JP6421294B1 - シャワーヘッド加工工具およびシャワーヘッド加工工具の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】超音波振動に起因したピンの脱落を抑制する事のできるシャワーヘッド加工工具を提供する。
【解決手段】ベース１２と、ベース１２の一方の主面に設けられた穴１２ａに挿嵌されるピン１４を有し、超音波振動を発生させる超音波振動発生手段からの振動を受けて孔加工を行うホーン１０であって、ベース１２に対してピン１４は、ハンダ１６を介して固定され、穴１２ａとピン１４との間には、ハンダ１６が流入可能な間隙を確保すると共に、ハンダ１６は、一方の主面と、一方の主面から突出するピン１４の周囲に付着していることを特徴とする。
【選択図】図１

Description

本発明は、プラズマ加工を行う際に使用されるシャワーヘッドを加工する際に使用する工具、およびその工具の製造、メンテナンスの技術に関する。

半導体製造の分野では、シリコン基板等に対するプラズマ処理を施す際に、シャワーヘッドと呼ばれる微細孔加工が施された治具が用いられる。この治具は、セラミックスやシリコン、ＳｉＣなどの硬脆材料で構成されており、その穿孔加工には、複数のピンを備えたホーンと呼ばれる工具が用いられる。穿孔加工は、特許文献１に開示されているように、加工工具をシャワーヘッド構成材料に当接させた状態で、超音波による微細振動を与え、当接面に砥粒を供給する事で成される。

こうして使用される加工工具は、使用と共にピンの高さが不均一に消耗するため、適宜メンテナンスが必要とされている。メンテナンスの方法としては、ピン先の研磨や、ピンの打ち替えといったものがある。ピン先の研磨に関しては、加工装置に対する工具の設置に要する手間や時間を軽減することを目的として、特許文献２に開示されているような、加工装置に工具を設置した状態で研磨を行う方法も提案されている。

特許第５２９６７３０号公報 特開２０１１−１９４５４６号公報

上述のように、シャワーヘッドの加工方法や、加工工具のメンテナンスに関しては、種々方法が提案され、好適な手段が確立されてきている。一方で、加工工具（ホーン）自体に関しては、ベースに設けられた微細穴に対してピンを固定するという構造から、加工時の超音波振動によりピンがベースから脱落するといった問題が残されている。加工時におけるピンの脱落は、振動の伝達不良による孔加工の進捗バランスのバラつきや、これに起因した孔の変形等、加工精度や製品品質に大きな影響を与え、歩留まりを著しく低下させる要因となっている。

そこで本発明では、超音波振動に起因したピンの脱落を抑制する事のできるシャワーヘッド加工工具、および、その製造方法を提供することを目的とする。

上記目的を達成するための本発明に係るシャワーヘッド加工工具は、ベースと、前記ベースの一方の主面に複数設けられた凹部それぞれに挿嵌される当接部材を有し、超音波振動を発生させる超音波振動発生手段からの振動を受けて孔加工を行うシャワーヘッド加工工具であって、前記凹部の開口幅が、隣接配置されている前記凹部間の隙間よりも広く、前記ベースに対して前記当接部材は、ハンダを介して固定され、前記凹部と前記当接部材との間には、前記ハンダが流入可能な間隙を確保すると共に、前記ハンダは、前記一方の主面と、前記一方の主面から突出する前記当接部材の周囲に付着し、前記一方の主面に付着しているハンダは、隣接配置されている前記当接部材の周囲を覆う被膜状に形成されていることを特徴とする。

また、上記のような特徴を有するシャワーヘッド加工工具では、前記一方の主面から突出する当接部材と前記ハンダとの接触角が鋭角の範囲となるようにすると良い。このような特徴を有する事により、当接部材には、ハンダが硬化する前に、凹部側に引き込まれる方向の力が作用することとなる。これにより、当接部材の抜け止め効果を高めることができる。

また、上記のような特徴を有するシャワーヘッド加工工具において、前記当接部材はピンであり、前記凹部は、丸穴であるようにすることができる。

また、上記目的を達成するための本発明に係るシャワーヘッド加工工具の製造方法は、ベースと、前記ベースの一方の主面に複数設けられた凹部それぞれに挿嵌される当接部材を有し、超音波振動を発生させる超音波振動発生手段からの振動を受けて孔加工を行うシャワーヘッド加工工具の製造方法であって、前記凹部に前記当接部材を挿嵌した際に両者間に生じる間隙がハンダの間隙流入が成される間隔を確保する広さであり、前記凹部の開口幅が、隣接配置されている前記凹部間の隙間よりも広くなるように、前記一方の主面に対して前記凹部を加工する工程と、前記凹部に前記当接部材を挿嵌する工程と、前記一方の主面に被膜状にハンダを塗布すると共に、前記ハンダを前記間隙に流入させる工程と、を有することを特徴とする。

また、上記のような特徴を有するシャワーヘッド加工工具の製造方法では、前記ハンダを塗布する工程の前に、前記ハンダとの接触面にフラックスを塗布する工程を有するようにすると良い。このような工程を経る事により、ハンダの濡れ性が向上し、当接部材に対して上り付着部を形成することとなる。これにより、当接部材の抜け止め効果を高める事ができる。

上記のような特徴を有するシャワーヘッド加工工具、およびその製造方法によれば、超音波振動に起因した当接部材（ピン）の脱落を抑制する事が可能となる。

実施形態に係るシャワーヘッド加工工具の断面構成を示す図である。 図１におけるＡ部の拡大図である。 ピンの挿嵌部分に加工を施し、楔効果による抜け止めを図る変形例を示す部分拡大図である。

以下、本発明のシャワーヘッド加工工具およびシャワーヘッド加工工具の製造方法に係る実施の形態について、図面を参照して詳細に説明する。なお、図１は、実施形態に係るシャワーヘッド加工工具の断面構成を示す図であり、図２は、図１におけるＡ部の拡大図である。

［シャワーヘッド加工工具の構成］
本実施形態に係るシャワーヘッド加工工具（以下、ホーン１０と称す）は、ベース１２と、このベース１２に立設された複数のピン１４とより構成されている。ベース１２は、鉄などの比較的加工性に優れた金属材料により構成され、かつ撓みが生じない厚みを有する板材であれば良い。ベース１２の一方の主面には、ピン１４を立設するための穴１２ａ（凹部）が複数形成されている。穴１２ａの深さや直径は、ピン１４の直径に依存し、その深さは、ピン１４の直径の３〜５倍程度とすると良い。また、穴１２ａの直径は、穴にピン１４を挿嵌した際に、穴１２ａの内壁とピン１４との間に形成される間隙に、ハンダ１６を流入させる事ができる程度の隙間を確保することのできる大きさとすると良い。

ハンダ１６は、その溶融温度に起因した粘度や、素材間の濡れ性により、間隙流入のし易さが異なる。このため、穴１２ａとピン１４との間隙が間隙流入可能な幅よりも狭い場合には、当該間隙にハンダ１６を流入させることができなくなってしまう。このため、穴１２ａとピン１４との間には、ハンダ１６が間隙流入するのに十分な間隙を設ける必要がある。具体例として、ピン１４の直径を１ｍｍとした場合、穴１２ａの直径を４ｍｍ程度とすれば良い。穴１２ａとピン１４との関係をこのようなものとする事で、両者の間の間隙にハンダ１６を流入させる事ができ、ピン１４の固定を強固なものとする事ができる。

また、本実施形態では、ベース１２の一方の主面に被膜状にハンダ１６を塗布することで、一方の主面から突出するピン１４の周囲に、図２に示すようなハンダ１６の上り付着部１６ａを生じさせる構成としている。ここで、上り付着部１６ａを構成するハンダ１６とピン１４との成す角θが、鋭角となるように、ピン１４に対するハンダ１６の濡れ性を調整する。濡れ性の調整は、ハンダ１６との接触面にフラックス（不図示）を塗布する事で成せば良く、使用するフラックスの成分によっても、濡れ性の多寡を調整する事ができる。

角度θを鋭角とした状態では、接触物であるピン１４を矢印Ｂで示す方向へ引っ張る力を生じさせる。このため、ピン１４の抜け防止に大きな効果を奏することとなる。なお、θが直角以上の鈍角となる場合には、ピン１４を引き抜く方向に力が作用することとなる。

ここで、穴１２ａに挿嵌するピン１４は、ステンレスなどの硬質材料金属部材により構成されていれば良い。また、ピン１４の長さは、特に限定するものでは無いが、端面研磨により、複数回使用する事が可能となり、かつ使用時にピンが座屈する事を防ぐことができる長さとすれば良い。具体的には、ピン１４の直径に対して５０から６０倍程度までの長さを有すれば良い。

このような構成のホーン１０では、ベース１２に立設されたピン１４は、穴１２ａの内部、および外部において、ハンダ１６に対する十分な接着面積を確保することとなる。よって、超音波振動に起因したピン１４の脱落を抑制する事ができる。

［応用例］
上記実施形態では、ベース１２に立設させるピン１４は、ストレートピンであるように示した。しかしながら、穴１２ａに対するピン１４の挿嵌部分（埋設部分）に関しては、図３に示すようなスリット（傷）やローレットを施すようにしても良い。ハンダ１６との接触面を荒らす事により、楔効果を生じさせ、ピン１４の抜け止め効果を高める事ができるからである。

［製造方法］
次に、上記のような構成のホーン１０の製造方法について説明する。
まず、ベース１２を構成する板材の一方の主面に対して、ピン１４を挿嵌するための穴１２ａを形成する。穴１２ａは、一方の面に対して複数形成される。また、穴１２ａの直径は、挿嵌するピン１４の直径に依存し、穴１２ａとピン１４との間に設けられる間隙がハンダ１６の間隙流入が成される程度の間隔を得る大きさとする。一例として、ピン１４の直径を１ｍｍとした場合に、穴１２ａの直径を４ｍｍ程度とする事ができる。

ベース１２に複数の穴１２ａを形成した後、各穴１２ａに対してピン１４を挿嵌し、一方の主面上にハンダ１６を流し込んでピン１４を固定する。ここで、ピン１４の挿嵌は、図示しないガイドを用いて行い、ピン１４の直径に対して十分に大きな直径を有する穴１２ａに配置されたピン１４に傾きが生じない状態を確保する。そして、ガイドによりピン１４の立設状態を保持した状態で、ハンダ１６の流し込みを行い、ピン１４の固定を成す。このような工程を経る事で、固定されたピン１４に傾きが生じる事を防ぐ事ができる。

なお、本発明の製造方法には、ピン１４の打ち替え等のメンテナンスを含むものとし、メンテナンスに関しては、ハンダ１６を加熱溶融させる事でピン１４を除去した後、再びピンを挿嵌させる工程以降を繰り返せば良い。
このような方法で製造したホーン１０によれば、超音波振動に起因したピン１４の脱落を抑制する事ができる。

上記実施形態では、ベース１２に設ける凹部については丸い穴１２ａであるように説明し、凹部に挿嵌する当接部材についてはピン１４であるように説明した。しかしながら、ホーン１０の形態は、加工対象であるシャワーヘッドに形成される孔の形状に依存する。このため、孔形状が長穴や帯状などである場合には、当接部材の形状をこれに合わせて定めるようにする。そして、当接部材を挿嵌する凹部については、当接部材の形状に合わせた形状としつつ、両者の間に生ずる間隙について、ハンダ１６の間隙流入を生じさせる間隔を確保するようにすれば良い。

１０………ホーン、１２………ベース、１２ａ………穴、１４………ピン、１６………ハンダ、１６ａ………上り付着部。

Claims (5)

1. ベースと、前記ベースの一方の主面に複数設けられた凹部それぞれに挿嵌される当接部材を有し、超音波振動を発生させる超音波振動発生手段からの振動を受けて孔加工を行うシャワーヘッド加工工具であって、
   前記凹部の開口幅が、隣接配置されている前記凹部間の隙間よりも広く、
   前記ベースに対して前記当接部材は、ハンダを介して固定され、
   前記凹部と前記当接部材との間には、前記ハンダが流入可能な間隙を確保すると共に、
   前記ハンダは、前記一方の主面と、前記一方の主面から突出する前記当接部材の周囲に付着し、
   前記一方の主面に付着しているハンダは、隣接配置されている前記当接部材の周囲を覆う被膜状に形成されていることを特徴とするシャワーヘッド加工工具。
2. 前記一方の主面から突出する当接部材と前記ハンダとの接触角が鋭角の範囲であることを特徴とする請求項１に記載のシャワーヘッド加工工具。
3. 前記当接部材はピンであり、
   前記凹部は、丸穴であることを特徴とする請求項１または２に記載のシャワーヘッド加工工具。
4. ベースと、前記ベースの一方の主面に複数設けられた凹部それぞれに挿嵌される当接部材を有し、超音波振動を発生させる超音波振動発生手段からの振動を受けて孔加工を行うシャワーヘッド加工工具の製造方法であって、
   前記凹部に前記当接部材を挿嵌した際に両者間に生じる間隙がハンダの間隙流入が成される間隔を確保する広さであり、前記凹部の開口幅が、隣接配置されている前記凹部間の隙間よりも広くなるように、前記一方の主面に対して前記凹部を加工する工程と、
   前記凹部に前記当接部材を挿嵌する工程と、
   前記一方の主面に被膜状にハンダを塗布すると共に、前記ハンダを前記間隙に流入させる工程と、
   を有することを特徴とするシャワーヘッド加工工具の製造方法。
5. 前記ハンダを塗布する工程の前に、前記ハンダとの接触面にフラックスを塗布する工程を有することを特徴とする請求項４に記載のシャワーヘッド加工工具の製造方法。

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