超音波洗浄方法及びその装置
【課題】
超音波洗浄において、被洗浄物表面の局所部分において生じるダメージを抑制し、かつ安定した洗浄性能を得るようにする。
【解決手段】
洗浄液を収容した処理槽の内部で被洗浄物を洗浄液に浸漬して保持し、超音波振動発信器によりある範囲で周波数を変化させて発生させた高周波電力を超音波振動発生部に印加して超音波振動を発生させ、この発生させた超音波振動を処理槽の内部の被洗浄物が浸漬されている洗浄液に伝播させ被洗浄物を超音波洗浄する超音波洗浄方法において、超音波振動発信器から超音波振動発生部に印加するある範囲で周波数を変化させて発生させた高周波電力のうち被洗浄物の共振周波数帯に相当する周波数帯の高周波電力を他の周波数帯の高周波電力に対して変化させて超音波振動発生部に印加するようにした。
超音波洗浄において、被洗浄物表面の局所部分において生じるダメージを抑制し、かつ安定した洗浄性能を得るようにする。
【解決手段】
洗浄液を収容した処理槽の内部で被洗浄物を洗浄液に浸漬して保持し、超音波振動発信器によりある範囲で周波数を変化させて発生させた高周波電力を超音波振動発生部に印加して超音波振動を発生させ、この発生させた超音波振動を処理槽の内部の被洗浄物が浸漬されている洗浄液に伝播させ被洗浄物を超音波洗浄する超音波洗浄方法において、超音波振動発信器から超音波振動発生部に印加するある範囲で周波数を変化させて発生させた高周波電力のうち被洗浄物の共振周波数帯に相当する周波数帯の高周波電力を他の周波数帯の高周波電力に対して変化させて超音波振動発生部に印加するようにした。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体ウェハやガラス基板を洗浄する装置及びその方法に係り、特に半導体ウェハやガラス基板に超音波振動をかけながら洗浄するのに適した超音波洗浄方法及びその装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体集積装置の製造工程における洗浄方法は、バッチ式洗浄と枚葉式洗浄とに大別される。バッチ式洗浄とは、洗浄液を貯留した処理槽の中に、複数枚の被洗浄物を同時に浸漬して処理する洗浄方法である。一方、枚葉式洗浄とは、被洗浄物に洗浄液をかけ流しながら１枚ずつ処理する洗浄方法である。何れの方法も、洗浄液として用いられる水や薬品の使用量低減のため、洗浄液に対する超音波振動の照射が併用されている。
【０００３】
従来の超音波洗浄装置として、例えば特開２００３−３２０３２８号公報（特許文献１）には、洗浄槽に充填した洗浄液に被洗浄物を浸漬した状態で５００ＫＨｚ以上の周波数を洗浄槽の固有振動数を含んだ低周波で振幅変調または周波数変調して印加することにより洗浄槽を振動させ、洗浄槽内の一部に発生する停滞域を移動させることにより均一で安定した洗浄を行う超音波洗浄装置が記載されている。
【０００４】
また、特開２００８−２２７３００号公報（特許文献２）には、洗浄槽を内槽と外槽との二重構造とし、内槽の底面が外槽の底面に対して傾いた状態で取付け、それぞれの槽に洗浄液を供給した状態で単一の周波数を中心周波数として２つの周波数変調部から変調幅が異なる超音波振動をかけることにより、洗浄槽内の全領域において音圧を均一化して洗浄する構成が記載されている。
【０００５】
更に、特開２００７−２６８４４８号公報（特許文献３）には、超音波洗浄装置の超音波振動体を複数の超音波振動素子を振動板上に並べて接着した複合素子配置構造体で形成し、振動板の各振動部位の厚さの差を小さく抑えることで被洗浄物に対して常に均一な精密洗浄が行えるようにすることが記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００３−３２０３２８号公報
【特許文献２】特開２００８−２２７３００号公報
【特許文献３】特開２００７−２６８４４８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
従来の一般的なバッチ式超音波洗浄装置は、特許文献１乃至３に記載されているように、洗浄処理槽に洗浄液を満たした状態で超音波振動発生部で発生させた超音波振動を洗浄処理槽内部の洗浄液に伝達して洗浄処理槽内で洗浄液中に浸漬された被処理物を洗浄する。
【０００８】
このとき、超音波振動を洗浄処理槽内部の洗浄液に伝達することで、洗浄液内には、減圧状態の空洞部（キャビティ）が局所的に発生する。さらに空洞部は、空洞部周囲にある洗浄液内の溶存ガスを直ちに空洞部の中に取り込み、微小な気泡（キャビテーション気泡）を形成する。このキャビテーション気泡は、振動を照射された洗浄液内で生じる圧力差によって、並進、膨張・収縮及び崩壊等の複雑な運動をする。洗浄処理槽内部の洗浄液に浸漬された被洗浄物の表面付近でこれらの運動が起こると、運動に伴って生じる洗浄液の強力な液流によって、被洗浄物の表面に付着した粒子状塵埃や膜状塵埃が剥離される。
【０００９】
このとき、洗浄処理槽内部の洗浄液に伝達される超音波振動に偏りが生じ一部に超音波振動が集中したり、発生させた超音波振動が被処理物の共振周波数と一致してしまうと、被処理物にダメージ（破損）が生じることが想定される。
【００１０】
これに対して特許文献１乃至３には、何れにも洗浄槽内全域において超音波振動を均一で安定させて洗浄を行うことについては記載されているが、駆動周波数を被処理物の共振周波数と一致させないようにして槽内で均一化することについては記載されていない。
【００１１】
そこで、本発明は、上記した従来技術の課題を解決して、被洗浄物表面の局所部分において生じるダメージを抑制し、かつ安定した洗浄性能を得る超音波洗浄方法及びその装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
上記課題を解決するために、本発明では、洗浄液を収容する処理槽と、この洗浄液を収容した処理槽の内部で被洗浄物を洗浄液に浸漬した状態で保持する保持手段と、超音波振動を発生させる超音波振動発生部と、超音波振動発生部にある範囲の周波数の高周波電力を印加して超音波振動を発生させる発振器と、超音波振動発生部で発生させた超音波振動を処理槽に収容された洗浄液に伝達させる振動伝達部と、この振動伝達部により洗浄液に伝達された超音波振動により処理槽の内部で保持手段に保持されて洗浄液に浸漬されている被洗浄物に生じる振動を検知する振動検知部と、振動検知部で検知した信号を受けて発振器を制御する制御部とを備えた超音波洗浄装置において、制御部は、超音波振動発生部に印加する高周波電力のある範囲の周波数の帯域において、被洗浄物の共振周波数帯に相当する周波数帯の高周波電力を他の周波数帯の高周波電力に対して変化させるように前記発振器を制御するように構成した。
【００１３】
また、上記目的を達成するために、本発明では、洗浄液を収容した処理槽の内部で被洗浄物を洗浄液に浸漬して保持し、超音波振動発信器によりある範囲で周波数を変化させて発生させた高周波電力を超音波振動発生部に印加して超音波振動を発生させ、この発生させた超音波振動を処理槽の内部の被洗浄物が浸漬されている洗浄液に伝播させ被洗浄物を超音波洗浄する超音波洗浄方法において、超音波振動発信器から超音波振動発生部に印加するある範囲で周波数を変化させて発生させた高周波電力のうち被洗浄物の共振周波数帯に相当する周波数帯の高周波電力を他の周波数帯の高周波電力に対して変化させて超音波振動発生部に印加するようにした。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、被洗浄物の強い振動に起因する、被洗浄物表面の局所部分において瞬間的に高い音圧が加わる現象が抑えられる。これにより、局所部分においてダメージ（破損）が生じることが抑制され、かつ安定した洗浄性能を得ることができる超音波洗浄装置を提供することができる。尚、上記した以外の課題、構成及び効果は、以下の実施形態の説明により明らかにされる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】実施例１における超音波洗浄装置の構成を示すブロック図である。
【図２】実施例１における超音波振動発生部の構成を示すブロック図である。
【図３】実施例１における振動伝達部の構成を示す正面の断面図である。
【図４】実施例１における洗浄処理部の構成を示す正面の断面図である。
【図５】実施例１における振動検知部と搬送機構の構成を示すブロック図である。
【図６】実施例１における制御部の構成を示すブロック図である。
【図７】実施例１における制御部の処理を説明するフローチャートである。
【図８】実施例１における高周波電力の電圧波形図で、初期の電圧振幅が一定な状態を示すグラフである。
【図９】実施例１における高周波電力の周波数波形を示すグラフの例である。
【図１０】実施例１における被洗浄物における振動強度の経時変化を示すグラフである。
【図１１Ａ】実施例１において演算部が算出するデータの例で、共振周波数帯における電圧振幅を調整する前における周波数と電圧振幅の関係を示すグラフである。
【図１１Ｂ】実施例１において演算部が算出するデータの例で、共振周波数帯における電圧振幅を調整した後における周波数と電圧振幅の関係を示すグラフである。
【図１２】実施例１における高周波電力の電圧波形図で、共振周波数帯における電圧振幅を調整した状態を示すグラフである。
【図１３Ａ】共振周波数帯において、電圧印加のデューティ比Ｄ（Ｔ0/Ｔ）がＤ０の状態を示す印加電圧波形図である。
【図１３Ｂ】共振周波数帯において、電圧印加のデューティ比Ｄ（Ｔ1/Ｔ）がＤ１の状態を示す印加電圧波形図である。
【図１３Ｃ】共振周波数帯において、電圧印加のデューティ比Ｄ（Ｔ2/Ｔ）がＤ２の状態を示す印加電圧波形図である。
【図１４】実施例２における超音波洗浄装置の構成を示すブロック図である。
【図１５】実施例２における振動検知部の構成を示すブロック図である。
【図１６】実施例２において被洗浄物における振動強度の経時変化を示すグラフである。
【図１７】実施例３における超音波洗浄装置の構成を示すブロック図である。
【図１８】実施例３における超音波振動発生部の構成を示す正面の断面図である。
【図１９】実施例３における洗浄処理部の構成を示す正面の断面図である。
【図２０】実施例３における振動検知部と搬送機構の構成を示すブロック図である。
【図２１】実施例４における超音波洗浄装置の構成を示すブロック図である。
【図２２】実施例４における超音波振動発生部と振動検知部の構成を示すブロック図である。
【図２３】実施例５における超音波洗浄装置の構成を示すブロック図である。
【図２４】実施例５における振動検知部の構成を示すブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、図面を用いて実施例を説明する。
【実施例１】
【００１７】
本実施例では、圧電素子を利用して被洗浄物の振動を直接的に検知する方式を利用したバッチ式超音波洗浄装置の例を説明する。
【００１８】
図１は、実施例１に係る超音波洗浄装置１００の構成図の例である。超音波洗浄装置１００は、発振器１１０と、超音波振動発生部１２０と、振動伝達部１３０と、洗浄処理部１４０と、振動検知部１５０と、制御部１６０とを備える。
【００１９】
発振器１１０は、周波数２０ｋＨｚ以上で、かつ所定の振幅の電気信号（高周波電力）を超音波振動発生部１２０に付与する。被洗浄物Ｗの表面に配線パターン等の繊細な構造体が形成されている場合、微細な構造体が破壊されるのを抑制するためには、前記周波数は５００ｋＨｚ以上であることが望ましい。
【００２０】
図２は、超音波振動発生部１２０の構成図の例である。超音波振動発生部１２０は、圧電振動子１２１と、振動板１２２と、振動子ケース１２３と、給電ケーブル１２４ａ, １２４ｂとを備える。
【００２１】
圧電振動子１２１は、板状のジルコン・チタン酸鉛（ＰＺＴ）の焼結体であり、その主面（振動板１２２と対向する面）は長方形である。圧電振動子１２１は、アレイ状に配置されており、その主面側は振動板１２２の裏面に接着され、主面の反対側は振動子ケース１２３によって外部から遮蔽されている。圧電振動子１２１の主面の側にはグランド電極層１２１ａが、主面と反対側の面には高周波印加電極層１２１ｂが形成されている。給電ケーブル１２４aは、一端は発振器１１０に接続し、他端はグランド電極層１２１ａに接続している。給電ケーブル１２４bは、一端は発振器１１０に接続し、他端は高周波印加電極層１２１ｂに接続している。
【００２２】
圧電振動子１２１は、給電ケーブル１２４ａ，１２４b及びグランド電極層１２１ａ、高周波印加電極層１２１ｂを介して、発振器１１０から高周波電力を付与されると、逆ピエゾ効果によって厚さ方向に伸縮振動し、この振動は振動板１２２に伝搬し、振動板１２２の主面から振動伝達部１３０に向かって超音波振動として放射される。
【００２３】
図３は、振動伝達部１３０の構成図の例である。振動伝達部１３０は、脱気水１３１と、それを貯留する間接槽１３２とを備える。１３３ａは間接槽１３２に脱気水１３１を供給するための供給口、１３３ｂは間接槽１３２から脱気水１３１を排出するための排出口である。間接槽１３２の底部には、開口部１３２ａが設けられ、開口部１３２ａには振動板１２２が取り付けられている。振動板１２２の表面から放射された超音波振動は、脱気水１３１を介して、洗浄処理部１４０へ伝搬する。そのため、間接槽１３２内は、本実施例のように、超音波振動の伝搬を阻害する障害物や気体等を含まないことが望ましい。
【００２４】
図４は、洗浄処理部１４０の構成図の例である。洗浄処理部１４０は、処理槽１４１と、搬送機構１４２とを備え、何れの材質も石英である。
【００２５】
処理槽１４１は、底部から見た断面が方形状の槽であり、底部付近には洗浄液Ｌの給液管１４１ａを備え、処理槽１４１の上部外壁面には外槽１４１ｂを備えている。外槽１４１ｂの底部には局所的に開口部が設けられ、開口部には廃液管１４１ｃが取り付けられている。洗浄液Ｌは、給液管１４１ａを通して供給され、処理槽１４１に貯留される。処理槽１４１より溢れ出た洗浄液Ｌは、一時的に外槽１４１ｂに貯留され、廃液管１４１ｃを通して系外へ排出される。尚、洗浄液Ｌは、溶存ガス濃度が調整された溶液であることが望ましい。振動伝達部１３０を介して放射された超音波振動は、処理槽１４１の底部を介して、洗浄液Ｌに伝搬されることによって、被洗浄物Ｗに対する洗浄効果が発現する。
【００２６】
図５は、振動検知部１５０の構成図の例と、搬送機構１４２の構成図の例である。振動検知部１５０は、圧電素子１５１と、増幅器１５２と、波形計測器１５３とを備え、搬送機構１４２は、リフタ１４２ａと、保持部１４２ｂとを備え、圧電素子１５１と一体化している。
【００２７】
リフタ１４２ａは、処理槽１４１の内部において、保持部１４２ｂごと被洗浄物Ｗの位置を調整する。保持部１４２ｂには、複数の保持溝１４２ｃが刻まれており、圧電素子１５１は、少なくとも１つ以上の保持溝１４２ｃの表面に設置されている。被洗浄物Ｗは、保持溝が被洗浄物Ｗの外周部の一部を挟む際に、圧電素子１５１の主面と接触する。一端において圧電素子１５１と接続するケーブル１５１ａは、処理槽１４１の内部で露出しないように、リフタ１４２ａの内部と、保持部１４２ｂの内部に埋め込まれている。ケーブル１５１ａの他端は、洗浄処理部１４０の外部に設置された増幅器１５２に接続している。
【００２８】
圧電素子１５１は、被洗浄物Ｗの振動（ラム波）を検知すると、ピエゾ効果によって電圧信号へ変換する。増幅器１５２は、前記電圧信号を増幅し、波形計測器１５３は、増幅された電圧信号を計測し、表示画面１５４に計測した信号波形を表示する。
【００２９】
図６は、制御部１６０の構成図の例である。制御部１６０は、外部通信部１６１と、発振器モニタ１６２と、振動検知部モニタ１６３と、記録部１６４と、演算部１６５とを備える。
【００３０】
図７は、超音波洗浄装置１００による処理の一連の動作を説明するフロー図である。先ず、初期段階の処理として、外部通信部１６１は、超音波洗浄装置１００の外部から洗浄処理開始の入力を受け（Ｓ７０１）、発振器１１０に対して高周波電力の発生を開始させ（Ｓ７０２）、振動検知部１５０に対して振動検知を開始させる（Ｓ７０３）。発振器１１０は、外部通信部１６１からの入力を受け、一定の電圧振幅と、一定の周波数変調範囲と、一定の周波数変調周期を有する高周波電力を発生する（洗浄処理開始）。発振器モニタ１６２は、洗浄処理開始からの経過時間と、前記高周波電力の周波数とを入力として受け、周波数の経時変化として記録部１６４へ格納する（Ｓ７０４）。振動検知部モニタ１６３は、洗浄処理開始からの経過時間と、波形計測器１５３において数値化された振動強度とを入力として受け、振動強度の経時変化として記録部１６４へ格納する（Ｓ７０５）。
【００３１】
図８は、初期段階において、発振器１１０が発生させる高周波電力の電圧波形８０１の例である。図中の横軸８１１は洗浄処理開始からの経過時間ｔ、図中の縦軸８１２は電圧Ｖである。電圧振幅Ｖ０は一定であるが、位相が元の値に戻るまでの時間（周波数ｆの逆数）は、経過時間とともに変化する。電圧Ｖは（１）式で与えられる。
【００３２】
【数１】
【００３３】
図９は、初期段階において、発振器１１０が発生させる高周波電力の周波数波形９０１の例であり、発振器モニタ１６２が入力として受け、記録部１６４へ格納するデータである。図中の横軸９１１は洗浄処理開始からの経過時間ｔ、図中の縦軸９１２は周波数ｆである。周波数変調の範囲ｆ０−Δｆ乃至ｆ０＋Δｆと、周波数変調の周期τは、ともに一定である。周波数ｆは（２）式で与えられる。
【００３４】
【数２】
【００３５】
図１０は、初期段階において、被洗浄物Ｗの振動強度１００１の経時変化の例であり、振動検知部モニタ１６３が入力として受け、記録部１６４へ格納するデータである。図中の横軸１０１１は洗浄処理開始からの経過時間ｔ、図中の縦軸１０１２は振動強度の変換と増幅によって得られた電圧信号ｖである。振動強度１００１の電圧信号ｖの振幅｜ｖ｜が大きい状態、即ち被洗浄物Ｗの振動が強い状態が時間周期的に現れる。
【００３６】
図７のフロー図に戻って、制御部１６０における初期段階経過後の処理を説明する。記録部１６４は、演算部１６５に対し、周波数ｆの経時変化データ９０１（図９）と、振動強度の電圧信号ｖの経時変化データ１００１（図１０）とを入力する（Ｓ７０６）。演算部１６５は、記録部１６４からの入力を受け、夫々の周波数ｆに対する振幅｜ｖ｜を算出し（Ｓ７０７）、何れの周波数変調範囲ｆ−Δｆ乃至ｆ＋Δｆにおいても、振幅｜ｖ｜が基準範囲ｖｍｉｎ乃至ｖｍａｘに入るか否かを診断する（Ｓ７０８）。
【００３７】
振幅｜ｖ｜が基準範囲に入る場合、演算部１６５は、外部通信部１１０に対して、初期段階の処理の継続を命令する（Ｓ７０４，Ｓ７０５）。一方、振幅｜ｖ｜が基準範囲に入らない場合、外部通信部１１０に対して、その時の周波数ｆにおける電圧振幅Ｖ０を変化させるように命令する（Ｓ７０９）。命令の内容は、｜ｖ｜＜ｖｍｉｎの場合、Ｖ０を増大させ、｜ｖ｜＞ｖｍａｘの場合、Ｖ０を減少させることである。
【００３８】
外部通信部１６１は、演算部１６５からの入力を受け、発振器１１０に対して、夫々の周波数ｆにおける高周波電力の電圧振幅Ｖ０を再設定する。演算部１６５は、何れの周波数変調範囲ｆ−Δｆ乃至ｆ＋Δｆにおいても、振幅｜ｖ｜が基準範囲に入るまで、電圧振幅Ｖ０の再設定を繰り返し行う。尚、発振器モニタ１６２、振動検知部モニタ１６３及び記録部１６４は、振幅｜ｖ｜が基準範囲に入るか否かに関わらず、夫々の処理を継続する。
【００３９】
図１１Ａは、演算部１６５が算出するデータの例である。図中の横軸１１１１は周波数ｆ、図中の縦軸１１１２は振動強度の電圧信号ｖ１１０１の振幅｜ｖ｜である。本図の場合、初期の電圧振幅Ｖ０が一定の段階では、周波数ｆ０ａ乃至ｆ０ｂ、周波数ｆ１ａ乃至ｆ１ｂ及び周波数ｆ２ａ乃至ｆ２ｂにおいて、振幅｜ｖ｜＞ｖｍａｘとなる。前記の周波数範囲を共振周波数帯と定義する。
【００４０】
この場合は、演算部１６５は、夫々の共振周波数帯における電圧振幅をＶ００、Ｖ０１及びＶ０２に再設定すると（図１２に、周波数ｆ１ａ乃至ｆ１ｂの範囲の電圧振幅をＶ０１に再設定した状態の波形１２０１を示す）、図１１Ｂに波形１１０２として示すように、周波数ｆ０ａ乃至ｆ０ｂ、周波数ｆ１ａ乃至ｆ１ｂ及び周波数ｆ２ａ乃至ｆ２ｂにおいて、振幅｜ｖ｜即ち被洗浄物Ｗの振動が小さくなる。その結果、被洗浄物Ｗ表面の局所部分に対して、瞬間的に高い音圧が加わる現象が防止され、ダメージ（破損）が抑制される。尚、夫々の共振周波数帯において、電圧振幅Ｖ０の再設定の代りに、電圧印加のデューティ比Ｄ（Ｔi/Ｔ）を図１３Ａに示すようにＤ０、図１３Ｂに示すようにＤ１及び図１３Ｃに示すように
Ｄ２と再設定しても同様の効果が得られる。
【００４１】
図７のフロー図に戻って、制御部１６０における終期段階の処理においては、外部通信部１６１は、超音波洗浄装置１００の外部から洗浄処理停止の入力が有るか否かをチェックする（Ｓ７１０）。その結果、停止の入力が無い場合（ＮＯの場合）にはＳ７０４及びＳ７０５のステップに戻って一連の処理を継続する。一方、停止の入力が有った場合（ＹＥＳの場合）には、発振器１１０に対して高周波電力の発生を停止させ（Ｓ７１１）、振動検知部１５０に対して振動検知を停止させる（Ｓ７１２）。発振器モニタ１６２は、発振器１１０における高周波電力発生の停止を受けて停止し（Ｓ７１３）、振動検知部モニタ１６３は、振動検知部１５０における振動検知停止を受けて停止する（Ｓ７１４）。記録部１６４は、発振器モニタ１６２または振動検知部モニタ１６３の少なくとも一方が停止するのを受けて停止する（Ｓ７１５）。演算部１６５は、記録部１６４が停止するのを受けて停止する（Ｓ７１６）。これにより、一連の動作を終了する。
【実施例２】
【００４２】
本実施例では、光学式変位センサを利用して被洗浄物の振動を間接的に検知する方式を利用したバッチ式超音波洗浄装置の例を説明する。
【００４３】
図１４は、実施例２に係る超音波洗浄装置２００の構成図の例である。超音波洗浄装置２００は、発振器１１０と、超音波振動発生部１２０と、振動伝達部１３０と、洗浄処理部１４０と、振動検知部２５０と、制御部１６０とを備える。
【００４４】
実施例１で説明した図１の超音波洗浄装置１００のうち、振動検知部１５０を振動検知部２５０に変更したものである。その他の構成は、既に説明した図１乃至図４及び図６に示された同一の符号を付された構成と、同一の機能を有するので、それらの説明は省略する。
【００４５】
図１５は、振動検知部２５０の構成図の例である。振動検知部２５０は、駆動回路２５１と、光源２５２と、投光レンズ２５３と、受光レンズ２５４と、光位置検出素子２５５と、増幅器２５６と、波形計測器２５７とを備える。尚、振動検知部２５０の何れの構成要素ともに、搬送機構１４２とは一体化しておらず、完全に独立している。
【００４６】
駆動回路２５１は、光源２５２に対して電力を供給する。光源２５２は、入力される電力の種類（直流か交流か）、周波数、電圧振幅に対して、発光のタイミングや発光強度の応答性が高い、発光ダイオードである。投光レンズ２５３は、処理槽１４１の側面のうち被洗浄物Ｗの一端が対向する側の面の外側に配置され、光源２５２において発光した光を集光させ、処理槽１４１の内部へ入射する。受光レンズ２５４は、処理槽１４１の側面のうち投光レンズ２５３が配置される側の面に対向する面の外側に配置され、処理槽１４１の内部を通過した光を集光し、光位置検出素子２５５へ入射する。光位置検出素子２５５は、素子内の所定の座標において、検出される光の強度を電圧信号へ変換する。増幅器２５６は、前記電圧信号を増幅し、波形計測器２５７は、増幅された電圧信号を計測する。
【００４７】
図１６は、被洗浄物Ｗにおける振動強度１５０１の経時変化の例であり、光位置検出素子２５５のうち被洗浄物Ｗの表面付近に対応する座標における検出光強度の経時変化である。図中の横軸１５１１は洗浄処理開始からの経過時間ｔ、図中の縦軸１５１２は検出光強度の変換と増幅によって得られた電圧信号ｖである。被洗浄物Ｗの振動が強い場合、被洗浄物Ｗの表面付近では、洗浄液Ｌの密度が大きく変動するのに伴い、光に対する屈折率も大きく変動するため、電圧信号ｖの変動の振幅｜ｖ｜が増大する。
【００４８】
本実施例の場合においても、図１１Ａ及び図１１Ｂで示したデータの算出が可能である。よって、図７で示したフローチャートに基づいて処理を実行することで、被洗浄物Ｗ表面の局所部分に対して、瞬間的に高い音圧が加わる現象が防止され、ダメージ（破損）が抑制される。
【実施例３】
【００４９】
本実施例では、圧電素子を利用して被洗浄物の振動を直接的に検知する方式を利用した枚葉式超音波洗浄装置の例を説明する。
【００５０】
図１７は、実施例３に係る超音波洗浄装置３００の構成図の例である。超音波洗浄装置３００は、発振器１１０と、超音波振動発生部３２０と、洗浄処理部３４０と、振動検知部３５０と、制御部１６０とを備える。
【００５１】
実施例１で説明した図１の超音波洗浄装置１００のうち、超音波振動発生部１２０を超音波振動発生部３２０に変更し、振動伝達部１３０を省き、洗浄処理部１４０を洗浄処理部３４０に変更し、振動検知部１５０を振動検知部３５０に変更したものである。その他の構成は、図１に示された同一の符号を付された構成と、同一の機能を有するので、それらの説明は省略する。
【００５２】
図１８は、超音波振動発生部３２０の構成図である。超音波振動発生部３２０は、圧電振動子３２１と、振動板３２２と、振動子ケース３２３と、給電ケーブル３２４とを備え、全体として円筒形状の外観を有する。超音波振動発生部３２０は、主面が上方を向くように設置された被洗浄物Ｗに対して、その主面より１ｍｍ乃至３ｍｍの距離を保って設置されている。
【００５３】
圧電振動子３２１は、板状のジルコン・チタン酸鉛（ＰＺＴ）の焼結体であり、その主面は円形で、振動板３２２の裏面に接着されている。圧電振動子３２１の主面及びその反対側の面には、電極層３２１ａが形成されている。振動板３２２は、板状の石英であり、その主面の直径は圧電振動子３２１の主面と同じである。振動子ケース３２３は、円筒形状のフッ素樹脂であり、圧電振動子３２１、振動板３２２及び給電ケーブル３２４を内包する。振動子ケース３２３の底部には円形の開口部３２３ａが設けられ、開口部３２３ａの直径は、振動板３２２の直径より小さい。圧電振動子３２１及び振動板３２２は、開口部３２３ａ付近に取り付けられ、振動板３２２の主面における内側の一部が、開口部３２３ａに露出している。給電ケーブル３２４は、一端は発振器１１０に接続し、他端は電極層３２１ａに接続している。
【００５４】
圧電振動子３２１は、給電ケーブル３２４及び電極層３２１ａを介して、発振器１１０から高周波電力を付与されると、逆ピエゾ効果によって厚さ方向に伸縮振動し、この振動は振動板３２２に伝搬し、振動板３２２の主面から超音波振動として放射される。
【００５５】
図１９は、洗浄処理部３４０の構成図の例である。洗浄処理部３４０は、給液管３４１ａ及び３４１ｂと、搬送機構３４２と、スイングアーム３４３とを備える。
【００５６】
給液管３４１ａ及び３４１ｂは、円形管状のフッ素樹脂である。給液管３４１ａは、被洗浄物Ｗの主面の上方かつ超音波振動発生部３２０の近隣に並設されている。給液管３４１ａの先端は、被洗浄物Ｗの主面を向いている。給液管３４１ｂは、被洗浄物Ｗの裏面の下方に設置されている。給液管３４１ｂの先端は、被洗浄物Ｗの裏面を向いている。スイングアーム３４３は、超音波振動発生部３２０と給液管３４１ａとを同時に保持し、被洗浄物Ｗの主面に対して平行方向に旋回軸３４４を回転中心として揺動する。洗浄液Ｌは、給液管３４１ａから被洗浄物Ｗの主面に向かって吐出され、給液管３４１ｂから被洗浄物Ｗの裏面にも吐出される。被洗浄物Ｗの主面及び裏面には、洗浄液Ｌの液膜が形成され、振動板３２２の主面より放射された超音波振動が洗浄液Ｌに伝搬することによって、被洗浄物Ｗの主面及び裏面に対する洗浄効果が発現する。
【００５７】
図２０は、振動検知部３５０の構成図と、搬送機構３４２の構成図である。振動検知部３５０は、圧電素子３５１と、増幅器３５２と、波形計測器３５３とを備え、搬送機構３４２は、スピンベース３４２ａと、保持部３４２ｂと、回転軸３４２ｃと、モータ３４２ｄとを備え、圧電素子３５１と一体化している。
【００５８】
スピンベース３４２ａは、被洗浄物Ｗの裏面の下方に位置し、保持部３４２ｂごと被洗浄物Ｗを支える。保持部３４２ｂは、スピンベース３４２ａの上面の周縁部に沿って、少なくとも３本以上配置され、圧電素子３５１は、少なくとも１つ以上の保持部３４２ｂの表面に設置されている。被洗浄物Ｗの外周部の一部は、保持部３４２ｂにおいて保持されると同時に、圧電素子３５１の主面と接触する。回転軸３４２ｃは、一端においてスピンベース３４２ａの裏面の中央部に固定され、他端においてモータ３４２ｄに接続している。モータ３４２ｄを駆動すると、回転軸３４２ｃが回転するとともに、スピンベース３４２ａと保持部３４２ｂと被洗浄物Ｗとが一体的に水平回転する。一端において圧電素子３５１と接続するケーブル３５１ａは、洗浄液Ｌに晒されないように、スピンベース３４２ａの内部と、保持部３４２ｂの内部と、回転軸３４２ｃの内部に埋め込まれている。ケーブル３５１ａの他端は、洗浄処理部３４０の外部に設置された増幅器３５２に接続している。
【００５９】
圧電素子３５１、増幅器３５２及び波形計測器３５３は、図５に示された圧電素子１５１と、増幅器１５２及び波形計測器１５３と同一の機能を有するので、それらの説明は省略する。
【００６０】
本実施例の場合においても、図８乃至図１１Ｂで示したデータの算出が可能である。よって、図７で示したフローチャートに基づいて処理を実行することで、被洗浄物Ｗ表面の局所部分に対して、瞬間的に高い音圧が加わる現象が防止され、ダメージ（破損）が抑制される。
【実施例４】
【００６１】
本実施例では、超音波振動発生部と振動検知部とが一体化した枚葉式超音波洗浄装置の例を説明する。
【００６２】
図２１は、実施例４に基づく超音波洗浄装置４００の構成図である。超音波洗浄装置４００は、発振器１１０と、超音波振動発生部４２０と、洗浄処理部３４０と、振動検知部４５０と、制御部１６０とを備える。
【００６３】
実施例３で説明した図１７の超音波洗浄装置３００のうち、超音波振動発生部３２０を超音波振動発生部４２０に変更し、振動検知部３５０を振動検知部４５０に変更したものである。その他の構成は、図１、図１７及び図１９に示された同一の符号を付された構成と、同一の機能を有するので、それらの説明は省略する。
【００６４】
図２２は、超音波振動発生部４２０の構成図と、振動検知部４５０の構成図である。超音波振動発生部４２０は、圧電振動子３２１と、振動板３２２と、振動子ケース３２３と、給電ケーブル４２４とを備え、全体として円筒形状の外観を有する。振動検知部４５０は、増幅器４５２と、波形計測器４５３とを備える。
【００６５】
図１８で示した超音波振動発生部３２０のうち、給電ケーブル３２４を給電ケーブル４２４に変更し、図２０で示した振動検知部３５０のうち、圧電素子３５１を省いたものである。
【００６６】
給電ケーブル４２４は、主ケーブル４２４ａ及び４２４ｂと、分岐ケーブル４２４ｃ及び４２４ｄと、中継部４２４ｅとを備える。主ケーブル４２４ａ及び４２４ｂは、一端において発振器１１０に接続し、他端において圧電振動子３２１の電極層３２１ａに接続している。分岐ケーブル４２４ｃ及び４２４ｄは、一端において増幅器４５２に接続し、他端において、夫々中継部４２４ｅ内で主ケーブル４２４ａ及び４２４ｂに接続している。分岐ケーブル４２４ｃは電圧計測に用いられ、分岐ケーブル４２４ｄは電流計測に用いられる。
【００６７】
波形計測器４５３は、発振器１１０が超音波振動発生部３２０に付与する高周波電力の
電圧及び電流の経時変化を計測する。被洗浄物Ｗが強く振動すると、超音波振動は、被洗浄物Ｗの裏面へ強く透過し、洗浄液Ｌ内における乱反射現象が顕著となる。この時、被洗浄物Ｗの主面から振動板３２２に対して直接入射する反射波成分が弱まり、圧電振動子３２１は、負荷が軽減されて強く振動する。そのため、波形計測器４５３で計測される電圧及び電流は増大する。以上の原理を利用することで、波形計測器４５３によって、被洗浄物Ｗの振動状態を観測することが可能になる。
【００６８】
本実施例の場合においても、図８乃至図１１Ｂで示したデータの算出が可能である。よって、図７で示したフローチャートに基づいて処理を実行することで、被洗浄物Ｗ表面の局所部分に対して、瞬間的に高い音圧が加わる現象が防止され、ダメージ（破損）が抑制される。
【実施例５】
【００６９】
本実施例では、ハイドロフォンプローブ（音圧計）を利用して被洗浄物の振動を間接的に検知する方式を利用したバッチ式超音波洗浄装置の例を説明する。
【００７０】
図２３は、実施例５に係る超音波洗浄装置５００の構成図の例である。超音波洗浄装置５００は、発振器１１０と、超音波振動発生部１２０と、振動伝達部１３０と、洗浄処理部１４０と、振動検知部５５０と、制御部１６０とを備える。
【００７１】
実施例１で説明した図１の超音波洗浄装置１００のうち、振動検知部１５０を振動検知部５５０に変更したものである。その他の構成は、既に説明した図１乃至図４及び図６に示された同一の符号を付された構成と、同一の機能を有するので、それらの説明は省略する。
【００７２】
図２４は、振動検知部５５０の構成図の例である。振動検知部５５０は、ハイドロフォンプローブ５５１と、増幅器５５２と、波形計測器５５３とを備える。
【００７３】
ハイドロフォンプローブ５５１は、計測範囲の指向性が高く、通常は音圧測定を目的として、先端部５５１ａが超音波振動発生部１２０に対向するように配置される。本実施例におけるハイドロフォンプローブ５５１は、処理槽１４１の内部において、先端部５５１ａが被洗浄物Ｗの主面に対向するように配置されている。よって、被洗浄物Ｗの振動に伴って、被洗浄物Ｗの主面から洗浄液Ｌへ放射される圧力波が高感度に検出される。ハイドロフォンプローブ５５１は、圧力波をピエゾ効果によって電圧信号へ変換する。増幅器５５２は、前記電圧信号を増幅し、波形計測器５５３は、増幅された電圧信号を計測し、大きさと伝搬方向を有するベクトル量として出力する。
【００７４】
本実施例の場合においても、図８乃至図１１Ｂで示したデータの算出が可能である。よって、図７で示したフローチャートに基づいて処理を実行することで、被洗浄物Ｗ表面の局所部分に対して、瞬間的に高い音圧が加わる現象が防止され、ダメージ（破損）が抑制される。
【００７５】
尚、本発明は上記した実施例に限定されるものではなく、様々な変形例が含まれる。例えば、上記した実施例は本発明を分かりやすく説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されるものではない。また、ある実施例の構成の一部を他の実施例の構成に置き換えることが可能であり、また、ある実施例の構成に他の実施例の構成を加えることも可能である。また、各実施例の構成の一部について、他の構成の追加・削除・置換をすることが可能である。
【００７６】
また、上記の各構成、機能、処理部、処理手段等は、それらの一部又は全部を、例えば集積回路で設計する等によりハードウェアで実現してもよい。また、上記の各構成、機能等は、プロセッサがそれぞれの機能を実現するプログラムを解釈し、実行することによりソフトウェアで実現してもよい。各機能を実現するプログラム、テーブル、ファイル等の情報は、メモリや、ハードディスク、ＳＳＤ（Solid State Drive）等の記録装置、または、ＩＣカード、ＳＤカード、ＤＶＤ等の記録媒体に置くことができる。
【００７７】
また、制御線や情報線は説明上必要と考えられるものを示しており、製品上必ずしも全ての制御線や情報線を示しているとは限らない。実際には殆ど全ての構成が相互に接続されていると考えてもよい。
【符号の説明】
【００７８】
１００、２００、３００，４００，５００，６００…超音波洗浄装置 １１０，６１０…発振器 １２０、３２０、４２０，６２０…超音波振動発生部 １２１、３２１…圧電振動子 １３０…振動伝達部 １３２…間接槽 １４０、３４０，６４０…洗浄処理部 １４１…処理槽 １４１ｂ 外槽 １４２…搬送機構 １５０、２５０、３５０、４５０、５５０…振動検知部 １５１、３５１…圧電素子 １５２、３５２，５５２…増幅器 １５３、３５３，４５３，５５３…波形計測器 １６０…制御部 １６１…外部通信部 １６２…発振器モニタ １６３…振動検知部モニタ １６４…記録部 １６５…演算部 ２５１…駆動回路 ２５２…光源 ２５３…投光レンズ ２５４…受光レンズ ２５５…光位置検出素子 ２５６…増幅器 ２５７…波形計測器 ５５１…ハイドロフォンプローブ。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体ウェハやガラス基板を洗浄する装置及びその方法に係り、特に半導体ウェハやガラス基板に超音波振動をかけながら洗浄するのに適した超音波洗浄方法及びその装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体集積装置の製造工程における洗浄方法は、バッチ式洗浄と枚葉式洗浄とに大別される。バッチ式洗浄とは、洗浄液を貯留した処理槽の中に、複数枚の被洗浄物を同時に浸漬して処理する洗浄方法である。一方、枚葉式洗浄とは、被洗浄物に洗浄液をかけ流しながら１枚ずつ処理する洗浄方法である。何れの方法も、洗浄液として用いられる水や薬品の使用量低減のため、洗浄液に対する超音波振動の照射が併用されている。
【０００３】
従来の超音波洗浄装置として、例えば特開２００３−３２０３２８号公報（特許文献１）には、洗浄槽に充填した洗浄液に被洗浄物を浸漬した状態で５００ＫＨｚ以上の周波数を洗浄槽の固有振動数を含んだ低周波で振幅変調または周波数変調して印加することにより洗浄槽を振動させ、洗浄槽内の一部に発生する停滞域を移動させることにより均一で安定した洗浄を行う超音波洗浄装置が記載されている。
【０００４】
また、特開２００８−２２７３００号公報（特許文献２）には、洗浄槽を内槽と外槽との二重構造とし、内槽の底面が外槽の底面に対して傾いた状態で取付け、それぞれの槽に洗浄液を供給した状態で単一の周波数を中心周波数として２つの周波数変調部から変調幅が異なる超音波振動をかけることにより、洗浄槽内の全領域において音圧を均一化して洗浄する構成が記載されている。
【０００５】
更に、特開２００７−２６８４４８号公報（特許文献３）には、超音波洗浄装置の超音波振動体を複数の超音波振動素子を振動板上に並べて接着した複合素子配置構造体で形成し、振動板の各振動部位の厚さの差を小さく抑えることで被洗浄物に対して常に均一な精密洗浄が行えるようにすることが記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００３−３２０３２８号公報
【特許文献２】特開２００８−２２７３００号公報
【特許文献３】特開２００７−２６８４４８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
従来の一般的なバッチ式超音波洗浄装置は、特許文献１乃至３に記載されているように、洗浄処理槽に洗浄液を満たした状態で超音波振動発生部で発生させた超音波振動を洗浄処理槽内部の洗浄液に伝達して洗浄処理槽内で洗浄液中に浸漬された被処理物を洗浄する。
【０００８】
このとき、超音波振動を洗浄処理槽内部の洗浄液に伝達することで、洗浄液内には、減圧状態の空洞部（キャビティ）が局所的に発生する。さらに空洞部は、空洞部周囲にある洗浄液内の溶存ガスを直ちに空洞部の中に取り込み、微小な気泡（キャビテーション気泡）を形成する。このキャビテーション気泡は、振動を照射された洗浄液内で生じる圧力差によって、並進、膨張・収縮及び崩壊等の複雑な運動をする。洗浄処理槽内部の洗浄液に浸漬された被洗浄物の表面付近でこれらの運動が起こると、運動に伴って生じる洗浄液の強力な液流によって、被洗浄物の表面に付着した粒子状塵埃や膜状塵埃が剥離される。
【０００９】
このとき、洗浄処理槽内部の洗浄液に伝達される超音波振動に偏りが生じ一部に超音波振動が集中したり、発生させた超音波振動が被処理物の共振周波数と一致してしまうと、被処理物にダメージ（破損）が生じることが想定される。
【００１０】
これに対して特許文献１乃至３には、何れにも洗浄槽内全域において超音波振動を均一で安定させて洗浄を行うことについては記載されているが、駆動周波数を被処理物の共振周波数と一致させないようにして槽内で均一化することについては記載されていない。
【００１１】
そこで、本発明は、上記した従来技術の課題を解決して、被洗浄物表面の局所部分において生じるダメージを抑制し、かつ安定した洗浄性能を得る超音波洗浄方法及びその装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
上記課題を解決するために、本発明では、洗浄液を収容する処理槽と、この洗浄液を収容した処理槽の内部で被洗浄物を洗浄液に浸漬した状態で保持する保持手段と、超音波振動を発生させる超音波振動発生部と、超音波振動発生部にある範囲の周波数の高周波電力を印加して超音波振動を発生させる発振器と、超音波振動発生部で発生させた超音波振動を処理槽に収容された洗浄液に伝達させる振動伝達部と、この振動伝達部により洗浄液に伝達された超音波振動により処理槽の内部で保持手段に保持されて洗浄液に浸漬されている被洗浄物に生じる振動を検知する振動検知部と、振動検知部で検知した信号を受けて発振器を制御する制御部とを備えた超音波洗浄装置において、制御部は、超音波振動発生部に印加する高周波電力のある範囲の周波数の帯域において、被洗浄物の共振周波数帯に相当する周波数帯の高周波電力を他の周波数帯の高周波電力に対して変化させるように前記発振器を制御するように構成した。
【００１３】
また、上記目的を達成するために、本発明では、洗浄液を収容した処理槽の内部で被洗浄物を洗浄液に浸漬して保持し、超音波振動発信器によりある範囲で周波数を変化させて発生させた高周波電力を超音波振動発生部に印加して超音波振動を発生させ、この発生させた超音波振動を処理槽の内部の被洗浄物が浸漬されている洗浄液に伝播させ被洗浄物を超音波洗浄する超音波洗浄方法において、超音波振動発信器から超音波振動発生部に印加するある範囲で周波数を変化させて発生させた高周波電力のうち被洗浄物の共振周波数帯に相当する周波数帯の高周波電力を他の周波数帯の高周波電力に対して変化させて超音波振動発生部に印加するようにした。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、被洗浄物の強い振動に起因する、被洗浄物表面の局所部分において瞬間的に高い音圧が加わる現象が抑えられる。これにより、局所部分においてダメージ（破損）が生じることが抑制され、かつ安定した洗浄性能を得ることができる超音波洗浄装置を提供することができる。尚、上記した以外の課題、構成及び効果は、以下の実施形態の説明により明らかにされる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】実施例１における超音波洗浄装置の構成を示すブロック図である。
【図２】実施例１における超音波振動発生部の構成を示すブロック図である。
【図３】実施例１における振動伝達部の構成を示す正面の断面図である。
【図４】実施例１における洗浄処理部の構成を示す正面の断面図である。
【図５】実施例１における振動検知部と搬送機構の構成を示すブロック図である。
【図６】実施例１における制御部の構成を示すブロック図である。
【図７】実施例１における制御部の処理を説明するフローチャートである。
【図８】実施例１における高周波電力の電圧波形図で、初期の電圧振幅が一定な状態を示すグラフである。
【図９】実施例１における高周波電力の周波数波形を示すグラフの例である。
【図１０】実施例１における被洗浄物における振動強度の経時変化を示すグラフである。
【図１１Ａ】実施例１において演算部が算出するデータの例で、共振周波数帯における電圧振幅を調整する前における周波数と電圧振幅の関係を示すグラフである。
【図１１Ｂ】実施例１において演算部が算出するデータの例で、共振周波数帯における電圧振幅を調整した後における周波数と電圧振幅の関係を示すグラフである。
【図１２】実施例１における高周波電力の電圧波形図で、共振周波数帯における電圧振幅を調整した状態を示すグラフである。
【図１３Ａ】共振周波数帯において、電圧印加のデューティ比Ｄ（Ｔ0/Ｔ）がＤ０の状態を示す印加電圧波形図である。
【図１３Ｂ】共振周波数帯において、電圧印加のデューティ比Ｄ（Ｔ1/Ｔ）がＤ１の状態を示す印加電圧波形図である。
【図１３Ｃ】共振周波数帯において、電圧印加のデューティ比Ｄ（Ｔ2/Ｔ）がＤ２の状態を示す印加電圧波形図である。
【図１４】実施例２における超音波洗浄装置の構成を示すブロック図である。
【図１５】実施例２における振動検知部の構成を示すブロック図である。
【図１６】実施例２において被洗浄物における振動強度の経時変化を示すグラフである。
【図１７】実施例３における超音波洗浄装置の構成を示すブロック図である。
【図１８】実施例３における超音波振動発生部の構成を示す正面の断面図である。
【図１９】実施例３における洗浄処理部の構成を示す正面の断面図である。
【図２０】実施例３における振動検知部と搬送機構の構成を示すブロック図である。
【図２１】実施例４における超音波洗浄装置の構成を示すブロック図である。
【図２２】実施例４における超音波振動発生部と振動検知部の構成を示すブロック図である。
【図２３】実施例５における超音波洗浄装置の構成を示すブロック図である。
【図２４】実施例５における振動検知部の構成を示すブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、図面を用いて実施例を説明する。
【実施例１】
【００１７】
本実施例では、圧電素子を利用して被洗浄物の振動を直接的に検知する方式を利用したバッチ式超音波洗浄装置の例を説明する。
【００１８】
図１は、実施例１に係る超音波洗浄装置１００の構成図の例である。超音波洗浄装置１００は、発振器１１０と、超音波振動発生部１２０と、振動伝達部１３０と、洗浄処理部１４０と、振動検知部１５０と、制御部１６０とを備える。
【００１９】
発振器１１０は、周波数２０ｋＨｚ以上で、かつ所定の振幅の電気信号（高周波電力）を超音波振動発生部１２０に付与する。被洗浄物Ｗの表面に配線パターン等の繊細な構造体が形成されている場合、微細な構造体が破壊されるのを抑制するためには、前記周波数は５００ｋＨｚ以上であることが望ましい。
【００２０】
図２は、超音波振動発生部１２０の構成図の例である。超音波振動発生部１２０は、圧電振動子１２１と、振動板１２２と、振動子ケース１２３と、給電ケーブル１２４ａ, １２４ｂとを備える。
【００２１】
圧電振動子１２１は、板状のジルコン・チタン酸鉛（ＰＺＴ）の焼結体であり、その主面（振動板１２２と対向する面）は長方形である。圧電振動子１２１は、アレイ状に配置されており、その主面側は振動板１２２の裏面に接着され、主面の反対側は振動子ケース１２３によって外部から遮蔽されている。圧電振動子１２１の主面の側にはグランド電極層１２１ａが、主面と反対側の面には高周波印加電極層１２１ｂが形成されている。給電ケーブル１２４aは、一端は発振器１１０に接続し、他端はグランド電極層１２１ａに接続している。給電ケーブル１２４bは、一端は発振器１１０に接続し、他端は高周波印加電極層１２１ｂに接続している。
【００２２】
圧電振動子１２１は、給電ケーブル１２４ａ，１２４b及びグランド電極層１２１ａ、高周波印加電極層１２１ｂを介して、発振器１１０から高周波電力を付与されると、逆ピエゾ効果によって厚さ方向に伸縮振動し、この振動は振動板１２２に伝搬し、振動板１２２の主面から振動伝達部１３０に向かって超音波振動として放射される。
【００２３】
図３は、振動伝達部１３０の構成図の例である。振動伝達部１３０は、脱気水１３１と、それを貯留する間接槽１３２とを備える。１３３ａは間接槽１３２に脱気水１３１を供給するための供給口、１３３ｂは間接槽１３２から脱気水１３１を排出するための排出口である。間接槽１３２の底部には、開口部１３２ａが設けられ、開口部１３２ａには振動板１２２が取り付けられている。振動板１２２の表面から放射された超音波振動は、脱気水１３１を介して、洗浄処理部１４０へ伝搬する。そのため、間接槽１３２内は、本実施例のように、超音波振動の伝搬を阻害する障害物や気体等を含まないことが望ましい。
【００２４】
図４は、洗浄処理部１４０の構成図の例である。洗浄処理部１４０は、処理槽１４１と、搬送機構１４２とを備え、何れの材質も石英である。
【００２５】
処理槽１４１は、底部から見た断面が方形状の槽であり、底部付近には洗浄液Ｌの給液管１４１ａを備え、処理槽１４１の上部外壁面には外槽１４１ｂを備えている。外槽１４１ｂの底部には局所的に開口部が設けられ、開口部には廃液管１４１ｃが取り付けられている。洗浄液Ｌは、給液管１４１ａを通して供給され、処理槽１４１に貯留される。処理槽１４１より溢れ出た洗浄液Ｌは、一時的に外槽１４１ｂに貯留され、廃液管１４１ｃを通して系外へ排出される。尚、洗浄液Ｌは、溶存ガス濃度が調整された溶液であることが望ましい。振動伝達部１３０を介して放射された超音波振動は、処理槽１４１の底部を介して、洗浄液Ｌに伝搬されることによって、被洗浄物Ｗに対する洗浄効果が発現する。
【００２６】
図５は、振動検知部１５０の構成図の例と、搬送機構１４２の構成図の例である。振動検知部１５０は、圧電素子１５１と、増幅器１５２と、波形計測器１５３とを備え、搬送機構１４２は、リフタ１４２ａと、保持部１４２ｂとを備え、圧電素子１５１と一体化している。
【００２７】
リフタ１４２ａは、処理槽１４１の内部において、保持部１４２ｂごと被洗浄物Ｗの位置を調整する。保持部１４２ｂには、複数の保持溝１４２ｃが刻まれており、圧電素子１５１は、少なくとも１つ以上の保持溝１４２ｃの表面に設置されている。被洗浄物Ｗは、保持溝が被洗浄物Ｗの外周部の一部を挟む際に、圧電素子１５１の主面と接触する。一端において圧電素子１５１と接続するケーブル１５１ａは、処理槽１４１の内部で露出しないように、リフタ１４２ａの内部と、保持部１４２ｂの内部に埋め込まれている。ケーブル１５１ａの他端は、洗浄処理部１４０の外部に設置された増幅器１５２に接続している。
【００２８】
圧電素子１５１は、被洗浄物Ｗの振動（ラム波）を検知すると、ピエゾ効果によって電圧信号へ変換する。増幅器１５２は、前記電圧信号を増幅し、波形計測器１５３は、増幅された電圧信号を計測し、表示画面１５４に計測した信号波形を表示する。
【００２９】
図６は、制御部１６０の構成図の例である。制御部１６０は、外部通信部１６１と、発振器モニタ１６２と、振動検知部モニタ１６３と、記録部１６４と、演算部１６５とを備える。
【００３０】
図７は、超音波洗浄装置１００による処理の一連の動作を説明するフロー図である。先ず、初期段階の処理として、外部通信部１６１は、超音波洗浄装置１００の外部から洗浄処理開始の入力を受け（Ｓ７０１）、発振器１１０に対して高周波電力の発生を開始させ（Ｓ７０２）、振動検知部１５０に対して振動検知を開始させる（Ｓ７０３）。発振器１１０は、外部通信部１６１からの入力を受け、一定の電圧振幅と、一定の周波数変調範囲と、一定の周波数変調周期を有する高周波電力を発生する（洗浄処理開始）。発振器モニタ１６２は、洗浄処理開始からの経過時間と、前記高周波電力の周波数とを入力として受け、周波数の経時変化として記録部１６４へ格納する（Ｓ７０４）。振動検知部モニタ１６３は、洗浄処理開始からの経過時間と、波形計測器１５３において数値化された振動強度とを入力として受け、振動強度の経時変化として記録部１６４へ格納する（Ｓ７０５）。
【００３１】
図８は、初期段階において、発振器１１０が発生させる高周波電力の電圧波形８０１の例である。図中の横軸８１１は洗浄処理開始からの経過時間ｔ、図中の縦軸８１２は電圧Ｖである。電圧振幅Ｖ０は一定であるが、位相が元の値に戻るまでの時間（周波数ｆの逆数）は、経過時間とともに変化する。電圧Ｖは（１）式で与えられる。
【００３２】
【数１】
【００３３】
図９は、初期段階において、発振器１１０が発生させる高周波電力の周波数波形９０１の例であり、発振器モニタ１６２が入力として受け、記録部１６４へ格納するデータである。図中の横軸９１１は洗浄処理開始からの経過時間ｔ、図中の縦軸９１２は周波数ｆである。周波数変調の範囲ｆ０−Δｆ乃至ｆ０＋Δｆと、周波数変調の周期τは、ともに一定である。周波数ｆは（２）式で与えられる。
【００３４】
【数２】
【００３５】
図１０は、初期段階において、被洗浄物Ｗの振動強度１００１の経時変化の例であり、振動検知部モニタ１６３が入力として受け、記録部１６４へ格納するデータである。図中の横軸１０１１は洗浄処理開始からの経過時間ｔ、図中の縦軸１０１２は振動強度の変換と増幅によって得られた電圧信号ｖである。振動強度１００１の電圧信号ｖの振幅｜ｖ｜が大きい状態、即ち被洗浄物Ｗの振動が強い状態が時間周期的に現れる。
【００３６】
図７のフロー図に戻って、制御部１６０における初期段階経過後の処理を説明する。記録部１６４は、演算部１６５に対し、周波数ｆの経時変化データ９０１（図９）と、振動強度の電圧信号ｖの経時変化データ１００１（図１０）とを入力する（Ｓ７０６）。演算部１６５は、記録部１６４からの入力を受け、夫々の周波数ｆに対する振幅｜ｖ｜を算出し（Ｓ７０７）、何れの周波数変調範囲ｆ−Δｆ乃至ｆ＋Δｆにおいても、振幅｜ｖ｜が基準範囲ｖｍｉｎ乃至ｖｍａｘに入るか否かを診断する（Ｓ７０８）。
【００３７】
振幅｜ｖ｜が基準範囲に入る場合、演算部１６５は、外部通信部１１０に対して、初期段階の処理の継続を命令する（Ｓ７０４，Ｓ７０５）。一方、振幅｜ｖ｜が基準範囲に入らない場合、外部通信部１１０に対して、その時の周波数ｆにおける電圧振幅Ｖ０を変化させるように命令する（Ｓ７０９）。命令の内容は、｜ｖ｜＜ｖｍｉｎの場合、Ｖ０を増大させ、｜ｖ｜＞ｖｍａｘの場合、Ｖ０を減少させることである。
【００３８】
外部通信部１６１は、演算部１６５からの入力を受け、発振器１１０に対して、夫々の周波数ｆにおける高周波電力の電圧振幅Ｖ０を再設定する。演算部１６５は、何れの周波数変調範囲ｆ−Δｆ乃至ｆ＋Δｆにおいても、振幅｜ｖ｜が基準範囲に入るまで、電圧振幅Ｖ０の再設定を繰り返し行う。尚、発振器モニタ１６２、振動検知部モニタ１６３及び記録部１６４は、振幅｜ｖ｜が基準範囲に入るか否かに関わらず、夫々の処理を継続する。
【００３９】
図１１Ａは、演算部１６５が算出するデータの例である。図中の横軸１１１１は周波数ｆ、図中の縦軸１１１２は振動強度の電圧信号ｖ１１０１の振幅｜ｖ｜である。本図の場合、初期の電圧振幅Ｖ０が一定の段階では、周波数ｆ０ａ乃至ｆ０ｂ、周波数ｆ１ａ乃至ｆ１ｂ及び周波数ｆ２ａ乃至ｆ２ｂにおいて、振幅｜ｖ｜＞ｖｍａｘとなる。前記の周波数範囲を共振周波数帯と定義する。
【００４０】
この場合は、演算部１６５は、夫々の共振周波数帯における電圧振幅をＶ００、Ｖ０１及びＶ０２に再設定すると（図１２に、周波数ｆ１ａ乃至ｆ１ｂの範囲の電圧振幅をＶ０１に再設定した状態の波形１２０１を示す）、図１１Ｂに波形１１０２として示すように、周波数ｆ０ａ乃至ｆ０ｂ、周波数ｆ１ａ乃至ｆ１ｂ及び周波数ｆ２ａ乃至ｆ２ｂにおいて、振幅｜ｖ｜即ち被洗浄物Ｗの振動が小さくなる。その結果、被洗浄物Ｗ表面の局所部分に対して、瞬間的に高い音圧が加わる現象が防止され、ダメージ（破損）が抑制される。尚、夫々の共振周波数帯において、電圧振幅Ｖ０の再設定の代りに、電圧印加のデューティ比Ｄ（Ｔi/Ｔ）を図１３Ａに示すようにＤ０、図１３Ｂに示すようにＤ１及び図１３Ｃに示すように
Ｄ２と再設定しても同様の効果が得られる。
【００４１】
図７のフロー図に戻って、制御部１６０における終期段階の処理においては、外部通信部１６１は、超音波洗浄装置１００の外部から洗浄処理停止の入力が有るか否かをチェックする（Ｓ７１０）。その結果、停止の入力が無い場合（ＮＯの場合）にはＳ７０４及びＳ７０５のステップに戻って一連の処理を継続する。一方、停止の入力が有った場合（ＹＥＳの場合）には、発振器１１０に対して高周波電力の発生を停止させ（Ｓ７１１）、振動検知部１５０に対して振動検知を停止させる（Ｓ７１２）。発振器モニタ１６２は、発振器１１０における高周波電力発生の停止を受けて停止し（Ｓ７１３）、振動検知部モニタ１６３は、振動検知部１５０における振動検知停止を受けて停止する（Ｓ７１４）。記録部１６４は、発振器モニタ１６２または振動検知部モニタ１６３の少なくとも一方が停止するのを受けて停止する（Ｓ７１５）。演算部１６５は、記録部１６４が停止するのを受けて停止する（Ｓ７１６）。これにより、一連の動作を終了する。
【実施例２】
【００４２】
本実施例では、光学式変位センサを利用して被洗浄物の振動を間接的に検知する方式を利用したバッチ式超音波洗浄装置の例を説明する。
【００４３】
図１４は、実施例２に係る超音波洗浄装置２００の構成図の例である。超音波洗浄装置２００は、発振器１１０と、超音波振動発生部１２０と、振動伝達部１３０と、洗浄処理部１４０と、振動検知部２５０と、制御部１６０とを備える。
【００４４】
実施例１で説明した図１の超音波洗浄装置１００のうち、振動検知部１５０を振動検知部２５０に変更したものである。その他の構成は、既に説明した図１乃至図４及び図６に示された同一の符号を付された構成と、同一の機能を有するので、それらの説明は省略する。
【００４５】
図１５は、振動検知部２５０の構成図の例である。振動検知部２５０は、駆動回路２５１と、光源２５２と、投光レンズ２５３と、受光レンズ２５４と、光位置検出素子２５５と、増幅器２５６と、波形計測器２５７とを備える。尚、振動検知部２５０の何れの構成要素ともに、搬送機構１４２とは一体化しておらず、完全に独立している。
【００４６】
駆動回路２５１は、光源２５２に対して電力を供給する。光源２５２は、入力される電力の種類（直流か交流か）、周波数、電圧振幅に対して、発光のタイミングや発光強度の応答性が高い、発光ダイオードである。投光レンズ２５３は、処理槽１４１の側面のうち被洗浄物Ｗの一端が対向する側の面の外側に配置され、光源２５２において発光した光を集光させ、処理槽１４１の内部へ入射する。受光レンズ２５４は、処理槽１４１の側面のうち投光レンズ２５３が配置される側の面に対向する面の外側に配置され、処理槽１４１の内部を通過した光を集光し、光位置検出素子２５５へ入射する。光位置検出素子２５５は、素子内の所定の座標において、検出される光の強度を電圧信号へ変換する。増幅器２５６は、前記電圧信号を増幅し、波形計測器２５７は、増幅された電圧信号を計測する。
【００４７】
図１６は、被洗浄物Ｗにおける振動強度１５０１の経時変化の例であり、光位置検出素子２５５のうち被洗浄物Ｗの表面付近に対応する座標における検出光強度の経時変化である。図中の横軸１５１１は洗浄処理開始からの経過時間ｔ、図中の縦軸１５１２は検出光強度の変換と増幅によって得られた電圧信号ｖである。被洗浄物Ｗの振動が強い場合、被洗浄物Ｗの表面付近では、洗浄液Ｌの密度が大きく変動するのに伴い、光に対する屈折率も大きく変動するため、電圧信号ｖの変動の振幅｜ｖ｜が増大する。
【００４８】
本実施例の場合においても、図１１Ａ及び図１１Ｂで示したデータの算出が可能である。よって、図７で示したフローチャートに基づいて処理を実行することで、被洗浄物Ｗ表面の局所部分に対して、瞬間的に高い音圧が加わる現象が防止され、ダメージ（破損）が抑制される。
【実施例３】
【００４９】
本実施例では、圧電素子を利用して被洗浄物の振動を直接的に検知する方式を利用した枚葉式超音波洗浄装置の例を説明する。
【００５０】
図１７は、実施例３に係る超音波洗浄装置３００の構成図の例である。超音波洗浄装置３００は、発振器１１０と、超音波振動発生部３２０と、洗浄処理部３４０と、振動検知部３５０と、制御部１６０とを備える。
【００５１】
実施例１で説明した図１の超音波洗浄装置１００のうち、超音波振動発生部１２０を超音波振動発生部３２０に変更し、振動伝達部１３０を省き、洗浄処理部１４０を洗浄処理部３４０に変更し、振動検知部１５０を振動検知部３５０に変更したものである。その他の構成は、図１に示された同一の符号を付された構成と、同一の機能を有するので、それらの説明は省略する。
【００５２】
図１８は、超音波振動発生部３２０の構成図である。超音波振動発生部３２０は、圧電振動子３２１と、振動板３２２と、振動子ケース３２３と、給電ケーブル３２４とを備え、全体として円筒形状の外観を有する。超音波振動発生部３２０は、主面が上方を向くように設置された被洗浄物Ｗに対して、その主面より１ｍｍ乃至３ｍｍの距離を保って設置されている。
【００５３】
圧電振動子３２１は、板状のジルコン・チタン酸鉛（ＰＺＴ）の焼結体であり、その主面は円形で、振動板３２２の裏面に接着されている。圧電振動子３２１の主面及びその反対側の面には、電極層３２１ａが形成されている。振動板３２２は、板状の石英であり、その主面の直径は圧電振動子３２１の主面と同じである。振動子ケース３２３は、円筒形状のフッ素樹脂であり、圧電振動子３２１、振動板３２２及び給電ケーブル３２４を内包する。振動子ケース３２３の底部には円形の開口部３２３ａが設けられ、開口部３２３ａの直径は、振動板３２２の直径より小さい。圧電振動子３２１及び振動板３２２は、開口部３２３ａ付近に取り付けられ、振動板３２２の主面における内側の一部が、開口部３２３ａに露出している。給電ケーブル３２４は、一端は発振器１１０に接続し、他端は電極層３２１ａに接続している。
【００５４】
圧電振動子３２１は、給電ケーブル３２４及び電極層３２１ａを介して、発振器１１０から高周波電力を付与されると、逆ピエゾ効果によって厚さ方向に伸縮振動し、この振動は振動板３２２に伝搬し、振動板３２２の主面から超音波振動として放射される。
【００５５】
図１９は、洗浄処理部３４０の構成図の例である。洗浄処理部３４０は、給液管３４１ａ及び３４１ｂと、搬送機構３４２と、スイングアーム３４３とを備える。
【００５６】
給液管３４１ａ及び３４１ｂは、円形管状のフッ素樹脂である。給液管３４１ａは、被洗浄物Ｗの主面の上方かつ超音波振動発生部３２０の近隣に並設されている。給液管３４１ａの先端は、被洗浄物Ｗの主面を向いている。給液管３４１ｂは、被洗浄物Ｗの裏面の下方に設置されている。給液管３４１ｂの先端は、被洗浄物Ｗの裏面を向いている。スイングアーム３４３は、超音波振動発生部３２０と給液管３４１ａとを同時に保持し、被洗浄物Ｗの主面に対して平行方向に旋回軸３４４を回転中心として揺動する。洗浄液Ｌは、給液管３４１ａから被洗浄物Ｗの主面に向かって吐出され、給液管３４１ｂから被洗浄物Ｗの裏面にも吐出される。被洗浄物Ｗの主面及び裏面には、洗浄液Ｌの液膜が形成され、振動板３２２の主面より放射された超音波振動が洗浄液Ｌに伝搬することによって、被洗浄物Ｗの主面及び裏面に対する洗浄効果が発現する。
【００５７】
図２０は、振動検知部３５０の構成図と、搬送機構３４２の構成図である。振動検知部３５０は、圧電素子３５１と、増幅器３５２と、波形計測器３５３とを備え、搬送機構３４２は、スピンベース３４２ａと、保持部３４２ｂと、回転軸３４２ｃと、モータ３４２ｄとを備え、圧電素子３５１と一体化している。
【００５８】
スピンベース３４２ａは、被洗浄物Ｗの裏面の下方に位置し、保持部３４２ｂごと被洗浄物Ｗを支える。保持部３４２ｂは、スピンベース３４２ａの上面の周縁部に沿って、少なくとも３本以上配置され、圧電素子３５１は、少なくとも１つ以上の保持部３４２ｂの表面に設置されている。被洗浄物Ｗの外周部の一部は、保持部３４２ｂにおいて保持されると同時に、圧電素子３５１の主面と接触する。回転軸３４２ｃは、一端においてスピンベース３４２ａの裏面の中央部に固定され、他端においてモータ３４２ｄに接続している。モータ３４２ｄを駆動すると、回転軸３４２ｃが回転するとともに、スピンベース３４２ａと保持部３４２ｂと被洗浄物Ｗとが一体的に水平回転する。一端において圧電素子３５１と接続するケーブル３５１ａは、洗浄液Ｌに晒されないように、スピンベース３４２ａの内部と、保持部３４２ｂの内部と、回転軸３４２ｃの内部に埋め込まれている。ケーブル３５１ａの他端は、洗浄処理部３４０の外部に設置された増幅器３５２に接続している。
【００５９】
圧電素子３５１、増幅器３５２及び波形計測器３５３は、図５に示された圧電素子１５１と、増幅器１５２及び波形計測器１５３と同一の機能を有するので、それらの説明は省略する。
【００６０】
本実施例の場合においても、図８乃至図１１Ｂで示したデータの算出が可能である。よって、図７で示したフローチャートに基づいて処理を実行することで、被洗浄物Ｗ表面の局所部分に対して、瞬間的に高い音圧が加わる現象が防止され、ダメージ（破損）が抑制される。
【実施例４】
【００６１】
本実施例では、超音波振動発生部と振動検知部とが一体化した枚葉式超音波洗浄装置の例を説明する。
【００６２】
図２１は、実施例４に基づく超音波洗浄装置４００の構成図である。超音波洗浄装置４００は、発振器１１０と、超音波振動発生部４２０と、洗浄処理部３４０と、振動検知部４５０と、制御部１６０とを備える。
【００６３】
実施例３で説明した図１７の超音波洗浄装置３００のうち、超音波振動発生部３２０を超音波振動発生部４２０に変更し、振動検知部３５０を振動検知部４５０に変更したものである。その他の構成は、図１、図１７及び図１９に示された同一の符号を付された構成と、同一の機能を有するので、それらの説明は省略する。
【００６４】
図２２は、超音波振動発生部４２０の構成図と、振動検知部４５０の構成図である。超音波振動発生部４２０は、圧電振動子３２１と、振動板３２２と、振動子ケース３２３と、給電ケーブル４２４とを備え、全体として円筒形状の外観を有する。振動検知部４５０は、増幅器４５２と、波形計測器４５３とを備える。
【００６５】
図１８で示した超音波振動発生部３２０のうち、給電ケーブル３２４を給電ケーブル４２４に変更し、図２０で示した振動検知部３５０のうち、圧電素子３５１を省いたものである。
【００６６】
給電ケーブル４２４は、主ケーブル４２４ａ及び４２４ｂと、分岐ケーブル４２４ｃ及び４２４ｄと、中継部４２４ｅとを備える。主ケーブル４２４ａ及び４２４ｂは、一端において発振器１１０に接続し、他端において圧電振動子３２１の電極層３２１ａに接続している。分岐ケーブル４２４ｃ及び４２４ｄは、一端において増幅器４５２に接続し、他端において、夫々中継部４２４ｅ内で主ケーブル４２４ａ及び４２４ｂに接続している。分岐ケーブル４２４ｃは電圧計測に用いられ、分岐ケーブル４２４ｄは電流計測に用いられる。
【００６７】
波形計測器４５３は、発振器１１０が超音波振動発生部３２０に付与する高周波電力の
電圧及び電流の経時変化を計測する。被洗浄物Ｗが強く振動すると、超音波振動は、被洗浄物Ｗの裏面へ強く透過し、洗浄液Ｌ内における乱反射現象が顕著となる。この時、被洗浄物Ｗの主面から振動板３２２に対して直接入射する反射波成分が弱まり、圧電振動子３２１は、負荷が軽減されて強く振動する。そのため、波形計測器４５３で計測される電圧及び電流は増大する。以上の原理を利用することで、波形計測器４５３によって、被洗浄物Ｗの振動状態を観測することが可能になる。
【００６８】
本実施例の場合においても、図８乃至図１１Ｂで示したデータの算出が可能である。よって、図７で示したフローチャートに基づいて処理を実行することで、被洗浄物Ｗ表面の局所部分に対して、瞬間的に高い音圧が加わる現象が防止され、ダメージ（破損）が抑制される。
【実施例５】
【００６９】
本実施例では、ハイドロフォンプローブ（音圧計）を利用して被洗浄物の振動を間接的に検知する方式を利用したバッチ式超音波洗浄装置の例を説明する。
【００７０】
図２３は、実施例５に係る超音波洗浄装置５００の構成図の例である。超音波洗浄装置５００は、発振器１１０と、超音波振動発生部１２０と、振動伝達部１３０と、洗浄処理部１４０と、振動検知部５５０と、制御部１６０とを備える。
【００７１】
実施例１で説明した図１の超音波洗浄装置１００のうち、振動検知部１５０を振動検知部５５０に変更したものである。その他の構成は、既に説明した図１乃至図４及び図６に示された同一の符号を付された構成と、同一の機能を有するので、それらの説明は省略する。
【００７２】
図２４は、振動検知部５５０の構成図の例である。振動検知部５５０は、ハイドロフォンプローブ５５１と、増幅器５５２と、波形計測器５５３とを備える。
【００７３】
ハイドロフォンプローブ５５１は、計測範囲の指向性が高く、通常は音圧測定を目的として、先端部５５１ａが超音波振動発生部１２０に対向するように配置される。本実施例におけるハイドロフォンプローブ５５１は、処理槽１４１の内部において、先端部５５１ａが被洗浄物Ｗの主面に対向するように配置されている。よって、被洗浄物Ｗの振動に伴って、被洗浄物Ｗの主面から洗浄液Ｌへ放射される圧力波が高感度に検出される。ハイドロフォンプローブ５５１は、圧力波をピエゾ効果によって電圧信号へ変換する。増幅器５５２は、前記電圧信号を増幅し、波形計測器５５３は、増幅された電圧信号を計測し、大きさと伝搬方向を有するベクトル量として出力する。
【００７４】
本実施例の場合においても、図８乃至図１１Ｂで示したデータの算出が可能である。よって、図７で示したフローチャートに基づいて処理を実行することで、被洗浄物Ｗ表面の局所部分に対して、瞬間的に高い音圧が加わる現象が防止され、ダメージ（破損）が抑制される。
【００７５】
尚、本発明は上記した実施例に限定されるものではなく、様々な変形例が含まれる。例えば、上記した実施例は本発明を分かりやすく説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されるものではない。また、ある実施例の構成の一部を他の実施例の構成に置き換えることが可能であり、また、ある実施例の構成に他の実施例の構成を加えることも可能である。また、各実施例の構成の一部について、他の構成の追加・削除・置換をすることが可能である。
【００７６】
また、上記の各構成、機能、処理部、処理手段等は、それらの一部又は全部を、例えば集積回路で設計する等によりハードウェアで実現してもよい。また、上記の各構成、機能等は、プロセッサがそれぞれの機能を実現するプログラムを解釈し、実行することによりソフトウェアで実現してもよい。各機能を実現するプログラム、テーブル、ファイル等の情報は、メモリや、ハードディスク、ＳＳＤ（Solid State Drive）等の記録装置、または、ＩＣカード、ＳＤカード、ＤＶＤ等の記録媒体に置くことができる。
【００７７】
また、制御線や情報線は説明上必要と考えられるものを示しており、製品上必ずしも全ての制御線や情報線を示しているとは限らない。実際には殆ど全ての構成が相互に接続されていると考えてもよい。
【符号の説明】
【００７８】
１００、２００、３００，４００，５００，６００…超音波洗浄装置 １１０，６１０…発振器 １２０、３２０、４２０，６２０…超音波振動発生部 １２１、３２１…圧電振動子 １３０…振動伝達部 １３２…間接槽 １４０、３４０，６４０…洗浄処理部 １４１…処理槽 １４１ｂ 外槽 １４２…搬送機構 １５０、２５０、３５０、４５０、５５０…振動検知部 １５１、３５１…圧電素子 １５２、３５２，５５２…増幅器 １５３、３５３，４５３，５５３…波形計測器 １６０…制御部 １６１…外部通信部 １６２…発振器モニタ １６３…振動検知部モニタ １６４…記録部 １６５…演算部 ２５１…駆動回路 ２５２…光源 ２５３…投光レンズ ２５４…受光レンズ ２５５…光位置検出素子 ２５６…増幅器 ２５７…波形計測器 ５５１…ハイドロフォンプローブ。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
洗浄液を収容する処理槽と、
該洗浄液を収容した処理槽の内部で被洗浄物を前記洗浄液に浸漬した状態で保持する保持手段と、
超音波振動を発生させる超音波振動発生部と、
前記超音波振動発生部にある範囲の周波数の高周波電力を印加して超音波振動を発生させる発振器と、
前記超音波振動発生部で発生させた超音波振動を前記処理槽に収容された洗浄液に伝達させる振動伝達部と、
該振動伝達部により前記洗浄液に伝達された超音波振動により前記処理槽の内部で前記保持手段に保持されて前記洗浄液に浸漬されている前記被洗浄物に生じる振動を検知する振動検知部と、
前記振動検知部で検知した信号を受けて前記発振器を制御する制御部と
を備えた超音波洗浄装置であって、
前記制御部は、前記超音波振動発生部に印加する高周波電力の前記ある範囲の周波数の帯域において、前記被洗浄物の共振周波数帯に相当する周波数帯の高周波電力を他の周波数帯の高周波電力に対して変化させるように前記発振器を制御することを特徴とする超音波洗浄装置。
【請求項２】
請求項１に記載の超音波洗浄装置であって、前記制御部は、前記発信器が発振する周波数と前記振動検知部が検知する振動強度との関係から前記被洗浄物の共振周波数帯を導出し、前記発振器に対して、前記導出した被洗浄物の共振周波数帯においては前記超音波振動発生部に印加する高周波電力を変化させることを特徴とする超音波洗浄装置。
【請求項３】
請求項１又は２に記載の超音波洗浄装置であって、前記制御部は、前記被洗浄物の共振周波数帯に相当する周波数帯の高周波電力の電圧振幅を前記周波数帯以外の高周波電力の電圧振幅に対して減少させるように前記発振器を制御することを特徴とする超音波洗浄装置。
【請求項４】
請求項１又は２に記載の超音波洗浄装置であって、前記振動検知部は、前記被洗浄物と接するように配置された圧電素子、又は投光器と受光器とを備えて前記投光器により前記被洗浄物の表面近傍に照射した光を前記受光器で検出した信号から前記被洗浄物の振動を検知する光学的振動検知手段、又は音圧計の何れかを備えることを特徴とする超音波洗浄装置。
【請求項５】
洗浄液を収容した処理槽の内部で被洗浄物を前記洗浄液に浸漬して保持し、
超音波振動発信器によりある範囲で周波数を変化させて発生させた高周波電力を超音波振動発生部に印加して超音波振動を発生させ
該発生させた超音波振動を前記処理槽の内部の前記被洗浄物が浸漬されている前記洗浄液に伝播させ前記被洗浄物を超音波洗浄する
超音波洗浄方法であって、
前記超音波振動発信器から前記超音波振動発生部に印加する前記ある範囲で周波数を変化させて発生させた高周波電力のうち前記被洗浄物の共振周波数帯に相当する周波数帯の高周波電力を他の周波数帯の高周波電力に対して変化させて前記超音波振動発生部に印加することを特徴とする超音波洗浄方法。
【請求項６】
請求項５に記載の超音波洗浄方法であって、前記被洗浄物の共振周波数帯を、前記超音波振動発信器から前記超音波振動発生部に印加する前記高周波電力を前記ある範囲で周波数を変化させたときの前記被洗浄物の振動の状態を検知して得た情報に基づいて求めることを特徴とする超音波洗浄方法。
【請求項７】
請求項５又は６に記載の超音波洗浄方法であって、前記被洗浄物の共振周波数帯に相当する周波数帯の高周波電力を変化させて前記超音波振動発生部に印加することを、前記被洗浄物の共振周波数帯に相当する周波数帯の高周波電力の電圧振幅を前記周波数帯以外の高周波電力の電圧振幅に対して減少させて前記超音波振動発生部に印加することを特徴とする超音波洗浄方法。
【請求項８】
請求項６記載の超音波洗浄方法であって、前記被洗浄物の振動の状態を検知することを、前記被洗浄物と接するように配置された圧電素子で検出すること、又は投光器と受光器とを備えて前記投光器により前記被洗浄物の表面近傍に照射した光を前記受光器で検出した信号から前記被洗浄物の振動を検知すること、又は音圧計を用いて振動している前記被洗浄物から発生する圧力波を検出することの何れかにより行うことを特徴とする超音波洗浄方法。
【請求項１】
洗浄液を収容する処理槽と、
該洗浄液を収容した処理槽の内部で被洗浄物を前記洗浄液に浸漬した状態で保持する保持手段と、
超音波振動を発生させる超音波振動発生部と、
前記超音波振動発生部にある範囲の周波数の高周波電力を印加して超音波振動を発生させる発振器と、
前記超音波振動発生部で発生させた超音波振動を前記処理槽に収容された洗浄液に伝達させる振動伝達部と、
該振動伝達部により前記洗浄液に伝達された超音波振動により前記処理槽の内部で前記保持手段に保持されて前記洗浄液に浸漬されている前記被洗浄物に生じる振動を検知する振動検知部と、
前記振動検知部で検知した信号を受けて前記発振器を制御する制御部と
を備えた超音波洗浄装置であって、
前記制御部は、前記超音波振動発生部に印加する高周波電力の前記ある範囲の周波数の帯域において、前記被洗浄物の共振周波数帯に相当する周波数帯の高周波電力を他の周波数帯の高周波電力に対して変化させるように前記発振器を制御することを特徴とする超音波洗浄装置。
【請求項２】
請求項１に記載の超音波洗浄装置であって、前記制御部は、前記発信器が発振する周波数と前記振動検知部が検知する振動強度との関係から前記被洗浄物の共振周波数帯を導出し、前記発振器に対して、前記導出した被洗浄物の共振周波数帯においては前記超音波振動発生部に印加する高周波電力を変化させることを特徴とする超音波洗浄装置。
【請求項３】
請求項１又は２に記載の超音波洗浄装置であって、前記制御部は、前記被洗浄物の共振周波数帯に相当する周波数帯の高周波電力の電圧振幅を前記周波数帯以外の高周波電力の電圧振幅に対して減少させるように前記発振器を制御することを特徴とする超音波洗浄装置。
【請求項４】
請求項１又は２に記載の超音波洗浄装置であって、前記振動検知部は、前記被洗浄物と接するように配置された圧電素子、又は投光器と受光器とを備えて前記投光器により前記被洗浄物の表面近傍に照射した光を前記受光器で検出した信号から前記被洗浄物の振動を検知する光学的振動検知手段、又は音圧計の何れかを備えることを特徴とする超音波洗浄装置。
【請求項５】
洗浄液を収容した処理槽の内部で被洗浄物を前記洗浄液に浸漬して保持し、
超音波振動発信器によりある範囲で周波数を変化させて発生させた高周波電力を超音波振動発生部に印加して超音波振動を発生させ
該発生させた超音波振動を前記処理槽の内部の前記被洗浄物が浸漬されている前記洗浄液に伝播させ前記被洗浄物を超音波洗浄する
超音波洗浄方法であって、
前記超音波振動発信器から前記超音波振動発生部に印加する前記ある範囲で周波数を変化させて発生させた高周波電力のうち前記被洗浄物の共振周波数帯に相当する周波数帯の高周波電力を他の周波数帯の高周波電力に対して変化させて前記超音波振動発生部に印加することを特徴とする超音波洗浄方法。
【請求項６】
請求項５に記載の超音波洗浄方法であって、前記被洗浄物の共振周波数帯を、前記超音波振動発信器から前記超音波振動発生部に印加する前記高周波電力を前記ある範囲で周波数を変化させたときの前記被洗浄物の振動の状態を検知して得た情報に基づいて求めることを特徴とする超音波洗浄方法。
【請求項７】
請求項５又は６に記載の超音波洗浄方法であって、前記被洗浄物の共振周波数帯に相当する周波数帯の高周波電力を変化させて前記超音波振動発生部に印加することを、前記被洗浄物の共振周波数帯に相当する周波数帯の高周波電力の電圧振幅を前記周波数帯以外の高周波電力の電圧振幅に対して減少させて前記超音波振動発生部に印加することを特徴とする超音波洗浄方法。
【請求項８】
請求項６記載の超音波洗浄方法であって、前記被洗浄物の振動の状態を検知することを、前記被洗浄物と接するように配置された圧電素子で検出すること、又は投光器と受光器とを備えて前記投光器により前記被洗浄物の表面近傍に照射した光を前記受光器で検出した信号から前記被洗浄物の振動を検知すること、又は音圧計を用いて振動している前記被洗浄物から発生する圧力波を検出することの何れかにより行うことを特徴とする超音波洗浄方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１Ａ】
【図１１Ｂ】
【図１２】
【図１３Ａ】
【図１３Ｂ】
【図１３Ｃ】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２０】
【図２１】
【図２２】
【図２３】
【図２４】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１Ａ】
【図１１Ｂ】
【図１２】
【図１３Ａ】
【図１３Ｂ】
【図１３Ｃ】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２０】
【図２１】
【図２２】
【図２３】
【図２４】
【公開番号】特開２０１３−５１３５６（Ｐ２０１３−５１３５６Ａ）
【公開日】平成２５年３月１４日（２０１３．３．１４）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−１８９４２３（Ｐ２０１１−１８９４２３）
【出願日】平成２３年８月３１日（２０１１．８．３１）
【出願人】（０００１６６６５０）株式会社日立国際電気エンジニアリング (100)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２５年３月１４日（２０１３．３．１４）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年８月３１日（２０１１．８．３１）
【出願人】（０００１６６６５０）株式会社日立国際電気エンジニアリング (100)
【Ｆターム（参考）】
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