(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
被加工物を保持する保持手段と、該保持手段に保持された被加工物の表面を旋削するバイトを備えた旋削手段とから少なくとも構成される加工装置であって、
該旋削手段は、回転軸の下端に設けられたホイールに該バイトが固定されて構成され、
該回転軸には、レーザー光線を通す貫通路が形成され、
被加工物の該バイトによって旋削される領域に該貫通路を通ったレーザー光線を照射するレーザー照射手段を配設した加工装置。
【請求項２】
被加工物を保持する保持手段と、該保持手段に保持された被加工物の表面を旋削するバイトを備えた旋削手段とから少なくとも構成される加工装置であって、
該旋削手段は、基台の下部にバイトが固定されて構成され、
該保持手段は、回転可能であるとともに空洞部を備え、
回転する被加工物の該バイトによって旋削される領域に該空洞部を通ったレーザー光線を照射するレーザー照射手段を配設した加工装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、各種の被加工物をバイトにより旋削する旋削手段を備えた加工装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
ＩＣ、ＬＳＩ等のデバイスが表面に形成されたウェーハは、研削装置によって裏面が研削されて所定の厚みに形成された後、ダイシング装置によって個々のデバイスに分割され、各種電子機器等に利用されている。
【０００３】
また、表面にＬＥＤ等のデバイスが形成されたサファイア基板についても、裏面が研削装置によって研削されて所定の厚みに形成された後、レーザー加工装置によって個々のデバイスに分割され、照明器具等に利用されている（例えば特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１０−４５１１７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかし、サファイア基板はモース硬度が高いため、ダイヤモンド砥粒を含む砥石を環状に備えた研削ホイールを用いて研削を行っても、所望の厚みに形成されるまで研削するには相当の時間がかかり、生産性が低いという問題がある。
【０００６】
また、研削が進行してサファイア基板の厚みが例えば１００μｍ以下のように薄くなると、内部にひずみ等が生じ、これに起因してわれが発生するという問題もある。
【０００７】
本発明は、このような問題に鑑みてなされたものであり、その目的は、サファイア基板のような硬質脆性基板であっても効率よく所望の厚みに加工できるようにするとともに、硬質脆性基板の内部にひずみを生じさせずに加工を行うことができる加工装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
第一の発明は、被加工物を保持する保持手段と、保持手段に保持された被加工物の表面を旋削するバイトを備えた旋削手段とから少なくとも構成される加工装置に関するもので、旋削手段は、回転軸の下端に設けられたホイールに該バイトが固定されて構成され、回転軸には、レーザー光線を通す貫通路が形成され、被加工物のバイトによって旋削される領域に貫通路を通ったレーザー光線を照射するレーザー照射手段を配設したことを特徴とするものである。
第二の発明は、被加工物を保持する保持手段と、保持手段に保持された被加工物の表面を旋削するバイトを備えた旋削手段とから少なくとも構成される加工装置に関するもので、旋削手段は、基台の下部にバイトが固定されて構成され、保持手段は、回転可能であるとともに空洞部を備え、回転する被加工物のバイトによって旋削される領域に空洞部を通ったレーザー光線を照射するレーザー照射手段を配設したことを特徴とするものである。
【発明の効果】
【０００９】
本発明に係る加工装置は、被加工物のバイトによって旋削される領域にレーザー光線を照射するレーザー照射手段を配設したため、被加工物がサファイア基板のような硬質脆性基板である場合でも、旋削前にレーザー光線を照射することで、その照射部分が柔軟になり延性領域が拡大してバイトによる旋削が可能となる。したがって、あたかも金属を旋削するように効率よく旋削を行うことができる。
【００１０】
また、延性領域内で被加工物を旋削するため、脆性破壊による内部欠陥が生じることがなく、内部に生じるひずみに起因する被加工物の割れを防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】加工装置の第一の例を示す斜視図である。
【図２】旋削手段、レーザー照射手段及び保持手段に保持された被加工物を略示的に示す断面図である。
【図３】被加工物を加工する状態を略示的に示す断面図である。
【図４】加工装置の第一の例を示す斜視図である。
【図５】保持手段及びレーザー照射手段を示す分解斜視図である。
【図６】保持手段及び水平送り手段を示す斜視図である。
【図７】被加工物及びガラス板を示す分解斜視図である。
【図８】被加工物を加工する状態を略示的に示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
（１）第一の実施形態
図１に示す加工装置１は、被加工物を保持する保持手段２と、保持手段２に保持された被加工物に対して旋削加工を施す旋削手段３と、保持手段２に保持された被加工物に対してレーザー光線を照射するレーザー照射手段４とを備えている。
【００１３】
保持手段２は、被加工物を吸引する吸引部２０を備えており、水平方向に移動可能な移動基台２１によって外周側から支持されている。移動基台２１にはジャバラ２２が連結されており、移動基台２１によって支持された保持手段２は、ジャバラ２２の伸縮をともなって水平方向（図１における前後方向）に移動可能となっている。
【００１４】
旋削手段３は、鉛直方向の軸心を有する回転軸３０と、回転軸３０を回転させるための回転駆動部３１と、回転軸３０の下端に設けられたホイール３２と、ホイール３２の下面側に固定され刃先が下方に向いたバイト３３とから構成されている。回転軸３０、回転駆動部３１及びホイール３２の中心部には、レーザー光線を通すための貫通路３４が形成されている。バイト３３は、先端部にダイヤモンド砥粒が固着されて構成され、例えば２０μｍほどの旋削幅を有する。
【００１５】
旋削手段３は、送り手段５によって鉛直方向に移動可能となっている。送り手段５は、鉛直方向の軸心を有するボールネジ５０と、ボールネジ５０と平行に配設された一対のガイドレール５１と、ボールネジ５０を回動させるパルスモータ５２と、ガイドレール５１に螺合するナット（図示せず）を内部に備えるとともに側部がガイドレール５１に摺接する昇降板５３とから構成され、パルスモータ５２に駆動されてボールネジ５０が回動することにより昇降板５３がガイドレール５１に案内されて昇降し、これに伴い昇降板５３に固定された旋削手段３も昇降する構成となっている。
【００１６】
図２に示すように、レーザー照射手段４は、レーザー光線４ａを貫通路３４に向けて出力する出力部４０と、ホイール３２の下面に固定された第一のミラー４１とを備えている。第一のミラー４１は、出力部４０から出力され貫通路３４を通ったレーザー光線を反射させてバイト３３の配設位置に向けて水平方向に導く機能を有する。
【００１７】
レーザー照射手段４は、ホイール３２の下面であってバイト３３の上方の位置に、第一のミラー４１において反射して水平方向に導かれたレーザー光線を反射させて鉛直方向下方に導く第二のミラー４２を備えている。そして、第二のミラー４２から導かれたレーザー光線は、バイト３３の旋削刃３３ａの近傍に照射される。
【００１８】
以上のように構成される加工装置１において被加工物を加工するときは、図１に示すように、被加工物Ｗの表面（被加工面）Ｗ１が露出した状態で保持手段２に保持される。なお、被加工物Ｗとしては、例えばサファイア基板のような硬質脆性基板が想定されるが、硬質脆性基板に限定されるものではない。
【００１９】
保持手段２に被加工物Ｗが保持されると、保持手段２を水平方向に移動させ、被加工物Ｗの外周端部がバイト３３の下方に位置するように被加工物を位置付けする。そして、図１に示した回転駆動部３１が回転軸３０及びホイール３２を回転させながら、送り手段５が回転するホイール３２を降下させる。また、出力部４０からレーザー光線を出力して図２に示した回転する第二のミラー４２から被加工物Ｗに向けてレーザー光線が照射される。そうすると、図３に示すように、レーザー光線４ａが照射された部位がその直後にバイト３３の旋削刃３３ａによって旋削加工される。すなわち、レーザー照射手段４は、被加工物Ｗのバイト３３によって旋削される領域にレーザー光線を照射する。ここで、レーザー光線は、ＣＯ２レーザー、ＹＡＧレーザー等であり、パルス波ではなく連続波とし、出力は例えば１０ワットとする。集光スポット径は、例えば３０μｍとし、被加工面Ｗ１付近に集光する。
【００２０】
このように、レーザー照射部位に対してバイト３３による旋削加工を施すことにより、レーザー照射によって被加工物Ｗの被加工面Ｗ１付近が加熱され柔軟となって延性領域が形成され、その直後にその部位に旋削加工が施されるため、金属加工のように円滑に加工が行われる。また、延性領域内で被加工物Ｗを旋削するため、脆性破壊による内部欠陥が生じることがなく、内部に生じるひずみに起因する被加工物Ｗの割れを防止することができる。
【００２１】
このような加工を保持手段２を水平方向に往復移動させながら行うと、被加工物Ｗの全面に対してレーザー照射と旋削加工とが行われ、被加工物Ｗの被加工面Ｗ１が削られる。そして、被加工面Ｗ１が所望量削られると、被加工物Ｗが所望の厚みに形成される。
【００２２】
（２）第二の実施形態
図４に示す加工装置１ａは、被加工物を保持して水平方向に移動可能であるとともに回転可能な保持手段６と、保持手段６に保持された被加工物に対して旋削加工を施す旋削手段７とを備えている。保持手段６はジャバラ２２の伸縮をともなって水平方向に移動可能となっている。旋削手段７は、送り手段５によって鉛直方向に移動可能となっており、基部７０の下部にバイト７１が固定されて構成されている。なお、送り手段５は、図１に示した加工装置１と同様に構成されているため、図１と同一の符号を付し、詳細な説明は省略することとする。
【００２３】
図５に示すように、保持手段６は、水平移動方向の一方の側部側に開口する開口部６０ａを有する基台６０と、基台６０の上面において保持される支持筒６１と、支持筒６１に保持される保持部材６２とから構成される。
【００２４】
基台６０は、支持筒６１を内側から支持し貫通孔６００ａを有する筒体６００と、基台６０上に載置された支持筒６１を下方から摺動可能に支持する摺動部材６０１と、摺動部材６０１の内側から環状に窪んだ吸引溝６０２と、摺動部材６０１の外周側に配設され自身の回転により支持筒６１を回転させる回転伝達部６０３とを備えている。摺動部材６０１は、テフロン（登録商標）などの摩擦係数の小さい材料により形成されている。また、吸引溝６０２の底面には、吸引源に連通する吸引孔６０２ａが配設されている。
【００２５】
支持筒６１は、中心部に形成され上下方向に貫通する空洞部６１０と、外周面の下端に形成され回転伝達部６０３の回転力を受ける被伝達部６１１と、上下方向に貫通する連通孔６１２とを備えている。
【００２６】
保持部材６２は、ガラス等の透明体で形成され、被加工物を支持する平面状の支持部６２０と、支持部６２０の外周に形成され表裏を貫通する吸引孔６２１ａを備えた吸引溝６２１とから構成されている。
【００２７】
保持手段６においては、支持筒６１の下端部を基台６０の摺動部材６０１の上に載置するとともに、支持筒６１の上部に保持部材６２をボンドによって固定し、吸引孔６０２ａに吸引力を作用させる。そうすると、その吸引力は、支持筒６１の連通孔６１２及び保持部材６２の吸引孔６２１ａを介して吸引溝６２１に伝達される。
【００２８】
基台６０に形成された開口部６０ａの側方には、レーザー照射手段８が配設されている。このレーザー照射手段８は、基台６０の開口部６０ａに向けて延びる延設部８０と、延設部８０の上面に配設され上方に向けてレーザー光線８１ａを出射するレーザー出射部８１とを備えている。レーザー出射部８１の直上から水平方向に少しずれた位置に、バイト７１が位置している。
【００２９】
図６に示すように、保持手段６は、水平送り手段９によって駆動されて水平方向に移動可能となっている。水平送り手段９は、水平方向の軸心を有するボールネジ９０と、ボールネジ９０と平行に配設された一対のガイドレール９１と、ボールネジ９０を回動させるモータ９２とを備えている。基台６０の下部にはボールネジ９０と螺合するナット６３を備え、基台６０の下部はガイドレール９１に摺接しており、モータ９２がボールネジ９０を回動させることにより保持手段６がガイドレール９１にガイドされて水平方向に移動する構成となっている。また、支持筒６１は、矢印Ａで示す方向に回転する。
【００３０】
次に、このように構成される加工装置１ａを用いて被加工物の加工を行う場合における装置の動作について説明する。
【００３１】
図７に示すように、被加工物Ｗは，ガラス板１０に貼着され、表面（被加工面）Ｗ１が露出した状態となり、図８に示すように、ガラス板１０が保持部材６２の上に載置される。そして、吸引源６０２ａに吸引力を作用させることにより、ガラス板１０及び被加工物Ｗは保持部材６２に保持される。被加工物Ｗとしては、例えばサファイア基板のような硬質脆性基板が想定されるが、硬質脆性基板に限定されるものではない。
【００３２】
次に、図８に示すように、基台６０を水平移動させることによりレーザー出射部８１を被加工物Ｗの端部の下方に位置付ける。また、バイト７１は、レーザー出射部８１のほぼ上方に位置している。
【００３３】
この状態で、支持筒６１及び保持部材６２を回転させることにより、被加工物Ｗを回転させる。そして、レーザー出射部８１から上方にレーザー光線８１ａを照射する。レーザー光線８１ａは、ＣＯ２レーザー、ＹＡＧレーザー等であり、パルス波ではなく連続波とし、出力は例えば１０ワットとする。集光スポット径は、例えば３０μｍとする。
【００３４】
このレーザー光線８１ａは、空洞部６１０を通るとともにガラス板１０を貫通し、被加工物Ｗの被加工面Ｗ１付近に集光される。一方、バイト７１の旋削刃７１ａは、レーザー光線８１ａが集光された直後の被加工物Ｗの位置に接触して被加工面Ｗ１を旋削する。
【００３５】
図６に示した水平送り手段９によって保持手段６を図８におけるＢ方向にゆっくりと送ると共に支持筒６１を回転させながら、上記のようにしてレーザー光線の照射とバイト７１による旋削とを行っていく。そうすると、被加工物Ｗの全面に対してレーザー照射と旋削加工とが行われ、被加工物Ｗの被加工面Ｗ１が削られる。そして、被加工面Ｗ１が所望量削られると、被加工物Ｗが所望の厚みに形成される。
【００３６】
このように、レーザー照射部位に対してバイト７１による旋削加工を施すことにより、レーザー照射によって被加工物Ｗの被加工物Ｗ１付近が加熱され柔軟となって延性領域が形成され、その直後にその部位に旋削加工が施されるため、金属加工のように円滑に加工を行うことができる。また、延性領域内で被加工物Ｗを旋削するため、脆性破壊による内部欠陥が生じることがなく、内部に生じるひずみに起因する被加工物Ｗの割れを防止することができる。
【符号の説明】
【００３７】
１：加工装置
２：保持手段  ２０：吸引部  ２１：移動基台  ２２：ジャバラ
３：旋削手段  ３０：回転軸  ３１：回転駆動部  ３２：ホイール
３３：バイト  ３３ａ：旋削刃
３４：貫通路
４：レーザー照射手段
４０：出力部  ４１：第一のミラー  ４２：第二のミラー
５：送り手段
５０：ボールネジ  ５１：ガイドレール  ５２：パルスモータ  ５３：昇降板
Ｗ：被加工物  Ｗ１：被加工面
１ａ：加工装置
６：保持手段
６０：基台  ６０ａ：開口部
６００：筒体  ６００ａ：貫通孔
６０１：摺動部材  ６０２：吸引溝  ６０２ａ：吸引孔  ６０３：回転伝達部
６１：支持筒  ６１０：空洞部  ６１１：被伝達部  ６１２：連通孔
６２：保持部材  ６２０：支持部  ６２１：吸引溝  ６２１ａ：吸引孔
６３：ナット
７：旋削手段  ７０：基部  ７１：バイト  ７１ａ：旋削刃
８：レーザー照射手段  ８０：延設部  ８１：レーザー出射部
９：水平送り手段  ９０：ボールネジ  ９１：ガイドレール  ９２：モータ
１０：ガラス板
【図１】
0005695387.tif 000002
【図２】
0005695387.tif 000003
【図３】
0005695387.tif 000004
【図４】
0005695387.tif 000005
【図５】
0005695387.tif 000006
【図６】
0005695387.tif 000007
【図７】
0005695387.tif 000008
【図８】
0005695387.tif 000009