(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ワークにスクライブ線を刻み付けるスクライブ装置であって、
ワークの表面に平行に移動可能なベースと、
前記ベースに対して上昇・下降する移動台と、
下端に前記ワークにスクライブ線を刻み付けるためのカッタが設けられ、前記移動台と共に上昇・下降するヘッドと、
前記ベースに設けられる共通軌道レールと、
前記共通軌道レールにスライド可能に配置され、前記移動台が上昇・下降するのを案内する第１の移動ブロックと、
前記共通軌道レールにスライド可能に配置され、前記ヘッドが上昇・下降するのを案内する第２の移動ブロックと、を備え、
前記移動台及び前記ヘッドの下降中に、前記カッタが前記ワークに接触して前記ヘッドの下降が停止しても、前記移動台が僅かに下降するのを許容し、
前記ヘッドは、
前記第２の移動ブロックに取り付けられるヘッド本体と、
前記カッタを保持するホルダと、
前記ヘッド本体に収容され、前記ホルダを振動させるアクチュエータと、を有することを特徴とするスクライブ装置。
【請求項２】
前記スクライブ装置はさらに、
前記共通軌道レール上にスライド可能に配置され、前記ホルダが振動するのを案内する第３の移動ブロックを備えることを特徴とする請求項１に記載のスクライブ装置。
【請求項３】
前記スクライブ装置はさらに、
前記カッタから前記ワークに加わる圧力を調節するエアシリンダを備え、
前記移動台に前記エアシリンダのシリンダ本体が取り付けられ、
前記ヘッドに前記シリンダ本体から伸縮するロッドが連結されることを特徴とする請求項１又は２に記載のスクライブ装置。
【請求項４】
前記スクライブ装置はさらに、
前記移動台と前記ヘッドとの間に掛け渡され、前記ヘッドの自重を低減するばねを備えることを特徴とする請求項１ないし３いずれかに記載のスクライブ装置。
【発明の詳細な説明】
【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、ワークの表面にカッ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加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ッタをワークに押し付け、カッタでワークを加圧しながらカッタを転がして、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、カッタに振動を与えながらカッタを移動させて、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）が提案されている。
【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】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
いずれのスクライブ装置においても、カッタでワーク表面にスクライブ線を刻み付ける前に、カッ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、カッタの下降中に、ワークの表面にカッタが接触した状態（所謂ゼロ点位置）を検知し、ゼロ点位置でカッタの下降を停止させるのは、カッ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、ゼロ点位置でカッ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。【０００９】
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ッタ（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、前記カッタ（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し、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、前記カッタ（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）を振動させるアクチュエータ（２８）と、を有することを特徴とする。
【００１０】
請求項２に記載の発明は、請求項１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３に記載の発明は、請求項１又は２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、前記カッタ（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）から伸縮するロッド（２１ｂ）が連結されることを特徴とする。
【００１２】
請求項４に記載の発明は、請求項１ないし３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】
【００１４】
請求項１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ができる。
【００１５】
請求項２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３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、カッ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４に記載の発明によれば、カッ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…カッタ
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
２１ａ…シリンダ本体
２１ｂ…ロッド
２７…ばね
２８…アクチュータ
３０…ホルダ
【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の表面にカッタ２を押し付け、該カッタ２をワーク１の表面に沿って水平方向に移動させると、ワーク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、カッタを振動させないタイプとカッタを振動させるタイプがある。以下の実施形態では、カッタを振動させるタイプのスクライブ装置について説明するが、勿論本件発明はカッ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ッタ２が設けられる。カッタ２には、例えば算盤玉状に形成されたホイール工具、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が半導体ウェーハの場合には、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イ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、又は接点スイッチ等のスイッチ２２を介して、Ｚ加圧軸２３が取り付けられる。このＺ加圧軸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からロッド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２３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】
カッタ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、カッタ２からワーク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ュレータをプログラムにより電気的に操作して、電空レギュ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、ひいてはカッタ２からワーク１に掛かる圧力を制御する。【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イルばね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、カッタ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、振動を発生するアクチュエータ２８が設けられる。アクチュエータ２８には、例えば外部電界を加えると歪を生じる圧電素子（ピエゾアクチュエータ）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、アクチュエータ２８として磁界を加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】
アクチュエータ２８は上下方向に一対のアクチュエータガイド２９ａ，２９ｂによって挟まれる。上方のアクチュエータガイド２９ａは、第２の移動ブロック１０に取り付けられ、下方のアクチュエータガイド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、カッタ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の直動ガイドが、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。このためアクチュエータ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】
カッタ２を振動させるアクチュエータ２８は、Ｚ軸方向に伸縮するが、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。カッタ２がＸＹ軸方向に振動すると、ワーク１に形成されるスクライブ線に悪影響を及ぼす。アクチュエータ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】
下方のアクチュエータガイド２９ｂとヘッド本体１８との間には、アクチュエータガイド２９ｂをアクチュエータ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が撓む量が調節される。これにより、一対のアクチュエータガイド２９ａ，２９ｂでアクチュエータ２８を挟む圧力（すなわち予圧）が調節される。アクチュエータ２８に予圧を与えることで、アクチュエータ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が用いられることもある。【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ール転走溝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３１ａ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、エンドプレート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の下端のカッタ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く、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。センサ又はスイッチ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。スイッチ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、そのときのカッタ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ッタの軌跡を、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ュ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、カッタ２が切り込み深さ分ワーク１内に入り込む。【００４６】
カッタ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。ロードセル上にカッタ２を移動させた後、カッタ２をロードセルに接触させ、ロードセルでカッタ２の先端にかかる圧力を測定する。なお、ロッド２１ｂの先端に設けたスイッチ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ッタ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ができる。【００４７】
切込み深さ、切込み圧力、水平方向のカッタの軌跡の設定が終了したら、実際にカッタ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、カッタ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、カッタ２をワーク１に向かって移動させ、カッタ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、カッタ２をワーク１の表面に直接接触させ、その位置からカッタ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ッタ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、カッタ２がテーブル７から浮いた状態で移動する。カッタ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カッタ２をワーク１に食い込ませる。アクチュエータ２８に高周波電界等をかけて周期的に振動させながら、カッタ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カッタ２をワーク１に食い込ませ、アクチュエータ２８に高周波電界等をかけて周期的に振動させながらカッタ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って切断される。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ッタによる半導体ウェーハの切断においては、回転刃でさいの目状に半導体ウェーハを切断する際、半導体ウェ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く、また細かい粉も発生することがない。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く、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く、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ないし第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い。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。カッタ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１１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。【００５１】
本明細書は、２００５年３月２３日出願の特願２００５−０８４９９８に基づく。この内容はすべてここに含めておく。
【図１】
0004938650.tif 000002
【図２】
0004938650.tif 000003
【図３】
0004938650.tif 000004
【図４】
0004938650.tif 000005
【図５】
0004938650.tif 000006