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1. WO2006101087 - SCRIBE DEVICE

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[ JA ]
明 細書

スクライブ装置

技術分野

[0001] 本発明は、ガラス、半導体等の脆性材料からなるワークにスクライブ線を刻み付ける スクライブ装置に関する。

背景技術

[0002] 脆性材料からなるワークを切断する方法として、例えば回転刃に送り込み、さいの 目状に切断するダイシング法や、ワークの表面にカツタでさいの目状にスクライブ線 を刻み付け、その後スクライブ線に沿ってワークに曲げ荷重をカ卩えてワークを切断す るスクライブ 'ブレーク法が知られている。

[0003] ワークにスクライブ線を刻み付けるスクライブ装置としては、算盤玉状の回転可能な カツタをワークに押し付け、カツタでワークを加圧しながらカツタを転がして、ワーク表 面にスクライブ線を刻み付けるスクライブ装置 (例えば特許文献 1参照)や、カツタに 振動を与えながらカツタを移動させて、ワーク表面にスクライブ線を刻み付けるスクラ イブ装置 (例えば特許文献 2参照)が提案されてレ、る。

特許文献 1 :特開 2003— 212578号公報

特許文献 2:特開平 10— 101967号公報

発明の開示

発明が解決しょうとする課題

[0004] いずれのスクライブ装置においても、カツタでワーク表面にスクライブ線を刻み付け る前に、カツタを下降させてワークの表面に載せる必要がある。

[0005] しかし、カツタの下降中に、ワークの表面にカツタが接触した状態(所謂ゼロ点位置 )を検知し、ゼロ点位置でカツタの下降を停止させるのは、カツタの大まかな高さを決 める粗動機構だけでは困難を伴う。そこで本発明は、粗動機構と微動機構を上手く 組み合わせて、ゼロ点位置でカツタを正確に停止させることができるスクライブ装置を 提供することにある。

[0006] また、粗動機構及び微動機構それぞれに第 1及び第 2の直動ガイドを設けると、部 品点数も多くなり、スクライブ装置も大型化し易い。そこで本件発明の他の目的は、装 置全体をコンパクトにすることができるスクライブ装置を提供することにある。

課題を解決するための手段

[0007] 以下、本発明について説明する。なお、本発明の理解を容易にするために添付図 面の参照番号を括弧書きにて付記するが、それにより本発明が図示の形態に限定さ れるものでない。

[0008] 上記課題を解決するために、請求項 1に記載の発明は、ワーク(1)にスクライブ線 を刻み付けるスクライブ装置であって、ワーク(1)の表面に平行に移動可能なベース (3)と、前記ベース(3)に対して上昇'下降する移動台 (4)と、下端に前記ワーク(1) にスクライブ線を刻み付けるためのカツタ(2)が設けられ、前記移動台(4)と共に上昇 •下降するヘッド(6)と、前記移動台(4)が上昇'下降するのを案内する第 1の直動ガ イド(8, 9)と、前記ヘッド(6)が上昇 ·下降するのを案内する第 2の直動ガイド(8, 10 )と、を備え、前記移動台(4)及び前記ヘッド(6)の下降中に、前記カツタ(2)が前記 ワーク(1)に接触して前記ヘッド(6)の下降が停止しても、前記移動台(4)が僅かに 下降するのを許容することを特徴とする。

[0009] 請求項 2に記載の発明は、ワーク(1)にスクライブ線を刻み付けるスクライブ装置で あって、ワーク(1)の表面に平行に移動可能なベース(3)と、前記ベース(3)に対し て上昇'下降する移動台(4)と、下端に前記ワーク(1)にスクライブ線を刻み付けるた めのカツタ(2)が設けられ、前記移動台 (4)と共に上昇'下降するヘッド(6)と、前記 ベース(3)に設けられる共通軌道レール (8)と、前記共通軌道レール (8)にスライド 可能に配置され、前記移動台(4)が上昇'下降するのを案内する第 1の移動ブロック (9)と、前記共通軌道レール(8)にスライド可能に配置され、前記ヘッド(6)が上昇- 下降するのを案内する第 2の移動ブロック(10)と、を備え、前記移動台 (4)及び前記 ヘッド(6)の下降中に、前記カツタ(2)が前記ワーク(1)に接触して前記ヘッド(6)の 下降が停止しても、前記移動台 (4)が僅かに下降するのを許容することを特徴とする

[0010] 請求項 3に記載の発明は、請求項 2に記載のスクライブ装置において、前記ヘッド( 6)は、前記第 2の移動ブロック(10)に取り付けられるヘッド本体(18)と、前記カツタ( 2)を保持するホルダ(30)と、前記ヘッド本体(18)に収容され、前記ホルダ(30)を 振動させるァクチユエータ(28)と、を有し、前記スクライブ装置はさらに、前記共通軌 道レール (8)上にスライド可能に配置され、前記ホルダ(30)が振動するのを案内す る第 3の移動ブロック(11)を備えることを特徴とする。

[0011] 請求項 4に記載の発明は、請求項 2又は 3に記載のスクライブ装置において、前記 スクライブ装置はさらに、前記カツタ(2)から前記ワーク(1)に加わる圧力を調節する エアシリンダ (21)を備え、前記移動台 (4)に前記エアシリンダ(21)のシリンダ本体( 21a)が取り付けられ、前記ヘッド(6)に前記シリンダ本体(21a)力伸縮するロッド( 21b)が連結されることを特徴とする。

[0012] 請求項 5に記載の発明は、請求項 2ないし 4いずれかに記載のスクライブ装置にお いて、前記スクライブ装置はさらに、前記移動台 (4)と前記ヘッド (6)との間に掛け渡 され、前記ヘッド(6)の自重を低減するばね(27)を備えることを特徴とする。

発明の効果

[0013] 請求項 1に記載の発明によれば、ワークに向かって下降するヘッドを、カツタがヮ一 クに接触する位置(ゼロ点位置)で正確に停止させることができる。

[0014] 請求項 2に記載の発明によれば、移動台が上昇 ·下降するのを案内する第 1の移 動ブロックと、ヘッドが上昇 '下降するのを案内する第 2の移動ブロックが、共通軌道 レール上に配置されるので、装置をコンパクトにすることができる。また部品点数を削 減すること力 Sできる。

[0015] 請求項 3に記載の発明によれば、ホルダが振動するのを案内する第 3の移動ブロッ クも共通軌道レール上に配置されるので、より一層装置をコンパクトにすることができ

、また部品点数を削減することができる。

[0016] 請求項 4に記載の発明によれば、エアシリンダに加えられるエアー圧を調整するこ とで、カツタからワークにかかる圧力を制御することができる。

[0017] 請求項 5に記載の発明によれば、カツタから前記ワークに加わる圧力のうち、ヘッド の自重分を低減することができる。

図面の簡単な説明

[0018] [図 1]本発明の一実施形態におけるスクライブ装置の側面図(一部断面図を含む)。 [図 2]上記スクライブ装置の正面図。

[図 3]移動台とヘッドとの間に掛け渡されるばねを示す側面図。

[図 4]直動ガイドの正面図。

[図 5]直動ガイドの側面図。

符号の説明

[0019] 1…ワーク

2…カツタ

3…ベース

4…移動台

6…ヘッド、

8…共通軌道レール

9, 10, 11…移動ブロック

8, 9…第 1の直動ガイド

8, 10…第 2の直動ガイド

18…ヘッド本体

21…エアシリンダ

2 la…シリンダ本体

21b…ロッド、

27…ばね

28…ァクチユータ

30…ホノレダ

発明を実施するための最良の形態

[0020] 以下添付図面に基づいて、本発明の一実施形態におけるスクライブ装置について 添付図面に基づいて説明する。各図において同一の機械要素には同一の符号を附 す。

[0021] 図 1はスクライブ装置の側面図を示し、図 2はスクライブ装置の正面図を示す。スク ライブ装置は、ガラス、半導体、セラミクス等の脆性材料からなる薄板状のワークの表 面にスクライブ線を刻み付けるための装置である。スクライブ装置のワークテーブル 7 の上面には、真空吸着あるいは治具によりワーク 1が固定される。ワーク 1の表面に力 ッタ 2を押し付け、該カツタ 2をワーク 1の表面に沿って水平方向に移動させると、ヮー ク 1の表面にスクライブ線が刻み付けられる。スクライブ線は、ワーク 1の表層に形成さ れた垂直クラックがワーク 1の表面に沿って伝播したものである。

[0022] スクライブ装置には大きく分けて、カツタを振動させないタイプとカツタを振動させる タイプがある。以下の実施形態では、カツタを振動させるタイプのスクライブ装置につ レ、て説明するが、勿論本件発明はカツタを振動させないタイプのスクライブ装置にも 適用することができる。

[0023] スクライブ装置は、ワーク 1に平行に水平方向(XY軸方向)に移動するベース 3と、 ベース 3に対して Z軸方向に上昇 ·下降する移動台 4と、移動台 4と共に Z軸方向に上 昇 ·下降するヘッド 6とを備える。ヘッド 6の下端には、ホイール状又はダイヤモンドの チップ状のカツタ 2が設けられる。カツタ 2には、例えば算盤玉状に形成されたホイ一 ル工具、又は四角錐、三角錐、若しくは三角錐の先端を平らにした形状等に形成さ れたダイヤモンド工具が使用される。例えば、ワーク 1が半導体ゥエーハの場合には、 ダイヤモンド工具が使用され、ワーク 1がガラスの場合には算盤玉状に形成されたホ ィール工具が使用される。

[0024] ベース 3は、 XY軸テーブル 5に結合される。 XY軸テーブル 5は、図示しない XY軸 移動機構によって水平方向に移動される。 XY軸移動機構は、駆動源としてモータ · ボールねじ機構や、リニアモータを有し、また XY軸テーブル 5がスライドするのを案 内する XY軸直動ガイド 12を有する。ワークテーブル 7側に X軸又は Y軸移動機構が 設けられる場合には、 XY軸テーブル 5側は X軸又は Y軸移動機構のいずれか一方 でよい。 XY軸テーブル 5をワークテーブル 7に平行に水平方向に移動させることで、 ワーク 1の表面に水平方向に伸びるスクライブ線を刻み付けることができる。

[0025] ベース 3には、 Z軸方向に上昇 ·下降する移動台 4が設けられる。ベース 3には、 Z軸 方向に伸びる共通軌道レール 8が取り付けられる。この共通軌道レール 8には、第 1 の移動ブロック 9がスライド可能に配置される。第 1の移動ブロック 9には移動台 4が取 り付けられる。これら共通軌道レール 8及び第 1の移動ブロック 9で構成される第 1の 直動ガイドが、ベース 3に対して移動台 4が Z軸方向にスライドするのを案内する。 [0026] 移動台 4は、 Z軸モータ 13及びボールねじ機構 14, 15からなる Z軸移動機構 16に 連結され、 Z軸方向に駆動される。 Z軸モータ 13が回転駆動すると、ねじ軸 14が回転 し、ねじ軸 14に螺合するナット 15及びナット 15に結合された移動台 4が、ねじ軸 14 の軸線方向に移動する。

[0027] またベース 3には、移動台 4と共に Z軸方向に上昇 '下降するヘッド 6が、スライド可 能に設けられる。共通軌道レール 8上には、第 2の移動ブロック 10がスライド可能に 配置される。第 2の移動ブロック 10には、ヘッド 6 (正確にはヘッド本体 18)が取り付 けられる。これら共通軌道レール 8及び第 2の移動ブロック 10で構成される第 2の直 動ガイドが、ベース 3に対してヘッド 6が Z軸方向にスライドするのを案内する。ヘッド 6 の構造については後述する。

[0028] 移動台 4には、エアシリンダ 21の筒状のシリンダ本体 21aが、ロッド 21bを Z軸方向 に向けて取り付けられる。エアシリンダ 21のロッド 21bの先端には、ロードセル等のセ ンサ、又は接点スィッチ等のスィッチ 22を介して、 Z加圧軸 23が取り付けられる。この Zカロ圧軸 23は、移動台 4に固定されたあて板 24を貫通する。シリンダ本体 21aから口 ッド 21bが所定量以上伸びると、 Z加圧軸 23の上部の大径部 23aがあて板 24の上面 に当接して、ロッド 21bの伸びる量が制限される。第 2の移動ブロック 10には、ヘッド 本体 18と共にその上部にブラケット 25が取り付けられ、このブラケット 25に Z加圧軸 2 3が連結される。以上により、エアシリンダ 21のロッド 21bがヘッド本体 18に連結され る。

[0029] カツタ 2がワーク 1に接触した状態で、エアシリンダ 21を作動させると、カツタ 2力らヮ ーク 1に圧力が加わる。スクライブ線を刻み付けている間は、この圧力は一定に保た れる。エアシリンダ 21に接続される電空レギユレータをプログラムにより電気的に操作 して、電空レギユレータからエアシリンダに供給されるエアー圧を制御し、ひいては力 ッタ 2からワーク 1に掛力^)圧力を制御する。

[0030] 図 3に示されるように、移動台 4とブラケット 25との間には、ばねとしての引っ張りコィ ノレばね 27が掛け渡される。このばね 27の引っ張り力は、ヘッド 6の自重を持ち上げる ように作用し、カツタ 2からワーク 1に加わる圧力のうち、ヘッド 6の自重分を低減する。

[0031] 図 1及び図 2に示されるように、箱状のヘッド本体 18内には、振動を発生するァクチ ユエータ 28が設けられる。ァクチユエータ 28には、例えば外部電界を加えると歪を生 じる圧電素子(ピエゾァクチユエータ)が用いられる。圧電素子に印加する電圧を所 定の周波数で変化させると、圧電素子が周期的に伸縮する。また、ァクチユエータ 28 として磁界をカ卩えると磁性体に歪を生じる超磁歪素子などの磁性材料が用いられるこ ともある。超磁歪素子に印加する磁界を所定の周波数で変化させると、超磁歪素子 が周期的に伸縮する。

[0032] ァクチユエータ 28は上下方向に一対のァクチユエータガイド 29a, 29bによって挟 まれる。上方のァクチユエータガイド 29aは、第 2の移動ブロック 10に取り付けられ、 下方のァクチユエータガイド 29bは、第 3の移動ブロック 11に取り付けられる。この第 3の移動ブロック 11は、共通軌道レール 8上にスライド可能に配置される。第 3の移動 ブロック 11には、カツタ 2を保持するホルダ 30が取り付けられる。

[0033] これら共通軌道レール 8及び第 3の移動ブロック 11で構成される第 3の直動ガイド 1S ホルダ 30が Z軸方向に振動するのを案内する。エアシリンダ 21を作動させると、 ヘッド本体 18側はその位置が変化し難くなる。このためァクチユエータ 28を伸縮させ ると、ヘッド本体 18側ではなくて、ホルダ 30側が振動する。第 3のガイドはこのホルダ 30の Z軸方向の振動を案内する。

[0034] カツタ 2を振動させるァクチユエータ 28は、 Z軸方向に伸縮する力 Z軸方向のみな らずどうしても XY軸方向にも伸縮してしまう。カツタ 2が XY軸方向に振動すると、ヮー ク 1に形成されるスクライブ線に悪影響を及ぼす。ァクチユエータ 28の振動を Z軸方 向に矯正するために、第 3の移動ブロック 11でホルダ 30が Z軸方向に振動するのを 案内する。

[0035] 下方のァクチユエータガイド 29bとヘッド本体 18との間には、ァクチユエータガイド 2 9bをァクチユエータ 28に付勢する皿状の板ばね 31が設けられる。ヘッド本体 18の 下部に螺合するねじ 32を回転させて、該ねじ 32を上下動させると、板ばね 31が橈む 量が調節される。これにより、一対のァクチユエータガイド 29a, 29bでァクチユエータ 28を挟む圧力(すなわち予圧)が調節される。ァクチユエータ 28に予圧を与えること で、ァクチユエータ 28の伸縮にホルダ 30の振動を追従させることができる。

[0036] 図 4及び図 5は、共通軌道レール 8及び第 1ないし第 3の移動ブロック 9, 10, 11で 構成される直動ガイドを示す。図 4は直動ガイドの正面図を示し、図 5は直動ガイドの 側面図を示す。移動ブロック 9, 10, 11は共通軌道レール 8に多数の転動体としての ボールを介してスライド自在に組みつけられる。転動体としてボールの替わりにローラ 力 S用レ、られることもある。

[0037] 共通軌道レール 8は、断面が扁平な四角形状で細長く延ばされる。共通軌道レー ル 8の上面の左右縁、並びに左右側面には、長手方向に沿って伸びる複数条のボ 一ル転走溝 8aが形成される。

[0038] 移動ブロック 9, 10, 11は鞍状に形成され、共通軌道レール 8の上面に対向する中 央部 31と、中央部 31の左右両側から下方に延びて共通軌道レール 8の左右側面に 対向する側壁部 32と、を備える。移動ブロック 9, 10, 11の中央部 31の底面及び側 壁部 32の内側には、共通軌道レール 8のボール転走溝 8aに対向した複数条の負荷 ボール転走溝 3 laが形成される。

[0039] ボール転走溝 8aと負荷ボール転走溝 31aとの間には、複数のボールが配列される 。共通軌道レール 8に対して移動ブロック 9, 10, 11がスライドすると、複数のボール がボール転走溝 8aと負荷ボール転走溝 31aとの間で荷重を受けながら転がり運動す る。

[0040] 移動ブロック 9, 10, 11の負荷ボール転走溝 31aの一端まで転がったボールは、ェ ンドプレート 33内の U字状の方向転換路を経由した後、負荷ボール転走溝 31aと平 行に伸びる無負荷ボール戻し通路に入る。無負荷ボール戻し通路を通過したボール は、反対側のエンドプレート 33の方向転換路を経由した後、再び負荷ボール転走溝

31aに入る。これら負荷ボール転走溝 31a、方向転換路及び無負荷ボール戻し通路 でサーキット状のボール循環路が形成される。

[0041] 直動ガイドには上述の LMガイド (THK社登録商標)以外に、ボールスプライン、ボ ールブッシュ、すべり軸受け等を用いることができる。

[0042] 次に、図 1に基づいて、本実施形態のスクライブ装置の使用方法について説明する 。まず、スクライブ装置のワークテーブル 7の上面にワーク 1をセットする。次に、 XY軸 移動機構によってヘッド 6をワーク 1の上方に移動させる。次に、 Z軸モータ 13を回転 駆動し、移動台 4及びヘッド 6をワークに向かって下降させる。移動台 4及びヘッド 6 の下降量を制御できるように、 Z軸モータ 13の回転角度はエンコーダ 36で測定され る。

[0043] ヘッド 6が下降し、ヘッド 6の下端のカツタ 2がワーク 1に接触すると、ヘッド 6はそれ 以上、下降しなくなって停止する。それでも Z軸モータ 13は回転を停止することなぐ 移動台 4をさらに下降させようとするから、移動台 4が僅かに下降してヘッド 6に接近 する。あて板 24とブラケット 25との間には、移動台 4がヘッド 6に接近するための隙間 が空けられる。センサ又はスィッチ 22は移動台 4がヘッド 6に接近したのを検知し、制 御装置に信号を送る。スィッチ 22からの信号を受け取ったら、制御装置は、 Z軸モー タ 13の回転駆動を停止し、そのときのカツタ 2の位置がゼロ点位置であると記憶する

[0044] そして、オペレータが、切り込み深さや切り込み圧力や水平方向のカツタの軌跡を、 制御装置に入力する。設定された切り込み圧力に応じて電空レギユレータがエアシリ ンダ 21にエアーを供給する。テストカットの状況をみた後に、オペレータが切り込み 圧力を再度設定してもよい。

[0045] 切り込み深さが設定されると、 Z軸モータ 13が切り込み深さの分さらに回転し、移動 台 4が切り込み深さ分ヘッド 6にさらに接近する。この状態でエアシリンダ 21を作動さ せると、カツタ 2が切り込み深さ分ワーク 1内に入り込む。

[0046] カツタ 2からワーク 1に加わる圧力は、ワーク 1から水平方向に離れた位置に設けら れるロードセルで測定される。ロードセル上にカツタ 2を移動させた後、カツタ 2をロー ドセルに接触させ、ロードセルでカツタ 2の先端に力かる圧力を測定する。なお、ロッ ド 21bの先端に設けたスィッチ 22の替わりにロードセルを使用すると、ロードセルに ゼロ点を検知する機能とカツタ 2からワーク 1に加わる圧力を測定する機能を兼用させ ること力 Sできる。

[0047] 切込み深さ、切込み圧力、水平方向のカツタの軌跡の設定が終了したら、実際に力 ッタ 2でワーク 1にスクライブ線を刻み付ける作業を始める。スクライブ線の刻み付け 作業は、カツタ 2をワーク 1から水平方向にずらした位置に移動させ、その後、カツタ 2 をワーク 1に向かって移動させ、カツタ 2をワーク 1に乗り上げさせて、ワーク 1の端から スクライブ線を刻み付ける方法と、カツタ 2をワーク 1の表面に直接接触させ、その位 置からカツタ 2を水平方向に移動させてスクライブ線を刻み付ける方法とがある。前者 の刻み付け方法では、切込み深さには、乗り上げ前の値と乗り上げ後の値が設定さ れる。ワーク 1の水平方向の外側にあるカツタ 2がワーク 1に向かって移動しているとき は、乗り上げ前の切込み深さが設定され、カツタ 2がテーブル 7から浮いた状態で移 動する。カツタ 2がワーク 1に乗り上げたら、乗り上げ後の切込み深さが設定され、所 定の切込み深さ分力ッタ 2をワーク 1に食い込ませる。ァクチユエータ 28に高周波電 界等をかけて周期的に振動させながら、カツタ 2をワーク 1の表面に沿って移動させる と、ワーク 1の表層部に垂直クラックが伝播したスクライブ線が刻み付けられる。後者 の刻み付け方法では、切込み深さは乗り上げ後の値のみが設定される。そして、所 定の切込み深さ分力ッタ 2をワーク 1に食い込ませ、ァクチユエータ 28に高周波電界 等をかけて周期的に振動させながらカツタ 2をワーク 1の表面に沿って移動させる。

[0048] 加工が終了すると、 Z軸モータ 13が移動台 4及びヘッド 6を上昇させる。ヘッド 6の 上昇高さは位置センサ 37によって定められる。スクライブ線が刻み付けられたワーク 1は、ワークテーブル 7から取り外され、図示しないブレーカによりスクライブ線に沿つ て切断される。薄いワークを切断する場合には、ワークの表面にスクライブ線を刻み 付けるだけでワークの裏面まで達する垂直クラックが形成されることがあるので、この ブレーク工程が省略されることもある。

[0049] 従来のダイシングカツタによる半導体ゥエーハの切断においては、回転刃でさいの 目状に半導体ゥエーハを切断する際、半導体ゥエーハに熱が発生したり、体積除去 によって細かい粉が発生したりするという問題があった。本実施形態のように、スクラ イブ線を刻み付けた後、切断するという方法を採用すると、熱が発生することもなぐ また細かい粉も発生することがなレ、。さらに、熱が発生することがないので、冷却液を 用いることなぐドライ状態での加工も可能になる。

[0050] なお本件発明は、上記実施形態に限られることなぐその要旨を変更しないで種々 の実施形態に具現化できる。例えば、共通軌道レール 8を長さ方向に分割し、第 1な レ、し第 3の移動ブロックのそれぞれに対応して、第 1ないし第 3の軌道レールを設けて もよレ、。また、第 3の移動ブロック 11の替わりに、ボールスプラインでホルダ 30が振動 するのを案内してもよい。この場合ホルダ 30は軸状に形成されることになる。カツタ 2 を振動させることのないタイプのスクライブ装置にあっては、勿論第 3の移動ブロック 1 1は不要になる。さらに、複数本同時にスクライブ線を形成する場合には、一つのスク ライブ装置に複数のヘッドが設けられることもある。

本明糸田書は、 2005年 3月 23曰出願の特願 2005— 084998に基づく。この内容は すべてここに含めておく。