(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
２００ＫＨｚ以上の超音波振動を発生する振動子と、
前記振動子と結合して前記超音波振動を外部負荷に導く導波体と、
前記導波体を冷却する冷却手段とを有する超音波励振装置であって、
前記冷却手段は、前記導波体の側面に長手方向に沿って形成された溝と、
前記溝に嵌装され冷却用流体が流入する冷却パイプとを有し、
前記振動子は、前記導波体の側面にそれぞれ形成された前記溝同士の間の内側に配置された状態で前記導波体と結合するようにしたことを特徴とする超音波励振装置。
【請求項２】
洗浄用流体を貯留する処理槽と、前記洗浄用流体を励振する超音波励振装置とを備えた超音波洗浄装置であって、
前記超音波励振装置は、２００ＫＨｚ以上の超音波振動を発生する振動子と、
前記振動子と結合して前記超音波振動を外部負荷に導く導波体と、
前記導波体を冷却する冷却手段とを有し、
前記冷却手段は、前記導波体の側面に長手方向に沿って形成された溝と、
前記溝に嵌装され冷却用流体が流入する冷却パイプとを有し、
前記振動子は、前記導波体の側面にそれぞれ形成された前記溝同士の間の内側に配置された状態で前記導波体と結合するようにしたことを特徴とする超音波洗浄装置。
【請求項３】
洗浄用流体を連続的に供給するとともに、前記洗浄用流体が噴出するノズルを有するシャワー装置と、前記洗浄用流体に超音波振動を付与する超音波励振装置とを備えた超音波洗浄装置であって、
前記超音波励振装置は、２００ＫＨｚ以上の超音波振動を発生する振動子と、
前記振動子と結合して前記超音波振動を外部負荷に導く導波体と、
前記導波体を冷却する冷却手段とを有し、
前記冷却手段は、前記導波体の側面に長手方向に沿って形成された溝と、
前記溝に嵌装され冷却用流体が流入する冷却パイプとを有し、
前記振動子は、前記導波体の側面にそれぞれ形成された前記溝同士の間の内側に配置された状態で前記導波体と結合するようにしたことを特徴とする超音波洗浄装置。
【請求項４】
２００ＫＨｚ以上の超音波振動を発生する振動子と、
前記振動子と結合して前記超音波振動を外部負荷に導く導波体と、
前記導波体を冷却する冷却手段とを有する超音波励振装置であって、
前記冷却手段は、前記導波体の側面に長手方向に沿って形成された溝と、
前記溝に嵌装され冷却用流体が流入する冷却パイプとを有し、
前記導波体及び前記振動子は、前記導波体の長手方向に直角な方向における幅をそれぞれ、Ｗ0、Ｗ、とし、前記溝の深さをｄとしたときに次式
Ｗ0≧（Ｗ＋２ｄ）
を満たすとともに、
前記振動子が前記側面の外縁との間に有する隙間をＷ1としたときに次式
Ｗ1≧ｄ
を満たすことを特徴とする超音波励振装置。
【請求項５】
洗浄用流体を貯留する処理槽と、前記洗浄用流体を励振する超音波励振装置とを備えた超音波洗浄装置であって、
前記超音波励振装置は、２００ＫＨｚ以上の超音波振動を発生する振動子と、
前記振動子と結合して前記超音波振動を外部負荷に導く導波体と、
前記導波体を冷却する冷却手段とを有し、
前記冷却手段は、前記導波体の側面に長手方向に沿って形成された溝と、
前記溝に嵌装され冷却用流体が流入する冷却パイプとを有し、
前記導波体及び前記振動子は、前記導波体の長手方向に直角な方向における幅をそれぞれ、Ｗ0、Ｗ、とし、前記溝の深さをｄとしたときに次式
Ｗ0≧（Ｗ＋２ｄ）
を満たすとともに、
前記振動子が前記側面の外縁との間に有する隙間をＷ1としたときに次式
Ｗ1≧ｄ
を満たすことを特徴とする超音波洗浄装置。
【請求項６】
洗浄用流体を連続的に供給するとともに、前記洗浄用流体が噴出するノズルを有するシャワー装置と、前記洗浄用流体に超音波振動を付与する超音波励振装置とを備えた超音波洗浄装置であって、
前記超音波励振装置は、２００ＫＨｚ以上の超音波振動を発生する振動子と、
前記振動子と結合して前記超音波振動を外部負荷に導く導波体と、
前記導波体を冷却する冷却手段とを有し、
前記冷却手段は、前記導波体の側面に長手方向に沿って形成された溝と、
前記溝に嵌装され冷却用流体が流入する冷却パイプとを有し、
前記導波体及び前記振動子は、前記導波体の長手方向に直角な方向における幅をそれぞれ、Ｗ0、Ｗ、とし、前記溝の深さをｄとしたときに次式
Ｗ0≧（Ｗ＋２ｄ）
を満たすとともに、
前記振動子が前記側面の外縁との間に有する隙間をＷ1としたときに次式
Ｗ1≧ｄ
を満たすことを特徴とする超音波洗浄装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えば、工業用としてシリコンウェーハ、液晶用ガラス基板等の洗浄に用いる超音波励振装置、特に、駆動周波数が２００ＫＨｚ以上の超音波励振装置と、前記超音波励振装置を備えた超音波洗浄装置とに関する。
【０００２】
【従来の技術】
このような高い周波数帯域を利用した超音波洗浄装置は、サブミクロンのパーティクル（ｐａｒｔｉｃｌｅ）の除去が可能である点、キャビテーションが発生しないために洗浄物へのダメージがない点、波長が短いために定在波の影響がなく斑のない洗浄効果が得られる点など、超精密洗浄が可能であることから従来より開発が進められ、実用化されている。
【０００３】
従来のこの種の超音波洗浄装置として、例えば、図７に示す洗浄槽タイプのものがある。図７に示す超音波洗浄装置は、特開平１０−９４７５６号公報において開示されているものである。
【０００４】
図７は、従来の超音波洗浄装置を示す一部断面を含む側面図であり、図８は、従来の超音波洗浄装置が備える従来の超音波振動発生部を示す斜視図である。以下、図７及び図８を参照して従来の超音波洗浄装置（超音波励振装置を含む）について説明する。
【０００５】
図７に示すように、従来の超音波洗浄装置１１０は、洗浄用流体として、例えば、純水１０１を貯留するとともに被洗浄物を収容する処理槽１０２と、前記処理槽１０２の底部に装着された超音波振動発生部１０３とを備えている。
【０００６】
図８にも示すように、超音波振動発生部１０３は、略直方体状の導波体１０５と、矩形板状に形成され、前記導波体１０５に対して接着剤等により結合された振動子１０４とを有し、前記導波体１０５側が接液する状態で前記処理槽１０２の底部に形成された開口部１０２ａに挿通されている。前記導波体１０５には、全周にわたってフランジ部１０５ａが形成されており、前記フランジ部１０５ａと前記処理槽１０２の底部との間にパッキン１０６が介装されて処理槽１０２の底部に密着固定されている。前記パッキン１０６は、液密及び吸振部材として作用するものである。
【０００７】
前記振動子１０４は、ＰＺＴ（ｐｉｅｚｏｅｌｅｃｔｒｉｃ：圧電）素子等からなり、発振器１０７（図７参照）によって所定の駆動周波数の電圧が印加されると、この周波数の超音波振動を発生する。前記駆動周波数は、極めて高く設定されており、例えば、１ＭＨｚになっている。前記振動子１０４及び前記導波体１０５からなる超音波振動発生部１０３と、前記発振器１０７とにより、超音波励振装置が構成されている。
【０００８】
前記導波体１０５は、例えば、ジュラルミンから形成され、厚さＨ、すなわち、振動子１０４から発生する超音波振動の進行方向における寸法が前記超音波振動の半波長（λ／２）の略整数倍、理想的にはちょうど整数倍に設定され、共振長になっている。そして、前記導波体１０５は、前記振動子１０４が発生する前記超音波振動に共振して前記純水１０１に超音波振動を導いて励振し、前記純水１０１中に浸漬されている被洗浄物、例えば、シリコンウェーハ（図示せず）が洗浄される。
【０００９】
ここで、前記半波長（λ／２）は次のように算出される。
λ／２＝Ｃ／２ｆ
ただし、
λ：１波長
Ｃ：ジュラルミンの音速度＝５．１５×１０5ｃｍ
ｆ：周波数＝１０6Ｈｚ
したがって、λ／２＝２．６ｍｍである。
【００１０】
従来の前記導波体１０５は、前記厚さＨが５３ｍｍに設定されている。つまり、半波長λ／２（約２．６ｍｍ）の約２０倍になっており、厚さＨの値が大きく設定されている。したがって、前記導波体１０５が比較的大きい音響インピーダンスを有しており、前記導波体１０５の上方に外部負荷として存在する前記純水１０１が何らかの原因によって不足して、液面１０１ａが前記導波体１０５の上面よりも下方に低下した場合でも、空焚き状態、すなわち、装置全体としての音響インピーダンスが低下して前記振動子１０４の振動が大きくなるとともに、実効出力が増大して発熱することを抑制可能なものになっている。前記導波体１０５の音響インピーダンスは、具体的には次式
Ｒｍａ1＜Ｒｍａ2＜Ｒｍａ3 ・・・（１）
ただし、
Ｒｍａ1：振動子１０４の音響インピーダンス
Ｒｍａ2：導波体１０５の音響インピーダンス
Ｒｍａ3：純水１０１の音響インピーダンス
を満たす状態に設定されている。
【００１１】
前記実効出力の増大を抑制する作用は、次の式から明らかである。
Ｐａ＝Ｖａ2／Ｒｍａ  ・・・（２）
Ｒｍａ＝Ｒｍａ1＋Ｒｍａ2＋Ｒｍａ3  ・・・（３）
ただし、
Ｐａ：実効出力
Ｖａ：印加電圧（一定）
Ｒｍａ：洗浄装置全体（純水１０１を含む）としての音響インピーダンス
【００１２】
すなわち、前記純水１０１が減少して、音響インピーダンスＲｍａ3の値がほぼゼロになっても、前記導波体１０５が所要の大きさの音響インピーダンスＲｍａ2を有することから、実効出力Ｐａが大きく増大することがない構成になっている。
【００１３】
また、前記フランジ部１０５ａには、前記導波体１０５を冷却する手段として、前記導波体１０５の長手方向に沿って一対の貫通孔１０５ｂが形成されている。前記貫通孔１０５ｂの一端には、それぞれ、ニップル１０８ａが螺合しており、他端側には、それぞれ、ニップル１０８ｂが螺合している。
【００１４】
そして、前記ニップル１０８ａに接続したチューブ１０９ａを通じて前記貫通孔１０５ｂ内に冷却用流体として、例えば、純水が供給されるとともに、前記ニップル１０８ｂに接続したチューブ１０９ｂを通じて、冷却用流体としての前記純水が排出される構成になっている。
【００１５】
【発明が解決しようとする課題】
従来の前記超音波洗浄装置１１０は、以下のような利点を有している。
【００１６】
▲１▼前記導波体１０５の厚さＨが大きく設定されており、前記導波体１０５が比較的大きい音響インピーダンスを有している。したがって、前記導波体１０５の上方に外部負荷として存在する前記純水１０１が何らかの原因によって不足して、前記液面１０１ａが前記導波体１０５の上面よりも下方に低下した場合でも、空焚き状態、すなわち、装置全体としての音響インピーダンスが低下して前記振動子１０４の振動が大きくなるとともに、実効出力が増大して発熱することを抑制可能なものになっている。すなわち、前記振動子１０４を前記導波体１０５に固着している接着剤が劣化して剥離することや、前記振動子１０４自体が熱によって割れを生じることを防止することができるものになっている。
【００１７】
▲２▼前記導波体１０５の冷却手段として、前記フランジ部１０５ａに一対の貫通孔１０５ｂが形成され、純水等の冷却用流体を供給可能な構成を備えていることから、前記振動子１０４に悪影響を与える熱を可能な限り除去することができるとともに、一対の前記貫通孔１０５ｂは、前記導波体１０５から突出する状態に形成された前記フランジ部１０５ａに設けられていることから、前記導波体１０５が伝導する超音波振動に減衰等の悪影響を与えることがない構成になっている。
【００１８】
▲３▼空焚き防止のためにセンサー等からなるインターロック設備を設ける必要がないことから、保守が極めて容易なものになっている。
【００１９】
一方、近年、被洗浄物、例えば、液晶用ガラス基板等の大型化にともない、被洗浄物の大きさに合わせて前記超音波振動発生部１０３を長尺化することが求められている。すなわち、前記導波体１０５の長さＬ（図８参照）を大きく形成することによって、大型化した被洗浄物の表面全面にも対応可能な超音波洗浄装置が求められている。
【００２０】
しかしながら、従来の前記超音波洗浄装置１１０は、前記超音波励振装置を構成する前記導波体１０５の全周にわたって前記フランジ部１０５ａを有し、前記フランジ部１０５ａに形成した一対の貫通孔１０５ｂに純水等の冷却用流体を供給して前記導波体１０５を冷却する構成になっている。前記貫通孔１０５ｂは、旋盤等の切削加工により形成されることから、形成可能な前記貫通孔１０５ｂの長さには制限があり、前記導波体１０５の長さＬをこの制限以上に大きくする場合には、前記貫通孔１０５ｂを長さＬに対応する十分な長さに形成することが難しいという問題がある。
【００２１】
また、前記貫通孔１０５ｂを形成可能な長さに分割して形成するとともに、中継用パイプで連通する等の方法も考えられるが、加工に手間がかかり、低コスト化の点からも改善が求められている。
【００２２】
本発明は上記の点に鑑みてなされたものであって、洗浄用流体が減少した場合でも、実効出力の増大を確実に抑制することができるとともに、伝達する超音波振動に減衰等の悪影響を与えずに、かつ、被洗浄物の大きさに合わせて容易に長尺化することができる超音波励振装置を提供することを目的とする。また、前記超音波励振装置を備え、大型化した被洗浄物の表面全面に対応可能な超音波洗浄装置を提供することを目的とする。
【００２３】
【課題を解決するための手段】
本発明の超音波励振装置は、２００ＫＨｚ以上の超音波振動を発生する振動子と、前記振動子と結合して前記超音波振動を外部負荷に導く導波体と、前記導波体を冷却する冷却手段とを有する超音波励振装置であって、前記冷却手段は、前記導波体の側面に長手方向に沿って形成された溝と、前記溝に嵌装され冷却用流体が流入する冷却パイプとを有し、前記振動子は、前記導波体の側面にそれぞれ形成された前記溝同士の間の内側に配置された状態で前記導波体と結合するようにしたものである。
【００２４】
また、本発明の超音波洗浄装置は、洗浄用流体を貯留する処理槽と、前記洗浄用流体を励振する超音波励振装置とを備えた超音波洗浄装置であって、前記超音波励振装置は、２００ＫＨｚ以上の超音波振動を発生する振動子と、前記振動子と結合して前記超音波振動を外部負荷に導く導波体と、前記導波体を冷却する冷却手段とを有し、前記冷却手段は、前記導波体の側面に長手方向に沿って形成された溝と、前記溝に嵌装され冷却用流体が流入する冷却パイプとを有し、前記振動子は、前記導波体の側面にそれぞれ形成された前記溝同士の間の内側に配置された状態で前記導波体と結合するようにしたものである。
【００２５】
また、本発明の超音波洗浄装置は、洗浄用流体を連続的に供給するとともに、前記洗浄用流体が噴出するノズルを有するシャワー装置と、前記洗浄用流体に超音波振動を付与する超音波励振装置とを備えた超音波洗浄装置であって、前記超音波励振装置は、２００ＫＨｚ以上の超音波振動を発生する振動子と、前記振動子と結合して前記超音波振動を外部負荷に導く導波体と、前記導波体を冷却する冷却手段とを有し、前記冷却手段は、前記導波体の側面に長手方向に沿って形成された溝と、前記溝に嵌装され冷却用流体が流入する冷却パイプとを有し、前記振動子は、前記導波体の側面にそれぞれ形成された前記溝同士の間の内側に配置された状態で前記導波体と結合するようにしたものである。
【００２６】
また、本発明の超音波励振装置は、２００ＫＨｚ以上の超音波振動を発生する振動子と、前記振動子と結合して前記超音波振動を外部負荷に導く導波体と、前記導波体を冷却する冷却手段とを有する超音波励振装置であって、前記冷却手段は、前記導波体の側面に長手方向に沿って形成された溝と、前記溝に嵌装され冷却用流体が流入する冷却パイプとを有し、前記導波体及び前記振動子は、前記導波体の長手方向に直角な方向における幅をそれぞれ、Ｗ0、Ｗ、とし、前記溝の深さをｄとしたときに次式Ｗ0≧（Ｗ＋２ｄ）を満たすとともに、前記振動子が前記側面の外縁との間に有する隙間をＷ1としたときに次式Ｗ1≧ｄを満たすものである。
【００２７】
また、本発明の超音波洗浄装置は、洗浄用流体を貯留する処理槽と、前記洗浄用流体を励振する超音波励振装置とを備えた超音波洗浄装置であって、前記超音波励振装置は、２００ＫＨｚ以上の超音波振動を発生する振動子と、前記振動子と結合して前記超音波振動を外部負荷に導く導波体と、前記導波体を冷却する冷却手段とを有し、前記冷却手段は、前記導波体の側面に長手方向に沿って形成された溝と、前記溝に嵌装され冷却用流体が流入する冷却パイプとを有し、前記導波体及び前記振動子は、前記導波体の長手方向に直角な方向における幅をそれぞれ、Ｗ0、Ｗ、とし、前記溝の深さをｄとしたときに次式Ｗ0≧（Ｗ＋２ｄ）を満たすとともに、前記振動子が前記側面の外縁との間に有する隙間をＷ1としたときに次式Ｗ1≧ｄを満たすものである。
【００２８】
また、本発明の超音波洗浄装置は、洗浄用流体を連続的に供給するとともに、前記洗浄用流体が噴出するノズルを有するシャワー装置と、前記洗浄用流体に超音波振動を付与する超音波励振装置とを備えた超音波洗浄装置であって、前記超音波励振装置は、２００ＫＨｚ以上の超音波振動を発生する振動子と、前記振動子と結合して前記超音波振動を外部負荷に導く導波体と、前記導波体を冷却する冷却手段とを有し、前記冷却手段は、前記導波体の側面に長手方向に沿って形成された溝と、前記溝に嵌装され冷却用流体が流入する冷却パイプとを有し、前記導波体及び前記振動子は、前記導波体の長手方向に直角な方向における幅をそれぞれ、Ｗ0、Ｗ、とし、前記溝の深さをｄとしたときに次式Ｗ0≧（Ｗ＋２ｄ）を満たすとともに、前記振動子が前記側面の外縁との間に有する隙間をＷ1としたときに次式Ｗ1≧ｄを満たすものである。
【００３１】
【発明の実施の形態】
次に、本発明の第１実施例として、洗浄槽タイプの超音波洗浄装置（超音波励振装置を含む）を図１乃至図３を参照して説明する。
【００３２】
図１は、本発明の第１実施例である洗浄槽タイプの超音波洗浄装置を示す一部断面を含む側面図であり、図２は、本発明の第１実施例である洗浄槽タイプの超音波洗浄装置が備える超音波振動発生部を示す斜視図である。図３は、図２に示す超音波振動発生部のＡ−Ａ縦断面図である。
【００３３】
図１に示すように、前記超音波洗浄装置１０ａは、洗浄用流体として、例えば、純水１を貯留するとともに、被洗浄物を収容する処理槽３と、前記処理槽３の底部に装着された超音波振動発生部５とを備えている。
【００３４】
図２及び図３にも示すように、前記超音波振動発生部５は、直方体状に形成された導波体９と、矩形板状に形成され、片面側で前記導波体９に対して接着剤等により結合された振動子７とを有している。
【００３５】
前記超音波振動発生部５は、前記導波体９側が接液する状態で前記処理槽３の底部に形成された開口部３ａに挿通されており、前記導波体９の外周面と前記開口部３ａの内縁３ｂとの間にパッキン１４が全周にわたって介装されて前記処理槽３の底部に密着固定されている。前記パッキン１４は、液密及び吸振部材として作用するものである。
【００３６】
前記振動子７は、発振器１２によって所定の駆動周波数の電圧が印加されると、この周波数の超音波振動を発生する。前記駆動周波数は、２００ＫＨｚ以上の極めて高い値に設定されており、本実施例では、１ＭＨｚになっている。前記振動子７及び前記導波体９からなる超音波振動発生部５と、前記発振器１２と、後述する前記導波体９の冷却手段とにより、超音波励振装置が構成されている。
【００３７】
前記導波体９は、前記振動子７が発生する超音波振動に共振し、前記超音波振動を前記純水１に導く部材として作用する。なお、本実施例では、前記導波体９は、前記超音波振動を前記純水１に伝達するのみであり、機械的に増幅する作用は有していないが、形状等を適宜変更して増幅機能をもたせてもよい。
【００３８】
前記導波体９は、ジュラルミンやステンレス鋼（ＳＵＳ）を素材として形成される。本実施例では、より好ましい例としてジュラルミンを使用している。また、前記導波体９は、従来の前記導波体１０５と同様に、厚さＨ、すなわち、前記振動子７から発生する超音波振動の進行方向における寸法が、前記導波体９の素材、この場合、ジュラルミンの音速度に基づいて計算される超音波振動の半波長（λ／２）の略整数倍、理想的にはちょうど整数倍に設定され、共振長になっている。
【００３９】
前記厚さＨは、従来の前記導波体１０５と同様に、本実施例においても５３ｍｍになっており、半波長λ／２（約２．６ｍｍ）の約２０倍に設定されている。すなわち、前記厚さＨを大きく設定することにより、前記導波体９が、比較的大きな音響インピーダンスを有するものになっている。また、前記導波体９の音響インピーダンスは、従来の前記導波体１０５と同様に、具体的には、前記式（１）を満たす状態に設定されている。
【００４０】
前記厚さＨの値は、前記導波体９の上方に存在する外部負荷としての前記純水１が有する音響インピーダンスとの関係や、伝達する超音波エネルギーの大きさ等に応じて任意に変更可能である。ちなみに、従来、本実施例のような高い周波数帯域では超音波エネルギーの浪費、つまり発熱量が大きく、例えば、半波長の２〜３倍の厚さにすることが限度であると常識的に認識されていた。
【００４１】
本実施例では、前記導波体９をジュラルミンを素材として形成しているが、ジュラルミンは、密度（ρ）が約２．８ｇ／ｃｍ3 であり、鉄やステンレス鋼と比較して約１／３になっている。すなわち、高い周波数の超音波振動に対して大変ロスの少ない材質であり、前記厚さＨを大きく設定した前記導波体９の素材として好適である。ただし、導波体として適用可能であり、ジュラルミンと同等、または、それ以下の密度を有する材質であれば使用可能であることはもちろんであり、例えば、石英、アルミニウム、アルミニウム合金等を使用してもよい。また、使用する洗浄用流体に対応して、導波体の材質の耐食性を大きくしたい場合には、例えば、タンタル、チタン等が使用可能である。
【００４２】
また、図２及び図３にも示すように、前記導波体９の前記振動子７から発生する超音波振動の進行方向（前記厚さＨの方向）に対して直角な方向における寸法、すなわち、長さＬ及び幅Ｗ0は、本実施例では、それぞれ、１３６ｍｍ、４６ｍｍに設定されており、半波長λ／２（約２．６ｍｍ）のそれぞれ、約５２倍、約１８倍になっているが、前記長さＬ及び前記幅Ｗ0は、被洗浄物の大きさや前記処理槽３の大きさに応じて可変である。
【００４３】
すなわち、前記長さＬ及び前記幅Ｗ0は、前記振動子７の駆動周波数に例えば、約２０ＫＨｚのように比較的低い周波数帯を使用するものと仮定すると、前記導波体９がポアソン（ｐｏｉｓｓｏｎ）比の影響によって横振動することを抑制するために、λ／３以下の大きさに設定する必要がある。また、前記長さＬ及び前記幅Ｗ0を大きく設定したい場合には、λ／３以下のピッチでスリットを形成し、あたかもλ／３以下の寸法の小さな導波体が互いに振動の影響を及ぼし合わない状態で結合したような形態をとる必要がある。これは、横振動の発生によって導波体自体で振動エネルギーが消費されることを防ぐとともに、横振動が伴わないきれいな縦振動を前記純水１に付与するためである。
【００４４】
一方、２００ＫＨｚ以上の極めて高い周波数、例えば、本実施例で設定している１ＭＨｚの駆動周波数では、前記ポアソン比の悪影響、すなわち、横振動の発生がないことが本願出願人による実験から確かめられており、前記導波体９の前記長さＬ及び前記幅Ｗ0は、理論的には、無制限に大きくすることができる。したがって、前記導波体９は、スリットを形成する必要がなく、前記長さＬ及び前記幅Ｗ0を任意に設定してλ／３以上の大きさにすることができるものになっている。
【００４５】
次に、本発明の超音波励振装置が備える前記導波体９の冷却手段について説明する。
【００４６】
図１及び図２に示すように、前記導波体９は、前記振動子７を有する面に直交し、かつ、前記導波体９の長手方向（前記長さＬ方向）に沿う両側面９ａ上に、それぞれ、前記導波体９と等しい長さ（前記長さＬ）に形成された溝９ｂを備えている。前記溝９ｂは、本実施例では、前記導波体９の長手方向（前記長さＬ方向）に沿って、前記両側面９ａの厚さＨ方向における中央部に形成され、前記振動子７から発生する超音波振動の進行方向（前記厚さＨの方向）における断面形状が半径約３ｍｍの半円形状になっている。すなわち、前記溝９ｂは、深さｄ（図３参照）が約３ｍｍになっている。
【００４７】
そして、本実施例では、前記溝９ｂ内にシリコン系接着剤を塗布するとともに冷却パイプ８を嵌装し、前記冷却パイプ８を押さえ金具２９ａ及びねじ２９ｂによって前記導波体９の前記側面９ａ上に固定した構成になっている。
【００４８】
前記溝９ｂ内にシリコン系接着剤を塗布することによって、前記冷却パイプ８と前記溝９ｂとの間に弾性膜２９ｃが形成される。前記弾性膜２９ｃは、吸振部材として作用するとともに、前記冷却パイプ８と前記溝９ｂとの密着性を高める部材として作用する。すなわち、前記弾性膜２９ｃによって、冷却パイプ８による前記導波体９に対する冷却効果を高めることができるものになっている。なお、前記冷却パイプ８の固定法は種々の方法を採用可能であり、例えば、押さえ金具２９を前記導波体９に対して溶接や接着により固定してもよい。また、前記弾性膜２９ｃの構成は、本実施例に限らず、ゴムや合成樹脂からなる弾性膜を前記冷却パイプ８と前記溝９ｂとの間に介装してもよい。
【００４９】
前記冷却パイプ８は、この場合、ステンレス等の金属からなり、前記厚さＨ方向における断面形状が円形になっている。また、前記冷却パイプ８は、前記導波体９の長さＬに等しい長さを有し、本実施例では、外径が６ｍｍ、内径が５ｍｍのものを使用している。したがって、前記冷却パイプ８は、外径の略半分が前記溝９ｂ内に埋没した状態で前記導波体９に固定される構成になっている。
【００５０】
また、前記冷却パイプ８の一方の端部には、それぞれ、ニップル２８ａが嵌合し、他方の端部には、それぞれ、ニップル２８ｂが嵌合している。前記ニップル２８ａには、それぞれ、チューブ３０ａが連通しており、前記ニップル２８ａ及び前記チューブ３０ａを通じて冷却流体として、例えば、純水が供給されて前記冷却パイプ８内に流入する。また、他方の前記ニップル２８ｂには、それぞれ、チューブ３０ｂが連通しており、前記ニップル２８ｂ及び前記チューブ３０ｂを通じて、前記冷却パイプ８内に供給された純水が排出される構成になっている。すなわち、前記冷却パイプ８に流入した冷却用流体が流動することにより、前記導波体９を冷却する構成になっている。
【００５１】
また、図２に示すように、給水側の前記チューブ３０ａは、ソケット３３ａから分岐しており、より太いホース３４ａを経て給水源から供給される純水を導く。また、排水側の前記チューブ３０ｂはソケット３３ｂによりまとめられており、他の太いホース３４ｂを経て使用後の冷却用流体、この場合、純水を排水する構成になっている。
【００５２】
なお、排水側の前記チューブ３０ｂを設けずに、前記冷却パイプ８から排出される純水を前記処理槽３内に注ぐ構成にしてもよい。この場合、前記処理槽３内に注がれた純水は、前記処理槽３の上縁から、いわゆるオーバーフロー方式で徐々に排出される。すなわち、他の給水設備を設ける必要がないことから、コストを低減することができる。
【００５３】
前記溝９ｂ、前記冷却パイプ８、前記弾性膜２９、前記ニップル２８ａ、前記ニップル２８ｂ、前記チューブ３０ａ、前記チューブ３０ｂ、前記ソケット３３ａ、前記ソケット３３ｂ、前記ホース３４ａ、前記ホース３４ｂ等により前記導波体９の冷却手段が構成されている。前記冷却手段は、前記導波体９が自己共振することによって、高熱とはならないながらもある程度は熱を帯びることに対して設けられたものであり、前記振動子７に悪影響を与える熱を高効率で除去して、前記振動子７の長時間の連続作動を可能にするものである。
【００５４】
また、前記冷却手段は、前記導波体９に前記溝９ｂを形成し、前記溝９ｂ内に前記冷却パイプ８を嵌装した簡単な構成であることから、前記導波体９の長さＬに対応した長さに形成することが容易であるとともに、低コストであり、前記導波体９の大型化に容易に対応可能なものになっている。
【００５５】
なお、本実施例では、前記溝９ｂは、前記側面９ａの厚さＨ方向における中央部に形成されているが、前記溝９ｂを形成する位置は適宜可変である。また、本実施例では前記冷却パイプ８の前記厚さＨ方向における断面形状が円形であり、これに対応して、前記溝９ｂの前記厚さＨの方向における断面形状も半円形状になっているが、前記冷却パイプ８及び前記溝９ｂの断面形状は種々のものが採用可能であり、例えば、三角形、四角形等の多角形状にしてもよい。
【００５６】
また、本実施例では、前記冷却パイプ８として、外径が６ｍｍ、内径が５ｍｍのものを使用している。すなわち、前記冷却パイプ８の肉厚を１ｍｍの薄肉に設定することにより、前記導波体９に対する冷却効果を向上させたものになっているが、前記冷却パイプ８の寸法は、適宜選択することができる。
【００５７】
次に、前記導波体９を励振する前記振動子７について説明する。
【００５８】
図２及び図３にも示すように、前記振動子７の長さは、前記導波体９の長さＬ（図２参照）とほぼ等しく、本実施例では、幅Ｗが約４０ｍｍ、厚みｔは、約２ｍｍに設定されている。
【００５９】
前記振動子７は、ＰＺＴ（ｐｉｅｚｏｅｌｅｃｔｒｉｃ：圧電）素子１６と、前記ＰＺＴ素子１６の上下両面に全面にわたって貼着された電極板１７及び電極板１８有し、前記ＰＺＴ素子１６と、上側の前記電極板１７の角部の一つが切除されている。そして、この切除部分において、下側の前記電極板１８が前記電極板１７との間に弧状の隙間２０を有する状態で上側、すなわち、前記電極板１７と同一平面上に折り返されて電極部１８ａになっている。
【００６０】
また、前記発振器１２（図１参照）から所定駆動周波数の電圧を印加するための２本の送電ワイヤ２２ａ及び送電ワイヤ２２ｂのいずれか一方ずつが、前記電極板１７の所定位置及び前記電極板１８の前記電極部１８ａに接続されている。
【００６１】
また、前記振動子７は、前記両側面９ａの外縁との間に、それぞれ、隙間Ｗ1を有する状態で接着剤等により、前記導波体９に対して結合されている。前記隙間Ｗ1は、本実施例では、約３ｍｍに設定されており、前記溝９ｂの前記深さｄにほぼ等しくなっている。すなわち、前記振動子７は、前記両側面９ａにそれぞれ形成された前記溝９ｂ同士の間の内側に配置された状態で前記導波体９と結合しており、前記振動子７が発生する超音波振動は、前記溝９ｂによって減衰や反射等の悪影響を受けることがない構成になっている。なお、前記冷却パイプ８を固定する前記ねじ２９ｂについても、長さを前記隙間Ｗ1の範囲内に設定しており、前記振動子７が発生する超音波振動に悪影響を与えることがない構成になっている。
【００６２】
本実施例の前記振動子７と前記導波体９との関係は、次の式により表すことができる。
【００６３】
すなわち、前記導波体９の長手方向に直角な方向における前記導波体９の幅Ｗ0及び前記振動子７の幅Ｗを次の式
Ｗ0≧（Ｗ＋２ｄ）  ・・・（４）
ただし、
Ｗ0：導波体９の幅
ｄ：溝９ｂの深さ
Ｗ：振動子７の幅
を満たす状態に設定するとともに、前記振動子７が前記両側面９ａの外縁との間に有する隙間Ｗ1を次の式
Ｗ1≧ｄ  ・・・（５）
を満たす状態に設定すれば、前記振動子７から発生する超音波振動が前記導波体９に形成した前記溝９ｂによって、減衰や反射等の悪影響を受けることを防ぐことができる。
【００６４】
上述の構成からなる本発明の第１実施例である前記超音波洗浄装置１０ａは、前記発振器１２から印加された高周波の電圧により前記振動子７が励振され、超音波振動が発生する。そして、発生した超音波振動は、前記導波体９を介して前記処理槽３内の洗浄用流体である前記純水１に伝達されて前記純水１中に浸漬されている被洗浄物、例えば、シリコンウェーハ等が洗浄される構成になっている。
【００６５】
前記超音波洗浄装置１０ａは、例えば、以下のような効果を奏する。
【００６６】
▲１▼従来の前記導波体１０５と同様に、本発明の超音波励振装置が備える前記導波体９は、厚さＨが大きく設定されており、前記導波体９が前記式（１）を満たす比較的大きい音響インピーダンスを有している。したがって、前記導波体９の上方に外部負荷として存在する洗浄用流体としての前記純水１が何らかの原因によって不足して、液面１ａが前記導波体９の上面よりも下方に低下した場合でも、空焚き状態、すなわち、装置全体としての音響インピーダンスが低下して前記振動子７の振動が大きくなるとともに、実効出力が増大して発熱することを抑制することができる。すなわち、前記振動子７を前記導波体９に固着している接着剤が劣化して剥離することや、前記振動子７自体が熱によって割れを生じることを防止することができるものになっている。
【００６７】
▲２▼前記導波体９の前記冷却手段が前記導波体９に前記溝９ｂを形成するとともに、前記溝９ｂ内に前記冷却パイプ８を嵌装した簡単な構成であることから、前記導波体９の長さＬに対応した長さに形成することが容易、かつ、低コストであり、前記導波体９の大型化に容易に対応可能なものになっている。
【００６８】
▲３▼前記導波体９の幅Ｗ0と前記振動子７の幅Ｗとの関係を前記式（４）を満たす状態に設定するとともに、前記振動子７が前記両側面９ａの外縁から有する隙間Ｗ1を前記式（５）を満たす状態に設定することにより、前記振動子７を前記溝９ｂ同士の間の内側に配置し、前記振動子７から発生する超音波振動が前記溝９ｂによって、減衰や反射等の悪影響を受けることがない構成になっている。
【００６９】
▲４▼空焚き防止のためにセンサー等からなるインターロック設備を設ける必要がないことから、保守が極めて容易なものになっている。
【００７０】
次に、本発明の第２実施例として、前記第１実施例と同様の効果を奏するノズルシャワータイプの超音波洗浄装置について、図４及び図５を参照して説明する。
【００７１】
図４は、本発明の第２実施例としての超音波洗浄装置を示す一部断面を含む側面図であり、図５は、本発明の第２実施例としての超音波洗浄装置を示す一部断面を含む正面図である。ただし、図４及び図５において、第１実施例と同一または対応する構成部分については、同じ参照符号を用いて示している。また、以下の説明において、第１実施例と説明が重複する部分については省略して要部について説明する。
【００７２】
図４及び図５に示すように、本発明の第２実施例としての超音波洗浄装置１０ｂは、カバー４５内に前記超音波振動発生部５を内蔵している。前記カバー４５は、内部空間が隔壁４５ａによって上下２層に隔てられ、前記超音波振動発生部５が備える前記振動子７が上層４７側に位置しており、前記導波体９が下層４８側に位置している。前記超音波振動発生部５は、前記カバー４５の側部４５ｃ及び前記隔壁４５ａの内縁４５ｄと、前記導波体９の外周面との間に前記パッキン１４が全周にわたって介装されて前記カバー４５に対して密着固定されている。前記パッキン１４は前記上層４７側の液密性を確保するとともに、吸振部材として作用するものである。
【００７３】
前記下層４８には、前記カバー４５の側部に設けられたソケット５０を通じて洗浄用流体、例えば、前記純水１が連続的に注入され、この注入された前記純水１に対して前記導波体９によって超音波振動が付与される。
【００７４】
超音波振動が付与された前記純水１は、カバー４５のノズル４５ｂから矢印Ｆ方向に噴出してシャワーとして供給される。前記ノズル４５ｂを含む前記カバー４５と、前記カバー４５内に前記純水１を連続的に供給するポンプ等（図示せず）とを、シャワー装置と総称する。
【００７５】
本発明の第２実施例としての前記超音波洗浄装置１０ｂは、被洗浄物、例えば、液晶用ガラス基板やシリコンウェーハを前記ノズル４５ｂから噴出するシャワーにさらして洗浄する構成になっている。前記超音波洗浄装置１０ｂにおいても、本発明の第１実施例としての前記超音波洗浄装置１０ａと同様の作用効果が得られる。
【００７６】
すなわち、例えば、
▲１▼前記導波体９の厚さＨが大きく設定され、前記導波体９の音響インピーダンスが前記式（１）を満たす比較的大きいものになっている。したがって、前記導波体９の外部負荷として存在する洗浄用流体としての前記純水１の供給量が不足した場合や、前記導波体９の下面、すなわち、発振面に沿って泡５３が溜まった場合でも、実効出力の増大による発熱を抑制することができる。
【００７７】
▲２▼前記導波体９の冷却手段を有することから、前記振動子７に悪影響を与える熱を高効率で除去することができる。また、前記冷却手段は、前記導波体９に前記溝９ｂを形成するとともに、前記溝９ｂ内に前記冷却パイプ８を嵌装した簡単な構成であることから、前記導波体９の長さＬに対応した長さに形成することが容易、かつ、低コストであり、前記導波体９の大型化に容易に対応可能なものになっている。
【００７８】
▲３▼前記導波体９の幅Ｗ0と前記振動子７の幅Ｗとの関係を前記式（４）を満たす状態に設定するとともに、前記振動子７が前記両側面９ａの外縁から有する隙間Ｗ1を前記式（５）を満たす状態に設定することにより、前記振動子７を前記溝９ｂ同士の間の内側に配置している。すなわち、前記振動子７から発生する超音波振動が前記溝９ｂによって、減衰や反射等の悪影響を受けることがない。
【００７９】
▲４▼空焚き防止のためにインターロック設備を設ける必要がないことから、保守が極めて容易である。
等の作用効果を奏するものになっている。
【００８０】
次に本発明の第３実施例として、投入タイプの超音波励振装置について図６を参照して説明する。
【００８１】
図６は、本発明の第３実施例としての投入タイプの超音波励振装置を示す一部断面を含む側面図である。ただし、図６において、第１実施例及び第２実施例と同一または対応する構成部分については、同じ参照符号を用いて示している。また、以下の説明において、第１実施例及び第２実施例と説明が重複する部分については省略して要部について説明する。
【００８２】
図６に示すように、本発明の第３実施例としての超音波励振装置１０ｃは、前記振動子７及び前記導波体９からなる前記超音波振動発生部５の下半分、すなわち、前記振動子７を含む部分を囲繞して液密性を保持する密閉ケース５５を有しており、前記導波体９の発振面が前記密閉ケース５５の外に露出した状態になっている。前記超音波励振装置１０ｃは、前記密閉ケース５５を含む前記超音波振動発生部５と、前記振動子７に所定周波数の電圧を印加する前記発振器１２と、前記導波体９の前記冷却手段とにより構成されている。
【００８３】
前記超音波励振装置１０ｃは、前記密閉ケース５５を含む前記超音波振動発生部５を前記処理槽３内の洗浄用流体、例えば、前記純水１中に投入して使用する構成のものである。そして、被洗浄物としてのシリコンウェーハ等を前記純水１に浸漬し、前記導波体９が伝達する超音波振動によって前記純水１を励振して洗浄を行う構成になっている。
【００８４】
本発明の第３実施例としての前記超音波励振装置１０ｃにおいても、第１実施例及び第２実施例と同様の作用効果を得ることができる。
【００８５】
すなわち、例えば、前記導波体９の音響インピーダンスは、前記式（１）を満たす状態に設定されており、前記処理槽３内の前記純水１がほとんどない状態であっても、実効出力の増大による発熱を抑制することができるとともに、前記導波体９の冷却手段を有することから、前記振動子７に悪影響を与える熱を高効率で除去することができる。また、前記冷却手段は、前記導波体９に前記溝９ｂを形成するとともに、前記溝９ｂ内に前記冷却パイプ８を嵌装した簡単な構成であることから、前記導波体９の長さＬに対応した長さに形成することが容易、かつ、低コストであり、前記導波体９の大型化に容易に対応可能なものになっている。
【００８６】
なお、各実施例においては、冷却用流体として純水を用いているが、冷却に適した流体であれば、種々の流体を適宜使用可能である。また、各実施例においては、洗浄用流体として、純水を用いているが、洗浄の目的や被洗浄物の素材等に応じて、種々の洗浄用流体を使用することができる。
【００８７】
また、各実施例においては、前記導波体９が直方体状に形成されているが、例えば、円盤状など、設置するスペースの形状に応じて種々の形状を採用することができる。
【００８８】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の超音波励振装置によれば、洗浄用流体が減少した場合でも、実効出力の増大を確実に抑制することができるとともに、伝達する超音波振動に減衰等の悪影響を与えずに、かつ、被洗浄物の大きさに合わせて容易に長尺化することができる。また、前記超音波励振装置を備えた本発明の超音波洗浄装置によれば、大型化した被洗浄物の表面全面に容易に対応することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施例である洗浄槽タイプの超音波洗浄装置を示す一部断面を含む側面図である。
【図２】図１に示す超音波洗浄装置が備える超音波振動発生部を示す斜視図である。
【図３】図２に示す超音波振動発生部のＡ−Ａ縦断面図である。
【図４】本発明の第２実施例としての超音波洗浄装置を示す一部断面を含む側面図である。
【図５】本発明の第２実施例としての超音波洗浄装置を示す一部断面を含む正面図である。
【図６】本発明の第３実施例としての投入タイプの超音波励振装置を示す一部断面を含む側面図である。
【図７】従来の超音波洗浄装置を示す一部断面を含む側面図である。
【図８】図７に示す超音波洗浄装置が備える従来の超音波振動発生部を示す斜視図である。
【符号の説明】
１              純水
１ａ            液面
３              処理槽
３ａ            開口部
３ｂ            内縁
５              超音波振動発生部（超音波励振装置）
７              振動子（超音波振動発生部）
８              冷却パイプ
９              導波体（超音波振動発生部）
９ａ            側面
９ｂ            溝
１０ａ            超音波洗浄装置（第１実施例）
１０ｂ            超音波洗浄装置（第２実施例）
１０ｃ            超音波励振装置（第３実施例）
１２              発振器（超音波励振装置）
１４              パッキン
１６              ＰＺＴ素子
１７，１８        電極板
２８ａ，２８ｂ    ニップル
２９ａ            押さえ金具
２９ｃ            弾性膜
３０ａ，３０ｂ    チューブ
４５              カバー
４５ａ            隔壁
４５ｂ            ノズル
４５ｃ            側部
４５ｄ            内縁
４７              上層
４８              下層
５３              泡
５５              密閉ケース
【図１】
0003769407.tif 000002
【図２】
0003769407.tif 000003
【図３】
0003769407.tif 000004
【図４】
0003769407.tif 000005
【図５】
0003769407.tif 000006
【図６】
0003769407.tif 000007
【図７】
0003769407.tif 000008
【図８】
0003769407.tif 000009