(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
超音波振動子から液体に付与された超音波振動を圧電素子により電圧に変換して、被洗浄物に伝播する上記超音波振動の音圧を計測するための機能を有する音圧モニタであって、
上記超音波振動の周波数を計測する周波数計測手段を備え、
この周波数計測手段は、
上記圧電素子から出力される電圧が基準電圧を超えた時に矩形波を出力する波形整流回路と、
上記波形整流回路の単位時間当たりの出力をカウンタ部でカウントし、このカウント値に基づいて上記超音波振動の周波数を検出する中央処理装置と、を含むことを特徴とする音圧モニタ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、被洗浄物を洗浄するために液体に付与された超音波振動の音圧を計測する音圧モニタに関する。
【０００２】
【従来の技術】
例えば、半導体装置や液晶表示装置などの製造工程においては、種々の微細加工の前後で、半導体ウエハやガラス基板などの基板に付着したサブミクロンオーダのパーティ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、半導体装置や液晶表示装置の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バッチ式あるいは枚葉式の超音波洗浄装置がある。これらの洗浄装置においては、超音波振動子への投入パワーを増大させると強力な振動が得られ、洗浄効果が向上するということが経験的に知られている。
【０００４】
しかし、実際の洗浄効果は、超音波振動子から付与された超音波振動がどのような強度分布となって被洗浄物である基板に伝播されるかを測定しなければ、正確に把握することは難しい。つまり、超音波振動子への入力を増大させるだけでは、その入力に応じて超音波振動子から発振された超音波振動が被洗浄物にどのような強度で伝播されるかがわからないから、洗浄効果を確認することが困難となる。
【０００５】
そこで、洗浄液に付与された超音波振動を被洗浄物とほぼ同じ位置で音圧計によって測定し、その音圧計が受波した音圧により生じる起電力で洗浄効果を判定するということが知られている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、超音波振動子によって洗浄液に超音波振動を付与する場合、例えば洗浄液の性質、被洗浄物と洗浄液に超音波振動を付与する超音波振動子との距離などの外部負荷や超音波振動子の経時変化などの種々の条件によって、超音波振動の周波数が変化することがある。そのような場合には、洗浄効果が変化することになる。したがって、被洗浄物を超音波洗浄する場合には音圧とともに周波数の変化を測定し、洗浄条件を判定することが必要となる。
【０００７】
この発明は、超音波振動子によって液体に付与された超音波振動の音圧を計測する際、上記超音波振動の周波数を計測することにより、被洗浄物の洗浄条件を判定できる音圧モニタを提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
請求項１の発明は、超音波振動子から液体に付与された超音波振動を圧電素子により電圧に変換して、被洗浄物に伝播する超音波振動の音圧を計測するための機能を有する音圧モニタであって、
上記超音波振動の周波数を計測する周波数計測手段を備え、この周波数計測手段は、上記圧電素子から出力される電圧が基準電圧を超えた時に矩形波を出力する波形整流回路と、上記波形整流回路の単位時間当たりの出力をカウンタ部でカウントし、このカウント値に基づいて上記超音波振動の周波数を検出する中央処理装置と、を含むことを特徴としている。
【００１０】
この発明によれば、超音波振動子によって液体に付与された超音波振動の周波数を圧電素子から出力される電圧を基に計測することができ、被洗浄物の洗浄条件を判定することができる。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下、この発明の一実施の形態を図面を参照しながら説明する。
【００１２】
図１と図２は、この発明の音圧モニタ１０を適用した超音波洗浄装置を示す。
【００１３】
図１と図２に示す超音波洗浄装置は下面に脚１が設けられた矩形箱状の洗浄槽２を有する。この洗浄槽２の側面の下方には、この洗浄槽２に液体としての洗浄液、例えば純水などを供給する供給管３が接続されており、上方には上記供給管３から供給され上記洗浄槽２の内部に所定レベルまで貯えられた洗浄液をオーバーフローさせるオーバーフロー管４が接続されている。
【００１４】
上記洗浄槽２は、上面が開放しており、下面の幅方向ほぼ中心部には長手方向に沿って開口部５が形成されている。この開口部５はシール材６を介して可撓性を有する振動板７で液密に閉塞されている。この振動板７の下面の幅方向ほぼ中心部には長手方向に沿って圧電素子からなる超音波振動子８が固着されている。
【００１５】
この超音波振動子８には駆動装置８ａが接続されており、この駆動装置８ａを制御することによって、上記超音波振動子８は約１ＭＨｚの周波数で超音波振動するようになっている。上記超音波振動子８が超音波振動すると、この超音波振動に伴って上記振動板７も超音波振動するから、その超音波振動は上記振動板７の上面側の洗浄液に伝播し、さらに上記洗浄槽２内に貯えられた洗浄液全体に所定の強度分布で伝播することになる。
【００１６】
基板Ｗを上記超音波洗浄装置で洗浄する場合、網状の洗浄ケース９が用いられる。この洗浄ケース９は、複数の基板Ｗをほぼ垂直に、かつそれぞれの板面が平行となるように離間して保持できる構成となっている。上記洗浄ケース９に保持された基板Ｗは、上記洗浄槽２内に貯えられた洗浄液に浸漬され、この洗浄液に付与された超音波振動によって洗浄される。なお、上記洗浄ケース９は上記洗浄槽２内に着脱可能に設けられており、基板Ｗの非洗浄時には上記洗浄槽２から取り外すことができるようになっている。
【００１７】
基板Ｗの板面にはパーティクルが付着している。そのため、基板Ｗを上記超音波振動によって洗浄すると、上記パーティクルは基板Ｗの板面から剥離し、上記洗浄槽２内の洗浄液を汚染することになる。
【００１８】
そのため、この汚染された洗浄液を上記オーバーフロー管４からオーバーフローさせるとともに、上記供給管３から清浄な洗浄液を供給することによって、上記洗浄槽２内の洗浄液を常に所定の清浄度に保ち、超音波振動によって基板Ｗの板面から剥離されたパーティクルが再付着するのを防止している。
【００１９】
洗浄液に付与された超音波振動は音圧モニタ１０によって計測される。この音圧モニタ１０は、洗浄液を伝播する超音波振動を検出し電気信号に変換する音圧計１１と、この音圧計１１から出力される信号を処理する処理装置１２からなっている。
【００２０】
上記音圧計１１は、例えば石英やステンレスからなる中実の円柱部材１３を有し、上記洗浄槽２に着脱可能に設けられている。この円柱部材１３の一端面は上記洗浄槽２に貯えられた洗浄液に浸漬される受波面１４をなし、他端は洗浄液の液面Ｌから露出し、その露出した他端面には圧電素子１５が固着されている。
【００２１】
上記洗浄槽２に設けられる上記音圧計１１は、その位置を随時設定できるようになっており、上記受波面１４が上記洗浄槽２内の基板Ｗとほぼ同じ位置になるように設定することで、洗浄時に基板Ｗに伝播する超音波振動とほぼ同等の超音波振動を受波できるようになっている。上記受波面１４によって受波された超音波振動は、上記円柱部材１３を介してその上端の圧電素子１５に伝播することになる。
【００２２】
なお、上記音圧モニタ１０による超音波振動の計測は、基板Ｗの非洗浄時に行われるため、上記洗浄ケース９と上記音圧計１１とが互いに干渉することはない。つまり、基板Ｗ及び洗浄ケース９が上記洗浄槽２から取り外された状態において、上記洗浄ケース９によって上記洗浄槽２内に保持される基板Ｗとほぼ同じ位置で超音波振動を計測することで、洗浄時に基板Ｗに伝播する超音波振動を検出するようになっている。
【００２３】
上記圧電素子１５は、超音波振動が加えられると、その音圧に応じた電圧を出力する。なお、上記超音波振動は粗密波であるため、上記圧電素子１５から出力される電圧は図４に示すような交流波形となっている。上記圧電素子１５の出力電圧は上記処理装置１２によって処理されることになる。
【００２４】
図３に示すように、上記処理装置１２は上記圧電素子１５から出力された出力電圧を増幅する増幅回路１６を有する。この増幅回路１６によって増幅された電圧は整流回路１７によって整流され出力される。上記整流回路１７から出力された出力電圧は中央処理装置１８に入力される。
【００２５】
この中央処理装置１８に設けられたＡ／Ｄ変換部１８ａは、上記整流回路１７から出力された電圧に応じたデジタル信号に変換し、このデジタル信号に基づいて、上記圧電素子１５に伝播した超音波振動の音圧を検出する。基板Ｗの洗浄効果は、この基板Ｗに伝播する超音波振動の音圧に依存しているため、上記音圧による検出結果によって基板Ｗの洗浄効果を判定することができる。
【００２６】
検出された上記超音波振動の音圧は液晶ディスプレイなどの表示装置２０に数値として表示される。なお、上記中央処理装置１８には操作パネル２１が接続されており、上記表示装置２０などの操作を行えるようになっている。
【００２７】
上記増幅回路１６によって増幅された電圧は、波形整形回路としての比較回路１９にも入力される。図４に示すように、この比較回路１９は、予め基準電圧Ｖ  １が設定されており、入力される電圧が上記基準電圧Ｖ  １を超える立ち上がり時に、同期して図５に示す矩形パルスＰを１つ出力するようになっている。
【００２８】
上記比較回路１９から出力される矩形パルスＰは中央処理装置１８に入力される。上記中央処理装置１８に入力された矩形パルスＰをカウンタ部１８ｂで処理し、単位時間あたりの矩形パルスＰの数を算出する。
【００２９】
この単位時間当たりの矩形パルスＰの数は、上記圧電素子１５に伝播した超音波振動の周波数と同等であるため、上記カウンタ部１８ｂの出力によって、上記圧電素子１５に伝播した超音波振動の周波数、つまり上記音圧計１１の受波面１４が受波した超音波振動の周波数を計測できるようになっている。
【００３０】
すなわち、上記比較回路１９及び上記中央処理装置１８のカウンタ部１８ｂによって、上記超音波振動の周波数を計測する周波数計測手段を構成している。
【００３１】
上記超音波振動子８によって洗浄液に超音波振動を付与する場合、例えば洗浄液の性質、基板Ｗと超音波振動子８との距離などの外部負荷や、上記超音波振動子８の経時変化などの種々の条件によって、基板Ｗに伝播する超音波振動の周波数が変化することがある。そのような場合、基板Ｗの洗浄条件が変化することになるから、洗浄効果も同様に変化することがある。
【００３２】
しかし、上記周波数計測手段によって、洗浄される基板Ｗに伝播する超音波振動の周波数を計測するようにしたため、上記洗浄条件の変化を検出することができるようになっている。
【００３３】
上記構成の音圧モニタ１０によれば、洗浄液に付与された超音波振動の音圧を計測できるため、その音圧によって上記圧電素子１５に生じる起電圧から基板Ｗの洗浄効果の判定をすることができる。しかも、洗浄される基板Ｗとほぼ同じ位置で計測するため、計測精度を向上することができる。また、洗浄される基板Ｗに伝播する超音波振動の周波数を計測できるため、その計測値の変化を監視することによって、基板Ｗの洗浄条件の変化を検出することができる。
【００３４】
なお、上記音圧モニタ１０は上記構成の超音波洗浄装置に限定されるものではなく、例えばノズル式の超音波洗浄装置に適用してもよい。この場合、音圧計１１をその受波面１４が基板Ｗの洗浄部分とほぼ同じ位置で、かつノズルから噴射された洗浄液に対向して設置する。それによって、受波面１４が洗浄液に付与された超音波振動を受波することになる。
【００３５】
【発明の効果】
この発明によれば、被洗浄物に伝播する超音波振動の周波数を計測できるので、被洗浄物の洗浄条件の変化を検出することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の一実施の形態に係る超音波洗浄装置の構成を示す正面図。
【図２】超音波洗浄装置の側面図。
【図３】処理装置の内部構造のブロック図。
【図４】増幅回路の出力を示す図。
【図５】比較回路の出力を示す図。
【符号の説明】
８…超音波振動子、１０…音圧モニタ、１５…圧電素子、１８…中央処理装置、１８ｂ…カウンタ部、１９…比較回路（波形整流回路）。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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