JP2021009947A - 圧電振動板、超音波水噴射装置、及び超音波振動ホーン - Google Patents

圧電振動板、超音波水噴射装置、及び超音波振動ホーン Download PDF

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Abstract

【課題】超音波洗浄水を用いてウェーハを洗浄する場合に、圧電振動板から発振させる超音波振動を弱めることなく洗浄水に伝播させて、超音波洗浄水の洗浄力を向上させる。【解決手段】ドーム部３０と、ドーム部３０の外周縁から径方向に外側に張り出したツバ部３１と、ツバ部３１の外周縁から径方向に外側に張り出した環状板３２と、を備える圧電振動板３。【選択図】図２

Description

本発明は、圧電振動板、圧電振動板を備える超音波水噴射装置、及び圧電振動板を備える超音波振動ホーンに関する。
半導体ウェーハを加工する場合には、例えば、特許文献１又は特許文献２に開示されているように、超音波水噴射装置の超音波洗浄ノズルから超音波振動を伝播させた水をウェーハに向かって噴射させて、ウェーハの上に付着した加工屑等のゴミに超音波振動を伝え、ウェーハからゴミを除去している。
そして、従来の超音波洗浄ノズルは、例えば、水（洗浄水）を供給する供給口、水を溜める水溜部、水溜部の先端に形成された噴射口、及び平板形状の超音波振動子（圧電振動板）を有している。水溜部は、供給口から供給された水を一時的に溜められる容積を有し、噴射口に向かって先細りした形状に形成されている。噴射口は、水溜部の先端から水を噴射する。そして、圧電振動板は、噴射口に対向して水溜部内に配設されている。
特開平１０−１５１４２２号公報 特開２００３−３４０３３０号公報
平板形状の圧電振動板から水溜部内に溜められた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圧電振動板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、洗浄水を介してウェーハに伝播される超音波振動が弱まり、超音波洗浄水の洗浄力が低下するという問題がある。
よって、例えば、超音波洗浄水を用いてウェーハを洗浄する場合等においては、圧電振動板から発振させる超音波振動を弱めることなく洗浄水に伝播させて、超音波洗浄水の洗浄力を向上させるという課題がある。
上記課題を解決するための本発明は、ドーム部と、該ドーム部の外周縁から径方向に外側に張り出したツバ部と、該ツバ部の外周縁から径方向に外側に張り出した環状板と、を備える圧電振動板である。
また、上記課題を解決するための本発明は、超音波振動を伝播させた水を被加工物に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水溜部と、該水溜部に溜められた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水溜部に溜められた水に超音波振動を伝播する前記圧電振動板と、を備え、該圧電振動板の前記ドーム部の凹んでいる面側は該噴射口に向けられており、該圧電振動板の前記環状板の外周部分が該水溜部の側壁に支持されていて、該圧電振動板に供給される高周波電力によって該圧電振動板から発生する超音波振動を該噴射口に向かって集中させ、該水溜部で該超音波振動が伝播された水を該噴射口から噴射する超音波水噴射装置である。
また、上記課題を解決するための本発明は、超音波振動を一点に集中させ被加工物に付与する超音波振動ホーンであって、前記圧電振動板と、超音波振動を集中させたい該一点側に前記ドーム部の凹んでいる面側を向けて該圧電振動板の前記環状板を支持するハウジングと、を備える超音波振動ホーンである。
本発明に係る圧電振動板は、環状板を介して支持されるので、圧電振動板のドーム部から発生させる超音波振動が、環状板の厚み、環状幅（リング幅）、及び材質等を適切に設定することで増幅され、大きな振幅を洗浄水や加工水に伝播させることが可能になり、超音波洗浄水の洗浄効果を向上させたり、改質層等の分割起点を備えた被加工物の超音波加工水による分割をより確実に行えたりする。
超音波振動を伝播させた水を被加工物に噴射する本発明に係る超音波水噴射装置は、圧電振動板の環状板の外周部分が水溜部の側壁に支持されていることで、圧電振動板に高周波電力を供給した際に、ドーム部の振動が環状板で増幅された大きな振幅の超音波振動を、洗浄水に伝播させることが可能になり、超音波洗浄水の洗浄効果を向上させたり、被加工物の切削溝内を超音波洗浄水で洗浄できたりする。
超音波振動を一点に集中させ例えば水を介して被加工物に付与する本発明に係る超音波振動ホーンは、圧電振動板に高周波電力を供給した際に、ドーム部の振動が環状板で増幅された大きな振幅の超音波振動を被加工物に形成された改質層等の分割起点に伝播させ、該分割起点を起点に分割を確実に行うことができる。
超音波水噴射装置を備えるスピンナ洗浄機構の一例を示す斜視図である。 スピンナ洗浄機構を用いて被加工物の上面を超音波洗浄水で洗浄している状態を説明する断面図である。 超音波水噴射装置を備える切削装置の一例を示す側面図である。 切削装置を用いて被加工物に切削加工を施している状態を説明する断面図である。 超音波振動ホーンを備える超音波分割装置を用いて被加工物を分割起点を起点として分割している状態を説明する断面図である。
（超音波水噴射装置を備えるスピンナ洗浄機構）
図１に示すスピンナ洗浄機構１は、例えば、被加工物Ｗを保持するスピンナテーブル１０と、スピンナテーブル１０で保持された被加工物Ｗに洗浄水を噴射する本発明に係る超音波水噴射装置２と、スピンナテーブル１０を囲繞する図示しないケースとを備えている。
被加工物Ｗは、例えば、外形が円形の半導体ウェーハであり、図１において上側を向いている上面Ｗａが被洗浄面となる。図１において下側を向いている被加工物Ｗの下面Ｗｂは、例えば、図示しない保護テープが貼着されて保護されている。
スピンナテーブル１０は、例えば、その外形が円形板状であり、ポーラス部材等からなり被加工物Ｗを吸着する吸着部１００と、吸着部１００を支持する枠体１０１とを備える。吸着部１００は図示しない吸引源に連通し、吸引源が吸引することで生み出された吸引力が、吸着部１００の露出面であり枠体１０１の上面と面一に形成された保持面１００ａに伝達されることで、スピンナテーブル１０は保持面１００ａ上で被加工物Ｗを吸引保持することができる。
スピンナテーブル１０の下側にはモータ及び軸方向がＺ軸方向（鉛直方向）であるスピンドル等からなるスピンナテーブル回転手段１０３が配設されており、スピンナテーブル回転手段１０３によってスピンナテーブル１０は水平面内において回転可能となっている。
本実施形態において、超音波水噴射装置２は、スピンナテーブル１０の上方において旋回可能な水供給パイプ１２の先端に取り付けられている。
水供給パイプ１２は、水平方向に延在しており、その後端側にはポンプ等からなり洗浄水（例えば、純水）を送出可能な水供給源１９が樹脂チューブや継手を介して連通している。
水供給パイプ１２の後端側には、軸方向がＺ軸方向である旋回軸１８が連結されており、旋回軸１８はその下端に連結された旋回モータ１７によって回転可能となっている。なお、水供給パイプ１２は、旋回軸１８の上端から少なくともスピンナテーブル１０の中心まで届く長さを有している。これにより、旋回軸１８は、水供給パイプ１２の先端に配設された超音波水噴射装置２を、スピンナテーブル１０で保持された被加工物Ｗの外周縁から中心まで移動させることが可能となっている。
図１、２に示す本発明に係る超音波水噴射装置２は、超音波振動を伝播させた洗浄水を被加工物Ｗに噴射する装置であって、図２に示すように、水供給源１９から供給される水を一時的に溜める水溜部２０と、水溜部２０に溜められた水を噴射する噴射口２０５ａと、噴射口２０５ａに対向して水溜部２０に配設され水溜部２０に溜められた水に超音波振動を伝播する本発明に係る圧電振動板３と、を備えている。
水溜部２０は、例えば、略円柱状に形成されており、底板２００と、底板２００にＺ軸方向において対向する天板２０１と、底板２００と天板２０１とに連結する略円筒状の側壁２０２とを備えている。
水溜部２０内は、本発明に係る圧電振動板３によって、上下の２部屋、即ち、圧電振動板３より上側の第一室２０Ａと、圧電振動板３よりも下側の第二室２０Ｂとに区画されている。そして、下側の第二室２０Ｂ側の側壁２０２には、側壁２０２を貫通する水供給口２０２ａが形成されており、該水供給口２０２ａには水供給パイプ１２が連通している。したがって、水供給源１９が供給する洗浄水は、水溜部２０の第二室２０Ｂ内に一時的に溜められる。
底板２００には、−Ｚ方向側に突き出るノズル部２０５が形成されている。ノズル部２０５は、例えばその先端の洗浄水を噴射する噴射口２０５ａに向けて徐々に縮径している。なお、ノズル部２０５は噴射口２０５ａに向けて縮径していない形状であってもよい。
本発明に係る圧電振動板３は、水溜部２０内において噴射口２０５ａに対向する位置に配置されており、ドーム部３０と、ドーム部３０の外周縁から径方向に外側に張り出したツバ部３１と、ツバ部３１の外周縁から径方向に外側に張り出した環状板３２と、を備える。
ドーム部３０は、例えば、高周波電源３９に電気的に接続され、第１電極板３０１、圧電素材３０４及び第２電極板３０２をＺ軸方向に重ねて構成されている。第１電極板３０１、圧電素材３０４及び第２電極板３０２は、例えば、セラミックスの一種であるピエゾ素子で構成されているが、これに限定されない。第１電極板３０１、圧電素材３０４、及び第２電極板３０２は、皆ドーム形状に形成されている。
第１電極板３０１、圧電素材３０４及び第２電極板３０２は、凹んだ側が噴射口２０５ａに向くように重ねられている。第１電極板３０１、第２電極板３０２は、図示しない電極が取り付けられ、該電極及び配線３９０を介して、交流電圧を印加して高周波電力を圧電振動板３に供給する高周波電源３９が接続されている。
第２電極板３０２の凸側の上面は、圧電素材３０４を挟んで第１電極板３０１の下面に密着しており、第２電極板３０２の凹んでいる側の下面、即ち、ドーム部３０の噴射口２０５ａに対向する下面は、水溜部２０の第二室２０Ｂ内に一時的に溜められた洗浄水に向けて超音波振動を輻射する輻射面３０２ｂとなる。なお、本実施形態では、圧電振動板３の輻射面３０２ｂが、球形の一部の内面に類似のドーム形状に形成されているが、すり鉢の内面に類似のドーム形状に形成されていてもよい。すなわち、輻射面３０２ｂは、噴射口２０５ａ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。
ドーム部３０の第２電極板３０２の外周縁から径方向に外側に一体的に張り出した円環板状のツバ部３１は、ドーム部３０と同じピエゾ素子等で構成される。
例えば、ツバ部３１の外周縁から径方向に外側に張り出した環状板３２は、その外周部分が水溜部２０の側壁２０２に支持されていて、ドーム部３０を水溜部２０内で中空固定している。環状板３２は、その厚みが例えば、０．１ｍｍから０．２ｍｍであり、環状幅（リング幅）は、例えば、３．０ｍｍであり、材質は、例えばステンレスであると好ましい。また、環状板３２は、外周部分の２．０ｍｍ幅が側壁２０２で支持されていて、ドーム部３０の外周と側壁２０２との間が１．０ｍｍである。そして、環状板３２は、その１．０ｍｍの部分で超音波振動を増幅させている。なお、ドーム部３０は、輻射面３０２ｂの直径が１６ｍｍでツバ部３１の直径が２０ｍｍで形成されている。
以下に、図１、２に示すスピンナ洗浄機構１を使用して、被加工物Ｗを洗浄する場合について説明する。
まず、被加工物Ｗの中心がスピンナテーブル１０の保持面１００ａの中心におおよそ合致するようにして、被加工物Ｗが保持面１００ａ上に載置される。そして、図示しない吸引源が作動して生み出された吸引力が、保持面１００ａに伝達されることで、スピンナテーブル１０が被加工物Ｗを吸引保持する。
その後、図２に示すように、スピンナテーブル回転手段１０３がスピンナテーブル１０を回転させる。また、図１に示す旋回モータ１７が旋回軸１８を回転させることで、超音波水噴射装置２が、スピンナテーブル１０の外側の退避位置から被加工物Ｗの上方に移動され、噴射口２０５ａが被加工物Ｗの上面Ｗａに対向する。
水供給源１９から加圧された水が送出され、該水は、水供給パイプ１２を通り、超音波水噴射装置２の水溜部２０の第二室２０Ｂに一時的に溜められる。
水溜部２０の第二室２０Ｂ内に水が所定量溜められていき、第二室２０Ｂ内の水圧が上昇し、噴射口２０５ａから洗浄水が下方に向かって噴射される。なお、水供給源１９から水が供給され続けることで、水は第二室２０Ｂ内に所定量常に溜められる。
また、圧電振動板３に高周波電源３９が高周波電力を供給する。即ち、高周波電源３９によって所定の周波数（例えば、１ＭＨｚ〜３ＭＨｚ）で電圧の印加のオンとオフとが繰り返されることで、第１電極板３０１及び圧電素材３０４に上下方向における伸縮運動を発生させる。そして、該伸縮運動が機械的な超音波振動となる。第２電極板３０２は第１電極板３０１の振動に共振することにより、噴射口２０５ａ側から見てなだらかに凹んだ凹面である輻射面３０２ｂから、水溜部２０の第二室２０Ｂに溜められた水に超音波振動を伝播させる。また、凹面である輻射面３０２ｂから該水に伝播される超音波振動は噴射口２０５ａに向かって集中する。
輻射面３０２ｂの曲率と輻射面３０２ｂから噴射口２０５ａまでの距離とが適切に設定されていることで、圧電振動板３の輻射面３０２ｂから発生し水に伝播される超音波振動を、噴射口２０５ａから下方に向かって例えば数ミリ〜数十ミリ程度の範囲内の所定の位置（例えば、被加工物Ｗの上面Ｗａ）で焦点を結ばせて、この位置に集中させることができる。そして、ノズル部２０５の噴射口２０５ａから外部に向かって噴射される洗浄水を超音波振動を伝播させた超音波洗浄水として噴射させ、該超音波洗浄水によって被加工物Ｗの上面Ｗａを洗浄できる。
ここで、図２に示す環状板３２によって、超音波振動を発生させるドーム部３０が水溜部２０の側壁２０２に直接保持されていない状態となっているため、圧電振動板３に高周波電力を供給した際にドーム部３０が振動しやすくなり、洗浄水に効果的に環状板３２で増幅された振幅の大きな超音波振動を伝播させることができる。
これにより、被加工物Ｗの上面Ｗａに付着していた加工屑等が、超音波洗浄水によって振動して上面Ｗａから離れ、スピンナテーブル１０の回転により発生する遠心力によって、超音波洗浄水と共に被加工物Ｗの上面Ｗａ上を径方向外側に向かって流れていき、スピンナテーブル１０上から図示しないケースへと流下する。また、例えば、超音波水噴射装置２が、被加工物Ｗの中心上方を通過するようにして、被加工物Ｗの上方を所定角度で往復するように旋回移動することで、被加工物Ｗの上面Ｗａ全面が超音波洗浄水によって洗浄される。
上記のように、本発明に係る圧電振動板３は、ドーム部３０と、ドーム部３０の外周縁から径方向に外側に張り出したツバ部３１と、ツバ部３１の外周縁から径方向に外側に張り出した環状板３２と、を備えることで、圧電振動板３を配設箇所である水溜部２０の側壁２０２に環状板３２を介して配設できる、即ち、超音波振動を発生させるドーム部３０が水溜部２０の側壁２０２において直接保持されていない状態とすることが可能となる。そのため、圧電振動板３に高周波電力を供給した際に、ドーム部３０が振動しやすくなる。また、圧電振動板３のドーム部３０から発生させる超音波振動が、環状板３２で増幅されるように、環状板３２の厚み、環状幅（リング幅）、及び材質等を設定することで、圧電振動板３から発生する例えば振動数１ＭＨｚ〜３ＭＨｚの超音波振動を、従来よりも大きな振幅で洗浄水に伝播させることが可能になり、洗浄水の洗浄効果を向上させることができる。また、圧電振動板３から洗浄水に超音波振動を伝播させた超音波洗浄水は、従来よりも洗浄幅を広くすることが可能になり、洗浄時間の短縮を可能とする。さらに、圧電振動板３から洗浄水に超音波振動を伝播させた超音波洗浄水は、被加工物Ｗの被洗浄面である上面Ｗａが凸凹であっても、超音波振動により凹んだ部分に溜まった汚れを掻き出して洗浄を行うことが可能となる。
上記のように、超音波振動を伝播させた洗浄水を被加工物Ｗに噴射する本発明に係る超音波水噴射装置２は、水供給源１９から供給される水を一時的に溜める水溜部２０と、水溜部２０に溜められた水を噴射する噴射口２０５ａと、噴射口２０５ａに対向して水溜部２０に配設され水溜部２０に溜められた水に超音波振動を伝播する圧電振動板３と、を備え、圧電振動板３のドーム部３０の凹んでいる面側（輻射面３０２ｂ側）は噴射口２０５ａに向けられており、圧電振動板３の環状板３２の外周部分が水溜部２０の側壁２０２に支持されていることで、圧電振動板３に供給される高周波電力によって圧電振動板３から発生する超音波振動を噴射口２０５ａに向かって集中させ、水溜部２０で超音波振動が伝播された洗浄水を噴射口２０５ａから噴射することができる。即ち、超音波振動を発生させる圧電振動板３のドーム部３０が水溜部２０の側壁２０２によって直接保持されていない状態となり、圧電振動板３に高周波電力を供給した際に、ドーム部３０が振動しやすくなる。そして、環状板３２で増幅された従来よりも大きな振幅の超音波振動を洗浄水に伝播させることが可能になり、超音波洗浄水の洗浄効果を向上させることができる。
（超音波水噴射装置を備える切削装置）
本発明に係る超音波水噴射装置２は、図３に示すように、保持手段４０に保持された被加工物Ｗ１に対して切削手段４２によって切削加工を施す切削装置４に配設されていてもよい。
切削装置４の保持手段４０は、例えば、その外形が円形板状であり、ポーラス部材等からなり図示しない吸引源に連通する平坦な保持面４０ａ上で被加工物Ｗ１を吸引保持することができる。保持手段４０は、Ｘ軸方向に往復移動可能であると共に、軸方向がＺ軸方向である図示しない回転軸を軸に回転可能である。
図３に示す被加工物Ｗ１は、例えば、シリコンを母材とする円形の半導体ウェーハであり、上側を向いている表面Ｗ１ａには、分割予定ラインＳによって区画された格子状の領域にデバイスＤが形成されている。また、被加工物Ｗ１の下側を向いている裏面Ｗ１ｂはダイシングテープＴが貼着されて保護されている。例えば、被加工物Ｗ１の厚みは、従来の倍の１ｍｍとなっている。なお、被加工物Ｗ１はシリコン以外にガリウムヒ素、サファイア、セラミックス、樹脂、窒化ガリウム、又はシリコンカーバイド等で構成されていてもよいし、その外形も円形状ではなく、例えば、矩形状に形成されていてもよい。また、被加工物Ｗ１は、図示しない環状フレームによってダイシングテープＴを介してハンドリング可能に支持されていてもよい。
切削手段４２は、例えば、軸方向がＹ軸方向であるスピンドル４２０と、スピンドル４２０に装着される円環状の切削ブレード４２３と、切削ブレード４２３をカバーするブレードカバー４２４と、を備えており、Ｚ軸方向（鉛直方向）及びＺ軸方向に水平面において直交するＹ軸方向に往復移動可能となっている。そして、図示しないモータがスピンドル４２０を回転駆動することに伴って切削ブレード４２３も高速で回転する。
図１に示すブレードカバー４２４は、その中央領域に略円形の開口を備えており、スピンドル４２０の先端側に装着された切削ブレード４２３は、該略円形の開口に収容されている。ブレードカバー４２４は、スピンドル４２０を回転可能に支持する図示しないスピンドルハウジングに固定されている。
ブレードカバー４２４は、Ｙ方向側から見て略Ｌ字形状の一対の切削水ノズル４２５（片方のみ図示）を支持している。一対の切削水ノズル４２５は、切削ブレード４２３の下部を刃厚方向（Ｙ軸方向）両側から挟むようにしてＸ軸方向に互いに平行に延びている。一対の切削水ノズル４２５のそれぞれの上端は、水供給源４９に樹脂チューブ４９０等を介して連通している。一対の切削水ノズル４２５は切削ブレード４２３の側面に対面する内側面に複数のスリットを備えており、スリットから噴射される切削水によって、切削ブレード４２３と被加工物Ｗ１との接触部位である加工点が冷却及び洗浄される。
ブレードカバー４２４の＋Ｘ方向側の側面には、超音波水噴射装置２を支持する支持ブロック４２６が取り付けられており、支持ブロック４２６には、他端側が樹脂チューブ４９１を介して水供給源４９に連通する水供給パイプ４２７がＺ軸方向に延在するように配設されている。そして、水供給パイプ４２７の一端側は、支持ブロック４２６の下端側に取り付けられた超音波水噴射装置２の水供給口２０２ａ（図４参照）に接続されている。
超音波水噴射装置２は、図３に示す支持ブロック４２６に回転軸４２８を介して取り付けられており、矢印Ａ方向に角度調整が可能である。そして、超音波水噴射装置２の噴射口２０５ａから噴射される洗浄水は、切削ブレード４２３の外周方向から切削ブレード４２３と被加工物Ｗ１との接触部位である加工点に供給される。
以下に、図３に示す切削装置４を使用して、被加工物Ｗ１を切削する場合について説明する。
まず、被加工物Ｗ１が、表面Ｗ１ａが上側になるように保持手段４０の保持面４０ａ上に載置される。そして、図示しない吸引源により生み出される吸引力が保持面４０ａに伝達されることにより、保持手段４０が保持面４０ａ上で被加工物Ｗ１を吸引保持する。また、被加工物Ｗ１の中心と保持面４０ａの中心とは略合致した状態になる。
保持手段４０により被加工物Ｗ１が保持された後、図示しないアライメント手段により、被加工物Ｗ１の切削ブレード４２３を切り込ませるべき分割予定ラインＳのＹ軸方向における座標位置が検出される。分割予定ラインＳの座標位置が検出されるのに伴って、切削手段４２がＹ軸方向に移動し、狙いの分割予定ラインＳと切削ブレード４２３とのＹ軸方向における位置合わせが行われる。
上記位置合わせ後、被加工物Ｗ１を保持する保持手段４０が所定の切削送り速度で−Ｘ方向に送り出される。また、切削手段４２が−Ｚ方向へと降下していき、例えば、切削ブレード４２３が被加工物Ｗ１の裏面Ｗ１ｂを切り抜けダイシングテープＴに到る所定の高さ位置に切削手段４２が位置付けられる。
図示しないモータが、図４に示すように、スピンドル４２０を紙面手前側から見て時計回り方向に高速回転させ、スピンドル４２０に固定された切削ブレード４２３がこれに伴って高速回転をしながら被加工物Ｗ１に切り込み、分割予定ラインＳを切削していき、図４に示す分割予定ラインＳに沿った切削溝Ｍ（フルカット溝Ｍ）を形成していく。なお、被加工物Ｗ１はフルカットされるのではなく、ハーフカットされてもよい。
切削加工中においては、図３に示す一対の切削水ノズル４２５によって、切削ブレード４２３と被加工物Ｗ１との接触部位（加工点）及びその周囲に対して切削ブレード４２３の刃厚方向（Ｙ軸方向）から切削水が噴射され、接触部位（加工点）及びその周囲が冷却・洗浄される。
また、切削加工中においては、水供給源４９から加圧された水が供給され、該水は、水供給パイプ４２７を通り、超音波水噴射装置２の水溜部２０の第二室２０Ｂに一時的に溜められていく。そして、第二室２０Ｂ内の水圧が上昇し、噴射口２０５ａから洗浄水が斜め下方に向かって噴射され、切削ブレード４２３の外周方向から切削ブレード４２３と被加工物Ｗ１との接触部位である加工点に供給される。なお、水供給源４９から水が供給され続けることで、水は第二室２０Ｂ内に所定量常に溜められる。
また、超音波水噴射装置２の水溜部２０内に配設された本発明に係る圧電振動板３に、図４に示す高周波電源２９が高周波電力を供給することで、噴射口２０５ａ側から見てなだらかに凹んだ凹面である圧電振動板３の輻射面３０２ｂから、水溜部２０の第二室２０Ｂに溜められた水に例えば振動数１ＭＨｚ〜３ＭＨｚの超音波振動を伝播させる。また、凹面である輻射面３０２ｂから該水に伝播される超音波振動は噴射口２０５ａに向かって集中する。
輻射面３０２ｂの曲率と輻射面３０２ｂから噴射口２０５ａまでの距離とが適切に設定されていることで、輻射面３０２ｂから発生し洗浄水に伝播される超音波振動を噴射口２０５ａから斜め下方に向かって例えば数ミリ〜数十ミリ程度の範囲内の所定の位置、即ち、切削ブレード４２３と被加工物Ｗ１との接触部位（加工点）で焦点を結ばせて、加工点に集中させることができる。このように、ノズル部２０５の噴射口２０５ａから外部に向かって噴射される洗浄水を超音波振動を伝播させた超音波洗浄水として噴射させ、該超音波洗浄水によって該加工点に発生する切削屑を切削溝Ｍ内から洗浄・除去できる。
ここで、図４に示す環状板３２によって、超音波振動を発生させるドーム部３０が水溜部２０の側壁２０２に直接保持されていない状態となっているため、圧電振動板３に高周波電力を供給した際にドーム部３０が振動しやすくなり、洗浄水に効果的に環状板３２で増幅された従来よりも大きな振幅の超音波振動を伝播させることができる。そのため、本発明に係る圧電振動板３を備える超音波水噴射装置２は、噴射する超音波洗浄水によって、従来よりも厚みが例えば１ｍｍと厚い被加工物Ｗ１の深さの深い切削溝Ｍ内から、切削屑を効果的に洗浄除去できる。
切削ブレード４２３が一本の分割予定ラインＳを切削し終えるＸ軸方向の所定の位置まで被加工物Ｗ１が送られると、被加工物Ｗ１の切削送りが一度停止され、切削ブレード４２３が被加工物Ｗ１から離間し、次いで、保持手段４０が隣り合う分割予定ラインＳの間隔分だけＹ軸方向に割り出し送りされながら、保持手段４０が＋Ｘ方向に移動し原点位置に戻る。順次同様の切削が行われ、同方向の全ての分割予定ラインＳが切削される。さらに、保持手段４０が９０度回転してから同様の切削が行われることで、全ての分割予定ラインＳが縦横にフルカットされ、被加工物Ｗ１がデバイスＤを備える個々のチップに分割される。
（超音波振動ホーンを備える超音波分割装置）
図５に示す超音波分割装置７は、本発明に係る超音波振動ホーン８から発生させた超音波振動を一点に集中させ例えば水を介して被加工物Ｗ２に付与することで、被加工物Ｗ２を分割する装置である。
図５に示す被加工物Ｗ２は、例えば、母材がシリコンからなる円形の半導体ウェーハであり、被加工物Ｗ２の下側を向いた状態の表面Ｗ２ａには複数の分割予定ラインＳ２がそれぞれ直交するように設定されている。そして、分割予定ラインＳ２によって区画された複数の格子状の領域には、デバイスＤ２がそれぞれ形成されている。被加工物Ｗ２の表面Ｗ２ａは、被加工物Ｗ２と略同径のテープＴ２（例えば、エキスパンドテープＴ２）が貼着されて保護されている。テープＴ２は、分割予定ラインＳ２に沿って被加工物Ｗ２が個々のチップに分割された場合に、チップがバラバラになってしまうのを防ぐ。なお、被加工物Ｗ２は、シリコンウェーハに限定されるものではない。また、被加工物Ｗ２は、図示しない環状フレームによってテープＴ２を介してハンドリング可能に支持されていてもよい。
被加工物Ｗ２は、被加工物Ｗ２に対して透過性を有する波長のレーザビームが分割予定ラインＳ２に沿って照射されて、被加工物Ｗ２内部の所定深さの位置に分割起点Ｎ（改質層Ｎ）がＸ軸方向及びＹ軸方向に延びる分割予定ラインＳ２に沿って直線状に連続的に形成されている。
なお、分割起点Ｎは、レーザビームの照射により被加工物Ｗ２の内部が改質されて周囲よりも強度が低下した領域である。分割起点Ｎからは、被加工物Ｗ２の表面Ｗ２ａ又は裏面Ｗ２ｂにそれぞれクラックが伸長していてもよい。また、本実施形態においては、分割起点Ｎは被加工物Ｗ２の厚み方向（Ｚ軸方向）にも複数段形成されているが、被加工物Ｗ２の厚み方向においては１段形成されているだけでもよい。
超音波分割装置７は、図５に示すように、水槽７５を備えている。被加工物Ｗ２全体を水没させることができる水槽７５は、側壁７５０と、側壁７５０の下部に一体的に連接する底板７５１とから構成され、例えば純水を供給可能な図示しない水供給源に連通している。
底板７５１上には被加工物Ｗ２を載置するための載置テーブル７２が配設されている。載置テーブル７２は、Ｘ軸Ｙ軸平面に平行な平坦な載置面７２ａを有し、軸方向がＺ軸方向である図示しない回転軸によってＸ軸Ｙ軸平面内で少なくとも９０度回転可能である。例えば、載置テーブル７２の周囲には、被加工物Ｗ２が図示しない環状フレームでハンドリング可能となっている場合に、該環状フレームを挟持固定するためのクランプが周方向に均等間隔を空けて複数配設されていてもよい。
水槽７５は、水槽７５の下側に配設されたＸ軸移動手段７３により、Ｘ軸方向に往復移動可能となっている。
水槽７５をＸ軸方向に移動させるＸ軸移動手段７３は、例えば、Ｘ軸方向に延びるＸ軸ベース７３０と、Ｘ軸方向の軸心を有しＸ軸ベース７３０上に配設されるボールネジ７３１と、ボールネジ７３１と平行に配設された一対のガイドレール７３２と、ボールネジ７３１を回動させるモータ７３３と、を備えている。
水槽７５の底板７５１の下面中央には、ボールネジ７３１に螺合するナット７５０ａが配設されており、底板７５１の下面のＹ軸方向両側の領域には、一対のガイドレール７３２に緩嵌合するスライダー７５０ｂが配設されている。そして、モータ７３３がボールネジ７３１を回動させると、これに伴い水槽７５が一対のガイドレール７３２にガイドされてＸ軸方向に直動する。
図５に示す本発明に係る超音波振動ホーン８は、Ｙ軸移動手段７７によって、水槽７５の上方を水平にＹ軸方向に往復移動可能となっている。Ｙ軸移動手段７７は、Ｙ軸方向に延びる直動軸７７０と、直動軸７７０上をＹ軸方向に自在にスライド移動可能なＹ軸可動部材７７１とを備えている。そして、Ｙ軸可動部材７７１には、Ｚ軸移動手段７８を介して超音波振動ホーン８が配設されている。
Ｚ軸移動手段７８は、Ｘ軸Ｙ軸平面と直交するＺ軸方向（鉛直方向）に延びる直動軸７８０と、直動軸７８０上をＺ軸方向に自在にスライド移動可能なＺ軸可動部材７８１とを備えている。そして、Ｚ軸可動部材７８１には超音波振動ホーン８が取り付けられている。
超音波分割装置７に配設され超音波振動を一点に集中させ載置テーブル７２に載置された被加工物Ｗ２に付与する本発明に係る超音波振動ホーン８は、先に図２を用いて説明した本発明に係る圧電振動板３と、超音波振動を集中させたい一点側に圧電振動板３のドーム部３０の凹んでいる面側（輻射面３０２ｂ側）を向けて圧電振動板３の環状板３２を支持するハウジング８０とを備えている。
ハウジング８０は、例えば、円形の天板８００と、天板８００に連結された円筒状の側壁８０１とを備えている。高周波電源３９が電気的に接続された圧電振動板３は、ドーム部３０の凹んでいる輻射面３０２ｂ側を下方に向けた状態で環状板３２の外周部分が側壁８０１に支持されており、ドーム部３０はハウジング８０内において中空固定されている。
超音波分割装置７は、例えば、被加工物Ｗ２の分割予定ラインＳ２に沿って被加工物Ｗ２の内部に形成されている分割起点Ｎの位置を検出するアライメント手段７９を備えている。アライメント手段７９は、例えば、赤外線を被加工物Ｗ２に照射する図示しない赤外線照射手段と、赤外線を捉える光学系および赤外線に対応した電気信号を出力する撮像素子（赤外線ＣＣＤ）等で構成された赤外線カメラ７９０とを備えている。
以下に、図５に示す超音波分割装置７を使用して、被加工物Ｗ２を分割起点Ｎを起点として分割する場合について説明する。
まず、被加工物Ｗ２が、水槽７５内の載置テーブル７２の載置面７２ａ上に表面Ｗ２ａの反対面である裏面Ｗ２ｂが上側になるように載置される。そして、公知の方法により、被加工物Ｗ２が載置テーブル７２に固定される。即ち、被加工物Ｗ２が例えば図示しない環状フレーム及びテープＴ２で支持されている場合には、該環状フレームがクランプで固定される。
その後、図１に示す載置テーブル７２が所定の角度θだけ回転することで、分割予定ラインＳ２がＸ軸方向と平行に合わせられるθ合わせ（平行出し）が実施される。なお、分割予定ラインＳ２がＸ軸方向に平行になるようにして載置テーブル７２に被加工物Ｗ２を載置する機構を超音波分割装置７が備えている場合には、該θ合わせを行わなくてもよい。
また、θ合わせと並行して、アライメント手段７９により分割予定ラインＳ２が検出される。ここで、分割予定ラインＳ２が形成されている被加工物Ｗ２の表面Ｗ２ａは下側に位置し、アライメント手段７９と直接対向してはいないが、赤外線カメラ７９０により被加工物Ｗ２を裏面Ｗ２ｂ側から透過させて分割予定ラインＳ２を撮像することができる。そして、赤外線カメラ７９０により取得した画像に基づき、パターンマッチング等の画像処理が実施され、被加工物Ｗ２の表面Ｗ２ａの分割予定ラインＳ２の水平面内におけるＹ軸座標位置、即ち、分割起点Ｎの水平面内におけるＹ軸座標位置を検出することができる。
次に、図示しない水供給源が水槽７５内に水を供給することにより、水槽７５内が所定量の水で満たされる。これにより、水槽７５内に溜められた水によって、載置テーブル７２に保持された被加工物Ｗ２が水没する。
Ｙ軸移動手段７７がＹ軸方向に超音波振動ホーン８を移動させて、座標位置が検出された狙いの分割予定ラインＳ２と例えば超音波振動ホーン８の圧電振動板３のドーム部３０の中心とが合うように、超音波振動ホーン８が所定のＹ軸座標位置に位置付けられる。
また、Ｚ軸移動手段７８がＺ軸方向に超音波振動ホーン８を昇降させて、圧電振動板３の超音波を集中させる焦点が被加工物Ｗ２内部に形成された分割起点Ｎの高さに略合致するように、超音波振動ホーン８が所定の高さに位置付けられる。なお、圧電振動板３の超音波を集中させる焦点の高さが、被加工物Ｗ２の裏面Ｗ２ｂの高さに合わせられてもよい。
圧電振動板３に高周波電源３９が高周波電力を供給することで、圧電振動板３の輻射面３０２ｂから、水槽７５に溜められた水に例えば振動数１ＭＨｚ〜３ＭＨｚの超音波振動を伝播させる。輻射面３０２ｂの曲率等が適切に設定されていることで、輻射面３０２ｂから発生し水に伝播される超音波振動が被加工物Ｗ２内の分割起点Ｎで焦点を結び分割起点Ｎに集中する。
水槽７５が所定の加工送り速度で例えば−Ｘ方向（紙面奥側）に送り出されることで、Ｘ軸方向に延びる分割予定ラインＳ２に沿って形成された分割起点Ｎに超音波振動が付与され、被加工物Ｗ２が分割起点Ｎを起点として分割予定ラインＳ２に沿って分割されていく。
１本の分割予定ラインＳ２に沿って分割起点Ｎに超音波振動を付与し終える所定の位置まで水槽７５が−Ｘ方向に送られると、超音波振動ホーン８がＹ軸方向に移動され、−Ｘ方向での加工送りにおいて基準となった分割予定ラインＳ２に隣接する分割予定ラインＳ２と超音波振動ホーン８とのＹ軸方向における位置合わせが行われる。水槽７５が復方向である＋Ｘ方向（紙面手前側）へ加工送りされ、往方向での超音波振動の被加工物Ｗ２に対する付与と同様に、被加工物Ｗ２に超音波振動が付与される。順次同様の超音波振動の被加工物Ｗ２に対する付与をＸ軸方向に延びる全ての分割予定ラインＳ２に沿って行った後、載置テーブル７２を９０度回転させてから同様の被加工物Ｗ２に対する超音波振動の付与を行うと、分割起点Ｎを起点として全ての分割予定ラインＳ２が縦横に分割され、被加工物Ｗ２がデバイスＤ２を備える個々のチップに分割される。
上記のように、超音波振動を一点に集中させ例えば水を介して被加工物Ｗ２に付与する本発明に係る超音波振動ホーン８は、圧電振動板３と、超音波振動を集中させたい一点側に圧電振動板３のドーム部３０の凹んでいる輻射面３０２ｂ側を向けて圧電振動板３の環状板３２を支持するハウジング８０と、を備えることで、超音波振動を発生させる圧電振動板３のドーム部３０がハウジング８０によって直接保持されていないため、圧電振動板３に高周波電力を供給した際に、ドーム部３０が振動しやすくなる。そして、従来よりもドーム部３０の振動が環状板３２によって増幅された大きな振幅で例えば水に超音波振動を伝播させることが可能になり、分割起点Ｎを備えた被加工物Ｗ２に対する水を介した超音波振動の付与による分割を確実に行うことができる。
Ｗ：被加工物
１：スピンナ洗浄機構
１０：スピンナテーブル １０３：スピンナテーブル回転手段
１２：水供給パイプ １７：旋回モータ １８：旋回軸 １９：水供給源
２：超音波水噴射装置
２０：水溜部 ２０Ａ：第一室 ２０Ｂ：第二室 ２００：底板 ２０１：天板 ２０２：側壁 ２０２ａ：水供給口 ２０５：ノズル部 ２０５ａ：噴射口
３：圧電振動板 ３０：ドーム部 ３０１：第１電極板 ３０２：第２電極板 ３０４：圧電素材
３１：ツバ部 ３２：環状板 ３９：高周波電源 ３９０：配線
Ｗ１：被加工物 Ｓ：分割予定ライン Ｄ：デバイス Ｔ：ダイシングテープ Ｍ：切削溝
４：切削装置
４０：保持手段 ４０ａ：保持面
４２：切削手段 ４２０：スピンドル ４２３：切削ブレード
４２４：ブレードカバー ４２５：切削水ノズル
４２６：支持ブロック ４２８：回転軸 ４９：水供給源
Ｗ２：被加工物 Ｓ２：分割予定ライン Ｄ２：デバイス Ｎ：分割起点 Ｔ２：テープ
７：超音波分割装置
７５：水槽 ７５０：側壁 ７５１：底板
７２：載置テーブル ７３：Ｘ軸移動手段 ７７：Ｙ軸移動手段 ７８：Ｚ軸移動手段
７９：アライメント手段
８：超音波振動ホーン ８０：ハウジング

Claims (3)

  1. ドーム部と、該ドーム部の外周縁から径方向に外側に張り出したツバ部と、該ツバ部の外周縁から径方向に外側に張り出した環状板と、を備える圧電振動板。
  2. 超音波振動を伝播させた水を被加工物に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水溜部と、
    該水溜部に溜められた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水溜部に溜められた水に超音波振動を伝播する請求項１記載の圧電振動板と、を備え、
    該圧電振動板の前記ドーム部の凹んでいる面側は該噴射口に向けられており、該圧電振動板の前記環状板の外周部分が該水溜部の側壁に支持されていて、
    該圧電振動板に供給される高周波電力によって該圧電振動板から発生する超音波振動を該噴射口に向かって集中させ、該水溜部で該超音波振動が伝播された水を該噴射口から噴射する超音波水噴射装置。
  3. 超音波振動を一点に集中させ被加工物に付与する超音波振動ホーンであって、
    請求項１記載の圧電振動板と、超音波振動を集中させたい該一点側に前記ドーム部の凹んでいる面側を向けて該圧電振動板の前記環状板を支持するハウジングと、を備える超音波振動ホーン。
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