JPH0677248U - ラジカル反応等による加工装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 反応ガスによる機械類の腐食を防ぎ、供給ノ
ズル等の取付けを正確かつ容易にする。 【構成】 ワイヤ電極Ｗを機械室Ｃａ内のボビン５から
加工室Ｃｂを通して機械室Ｃｃの引取りローラ４７に引
き取る。供給ノズル２３から反応ガスを加工室Ｃｂに供
給するとともに、加工に働いた反応ガスを吸引ノズル５
５で外部に吸い出し加工室Ｃｂ内の気圧を機械室Ｃａ，
Ｃｃよりも低く保つ。反応ガスが機械室Ｃａ，Ｃｃに漏
れて機械類に触れることがない。基準部材２７を挿入孔
に下から挿入して底板１ａに固定する。基準部材２７の
上に基台２６を固定し、その上に供給ノズル等の部材を
設ける。溶接等によって歪んだ狭小な加工室Ｃｂの内壁
面を機械加工することなく供給ノズル２３等の部材を正
確かつ容易に取り付けることができる。

Description

【考案の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】

本考案は、ラジカル（遊離基）反応を利用して、例えば、半導体デバイス製造 用シリコン単結晶やゲルマニウム単結晶、ガリウム−ひ素化合物、或いは通常の 機械的方法では切断が困難なセラミックス、ガラスなどの比較的厚肉の材料を精 度よく切断する精密切断装置、及びこれに類する加工装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】

シリコン単結晶等の切断には、従来、ダイヤモンドホイールによるダイシング 加工方法が採用されているが、この方法による切断では、表面に塑性加工層の残 留、微細クラックが発生し、製造されたウェハーの歩留りが低下する原因となっ ている。

【０００３】 このような問題点を解消するために、ラジカル反応を利用した精密加工方法が 提案されている（特開平１−１２５８２９号公報）。このラジカル反応による精 密加工方法は、反応ガスの雰囲気中に配した被加工物近傍で、放電又はレーザ光 励起により反応ガスを活性化させてラジカルを生成し、該ラジカルと被加工物の 構成原子又は分子とをラジカル反応させて被加工物を加工するものである。

【０００４】 そして、上記の公開公報には、加工方法の一例として、ワイヤ供給用ボビンに 巻かれたワイヤ電極をワイヤ引取りボビンに巻き取りながら該ワイヤ電極に電圧 を印加し、ワイヤ電極と被切断物間に放電を発生させて反応ガスを活性化させ、 該反応ガスによりラジカルを生成して該ラジカルと被切断物の構成原子又は分子 とをラジカル反応させ、被切断物をワイヤ電極に対して該ワイヤ電極を横切る方 向に相対的に移動させて被切断物を切断するラジカル反応による精密切断方法が 開示されている。

【０００５】

【考案が解決しようとする課題】 ところが、ワイヤ電極を用いる上記切断方法を通常の装置でそのまま実施しよ うとすると、ワイヤ電極の移送系の機械類が塩素やフッ素等の反応ガスに触れる こととなり、その機械類を構成する部品の材質によっては腐食するなどの問題点 がある。

【０００６】 本考案は、反応ガス等の加工ガスによる機械類の腐食を防止することができる とともに、加工ガスの使用量を低減することができ、また、供給ノズル等の部材 を狭い室内に精度よく、かつ容易に設けることができるラジカル反応等による加 工装置を提供することを目的とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】

上記の目的を達成するために、第１の考案は、機械室と加工室が並設され、上 記機械室には、機械室と加工室の隔壁に設けられた小孔から加工室内に入れられ たワイヤ電極等の加工機材を動かす機械類が設けられ、また上記加工室には、加 工室内に反応ガス等の加工ガスを供給する供給ノズルと、加工に働いた加工ガス 等を外部に吸い出して加工室内の気圧を機械室内の気圧よりも低く保つ吸引ノズ ルとが設けられた構成とし、また第２の考案は、外部基準面と内部基準面とを有 する基準部材が、内部基準面を挿入孔から加工室等の室内に挿入するとともに外 部基準面を上記室の基準外面に当接させて設けられ、上記基準部材に供給ノズル 等の部材が基準部材の基準内面を利用して室内に支持された構成とした。

【０００８】

【作用】

第１の考案においては、吸引ノズルの働きで加工室内の気圧が機械室の気圧よ りも低く保たれるため、加工室内の加工ガスが隔壁の小孔から機械室に漏出する ことがなく、したがって機械室内の機械類が加工ガスによって腐食することがな い。また加工ガスは比較的小さい加工室のみに供給すればよいので、加工ガスの 使用量を少なくすることができる。また、第２の考案においては、基準部材の内 部基準面は、加工室等の基準外面に対する基準部材の外部基準面の当接によって 正確に位置出しされるので、その内部基準面を利用して供給ノズル等の部材を狭 い加工室等の所定位置に正しく、かつ容易に設けることができる。

【０００９】

【実施例】

添付図面は本考案に係るラジカル反応等による加工装置の一実施例を示す。こ れらの図において符号１はフレームであり、機械室Ｃａ，Ｃｃと加工室Ｃｂを有 する。二つの機械室Ｃａ，Ｃｃは加工室Ｃｂの左右に並設されており、図１と図 ２で左の機械室Ｃａにはワイヤ電極（加工機材）Ｗの供給機構２が、また中央の 加工室Ｃｂには切断機構３が、更に右の機械室Ｃｃにはワイヤ電極Ｗの引取り機 構４がそれぞれ設けられている。

【００１０】 ワイヤ電極Ｗの供給機構２は、ワイヤ電極Ｗが巻かれているワイヤ供給用ボビ ン５、ダンサーローラ６、ブレーキドラム７、及び位置決めローラ８を主体とす る。ワイヤ供給用ボビン５のワイヤ電極Ｗは、ダンサーローラ６、ブレーキドラ ム７、外部ローラ１０、ブレーキドラム７の順に巻き付けられ、位置決めローラ ８に引き出される。ワイヤ供給用ボビン５は逆相ブレーキ用モータ１１の回転軸 １２に着脱自在に取り付けられており、ワイヤ電極Ｗの引出し供給時における回 転に逆相ブレーキ用モータ１１で抵抗が掛けられる。

【００１１】 ダンサーローラ６はエンコーダ１３の回動アーム１４に取り付けられている。 エンコーダ１３は、回動アーム１４の回動角からワイヤ供給用ボビン５とブレー キドラム７間のワイヤ電極Ｗの張力を検出し、その検出信号を逆相ブレーキ用モ ータ１１に出力する。逆相ブレーキ用モータ１１はエンコーダ１３の検出信号に 従ってブレーキ力を変え、ワイヤ供給用ボビン５とブレーキドラム７間のワイヤ 電極Ｗの張力を一定に保つ。ブレーキドラム７には電磁ブレーキ１５（図２）が 付設されており、ブレーキドラム７の回転に抵抗を掛ける。

【００１２】 切断機構３は、前後（図１では左右）各一対の案内ローラ１６，１７、１８， １９と、各案内ローラ１６，１７、１８，１９の間に配設された給電ブラシ２１ ，２２と、反応ガス（加工ガス）の供給ノズル２３と、被切断物２４を保持する 保持板２５とを主体とする。加工室Ｃｂ内には、基台２６が底板１ａに下から挿 通された基準部材２７に固定されて設けられている。そしてこの基台２６の垂直 板２８には、上下部材２９（図３）が調節ねじ３０によって上下に調節自在に取 り付けられ、また、この上下部材２９には、横移動部材３１が調節ねじ３２によ って、案内ローラ１６，１７，１８，１９の並び方向と直交する水平方向（図１ で紙面に垂直な方向）に調節自在に取り付けられている。各案内ローラ１６，１ ７，１８，１９は外周面に案内溝を有する。基準部材２７については後で述べる 。

【００１３】 切断機構３の案内ローラ１６，１７、１８，１９は、横移動部材３１に取り付 けられており、供給機構２の位置決めローラ８から隔壁１ｂに設けられたシール 機構３４の小孔を通して加工室Ｃｂ内に送り込まれたワイヤ電極Ｗを水平に案内 し、他の隔壁１ｃに設けられたシール機構３５の小孔を通して機械室Ｃｃに送り 出す。また各給電ブラシ２１，２２は、垂直板２８に揺動自在に取り付けられた 揺動部材３７に固定され、案内ローラ１６，１７、及び案内ローラ１８，１９の 中間においてワイヤ電極Ｗに接触している。揺動部材３７はブラシ揺動用モータ ３８によって給電ブラシ２１，２２と一緒にワイヤ電極Ｗと交差する水平方向に 動かされる。取付部材３６はワイヤ電極Ｗの長さ方向に調節自在とされている。 なお、案内ローラ１６，１７と給電ブラシ２１等の設備構造は図３における案内 ローラ１８，１９及び給電ブラシ２２と同じ（但し左右勝手が逆）である。

【００１４】 反応ガスの供給ノズル２３は案内ローラ１７，１８の間において取付部材３６ に水平に取り付けられている。供給ノズル２３は、ラジカル反応で被切断物２４ に形成される切断溝の溝幅よりも薄く形成され、その側縁（下縁）にスリット状 の噴出口を有する。供給ノズル２３の噴出口は案内ローラ１７，１８間のワイヤ 電極Ｗと平行とされている。また、供給ノズル２３は、塩素やフッ素等の反応ガ スのボンベ（図示せず）にパイプを介して連結されており、反応ガスを噴出口か ら切断溝の溝底に噴出する。なお、供給ノズル２３は、通常、噴出口からその全 長にわたって反応ガスが均等に噴出される構造とされるが、その具体的な構造は 任意である。

【００１５】 また、被切断物２４の保持板２５は上下用サーボモータ４０によって上下に動 かされるロッド４１に支えられている。上下用サーボモータ４０は、切断の進行 に合わせて被切断物２４をロッド４１と保持板２５を介して上昇させる。ロッド ４１が貫通された底板１ａの部分にはベローズ４２が設けられ、その部分を気密 にしている。

【００１６】 ワイヤ電極Ｗの引取り機構４は、ガイドローラ４３，４４，４５，４６と、引 取りローラ４７と、引取り用モータ４８と、ピンチローラ４９とを主体とする。 引取り用モータ４８は引取りローラ４７を回転させる。ピンチローラ４９は上下 に回動自在とされたレバー５１の先端に取り付けられ、ばね（図示せず）によっ て引取りローラ４７に圧接されている。

【００１７】 中央のワイヤ電極Ｗはガイドローラ４３，４５に、また両側のワイヤ電極ｗは ガイドローラ４３，４４，４６にそれぞれ案内されて引取りローラ４７とピンチ ローラ４９の間にそれぞれ挟み込まれており、引取り用モータ４８による引取り ローラ４７の回転でワイヤ供給用ボビン５から引取りローラ４７に引き取られる 。引取りローラ４７の下にはロールカッタ５３が設けられている。ロールカッタ ５３は引取りローラ４７に引き取られた用済みのワイヤ電極Ｗを所定の長さに切 断する。

【００１８】 符号５５は吸引ノズルである。吸引ノズル５５はその先端を案内ローラ１７， １８間のワイヤ電極Ｗの下に配した状態で各隔壁１ｂ，１ｃを貫通して設けられ 、水平移動用ステッピングモータ５６によって動かされる支承部材５７に取り付 けられている。水平移動用ステッピングモータ５６は、上下用サーボモータ４０ に同期して作動し、上下用サーボモータ４０によって上昇させられる被切断物２ ４の切断溝の端部に吸引ノズル５５の先端を常時一致又は近接させる。各隔壁１ ｂ，１ｃと吸引ノズル５５との間にはベローズ５８が設けられ、その部分を気密 にしている。

【００１９】 吸引ノズル５５には真空ポンプ（図示せず）が連結されている。真空ポンプは 、ラジカル反応で生じた反応生成物（ＳｉＦ₄ ，Ｓ，Ｃ等）と余剰反応ガスを切 断溝の溝底から吸引ノズル５５を介して吸い取る。真空ポンプによる吸引は、中 央の加工室Ｃｂ内の気圧が左右の機械室Ｃａ，Ｃｃの気圧より僅かに低くて反応 ガスが加工室Ｃｂから外に洩れない程度とされる。各室Ｃａ，Ｃｂ，Ｃｃの外壁 には適宜点検窓５９が設けられる。

【００２０】 前記基準部材２７について説明すると、該基準部材２７は図４に示すように、 固定フランジ２７ａと軸部２７ｂに、外部基準面２７ｃと内部基準面２７ｄとが 個々に形成されている。外部基準面２７ｃと内部基準面２７ｄとは仕上げ加工さ れ相互に平行である。加工室Ｃｂの底板１ａには挿入孔１ｄが形成され、底板１ ａの下面における挿入孔１ｄの周辺部は水平に仕上げ加工されて基準外面１ｅと なっている。基準部材２７はその軸部２７ｂを挿入孔１ｄに下から挿入し、外部 基準面２７ｃを底板１ａの基準外面１ｅに当接させた状態でボルト６０により底 板１ａに固定されている。

【００２１】 上記のように基準外面１ｅは水平に仕上げられ、また外部基準面２７ｃと内部 基準面２７ｄとは平行とされているので、基準部材２７の上記の固定状態では内 部基準面２７ｄは加工室Ｃｂ内において水平となる。基台２６は複数の基準部材 ２７の内部基準面２７ｄ上に水平に載せられ、ボルト等で基準部材２７に固定さ れる。挿入孔１ｄにはＯリング等のシール材６１が嵌め込まれ、その部分を気密 にしている。

【００２２】 なお、図の実施例では、供給機構２、切断機構３、引取り機構４等が各３組宛 設けられ、被切断物２４の３個所を同時に切断する構成とされているが、それら の組数を増減させることができる。また、ワイヤ供給用ボビン５やダンサーロー ラ６、ブレーキドラム７、シール機構３４，３５等のワイヤ電極Ｗの移送系はす べて絶縁されていることは言うまでもない。ワイヤ電極Ｗの移送系の絶縁はその 静電容量をなるべく小さくする。また、チャンバ内で発生した電磁波により、モ ータ類の誤動作、焼損などの危険性があるため、モータ類及び配線には電磁波防 止のシールド対策が施される。

【００２３】 次に上記のように構成された本考案に係るラジカル反応等による加工装置の作 用を説明する。 引取り用モータ４８で引取りローラ４７を回転駆動し、ワイヤ供給用ボビン５ に巻かれたワイヤ電極Ｗを引取りローラ４７に引き取りながら、供給ノズル２３ から反応ガスを供給するとともに、給電ブラシ２１，２２を通じてワイヤ電極Ｗ に電圧を印加し、ワイヤ電極Ｗと被切断物２４との間に放電を発生させる。放電 によって反応ガスが活性化してラジカルを生成し、該ラジカルは被切断物の構成 原子又は分子とラジカル反応する。この結果、被切断物２４に溝が穿設され、被 切断物２４が切断されるようになる。給電に際し、ブラシ揺動用モータ３８は給 電ブラシ２１，２２をワイヤ電極Ｗと交差する水平方向に揺動させ、給電ブラシ ２１，２２の局部摩耗を防止する。

【００２４】 被切断物２４の切断の進行に従って上下用サーボモータ４０を作動させ、被切 断物２４を上昇させる。また、吸引ノズル５５で溝底の余剰反応ガスと該ガスに よって排出される反応生成物を吸引し、中央の加工室Ｃｂの気圧を隣の機械室Ｃ ａ，Ｃｃよりも僅かに低くする。このため、反応生成物によって放電が止ること がなく、ラジカル反応、つまり切断が円滑に行われるとともに、反応ガスの外部 への漏洩が防止される。この際、吸引ノズル５５は、被切断物２４の外周面に沿 って相対移動するように、被切断物２４の上昇に同期してステッピングモータ５ ６で水平に動かす。

【００２５】 供給ノズル２３はラジカル反応によって形成される切断溝よりも薄く形成され ており、被切断物２４の上昇に伴ってワイヤ電極Ｗと一緒に切断溝内に入る。し たがって、被切断物２４の肉厚が大で、切断溝がどのように深くなっても溝底に 反応ガスを十分に供給して切断加工を継続することができる。

【００２６】 ところで、現在、ダイヤモンドホイールによるダイシング加工で切断されてい る半導体デバイス製造用シリコンブロックの直径は６〜８インチが主流であり、 この大きさまでが従来方法適用の限界である。しかし上記の実施例においては、 ワイヤ電極Ｗによるため、直径１０インチ以上のシリコンブロックの切断も可能 である。また、電極が板状のブレードタイプで固定されている場合、プラズマ反 応熱による電極の加熱、溶融の危険性があるとともに、ラジカルとの反応により 電極が損傷し、耐久性に問題があり、電極の設備構造が複雑でこれの交換が容易 ではないが、図の実施例においてはワイヤ電極Ｗを使用し、これを引き取ること によって常時新しくするので、上記のような問題を生じることがない。

【００２７】 ワイヤ電極Ｗがワイヤ供給用ボビン５から引き出されて切断機構３に供給され る場合、逆相ブレーキモータ１１と電極ブレーキ１５が働いてワイヤ電極Ｗの張 力を一定に保つが、エンコーダ１３によって逆相ブレーキ用モータ１１を制御す る構成となっているため、ワイヤ電極Ｗの供給によってワイヤ供給用ボビン５の ワイヤ電極Ｗの巻き径が徐々に小さくなっても張力が変わることはない。

【００２８】 なお、ワイヤ電極Ｗには、通常、０.０５〜０.３mm径の各種材質のワイヤが使 用される。ワイヤ電極Ｗの供給移送速度は、ワイヤ電極Ｗの強度等を勘案して決 定する。各種のワイヤ電極Ｗに対応するため、引取り用モータ４８の回転速度、 逆相ブレーキモータ１１と電極ブレーキ１５のブレーキ力は調節自在とされてい る。反応ガスの供給ノズル２３の厚さは、通常、０.１５〜０.３mm程度である。

【００２９】 供給ノズル２３等の加工室Ｃｂにおける組付けに際しては、加工室Ｃｂの組み 立て後に底板１ａの下面を水平に仕上げて基準外面１ｅとし、互いに平行な外部 基準面２７ｃと内部基準面２７ｄとを固定フランジ２７ａと軸部２７ｂに個々に 仕上げ加工した基準部材２７を製作する。そして、基準部材２７の軸部２７ｂを 挿入孔１ｄに下から挿入して加工室Ｃｂ内に突出させるとともに、固定フランジ ２７ａの外部基準面２７ｃを底板１ａの基準外面１ｅに当接させて基準部材２７ をボルト６０で底板１ａに固定する。その後、基準部材２７の軸部２７ｂの内部 基準面２７ｄの上に基台２６を載せてこれを基準部材２７にボルト等で固定し、 その基台２６の上に供給ノズル２３等を組み付ける。

【００３０】 この構成においては、反応ガスの使用量を少なく抑えるために加工室Ｃｂが狭 小に形成されていて、加工室Ｃｂの組立て時に溶接等によって加工室Ｃｂの内壁 面に生じた歪みを機械加工で取ることが困難な場合でも、供給ノズル２３等の部 材を加工室Ｃｂ内に正確かつ容易に設けることができる。なお、中央の加工室Ｃ ｂ以外の、外側の機械室Ｃａ，Ｃｃにおける各種部材の取付けにも適用すること ができる。

【００３１】

【考案の効果】

以上説明したように、第１の考案は、機械室と加工室が並設され、上記機械室 には、機械室と加工室の隔壁に設けられた小孔から加工室内に入れられたワイヤ 電極等の加工機材を動かす機械類が設けられ、また上記加工室には、加工室内に 反応ガス等の加工ガスを供給する供給ノズルと、加工に働いた加工ガス等を外部 に吸い出して加工室内の気圧を機械室内の気圧よりも低く保つ吸引ノズルとが設 けられた構成とされているので、機械室に加工室内の加工ガスが漏れることがな く、機械室に設けられたブレーキモータやエンコンダ、電磁ブレーキ、引取り用 モータ等の機械類の加工ガスによる腐食を防止することができる。また、加工ガ スは加工室にだけ供給される構成とされているので、加工ガスの使用量を可及的 に少なく抑えることができる。

【００３２】 また、第２の考案は、外部基準面と内部基準面とを有する基準部材が、内部基 準面を挿入孔から加工室等の室内に挿入するとともに外部基準面を上記室の基準 外面に当接させて設けられ、上記基準部材に供給ノズル等の部材が基準部材の基 準内面を利用して室内に支持された構成とされているので、加工室等の組立て時 にその内壁面に歪みが生じたような場合でも、供給ノズル等の部材を正確、かつ 容易に室内に設けることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本考案に係るラジカル反応等による加工装置
の正断面図である。

【図２】 同じく平断面図である。

【図３】 案内ローラと給電ブラシ等の関係を示す外観
図である。

【図４】 加工室の底板に対する基準部材の取付け状態
を示す断面図である。

【符号の説明】

１ａ 底板 １ｂ，１ｃ 隔壁 １ｄ 挿入孔 １ｅ 基準外面 ２３ 供給ノズル ２７ 基準部材 ２７ａ 固定フランジ ２７ｂ 軸部 ２７ｃ 外部基準面 ２７ｄ 内部基準面 ５５ 吸引ノズル Ｃａ，Ｃｃ 機械室 Ｃｂ 加工室 Ｗ ワイヤ電極

Claims (2)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 【請求項１】 機械室と加工室が並設され、上記機械室
   には、機械室と加工室の隔壁に設けられた小孔から加工
   室内に入れられたワイヤ電極等の加工機材を動かす機械
   類が設けられ、また上記加工室には、加工室内に反応ガ
   ス等の加工ガスを供給する供給ノズルと、加工に働いた
   加工ガス等を外部に吸い出して加工室内の気圧を機械室
   内の気圧よりも低く保つ吸引ノズルとが設けられたこと
   を特徴とするラジカル反応等による加工装置。
2. 【請求項２】 外部基準面と内部基準面とを有する基準
   部材が、内部基準面を挿入孔から加工室等の室内に挿入
   するとともに外部基準面を上記室の基準外面に当接させ
   て設けられ、上記基準部材に供給ノズル等の部材が基準
   部材の基準内面を利用して室内に支持されたことを特徴
   とするラジカル反応等による加工装置。