて設けられ、該振
動子間に、前記他の部分にしてリブ状の部分が形成され
ていることを特徴とする請求項１記載の超音波振動発生
装置。
【請求項３】前記リブ状の部分は縦横に格子状を呈し
て形成されていることを特徴とする請求項２記載の超音
波振動発生装置。
【請求項４】洗浄用流体を貯留する貯留槽と、前記貯留槽の外面に固着された振動子を有して該貯留槽
を厚み方向に励振する超音波励振手段とを備え、前記貯留槽は前記振動子が固着された部分及びその近傍
が他の部分に対して凹部として形成され、該凹部の底部
の厚みが駆動周波数における１／２波長の整数倍に設定
されていることを特徴とする超音波洗浄装置。
【請求項５】前期振動子は複数並べて設けられ、該振
動子間に、前記他の部分にしてリブ状の部分が形成され
ていることを特徴とする請求項４記載の超音波洗浄装
置。
【請求項６】前記リブ状の部分は縦横に格子状を呈し
て形成されていることを特徴とする請求項５記載の超音
波洗浄装置。