(57)【要約】【課題】この発明は高周波電力の出力を精度よく制御することができるようにした高周波用電源装置を提供することにある。【解決手段】高周波電力を出力する超音波用電源装置において、直流電圧の電圧値を制御するパワーコントロール部５と、このパワーコントロール部によって電圧値が制御された直流電圧を交流電圧に変換するインバータ８を有する波形成形部７と、この波形成形部によって変換された交流電圧を超音波帯域の周波数に発振させて上記波形成形部から出力させる発振制御部９と、上記波形成形部からの出力値と予め設定された設定値とを比較しその比較に基づいて上記パワーコントローラから出力される直流電圧の電圧値を制御するフィードバック制御部６とを具備する。【選択図】    図１
2004290940.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
高周波電力を出力する超音波用電源装置において、
直流電圧の電圧値を制御するパワーコントロール部と、
このパワーコントロール部によって電圧値が制御された直流電圧を交流電圧に変換するインバータを有する波形成形部と、
この波形成形部によって変換された交流電圧を超音波帯域の周波数に発振させて上記波形成形部から出力させる発振制御部と、
上記波形成形部からの出力値と予め設定された設定値とを比較しその比較に基づいて上記パワーコントローラから出力される直流電圧の電圧値を制御するフィードバック制御部と
を具備したことを特徴とする超音波用電源装置。
【請求項２】
超音波振動が与えられた処理液によって被洗浄物を洗浄処理する洗浄処理装置において、
超音波帯域の周波数に発振された電力を出力する超音波用電源装置と、
この超音波用電源装置から出力された電力が印加されて超音波振動する振動子と、
この振動子が取着され上記処理液に超音波振動を与える振動板とを具備し、
上記超音波用電源装置は請求項１に記載された構成であることを特徴とする洗浄処理装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は超音波帯域の周波数で発振する電力を出力するための超音波用電源装置及びこの超音波用電源装置から出力される電力を利用して被洗浄物を洗浄する処理液に超音波振動を与える超音波用洗浄装置に関する。
【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は、被洗浄物としての液晶用ガラス基板や半導体ウエハを高い清浄度で洗浄する工程がある。このような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る。
【０００３】
いずれの方式においても、洗浄効果を高めるためには、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ということが行なわれている。
【０００４】
超音波振動を利用して被洗浄物を洗浄するためには超音波洗浄装置が用いられる。超音波洗浄装置は超音波帯域の周波数で発振された高周波電力を出力する超音波用電源装置を有する。この電源装置から出力された高周波電力は圧電セラミックスによって形成された振動子に印加される。
【０００５】
上記振動子は振動板に貼着されているため、振動子とともに振動板が超音波振動する。振動板は、洗浄液が貯えられた洗浄槽の底部に設けられたり、洗浄液を被洗浄物に向けて噴射する洗浄ノズル体の内部の洗浄液が流通する通路に面して設けられている。
【０００６】
したがって、振動板の超音波振動は洗浄液に付与され、この洗浄液を通じて被洗浄物に伝播されるから、その超音波振動の作用によって被洗浄物に付着した微粒子を効率よく除去することができる。洗浄液に与える高周波電力の出力は、被洗浄物の種類や洗浄の度合いなどに応じて設定され、その出力が設定値に対して異なると、被洗浄物に形成された回路パターンを損傷したり、洗浄不良を招くなどのことがある。
【０００７】
従来、高周波電力の出力は、交流電圧をコンバータによって直流電圧に変換した後、任意のパルス幅を作る制御部からの制御信号に基づいてパワーコントロール部で制御する、いわゆるＰＷＭ方式で行われていた。図４（ａ）はパルス幅がＡの制御信号を示し、図４（ｂ）はパルス幅Ａの制御信号をパルス幅Ｂに変換された制御信号を示している。
【０００８】
上記パワーコントロール部で所定のパルス幅Ｂに制御された制御信号は、インバータで交流電圧に変換されるとともに、発振制御部からの発振信号によって超音波帯域の周波数に発振されて上記振動子に印加される。それによって、上記振動子が制御信号のパルス幅に応じた出力、つまり強度で超音波振動する。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
振動子に印加される高周波電力の出力を、上述したように制御信号のパルス幅によって制御するＰＷＭ方式によると、直流電圧をインバータで交流電圧に変換された後、発振されて出力する高周波電力の波形は、制御信号のパルス幅が図４（ａ）にＡで示す通常の幅の場合には、図４（ｃ）にＸで示すように正弦波形の出力となる。
【００１０】
しかしながら、出力を小さくするために制御信号のパルス幅を図４（ｂ）にＢで示すように小さく制御すると、そのときの高周波電力の波形は図４（ｂ）にＹで示すように正弦波形にならず、高調波成分を含んで歪が生じた波形となってしまう。
【００１１】
そのため、所定の出力の高周波電力を得るために、制御信号のパルス幅で制御したのでは、その高周波電力が高調波成分を含んで歪みが発生するため、高周波電力の出力を精度よく制御することができないということがあった。
【００１２】
この発明は、高周波電力の出力を精度よく制御することができるようにした超音波用電源装置及びその電源装置を用いた超音波洗浄装置を提供することにある。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
この発明は、高周波電力を出力する超音波用電源装置において、
直流電圧の電圧値を制御するパワーコントロール部と、
このパワーコントロール部によって電圧値が制御された直流電圧を交流電圧に変換するインバータを有する波形成形部と、
この波形成形部によって変換された交流電圧を超音波帯域の周波数に発振させて上記波形成形部から出力させる発振制御部と、
上記波形成形部からの出力値と予め設定された設定値とを比較しその比較に基づいて上記パワーコントローラから出力される直流電圧の電圧値を制御するフィードバック制御部と
を具備したことを特徴とする超音波用電源装置にある。
【００１４】
この発明は、超音波振動が与えられた処理液によって被洗浄物を洗浄処理する洗浄処理装置において、
超音波帯域の周波数に発振された電力を出力する超音波用電源装置と、
この超音波用電源装置から出力された電力が印加されて超音波振動する振動子と、
この振動子が取着され上記処理液に超音波振動を与える振動板とを具備し、
上記超音波用電源装置は請求項１に記載された構成であることを特徴とする洗浄処理装置にある。
【００１５】
この発明によれば、パワーコントロール部で直流電圧の電圧値を制御して高周波電力の出力を制御するため、制御信号のパルス幅を同じにして高周波電力の出力を変えることができるから、高周波電力の出力を精度よく制御することができる。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下、この発明の一実施の形態を図１乃至図３を参照しながら説明する。
【００１７】
図１はこの発明の超音波用電源装置１を用いた超音波洗浄装置２を示す。超音波用電源装置１は交流電源３からの交流電圧を直流電圧に変換するＡＣ−ＤＣコンバータ４を有する。このＡＣ−ＤＣコンバータ４によって変換された直流電圧はパワーコントロール部５に入力される。このパワーコントロール部５にはフィードバック制御部６からの制御信号Ｓが入力され、その制御信号Ｓによって直流電圧の電圧値が後述するように所定の大きさに制御されるようになっている。
【００１８】
上記パワーコントロール部５で電圧値が所定の強度に制御された直流電圧は波形成形部７に設けられたインバータ８によって交流電圧に変換される。インバータ８によって変換された交流電圧は、発振制御部９からの発振信号Ｈによって数千ｋＨｚ〜２ＭＨｚの超音波帯域の周波数に発振される。
【００１９】
上記発振制御部９は周波数発振器１１と、パターンジェネレータ１２を有し、インバータ８によって変換された交流電圧波形の周波数やデューティ比を設定し、所定の発振周波数の上記発振信号Ｈとして上記インバータ８に出力するようになっている。
【００２０】
上記インバータ８で所定の周波数に発振された交流電圧はバンドパスフィルタ１３によって波形整形される。波形成形部９からの出力である、高周波電力Ｐは振動子１６に入力される。この振動子１６は振動板１７取着されており、この振動板１７は洗浄ノズル体１８内に設けられている。この洗浄ノズル体１８には洗浄液の流路１９が形成されている。この流路１９は一端が洗浄液の供給口１９ａとなっており、他端がノズル体１８の下端に開口したノズル孔１９ｂとなっている。
【００２１】
洗浄ノズル体１８には上面に開口する凹部２０が形成されており、この凹部２０の底部に上記流路１９の中途部が開放している。凹部２０の底部には上記流路１９の開放部分を閉塞するよう、上記振動板１７が設けられている。この振動板１７は下面を上記流路１９に臨ませ、超音波発振体６が設けられた上面を上記凹部２０に露出させている。この凹部２０には、振動板１７を上記流路１９に対して液密に押圧保持する押え部材２１が螺着されている。
【００２２】
したがって、上記供給口１９ａから流路１９に供給された純水などの洗浄液には、上記超音波発振体６とともに超音波振動する振動板１７によって超音波振動が与えられ、上記ノズル孔１９ｂから被洗浄物２２に向かって噴出し、この被洗浄物２２を洗浄することができる。
【００２３】
上記波形成形部７から出力される高周波電力Ｐの出力の一部は電力測定部２４に入力され、ここで測定される。電力測定部２４での測定値Ｍは上記フィードバック制御部６に入力される。このフィードバック制御部６には電力設定部２５によって設定された設定値Ｎが入力される。
【００２４】
上記フィードバック制御部６では上記測定値Ｍと設定値Ｎとが比較され、その差に応じて出力される上記制御信号Ｓが上記パワーコントロール部５に入力される。それによって、パワーコントロール部５ではインバータ８に出力される直流電圧値が昇降調整される。
【００２５】
図２は上記パワーコントロール部５とフィードバック制御部６とを示している。フィードバック制御部６からパワーコントロール部５に出力された制御信号Ｓは、パワーコントロール部５を構成するトランジスタ２７をオン−オフさせる。
【００２６】
上記トランジスタ２７をオン−オフ動作させる時間は、上記制御部６での測定値Ｍと設定値Ｎとの差に応じて出力される上記制御信号Ｓのパルス幅の長短によって決定される。そして、トランジスタ２７のオン−オフ動作時間によってパワーコントロール部５からインバータに８にＬＣ回路部２８を介して出力される直流電圧値が決定される。
【００２７】
このような構成の超音波用電源装置１によれば、交流電源３からの交流電圧がＡＣ−ＤＣコンバータ４によって直流電圧に変換されてパワーコントロール部５に入力されると、このパワーコントロール部５ではフィードバック制御部６からの制御信号Ｓによって上記直流電圧の電圧値を所定の値に制御する。
【００２８】
上記制御信号Ｓは、波形成形部７から出力される高周波電力Ｐの測定値Ｍと、電力設定部２５に設定された設定値２５との比較に基く時間で出力され、その時間に応じてパワーコントロール部５のトランジスタ２７をオンさせる。
【００２９】
上記電力測定部２４で測定される高周波電力の測定値Ｍが電力設定部２５で設定される設定値Ｎよりも大きければ、パワーコントロール部５から出力される直流電圧の電圧値が低減させられ、逆に小さければ電圧値が増加させられる。
【００３０】
図３（ａ）は、上記フィードバック制御部６からの制御信号Ｓに基いて上記パワーコントロール部５からインバータ８に出力される電圧値Ｖ１  の直流電圧で、図３（ｂ）は出力を小さくしたい入力の制御信号Ｓに基いて出力される電圧値Ｖ２  の直流電圧とを示している。
【００３１】
パワーコントロール部５からインバータ８に出力される直流電圧は、フィードバック制御部６からの制御信号Ｓの大きさによって電圧値が増減される。つまり、パワーコントロール部５とフィードバック制御部６とは、ＡＣ−ＤＣコンバータ４によって変換されたＰＡＭ制御を行なう。
【００３２】
そのため、図３（ｃ）に示すように、電圧値Ｖ１  の直流電圧をインバータ８で交流電圧に変換して発振出力させた波形Ｘ１  と、電圧値Ｖ２  の直流電圧をインバータ８で交流電圧に変換して発振出力させた波形Ｙ１  とは、振幅が電圧値に応じて異なるものの、ともに周波数が同じ正弦波となるから、高周波電力の出力を制御しても、その出力に高調波成分を含んで歪みが生じることがない。
【００３３】
したがって、波形成形部７からの高周波電力Ｐの出力を、電力設定部２５の設定値Ｎと電力測定部２４での測定値Ｍとの比較に基いて精度よく制御することができる。
【００３４】
上記電力設定部２５で設定される設定値Ｎを、被洗浄物２２の種類や洗浄の度合になどに応じて設定すれば、洗浄ノズル体１８の流路１９を流れる洗浄液に対して所望する強度の超音波振動を付与することができる。そのため、振動子１６に印加される高周波電力Ｐの強度が強過ぎて被洗浄物２２の形成された回路パターンを損傷したり、逆に弱過ぎて被洗浄物２２の汚れを確実に除去できないなどの洗浄不良を招くのを防止することができる。
【００３５】
上記一実施の形態では超音波用電源装置からの高周波電力を超音波洗浄装置としての枚葉洗浄を行なうノズル体に供給する場合について説明したが、超音波洗浄装置としてはバッチ式であってもよく、その場合には複数枚の被洗浄物が収容される洗浄槽に設けられた振動子に高周波電力を供給するようにすればよい。
【００３６】
【発明の効果】
以上のようにこの発明は、パワーコントロール部で直流電圧の電圧値を制御して高周波電力の出力を制御するようにした。
そのため、制御信号のパルス幅を同じにして高周波電力の出力を変えるため、その高周波電力に高調波成分が含まれて歪みが生じるということがないから、高周波電力の強度を精度よく制御することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の一実施の形態の超音波用電源装置が用いられた超音波洗浄装置のブロック図。
【図２】パワーコントロール部とフィードバック制御部とを示す回路図。
【図３】（ａ）は異なる電圧値の２つの直流電圧を示す説明図、（ｂ）は（ａ）に示す２つの直流電圧を高調波の交流電圧に変換した説明図。
【図４】従来の制御方法の説明図で、（ａ）は異なるパルス幅の２つの制御信号を示す説明図、（ｂ）は（ａ）に示す２つの制御信号を高調波の交流電圧に変換した説明図。
【符号の説明】
３…交流電源、４…ＡＣ−ＤＣコンバータ、５…パワーコントロール部、６…フィードバック制御部、７…波形成形部、８…インバータ、９…発振制御部、１１…周波数発振器、１６…振動子、１７…振動板、１８…洗浄ノズル体、２２…被洗浄物、２４…電力測定部、２５…電力設定部。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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