JP2020000995A - 超音波水噴射装置 - Google Patents

Abstract

【課題】超音波振動を弱めないように伝播してウェーハを洗浄する。【解決手段】超音波水噴射装置１１では、水溜部１９内の洗浄水Ｌに向けて超音波振動を輻射する輻射面２６が、凹んだドーム形状に形成されている。このため、輻射面２６から発振された超音波振動が、噴射口２１に向かって集中する。超音波振動が水溜部１９内で反射しにくいので、噴射口２１から噴射される超音波水Ｌｓにより、超音波振動を十分に伝播することができる。したがって、噴射口２１から噴射される超音波水Ｌｓを用いてウェーハを洗浄する際、ウェーハ上の汚れに超音波振動を十分に伝えることができるため、洗浄力を向上させることができる。【選択図】図２

Description

本発明は、超音波水噴射装置に関する。

洗浄装置は、洗浄ノズルからウェーハに洗浄水を勢いよく噴き付けることにより、ウェーハを洗浄している。特許文献１および２に記載の技術では、洗浄力を向上させるために、洗浄水に超音波振動を伝播させ、超音波振動を汚れ（ゴミ）に伝え、ウェーハからゴミを除去している。また、特許文献３に記載の技術では、加工点への洗浄水の噴射によって切削屑を排出している。

特許文献１および２に記載された洗浄ノズルは、たとえば、洗浄水の供給を受ける供給口、水溜部、噴射口および平板形状の超音波振動子を有している。水溜部は、供給口から供給された洗浄水を一時的に溜められる容積を有する。水溜部は、噴射口に向かって先細りしている。噴射口は、水溜部の先端に備えられ、洗浄水を噴射する。超音波振動子は、噴射口に対向して水溜部内に配設される。

特開２００３−３４０３３０号公報 特開平１０−１５１４２２号公報 特開２０１２−０００７０２号公報

平板形状の超音波振動子から水溜部の水に伝えられる超音波振動は、水溜部の内壁で反射する。そのため、反射した超音波振動と超音波振動子から発振される超音波振動とが打ち消し合う場合がある。この場合、洗浄水に伝播する超音波振動が弱まり、洗浄力が低下するという問題がある。

また、特許文献３に記載された技術では、加工点における切り込み深さが深い場合、切削屑が切削溝から排出されにくい。

本発明の目的は、超音波振動を弱めないように洗浄水に伝播してウェーハを洗浄することにあり、ひいては、切削装置での切削加工の際、切削屑に超音波振動を伝えて、切削溝から切削屑を良好に排出することにある。

本発明の超音波水噴射装置は、被加工物に超音波振動を伝播させた水を噴射する超音波水噴射装置であって、水供給源から供給される水を一時的に溜める筒状の水溜部と、該水溜部の一方の端側に設けられ、水を噴射する噴射口と、該噴射口に対向して該水溜部に配設され、該超音波振動を発振する振動子と、を備え、該振動子から発振された該超音波振動が該噴射口に向かって集中するように、該振動子の該噴射口側が、凹んだドーム形状に形成され、該水溜部で該超音波振動を伝播させた水が、該噴射口から該被加工物に噴射される。

この超音波水噴射装置では、振動子の噴射口側が、凹んだドーム形状に形成されている。このため、振動子から発振された超音波振動が、噴射口に向かって集中し、超音波振動が水溜部内で反射しにくいので、噴射口から噴射される水により、超音波振動を十分に伝播することができる。したがって、噴射口から噴射される水を用いて被加工物を洗浄する際、被加工物上の汚れに超音波振動を十分に伝えることができるため、洗浄力を向上させることができる。
さらに、切削装置によって被加工物を切削加工する際、加工点における切り込み深さが深い場合でも、噴射口から噴射される水により、切削溝内の切削屑に対して、超音波振動を十分に伝えることができる。このため、切削溝から切削屑を良好に排出できる。

本実施形態にかかる被加工物の一例であるウェーハを示す斜視図である。 本実施形態にかかる超音波水噴射装置の構成を示す説明図である。 図２に示した超音波水噴射装置を備えたウェーハ洗浄装置を示す斜視図である。 図３に示したウェーハ洗浄装置の概略断面図である。 図２に示した超音波水噴射装置を備えたウェーハ切削装置を示す概略断面図である。 図５に示したウェーハ切削装置における切削部を示す説明図である。 超音波水噴射装置の変形例を示す説明図である。

まず、本実施形態にかかる被加工物について、簡単に説明する。
図１に示すように、本実施形態にかかる被加工物の一例であるウェーハ１は、たとえば、円板状に形成されている。ウェーハ１の表面２ａには、デバイス４を含むデバイス領域５、および、その外側の外周余剰領域６が形成されている。デバイス領域５では、格子状の分割予定ライン３によって区画された領域のそれぞれに、デバイス４が形成されている。外周余剰領域６は、デバイス領域５を取り囲んでいる。さらに、ウェーハ１の外周縁７には、ウェーハ１の結晶方位を示すノッチ９が設けられている。ウェーハ１の裏面２ｂは、デバイス４を有しておらず、研削砥石などによって研削される被研削面である。

本実施形態では、ウェーハ１には、裏面２ｂの研削後に、洗浄水を用いたスピンナー洗浄が施される。また、ウェーハ１の分割予定ライン３に沿って切削溝が形成される際に、切削溝内から切削屑を除去するために、洗浄水が吹き付けられる。本実施形態において用いられる洗浄水は、超音波水である。超音波水は、超音波振動を伝播させた洗浄水である。

なお、ウェーハ１は、シリコン、ガリウム砒素等を含む半導体基板に半導体デバイスが形成された半導体ウェーハでもよいし、セラミック、ガラス、サファイア等を含む無機材料基板に光デバイスが形成された光デバイスウェーハでもよい。

次に、ウェーハ１に洗浄水を吹き付けるための装置（超音波水噴射装置）について説明する。本実施形態にかかる超音波水噴射装置は、噴射口から、洗浄水としての超音波水を噴射する。超音波水噴射装置は、上述したスピンナー洗浄および切削屑の除去に用いられる。

まず、超音波水噴射装置の構成について説明する。図２に示すように、超音波水噴射装置１１は、高周波電圧を供給する高周波電源供給部１３、および、超音波水を噴射する噴射装置本体１５を備えている。噴射装置本体１５は、洗浄水Ｌの供給口１７、供給された洗浄水Ｌを溜める水溜部１９、溜められた洗浄水Ｌに超音波を伝える超音波振動子２３、および、超音波を伝えられた洗浄水である超音波水の噴射口２１を含んでいる。

供給口１７は、噴射装置本体１５内に洗浄水Ｌを導入するために用いられる。水溜部１９には、供給口１７が連通されており、洗浄水Ｌが供給される。水溜部１９は、供給口１７から供給された洗浄水Ｌを一時的に溜める筒状の部材（容器）である。噴射口２１は、水溜部１９の一方の端側（下端）に設けられている。噴射口２１は、水溜部１９に溜められた洗浄水を、外部に向かって噴射する。水溜部１９は、噴射口２１に向かって先細りしている。

超音波振動子２３は、水溜部１９における噴射口２１に対向する位置に配置されており、高周波電源供給部１３に接続された一次振動子２４、および、一次振動子２４に隣接配置された超音波振動板２５を備えている。一次振動子２４は、高周波電源供給部１３からの１ＭＨｚ〜３ＭＨｚの高周波電圧を受けて振動するように構成されている。超音波振動板２５は、噴射口２１に対向する位置に、水溜部１９内の洗浄水Ｌに向けて超音波振動を輻射する輻射面２６を有している。超音波振動板２５は、一次振動子２４の振動に共振することにより、輻射面２６から洗浄水Ｌに、超音波振動を伝える。これにより、噴射口２１から外部に向かって噴射される洗浄水が、超音波水Ｌｓとなる。

図２に示すように、輻射面２６からの超音波振動が噴射口２１に向かって集中するように、輻射面２６は、凹んだドーム形状に形成されている。すなわち、超音波振動子２３の噴射口２１側が、凹んだドーム形状に形成されている。

次に、超音波水噴射装置１１を用いたウェーハ洗浄装置について説明する。図３に示すように、ウェーハ洗浄装置３１は、スピンナー型の洗浄装置であり、回転テーブル部３３および超音波水噴射部３５を備えている。

回転テーブル部３３は、ウェーハ１を保持して回転するように構成されている。図３に示すように、回転テーブル部３３は、ウェーハ１を保持するためのチャックテーブル４１、チャックテーブル４１の回転軸４３、および、回転軸４３に接続されてチャックテーブル４１を回転させるためのテーブル回転モータ４５を備えている。

チャックテーブル４１は、ウェーハ１よりも小さい円形状に形成されており、ウェーハ１を保持する。このために、チャックテーブル４１は、その上面中央部に、ウェーハ１を吸着するための吸着面４２を備えている。吸着面４２は、ポーラスセラミックス等の多孔質材料によって形成されている。吸着面４２は、チャックテーブル４１内の管路を介して、吸引源に接続されている（ともに図示せず）。吸着面５２に生じる負圧によって、ウェーハ１が、チャックテーブル４１に吸引保持される。

回転軸４３は、その上端部がチャックテーブル４１の下面中心に連結されており、下端部がテーブル回転モータ４５に接続されている。テーブル回転モータ４５は、回転軸４３を介して、チャックテーブル４１に回転駆動力を伝達する。これにより、チャックテーブル４１は、図３および図４に示すように、ウェーハ１を保持した状態で、回転軸４３を中心として、たとえばＡ方向に高速回転する。

超音波水噴射部３５は、図２に示した超音波水噴射装置１１に加えて、中空のシャフトである水平管５１、水平管５１を保持する旋回シャフト５３、旋回シャフト５３の上端に接続された洗浄水供給源５５、および、旋回モータ５７を備えている。洗浄水供給源５５は、水供給源の一例である。

水平管５１の先端は、超音波水噴射装置１１を備えている。水平管５１の基端は、旋回シャフト５３の上端に保持されている。旋回シャフト５３は、回転テーブル部３３の回転軸４３と略平行となるように立設されている。旋回モータ５７は、旋回シャフト５３を回転させる。すなわち、旋回シャフト５３は、旋回モータ５７の駆動力を用いて、水平管５１および超音波水噴射装置１１を、チャックテーブル４１（ウェーハ１）上で旋回させる。

なお、水平管５１は、旋回シャフト５３の上端からチャックテーブル４１の中心まで届く長さを有している。これにより、旋回シャフト５３は、水平管５１の先端に備えられている超音波水噴射装置１１を、ウェーハ１の外周から中心まで移動させることが可能となっている。

旋回シャフト５３の上端に接続されている洗浄水供給源５５は、旋回シャフト５３の上端および水平管５１の内部に配設された洗浄水供給管（図示せず）を介して、超音波水噴射装置１１の供給口１７（図２参照）に洗浄水Ｌを供給する。

ここで、ウェーハ洗浄装置３１による洗浄処理について説明する。ウェーハ１に対する洗浄処理では、ウェーハ１がチャックテーブル４１上に載置され、吸着面４２に生じる負圧によって、ウェーハ１の裏面２ｂがチャックテーブル４１に吸引保持される。その後、テーブル回転モータ４５が駆動されて、ウェーハ１を保持したチャックテーブル４１が高速回転する。そして、旋回シャフト５３によって、超音波水噴射装置１１が、チャックテーブル４１の外側の退避位置から、ウェーハ１の上方に移動される。それとともに、洗浄水供給源５５から超音波水噴射装置１１に洗浄水Ｌが供給され、超音波水噴射装置１１の噴射口２１（図２参照）から、超音波水Ｌｓが、ウェーハ１に噴射される。

この際、超音波水噴射装置１１が、ウェーハ１の回転中心を通る経路にて、矢印Ｂに示すように往復移動する。チャックテーブル４１が高速回転しているため、チャックテーブル４１上のウェーハ１の全域に、洗浄水Ｌが吹き付けられる。このようにして、ウェーハ１が、洗浄水Ｌによってスピンナー洗浄される。

このように、ウェーハ洗浄装置３１は、洗浄のための超音波水Ｌｓをウェーハ１に噴射するための超音波水噴射装置１１を備えている。超音波水噴射装置１１では、水溜部１９内の洗浄水Ｌに向けて超音波振動を輻射する輻射面２６（超音波振動子２３の噴射口２１側）が、凹んだドーム形状に形成されている。このため、輻射面２６から輻射された超音波振動が、噴射口２１に向かって集中する。すなわち、噴射口２１に向かって、超音波振動が集束する。したがって、超音波振動が水溜部１９内で反射しにくいので、噴射口２１から噴射される超音波水Ｌｓにより、ウェーハ１に対して超音波振動を十分に伝播することができる。したがって、噴射口２１から噴射される超音波水Ｌｓを用いてウェーハ１を洗浄する際、ウェーハ１上の汚れに超音波振動を十分に伝えることができるため、洗浄力を向上させることができる。

次に、図２に示した超音波水噴射装置１１を用いたウェーハ切削装置について説明する。ウェーハ切削装置は、ウェーハ１の分割予定ライン３（図１参照）に沿って、切削溝を形成する。

図５に示すように、ウェーハ切削装置６１は、切削ブレードを備えた切削部６３、および、ウェーハを保持するチャックテーブル６５を有する。チャックテーブル６５は、ダイシングテープＴを介して、ウェーハ１を吸引保持する。チャックテーブル６５は、切削部６３に対して、たとえば矢印Ｃ方向に相対的に移動する。

切削部６３は、図２に示した構成の超音波水噴射装置１１、ウェーハ１を切削する切削ブレード７５、切削ブレード７５を回転させるスピンドル７１、および、切削ブレード７５を固定するためのフランジ７３を有する。スピンドル７１の先端側は、切削ブレード７５の中央に挿入され、フランジ７３によって切削ブレード７５がスピンドル７１に固定される。スピンドル７１は、その後端側に連結されたモータ（図示せず）により回転駆動される。これに伴って、切削ブレード７５が高速で回転する。切削ブレード７５は、例えば、ダイヤモンド砥粒をレジンボンドで固めて円板状に成形することによって形成される。

図６に示すように、切削部６３は、上記した切削ブレード７５等に加えて、切削ブレード７５を覆うブレードカバー８１、このブレードカバー８１に備えられた切削水噴射ノズル８３、この切削水噴射ノズル８３に切削水を供給する切削水供給管８５、および、超音波水噴射装置１１に洗浄水を供給する洗浄水供給管８７をさらに備えている。

切削水噴射ノズル８３は、切削水供給管８５から供給される切削水を、切削ブレード７５がウェーハ１に切り込む位置である切削点に向けて放出する。この切削水によって、切削ブレード７５が、冷却および洗浄される。洗浄水供給管８７は、超音波水噴射装置１１の図２に示した供給口１７に接続されており、超音波水噴射装置１１に洗浄水を供給する。超音波水噴射装置１１は、噴射口２１を切削点に向けるように、傾いた状態で配置されている。

ここで、ウェーハ切削装置６１によるウェーハ１の切削加工について説明する。先ず、図５に示すように、ウェーハ１が、ダイシングテープＴを介して、チャックテーブル６５に吸引保持される。次いで、チャックテーブル６５を移動することによって、ウェーハ１を、切削領域となる切削部６３の下方に配置する。

その後、切削ブレード７５の刃先が、ウェーハ１の切り込み深さに応じた位置に配されるように、切削部６３の高さ位置を調整する。その後、高速回転する切削ブレード７５に対して、チャックテーブル６５を水平方向に相対移動させることによって、ウェーハ１の分割予定ライン３に沿って切削溝を形成する。切削溝の形成時に、切削ブレード７５による切削点に、切削水噴射ノズル８３から切削水が放出されるとともに、超音波水噴射装置１１から超音波水Ｌｓが噴射される。このようにして、ウェーハ１におけるすべての分割予定ライン３に沿って、切削溝が形成される。

このように、ウェーハ切削装置６１が超音波水噴射装置１１を備えており、超音波水噴射装置１１が、ウェーハ１における切削溝の形成部位に、超音波水Ｌｓを噴射する。上述のように、超音波水噴射装置１１では、輻射面２６が凹んだドーム形状に形成されているため、輻射面２６から輻射された超音波振動が、噴射口２１に向かって集中する。したがって、噴射口２１から噴射される超音波水Ｌｓにより、ウェーハ１に向けて超音波振動を十分に伝播することができるため、切削点における切り込み深さが深い場合でも、噴射口２１から噴射される超音波水Ｌｓにより、切削溝内の切削屑に対して、超音波振動を十分に伝えることができる。このため、超音波水Ｌｓにより、切削溝から切削屑を良好に排出することができる。

なお、図２に示した超音波水噴射装置１１では、噴射装置本体１５の内部に配された水溜部１９が、噴射口２１に向かって先細りしている。しかしながら、水溜部１９の構成は、これに限られない。図７に示す超音波水噴射装置１１ａのように、水溜部１９ａは、噴射口２１に向かって先細りしていなくてもよい。すなわち、噴射装置本体１５は、略円筒状の内壁を有していてもよい。

また、本実施形態では、超音波水噴射装置１１の輻射面２６（超音波振動子２３の噴射口２１側）が、ドーム形状に形成されているが、輻射面２６のドーム形状は、球形の一部の内面に類似の形状であってもよいし、すり鉢の内面に類似の形状であってもよい。すなわち、輻射面２６は、噴射口２１に向かって超音波振動が集中するように構成されていればよい。

１：ウェーハ、３：分割予定ライン、
１１：超音波水噴射装置、１３：高周波発振器、１５：噴射装置本体、１７：供給口、
１９：水溜部、２１：噴射口、２３：超音波振動子、２４：一次振動子、
２５：超音波振動板、２６：輻射面、
３１：ウェーハ洗浄装置、３３：回転テーブル部、３５：超音波水噴射部、
４１：チャックテーブル、４２：吸着面、４３：回転軸、４５：テーブル回転モータ、
５１：水平管、５２：吸着面、５３：旋回シャフト、５５：洗浄水供給源、
５７：旋回モータ、
６１：ウェーハ切削装置、６３：切削部、６５：チャックテーブル、
７１：スピンドル、７３：フランジ、７５：切削ブレード、
８１：ブレードカバー、８３：切削水噴射ノズル、８５：切削水供給管、
８７：洗浄水供給管

Claims (1)

1. 被加工物に超音波振動を伝播させた水を噴射する超音波水噴射装置であって、
   水供給源から供給される水を一時的に溜める筒状の水溜部と、
   該水溜部の一方の端側に設けられ、水を噴射する噴射口と、
   該噴射口に対向して該水溜部に配設され、該超音波振動を発振する振動子と、を備え、
   該振動子から発振された該超音波振動が該噴射口に向かって集中するように、該振動子の該噴射口側が、凹んだドーム形状に形成され、
   該水溜部で該超音波振動を伝播させた水が、該噴射口から該被加工物に噴射される、
   超音波水噴射装置。

Images