JPH10239191A - 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超音波振動の強
度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、棒状体２１と、こ
の棒状体の先端部に設けられ超音波振動を受けることで
発熱するエネルギ変換部材２３と、このエネルギ変換部
材で発生する熱を電気信号に変換する熱電対２４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用ガ
ラス基板などの被洗浄物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ガラス基板の
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、被洗浄物の表面部位
または洗浄槽内の各点の超音波振動の強度や音圧分布状
態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
るかということや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、さらには洗浄槽内の
液中の超音波の強い所や弱い所を音圧センサ−で検出す
るということが行なわれている。

【０００５】図４に示すように、従来の音圧センサ−１
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２を有し、この棒状体２の先端部は超音
波振動を受ける感知部３に形成され、基端部には棒状体
２を伝搬した音圧を電気信号（電圧等）に変換する圧電
素子４が設けられている。この基端部には音圧センサ−
１を操作するときに把持するための把持部５が接続され
ている。

【０００６】上記把持部５内には上記圧電素子４からの
電気信号を増幅する増幅器６が設けられ、この増幅器６
には表示装置７が接続され、この表示装置７では超音波
振動の強さが表示されるようになっている。

【０００７】そして、上記構成の音圧センサ−１の感知
部３を洗浄槽内の液中に挿入あるいは基板表面の部位等
所定の部位に位置決めすることで、その位置を通過する
超音波の変化を、上記圧電素子４から音圧に比例して出
力される電気信号の波形の大きさによって知ることがで
きるようになっている。

【０００８】ところで、上記構成の音圧センサ−１にお
いて、上記圧電素子４は棒状体２の基端部に形成された
平坦な取付面３ａに接着固定される。圧電素子４を取付
面３ａに接着剤で固定した場合、その接着層の厚さや接
着強度などの接着状態を一定に維持することは非常に困
難である。しかも、個々の圧電素子４には性能にばらつ
きが生じることが避けられない。

【０００９】そのため、圧電素子４に入力する超音波振
動の値に対し、上記圧電素子４から出力される電気信号
の値が音圧センサ−１によってばらつきが生じ、一定に
ならないということがある。

【００１０】とくに、周波数や振幅など波形の異なる超
音波振動を測定する場合、それぞれの波形によっても測
定特性が大きく変化し、測定値にばらつきが生じるとい
うことがある。

【００１１】

【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、圧電素子を用い、その圧電素子を棒状体
の取付面に接着固定しているから、その接着状態や圧電
素子固有の性能などによって入力に対する出力にばらつ
きが生じ易く、しかも超音波振動の波形が異なると、測
定特性が変化し、測定値にばらつきが生じるということ
があった。

【００１２】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、圧電素子を用いずに、超
音波振動の強度を測定できるようにすることで、測定値
にばらつきが生じにくくした音圧センサ−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、棒状体と、この棒状体の先端部に設け
られ超音波振動を受けることで発熱するエネルギ変換部
材と、このエネルギ変換部材で発生する熱を電気信号に
変換する変換手段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、上記エネルギ変換部材は、上記棒状体の先端部の外
面に設けられていることを特徴とする。請求項１の発明
によれば、超音波振動の運動エネルギをエネルギ変換部
材によって熱エネルギに変換し、その熱エネルギを電気
信号に変換するため、変換時のエネルギロスが生じにく
くなることで、測定特性を一定にできる。

【００１５】請求項２の発明によれば、エネルギ変換部
材が棒状体の先端部の外面に設けられていることで、超
音波振動がエネルギ変換部材に効率よく入射するため、
測定精度が向上する。

【００１６】

【発明の実施形態】以下、この発明の一実施形態を図１
と図２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１１を有する。この装置本体１
１には空間部１２が本体１１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１２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１１の下面に開口したノ
ズル口１３となっている。

【００１７】上記空間部１２の上端開口はシ−ル材１４
を介して振動板１５で閉塞されている。この振動板１５
の上面には上記空間部１２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超音波振動子１６（１つだ
け図示）が所定間隔で取着されている。この超音波振動
子１６は超音波発振器１７によって駆動されるようにな
っている。それによって、超音波振動子１６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１５も
振動する。

【００１８】上記装置本体１１の上記空間部１２の両側
にはそれぞれ長手方向に沿って供給路１８が貫通して形
成されている。一対の供給路１８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】上記供給路１８に供給された洗浄液は連通
路１９を通り上記振動板１５の下面に向かって噴出し、
この振動板１５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１２のノズル口１３か
ら被洗浄物Ｗに向かって噴出する。それによって、上記
被洗浄物Ｗを超音波振動が付与された洗浄液で洗浄でき
るようになっている。

【００２０】洗浄液による洗浄度合を調整する場合、超
音波振動子１６に印加する超音波発振器１７からの電圧
を制御する。その場合、電圧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。

【００２１】洗浄液に付与された超音波振動を測定する
場合、図２に鎖線で示すように上記被洗浄物Ｗとほぼ同
じ位置に音圧センサ−２０を設置する。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
先端部は半球形状の球状面２２ａに形成され、この球状
面２２ａは超音波振動の感知部２２となっていて、その
感知部２２を上記ノズル口１３から噴出される洗浄液に
向けて配置される。

【００２２】上記棒状体２１の先端部の感知部２２内に
は、ピエゾ樹脂やピエゾゴムなどのように、運動エネル
ギを吸収して熱エネルギに変換する材料からなるエネル
ギ変換部材２３が上記感知部２２内面に密着して設けら
れている。つまり、エネルギ変換部材２３は運動エネル
ギである超音波振動を受けると、その超音波振動の強度
に応じて発熱し、温度上昇する。

【００２３】上記エネルギ変換部材２３には熱電対２４
の一端が埋設されている。この熱電対２４の他端は増幅
器２５に接続されている。この増幅器２５は上記棒状体
２１の基端部に接続された、音圧センサ−２０を操作す
るときに操作者が把持するための把持部２６内に設けら
れている。

【００２４】上記熱電対２４には、上記エネルギ変換部
材２３の温度上昇に応じた強度の電圧が流れる。この電
気信号は上記増幅器２５で増幅されて表示装置２７に入
力される。この表示装置２７は熱電対２４からの電気信
号の強度を表示する。それによって、上記エネルギ変換
部材２３の発熱量、つまりエネルギ変換部材２３に入射
した超音波振動の強さが表示されることになる。

【００２５】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を装置本体１１のノズル口１３
に向けて設置される。洗浄液に付与された超音振動の運
動エネルギは上記音圧センサ−２０の棒状体２１の感知
部２２内に設けられたエネルギ変換部材２３によって熱
エネルギに変換される。

【００２６】エネルギ変換部材２３によって運動エネル
ギが熱エネルギに変換されると、熱電対２４にはその熱
エネルギに応じた強度の電圧が流れ、その電気信号が表
示装置２７に入力されて表示される。つまり、表示装置
２７にはエネルギ変換部材２３に入射した超音波振動の
強度が表示されることになる。

【００２７】上記エネルギ変換部材２３は、棒状体２１
の先端部内に一定の状態で設けることができ、しかも超
音波振動の周波数や振幅などの波形が異なっても、エネ
ルギの変換効率は一定である。そのため、エネルギ変換
部材２３を用いた音圧センサ−２０によれば、超音波振
動の強度をばらつきが生じることなく測定できる。

【００２８】上記棒状体２１の先端部の感知部２２は球
状面２２ａに形成されている。そのため、超音波振動の
進行方向に対して上記感知部２２の向きが一定でなくと
も、エネルギ変換部材２３にはほぼ一定の超音波振動が
入射する。

【００２９】つまり、超音波振動の進行方向に対して音
圧センサ−２０の感知部２２の設置状態が一定でなく、
上記感知部２２に対して超音波振動が異なる方向から入
射しても、感知部２２が球状面２２ａであることによ
り、この感知部２２には超音波振動がほぼ一定の状態で
入射する。そのため、感知部２２の設置状態が一定でな
くとも、音圧センサ−２０の測定感度を一定に維持する
ことができるから、そのことによっても測定精度を向上
させることができる。

【００３０】言い換えれば、測定者が音圧センサ−２０
の感知部２２を超音波振動の進行方向に対して一定の状
態で設置しなくとも、一定の測定精度が得られるから、
その測定作業を容易かつ精度よく行なうことが可能とな
る。

【００３１】図３はこの発明の他の実施形態音圧センサ
−２０Ａを示す。この実施形態の音圧センサ−２０Ａは
棒状体２１の先端部を他の部分よりも細径な取付部２１
ａに形成し、この取付部２１ａには先端部が球状面２３
ａに形成されたエネルギ変換部材２３Ａを設けるように
した。

【００３２】エネルギ変換部材２３Ａを棒状体２１の外
面に設けるようにすると、超音波振動がエネルギ変換部
材２３Ａに直接、入射するから、超音波振動の一部が棒
状体２１の表面で反射してエネルギ変換部材２３Ａに入
射しにくくなるということがなくなり、上記エネルギ変
換部材２３Ａによる測定制度を向上させることができ
る。

【００３３】なお、この他の実施形態において、上記一
実施形態と同一部分には同一記号を付して説明を省略す
る。この発明は上記各実施形態に限定されるものでな
く、たとえば棒状体は直線状でなく、先端部分が屈曲さ
れたＬ字状であってもよい。

【００３４】

【発明の効果】請求項１の発明によれば、超音波振動の
運動エネルギをエネルギ変換部材によって熱エネルギに
変換し、その熱エネルギを電気信号に変換することで、
超音波振動の強度を測定するようにした。

【００３５】そのため、変換時のエネルギロスが生じに
くくなるばかりか、超音波振動の周波数や波形が異なっ
ても、変換効率が変化することがないから、測定特性を
一定に維持することができる。

【００３６】請求項２の発明によれば、エネルギ変換部
材を棒状体の先端部の外面に設けるようにした。そのた
め、超音波振動が棒状体の表面で反射してエネルギ変換
部材に入射しにくくなるということがないから、そのこ
とによっても測定精度を向上させることができる。

【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】この発明の他の実施形態を示す音圧センサ−の
一部断面した側面図。

【図４】従来の音圧センサ−の側面図。

【符号の説明】

２１…棒状体 ２２ａ…球状面 ２３…エネルギ変換部材 ２４…熱電対 ２７…表示装置

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、 棒状体と、 この棒状体の先端部に設けられ超音波振動を受けること
   で発熱するエネルギ変換部材と、 このエネルギ変換部材で発生する熱を電気信号に変換す
   る変換手段とを具備したことを特徴とする音圧センサ
   −。
2. 【請求項２】 上記エネルギ変換部材は、上記棒状体の
   先端部の外面に設けられていることを特徴とする請求項
   １記載の音圧センサ−。