(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
振動板と、前記振動板の主たる面に固着された振動子を有して該振動板を厚み方向に励振する超音波励振手段とを備え、前記振動板の底部の厚みが前記振動子の駆動周波数における１／２波長の整数倍となるように凹部を形成し、該凹部内に前記振動子が固着されてなることを特徴とする超音波振動発生装置。
【請求項２】
前記振動子は複数並べて設けられ、該振動子間に、他の部分にしてリブ状の部分が形成されていることを特徴とする請求項１記載の超音波振動発生装置。
【請求項３】
前記リブ状の部分は縦横に格子状を呈して形成されていることを特徴とする請求項２記載の超音波振動発生装置。
【請求項４】
洗浄用流体を貯留する貯留槽と、前記貯留槽の外面に固着された振動子を有して該貯留槽を厚み方向に励振する超音波励振手段とを備え、前記貯留槽の底部の厚みが前記振動子の駆動周波数における１／２波長の整数倍となるように凹部を形成し、該凹部内に前記振動子が固着されてなることを特徴とする超音波洗浄装置。
【請求項５】
前記振動子は複数並べて設けられ、該振動子間に、他の部分にしてリブ状の部分が形成されていることを特徴とする請求項４記載の超音波洗浄装置。
【請求項６】
前記リブ状の部分は縦横に格子状を呈して形成されていることを特徴とする請求項５記載の超音波洗浄装置。
【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電子部品等の洗浄に供されて好適な超音波振動発生装置及び超音波洗浄装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
図９は、従来の超音波振動発生装置を具備した洗浄装置を示し、又、図１０は従来の超音波洗浄装置を示す。
【０００３】
図９に示すように、超音波振動発生装置１は、筒状の側板２の下端部にパッキン３を介して液密状態に締結して該側板２と共に洗浄槽５を構成する。この洗浄槽５内には例えば純水等からなる洗浄用流体７が貯留され、シリコンウェーハ（図示せず）などの被洗浄物が該洗浄用流体７中に浸漬され、洗浄が行われる。
【０００４】
前記超音波振動発生装置１は、平板状に形成された振動板９と、該振動板９の主たる面に固着された振動子１０とを有している。この振動板９と前記側板２は、例えばステンレス鋼や石英などを素材として形成される。
【０００５】
前記振動子１０は、例えばＰＺＴ（ｐｉｅｚｏｅｌｅｃｔｒｉｃ：圧電）素子を含み、図示しない発振器によって該ＰＺＴ素子に所定周波数の電圧を印加して所定の駆動周波数による超音波振動を発する。
【０００６】
前記発振器による駆動周波数は例えば約５００ＫＨ以上に設定される。かかる高い周波数帯域は、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被洗浄物へのダメージがない点、波長が短いが故に定在波の影響がなく斑のない洗浄効果が得られる点等々、超精密洗浄に好適である。
【０００７】
前記振動子１０が発する超音波エネルギーを伝達する振動板９の厚みは、駆動周波数における１／２波長の整数倍に設定されている。これによって、振動板９は共振し、音響的損失が小さく（理論的には零）なり前記振動子１０からの超音波エネルギーが損なわれることなく有効に伝達される。
【０００８】
前記振動板９としては、具体的には、市販されている種々の板材の中で該数値の厚みを有するものがあればこれを選定し、又は該数値よりも大きな板厚のものに切削加工を施して得られる。
【０００９】
上述した洗浄装置においては、前記発振器より印加される駆動電圧によって振動子１０が作動し、超音波振動が発せられる。この超音波振動の縦波が前記振動板９を経て洗浄用流体７に伝播し、該洗浄用流体７が励振される。よって、洗浄用流体７中に浸漬されている被洗浄物、本例の場合シリコンウェーハが洗浄される。
【００１０】
一方、図１０に示す超音波洗浄装置１２は、洗浄用流体７を貯留する貯留槽１４を有し、この貯留槽１４の底部外面に振動子１０が固着されている。作用等は図９に示した装置と同様である。この超音波洗浄装置においても、貯留槽１４の底部は駆動周波数の共振長に設定され、該共振長に合致した厚みの板材にて貯留槽１４を製作する。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
上述した超音波振動発生装置及び超音波洗浄装置は、これを使用することによって超精密洗浄を可能とするものであり、例えば半導体産業において多用されている。ところが、従来の装置では下記の問題がある。
【００１２】
すなわち、近時、ＵＬＳＩ（超大規模集積回路）の高集積化などに伴い洗浄効率を向上させるため更に高い周波数帯域の利用が進められる傾向にある。そのため、共振長に設定される前記振動板９及び貯留槽１４の底部の厚みをより薄くする試みがなされている。他方、被洗浄物であるシリコンウェーハは大径のものに推移しつつあり、これを収容して洗浄するための槽の大型化が図られている。これらの点から、次の不都合が生じている。
【００１３】
つまり、前記振動板９、貯留槽１４の底部が薄くなることは剛性の低下を来し、これらに対する振動子１０の接着性や板材の加工性が悪化し、製作が困難になっている。因みに、振動板９及び貯留槽１４の材質をステンレス鋼とし、駆動周波数を３ＭＨｚとし、１／２波長の倍数たる整数を１に設定すると、共振する板厚は１ｍｍとなり、極めて薄い。
【００１４】
また、槽の底部には貯留した洗浄用流体７による大きな圧力が加わるから、薄く大型の槽では変形し易く、この点からも実用化が難しい。
【００１５】
本発明は上記従来技術の欠点に鑑みてなされたものであって、その目的とするところは、製造作業面及び機械的強度の両観点での困難を克服し、以て極く高い周波数帯域の駆動周波数の利用と、大きな被洗浄物の洗浄を可能とした超音波振動発生装置及び超音波洗浄装置を提供することである。
【００１６】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明による超音波振動発生装置は、振動板と、該振動板の主たる面に固着された振動子を有して該振動板を厚み方向に励振する超音波励振手段とを備え、前記振動板の底部の厚みが前記振動子の駆動周波数における１／２波長の整数倍となるように凹部を形成し、該凹部内に前記振動子が固着されてなることを特徴とするものである。
【００１７】
また、同目的を達成するために、本発明による超音波洗浄装置は、洗浄用流体を貯留する貯留槽と、前記貯留槽の外面に固着された振動子を有して該貯留槽を厚み方向に励振する超音波励振手段とを備え、前記貯留槽の底部の厚みが前記振動子の駆動周波数における１／２波長の整数倍となるように凹部を形成し、該凹部内に前記振動子が固着されてなることを特徴とするものである。
【００１８】
加えて、前記超音波振動発生装置及び超音波洗浄装置に関して、前記振動子は複数並べて設けられ、該振動子間に、他の部分にしてリブ状の部分が、形成されている。
【００１９】
また、前記リブ状の部分は縦横に格子状を呈して形成されている。
【００２０】
【発明の実施の形態】
次に、本発明の実施例を添付図面を参照しつつ説明する。
【００２１】
図１及び図２は、本発明の第１実施例としての超音波振動発生装置を示すものである。但し、本実施例は、以下に説明する部分を除いて図９に示した従来の超音波振動発生装置１と同様に構成されており、装置全体としての説明は重複する故に省略し、要部の説明のみに留める。
【００２２】
また、以下の説明において、上記従来例と同一又は対応する構成部分に関しては同じ参照符号を用いて示している。
【００２３】
図示のように、第１実施例の超音波振動発生装置２１では、振動板９は、振動子１０が固着された部分及びその近傍が他の部分に対して凹部９ａとして形成されている。この凹部９ａは振動板９の外周部分を除いて大きく形成されており、振動子１０は複数、この場合３つが該凹部９ａ内に一列に並べて収容されている。
【００２４】
なお、本実施例では各々の振動子１０が矩形板状に形成されていることから前記凹部９ａもこれに対応して矩形状となされているが、振動子１０及び凹部９ａの形状は必要に応じて変えられることは勿論である。
【００２５】
前記振動子１０は接着等の手法により前記凹部９ａ内に装着される。図２に示すように、振動子１０は、ＰＺＴ（ｐｉｅｚｏｅｌｅｃｔｒｉｃ：圧電）素子１０ａ（図において細かな点によるハッチングで示している）と、該ＰＺＴ素子１０ａの上下両面に接着された電極板１０ｂ、１０ｃとからなる。
【００２６】
前記各振動子１０は、発振器２３により駆動される。詳しくは、この発振器２３からの送電用ワイヤが各振動子１０の電極板１０ｂ、１０ｃに接続され、該発振器２３から所定周波数の電圧が印加されることで前記ＰＺＴ素子１０ａが作動し、該周波数の超音波振動を発する。
【００２７】
前記各振動子１０及び発振器２３を、超音波励振手段と総称する。
【００２８】
前記凹部９ａの底部の厚み：ｔ1は、振動子１０による駆動周波数における１／２波長の整数：ｎ倍に設定されている。これによって、該振動子１０は共振し、音響的損失が小さく（理論的には零）なり前記振動子１０からの超音波エネルギーはほとんど損なわれることなく有効に伝達される。
【００２９】
前記１／２（半）波長：λ／２は次のように算出される。
【００３０】
λ／２＝Ｃ／２ｆ
ここで、
λ：１波長
Ｃ：振動板９の材質の振動伝播音速
ｆ：駆動周波数 
【００３１】
振動板９の材質として例えばステンレス鋼を選定すれば前記Ｃの値は５１８０ｍ／ｓｅｃであり、又、駆動周波数ｆを例えば３Ｍ（１０6）Ｈｚとし、前記整数ｎを１に設定すれば、前記厚み：ｔ1は約１ｍｍとなる。
【００３２】
ここで、当該超音波振動発生装置２１の製造方法について説明する。
【００３３】
まず、前記厚みｔ1よりもかなり大きい板厚Ｔ1（例えば５ｍｍ）を有する素材、例えばステンレス鋼板を用意する。そして、該素材を切断して振動板として適当な大きさの原形を得、この原形に対して切削加工（正面フライス加工など）を施すことにより記号ｄ1（図２参照）で示す寸法（Ｔ1−ｔ1）だけ削り込み、前記凹部９ａを形成する。
【００３４】
他方、前記振動子１０を用意し、これらを前記凹部９ａ内に装着する。
【００３５】
上述した超音波振動発生装置２１では、前記発振器２３より印加される駆動電圧によって振動子１０が作動し、超音波振動が発せられる。当該超音波振動発生装置２１は、例えば、図９に示した側板２に締結されて使用される。使用状態において、振動子１０から発せられる超音波振動は前記振動板９の薄肉部、すなわち共振板厚（ｔ1）部分を経て貯留した洗浄用流体７（図９参照）に伝わり、該洗浄用流体７が励振される。よって、該洗浄用流体中に浸漬されている被洗浄物、例えばシリコンウェーハが洗浄される。
【００３６】
この超音波振動発生装置２１においては、振動板９は、振動子１０が固着された部分及びその近傍が他の部分に対して凹部９ａとして形成され、この凹部９ａの底部の厚みｔ1が駆動周波数における１／２波長の整数倍に設定され、共振するようになされている。
【００３７】
かかる構成では、該振動板９は前記凹部９ａ以外の部分が大きな板厚Ｔ1を有することから、かなり高い駆動周波数を利用することを前提としても該振動板９は比較的大きな剛性を確保でき、該振動板９に対する振動子１０の接着、又、素材である板材の加工が容易となり簡単に製造し得る。
【００３８】
また、前記振動板９の機械的強度が大きいことから、槽（該振動板９と図９に示した側板２により構成される槽）の容量を自由に大きくすることが出来、被洗浄物として大径のシリコンウェーハなどを難なく扱うことが可能である。
【００３９】
【実施例】
図３及び図４に示すように、本発明の第２実施例としての超音波振動発生装置３１を示す。この超音波振動発生装置３１は下記の相違点を除いて前記第１実施例のものと同様に構成されており、第１実施例の超音波振動発生装置２１が奏する前述の効果に加え、該相違点により更に他の効果が得られる。
【００４０】
すなわち、この超音波振動発生装置３１においては、振動板９の凹部９ａが小さく形成されて複数設けられ、各振動子１０はこれら凹部９ａ内に個別に収容されている。換言すれば、これら振動子１０間に、前記凹部９ａを画定する厚肉（Ｔ1）のリブ状の部分９ｂが形成されているものである。
【００４１】
このリブ状の部分９ｂを有することによって、振動板９の剛性が前記第１実施例のものに比してより大きくなり、有効である。
【００４２】
特に、本実施例では、前記振動子１０が縦横に例えば３列、４列をなし、それ故に前記リブ状の部分９ｂも縦横に形成され、互いに格子状を呈している。このように格子状のリブを設けることは、剛性等、機械的強度が極めて高くなる。
【００４３】
次に、本発明の第３実施例としての超音波洗浄装置を第５図及び第６図に基づいて説明する。但し、この第３実施例の超音波洗浄装置４１は、以下に説明する部分を除いて図１０に示した従来の超音波洗浄装置１２と同様に構成されており、装置全体としての構成は重複する故に省略し、要部のみの説明に留める。
【００４４】
また、この超音波洗浄装置４１も超音波励振手段をなす振動子１０及び発振器２３を備えているが、これら振動子１０、発振器２３は、図１乃至図４に示した第１実施例及び第２実施例と同様に構成されている故説明を省略する。
【００４５】
また、以下の説明において、上記従来の超音波洗浄装置１２、並びに前記第１実施例及び第２実施例と同一又は対応する構成部分に関しては同じ参照符号を付して示している。
【００４６】
図示のように、この第３実施例では、貯留槽１４の底部は、振動子１０が固着された部分及びその近傍が他の部分に対して凹部１４ａとして形成されている。具体的には、該凹部１４ａは貯留槽１４の底部の外周部分を除いて大きく形成されており、振動子１０は例えば４つが該凹部１４ａ内に一列に配設されている。
【００４７】
前記凹部１４ａの底部の厚み：ｔ2は、振動子１０による駆動周波数における１／２波長の整数：ｎ倍に設定されている。これによって、振動子１０は共振し、音響的損失が小さく（理論的には零）なり前記振動子１０からの超音波エネルギーはほとんど損なわれることなく有効に伝達される。
【００４８】
前記１／２（半）波長の算出については前述した第１実施例におけると同様であるから、説明を省略する。貯留槽１４の材質、駆動周波数、前記整数：ｎの設定値を前記第１実施例と同じくするならば、前記厚みｔ2は約１ｍｍとなる。
【００４９】
ここで、この超音波洗浄装置４１の製造方法を説明する。
【００５０】
まず、例えばステンレス鋼板で前記厚みｔ2よりも大きな板厚Ｔ2（例えば５ｍｍ）を有するものを用意する。この板材を元に、溶接などにより貯留槽１４の原形を得る。そして、この原形の底部下面側に対して正面フライス加工などを施して記号ｄ2（図６参照）で示す寸法（Ｔ2−ｔ2）だけ削り込み、前記凹部１４ａを形成する。
【００５１】
一方、前記振動子１０を用意し、これらを前記凹部１４ａ内に装着する。
【００５２】
超音波洗浄装置４１では、前記発振器２３より印加される駆動電圧によって振動子１０が作動し、超音波振動が発せられる。発せられる超音波振動は、貯留槽１４の底部の薄肉部、つまり共振板厚（ｔ2）部分を経て洗浄用流体７に伝わり、該洗浄用流体７が励振される。よって、該洗浄用流体７中に浸漬されている被洗浄物、本例の場合シリコンウェーハが洗浄される。
【００５３】
前記第１実施例及び第２実施例と同じく、本超音波洗浄装置４１においては、貯留槽１４の底部は、振動子１０が固着された部分及びその近傍が他の部分に対して凹部１４ａとして形成され、この凹部１４ａの底部の厚みｔ2が駆動周波数における１／２波長の整数倍に設定され、共振するようになされている。
【００５４】
この構成では、前記貯留槽１４の底部は前記凹部１４ａ以外の部分が大きな板厚Ｔ2を有することから、かなり高い駆動周波数を利用することを前提としても該底部は比較的大きな剛性を確保でき、該底部に対する振動子１０の接着、又、該底部の切削加工が容易となり、簡単に製造し得る。
【００５５】
また、貯留槽１４の底部の機械的強度が大きいことから、該貯留槽１４の容量を自由に大きくすることが出来、被洗浄物として大きな径のシリコンウェーハ等を無理なく扱うことが可能である。
【００５６】
図７及び図８に、本発明の第４実施例としての超音波洗浄装置を示す。当該超音波洗浄装置５１は次の相違点を除いて前記第３実施例のものと同様に構成されており、第３実施例の超音波洗浄装置が奏する前述の効果に加え、該相違点に基づき更に他の効果が奏される。
【００５７】
すなわち、当該超音波洗浄装置においては、貯留槽１４の底部の凹部１４ａが小さく形成されて複数設けられ、各振動子１０はこれら凹部１４ａ内に個別に収容されている。つまり、これら振動子１０間に、前記凹部１４ａを画定する厚肉（Ｔ2）のリブ状の部分１４ｂが形成されているものである。
【００５８】
このリブ状の部分１４ｂを設けたことにより、貯留槽１４の剛性が前記第３  実施例のものに比してより大きくなり、有効である。
【００５９】
また、本実施例では、前記振動子１０が縦横に例えば４列、５列をなし、前記リブ状の部分１４ｂも縦横に形成され、互いに格子状を呈している。このような格子状のリブを有することは、剛性等、機械的強度が極めて高くなる。
【００６０】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、振動板又は貯留槽は振動子が固着された部分及びその近傍が他の部分に対して凹部として形成され、該凹部の底部の厚みが駆動周波数における１／２波長の整数倍に設定され、共振するようになされている。かかる構成では、該振動板及び貯留槽は前記凹部以外の部分が大きな板厚を有することから、かなり高い駆動周波数を利用することを前提としても比較的大きな剛性を確保でき、これらに対する振動子の接着、又、素材である板材の加工が容易となり簡単に製造し得る。
【００６１】
また、前記振動板及び貯留槽の機械的強度が大きいことから、槽の容量を自由に大きくすることが出来、被洗浄物として大径のシリコンウェーハなどを難なく扱うことが可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施例としての超音波振動発生装置の平面図である。
【図２】図１に示した超音波振動発生装置の縦断面図である。
【図３】本発明の第２実施例としての超音波振動発生装置の平面図である。
【図４】図３に示した超音波振動発生装置の縦断面図である。
【図５】本発明の第３実施例としての超音波洗浄装置の平面図である。
【図６】図５に示した超音波洗浄装置の縦断面図である。
【図７】本発明の第４実施例としての超音波洗浄装置の平面図である。
【図８】図７に示した超音波洗浄装置の縦断面図である。
【図９】従来の超音波振動発生装置を具備した洗浄装置の縦断面図である。
【図１０】従来の超音波洗浄装置の縦断面図である。
【符号の説明】
７            洗浄用流体
９            振動板
９ａ          （振動板９の）凹部
９ｂ          （振動板９の）リブ状の部分
１０            振動子
１４            貯留槽
１４ａ          （貯留槽１４の）凹部
１４ｂ          （貯留槽１４の）リブ状の部分
２１            超音波振動発生装置（第１実施例）
２３            発振器
３１            超音波振動発生装置（第２実施例）
４１            超音波洗浄装置（第３実施例）
５１            超音波洗浄装置（第４実施例）
【図１】
0003839154.tif 000002
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
0003839154.tif 000008
【図８】
0003839154.tif 000009
【図９】
0003839154.tif 000010
【図１０】
0003839154.tif 000011