JP2014108471A - 超音波振動切断機 - Google Patents

Abstract

【課題】切断面不良、表面欠陥、カーフ幅不良の発生が少なく、ダイヤモンドブレードの長寿命化による稼働率向上が可能な超音波振動切断機を提供する。
【解決手段】ダイヤモンドブレード１３を超音波振動させる振動機構４６と、円盤状部材１４を回転させる回転駆動手段１５と、被切断物１２及びダイヤモンドブレード１３に水を供給する給水手段１６と、円盤状部材１４、振動機構４６、回転駆動手段１５、及び給水手段１６が取付けられて、上下方向Ｚ及び円盤状部材１４の回転軸方向Ｙに移動可能な支持部材２０とを有する超音波振動切断機１０において、給水手段１６は、ダイヤモンドブレード１３の厚みの中心に向けて、ダイヤモンドブレード１３の外側から水を放水するシャワーノズル４８を有し、支持部材２０には、水の飛沫を捕集する捕集手段６５と、ダイヤモンドブレード１３及びクーラーノズル５７、５８を囲う側面カバー６９が取付けられている。
【選択図】図２

Description

本発明は、例えば、Ｓｉ（シリコン）やＳｉＣ（炭化ケイ素）等の硬脆材料からなるウエハをダイシングする超音波振動切断機に関する。

ＳｉやＳｉＣ等の硬脆材料からなるウエハのダイシング（切断）では、切断切り代（切り溝幅）であるカーフ幅をできるだけ細くすることが求められている。このため、ウエハのダイシングには、例えば、特許文献１に記載された超音波振動用共振器の支持装置に取付けたダイヤモンドブレード（刃の厚さが、数μｍ〜数百μｍ程度）を超音波振動させながら回転させる超音波振動切断機が使用されている。なお、ダイシング中のダイヤモンドブレードの両面及びウエハの切り込み部には、ダイヤモンドブレード及びウエハの冷却と、ダイヤモンドブレードの目詰まり（ダイシング時に発生したウエハの切断屑、ダイヤモンドブレードから脱落したダイヤモンド砥粒や結合材粒子（ダイヤモンド砥粒を保持していた結合材の破砕物）がダイヤモンドブレードに付着すること）を防止するため、大流量かつ高水圧の水（切削水）を供給している。

特許第３３３８００８号公報

カーフ幅を細くする要請からダイヤモンドブレードの刃の厚さを薄くすると、ダイヤモンドブレードの磨耗が激しくなり寿命が短くなる。このため、刃高を高く（有効刃幅を大きく）してダイヤモンドブレードの寿命延長を図っている。しかし、ダイヤモンドブレードの刃高を高くすると、大流量かつ高水圧の水がダイヤモンドブレードに当たった場合、水の流勢により、ダイヤモンドブレードの先側が、切断中に変形することになる。これにより、ウエハの表面欠陥（微小き裂やチッピングと呼ばれる微小な欠け）、本来直線であるべき切断ラインが蛇行する切断面不良、カーフ幅が拡大するカーフ幅不良が発生するという問題が生じる。そこで、供給する水の流量及び圧力を低くすると、ダイヤモンドブレード及びウエハの冷却が不十分になると共に、ダイヤモンドブレードの目詰まりを防止できず、切断効率が低下し、ダイヤモンドブレードの破損の原因ともなる。

本発明はかかる事情に鑑みてなされたもので、大流量かつ高水圧の水を使用しなくても、被切断物の切断面不良や表面欠陥、カーフ幅不良の発生が少なく、ダイヤモンドブレードの長寿命化による装置稼働率の向上が可能な超音波振動切断機を提供することを目的とする。

前記目的に沿う本発明に係る超音波振動切断機は、Ｘ方向に移動可能なテーブル上に固定された被切断物を切断する環状のダイヤモンドブレードが外周側に突出状態で固定される円盤状部材と、該円盤状部材を介して前記ダイヤモンドブレードを超音波振動させる振動機構と、前記円盤状部材を回転させる回転駆動手段と、前記被切断物及び前記ダイヤモンドブレードに水を供給する給水手段と、前記円盤状部材、前記振動機構、前記回転駆動手段、及び前記給水手段が取付けられて、上下方向Ｚ及び前記円盤状部材の回転軸方向Ｙに移動可能な支持部材とを有する超音波振動切断機において、
前記給水手段は、前記ダイヤモンドブレードの両側を冷却するクーラーノズルを有すると共に、前記ダイヤモンドブレードの厚みの中心に向けて、該ダイヤモンドブレードの外側から、非乱流状態の水を放水するシャワーノズルを有し、更に、前記支持部材には、前記ダイヤモンドブレードの切り抜け側に発生する水の飛沫を捕集する捕集手段と、前記クーラーノズルの外側にそれぞれ配置され、前記ダイヤモンドブレードの一部及び該クーラーノズルの一部を囲う側面カバーが取付けられている。
ここで、非乱流状態の水とは、シャワーノズルの吐出口より一体連続の状態で、分散あるいは飛散せずに、直接ダイヤモンドブレードに達するよう放水されるものをいう。

本発明に係る超音波振動切断機において、前記捕集手段の開口部の中央前方に、前記ダイヤモンドブレードが位置することが好ましい。

本発明に係る超音波振動切断機において、前記シャワーノズルの吐出口の上下方向幅は、前記ダイヤモンドブレードの回転軸方向（即ち、円盤状部材の回転軸方向Ｙ）に沿った水平方向幅より大きいことが好ましい。

本発明に係る超音波振動切断機において、前記シャワーノズルは、該シャワーノズルを前記上下方向Ｚ及び前記回転軸方向Ｙに沿ってそれぞれ微調整する位置調整機構を有していることが好ましい。

本発明に係る超音波振動切断機において、前記クーラーノズルは、該クーラーノズルの放水高さ位置を調節する高さ調整機構を有していることが好ましい。

本発明に係る超音波振動切断機において、前記給水手段は、前記テーブルの上方に配置され、切断中の前記被切断物の表面に水膜を形成するスプレーノズルを有することが好ましい。

本発明に係る超音波振動切断機において、前記側面カバーは、前記被切断物の切断時に、前記円盤状部材に固定された前記ダイヤモンドブレードの下部と切込み側、前記クーラーノズルの放水部及び前記シャワーノズルの先側を一体的に覆っていることが好ましい。

本発明に係る超音波振動切断機において、前記シャワーノズル、前記クーラーノズル、前記側面カバー及び前記スプレーノズルは、共通の取付け台にそれぞれ配置され、該取付け台の基部は前記支持部材に回動可能に取付けられていることが好ましい。

本発明に係る超音波振動切断機において、前記テーブル、前記円盤状部材、前記振動機構、前記回転駆動手段、前記給水手段、前記捕集手段、前記取付け台及び前記捕集手段の下流側に配置された排気ボックスを一体で覆うシールカバーを有し、該シールカバーには該シールカバー内に空気を供給する送気口が設けられ、前記排気ボックスの内部は前記シールカバー内の気圧より低い圧力に設定されていることが好ましい。

本発明に係る超音波振動切断機においては、給水手段のシャワーノズルによって、ダイヤモンドブレードの厚みの中心に向けて、ダイヤモンドブレードの外側から水を放水するので、ダイヤモンドブレードの厚み方向両側に対称的な水の流れを形成できる。そして、ダイヤモンドブレードに放水する水は非乱流状態であるため、水とダイヤモンドブレードとの相互作用を、ダイヤモンドブレードの厚み方向両側で同等にすることができる。ダイヤモンドブレードの切断中の変形を防止することができる。その結果、被切断物の精度の高い切断を行うことが可能になる。更に、ダイヤモンドブレードの切り抜け側に発生する水の飛沫を捕集する捕集手段と、クーラーノズルの外側にそれぞれ配置され、ダイヤモンドブレードの一部及びクーラーノズルを囲う側面カバーが支持部材に設けられているので、切断時に捕集手段及び側面カバーを常にダイヤモンドブレードの切り抜け側に配置することができ、ダイヤモンドブレードの切り抜け側に発生する水の飛沫を確実に捕集することが可能になる。

本発明に係る超音波振動切断機において、捕集手段の開口部の中央前方に、ダイヤモンドブレードが位置する場合、ダイヤモンドブレードの切り抜け側に発生する水の飛沫を効率的に捕集することが可能になる。

本発明に係る超音波振動切断機において、シャワーノズルの吐出口の上下方向幅が、ダイヤモンドブレードの回転軸方向に沿った水平方向幅より大きい場合、ダイヤモンドブレードがシャワーノズルから放水された水と接触する際の接触面積と接触時間を共に大きくすることができる。これにより、超音波振動を利用したダイヤモンドブレードの洗浄を効果的に行うことが可能になる。

本発明に係る超音波振動切断機において、シャワーノズルが、シャワーノズルを上下方向Ｚ及び回転軸方向Ｙに沿ってそれぞれ微調整する位置調整機構を有している場合、ダイヤモンドブレードと水との接触開始部位を調節することができ、ダイヤモンドブレードが水と接触する際の接触面積と接触時間の最適化を図ることができる。

本発明に係る超音波振動切断機において、クーラーノズルが、クーラーノズルの放水高さ位置を調節する高さ調整機構を有している場合、ダイヤモンドブレードに水が直接当たることを防止でき、ダイヤモンドブレードの切断中の変形を防止することが可能になる。その結果、切断ラインの蛇行やカーフ幅不良などの切断不良を減少させることができる。また、クーラーノズルは２本一対で構成され、切断状態ではダイヤモンドブレードを挟んでダイヤモンドブレード直近に配置すると共に、被切断物の直上の高さに調整することができるので、クーラーノズルより供給された水を、一対のクーラーノズルに挟まれた空間に充満させて小さな水膜プールを形成することができる。これにより、ダイヤモンドブレードの切込み部を、常に水膜プール中で水没状態とすることができ、ダイヤモンドブレードの切込み部を効率的に冷却することができる。
一方、ダイヤモンドブレードは超音波振動しているので、ダイヤモンドブレードの表面と水との濡れ性が改善され、水による冷却効果が促進される。これにより、切断速度を上昇させても、切断不良であるチッピングの発生を抑えることができる。また、水による冷却効果が促進されるため、水を大流量かつ高水圧で供給する必要がなくなり、ダイヤモンドブレードの切断中の変形が更に抑制され、更に精度の高い切断を行うことができる。

本発明に係る超音波振動切断機において、給水手段が、テーブルの上方に配置され、切断中の被切断物の表面に水膜を形成するスプレーノズルを有する場合、水の飛沫が被切断物の表面に付着しても乾燥することを防止でき、水の飛沫に含まれる被切断物の微細粒子が被切断物の表面に付着することを防止でき、乾燥により発生するウォーターマークと呼ばれる欠陥を防止できる。

本発明に係る超音波振動切断機において、側面カバーが、被切断物の切断時に、円盤状部材に固定されたダイヤモンドブレードの下部と切込み側、クーラーノズルの放水部及びシャワーノズルの先側を一体的に覆っている場合、厚さが数ミクロンから数百ミクロン程度のダイヤモンドブレードが高速で回転するときの周辺の気流、水流を安定化させることができ、流れの撹乱によるダイヤモンドブレードへの悪影響を低減させることができる。

本発明に係る超音波振動切断機において、シャワーノズル、クーラーノズル、側面カバー及びスプレーノズルが、共通の取付け台にそれぞれ配置され、取付け台の基部が支持部材に回動可能に取付けられている場合、取付け台を回動する一つの操作で、シャワーノズル、クーラーノズル、側面カバー及びスプレーノズルを、円盤状部材と円盤状部材に取付けられたダイヤモンドブレードから一括して退避させることができる。これにより、ダイヤモンドブレードが固定された円盤状部材を回転駆動手段から容易に取外すことができ、ダイヤモンドブレードの交換作業を安全かつ短時間で行うことが可能になる。その結果、超音波振動切断機の稼働率を向上できる。

本発明に係る超音波振動切断機において、テーブル、円盤状部材、振動機構、回転駆動手段、給水手段、捕集手段、取付け台及び捕集手段の下流側に配置された排気ボックスを一体で覆うシールカバーを有し、シールカバーにはシールカバー内に空気を供給する送気口が設けられている場合、シールカバー内に送気口から排気ボックス内に向かう空気の流れを効率的に形成することができ、水の飛沫がシールカバー内に拡散して充満するのを防止することができる。
そして、排気ボックスの内部が、シールカバー内の気圧より低い圧力に設定されている場合、捕集手段を介して、各種ノズルから放出され、被切断物や回転するダイヤモンドブレード及び円盤状部材によりはじかれて発生した水の飛沫を発生箇所の周辺で効率的に排気ボックス内に流入させることができる。その結果、超音波振動切断機や被切断物表面に水の飛沫が付着することによる超音波振動切断機汚染、被切断物汚染の発生を低減することができる。

本発明の一実施の形態に係る超音波振動切断機の部分拡大斜視図である。 同超音波振動切断機の部分拡大側面図である。 同超音波振動切断機の回転駆動手段の断面図である。 同超音波振動切断機のシャワーノズルの吐出口の斜視図である。 同超音波振動切断機のダイヤモンドブレード交換時の給水手段の斜視図である。 同超音波振動切断機の側面カバーの斜視図である。 同超音波振動切断機のダイヤモンドブレード交換時の給水手段の状態を示す説明図である。 同超音波振動切断機のダイヤモンドブレード交換時の説明図である。 同超音波振動切断機の給水手段、回転駆動手段及び捕集手段の配置を示す斜視図である。 同超音波振動切断機の側面カバーの切断時の状態を示す斜視図である。

続いて、添付した図面を参照しつつ、本発明を具体化した実施の形態につき説明し、本発明の理解に供する。
図１〜図３に示すように、本発明の一実施の形態に係る超音波振動切断機１０は、切断方向であるＸ方向に移動可能なテーブル１１上に固定された被切断物の一例であるシリコンウエハ１２を切断する環状のダイヤモンドブレード１３が外周側に突出状態で固定される円盤状部材１４と、円盤状部材１４を介してダイヤモンドブレード１３を超音波振動させる振動機構４６と、円盤状部材１４を回転させる回転駆動手段１５と、シリコンウエハ１２及びダイヤモンドブレード１３に水を供給する給水手段１６と、円盤状部材１４、振動機構４６、回転駆動手段１５及び給水手段１６が取付けられて、上下方向Ｚ及び円盤状部材１４の回転軸方向Ｙ（Ｘ方向と水平面内で直交する方向）に移動可能な支持部材２０とを有している。

ここで、給水手段１６は、ダイヤモンドブレード１３の両側をそれぞれ冷却するクーラーノズル５７、５８を有すると共に、ダイヤモンドブレード１３の下部に形成される切込み側の領域であって、ダイヤモンドブレード１３の厚みの中心に向けて、ダイヤモンドブレード１３の外側から、非乱流状態の水を放水するシャワーノズル４８を有している。更に、支持部材２０には、ダイヤモンドブレード１３の切り抜け側に発生する水の飛沫を捕集する捕集手段の一例であるディフューザ６５と、クーラーノズル５７、５８の外側にそれぞれ配置され、ダイヤモンドブレード１３の一部及びクーラーノズル５７、５８の一部を囲う側面カバー６９が取付けられている。以下、詳細に説明する。

シリコンウエハ１２は、吸着パッド１８を介してテーブル１１上に固定され、テーブル１１は、テーブル１１をＸ方向に、設定された距離及び設定された速度で移動する移動機構を備えた搭載台１９を介して超音波振動切断機１０のフレーム（図示せず）に取付けられている。なお、図１、図２に示すように、シリコンウエハ１２を切断する際のダイヤモンドブレード１３、シャワーノズル４８及びディフューザ６５を側面視した場合（ダイヤモンドブレード１３の回転軸方向に沿って見た場合）、支持部材２０はダイヤモンドブレード１３の上方に配置されており、Ｘ方向に沿ってダイヤモンドブレード１３を中央にして、シャワーノズル４８はダイヤモンドブレード１３の切り込み側に、ディフューザ６５はダイヤモンドブレード１３の切り抜け側にそれぞれ配置される。

円盤状部材１４は、厚さ方向両側の側面の中央部から回転軸方向Ｙに沿ってそれぞれ外側に突出して形成された突出部２１、２２を備えた円盤本体２３と、円盤本体２３の外周面に、円盤状部材１４の回転軸心と同心となるように突出して形成された環状突起２４とを有し、環状のダイヤモンドブレード１３は、環状突起２４の一方の側面に接着剤を介して、円盤状部材１４の回転軸心と同心となるように固定されている。なお、環状突起２４は、ダイヤモンドブレード１３を円盤状部材１４に固定した際、ダイヤモンドブレード１３の厚さ方向の中心が、円盤状部材１４の厚さ方向の中心に一致するように、円盤本体２３の外周面上に形成されている。また、環状のダイヤモンドブレード１３の内径は環状突起２４の内径と外径の間の値に、環状のダイヤモンドブレード１３の外径は環状突起２４の外径より大きな値にそれぞれ設定されている。例えば、厚さが７５０μｍのシリコンウエハ１２のダイシングを行う場合、環状のダイヤモンドブレード１３と環状突起２４の外径差ΔDは、３〜５ｍｍに設定し、外径差ΔDが１．３〜１．５ｍｍに減少した時点で、ダイヤモンドブレード１３を交換する。

振動機構４６は、円盤状部材１４の円盤本体２３の突出部２１端部に、スタッドボルト２５を介して、円盤状部材１４の回転軸心と同心となるように位置合せして、密着状態で固定された円柱状の第１のブースタ２６と、円盤本体２３の突出部２２端部に、スタッドボルト２５を介して、円盤状部材１４の回転軸心と同心となるように位置合せして、密着状態で固定された円柱状の第２のブースタ２７と、第２のブースタ２７の先端部に、スタッドボルト２９を介して密着状態で固定される超音波振動子３０とを有している。そして、円盤状部材１４、第１のブースタ２６及び第２のブースタ２７は、例えば、チタン、チタン合金、アルミニウム、アルミニウム合金、焼入れされた鋼等の音響特性の良い材料を用いて、超音波振動子３０を予め設定した振動数で振動させた際、第１のブースタ２６、円盤状部材１４及び第２のブースタ２７の直列連結体が、直列連結体の中心軸方向に沿って、即ち、直列連結体を構成している円盤状部材１４の回転軸方向Ｙに沿って設定した振動数で共振するように、それぞれ設計作製されている。

従って、第１のブースタ２６、円盤状部材１４及び第２のブースタ２７の直列連結体に、第２のブースタ２７を介して超音波振動子３０から設定した振動数（共振振動数）の振動を加えると、直列連結体の共振状態を持続することができる。ここで、共振状態の直列連結体に発生している縦波定在波の振動振幅の最小点位置（節位置）を、直列連結体の円盤状部材１４の厚さ方向の中心位置、即ち、円盤状部材１４に取付けられたダイヤモンドブレード１３の厚さ方向の中心位置と一致させ、円盤本体２３の半径を、縦波定在波の波長の１／４の値に設定する。更に、直列連結体の中心軸上、即ち、円盤状部材１４の回転軸上において、円盤状部材１４と第１のブースタ２６との当接位置及び円盤状部材１４と第２のブースタ２７との当接位置を、それぞれ縦波定在波の振動振幅の最大点位置（腹位置）と一致させる。なお、ダイヤモンドブレード１３を固定する環状突起２４の形状は、例えば、弾性応答解析により決定する。その結果、直列連結体が共振振動数で振動した場合、円盤本体２３の外周面の中央位置が、半径方向外側に向けて最大振幅で振動する位置となる。これにより、円盤状部材１４に取付けたダイヤモンドブレード１３を、半径方向外側に向けて最大振幅で超音波振動させることができる。

回転駆動手段１５は、第１のブースタ２６の先側が挿入された状態で第１のブースタ２６と連結する第１の円筒状内殻部材２８と、第２のブースタ２７の先側及び超音波振動子３０が一体で挿入された状態で連結される第２の円筒状内殻部材３１とを有している。ここで、第１の円筒状内殻部材２８の中央部には、第１の円筒状内殻部材２８の回転軸と同心状に収納室３２が形成され、第１のブースタ２６の先側を収納室３２に挿入した際、第１のブースタ２６の側部に、第１のブースタ２６の回転軸と同心状に形成された環状の支持部３３が収納室３２に嵌入される。そして、支持部３３を押え部材３４を介して第１の円筒状内殻部材２８に挟み込むことにより、第１のブースタ２６の回転軸心位置（従って、円盤状部材１４の回転軸心位置）と第１の円筒状内殻部材２８の回転軸心位置を一致させて、第１のブースタ２６と第１の円筒状内殻部材２８を連結することができる。

同様に、第２の円筒状内殻部材３１の中央部には、第２の円筒状内殻部材３１の回転軸と同心状に収納室３５が形成され、第２のブースタ２７の先側及び超音波振動子３０を一体で収納室３５に挿入した際、第２のブースタ２７の側部に、第２のブースタ２７の回転軸と同心状に形成された環状の支持部３６が収納室３５に嵌入される。そして、支持部３６を押え部材３７を介して第２の円筒状内殻部材３１に挟み込むことにより、第２のブースタ２７の回転軸心位置（従って、円盤状部材１４の回転軸心位置）と第２の円筒状内殻部材３１の回転軸心位置を一致させて、第２のブースタ２７と第２の円筒状内殻部材３１を連結することができる。
なお、ダイヤモンドブレード１３の厚さ方向の中心（円盤状部材１４の厚さ方向の中心）が、押え部材３４、３７間の中央に位置するように第１、第２のブースタ２６、２７はそれぞれ第１、第２の円筒状固定内殻２８、３１に連結されている。

また、回転駆動手段１５は、第１の円筒状内殻部材２８を複数（例えば２個）の転がり軸受３８を介して嵌入させて回転自在に保持する第１の円筒状固定外殻３９と、第２の円筒状内殻部材３１を複数（例えば２個）の転がり軸受４０を介して挿通させて回転自在に保持する第２の円筒状固定外殻４１と、第２の円筒状固定外殻４１を挿通した第２の円筒状内殻部材３１の先端部に軸継ぎ手４２を介して接続される回転軸４３を備えたモータ４４とを有している。ここで、ダイヤモンドブレード１３の厚さ方向の中心が、第１、第２の円筒状固定外殻３９、４１間に形成される隙間の中心に位置するように、第１、第２の円筒状固定内殻２８、３１はそれぞれ第１、第２の円筒状固定外殻３９、４１に連結されている。

以上の構成とすることにより、モータ４４を駆動させると、第２の円筒状固定外殻４１で保持された第２の円筒状内殻部材３１を回転することができる。そして、第２の円筒状内殻部材３１が回転すると、第２のブースタ２７、円盤状部材１４及び第１のブースタ２６を介して、第１の円筒状固定外殻３９で保持された第１の円筒状内殻部材２８を回転することができる。その結果、円盤状部材１４を、押え部材３４、３７を介して両持ち支持された状態で回転することができる。

そして、スリップリング４７を介して超音波振動子３０に電力を供給しながら、モータ４４を駆動することにより、ダイヤモンドブレード１３を超音波振動させながら回転させることができる。ここで、円盤状部材１４にダイヤモンドブレード１３を取付けた際、ダイヤモンドブレード１３が押え部材３４、３７間の中央に位置するので、ダイヤモンドブレード１３に作用する切断時の反力は、ダイヤモンドブレード１３の厚さ方向の両側に均等に分散させることができる。このため、ダイヤモンドブレード１３の変形を防止しながら、ダイヤモンドブレード１３を安定して超音波振動させることができる。

図１、図２に示すように、給水手段１６は、超音波振動しながら回転するダイヤモンドブレード１３の下部に形成される切込み側の領域であって、ダイヤモンドブレード１３の厚みの中心に向けて、ダイヤモンドブレード１３の外側から、非乱流状態の水を放水するシャワーノズル４８を有している。ここで、シャワーノズル４８は、支持部材２０の切り込み側の端部の長手方向の中央部に設けられた連結部材４９に、基側が連結ピン５０を介して回動可能となるように取付けられている取付け台５１の先側に、シャワーノズル４８を上下方向Ｚ及び円盤状部材１４の回転軸方向Ｙに沿ってそれぞれ微調整する位置調整機構５２（例えば、ねじ送り機構）を介して配置されている。

図４に示すように、シャワーノズル４８の吐出口５３の上下方向幅は、ダイヤモンドブレード１３の回転軸方向に沿った水平方向幅より大きく形成され、更に、吐出口５３の上、下部には、シャワーノズル４８の長手方向に沿って切れ込み５４、５５（幅がシャワーノズル４８の内径の３０〜７０％、長さが幅の１〜２倍）がそれぞれ設けられている。
このような構成とすることにより、吐出口５３からの水のスプレーパターン５６を、縦方向に扁平な棒状にすることができ、吐出口５３をダイヤモンドブレード１３の外周外側直近に調整することで、扁平な棒状のままダイヤモンドブレード１３に供給でき、ダイヤモンドブレード１３が水と接触する際の接触面積と接触時間を共に大きくすることができる。また、位置調整機構５２により、ダイヤモンドブレード１３の切り込み側において水との接触部位の位置を調節することができ、吐出口５３からの水のスプレーパターン５６に対して、ダイヤモンドブレード１３が水と接触する際の接触面積と接触時間の最適化を図ることができる。

図１、図２に示すように、給水手段１６は、円盤状部材１４及びシリコンウエハ１２の切り込み位置にそれぞれ近接する領域に、円盤状部材１４を中央にして、円盤状部材１４の厚さ方向の両側からそれぞれ水を供給して、ダイヤモンドブレード１３の両側を冷却する放水部を備えた対となるクーラーノズル５７、５８を有している。そして、各クーラーノズル５７、５８は、水の放水高さ位置を調節する高さ調整機構５９（例えば、ねじ送り機構）を介して、取付け台５１の先側に配置されている。
このような構成とすることにより、ダイヤモンドブレード１３に水が直接当たることを防止でき、ダイヤモンドブレード１３の切断中の変形を防止することが可能になる。その結果、切断ラインの蛇行やカーフ幅不良などの切断不良を減少させることができる。ここで、ダイヤモンドブレード１３は超音波振動しているので、ダイヤモンドブレード１３の表面と水との濡れ性が改善され、水による冷却効果が促進される。

図１、図２、図５に示すように、給水手段１６は、テーブル１１の上方に配置され、切断中にテーブル１１に固定されたシリコンウエハ１２の表面に水膜を形成する、例えば、２個のスプレーノズル６０、６１を有し、スプレーノズル６０、６１は取付け台５１の先側に、それぞれ保持部材６２を介して配置されている。ここで、スプレーノズル６０、６１は扇形スプレーパターンを形成する吐出口を備えており、扇形スプレーパターンはシリコンウエハ１２上で、一部が重なり合っている。なお、スプレーノズルの個数は、シリコンウエハ１２のサイズに応じて決定することが好ましく、シリコンウエハ１２のサイズが小さい場合は１個でもよい。

図６に示すように、側面カバー６９は、例えば、ポリカーボネート等の透明又は半透明の材質から形成され、クーラーノズル５７、５８の外側にクーラーノズル５７、５８と隙間を設けて平行にそれぞれ配置され、側面視してＬ字形状の側部材７０、７１を有している。ここで、側部材７０、７１は、Ｌ字形状の長辺側の先端位値をクーラーノズル５７、５８の先端位置に合せて、Ｌ字形状の長辺の長手方向をクーラーノズル５７、５８の長手方向に沿わせると共に、Ｌ字形状の短辺の先側がシャワーノズル４８側に位置するように短辺の長手方向をクーラーノズル５７、５８長手方向に直交させて配置されている。また、側部材７０、７１のＬ字形状の短辺の長手方向に沿った端部は、端部材７２を介して連結している。更に、端部材７２の基側（側部材７０、７１の角部側）は、幅方向に沿って切り欠かれてクーラーノズル５７、５８が通過する挿通部７３が形成され、端部材７２先側（側部材７０、７１の短辺側の先側）の幅方向中央部にはシャワーノズル４８の先側が貫通する挿通孔７４が形成されている。そして、側面カバー６９は、側部材７０、７１の短辺側の先部と端部材７２の先部をそれぞれ取付け台５１の先側に当接させた状態で固定されている。

そして、シャワーノズル４８、各クーラーノズル５７、５８、側面カバー６９及びスプレーノズル６０、６１が、共通の取付け台５１の先側にそれぞれ配置され、取付け台５１の基部が支持部材２０に、取付け台５１の先側が上方に向けて回動可能に取付けられているので、図５、図７に示すように、固定ピン６３による固定状態を解除して、取付け台５１の先側を上方に持ち上げるようにして、取付け台５１を回動する一つの操作で、シャワーノズル４８をダイヤモンドブレード１３から、各クーラーノズル５７、５８及び側面カバー６９を円盤状部材１４から、スプレーノズル６０、６１をシリコンウエハ１２を固定するテーブル１１から一括して退避させることができる。その結果、円盤状部材１４の突出部２２と第２のブースタ２７とのスタッドボルト２５による連結を解除して、第１の円筒状固定外殻３９を第２の円筒状固定外殻４１から引き離すことができ、図８に示すように、ダイヤモンドブレード１３が固定された円盤状部材１４の外側周囲から、障害物を取り除くことができる。

図９に示すように、ダイヤモンドブレード１３の切り抜け側に発生する水の飛沫を捕集するディフューザ６５は、ディフューザ６５の開口部の中央前方に、ダイヤモンドブレード１３が位置するように、即ち、ダイヤモンドブレード１３を中央にして、ダイヤモンドブレード１３の切り込み側に設けられたシャワーノズル４８の吐出口５３に対向するように、支持部材２０の切り抜け側の端部に、取付け部材６４を介してして配置されている。そして、ディフューザ６５の先側の開口部の断面積は、ディフューザ６５の基側の排出口部の断面積より大きく形成されており、これにより、シリコンウエハ１２を切り抜けたダイヤモンドブレード１３の切り抜け側が、ディフューザ６５の先側により外側から覆われる状態になって、切断時に発生する水の飛沫を効率的に捕集することができる。なお、ディフューザは、ディフューザで切断時に発生する水の飛沫が効率的に捕集されるのであれば、開口部から排出口部まで直胴状の形状とすることも、開口部の断面積より排出口部の断面積を大きくすることも可能である。ディフューザ６５はシリコンウエハ１２の直上部に配置され、更にディフューザ６５の下部は開放されていて、水の飛沫の中で大粒の水滴が排気気流に乗らずに降下しても、シャワーノズル４８より散布されシリコンウエハ１２上に形成された水膜に捕集され除去されるので、多量の水滴がディフューザ６５に集まっても排気能力の劣化はない。

図１、図２に示すように、超音波振動切断機１０は、テーブル１１、円盤状部材１４、振動機構４６、回転駆動手段１５、給水手段１６、ディフューザ６５、取付け台５１、及びディフューザ６５の下流側に配置された排気ボックス６６を一体で覆うシールカバー６８を有し、シールカバー６８には、シールカバー６８内に空気を供給する図示しない送気口と図示しない開閉扉が設けられている。これにより、開閉扉を開状態にすることで、テーブル１１に対するシリコンウエハ１２の着脱、給水手段１６の操作及び調整、ダイヤモンドブレード１３の交換などの機器の保守点検を容易に行うことができると共に、開閉扉を閉状態にすることで、シリコンウエハ１２の切断作業時に、シールカバー６８内に送気口から排気ボックス６６の開口に向かう空気の流れを効率的に形成することができ、水の飛沫がシールカバー６８内に拡散して充満するのを防止することができる。

ここで、ディフューザ６５の下流側に配置された排気ボックス６６の内部は、シールカバー６８内の気圧より低い圧力に設定されている。そして、排気ボックス６６のディフューザ６５に対向する側部は幅広となって、円盤状部材１４の回転軸心方向Ｙに沿って伸びる開口（図示せず）が形成され、排気ボックス６６の、例えば天井部には、図示しない排風機と連通する排気ダクト６７が接続されている。
このような構成とすることにより、ディフューザ６５の排出口部側を排気ボックス６６の開口から排気ボックス６６内に挿入した状態で、切断時にダイヤモンドブレード１３と共にディフューザ６５を、切断方向であるＸ方向、円盤状部材１４の回転軸方向Ｙ及び上下方向Ｚにそれぞれ移動することができる。これにより、ディフューザ６５を介して、シャワーノズル４８、各クーラーノズル５７、５８及びスプレーノズル６０、６１から放出され、シリコンウエハ１２や回転するダイヤモンドブレード１３及び円盤状部材１４によりはじかれて発生した水の飛沫を発生箇所の周辺から効率的に排気ボックス６６内に流入させて捕集することができ、捕集された水の飛沫は排気ダクト６７を通り外部に排出される。

続いて、本発明の一実施の形態に係る超音波振動切断機１０の作用について説明する。
超音波振動切断機１０においては、給水手段１６のシャワーノズル４８より、ダイヤモンドブレード１３の外側から、ダイヤモンドブレード１３の厚みの中心に向けて水を放水するので、ダイヤモンドブレード１３の厚み方向両側に対称的な切削水の流れを形成できる。そして、ダイヤモンドブレード１３に放水する水は非乱流状態のため、水とダイヤモンドブレード１３との相互作用を、ダイヤモンドブレード１３の厚み方向両側で同等にすることができる。更に、ディフューザ６５をシャワーノズル４８に対向して配置するので、回転するダイヤモンドブレード１３により形成される空気の巻き込み及び水の飛沫をディフューザ６５に向かう流れとすることができる。

ここで、図３に示すように、ダイヤモンドブレード１３の厚さ方向の中心が、押え部材３４、３７間の中央に位置するように配置されているので、切断時にダイヤモンドブレード１３の切り込み側からディフューザ６５に向かう空気及び水の飛沫の流れが通過する流路Ｓは、ダイヤモンドブレード１３を中央にしてダイヤモンドブレード１３の両側において対称となる。このため、回転するダイヤモンドブレード１３の周辺に形成される空気と水の飛沫の流れは、ダイヤモンドブレード１３の厚み方向両側で対称的となって、シリコンウエハ１２の切断中におけるダイヤモンドブレード１３の変形が防止され、シリコンウエハ１２の精度の高い切断を行うことが可能になる。

給水手段１６に設けられたシャワーノズル４８の吐出口５３の上下方向幅が、ダイヤモンドブレード１３の回転軸方向に沿った水平方向幅より大きいので、ダイヤモンドブレード１３が水と接触する際の接触面積と接触時間を共に大きくすることができ、超音波振動を利用したダイヤモンドブレード１３の洗浄を効果的に行うことが可能になる。なお、シャワーノズル４８が、シャワーノズル４８を上下方向Ｚ及び回転軸方向Ｙに沿ってそれぞれ微調整する位置調整機構５２を有しているので、ダイヤモンドブレード１３の切り込み側における水との接触部位を調節することができ、ダイヤモンドブレード１３が水と接触する際の接触面積と接触時間の最適化を図ることができる。

また、給水手段１６が、円盤状部材１４及びシリコンウエハ１２の切り込み位置にそれぞれ近接する領域に、円盤状部材１４を中央にして両側からそれぞれ水を供給する対となるクーラーノズル５７、５８を有し、各クーラーノズル５７、５８は水の放水高さ位置を調節する高さ調整機構５９を備えているので、ダイヤモンドブレード１３に水が直接当たることを防止できる。
そして、図１０に示すように、側面カバー６９が、シリコンウエハ１２の切断時に、円盤状部材１４に固定されたダイヤモンドブレード１３の下部と切込み側、クーラーノズル５７、５８の放水部及びシャワーノズル４８の先側を一体的に覆っているので、厚さが数ミクロンから数百ミクロン程度のダイヤモンドブレード１３が高速で回転するときの周辺の気流、水流を安定化させることができ、流れの撹乱によるダイヤモンドブレード１３への悪影響を低減させることができ、ダイヤモンドブレード１３の切断中の変形を防止することが可能になる。その結果、切断ラインの蛇行やカーフ幅不良などの切断不良を減少させることができる。一方、ダイヤモンドブレード１３は超音波振動しているので、ダイヤモンドブレード１３の表面と水との濡れ性が改善され、水による冷却効果が促進される。これにより、切断速度を上昇させても、切断不良であるチッピングの発生を抑えることができる。また、水による冷却効果が促進されるため、水を大流量かつ高水圧で供給する必要がなくなり、ダイヤモンドブレード１３の切断中の変形が更に抑制され、精度のより高い切断を行うことが可能になる。

更に、給水手段１６が、テーブル１１の上方に配置され、切断中にテーブル１１に固定されたシリコンウエハ１２の表面に水膜を形成するスプレーノズル６０、６１を有するので、切断時に水の飛沫がシリコンウエハ１２の表面に付着しても乾燥することを防止でき、水の飛沫に含まれるシリコンウエハ１２の微細粒子（切断屑）がシリコンウエハ１２の表面に付着することにより発生するウォーターマークと呼ばれる欠陥を防止できる。

そして、シャワーノズル４８、各クーラーノズル５７、５８、側面カバー６９及びスプレーノズル６０、６１が、共通の取付け台５１の先側にそれぞれ配置され、取付け台５１の基部が支持部材２０に回動可能に取付けられているので、取付け台５１の先側を上方に持ち上げるようにして、取付け台５１を回動する一つの操作で、シャワーノズル４８をダイヤモンドブレード１３から、各クーラーノズル５７、５８を円盤状部材１４から、スプレーノズル６０、６１をシリコンウエハ１２を固定するテーブル１１から、側面カバー６９を円盤状部材１４から一括して退避させることができる。これにより、図８に示すように、ダイヤモンドブレード１３が固定された円盤状部材１４を回転軸方向Ｙに両持ちに支持する超音波振動切断機１０であっても、ダイヤモンドブレード１３が固定された円盤状部材１４を、支持部材２０に設けられたスライドガイド４５に沿って第１の円筒状固定外殻３９をスライドさせることによって、第２の円筒状固定外殻４１内の第２のブースタ２７から容易に取外すことができ、ダイヤモンドブレード１３の交換作業を安全かつ短時間で行うことが可能になる。その結果、超音波振動切断機１０の稼働率を向上できる。

超音波振動切断機１０の排気ボックス６６が、ディフューザ６５の下流側に配置され、円盤状部材１４の回転軸方向Ｙに沿って伸びる幅広で、ディフューザ６５の排出口部が挿入される開口を備え、内部が大気圧より低い圧力に設定された排気ボックス６６を有しているので、ディフューザ６５を介して、各種ノズル４８、５７、５８、６０、６１から放出され、シリコンウエハ１２や回転するダイヤモンドブレード１３及び円盤状部材１４によりはじかれて発生した水の飛沫を発生箇所の周辺で効率的に排気ボックス６６内に流入させることができる。その結果、超音波振動切断機１０の回転駆動手段１５や給水手段１６に水の飛沫が付着することによる超音波振動切断機汚染、シリコンウエハ１２表面に水の飛沫が付着することによるシリコンウエハ汚染の発生を低減することができる。

以上、本発明を、実施の形態を参照して説明してきたが、本発明は何ら上記した実施の形態に記載した構成に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載されている事項の範囲内で考えられるその他の実施の形態や変形例も含むものである。
更に、本実施の形態とその他の実施の形態や変形例にそれぞれ含まれる構成要素を組合わせたものも、本発明に含まれる。
例えば、シャワーノズルを、ダイヤモンドブレードの下部に形成される切込み側に配置したが、シャワーノズルは、ダイヤモンドブレードの切抜け側に配置することもできる。シャワーノズルをダイヤモンドブレードの切抜け側に配置すると、ダイヤモンドブレードの回転方向と、シャワーノズルの吐出口から放水される水の流れを向流とすることができる。このため、切抜け側でダイヤモンドブレードを超音波洗浄する方が、より高い洗浄効果が期待できる。
なお、本実施の形態では、円盤状部材を回転軸方向に両持ちに支持する構造としたが、円盤状部材を回転軸方向に片持ちに支持する構造としても、本発明は適用可能である。

１０：超音波振動切断機、１１：テーブル、１２：シリコンウエハ、１３：ダイヤモンドブレード、１４：円盤状部材、１５：回転駆動手段、１６：給水手段、１８：吸着パッド、１９：搭載台、２０：支持部材、２１、２２：突出部、２３：円盤本体、２４：環状突起、２５：スタッドボルト、２６：第１のブースタ、２７：第２のブースタ、２８：第１の円筒状内殻部材、２９：スタッドボルト、３０：超音波振動子、３１：第２の円筒状内殻部材、３２：収納室、３３：支持部、３４：押え部材、３５：収納室、３６：支持部、３７：押え部材、３８：転がり軸受、３９：第１の円筒状固定外殻、４０：転がり軸受、４１：第２の円筒状固定外殻、４２：軸継ぎ手、４３：回転軸、４４：モータ、４５：スライドガイド、４６：振動機構、４７：スリップリング、４８：シャワーノズル、４９：連結部材、５０：連結ピン、５１：取付け台、５２：位置調整機構、５３：吐出口、５４、５５：切れ込み、５６：スプレーパターン、５７、５８：クーラーノズル、５９：高さ調整機構、６０、６１：スプレーノズル、６２：保持部材、６３：固定ピン、６４：取付け部材、６５：ディフューザ、６６：排気ボックス、６７：排気ダクト、６８：シールカバー、６９：側面カバー、７０、７１：側部材、７２：端部材、７３：挿通部、７４：挿通孔

Claims (9)

1. Ｘ方向に移動可能なテーブル上に固定された被切断物を切断する環状のダイヤモンドブレードが外周側に突出状態で固定される円盤状部材と、該円盤状部材を介して前記ダイヤモンドブレードを超音波振動させる振動機構と、前記円盤状部材を回転させる回転駆動手段と、前記被切断物及び前記ダイヤモンドブレードに水を供給する給水手段と、前記円盤状部材、前記振動機構、前記回転駆動手段、及び前記給水手段が取付けられて、上下方向Ｚ及び前記円盤状部材の回転軸方向Ｙに移動可能な支持部材とを有する超音波振動切断機において、
   前記給水手段は、前記ダイヤモンドブレードの両側を冷却するクーラーノズルを有すると共に、前記ダイヤモンドブレードの厚みの中心に向けて、該ダイヤモンドブレードの外側から、非乱流状態の水を放水するシャワーノズルを有し、更に、前記支持部材には、前記ダイヤモンドブレードの切り抜け側に発生する水の飛沫を捕集する捕集手段と、前記クーラーノズルの外側にそれぞれ配置され、前記ダイヤモンドブレードの一部及び該クーラーノズルの一部を囲う側面カバーが取付けられていることを特徴とする超音波振動切断機。
2. 請求項１記載の超音波振動切断機において、前記捕集手段は、該捕集手段の開口部の中央前方に、前記ダイヤモンドブレードが位置することを特徴とする超音波振動切断機。
3. 請求項１又は２記載の超音波振動切断機において、前記シャワーノズルの吐出口の上下方向幅は、前記ダイヤモンドブレードの回転軸方向に沿った水平方向幅より大きいことを特徴とする超音波振動切断機。
4. 請求項１〜３のいずれか１項に記載の超音波振動切断機において、前記シャワーノズルは、該シャワーノズルを前記上下方向Ｚ及び前記回転軸方向Ｙに沿ってそれぞれ微調整する位置調整機構を有していることを特徴とする超音波振動切断機。
5. 請求項１〜４のいずれか１項に記載の超音波振動切断機において、前記クーラーノズルは、該クーラーノズルの放水高さ位置を調節する高さ調整機構を有していることを特徴とする超音波振動切断機。
6. 請求項１〜５のいずれか１項に記載の超音波振動切断機において、前記給水手段は、前記テーブルの上方に配置され、切断中の前記被切断物の表面に水膜を形成するスプレーノズルを有することを特徴とする超音波振動切断機。
7. 請求項１〜６のいずれか１項に記載の超音波振動切断機において、前記側面カバーは、前記被切断物の切断時に、前記円盤状部材に固定された前記ダイヤモンドブレードの下部と切込み側、前記クーラーノズルの放水部及び前記シャワーノズルの先側を一体的に覆っていることを特徴とする超音波振動切断機。
8. 請求項６記載の超音波振動切断機において、前記シャワーノズル、前記クーラーノズル、前記側面カバー及び前記スプレーノズルは、共通の取付け台にそれぞれ配置され、該取付け台の基部は前記支持部材に回動可能に取付けられていることを特徴とする超音波振動切断機。
9. 請求項８記載の超音波振動切断機において、前記テーブル、前記円盤状部材、前記振動機構、前記回転駆動手段、前記給水手段、前記捕集手段、前記取付け台及び前記捕集手段の下流側に配置された排気ボックスを一体で覆うシールカバーを有し、該シールカバーには該シールカバー内に空気を供給する送気口が設けられ、前記排気ボックスの内部は前記シールカバー内の気圧より低い圧力に設定されていることを特徴とする超音波振動切断機。

Images