JP5210408B2 - 脆性材料基板の分断装置 - Google Patents

Description

本発明は、ガラス基板、半導体基板等の脆性材料基板の分断装置に関する。

ガラス等の脆性材料基板を分断する加工では、カッターホイール（スクライビングホイールともいう）を転動したり、レーザービームの照射による熱歪を利用したりして、基板表面にスクライブラインを形成する。カッターホイールやレーザービームの照射装置を含めて、基板にスクライブラインを形成することができる加工手段を、ここではスクライブツールと称する。これらのスクライブツールを用いて基板表面にスクライブラインを形成した後に、当該スクライブラインに沿って外力を印加して基板を撓ませることにより基板をブレイク（分断）することができる。このようなスクライブとブレイクとを組み合わせた分断方法は一般的に知られており、例えば特許文献１でも開示されている。

図１０、１１は従来の脆性材料基板のブレイク方法を示す図である。
まず、図１０（ａ）に示すように、スクライブ装置のテーブル４０上に脆性材料基板Ｗを載置し、その表面にカッターホイール４１を用いてスクライブラインＳを形成する。
次いで、図１０（ｂ）に示すように、弾性体のクッションシート４３が敷かれたブレイク装置のテーブル４２上に脆性材料基板Ｗを載置する。このとき、脆性材料基板ＷのスクライブラインＳを形成した表面（表面側）をクッションシート４３側に向け、反対側の表面（裏面側）が上面となるように反転させる。
そして下向きとなったスクライブラインＳの裏面上方から、スクライブラインＳに沿って長く延びる板状のブレイクバー４４を下降させて脆性材料基板Ｗの反対面から押圧し、脆性材料基板Ｗをクッションシート４３上で僅かにＶ字状に撓ませることにより、スクライブラインＳ（クラック）を深さ方向に浸透させる。これにより図１０（ｃ）に示すように脆性材料基板ＷはスクライブラインＳに沿って分断される。

上述したブレイク方法では、脆性材料基板ＷにスクライブラインＳを形成した後に、次のブレイク工程を行うためには脆性材料基板Ｗを反転させる作業が不可欠であった。この反転作業を行うには、ロボットアーム等の専用の反転装置を必要とし、かつ、反転させるためのスペースを確保しなければならないため装置が大型化し、設備コストを要するだけでなく、作業効率も低下するといった欠点があった。特に、大面積ガラス基板が加工対象である場合には、基板を反転しようとするとすぐに割れてしまうため、反転することなくブレイクする方法が望まれていた。

そのため、出願人は、脆性材料基板を反転させることなくブレイクすることが可能なブレイク装置を特許文献２で開示している。

この特許文献２に記載のブレイク装置は、脆性材料基板Ｗの上面に形成したスクライブラインＳに対し、当該スクライブラインＳを中央に含むようにして、所定幅の帯状領域を覆う閉空間を作り、その閉空間を減圧することにより、脆性材料基板Ｗを逆Ｖ字形に僅かに湾曲させ、スクライブラインＳに沿ってブレイクするようにしている。
具体的には、図１１（ａ）に示すように、スクライブラインＳを上向きにした状態で脆性材料基板Ｗをテーブル４５上に載置し、スクライブラインＳの上方から吸引装置４６の吸引部材４７を下降させて脆性材料基板Ｗの上面に接触させる。吸引部材４７はスクライブライン方向に細長く延びた直方体の形状を有し、下面に下向きの凹部４８が形成されており、凹部の開口面に変形可能な弾性の吸引シート４９が貼着されている。吸引シート４９には吸引用のスリット５０が設けられている。凹部４８の上壁面にはエア吸引孔５１が設けられ、この吸引孔５１からエアを吸引することにより、図１１（ｂ）に示すように、凹部４８内の閉空間を減圧して吸引シート４９とともに脆性材料基板Ｗを逆Ｖ字形に湾曲し、スクライブラインＳを形成するクラックが広がるようにしてブレイクするようにしている。

国際公開ＷＯ２００４／０４８０５８号公報 特許第３７８７４８９号公報

特許文献２のブレイク装置によれば、脆性材料基板Ｗの上面にスクライブラインＳを形成した後、この脆性材料基板Ｗを反転させることなく、スクライブラインＳが上向きのままでブレイク工程に移行させることが可能となる。しかしながら、スクライブ工程とブレイク工程とを分けて行う点については従来と同様であり、分断加工全体としての大幅な合理化には至らなかった。
また、このブレイク装置では、減圧した閉空間を形成するために、吸引部材４７を脆性材料基板Ｗの表面に接触させることが必要になる。そのため基板面への吸着部材４７の接触の際に、脆性材料基板Ｗの表面を傷つけないように細心の注意を払う必要があるが、閉空間の減圧時に相応の圧力がかかることになり、また、接触時の衝撃により接触部分に傷が生じることがあった。特に、脆性材料基板Ｗの表面に微細な集積回路等が形成されている場合には、回路部分に傷がついてしまうと不良品となり、歩留まりが悪くなる問題点があった。

そこで本発明は、上記課題を解消し、基板の反転を不要にし、スクライブ工程と分断工程とを同時に行うことができるようにして分断システムの合理化を図ることのできる分断装置を提供することを目的とする。
さらに本発明は、脆性材料基板に対して非接触で分断することができる分断装置を提供することを目的とする。

上記課題を解決するためになされた本発明の分断装置は、加工対象の脆性材料基板が載置されるテーブルと、前記脆性材料基板を前記テーブル上で定位置に保持する保持手段と、前記テーブル上方に配置されるヘッドと、前記ヘッドを前記脆性材料基板に対して相対移動させる走査機構とを備え、前記ヘッドには、スクライブラインを形成するためのスクライブツールと、上向きの吸引作用を生じさせる吸引パッドとが直列に並べて配置され、前記ヘッドを前記脆性材料基板に対して前記スクライブツールを先導として相対的に移動させることにより、前記スクライブツールで前記脆性材料基板にスクライブラインを形成し、これに追従して後続の吸引パッドにより、形成されたスクライブラインに沿って脆性材料基板を分断するようにしている。

本発明によれば、一つのヘッドを走査するだけでスクライブ工程と分断工程とを基板を反転することなく、連続して同時に行うことができ、これにより分断システムの大幅な合理化を達成することができる。

ここで、吸引パッドは、その下面側で上向きの吸引作用を生じさせる減圧空間部と、この減圧空間部を挟んだ少なくとも左右部位で下向きのエアを噴出する噴出孔とを備え、スクライブライン上を吸引パッドの減圧空間部によって吸引すると同時に、噴出孔からの噴出エアによってスクライブラインの左右両脇部分を押圧することにより脆性材料基板を分断するようにしてもよい。このようにすることで、確実に、脆性材料基板を吸引パッドに接触させることなく、スクライブラインを頂点として逆Ｖ字形に湾曲させて分断することができる。

なお、吸引パッドは、下向きに開口するエア吸引孔を備え、このエア吸引孔からの吸引エアによって減圧空間部が形成されるようにしてもよい。

また、吸引パッドは、下面に凹部が形成され、前記凹部の外周側側面に複数のエア噴出孔が形成され、前記凹部の中央には、下方に至るほど細径となるように形成したテーパ状側面を有する円柱状凸部が形成され、前記噴出孔から吹き出されたエアがテーパ状側面に衝突して下方に向かって旋回させながら下降する旋回下降流を形成するように構成され、当該旋回下降流によるサイクロン効果によって凹部中央に減圧空間部を形成することにより吸引作用を与えるようにしてもよい。

上記発明において、前記保持手段は、テーブルに形成した多数の吸着孔または多孔質板を含み、この吸着孔または多孔質板からの吸引エアによって脆性材料基板を吸着保持するように形成されており、この吸着孔または多孔質板による脆性材料基板の吸着力は、少なくとも吸引パッドの動作時において、脆性材料基板の逆Ｖ字形の湾曲を許容する範囲内で形成されるようにしてもよい。
これにより、脆性材料基板をテーブル上の定位置で確実に吸着保持させながら、吸引パッドの動作時において、脆性材料基板の逆Ｖ字形湾曲の形成を阻害することなく、確実に分断することができる。

本発明に係る分断装置の一例を示す斜視図である。 分断装置の要部を拡大した斜視図である。 図２のテーブル部分の断面図である。 吸引パッドにより脆性材料基板が分断される状態を示す拡大断面図である。 吸引パッドのエア吸引孔並びに噴出孔の配列形態の例を示す底面図である。 スクライブツールの別実施例を示す斜視図である。 脆性材料基板の保持手段の他の一例を示す斜視図である。 吸引パッドのさらに別の実施例を示す斜視図である。 図８に示した吸引パッドの断面図である。 従来の一般的なブレイク方法を示す図である。 吸引機構を用いた従来のブレイク方法を示す図である。

以下において、本発明の分断装置の詳細を、図に基づいて詳細に説明する。
図１は本発明に係る分断装置の一例を示す斜視図であり、図２は装置の要部を拡大した斜視図であり、図３は図２のテーブル部分の断面図である。図４は吸引パッドによって脆性材料基板が分断される状態を示す拡大断面図であり、図５は吸引パッドの底面図であって、エア吸引孔並びに噴出孔の配列形態の例を示す図である。

分断装置１は、分断すべき脆性材料基板Ｗを載置するテーブル２を備えている。このテーブル２は、水平なレール３、３に沿ってＹ方向に移動できるようになっており、モータＭ_１によって回転するネジ軸４により駆動される。またテーブル２は、モータを内蔵する駆動部５により水平面内で回動できるようになっている。

テーブル２は、この上に載せた脆性材料基板Ｗを定位置で保持できるように保持手段を備えている。本実施例では、この保持手段として、テーブル１に開口させた多数の小さなエア吸着孔１１が設けられている。このエア吸着孔１１は、図３に示すように、テーブル内部に設けられた共通のマニホールド１２並びにホース接続口１３を介して図示外のエア吸引源（真空ポンプ）に連通されている。なお、エア吸着孔１１に代えて、セラミック製や焼結金属製の多孔質板をテーブルの吸着面に用いてもよい。

テーブル２を挟んで設けてある両側の支持柱６、６とＸ方向に延びるガイドバー７とを備えたブリッジ８が、テーブル２上を跨ぐようにして設けられている。ガイドバー７に形成したガイド９に沿ってＸ方向に移動できるようにヘッド１０が設けられ、モータＭ_２によりＸ方向に駆動される。これらによってヘッド１０のＸ方向への走査機構が構成される。このヘッド１０は上下に移動可能に形成されており、かつ、その下部には、スクライブライン加工用スクライブツールとしてのカッターホイール３１と、下端に分断用の吸引パッド２１を備えた吸引機構２０とがＸ方向に直列に配置して取り付けられている。

吸引パッド２１は、図４に示すように、その下面側で上向きの吸引作用を生じさせる減圧空間部Ｐと、この減圧空間部Ｐを内側に挟んだ左右部位で下向きのエアを噴出する噴出孔２３とが設けられている。本実施例では、吸引パッド２１の下面中央にエア吸引孔２２を設けて、このエア吸引孔２２からエアを吸引することにより前記減圧空間部Ｐが形成されている。具体的には、図５（ａ）に示すように、吸引パッド２１の下面中心にエア吸引孔２２が設けられ、その左右の位置に、互いに平行となるように長円状の噴出孔２３、２３が配置されている。
なお、図５（ｂ）に示すように、エア吸引孔２２を噴出孔２３と同じように長円状にしてもよく、或いは図５（ｃ）に示すように、噴出孔２３を円弧状の長孔にして中心のエア吸引孔２２を囲むように配置してもよい。

エア吸引孔２２は、吸引エア通路２５を介して図示外のエア吸引源（真空ポンプ）に連通されており、噴出孔２３は、噴出エア通路２６を介して図示外のエア供給源（圧空供給装置、高圧ボンベなど）に連通されている。図４に示した実施例では、吸引パッド２１を支える軸２７を、互いに隙間を開けて配置した内筒２８と外筒２９の二重パイプで形成し、内筒２８の内部を吸引エア通路２５とし、内筒２８と外筒２９との隙間を噴出エア通路２６として形成されている。これら吸引エア通路２５、噴出エア通路２６とそれぞれのエア源をつなぐ配管設備は図１では省略されている。

なお、図１に示すように、脆性材料基板Ｗの位置を検出するためのカメラ１４が取り付けてあり、カメラ１４で撮影された画像はモニタ１５に表示される。カメラ１４によって、テーブル２上の脆性材料基板Ｗの隅部表面に設けられた位置特定用のアライメントマークを撮像することにより、脆性材料基板Ｗの位置決めが行われる。アライメントマークが基準設定位置にあれば分断作業を開始する。もしアライメントマークが基準設定位置に対してズレがあれば、そのズレ量を検出し、脆性材料基板Ｗをモニタの画像を見ながら手作業で、またはロボットアームにより自動的に位置ズレがなくなるように、テーブル２上を移動させることでズレを修正する。

次に、分断装置の動作について説明する。
テーブル２上に脆性材料基板Ｗを載置し、テーブル２に形成されたエア吸着孔１１によって定位置で吸着保持させる。次いで、ヘッド１０を下降させてカッターホイール３１を脆性材料基板Ｗに押しつけながら、カッターホイール３１を先導としてヘッド１０を移動させることにより、カッターホイール３１で脆性材料基板ＷにスクライブラインＳを形成する。

次いで、形成されたスクライブラインＳに沿ってその直上を後続の吸引パッド２１が移動する。この際、左右の噴出孔２３、２３がスクライブラインＳの左右に位置するように予め形成しておく。吸引パッド２１の移動により、脆性材料基板Ｗは、図４に示すように、吸引パッド２１のエア吸引孔２２からの吸引エアによって直前にスクライブラインＳを形成した部分が吸い上げられると同時にスクライブラインＳの両脇部分が噴出孔２３からの噴出エア（ダウンフロー）によって押さえられるので、スクライブラインＳを頂点として逆Ｖ字形に僅かに湾曲させられ、スクライブラインＳに沿って分断される。脆性材料基板Ｗが湾曲した際に吸引パッド２１に接触することがないように、予め脆性材料基板Ｗと吸引パッド２１との間隔が設定されている。これにより、吸引パッド２１に接触することなく脆性材料基板ＷをスクライブラインＳに沿って順次分断することができる。

なお、吸引パッド２１によって脆性材料基板Ｗを分断する際に、テーブル２上で脆性材料基板Ｗを吸着保持するエア吸着孔１１の吸着力は、吸引パッド２１のエア吸引孔２２による脆性材料基板の逆Ｖ字形の湾曲を許容する範囲内にしておくことが必要である。そのために、吸引パッド２１の吸引動作に連動して、テーブル２のエア吸着孔１１の吸着力を逆Ｖ字形の湾曲を許容する範囲内に弱めるか、或いは、エア吸着孔１１の吸着力を、常時逆Ｖ字形の湾曲を許容する範囲内に設定しておくのがよい。具体的には、吸引パッド２１のエア吸引孔２２による上向き吸着力が、テーブル２のエア吸着孔１１による下向き吸着力より勝るようにして、一時的かつ局所的に吸い上げられるようにエア吸着力のバランスを調整する。

上記実施例ではスクライブツールとして、カッターホイール３１を用いたが、基板の種類に応じて他の機械的工具を用いてスクライブラインを形成してもよい。例えば、基板表面に保護シートが付着されている場合には、これに代えて方向性のある固定刃を用いたりしてもよいし、固定刃と回転刃とを組み合わせる等、複数のスクライブツールを直列に用いてもよい。またカッターホイールや固定刃等の機械的工具に代えて、図６に示すようにレーザービーム３１ａの照射による熱応力を利用して（好ましくは図に示すように照射後の冷媒噴射による急冷も利用して）、スクライブラインを形成するようにしてもよい。さらに脆性材料基板の種類によってはレーザアブレーション加工でスクライブラインを形成してもよい。

また、上述した実施例では、脆性材料基板Ｗをテーブル２上で定位置に保持する手段として、エア吸着孔１１による吸着力を利用したが、これに限られるものではない。例えば図７に示すように、テーブル２上に脆性材料基板Ｗの側端縁に当接する位置決めピン３０を設けて位置決めを行うとともに、吸引パッド２１の動作時に脆性材料基板ＷがＸ方向並びにＹ方向に横ズレすることがないように保持するようにしてもよい。この場合は、下向きの吸着力が働いていないので、吸引パッド２１の吸引力も上述した実施例よりも小さく設定することができる。また、図示は省略するが、吸引パッド２１の動作時に、脆性材料基板Ｗの逆Ｖ字形の湾曲を許容する範囲内でクリップのような掴み具で脆性材料基板Ｗの縁部を軽く保持するようにしてもよい。

また、上記実施例では、吸引パッド２１を、脆性材料基板Ｗを載置したテーブル２に対して移動するようにしたが、逆に吸引パッド２１を定位置に停止させておいて、テーブル２を移動させるようにしてもよい。

次に、吸引パッドの他の実施例について説明する。図８および図９は、吸引パッドにおける減圧空間部Ｐの形成に、旋回下降流を用いた実施例を示す図である。
この吸引パッド２１ｂは、下面に凹部２５が形成され、凹部２５の外周側側面に複数の噴出孔２３ｂが形成されている。噴出孔２３ｂからはエアが半径方向内側に向けて吹き出される。凹部２５の中央には、下方に至るほど細径となるように形成したテーパ状側面２６を有する円柱状凸部２７が形成してあり、噴出孔２３ｂから吹き出されたエアがテーパ状側面２６に衝突するようにしてある。このような構造にすることで、噴出孔２３ｂから噴出したエアは、渦巻流となって旋回しながら下方に噴出するようになり、旋回下降流が形成される。この旋回下降流による「サイクロン効果」によって旋回流の中心部が減圧される結果、吸引力を有する減圧空間部Ｐが中央に形成されるとともに、その周囲に下降流が存在するようになる。

従って、この吸引パッド２１ｂを脆性材料基板Ｗに対して、少し上方に離隔させた状態で相対的に移動させることにより、図４で説明した実施例と同様に、旋回流中心部の吸引力によって脆性材料基板Ｗに形成されたスクライブラインＳの上方部分が吸引されると同時に、下向きの旋回下降流によって吸引部分の周辺が下方に押しつけられる。これにより、確実に脆性材料基板Ｗと吸引パッド２１ｂとが接触することなく、スクライブラインＳを頂点として基板Ｗを逆Ｖ字形に湾曲させ、スクライブラインＳに沿って脆性材料基板Ｗを分断することができる。この方法によれば、エアを噴出するだけで減圧空間部Ｐを形成することができるので、エア供給源があればよく、真空ポンプなどのエア吸引機構は必要なくなる。

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例構造のみに特定されるものではく、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。

本発明は、ガラス基板、半導体基板等の脆性材料基板にスクライブラインの形成と、このスクライブラインからの分断とを行うことのできる分断装置に適用することができる。

Ｗ 脆性材料基板
Ｓ スクライブライン
Ｐ 減圧空間部
１ 分断装置
２ テーブル
１０ ヘッド
１１ テーブルの吸着孔（保持手段）
２０ 吸引機構
２１ 吸引パッド
２２ エア吸引孔
２３ 噴出孔
３１ スクライブツール（カッターホイール）

Claims (5)

1. 加工対象の脆性材料基板が載置されるテーブルと、
   前記脆性材料基板を前記テーブル上で定位置に保持する保持手段と、
   前記テーブル上方に配置されるヘッドと、
   前記ヘッドを前記脆性材料基板に対して相対移動させる走査機構とを備え、
   前記ヘッドには、スクライブラインを形成するためのスクライブツールと、上向きの吸引作用を生じさせる吸引パッドとが直列に並べて配置され、
   前記ヘッドを前記脆性材料基板に対して前記スクライブツールを先導として相対的に移動させることにより、前記スクライブツールで前記脆性材料基板にスクライブラインを形成し、これに追従して後続の吸引パッドにより、形成されたスクライブラインに沿って脆性材料基板を分断することを特徴とする脆性材料基板の分断装置。
2. 前記吸引パッドは、その下面側で上向きの吸引作用を生じさせる減圧空間部と、この減圧空間部を挟んだ少なくとも左右部位で下向きのエアを噴出する噴出孔とを備え、スクライブライン上を前記吸引パッドの減圧空間部によって吸引すると同時に、前記噴出孔からの噴出エアによってスクライブラインの左右両脇部分を押圧することにより脆性材料基板を分断するようにした請求項１に記載の脆性材料基板の分断装置。
3. 前記吸引パッドは、下向きに開口するエア吸引孔を備え、このエア吸引孔からの吸引エアによって前記減圧空間部が形成される請求項２に記載の脆性材料基板の分断装置。
4. 前記吸引パッドは、下面に凹部が形成され、前記凹部の外周側側面に複数のエア噴出孔が形成され、前記凹部の中央には、下方に至るほど細径となるように形成したテーパ状側面を有する円柱状凸部が形成され、前記噴出孔から吹き出されたエアが前記テーパ状側面に衝突して下方に向かって旋回しながら下降する旋回下降流を形成するように構成され、
   当該旋回下降流によるサイクロン効果によって前記凹部中央に減圧空間部を形成することにより吸引作用を与えるようにした請求項２に記載の脆性材料基板の分断装置。
5. 前記保持手段は、前記テーブルに形成した多数の吸着孔または多孔質板を含み、この吸着孔または多孔質板からの吸引エアによって脆性材料基板を吸着保持するように形成されており、この吸着孔または多孔質板による脆性材料基板の吸着力は、少なくとも前記吸引パッドの動作時において、脆性材料基板の逆Ｖ字形の湾曲を許容する範囲内で形成されている請求項１〜請求項４のいずれかに記載の分断装置。

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