JP5309107B2

JP5309107B2 - 脆性材料基板の分断装置

Info

Publication number: JP5309107B2
Application number: JP2010226092A
Authority: JP
Inventors: 淳田端
Original assignee: Mitsuboshi Diamond Industrial Co Ltd
Current assignee: Mitsuboshi Diamond Industrial Co Ltd
Priority date: 2010-10-05
Filing date: 2010-10-05
Publication date: 2013-10-09
Anticipated expiration: 2030-10-05
Also published as: CN102441931B; KR101277604B1; KR20120035844A; TW201221488A; JP2012076425A; CN102441931A; TWI447081B

Description

本発明は、ガラス、シリコン、セラミック、半導体などの脆性材料基板の分断装置に関し、特に、分断時に脆性材料基板の端部等に発生する不要な端材の除去機構を備えた脆性材料基板の分断装置に関する。

従来、脆性材料であるガラス基板を分断（ブレイク）する方法として、例えば特許文献１並びに特許文献２で開示されているように、基板を局所的に加熱及び冷却し、その際に生じる熱応力（圧縮応力並びに引張応力）によって、あらかじめ基板の端部に形成してある初期亀裂（トリガ）を起点にして亀裂を所望の方向に進展させて、基板にスクライブラインを形成したり、完全分断したりする分断方法が知られている。

具体的には、加熱源としてレーザビームを使用し、テーブル上に保持させた基板をレーザビームに対して相対的に移動することで、分断を行うブレイク予定ラインに沿って局所的に照射して加熱するとともに、これに追従して冷却ユニットのノズルから冷媒液を噴射する。このとき加熱によって生じる圧縮応力と、急冷によって生じる引張応力による応力分布を利用して、亀裂をブレイク予定ラインの方向に進展させ、一筋のスクライブラインを形成する。

そして、脆性材料基板が完全分断される場合を除き、スクライブラインに沿って、ブレイクバーを押し当てたり、ローラを圧接転動したりすることによって基板を撓ませることで基板を分断するようにしている。

一方、ブレイクした際に発生する端材（切り片）がテーブル上に取り残されると、それ以降のブレイクの際にトラブルの原因になるので、把持機構で端材を掴み、引き離す方向に把持機構を動かすことにより、端材を分離、除去するようにしている（特許文献３参照）。

特開２００４−１８２５３０号公報特開２００５−２６３５７８号公報特開２００９−００１４８４号公報

図９はレーザビームを用いて脆性材料基板Ｍにスクライブラインを形成する加工を示す図である。
脆性材料基板Ｍは二分割されたテーブル１３，１３上に載置され、上面に向かって開口した多数のエア吸引孔１４により吸着保持されている。二分割されたテーブル１３，１３の間に形成された空間１５の下方には走査機構１６に保持されたレーザビーム照射部１７と、冷媒液噴射ノズル１８とが配置されている。

ブレイク予定ラインＳに沿ってレーザビーム照射部１７から出射されるレーザビームを走査して加熱領域（レーザスポット）に局所的な圧縮応力を生じさせ、続いて直後を追従するように冷媒液噴射ノズル１８から冷媒を噴射することにより引張応力を生じさせ、亀裂をブレイク予定ラインＳに沿って進展させる。このようにして一本のブレイク予定ラインに沿って直線状の亀裂（スクライブライン）を生じさせた後、脆性材料基板Ｍを、吸盤を備えたロボットアーム等の搬送機構（図示外）により、次のブレイク予定ラインがレーザビーム照射位置にくるように移動させてレーザスクライブを行い、順次全てのブレイク予定ラインＳに亀裂を生じさせる。

このあと、亀裂を生じさせた面とは反対側の面からブレイク予定ラインＳに相対する部分をローラやブレイクバー等の分断機構（図示外）により押圧して脆性材料基板Ｍを撓ませて分断する。分断された後、製品（中間製品）となる脆性材料基板Ｍはロボットアーム等の搬送機構により取り出されるが、不要な端材Ｍ１は図の右側のテーブル１３上に残ってしまう。

このテーブル上に残った端材は、幅が非常に小さいため、ロボットアームの吸盤で吸着させることができない。
また、レーザスクライブ時の冷媒液が端材とテーブルとの間に浸透すると、強くテーブル面に付着してしまっているのでエアなどを吹き付けても簡単には離れず、除去するのが大変困難である。また、エアの吹き付けは、分断時に生じたカレット等の微細な屑粉が舞い上がって作業環境を劣化する。
そこで出願人は、特許文献３等で示すようなチャックにより端材を掴んで除去する把持機構を提案したが、その機構は複雑であり、かつ、チャックの機構全体がかなりのスペースを必要とするため、分断装置全体が大型化しかつ高価となるといった問題点があった。

そこで本発明は、基板分断時に発生した端材を簡単でコンパクトな機構により確実に除去して、定位置に設置したボックスに集積破棄することのできる端材除去機能を備えた分断装置を提供することを目的とする。
また、本発明は冷媒液が基板とテーブルの間に浸透している場合のように、端材がテーブルに強く付着していても確実に端材を除去できる端材除去機能を備えた分断装置を提供することを目的とする。

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。即ち、本発明の脆性材料基板の分断装置では、脆性材料基板をテーブル上に載置してスクライブ形成手段によりブレイク予定ラインに沿って亀裂若しくは切溝を生じさせて脆性材料基板を分断する分断装置であって、前記テーブルが主テーブルと回動テーブルとからなり、回動テーブルがスクライブ形成手段の近傍に配置されていて分断時に生じた脆性材料基板の端材の一部が当該回動テーブルの先端から露出するように突き出した状態で載置できるように形成され、前記回動テーブルは、水平な姿勢から端材を付着させたまま傾倒姿勢まで回動できるように形成され、回動テーブルの傾倒姿勢で回動テーブルに付着した端材の回動テーブルから露出した部分を、回動テーブルとの吸着面側から突き落とす押し出しバーが設けられている構造とした。

本発明では、端材が付着した回動テーブル自体を下方に傾倒させて押し出しバーにより端材を端材収納ボックスに突き落とすようにしたから、構成が極めて簡単でコンパクトに形成できるとともに、端材は基板載置面より下方で押し出しバーにより端材収納ボックスに突き落とされて集積されるので、端材やこれに付着したカレット等の屑粉が外部、特に上方の基板載置面に飛散するようなことがなく、良好な作業環境を維持することができる効果がある。特に、冷媒液が端材とテーブルとの間に浸透した場合には、これまでは端材を除去することが非常に困難であったが、端材を突き落とすことができるので確実に除去することができる。

本発明において、回動テーブル、主テーブル、押し出しバーがスクライブ形成手段を挟んで左右一対で形成されている構成とするのがよい。
これにより、左右どちらの回動テーブルに端材が残っても端材を付着させた方の回動テーブルを傾倒させることにより端材を除去することができる。

また、本発明において、回動テーブルと主テーブルとの間に移動スペースを形成し、回動テーブルをこの移動スペースを介してスクライブ形成手段から遠のく方向に水平に移動したあと、傾倒姿勢まで回動するようにするのがよい。
これにより、テーブルの下方にスクライブ形成手段を配置した場合でもこのスクライブ形成手段を回避させて回動テーブルを傾倒させることができる。

本発明にかかる分断装置の一実施例を示す正面図である。脆性材料基板を回動テーブル並びに主テーブルに載置した状態を示す正面図である。本発明における分断装置において、搬送機構としてのベルトコンベアとテーブル部分を示す概略的な平面図である。本発明における端材除去機構の拡大説明図である。図４における端材除去機構の動作の第１段階を示す説明図である。図４における端材除去機構の動作の第２段階を示す説明図である。図４における端材除去機構の動作の第３段階を示す説明図である。図４における端材除去機構の動作の第４段階を示す説明図である。一般的な分断装置を説明するための斜視図である。

以下、本発明にかかる脆性材料基板の分断装置の詳細を、その実施の形態を示す図面に基づいて説明する。
図１並びに図２は本発明にかかる分断装置の全体を示す正面図であり、図３は搬送機構としてのベルトコンベアとテーブル部分を示す概略的な平面図であり、図４〜図８は端材除去の動作を順を追って説明するため端材除去機構部分の拡大図である。

分断装置Ａは、機台１に支持された左右一対の主テーブル２，２と、この主テーブル２，２の間に配置され、実質的に端材除去機構Ｂの一部を構成する左右一対の回動テーブル３，３とを備えている。主テーブル２と回動テーブル３の上面は同一の水平面となるように配置され、スクライブすべき脆性材料基板Ｍをその上面に載置する。脆性材料基板Ｍは搬送機構４により主テーブル２、回動テーブル３上に搬送されるとともに、この搬送装置によりテーブル上で図１における左右方向に移動させることができるようになっている。この搬送機構４として本実施例では、左右一対のベルトコンベア４ａ，４ａによる機構を採用している。ベルトコンベア４ａ，４ａ上に基板Ｍを載せて所定位置に移動させたあと、ベルトコンベア４ａを降下させて図２に示すように後退させることにより、脆性材料基板Ｍを主テーブル２並びに回動テーブル３上に載置する。このため、図３に示すように、主テーブル２並びに回動テーブル３に複数条の平行なスリット２ａ，３ａが設けられ、ベルトコンベア４ａもこのスリットの間隔に合わせて細長くしたものを複数平行して形成することによって、ベルトコンベア４ａが図１の姿勢から図２の姿勢まで降下移動できるようになっている。
なお、搬送機構４は、これに限られず、別の機構、例えば下端に吸盤を備えたロボットアーム等の機構であってもよいことは勿論である。
また主テーブル２並びに回動テーブル３上に載置した脆性材料基板Ｍを吸着保持できるように各テーブル２，３にエアによる多数の吸引口を設けるのが好ましい。

左右の回動テーブル３，３の互いに対向する端縁同士の間には図１の前後方向に直線的に延びる間隙５が形成されており、この間隙の下方にスクライブ形成手段６が配置されている。
本実施例では、スクライブ形成手段６としてレーザ照射機構が採用されており、レーザビーム照射部６ａと冷媒液噴射ノズル６ｂとが設けられている。レーザビーム照射部６ａと冷媒液噴射ノズル６ｂは走査機構６ｃに上下移動可能に保持され、レール６ｄに沿って紙面に垂直な方向に移動できるようになっている。

次に回動テーブル３，３を含む端材除去機構Ｂについて説明する。本実施例では端材除去機構Ｂは左右一対で設けられているが、両者は同じ機構のものであるので、その一方（図の右側）の機構についてのみ図４乃至図８に基づいて詳述する。
回動テーブル３はスライドベース７に保持された枢軸８を支点として図４の水平な姿勢から図７並びに図８の最終傾倒姿勢まで回動できるように形成されている。その回動範囲は９０度から１００度程度が好ましい。ここでは１００度としている。

回動テーブル３が傾倒姿勢に回動する際、下方にあるスクライブ形成手段６に当たらないよう、図５に示すようにスクライブ形成手段６から後ろに退く方向で水平に移動した後に回動するようになっている。そのために、回動テーブル３と主テーブル２の間には移動スペース９（図４参照）が形成されている。また、回動テーブル３の水平方向の移動は、スライドベース７が機台１のレール１０に沿ってスライドすることにより行われる。またこのときの回動テーブル３の傾倒は、図５の中間傾倒姿勢で停止するようにしておく。これは、後述する端材収納ボックス１１の上方まで回動テーブル３を移行させる際に回動テーブル３の先端が端材収納ボックス１１の傾斜案内プレート１１ａに当たらないようにするためである。

図５の中間傾倒姿勢を維持させたまま、図６に示すように回動テーブル３を、下方に配置した端材収納ボックス１１の上方まで移行させ、この位置で図７に示すように最終傾倒姿勢まで回動するようになっている。
更に、回動テーブル３を最終傾倒姿勢まで回動させた位置で、回動テーブル３の先端に付着した端材Ｃを下方の端材収納ボックス１１に突き落とす押し出しバー１２が機台１に取り付けられている。
上記した回動テーブル３の回動や水平方向への移動は駆動機構（図示外）により行われる。またこれらの動作、並びに押し出しバー１２の操作はコンピュータ制御により行われる。

次いで動作について説明する。
図２に示すように、搬送機構４により主テーブル２並びに回動テーブル３上に載置された脆性材料基板Ｍは、スクライブ形成手段、即ちレーザビーム照射部６ａと冷媒液噴射ノズル６ｂとによってレーザスクライブされ、亀裂（直線状のスクライブライン）をブレイク予定ラインに沿って形成する。このようにして一本のブレイク予定ラインに亀裂を生じさせた後、脆性材料基板Ｍを搬送機構により、次のブレイク予定ラインがレーザビーム照射位置となるように移動させてレーザスクライブを行い、順次全てのブレイク予定ラインに亀裂を生じさせる。

このあと、亀裂を生じさせた面とは反対側の面からローラやブレイクバー等の分断機構（図示外）により押圧して脆性材料基板を撓ませてスクライブラインから分断する。分断された後は、製品（中間製品）となる基板、即ち、図２の左側の主テーブル２並びに回動テーブル３上にある基板は搬送機構４により取り出され、右側の回動テーブル３に端材Ｍ１が残される。この端材Ｍ１は、レーザスクライブ時の冷媒液がテーブル上面と端材との間に浸透して回動テーブル３に強く付着している。また、端材Ｍ１はその一部が回動テーブル３の先端から少し突き出た状態で残されている。

この端材Ｍ１を除去して端材収納ボックス１１に放棄するために、先ず回動テーブル３を図５に示すように水平方向に移動させてスクライブ形成手段６から退避させたあと、同図の仮想線に示す中間傾倒位置まで傾倒させる。

この中間傾倒姿勢を維持させたまま、図６に示すように回動テーブル３を、下方に配置した端材収納ボックス１１の上方まで移行させ、この位置で、図７に示すように最終傾倒姿勢まで回動する。ここで、図８に示すように押し出しバー１２が突き出て、回動テーブル３の先端に付着した端材Ｍ１の下方に露出した部分に押しつけられ、端材Ｍ１を回動テーブル３から剥離させて下方の端材収納ボックス１１に落とし込む。
このようにして、スクライブ時に発生した端材Ｍ１は外部に飛散することなく、定められた端材収納ボックス１１に確実に集積され、まとめて破棄することができる。
なお、押し出しバー１２で端材Ｍ１を突き落とす際、押し出しバー１２の先端が確実に端材Ｍ１に当接するように、回動テーブル３の先端部の一部に、押し出しバー１２が通過可能な切り欠きを形成してもよい。

本実施例の分断装置Ａでは、左右に端材除去機構Ｂを形成してあるので、上記とは反対に左側の回動テーブル３上に端材が生じた場合は、左側の端材除去機構Ｂを作動させて前記同様に端材を除去することができる。

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ない。例えばスクライブ形成手段６は、上記実施例ではレーザ照射機構を用いたが、カッタホイール等のメカニカルなスクライブ機構で切り溝を形成するものであってもよい。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。

本発明の分断装置は、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基板を分断する際に利用することができる。

Ｍ基板
Ｍ１端材
Ａ分断装置
２主テーブル
３回動テーブル
６スクライブ形成手段
６ａレーザビーム照射部
６ｂ冷媒液噴射ノズル
９移動スペース
１１端材収納ボックス
１２押し出しバー

Claims

脆性材料基板をテーブル上に載置してスクライブ形成手段によりブレイク予定ラインに沿って亀裂若しくは切溝を生じさせて脆性材料基板を分断する分断装置であって、
前記テーブルが主テーブルと回動テーブルとからなり、回動テーブルがスクライブ形成手段の近傍に配置されていて分断時に生じた脆性材料基板の端材の一部が当該回動テーブルの先端から露出するように突き出した状態で載置できるように形成され、
前記回動テーブルは、水平な姿勢から端材を付着させたまま傾倒姿勢まで回動できるように形成され、
回動テーブルの傾倒姿勢で回動テーブルに付着した端材の回動テーブルから露出した部分を、回動テーブルとの吸着面側から突き落とす押し出しバーが設けられていることを特徴とする脆性材料基板の分断装置。
前記回動テーブル、主テーブル、押し出しバーがスクライブ形成手段を挟んで左右一対で形成されている請求項１に記載の脆性材料基板の分断装置。
前記回動テーブルと主テーブルとの間に移動スペースが形成され、回動テーブルをこの移動スペースを介してスクライブ形成手段から遠のく方向に水平に移動したあと、傾倒姿勢まで回動するようにした請求項１〜請求項２のいずれかに記載の脆性材料基板の分断装置。
前記スクライブ形成手段がレーザビーム照射部と冷媒液噴射ノズルとにより構成され、左右の回動テーブルの間でその下方に配置されている請求項２〜３に記載の脆性材料基板の分断装置。