JP2012061822A

JP2012061822A - スクライブヘッドおよびこれを用いたスクライブ装置

Info

Publication number: JP2012061822A
Application number: JP2010209922A
Authority: JP
Inventors: Kazuya Maekawa; 和哉前川
Original assignee: Mitsuboshi Diamond Industrial Co Ltd
Current assignee: Mitsuboshi Diamond Industrial Co Ltd
Priority date: 2010-09-17
Filing date: 2010-09-17
Publication date: 2012-03-29

Abstract

【課題】振動時の横変位量を低減して水平クラックのない高浸透、高品度のスクライブラインを形成するために有効なスクライブヘッド並びにスクライブ装置を提供する。
【解決手段】カッターホイール６を脆性材料基板Ｍに押しつける加圧機構１１と、カッターホイール６を上下振動させるための振動発生体１４と、該振動発生体１４によって上下方向に振動する垂直軸２３と、該垂直軸２３の下端に取り付けられ、前記カッターホイール６を保持するキャスタフレイム２６とからなり、前記振動発生体１４は超磁歪素子を組み込んだ圧電アクチュエータで形成されており、前記垂直軸２３と振動発生体１４とは分離されて上下に対向する受け部２０ａ、２３ａを介して接触され、かつ、垂直軸２３は弾性部材２０により常時振動発生体１４に向かって付勢されており、これにより前記カッターホイール６の上下に運動する振幅の横変位量が５μｍ以下となるように構成する。
【選択図】図２

Description

本発明は、ガラス、シリコン、セラミック、化合物半導体等の脆性材料からなる基板の表面に、カッターホイール（スクライビングホイールともいう）を押しつけながら転動してスクライブラインを形成するためのスクライブヘッド、並びにこれを使用したスクライブ装置に関する。

ガラス基板等の脆性材料基板からなる大面積のマザー基板から製品となる単位要素の基板を取り出す方法として、脆性材料基板の表面にスクライブラインを形成し、このスクライブラインに沿ってブレイクする分断方法が知られている。

スクライブラインを形成する方法として、カッターホイールの刃先を脆性材料基板の表面に押しつけながら脆性材料基板を相対的に移動させることによってスクライブラインを形成する方法が知られている。このスクライブ方法においては、後工程のブレイク処理を容易にするために、スクライブラインを形成している垂直クラックを、脆性材料基板の内部まで深く浸透させることが望まれている。一般に、浸透深さは、ある程度まではスクライブ荷重を大きくすることにより深くできる傾向にある。しかし、スクライブ荷重を大きくしすぎると、スクライブラインから横方向にランダムな水平クラックが発生し、脆性材料基板の商品価値を低減させてしまう。また、場合によってはいきなり分断されてしまう。

カッターホイールの刃先を脆性材料基板の表面に押しつけながら相対移動させてスクライブラインを形成するスクライブ方法において、水平クラックの発生を防止しながら、深い垂直クラックを形成するための技術として、特許文献１および特許文献２に記載の技術がある。これら特許文献によれば、脆性材料基板に対して刃先を押しつけながら移動させると同時に、振動発生体（圧電アクチュエータ等の振動素子）で刃先に上下方向の振動を付加するようにしている。

特開平０９−２５１３４号公報特許第４００８６９２号公報

しかし、この方法によれば、カッターホイールを支える垂直な軸と振動発生体とは一体的に連結されているから、カッターホイール移動時において垂直な軸に対し横方向の加重がかかると、縦方向だけでなく横方向にも振動が伝達される。このような横方向の振動はカッターホイールを含むスクライブヘッド全体に伝達され、カッターホイールにも横方向の分力が生じてスクライブラインに水平クラック等の傷痕が生じ、製品の品質を悪くするおそれがある。

特に特許文献１のように、カッターホイール保持部にキャスタフレイムを使用した場合に問題は目立つようになる。すなわち、移動時のカッターホイールの追従性と直進性を高めるために（いわゆるキャスタ効果）、図５に示すように、垂直な軸３０の下端に軸の周りで回動可能にキャスタフレイム３１を取り付け、このキャスタフレイム３１に垂直な軸３０の軸芯より離れた位置で刃先が脆性材料基板面３２に接触するようにカッターホイール３３を取り付ける手法が多く採用されている。この場合、垂直な軸３１の軸芯ａとキャスタフレイム３１に保持されたカッターホイール３３の脆性材料基板面に対する荷重点ｐとは、間隔Ｌだけ離れているので、その分だけモーメント荷重が発生する。従って上記したような振動発生体によりカッターホイールに縦方向の振動を与えると、モーメント荷重によって横方向の振動（横変位量）は更に増大する。

そこで本発明は、キャスタフレイムにカッターホイールを保持させるとともに、振動発生体によりカッターホイールに縦方向の振動を与えながらスクライブすることのできるスクライブヘッドであって、振動時の横変位量を低減して水平クラックのない高浸透、高品度のスクライブラインを形成するために有効なスクライブヘッドを提供することを目的とする。
更に本発明の目的は、上記のスクライブヘッドを具備して深い高品質な垂直クラックを形成することのできるスクライブ装置を提供することにある。

上記目的を達成するために本発明では次のような技術的手段を講じた。すなわち、本発明のスクライブヘッドでは、脆性材料基板の表面にカッターホイールの刃先を押しつけながら脆性材料基板と相対的に移動させることにより脆性材料基板にスクライブラインを形成する脆性材料基板のスクライブ装置に使用するスクライブヘッドであって、前記カッターホイールを脆性材料基板に押しつける加圧機構と、加圧機構とカッターホイールとの間に介在されてカッターホイールを上下振動させるための振動発生体と、振動発生体によって上下方向に振動する垂直軸と、垂直軸の下端に取り付けられて前記カッターホイールを保持するキャスタフレイムとからなり、前記カッターホイールはその刃先が垂直軸の軸芯より離れた位置で脆性材料基板に接触するようにキャスタフレイムに取り付けられており、振動発生体は超磁歪素子を組み込んだ圧電アクチュエータで形成されており、垂直軸と振動発生体とは分離されて上下に対向する受け部を介して接触され、かつ、垂直軸は弾性部材により常時振動発生体に向かって付勢されており、これによりカッターホイールの上下に運動する振幅の横変位量が５μｍ以下となるように構成した。

また別の観点からなされた本発明のスクライブ装置は、上述したスクライブヘッドと、脆性材料基板を載置保持するテーブルと、脆性材料基板とスクライブヘッドとを脆性材料基板の平面に沿った面内で相対的に移動させる機構とを備えている。

本発明のスクライブヘッドによれば、カッターホイールが脆性材料基板に対して振動しながら押圧して移動させることができるので、小さな荷重でも高浸透の垂直クラックを形成することができるとともに、カッターホイールがキャスタフレイムを介して垂直軸に取り付けられているので、いわゆる「キャスタ効果」により、カッターホイールの直進性、追従性が高まってきれいなスクライブラインを形成することができる。

特に本発明では、カッターホイールに直結する垂直軸と、振動発生体とは完全に分離されていて上下に対向する受け部を介して接触され、かつ垂直軸が弾性部材により振動発生体に向かって付勢されているので、上下運動する振動発生体の振幅は垂直軸に対して縦方向にのみ効果的に伝達することができる。これにより、垂直軸並びにこれに直結するカッターホイールの上下方向の振幅の横変位量を５μｍ以内に抑えることができ、欠けのない高浸透、高品質のスクライブラインを形成することができる。特に、キャスタフレイムを介して垂直軸の軸芯より離れた位置でカッターホイールを取り付けても、上記したようなモーメント荷重の影響を受けることなくカッターホイールの横変位量を小さくに抑えることができるので、「キャスタ効果」と相俟って上下方向の振動によって、より高品質のスクライブラインの形成が可能となるといった効果がある。

本発明にかかるスクライブ装置の概略的な正面図である。スクライブヘッド部分の一部断面正面図である。上記スクライブヘッドの要部の拡大断面図である。上記スクライブヘッドにおける振動発生体部分の断面図である。カッターホイールを、キャスタフレイムを介して保持させた一般的なカッターホイール保持手段を示す側面図である。

以下、本発明にかかるスクライブヘッドおよびこれを用いたスクライブ装置の詳細を、一実施形態を示す図面に基づいて詳細に説明する。
図１は、本発明のスクライブ装置の一実施形態を示す概略的な正面図である。
スクライブ装置Ａは、脆性材料基板Ｍを上面に載置する水平回転可能なテーブル１と、このテーブル１を、ネジシャフト２を介してＹ方向（図１の前後方向）に移動可能に保持するレール３と、テーブル１の上方でレール３と直交するＸ方向（図１の左右方向）に橋架されたガイドバー４と、このガイドバー４のガイド４ａに沿って移動可能に設けられたスクライブヘッド５とを備えている。このスクライブヘッド５の下端に後述する部材を介してカッターホイール６が取り付けられている。

図２はスクライブヘッド５の詳細を示す拡大図であって、内部機構がわかるように外側を覆うカバーの一部を取り外して示している。
スクライブヘッド５は、ガイド４ａに沿ってＸ方向に移動するベースプレート７を備えている。このベースプレート７にはガイド８に沿ってＺ方向（図１の上下方向）に移動するＺステージ９と、Ｚステージ９をＺ方向に移動させるためのポールネジ機構１０と、ポールネジ機構１０を駆動するモータ１１を備えている。

Ｚステージ９にはカッターホイール６を脆性材料基板Ｍに押し当てる際の加圧機構であるシリンダ１２が取り付けられており、シリンダ１２のロッド１３には振動発生体１４が連結されている。シリンダ１２は、流体シリンダ、サーボモータ、ボイスコイルモータなどを用いることができる。また、振動発生体１４として、磁気歪みの特性を利用して電気振動を機械振動に変換する超磁歪素子１５を組み込んだ圧電アクチュエータが用いられている（図４参照）。

図４は超磁歪素子１５を組み込んだ振動発生体１４としての圧電アクチュエータの断面図を示すものであって、超磁歪素子１５を中心として同心円状に配置されたコイル１６およびバイアス磁石１７と、これらを内蔵するケース１８とからなり、ロッド１９が皿バネ２０を介して超磁歪素子１５の下端に付勢されている。超磁歪素子１５はバイアス磁石１７とコイル１６の電流とによる磁界に応じてその長さ方向の寸法が変化する。そのため、コイル電流を変化させることにより、その振幅、振動数に応じた振幅、振動数で超磁歪素子１５が振動しロッド１９に伝達するようになっている。

圧電アクチュエータ、すなわち振動発生体１４は、図３に示すように、カッターヘッド２１の本体部２２に固定されている。本体部２２には振動発生体１４のロッド１９の振動を受けて上下に振動する垂直軸２３がボールベアリング等の摺動ガイド２４を介して上下摺動可能に配置されている。垂直軸２３とロッド１９とは完全に分離されていて、ロッド１９の下端に形成された凸形曲面の受け部１９ａと垂直軸２３の上端に形成された凹形曲面の受け部２３ａとが対向した状態で面接触している。そして、垂直軸２３は皿バネ等の弾性部材２５により常時振動発生源となるロッド１９に向かって付勢されていて、ロッド１９の上下方向の振動を効果的に伝達できるように形成されている。

また、垂直軸２３の下端には、垂直軸２３の周りで回動可能なようにキャスタフレイム２６が取り付けられており、このキャスタフレイム２６に垂直軸２３の軸芯より離れた位置で刃先が脆性材料基板Ｍに接触するようにカッターホイール６が取り付けられている。

次に、スクライブ装置Ａの動作について説明する。スクライブ装置Ａは、コンピュータシステム（図示外）で制御され、各部のＸ方向、Ｙ方向、Ｚ方向の駆動、並びにテーブル１の回転操作が行われる。

テーブル１上に脆性材料基板Ｍを載置し、脆性材料基板Ｍに予め設けられたアライメントマークに基づいてカッターホイール６をスクライブ予定ラインの真上の位置に合わせる。
次いで、モータ１１を駆動してカッターホイール６の刃先が脆性材料基板Ｍに当接する位置まで下げる。この位置でシリンダ１２を作動して、カッターホイール６が所望のブレイク荷重で脆性材料基板Ｍを押圧するようにする。この押圧荷重は１Ｎ〜５０Ｎの範囲で調整する。

次いで、振動発生体１４を動作させ、所望の振幅、振動数でカッターホイール６に振動を与える。具体的には振幅５〜２０μｍ、振動数１ｋＨｚ〜１０ｋＨｚの範囲で作動させる。この際、振動素子としての超磁歪素子１５は周波数が変化しても安定した変位量で動作するので、上記振動数の範囲内で有効に作動させることができる。
この状態でカッターホイール６をＸ方向に移動させて脆性材料基板Ｍにスクライブラインを形成する。

上記の動作によって、カッターホイール６がスクライブ予定ラインに沿って振動しながら押圧して移動することになり、その結果、小さな荷重でも高浸透の垂直クラックを形成することができる。また、カッターホイール６はキャスタフレイム２６に垂直軸２３の軸芯より離れた位置で刃先が脆性材料基板Ｍに接触するように取り付けられているので、「キャスタ効果」によりカッターホイール６の直進性、追従性が高まってきれいなスクライブラインを形成することができる。

また、カッターホイール６に直結する垂直軸２３と、振動発生体１４のロッド１９とは完全に分離されていて、垂直軸２３が弾性部材２５によりロッド１９に向かって付勢された状態で受け部１９ａ、２３ａを介して接続されているので、上下運動するロッド１９の振幅は垂直軸２３に対して縦方向にのみ効果的に伝達され、垂直軸２３並びにこれに直結するカッターホイール６の上下方向の振幅の横変位量を５μｍ以内に抑えることができ、欠けのない高浸透、高品質のスクライブラインを形成することができる。特に、キャスタフレイム２６を介して垂直軸２３の軸芯より離れた位置でカッターホイール６を取り付けても、上記したようなモーメント荷重の影響を受けることなくカッターホイールの横変位量を小さく抑えることができるので、「キャスタ効果」と相俟って上下方向の振動により、更に高品質のスクライブラインの形成が可能となる。

以上本発明の代表的な実施例について説明したが、本発明は必ずしも上記の実施形態に特定されるものではない。例えば、加工対象の脆性材料基板として、シリコン基板等の半導体基板やセラミック基板であってもよい。
その他本発明では、その目的を達成し、請求の範囲を逸脱しない範囲内で適宜修正、変更することが可能である。

本発明のスクライブヘッド並びにスクライブ装置は、ガラス基板、シリコン、セラミック、化合物半導体等の脆性材料からなる脆性材料基板のスクライブに利用される。

Ａスクライブ装置
Ｍ脆性材料基板
１テーブル
５スクライブヘッド
６カッターホイール
１２加圧機構
１４振動発生体
１５超磁歪素子
１９ａ受け部
２０弾性部材
２３垂直軸
２３ａ受け部
２６キャスタフレイム

Claims

脆性材料基板の表面にカッターホイールの刃先を押しつけながら脆性材料基板と相対的に移動させることにより脆性材料基板にスクライブラインを形成する脆性材料基板のスクライブ装置に使用するスクライブヘッドであって、
前記カッターホイールを脆性材料基板に押しつける加圧機構と、
加圧機構とカッターホイールとの間に介在されてカッターホイールを上下振動させるための振動発生体と、
振動発生体によって上下方向に振動する垂直軸と、
垂直軸の下端に取り付けられて前記カッターホイールを保持するキャスタフレイムとからなり、
前記カッターホイールはその刃先が垂直軸の軸芯より離れた位置で脆性材料基板に接触するようにキャスタフレイムに保持されており、
前記振動発生体は超磁歪素子を組み込んだ圧電アクチュエータで形成され、
前記垂直軸と振動発生体とは分離されて上下に対向する受け部を介して接触され、かつ、垂直軸は弾性部材により常時振動発生体に向かって付勢されており、これにより前記カッターホイールの上下に運動する振幅の横変位量が５μｍ以下となるように構成されているスクライブヘッド。
請求項１に記載のスクライブヘッドと、
脆性材料基板を載置保持するテーブルと、
脆性材料基板と前記スクライブヘッドとを脆性材料基板の平面に沿った面内で相対的に移動させるための機構とを備えたスクライブ装置。