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JP2012146879A - スクライバー装置 - Google Patents

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JP2012146879A
JP2012146879A JP2011005216A JP2011005216A JP2012146879A JP 2012146879 A JP2012146879 A JP 2012146879A JP 2011005216 A JP2011005216 A JP 2011005216A JP 2011005216 A JP2011005216 A JP 2011005216A JP 2012146879 A JP2012146879 A JP 2012146879A
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Sosuke Kumagai
壮祐 熊谷
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Disco Corp
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Disco Abrasive Systems Ltd
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Abstract

【課題】サファイア基板や炭化珪素基板等のモース硬度が高い基板であっても破断起点となる十分な深さのスクライブラインを形成することができるスクライバー装置を提供する。
【解決手段】被加工物を保持する被加工物保持手段と、被加工物保持手段に保持された被加工物にスクライブラインを形成するスクライバーユニットとを具備し、スクライバーユニットがユニットハウジングと、ユニットハウジングに回転可能に支持された回転軸と、回転軸の先端に装着されたローラスクライバーとを具備しているスクライバー装置であって、ローラスクライバーに超音波振動を付与する超音波振動手段と、超音波振動手段に交流電力を印加する電力供給手段とを具備している。
【選択図】図3

Description

本発明は、サファイア基板や炭化珪素基板等のモース硬度が高い基板に所定の分割予定ラインに沿って破断起点となるスクライブラインを形成するためのスクライバー装置に関する。
光デバイス製造工程においては、略円板形状であるサファイア基板や炭化珪素基板の表面に窒化ガリウム系化合物半導体からなる光デバイス層が積層され格子状に形成された複数の分割予定ラインによって区画された複数の領域に発光ダイオード、レーザーダイオード等の光デバイスを形成して光デバイスウエーハを構成する。そして、光デバイスウエーハを分割予定ラインに沿って分割することにより個々の光デバイスを製造している。
上述した光デバイスウエーハ等の半導体ウエーハの分割予定ラインに沿った分割は、通常切削ブレードを備えた切削装置によって行われている。しかるに、光デバイスウエーハを構成するサファイア基板はモース硬度が高いため、切削ブレードを備えた切削装置による切削は不可能ではないにしても、個々の光デバイスに分割することは必ずしも容易ではない。従って、切削ブレードの切り込み量を大きくすることができず、切削工程を複数回実施して光デバイスウエーハを切断するため、生産性が悪いという問題がある。
上記問題を解消する光デバイスウエーハの分割方法として、光デバイスウエーハを構成するサファイア基板や炭化珪素基板に対して吸収性を有する波長のパルスレーザー光線を分割予定ラインに沿って照射してアブレーション加工することにより破断の起点となるレーザー加工溝を形成し、この破断の起点となるレーザー加工溝が形成された分割予定ラインに沿って外力を付与することにより割断する方法が提案されている。
一方、光デバイスウエーハ等の半導体ウエーハの分割予定ラインに沿った分割方法として、スクライバーにより分割予定ラインに沿って破断起点となるスクライブラインを形成し、この破断の起点となるスクライブラインが形成された分割予定ラインに沿って外力を付与することにより、光デバイスウエーハ等の半導体ウエーハをストリートに沿って破断する方法が提案されている。(例えば、特許文献1参照。)
特開2001−319899号公報
上述したスクライバーにより分割予定ラインに沿って破断起点となるスクライブラインを形成する技術は、パルスレーザー光線を分割予定ラインに沿って照射する技術に比べて生産性が良好であるとともに、ランニングコストが低いという利点を有している。
しかるに、スクライバーにより分割予定ラインに沿って破断起点となるスクライブラインを形成する技術は、サファイア基板や炭化珪素基板を分割予定ラインに沿って確実に破断するに必要な十分な深さのスクライブラインを形成することができないという問題がある。
本発明は上記事実に鑑みてなされたものであり、その主たる技術的課題は、サファイア基板や炭化珪素基板等のモース硬度が高い基板であっても破断起点となる十分な深さのスクライブラインを形成することができるスクライバー装置を提供することにある。
上記主たる技術課題を解決するため、本発明によれば、被加工物を保持する被加工物保持手段と、該被加工物保持手段に保持された被加工物にスクライブラインを形成するスクライバーユニットとを具備し、該スクライバーユニットがユニットハウジングと、該ユニットハウジングに回転可能に支持された回転軸と、該回転軸の先端に装着されたローラスクライバーとを具備しているスクライバー装置において、
該ローラスクライバーに超音波振動を付与する超音波振動手段と、該超音波振動手段に交流電力を印加する電力供給手段と、を具備している、
ことを特徴とするスクライバー装置が提供される。
該超音波振動手段は、回転軸に配設されている。
また、該超音波振動手段は、ローラスクライバーに配設されている。
本発明によるスクライバー装置は、ローラスクライバーに超音波振動を付与する超音波振動手段と、超音波振動手段に交流電力を印加する電力供給手段とを具備しているので、電力供給手段から超音波振動手段に所定周波数の交流電力を印加することにより、超音波振動手段が径方向に繰り返し変位して超音波振動し、ローラスクライバーが径方向に超音波振動せしめられる。従って、サファイア基板や炭化珪素基板のようにモース硬度が高い被加工物であっても、十分な深さのスクライブラインを形成することができる。
本発明によって構成されたスクライバー装置の斜視図。 図1に示すスクライバー装置に装備されるスクライバーユニットの断面図。 図1に示すスクライバー装置に装備されるスクライバーユニットの他の実施形態を示す断面図。 被加工物としての光デバイスウエーハを環状のフレームに装着されたダイシングテープの表面に貼着した状態を示す斜視図。 図1に示すスクライバー装置によって実施するスクライビィング工程の説明図。
以下、本発明によって構成されたスクライバー装置の好適な実施形態について、添付図面を参照して、更に詳細に説明する。
図1には、本発明に従って構成されたスクライバー装置の斜視図が示されている。
図1に示されたスクライバー装置は、静止基台2と、該静止基台2に加工送り方向(X軸方向)である矢印Xで示す方向に移動可能に配設され被加工物を保持する被加工物保持機構3と、静止基台2に加工送り方向(X軸方向)と直交する割り出し送り方向(Y軸方向)である矢印Yで示す方向に移動可能に配設されたスクライバーユニット支持機構4と、該スクライバーユニット支持機構4の後述するチャックテーブルの被加工物保持面に対して垂直な押圧方向(Z軸方向)である矢印Zで示す方向に移動可能に配設されたスクライバーユニット5が配設されている。
上記被加工物保持機構3は、静止基台2上に矢印Xで示す方向加工送り方向(X軸方向)に沿って平行に配設された一対の案内レール31、31と、該一対の案内レール31、31上に矢印Xで示す方向に移動可能に配設されたチャックテーブル支持基台32と、該チャックテーブル支持基台32上に配設された円筒部材33と、円筒部材33の上端に支持されたカバーテーブル34と、該カバーテーブル34に設けられた円形開口内に回転軸が回転可能に配設された被加工物保持手段としてのチャックテーブル35とを具備している。チャックテーブル35は、多孔性材料から形成された吸着チャック351を具備しており、吸着チャック351の上面である保持面上に被加工物である例えば円盤状のウエーハを図示しない吸引手段によって保持するようになっている。このように構成されたチャックテーブル35は、円筒部材33内に配設された図示しないパルスモータによって回転せしめられる。なお、チャックテーブル35には、後述する環状のフレームを固定するためのクランプ352が配設されている。
図示の実施形態における被加工物保持機構3は、チャックテーブル35を矢印Xで示す加工送り方向に移動せしめる加工送り手段36を具備している。加工送り手段36は、上記一対の案内レール31と31の間に平行に配設された雄ネジロッド361と、該雄ネジロッド361を回転駆動するためのサーボモータ362等の駆動源を含んでいる。雄ネジロッド361は、その一端が上記静止基台2に固定された軸受ブロック363に回転自在に支持されており、その他端が上記サーボモータ362の出力軸に連結されている。なお、雄ネジロッド361は、チャックテーブル支持基台32の中央部に形成された雌ネジ322に螺合されている。従って、サーボモータ362によって雄ネジロッド361を正転および逆転駆動することにより、チャックテーブル支持基台32は案内レール31、31に沿ってX軸方向に移動せしめられる。
上記スクライバーユニット支持機構4は、静止基台2上に矢印Yで示す割り出し送り方向(Y軸方向)に沿って平行に配設された一対の案内レール41、41と、該一対の案内レール41、41上に矢印Yで示す方向に移動可能に配設された可動支持基台42を具備している。この可動支持基台42は、一対の案内レール41、41上に移動可能に配設された移動支持部421と、該移動支持部421に取り付けられた装着部422とからなっている。移動支持部421の下面には上記一対の案内レール41、41と嵌合する一対の被案内溝421a、421aが形成されており、この一対の被案内溝421a、421aを一対の案内レール41、41に嵌合することにより、可動支持基台42は一対の案内レール41、41に沿って移動可能に構成される。また、装着部422は、一側面に矢印Zで示すチャックテーブル35の被加工物保持面に対して垂直な押圧方向(Z軸方向)に延びる一対の案内レール422a、422aが平行に設けられている。図示の実施形態におけるスクライバーユニット支持機構4は、可動支持基台42を一対の案内レール41、41に沿ってY軸方向に移動させるための割り出し送り手段43を具備している。割り出し送り手段43は、上記一対の案内レール41、41の間に平行に配設された雄ネジロッド431と、該雄ネジロッド431を回転駆動するためのパルスモータ432等の駆動源を含んでいる。雄ネジロッド431は、その一端が上記静止基台2に固定された図示しない軸受ブロックに回転自在に支持されており、その他端が上記パルスモータ432の出力軸に伝動連結されている。なお、雄ネジロッド431は、可動支持基台42を構成する移動支持部421の中央部下面に突出して設けられた図示しない雌ネジブロックに形成された雌ネジ穴に螺合されている。このため、パルスモータ432によって雄ネジロッド431を正転および逆転駆動することにより、可動支持基台42は案内レール41、41に沿ってY軸方向に移動せしめられる。
図示の実施形態のおけるスクライバーユニット5は、ユニットハウジング51と、該ユニットハウジング51に回転可能に支持された回転軸52と、該回転軸52の先端に装着されたローラスクライバー53を具備している。ユニットハウジング51は基端部に被支持部510を備えている。この被支持部510には、上記装着部422に設けられた一対の案内レール422a、422aに摺動可能に嵌合する一対の被案内溝510a、510aが設けられており、この被案内溝510a、510aを上記案内レール422a、422aに嵌合することにより、Z軸方向に移動可能に支持される。
次に、スクライバーユニット5を構成するユニットハウジング51と回転軸52およびローラスクライバー53について、図2を参照して説明する。
図2に示すスクライバーユニット5を構成するユニットハウジング51には、軸穴511が設けられている。この軸穴511を挿通して配設された回転軸52が、ユニットハウジング51に配設された軸受け54、54によって回転可能に支持されている。ユニットハウジング51に回転可能に支持され回転軸52は、先端部を形成するスクライバー装着部520がユニットハウジング51の先端から突出して配設されている。このスクライバー装着部520は、フランジ部521と該フランジ部521の端面から突出する装着軸部522とからなっており、装着軸部522の先端部外周面に雄ネジ522aが形成されている。
スクライバーユニット5を構成するローラスクライバー53は、円盤状の外周面が中央からそれぞれ外面に向けて縮径するように形成されたテーパー面531、531を備えたソロバン玉状をなし、軸中心部に上記回転軸52の装着軸部522に嵌合する嵌合穴532を備えている。なお、ローラスクライバー53は超硬合金によって形成されており、上記テーパー面531、531にはダイアモンドライクカーボン(DLC)がコーティングされている。このように構成されたローラスクライバー53は、嵌合穴532を上記回転軸52の装着軸部522に嵌合し、装着軸部522の先端部外周面に形成された雄ネジ522aに締め付けナット55を螺合することにより、回転軸52のフランジ部521と締め付けナット55によって挟持固定される。
図2を参照して説明を続けると、図示の実施形態におけるスクライバー装置は、スクライバーユニット5の回転軸52に装着されたローラスクライバー53に超音波振動を付与する超音波振動手段6を備えている。超音波振動手段6は、回転軸52の軸方向に分極された円環状の超音波振動子61と、該超音波振動子61の両側分極面に装着された円環状の2枚の電極板62、63とからなっている。超音波振動子61は、チタン酸バリウム、チタン酸ジルコン酸鉛、リチウムタンタレート等の圧電セラミックスによって形成されている。このように構成された超音波振動手段6は、回転軸52に装着され、電極板62、63に後述する電力供給手段によって所定周波数の交流電力が印加されると、超音波振動を発生せしめる。なお、超音波振動手段6は、軸方向に複数個配設してもよい。
図示の実施形態におけるスクライバー装置は、上記超音波振動手段6に交流電力を印加する電力供給手段7を具備している。
電力供給手段7は、スクライバーユニット5を構成するユニットハウジング51の後端部に配設されたロータリートランス8を具備している。ロータリートランス8は、回転軸52の後端に配設された受電手段81と、該受電手段81と対向して配設されユニットハウジング51の後端部に配設された給電手段82を具備している。受電手段81は、回転軸52に装着されたロータ側コア811と、該ロータ側コア811に巻回された受電コイル812とからなっている。このように構成された受電手段81の受電コイル812の一端は上記超音波振動手段6の電極板62に接続され、他端は電極板63に接続される。上記給電手段82は、受電手段81の外周側に配設されたステータ側コア821と、該ステータ側コア821に配設された給電コイル822とからなっている。このように構成された給電手段82の給電コイル822は、電気配線73、74を介して交流電力が供給される。
図示の実施形態における電力供給手段7は、上記ロータリートランス8の給電コイル822に供給する交流電力の交流電源91と、電力調整手段としての電圧調整手段92と、上記給電手段82に供給する交流電力の周波数を調整する周波数調整手段93とを具備している。なお、電力調整手段としては、上記電圧調整手段92に変えて電流調整手段を用いてもよい。
また、図示の実施形態における電力供給手段7は、電力供給手段7から出力される交流電力の電力値を検出する供給電力検出手段94と、該供給電力検出手段94からの検出信号に基づいて出力する交流電力の電力値が所定値になるように電力調整手段としての電圧調整手段92を制御する制御手段95とを具備している。なお、供給電力検出手段94は、交流電力の電圧値を検出する電圧計と電流値を検出する電流計とからなっている。
図示の実施形態におけるスクライバーユニット5は以上のように構成されており、以下その作用について説明する。
スクライビィング作業を行う際には、電力供給手段7は、制御手段95によって電圧調整手段92および周波数変換手段93を制御し、交流電力の電圧を所定の電圧に制御するとともに、交流電力の周波数を所定周波数(例えば、50kHz)に変換して、ロータリートランス8を構成する給電手段82の給電コイル822に供給する。このように所定周波数の交流電力が給電コイル822に印加されると、回転する受電手段81の受電コイル812を介して超音波振動手段6の電極板62と電極板63間に所定周波数の交流電圧が印加される。この結果、超音波振動手段6は径方向に繰り返し変位して超音波振動する。この超音波振動は、回転軸52を介してローラスクライバー53に伝達され、共振部材として機能するローラスクライバー53が径方向に超音波振動する。なお、超音波振動手段6の電極板62と電極板63間に周波数が50kHzで150Wの交流電力を印加すると、ローラスクライバー53は径方向に6μm程度の振幅で超音波振動する。
次に、スクライバーユニット5の他の実施形態について、図3を参照して説明する。なお、図3に示すスクライバーユニット5は、超音波振動手段6がローラスクライバー53に装着されている以外は上記図2に示すスクライバーユニット5と実質的に同様であるため、同一部材には同一符号を付してその説明は省略する。
図3に示す実施形態におけるスクライバーユニット5は、ローラスクライバー53の両側面にそれぞれ凹部533、533が設けられており、この凹部533、533にそれぞれ円環状の超音波振動子61と該超音波振動子61の両側分極面に装着された円環状の2枚の電極板62、63とからなる超音波振動手段6、6が配設される。このようにローラスクライバー53に配設された超音波振動手段6、6を構成する電極板62、62が電力供給手段7のロータリートランス8を構成する受電手段81の受電コイル812の一端と接続され、電極板63、63が受電手段81の受電コイル812の他端と接続される。
図3に示すスクライバーユニット5は以上のように構成されており、スクライビィング作業を行う際には、上記図2に示すスクライバーユニット5と同様に電力供給手段7によってロータリートランス8を構成する給電手段82の給電コイル822に所定周波数の交流電力を供給する。このように所定周波数の交流電力が給電コイル822に印加されると、回転する受電手段81の受電コイル812を介して超音波振動手段6、6の電極板62、62と電極板63、63間に所定周波数の交流電圧が印加される。この結果、超音波振動手段6、6は径方向に繰り返し変位して超音波振動する。この超音波振動は、ローラスクライバー53に伝達され、ローラスクライバー53が径方向に超音波振動する。
図1に戻って説明を続けると、図示の実施形態におけるスクライバー装置は、スクライバーユニット5を構成するユニットハウジング51に配設され上記チャックテーブル35上に保持された被加工物であるウエーハを撮像し、上記ローラスクライバー53によって加工すべき領域を検出するための撮像手段57を具備している。この撮像手段57は、顕微鏡やCCDカメラ等の光学手段からなっており、撮像した画像信号を図示しない制御手段に送る。
図示の実施形態におけるスクライバー装置は、スクライバーユニット5を構成するユニットハウジング51を一対の案内レール422a、422aに沿ってZ軸方向に移動させるための押圧手段58を具備している。押圧手段58は、上記加工送り手段36および割り出し送り手段43と同様に案内レール422a、422a の間に配設された雄ネジロッド(図示せず)と、該雄ネジロッドを回転駆動するためのパルスモータ582等の駆動源を含んでおり、パルスモータ582によって図示しない雄ネジロッドを正転および逆転駆動することにより、ユニットハウジング51および回転スピンドル52を案内レール422a、422aに沿ってZ軸方向示す押圧方向に移動せしめる。
図示の実施形態におけるスクライバー装置は以上のように構成されており、以下その作用について説明する。
図4には、被加工物としての光デバイスウエーハ10が環状のフレームFに装着されたダイシングテープTの表面に貼着された状態の斜視図が示されている。図4に示す光デバイスウエーハ10は、例えば厚みが100μmのサファイアウエーハからなり、表面10aに窒化物半導体からなる光デバイス層が積層され格子状に形成された複数の分割予定ライン101によって区画された複数の領域に発光ダイオード、レーザーダイオード等の光デバイス102が形成されている。このように構成された光デバイスウエーハ10は、裏面10bが環状のフレームFに装着されたダイシングテープTの表面に貼着される。
以下、上記スクライバー装置を用いて光デバイスウエーハ10に分割予定ライン101に沿ってスクライブラインを形成するスクライビィング作業について説明する。
上述したように環状のフレームFに装着されたダイシングテープTの表面に貼着された光デバイスウエーハ10は、図示しない搬送手段によって上記チャックテーブル35の吸着チャック351上に載置される。吸着チャック351上に光デバイスウエーハ10が載置されたならば、図示しない吸引手段を作動することにより、光デバイスウエーハ10はダイシングテープTを介して吸着チャック351上に吸引保持される。なお、光デバイスウエーハ10をダイシングテープTを介して支持する環状のフレームFは、クランプ352によって固定される。
上述したようにチャックテーブル35の吸着チャック351上に光デバイスウエーハ10をダイシングテープTを介して吸引保持したならば、加工送り手段36を作動して光デバイスウエーハ10を吸引保持したチャックテーブル35を撮像手段57の直下まで移動せしめる。チャックテーブル35が撮像手段57の直下に位置付けられると、撮像手段57および図示しない制御手段によって光デバイスウエーハ10の加工すべき加工領域を検出するアライメント作業を実行する。即ち、撮像手段57および図示しない制御手段は、光デバイスウエーハ10の所定方向に形成されている分割予定ライン101と、分割予定ライン101に沿って加工するローラスクライバー53との位置合わせを行うためのパターンマッチング等の画像処理を実行し、加工すべき加工領域のアライメントを遂行する。また、光デバイスウエーハ10に形成されている上記所定方向に対して直交する方向に延びる分割予定ライン101に対しても、同様に加工すべき加工領域のアライメントが遂行される。
上述したように、光デバイスウエーハ10の加工すべき加工領域を検出するアライメント作業を実行したならば、チャックテーブル35を加工領域に移動し、図5の(a)に示すように所定の分割予定ライン101の一端をローラスクライバー53の直下に位置付ける。そして、押圧手段58を作動してローラスクライバー53を矢印Z1で示す方向に移動し、チャックテーブル35に保持された光デバイスウエーハ10に設けられた所定の分割予定ライン101の上面を所定の圧力で押圧する。次に、上記加工送り手段36を作動してチャックテーブル35を図5の(a)において矢印X1で示す方向に所定の加工送り速度で移動する(スクライビィング工程)。そして、チャックテーブル35に保持された光デバイスウエーハ10の所定の分割予定ライン101の他端が図5の(b)に示すようにローラスクライバー53の直下より僅かに左側に達したら、チャックテーブル35の移動を停止するとともに、ローラスクライバー53を矢印Z2で示す方向に上昇せしめ、次に加工すべき分割予定ラインに割り出し送りしてスクライビィング工程を繰り返す。この結果、図5の(b)および図5の(c)に示すように光デバイスウエーハ10には、所定の分割予定ライン101に沿ってスクライブライン110が形成される。このスクライビィング工程においては、上述したように電力供給手段7によってスクライバーユニット5のロータリートランス8を構成する給電手段82の給電コイル822に所定周波数の交流電力は供給される。このように所定周波数の交流電力が給電コイル822に印加されると、上述したように超音波振動手段6の電極板62と電極板63間に所定周波数の交流電圧が印加され、超音波振動手段6が径方向に繰り返し変位して超音波振動するので、ローラスクライバー53が径方向に超音波振動する。従って、モース硬度が高いサファイアウエーハからなる光デバイスウエーハ10であっても、十分な深さのスクライブライン110を形成することができる。
上述したスクライビィング工程を光デバイスウエーハ10に所定方向に形成された全ての分割予定ライン101に沿って実施したならば、チャックテーブル35を90度回動する。そして、光デバイスウエーハ10に上記所定方向と直交する方向に形成された全ての分割予定ライン101に沿って上述したスクライビィング工程を実施する。この結果、光デバイスウエーハ10には、全ての分割予定ライン101に沿ってスクライブライン110が形成される。
以上のようにして全ての分割予定ライン101に沿ってスクライブライン110が形成された光デバイスウエーハ10は、次工程である分割工程に搬送される。分割工程においては、スクライブライン110が形成され分割予定ライン101に沿って外力が付与され、光デバイスウエーハ10はスクライブライン110が形成され分割予定ライン101に沿って個々の光デバイス102に分割される。この分割工程においては、分割予定ライン101に沿って形成されたスクライブライン110が上述したように十分な深さを有しているので、光デバイスウエーハ10はスクライブライン110が形成された分割予定ライン101に沿って確実に効率よく分割される。
2:静止基台
3:被加工物保持機構
35:チャックテーブル
36:加工送り手段
4:スクライバーユニット支持機構
42:可動支持基台
43:割り出し送り手段
5:スクライバーユニット
51:ユニットハウジング
52:回転軸
53:ローラスクライバー
6:超音波振動手段
61:超音波振動子
62、63:電極板
7:電力供給手段
8:ロータリートランス
81:受電手段
82:給電手段
91:交流電源
92:電圧調整手段
93:周波数調整手段
94:供給電力検出手段
95:制御手段
10:光デバイスウエーハ

Claims (3)

  1. 被加工物を保持する被加工物保持手段と、該被加工物保持手段に保持された被加工物にスクライブラインを形成するスクライバーユニットとを具備し、該スクライバーユニットがユニットハウジングと、該ユニットハウジングに回転可能に支持された回転軸と、該回転軸の先端に装着されたローラスクライバーとを具備しているスクライバー装置において、
    該ローラスクライバーに超音波振動を付与する超音波振動手段と、該超音波振動手段に交流電力を印加する電力供給手段と、を具備している、
    ことを特徴とするスクライバー装置。
  2. 該超音波振動手段は、該回転軸に配設されている、請求項1記載のスクライバー装置。
  3. 該超音波振動手段は、該ローラスクライバーに配設されている、請求項1記載のスクライバー装置。
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