KR100546425B1 - 초음파 진동 장치 및 이를 사용한 웨트 처리 장치 - Google Patents

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알프스 덴키 가부시키가이샤
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Abstract

(과제) 제조공정을 간략화할 수 있고, 비용절감이 가능한 초음파 진동 장치와 이를 사용한 초음파 세정 장치와 웨트 처리 장치의 제공.
(해결수단) 1층 또는 복수층 구조의 진동판 (2) 과, 진동판 (2) 에 고착되어 초음파 진동을 발생하는 진동자 (3) 로 이루어지는 진동부 (5) 를 갖고 이루어지고, 진동부 (5) 는, 상기 진동판 (2) 의 각 층과 진동자 (3) 의 각각에서의 상기 초음파 진동의 진행방향의 두께와 각각의 상기 초음파 진동 파장과의 비 (이하 두께/파장비라고 함) 의 합이 1/2의 정수배가 되는 두께로 설정되어 있고, 진동자 (3) 는, 상기 두께/파장비가 1/2의 정수배 이외의 두께로 설정된 초음파 진동장치 (1). 피처리물에 대향하는 대향면을 갖는 웨트 처리 본체부를 갖는 웨트 처리용 노즐을 구비하여 이루어지고, 이 웨트 처리 본체부에 초음파 진동 장치 (1) 가 구비된 웨트 처리 장치.
초음파 진동 장치, 초음파 세정 장치, 웨트 처리 장치, 진동판, 진동자

Description

초음파 진동 장치 및 이를 사용한 웨트 처리 장치{ULTRASONIC WAVE VIBRATION DEVICE AND WET PROCESSING APPARATUS USING THE SAME}
도 1 은 본 발명에 관련되는 제 1 실시형태의 초음파 진동 장치의 개략 구성을 나타내는 단면도이다.
도 2 는 본 발명에 관련되는 제 2 실시형태의 초음파 진동 장치의 개략 구성을 나타내는 단면도이다.
도 3 은 본 발명에 관련되는 제 3 실시형태의 웨트 처리 장치의 개략 구성을 나타내는 단면도이다.
도 4 는 이 웨트 처리 장치에 구비된 웨트 처리용 노즐을 피처리물측에서 보았을 때의 평면도이다.
도 5 는 본 발명에 관련되는 제 4 실시형태의 웨트 처리 장치의 개략구성을 나타내는 단면도이다.
도 6 은 본 발명에 관련되는 제 5 실시형태의 웨트 처리 장치의 개략 구성을 나타내는 단면도이다.
도 7 은 본 발명에 관련되는 제 6 실시형태의 초음파 세정 장치의 개략 구성을 나타낸 단면도이다.
도 8 은 제 1 실시형태의 초음파 진동 장치에 구비된 진동부의 파형의 예를 나타내는 모식도이다.
도 9 는 제 1 실시형태의 초음파 진동 장치에 구비된 진동부의 파형의 기타 예를 나타내는 모식도이다.
도 10 은 종래 타입의 초음파 세정 장치에 구비된 진동부의 파형의 기타 예를 나타내는 모식도이다.
도 11 은 실시예 1∼2, 비교예 1의 초음파 진동 장치의 진동부의 주파수와 평균 진폭의 관계를 나타내는 도면이다.
도 12 는 실시예 1, 비교예 2∼3의 초음파 진동 장치의 진동부의 공진주파수와 진동면 변위와의 관계를 나타내는 도면이다.
도 13 은 실시예 3∼4, 비교예 1의 초음파 진동 장치의 진동부의 공진주파수와 평균 진폭의 관계를 나타내는 도면이다.
도 14 는 종래의 초음파 세정 장치의 예를 나타내는 개략 구성도이다.
도 15 는 종래의 초음파 세정 장치의 기타 예를 나타내는 개략 구성도이다.
(도면의 주요 부호에 대한 설명)
1, 11, 21 : 초음파 진동 장치
2, 12 : 진동판
22 : 도파체 (진동판)
2a, 22a : 내액성 재료층
2b, 22b : 고열전도 재료층
3 : 진동자
5, 15, 25 : 진동부
41, 41a, 41b : 웨트 처리용 노즐
50 : 웨트 처리액
53 : 웨트 처리 본체부
53a : 대향면
51 : 처리액 도입부
51a : 도입구
51b : 제 1 개구부
51c : 도입관
52 : 처리액 회수부
52a : 배출구
52b : 제 2 개구부
52c : 배출관
55 : 웨트 처리 영역
81 : 세정용 유체
83 : 처리조
본 발명은 유리기판이나 반도체기판 등의 피처리물에 웨트 처리액을 공급하 여 세정, 박리, 현상, 에칭, 도금, 연마 등의 웨트 처리를 실시할 때에 상기 웨트 처리액에 초음파 진동을 부여하기 위해 사용되는 초음파 진동 장치 및 이를 사용한 웨트 처리 장치에 관한 것이다.
세정 장치의 일종으로 초음파 진동 장치가 구비된 타입의 것이 알려져 있고, 이와 같은 타입의 세정 장치는 초음파 세정 장치로 불리고 있다.
도 14 는 종래의 초음파 세정 장치의 예를 나타내는 개략 구성도이다 (예컨대 특허문헌 1 참조)
이 초음파 세정 장치는, 순수나 세정액 등의 처리액 (101) 이 채워짐과 동시에 피세정물을 수용할 수 있는 처리조 (103) 와, 이 처리조 (103) 의 저면에 접착된 진동자 (105) 를 구비하고 있다. 상기 처리조 (103) 는 진동판을 겸하고 있다. 진동자 (105) 는 PZT (티탄산지르콘산염) 소자 등으로 이루어지고, 발진기에 의해 소정 주파수의 전압이 인가되고, 이 주파수의 초음파 진동을 출력한다. 이 처리조 (103) 의 저판의 두께는 상기 초음파 진동의 반파장 (λ/2) 의 정수배 (n배) 로 되는 것이 일반적이고, 실용적으로 사용되고 있는 것의 두께는 λ/2 로 되었다.
이와 같은 구성의 초음파 세정장치에서는 진동자 (105) 로부터 초음파 진동이 발진되면, 초음파 진동에 의해 처리조 (103) 의 저판, 처리액 (101) 이 여진되고, 처리액 (101) 중에 침지되어 있는 피세정물이 세정되도록 되어 있다.
[특허문헌 1]
일본 공개특허공보 평10-94756호 (도 10, 도 1)
그러나 도 14의 초음파 세정 장치에서는, 처리조 (103) 의 저판 두께를 초음파 진동자 (105) 의 공진주파수에서의 반파장의 정수배에 맞추거나, 발진에 영향이 없는 정도로 얇게 할 필요가 있다. 따라서 제품 형상의 자유도가 작아 범용적인 부재를 채용할 수 없기 때문에, 개별적으로 설계, 제작해야 되는 경우가 많아 결과적으로 제작비가 많아진다.
또 종래의 초음파 세정 장치에서는 어느 하나의 원인으로부터 처리액 (101) 의 액면이 크게 내려간 경우에, 진동자 (105) 의 상방에 외부 부하로서 처리액 (101) 이 존재하지 않는 점에서, 진동자 (105) 의 진폭이 커져 발열량이 증가하고, 이 발열에 기인하여 접착제가 손상되어 진동자 (105) 가 처리조 (103) 로부터 박리된다.
또한 도 10 에 종래의 초음파 세정 장치의 진동자에 전압을 인가하고, 진동자로부터 초음파 진동을 발진했을 때의 진동부 (진동자와 진동판으로 이루어지는 부분) 의 파형의 예를 나타내는 모식도를 나타낸다. 도 10 에 나타낸 바와 같은 파형을 나타낼 때의 진동부의 각 구성부재로는 진동자로서 두께 2.0㎜의 PZT 판, 진동판으로서 두께 3.0㎜의 SUS 판으로 이루어지는 것이 사용되고 있다. 진동부의 공진주파수는 약 950㎑ 이었다.
따라서 이와 같은 문제를 개선하기 위해 도 15 에 나타낸 바와 같은 초음파 세정 장치가 제안되어 있다 (예컨대 특허문헌 1 참조).
이 초음파 세정 장치는 처리액 (101) 이 채워짐과 동시에 피세정물을 수용할 수 있는 처리조 (103) 와, 이 처리조 (103) 의 저부에 형성된 개구부 (103a) 에 삽입통과된 초음파 진동 발생부 (106) 가 구비된 것이다. 초음파 진동 발생부 (106) 는, 진동자 (107) 와, 이 진동자 (7) 에 접착된 도파체 (109) 를 갖고 있고, 이 도파체 (109) 는 처리액 (101) 에 접액하도록 상측에 배치되고, 진동자 (107) 는 하측에 배치되어 있다. 진동자 (107) 는 발진기 (112) 에 의해 소정 주파수의 전압이 인가되고, 이 주파수의 초음파 진동을 발한다. 도파체 (109) 는, 진동자 (107) 로부터의 초음파 진동을 처리액 (101) 에 전달한다. 또한 도 15 중, 109a 는 도파체 (109) 에 설치한 플랜지부이다.
그러나 도 15의 초음파 세정 장치에서는, 처리액 (101) 의 액면이 내려간 경우의 발열을 억제하기 위해, 도파체 (109) 의 두께를 초음파 진동의 반파장의 약 20배로 하고 있기 때문에 장치의 중량이 커진다.
또 도파체 (109) 의 두께가 큰 만큼 초음파의 손실이 많아 그 부분에서 발열되는 경우가 있기 때문에 발열이 발생된 부분을 냉각시킬 필요가 있고, 플랜지부 (109a) 에 형성한 관통구멍 (109c) 에 냉각유체를 공급할 수 있는 냉각 수단을 형성하기 때문에 장치 구조가 복잡해진다.
본 발명은 상기 사정을 감안하여 이루어진 것으로, 제조 공정을 간략화할 수 있어, 비용 절감이 가능한 초음파 진동 장치의 제공을 목적의 하나로 한다.
또 본 발명은 경량이고 안정된 초음파 진동을 공급할 수 있는 초음파 진동 장치의 제공을 목적의 하나로 한다.
또 본 발명은 진동자의 박리를 개선할 수 있고, 안정된 초음파 진동을 공급 할 수 있는 초음파 진동 장치의 제공을 목적의 하나로 한다.
또 본 발명은 제조공정을 간략화할 수 있고, 비용 절감이 가능한 초음파 진동 장치를 구비한 초음파 세정 장치와 웨트 처리 장치를 제공하는 것을 목적의 하나로 한다.
상기 목적을 달성하기 위해 본 발명은 이하의 구성을 채용하였다.
본 발명의 초음파 진동 장치는, 1층 혹은 복수층 구조의 진동판과, 이 진동판에 고착되어 초음파 진동을 발생하는 진동자로 이루어지는 진동부를 갖고 이루어지고,
상기 진동부는, 상기 진동판의 각 층과 상기 진동자의 각각에서의 상기 초음파 진동의 진행방향의 두께와 각각의 상기 초음파 진동 파장과의 비 (이하 두께/파장비라고 함) 의 합이, 1/2의 정수배가 되는 두께로 설정되어 있고,
상기 진동자는 상기 두께/파장비가 1/2의 정수배 이외의 두께로 설정되어 있는 것을 특징으로 한다.
이 초음파 진동 장치에서는, 상기 진동부는, 상기 진동판의 각 층과 상기 진동자의 각각에서의 상기 초음파 진동의 진행방향의 두께와 각각의 상기 초음파 진동의 파장과의 비 (이하 두께/파장비라고 함) 의 합이 1/2의 정수배가 되는 두께로 되어 있고, 바꿔 말하면 진동판과 진동자로 이루어지는 진동부 전체의 두께가 진동자로부터 발해지는 초음파 진동의 반파장의 정수배가 되도록 되어 있으므로, 그 제조시에는 상기 진동부의 두께가 상기 조건을 만족하는 진동판과 진동자를 조합하면 되므로, 종래의 초음파 진동 장치와 같이 진동판의 두께는 초음파 진동의 반파장의 정수배에 한정되지 않는다. 따라서 각 부재의 선정, 설계의 자유도가 넓어지고, 개별의 설계 치수에 맞추기 위한 가공이 필요없게 되므로 제조 공정을 간략화할 수 있어 저비용으로 할 수 있다.
본 발명의 초음파 진동 장치에 있어서, 상기 진동부는, 상기 진동판의 각 층과 상기 진동자의 각각에서의 상기 두께/파장비의 합이 1/2 이 되는 두께로 설정되어 있어도 된다.
이와 같은 구성의 초음파 세정 장치에 의하면, 진동부의 두께를 얇게 할 수 있으므로, 초음파 손실이 적어져, 초음파 손실에 기인하는 발열을 냉각하기 위한 냉각장치를 설치하지 않아도 되고, 또 장치 전체를 경량화할 수 있다.
또 본 발명의 초음파 진동 장치에 있어서, 상기 진동판은 고열전도 재료로 형성되어 있는 것이 바람직하다. 상기 고열전도 재료로는 구리, 은, 금, 알루미늄, 이들 금속의 합금, 알루미나, 규소 카바이드 등의 세라믹스 중의 1 종 또는 2 종 이상이 사용된다.
이와 같은 구성의 초음파 진동 장치에 의하면, 이 초음파 진동 장치가 구비된 세정 장치의 처리액량이 적어진 경우 등에 있어서, 진동자의 진폭이 커져 발열량이 증가해도, 상기 발열을 진동판을 통해 달아나게 할 수 있어, 일정 시간 진동자는 진동판에 접착된 상태를 유지할 수 있으므로, 종래에 비하여 진동자가 박리되기 어려워지고, 일정 시간 진동자를 구동할 수 있어 초음파 진동 장치의 수명이 길어진다.
또 본 발명의 초음파 진동장치에 있어서, 상기 진동판은 다층 구조이고, 상기 진동자가 고착되는 층은 고열전도 재료로 형성되고, 상기 진동자가 고착되는 측과 반대측의 최외층은 내액성 재료로 형성되어 있어도 된다. 상기 내액성 재료로는 이 초음파 진동 장치가 구비되는 초음파 세정 장치나 웨트 처리 장치에서 사용되는 처리액이 물인 경우는 스테인리스강, 표면처리된 스테인리스강이 사용되고, 처리액이 산이나 알칼리인 경우는 사파이어, 고순도 알루미나 또는 PTFE (4불화에틸렌수지) 로 코팅한 금속 재료, 세라믹스, 석영 유리 등이 사용된다.
이 초음파 진동 장치에 의하면, 상기 진동판의 진동자가 고착되는 층이 고열전도 재료로 형성됨으로써, 진동판의 열전도성을 향상시킬 수 있으므로, 진동자의 진폭이 커져 발열량이 늘어나도, 상기 발열을 진동판을 통해 달아나게 할 수 있어, 일정 시간은 진동자가 진동판에 접착한 상태를 유지할 수 있다. 또 상기 진동판의 상기 진동자가 고착되는 측과 반대측의 최외층은 내액성 재료로 형성됨으로써, 진동판의 내액성을 향상시킬 수 있으므로, 진동판의 두께가 얇아져도 상기 처리액으로 열화되기 어려워진다.
또 본 발명의 초음파 진동장치에 있어서는, 상기 진동부의 온도를 측정하는 온도 측정 장치와, 진동자로의 전력 공급 차단 장치가 구비되어 있어도 된다.
이와 같은 구성의 초음파 진동 장치에서는, 상기 처리액량이 적어진 경우 등에 있어서 진동자의 진폭이 커져 발열량이 증가해도, 진동판에 고열전도 재료가 사용되고 있는 경우는 일정 시간 진동자는 박리되지 않으므로, 진동자가 박리되기 전 (일정 시간 경과 후) 에 전력 공급 차단 장치에 의해 진동자로의 전력 공급을 차단 함으로써, 초음파 진동 장치가 고장나는 것을 방지할 수 있다.
또 진동판이 고열전도 재료로 구성되어 있지 않은 경우에도 상기 온도 측정 장치로 진동부의 온도를 측정하고, 진동자가 박리되는 온도로 되기 전 (일정 시간 경과후) 에 전력 공급 차단 장치에 의해 진동자로의 전력 공급을 차단함으로써, 초음파 진동장치가 고장나는 것을 방지할 수 있다.
본 발명의 초음파 세정 장치는, 세정용 유체를 저장하는 처리조에, 상기 어느 하나 구성의 본 발명의 초음파 진동 장치가 구비된 것을 특징으로 한다.
이와 같은 구성의 초음파 진동 장치에 의하면, 제조가 용이하고 저비용의 초음파 세정 장치를 제공할 수 있다.
본 발명의 웨트 처리 장치는, 피처리물에 대향하는 대향면을 갖는 웨트 처리 본체부를 갖는 웨트 처리용 노즐이 구비되고, 상기 피처리물과 상기 대향면 사이의 간극에 공급된 웨트 처리액에 의해 상기 피처리물에 웨트 처리를 실시하는 웨트 처리 장치로서,
상기 웨트 처리 본체부에 상기 어느 하나 구성의 본 발명의 초음파 진동 장치가 구비되고, 이 초음파 진동 장치의 진동부는 상기 피처리물과 대향하는 대향면을 갖고 있는 것을 특징으로 한다.
이러한 구성의 웨트 처리 장치에 의하면, 제조가 용이하고, 저비용의 웨트 처리 장치를 제공할 수 있다.
[발명의 실시형태]
이하 본 발명에 관련되는 초음파 진동 장치 및 이를 사용한 초음파 세정 장 치와 웨트 처리 장치의 실시형태를 도면에 의거하여 설명한다.
[제 1 실시형태]
도 1 은 제 1 실시형태의 초음파 진동 장치의 개략 구성을 나타내는 단면도이다.
본 실시형태의 초음파 진동 장치 (1) 는, 복수층 구조의 진동판 (2) 과, 이 진동판 (2) 의 일방의 면에 고착되어 초음파 진동을 발생하는 진동자 (3) 로 이루어지는 진동부 (5) 와, 진동자 (3) 에 접속된 발진기 (도시생략) 와, 진동부 (5) 의 온도를 측정하는 온도 측정 장치 (도시생략) 와, 진동자 (3) 로의 전력 공급 차단 장치 (도시생략) 를 구비한 것이다.
진동판 (2) 은, 상기 내액성 재료로 이루어지는 층 (내액성 재료층이라 부르기도 함 ; 2a) 과, 이 내액성 재료층 (2a) 상에 형성된 상기 고열전도 재료로 이루어지는 층 (고열전도 재료층으로 불리기도 함 ; 2b) 으로 이루어지는 2층 구조의 것이다. 또 이 진동판 (2) 은, 내액성 재료층 (2a) 과 고열전도재료층 (2b) 이 모두 금속으로 구성되어 있을 때에는, 열간압연법으로 제조된 열압연 강판으로 구성된 것이, 금속층끼리의 접합면이 존재하지 않고, 초음파의 손실없이 전파가 가능해지는 점에서 바람직하다. 또한 진동판 (2) 이 열압연 강판으로 구성되어 있지 않은 경우, 내액성 재료층 (2a) 과 고열전도 재료층 (2b) 은 접착제 등에 의해 접착되어 있다.
상기 고열전도 재료층 (2b) 의 상면에 진동자 (3) 가 접착제에 의해 고착되어 있다.
진동자 (3) 는, PZT (티탄산지르콘산염) 소자, 티탄산바륨계 소자, 수정, 페라이트계 소자 등으로 이루어지고, 상기 발진기에 의해 소정 주파수의 전압이 인가되고, 약 20㎑∼10㎒ 범위의 주파수의 초음파 진동을 출력할 수 있는 것이 사용된다.
이 진동부 (5) 에서는, 상기 발진기에 의해 전압이 인가된 진동자 (3) 가 초음파 진동을 발진하면, 고열전도 재료층 (2b), 내액성 재료층 (2a) 이 여진된다.
진동부 (5) 의 두께 (t) 는, 진동판 (2) 의 각 층과 진동자 (3) 의 각각에서의 상기 초음파 진동의 진행방향의 두께와 각각의 상기 초음파 진동 파장과의 비 (이하 두께/파장비라고 함) 의 합이 1/2의 정수배가 되는 두께로 설정되어 있고, 즉, 하기 식 (1) 의 조건을 만족하는 두께로 설정되어 있다.
(t1/λ1)+(t2/λ2)+(t3/λ3)=n/2 … 식 (1)
(식 중, t1 은 진동자 (3) 의 초음파 진동의 진행방향의 두께, λ1 는 진동자 (3) 로부터 발해진 초음파 진동의 파장, t2 는 고열전도 재료층 (2b) 의 초음파 진동의 진행방향의 두께, λ2 는 진동자 (3) 로부터 발해진 초음파 진동의 고열전도 재료층 (2b) 내에서의 파장, t3 은 내액성 재료층 (2a) 의 초음파 진동의 진행방향의 두께, λ3 은 진동자 (3) 로부터 발해진 초음파 진동의 내액성 재료층 (2a) 내에서의 파장, n 은 정수)
단, 진동자 (3) 는 상기 두께/파장비가 1/2 인 정수배 이외의 두께, 하기 식 (2) 의 조건을 만족하지 않는 두께가 된다.
(t1/λ1)=n/2 … 식 (2)
상기 진동부 (5) 는, 진동판 (2) 의 각 층과 진동자 (3) 의 각각에서의 두께/파장비의 합이 1/2 가 되는 두께로 설정되어 있어도 되고, 즉, 하기 식 (3) 의 조건을 만족하는 두께로 설정되어 있는 것이, 앞에 서술한 이유에 의해 바람직하다.
(t1/λ1)+(t2/λ2)+(t3/λ3)=1/2 … 식 (3)
상기 전력 공급 차단 장치는, 진동자 (3) 가 박리되기 전 (일정 시간 경과 후) 진동자로의 전력 공급을 차단함으로써, 초음파 진동 장치가 고장나는 것을 방지할 수 있도록 되어 있다. 예컨대 후술하는 제 6 실시형태와 같이 본 실시형태의 초음파 진동 장치를 초음파 세정 장치에 구비했을 때에, 처리조에 채워진 처리액량의 감소 등에 의해 진동자의 진폭이 커져 발열량이 증가해도, 진동판에 고열전도 재료가 사용되고 있는 경우는 일정 시간 진동자는 박리되지 않기 때문에, 진동자 (3) 가 박리되기 전 (일정 시간 경과 후) 에 진동자로의 전력 공급을 차단할 수 있도록 설정해 둠으로써, 진동자의 박리를 방지할 수 있다.
또 상기 전력 공급 차단 장치는, 상기 온도 측정 장치와 접속되어 있고, 온도 측정 장치에서 측정한 진동부의 온도에 의거하여 진동자에 공급하는 전력을 차단할 수 있도록 되어 있다. 상기 온도 측정 장치에서 진동부의 온도를 측정하고, 진동자가 박리되는 온도로 되기 전 (일정 시간 경과 후) 에 진동자로의 전력 공급을 차단할 수 있도록 설정해 둠으로써, 진동자의 박리를 방지할 수 있다.
상기와 같은 구성의 초음파 진동 장치 (1) 는, 후술하는 제 3∼제 5 실시형태와 같이 웨트 처리 장치에 구비되는 경우는 진동판 (2) 의 내액성 재료층 (2a) 이 웨트 처리액과 접하는 측에 배치되고, 제 6 실시형태와 같이 초음파 세정 장치에 구비되는 경우는 처리액에 접하는 측에 배치된다.
도 8 에 본 실시형태의 초음파 진동 장치 (1) 의 진동자 (3) 에 전압을 인가하고, 진동자 (3) 로부터 초음파 진동을 발진했을 때의 진동부 (5) 의 파형 (내부의 진폭의 크기 분포를 나타냄) 의 예를 나타내는 모식도를 나타낸다. 도 8 에 나타낸 바와 같은 파형을 나타낼 때의 진동부 (5) 의 각 구성부재로서는, 진동자 (3) 로서 두께 2.5㎜의 PZT판, 진동판 (2) 으로서 두께 1.0㎜의 Cu층 (고열전도 재료층 (2b)) 과 두께 1.0㎜의 SUS층 (내액성 재료층 (2a)) 으로 이루어지는 열압연 강판을 사용하였다. 진동부 (5) 의 공진주파수는 966㎑ 이었다.
도 9 에 본 실시형태의 초음파 진동장치 (1) 의 진동자 (3) 에 전압을 인가하고, 진동자 (3) 로부터 초음파 진동을 발진했을 때의 진동부 (5) 의 파형의 그 다른 예를 나타내는 모식도를 나타낸다. 도 9 에 나타내는 바와 같은 파형을 나타낼 때의 진동부 (5) 의 각 구성부재로는, 진동자 (3) 로서 두께 2.0㎜의 PZT판, 진동판 (2) 으로서 두께 1.0㎜의 Cu판 (고열전도 재료층 (2b)) 과 두께 4.0㎜의 사파이어판 (내액성 재료층 (2a)) 으로 이루어지는 것을 사용하였다. 진동부 (5) 의 공진주파수는 927㎑ 이었다.
본 실시형태의 초음파 진동 장치 (1) 에 의하면, 진동부 (5) 의 두께 (t) 가 식 (1) 의 조건을 만족하는 두께로 된, 즉 진동판과 진동자로 이루어지는 진동부 전체의 두께 (t) 가 진동자로부터 발해지는 초음파 진동의 반파장 (λ/2) 의 정수배 (n배) 로 되었으므로, 그 제조시에는 진동부의 두께가 상기 조건을 만족하는 내액성 재료층 (2a) 과 고열전도층 (2b) 과 진동자 (3) 를 조합하면 되므로, 종래의 초음파 진동 장치와 같이 진동판의 두께를 초음파 진동의 반파장의 정수배에 맞출 필요가 없어 가공의 자유도가 커지고, 제조공정을 간략화할 수 있어 저비용화할 수 있다.
또 진동판 (2) 은 진동자 (3) 가 설치되는 측의 층이 고열전도 재료층 (2b) 으로 형성됨으로써, 진동판 (2) 의 열전도성을 향상시킬 수 있으므로, 진동자 (3) 의 진폭이 커져 발열량이 증가해도, 상기 발열을 진동판 (2) 을 통해 달아나게 할 수 있고, 일정 시간은 진동자 (3) 가 진동판 (2) 에 접착한 상테를 유지할 수 있다. 또 진동판 (2) 은, 진동자가 설치되는 측과 반대측의 층이 내액성 재료층 (2a) 으로 형성됨으로써, 진동판 (2) 의 내액성을 향상시킬 수 있으므로, 진동판 (2) 의 두께가 얇아져도 상기 처리액으로 열화되기 어려워진다.
[제 2 실시형태]
도 2 는 제 2 실시형태의 초음파 진동장치의 개략 구성을 나타내는 단면도이다.
제 2 실시형태의 초음파 진동 장치 (11) 가 도 1 에 나타난 제 1 실시형태의 초음파 진동 장치 (1) 와 다른 것은, 진동판 (12) 이 단층 구조이고, 또 진동판 (12) 일방의 면에 고착된 진동자 (3) 로 이루어지는 진동부 (15) 의 두께 (t) 는 진동판 (12) 과 진동자 (3) 의 각각에서의 상기 두께/파장비의 합이 1/2의 정수배가 되는 두께로 설정되어 있고, 즉 하기 식 (4) 의 조건을 만족하는 두께로 설정되어 있는 점이다.
(t1/λ1)+(t4/λ4)=n/2 … 식 (4)
(식 중, t1 은 진동자 (3) 의 초음파 진동의 진행방향의 두께, λ1 은 진동자 (3) 로부터 발해진 초음파 진동의 파장, t4 는 진동판 (12) 의 초음파 진동의 진행방향의 두께, λ2 는 진동판 (12) 의 초음파 진동의 파장, n 은 정수)
진동판 (12) 의 재질로는, 상기 내액성 재료로 이루어지는 판 또는 상기 고열전도 재료로 이루어지는 판이 사용되고, 혹은 고순도 유리형상 카본, 티탄, 마그네슘 등도 사용할 수 있다.
상기 제 1∼제 2 실시형태의 초음파 진동 장치에 있어서는, 진동판이 판형상인 경우에 대해 설명하였으나, 일방의 면에 진동자 (3) 를 접착할 수 있으면 다른 형상이어도 되고, 예컨대 단면 ㄷ자형, 단면 L자형, U자형이어도 된다.
[제 3 실시형태]
도 3 은 본 발명에 관련되는 제 3 실시형태의 웨트 처리 정치의 개략 구성을 나타내는 단면도이고, 도 4 는 이 웨트 처리 장치에 구비된 웨트 처리용 노즐을 피처리물측에서 보았을때의 평면도이다.
본 실시형태의 웨트 처리 장치 (31) 는, 상하 1쌍의 웨트 처리용 노즐 (1쌍의 푸시ㆍ풀형 노즐 ; 41, 41) 과, 이들 1쌍의 웨트 처리용 노즐 (41, 41) 사이에 피처리물 (23) 을 경사상태 (경사각 (θ)) 에서 반송하기 위한 복수의 반송 롤러 (경사 반송 기구 ; 25) 가 구비된 것이다. 또한 도면 중 부호 S 는 피처리물 (23) 의 반송방향 (이동방향) 이다. 상기 경사각 (θ) 은 0≤θ〈arctan (a/b) 의 범위에서 적절하게 설정할 수 있다. 수평반송 (θ=0) 인 경우에도 본 발명의 효과는 동일하게 얻어진다.
각 웨트처리용 노즐 (41) 은, 피처리물 (23) 에 대향하는 대향면 (53a (피처리물 대향면으로 불리기도 함) 을 갖는 웨트 처리 본체부 (53) 와, 이 본체부 (53) 의 일방에 인접하여 설치되고, 상기 피처리물 (23) 과 상기 대향면 (53a) 사이의 간극에 웨트 처리액 (50) 을 도입하는 처리액 도입부 (51) 와, 본체부 (53) 의 타방에 설치되고, 상기 간극으로부터의 웨트 처리액 (50) 을 회수하는 처리액 회수부 (52) 가 구비된 것이다.
웨트 처리 본체부 (53) 는, 도 1 에 나타낸 바와 같이 초음파 진동 장치 (1) 와, 이 초음파 진동 장치 (1) 의 진동판 (2) 의 주연부로부터 수직 형성되는 측벽부 (67) 로 구성되어 있다. 측벽부 (67) 는 진동판 (2) 과 일체로 형성되어 있고, 내액성 재료층 (2a) 의 단면으로부터 수직 형성되는 측판 (67a) 과, 고열전도 재료층 (2b) 의 단면으로부터 수직 형성되는 측판 (67b) 으로 구성되어 있다. 측판 (67a) 은 상기 내액성 재료로 구성되고, 측판 (67b) 은 고열전도 재료로 구성되어 있다. 초음파 진동 장치 (1) 의 진동자 (3) 는 측벽부 (67) 의 내측에, 진동판 (2) 의 고열전도 재료층 (2b) 상에 배치되고, 진동부 (5) 의 진동자 (3) 가 설치되는 측과 반대측의 면이 피처리물과 대향하는 대향면 (53a) 으로 되어 있다.
처리액 도입부 (51) 는, 일단에 피처리물 (23) 을 향하여 개구되는 제 1 개구부 (51b) 가 설치된 도입관 (51c) 이 구비되고, 또 이 도입관 (51c) 의 타단에 웨트 처리액 (50) 을 도입하기 위한 도입구 (51a) 가 형성되어 있다.
처리액 회수부 (52) 는, 일단에 피처리기판 (21) 을 향하여 개구되는 제 2 개구부 (52b) 가 설치된 배출관 (52c) 이 구비되고, 또 이 배출관 (52c) 의 타단에 웨트 처리 후의 웨트 처리액의 배출액을 외부 (웨트 처리의 계외) 로 배출하기 위한 배출구 (52a) 가 설치되어 있다.
상기 제 1 개구부 (51b) 와 제 2 개구부 (52b) 사이에 웨트 처리 본체부 (53) 의 피처리물 대향면 (53a) 이 개재되고, 이들 개구부 (51b, 52b) 와 피처리물 대향면 (53a) 은 대략 같은 높이의 하나의 면에 배치되어 있다.
처리 본체부 (53) 의 피처리물 대향면 (53a) 과 피처리물 (23) 사이의 공간에는 웨트 처리하는 영역 (55) 이 형성되어 있다.
또 처리액 회수부 (52) 에는 압력제어부 (도시생략) 가 설치되어 있다. 이 압력제어부는, 배출구 (52a) 측에 설치된 감압 펌프에 의해 구성되어 있고, 피처리물 (23) 에 접촉한 웨트 처리액 (50) 이 웨트 처리 후에 배출관 (52c) 에 흐르도록, 제 1 개구부 (51b) 의 웨트 처리액의 압력 (웨트 처리액의 표면 장력과 피처리물의 피처리면의 표면 장력을 포함) 과 대기압 (웨트 처리용 노즐의 외부 분위기) 의 균형을 취할 수 있도록 하기 위한 것이다.
따라서 배출구 (52a) 측의 압력제어부에 감압 펌프를 사용하여, 이 감압 펌프로 처리 본체부 (53) 의 웨트 처리액 (50) 을 흡인하는 힘을 제어하여, 제 1 개 구부 (51b) 의 웨트 처리액 (50) 의 압력 (웨트 처리액의 표면장력과 피처리물의 피처리면의 표면장력도 포함) 과 대기압의 균형을 취하도록 되어 있다. 즉, 제 1 개구부 (51b) 의 웨트 처리액의 압력 (Pw ; 웨트 처리액의 표면장력과 피처리물 (23) 의 피처리면의 표면장력도 포함) 과 대기압 (Pa) 과의 관계를 pw≒Pa 로 함으로써, 제 1 개구부 (51b) 를 통해 피처리물 (23) 에 공급되고, 피처리물 (23) 에 접촉한 처리액은, 피처리물 (23) 상의 웨트 처리액을 공급한 부분 이외의 부분에 접촉하는 일 없이, 피처리물 (23) 상으로부터 제거되어 배출관 (52c) 에 배출된다.
이와 같은 구성의 웨트 처리용 노즐 (41, 41) 은, 웨트 처리 본체부 (53, 53) 가 간극을 두고 대향하도록 설치되어 있다. 이와 같은 1쌍의 웨트 처리용 노즐 (41, 41) 의 웨트 처리 본체부 (53, 53) 사이의 간극에 피처리물 (23) 이 반송 롤러 (25) 에 의해 경사상태에서 반송되어, 피처리물 (23) 과 웨트 처리용 노즐 (41, 41) 사이의 웨트 처리영역 (55, 55) 에서 웨트 처리가 실시되고, 피처리물 (23) 의 양면에 웨트 처리를 실시할 수 있다.
각 웨트 처리용 노즐 (41) 의 접액면은, PFA 등의 불소수지나, 사용하는 웨트 처리액에 따라서는 최표면이 롤러 산화물만으로 이루어지는 부동태 막면의 스테인리스, 혹은 산화 알루미늄과 크롬 산화물의 혼합막을 표면에 구비한 스테인리스, 오존수에 대해서는 전해연마표면을 구비한 티탄 등으로 하는 것이, 웨트 처리액으로의 불순물의 용출이 없는 점에서 바람직하다. 접액면을 석영에 의해 구성하면, 불산을 제외한 모든 웨트 처리액의 공급에 바람직하다.
상기 웨트 처리액 (50) 으로는 피처리물 (23) 에 실시하는 처리에 따라 선택되고, 예를 들면 세정처리의 경우는 세정액이나 순수, 에칭의 경우에는 에칭액, 현상의 경우는 현상액, 박리의 경우에는 박리액이 사용된다.
상기 복수의 반송 롤러 (25) 는, 1쌍의 웨트 처리용 노즐 (41, 41) 의 대향면 사이에 피처리물 (3) 을 이동방향으로 상승하는 각도로 반송할 수 있도록 배치되어 있다.
도 3 내지 도 4 에 나타낸 바와 같은 웨트 처리 장치를 사용하여 피처리물 (23) 에 웨트 처리를 실시하기 위해서는 이하와 같이 실시된다.
피처리물 (23) 을 반송 롤러 (25) 에 의해 1쌍의 웨트 처리용 노즐 (41, 41) 의 대향면 사이에 경사 반송하면서 1쌍의 웨트 처리용 노즐 (41, 41) 의 각 제 1 개구부 (51b) 로부터 웨트 처리액 (50) 을 웨트 처리영역 (55) 에 공급한 상태에서 진동자 (3) 로부터 초음파 진동을 발진하여, 진동판 (2), 웨트 처리액 (50) 을 순차적으로 여진하고, 이 여진된 웨트 처리액 (50) 에 피처리물 (23) 을 접촉하여 웨트 처리한 후, 피처리물 (23) 에 접촉후의 웨트 처리액 (50) 을 제 2 개구부 (52b) 로부터 배출관 (52c) 에 배출한다. 여기에서의 웨트 처리에서는, 피처리물 (23) 의 양면 전부가 한번에 웨트 처리되는 것이 아니라, 피처리물 (23) 은 노즐 (41, 41) 의 대향면 (53a, 53a) 사이를 관통할 때에, 이 대향면 사이를 통과하는 부분이 순차적으로 웨트 처리되는 것이다.
본 실시형태의 웨트 처리 장치에 의하면, 상기와 같은 구성의 1쌍의 웨트 처리용 노즐 (41, 41) 이 구비됨으로써, 상기 도입관 (51c) 으로부터 공급되는 웨트 처리액 (50) 의 압력 (상기 피처리물과 상기 대향면 사이의 간극에 공급하는 웨트 처리액의 압력) 에 대해 배출관 (2c) 으로부터 배출되는 웨트 처리액의 압력 (처리액 회수부의 흡인력) 을 제어함으로써 웨트 처리액을 웨트 처리의 계외로 누설하지 않고, 배출할 수 있으므로, 적은 처리액으로 효율적으로 웨트 처리를 할 수 있다. 또 본 실시형태의 초음파 진동 장치 (1) 가 각 웨트 처리 본체부 (53) 에 구비됨으로써, 제조가 용이하고, 저비용의 웨트 처리 장치로 할 수 있다.
또한 본 실시형태의 웨트 처리 장치에 있어서는, 각 웨트 처리 본체부 (53) 에 제 1 실시형태의 초음파 진동 장치 (1) 를 구비한 경우에 대해 설명하였으나, 제 2 실시형태의 초음파 진동 장치 (11) 가 구비된 것이어도 된다.
또 상하 1쌍의 웨트 처리용 노즐 (41, 41) 을 1세트 설치한 경우에 대하여 설명하였으나, 복수 세트 설치하고, 각 세트에서 다른 종류의 웨트 처리를 실시하도록 해도 되고, 또 피처리물 (23) 의 일방의 면에만 웨트 처리를 실시하는 경우에는 피처리물 (23) 의 일방의 면측에만 웨트 처리용 노즐을 설치하도록 해도 된다.
[제 4 실시형태]
도 5 는 본 발명에 관련되는 제 4 실시형태의 웨트 처리 장치의 개략 구성을 나타내는 단면도이다.
제 4 실시형태의 웨트 처리 장치가, 제 3 실시형태의 웨트 처리 장치와 다른 것은, 웨트 처리 본체부 (53) 의 타방에 처리액 회수부 (52) 가 설치되어 있지 않은 것 이외에는 상기 제 3 실시형태와 동일한 상하 1쌍의 웨트 처리용 노즐 (41a, 41a) 이 구비된 점이다.
도 5 의 웨트 처리 장치를 사용하여 피처리물 (23) 에 웨트 처리를 실시하기 위해서는 이하와 같이 실시된다.
피처리물 (23) 을 반송 롤러 (25) 에 의해 1쌍의 웨트 처리용 노즐 (41a, 41a) 의 대향면 사이에 경사 반송하면서 1쌍의 웨트 처리용 노즐 (41a, 41a) 의 각 제 1 개구부 (51b) 로부터 웨트 처리액 (50) 을 웨트 처리 영역 (55) 에 공급한 상태에서 진동자 (3) 로부터 초음파 진동을 발진하여, 진동판 (2), 웨트 처리액 (50) 이 순차적으로 여진하고, 이 여진된 웨트 처리액 (50) 에 피처리물 (23) 을 접촉시켜 웨트 처리한다. 피처리물 (23) 은 반송 롤러 (25) 에 의해 이동방향으로 상승되는 각도로 경사 반송되고 있으므로, 피처리물 (23) 의 상면에 접촉 후의 웨트 처리액 (50) 은 피처리물 (23) 의 이동방향과 반대측으로 흘러가, 피처리물 (23) 의 하면에 접촉 후의 웨트 처리액 (50) 은 웨트 처리 본체 (53) 의 타방의 측 (처리액 도입부 측과 반대측) 으로부터 흐르도록 되어 있다.
[제 5 실시형태]
도 6 은 본 발명에 관련되는 제 5 실시형태의 웨트 처리 장치의 개략 구성을 나타내는 단면도이다.
제 5 실시형태의 웨트 처리 장치가 제 4 실시형태의 웨트 처리 장치와 상이한 점은, 웨트 처리 본체부 (53) 의 일방의 측의 근방에 처리액 도입부로서 처리액 공급용 노즐 (71) 이 설치된 것 이외에는 상기 제 3 실시형태와 동일한 웨트 처리용 노즐 (41b) 이 사용되고, 또한 이 웨트 처리용 노즐 (41b) 은 피처리물 (3) 의 상면측에만 배치된 점이다. 처리액 공급용 노즐 (71) 은 웨트 처리 영역 (55) 에 웨트 처리액 (50) 을 공급하는 것이다.
도 6의 웨트 처리 장치를 사용하여 피처리물 (23) 에 웨트 처리를 실시하는데에는 이하와 같이 실시된다.
피처리물 (23) 을 반송 롤러 (25) 에 의해 웨트 처리용 노즐 (41b) 의 대향면의 하측을 경사 반송하면서 처리액 공급용 노즐 (71) 로부터 웨트 처리액 (50) 을 웨트 처리영역 (55) 에 공급한 상태에서 진동자 (3) 로부터 초음파 진동을 발진하여, 진동판 (2), 웨트 처리액 (50) 을 순차적으로 여진하고, 이 여진된 웨트 처리액 (50) 에 피처리물 (23) 의 상면을 접촉시켜 웨트 처리한다.
피처리물 (23) 은 반송 롤러 (25) 에 의해 이동방향으로 상승하는 각도로 경사 반송되고 있으므로, 피처리물 (23) 의 상면에 접촉 후의 웨트 처리액 (50) 은 피처리물 (23) 의 이동방향과 반대측으로 흘러떨어지도록 되어 있다.
[제 6 실시형태]
도 7 은 본 발명에 관련되는 제 6 실시형태의 초음파 세정 장치의 개략 구성을 나타내는 도면이다.
본 실시형태의 초음파 세정 장치는, 세정용 유체 (81) 가 채워짐과 동시에 피세정물 (도시생략) 을 수용할 수 있는 처리조 (83) 와, 이 처리조 (83) 의 저부에 형성된 개구부 (83a) 에 삽입통과된 초음파 진동 장치 (21) 가 구비된 것이다.
초음파 진동 장치 (21) 는 복수층 구조의 도파체 (진동판 ; 22) 와, 이 도파체 (22) 의 일방의 면에 고착되어 초음파 진동을 발생하는 진동자 (3) 로 이루어지는 진동부 (25) 와, 진동자 (3) 에 접속된 발진기 (26) 와, 진동부 (25) 의 온도를 측정하는 온도 측정 장치 (도시생략) 와 진동자 (3) 로의 전력 공급 차단 장치 (도시생략) 를 구비한 것이다.
도파체 (22) 는, 고열전도 재료층 (22b) 과, 이 고열전도 재료층 (22b) 상에 형성된 내액성 재료층 (22a) 으로 이루어지는 2층 구조의 것이다. 이 도파체 (22) 의 내액성 재료층 (22a) 은 세정용 유체 (81) 에 접액하도록 상측에 배치되고, 고열전도 재료층 (22b) 은 하측에 배치되어 있다. 내액성 재료층 (22a) 은 고열전도 재료층 (22b) 보다도 폭넓게 형성되고, 이 폭광부가 플린지부 (22c) 로서 기능한다.
고열전도 재료층 (22b) 의 하면에 진동자 (3) 가 접착제에 의해 고착되어 있다.
이 진동부 (25) 에서는, 상기 발진기 (26) 에 의해 전압이 인가된 진동자 (3) 가 초음파 진동을 발진하면, 도파체 (22) 가 여진되고, 이 도파체 (22) 에 의해 진동자 (37) 로부터의 초음파 진동이 세정용 유체 (81) 에 전달된다.
진동부 (25) 의 두께는, 도파체 (22) 의 각 층과 진동자 (3) 의 각각에서의 상기 초음파 진동의 진행방향의 두께와 각각의 상기 초음파 진동의 파장과의 비 (이하 두께/파장비라고 함) 의 합이 1/2의 정수배가 되는 두께로 설정되어 있도, 즉, 하기 식 (5) 의 조건을 만족하는 두께로 설정되어 있다.
(t1/λ1)+(t2/λ2)+(t3/λ3)=n/2 … 식 (5)
(식 중, t1 은 진동자 (3) 의 초음파 진동의 진행방향의 두께, λ1 는 진동자 (3) 로부터 발해진 초음파 진동의 파장, t2 는 고열전도 재료층 (22b) 의 초음파 진동의 진행방향의 두께, λ2 는 진동자 (3) 로부터 발해진 초음파 진동의 고열전도 재료층 (22b) 내에서의 파장, t3 은 내액성 재료층 (22a) 의 초음파 진동의 진행방향의 두께, λ3 은 진동자 (3) 로부터 발해진 초음파 진동의 내액성 재료층 (22a) 내에서의 파장, n 은 정수)
이와 같은 구성의 초음파 세정 장치에서는, 진동자 (3) 로부터 초음파진동이 발진되면, 도파체 (22) 가 여진되고, 이 도파체 (22) 에 의해 진동자 (37) 로부터의 초음파 진동이 세정용 유체 (81) 에 전달되고, 세정용 유체 (81) 중에 침지되어 있는 피세정물 (피처리물) 이 세정된다.
본 실시형태의 초음파 세정 장치에 의하면, 초음파 진동 장치 (21) 가 구비됨으로써, 제조가 용이하고 저비용의 초음파 세정 장치로 할 수 있다.
또 초음파 진동 장치 (21) 는 진동부 (25) 의 두께를 얇게 할 수 있으므로, 초음파 손실이 없고, 초음파 손실에 기인하는 발열을 냉각하기 위한 냉각장치를 설치하지 않아도 되므로, 장치 전체를 소형화 및 경량화할 수 있고, 게다가 장치 구성의 간략화가 가능하다.
[실시예]
이하 실시예에 의해 더욱 구체적으로 설명한다.
(실시예 1)
두께 3.0㎜의 열압연 강판으로 이루어지는 진동판 (2) 상에 두께 2.0㎜의 PZT 소자로 이루어지는 진동자 (3) 를 접착제로 접착한 진동부 (5) 를 사용한 것 이외에는 도 1 과 동일한 초음파 진동 장치를 제작하고, 실시예 1의 초음파 진동 장치로 하였다.
진동판 (2) 을 구성하는 열압연 강판은, 내액성 재료층 (2a) 으로서 두께 2.0㎜의 SUS316L 판 (스테인리스강판) 과, 고열전도 재료층 (2b) 으로서 두께 1.0㎜의 Cu 층으로 이루어지는 것이었다. 또한, Cu의 분위기 온도 300K 에서의 열전도도는 398Wm-1K-1, SUS의 분위기 온도 300K 에서의 열전도도는 14∼17Wm-1 K-1 이다.
여기에서 사용한 진동부 (5) 는, 상기 진동판 (2) 의 각 층과 진동자 (3) 의 각각에서의 상기 초음파 진동의 진행방향의 두께와 각각의 상기 초음파 진동 파장과의 비의 합이 n/2(n=2) 가 되는 두께로 설정된 것이다.
실시예 1의 초음파 진동 장치를 웨트 처리 본체부에 구비한 웨트 처리용 노즐이 구비된 것 이외에는 도 6 과 동일한 웨트 처리 장치를 제작하였다.
제작한 웨트 처리 장치를 사용하여, 발진기에 의해 진동자 (3) 에 전압을 인가하고, 진동자 (3) 로부터 초음파 진동을 출력하면서 피처리기판에 웨트처리를 실시할 때, 웨트 처리 본체부의 피처리 기판과 대향하는 면 (진동판의 내액성 재료층 (2a) 의 피처리기판과 대향하는 면) 과 피처리기판의 사이에 직경 5㎜ 정도의 기포를 고의로 형성하고, 웨트 처리액을 1분간 진동판 (2) 의 길이 1㎝당 0.1리터를 흘려보내, 1시간 연속 처리하였으나, 진동자 (3) 와 진동판 (2) 사이의 박리는 관측되지 않았다.
상기 진동부 (5) 의 공진주파수는 918㎑ (150Vp-p sin수) 이었다. 또 진동부 (5) 의 내액성 재료층 (2a) 측 (접액측) 의 진폭 변위는 약 2.5㎛ 이었다.
또 웨트 처리 본체부의 피처리 기판과 대향하는 면 (진동판의 내액성 재료층 (2a) 의 피처리기판과 대향하는 면) 과 피처리기판 사이에 웨트 처리액을 공급하지 않고 진동자 (3) 를 1분간 구동해도 진동자의 박리는 발생하지 않았다.
(실시예 2)
두께 5.0㎜의 진동판 (2) 상에 두께 2.0㎜의 PZT 소자로 이루어지는 진동자 (3) 를 접착제로 접착한 진동부 (5) 를 사용한 것 이외에는 도 1 과 동일한 초음파 진동 장치를 제작하고, 실시예 2의 초음파 진동 장치로 하였다.
진동판 (2) 으로는 내액성 재료층 (2a) 으로서의 두께 4.0㎜의 사파이어판 상에 고열전도 재료층 (2b) 으로서 두께 1.0㎜의 Cu판을 접착제로 고착한 것을 사용하였다.
여기에서 사용한 진동부 (5) 는, 상기 진동판 (2) 의 각 층과 진동자 (3) 의 각각에서의 상기 초음파 진동의 진행방향의 두께와 각각의 상기 초음파 진동 파장과의 비의 합이 n/2 (n=2) 가 되는 두께로 설정된 것이다.
실시예 2의 초음파 진동 장치를 웨트 처리 본체부에 구비한 웨트 처리용 노즐이 구비된 것 이외에는 도 6 과 동일한 웨트 처리 장치를 제작하였다.
제작한 웨트 처리 장치를 사용하고, 발진기에 의해 진동자 (3) 에 전압을 인가하여, 진동자 (3) 로부터 초음파 진동을 출력하면서 피처리기판에 웨트 처리를 실시할 때, 웨트 처리 본체부의 피처리기판과 대향하는 면 (진동판의 내액성 재료 층 (2a) 의 피처리기판과 대향하는 면) 과 피처리기판 사이에 상기 실시예와 동일하게 기포를 고의로 형성하고, 1시간 연속 처리하였으나, 진동자 (3) 와 진동판 (2) 사이의 박리는 관측되지 않았다.
진동부 (5) 의 공진주파수는 926㎑ 이었다. 또 진동부 (5) 의 내액성 재료층 (2a) 측 (접액측) 의 진폭 변위는 약 2.4㎛ 이었다.
또 웨트 처리 본체부의 피처리기판과 대향하는 면 (진동판의 내액성 재료층 (2a) 의 피처리기판과 대향하는 면) 과 피처리기판의 사이에 웨트 처리액을 공급하지 않고 진동자 (3) 를 1분간 구동해도 진동자의 박리는 발생하지 않았다.
(비교예 1)
두께 52.0㎜의 듀랄루민으로 이루어지는 진동판 상에 두께 2.0㎜의 PZT 소자로 이루어지는 진동자를 접착제로 접착한 진동부를 사용한 것 이외에는 실시예 1 과 동일한 초음파 진동 장치를 제작하여 비교예 1의 초음파 진동장치로 하였다.
상기 진동판의 두께는, 초음파 진동의 반파장의 20배가 되는 두께로 설정된 것이다. 또한 듀랄루민의 분위기온도 300K 에서의 열전도도는 16Wm-1K-1 이다.
비교예 1의 초음파 진동 장치를 웨트 처리 본체부에 구비한 웨트 처리용 노즐이 구비된 것 이외에는 도 6 과 동일한 웨트 처리 장치를 제작하였다.
이 웨트 처리 장치를 사용하여, 발진기에 의해 진동자에 전압을 인가하고, 진동자로부터 초음파 진동을 출력하면서 피처리기판에 웨트처리를 실시하였다.
상기 진동부의 공진주파수는 900㎑ 이상으로 2개 있고, 어느 공진주파수의 경우도 진동부의 접액측의 진폭 변위는 약 0.6㎛ 이었다.
비교예 1의 초음파 진동 장치는, 진동부의 두께가 54.0㎜ 를 초과하기 때문에 두께가 크고 중량이 무거워진다.
도 11 에 실시예 1∼2, 비교예 1의 초음파 진동 장치의 진동자에 전압을 인가했을 때의 진동부의 공진주파수와 평균 진폭 (진폭 변위) 의 관계를 나타냈다.
도 11의 결과로부터 실시예 1∼2의 초음파 진동 장치는, 비교예 1의 것에 비하여 평균 진폭이 크기 때문에, 비교예 1의 것보다 강한 세정력이 얻어지는 것으로 생각할 수 있다.
또 비교예 1의 것은 평균 진폭의 피크가 복수 있기 때문에 제어성이 나빠지는 것으로 생각된다.
(비교예 2)
두께 3.0㎜의 SUS 로 이루어지는 진동판 상에 두께 2.0㎜의 PZT 소자로 이루어지는 진동자를 접착제로 접착한 진동부를 사용한 것 이외에는 실시예 1 과 동일한 초음파 진동 장치를 제작하고, 비교예 2의 초음파 진동 장치로 하였다.
상기 진동판의 두께는, 초음파 진동의 반파장의 1배가 되는 두께로 설정된 것이다.
비교예 2의 초음파 진동 장치를 웨트 처리 본체부에 구비한 웨트 처리용 노즐이 구비된 것 이외에는 도 6 과 동일한 웨트 처리 장치를 제작하였다.
이 웨트 처리 장치를 사용하여, 발진기에 의해 진동자에 전압을 인가하고, 진동자로부터 초음파 진동을 출력하면서 피처리기판에 웨트 처리를 실시하였다.
(비교예 3)
두께 3.0㎜의 SUS판과 두께 13㎜ 의 듀랄루민판으로 이루어지는 진동판 상에 두께 2.0㎜의 PZT 소자로 이루어지는 진동자를 접착제로 접착한 진동부를 사용한 것 이외에는 실시예 1 과 동일한 초음파 진동 장치를 제작하고, 비교예 3의 초음파 진동 장치로 하였다.
상기 SUD 판의 두께는, 초음파 진동의 반파장의 1배가 되는 두께로 설정된 것이다.
또 상기 듀랄루민판의 두께는, 초음파 진동의 반파장의 5배가 되는 두께로 설정된 것이다.
비교예 3의 초음파 진동 장치를 웨트 처리 본체부에 구비한 웨트 처리용 노즐이 구비된 것 이외에는 도 6 과 동일한 웨트 처리 장치를 제작하였다.
이 웨트 처리 장치를 사용하여, 발진기에 의해 진동자에 전압을 인가하고, 진동자로부터 초음파 진동을 출력하면서 피처리기판에 웨트 처리를 실시하였다.
도 12에 실시예 1, 비교예 2∼3의 초음파 진동 장치의 진동자에 전압을 인가했을 때의 진동부의 공진주파수와 진동면의 변위 (진폭 변위) 의 관계를 나타냈다.
도 12의 결과로부터 실시예 1의 초음파 진동 장치는, 비교예 2∼3의 것과 동등 이상의 진동면의 변위가 얻어지는 점으로부터, 실시예 1은 비교예 2∼3의 것과 동등 이상의 세정력이 얻어지는 것으로 생각할 수 있다. 그러나 비교예 2∼3의 것은 진동판의 구성부재를 초음파 진동의 반파장의 5 배로 하는 가공이 필요하기 때문에 제조공정이 많이 필요하였다.
(실시예 3)
두께 2.6㎜의 열압연 강판으로 이루어지는 진동판 (2) 상에 두께 2.0㎜의 PZT 소자로 이루어지는 진동자 (3) 를 접착제로 접착한 진동부 (5) 를 사용한 것 이외에는 도 1 과 동일한 초음파 진동 장치를 제작하고, 실시예 3의 초음파 진동 장치로 하였다.
진동판 (2) 을 구성하는 열압연 강판은, 내액성 재료층 (2a) 으로서 두께 1.0㎜의 SUS316L판 (스테인리스 강판) 과, 고열전도 재료층 (2b) 으로서 두께 1.6㎜의 Cu 층으로 이루어지는 것이었다.
여기에서 사용한 진동부 (5) 는, 진동판 (2) 의 각 층과 진동자 (3) 의 각각에서의 상기 초음파 진동의 진행방향의 두께와 각각의 상기 초음파 진동 파장과의 비의 합이 n/2 (n=2) 이 되는 두께로 설정된 것이다.
실시예 3의 초음파 진동 장치를 웨트 처리 본체부에 구비한 웨트 처리용 노즐리 구비된 것 이외에는 도 6 과 동일한 웨트 처리 장치를 제작하였다.
제작한 웨트 처리 장치를 사용하고, 발진기에 의해 진동자 (3) 에 전압을 인가하고, 진동자 (3) 로부터 초음파 진동을 출력하면서 피처리기판에 웨트 처리를 실시할 때, 웨트 처리 본체부의 피처리기판과 대향하는 면 (진동판의 내액성 재료층 (2a) 의 피처리기판과 대향하는 면) 과 피처리기판 사이에 상기 실시예와 동일하게 기포를 고의로 형성하고, 8시간 연속처리하였으나 진동자 (3) 와 진동판 (2) 사이의 박리는 관측되지 않았다.
진동부 (5) 의 공진주파수는 958㎑ 이었다. 또 진동부 (5) 의 내액성 재 료층 (2a) 측 (접액측) 의 진폭 변위는 약 3㎛ 이었다.
또 웨트 처리 본체부의 피처리기판과 대향하는 면 (진동판의 내액성 재료층 (2a) 의 피처리기판과 대향하는 면) 과 피처리기판 사이에 웨트 처리액을 공급하지 않고 진동자 (3) 를 1분간 구동해도 진동자의 박리를 발생하지 않았다.
(실시예 4)
두께 3.2㎚의 열압연 강판으로 이루어지는 진동판 (2) 상에 두께 2.0㎜의 PZT 소자로 이루어지는 진동자 (3) 를 접착제로 접착한 진동부 (5) 를 사용한 것 이외에는 도 1 과 동일한 초음파 진동 장치를 제작하고, 실시예 4의 초음파 진동 장치로 하였다.
진동판 (2) 을 구성하는 열압연 강판은, 내액성 재료층 (2a) 으로서 두께 1.0㎜의 SUS316L (스테인리스 강판) 과, 고열전도 재료층 (2b) 으로서 두께 2.2㎜의 Al층으로 이루어지는 것이었다. 또한, Al의 분위기온도 300K 에서의 열전도도는 237Wm-1K-1 이다.
여기에서 사용한 진동부 (5) 는, 진동판 (2) 의 각 층과 진동자 (3) 의 각각에서의 상기 초음파 진동의 진행방향의 두께와 각각의 상기 초음파 진동 파장과의 비의 합이 n/2 (n=2) 가 되는 두께로 설정된 것이다.
실시예 4의 초음파 진동 장치를 웨트 처리 본체부에 구비한 웨트 처리용 노즐이 구비된 것 이외에는 도 6 과 동일한 웨트 처리 장치를 제작하였다.
제작한 웨트 처리 장치를 사용하고, 발진기에 의해 진동자 (3) 에 전압을 인 가하고, 진동자 (3) 로부터 초음파 진동을 출력하면서 피처리기판에 웨트 처리를 실시할 때, 웨트 처리 본체부의 피처리기판과 대향하는 면 (진동판의 내액성 재료층 (2a) 의 피처리기판과 대향하는 면) 과 피처리기판의 사이에 상기 실시예와 동일하게 기포를 고의로 형성하여, 8시간 연속 처리하였으나, 진동자 (3) 와 진동판 (2) 사이의 박리는 관측되지 않았다.
진동부 (5) 의 공진주파수는 925㎑ 이었다. 또 진동부 (5) 의 내액성 제료층 (2a) 측 (접액측) 의 진폭 변위는 약 2.5㎛ 이었다.
또 웨트 처리 본체부의 피처리기판과 대향하는 면 (진동판의 내액성 재료층 (2a) 의 피처리기판과 대향하는 면) 과 피처리기판 사이에 웨트 처리액을 공급하지 않고 진동자 (3) 를 1분간 구동해도 진동자의 박리는 발생하지 않았다.
도 13에 실시예 3∼4, 비교예 1의 초음파 진동 장치의 진동자에 전압을 인가했을 때의 진동부의 공진주파수를 평균 진폭 (진폭 변위) 의 관계를 나타냈다.
도 13의 결과로부터 실시예 3∼4의 초음파 진동 장치는, 비교예 1의 것에 비하여 평균 진폭이 큰 점에서, 비교예 1의 것보다 강한 세정력이 얻어지는 것으로 생각된다.
또 비교예 1의 것은 평균 진폭의 피크가 복수 있기 때문에 구동의 제어성이 나빠지는 것으로 생각된다.
이상 설명한 바와 같이 본 발명의 초음파 진동 장치에 의하면, 제조공정을 간략화할 수 있어 비용 절감이 가능한 초음파 진동 장치를 제공할 수 있다.
또 본 발명의 초음파 세정장치에 의하면, 본 발명의 초음파 진동장치가 구비됨으로써, 제조가 용이하고 저비용의 초음파 세정 장치를 제공할 수 있다.
또 본 발명의 웨트 처리 장치에 의하면, 본 발명의 초음파 진동 장치가 구비됨으로써, 제조가 용이하고 저비용의 초음파 세정 장치를 제공할 수 있다.

Claims (6)

1층 또는 복수층 구조의 진동판과, 상기 진동판에 고착되어 초음파 진동을 발생하는 진동자로 이루어지는 진동부를 갖고 이루어지고,
상기 진동부는, 상기 진동판의 각 층과 상기 진동자의 각각에서의 상기 초음파 진동의 진행방향의 두께와 각각의 상기 초음파 진동 파장과의 비 (이하 두께/파장비라고 함) 의 합이, 1/2의 정수배가 되는 두께로 설정되어 있고,
상기 진동자는 상기 두께/파장비가 1/2의 정수배 이외의 두께로 설정되어 있는 것을 특징으로 하는 초음파 진동 장치.
제 1 항에 있어서, 상기 진동부는, 상기 진동판의 각 층과 상기 진동자의 각각에서의 상기 두께/파장비의 합이 1/2이 되는 두께로 설정되어 있는 것을 특징으로 하는 초음파 진동 장치.
제 1 항에 있어서, 상기 진동판은 고열전도 재료로 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 초음파 진동 장치.
제 1 항에 있어서, 상기 진동판은 다층 구조이고, 상기 진동자가 고착되는 층은 고열전도 재료로 형성되고, 상기 진동자가 고착되는 측과 반대측의 최외층은 내액성 재료로 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 초음파 진동 장치.
세정용 유체를 저장하는 처리조에, 제 1 항에 기재된 초음파 진동 장치가 구비된 것을 특징으로 하는 초음파 세정 장치.
피처리물에 대향하는 대향면을 갖는 웨트 처리 본체부를 갖는 웨트 처리용 노즐이 구비되고, 상기 피처리물과 상기 대향면 사이의 간극에 공급된 웨트 처리액에 의해 상기 피처리물에 웨트 처리를 실시하는 웨트 처리 장치로서,
상기 웨트 처리 본체부에 제 1 항에 기재된 초음파 진동 장치가 구비되고, 이 초음파 진동 장치의 진동부는 상기 피처리물과 대향하는 대향면을 갖고 있는 것을 특징으로 하는 웨트 처리 장치.
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