JP3810518B2 - 超音波洗浄装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は被洗浄物を洗浄する洗浄液に超音波振動を付与するために用いられる超音波洗浄装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
たとえば液晶製造装置や半導体製造装置においては、液晶用ガラス基板や半導体ウエハなどの被洗浄物を高い清浄度で洗浄することが要求される工程がある。上記被洗浄物を洗浄する方式としては、洗浄液中に複数枚の被洗浄物を浸漬するデイップ方式や被洗浄物に向けて洗浄液を噴射して一枚づつ洗浄する枚葉方式があり、最近では高い清浄度が得られるとともに、コスト的に有利な枚葉方式が採用されることが多くなってきている。
【０００３】
枚葉方式の１つとして被洗浄物に噴射される洗浄液に超音波振動を付与し、その振動作用によって上記被洗浄物から微粒子を効率よく除去するようにした洗浄方式が実用化されている。
【０００４】
洗浄液に付与する振動は、従来は20〜50ｋＨｚ程度の超音波であったが、最近では600 〜2000ｋＨｚ程度の極超音波帯域の音波を付与する超音波洗浄装置が開発されている。
【０００５】
ところで、上記超音波洗浄装置は装置本体を有し、この装置本体には振動子が取り付けられた振動板が設けられている。上記振動子には超音波発振器が接続される。この超音波発振器は所定の周波数の電力を出力し、その電力を上記振動子に印加する。それによって、上記振動子が超音波振動するから、その超音波振動に上記振動板が連動し、この振動板によって洗浄液に超音波振動が付与されるようになっている。
【０００６】
上記構成の超音波洗浄装置によると、たとえば振動板と振動子との接着状態が一定でなかったり、振動子が固有の特性を有するなどのことにより、それぞれの超音波洗浄装置の振動子を消費電力の少ない効率のよい最適な状態で作動させるインピ−ダンスにバラツキが生じるということが避けられない。そのため、上記振動子が設けられるマッチング回路にはコイルとコンデンサを設け、これらコイルとコンデンサで超音波発振器と振動子とのインピ−ダンスマッチングをとるということが行われている。
【０００７】
従来、超音波発振器と振動子とのインピ−ダンスマッチングを取るためには、インピ−ダンスの異なる複数のコイルを予め用意しておき、それぞれのコイルを順次マッチング回路に組み込んでマッチング状態を測定し、そのマッチング回路に消費電力の最も少なくなる最適なインダクタンスのコイルを使用するということが行われていた。
【０００８】
しかしながら、このようにしてインピ−ダンスマッチングを取るようにすると、インピ−ダンスの異なる複数のコイルを用意しておかなければならないから、不経済であるばかりか、それぞれの超音波洗浄装置ごとに最も適したインピ−ダンスのコイルを選択して取り付けなければならないから、その作業に手間が掛かるということがあり、さらにはコイルを交換するだけでは微調整ができないなどのことがあった。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
このように、従来はそれぞれの超音波洗浄装置に適したインダクタンスのコイルを選択して取り付けるということが行われていたので、インダクタンスの異なる複数のコイルを用意し、最適なものを選択しなければならないため、その作業が容易でなく、しかも微調整がしにくいということがあった。
【００１０】
この発明は上記事情に基づきなされたもので、その目的とするところは、超音波洗浄装置に予め設けられたコイルによってインピ−ダンスマッチングを取ることができるようにした超音波洗浄装置を提供することにある。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
請求項１の発明は、洗浄液に超音波振動を付与して被洗浄物を洗浄するための超音波洗浄装置において、
洗浄液が供給される装置本体と、
この装置本体に設けられた振動板に取り付けられた振動子と、
この振動子と電気的に接続されこの振動子を駆動して超音波振動させる超音波発振器と、
この超音波発振器と上記振動子の間に設けられ、この振動子と上記超音波発振器とのインピ−ダンスマッチングをとるためのコイルおよびコンデンサとを具備し、
上記コイル及び上記コンデンサは上記装置本体に設けられ、このコイルの巻線には電極がスライド自在に設けられていて、このコイルの一端は上記電極を介して上記超音波発振器に接続され、他端は上記振動子を介して上記超音波発振器に接続されていることを特徴とする。
【００１２】
請求項１の発明によれば、コイルに設けられた電極をスライドさせると、このコイルの回路におけるインダクタンスを変えることができるから、インダクタンスの異なる複数のコイルを用意しておくことなく、超音波発振器と振動子とのインピ−ダンスマッチングを取ることができる。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、この発明の一実施形態を図１乃至図３を参照して説明する。
図１に示すこの発明の超音波洗浄装置は装置本体１１を有する。この装置本体１１は上面が開放した凹部１２が長手方向に沿って形成された上部材１３と、この上部材１３の下面に第１のシ−ル材１４を介して液密に接合固定された下部材１５とによって細長い角柱状に形成されている。
【００１４】
上記上部材１３の下部壁の幅方向中央部分には長手方向に沿って嵌合孔１６が穿設され、上記下部材１５の上面の幅方向中央部分には上記嵌合孔１６に嵌合する凸部１７が形成されている。
【００１５】
上記下部材１５の凸部１７が形成された幅方向中央部分には、一端を上面に開口させ、他端を下面に開口させた空間部１８が長手方向に沿って形成されている。この空間部１８の断面形状は、一端（上端）から他端（下端）にゆくにつれて幅寸法が小さくなるテ−パ状をなしていて、その下端開口は狭幅なノズル口１９となっている。
【００１６】
上記空間部１８の開口した上端はタンタル、チタンあるいはそれらの合金などによって矩形板状に形成された振動板２１によって液密に閉塞されている。つまり、この振動板２１は、その下面周辺部が所定の厚さを有する枠状の第２のシ−ル材２２を介して上記上部材１３の凹部１２の内底面に接合されている。
【００１７】
上記振動板２１の上面には同じく枠状の押え板２３が接合され、上記上部材１３にねじ２０によって固定されている。それによって、上記空間部１８の上端開口は液密に閉塞されている。
【００１８】
上記振動板２１の上面の幅方向中央部分、つまり上記空間部１８と対応する部位には振動子２４が上記振動板２１の長手方向に沿って取着されている。
上記振動板２１の上方には給電板２５が上記押え板２３に保持部材２６を介して取り付けられている。この給電板２５には上記振動子２４と弾性的に接触した板ばね状の接触子２７が設けられている。
【００１９】
上記給電板２５にはコイル２８が一端（下端）を電気的に接続して設けられている。このコイル２８の他端（上端側）には電極２９がスライド自在かつ任意のスライド位置で固定可能に設けられている。
【００２０】
たとえば、上記電極２９は図２に示すように上記コイル２８の巻線の一端部が挿通される通孔２９ａを有する有底筒状のスライド部材２９ｂと、このスライド部材２９ｂに上記通孔２９ａと交差して形成されたねじ孔２９ｄにねじ込まれた固定ねじ２９ｃとからなり、この固定ねじ２９ｃを緩めて上記スライド部材２９ｂを上記巻線に沿ってスライドさせるとともに、所定の位置で上記固定ねじ２９ｃを締め込むことで、電極２９を任意の位置で上記コイル２８と電気的に接続された状態で固定できるようになっている。
【００２１】
上記電極２９のスライド部材２９ｂにはたとえばインピーダンス５０Ωの同軸ケ−ブル３０の第１のケ−ブル３０ａの一端が接続されている。つまり、コイル２８の一端側は電極２９を介して第１のケ−ブル３０ａの一端に接続されている。このコイル２８の他端は給電板２５および接触子２７を介して振動子２４の一方の電極に接続されている。
【００２２】
上記振動子２４の他方の電極は振動板２１を介して押え板２３に導通し、この押え板２３には上記同軸ケ−ブル３０の第２のケ−ブル３０ｂの一端が接続されている。これらケ−ブル３０ａ、３０ｂの他端は上記振動子２４を駆動して超音波振動させる超音波発振器３１に接続されている。また、装置本体１１には、第１のケ−ブル３０ａと第２のケ−ブル３０ｂとの間に接続された可変コンデサン３２が設けられ、図３に示すように上記振動子２４を超音波振動させるためのマッチング回路３３を形成している。つまり、マッチング回路３３と超音波発振器３１とは同軸ケ−ブル３０によって接続されている。
【００２３】
したがって、上記電極２９をスライドさせて上記マッチング回路３３におけるコイル２８のインダクタンスを調整したり、可変コンデンサ３２のリアクタンスを調整することで、超音波発振器３１と振動子２４とのインピ−ダンスマッチングをとることができるようになっている。
【００２４】
上記装置本体１１の下部材１５には、上記空間部１８の幅方向両側に位置する一対の供給路３４が長手方向に貫通して形成されている。この供給路３４の両端には図示しない供給源が同じく図示しないチュ−ブを介して接続され、純水や薬液などの洗浄液を供給するようになっている。
【００２５】
一対の供給路３４にはそれぞれ複数の噴出路３５（１つだけ図示）が一端を連通させて設けられている。つまり、噴出路３５は上記装置本体１１の上部材１３と下部材１５との接合する部分に形成されていて、他端を上記上部材１３の凹部１２の内底面の上記振動板２１によって覆われた部分、つまり上記空間部１８の上端側に連通するよう開口させている。上記噴出路３５は上記空間部１８の幅方向一側と他側において、装置本体１１の長手方向に沿って所定間隔で複数形成されている。
【００２６】
上記超音波発振器３１は図３に示すように周波数シンセサイザ４１を有する。この周波数シンセサイザ４１からは所定の周波数の電力が出力されるようになっていて、その周波数はＣＰＵ４２によって制御される。この実施形態では、上記周波数シンセサイザ４１からの周波数は、第１の周波数である1590ｋＨｚ、第２の周波数である1600ｋＨｚ、第３の周波数である1610ｋＨｚに変換制御されるようになっている。すなわち、上記ＣＰＵ４２は上記周波数シンセサイザ４１から出力される電力の周波数を所定時間ごとに上記第１乃至第３の周波数に順次変換するようになっている。
【００２７】
上記周波数シンセサイザ４１から出力された所定周波数の電力は、高周波パワ−アンプ４３で増幅され、インピーダンス５０Ωの同軸ケ−ブル３０の電圧、電流をモニタするＣＭカップラ−（通過形電力計）４４で出力がモニタ−されて上記マッチング回路３３へ出力される。
【００２８】
上記ＣＭカップラ−４４は以下のような原理によって上記超音波発振器３１と振動子２４とのマッチングをチェックできる。つまり、測定された電圧をＣ分圧で同位相で分圧Ｖ_v とする。相互誘導Ｍ結合で２次回路ショ−ト条件、つまりカレントトランスで十分低い抵抗に２次電流を流すことにより、電流と同位相の電圧Ｖ_i を作る。そして、マッチングをチェックする場合には、Ｖ_v −Ｖ_i が０になったかどうかによって判定する。つまり、Ｖ／Ｉ＝５０Ωで位相が一致していることがマッチングしているということになる。
【００２９】
つぎに、上記構成の超音波洗浄装置を使用する場合について説明する。
まず、上記構成の超音波洗浄装置を実際に使用するに先立って振動子２４を効率よく振動させるために、超音波発振器３１と振動子２４とのインピ−ダンスマッチングをとる。すなわち、超音波発振器３１を作動させ、振動子２４を超音波発振させるとともに、そのときに上記超音波発振器３１と振動子２４とのインピ−ダンスマッチングがとれているか否やかをＣＭカップラ−４４によって測定する。
【００３０】
マッチングが取れていない場合には、コイル２８の巻線に設けられた電極２９をその巻線に沿ってスライドさせてマッチング回路３３におけるインダクタンスを調整するとともに、可変コンデンサ３２を調整して同じくマッチング回路３３におけるリアクタンスを調整し、上記超音波発振器３１と振動子２４とのインピ−ダンスをマッチングさせる。
【００３１】
上記コイル２８のインダクタンスの調整は、その巻線に沿って電極２９をスライドさせるだけである。つまり、従来のようにインダクタンスの異なる複数のコイルを用意しておき、それぞれのコイルを順次マッチング回路３３に組み込んでマッチング状態を測定し、そのマッチング回路３３に最適なインダクタンスのコイルを使用するということをせずにすむ。
【００３２】
そのため、インピ−ダンスのマッチングさせる作業が容易に行えるばかりか、電極２９をスライドさせるという簡単な作業によってインダクタンスを微調整できるから、上記超音波発振器３１と振動子２４とを高い精度でマッチングさせることができる。
【００３３】
しかも、上記コイル２８や可変コンデンサ３２は装置本体１１に設けられている。そのため、各装置本体１１に設けられた振動子２４が固有のインダクタンスやリアクタンスを有していても、その装置本体１１に接続される超音波発振器３１に対してマッチングをとることができるから、装置本体１１と超音波発振器３１とに互換性を備えることができる。
【００３４】
このようにして振動子２４と超音波発振器３１とのインピ−ダンスをマッチングさせたならば、洗浄液を一対の供給路３４から噴出路３５を介して空間部１８へ供給する。空間部１８に供給された洗浄液は、振動子２４とともに超音波振動する振動板２１により超音波振動が付与され、ノズル口１９から噴出する。したがって、その洗浄液によって上記ノズル口１９に対向して配置される被洗浄物を超音波洗浄することができる。
【００３５】
上記振動子２４と超音波発振器３１とはインピ−ダンスマッチングが取れているから、上記振動子２４を効率よく超音波振動させることができる。つまり、消費電力を最小限にすることができるから、上記超音波発振器３１のランニングコストを低減することができる。
【００３６】
上記超音波発振器３１の周波数シンセサイザ４１から出力される電力の周波数はＣＰＵ４２からの信号によって所定時間ごとに第１の周波数、第２の周波数および第３の周波数に変換される。各周波数での作動時間は、たとえば第１の周波数のときの洗浄効果が他の周波数のときよりも高い場合には、第１の周波数での作動時間を他の周波数の作動時間よりも長くして全体としての洗浄効果を高めるようにする。
【００３７】
このように、振動子２４は所定時間ごとに周波数を変化させて振動する。そのため、振動周波数の変化に応じて装置本体１１に形成された空間部１８内で発生する振動波も図４にａ〜ｃで示すように変化する。
【００３８】
振動波が変化すると、上記空間部１８内における各振動波の腹Ｓの位置も変化する。そのため、空間部１８の壁面に気泡Ｂが付着しても、その気泡Ｂはいずれかの振動波ａ〜ｃの腹Ｓの部分に当たるから、その腹Ｓの部分によって成長する前に壁面から剥離され、ノズル口１９から流出する。
【００３９】
つまり、空間部１８の内面に気泡が付着しても、その気泡Ｂは成長して浮上し、振動板２１の下面に付着する前に除去されるから、振動板２１から洗浄液への超音波振動の伝達効率が低下したり、成長した気泡Ｂが振動板２１に付着することで、その部分に洗浄液が接触するのが妨げられて異常に温度上昇するということも防止される。
【００４０】
【発明の効果】
以上述べたように請求項１の発明によれば、振動子を超音波発振器で駆動する超音波洗浄装置において、その装置にコイルを設け、このコイルの巻線に電極をスライド自在に設け、この電極をスライドさせることで、上記コイルのインダクタンスを変えて上記超音波発振器と振動子とのインピ−ダンスマッチングをとるようにした。
【００４１】
そのため、従来のようにインダクタンスの異なる複数のコイルを用意しておくことなく、上記電極をスライドさせるだけで超音波発振器と振動子とのインピ−ダンスマッチングを取ることができるから、その作業を容易に行うことができる。しかも、電極をスライドさせることでコイルのインダクタンスを連続的に変えることができるから、インピ−ダンスマッチングの微調整が可能である。
さらに、コイルとコンデンサを装置本体に設けたことで、超音波発振器と装置本体とに互換性を持たせることができるなどの利点を有する。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の一実施形態を示す超音波洗浄装置の概略的構成の断面図。
【図２】同じくコイルに設けられる電極の断面図。
【図３】同じく電気回路図。
【図４】同じく洗浄液に異なる周波数の振動を付与したときの説明図。
【符号の説明】
１１…装置本体
２４…振動子
２１…振動板
２８…コイル
２９…電極
３１…超音波発振器
３２…コンデンサ

Claims (1)

1. 洗浄液に超音波振動を付与して被洗浄物を洗浄するための超音波洗浄装置において、
   洗浄液が供給される装置本体と、
   この装置本体に設けられた振動板に取り付けられた振動子と、
   この振動子と電気的に接続されこの振動子を駆動して超音波振動させる超音波発振器と、
   この超音波発振器と上記振動子の間に設けられ、この振動子と上記超音波発振器とのインピ−ダンスマッチングをとるためのコイルおよびコンデンサとを具備し、
   上記コイル及び上記コンデンサは上記装置本体に設けられ、このコイルの巻線には電極がスライド自在に設けられていて、このコイルの一端は上記電極を介して上記超音波発振器に接続され、他端は上記振動子を介して上記超音波発振器に接続されていることを特徴とする超音波洗浄装置。

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