JP4533406B2 - Ultrasonic cleaning apparatus and ultrasonic cleaning method - Google Patents
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Description
本発明は、電子部品に付着した微細な塵埃(パーティクル)等を除去するための超音波洗浄装置に関し、特には900KHz以上の超音波振動を利用する超音波洗浄装置及び超音波洗浄方法に関する。 The present invention relates to an ultrasonic cleaning apparatus for removing fine dust (particles) attached to an electronic component, and more particularly to an ultrasonic cleaning apparatus and an ultrasonic cleaning method using ultrasonic vibration of 900 KHz or higher.
従来より、電子部品の製造工程において、半導体ウエハ、ハードディスク、ガラス基板等の電子部品に付着した微細なごみやちり等の塵埃を除去する手段として、被洗浄物である電子部品の表面を洗浄するために超音波振動を利用した種々の超音波洗浄装置が提案されている。 Conventionally, in the manufacturing process of electronic components, as a means for removing dust such as fine dust and dust attached to electronic components such as semiconductor wafers, hard disks, glass substrates, etc., to clean the surface of the electronic component that is the object to be cleaned Various ultrasonic cleaning apparatuses using ultrasonic vibration have been proposed.
超音波洗浄装置の一例として、洗浄槽が、外槽と、外槽内に配置される内槽から構成される2槽構造の装置がある。この装置は、洗浄槽に金属を使用した場合に、溶出する金属イオンが被洗浄物に付着することを防止するため、石英ガラスなどから作製される内槽と、ステンレスなどの金属材料又は樹脂材料等から作製され、振動板が装着される外槽とを設ける構成である。 As an example of the ultrasonic cleaning apparatus, there is an apparatus having a two-tank structure in which a cleaning tank includes an outer tank and an inner tank disposed in the outer tank. In order to prevent metal ions eluting from adhering to the object to be cleaned when metal is used in the cleaning tank, this apparatus is made of an inner tank made of quartz glass or the like, and a metal material or resin material such as stainless steel. And an outer tub to which the diaphragm is mounted.
また、超音波振動子を駆動することで発生する超音波振動を、内槽に貯留される洗浄液に浸漬した被洗浄部材に伝達するための媒体液が外槽に貯留されている。内槽はその底板が媒体液に浸された状態で外槽内に配置される。このような構成の超音波洗浄装置において、所定の信号により振動板を振動させることで発生する超音波振動を用い、内槽内の洗浄液内に浸漬されている被洗浄物を洗浄する。 Moreover, the medium liquid for transmitting the ultrasonic vibration generated by driving the ultrasonic vibrator to the member to be cleaned immersed in the cleaning liquid stored in the inner tank is stored in the outer tank. The inner tank is disposed in the outer tank with its bottom plate immersed in the medium liquid. In the ultrasonic cleaning apparatus having such a configuration, an object to be cleaned immersed in the cleaning liquid in the inner tank is cleaned using ultrasonic vibration generated by vibrating the diaphragm with a predetermined signal.
特許文献1に、超音波振動板の板厚が共振周波数のほぼ1/2波長の整数倍に形成することにより、高周波の超音波振動においても音響的損出の少ない超音波振動板が開示されている。 Patent Document 1 discloses an ultrasonic diaphragm with less acoustic loss even in high-frequency ultrasonic vibration by forming the thickness of the ultrasonic diaphragm to be an integral multiple of approximately half the wavelength of the resonance frequency. ing.
内槽と外槽との2槽構造を有し、内槽の底板と外槽の底板とを平行に配した超音波洗浄装置においては、超音波振動子から照射された超音波を被洗浄部材に効率的に伝達するために、特許文献1の超音波振動板と同様に内槽の底板の板厚は、超音波振動数の1/2波長の整数倍になるように形成している。すなわち、超音波振動数の波長をλ、整数をnとすると、内槽の底板の板厚tは、
t=n×λ/2・・・式(1)
で表される。
In an ultrasonic cleaning apparatus having a two-tank structure of an inner tank and an outer tank, and arranging the bottom plate of the inner tank and the bottom plate of the outer tank in parallel, the ultrasonic wave irradiated from the ultrasonic vibrator is to be cleaned In order to transmit efficiently, the thickness of the bottom plate of the inner tank is formed to be an integral multiple of ½ wavelength of the ultrasonic frequency in the same manner as the ultrasonic vibration plate of Patent Document 1. That is, when the wavelength of the ultrasonic frequency is λ and the integer is n, the thickness t of the bottom plate of the inner tank is
t = n × λ / 2 Formula (1)
It is represented by
なお、整数nは1又は2の小さい整数が用いられている。これは、nが3以上になると、内槽の底板の板厚が厚くなり、内槽自身内部での超音波振動の減衰により、洗浄効率が悪くなるためである。 The integer n is a small integer of 1 or 2. This is because when n is 3 or more, the thickness of the bottom plate of the inner tank is increased, and the cleaning efficiency is deteriorated due to attenuation of ultrasonic vibration inside the inner tank itself.
例えば、内槽に石英ガラスを使用した場合には、石英ガラスの音速は約6000m/sであり、超音波振動数が750kHzでは、波長λは8mmであり、n=1とすると、式(1)より内槽の底板の板厚tは、4mmであり、超音波振動数が900KHzで、n=1とすると、板厚tは、3.3mmとなり、これらの板厚の内槽が一般的に使用される。 For example, when quartz glass is used for the inner tank, the sound speed of quartz glass is about 6000 m / s, the wavelength λ is 8 mm when the ultrasonic frequency is 750 kHz, and n = 1, the equation (1 ) If the thickness t of the bottom plate of the inner tank is 4 mm, the ultrasonic frequency is 900 KHz, and n = 1, the thickness t is 3.3 mm. Used for.
また、2槽構造の洗浄装置の場合、外槽の媒介液中を伝搬する超音波振動によって媒介液中に気泡が発生すると、その気泡が内槽の底面に付着して超音波が内槽内に伝搬しなくなる現象が発生する。そこで、内槽の底面を超音波振動子が取り付けられた外槽の底面に対し傾斜させて、内槽の底面に付着した気泡を傾斜に沿って上昇させることにより泡切れを良くするようにした超音波洗浄装置が特許文献2、特許文献3に開示されている。
In the case of a two-tank cleaning device, if bubbles are generated in the medium by ultrasonic vibration propagating in the medium in the outer tank, the bubbles adhere to the bottom surface of the inner tank and the ultrasonic waves are generated in the inner tank. The phenomenon that no longer propagates to the screen occurs. Therefore, the bottom of the inner tub is inclined with respect to the bottom of the outer tub to which the ultrasonic transducer is attached, and bubbles attached to the bottom of the inner tub are raised along the inclination to improve bubble breakage. Ultrasonic cleaning apparatuses are disclosed in
近年、被洗浄物の微細化に伴う超音波の高周波化が望まれている。また、被洗浄物としてのウエハは、大口径になりつつあり、これに伴って洗浄槽の内槽も大きくなり、内槽の機械的強度が要求される。しかしながら、超音波の高周波化に伴って内槽の板厚をさらに薄くしなければならない。例えば、超音波振動数を2MHzとすると、石英ガラスからなる内槽の場合、内槽の底板の板厚tは、nが1の場合には、式(1)から、1.5mmとなり、nが2の場合には、板厚tが3mmとなるため、内槽の製造や内槽の強度等の安全面から問題があった。また、被洗浄物の大型化に伴い、内槽の機械的強度を保つために、内槽の板厚を厚くすることが必要となる。 In recent years, it has been desired to increase the frequency of ultrasonic waves accompanying the miniaturization of objects to be cleaned. Further, the wafer as the object to be cleaned is becoming a large diameter, and accordingly, the inner tank of the cleaning tank becomes larger, and the mechanical strength of the inner tank is required. However, the plate thickness of the inner tank must be further reduced as the ultrasonic frequency increases. For example, when the ultrasonic frequency is 2 MHz, in the case of an inner tank made of quartz glass, the thickness t of the bottom plate of the inner tank is 1.5 mm from the equation (1) when n is 1, and n When the thickness is 2, the plate thickness t is 3 mm, which causes problems in terms of safety such as the manufacture of the inner tank and the strength of the inner tank. In addition, with the increase in the size of the object to be cleaned, it is necessary to increase the thickness of the inner tank in order to maintain the mechanical strength of the inner tank.
また、特許文献2、特許文献3に開示されているように、内槽の底面を超音波振動子が取り付けられた外槽の底面に対し傾斜させることにより、内槽の底面の気泡による超音波の伝達問題、超音波振動数と共振するための板厚の制限は、緩和される。しかしながら、外槽の底面に対する内槽の底面の傾斜角は20°以上であり、内槽の底面を傾斜させると、被洗浄物を洗浄液中に没入させるために内槽の深さを深くしなければならないため、洗浄装置全体を大きくしなければならないという問題がある。
Further, as disclosed in
また、外槽の底板と内槽の底板との位置関係、内槽の底板の板厚誤差、底板の形状、振動子の振動特性のばらつきや振動子の取り付け精度によっては、内槽内の領域により音圧にばらつきが生じる恐れがある。結果として、洗浄工程の歩留まりが悪くなる。 Depending on the positional relationship between the bottom plate of the outer tub and the bottom plate of the inner tub, the thickness error of the bottom plate of the inner tub, the shape of the bottom plate, the variation in the vibration characteristics of the vibrator, and the mounting accuracy of the vibrator, May cause variations in sound pressure. As a result, the yield of the cleaning process is deteriorated.
そこで、本発明の発明者は、実験により、超音波振動数が2MHzを使用した超音波洗浄で、高周波に伴う洗浄槽の内槽の底板の板厚を十分な機械的強度を得るに必要な厚さにすることができ、かつ超音波洗浄の効率を低下させることなしに、超音波洗浄が可能なことを見いだした。本発明は、超音波の高周波化に伴う内槽の底板の板厚を従来のように薄くすることなく、洗浄槽の内槽内における音圧を確保しつつ、超音波の高周波化に対応した超音波洗浄装置及び超音波洗浄方法を提供することを目的とする。 Therefore, the inventor of the present invention is required to obtain sufficient mechanical strength for the thickness of the bottom plate of the inner tank of the cleaning tank due to high frequency by ultrasonic cleaning using an ultrasonic frequency of 2 MHz by experiment. It has been found that ultrasonic cleaning is possible without having to reduce the thickness and reduce the efficiency of ultrasonic cleaning. The present invention is compatible with the higher frequency of the ultrasonic wave while ensuring the sound pressure in the inner tank of the cleaning tank without reducing the thickness of the bottom plate of the inner tank accompanying the higher frequency of the ultrasonic wave as in the prior art. An object is to provide an ultrasonic cleaning apparatus and an ultrasonic cleaning method.
上記課題を解決するため、本発明の超音波洗浄装置は、超音波振動により被洗物を洗浄する超音波洗浄装置であって、900KHz(キロヘルツ)以上の超音波振動を発生する超音波振動発生手段と、前記超音波振動発生手段が装着され、前記超音波振動を伝達する伝達媒体を貯留するための外槽と、前記外槽の内部に配置され、内部に貯留される洗浄液内に浸漬される前記被洗浄物を、前記伝達媒体を介して伝達される超音波振動により洗浄するための内槽とからなる洗浄槽とを備え、前記内槽の底板は、超音波振動数の2分の1波長(半波長)の3から5の整数倍の板厚を有し、前記内槽の底板と前記外槽の底板とが平行とならないように、前記内槽の底板の傾斜の角度を、1°以上10°以内となるように配置したことを特徴とする。 In order to solve the above problems, an ultrasonic cleaning apparatus of the present invention is an ultrasonic cleaning apparatus that cleans an object to be cleaned by ultrasonic vibration, and generates ultrasonic vibration of 900 KHz (kilohertz) or more. Means, and an ultrasonic tub for generating the ultrasonic vibration, and an outer tub for storing a transmission medium for transmitting the ultrasonic vibration, and an immersion tank disposed in the outer tub and immersed in a cleaning liquid stored therein. A cleaning tank comprising an inner tank for cleaning the object to be cleaned by ultrasonic vibration transmitted through the transmission medium, and the bottom plate of the inner tank has an ultrasonic frequency of half It has a plate thickness that is an integer multiple of 3 to 5 of one wavelength (half wavelength), and the angle of inclination of the bottom plate of the inner tub is not parallel to the bottom plate of the inner tub and the bottom plate of the outer tub. It arrange | positions so that it may become 1 to 10 degrees .
また、本発明の超音波洗浄装置の前記内槽の底板は、超音波振動の2次的音源として作用するように構成したことを特徴とする。 Further, the bottom plate of the inner tank of the ultrasonic cleaning apparatus of the present invention is configured to act as a secondary sound source of ultrasonic vibration.
また、本発明の超音波洗浄方法は、超音波振動により被洗物を洗浄する超音波洗浄方法であって、900KHz(キロヘルツ)以上の超音波振動を発生する超音波振動発生手段と、前記超音波振動発生手段が装着され、前記超音波振動を伝達する伝達媒体を貯留するための外槽と、前記外槽の内部に配置され、内部に貯留される洗浄液内に浸漬される前記被洗浄物を、前記伝達媒体を介して伝達される超音波振動により洗浄するための内槽とからなる洗浄槽とを備え、前記内槽の底板は、超音波振動数の2分の1波長(半波長)の3から5の整数倍の板厚を有し、前記内槽の底板と前記外槽の底板とが平行とならないように、前記内槽の底板の傾斜の角度を、1°以上10°以内となるように配置したことを特徴とする。 The ultrasonic cleaning method of the present invention is an ultrasonic cleaning method for cleaning an object to be cleaned by ultrasonic vibration, and includes ultrasonic vibration generating means for generating ultrasonic vibration of 900 KHz (kilohertz) or more, An outer tub for storing a transmission medium that transmits the ultrasonic vibration, and an object to be cleaned that is disposed inside the outer tub and is immersed in a cleaning liquid stored in the inner tub. A cleaning tank comprising an inner tank for cleaning by ultrasonic vibration transmitted through the transmission medium, and the bottom plate of the inner tank has a half wavelength (half wavelength) of the ultrasonic frequency. ) 3 has a plate thickness of an integral multiple of 5, so that the bottom plate of the outer tub and a bottom plate of the inner tub is not parallel, the angle of inclination of the bottom plate of the tank, 10 ° or 1 ° It arrange | positions so that it may become within .
また、本発明の超音波洗浄方法の前記内槽の底板は、超音波振動の2次的音源として作用するように構成したことを特徴とする。 Further, the bottom plate of the inner tank of the ultrasonic cleaning method of the present invention is configured to act as a secondary sound source of ultrasonic vibration.
本発明によれば、内槽の底板は、超音波振動数の2分の1波長(半波長)の整数倍の板厚を有し、内槽の底板と外槽の底板とが平行とならないように内槽の底板を傾斜するように配置したことにより、内槽の底板は、機械的な強度を満たす板厚が得られる。 According to the present invention, the bottom plate of the inner tank has a plate thickness that is an integral multiple of one-half wavelength (half wavelength) of the ultrasonic frequency, and the bottom plate of the inner tank and the bottom plate of the outer tank are not parallel. By arranging the bottom plate of the inner tub so as to be inclined, the thickness of the bottom plate of the inner tub satisfying the mechanical strength can be obtained.
また、本発明によれば、超音波振動数は、900KHz以上で使用可能であり、2MHzの周波数にも使用できるため、被洗浄物の微細化に伴う超音波の高周波化が可能となる。 In addition, according to the present invention, the ultrasonic frequency can be used at 900 KHz or higher, and can be used at a frequency of 2 MHz. Therefore, it is possible to increase the frequency of ultrasonic waves accompanying the miniaturization of the object to be cleaned.
また、本発明によれば、内槽の底板の傾斜の角度は、1°以上10°以内であるため、従来のような傾斜角度が必要ないため、被洗浄物は、内槽の傾斜による影響を受けない。 In addition, according to the present invention, since the angle of inclination of the bottom plate of the inner tank is 1 ° or more and 10 ° or less, the conventional inclination angle is not necessary, so that the object to be cleaned is affected by the inclination of the inner tank. Not receive.
また、本発明によれば、内槽の底板は、超音波振動の2次的音源として作用するため、定在波による超音波の透過のみならず、2次的音源としての内槽の底板の超音波振動により、音圧の低下を抑え、洗浄効率のよい超音波洗浄装置及び超音波洗浄方法を提供することができる。 Further, according to the present invention, since the bottom plate of the inner tank acts as a secondary sound source of ultrasonic vibration, not only the transmission of ultrasonic waves by standing waves but also the bottom plate of the inner tank as a secondary sound source. By ultrasonic vibration, it is possible to provide an ultrasonic cleaning apparatus and an ultrasonic cleaning method that suppress a decrease in sound pressure and has high cleaning efficiency.
以下、本発明による超音波洗浄装置の実施形態を、図面を参照しつつ説明する。図1は、実施形態に係る超音波洗浄装置の正面から見た断面図である。図2は、図1に示す超音波洗浄装置で内槽の底板の板厚に対する内槽内の音圧を測定した結果を示す図、図3は、内槽の底板と外槽の底板とが平行に設定した場合の内槽の底板の板厚に対する音圧を測定した結果を示す図、図4は、内槽の底板と外槽の底板とを平行に設定し、底板の板厚が共振周波数の1/2波長の2倍にした場合の超音波の透過状態を説明した図、図5は、内槽の底板が傾斜している場合の超音波の多重反射の様子を示す模式図である。 Hereinafter, embodiments of an ultrasonic cleaning apparatus according to the present invention will be described with reference to the drawings. Drawing 1 is a sectional view seen from the front of the ultrasonic cleaning device concerning an embodiment. FIG. 2 is a diagram showing a result of measuring the sound pressure in the inner tank with respect to the thickness of the bottom plate of the inner tank by the ultrasonic cleaning apparatus shown in FIG. 1, and FIG. 3 shows that the bottom plate of the inner tank and the bottom plate of the outer tank are FIG. 4 shows the result of measuring the sound pressure relative to the thickness of the bottom plate of the inner tank when set in parallel. FIG. 4 shows that the bottom plate of the inner tank and the bottom plate of the outer tank are set in parallel, and the thickness of the bottom plate resonates. FIG. 5 is a schematic diagram showing a state of multiple reflection of ultrasonic waves when the bottom plate of the inner tank is inclined. is there.
本実施形態の超音波洗浄装置1は、図1に示すように内槽3と外槽5とからなる洗浄槽を備える2槽構造である。内槽3は被洗浄物を洗浄するための槽であり、上端が開口し、傾斜する底板3aを有する。内槽3の内部には被洗浄物wを洗浄するための洗浄液が貯留される。
The ultrasonic cleaning apparatus 1 of this embodiment has a two-tank structure including a cleaning tank composed of an
なお、後述する外槽5内の純水等に超音波振動が付与されると、純水等に溶存している気体成分が気泡となって発現し、内槽3の底板3aに気泡が付着することがある。気泡が付着すると、超音波が内槽3内に伝搬しづらくなる。そのため、この底板3aを傾斜させ、底板3aに付着した気泡の泡切れをよくしている。
When ultrasonic vibration is applied to pure water or the like in the outer tank 5 described later, gas components dissolved in the pure water or the like are expressed as bubbles, and the bubbles adhere to the
外槽5は、超音波振動発生手段からの超音波振動を内槽3に間接的に伝達する間接槽である。外槽5は、上端が開口し、その内部に純水、薬液等を伝達媒体として貯留する。外槽の底板5aには、超音波振動を発生する超音波振動発生手段が連結されている。なお、外槽の底板5aは、ほぼ水平な面である。よって、内槽の底板3aは、水平方向に対して所定の角度(図1に示すθ)で傾斜しているので、外槽の底板5aに対して内槽3の底板3aは角度θを形成して配置される。なお、外槽の底板5aに対して内槽3の底板3aの角度θは、1°以上10°以内となるように設定されている。
The outer tank 5 is an indirect tank that indirectly transmits the ultrasonic vibration from the ultrasonic vibration generating means to the
超音波振動発生手段は、外槽の底板5aに固定される振動板7と、振動板7に超音波振動9を伝達する振動子9と、振動子9に超音波振動を発生させるための電力を供給する発振器11とを備える。発振器11は、発振部13とパワーアンプ15を有する。発振部13は、所定周波数を有する高周波信号を生成する。高周波信号はパワーアンプ15により増幅され、振動子9に入力する。
The ultrasonic vibration generating means includes a
外槽5の材料としては、ステンレスやプラスチック等を、内槽の材料としては、熱や薬剤に耐久性のある石英ガラス、サファイア、シリコンカーバイト、タンタル、チタン、モリブデン等を使用できる。洗浄液としては、過酸化水素、アンモニウム、純水、過酸化水素−塩酸−純水からなるもの、フッ化水素−硝酸−純水等を使用できる。振動板の材料としては、SUS、タンタル、モリブデン、チタン、タングステン等を使用できる。 As the material of the outer tub 5, stainless steel, plastic, or the like can be used, and as the material of the inner tub, quartz glass, sapphire, silicon carbide, tantalum, titanium, molybdenum, or the like that is resistant to heat or chemicals can be used. As the cleaning liquid, hydrogen peroxide, ammonium, pure water, hydrogen peroxide-hydrochloric acid-pure water, hydrogen fluoride-nitric acid-pure water, or the like can be used. As the material of the diaphragm, SUS, tantalum, molybdenum, titanium, tungsten, or the like can be used.
本発明による超音波洗浄装置1の内槽3は、石英ガラスを用いており、内槽の底板3aと外槽5の底板とが平行とならないように内槽の底板3aに傾斜を持つように配置されている。また、内槽の底板3aは、超音波振動数の2分の1波長(半波長)の3から5の整数倍の板厚を有することが可能となっている。また、本発明による超音波洗浄装置1は、900KHz以上の超音波振動数で洗浄を行うようになっている。
The
上記構成からなる超音波洗浄装置1において、液を洗浄槽に貯留して、内槽3の開口部からの所定の深さにおける音圧強度の測定を行った。音圧強度の測定は、2MHzの超音波振動数を使用し、内槽の底板3aの外槽の底板5aに対する傾斜の角度を2°に設定した状態で、内槽の底板3aの板厚が、3mm、4.5mm、6mmの3種類についてそれぞれの音圧強度の測定を行った。
In the ultrasonic cleaning apparatus 1 configured as described above, the liquid was stored in the cleaning tank, and the sound pressure intensity at a predetermined depth from the opening of the
なお、内槽の底板3aの板厚は、超音波振動数の2分の1波長(半波長)の整数倍となるように設定されており、整数nは、2,3,4である。2MHzの超音波振動数における石英ガラスの波長λは、3mmであり、n=2で内槽の底板3aの板厚は3mm、n=3で内槽の底板3aの板厚は4.5mm、n=4で内槽の底板3aの板厚は6mmとなる。
In addition, the plate | board thickness of the
図2に上記条件において、内槽の底板3aの板厚に対する内槽3内の音圧強度の測定した結果を示す。なお、図2のグラフの縦軸に示す相対音圧とは、内槽の底板3aの板厚3mmの時の音圧センサで得られた音圧値を1として、内槽の底板3aの板厚3mmでの音圧値を基準値として、板厚4.5mm、6mmにおける音圧値を基準値との比率で表したものである。
FIG. 2 shows the result of measuring the sound pressure intensity in the
図2に示すように、超音波振動数2MHzでの内槽の底板3aの板厚3mmにおける音圧強度と比較すると、板厚4.5mmでは、板厚3mmの1.4倍、板厚6mmでは、板厚3mmの1.43倍にそれぞれ音圧強度が増加している。このように、内槽の底板3aの板厚を超音波振動数の半波長毎に厚くしていくと、音圧強度が増加してことがわかった。
As shown in FIG. 2, when compared with the sound pressure intensity at the
次に、内槽の底板3aの外槽の底板5aに対して傾斜を設けたことによる、内槽3への音圧の影響を調べるために、内槽の底板3aと外槽の底板5aとを平行に設定した場合の音圧強度の測定を行った。なお、音圧の測定は、図2に示す底板の板厚と同様に、超音波振動数の1/2波長の整数倍に形成されている。
Next, in order to investigate the influence of sound pressure on the
図3に、内槽の底板3aと外槽の底板5aとが平行に設定した場合の内槽の底板3aの板厚に対する音圧を測定した結果を示す。なお、図3のグラフの縦軸に示す相対音圧とは、内槽の底板3aの板厚3mmの時の音圧センサで得られた音圧値を1として、内槽の底板3aの板厚3mmでの音圧値を基準値として、板厚4.5mm、6mmにおける音圧値を基準値との比率で表したものである。
FIG. 3 shows the result of measuring the sound pressure with respect to the thickness of the
図3に示すように、超音波振動数2MHzでの内槽の底板3aの板厚3mmにおける音圧強度と比較すると、板厚4.5mmでは、板厚3mmの0.88倍、板厚6mmでは、板厚3mmの0.88倍にそれぞれ音圧強度が減少している。
As shown in FIG. 3, when compared with the sound pressure intensity at the
このように、内槽の底板3aと外槽の底板5aとが平行に設定した場合には、内槽の底板3aの板厚が厚くなるにつれて、音圧が減少し、図2に示す測定データと異なっている。
Thus, when the
図4は、内槽の底板3aと外槽の底板5aとを平行に設定し、底板の板厚が共振周波数の1/2波長の2倍にした場合の超音波の透過状態を説明した図である。
FIG. 4 is a diagram for explaining a transmission state of ultrasonic waves when the
図4に示すように、振動子9に入力した超音波振動が振動板7を介して伝達媒体としての純水等に付与されると、内槽3の底板3aと、振動子9との間で定在波が形成される。なお、定在波とは、振動板7からの入射波と、外槽5内の伝達媒体を伝搬し、内槽3の底板3aに当たり反射した反射波とが、重なりあって形成される音波である。内槽の底板3aに下面から超音波が照射された時、内槽の底板3a内部では定在波が発生し、これにより底板が共振し、図4の矢印で示すように洗浄槽の内槽3へ超音波が透過されていく(定在波による超音波の透過現象)。
As shown in FIG. 4, when the ultrasonic vibration input to the
このように、内槽の底板3aと外槽の底板5aとが平行の場合には、超音波振動子による超音波振動は、外槽5の媒体液を通して内槽の底板3aに伝達し、定在波による超音波の透過現象により内槽の底板3aから洗浄液に放出される。なお、前述したように、nは1又は2の小さい整数が用いられている。これは、nが3以上になると、内槽の底板3aの板厚が厚くなり、内槽3内での超音波振動の減衰が発生するためである。図3に示す測定結果でも明らかである。なお、定在波による超音波の透過現象は、本実施形態のように内槽の底板3aと外槽の底板5aとが傾斜している場合においても、発生している。
Thus, when the
しかしながら、図2に示すように、内槽の底板3aを外槽の底板5aに対して傾斜させることにより音圧が増加している。内槽の底板3aを傾斜させた状態で、内槽の底板3aの板厚を厚くすることにより、音圧が増加する理由は次のように推定される。
However, as shown in FIG. 2, the sound pressure is increased by inclining the
図5は、内槽の底板3aが傾斜している場合の超音波の多重反射の様子を示す模式図である。超音波洗浄槽においては、内槽3の底部に溜まる気泡を除去するため、内槽の底板3aは、振動子9を装着した外槽の底板5aに対して傾斜している。内槽の底板3aから入射した超音波は、内槽の底板3aの上部に到達する際、内槽の底板3aが角度θで傾斜しているため、図5に示すように、内槽の底板3aの内部で超音波の乱反射が生じる。そして内槽の底板3aの内部で乱反射を繰り返すことにより内槽の底板3a内部の超音波エネルギーが上昇し、結果として、内槽の底板3aが新たな振動源となって洗浄槽内に超音波を放射すると考えられる。すなわち、内槽の底板3aが超音波振動の2次的音源として作用する。また、内槽の底板3aの板厚が厚くなるほど、内槽の底板3a内部での乱反射が生じやすくなり、超音波エネルギーがより上昇するためと考えられる。ただし、あまりにも内槽の底板3aの板厚を厚くし過ぎると底板3aの質量が増し、剛体に近づいてしまうため、かえって逆効果である。このため、内槽の底板3aの板厚は、超音波振動数の2分の1波長(半波長)の整数倍、好ましくは、整数nが3から5が最適である。
FIG. 5 is a schematic diagram showing a state of multiple reflection of ultrasonic waves when the
また、内槽の底板3aの板厚は、超音波振動数の2分の1波長(半波長)の整数倍となるように設定されており、図4に示す定在波による超音波の透過現象も起こっている。
Further, the thickness of the
このため、前記内槽の底板3aは、超音波振動数の2分の1波長(半波長)の整数倍の板厚を有し、前記内槽の底板3aと前記外槽の底板5aとが平行とならないように内槽の底板3aを傾斜するように配置したことにより、定在波による超音波の透過現象に加え、内槽の底板3a内部の超音波エネルギーの上昇による超音波振動の2次的音源として作用する現象とが同時に起こり、内槽の底板3aの板厚を厚くしても、内槽の底板3aと外槽の底板5aとが平行の場合の定在波による超音波の透過現象のみのものに対して、音圧が増加すると推定される。
For this reason, the
このように、内槽の底板3aの板厚を超音波振動数の2分の1波長(半波長)の整数倍となるように設定し、内槽の底板3aに傾斜を持つように配置することにより、定在波による超音波振動の透過に加え、内板の底板内部での乱反射による超音波振動の2次的音源による超音波エネルギーの発生により、内槽3内の音圧が上昇する。
As described above, the thickness of the
これにより、例えば、石英ガラスの洗浄槽で超音波振動数2MHzの超音波の場合には、内槽の底板3aの板厚は、n×λ/2でnを3又は4を選択すると、3×λ/2=4.5mm又は4×λ/2=6.0mmとなり、十分な機械的強度を得ることができる。また、超音波振動数が2MHz以上の場合には、例えば、3MHzでは、nを4又は5を選択するようにする。
Thus, for example, in the case of an ultrasonic wave having an ultrasonic frequency of 2 MHz in a quartz glass cleaning tank, the thickness of the
本発明による超音波洗浄装置1及び超音波洗浄方法によれば、超音波の高周波化に伴う洗浄槽の板厚を従来のように薄くすることなく、洗浄槽内における音圧を確保しつつ、超音波の高周波化に対応することが可能となる。 According to the ultrasonic cleaning apparatus 1 and the ultrasonic cleaning method of the present invention, while ensuring the sound pressure in the cleaning tank without reducing the plate thickness of the cleaning tank due to the higher frequency of the ultrasonic wave as in the past, It becomes possible to cope with higher frequency of ultrasonic waves.
また、本発明による超音波洗浄装置1及び超音波洗浄方法は、定在波による超音波の透過現象のみならず、底板内部の超音波エネルギーの上昇による超音波振動の2次的音源として作用する現象も利用しているため、超音波振動数や内槽の底板3aの板厚に多少のズレが生じた場合でも、定在波による超音波の透過現象のみが多少の影響を受けるが、底板による2次的音源も併用しているため、内槽3内は、洗浄に必要な超音波の音圧を得ることができる。
In addition, the ultrasonic cleaning apparatus 1 and the ultrasonic cleaning method according to the present invention act not only as an ultrasonic transmission phenomenon due to standing waves but also as a secondary sound source of ultrasonic vibration due to an increase in ultrasonic energy inside the bottom plate. Since the phenomenon is also used, even if there is a slight deviation in the ultrasonic frequency or the thickness of the
以上説明した超音波洗浄装置1は、2MHzの超音波振動数を使用し、内槽の底板3aの外槽の底板5aに対する傾斜の角度を2°に設定した状態で、内槽の底板3aの板厚が、超音波振動数の2分の1波長(半波長)の2,3,4倍の板厚についてのべたが、本発明による超音波洗浄装置1及び超音波洗浄方法は、900KHz以上の超音波振動数に使用することができ、内槽の底板3aの外槽の底板5aに対する傾斜の角度は、1°以上10°以内に対して有効である。
The ultrasonic cleaning apparatus 1 described above uses an ultrasonic frequency of 2 MHz, and in the state where the angle of inclination of the
また、内槽の底板3aは、超音波振動数の半波長の3から5の整数倍の板厚を有することができる。このため、超音波洗浄に使用する超音波振動数、被洗浄物の大きさに応じて、内槽3の板厚、底板傾斜角度を適宜選択するようにする。
Further, the
以上述べたように、本発明によれば、内槽の底板3aは、超音波振動数の2分の1波長(半波長)の整数倍の板厚を有し、内槽の底板3aと外槽の底板5aとが平行とならないように内槽の底板3aを傾斜するように配置したことにより、内槽の底板3aは、機械的な強度を満たす板厚が得られる。
As described above, according to the present invention, the
また、本発明によれば、超音波振動数は、900KHz以上で使用可能であり、2MHz、3MHzの周波数にも使用できるため、被洗浄物の微細化に伴う超音波の高周波化が可能となる。 In addition, according to the present invention, the ultrasonic frequency can be used at 900 KHz or higher, and can be used for frequencies of 2 MHz and 3 MHz, so that it is possible to increase the frequency of ultrasonic waves accompanying the miniaturization of the object to be cleaned. .
また、本発明によれば、内槽の底板3aは、超音波振動の2次的音源として作用するため、定在波による超音波の透過のみならず、2次的音源としての内槽の底板3aの超音波振動により、音圧の低下を抑え、洗浄効率のよい超音波洗浄装置を提供できる。
In addition, according to the present invention, the
また、本発明は、超音波振動を加えながら洗浄液をノズルから被洗浄物にシャワー状に噴出する超音波シャワー洗浄で、超音波振動子と洗浄液の間に媒体液を貯留する仕切り板を設け、仕切り板を振動子に対して傾斜させることにより、超音波シャワー洗浄に対しても適用できる。なお、仕切り板の板厚は、n×λ/2とし、整数nは3から5を用いるようにする。 Further, the present invention provides a partition plate for storing a medium liquid between the ultrasonic vibrator and the cleaning liquid in the ultrasonic shower cleaning in which the cleaning liquid is ejected from the nozzle to the object to be cleaned while applying ultrasonic vibration. It can also be applied to ultrasonic shower cleaning by inclining the partition plate with respect to the vibrator. The plate thickness of the partition plate is n × λ / 2, and the integer n is 3 to 5.
この発明は、その本質的特性から逸脱することなく数多くの形式のものとして具体化することができる。よって、上述した実施形態は専ら説明上のものであり、本発明を制限するものではないことは言うまでもない。 The present invention can be embodied in many forms without departing from its essential characteristics. Therefore, it is needless to say that the above-described embodiment is exclusively for description and does not limit the present invention.
1 超音波洗浄装置
3 内槽
3a 内槽の底板
5 外槽
5a 外槽の底板
7 振動板
9 振動子
11 発振器
13 発振部
15 パワーアンプ
w 被洗浄物(ウエハ)
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1
Claims (4)
900KHz(キロヘルツ)以上の超音波振動を発生する超音波振動発生手段と、
前記超音波振動発生手段が装着され、前記超音波振動を伝達する伝達媒体を貯留するための外槽と、前記外槽の内部に配置され、内部に貯留される洗浄液内に浸漬される前記被洗浄物を、前記伝達媒体を介して伝達される超音波振動により洗浄するための内槽とからなる洗浄槽とを備え、
前記内槽の底板は、超音波振動数の2分の1波長(半波長)の3から5の整数倍の板厚を有し、前記内槽の底板と前記外槽の底板とが平行とならないように、前記内槽の底板の傾斜の角度を、1°以上10°以内となるように配置したことを特徴とする超音波洗浄装置。 An ultrasonic cleaning apparatus for cleaning an object to be cleaned by ultrasonic vibration,
Ultrasonic vibration generating means for generating ultrasonic vibration of 900 KHz (kilohertz) or more ;
The ultrasonic vibration generating means is mounted, the outer tank for storing the transmission medium for transmitting the ultrasonic vibration, the inner tank disposed in the outer tank, and immersed in the cleaning liquid stored in the inner tank. A cleaning tank comprising an inner tank for cleaning a cleaning object by ultrasonic vibration transmitted through the transmission medium;
The bottom plate of the inner tank has a plate thickness that is an integer multiple of 3 to 5 times a half wavelength (half wavelength) of the ultrasonic frequency, and the bottom plate of the inner tank and the bottom plate of the outer tank are parallel to each other. In order to prevent this, the ultrasonic cleaning apparatus is arranged so that the inclination angle of the bottom plate of the inner tank is 1 ° or more and 10 ° or less .
900KHz(キロヘルツ)以上の超音波振動を発生する超音波振動発生手段と、
前記超音波振動発生手段が装着され、前記超音波振動を伝達する伝達媒体を貯留するための外槽と、前記外槽の内部に配置され、内部に貯留される洗浄液内に浸漬される前記被洗浄物を、前記伝達媒体を介して伝達される超音波振動により洗浄するための内槽とからなる洗浄槽とを備え、
前記内槽の底板は、超音波振動数の2分の1波長(半波長)の3から5の整数倍の板厚を有し、前記内槽の底板と前記外槽の底板とが平行とならないように、前記内槽の底板の傾斜の角度を、1°以上10°以内となるように配置したことを特徴とする超音波洗浄方法。 An ultrasonic cleaning method for cleaning an object by ultrasonic vibration,
Ultrasonic vibration generating means for generating ultrasonic vibration of 900 KHz (kilohertz) or more ;
The ultrasonic vibration generating means is mounted, the outer tank for storing the transmission medium for transmitting the ultrasonic vibration, the inner tank disposed in the outer tank, and immersed in the cleaning liquid stored in the inner tank. A cleaning tank comprising an inner tank for cleaning a cleaning object by ultrasonic vibration transmitted through the transmission medium;
The bottom plate of the inner tank has a plate thickness that is an integer multiple of 3 to 5 times a half wavelength (half wavelength) of the ultrasonic frequency, and the bottom plate of the inner tank and the bottom plate of the outer tank are parallel to each other. In order to prevent this, the ultrasonic cleaning method is characterized in that the angle of inclination of the bottom plate of the inner tank is 1 ° or more and 10 ° or less .
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