JPH06106144A - 超音波洗浄方式及び超音波洗浄装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】平板状被洗浄物をコンベアで水平移動させなが
らその上面を超音波洗浄する洗浄工程において、工程途
中で平板状被洗浄物の反対面を洗浄するために被洗浄物
を反転させることによる再汚染や装置の複雑化を排除
し、洗浄工程の短縮能率化を図る。 【構成】コンベア１の下側に、超音波を重畳させた洗浄
液を上方に噴流して被洗浄物９の下面を洗浄する上方噴
流形洗浄装置４を配置し、コンベア１の上側に、超音波
を重畳させた洗浄液を噴射して被洗浄物１０の上面を洗
浄する下方噴射形洗浄装置２を配置する。コンベア１を
水平移動することにより被洗浄物の両面が洗浄される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は超音波洗浄方式及びその
装置に関し、特に、超音波振動を重畳した洗浄液を噴射
または噴流させて被洗浄物の洗浄を行う噴射形および噴
流形超音波洗浄装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】半導体関連のシリコンウエーハ，化合物
半導体ウエーハ，ガラスマスク、または液晶用のガラス
基板等を被洗浄物として洗浄を行う場合、除去せねばな
らない塵，ほこり，指紋などの粒子の大きさはサブミク
ロン（０．１μｍ）オーダであり、周波数の高い１ＭＨ
ｚ程度の高周波超音波洗浄装置が用いられている。今後
は更に小さな粒子を除去する精密洗浄の必要性が増大し
ている。従来は半導体ウエーハの直径が小さく、洗浄工
程では、１つのキャリアにウエーハを複数枚例えば２５
枚ずつセットし、洗浄液を満たした洗浄槽に浸漬して洗
浄するバッチ処理を行っていた。しかし最近では、半導
体ウエーハの製作技術の向上と表面処理や加工処理工程
の生産効率を上げるために半導体ウエーハの直径が大き
くなり、さらに、液晶技術の進歩により液晶用の大形ガ
ラス基板の生産量も増大してきた。例えば、洗浄対象物
となる液晶用のガラス基板の面積は４００ｍｍ×４００
ｍｍであり、半導体ウエーハの直径は８インチである。
このように、洗浄対象物が大きくなったため従来のバッ
チ処理に代わって、被洗浄物を１枚ずつコンベアに載置
し、連続して移送しながら洗浄を行う枚葉処理が行われ
るようになった。

【０００３】図１３はコンベアを利用した枚葉処理によ
る従来の超音波洗浄装置の説明図である。（Ａ）は床上
に設置された洗浄槽６４にコンベア６５を部分的に昇降
させて洗浄槽内に沈めて被洗浄物６６を洗浄する方式で
ある。この方式は、コンベア６５を部分的に昇降させる
ために構造が複雑になり、また被洗浄物に付着していた
汚れが洗浄槽中に蓄積して洗浄液が汚れてしまうという
問題がある。（Ｂ）はこのような問題点を解消した装置
であり、被洗浄物（ワーク）６６を載置したコンベア６
７を水平状態のまま移送して、噴射形超音波洗浄装置６
８によって洗浄液６９を被洗浄物６６の上面に吹き付け
て洗浄を行う方式である。

【０００４】次に、上記図１３（Ｂ）に用いられている
噴射形超音波洗浄装置６８について説明する。この噴射
形超音波洗浄装置６８は、洗浄液または水の自重による
落下速度に若干の圧力（１〜１．５気圧程度）を加え、
それに超音波振動を重畳させてワーク６６の上面に噴射
して洗浄するように構成されている。図１４は従来の噴
射形超音波洗浄装置の構造例図であり、（Ａ）は斜視
図、（Ｂ）は原理を説明する断面図である。図におい
て、７０は洗浄液の貯液槽であり、洗浄液供給口１７か
ら所定の圧力がかけられた洗浄液が供給される。７４は
細長いスリット状の噴射口であり、噴射口７４から噴射
される洗浄液１９が下方の被洗浄物（ワーク）２０に対
して吹き付けられる。ワーク２０は矢印方向に水平移動
する。７１は振動子部であり、貯液槽７０の上部にパッ
キンを介して固定されている。２１は超音波発振器（図
示は省略した）から振動子に電力を供給するためのコー
ドである。１８はオーバ・フロー口であり、貯液槽７０
内に滞留している空気を外部に逃がして洗浄液の上面が
振動子部７１に充分接するようにし、超音波振動を噴射
洗浄液に効率良く伝搬せしめる。振動子部７１の振動子
は、１ＭＨｚの矩形板状の圧電振動子が用いられ、厚さ
モードを利用している。板厚は２ｍｍ程度で、実用的に
は電気入力は最大で５〜８Ｗ／ｃｍ² 程度である。

【０００５】スリット状噴射口７４の面積の大きさと、
噴射口７４から噴射する洗浄液の流量（単位時間当りの
流量）とは互いに相関がある。スリット状噴射口７４の
面積を大きくすれば流量が多くなるので、噴射口７４か
らワーク２０に伝達する超音波を増大させる必要があ
る。面積を小さくすれば流量は少なくてよいがワークに
伝達される超音波は小さくなる。従来用いられているこ
の種の装置では、噴射口（スリット）７４の長さはワー
ク２０の幅方向に合わせて決められる。例えば、ワーク
の幅が２００ｍｍであればスリットの長さを２００ｍｍ
＋α（αは１０％程度）＝２２０ｍｍとする。スリット
の幅は１〜２ｍｍ程度である。この場合の流量は１分間
当り１１〜２２リットルが実用上良好である。このよう
な条件から、スリットの長さが異なる場合でも、スリッ
トから噴射される洗浄液の流量は、スリットの長さ１０
ｍｍ当り毎分０．５〜１リットル程度が好ましい。

【０００６】ここで問題となるのは、振動子部７１の振
動板から放射される超音波エネルギーのうちどれだけの
エネルギーがスリットに伝達されて有効に利用されるか
という点である。振動子部７１から洗浄液中に放射され
る超音波振動の方向は、振動板の放射面に対してほぼ直
角である。従って、超音波振動子の面積を大きくして超
音波エネルギーを増加せしめても、スリットを透過する
超音波エネルギーは増大しない。例えば、スリット２の
幅が２ｍｍのとき、スリットに伝達される超音波振動エ
ネルギーはこの２ｍｍの幅に制限され、超音波放射面の
面積を大きくしても振動子部７１から発射される超音波
エネルギーは有効には利用されない。また、スリット７
４を透過する超音波エネルギーを増加させるため、振動
板の単位面積当りの超音波放射エネルギーを大きくする
ため振動板の変位振幅を大きくすると、振動子や振動子
と振動板の接合部分の寿命が短くなるという問題を生ず
る。例えば、振動子を取り付けた振動板の寸法が長さ２
２０ｍｍ、幅４０ｍｍの場合、単位面積当りの電気的入
力が８Ｗ／ｃｍ² として、総電気的入力は２２×４×８
＝７０４Ｗのとき、長さ２２０ｍｍ、幅２ｍｍのスリッ
トを透過する超音波エネルギーは２２×０．２×８＝３
５．２Ｗであり、効率は極めて低い。ここでは計算の都
合上、圧電振動子の電気機械変換効率を１００％として
いるが、実際は６０〜８０％程度であるから効率はさら
に低く満足した洗浄効果が得られない。図１４（Ｂ）の
場合は、噴射口７４の長さ方向の両側に水平部分７５が
あり、その水平部分で超音波が反射するため効率が低下
する欠点がある。このような問題点を解決するために、
幾つかの方法が提案されている。

【０００７】図１４（Ｃ）は従来の改良形洗浄槽の断面
図であり、貯液槽７２をホーン型とし、内面を反射板と
して音響エネルギーを下端部のスリットに導くように構
成されている。また、図１５（Ａ）は、他の提案による
超音波洗浄装置の部分断面図であり、（Ｂ）はレンズ７
９の詳細を示す断面図である。この場合は、洗浄液を下
部左側７６から供給して噴射口７７から噴射させ、噴射
口７７の上方に設けられた振動子７８で発生する超音波
振動を振動子７８に接合した音響レンズ７９によって振
動子７８から平行放射される超音波をスリット７７に集
束するようにした構造である。さらに、図１６（Ａ），
（Ｂ）は、超音波振動子部を改良した構造を示す斜視図
と側面図である。この場合は、音響エネルギーを収束さ
せるために、振動子８０と振動板８１はそれぞれ部分円
筒形構造とし、振動子８０と振動板８１とをそれぞれ製
作した後、両者を接合する構造である。すなわち、幾何
光学の原理に従って凹面に構成された振動子からの超音
波がスリットに集束するように構成されている。

【０００８】次に、超音波振動を重畳した洗浄液を上方
に噴流させる上方噴流形超音波洗浄装置について説明す
る。図１７（Ａ）は、従来の上方噴流形超音波洗浄装置
の側面部分断面図である。この装置は、洗浄槽８２の内
部に上方に向かって先細りした集音筒８３を取り付けた
構造であり、（Ｂ）は集音筒８３の平面図である。洗浄
槽８２の下部の給水口からポンプ８４によって供給され
た洗浄液は、集音筒８３の上部スリットから噴流し被洗
浄物８５を洗浄した後、集音筒８３の外側に流れ落ちて
上部の排水口８６から回収されて循環する。この噴流す
る洗浄液に、洗浄槽８２の底部に取り付けられた超音波
振動子８７から超音波を発射して重畳させるように構成
されている。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】上記のように、従来の
超音波洗浄方式およびその装置にはそれぞれ次のような
数々の問題点がある。そこで、本発明が解決しようとす
る課題を次の３つに分けて説明する。 （１）第１の課題 まず、本発明が解決しようとする第１の課題は、超音波
洗浄方式の改良である。図１３（Ｂ）に示した従来の超
音波洗浄方式の場合、ワークの上面のみを洗浄する構造
であって、この洗浄工程ではワークの下面は洗浄されな
いため、上面を洗浄した後ワークを反転して同様の工程
で洗浄を行う必要がある。しかし、上面を洗浄した後ワ
ークを反転するためには、装置が複雑となるばかりでな
く、反転に要する時間も必要となり、洗浄工程の作業時
間が長くなる。その上、ワークを反転するときワークが
再び汚れる危険があり、再汚染を防止するための工夫が
施されなければならないという欠点がある。本発明の第
１の目的は、上記の欠点を解消し、洗浄工程の途中で被
洗浄物を反転させることなくワークの両面を上下から洗
浄することのできる超音波洗浄方式を提供することにあ
る。

【００１０】（２）第２の課題 次に、本発明が解決しようとする第２の課題は、上記第
１の課題を解決するために用いるワークの上面を洗浄す
るための下方噴射形超音波洗浄装置の改良である。図１
４〜図１６に示した従来の下方噴射形超音波洗浄装置の
場合、それぞれつぎのような欠点がある。 （イ）まず、超音波をスリットに集束する構造について
述べる。図１４（Ｂ）の場合、振動子部から発射された
超音波は下端部噴射口７４のスリットの両側の水平部分
７５で反射するため、超音波の利用効率が悪い。また、
図１４（Ｃ）のホーン型貯液槽７２の場合、振動子７３
から平行放射される超音波を反射集束させるホーンの内
側壁面が平坦であるため入射角と反射角が等しく、スリ
ットを通過する超音波エネルギーは図に示したように集
束されずに逆に分散してしまい、スリットの単位面積当
りの通過超音波エネルギーは小さく、所望のようにはな
ららい。

【００１１】図１５の構造の場合は、振動子７８と音響
レンズ７９とを接合した複合振動部は板厚の厚さモード
を利用した振動であるために、複合された振動部の板厚
は一様でなく、全面にわたって効率の良い振動が得られ
ないという欠点がある。さらに、図１６の構造の場合
は、洗浄液と接触する振動板８１と振動素子８０を同心
円状の一部として製作してその曲面を接合一体化するこ
とは製造技術上、極めて困難である。また、振動板を用
いないで振動子のみで構成し、洗浄液に接する面に洗浄
液に触れても影響のない材料を塗布しても、高周波数の
振動は吸収されてしまい、また機械的強度が劣り（剥離
等）、寿命が短いための実用には供されない。

【００１２】（ロ）次に、貯液槽の構造について述べ
る。図１４（Ｂ），（Ｃ）の場合、貯液槽の下端部のス
リットから噴出させるための洗浄液は、供給口１７から
直接貯液槽に供給されるため、貯液槽内の洗浄液に乱流
や渦流が発生する。そのため、スリットの位置によって
水圧や噴射水量が不均一となり、超音波強度にもむらが
生じて、水量と超音波の二重の要素によって洗浄効果が
均一でなくなるという欠点がある。そこで、本発明の第
２の目的は、上記の欠点を解消し、超音波振動を重畳し
た洗浄液を下方に噴射する噴射形超音波洗浄装置におい
て、超音波振動子を大形化することなく、かつ、振動子
の駆動電力を上げることなく、超音波振動子からの超音
波エネルギーを効率よく噴射口（スリット）に集束する
ことができ、さらに、洗浄槽内における洗浄液の乱流，
渦流の発生をなくすことのできる噴射形超音波洗浄装置
を提供することにある。

【００１３】（３）第３の課題 次に、本発明が解決しようとする第３の課題は、前記第
１の課題を解決するために用いるワークの下面を洗浄す
るための上方噴流形超音波洗浄装置の改良である。図１
７に示した従来の上方噴流形超音波洗浄装置の場合、洗
浄槽８２の底面の超音波振動子８７は平面構造であり、
振動子部８７から平行発射される超音波振動は集音筒８
３の内壁で乱反射されるため、集音筒８３の上部スリッ
トから噴流する洗浄液に重畳される超音波振動エネルギ
ーは小さく、振動子に印加する電力に対する効率は極め
て小さいという欠点がある。そこで、本発明の第３の目
的は、上記の欠点を解消し、超音波振動を重畳した洗浄
液を上方に噴流する噴流形超音波洗浄装置において、簡
単な構造で超音波振動を重畳した洗浄液を集束して上方
に噴流させるようにした噴流形超音波洗浄装置を提供す
ることにある。

【００１４】

【課題の解決するための手段】本発明の第１の課題を解
決するための超音波洗浄方式は、板状被洗浄物を搬送具
に載置して水平に移送する搬送装置と、超音波振動が重
畳された洗浄液を上方に噴流する上方噴流形超音波洗浄
装置と、超音波振動が重畳された洗浄液を下方に噴射す
る下方噴射形超音波洗浄装置とを備え、前記搬送具の下
側に前記上方噴流形超音波洗浄装置を、上側に前記下方
噴射形超音波洗浄装置を前記搬送具の移送方向に互いに
位置をずらせて配置し、前記板状被洗浄物を移送しなが
ら前記上方噴流形超音波洗浄装置によって前記板状被洗
浄物の下面を洗浄し、前記下方噴射形超音波洗浄装置に
よって前記板状被洗浄物の上面を洗浄することにより前
記板状被洗浄物の両面を洗浄するようにしたことを特徴
とするものである。

【００１５】次に、本発明の第２の課題を解決するため
の上方噴射形超音波洗浄装置は、洗浄液を給水口から連
続供給して充満させた貯液槽の上部に設けた振動子部か
らの超音波振動を前記洗浄液に加え、該貯液槽の下端部
に設けた直線状の噴射口から前記洗浄液を下方に噴射し
て被洗浄物の上面に吹き付けるように構成された噴射形
超音波洗浄装置において、前記振動子部は、多角柱の側
面のうち複数個の面からなる形状の振動板と、該複数個
の面のそれぞれに接合された短冊形振動子とを備えて、
該振動子部から放射される超音波エネルギーが前記噴射
口付近に集束するように構成したことを特徴とするもの
である。さらに、前記短冊形振動子は、前記振動板の各
面の長さ方向に間隙をおいて複数個設けられ、かつ、そ
の間隙の位置が前記各面によって互いにずれた位置に配
置され、前記振動板から放射され前記噴射口付近に集束
する超音波エネルギーが該噴射口の長さ方向に一様にな
るようにしたとを特徴とするものである。また、前記貯
液槽は、該貯液槽の内部の洗浄液に乱流や渦流の発生を
避けるために、該貯液槽の内部の側面周囲に補助貯液槽
を設け、該補助貯液槽に前記給水口から供給される洗浄
液を一旦蓄えるとともに該洗浄液を該補助貯液槽の上部
に設けた間隙から前記貯液槽の内部に供給するように構
成し、前記上部の間隙から前記噴出口に向かって流れる
洗浄液の方向と貯液槽の上部の前記振動子部からの超音
波エネルギー放射圧による直進流の方向とが同一方向と
なるようにしたことを特徴とするものである。さらに、
前記噴射口は、前記貯液槽の下端部の断面形状が尖塔状
で、かつ、内部に洗浄液が反射する水平部分がないよう
に構成したことを特徴とするものである。

【００１６】次に、本発明の第３の課題を解決するため
の第１の手段としての上方噴射形超音波洗浄装置は、上
面が開口部となり縦に２つに区分され、一方の区分は底
面が所定の角度で内側に傾斜し、かつ、多角柱の側面の
うち複数個の面からなる底面形状の貯液槽となり、他方
の区分は排液槽となる箱形洗浄槽と、前記貯液槽の底面
の前記複数個の面のそれぞれに接合された短冊形振動子
とを備えて、前記貯液槽の上部側面に設けられた供給口
から洗浄液が該貯液槽に連続供給され前記振動子が駆動
されたとき、該振動子部から放射される超音波エネルギ
ーによって前記角度の方向に洗浄液が直線状に集束して
液面より上方に噴流し、上方を水平移動する被洗浄物の
下面を洗浄したのち前記排液槽に落下するように構成し
たことを特徴とするものである。

【００１７】次に、本発明の第３の課題を解決するため
の第２の手段としての上方噴射形超音波洗浄装置は、上
面が開口部となり縦に２つに区分され、一方の区分は底
面が所定の第１の角度で内側に傾斜した貯液槽となり、
他方の区分は排液槽となる箱形洗浄槽と、前記貯液槽の
底面に接合された振動子と、該振動子から放射される超
音波振動の進行方向に対して該超音波振動の透過率をよ
くするための所定の第２の角度で配置された音響レンズ
とを備えて、前記貯液槽の上部側面に設けられた供給口
から洗浄液が該貯液槽に連続供給され前記振動子が駆動
されたとき、該振動子部から前記第１の角度で放射され
る超音波振動が前記音響レンズによって集束され該音響
レンズを透過した超音波エネルギーによって洗浄液が直
線状に集束して液面より上方に噴流し、上方を水平移動
する被洗浄物の下面を洗浄したのち前記排液槽に落下す
るように構成したことを特徴とするものである。以下、
本発明の実施例を図面により詳細に説明する。

【００１８】

【実施例】まず、第１の課題を解決し、請求項１に記載
した本発明の超音波洗浄方式の実施例について説明す
る。図１は本発明の超音波洗浄方式の実施例を示す側面
図である。図において、１は水平に右の方へ移動する搬
送具（コンベア）、９，１０，１１，１２は半導体ウェ
ーハ，液晶用のガラス基板などの板状被洗浄物である。
搬送具１は、被洗浄物９〜１２を載置したとき、被洗浄
物９〜１２の上面，下面が露出してそれぞれ洗浄される
ように固定することのできる構造を有している。２，
３，は下方に噴射する洗浄液に超音波振動エネルギーを
重畳させた下方噴射形超音波洗浄装置（上部洗浄装置）
である。４，５は超音波振動エネルギーによって洗浄液
を上方に噴流させる噴流形超音波洗浄装置（下部洗浄装
置）である。６，７は上部洗浄装置２，３から噴射され
被洗浄物１０，１２を洗浄した後の汚れた洗浄液の受け
箱である。８は被洗浄物９〜１２を載置した搬送具１が
通過する穴が設けられた遮蔽板であり、それぞれの洗浄
装置による洗浄後の汚れた洗浄液が互いに飛散混入しな
いように設けられている。

【００１９】上部洗浄装置２，３及び下部洗浄装置４，
５から噴射，噴流する洗浄液の方向は、被洗浄物９〜１
２の移動方向に対して逆方向に傾斜させてあり、被洗浄
物の洗浄された部分が同一面の他の部分の洗浄後の汚れ
た洗浄液によって再び汚れないようにしてある。上部洗
浄装置２，３にはそれぞれ洗浄液が供給され、下端部か
ら噴射された洗浄液は、被洗浄物１０，１２の上面を洗
浄した後、搬送具１の下側に置かれた洗浄液受け箱６，
７に一時収容され、その底部の排出口から回収して再生
あるいは廃棄される。下部洗浄装置４，５の洗浄槽は２
つの貯液槽に区分されており、その一方の貯液槽に供給
された洗浄液は、底部に設けられた振動子からの超音波
振動エネルギーによって斜め上方に噴流して被洗浄物
９，１１の下面を洗浄した後、、他方の貯液槽に一時収
容され、その底部の排出口から回収して再生あるいは廃
棄される。

【００２０】この実施例では、下部洗浄装置と上部洗浄
装置を交互に配置してあるが、下部洗浄装置を複数縦続
配置した後、上部洗浄装置を複数縦続配置してもよい。
また、被洗浄物が半導体ウェーハや石英ガラスなどの場
合、洗浄液としてアルカリ性または中性洗剤が用いられ
るので、洗剤を供給する洗浄装置の次に洗浄のすすぎの
ために市水や純水を供給する同様の構造の洗浄装置を配
置すれば十分な洗浄を行うことができる。

【００２１】次に、第２の課題を解決した本発明の噴射
形超音波洗浄装置の実施例について説明する。図２は噴
射形超音波洗浄装置の本発明の実施例を示す構造図であ
り、（Ａ）は斜視図、（Ｂ）は断面図、（Ｃ）は要部分
解断面斜視図である。図３は図２（Ａ）の側面図（Ａ）
と背面図（Ｂ）である。図において、１５は本発明の要
部をなす貯液槽、１６は本発明の要部をなす振動子部、
２１は振動子を駆動する電力を供給する発振器（図示は
省略した）からのコード、２７はパッキン、２２は貯液
槽１５の支持具、２０は矢印方向に水平移動する被洗浄
物、１７は洗浄液（例えば純水）の供給口、１８は洗浄
液のオーバーフロー口である。図４は本発明の要部をな
す振動子部１６の内部構造の斜視図と側面図である。図
２及び図４に示したように、本発明によって改良した点
は次の３点である。 振動子部１６の内部断面構造を、スリット部分を中
心とする多角柱の一部をなす構造にしたこと。 貯液槽１５の下端スリット３２の断面をノズル状と
し、内部の水平反射面をなくしたこと。 貯液槽内の洗浄供給口１７の部分に補助貯液槽２３
を設けたこと。

【００２２】まず、振動子部１６の内部の構造につい
て説明する。図２（Ｂ）及び図４（Ａ）に示した構造
は、振動板２５がスリット部分を中心とする多角柱の３
面からなる構造であり、その各面に、短冊形の振動子２
６が取付けられている。面が複数個であれば集束効果が
得られるので、装置の大きさや構造によっては、２面，
４面，５面等任意の面の数を採用すればよい。図５，図
６は本発明の振動子部の他の実施例を示す斜視図と側面
図であり、図５は振動板２８の面の数が２個の場合、図
６は振動板３０の面の数が４個の場合の例である。いず
れも、振動板の各面の法線は噴射口に集まり、同一の発
振器で同一の周波数で同時に駆動することによって各面
の振動エネルギーは互いに等位相，等振幅となり、噴射
口ではその面の数だけ倍加された超音波エネルギーが得
られる。例えば、実用する超音波周波数が１ＭＨｚの場
合、振動板の厚さは材質をステンレスとして約３ｍｍで
あり、振動子の厚さは材質をチタン酸ジルコン酸鉛とし
て２ｍｍである。例えば、正３２角柱の３面を利用する
場合、振動板の各面の一辺の幅を２５ｍｍ、振動子の幅
を１８ｍｍ、噴射口（スリット）の面積を長さ２００ｍ
ｍ×幅２ｍｍ＝４ｃｍ² 、振動板とスリットとの距離を
１００ｍｍとし、一つの面の振動子の電気的入力電力を
１８ｍｍ×２００ｍｍ×８Ｗ／ｃｍ² （単位面積当り８
Ｗ／ｃｍ² ）＝２８８Ｗとすると、３面の電気的総入力
電力は２８８Ｗ×３＝８６４Ｗとなり、噴射口の単位面
積当りの超音波出力は８Ｗ／ｃｍ² ×３＝２４Ｗ／ｃｍ
² となる。総面積では４ｃｍ² ×８Ｗ／ｃｍ² ×３＝９
６Ｗとなる（便宜上、振動子の電気機械変換効率は１０
０％として計算してある）。洗浄液（例えば純水）の温
度を２０℃〜３０℃とし、毎分１０〜２０リットルの流
量で４００ｍｍ×４００ｍｍ×３ｍｍ（厚さ）のガラス
マスク（移送速度５〜１０ｍ／分）を洗浄した場合、
０．０１μｍオーダから１μｍオーダの粒子の洗浄効果
の改善は顕著であった。図９は図２に示した本発明の噴
射形超音波洗浄装置の応用例を示す平面図と側面図であ
り、洗浄装置は被洗浄物２０の洗浄された箇所が再汚染
しないようにコンベアの移動方向と逆方向に噴射口を傾
けて配置される。

【００２３】図７は本発明の振動子部の側面図と平面図
である。図８は図７の作用を説明する特性図であり、
（ａ），（ｂ），（ｃ）はそれぞれ図７の振動板２５の
多角柱の３面に対応する。各面にはそれぞれ２個の短冊
形の振動子２６が長さ方向に並べて接合されている。こ
の長さ方向の２個の短冊形の振動子２６の間隙部分は、
振動子２６の両端部が中央部に比較して振動が弱いた
め、図８の特性（ｂ）のようになるので、この各面
（ａ），（ｂ），（ｃ）の間隙部分が互いに一致しない
ように図７（Ｂ）のように互いにずらすことによって、
スリットの長さ方向の全範囲にわたってほぼ均一の超音
波強度とすることができ、超音波のデッドゾーンが解消
される。このように長さ方向に間隙を設けた理由は次の
通りである。一般に、振動子２６と振動板２５の線膨脹
係数は異なる。すなわち、振動子の材質はチタン酸ジル
コン酸鉛系の圧電素子であり、その線膨張係数は１．２
×１０^-6／℃であるが、ステンレス（ＳＵＳ３１６Ｌ）
を用いた振動板の線膨張係数は１８×１０^-6／℃であ
る。この両者は通常、高温硬化形接着剤によって接着さ
れており、振動子が動作状態のときの温度と洗浄液の温
度との差が大きく、２つの材質の接着面付近での内部応
力が大きくなり接着層の破損，振動子電極の破損の危険
がる。そのため、振動素子の長さをあまり大きくするこ
とができず、長さ１５０ｍｍ程度が限度である。従っ
て、振動子の長さに対応するスリットの長さは制限さ
れ、一辺または直径が１５０ｍｍより大きいワークを洗
浄する装置を提供することができない。このようにし
て、圧電振動子の線膨張係数とステンレス振動板の線膨
張係数の差によるスリットの長さの制限を解消すること
ができる。

【００２４】次に、貯液槽１５内に設けた補助貯液槽
２３について説明する。図２（Ｂ），（Ｃ）に示すよう
に、給水口１７から供給された洗浄液は、貯液槽１５内
の側面周囲に設けられた補助貯液槽２３に満たされ、補
助貯液槽２３の上部の長い辺に沿って設けられた間隙２
４から貯液槽１５の内部に導入されて貯液槽全体に充満
する。このとき、給水口１７の面積を貯液槽下端部のス
リット３２（噴出口）の面積より大きくすることによっ
て、給水口１７と噴出口３２での洗浄液の流速がほぼ等
しく貯液槽全体に充満した後スリット３２から噴出され
る洗浄液１９は若干の水圧を受けて押し出される。一例
を挙げると、給水口１７の口径を１インチとし、スリッ
ト３２の幅を２ｍｍ、長さを２５０ｍｍとすると、給水
口１７の断面積は約６００ｍｍ² 、スリット（噴出口）
３２の面積は５００ｍｍ² となる。給水量を毎分２０リ
ットルとすると、洗浄液を供給しはじめてから約３分後
に貯液槽は充満する。このときのスリット３２付近での
水圧は１．１〜１．２気圧程度であり、貯液槽１５の内
部では洗浄液の流れに乱流や渦流がなく、スリット３２
から噴出する洗浄液の水圧や流量をスリット３２全体に
わたって均一にすることができる。また超音波の放射方
向は貯液槽１５の上部から下端部のスリット３２へと集
束されるため、超音波の放射圧による洗浄液の直進流の
方向も、下端部のスリット３２の方向へ向かい、互いに
これらは同一方向のため超音波の作用による乱流や渦流
が生じない。

【００２５】次に、第３の課題を解決する上方噴流形超
音波洗浄装置の実施例について説明する。図１０は噴流
形超音波洗浄装置の本発明の第１の実施例を示し、
（Ａ）は縦断面図、（Ｂ）は斜視図である。図におい
て、４０は洗浄槽、４１は貯液槽、４２は排液槽であ
る。図に示すように、洗浄槽４０は２つの貯液槽４１と
排液槽４２に区分されている。貯液槽４１の底面は多角
柱の３面を形成する形状で、それぞれの面に短冊形の振
動子４４が取付けられている。その中央の面は水平面に
対して角度θの傾斜を有しており、供給口４３から供給
される洗浄液が貯液槽４１に満たされた状態で、底部の
３面の振動子４４を駆動すると、洗浄液は超音波振動エ
ネルギによって図の矢印のように垂直面に対して角度θ
の方向に吹き上げ噴流する。この超音波振動が加えられ
噴流する洗浄液によって被洗浄物２０の下面が洗浄さ
れ、洗浄後の洗浄液は排液槽４２へ流れ落ちる。４５は
排出口であり、洗浄後の洗浄液を排出してそのまま廃棄
するか、浄化して再利用する。

【００２６】振動子４４の取付面として、多角柱の複数
個の面を使用する構造は、前記の噴射形超音波洗浄装置
の場合と同じであるが、この装置の場合は超音波エネル
ギによって洗浄液を上方に噴流させる点が特徴である。
従って、角度θを変えることによって洗浄液の吹き上げ
る角度を変えることができる。この実施例でも前記噴射
形超音波洗浄装置の場合と同様に装置の大きさ等によっ
て振動板を構成する面の数を適宜選ぶことが可能で、小
型のものに対しては面の数を少なく、大型のものに対し
ては面の数を多くして、超音波出力を増大させることが
有効である。

【００２７】ここで、上記の本発明の噴流形超音波洗浄
装置の原理について説明する。図１２（Ａ）は液体中の
超音波振動の説明図、（Ｂ），（Ｃ）は洗浄液の噴流状
態を説明する断面斜視図である。（Ｂ）は水槽６０の平
坦な底面に振動子６１を取付けて駆動した場合を示し、
（Ｃ）は水槽６２の底面を本発明のように多角柱形と
し、その３面のそれぞれに振動子６３を取付けて駆動し
た場合を示す。液体中の超音波振動には、図１２（Ａ）
に示すように水圧の非対称性に基づく放射圧が発生す
る。このため同図（Ｂ）の場合は、底面から水面へ向け
て垂直に放射される超音波によって水流（直進流とい
う）が生じ、振動子６１の駆動電力を大きくすると振動
子６１の放射面とほぼ等しい面積の水面が持ち上がって
噴流し超音波振動のない部分へと循環する。この原理を
利用して、同図（Ｃ）のように水槽６２の底面を多角形
の３面形状としてその各面に取付けた振動子６３の駆動
電力を大きくすると、水面の持ち上がり部分が直線状に
集束し、水面から５〜１０ｃｍ程度上方に噴射させるこ
とができる。

【００２８】超音波エネルギーを収束させるには、上記
のように振動板を多角柱の複数面とする構造のものでも
よいが、平板の振動板と音響レンズを組み合わせる方法
もある。更にこの２つを併用し集束度を高めて噴射の飛
距離を長くし、局部的な超音波強度を上げることもでき
る。

【００２９】図１１は噴流形超音波洗浄装置の本発明の
第２の実施例を示し、（Ａ）は縦断面図、（Ｂ）は斜視
図、（Ｃ）は部分斜視図である。図において、５０は洗
浄槽、５１は貯液槽、５２は排液槽、５３は洗浄液の供
給口、５４は振動子、５５は排水口、５６は音響レンズ
である。図１０の第１の実施例と異なる点は、振動子５
４を平板形とし、音響レンズ５６を用いて音響エネルギ
ーを集束するように構成した点である。音響レンズ５６
の材質としては、音響エネルギーの透過率が優れている
ガラスが都合がよいが、他の物質でも有用である。レン
ズの形状は球面の一部である凹面を利用すれば一点に集
束するが、図１１（Ｃ）のようにシリンドリカル形を使
用することによって直線状に集束させることができる。
レンズの板厚が波長に比して薄くないため、レンズの板
波（一種の横波）を利用し、かつ、超音波の透過率を約
１００％にする斜め入射の原理によって超音波の入射角
に対してθの角度をもたせてある（特願平４−９８５５
０号参照）。例えば、シリンドリカルレンズの材質は硼
硅酸ガラスの一種で、光学条件での焦点距離が１００ｍ
ｍのものを使用し、超音波周波数を１ＭＨｚ、洗浄液を
水とし、温度を２５℃とすると、集束可能な距離は３５
〜７０ｍｍと範囲が広い。

【００３０】

【発明の効果】以上詳細に説明したように、本発明を実
施することにより、次の効果がある。 （１）本発明の超音波洗浄方式によれば、水量と水圧が
均一な洗浄液が被洗浄物の上面，下面の両面に噴射し、
該洗浄液を伝達媒体として、強力な超音波エネルギーが
集束されて被洗浄物に伝達されるため、半導体製造関連
の枚葉式洗浄装置として被洗浄物を洗浄工程の途中で反
転させる必要がなく確実な洗浄が行われるため、実用上
極めて大きい効果がある。 （２）本発明の噴射形超音波洗浄装置によれば、噴射さ
れる洗浄液に効率良く超音波を集束することができ、槽
内の乱流，渦流が発生しないため、効率のよい均一な超
音波洗浄を行うことができる。 （３）本発明の噴流形超音波洗浄装置によれば、簡単な
構造で、かつ洗浄液に重畳させる超音波エネルギーが強
力に集束されているため極めて優れた洗浄効果が得られ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の洗浄方式の実施例を示す側面図であ
る。

【図２】本発明の噴射形洗浄装置の実施例を示す斜視
図、断面図、部分分解断面斜視図である。

【図３】図２の実施例の側面図と背面図である。

【図４】本発明の要部斜視図と側面図である。

【図５】本発明の要部斜視部と側面図である。

【図６】本発明の要部斜視部と側面図である。

【図７】本発明の要部側面図と平面図である。

【図８】本発明の要部の特性説明図である。

【図９】本発明の応用例図である。

【図１０】本発明の噴流形洗浄装置の第１の実施例の断
面図と斜視図である。

【図１１】本発明の噴流形洗浄装置の第２の実施例の断
面図と斜視図である。

【図１２】本発明の原理説明図である。

【図１３】従来の洗浄方式の側面図である。

【図１４】従来の装置の構造図である。

【図１５】従来の装置の部分構造図である。

【図１６】従来の装置の部分構造図である。

【図１７】従来の装置の構造図である。

【符号の説明】

１ コンベア ２，３ 下方噴射形洗浄装置 ４，５ 上方噴流形洗浄装置 ６，７ 受け箱 ８ 遮蔽板 ９，１０，１１，１２ 被洗浄物 １５ 貯液槽 １６ 振動子部 １７ 供給口 １８ オーバーフロー口 １９ 洗浄液 ２０ 被洗浄物 ２１ コード ２２ 支持具 ２３ 補助貯液槽 ２４ 間隙 ２５，２８，３０ 振動板 ２６，２９，３１ 振動子 ２７ パッキン ３２ 噴射口スリット ４０，５０ 洗浄槽 ４１，５１ 貯液槽 ４２，５２ 排液槽 ４３，５３ 供給口 ４４，５４ 振動子 ４５，５５ 排水口 ５６ 音響レンズ ６０，６２ 水槽 ６１，６３ 振動子 ６４ 洗浄槽 ６５，６７ コンベア ６６ 被洗浄物 ６８ 洗浄装置 ６９ 洗浄液 ７０，７２ 貯液槽 ７１，７３ 振動子 ７４ 噴射口 ７５ 水平部分 ７６ 供給路 ７７ 噴射口 ７８，８０ 振動子 ７９ レンズ ８１ 振動板 ８２ 洗浄槽 ８３ 集音筒 ８４ ポンプ ８５ 被洗浄物 ８６ 排水口 ８７ 振動子

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 楠原 昌樹 東京都中央区日本橋室町４−２−16 株式 会社渡邊商行内

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 板状被洗浄物を搬送具に載置して水平に
   移送する搬送装置と、超音波振動が重畳された洗浄液を
   上方に噴流する上方噴流形超音波洗浄装置と、超音波振
   動が重畳された洗浄液を下方に噴射する下方噴射形超音
   波洗浄装置とを備え、 前記搬送具の下側に前記上方噴流形超音波洗浄装置を、
   上側に前記下方噴射形超音波洗浄装置を前記搬送具の移
   送方向に互いに位置をずらせて配置し、 前記板状被洗浄物を移送しながら前記上方噴流形超音波
   洗浄装置によって前記板状被洗浄物の下面を洗浄し、前
   記下方噴射形超音波洗浄装置によって前記板状被洗浄物
   の上面を洗浄することにより前記板状被洗浄物の両面を
   洗浄するようにした超音波洗浄方式。
2. 【請求項２】 請求項１の下方噴射形超音波洗浄装置
   は、 洗浄液を給水口から連続供給して充満させた貯液槽の上
   部に設けた振動子部からの超音波振動を前記洗浄液に加
   え、該貯液槽の下端部に設けた直線状の噴射口から前記
   洗浄液を下方に噴射して被洗浄物の上面に吹き付けるよ
   うに構成された噴射形超音波洗浄装置において、 前記振動子部は、多角柱の側面のうち複数個の面からな
   る形状の振動板と、該複数個の面のそれぞれに接合され
   た短冊形振動子とを備えて、該振動子部から放射される
   超音波エネルギーが前記噴射口付近に集束するように構
   成したことを特徴とする噴射形超音波洗浄装置。
3. 【請求項３】 請求項２記載の短冊形振動子は、前記振
   動板の各面の長さ方向に間隙をおいて複数個設けられ、
   かつ、その間隙の位置が前記各面によって互いにずれた
   位置に配置され、前記振動板から放射され前記噴射口付
   近に集束する超音波エネルギーが該噴射口の長さ方向に
   一様になるようにしたとを特徴とする噴射形超音波洗浄
   装置。
4. 【請求項４】 請求項２記載の貯液槽は、 該貯液槽の内部の洗浄液に乱流や渦流の発生を避けるた
   めに、 該貯液槽の内部の側面周囲に補助貯液槽を設け、該補助
   貯液槽に前記給水口から供給される洗浄液を一旦蓄える
   とともに該洗浄液を該補助貯液槽の上部に設けた間隙か
   ら前記貯液槽の内部に供給するように構成し、前記上部
   の間隙から前記噴出口に向かって流れる洗浄液の方向と
   貯液槽の上部の前記振動子部からの超音波エネルギー放
   射圧による直進流の方向とが同一方向となるようにした
   ことを特徴とする請求項２記載の噴射形超音波洗浄装
   置。
5. 【請求項５】 請求項２記載の噴射口は、 前記貯液槽の下端部の断面形状が尖塔状で、かつ、内部
   に洗浄液が反射する水平部分がないように構成したこと
   を特徴とする請求項２記載の噴射形超音波洗浄装置。
6. 【請求項６】 請求項１の上方噴流形超音波洗浄装置
   は、 上面が開口部となり縦に２つに区分され、一方の区分は
   底面が所定の角度で内側に傾斜し、かつ、多角柱の側面
   のうち複数個の面からなる底面形状の貯液槽となり、他
   方の区分は排液槽となる箱形洗浄槽と、 前記貯液槽の底面の前記複数個の面のそれぞれに接合さ
   れた短冊形振動子とを備えて、前記貯液槽の上部側面に
   設けられた供給口から洗浄液が該貯液槽に連続供給され
   前記振動子が駆動されたとき、該振動子部から放射され
   る超音波エネルギーによって前記角度の方向に洗浄液が
   直線状に集束して液面より上方に噴流し、上方を水平移
   動する被洗浄物の下面を洗浄したのち前記排液槽に落下
   するように構成したことを特徴とする噴流形超音波洗浄
   装置。
7. 【請求項７】 請求項１の上方噴流形超音波洗浄装置
   は、 上面が開口部となり縦に２つに区分され、一方の区分は
   底面が所定の第１の角度で内側に傾斜した貯液槽とな
   り、他方の区分は排液槽となる箱形洗浄槽と、 前記貯液槽の底面に接合された振動子と、 該振動子から放射される超音波振動の進行方向に対して
   該超音波振動の透過率をよくするための所定の第２の角
   度で配置された音響レンズとを備えて、前記貯液槽の上
   部側面に設けられた供給口から洗浄液が該貯液槽に連続
   供給され前記振動子が駆動されたとき、該振動子部から
   前記第１の角度で放射される超音波振動が前記音響レン
   ズによって集束され該音響レンズを透過した超音波エネ
   ルギーによって洗浄液が直線状に集束して液面より上方
   に噴流し、上方を水平移動する被洗浄物の下面を洗浄し
   たのち前記排液槽に落下するように構成したことを特徴
   とする噴流形超音波洗浄装置。