JP2017050460A - 溶液製造装置 - Google Patents

Abstract

【課題】導入のコストを低く抑えることができる溶液製造装置を提供する。【解決手段】被加工物（１１）を保持するチャックテーブル（１４）と、チャックテーブルに保持された被加工物を加工する加工手段（１８）と、を備える加工装置（２）において使用される溶液を製造する溶液製造装置（４４）であって、純水に炭酸ガスを溶解させる中空糸膜を含む溶解ユニット（４６）と、溶解ユニットに純水を供給する純水供給路（４８）と、純水に溶解させる炭酸ガスを供給する炭酸ガス供給路（６０）と、炭酸ガスを希釈する希釈用ガスを供給する希釈用ガス供給路（６８）と、第１流量調整弁（５８）を介して炭酸ガス供給路の下流側に接続されるとともに、第２流量調整弁（６６）を介して希釈用ガス供給路の下流側に接続され、炭酸ガスと希釈用ガスとが混合された混合ガスを溶解ユニットに供給する混合ガス供給路（５６）と、を備える。【選択図】図２

Description

本発明は、二酸化炭素を溶解させた溶液を製造する溶液製造装置に関する。

半導体やセラミック、樹脂等の材料でなる板状の被加工物を加工する際に、円環状の切削ブレードを備える切削装置を使用することがある。この切削装置では、被加工物の切削によって発生する切削屑の排出や、被加工物の冷却等を目的として、加工点の近傍に切削液が供給される。

上述した切削液として、例えば、比抵抗の高い純水を用いると、摩擦によって発生する静電気で被加工物が帯電し、この被加工物に形成されている集積回路等のデバイスが破損し易くなる。そのため、近年では、微量の二酸化炭素（ＣＯ_２）を純水に溶解させた比抵抗の低い溶液（炭酸水）を切削液として使用する機会が増えている。

一方、切削液として使用される溶液中の二酸化炭素の濃度が高くなり過ぎると、酸性度が上がって、被加工物に設けられたボンディングパッドや切削ブレードが腐食してしまう。そこで、溶液中の二酸化炭素の濃度を高い精度で制御できる流体混合装置が提案されている（例えば、特許文献１参照）。

この流体混合装置では、二酸化炭素を高濃度に溶解させた純水を２段階で希釈することによって、二酸化炭素の濃度が適切に調整された大量（例えば、４Ｌ／ｍｉｎ〜１２Ｌ／ｍｉｎ）の溶液を得ている。これにより、切削液の使用量が多い用途であっても、溶液中の二酸化炭素の濃度を安定させることができる。

特開２００３−２９１０６５号公報

ところで、上述の溶液（炭酸水）は、被加工物を洗浄する際の洗浄液として使用されることもある。しかしながら、洗浄液の使用量は、切削液の使用量に比べて少ないので（例えば、１Ｌ／ｍｉｎ以下）、洗浄液として使用するために複雑な２段階希釈が採用された流体混合装置を導入すると、コストの面で問題が生じてしまう。

また、切削液として使用する場合にも、大量の溶液を必要としない状況が想定され得る。本発明はかかる問題点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、導入のコストを低く抑えることができる溶液製造装置を提供することである。

本発明によれば、被加工物を保持するチャックテーブルと、該チャックテーブルに保持された被加工物を加工する加工手段と、を備える加工装置において使用される溶液を製造する溶液製造装置であって、純水に炭酸ガスを溶解させる中空糸膜を含む溶解ユニットと、該溶解ユニットに該純水を供給する純水供給路と、該純水に溶解させる該炭酸ガスを供給する炭酸ガス供給路と、該炭酸ガスを希釈する希釈用ガスを供給する希釈用ガス供給路と、第１流量調整弁を介して該炭酸ガス供給路の下流側に接続されるとともに、第２流量調整弁を介して該希釈用ガス供給路の下流側に接続され、該炭酸ガスと該希釈用ガスとが混合された混合ガスを該溶解ユニットに供給する混合ガス供給路と、を備え、該炭酸ガスの流量と該希釈用ガスの流量とを調整して混合された該混合ガスを該中空糸膜で該純水に溶解させることにより、二酸化炭素の濃度が調整された該溶液を製造することを特徴とする溶液製造装置が提供される。

本発明において、該加工装置は、被加工物を洗浄する洗浄手段を更に備え、該洗浄手段で使用される該溶液を製造することが好ましい。

また、本発明において、該希釈用ガスは、エアー又は窒素であることが好ましい。

本発明に係る溶液製造装置では、炭酸ガスの流量と希釈用ガスの流量とを調整して混合された混合ガスを中空糸膜で純水に溶解させるので、従来よりも装置の構成が簡単になる。よって、導入のコストを低く抑えることができる。また、本発明に係る溶液製造装置は、構成要素が少なく小型なので、加工装置への搭載も容易である。

加工装置の構成例を模式的に示す図である。 洗浄液製造ユニットの構成例を模式的に示すブロック図である。

添付図面を参照して、本発明の実施形態について説明する。図１は、本実施形態に係る加工装置の構成例を模式的に示す図である。なお、本実施形態では、板状の被加工物を切削する切削装置を例に挙げて説明するが、本発明の加工装置は、研削装置や研磨装置等でも良い。

図１に示すように、加工装置２は、各構造を支持する基台４を備えている。基台４の前方の角部には、昇降可能なカセット支持台６が設けられている。カセット支持台６の上面には、複数の被加工物１１を収容する直方体状のカセット８が載せられる。なお、図１では、説明の便宜上、カセット８の輪郭のみを示している。

被加工物１１は、例えば、シリコン等の半導体材料でなる円形のウェーハであり、その表面側は、中央のデバイス領域と、デバイス領域を囲む外周余剰領域とに分けられている。デバイス領域は、格子状に配列された分割予定ライン（ストリート）でさらに複数の領域に区画されており、各領域には、ＩＣ、ＬＳＩ等のデバイスが形成されている。

被加工物１１の裏面側には、被加工物１１より大径のダイシングテープ１３が貼り付けられている。ダイシングテープ１３の外周部分は、環状のフレーム１５に固定されている。すなわち、被加工物１１は、ダイシングテープ１３を介してフレーム１５に支持されている。

なお、本実施形態では、シリコン等の半導体材料でなる円形のウェーハを被加工物１１としているが、被加工物１１の材質、形状等に制限はない。例えば、サファイア等の材料でなるセラミックス基板、樹脂基板、金属基板等を被加工物１１として用いることもできる。

カセット支持台６の側方には、Ｘ軸方向（前後方向、切削送り方向）に長い矩形の開口４ａが形成されている。この開口４ａ内には、Ｘ軸移動テーブル１０、Ｘ軸移動テーブル１０をＸ軸方向に移動させるＸ軸移動機構（不図示）、及びＸ軸移動機構を覆う防塵防滴カバー１２が設けられている。

Ｘ軸移動機構は、Ｘ軸方向に平行な一対のＸ軸ガイドレール（不図示）を備えており、Ｘ軸ガイドレールには、Ｘ軸移動テーブル１０がスライド可能に取り付けられている。Ｘ軸移動テーブル１０の下面側には、ナット部（不図示）が設けられており、このナット部には、Ｘ軸ガイドレールに平行なＸ軸ボールネジ（不図示）が螺合されている。

Ｘ軸ボールネジの一端部には、Ｘ軸パルスモータ（不図示）が連結されている。Ｘ軸パルスモータでＸ軸ボールネジを回転させることで、Ｘ軸移動テーブル１０はＸ軸ガイドレールに沿ってＸ軸方向に移動する。

Ｘ軸移動テーブル１０の上方には、被加工物１１を保持するチャックテーブル１４が設けられている。チャックテーブル１４の周囲には、被加工物１１を支持する環状のフレーム１５を四方から固定する４個のクランプ１６が設置されている。

チャックテーブル１４は、モータ等の回転駆動源（不図示）に連結されており、Ｚ軸方向（鉛直方向）に概ね平行な回転軸の周りに回転する。また、チャックテーブル１４は、上述のＸ軸移動機構でＸ軸方向に加工送りされる。チャックテーブル１４の上面は、被加工物１１を保持する保持面となっている。この保持面は、チャックテーブル１４の内部に形成された流路等を通じて吸引源（不図示）に接続されている。

開口４ａに隣接する位置には、被加工物１１を切削する切削ユニット（加工手段）１８を支持する片持ち梁状の支持構造２０が配置されている。支持構造２０の前面上部には、切削ユニット１８をＹ軸方向（左右方向、割り出し送り方向）及びＺ軸方向（鉛直方向）に移動させる切削ユニット移動機構２２が設けられている。

切削ユニット移動機構２２は、支持構造２０の前面に配置されＹ軸方向に平行な一対のＹ軸ガイドレール２４を備えている。Ｙ軸ガイドレール２４には、切削ユニット移動機構２２を構成するＹ軸移動プレート２６がスライド可能に取り付けられている。

Ｙ軸移動プレート２６の裏面側（後面側）には、ナット部（不図示）が設けられており、このナット部には、Ｙ軸ガイドレール２４に平行なＹ軸ボールネジ２８が螺合されている。Ｙ軸ボールネジ２８の一端部には、Ｙ軸パルスモータ（不図示）が連結されている。Ｙ軸パルスモータでＹ軸ボールネジ２８を回転させれば、Ｙ軸移動プレート２６は、Ｙ軸ガイドレール２４に沿ってＹ軸方向に移動する。

Ｙ軸移動プレート２６の表面（前面）には、Ｚ軸方向に平行な一対のＺ軸ガイドレール３０が設けられている。Ｚ軸ガイドレール３０には、Ｚ軸移動プレート３２がスライド可能に取り付けられている。

Ｚ軸移動プレート３２の裏面側（後面側）には、ナット部（不図示）が設けられており、このナット部には、Ｚ軸ガイドレール３０に平行なＺ軸ボールネジ３４が螺合されている。Ｚ軸ボールネジ３４の一端部には、Ｚ軸パルスモータ３６が連結されている。Ｚ軸パルスモータ３６でＺ軸ボールネジ３４を回転させれば、Ｚ軸移動プレート３２は、Ｚ軸ガイドレール３０に沿ってＺ軸方向に移動する。

Ｚ軸移動プレート３２の下部には、切削ユニット１８が設けられている。この切削ユニット１８は、スピンドル（不図示）の一端側に装着された円環状の切削ブレード３８を備えている。スピンドルの他端側にはモータ等の回転駆動源（不図示）が連結されており、切削ブレード３８は、回転駆動源から伝達される回転力によって回転する。また、切削ユニット１８に隣接する位置には、被加工物１１を撮像するカメラ４０が設置されている。

切削ユニット移動機構２２でＹ軸移動プレート２６をＹ軸方向に移動させれば、切削ユニット１８及びカメラ４０は、Ｘ軸方向に垂直なＹ軸方向に割り出し送りされる。また、切削ユニット移動機構２２でＺ軸移動プレート３２をＺ軸方向に移動させれば、切削ユニット１８及びカメラ４０は、昇降する。

開口４ａに対してカセット支持台６と反対側の位置には、円形の開口４ｂが形成されている。開口４ｂ内には、純水に炭酸ガス（二酸化炭素）を溶解させた洗浄液を用いて被加工物１１を洗浄する洗浄ユニット（洗浄手段）４２が設けられている。

洗浄ユニット４２は、上記洗浄液を含む流体を噴射するノズル４２ａを備えている。このノズル４２ａには、洗浄液となる溶液を製造する洗浄液製造ユニット（溶液製造装置）４４が接続されている。洗浄液製造ユニット４４の構成については、後に詳述する。

このように構成された加工装置２で被加工物１１を加工（切削）する際には、まず、被加工物１１をカセット８から搬出してチャックテーブル１４に保持させる。次に、チャックテーブル１４と切削ユニット１８とを相対的に移動、回転させて、加工対象となる分割予定ラインの延長線上に切削ブレード３８の位置を合わせる。

その後、切削ブレード３８を回転させつつ被加工物１１に接触可能な高さまで下降させ、さらに、チャックテーブル１４を加工対象の分割予定ラインに対して平行に移動させる。これにより、被加工物１１を分割予定ラインに沿って切削できる。切削後の被加工物１１は、例えば、チャックテーブル１４から搬出されて、洗浄ユニット４２で洗浄される。

図２は、洗浄液製造ユニット４４の構成例を模式的に示すブロック図である。図２に示すように、本実施形態に係る洗浄液製造ユニット４４は、純水に炭酸ガスをバブリング（通気）して溶液（炭酸水）を生成する溶解ユニット４６を備えている。

溶解ユニット４６は、ＲＯ膜（Reverse Osmosis Membrane）、ＭＦ膜（Microfiltration Membrane）、ＵＦ膜（Ultrafiltration Membrane）等のろ過膜をチューブ状に加工した中空糸膜を含む。この中空糸膜により、純水と炭酸ガスとの接触面積が広くなるので、純水に炭酸ガスを効率良く溶解させて溶液を生成できる。

溶解ユニット４６には、純水を供給する純水供給路４８の下流端が接続されている。純水供給路４８の上流側には、圧力調整弁５０を介して純水供給源５２が接続されており、純水供給源５２の純水は、圧力調整弁５０で圧力を調整された後に、純水供給路４８を通じて溶解ユニット４６へと供給される。なお、純水供給路４８には、供給される純水の流量を計測する流量計５４が設置されている。

また、溶解ユニット４６には、炭酸ガスを希釈用ガスで希釈した混合ガスを供給する混合ガス供給路５６の下流端が接続されている。混合ガス供給路５６の上流側は分岐されており、その一方には、第１流量調整弁５８を介して炭酸ガス供給路６０の下流端が接続されている。

炭酸ガス供給路６０の上流側には、圧力調整弁６２を介して炭酸ガス供給源６４が接続されており、炭酸ガス供給源６４の炭酸ガスは、圧力調整弁６２で圧力を調整された後に、炭酸ガス供給路６０及び第１流量調整弁５８を通じて混合ガス供給路５６へと供給される。

混合ガス供給路５６の分岐の他方には、第２流量調整弁６６を介して希釈用ガス供給路６８の下流端が接続されている。希釈用ガス供給路６８の上流側には、圧力調整弁７０を介して希釈用ガス供給源７２が接続されており、希釈用ガス供給源７２の希釈用ガスは、圧力調整弁７０で圧力を調整された後に、希釈用ガス供給路６８及び第２流量調整弁６６を通じて混合ガス供給路５６へと供給される。

ここで、希釈用ガス供給源７２から供給される希釈用ガスとしては、純水に溶解し難いエアーや窒素等を用いることが好ましい。この場合には、実質的に、炭酸ガス及び希釈用ガス中の二酸化炭素の溶解だけを考慮すれば足りるので、溶液の製造が容易になる。

混合ガス供給路５６と炭酸ガス供給路６０との接続部（すなわち、第１流量調整弁５８の近傍）には、供給される炭酸ガスの流量を計測する流量計７４が設置されている。同様に、混合ガス供給路５６と希釈用ガス供給路６８との接続部（すなわち、第２流量調整弁６６の近傍）には、供給される希釈用ガスの流量を計測する流量計７６が設置されている。

炭酸ガス供給路６０及び希釈用ガス供給路６８を通じて混合ガス供給路５６に供給された炭酸ガス及び希釈用ガスは、混合ガス供給路５６内で混合された後、溶解ユニット４６へと供給される。なお、混合ガス供給路５６内には、炭酸ガスと希釈用ガスとの混合に適した流れ（例えば、混合を促進させる渦状の流れ）を生成する任意の構造を設けても良い。これにより、炭酸ガスと希釈用ガスとの混合不足に起因する溶液の濃度ばらつき等を抑制できる。

炭酸ガスと希釈用ガスとの混合ガスは、中空糸膜を含む溶解ユニット４６において純水にバブリング（通気）される。これにより、二酸化炭素が溶解された溶液（炭酸水）を生成できる。溶解ユニット４６には、生成された溶液を外部へと供給するための溶液供給路７８が接続されている。溶液供給路７８の下流端には、第３流量調整弁８０を介して外部供給路８２が接続されている。

図１に示すように、外部供給路８２の下流側には、洗浄ユニット４２のノズル４２ａが接続されており、洗浄液製造ユニット４４で生成された溶液は、外部供給路８２を通じてノズル４２ａへと供給される。これにより、上述した溶液を洗浄液として使用できる。

なお、溶液供給路７８と外部供給路８２との接続部（すなわち、第３流量調整弁８０の近傍）には、供給される溶液（炭酸水）の流量を計測する流量計８４が設置されている。また、溶解ユニット４６には、加工装置２を停止させる場合等に、不要な溶液を排出するドレイン８６が接続されている。

上述した洗浄液製造ユニット（溶液製造装置）４４で溶液を製造する際には、純水、炭酸ガス、及び希釈用ガスの圧力を、例えば、０．１ＭＰａ〜０．３ＭＰａに調整する。ただし、純水、炭酸ガス、及び希釈用ガスの圧力に制限はなく、溶解ユニット４６の許容範囲内で任意に変更できる。なお、純水、炭酸ガス、及び希釈用ガスの圧力は、それぞれ、圧力調整弁５０，６２，７０で調整される。

ここで、炭酸ガス及び希釈用ガスの圧力は、純水の圧力より低めに調整されることが望ましい。これにより、適切なバブリングを実施し易くなる。また、炭酸ガス及び希釈用ガスの圧力は、同程度となるように調整されることが望ましい。この場合には、炭酸ガス及び希釈用ガスの流量比の調整が容易である。

純水の流量は、例えば、０．１Ｌ／ｍｉｎ〜０．５Ｌ／ｍｉｎに調整される。ただし、純水の流量に制限はなく、溶解ユニット４６の処理能力等に応じて任意に変更できる。なお、純水の流量は、生成される溶液の流量に対応しており、第３流量調整弁８０で調整される。

炭酸ガス及び希釈用ガスの流量は、所望の二酸化炭素濃度を実現できる流量比となるように調整される。例えば、比抵抗が０．５ＭΩ・ｃｍの溶液（炭酸水）を製造したい場合には、溶液中の二酸化炭素の濃度を３ｐｐｍ程度にする必要がある。よって、炭酸ガス及び希釈用ガスの流量を、この濃度が実現される流量比となるように調整する。

例えば、０．２Ｌ／ｍｉｎの流量の純水と０．１ＭＰａの炭酸ガス（１００％の二酸化炭素）とを供給することで、３０００ｐｐｍ程度の二酸化炭素濃度の溶液（炭酸水）が得られる溶解ユニット４６を想定する。この場合、希釈用ガスとしてエアーを用いるのであれば、エアー中の二酸化炭素濃度（例えば、０．０４７７％）を考慮して、炭酸ガス（１００％）とエアーとの流量比を、例えば、１：１８７５程度に調整する。この条件により、二酸化炭素の濃度が３ｐｐｍ程度の溶液（炭酸水）を製造できる。なお、炭酸ガス及び希釈用ガスの流量は、それぞれ、第１流量調整弁５８及び第２流量調整弁６６で調整される。

以上のように、本実施形態に係る洗浄液製造ユニット（溶液製造装置）４４では、炭酸ガスの流量と希釈用ガスの流量とを調整して混合された混合ガスを中空糸膜で純水に溶解させるので、従来よりも装置の構成が簡単になる。よって、導入のコストを低く抑えることができる。また、本実施形態に係る洗浄液製造ユニット４４は、構成要素が少なく小型なので、加工装置２への搭載も容易である。

なお、本発明は上記実施形態の記載に限定されず、種々変更して実施可能である。例えば、上記実施形態では、洗浄ユニット（洗浄手段）４２において洗浄液として使用される溶液を製造する洗浄液製造ユニット（溶液製造装置）４４を例示しているが、本発明の溶液製造装置の用途に制限はない。

例えば、本発明の溶液製造装置は、切削ユニット（加工手段）１８において切削液（加工液）として使用される溶液を製造するために用いられても良い。なお、本発明に係る溶液製造装置は、低コスト、小型である一方、溶液の供給能力はそれほど高くないので、溶液の供給量を増やしたい場合等には、１台の加工装置２に複数の溶液製造装置を搭載しても良い。

その他、上記実施形態に係る構成、方法等は、本発明の目的の範囲を逸脱しない限りにおいて適宜変更して実施できる。

２ 加工装置
４ 基台
４ａ，４ｂ 開口
６ カセット支持台
８ カセット
１０ Ｘ軸移動テーブル
１２ 防塵防滴カバー
１４ チャックテーブル
１６ クランプ
１８ 切削ユニット（加工手段）
２０ 支持構造
２２ 切削ユニット移動機構
２４ Ｙ軸ガイドレール
２６ Ｙ軸移動プレート
２８ Ｙ軸ボールネジ
３０ Ｚ軸ガイドレール
３２ Ｚ軸移動プレート
３４ Ｚ軸ボールネジ
３６ Ｚ軸パルスモータ
３８ 切削ブレード
４０ カメラ
４２ 洗浄ユニット（洗浄手段）
４２ａ ノズル
４４ 洗浄液製造ユニット（溶液製造装置）
４６ 溶解ユニット
４８ 純水供給路
５０ 圧力調整弁
５２ 純水供給源
５４ 流量計
５６ 混合ガス供給路
５８ 第１流量調整弁
６０ 炭酸ガス供給路
６２ 圧力調整弁
６４ 炭酸ガス供給源
６６ 第２流量調整弁
６８ 希釈用ガス供給路
７０ 圧力調整弁
７２ 希釈用ガス供給源
７４ 流量計
７６ 流量計
７８ 溶液供給路
８０ 第３流量調整弁
８２ 外部供給路
８４ 流量計
８６ ドレイン
１１ 被加工物
１３ ダイシングテープ
１５ フレーム

Claims (3)

1. 被加工物を保持するチャックテーブルと、該チャックテーブルに保持された被加工物を加工する加工手段と、を備える加工装置において使用される溶液を製造する溶液製造装置であって、
   純水に炭酸ガスを溶解させる中空糸膜を含む溶解ユニットと、
   該溶解ユニットに該純水を供給する純水供給路と、
   該純水に溶解させる該炭酸ガスを供給する炭酸ガス供給路と、
   該炭酸ガスを希釈する希釈用ガスを供給する希釈用ガス供給路と、
   第１流量調整弁を介して該炭酸ガス供給路の下流側に接続されるとともに、第２流量調整弁を介して該希釈用ガス供給路の下流側に接続され、該炭酸ガスと該希釈用ガスとが混合された混合ガスを該溶解ユニットに供給する混合ガス供給路と、を備え、
   該炭酸ガスの流量と該希釈用ガスの流量とを調整して混合された該混合ガスを該中空糸膜で該純水に溶解させることにより、二酸化炭素の濃度が調整された該溶液を製造することを特徴とする溶液製造装置。
2. 該加工装置は、被加工物を洗浄する洗浄手段を更に備え、
   該洗浄手段で使用される該溶液を製造することを特徴とする請求項１記載の溶液製造装置。
3. 該希釈用ガスは、エアー又は窒素であることを特徴とする請求項１又は請求項２記載の溶液製造装置。

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