JPH1128432A

JPH1128432A - 超音波洗浄機

Info

Publication number: JPH1128432A
Application number: JP18626397A
Authority: JP
Inventors: Yoshihiro Moriguchi; 善弘森口; Fujio Maeda; 富士男前田; Noriyuki Shige; 則幸重; Masahiro Watanabe; 正博渡辺
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1997-07-11
Filing date: 1997-07-11
Publication date: 1999-02-02

Abstract

(57)【要約】【課題】少なくとも超音波発振器と超音波振動子と洗浄
液で満たされた超音波集束ホーンとから構成される超音
波洗浄機において、発振周波数が５００ｋＨｚ以上であ
り、超音波振動子が２枚から構成され、２枚の振動子が
超音波集束ホーンのスリット状出口部分で焦点が合うよ
うに配置されたことを特徴とした超音波洗浄機。精密電
子部品の超音波洗浄において、１０〜０.１ミクロン程
度の微粒子を効率良く除去して、製品歩留まりを向上す
る。【解決手段】発振周波数が５００ｋＨｚ以上の超音波振
動子を使用して、微粒子洗浄に適した超音波洗浄機およ
び前記洗浄機を使用した洗浄装置を開発した。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は超音波洗浄方法およ
び超音波洗浄機にかかるものであり、電子部品とくに磁
気ディスク、半導体ウェハ、液晶などの基板の洗浄に関
する。

【０００２】

【従来の技術】例えば特開平１−１０５３７６や特開平
１−３０３７２４に記載される従来の超音波洗浄、特に
高周波領域における超音波洗浄では、投入電力−超音波
出力（強度）の変換効率が低く、ユースポイントにおけ
る超音波出力（強度）が低いために高周波超音波洗浄が
有する洗浄効果を十分に引き出すことができず、微粒子
の残留などの洗浄不良が発生した。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】磁気ディスク、半導体
ウェハ、液晶などに代表される電子部品において、製品
の歩留まりに大きく影響を及ぼし管理しなけれはならな
い微粒子サイズは１０〜０.１ミクロン程度である。本
発明は従来技術では除去できなかったこれらの微粒子を
効率良く除去し、微粒子残留による洗浄不良を低減する
ことにある。

【０００４】

【課題を解決するための手段】高周波超音波洗浄におい
て、数ミクロン〜サブミクロンの微粒子を効率良く除去
するために、発振周波数を５００ｋＨｚ以上にしたうえ
で超音波出力（超音波強度）の向上を可能にする超音波
洗浄機の構成および構造を考案することで課題を達成し
た。

【０００５】

【発明の実施の形態】以下、本発明の一実施例を図面に
基づいて詳述する。

【０００６】（実施例１）図１は本発明の一実施例に係
る超音波洗浄機の構成図である。超音波洗浄機は超音波
発振器１、２枚の超音波発振子を内蔵する超音波発振子
ケース２、スリット状出口部分３を有する超音波集束ホ
ーン４とから構成される。超音波発振器１と超音波発振
子ケース２とはケーブル５で接続されている。超音波集
束ホーン４の内部は水槽６に満たされる洗浄液７ａと同
一の洗浄液７ｂで満たされている。５００ｋＨｚ以上の
超音波を発振すると、高周波超音波が超音波集束ホーン
４内の洗浄液７ｂを伝播して被洗浄物８を洗浄する。

【０００７】（実施例２）図２は本発明の一実施例に係
る超音波発振子ケースの側面断面図である。図１で示し
た超音波発振子ケース２の内部は、超音波発振子９２
枚から構成され、各々の超音波発振子９の焦点が合う、
すなわち振動子面の垂直二等分の延長線上にスリット状
出口部分３が位置するように配置した。この配置によっ
て、超音波発振子９を同一平面上に一列に並べて配置し
たときより２００％以上の超音波出力（強度）の向上を
確認できた。

【０００８】（実施例３）図３は超音波発振子の多数枚
化による超音波出力（強度）のアップと効率の比較結果
である。多数枚化するに従い、超音波出力（強度）の向
上が頭打ちになり、効率が下がる。さらに、効率の下が
った条件では超音波振動子９への入力電流の上昇がみら
れ、場合によっては過負荷により破損することになる。
一方、超音波振動子９の枚数が２枚、かつスリット状出
口部分３で焦点が合う配置を行うことにより、超音波振
動子９への入力電流の上昇を低減し、超音波振動子の破
損を防ぐことが可能となった。すべての実施例で超音波
発振器１の台数を特に定めていないが、１台の発振器で
２枚超音波振動子９を駆動する、２枚の超音波振動子を
各々別の超音波発振器で駆動する、いずれの方法を用い
ても構わない。

【０００９】（実施例４）図４は本発明の一実施例に係
る超音波洗浄機の側面断面図である。図４の左部分をＡ
方向から見た拡大図が図４の円内である。Ｂ寸法をスリ
ット長辺、Ｃ寸法をスリット短辺を示す。図５はスリッ
ト短辺の距離（Ｃ寸法）と超音波出力（強度）との関係
の調査結果である。グラフが示すようにスリット短辺を
２mm未満にすると、スリット状出口部分３から出る超音
波出力（強度）が激減するためスリット短辺を２mm以上
に設定した。

【００１０】（実施例５）図６は本発明の一実施例に係
る超音波洗浄機の側面断面図である。超音波振動子９か
らスリット状出口部分３までの距離をＤ寸法とし、超音
波集束ホーン４のスリット状出口部分３でなす角をＥと
する。発振周波数が５００ｋＨｚ〜１.５ＭＨｚにおい
て、Ｄ寸法が超音波出力（強度）に及ぼす影響を調査し
た。図７はＤ寸法と超音波出力（強度）との関係の調査
結果である。調査の結果、Ｄ寸法を８０〜２２０mmにす
ることで高く安定な超音波出力を得ることが可能となっ
た。図８は超音波集束ホーンのスリット状出口部分でな
す角Ｅと超音波出力（強度）との関係の調査結果であ
る。超音波集束ホーン４のスリット状出口部分３でなす
角Ｅが３５°を超えると超音波出力（強度）が減少し、
超音波振動子９への入力電流が増大し、超音波発振子９
を破損する可能性が生じた。しかし、超音波集束ホーン
４のスリット状出口部分３でなす角Ｅを３５°以下にす
ることで超音波振動子９への入力電流の増大を防ぎ、超
音波振動子９の破損を防ぐことが可能となる。

【００１１】（実施例６）図９は本発明の一実施例に係
る超音波洗浄機の構成図である。超音波発振器１、超音
波振動子ケース２、超音波集束ホーン４内に洗浄液を供
給する洗浄液供給配管１０から構成された超音波洗浄機
を水槽６内に設置した使用例である。本実施例では高周
波超音波により発生する直進流に洗浄液供給配管１０か
らの水流が加わったものである。これによって、被洗浄
物８から脱離した微粒子、異物を取り去る効果が付与さ
れることになり、より再付着が防止され洗浄性の向上を
図れる。

【００１２】（実施例７）図９の実施例では洗浄液供給
配管１０が超音波集束ホーン４の上方に配置し、洗浄液
を上方から供給しているが図１０本発明の一実施例に係
る超音波洗浄機の構成図にあるように、洗浄液供給配管
１０を超音波集束ホーン４の下方に配置し、洗浄液を下
方から供給しても構わない。

【００１３】（実施例８）図１１は本発明の一実施例に
係る超音波洗浄機の構成図である。超音波発振器１、超
音波発振子ケース２、超音波集束ホーン４および超音波
集束ホーン内に洗浄液を供給する洗浄液供給配管１０か
ら構成される。本実施例では超音波洗浄機の機能部を水
槽の外に取り出したケースである。洗浄液供給配管１０
に洗浄液が供給し、スリット状出口部分３から吐出され
る洗浄液の超音波シャワー１２に超音波を伝播させ被洗
浄物８の洗浄を可能とした。図９の構成よりも除去した
微粒子による再汚染低減を可能とした。むろん、洗浄液
供給配管１０を超音波集束ホーン４の下方に配置し、洗
浄液を下方から供給することは可能である。

【００１４】（実施例９）図１２は本発明の一実施例に
係る超音波洗浄機の側方断面図である。本実施例では超
音波集束ホーン４に接続した洗浄液供給配管１０の方向
に関して、洗浄液が供給されたとき洗浄液の水流１１が
超音波発振子９の表面に沿って流れる向きに洗浄液供給
配管１０を配置したものである。本発明の超音波洗浄機
を長時間発振させると洗浄液の種類によっては脱気によ
る多量の気泡が超音波発振子９面の中心から同心円状に
付着し、超音波出力（強度）が下がり、これが原因で微
粒子の除去する性能が著しく低下する現象が見られる。
図１２の実施例は、超音波発振子９面への気泡付着を防
止し、微粒子の除去する性能が著しく低下する現象を防
ぐことが可能となる。

【００１５】（実施例１０）図１３は本発明の一実施例
に係る超音波洗浄装置の構成図である。２組の超音波洗
浄機を向かい合わせに設置して、超音波シャワー１２間
に板状の被洗浄物８を通過させることで被洗浄物８の両
面が同時に洗浄できるようにした。これによって、洗浄
スループットの向上を可能とした。また、被洗浄物８を
２組の超音波洗浄機の間に保持し、被洗浄物８を板面と
同一平面内で回転することで、さらに効率的な洗浄が可
能となる。

【００１６】（実施例１１）図１４は本発明の実施例に
係る超音波洗浄機における超音波出力（強度）と洗浄効
果との関係を示す。本例に示されるように、超音波洗浄
における洗浄性能は超音波出力（強度）に依存する。本
発明では超音波出力（強度）のアップを可能にしたこと
で従来除去できなかった微粒子の洗浄が可能となり、超
音波洗浄機の洗浄性能を飛躍的に向上することができ
た。

【００１７】

【発明の効果】本発明の洗浄機あるいは洗浄装置を使用
することによって、磁気ディスク、半導体ウェハ、液晶
などに代表される電子部品の基板表面の高清浄化が行え
る。その結果、製品の歩留まり、信頼性を大きく向上す
ることができる。また、間接的な効果として、高周波超
音波洗浄の電子部品産業への普及を促進することができ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例に係る超音波洗浄機の構成図

【図２】本発明の一実施例に係る超音波発振子ケースの
側面断面図

【図３】超音波発振子の多数枚化による超音波出力（強
度）のアップと効率の比較結果

【図４】本発明の一実施例に係る超音波洗浄機の側面断
面図

【図５】スリット短辺の距離（Ｃ寸法）と超音波出力
（強度）との関係

【図６】本発明の一実施例に係る超音波洗浄機の側面断
面図

【図７】Ｄ寸法と超音波出力（強度）との関係の検討結
果

【図８】超音波集束ホーンのスリット状出口部分でなす
角Ｅと超音波出力（強度）との関係の検討結果

【図９】本発明の一実施例に係る超音波洗浄機の構成図

【図１０】本発明の一実施例に係る超音波洗浄機の構成
図

【図１１】本発明の一実施例に係る超音波洗浄機の構成
図

【図１２】本発明の一実施例に係る超音波洗浄機の側面
断面図

【図１３】本発明の一実施例に係る超音波洗浄機の構成
図

【図１４】本発明の超音波洗浄機におけるＵＳ出力（強
度）と洗浄効果との関係

【符号の説明】

１…超音波発振器、２…超音波発振子ケース、３…
スリット状出口部分、４…超音波集束ホーン、５…ケー
ブル、６…水槽、７ａ…洗浄液（水槽内）、７ｂ…洗浄
液（超音波集束ホーン内）、８…被洗浄物、９…超音波
発振子、１０…洗浄液供給配管、１０ａ…洗浄液の供給
方向、１１…洗浄液の水流、１２…超音波シャワー。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者渡辺正博神奈川県小田原市国府津2880番地株式会社日立製作所ストレージシステム事業部内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】少なくとも超音波発振器と超音波振動子と
洗浄液で満たされた超音波集束ホーンとから構成される
超音波洗浄機において、発振周波数が５００ｋＨｚ以上
であり、超音波振動子が２枚から構成され、２枚の振動
子が超音波集束ホーンのスリット状出口部分で焦点が合
うように配置されたことを特徴とした超音波洗浄機。
【請求項２】請求項１記載の洗浄機において、超音波集
束ホーンのスリット状出口部分のスリット短辺側の寸法
が２mm以上であることを特徴とした超音波洗浄機。
【請求項３】請求項１記載の洗浄機において、発振周波
数が５００ｋＨｚ〜１.５ＭＨｚであり、超音波集束ホ
ーンの集束距離（焦点距離）が８０〜２００mmであるこ
とを特徴とした超音波洗浄機。
【請求項４】請求項１記載の洗浄機において、超音波集
束ホーンのスリット状出口部分の先端角度が３５°以下
であることを特徴とした超音波洗浄機。
【請求項５】請求項１〜４記載の洗浄機において、超音
波集束ホーンに洗浄液を常時供給する配管が接続され、
超音波集束ホーンの出口部分から吐出される洗浄液の流
れに超音波を乗せることを特徴とした超音波洗浄機。
【請求項６】請求項５記載の洗浄機において、超音波集
束ホーンに接続された配管の方向が超音波振動子の表面
に向かっており、供給される洗浄液で超音波振動子の表
面が洗われる位置関係にあることを特徴とした超音波洗
浄機。
【請求項７】請求項１〜６記載の洗浄機において、２組
の洗浄機の超音波集束ホーンを向かいあわせの位置に設
置し、板状の被洗浄物を２組の洗浄機の超音波集束ホー
ンの間を通過させることで前記被洗浄物の両面を同時に
洗浄できることを特徴とした洗浄装置。
【請求項８】請求項７記載の被洗浄物が、磁気ディスク
基板、半導体ウェハあるいは液晶基板であることを特徴
とした洗浄装置。
【請求項９】請求項１〜６記載の超音波洗浄機あるいは
請求項７〜８記載の洗浄装置を使用して製造することを
特徴とした磁気ディスク、半導体、液晶製品。