TWI472390B

TWI472390B - Wire saw machine and workpiece processing method

Info

Publication number: TWI472390B
Application number: TW98130497A
Authority: TW
Inventors: Shigeo Kobayashi; Toyokazu Harada; Shiro Murai; Akira Tanizaki; Kyoko Minamiyama
Original assignee: Komatsu Ntc Ltd
Priority date: 2008-09-11
Filing date: 2009-09-10
Publication date: 2015-02-11
Also published as: JP4684323B2; JP2010064189A; CN101670544B; CN101670544A; KR101545355B1; KR20100031086A; TW201032923A

Description

線鋸機及工件加工方法

本發明係關於一種在複數主輥多重纏繞1條加工用鋸線，將鋸線一邊推抵於加工對象之工件一邊使其行進，而對工件進行切斷加工或溝槽加工之線鋸機及工件加工方法。

習知線鋸機中，加工用之1條鋸線以一定間距多重纏繞於複數輥。因此，工件的切斷加工或溝槽加工間距，進行該線鋸機時為固有之一定間距值。因此，當變更加工間距時，則必須更換複數主輥為相異間距，或使用其他線鋸機，將工件再度安裝於該線鋸機之加工位置處，以所希望間距進行加工。此種作業較為繁雜且效率差。

另一方面，專利文獻1揭示以下內容，在線鋸機中對半導體晶圓等工件以不同間距進行直角切斷加工或溝槽加工。依該裝置，由於複數鋸線直角相交叉，並以不同間距排列，因此可利用1台線鋸機以不同間距對圓板狀工件進行直角方向加工。

然而，專利文獻1之裝置中，需要複數鋸線，因而亦必須依鋸線數設置鋸線之驅動源及驅動系統，且在複數鋸線之交叉位置處不可或缺防止鋸線干涉之特別構造。結果導致線鋸機構造趨於複雜。

(專利文獻1)日本專利特開平8-306647號公報

因此，本發明課題為在線鋸機中可利用1條鋸線進行不同間距之連續加工，同時可使複數主輥中之鋸線纏繞及鋸線的驅動系統之構成簡單化。

在上述課題下，本發明為一種在複數主輥螺旋狀多重纏繞1條加工用鋸線，使鋸線一邊推抵於加工對象工件一邊使其行進，而對工件進行加工的線鋸機，其中，複數主輥中，預先使一對主輥的鋸線間距與另一對主輥的鋸線間距相異，使鋸線以相異間距與工件相對向，可以不同間距對工件進行切斷加工或溝槽加工。

具體而言，第1發明為一種線鋸機(1)，其將1條加工用鋸線(6)呈螺旋狀多重纏繞於複數主輥(2、3、4、5)，將鋸線(6)推抵於加工對象之工件(7)並使其行進，藉此加工工件(7)；其中，上述主輥(2、3、4、5)互呈平行而可旋轉自如地支持於支架(8)，並藉由與主輥(2、3、4、5)相平行的旋轉軸(9)及與旋轉軸(9)相連結的旋轉驅動馬達(10)而可在既定旋轉角度範圍內旋轉支架(8)，使一對主輥(4、5)的鋸線(6)之第1間距(P1)與另一對主輥(2、3)的鋸線(6)之第2間距(P2)相異，以旋轉驅動馬達(10)之驅動將旋轉軸(9)旋轉既定旋轉角度，藉此使相異的第1間距(P1)及第2間距(P2)可選擇性地與工件(7)相對向。

第2發明就第1發明之線鋸機(1)中，在一對主輥(4、5)與另一對主輥(2、3)間以相異第1間距(P1)與第2間距(P2)連續纏繞鋸線(6)，而包圍一對主輥(4、5)與另一對主輥(2、3)。

第3發明就第1發明之線鋸機(1)中，以下列態樣組合而成：在一對主輥(4、5)與另一對主輥(2、3)間以相異第1間距(P1)及第2間距(P2)纏繞鋸線(6)，而包圍一對主輥(4、5)及另一對主輥(2、3)的纏繞態樣；及以較小第2間距(P2)纏繞鋸線(6)，而僅包圍另一對主輥(2、3)的纏繞態樣。

第4發明就第1發明之線鋸機(1)中，以下列態樣組合而成：以第1間距(P1)纏繞鋸線(6)，而僅包圍一對主輥(4、5)的纏繞態樣；反以第2間距(P2)纏繞鋸線(6)，而僅包圍另一對主輥(2、3)纏繞態樣。

第5發明係使用第1至4中任一發明之線鋸機(1)的工件加工方法；其中，在加工工件(7)的過程中，將工件(7)支持於可水平旋轉的加工平台(14)，在以一對主輥(4、5)間第1間距(P1)的鋸線(6)之鋸線面進行第1加工後，使工件(7)與加工平台(14)一起水平旋轉90度，同時使線鋸機(1)的旋轉軸(9)旋轉，使另一對主輥(2、3)間相異第2間距(P2)的鋸線(6)之鋸線面相對向於工件(7)，而進行第2加工，藉此可對同一工件(7)沿正交方向進行相異之第1間距(P1)及第2間距(P2)的切斷加工或溝槽加工。

依照第1發明，藉由主輥(2、3、4、5)之旋轉，可使相異第1間距(P1)、第2間距(P2)之鋸線(6)與工件(7)相對向，因此可以同一線鋸機(1)進行相異第1間距(P1)或第2間距(P2)之加工。因此，可不用進行主輥(2、3、4、5)更換、工件(7)相對其他線鋸機的移動或再安裝等麻煩作業，可使加工作業簡單化，亦可縮短加工時間。

依照第2發明，因為在成對主輥(4、5)與主輥(2、3)間以相異的第1間距(P1)與第2間距(P2)連續纏繞鋸線(6)，使包圍一對主輥(4、5)及另一對主輥(2、3)，因而利用習知的一般纏繞態樣，可獲得上述第1發明效果。

依照第3發明，因為組合：在一對主輥(4、5)與另一對主輥(2、3)間以相異第1間距(P1)及第2間距(P2)纏繞鋸線(6)，使包圍一對主輥(4、5)及另一對主輥(2、3)的纏繞態樣；及以較小第2間距(P2)纏繞鋸線(6)，使僅包圍另一對主輥(2、3)的纏繞態樣，因此即使相異第1間距(P1)、第2間距(P2)之間距差較大，鋸線(6)相對主輥(2、3、3、4)的傾斜角度(α)亦不會變小，可抑制降低鋸線(6)與導溝(13)的磨損。

依照第4發明，因為組合：以第1間距(P1)纏繞鋸線(6)，使僅包圍一對主輥(4、5)的纏繞態樣；及以第2間距(P2)纏繞鋸線(6)，使僅包圍另一對主輥(2、3)的纏繞態樣而成，因此在成對主輥(4、5)與成對主輥(2、3)中，鋸線(6)之傾斜角度(α)不會變小，可抑制降低鋸線(6)與導溝(13)之磨損。

更進一步，依照第5發明，當工件(7)安裝於可水平旋轉的加工平台(14)後，經第1間距(P1)之第1加工後，藉由加工平台(14)之水平旋轉及主輥(2、3、4、5)之旋轉，可進行第2間距(P2)之第2加工。藉此，因為可對同一工件(7)沿正交方向進行相異第1間距(P1)與第2間距(P2)之切斷加工或溝槽加工，因此可不用進行主輥(2、3、4、5)之更換、工件(7)相對其他線鋸機之移動或再安裝等麻煩作業，可使正交方向的加工作業簡單化，亦可縮短加工時間。

圖1至圖5表示本發明之線鋸機1。該等圖中，線鋸機1在複數、作為一例為4座相平行主輥2、3、4、5螺旋狀多重纏繞1條加工用鋸線6，使鋸線6一邊行進一邊推抵於作為加工對象之半導體晶圓等工件7，而對工件7進行切斷加工或溝槽加工

主輥2、3、4、5前視下於四邊形四角落位置處可旋轉自如地受支持，而在一對支架8間成相互平行狀態，該等中的1座、例如主輥2藉由安裝於支架8的輥驅動馬達12進行驅動。另外，主輥2的旋轉可透過鋸線6傳動至其他主輥3、4、5，亦可視需要透過正時皮帶等傳動給主輥3、4、5。此外，亦可為在主輥2、3、4、5中於每組成對輥安裝輥驅動馬達12，並對該等進行同步驅動的方式。

支架8藉由平行4座主輥2、3、4、5而安裝於上述四邊形對角線之交點位置處的旋轉軸9及連結於旋轉軸9的旋轉驅動馬達10，可以既定旋轉角度、圖示例中為180度之進行旋轉。旋轉軸9及旋轉驅動馬達10安裝於線鋸機1之框架11。

雖未圖示，鋸線6從饋送裝置的捲盤透過饋送馬達的旋轉而饋送出，經由跳動輥(dancer roller)或導引輥而螺旋狀多重纏繞於4座主輥2、3、4、5後，經由捲取裝置之導引輥或跳動輥，以捲取馬達之旋轉捲取於捲取側之捲盤。鋸線6之行進態樣可以往復行進方式饋進、或朝單向連續行進饋進，而從饋送側之捲盤移往捲取側之捲盤。

另外，饋送側及捲取側之跳動輥沿導引手段上下進行移動，而可分別吸收饋送側鋸線6之饋送量超過與不足、及捲取側捲取量超過與不足所造成的鬆弛情形，可保持鋸線6之張力於既定值。詳細將於後敘述，當旋轉軸9旋轉主輥2、3、4、5(旋轉180度)時，於饋送側或捲取側鋸線6會捲入或捲出於主輥2、3、4、5，此時，上述跳動輥亦會吸收主輥2、3、4、5中之鋸線6鬆弛。

圖示例中，鋸線6外接於4座主輥2、3、4、5，以多重連續纏繞而將該等輥包圍。其中成對主輥4、5之鋸線6的第1間距P1與另一對主輥2、3之鋸線6的第2間距P2為相異值。在主輥4、5間，鋸線6等間隔地保持平行，其第1間距P1設為4[mm]。此外，主輥2、3間鋸線6亦等間隔地保持平行，其第2間距P2設為例如3[mm]。另外，鋸線6之繞圈數圖面上雖顯示少於實際裝置，但通常為50~80圈程度。

如此一來，鋸線6在主輥4、5間形成第1間距P1之鋸線面，同樣地在主輥2、3間形成第2間距P2之鋸線面。當對工件7進行加工時，該等鋸線面成為作用面。此外，為可維持第1間距P1與第2間距P2之間距，如圖5所示，主輥2、3、4、5分別具有例如V字狀導溝13，呈現在保持第1間距P1與第2間距P2間隔下，沿圓周面與繞圈數相對應之環狀。鋸線6收納於該等導溝13內，形成不會朝軸方向偏移之狀態，可維持既定間距。

如圖3所示，鋸線6在主輥2、3、4、5之軸方向中央位置處，對主輥2、3、4、5之中心軸線呈直角交叉，並沿導溝13之方向，依照第1間距P1與第2間距P2之不同，隨著朝主輥2、3、4、5之端部前進，相對中心軸線的角度會成為小於直角的傾斜角度α。若該傾斜角度α極端變小，則鋸線6相對主輥2、3、4、5形成傾斜，因此在導溝13內容易脫落，又鋸線6與導溝13內面相摩擦，成為磨損的原因。因此，傾斜角度α必須限制在盡可能接近90度的值。

當鋸線6在中央位置處對主輥2、3、4、5之中心軸線呈直角，此時各鋸線6之傾斜角度α在圖3中會被分配於左右，不會極端變小，較為有利。若鋸線6在主輥2、3、4、5一端部相對中心軸線被設為直角，則傾斜角度α在主輥2、3、4、5另一端部會有變小傾向，因此在另一端部必須收納於不超越限度的範圍內。

線鋸機1在主輥2、3、4、5下方具有用於保持工件7的加工平台14，又具有影像處理裝置15，以校正工件7位置、確認工件7之加工位置、及確認鋸線6之第1間距P1及第2間距P2。

加工平台14例如上面內建有真空室，由支持單元16保持，與支持單元16一起受Y軸方向之導引裝置17導引，在工件7之收取位置與加工位置間進行移動。導引裝置17被設置於框架11上，藉由未圖示饋進螺桿單元等使加工平台14朝Y軸方向移動。

又，支持單元16以Z軸方向未圖示之旋轉軸為中心使加工平台14水平旋轉，同時使加工平台14朝Z軸方向(即上下方向)移動，一邊吸附固定加工平台14上之工件7，一邊進行加工饋進使其推抵於下側鋸線6之鋸線面。

影像處理裝置15由複數(例如4台)CCD攝像機等之攝像機18、19與影像處理單元21所構成。攝像機18、19位於下側鋸線6之上方，經由支持台23在排列於X軸方向的狀態朝下安裝，並透過饋進導引裝置22之Y軸方向直線往復運動，從待機位置朝測定位置可進退自如地受支持。中央位置之2台攝像機18檢測工件7之基準、例如工件7上面的2個基準標記20之位置。此外，左右端之2個攝像機19在檢測與工件7相向的鋸線6位置之同時，一邊與支持台23一起朝鋸線6之正交方向移位(traverse)，一邊確認鋸線6之間距。

該等攝像機18、攝像機19之影像信號作為用於檢測工件7之位置、鋸線6之位置及二者相對位置的資訊，而傳送至影像處理單元21。影像處理單元21內建有影像處理程式，藉由影像處理微調整工件7相對基準位置之位置、確認與工件7相向的鋸線6間距、及確認鋸線6對工件7之加工位置。

在加工半導體晶圓等之工件7時，工件7收容於卡匣等，並利用未圖示之裝載裝置每次各取出1片，如圖1所示，於定位狀態下供應至前進位置(收取位置)之加工平台14。此時，加工平台14藉由內建真空室之抽吸作用，固定準備加工的定位狀態工件7。然後，加工平台14與支持單元16一起由導引裝置17朝Y軸方向移動，導引定位狀態之工件7至下側主輥4、5下方之加工位置。

在此狀態下，攝像機18、19由饋進導引裝置22所導引，並從後退位置前進而在移動至圖4假想線之測定位置處停止。此處，中央位置之2台攝像機18檢測工件7之2個基準標記20。此外，左右端之2個攝像機19檢測鋸線6之位置。該等攝像機18、19之影像信號傳送至影像處理單元21，因此影像處理單元21確認鋸線6對工件7之2個基準標記20的加工位置，透過影像處理程式判斷針對加工基準位置微調整工件7之必要性。

當工件7對加工基準位置不存在定位誤差時，影像處理單元21判斷定位正確，不進行位置校正之控制。在該判斷時，若定位誤差為可校正之微小誤差，影像處理單元21產生與消除該微小誤差之方向‧大小相當的控制信號，藉由該控制信號使導引裝置17在Y軸方向僅移動相當於微小誤差的量，而進行基準對準與位置校正之微調整。然而，當工件7對加工基準位置之定位誤差超過可校正之規定值時，影像處理單元21判斷為「NG」，再度進行定位動作。附言之，若支持單元16具有沿X軸方向的位置校正功能，則亦可沿Y軸方向及X軸方向二方向進行基準對準及位置校正之微調整。

更進一步，攝像機18、19一邊與支持台23一起朝鋸線6的正交方向以一定速度移位，一邊檢測鋸線6之位置。影像處理單元21輸入攝像機18、19之影像，進行影像處理確認與工件7相向的所有鋸線6是否以既定第1間距P1伸張。經確認此種間距後，僅於正常情況才開始進行工件7之加工。

圖6及圖7表示工件7之加工行程。在加工工件7時，線鋸機1之輥驅動馬達12使主輥2、3、4、5旋轉，使鋸線6行進。在鋸線6行進狀態下，支持單元16如圖6所示，使加工平台14沿Z軸方向(上升方向)移動，於下側將工件7推抵於第1間距P1的相平行鋸線6之鋸線面，並進行加工饋進，藉此對工件7進行作為第1加工的切斷加工或所希望深度之溝槽加工。當該第1加工結束後，鋸線6停止行進，支持單元16使加工平台14下降，返回至待機位置。如此一來，工件7藉由第1加工以第1間距P1進行切斷、或在工件7上面進行溝槽加工。

此處，旋轉驅動馬達10如圖7所示，使旋轉軸9旋轉180度，並使上側成對之主輥2、3移動至下側，使主輥2、3間以第2間距P2相平行的鋸線6之鋸線面相對向於經第1加工後之工件7。在此前後，支持單元16使加工平台14圍繞Z軸方向旋轉軸正確水平旋轉90度，而使第1加工後工件7之複數切斷口或溝槽與保持第2間距P2的平行鋸線6相正交。

如前述，當旋轉軸9旋轉主輥2、3、4、5(180度旋轉)時，在饋送側或捲取側鋸線6會捲入或捲出於主輥2、3、4、5。此時，饋送側與捲取側之跳動輥會吸收主輥2、3、4、5中鋸線6之鬆弛。

此處，攝像機18、19再度一邊沿鋸線6之正交方向以一定速度移位，一邊檢測鋸線6之位置。影像處理單元21輸入攝像機18、19之影像，進行影像處理確認與工件7相向的所有鋸線6是否以既定第2間距P2伸張。經此種確認後，僅於正常情況，才對工件7開始進行第2加工。

為進行第2加工，線鋸機1與前述同樣，一邊使鋸線6行進，將工件7推抵於下側以第2間距P2相平行的鋸線6之鋸線面，進行加工饋進，對工件7進行第2間距P2之切斷加工或溝槽加工。藉由此種第1加工及第2加工，在工件7形成格子狀加工痕跡。當既定加工完成後，加工平台14下降而返回至待機位置，再朝Y軸方向移動，並移動至工件7之搬出位置。如此一來，利用1台線鋸機1，即可對工件7進行同1台線鋸機1之第1間距P1第1加工(切斷加工或溝槽加工)及與該等相正交之第2間距P2第2加工(切斷加工或溝槽加工)。

最後，未圖示之裝載裝置從加工平台14取出已完成加工之工件7，以未圖示之洗淨裝置洗淨已完成加工之工件7後，收納於卡匣中，然後將下個新工件7供應至線鋸機1。如此一來，線鋸機1逐次加工工件7。

另外，攝像機18、19確認工件7與鋸線6相對位置之動作，亦可不用每次在加工工件7時進行，而是每複數次加工才進行1次。此外，影像處理裝置15確認鋸線面間距之動作，通常在每次變更間距時進行，但在不變更間距的期間亦可以一定週期進行。

圖8及圖9表示鋸線6纏繞態樣之另一例。首先，圖8示例出在一對之主輥4、5與另一對之主輥2、3間，以相異第1間距P1、第2間距P2纏繞鋸線6例如2圈或3圈，而包圍主輥2、3、4、5，其次，以較小第2間距P2纏繞鋸線6例如1圈，僅包圍另一對之主輥2、3，並將該等纏繞態樣交互組合。依照該具體例，即使第1間距P1與第2間距P2之差較大，亦可抑制傾斜角度α於接近90度之角度值。

其次，圖9示例出在主輥2、3、4、5一端側之加工區域外，以小間距纏繞複數圈(例如5圈)於4座主輥2、3、4、5後，以第1間距P1纏繞鋸線6使其僅包圍一對之主輥4、5，並將該鋸線6尾端移曳至另一對主輥2、3，以第2間距P2纏繞鋸線6使其僅包圍主輥2、3，組合該等纏繞態樣。當依照該具體例，加工區域外之5圈鋸線6，保持4座主輥2、3、4、5於一定周速度而作用。而且，由第1間距P1、第2間距P2部分之鋸線列形成加工用之鋸線面。此情況。亦可抑制鋸線6斜向之纏繞角度於接近90度之角度值。

另外，圖9例中，亦可不在一端側加工區域外以較間距纏繞鋸線6，而在主輥2、3、4、5另一端部纏繞正時皮帶等，於主輥2、3、4、5之每對輥連結驅動源(馬達)，進行同步驅動。

(產業上之可利用性)

本發明不受限於半導體晶圓，亦可用於其他金屬鑄錠或其他脆弱材料之加工。

1．．．線鋸機

2、3、4、5．．．主輥

6．．．鋸線

7．．．工件

8．．．支架

9．．．旋轉軸

10．．．旋轉驅動馬達

11．．．框架

12．．．輥驅動馬達

13．．．導溝

14．．．加工平台

15．．．影像處理裝置

16．．．支持單元

17．．．導引裝置

18、19．．．攝像機

20．．．基準標記

21．．．影像處理單元

22．．．饋進導引裝置

23．．．支持台

P1、P2．．．第1、2間距

圖1為本發明線鋸機1之概略俯視圖。

圖2為本發明線鋸機1中鋸線6、加工平台14及攝像機18、19之位置關係前視圖。

圖3為本發明線鋸機1中鋸線6、攝像機18、19之位置關係側視圖。

圖4為本發明線鋸機1中以間距P1進行加工時之俯視圖。

圖5為本發明線鋸機1之主輥2、3、4、5之部分剖視圖。

圖6為本發明線鋸機1中以間距P1進行之加工動作說明圖，(1)係俯視圖，(2)係前視圖。

圖7為本發明線鋸機1中以間距P2進行之加工動作說明圖，(1)係俯視圖，(2)係前視圖。

圖8為本發明線鋸機1中鋸線6另一纏繞態樣之側視圖。

圖9為本發明線鋸機1中鋸線6再另一纏繞態樣之側視圖。