超音波洗浄装置
【課題】安価で素早く高度な洗浄性能を発揮することができる超音波洗浄装置を提供すること。
【解決手段】超音波洗浄装置1は、洗浄液700を用いて被洗浄物800を超音波洗浄処理する洗浄処理部100と、洗浄液700に対して超音波振動を照射する振動子200と、振動子200を圧電効果によって超音波振動させるために、所望の周波数で、且つ所望の振幅の電気信号を振動子200に付与する発振器300と、洗浄液700に所望の濃度を有する気体410を溶解する気体溶解部400と、振動子200より発振される超音波振動(圧力変動)から音圧Pを測定する音圧測定部560と、音圧測定部560によって測定された音圧Pを基に、気体溶解部400によって洗浄液700に溶解する気体410の濃度を制御する制御部600とを有している。
【解決手段】超音波洗浄装置1は、洗浄液700を用いて被洗浄物800を超音波洗浄処理する洗浄処理部100と、洗浄液700に対して超音波振動を照射する振動子200と、振動子200を圧電効果によって超音波振動させるために、所望の周波数で、且つ所望の振幅の電気信号を振動子200に付与する発振器300と、洗浄液700に所望の濃度を有する気体410を溶解する気体溶解部400と、振動子200より発振される超音波振動(圧力変動)から音圧Pを測定する音圧測定部560と、音圧測定部560によって測定された音圧Pを基に、気体溶解部400によって洗浄液700に溶解する気体410の濃度を制御する制御部600とを有している。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、ムラのない均一な洗浄が求められる、半導体ウエハー、ガラスマスク、液晶ガラス基板、ハードディスク等に対して、超音波振動を照射した水や薬液を用いて精密に洗浄する超音波洗浄装置に関する。
【背景技術】
【0002】
例えば微細加工品には、半導体ウエハー、液晶用のガラス、液晶ガラス基板、ハードディスク等が挙げられる。このような微細加工品には、異物が付着していることがある。この異物は、例えば1μm未満の粒子等であり、汚れとなる。異物が微細加工品に付着していると、微細加工品の性能が大きく低下してしまう。そのため微細加工品は、このような異物を剥離する必要があり、剥離のために例えば高周波の超音波洗浄装置によって精密に超音波洗浄される必要が生じる。超音波洗浄装置は、洗浄槽内に満たされた洗浄液中を伝わる超音波振動、あるいは、洗浄液と超音波振動との相乗効果により、異物を微細加工品から剥離し、超音波洗浄している。このような微細加工品は、超音波洗浄装置によって超音波洗浄される被洗浄物となる。
【0003】
上述した超音波洗浄装置1を図9に示す。超音波洗浄装置1は、洗浄液7を用いて被洗浄物8を超音波洗浄処理する洗浄処理部10と、洗浄液7に対して超音波振動を照射する振動子2と、振動子2を超音波振動させるために、所望の周波数で、且つ所望の振幅の電気信号を振動子2に付与する発振器3と、洗浄液7に所望の濃度を有する気体41を溶解する気体溶解部4と、洗浄液7に溶解している気体41の濃度を測定する気体濃度測定部5と、これらを制御する制御部6とを有している。
【0004】
洗浄処理部10は、被洗浄物8を収容して洗浄液7を貯留する処理槽11と、処理槽11に貯留された洗浄液7に対して振動子2によって照射される超音波振動を伝播する伝播液13を貯留する伝播槽14とを有している。
【0005】
被洗浄物8は、例えばシリコンウエハ等の半導体であり、自身とは異なる金属などの不純物を嫌い、金属からの汚染を嫌う。
【0006】
振動子2は、振動面2aにおいて発生した超音波振動を、伝播液13を介して処理槽11の底部11aに伝播させ、処理槽11の底部11aを透過させて、処理槽11内の洗浄液7に照射する。超音波振動を照射された洗浄液7は、超音波振動の物理的な作用によって、被洗浄物8に対して洗浄作用をもたらす。
このとき、発振器3は、振動子2の超音波振動を制御する。
【0007】
また気体溶解部4は、例えば図9に示すように、洗浄液7に予め溶解された気体41を全て脱気する膜である気体脱気部441と、気体脱気部441によって気体を脱気された洗浄液7に、気体濃度測定部5の測定結果を基に、所望の濃度を有する気体41を供給する気体供給部42とを有している。
【0008】
後述するように、超音波洗浄では、洗浄液7に溶解している気体41の濃度により洗浄性能が大きく変化する。そのため気体溶解部4(気体供給部42)は、気体濃度測定部5が洗浄液7に溶解している気体41の濃度を測定した測定結果を基に、洗浄液7に対して所望の濃度の気体41を溶解する。
【0009】
なお超音波洗浄装置1は、クリーンルーム内で使用される。そのため気体脱気部441において、脱気された気体は、図示しない排出管によって、排気ガスとして外部へ排出される。
また気体供給部42は、気体41を洗浄液7に供給するために、気体41を充填する気体充填容器である。気体供給部42は、気体濃度測定部5によって測定された気体41の濃度に応じて、気体41の供給量を調整する調整弁421と、調整弁421によって供給量を調整された気体41を供給配管111における洗浄液7に溶解させる溶解膜422とを有している。
気体溶解部4は、気体41が溶解された洗浄液7を処理槽11に送液する長い供給配管111を介して処理槽11と接続している。
【0010】
気体濃度測定部5は、例えば濃度センサや濃度計等であり、一般的に金属製である。気体濃度測定部5は、供給配管111を介して処理槽11と接続しており、供給配管111において、洗浄液7に溶解している気体41の濃度を測定する。
【0011】
また図10は、異物除去率(%)と気体41の濃度(ppm)との関係を示す図であり、洗浄液7に溶解している気体41の濃度を変化させた時の異物除去率の変化を示している。
異物除去率とは、被洗浄物8に予め付着している異物を被洗浄物8からどれだけ除去できたかを示す割合である。そのため異物除去率が高いほど、異物を多く除去できたことを示し、洗浄効果(洗浄性能)が高いことを示す。
【0012】
図10に示す異物除去率(%)と気体41の濃度(ppm)との関係は、以下のような条件化で算出されたものである。
洗浄液7は、例えば純水である。気体41は、例えば窒素ガスである。また被洗浄物8は、直径約200mmのシリコンウエハである。この被洗浄物8には、直径約0.1μmの数千個の異物(汚れ)が付着している。発振器3は、0.35W/cm2と一定の値で超音波出力する。振動子2は、約730kHzで超音波振動する。このとき発振器3における超音波出力と、振動子2における超音波振動とは、一定である。
【0013】
図10に示すように、洗浄液7に溶解している気体41の濃度が例えば5ppm以下だと、洗浄効果(異物除去率)が低いことがわかる。また洗浄液7に溶解している気体41の濃度が例えば5ppm〜10ppmだと洗浄効果(異物除去率)が大きく上昇することがわかる。
【0014】
このように、超音波出力の値が0.35W/cm2と一定でも、洗浄液7に溶解している気体41の濃度は洗浄効果(異物除去率)に大きな影響を及ぼしていることが分かる。つまり所望する洗浄性能を得るためには、超音波出力を管理すると共に、洗浄液7に溶解している気体41の濃度を管理することが非常に重要なことが分かる。
【0015】
例えば特許文献1には、共振周波数が振動板の全部位で一定に保たれるようにして、被洗浄物に対して常に均一な精密洗浄が行える超音波音洗浄装置が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0016】
【特許文献1】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】
【0017】
近年、異物の粒子形状は大小様々となり、異物の固着状態及び材質も様々となっている。これに対し、超音波洗浄装置1は高性能及び多様化し、被洗浄物8への洗浄精度は格段に向上している。
しかしながらこれに伴い、被洗浄物8への洗浄むらや被洗浄物8への超音波洗浄によるダメージが顕著となっている。そのため、超音波洗浄装置1は、音圧むらのない振動子2や、どのような条件でも一定の超音波出力を発振するために出力フィードバック機能を備えた発振器3を有するなど、改善に当たっている。
【0018】
また上述したように、超音波洗浄では、洗浄液7に溶解している気体41の濃度により洗浄性能が大きく変化する。そのため超音波洗浄装置1は、洗浄液7に溶解している気体41の濃度を厳密に測定し、洗浄液7に溶解している気体41の濃度が常に所望の値となるように気体41の濃度を制御している。
【0019】
ここで注目すべきは、洗浄液7に溶解している気体41の濃度が所望の値となるように維持されているか、ということである。通常、気体溶解部4と気体濃度測定部5とは、設備の都合上、処理槽11から離れた場所に設置されており、上述したように供給配管111を介して処理槽11と接続している。そのためこの洗浄液7が気体溶解部4から供給配管111を通り処理槽11に流れるまでに、洗浄液7に溶解している気体41の濃度が変化していることは十分考えられる。
そのため、気体濃度測定部5は、処理槽11に配設され、処理槽11に貯留している洗浄液7から、洗浄液7に溶解している気体41の濃度を直接測定すべきである。
【0020】
しかしながら、被洗浄物8、特にシリコンウエハ等の半導体は、上述したように金属などの不純物を嫌い、金属からの汚染を嫌う。そのためこの点からして金属製の気体濃度測定部5を処理槽11に直接配設することは困難である。これにより超音波洗浄装置1は気体41の濃度が常に所望の値となるように制御することは困難となり、高度な洗浄性能を発揮できない虞が生じる。
【0021】
また一般的に図9に示すような気体溶解部4と気体濃度測定部5とにおいて、洗浄液7への気体41の供給及び溶解は時間がかかり、気体濃度測定部5は気体41の濃度を素早く測定せず、測定は15分程度と時間がかかる。
【0022】
また気体41が洗浄液7に溶解する時間は、洗浄液7や気体41の量と圧力と温度とに起因する。そのため量と圧力と温度とを個別に測定する図示しない測定部が気体溶解部4に配設される必要がある。
そのため気体溶解部4は、非常に複雑な構成となる。またこれら測定部は高額であり、これら測定部の維持管理も非常に手間と費用がかかる。
【0023】
そのため本発明は、上記事情に鑑み、安価で素早く高度な洗浄性能を発揮することができる超音波洗浄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】
【0024】
本発明は目的を達成するために、洗浄液を用いて被洗浄物を超音波洗浄処理する洗浄処理部と、前記洗浄液に対して超音波振動を照射する振動子と、前記振動子を圧電効果によって超音波振動させるために、所望の周波数で、且つ所望の振幅の電気信号を前記振動子に付与する発振器と、前記洗浄液に所望の気体を溶解する気体溶解部と、前記振動子より発振される超音波振動から音圧を測定する音圧測定部と、前記音圧測定部によって測定された前記音圧を基に、前記気体溶解部によって前記洗浄液に溶解する前記気体の濃度を制御する制御部とを具備することを特徴とする超音波洗浄装置を提供する。
【0025】
また本発明は目的を達成するために、前記被洗浄物が超音波洗浄される前に、前記制御部は、前記振動子における超音波出力と、前記音圧測定部によって測定された前記音圧とを基に、前記音圧と前記超音波出力との関係を示す前記気体の濃度毎のPIテーブルを作成することを特徴とする上記に記載の超音波洗浄装置を提供する。
【0026】
また本発明は目的を達成するために、前記被洗浄物が超音波洗浄される前に、前記制御部は、前記PIテーブルを基に、前記洗浄液に溶解している前記気体の濃度と、前記濃度を前記洗浄液に用いた際に極大値となる前記音圧に対応する超音波出力との関係を示す濃度Iテーブルを作成することを特徴とする上記に記載の超音波洗浄装置を提供する。
【0027】
また本発明は目的を達成するために、前記制御部は、前記濃度Iテーブルを、前記気体の濃度が異なる場合の少なくとも2つの前記PIテーブルを基に作成することを特徴とする上記に記載の超音波洗浄装置を提供する。
【0028】
また本発明は目的を達成するために、前記洗浄処理部に貯留されている前記洗浄液に一部が浸漬し、前記音圧測定部に超音波振動を媒介する媒介部を有することを特徴とする上記に記載の超音波洗浄装置を提供する。
【0029】
また本発明は目的を達成するために、前記洗浄処理部は、前記被洗浄物を収容して前記洗浄液を貯留する処理槽を有し、前記媒介部を含む前記音圧測定部は前記処理槽に少なくとも1つ配設され、前記媒介部を含む前記音圧測定部の一方は前記処理槽の一部に配設され、前記媒介部を含む前記音圧測定部の他方は前記処理槽の前記一部から最も離れた他部に配設されていることを特徴とする上記に記載の超音波洗浄装置を提供する。
【発明の効果】
【0030】
本発明によれば、安価で素早く高度な洗浄性能を発揮す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。
【図面の簡単な説明】
【0031】
【図1】図1は、本発明に係る超音波洗浄装置の構成を示す図である。
【図2A】図2Aは、音圧測定部と媒介部との概略図である。
【図2B】図2Bは、音圧測定部の概略図である。
【図3】図3は、気体が洗浄液に溶解していない場合における超音波出力I(W)と音圧P(mV)との関係を示す図である。
【図4A】図4Aは、気体の濃度が8.5ppmの場合における、超音波出力I(W)と音圧P(mV)との関係を示すPIテーブルを示す図である。
【図4B】図4Bは、気体の濃度が12ppmの場合における、超音波出力I(W)と音圧P(mV)との関係を示すPIテーブルを示す図である。
【図4C】図4Cは、気体の濃度が15ppmの場合における、超音波出力I(W)と音圧P(mV)との関係を示すPIテーブルを示す図である。
【図4D】図4Dは、気体の濃度が20ppmの場合における、超音波出力I(W)と音圧P(mV)との関係を示すPIテーブルを示す図である。
【図5】図5は、洗浄液700に溶解している気体410の濃度と、この濃度を洗浄液700に用いた際に極大値となる音圧Pに対応する超音波出力Iとの関係を示す濃度Iテーブルを示す図である。
【図6】図6は、PIテーブルと濃度Iテーブルとの作成を示すフローチャートである。
【図7A】図7Aは、本実施形態における超音波洗浄方法を示すフローチャートの一部である。
【図7B】図7Bは、本実施形態における超音波洗浄方法を示すフローチャートの他部である。
【図8】図8は、媒介部を含む音圧測定部を処理槽に複数配設した図である。
【図9】図9は、一般的な超音波洗浄装置の構成を示す図である。
【図10】図10は、異物除去率(%)と気体の濃度(ppm)との関係を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【0032】
以下、図1乃至図7Bを参照して本発明の実施形態について詳細に説明する。
本実施形態では、超音波洗浄装置1は、被洗浄物800に対して、超音波振動を照射した例えば水や薬液等の液体(以下、洗浄液700)を用いて超音波洗浄処理を行う。
【0033】
本実施形態では、洗浄液700を貯留した処理槽110の中に被洗浄物800を収容し、洗浄液700に浸漬された状態の被洗浄物800を超音波洗浄するバッチ式洗浄が用いられる。
このバッチ式洗浄によって超音波洗浄される被洗浄物800には、例えば機械加工品等が好適である。
【0034】
超音波洗浄装置1は、洗浄液700を用いて被洗浄物800を超音波洗浄処理する洗浄処理部100と、洗浄液700に対して超音波振動を照射する振動子200と、振動子200を圧電効果によって超音波振動させるために、所望の周波数(周波数が例えば20kHz以上)で、且つ所望の振幅の電気信号を振動子200に付与する発振器300と、洗浄液700に所望の濃度を有する気体410を溶解する気体溶解部400と、振動子200より発振される超音波振動(圧力変動)から音圧Pを測定する音圧測定部560と、音圧測定部560によって測定された音圧Pを基に、発振器300が振動子200へ付与する超音波出力Iを制御し、発振器300が振動子200に付与する電気信号を制御し、気体溶解部400によって洗浄液700に溶解する気体410の濃度を制御する制御部600とを有している。
【0035】
洗浄処理部100は、被洗浄物800を収容して洗浄液700を貯留する処理槽110と、処理槽110が貯留する洗浄液700を準備する洗浄液準備機構120と、処理槽110に貯留された洗浄液700に対して振動子200によって照射される超音波振動を伝播する伝播液130を貯留する伝播槽140と、伝播槽140が貯留する伝播液130を準備する伝播液準備機構150とを有している。
【0036】
本実施形態において被洗浄物800は、上述したように機械加工品であり、より詳細には例えばシリコンウエハ等の半導体である。被洗浄物800は、自身とは異なる金属などの不純物を嫌い、金属からの汚染を嫌う。そのため処理槽110は、被洗浄物800への汚染を避ける必要があり、金属成分の溶出の虞がない材質で形成されている必要がある。また処理槽110は、洗浄液700として使用される様々な薬品に対する耐食性を有する材質で形成されている必要がある。また処理槽110は、超音波振動の透過性が高く、使用劣化による発塵の恐れがない材質で形成されている必要がある。このような材質は、例えば石英ガラスである。処理槽110は、収容する被洗浄物800の形状を特に限定しないが、上述したように機械加工品等の被洗浄物800を収容することが好適である。
【0037】
処理槽110の底部110a付近には、洗浄液準備機構120によって準備された洗浄液700を洗浄液準備機構120から処理槽110に供給する供給配管111が配設されている。この供給配管111は、気体溶解部400と接続している。また処理槽110の上面110bは、開放されている。そのため処理槽110の上端110cの外周面110dには、処理槽110からオーバーフローした洗浄液700を一時的に貯留する外槽112が配設されている。この外槽112には、一時的に貯留した廃液となる洗浄液700を外槽112から排液する排液配管113が接続している。
【0038】
洗浄液準備機構120は、洗浄液700を処理槽110に貯留させるように、洗浄液700を準備する。この洗浄液準備機構120は、処理槽110(より詳細には気体溶解部400)に供給する洗浄液700を一時的に貯留するタンク121と、タンク121に一時的に貯留されている洗浄液700の温度を調整する温度調整部である温調機122と、処理槽110(より詳細には気体溶解部400)に供給される洗浄液700の流速を所望の速度となるように制御する流速制御部であるポンプ123と、ポンプ123によって流速を制御された洗浄液700を気体溶解部400に供給する供給配管124とを有している。供給配管124は、気体溶解部400と接続している。
【0039】
伝播槽140において、伝播液130は、処理槽110の底部110aと振動子200の上面(振動面)200aとの間に介在し、処理槽110に貯留された洗浄液700に対して振動子200から照射された超音波振動を伝播する。この伝播液130は、超音波振動の伝播を妨げる気泡を発生させず、且つ振動子200の振動面200aで発生する熱を効率よく放出させる液体が望ましい。この液体は、気体が溶解していない水である。
【0040】
伝播槽140の底部140aの一部には、開口部140bが配設されている。開口部140bには、振動子200が取り付けられている。伝播槽140には、伝播液準備機構150から伝播槽140に伝播液130を供給する供給配管141と、廃液となる伝播液130を伝播槽140から排液する排液配管142とが配設されている。
【0041】
伝播液準備機構150は、伝播液130を伝播槽140に貯留させるように、伝播液130を準備する。伝播液準備機構150は、伝播槽140に供給される伝播液130を一時的に貯留するタンク151と、タンク151に貯留された伝播液130に予め溶解された気体を除去する溶解気体除去機構152とを有している。
【0042】
振動子200は、振動面200aにおいて発生した超音波振動を、伝播液130を介して処理槽110の底部110aに伝播させ、処理槽110の底部110aを透過させて、処理槽110内の洗浄液700に照射する。超音波振動を照射された洗浄液700は、超音波振動の物理的な作用によって、被洗浄物800に対して洗浄作用をもたらす。
【0043】
発振器300は、信号出力線320を有している。信号出力線320は、振動子200と接続しており、制御部600によって制御された振動子200に付与する電気信号を振動子200に伝達する。これにより発振器300は、振動子200を超音波振動させる。
【0044】
気体溶解部400は、洗浄液準備機構120から供給された洗浄液700に対して所望の気体410を溶解する。この気体410は、例えば、水素と、ヘリウムと、窒素と、酸素と、ネオンと、アルゴンと、クリプトンと、キセノンと、ラドンと、二酸化炭素と、アンモニアとの少なくとも1つから構成される。
【0045】
気体溶解部400は、供給配管124における洗浄液700に予め溶解された気体を洗浄液700から除去する溶解気体除去機構440と、溶解気体除去機構440によって気体を除去された洗浄液700に所望の濃度を有する気体410を供給する気体供給部420と、溶解気体除去機構440にて気体を除去された供給配管111における洗浄液700に気体供給部420から放出された気体410を供給する気体供給配管430とを有している。
【0046】
溶解気体除去機構440は、気体を洗浄液700から除去できれば良いために、気体脱気部441であってもよい。
【0047】
気体供給部420は、図9と同様に、所望の濃度を有する気体410を洗浄液700に供給するために、所望の濃度を有する気体410を充填する気体充填容器である。気体供給部420は、音圧測定部560によって測定された音圧Pに応じて、気体410の供給量を調整する調整弁421と、調整弁421によって供給量を調整された気体410を供給配管111における洗浄液700に溶解させる溶解膜422とを有している。
【0048】
図1と図2Aとに示すように、音圧測定部560は、例えば圧電素子等の音圧計であり、測定した音圧Pを電気信号に変換して、図1に示すように信号入力線610を介して制御部600に入力する。音圧測定部560は、一般的に周波数特性を有し、同じ超音波出力であっても、周波数が違う場合、出力される電気信号は等しいとは限らない。しかしながら本実施形態では後述する図6と図7Aと図7Bとに示すよう動作手順であるために、周波数特性に関して加味する必要がなく、本実施形態における音圧測定部560は、音圧Pに対して比例した電気信号を出力すればよい。
【0049】
図2Aに示すように、音圧測定部560には、処理槽110に貯留されている洗浄液700に一部が浸漬し、音圧測定部560に超音波振動を媒介する媒介部570が配設されている。上述したように被洗浄物800は金属などの不純物を嫌い金属からの汚染を嫌うため、媒介部570は、洗浄液700を介して被洗浄物800を汚染しない非金属であり、例えば石英ガラスなどである。
【0050】
本実施形態では、図2Bに示すように音圧測定部560は洗浄液700に直接浸漬してもよいが、音圧測定部560が洗浄液700を介して被洗浄物800を汚染する可能性と、洗浄液700によって腐食される可能性等を鑑みて、図2Aに示すように媒介部570が洗浄液700に浸漬することが好適であり、音圧測定部560は媒介部570と接続した状態で洗浄液700に浸漬せずに処理槽110に配設されていることが好適である。
【0051】
ここで音圧測定部560が測定する音圧Pについて説明する。
図1に示すように洗浄液700が処理槽110に貯留し、図2Aに示すように媒介部570が洗浄液700に浸漬する。なお、洗浄液700に溶解している気体410による音圧Pへの影響を削除するために、洗浄液700に溶解している気体410の濃度は0ppmとする。
【0052】
このとき理論的には、音圧Pは、式(1)によって得られる。
【0053】
【数1】
【0054】
P:音圧(mV)、ρ:洗浄液700の密度(kg/m3)、c:洗浄液700の音速(m/s)、I:単位面積当たりの超音波出力(W/m2)、k:変換係数(mV/Pa)。
【0055】
式(1)をまとめると図3に示すようになる。図3に示すように、気体410が洗浄液700に溶解していない場合、一般的に、音圧Pは、超音波出力Iの平方根に比例して上昇する。
【0056】
また例えば窒素ガスなどの気体410が洗浄液700に溶解している場合、一般的に、音圧Pは、図3に示すように超音波出力Iの平方根に比例して上昇するのではなく、図4Aと図4Bと図4Cと図4Dとに示すように所定の超音波出力Iにて極大値となる。そして所定の超音波出力I以上に、超音波が出力されても、音圧Pは、減少していく傾向にある。
【0057】
この音圧Pの極大値と減少とについて説明する。
一般的に、超音波振動が洗浄液700に照射されると、微小な気泡が洗浄液700に発生する。これは洗浄液700に溶解している気体410の成分が、超音波によって析出されるからである。
【0058】
気泡の発生量は、超音波出力Iが高いほど、多くなる。すなわち、超音波出力Iが徐々に増加していく過程で、気体410が溶解している洗浄液700に超音波振動が照射されると、低い超音波出力Iでは気泡が発生せず、ある値以上の超音波出力Iでは気泡が発生する。
【0059】
これを音圧Pの観点から考えると、一般的に音圧Pは、気泡の発生によって減衰する。
より詳細には、低い超音波出力Iで気泡が発生しないと、音圧Pは減衰しない。
また超音波出力Iが上昇すると、音圧Pは増幅する。
また超音波出力Iがある値以上に上昇すると、気泡が発生する。このとき音圧Pは、気泡の発生によって、ある値以上の超音波出力Iを境に減少する傾向となる。
これが音圧Pの極大値と減少とを示す理由となる。
そしてこれらをまとめたのが、図4A乃至図4Dに示す、超音波出力I(W)と音圧P(mV)との関係を示す気体の濃度毎のPIテーブルである。このPIテーブルは、詳細については後述するが、振動子200における超音波出力Iと、音圧測定部560によって測定された音圧Pとを基に、制御部600(より詳細には後述する中央演算処理装置640)によって作成される。
【0060】
例えば図4Aに示すように、洗浄液700に溶解している気体410の濃度が8.5ppmの場合、音圧Pは極大値34mVとなる。この時の超音波出力Iは、900Wである。900W以上の超音波出力Iでは、音圧Pは減少する。
また例えば図4Bに示すように、洗浄液700に溶解している気体410の濃度が12ppmの場合、音圧Pは極大値21mVとなる。この時の超音波出力Iは、350Wである。350W以上の超音波出力Iでは、音圧Pは減少する。
また例えば図4Cに示すように、洗浄液700に溶解している気体410の濃度が15ppmの場合、音圧Pは極大値20mVとなる。この時の超音波出力Iは、200Wである。200W以上の超音波出力Iでは、音圧Pは減少する。
また例えば図4Dに示すように、洗浄液700に溶解している気体410の濃度が20ppmの場合、音圧Pは極大値14mVとなる。この時の超音波出力Iは、150Wである。150W以上の超音波出力Iでは、音圧Pは減少する。
【0061】
なお気泡の発生量は、洗浄液700に溶解している気体410の濃度にも依存し、超音波出力Iが同一であっても、洗浄液700に溶解している気体410の濃度が高いほど、多くなる。そのため音圧Pの極大値に対応する超音波出力Iは、洗浄液700に溶解している気体410の濃度によっても異なる。
また超音波出力Iが同一であっても、洗浄液700に溶解している気体410の濃度に応じて、音圧Pは変化する。
【0062】
また気体410の種類と、音圧測定部560と、洗浄液700の種類とによって、音圧Pの極大値は異なる。しかしながら気体410が洗浄液700に溶解していることにより、超音波出力Iが上昇すると共に音圧Pは増幅して、音圧Pがある値以上の超音波出力Iを境に減少する傾向は普遍的である。
【0063】
次に異物除去率(PRE)について説明する。
超音波洗浄において、異物は、超音波振動によって発生する気泡(キャビテーション)によって除去される。異物除去率の観点において、異物を除去するための最低限の超音波振動の超音波出力Iは、洗浄液700に溶解している気体410の濃度によって変化する。
【0064】
例えば図4Aに示すように、異物除去率は、超音波出力Iが900Wの時に上昇し始める。
また図4Bに示すように、異物除去率は、超音波出力Iが350Wの時に上昇し始める。
また図4Cに示すように、異物除去率は、超音波出力Iが200Wの時に上昇し始める。
また図4Dに示すように、異物除去率は、超音波出力Iが150Wの時に上昇し始める。
【0065】
このように超音波洗浄において、異物は、ある値以上の超音波出力Iによる超音波振動によって発生する気泡によって除去される。
【0066】
また上述したように気体410の濃度が高いほど、気泡の発生量は多くなるため、気体410の濃度が高ければ、超音波出力Iが低くても、異物除去率は上昇する。
【0067】
またある値以上の超音波出力Iにおいては、上述したように、音圧Pは極大となる。つまり音圧Pが極大となるタイミングと、異物除去率が上昇するタイミングとは、一致する。またこれらのタイミングにおける超音波出力Iも一致する。このように超音波出力Iがある値以上となり、気泡が多数発生することで、超音波洗浄が始まり、音圧Pは極大となる。すなわち音圧Pの極大値は、超音波洗浄できる最小超音波出力といえる。
【0068】
また洗浄液700に溶解している気体410の濃度が変化した場合、図4Aと図4Bと図4Cと図4Dとに示すように、気体410の濃度が高くなる程、音圧Pの極大値に対応する超音波出力I、すなわち異物除去率が上昇し始める時の超音波出力Iが低くなることが分かる。なお、気体410の濃度が0ppmの場合は、異物除去率は0%である。
【0069】
このように気体410の濃度に応じて音圧Pの極大値を判別することで、異物除去率を判別でき、高精度に超音波洗浄できることとなる。
【0070】
図1に示すように、制御部600は、信号入力線610と、信号出力線620と、信号出力線625と、記録装置630と、中央演算処理装置640と、操作部650と、表示部660とを有している。
【0071】
信号入力線610は、音圧測定部560と中央演算処理装置640とに接続している。信号入力線610は、音圧測定部560によって測定された測定結果を中央演算処理装置640に入力する。この測定結果とは、音圧測定部560によって測定された音圧Pを示す音圧情報である。
【0072】
信号出力線620は、発振器300と中央演算処理装置640とに接続している。信号出力線620は、振動子200に付与する制御された電気信号を入力信号として中央演算処理装置640から発振器300に入力する。
【0073】
信号出力線625は、気体溶解部400(調整弁421)と中央演算処理装置640とに接続している。信号出力線625は、調整弁421に付与し、音圧測定部560によって測定された測定結果とPIテーブルとを基に制御された電気信号を入力信号として中央演算処理装置640から気体供給部420に入力する。
【0074】
中央演算処理装置640は、信号出力線620と発振器300とを介して振動子200の超音波出力Iを最小の0Wから最大の例えば1200Wの間で制御する。
【0075】
また中央演算処理装置640は、音圧Pの極大値と減少と異物除去率(PRE)とを算出するために、振動子200における超音波出力Iと、音圧測定部560によって測定された音圧P(音圧情報)とを基に、図4A乃至図4Dに示すような、音圧P(音圧情報)と超音波出力Iとの関係を示す気体410の濃度毎のPIテーブルを作成する。
【0076】
また中央演算処理装置640は、気体410の濃度毎のPIテーブル、つまり例えば図4A乃至図4Dに示すような、8.5ppmと12ppmと15ppmと20ppmとにおけるPIテーブルが作成されたか否かを判別する。これらPIテーブルは、記録装置630に記憶される。
また中央演算処理装置640は、気体410の濃度毎のPIテーブルが作成されている、と判別した場合、気体410の濃度毎のPIテーブルを記録装置630から読み出す。
また中央演算処理装置640は、被洗浄物800が超音波洗浄される前に、これらPIテーブルを基に、洗浄液700に溶解している気体410の濃度と、この濃度を洗浄液700に用いた際に極大値となる音圧Pに対応する超音波出力Iとの関係を示す濃度Iテーブルを作成する。濃度Iテーブルを図5に示す。
【0077】
なお中央演算処理装置640は、この濃度Iテーブルを、上述した気体410の濃度が異なる少なくとも2つのPIテーブルを基に作成する。少なくとも2つのPIテーブルとは、例えば気体410の濃度が8.5ppmにおけるPIテーブルと、気体410の濃度が12ppmにおけるPIテーブルと、気体410の濃度が15ppmにおけるPIテーブルと、気体410の濃度が20ppmにおけるPIテーブルとのなかから少なくとも2つであることを示す。
【0078】
また中央演算処理装置640は、超音波洗浄時において、PIテーブルを基に、音圧Pの極大値及びこれに対応する超音波出力Iを算出する。
【0079】
また中央演算処理装置640は、超音波洗浄時において、記録装置630にて記録されている濃度Iテーブルを基に、操作部650にて設定した気体410の濃度に対応する超音波出力Iを算出する。
【0080】
また超音波洗浄時において、PIテーブルを基に算出した超音波出力Iが、濃度Iテーブルから算出された超音波出力Iに対して、操作部650で設定した濃度Iテーブルの超音波出力Iにおける許容値の範囲内か否かを、中央演算処理装置640は判別する。
【0081】
また音圧測定部560によって測定された音圧P1が、PIテーブルを基に算出された音圧Pの極大値に対して、操作部650で設定された音圧Pの極大値の許容値の範囲内か否かを、中央演算処理装置640は判別する。
【0082】
中央演算処理装置640は、音圧測定部560によって測定された音圧PとPIテーブルとを基に、気体溶解部400によって洗浄液700に溶解する気体410の濃度を制御するために、信号出力線625を介して気体溶解部400(調整弁421)を制御する。
【0083】
記録装置630は、信号入力線610と中央演算処理装置640とを通じて入力された音圧情報と、中央演算処理装置640によって作成されたPIテーブルと濃度Iテーブルとを記録する。
【0084】
操作部650は、中央演算処理装置640がPIテーブルを作成するために、それぞれ異なる少なくとも2つの気体410の濃度を設定する操作が行われる。
また操作部650は、超音波洗浄時における、洗浄液700に溶解する超音波洗浄時の気体410の濃度と、図5に示す濃度Iテーブルの超音波出力Iにおける許容値と、超音波洗浄時の超音波出力Iと、上記した超音波洗浄時の気体410の濃度に対応する音圧Pの極大値における許容値と、上記した超音波洗浄時の気体410の濃度における許容値とを設定する操作が行われる。
【0085】
表示部660は、PIテーブルと濃度Iテーブルとを表示する。
次に本実施形態の動作方法について図6と図7Aと図7Bとを参照して説明する。
本実施形態では、気体410の種類と超音波洗浄装置1の性能による被洗浄物800への影響を校正するために、超音波洗浄装置1が被洗浄物800を超音波洗浄する前に、制御部600(中央演算処理装置640)は、図4A乃至図4Dに示すPIテーブルを作成し、PIテーブルを基に図5に示す濃度Iテーブルを作成する必要がある。
まずこのPIテーブルと濃度Iテーブルとの作成について図6を参照して説明する。
なおPIテーブルと濃度Iテーブルとの作成段階では、被洗浄物800は処理槽110に収容されない。
【0086】
中央演算処理装置640は、濃度Iテーブルを作成するために、少なくとも2つのPIテーブルを作成する必要がある。そのため少なくとも2つのPIテーブルの作成のために、操作部650が操作され、それぞれ異なる少なくとも2つの気体410の濃度が設定される(Step1)。
なお本実施形態では、それぞれ異なる4種類の気体410の濃度、例えば8.5ppmと12ppmと15ppmと20ppmが用いられる。
【0087】
伝播液準備機構150は伝播液130の供給を開始し、伝播液130が伝播槽140に貯留する(Step2)。
より詳細には、タンク151に一時的に貯留されている伝播液130は、伝播液130に溶解された気体を溶解気体除去機構152によって除去され、供給配管141を経由して伝播槽140へ供給される。さらに伝播液130は、伝播槽140から排液配管142を経由して排出される。
【0088】
洗浄液準備機構120は、気体溶解部400に対して、洗浄液700の供給を開始する(Step3)。
より詳細には、タンク121に一時的に貯留されている洗浄液700は、温調機122によって温度を調整され、ポンプ123によって所望の速度の流速となるように流速を制御される。そして洗浄液700は、ポンプ123によって供給配管124を経由して気体溶解部400へ供給される。
【0089】
気体溶解部400は、洗浄液700から洗浄液700に溶解された気体410を除去し、洗浄液700に対してStep1にて設定された濃度を有する気体410を供給し、この気体410が供給された洗浄液700を処理槽110へ供給する(Step4)。
より詳細には、気体溶解部400において、洗浄液700は、洗浄液700に溶解された気体を溶解気体除去機構440によって除去され、気体供給部420から気体供給配管430を経由してStep1にて設定された濃度を有する気体410を供給される。この時、気体410は、調整弁421によって供給量を調整されて、溶解膜422によって供給配管111における洗浄液700に溶解される。
なおこのとき供給される気体410の濃度は、例えば8.5ppmである。
【0090】
洗浄液準備機構120は、処理槽110にて洗浄液700がオーバーフローするまで、洗浄液700を処理槽110に供給する。これにより媒介部570は、洗浄液700に浸漬された状態となる(Step5)。そして洗浄液700は、処理槽110をオーバーフローした後、外槽112にて一時的に貯留され、排液配管113を経由して、排出される。
【0091】
発振器300は、制御部600によって制御された振動子200に付与する電気信号を信号出力線320を介して振動子200に伝達する。振動子200は、この電気信号を伝達されて、超音波出力Iを最小の0Wから最大の例えば1200Wまで徐々に大きくさせて超音波振動する(Step6)。
【0092】
音圧測定部560は、この超音波振動と同時に、処理槽110に貯留されている洗浄液700と媒介部570とを介して、振動子200より発振される超音波振動(圧力変動)から音圧Pを測定する(Step7)。
なお媒介部570が洗浄液700に直接浸漬しているために、音圧測定部560は媒介部570を介して直接超音波振動から音圧Pを測定することとなる。そして音圧測定部560は、測定結果(音圧情報を)、信号入力線610を介して制御部600(中央演算処理装置640)に入力する。音圧情報は、記録装置630に記録もされる。
【0093】
中央演算処理装置640は、Step6とStep7とを基に、この気体410の濃度(この場合は、8.5ppmを示す)における音圧情報と超音波出力Iの関係を示すPIテーブルを作成する(Step8)。
この場合、気体410の濃度は8.5ppmであるため、作成されたPIテーブルは図4Aに示すものとなる。
【0094】
記録装置630は、中央演算処理装置640によって作成されたPIテーブルを、記録する(Step9)。
【0095】
中央演算処理装置640は、気体410の濃度毎のPIテーブル、つまり8.5ppmと12ppmと15ppmと20ppmとにおけるPIテーブルが作成されたか否かを判別する(Step10)。このPIテーブルは、Step1において操作部650にて設定した気体410の濃度毎のStep8におけるテーブルを示す。
【0096】
気体410の濃度毎のPIテーブルが作成されていない、と中央演算処理装置640が判別した場合(Step10:No)、Step4に戻る。
このとき、気体溶解部400は、洗浄液700から洗浄液700に溶解された気体410(上記においては、8.5ppm)を除去し、洗浄液700に対して気体410(8.5ppm以外の12ppmと15ppmと20ppmとのいずれか1つ)を供給し、気体410が供給された洗浄液700を処理槽110へ供給する。
【0097】
本実施形態では、気体410の濃度を、8.5ppmと12ppmと15ppmと20ppmとの4つを用いるため、Step4乃至Step10を4回繰り返す。そして図4A乃至図4Dに示すPIテーブルが作成され記録装置630に記録される。
【0098】
なお上述したように、PIテーブルは少なくとも2つ作成されればよいために、Step4乃至Step10を少なくとも2回繰り返せばよい。
【0099】
気体410の濃度毎のPIテーブルが作成されている、と中央演算処理装置640が判別した場合(Step10:Yes)、中央演算処理装置640は、気体410の濃度毎のPIテーブルを記録装置630から読み出す(Step11)。
そして中央演算処理装置640は、4つのPIテーブルを基に、図5に示す濃度Iテーブルを作成する(Step12)。
記録装置630は、この濃度Iテーブルを記録する(Step13)。
表示部660は、PIテーブルと濃度Iテーブルとを表示しても良い。
【0100】
中央演算処理装置640は、気体410の濃度を所望に制御するために、濃度Iテーブルを参照して気体410の濃度に対応する超音波出力Iとなるように発振器300を介して振動子200を制御すればよいことがわかる。
【0101】
これにより気体410の濃度に対応するおおよその超音波出力Iが図5に示す濃度Iテーブルから推測可能となる。
【0102】
次に本実施形態の超音波洗浄方法について図7Aと図7Bとを参照して説明する。
操作部650が操作され、洗浄液700に溶解する超音波洗浄時の気体410の濃度と、図5に示す濃度Iテーブルの超音波出力Iにおける許容値と、超音波洗浄時の超音波出力Iと、上記した超音波洗浄時の気体410の濃度に対応する音圧Pの極大値における許容値と、上記した超音波洗浄時の気体410の濃度における許容値とが設定される(Step31)。
【0103】
例えば超音波洗浄時の気体410の濃度を12ppm、濃度Iテーブルの超音波出力Iにおける許容値を±10%、超音波洗浄時の超音波出力Iを900W、音圧Pの極大値における許容値を±10%、濃度における許容値を±0.5ppm、とする。
【0104】
次に被洗浄物800が処理槽110に収容されていない状態で、上述したようにStep2の動作とStep3の動作とStep4の動作とStep5の動作とStep6の動作とStep7の動作とStep8の動作とが順次行われる。
このとき気体410の濃度は、Step31にて操作部650で設定した上述した例えば12ppmである。Step7とStep8とにおけるPIテーブルは、気体410の濃度が上述した12ppmの場合のものである。
【0105】
中央演算処理装置640は、PIテーブルを基に、音圧Pの極大値及び音圧Pの極大値に対応する超音波出力Iを算出する(Step32)。このときの音圧Pの極大値は21mVとなり、超音波出力Iは例えば320Wとなったものとする。
【0106】
また中央演算処理装置640は、Step13にて記録装置630にて記録されている濃度Iテーブルを基に、気体410の濃度に対応する超音波出力Iを算出する(Step33)。
この場合、気体410の濃度は、Step31にて操作部650で設定したものであり、超音波洗浄時における濃度であり、12ppmである。また濃度Iテーブルから算出された超音波出力Iは、図5に示すように12ppmに対応する350Wとなる。
【0107】
次にStep32にてPIテーブルを基に算出された超音波出力Iが、Step33にて濃度Iテーブルから算出された超音波出力Iに対して、Step31にて操作部650で設定した濃度Iテーブルの超音波出力Iにおける許容値の範囲内か否かを、中央演算処理装置640は判別する(Step34)。
Step32においてPIテーブルを基に算出した超音波出力Iは、320Wである。
Step33において図5に示す濃度Iテーブルから算出された超音波出力Iは、350Wである。
Step31にて操作部650で設定した濃度Iテーブルの超音波出力Iにおける許容値は、±10%である。
【0108】
つまり320Wが、350Wの±10%の範囲(315W〜385W)に収まるか否かを、中央演算処理装置640は判別する。
【0109】
Step32にてPIテーブルを基に算出した超音波出力Iが、Step33にて濃度Iテーブルから算出された超音波出力Iに対して、Step31にて操作部650で設定した濃度Iテーブルの超音波出力Iにおける許容値の範囲内ではない、と中央演算処理装置640が判別した場合(Step34:No)、超音波出力Iが、315W以下、または385W以上であることを示す。
【0110】
このとき図5に示す濃度Iテーブルにおいて、超音波出力Iである350Wの±10%の範囲(315W〜385W)は、気体410の濃度である12pp±0.5ppmに対応する。
そのためStep31で操作部650にて設定した気体410の濃度(12ppm)がStep31で操作部650にて設定した許容値(±0.5ppm)以上または以下であることを示す。つまり気体410の濃度が、11.5ppm以下、または12.5以上であることを示し、許容値を超えたこととなる。
【0111】
そのため気体410の濃度が許容値を超えた旨を知らせる警報を、図示しない警報部が鳴らし、超音波洗浄装置1は停止する(Step51)。
【0112】
またStep32にてPIテーブルを基に算出した超音波出力Iが、Step33にて濃度Iテーブルから算出された超音波出力Iに対して、Step31にて操作部650で設定した濃度Iテーブルの超音波出力Iにおける許容値の範囲内である、と中央演算処理装置640が判別した場合(Step34:Yes)、超音波出力Iが、315W以上385W以下であることを示す。
【0113】
このとき上記同様に、図5に示す濃度Iテーブルにおいて、Step31で操作部650にて設定した気体410の濃度(12ppm)がStep31で操作部650にて設定した許容値(±0.5ppm)以内であることを示す。つまり気体410の濃度が、11.5ppm以上、且つ12.5以下であることを示す。
【0114】
このとき、中央演算処理装置640は、発振器300を介して振動子200による超音波振動を停止する(Step35)。
【0115】
被洗浄物800は、洗浄液700に浸漬される(Step36)。
発振器300は、制御部600によって制御された振動子200に付与する電気信号を信号出力線320を介して振動子200に伝達する。振動子200は、この電気信号を伝達されて、Step31にて操作部650で設定された900Wの超音波出力Iで超音波振動する。
これにより被洗浄物800は、超音波洗浄される(Step37)。
【0116】
超音波洗浄中において、Step7の動作が行われる。
次に、Step7において音圧測定部560によって測定された音圧P1が、Step32にてPIテーブルを基に算出された音圧Pの極大値に対して、Step31にて操作部650で設定された音圧Pの極大値の許容値の範囲内か否かを、中央演算処理装置640は判別する(Step38)。
【0117】
Step32において音圧Pの極大値は、例えば20mVとなる。
Step31において操作部650で設定された音圧Pの極大値の許容値は、±10%である。
つまりStep38では、音圧測定部560によって測定された音圧P1が、20mVの±10%の範囲(18mV〜22mV)に収まるか否かを、中央演算処理装置640は判別する。
【0118】
Step7において音圧測定部560によって測定された音圧P1が、Step32において算出された音圧Pの極大値に対して、Step31において操作部650で設定された極大値の許容値の範囲内ではない、と中央演算処理装置640は判別した場合(Step38:No)、音圧P1は、18mV以下または22mV以上であることを示す。
【0119】
このとき、中央演算処理装置640は、図4Bに示し、Step8にて作成されたPIテーブルを基に、Step31で操作部650にて設定した気体410の濃度であり洗浄液700に溶解している気体410の濃度(12ppm)がStep31で操作部650にて設定したこの濃度における許容値(±0.5ppm)以外であるとみなす。
【0120】
つまり気体410の濃度が、11.5ppm以下、または12.5ppm以上となり、大幅に増減した、と中央演算処理装置640はみなす。これは図4A乃至図4Dに示すPIテーブルにおいて、超音波出力Iが同一でも、音圧P及び音圧Pの極大値は溶解している気体410の濃度によって異なるためである。これは、振動子200や発振器300に故障が生じたといった、被洗浄物800に対して大きな洗浄不良が生じた場合に、生じる。
【0121】
このとき音圧測定部560が許容値を超えた音圧Pを測定したことを示す警報を、図示しない警報部が鳴らし、超音波洗浄装置1は停止する(Step52)。
【0122】
またStep7において音圧測定部560によって測定された音圧P1が、Step32において算出された音圧Pの極大値に対して、Step31において操作部650で設定された極大値の許容値の範囲内である、と中央演算処理装置640は判別した場合(Step38:Yes)、音圧P1は、18mV以上22mV以下であることを示す。
【0123】
このとき、中央演算処理装置640は、図4Bに示し、Step8にて作成されたPIテーブルを基に、Step31で操作部650にて設定した気体410の濃度であり洗浄液700に溶解している気体410の濃度(12ppm)がStep31で操作部650にて設定したこの濃度における許容値(±0.5ppm)以内であるとみなす。
【0124】
つまり気体410の濃度が、11.5ppm以上12.5以下となり、安定していると中央演算処理装置640はみなす。
このように中央演算処理装置640は、音圧測定部560によって測定された測定結果(音圧P(音圧情報))とPIテーブルとを基に、気体溶解部400と、発振器300を介して振動子200とを制御し、気体溶解部400によって洗浄液700に溶解する気体410の濃度を制御する。
【0125】
そして中央演算処理装置640は、所望の濃度を有する気体410を気体溶解部400によって洗浄液700に供給し、超音波出力Iにて振動子200によって超音波振動を洗浄液700に照射する。被洗浄物800は引き続き超音波洗浄され、所望な時間経過後、超音波洗浄は終了する(Step39)。
【0126】
このように本実施形態では、音圧測定部560によって音圧Pを測定し、この測定結果を基に、PIテーブルと濃度Iテーブルとを作成し、測定結果とPIテーブルと濃度Iテーブルとを基に、中央演算処理装置640によって気体410の濃度を常に所望の値となるように制御する。
【0127】
また本実施形態では、音圧測定部560と媒介部570とを処理槽110に直接配設でき、処理槽110に貯留している洗浄液700に溶解している気体410の濃度を、媒介部570を介して音圧測定部560によって超音波振動(圧力変動)から音圧Pを測定することで直接測定している。
【0128】
そのため本実施形態では、安価で素早く高度な洗浄性能を発揮することができる。
また本実施形態では、音圧測定部560と媒介部570とを処理槽110に直接配設し、気体410の濃度を直接測定しているために、高度に超音波洗浄することができる。
【0129】
また本実施形態では、音圧測定部560を圧電素子とし、媒介部570を石英ガラスとすることで、気体溶解部400を非常に簡素な構成、安価且つ維持管理も容易にすることができる。
【0130】
また本実施形態では、媒介部570を石英ガラスとし、媒介部570のみを洗浄液700に浸漬するために、洗浄液700と被洗浄物800とを汚すことを防止することができる。
【0131】
また本実施形態では、音圧測定部560によって超音波振動を素早く測定でき、これにより素早く音圧Pを測定でき、結果として中央演算処理装置640によって気体溶解部400を通じて気体410の濃度を素早く制御することができる。
【0132】
また本実施形態では、Step52にて警報部によって警報がだせるために、大規模なロット不良を防止することができる。
【0133】
また本実施形態では、PIテーブルと濃度Iテーブルとを、超音波洗浄する度、及びロット毎に作成する必要はなく、超音波洗浄装置1の起動時、洗浄液700を変更する場合、気体410を変更する場合などに、図6に示すStep1乃至Step8の動作行い、PIテーブルと濃度Iテーブルとを1度作成すればよい。そのため本実施形態では、超音波洗浄装置1の駆動時、洗浄液700と気体410との変更が無い場合、PIテーブルと濃度Iテーブルと新たに作成する必要が無く、図6に示すStep1乃至Step8の動作を省略でき、素早く超音波洗浄動作に移行でき、被洗浄物800を素早く超音波洗浄することができる。
【0134】
また本実施形態では、1ロット毎に超音波洗浄動作にて、音圧Pを測定し、気体410の濃度を制御するため、洗浄不良を大幅に減らすことができる。
【0135】
なお洗浄液700が貯留する処理槽110の例えば底部110a及び上面110bや、処理槽110内の一部及びこの一部から最も離れた処理槽110の他部などにおいて、洗浄液700に溶解している気体410の濃度が均一ではなく、気体410の濃度にムラが生じる可能性がある。そのため本実施形態では、図8に示すように媒介部570を含む音圧測定部560をこのような箇所にそれぞれ配設してもよい。
つまり本実施形態では、図8に示すように媒介部570を含む音圧測定部560を処理槽110に少なくとも1つ配設すればよく、数が多いほど、音圧Pを測定する精度を向上させることができ、より高精度に気体410の濃度を測定することができ、結果的に高度な洗浄性能を発揮することができる。なおこのとき中央演算処理装置640は、各音圧測定部560から測定された音圧Pの平均値を算出する。
【0136】
なお本実施形態では、Step6において、超音波出力Iを0Wから1200Wまで徐々に大きくさせているが、これに限定する必要はなく、超音波出力Iを1200Wから0Wまで徐々に小さくしてもよい。
【0137】
また本実施形態では、図7Aと図7Bに示す動作は、超音波洗浄時における気体410の濃度を管理するものが、Step36における被洗浄物800を洗浄液700に浸漬する動作を省けば、超音波洗浄前及び超音波洗浄後において、行われても良い。Step36が省かれる理由は、Step6の動作によって被洗浄物800が傷つくことを防止するためである。
【0138】
なお超音波洗浄は、バッチ式(浸漬式)洗浄と枚葉式洗浄との両方に対応する。バッチ式洗浄とは、図1に示すように洗浄液700を貯留した処理槽110の中に被洗浄物800を収容(浸漬)して超音波洗浄する洗浄方法である。枚葉式洗浄とは、被洗浄物800に対して洗浄液700を吐出しながら超音波洗浄する洗浄方法である。
本実施形態では、バッチ式洗浄を用いて説明したが、もちろん枚葉式洗浄にも対応可能である。この枚葉式洗浄によって超音波洗浄される被洗浄物800には、例えば半導体集積装置用基板、表示装置用ガラス基板、フォトマスク用基板、光ディスク用基板、磁気ディスク用基板、フィルム基板等の基板が好適である。
【0139】
本発明は、上記実施形態そのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。また、上記実施形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合せにより種々の発明を形成できる。
【符号の説明】
【0140】
1…超音波洗浄装置、100…洗浄処理部、110…処理槽、120…洗浄液準備機構、130…伝播液、140…伝播槽、150…伝播液準備機構、200…振動子、300…発振器、400…気体溶解部、410…気体、420…気体供給部、421…調整弁、430…気体供給配管、440…溶解気体除去機構、441…気体脱気部、560…音圧測定部、570…媒介部、600…制御部、640…中央演算処理装置、650…操作部、660…表示部、700…洗浄液、800…被洗浄物。
【技術分野】
【0001】
本発明は、ムラのない均一な洗浄が求められる、半導体ウエハー、ガラスマスク、液晶ガラス基板、ハードディスク等に対して、超音波振動を照射した水や薬液を用いて精密に洗浄する超音波洗浄装置に関する。
【背景技術】
【0002】
例えば微細加工品には、半導体ウエハー、液晶用のガラス、液晶ガラス基板、ハードディスク等が挙げられる。このような微細加工品には、異物が付着していることがある。この異物は、例えば1μm未満の粒子等であり、汚れとなる。異物が微細加工品に付着していると、微細加工品の性能が大きく低下してしまう。そのため微細加工品は、このような異物を剥離する必要があり、剥離のために例えば高周波の超音波洗浄装置によって精密に超音波洗浄される必要が生じる。超音波洗浄装置は、洗浄槽内に満たされた洗浄液中を伝わる超音波振動、あるいは、洗浄液と超音波振動との相乗効果により、異物を微細加工品から剥離し、超音波洗浄している。このような微細加工品は、超音波洗浄装置によって超音波洗浄される被洗浄物となる。
【0003】
上述した超音波洗浄装置1を図9に示す。超音波洗浄装置1は、洗浄液7を用いて被洗浄物8を超音波洗浄処理する洗浄処理部10と、洗浄液7に対して超音波振動を照射する振動子2と、振動子2を超音波振動させるために、所望の周波数で、且つ所望の振幅の電気信号を振動子2に付与する発振器3と、洗浄液7に所望の濃度を有する気体41を溶解する気体溶解部4と、洗浄液7に溶解している気体41の濃度を測定する気体濃度測定部5と、これらを制御する制御部6とを有している。
【0004】
洗浄処理部10は、被洗浄物8を収容して洗浄液7を貯留する処理槽11と、処理槽11に貯留された洗浄液7に対して振動子2によって照射される超音波振動を伝播する伝播液13を貯留する伝播槽14とを有している。
【0005】
被洗浄物8は、例えばシリコンウエハ等の半導体であり、自身とは異なる金属などの不純物を嫌い、金属からの汚染を嫌う。
【0006】
振動子2は、振動面2aにおいて発生した超音波振動を、伝播液13を介して処理槽11の底部11aに伝播させ、処理槽11の底部11aを透過させて、処理槽11内の洗浄液7に照射する。超音波振動を照射された洗浄液7は、超音波振動の物理的な作用によって、被洗浄物8に対して洗浄作用をもたらす。
このとき、発振器3は、振動子2の超音波振動を制御する。
【0007】
また気体溶解部4は、例えば図9に示すように、洗浄液7に予め溶解された気体41を全て脱気する膜である気体脱気部441と、気体脱気部441によって気体を脱気された洗浄液7に、気体濃度測定部5の測定結果を基に、所望の濃度を有する気体41を供給する気体供給部42とを有している。
【0008】
後述するように、超音波洗浄では、洗浄液7に溶解している気体41の濃度により洗浄性能が大きく変化する。そのため気体溶解部4(気体供給部42)は、気体濃度測定部5が洗浄液7に溶解している気体41の濃度を測定した測定結果を基に、洗浄液7に対して所望の濃度の気体41を溶解する。
【0009】
なお超音波洗浄装置1は、クリーンルーム内で使用される。そのため気体脱気部441において、脱気された気体は、図示しない排出管によって、排気ガスとして外部へ排出される。
また気体供給部42は、気体41を洗浄液7に供給するために、気体41を充填する気体充填容器である。気体供給部42は、気体濃度測定部5によって測定された気体41の濃度に応じて、気体41の供給量を調整する調整弁421と、調整弁421によって供給量を調整された気体41を供給配管111における洗浄液7に溶解させる溶解膜422とを有している。
気体溶解部4は、気体41が溶解された洗浄液7を処理槽11に送液する長い供給配管111を介して処理槽11と接続している。
【0010】
気体濃度測定部5は、例えば濃度センサや濃度計等であり、一般的に金属製である。気体濃度測定部5は、供給配管111を介して処理槽11と接続しており、供給配管111において、洗浄液7に溶解している気体41の濃度を測定する。
【0011】
また図10は、異物除去率(%)と気体41の濃度(ppm)との関係を示す図であり、洗浄液7に溶解している気体41の濃度を変化させた時の異物除去率の変化を示している。
異物除去率とは、被洗浄物8に予め付着している異物を被洗浄物8からどれだけ除去できたかを示す割合である。そのため異物除去率が高いほど、異物を多く除去できたことを示し、洗浄効果(洗浄性能)が高いことを示す。
【0012】
図10に示す異物除去率(%)と気体41の濃度(ppm)との関係は、以下のような条件化で算出されたものである。
洗浄液7は、例えば純水である。気体41は、例えば窒素ガスである。また被洗浄物8は、直径約200mmのシリコンウエハである。この被洗浄物8には、直径約0.1μmの数千個の異物(汚れ)が付着している。発振器3は、0.35W/cm2と一定の値で超音波出力する。振動子2は、約730kHzで超音波振動する。このとき発振器3における超音波出力と、振動子2における超音波振動とは、一定である。
【0013】
図10に示すように、洗浄液7に溶解している気体41の濃度が例えば5ppm以下だと、洗浄効果(異物除去率)が低いことがわかる。また洗浄液7に溶解している気体41の濃度が例えば5ppm〜10ppmだと洗浄効果(異物除去率)が大きく上昇することがわかる。
【0014】
このように、超音波出力の値が0.35W/cm2と一定でも、洗浄液7に溶解している気体41の濃度は洗浄効果(異物除去率)に大きな影響を及ぼしていることが分かる。つまり所望する洗浄性能を得るためには、超音波出力を管理すると共に、洗浄液7に溶解している気体41の濃度を管理することが非常に重要なことが分かる。
【0015】
例えば特許文献1には、共振周波数が振動板の全部位で一定に保たれるようにして、被洗浄物に対して常に均一な精密洗浄が行える超音波音洗浄装置が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0016】
【特許文献1】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】
【0017】
近年、異物の粒子形状は大小様々となり、異物の固着状態及び材質も様々となっている。これに対し、超音波洗浄装置1は高性能及び多様化し、被洗浄物8への洗浄精度は格段に向上している。
しかしながらこれに伴い、被洗浄物8への洗浄むらや被洗浄物8への超音波洗浄によるダメージが顕著となっている。そのため、超音波洗浄装置1は、音圧むらのない振動子2や、どのような条件でも一定の超音波出力を発振するために出力フィードバック機能を備えた発振器3を有するなど、改善に当たっている。
【0018】
また上述したように、超音波洗浄では、洗浄液7に溶解している気体41の濃度により洗浄性能が大きく変化する。そのため超音波洗浄装置1は、洗浄液7に溶解している気体41の濃度を厳密に測定し、洗浄液7に溶解している気体41の濃度が常に所望の値となるように気体41の濃度を制御している。
【0019】
ここで注目すべきは、洗浄液7に溶解している気体41の濃度が所望の値となるように維持されているか、ということである。通常、気体溶解部4と気体濃度測定部5とは、設備の都合上、処理槽11から離れた場所に設置されており、上述したように供給配管111を介して処理槽11と接続している。そのためこの洗浄液7が気体溶解部4から供給配管111を通り処理槽11に流れるまでに、洗浄液7に溶解している気体41の濃度が変化していることは十分考えられる。
そのため、気体濃度測定部5は、処理槽11に配設され、処理槽11に貯留している洗浄液7から、洗浄液7に溶解している気体41の濃度を直接測定すべきである。
【0020】
しかしながら、被洗浄物8、特にシリコンウエハ等の半導体は、上述したように金属などの不純物を嫌い、金属からの汚染を嫌う。そのためこの点からして金属製の気体濃度測定部5を処理槽11に直接配設することは困難である。これにより超音波洗浄装置1は気体41の濃度が常に所望の値となるように制御することは困難となり、高度な洗浄性能を発揮できない虞が生じる。
【0021】
また一般的に図9に示すような気体溶解部4と気体濃度測定部5とにおいて、洗浄液7への気体41の供給及び溶解は時間がかかり、気体濃度測定部5は気体41の濃度を素早く測定せず、測定は15分程度と時間がかかる。
【0022】
また気体41が洗浄液7に溶解する時間は、洗浄液7や気体41の量と圧力と温度とに起因する。そのため量と圧力と温度とを個別に測定する図示しない測定部が気体溶解部4に配設される必要がある。
そのため気体溶解部4は、非常に複雑な構成となる。またこれら測定部は高額であり、これら測定部の維持管理も非常に手間と費用がかかる。
【0023】
そのため本発明は、上記事情に鑑み、安価で素早く高度な洗浄性能を発揮することができる超音波洗浄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】
【0024】
本発明は目的を達成するために、洗浄液を用いて被洗浄物を超音波洗浄処理する洗浄処理部と、前記洗浄液に対して超音波振動を照射する振動子と、前記振動子を圧電効果によって超音波振動させるために、所望の周波数で、且つ所望の振幅の電気信号を前記振動子に付与する発振器と、前記洗浄液に所望の気体を溶解する気体溶解部と、前記振動子より発振される超音波振動から音圧を測定する音圧測定部と、前記音圧測定部によって測定された前記音圧を基に、前記気体溶解部によって前記洗浄液に溶解する前記気体の濃度を制御する制御部とを具備することを特徴とする超音波洗浄装置を提供する。
【0025】
また本発明は目的を達成するために、前記被洗浄物が超音波洗浄される前に、前記制御部は、前記振動子における超音波出力と、前記音圧測定部によって測定された前記音圧とを基に、前記音圧と前記超音波出力との関係を示す前記気体の濃度毎のPIテーブルを作成することを特徴とする上記に記載の超音波洗浄装置を提供する。
【0026】
また本発明は目的を達成するために、前記被洗浄物が超音波洗浄される前に、前記制御部は、前記PIテーブルを基に、前記洗浄液に溶解している前記気体の濃度と、前記濃度を前記洗浄液に用いた際に極大値となる前記音圧に対応する超音波出力との関係を示す濃度Iテーブルを作成することを特徴とする上記に記載の超音波洗浄装置を提供する。
【0027】
また本発明は目的を達成するために、前記制御部は、前記濃度Iテーブルを、前記気体の濃度が異なる場合の少なくとも2つの前記PIテーブルを基に作成することを特徴とする上記に記載の超音波洗浄装置を提供する。
【0028】
また本発明は目的を達成するために、前記洗浄処理部に貯留されている前記洗浄液に一部が浸漬し、前記音圧測定部に超音波振動を媒介する媒介部を有することを特徴とする上記に記載の超音波洗浄装置を提供する。
【0029】
また本発明は目的を達成するために、前記洗浄処理部は、前記被洗浄物を収容して前記洗浄液を貯留する処理槽を有し、前記媒介部を含む前記音圧測定部は前記処理槽に少なくとも1つ配設され、前記媒介部を含む前記音圧測定部の一方は前記処理槽の一部に配設され、前記媒介部を含む前記音圧測定部の他方は前記処理槽の前記一部から最も離れた他部に配設されていることを特徴とする上記に記載の超音波洗浄装置を提供する。
【発明の効果】
【0030】
本発明によれば、安価で素早く高度な洗浄性能を発揮す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。
【図面の簡単な説明】
【0031】
【図1】図1は、本発明に係る超音波洗浄装置の構成を示す図である。
【図2A】図2Aは、音圧測定部と媒介部との概略図である。
【図2B】図2Bは、音圧測定部の概略図である。
【図3】図3は、気体が洗浄液に溶解していない場合における超音波出力I(W)と音圧P(mV)との関係を示す図である。
【図4A】図4Aは、気体の濃度が8.5ppmの場合における、超音波出力I(W)と音圧P(mV)との関係を示すPIテーブルを示す図である。
【図4B】図4Bは、気体の濃度が12ppmの場合における、超音波出力I(W)と音圧P(mV)との関係を示すPIテーブルを示す図である。
【図4C】図4Cは、気体の濃度が15ppmの場合における、超音波出力I(W)と音圧P(mV)との関係を示すPIテーブルを示す図である。
【図4D】図4Dは、気体の濃度が20ppmの場合における、超音波出力I(W)と音圧P(mV)との関係を示すPIテーブルを示す図である。
【図5】図5は、洗浄液700に溶解している気体410の濃度と、この濃度を洗浄液700に用いた際に極大値となる音圧Pに対応する超音波出力Iとの関係を示す濃度Iテーブルを示す図である。
【図6】図6は、PIテーブルと濃度Iテーブルとの作成を示すフローチャートである。
【図7A】図7Aは、本実施形態における超音波洗浄方法を示すフローチャートの一部である。
【図7B】図7Bは、本実施形態における超音波洗浄方法を示すフローチャートの他部である。
【図8】図8は、媒介部を含む音圧測定部を処理槽に複数配設した図である。
【図9】図9は、一般的な超音波洗浄装置の構成を示す図である。
【図10】図10は、異物除去率(%)と気体の濃度(ppm)との関係を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【0032】
以下、図1乃至図7Bを参照して本発明の実施形態について詳細に説明する。
本実施形態では、超音波洗浄装置1は、被洗浄物800に対して、超音波振動を照射した例えば水や薬液等の液体(以下、洗浄液700)を用いて超音波洗浄処理を行う。
【0033】
本実施形態では、洗浄液700を貯留した処理槽110の中に被洗浄物800を収容し、洗浄液700に浸漬された状態の被洗浄物800を超音波洗浄するバッチ式洗浄が用いられる。
このバッチ式洗浄によって超音波洗浄される被洗浄物800には、例えば機械加工品等が好適である。
【0034】
超音波洗浄装置1は、洗浄液700を用いて被洗浄物800を超音波洗浄処理する洗浄処理部100と、洗浄液700に対して超音波振動を照射する振動子200と、振動子200を圧電効果によって超音波振動させるために、所望の周波数(周波数が例えば20kHz以上)で、且つ所望の振幅の電気信号を振動子200に付与する発振器300と、洗浄液700に所望の濃度を有する気体410を溶解する気体溶解部400と、振動子200より発振される超音波振動(圧力変動)から音圧Pを測定する音圧測定部560と、音圧測定部560によって測定された音圧Pを基に、発振器300が振動子200へ付与する超音波出力Iを制御し、発振器300が振動子200に付与する電気信号を制御し、気体溶解部400によって洗浄液700に溶解する気体410の濃度を制御する制御部600とを有している。
【0035】
洗浄処理部100は、被洗浄物800を収容して洗浄液700を貯留する処理槽110と、処理槽110が貯留する洗浄液700を準備する洗浄液準備機構120と、処理槽110に貯留された洗浄液700に対して振動子200によって照射される超音波振動を伝播する伝播液130を貯留する伝播槽140と、伝播槽140が貯留する伝播液130を準備する伝播液準備機構150とを有している。
【0036】
本実施形態において被洗浄物800は、上述したように機械加工品であり、より詳細には例えばシリコンウエハ等の半導体である。被洗浄物800は、自身とは異なる金属などの不純物を嫌い、金属からの汚染を嫌う。そのため処理槽110は、被洗浄物800への汚染を避ける必要があり、金属成分の溶出の虞がない材質で形成されている必要がある。また処理槽110は、洗浄液700として使用される様々な薬品に対する耐食性を有する材質で形成されている必要がある。また処理槽110は、超音波振動の透過性が高く、使用劣化による発塵の恐れがない材質で形成されている必要がある。このような材質は、例えば石英ガラスである。処理槽110は、収容する被洗浄物800の形状を特に限定しないが、上述したように機械加工品等の被洗浄物800を収容することが好適である。
【0037】
処理槽110の底部110a付近には、洗浄液準備機構120によって準備された洗浄液700を洗浄液準備機構120から処理槽110に供給する供給配管111が配設されている。この供給配管111は、気体溶解部400と接続している。また処理槽110の上面110bは、開放されている。そのため処理槽110の上端110cの外周面110dには、処理槽110からオーバーフローした洗浄液700を一時的に貯留する外槽112が配設されている。この外槽112には、一時的に貯留した廃液となる洗浄液700を外槽112から排液する排液配管113が接続している。
【0038】
洗浄液準備機構120は、洗浄液700を処理槽110に貯留させるように、洗浄液700を準備する。この洗浄液準備機構120は、処理槽110(より詳細には気体溶解部400)に供給する洗浄液700を一時的に貯留するタンク121と、タンク121に一時的に貯留されている洗浄液700の温度を調整する温度調整部である温調機122と、処理槽110(より詳細には気体溶解部400)に供給される洗浄液700の流速を所望の速度となるように制御する流速制御部であるポンプ123と、ポンプ123によって流速を制御された洗浄液700を気体溶解部400に供給する供給配管124とを有している。供給配管124は、気体溶解部400と接続している。
【0039】
伝播槽140において、伝播液130は、処理槽110の底部110aと振動子200の上面(振動面)200aとの間に介在し、処理槽110に貯留された洗浄液700に対して振動子200から照射された超音波振動を伝播する。この伝播液130は、超音波振動の伝播を妨げる気泡を発生させず、且つ振動子200の振動面200aで発生する熱を効率よく放出させる液体が望ましい。この液体は、気体が溶解していない水である。
【0040】
伝播槽140の底部140aの一部には、開口部140bが配設されている。開口部140bには、振動子200が取り付けられている。伝播槽140には、伝播液準備機構150から伝播槽140に伝播液130を供給する供給配管141と、廃液となる伝播液130を伝播槽140から排液する排液配管142とが配設されている。
【0041】
伝播液準備機構150は、伝播液130を伝播槽140に貯留させるように、伝播液130を準備する。伝播液準備機構150は、伝播槽140に供給される伝播液130を一時的に貯留するタンク151と、タンク151に貯留された伝播液130に予め溶解された気体を除去する溶解気体除去機構152とを有している。
【0042】
振動子200は、振動面200aにおいて発生した超音波振動を、伝播液130を介して処理槽110の底部110aに伝播させ、処理槽110の底部110aを透過させて、処理槽110内の洗浄液700に照射する。超音波振動を照射された洗浄液700は、超音波振動の物理的な作用によって、被洗浄物800に対して洗浄作用をもたらす。
【0043】
発振器300は、信号出力線320を有している。信号出力線320は、振動子200と接続しており、制御部600によって制御された振動子200に付与する電気信号を振動子200に伝達する。これにより発振器300は、振動子200を超音波振動させる。
【0044】
気体溶解部400は、洗浄液準備機構120から供給された洗浄液700に対して所望の気体410を溶解する。この気体410は、例えば、水素と、ヘリウムと、窒素と、酸素と、ネオンと、アルゴンと、クリプトンと、キセノンと、ラドンと、二酸化炭素と、アンモニアとの少なくとも1つから構成される。
【0045】
気体溶解部400は、供給配管124における洗浄液700に予め溶解された気体を洗浄液700から除去する溶解気体除去機構440と、溶解気体除去機構440によって気体を除去された洗浄液700に所望の濃度を有する気体410を供給する気体供給部420と、溶解気体除去機構440にて気体を除去された供給配管111における洗浄液700に気体供給部420から放出された気体410を供給する気体供給配管430とを有している。
【0046】
溶解気体除去機構440は、気体を洗浄液700から除去できれば良いために、気体脱気部441であってもよい。
【0047】
気体供給部420は、図9と同様に、所望の濃度を有する気体410を洗浄液700に供給するために、所望の濃度を有する気体410を充填する気体充填容器である。気体供給部420は、音圧測定部560によって測定された音圧Pに応じて、気体410の供給量を調整する調整弁421と、調整弁421によって供給量を調整された気体410を供給配管111における洗浄液700に溶解させる溶解膜422とを有している。
【0048】
図1と図2Aとに示すように、音圧測定部560は、例えば圧電素子等の音圧計であり、測定した音圧Pを電気信号に変換して、図1に示すように信号入力線610を介して制御部600に入力する。音圧測定部560は、一般的に周波数特性を有し、同じ超音波出力であっても、周波数が違う場合、出力される電気信号は等しいとは限らない。しかしながら本実施形態では後述する図6と図7Aと図7Bとに示すよう動作手順であるために、周波数特性に関して加味する必要がなく、本実施形態における音圧測定部560は、音圧Pに対して比例した電気信号を出力すればよい。
【0049】
図2Aに示すように、音圧測定部560には、処理槽110に貯留されている洗浄液700に一部が浸漬し、音圧測定部560に超音波振動を媒介する媒介部570が配設されている。上述したように被洗浄物800は金属などの不純物を嫌い金属からの汚染を嫌うため、媒介部570は、洗浄液700を介して被洗浄物800を汚染しない非金属であり、例えば石英ガラスなどである。
【0050】
本実施形態では、図2Bに示すように音圧測定部560は洗浄液700に直接浸漬してもよいが、音圧測定部560が洗浄液700を介して被洗浄物800を汚染する可能性と、洗浄液700によって腐食される可能性等を鑑みて、図2Aに示すように媒介部570が洗浄液700に浸漬することが好適であり、音圧測定部560は媒介部570と接続した状態で洗浄液700に浸漬せずに処理槽110に配設されていることが好適である。
【0051】
ここで音圧測定部560が測定する音圧Pについて説明する。
図1に示すように洗浄液700が処理槽110に貯留し、図2Aに示すように媒介部570が洗浄液700に浸漬する。なお、洗浄液700に溶解している気体410による音圧Pへの影響を削除するために、洗浄液700に溶解している気体410の濃度は0ppmとする。
【0052】
このとき理論的には、音圧Pは、式(1)によって得られる。
【0053】
【数1】
【0054】
P:音圧(mV)、ρ:洗浄液700の密度(kg/m3)、c:洗浄液700の音速(m/s)、I:単位面積当たりの超音波出力(W/m2)、k:変換係数(mV/Pa)。
【0055】
式(1)をまとめると図3に示すようになる。図3に示すように、気体410が洗浄液700に溶解していない場合、一般的に、音圧Pは、超音波出力Iの平方根に比例して上昇する。
【0056】
また例えば窒素ガスなどの気体410が洗浄液700に溶解している場合、一般的に、音圧Pは、図3に示すように超音波出力Iの平方根に比例して上昇するのではなく、図4Aと図4Bと図4Cと図4Dとに示すように所定の超音波出力Iにて極大値となる。そして所定の超音波出力I以上に、超音波が出力されても、音圧Pは、減少していく傾向にある。
【0057】
この音圧Pの極大値と減少とについて説明する。
一般的に、超音波振動が洗浄液700に照射されると、微小な気泡が洗浄液700に発生する。これは洗浄液700に溶解している気体410の成分が、超音波によって析出されるからである。
【0058】
気泡の発生量は、超音波出力Iが高いほど、多くなる。すなわち、超音波出力Iが徐々に増加していく過程で、気体410が溶解している洗浄液700に超音波振動が照射されると、低い超音波出力Iでは気泡が発生せず、ある値以上の超音波出力Iでは気泡が発生する。
【0059】
これを音圧Pの観点から考えると、一般的に音圧Pは、気泡の発生によって減衰する。
より詳細には、低い超音波出力Iで気泡が発生しないと、音圧Pは減衰しない。
また超音波出力Iが上昇すると、音圧Pは増幅する。
また超音波出力Iがある値以上に上昇すると、気泡が発生する。このとき音圧Pは、気泡の発生によって、ある値以上の超音波出力Iを境に減少する傾向となる。
これが音圧Pの極大値と減少とを示す理由となる。
そしてこれらをまとめたのが、図4A乃至図4Dに示す、超音波出力I(W)と音圧P(mV)との関係を示す気体の濃度毎のPIテーブルである。このPIテーブルは、詳細については後述するが、振動子200における超音波出力Iと、音圧測定部560によって測定された音圧Pとを基に、制御部600(より詳細には後述する中央演算処理装置640)によって作成される。
【0060】
例えば図4Aに示すように、洗浄液700に溶解している気体410の濃度が8.5ppmの場合、音圧Pは極大値34mVとなる。この時の超音波出力Iは、900Wである。900W以上の超音波出力Iでは、音圧Pは減少する。
また例えば図4Bに示すように、洗浄液700に溶解している気体410の濃度が12ppmの場合、音圧Pは極大値21mVとなる。この時の超音波出力Iは、350Wである。350W以上の超音波出力Iでは、音圧Pは減少する。
また例えば図4Cに示すように、洗浄液700に溶解している気体410の濃度が15ppmの場合、音圧Pは極大値20mVとなる。この時の超音波出力Iは、200Wである。200W以上の超音波出力Iでは、音圧Pは減少する。
また例えば図4Dに示すように、洗浄液700に溶解している気体410の濃度が20ppmの場合、音圧Pは極大値14mVとなる。この時の超音波出力Iは、150Wである。150W以上の超音波出力Iでは、音圧Pは減少する。
【0061】
なお気泡の発生量は、洗浄液700に溶解している気体410の濃度にも依存し、超音波出力Iが同一であっても、洗浄液700に溶解している気体410の濃度が高いほど、多くなる。そのため音圧Pの極大値に対応する超音波出力Iは、洗浄液700に溶解している気体410の濃度によっても異なる。
また超音波出力Iが同一であっても、洗浄液700に溶解している気体410の濃度に応じて、音圧Pは変化する。
【0062】
また気体410の種類と、音圧測定部560と、洗浄液700の種類とによって、音圧Pの極大値は異なる。しかしながら気体410が洗浄液700に溶解していることにより、超音波出力Iが上昇すると共に音圧Pは増幅して、音圧Pがある値以上の超音波出力Iを境に減少する傾向は普遍的である。
【0063】
次に異物除去率(PRE)について説明する。
超音波洗浄において、異物は、超音波振動によって発生する気泡(キャビテーション)によって除去される。異物除去率の観点において、異物を除去するための最低限の超音波振動の超音波出力Iは、洗浄液700に溶解している気体410の濃度によって変化する。
【0064】
例えば図4Aに示すように、異物除去率は、超音波出力Iが900Wの時に上昇し始める。
また図4Bに示すように、異物除去率は、超音波出力Iが350Wの時に上昇し始める。
また図4Cに示すように、異物除去率は、超音波出力Iが200Wの時に上昇し始める。
また図4Dに示すように、異物除去率は、超音波出力Iが150Wの時に上昇し始める。
【0065】
このように超音波洗浄において、異物は、ある値以上の超音波出力Iによる超音波振動によって発生する気泡によって除去される。
【0066】
また上述したように気体410の濃度が高いほど、気泡の発生量は多くなるため、気体410の濃度が高ければ、超音波出力Iが低くても、異物除去率は上昇する。
【0067】
またある値以上の超音波出力Iにおいては、上述したように、音圧Pは極大となる。つまり音圧Pが極大となるタイミングと、異物除去率が上昇するタイミングとは、一致する。またこれらのタイミングにおける超音波出力Iも一致する。このように超音波出力Iがある値以上となり、気泡が多数発生することで、超音波洗浄が始まり、音圧Pは極大となる。すなわち音圧Pの極大値は、超音波洗浄できる最小超音波出力といえる。
【0068】
また洗浄液700に溶解している気体410の濃度が変化した場合、図4Aと図4Bと図4Cと図4Dとに示すように、気体410の濃度が高くなる程、音圧Pの極大値に対応する超音波出力I、すなわち異物除去率が上昇し始める時の超音波出力Iが低くなることが分かる。なお、気体410の濃度が0ppmの場合は、異物除去率は0%である。
【0069】
このように気体410の濃度に応じて音圧Pの極大値を判別することで、異物除去率を判別でき、高精度に超音波洗浄できることとなる。
【0070】
図1に示すように、制御部600は、信号入力線610と、信号出力線620と、信号出力線625と、記録装置630と、中央演算処理装置640と、操作部650と、表示部660とを有している。
【0071】
信号入力線610は、音圧測定部560と中央演算処理装置640とに接続している。信号入力線610は、音圧測定部560によって測定された測定結果を中央演算処理装置640に入力する。この測定結果とは、音圧測定部560によって測定された音圧Pを示す音圧情報である。
【0072】
信号出力線620は、発振器300と中央演算処理装置640とに接続している。信号出力線620は、振動子200に付与する制御された電気信号を入力信号として中央演算処理装置640から発振器300に入力する。
【0073】
信号出力線625は、気体溶解部400(調整弁421)と中央演算処理装置640とに接続している。信号出力線625は、調整弁421に付与し、音圧測定部560によって測定された測定結果とPIテーブルとを基に制御された電気信号を入力信号として中央演算処理装置640から気体供給部420に入力する。
【0074】
中央演算処理装置640は、信号出力線620と発振器300とを介して振動子200の超音波出力Iを最小の0Wから最大の例えば1200Wの間で制御する。
【0075】
また中央演算処理装置640は、音圧Pの極大値と減少と異物除去率(PRE)とを算出するために、振動子200における超音波出力Iと、音圧測定部560によって測定された音圧P(音圧情報)とを基に、図4A乃至図4Dに示すような、音圧P(音圧情報)と超音波出力Iとの関係を示す気体410の濃度毎のPIテーブルを作成する。
【0076】
また中央演算処理装置640は、気体410の濃度毎のPIテーブル、つまり例えば図4A乃至図4Dに示すような、8.5ppmと12ppmと15ppmと20ppmとにおけるPIテーブルが作成されたか否かを判別する。これらPIテーブルは、記録装置630に記憶される。
また中央演算処理装置640は、気体410の濃度毎のPIテーブルが作成されている、と判別した場合、気体410の濃度毎のPIテーブルを記録装置630から読み出す。
また中央演算処理装置640は、被洗浄物800が超音波洗浄される前に、これらPIテーブルを基に、洗浄液700に溶解している気体410の濃度と、この濃度を洗浄液700に用いた際に極大値となる音圧Pに対応する超音波出力Iとの関係を示す濃度Iテーブルを作成する。濃度Iテーブルを図5に示す。
【0077】
なお中央演算処理装置640は、この濃度Iテーブルを、上述した気体410の濃度が異なる少なくとも2つのPIテーブルを基に作成する。少なくとも2つのPIテーブルとは、例えば気体410の濃度が8.5ppmにおけるPIテーブルと、気体410の濃度が12ppmにおけるPIテーブルと、気体410の濃度が15ppmにおけるPIテーブルと、気体410の濃度が20ppmにおけるPIテーブルとのなかから少なくとも2つであることを示す。
【0078】
また中央演算処理装置640は、超音波洗浄時において、PIテーブルを基に、音圧Pの極大値及びこれに対応する超音波出力Iを算出する。
【0079】
また中央演算処理装置640は、超音波洗浄時において、記録装置630にて記録されている濃度Iテーブルを基に、操作部650にて設定した気体410の濃度に対応する超音波出力Iを算出する。
【0080】
また超音波洗浄時において、PIテーブルを基に算出した超音波出力Iが、濃度Iテーブルから算出された超音波出力Iに対して、操作部650で設定した濃度Iテーブルの超音波出力Iにおける許容値の範囲内か否かを、中央演算処理装置640は判別する。
【0081】
また音圧測定部560によって測定された音圧P1が、PIテーブルを基に算出された音圧Pの極大値に対して、操作部650で設定された音圧Pの極大値の許容値の範囲内か否かを、中央演算処理装置640は判別する。
【0082】
中央演算処理装置640は、音圧測定部560によって測定された音圧PとPIテーブルとを基に、気体溶解部400によって洗浄液700に溶解する気体410の濃度を制御するために、信号出力線625を介して気体溶解部400(調整弁421)を制御する。
【0083】
記録装置630は、信号入力線610と中央演算処理装置640とを通じて入力された音圧情報と、中央演算処理装置640によって作成されたPIテーブルと濃度Iテーブルとを記録する。
【0084】
操作部650は、中央演算処理装置640がPIテーブルを作成するために、それぞれ異なる少なくとも2つの気体410の濃度を設定する操作が行われる。
また操作部650は、超音波洗浄時における、洗浄液700に溶解する超音波洗浄時の気体410の濃度と、図5に示す濃度Iテーブルの超音波出力Iにおける許容値と、超音波洗浄時の超音波出力Iと、上記した超音波洗浄時の気体410の濃度に対応する音圧Pの極大値における許容値と、上記した超音波洗浄時の気体410の濃度における許容値とを設定する操作が行われる。
【0085】
表示部660は、PIテーブルと濃度Iテーブルとを表示する。
次に本実施形態の動作方法について図6と図7Aと図7Bとを参照して説明する。
本実施形態では、気体410の種類と超音波洗浄装置1の性能による被洗浄物800への影響を校正するために、超音波洗浄装置1が被洗浄物800を超音波洗浄する前に、制御部600(中央演算処理装置640)は、図4A乃至図4Dに示すPIテーブルを作成し、PIテーブルを基に図5に示す濃度Iテーブルを作成する必要がある。
まずこのPIテーブルと濃度Iテーブルとの作成について図6を参照して説明する。
なおPIテーブルと濃度Iテーブルとの作成段階では、被洗浄物800は処理槽110に収容されない。
【0086】
中央演算処理装置640は、濃度Iテーブルを作成するために、少なくとも2つのPIテーブルを作成する必要がある。そのため少なくとも2つのPIテーブルの作成のために、操作部650が操作され、それぞれ異なる少なくとも2つの気体410の濃度が設定される(Step1)。
なお本実施形態では、それぞれ異なる4種類の気体410の濃度、例えば8.5ppmと12ppmと15ppmと20ppmが用いられる。
【0087】
伝播液準備機構150は伝播液130の供給を開始し、伝播液130が伝播槽140に貯留する(Step2)。
より詳細には、タンク151に一時的に貯留されている伝播液130は、伝播液130に溶解された気体を溶解気体除去機構152によって除去され、供給配管141を経由して伝播槽140へ供給される。さらに伝播液130は、伝播槽140から排液配管142を経由して排出される。
【0088】
洗浄液準備機構120は、気体溶解部400に対して、洗浄液700の供給を開始する(Step3)。
より詳細には、タンク121に一時的に貯留されている洗浄液700は、温調機122によって温度を調整され、ポンプ123によって所望の速度の流速となるように流速を制御される。そして洗浄液700は、ポンプ123によって供給配管124を経由して気体溶解部400へ供給される。
【0089】
気体溶解部400は、洗浄液700から洗浄液700に溶解された気体410を除去し、洗浄液700に対してStep1にて設定された濃度を有する気体410を供給し、この気体410が供給された洗浄液700を処理槽110へ供給する(Step4)。
より詳細には、気体溶解部400において、洗浄液700は、洗浄液700に溶解された気体を溶解気体除去機構440によって除去され、気体供給部420から気体供給配管430を経由してStep1にて設定された濃度を有する気体410を供給される。この時、気体410は、調整弁421によって供給量を調整されて、溶解膜422によって供給配管111における洗浄液700に溶解される。
なおこのとき供給される気体410の濃度は、例えば8.5ppmである。
【0090】
洗浄液準備機構120は、処理槽110にて洗浄液700がオーバーフローするまで、洗浄液700を処理槽110に供給する。これにより媒介部570は、洗浄液700に浸漬された状態となる(Step5)。そして洗浄液700は、処理槽110をオーバーフローした後、外槽112にて一時的に貯留され、排液配管113を経由して、排出される。
【0091】
発振器300は、制御部600によって制御された振動子200に付与する電気信号を信号出力線320を介して振動子200に伝達する。振動子200は、この電気信号を伝達されて、超音波出力Iを最小の0Wから最大の例えば1200Wまで徐々に大きくさせて超音波振動する(Step6)。
【0092】
音圧測定部560は、この超音波振動と同時に、処理槽110に貯留されている洗浄液700と媒介部570とを介して、振動子200より発振される超音波振動(圧力変動)から音圧Pを測定する(Step7)。
なお媒介部570が洗浄液700に直接浸漬しているために、音圧測定部560は媒介部570を介して直接超音波振動から音圧Pを測定することとなる。そして音圧測定部560は、測定結果(音圧情報を)、信号入力線610を介して制御部600(中央演算処理装置640)に入力する。音圧情報は、記録装置630に記録もされる。
【0093】
中央演算処理装置640は、Step6とStep7とを基に、この気体410の濃度(この場合は、8.5ppmを示す)における音圧情報と超音波出力Iの関係を示すPIテーブルを作成する(Step8)。
この場合、気体410の濃度は8.5ppmであるため、作成されたPIテーブルは図4Aに示すものとなる。
【0094】
記録装置630は、中央演算処理装置640によって作成されたPIテーブルを、記録する(Step9)。
【0095】
中央演算処理装置640は、気体410の濃度毎のPIテーブル、つまり8.5ppmと12ppmと15ppmと20ppmとにおけるPIテーブルが作成されたか否かを判別する(Step10)。このPIテーブルは、Step1において操作部650にて設定した気体410の濃度毎のStep8におけるテーブルを示す。
【0096】
気体410の濃度毎のPIテーブルが作成されていない、と中央演算処理装置640が判別した場合(Step10:No)、Step4に戻る。
このとき、気体溶解部400は、洗浄液700から洗浄液700に溶解された気体410(上記においては、8.5ppm)を除去し、洗浄液700に対して気体410(8.5ppm以外の12ppmと15ppmと20ppmとのいずれか1つ)を供給し、気体410が供給された洗浄液700を処理槽110へ供給する。
【0097】
本実施形態では、気体410の濃度を、8.5ppmと12ppmと15ppmと20ppmとの4つを用いるため、Step4乃至Step10を4回繰り返す。そして図4A乃至図4Dに示すPIテーブルが作成され記録装置630に記録される。
【0098】
なお上述したように、PIテーブルは少なくとも2つ作成されればよいために、Step4乃至Step10を少なくとも2回繰り返せばよい。
【0099】
気体410の濃度毎のPIテーブルが作成されている、と中央演算処理装置640が判別した場合(Step10:Yes)、中央演算処理装置640は、気体410の濃度毎のPIテーブルを記録装置630から読み出す(Step11)。
そして中央演算処理装置640は、4つのPIテーブルを基に、図5に示す濃度Iテーブルを作成する(Step12)。
記録装置630は、この濃度Iテーブルを記録する(Step13)。
表示部660は、PIテーブルと濃度Iテーブルとを表示しても良い。
【0100】
中央演算処理装置640は、気体410の濃度を所望に制御するために、濃度Iテーブルを参照して気体410の濃度に対応する超音波出力Iとなるように発振器300を介して振動子200を制御すればよいことがわかる。
【0101】
これにより気体410の濃度に対応するおおよその超音波出力Iが図5に示す濃度Iテーブルから推測可能となる。
【0102】
次に本実施形態の超音波洗浄方法について図7Aと図7Bとを参照して説明する。
操作部650が操作され、洗浄液700に溶解する超音波洗浄時の気体410の濃度と、図5に示す濃度Iテーブルの超音波出力Iにおける許容値と、超音波洗浄時の超音波出力Iと、上記した超音波洗浄時の気体410の濃度に対応する音圧Pの極大値における許容値と、上記した超音波洗浄時の気体410の濃度における許容値とが設定される(Step31)。
【0103】
例えば超音波洗浄時の気体410の濃度を12ppm、濃度Iテーブルの超音波出力Iにおける許容値を±10%、超音波洗浄時の超音波出力Iを900W、音圧Pの極大値における許容値を±10%、濃度における許容値を±0.5ppm、とする。
【0104】
次に被洗浄物800が処理槽110に収容されていない状態で、上述したようにStep2の動作とStep3の動作とStep4の動作とStep5の動作とStep6の動作とStep7の動作とStep8の動作とが順次行われる。
このとき気体410の濃度は、Step31にて操作部650で設定した上述した例えば12ppmである。Step7とStep8とにおけるPIテーブルは、気体410の濃度が上述した12ppmの場合のものである。
【0105】
中央演算処理装置640は、PIテーブルを基に、音圧Pの極大値及び音圧Pの極大値に対応する超音波出力Iを算出する(Step32)。このときの音圧Pの極大値は21mVとなり、超音波出力Iは例えば320Wとなったものとする。
【0106】
また中央演算処理装置640は、Step13にて記録装置630にて記録されている濃度Iテーブルを基に、気体410の濃度に対応する超音波出力Iを算出する(Step33)。
この場合、気体410の濃度は、Step31にて操作部650で設定したものであり、超音波洗浄時における濃度であり、12ppmである。また濃度Iテーブルから算出された超音波出力Iは、図5に示すように12ppmに対応する350Wとなる。
【0107】
次にStep32にてPIテーブルを基に算出された超音波出力Iが、Step33にて濃度Iテーブルから算出された超音波出力Iに対して、Step31にて操作部650で設定した濃度Iテーブルの超音波出力Iにおける許容値の範囲内か否かを、中央演算処理装置640は判別する(Step34)。
Step32においてPIテーブルを基に算出した超音波出力Iは、320Wである。
Step33において図5に示す濃度Iテーブルから算出された超音波出力Iは、350Wである。
Step31にて操作部650で設定した濃度Iテーブルの超音波出力Iにおける許容値は、±10%である。
【0108】
つまり320Wが、350Wの±10%の範囲(315W〜385W)に収まるか否かを、中央演算処理装置640は判別する。
【0109】
Step32にてPIテーブルを基に算出した超音波出力Iが、Step33にて濃度Iテーブルから算出された超音波出力Iに対して、Step31にて操作部650で設定した濃度Iテーブルの超音波出力Iにおける許容値の範囲内ではない、と中央演算処理装置640が判別した場合(Step34:No)、超音波出力Iが、315W以下、または385W以上であることを示す。
【0110】
このとき図5に示す濃度Iテーブルにおいて、超音波出力Iである350Wの±10%の範囲(315W〜385W)は、気体410の濃度である12pp±0.5ppmに対応する。
そのためStep31で操作部650にて設定した気体410の濃度(12ppm)がStep31で操作部650にて設定した許容値(±0.5ppm)以上または以下であることを示す。つまり気体410の濃度が、11.5ppm以下、または12.5以上であることを示し、許容値を超えたこととなる。
【0111】
そのため気体410の濃度が許容値を超えた旨を知らせる警報を、図示しない警報部が鳴らし、超音波洗浄装置1は停止する(Step51)。
【0112】
またStep32にてPIテーブルを基に算出した超音波出力Iが、Step33にて濃度Iテーブルから算出された超音波出力Iに対して、Step31にて操作部650で設定した濃度Iテーブルの超音波出力Iにおける許容値の範囲内である、と中央演算処理装置640が判別した場合(Step34:Yes)、超音波出力Iが、315W以上385W以下であることを示す。
【0113】
このとき上記同様に、図5に示す濃度Iテーブルにおいて、Step31で操作部650にて設定した気体410の濃度(12ppm)がStep31で操作部650にて設定した許容値(±0.5ppm)以内であることを示す。つまり気体410の濃度が、11.5ppm以上、且つ12.5以下であることを示す。
【0114】
このとき、中央演算処理装置640は、発振器300を介して振動子200による超音波振動を停止する(Step35)。
【0115】
被洗浄物800は、洗浄液700に浸漬される(Step36)。
発振器300は、制御部600によって制御された振動子200に付与する電気信号を信号出力線320を介して振動子200に伝達する。振動子200は、この電気信号を伝達されて、Step31にて操作部650で設定された900Wの超音波出力Iで超音波振動する。
これにより被洗浄物800は、超音波洗浄される(Step37)。
【0116】
超音波洗浄中において、Step7の動作が行われる。
次に、Step7において音圧測定部560によって測定された音圧P1が、Step32にてPIテーブルを基に算出された音圧Pの極大値に対して、Step31にて操作部650で設定された音圧Pの極大値の許容値の範囲内か否かを、中央演算処理装置640は判別する(Step38)。
【0117】
Step32において音圧Pの極大値は、例えば20mVとなる。
Step31において操作部650で設定された音圧Pの極大値の許容値は、±10%である。
つまりStep38では、音圧測定部560によって測定された音圧P1が、20mVの±10%の範囲(18mV〜22mV)に収まるか否かを、中央演算処理装置640は判別する。
【0118】
Step7において音圧測定部560によって測定された音圧P1が、Step32において算出された音圧Pの極大値に対して、Step31において操作部650で設定された極大値の許容値の範囲内ではない、と中央演算処理装置640は判別した場合(Step38:No)、音圧P1は、18mV以下または22mV以上であることを示す。
【0119】
このとき、中央演算処理装置640は、図4Bに示し、Step8にて作成されたPIテーブルを基に、Step31で操作部650にて設定した気体410の濃度であり洗浄液700に溶解している気体410の濃度(12ppm)がStep31で操作部650にて設定したこの濃度における許容値(±0.5ppm)以外であるとみなす。
【0120】
つまり気体410の濃度が、11.5ppm以下、または12.5ppm以上となり、大幅に増減した、と中央演算処理装置640はみなす。これは図4A乃至図4Dに示すPIテーブルにおいて、超音波出力Iが同一でも、音圧P及び音圧Pの極大値は溶解している気体410の濃度によって異なるためである。これは、振動子200や発振器300に故障が生じたといった、被洗浄物800に対して大きな洗浄不良が生じた場合に、生じる。
【0121】
このとき音圧測定部560が許容値を超えた音圧Pを測定したことを示す警報を、図示しない警報部が鳴らし、超音波洗浄装置1は停止する(Step52)。
【0122】
またStep7において音圧測定部560によって測定された音圧P1が、Step32において算出された音圧Pの極大値に対して、Step31において操作部650で設定された極大値の許容値の範囲内である、と中央演算処理装置640は判別した場合(Step38:Yes)、音圧P1は、18mV以上22mV以下であることを示す。
【0123】
このとき、中央演算処理装置640は、図4Bに示し、Step8にて作成されたPIテーブルを基に、Step31で操作部650にて設定した気体410の濃度であり洗浄液700に溶解している気体410の濃度(12ppm)がStep31で操作部650にて設定したこの濃度における許容値(±0.5ppm)以内であるとみなす。
【0124】
つまり気体410の濃度が、11.5ppm以上12.5以下となり、安定していると中央演算処理装置640はみなす。
このように中央演算処理装置640は、音圧測定部560によって測定された測定結果(音圧P(音圧情報))とPIテーブルとを基に、気体溶解部400と、発振器300を介して振動子200とを制御し、気体溶解部400によって洗浄液700に溶解する気体410の濃度を制御する。
【0125】
そして中央演算処理装置640は、所望の濃度を有する気体410を気体溶解部400によって洗浄液700に供給し、超音波出力Iにて振動子200によって超音波振動を洗浄液700に照射する。被洗浄物800は引き続き超音波洗浄され、所望な時間経過後、超音波洗浄は終了する(Step39)。
【0126】
このように本実施形態では、音圧測定部560によって音圧Pを測定し、この測定結果を基に、PIテーブルと濃度Iテーブルとを作成し、測定結果とPIテーブルと濃度Iテーブルとを基に、中央演算処理装置640によって気体410の濃度を常に所望の値となるように制御する。
【0127】
また本実施形態では、音圧測定部560と媒介部570とを処理槽110に直接配設でき、処理槽110に貯留している洗浄液700に溶解している気体410の濃度を、媒介部570を介して音圧測定部560によって超音波振動(圧力変動)から音圧Pを測定することで直接測定している。
【0128】
そのため本実施形態では、安価で素早く高度な洗浄性能を発揮することができる。
また本実施形態では、音圧測定部560と媒介部570とを処理槽110に直接配設し、気体410の濃度を直接測定しているために、高度に超音波洗浄することができる。
【0129】
また本実施形態では、音圧測定部560を圧電素子とし、媒介部570を石英ガラスとすることで、気体溶解部400を非常に簡素な構成、安価且つ維持管理も容易にすることができる。
【0130】
また本実施形態では、媒介部570を石英ガラスとし、媒介部570のみを洗浄液700に浸漬するために、洗浄液700と被洗浄物800とを汚すことを防止することができる。
【0131】
また本実施形態では、音圧測定部560によって超音波振動を素早く測定でき、これにより素早く音圧Pを測定でき、結果として中央演算処理装置640によって気体溶解部400を通じて気体410の濃度を素早く制御することができる。
【0132】
また本実施形態では、Step52にて警報部によって警報がだせるために、大規模なロット不良を防止することができる。
【0133】
また本実施形態では、PIテーブルと濃度Iテーブルとを、超音波洗浄する度、及びロット毎に作成する必要はなく、超音波洗浄装置1の起動時、洗浄液700を変更する場合、気体410を変更する場合などに、図6に示すStep1乃至Step8の動作行い、PIテーブルと濃度Iテーブルとを1度作成すればよい。そのため本実施形態では、超音波洗浄装置1の駆動時、洗浄液700と気体410との変更が無い場合、PIテーブルと濃度Iテーブルと新たに作成する必要が無く、図6に示すStep1乃至Step8の動作を省略でき、素早く超音波洗浄動作に移行でき、被洗浄物800を素早く超音波洗浄することができる。
【0134】
また本実施形態では、1ロット毎に超音波洗浄動作にて、音圧Pを測定し、気体410の濃度を制御するため、洗浄不良を大幅に減らすことができる。
【0135】
なお洗浄液700が貯留する処理槽110の例えば底部110a及び上面110bや、処理槽110内の一部及びこの一部から最も離れた処理槽110の他部などにおいて、洗浄液700に溶解している気体410の濃度が均一ではなく、気体410の濃度にムラが生じる可能性がある。そのため本実施形態では、図8に示すように媒介部570を含む音圧測定部560をこのような箇所にそれぞれ配設してもよい。
つまり本実施形態では、図8に示すように媒介部570を含む音圧測定部560を処理槽110に少なくとも1つ配設すればよく、数が多いほど、音圧Pを測定する精度を向上させることができ、より高精度に気体410の濃度を測定することができ、結果的に高度な洗浄性能を発揮することができる。なおこのとき中央演算処理装置640は、各音圧測定部560から測定された音圧Pの平均値を算出する。
【0136】
なお本実施形態では、Step6において、超音波出力Iを0Wから1200Wまで徐々に大きくさせているが、これに限定する必要はなく、超音波出力Iを1200Wから0Wまで徐々に小さくしてもよい。
【0137】
また本実施形態では、図7Aと図7Bに示す動作は、超音波洗浄時における気体410の濃度を管理するものが、Step36における被洗浄物800を洗浄液700に浸漬する動作を省けば、超音波洗浄前及び超音波洗浄後において、行われても良い。Step36が省かれる理由は、Step6の動作によって被洗浄物800が傷つくことを防止するためである。
【0138】
なお超音波洗浄は、バッチ式(浸漬式)洗浄と枚葉式洗浄との両方に対応する。バッチ式洗浄とは、図1に示すように洗浄液700を貯留した処理槽110の中に被洗浄物800を収容(浸漬)して超音波洗浄する洗浄方法である。枚葉式洗浄とは、被洗浄物800に対して洗浄液700を吐出しながら超音波洗浄する洗浄方法である。
本実施形態では、バッチ式洗浄を用いて説明したが、もちろん枚葉式洗浄にも対応可能である。この枚葉式洗浄によって超音波洗浄される被洗浄物800には、例えば半導体集積装置用基板、表示装置用ガラス基板、フォトマスク用基板、光ディスク用基板、磁気ディスク用基板、フィルム基板等の基板が好適である。
【0139】
本発明は、上記実施形態そのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。また、上記実施形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合せにより種々の発明を形成できる。
【符号の説明】
【0140】
1…超音波洗浄装置、100…洗浄処理部、110…処理槽、120…洗浄液準備機構、130…伝播液、140…伝播槽、150…伝播液準備機構、200…振動子、300…発振器、400…気体溶解部、410…気体、420…気体供給部、421…調整弁、430…気体供給配管、440…溶解気体除去機構、441…気体脱気部、560…音圧測定部、570…媒介部、600…制御部、640…中央演算処理装置、650…操作部、660…表示部、700…洗浄液、800…被洗浄物。
【特許請求の範囲】
【請求項1】
洗浄液を用いて被洗浄物を超音波洗浄処理する洗浄処理部と、
前記洗浄液に対して超音波振動を照射する振動子と、
前記振動子を圧電効果によって超音波振動させるために、所望の周波数で、且つ所望の振幅の電気信号を前記振動子に付与する発振器と、
前記洗浄液に所望の気体を溶解する気体溶解部と、
前記振動子より発振される超音波振動から音圧を測定する音圧測定部と、
前記音圧測定部によって測定された前記音圧を基に、前記気体溶解部によって前記洗浄液に溶解する前記気体の濃度を制御する制御部と、
を具備することを特徴とする超音波洗浄装置。
【請求項1】
洗浄液を用いて被洗浄物を超音波洗浄処理する洗浄処理部と、
前記洗浄液に対して超音波振動を照射する振動子と、
前記振動子を圧電効果によって超音波振動させるために、所望の周波数で、且つ所望の振幅の電気信号を前記振動子に付与する発振器と、
前記洗浄液に所望の気体を溶解する気体溶解部と、
前記振動子より発振される超音波振動から音圧を測定する音圧測定部と、
前記音圧測定部によって測定された前記音圧を基に、前記気体溶解部によって前記洗浄液に溶解する前記気体の濃度を制御する制御部と、
を具備することを特徴とする超音波洗浄装置。
【図1】
【図2A】
【図2B】
【図3】
【図4A】
【図4B】
【図4C】
【図4D】
【図5】
【図6】
【図7A】
【図7B】
【図8】
【図9】
【図10】
【図2A】
【図2B】
【図3】
【図4A】
【図4B】
【図4C】
【図4D】
【図5】
【図6】
【図7A】
【図7B】
【図8】
【図9】
【図10】
【公開番号】特開2011−183300(P2011−183300A)
【公開日】平成23年9月22日(2011.9.22)
【国際特許分類】
【出願番号】特願2010−51039(P2010−51039)
【出願日】平成22年3月8日(2010.3.8)
【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23年9月22日(2011.9.22)
【国際特許分類】
【出願日】平成22年3月8日(2010.3.8)
【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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