JP7630619B2 - 超音波洗浄のためのカルーセルとその使用方法 - Google Patents

Description

［０００１］本願は、ワークピースを超音波洗浄するためのカルーセルおよびその使用方法に関するものである。

［０００２］集積回路は、導電層、半導体層、または絶縁層を順次堆積して基板上に形成される。層を堆積した後、その層をエッチングして、回路フィーチャを作り出す。一連の層が順次堆積され、エッチングされるにつれて、基板の外側または一番上の表面、すなわち基板の露出面は、ますます非平面状になる。追加処理に適した比較的平坦な表面を提供するために、この非平面状の外側表面が、定期的に平坦化される。平坦化の手法として、化学機械研磨（ＣＭＰ）がある。この平坦化手法では、基板をキャリアまたは研磨ヘッドに搭載する必要がある。基板の露出面が、研磨パッドに当てられる。キャリアヘッドが、制御可能な荷重、すなわち圧力を基板に与え、基板を研磨パッドに押し付けることで、基板の非平面状の外側表面を平坦化する。

［０００３］このようなＣＭＰ工程の後には、部品から微粒子や汚染物質を除去するために、ＣＭＰツールの部品を洗浄する必要がある。汚染物質を除去する方法として、１つ以上の部品を流体のプールに浸し、部品に音波を照射して、汚染物質を除去する方法がある。音波は、トランスデューサを介して生成され、液体中を伝播して、流体を保持するタンク内に配置された部品へ到達する。音波は、部品の近傍にキャビテーションを発生させ、キャビテーションにより、部品から汚れや油脂などのパーティクルが放出される。

［０００４］従来の音波洗浄機は、洗浄時にＣＭＰ部品を支持するラックなどを含む。これらのラックは、超音波および／またはメガソニック波によって伝達されたエネルギーを減衰または吸収し、音波洗浄機の効果および効率を低下させる可能性がある。また、従来の洗浄機でラックを使用すると、部品表面に「ホットスポット」すなわち侵食や陽極酸化が発生する。このホットスポットは、トランスデューサの従来の低い周波数によってパワー密度が不均一になることで発生する。従来の音波トランスデューサは、大きな気泡を発生させ、部品に過剰なエネルギーを与えるので、ＣＭＰ部品の表面コーティングを侵食することがあった。さらに、タンクの隅が音波を減衰させたり分散させたりして、音波のエネルギーが部品に届かなくなり、部品の洗浄効率が悪くなることがある。

［０００５］したがって、ＣＭＰツール部品を洗浄するための改良された装置が必要である。

［０００６］音波洗浄インサートが、本明細書で開示される。一例では、音波洗浄インサートは、中心軸の周りに回転するように構成されたカルーセルを含む。カルーセルは、外周を有するプラットフォームをさらに含む。プラットフォームは、中心軸の周りに放射状に配置されている。カルーセルは、内側リングと、内側リングを取り囲む外側リングとを有する。複数のパーティションが、内側リングと外側リングをプラットフォームに結合させている。複数のパーティションは、中心軸の周りに所定の角度で配置されている。カルーセルは、複数のホルダをさらに含む。各ホルダは、プラットフォームの一部分と、内側リングおよび外側リングのそれぞれの一部分と、複数のパーティションから形成された第１の側壁および第２の側壁とから形成されている。カルーセルは、超音波振動流体に浸漬されるように構成されている。

［０００７］本開示の別の例では、音波洗浄システムが提供される。音波洗浄システムは、内面および外面を有するタンクを含む。内面は、音波の伝播を可能にする液体を収容できるように構成されている。複数の音波トランスデューサが、タンクの内面の周りに放射状に配置されている。音波洗浄システムは、中心軸の周りに回転するように構成されたカルーセルを有する。カルーセルは、外周を有するプラットフォームをさらに含む。プラットフォームは、中心軸の周りに放射状に配置されている。カルーセルは、内側リングと、内側リングを取り囲む外側リングとを有する。複数のパーティションが、内側リングと外側リングをプラットフォームに結合させている。複数のパーティションは、中心軸の周りに所定の角度で配置されている。カルーセルは、複数のホルダをさらに含む。各ホルダは、プラットフォームの一部分と、内側リングおよび外側リングのそれぞれの一部分と、複数のパーティションから形成された第１の側壁および第２の側壁とから形成されている。カルーセルは、超音波振動流体に浸漬されるように構成されている。

［０００８］さらに別の例では、音波洗浄の方法が開示されており、その方法は、中心軸の周りにカルーセルを回転させることを含む。カルーセルは、タンク内に配置され、さらに、複数のワークピースを保持するように構成されている。この方法は、タンク内に配置された流体を超音波振動させるために、中心軸からある距離を置いた複数の音波トランスデューサを作動させることを、さらに含む。

［０００９］本開示の上記で言及された特徴が詳細に理解され得るように、上記で簡単に要約された本開示のより詳細な説明が、実施形態を参照することによって得られ、そのいくつかが添付の図面に示されている。しかしながら、添付の図面は、本開示の典型的な実施形態のみを示しており、したがって、添付の図面は、本開示が他の同様に有効な実施形態を認めることができるので、その範囲を限定するとみなされるべきでないことに留意されたい。

カルーセルが配置された超音波洗浄システムの模式的側面図である。 図１に示すカルーセルの一例の等角図を示す。 図２に示すカルーセルの代替例の等角図を示す。 複数のワークピースを支持する複数のホルダを有する、図１～図３に示すカルーセルの側面図である。 図４Ａの線Ｂ－Ｂから見たカルーセルの底面図である。 図１～図４Ｂに示すカルーセルで複数のワークピースを洗浄する方法のフローチャートである。

［００１６］本明細書では、ＣＭＰワークピースを超音波洗浄するためのカルーセルとその使用方法について開示する。ＣＭＰワークピースは、研磨パッドなどの、ＣＭＰ研磨ツールの部品である。限定されないが、研磨パッドは、ベルトパッドまたは研磨パッドとすることができ、ワークピースはまた、研磨パッドを支持する、または交換もしくは定期メンテナンスを必要とするＣＭＰ研磨ツールの任意の部品であってもよい。

［００１７］超音波洗浄機は、液体で満たされたタンクを含み、タンクは、液体中を伝播する高周波（例えば、音波）を生成するように構成された超音波トランスデューサを有する。本明細書に開示されるように、洗浄されるべき１つ以上のワークピースが、タンクの液体中に入れられる。１つ以上のワークピースを保持するカルーセルが、タンク内に吊り下げられて回転する。したがって、本開示のカルーセルは、洗浄効率を低下させ得る、タンク内に配置されたラックおよび他のデバイスを必要としない。したがって、回転するカルーセルを利用したタンク内の流体は、超音波トランスデューサによって生成された波から伝達されるエネルギー量を増加させる。そのため、ワークピースの近傍でキャビテーションの増加が実現される。

［００１８］高周波の音波が、超音波トランスデューサなどによって生成され、液体中を伝播してワークピースに到達する。音波によってワークピースに隣接してキャビテーションが発生し、ワークピースから汚れや油脂などのパーティクルが放出される。有利には、本明細書に開示される回転するカルーセルは、音波をワークピースに向かって反射させること、および／または音波をワークピース上に集中させることにより、タンク内のエネルギー損失を低減し、超音波洗浄システムの洗浄効率を向上させる。約１８ｋＨｚから約３５０ｋＨｚまでの周波数は超音波周波数とみなすことができ、３５０ｋＨｚより上の周波数はメガソニック周波数とみなされることが、本明細書において理解される。

［００１９］図１は、カルーセル１０４が中に配置された超音波洗浄システム１００の模式的側面図である。超音波洗浄システム１００は、タンク１０８内に配置されたカルーセル１０４と、複数の超音波トランスデューサ１３２とを含む。タンク１０８は、内面１１４と、内面１１４の反対側の外面１１６とを有する１つ以上の壁１１２を有する。タンク１０８は、１つ以上の壁１１２に結合された底部１１８を有する。底部１１８は、１つ以上の超音波トランスデューサ１３２を支持することができる。電源（図示せず）が、超音波トランスデューサ１３２に高周波（ＲＦ）電力を供給する。タンク１０８は、超音波トランスデューサ１３２によって生成された超音波および／またはメガソニック波が伝播することを可能にする液体１２０で少なくとも部分的に満たされることができる。いくつかの例では、液体１２０は、脱イオン水を含む。いくつかの例では、液体１２０は、１種以上の溶媒、ＳＣ１（ｓｔａｎｄａｒｄ ｃｌｅａｎ１）などの洗浄液、選択的堆積除去試薬（ＳＤＲ）、界面活性剤、酸、塩基、またはワークピース（図２に示す）から汚染物質および／もしくは微粒子を除去するのに有用な任意の他の化学物質を含む。

［００２０］カルーセル１０４は、液体１２０に完全に浸漬され、囲まれることができる。そのため、カルーセル１０４は、タンク１０８内に吊り下げられていてもよい。例えば、コネクタ１２８または同様のデバイスが、カルーセル１０４を支持体１２４から吊り下げることができる。コネクタ１２８は、様々なストラップ、ロープ、チェーン、ライン、および他の可撓性の連結装置を含むことができる。支持体１２４は、高架ビーム、金属バー、またはコネクタ１２８を取り付けることができる同様の支持体とすることができる。他の例では、カルーセル１０４を支持体１２４および／またはコネクタ１２８から吊り下げるために、ねじ、ボルト、カップリングなどの他のデバイスを採用することができる。

［００２１］モータ１４８が、コネクタ１２８を介してカルーセル１０４に結合されている。一例では、コネクタ１２８は、シャフト２１６である（図２に詳述する）。モータ１４８は、タンク１０８内でカルーセル１０４を所定の角速度で回転させるように構成されている。モータ１４８は、シャフト２１６にトルクを与え、それによってカルーセル１０４を回転させる、ＤＣまたはＡＣモータであり得る。モータ１４８は、ロータ、ステータ、ベアリング、巻線、および整流子などの他の構成要素を含み得る。図示されているように、モータ１４８は支持体１２４に隣接しているが、モータ１４８はこの位置に限定されず、シャフトコネクタ１２８に沿った、コネクタ１２８より上の、またはコネクタ１２８より下の、任意の位置に配置できることが理解される。いくつかの例では、モータ１４８は、本開示の範囲から逸脱することなく、液体１２０中に浸漬され得る。

［００２２］カルーセルは、液体１２０とコネクタ１２８とに直接接触している。カルーセル１０４をタンク１０８内に吊り下げることにより、従来の超音波洗浄機と比較して、より多くのエネルギーが、カルーセル１０４の近傍に伝達され、ワークピース２５２（図２に示す）を洗浄することができる。例えば、カルーセル１０４の近傍で液体１２０をキャビテーションさせるために、超音波および／またはメガソニック波の形態でより多くのエネルギーを利用することができる。

［００２３］一例では、超音波トランスデューサ１３２をタンク１０８の内面１１４に近接して配置することにより、超音波トランスデューサ１３２によって発せられた超音波および／またはメガソニック波が、タンク１０８内で伝播し、ワークピース２５２を支持するカルーセル１０４に隣接してエネルギーを放出することができる。例えば、超音波トランスデューサ１３２が発した超音波および／またはメガソニック波は、内面１１４からカルーセル１０４に向かって反射することができる。したがって、超音波トランスデューサ１３２によって生成された超音波および／またはメガソニック波は、タンク１０８の隅で減衰することがない。加えて、超音波および／またはメガソニック波からのより多くのエネルギーが、キャビテーションに利用される。各超音波トランスデューサ１３２は、約９００ワットと約１５００ワットの間、例えば約１０００ワットまたは約１１５０ワットのエネルギーを液体１２０に与えるように構成されている。別の例では、各超音波トランスデューサ１３２は、約１１００ワットと約１３５０ワットの間、例えば約１２５０ワットまたは約１３００ワットを与えるように構成されている。

［００２４］トランスデューサ支持体１３６が、超音波トランスデューサ１３２をタンク１０８の内面１１４に接続する。一例では、トランスデューサ支持体１３６は、超音波トランスデューサ１３２を底部１１８からオフセット距離１４４だけ高くして、超音波トランスデューサ１３２と底部１１８との間に空間を形成することができる。オフセット距離１４４は、約１インチから約５インチの間、例えば、約２インチまたは約４インチとすることができる。いくつかの例では、オフセット距離１４４は、約０．５インチ未満である。別の例では、オフセット距離１４４は、超音波トランスデューサ１３２が底部１１８と面一に取り付けられているように、実質的にゼロ（０）である。例えば、各超音波トランスデューサ１３２は、ボルトまたはねじなどの締結具でタンク１０８の底部１１８に固定されることができる。そのため、いくつかの例では、トランスデューサ支持体１３６は、超音波トランスデューサ１３２を固定するための締結具となり得る。超音波トランスデューサ１３２と底部１１８の内面１１４との間の空間は、超音波トランスデューサ１３２をタンク１０８の壁１１２および底部１１８から機械的に隔離することができる。別の例では、底部１１８と超音波トランスデューサ１３２との間の空間は、約６インチ未満である。しかしながら、本開示の範囲から逸脱することなく、より大きな空間またはより小さな空間を使用することができることが理解される。

［００２５］作動すると、超音波トランスデューサ１３２は、液体１２０内に超音波および／またはメガソニック波を発生させることができる。超音波トランスデューサ１３２とワークピース２５２およびカルーセル１０４との間の距離１４０は、以下でより詳細に説明される洗浄レシピの間に決定される。距離１４０は、各超音波トランスデューサ１３２について垂直成分（ｚ）ならびに水平成分（ｘおよびｙ）を含む。垂直成分および水平成分は、壁１１２および底部１１８の内面１１４上の各超音波トランスデューサ１３２について同じであり得る。あるいは、垂直成分および水平成分は、壁１１２および底部１１８の内面１１４上の超音波トランスデューサ１３２間で、異なることもある。別の例では、タンク１０８の内面１１４が、円形の周囲を有する場合、超音波トランスデューサ１３２が生成した波は、内面１１４からカルーセル１０４に向かって反射する。したがって、従来の超音波洗浄機の場合よりも多くのエネルギーが、カルーセル１０４の近傍に伝達される。そのため、本明細書に開示される超音波トランスデューサ１３２は、カルーセル１０４の近傍でタンク１０８内の液体１２０のキャビテーションを増加させる。

［００２６］タンク１０８は、中心線１５２から測定された、タンク１０８の内面１１４まで延びる半径１５０によって規定される周囲長Ｐを有する。一例では、タンク１０８に配置されたハンガー１５６から各超音波トランスデューサ１３２を吊り下げることにより、１つ以上の超音波トランスデューサ１３２が、液体１２０中に浸漬される。ハンガー１５６は、超音波トランスデューサ１３２に着脱自在に結合されている。そのため、各超音波トランスデューサ１３２は、半径１５０によって規定される半径成分を有し、各超音波トランスデューサ１３２を周囲長Ｐに沿った任意の位置に配置することができる。半径成分は、角度θまたは弧長ｓとして表すことができる。例えば、タンク１０８が円である場合、タンク１０８は、周囲長Ｐ＝２πｒを有し、ここでｒは半径１５０に等しい。したがって、各成分。別の例では、タンク１０８が実質的に正方形である場合、周囲長Ｐは、４＊ｗとして定義され、ここでｗは、タンク１０８の一辺の幅に等しい。

［００２７］他の例では、タンク１０８が実質的に正方形ではない場合、周囲長Ｐは、

によって定義され、ここでｍは、タンク１０８の内面１１４の数に等しい。別の例では、超音波トランスデューサ１３２は、放射状に等距離の角度ｒ_ｅｑで配置され、

であり、ここで、Ｎは、超音波トランスデューサ１３２の数であり、Ｐは、上で定義したような周囲長である。さらに他の例では、超音波トランスデューサ１３２は、タンク１０８の内面１１４の周りに等距離に配置されておらず、弧長ｓが、周囲長Ｐの長さよりも短く、所与の超音波トランスデューサ１３２の幅よりも長く、隣接する超音波トランスデューサ１３２間の間隔または間隙を可能にする。したがって、超音波トランスデューサが配置される角度θは、隣接する超音波トランスデューサ１３２間の間隙を収容するため、ｓ／ｒより大きく、２πより小さい。

［００２８］図２は、図１に示すカルーセル１０４の一例の等角図を示す。カルーセル１０４は、キャリア２０４に結合されたプラットフォーム２００と、プラットフォーム２００に結合された複数の支持特徴部２５６とを含む。プラットフォーム２００は、上面２０８と、上面２０８の反対側の下面２１２とを有する。キャリア２０４は、プラットフォーム２００の下面２１２から負のｚ方向２０３に延びている。中心軸２２０の周りに回転可能なシャフト２１６が、一例では、コネクタ１２８（図１）に結合するように構成されている。別の例では、シャフト２１６は、図１に示されたコネクタ１２８と一体である。シャフト２１６は、プラットフォーム２００に物理的に結合されており、モータ１４８が動作しているときに、シャフト２１６に回転トルクを加える。一例では、シャフト２１６は、プラットフォーム２００の２０８で終端する。あるいは、シャフト２１６は、プラットフォーム２００の上面２０８および下面２１２を通って延び、シャフト２１６は、それに結合されたままである。一例では、カルーセル１０４の中心軸２２０は、タンク１０８の中心線１５２と実質的に一致する。しかしながら、他の例では、本明細書に記載されるような開示の態様から逸脱することなく、中心線１５２と中心軸２２０が一致しないことがあることが理解される。

［００２９］キャリア２０４は、複数のホルダ２２４と、内側リング２４４と、外側リング２４８とを含む。複数のホルダ２２４は、中心軸２２０の周りに放射状に延びている。複数のホルダ２２４の各ホルダは、第１の側壁２２８および第２の側壁２３２を含む。第１の側壁２２８および第２の側壁２３２はそれぞれ、複数のパーティション２２２のうちの１つ以上のパーティション２２２を含む。各ホルダ２２４は、キャリア２０４の一端において、プラットフォーム２００の下面２１２によって境界付けられている。さらに、各ホルダ２２４は、キャリア２０４の他端において、内側リング２４４および外側リング２４８によって境界付けられている。内側リング２４４は、外側リング２４８が内側リング２４４を完全に取り囲むように、外側リング２４８の直径よりも小さい直径を有する。内側リング２４４および外側リング２４８は、円筒状のリングとして示されているが、その形状に限定されるものではない。内側リング２４４および外側リング２４８の各々は、円、四角形、または正方形として形成することができる。

［００３０］図示の例では、第１の側壁２２８および第２の側壁２３２を形成する複数のパーティション２２２は、金属、プラスチック、ポリマー、またはそれらの組成物で作ることができるバーまたはロッドから形成される。例えば、バーからパーティション２２２を形成することにより、第１の側壁２２８および第２の側壁２３２はそれぞれ、隣接するパーティション２２２間に開口部を有することが可能となる。各ホルダ２２４は、６つの面があり、そのうちの５つが開口部を有するような、実質的に四角形の配置のパーティション２２２から形成されている。第１の側壁２２８および第２の側壁２３２は、四角形の配置のパーティション２２２の対向する面に形成されており、各ホルダ２２４の最も大きな開口部を有する。有利には、トランスデューサ１３２から放出されたエネルギーは、各ワークピース２５２への直接の見通し線経路を有する。さらに、複数のパーティション２２２は、トランスデューサからの吸収されるエネルギーを最小限にするので、より多くのエネルギーがキャビテーションのために節約される。複数のパーティションのために選択された材料は、超音波およびメガソニック波の少なくとも一方を反射する。

［００３１］スロット２４０が、内側リング２４４と外側リング２４８との間に形成された空間または間隙によって画定され、それぞれが、ｘ方向２０１およびｙ方向２０２の次元を有する。スロット２４０は、ｙ方向２０２に延びる第１の側壁２２８および第２の側壁２３２によって、さらに画定される。スロット２４０の長さは、ｘ－ｙ平面内で、内側リング２４４と外側リング２４８とによって規定される。ｘ－ｙ平面は、ｘ方向２０１とｙ方向２０２の次元を有する。スロット２４０の幅は、第１の側壁２２８と第２の側壁２３２との間の距離によって定義される。したがって、一例では、内側リング２４４によって境界付けられたスロット２４０の幅は、外側リング２４８によって境界付けられたスロット２４０の幅と同一である。別の例では、内側リング２４４によって境界付けられたスロット２４０の幅は、外側リング２４８によって境界付けられたスロット２４０の幅より短い。１つ以上のワークピース２５２が、複数のホルダ２２４によってキャリア２０４内に保持される。各ワークピース２５２は、ホルダ２２４のスロット２４０内に着座する。スロット２４０内の空間／間隙は、ワークピース２５２の一部分がそこを通って延びることを可能にするので、ワークピース２５２は、内側リング２４４と外側リング２４８とによって形成された平面の下に部分的に延びている。

［００３２］支持特徴部２５６が、プラットフォーム２００の上面２０８に結合され、上面２０８から正のｚ方向２０３に延び、ｘ－ｙ平面において中心軸２２０から放射状に延びている。図示のように、支持特徴部２５６は、シャフト２１６から放射状に延び、一例では、支持特徴部２５６は、溶接によってシャフト２１６および／またはプラットフォーム２００に結合されている。別の例では、支持特徴部２５６は、接着剤によって、またはボルト、ねじ、もしくは他の適切な結合具などの１つ以上の固定部材によって、シャフト２１６および／またはプラットフォーム２００に結合されている。プラットフォーム２００とキャリア２０４は、上述したのと実質的に同じ方法で固定部材を用いて溶接または結合され得ることが理解される。

［００３３］図３は、図２の超音波洗浄システム１００に示されたカルーセル１０４の代替例の等角図である。代替のカルーセル３００では、シャフト２１６が、プラットフォーム２００の上面２０８から延び、下面２１２へ通り抜けている。キャリア２０４は、プラットフォーム２００の上面２０８から正のｚ方向２０３に延びている。各ワークピース２５２は、ホルダ２２４内に配置されているとき、上面２０８に載置されている。カルーセル３００が回転しているとき、各スロット２４０は、各ワークピース２５２の一部分がパーティション２２２の開口部を通って延びているので、カルーセル３００内にそれぞれのワークピース２５２を保持する。支持特徴部２５６が、プラットフォーム２００の上面２０８から正のｚ方向２０３にシャフト２１６まで延びている。支持特徴部２５６は、キャリア２０４が支持特徴部２５６を囲むように、中心軸２２０から放射状に延びている。

［００３４］図４Ａは、図１～図３に示すカルーセル１０４の側面図であり、複数のワークピース２５２を支持するための複数のホルダ２２４を描く。キャリア２０４が図２に示すような向きであるとき、キャリア２０４は、ワークピース２５２とキャリア２０４の最上部との間にクリアランス４０４が形成されるように、各ワークピース２５２を収容するのに適した高さ４００を有する。あるいは、キャリア２０４が図３に示すような向きであるとき、クリアランス４０４は、ワークピース２５２と内側リング２４４および外側リング２４８との間にある。スロット２４０は、カルーセル３００が回転しているとき、各ワークピース２５２をホルダ２２４内に保持するように構成されている。したがって、各ホルダ２２４は、各ワークピース２５２よりも大きい高さ４００および幅を有する。上述したように、スロット２４０は、それによって、各ワークピース２５２の一部分が、内側リング２４４と外側リング２４８との間でキャリア２０４の下に延びることを可能にする。各ワークピース２５２の一部分をキャリア２０４の外周の外側に延ばすことにより、カルーセルは、各ワークピース２５２と１つ以上の超音波トランスデューサ１３２との間の見通し線を可能にする。見通し線を維持することで、超音波トランスデューサ１３２からより多くのエネルギーが液体１２０に伝達され、最終的に液体１２０中にキャビテーションが発生するので、効率的なキャビテーションが可能となる。

［００３５］図４Ｂは、図４Ａの線Ｂ－Ｂから見たときの複数のホルダ２２４の底面図である。図４Ｂは、図４Ａの線Ｂ－Ｂから見たカルーセルの底面図である。キャリア２０４は、各ワークピース２５２を収容するのに十分な外径４０８を有するが、少なくとも１つのワークピース２５２の一部分が、外側リング２４８の外周を越えて延びることができる。内側リング２４４は、内側リング２４４の円周が、ワークピース２５２の少なくとも１つの内側部分が内側リング２４４を越えて中心軸２２０に向かって延びることを可能にするような、内径４１２を有する。このように内側リング２４４および外側リング２４８を越えてワークピース２５２を延ばすことにより、洗浄されることが望まれていないカルーセル１０４の表面との衝突時に失われる液体中のエネルギーが少なくなるので、液体１２０は、各ワークピース２５２の周囲で、および各ワークピース２５２の中を通って、より効率的に循環することができる。複数のホルダ２２４は、各ワークピース２５２間に間隙４１６が形成されるように、キャリア２０４の中心軸２２０の周りに角度４２０で形成されている。間隙４１６と角度４２０は、内径４１２と外径４０８の関数である。したがって、間隙４１６および角度４２０は、ワークピース２５２の洗浄を促進するように最適化することができる。一例では、角度４２０は、Ｎ／２π以下であり、ここでＮは、ワークピース２５２の数である。一例では、角度４２０は、約１５度から約３５度の間であり、例えば、約２０度または約２５度である。

［００３６］図５は、図１～図３に示すカルーセルを用いて複数のワークピースを洗浄する方法のフローチャートである。工程５０４において、複数のワークピースが、流体のタンク内で回転させられる。一例では、複数のワークピース２５２は、カルーセル１０４内に配置される。カルーセル１０４が中心軸２２０の周りに回転させられ、こうして、液体１２０中に浸漬されたワークピース２５２をカルーセル１０４の中心軸２２０の周りに回転させる。

［００３７］方法５００は、工程５０８に進み、ワークピースからある距離を置いた複数の音波トランスデューサを作動させて、流体を超音波振動させる。一例では、超音波トランスデューサ１３２が、ワークピース２５２から距離１４０の位置に配置される。距離１４０は、約８インチと約３６インチとの間、例えば約１２インチである。別の例では、距離１４０は、約１５インチと約２５インチとの間、例えば、約２４インチまたは約２０インチである。さらに別の例では、距離１４０は、約１６インチ以下、または約１２インチ未満、または約１０インチである。上述のように、タンク１０８の壁１１２もしくは底部１１８に取り付けられた超音波トランスデューサ１３２との間の距離１４０は、等距離であってもよく、または異なる距離を有することもできる。一例では、各超音波トランスデューサ１３２とカルーセル１０４の中心軸２２０との間の距離１４０は、等距離である。一つの利点は、超音波トランスデューサ１３２がカルーセル１０４の中心軸から等距離に配置されている場合、共振周波数をより迅速に達成することができることである。

［００３８］洗浄レシピのパラメータが、工程５１２で調整される。洗浄レシピのパラメータは、トランスデューサの周波数、トランスデューサによって流体に伝達される出力（パワー）、流体の脱酸素レベル、ワークピースの回転速度、およびカルーセルの回転の持続時間を含み得る。例えば、超音波トランスデューサ１３２は、超音波トランスデューサ１３２が約５０ｋＨｚと約１００ｋＨｚの間の周波数、例えば約５５ｋＨｚで振動するように、電源（図示せず）から電力を受ける。別の例では、複数の超音波トランスデューサ１３２は、約６０ｋＨｚと約８５ｋＨｚの間の周波数、例えば約７０ｋＨｚで振動する。別の例では、超音波トランスデューサ１３２の周波数は、約７５ｋＨｚと約８５ｋＨｚの間、例えば約８０ｋＨｚで振動する。上記の周波数を利用すると、各キャビティまたは気泡の大きさが小さくなるので、各ワークピース２５２に与えるキャビティあたりのエネルギーは小さくなる。したがって、上記に開示された周波数は、従来の超音波洗浄機の大きな気泡に伴うホットスポットや陽極酸化の発生を抑えながら、各ワークピース２５２の洗浄を可能にする。

［００３９］超音波トランスデューサ１３２の各々は、約７５０ワットと約１５００ワットの間のエネルギーを液体１２０に伝達するように構成されている。一例では、液体１２０に伝達されるエネルギーは、約８５０ワットと約１３５０ワットの間、例えば、約９００ワット、または約９５０ワットである。別の例では、液体１２０に伝達されるエネルギーは、約１１００ワットと約１３００ワットの間、例えば、約１１５０ワット、または約１２５０ワット、または約１２７５ワットである。

［００４０］キャビテーションの間、蒸気で満たされた小さなキャビティが、液体１２０中に形成され、液体１２０の圧力が比較的低いところで、キャビティ、すなわち気泡またはボイドを作り出すことができる。キャビティが崩壊すると、気泡の近傍に衝撃波が発生し、各キャビティから外側に放射状に広がることができる。衝撃波のエネルギーが、各ワークピース２５２からパーティクルを除去する。超音波トランスデューサ１３２からのエネルギーがキャビテーションおよび各ワークピース２５２からのパーティクルの除去のために伝達されるように、複数のパーティション２２２は、各ワークピース２５２のより大きな表面積が液体１２０に曝されることを可能にする。複数のパーティション２２２は、超音波トランスデューサ１３２の少なくとも１つと、それぞれのワークピース２５２の表面上のほぼ各点との間に、見通し線を維持することを可能にする。従来のホルダは、各ワークピースと従来のホルダとの間の表面接触をより多く必要とするので、流体のキャビテーションに利用できるエネルギーが減少し、それにより、洗浄プロセスの効率および効果が低下する。

［００４１］洗浄レシピは、流体の酸素化パラメータを含む。例えば、液体１２０は、約１ｐｐｂと約２０ｐｐｂの間、例えば約１５ｐｐｂの酸素含有量を有する。別の例では、液体１２０の酸素含有量は、約５ｐｐｂと約１５ｐｐｂの間、例えば、約７ｐｐｂ、または約１０ｐｐｂである。さらに別の例では、液体１２０の酸素含有量は、約１０ｐｐｂ以下、または約５ｐｐｂ以下である。

［００４２］カルーセル１０４の回転速度は、約５ｒｐｍと５０ｒｐｍの間、例えば約１５ｒｐｍまたは２０ｒｐｍである。別の例では、カルーセル１０４は、約２５ｒｐｍと約４０ｒｐｍの間、例えば約３０ｒｐｍまたは約３５ｒｐｍで回転する。回転速度は、各ワークピース２５２の表面におけるキャビテーションの程度を変化させることによって、ワークピース２５２の洗浄を最適化するように調整される。カルーセル１０４は、約１０分間～約６０分間の持続時間、例えば約２０分間、回転することができる。別の例では、カルーセル１０４の回転の持続時間は、約１５分間と約４５分間の間、例えば約２５分間である。別の例では、持続時間は、約２５分間と約３５分間の間である。別の例では、持続時間は、約２７分間と約３３分間の間、例えば約３０分間である。

［００４３］工程５１４において、タンク内の流体を共振させることにより、ワークピースからパーティクルが除去される。洗浄レシピは、超音波トランスデューサ１３２が液体１２０を液体１２０の固有振動数またはその近傍で共振させる共振モードを含み得る。液体１２０を共振させることで、各ワークピース２５２のキャビテーションに伝達されるエネルギーの割合を最適化する。液体１２０の共振時には、より多くのエネルギーが、超音波トランスデューサ１３２から各ワークピース２５２の表面へ伝達される。上記の他の例と組み合わせることができる一例では、タンク１０８の形状は、円形である。タンク１０８が円形状を有することで、カルーセル１０４に向けてエネルギーを均等に集中させることができる。さらに、カルーセル１０４から内面１１４に向かって反射したエネルギーは、タンク１０８の中心およびカルーセル１０４へ戻って来るように向け直される。タンク１０８の中心に向かって戻るようにエネルギーを反射させると、液体１２０のパワー密度が増加し、したがって、液体１２０のキャビテーションの程度および／または密度が増加する。タンク１０８の形状は、円または円形状に限定されず、液体１２０を保持するのに適した任意の形状であり得ることが理解される。しかしながら、有利には、タンク１０８の円形状は、デッドゾーン、すなわち、流体中の音波が互いに打ち消し合うことによって生じる干渉により、流体のパワー密度が著しく低下し、流体のキャビテーションを抑制する流体の領域、を排除する。

［００４４］任意選択の工程５１６を実行することができ、各ワークピースの清浄度のレベルが判定される。各ワークピースを液中パーティクルカウンタ（ＬＰＣ）で検査し、ワークピースの汚染レベルを判定することができる。各ワークピースの清浄度が所定の閾値を超える場合、方法５００は終了することができる。１つ以上のワークピースが所定の閾値を超えなかった場合、工程５１６は工程５０４に進み、ワークピースが清浄度の所定の閾値を超えるまで、方法は継続する。

［００４５］本明細書では、ワークピースを超音波洗浄するためのカルーセルと、その使用方法の例を開示している。有利なことに、カルーセルを利用することで、音波をワークピースに向けて反射させることによりタンク内のエネルギー損失が低減され、超音波トランスデューサの洗浄効率が向上する。上記は特定の例に向けられているが、本開示の範囲から逸脱することなく、他の例を考案することができる。

Claims (10)

1. 音波洗浄インサートであって、
   中心軸の周りに回転するように構成されたカルーセル
   を備え、前記カルーセルは、さらに、
   上面と、前記上面の反対側の下面とを有するプラットフォームであって、前記中心軸の周りに放射状に配置されたプラットフォーム、
   前記プラットフォームの前記下面にある、内側リングおよび外側リングであって、前記外側リングは、前記内側リングから半径方向の開口部をもって前記内側リングを取り囲む、内側リングおよび外側リング、ならびに、
   前記内側リングから前記プラットフォームの前記上面に延在する複数の第１のパーティション、および前記複数の第１のパーティションのそれぞれに対して間隙を有し、前記外側リングから前記プラットフォームの前記上面に延在する複数の第２のパーティション、を備え、
   前記複数の第１のパーティションと前記複数の第２のパーティションは、前記中心軸の周りに所定の角度で配置され、
   前記カルーセルは、前記プラットフォームの前記上面によって覆われたワークピースを、超音波振動流体内での浸漬のために、前記複数の第１のパーティションのうち隣接する第１のパーティション間で、かつ前記内側リングと前記外側リングの間の前記半径方向の開口部を介して、保持するように構成されている、音波洗浄インサート。
2. 回転可能なシャフトが、前記プラットフォームの前記上面に結合されており、前記回転可能なシャフトが、前記中心軸の周りに前記プラットフォームを回転させるように構成されている、請求項１に記載の音波洗浄インサート。
3. 前記中心軸の周りに放射状に配置された複数の支持特徴部であって、前記回転可能なシャフトから延び、前記プラットフォームに結合された複数の支持特徴部、をさらに備える、請求項２に記載の音波洗浄インサート。
4. 前記カルーセルは、前記複数の第１のパーティションのうち隣接する第１のパーティション間に前記ワークピースを受け入れるように構成されている、請求項１に記載の音波洗浄インサート。
5. 前記中心軸の周りに放射状に配置された複数の支持特徴部をさらに備え、前記複数の支持特徴部は、前記プラットフォームの表面に結合された回転可能なシャフトから延び、前記複数の支持特徴部のそれぞれの支持特徴部は、前記所定の角度以下である支持角度で、前記中心軸の周りに設けられている、請求項１に記載の音波洗浄インサート。
6. 内面および外面を有するタンクであって、前記内面は、音波の伝播を可能にする液体を収容するように構成された、タンク、
   前記タンクの前記内面の周りに放射状に配置された複数の音波トランスデューサ、ならびに
   前記タンク内へ挿入されるように配置された音波洗浄インサート、
   を備える音波洗浄システムであって、前記音波洗浄インサートは、
   中心軸の周りに回転するように構成されたカルーセルを備え、前記カルーセルは、さらに、
   上面と、前記上面の反対側の下面とを有するプラットフォームであって、前記中心軸の周りに放射状に配置されたプラットフォーム、
   前記プラットフォームの前記下面にある、内側リングおよび外側リングであって、前記外側リングは、前記内側リングから半径方向の開口部をもって前記内側リングを取り囲む、内側リングおよび外側リング、ならびに、
   前記内側リングから前記プラットフォームの前記上面に延在する複数の第１のパーティション、および前記複数の第１のパーティションのそれぞれに対して間隙を有し、前記外側リングから前記プラットフォームの前記上面に延在する複数の第２のパーティション、を備え、
   前記複数の第１のパーティションと前記複数の第２のパーティションは、前記中心軸の周りに所定の角度で配置されており、
   前記カルーセルは、前記プラットフォームの前記上面によって覆われたワークピースを、超音波振動流体内での浸漬のために、前記複数の第１のパーティションのうち隣接する第１のパーティション間で、かつ前記内側リングと前記外側リングの間の前記半径方向の開口部を介して、保持するように構成されている、音波洗浄システム。
7. 回転可能なシャフトが、前記プラットフォームの前記上面に結合されており、前記回転可能なシャフトが、前記中心軸の周りに前記プラットフォームを回転させるように構成されている、請求項６に記載の音波洗浄システム。
8. 前記中心軸の周りに放射状に配置された複数の支持特徴部であって、前記回転可能なシャフトから延び、前記プラットフォームに結合された複数の支持特徴部、をさらに備える、請求項７に記載の音波洗浄システム。
9. 前記タンクが底部を備え、前記複数の音波トランスデューサが、前記底部からオフセット距離を置いて配置されている、請求項６に記載の音波洗浄システム。
10. 前記複数の第１のパーティションのそれぞれと前記複数の第２のパーティションのそれぞれは、超音波およびメガソニック波の少なくとも一方を反射する材料で作られている、請求項６に記載の音波洗浄システム。

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