JP4777722B2

JP4777722B2 - 脆性材料の割断装置

Info

Publication number: JP4777722B2
Application number: JP2005246291A
Authority: JP
Inventors: 紀之設楽; 昌浩長尾
Original assignee: Nagase Integrex Co Ltd
Current assignee: Nagase Integrex Co Ltd
Priority date: 2005-08-26
Filing date: 2005-08-26
Publication date: 2011-09-21
Anticipated expiration: 2025-08-26
Also published as: JP2007055197A

Description

本発明は、例えば水晶板、石英、ガラスの光学材料及びシリコン、ガリウム砒素を含む半導体材料、サファイア或いはセラミック等の脆性材料の割断装置に関する。

半導体チップ用の脆性材料の割断装置による割断作業の前工程において、脆性材料の表面には、罫書筋（キズ）形成装置により脆性材料の割断予定線に沿って予め罫書筋が形成される。前記割断装置による脆性材料の割断作業は次のようにして行われる。最初に環状の取付フレームの内側に張設された粘着テープの下面に脆性材料の罫書筋と反対側の上面を粘着する。その後、所定位置に保持された受け台の上面に対し、粘着された脆性材料の罫書筋のある下面を接触させる。さらに、前記粘着テープの上方から昇降動作されるブレードの下端の刃先を前記脆性材料の罫書筋と対応する上面に押し当てて脆性材料に曲げ応力を付与することにより脆性材料を罫書筋に沿って割断するようにしている（例えば、特許文献１の明細書の段落番号００４４及び図１５参照）。
上記の割断装置においては、脆性材料の罫書筋と前記ブレードの刃先とが上下に対応せず、ブレードの刃先から脆性材料の罫書筋が水平方向に変位していると、罫書筋に沿って脆性材料にブレードによる曲げ応力が適正に付与されないため、割断作業が適正に行われない。このため、前記受け台の下方に前記脆性材料の罫書筋を撮像するカメラを配設している。そして、このカメラにより撮像された画像データに基づいて、画像処理装置によりブレードの刃先に対する脆性材料の罫書筋の変位量を数値データとして演算し、この演算された変位量に基ついて、水平移動機構により前記取付フレームを脆性材料と共に、水平方向に移動して、前記変位量が零となるように調整するようになっている。
特開２００４−２１４２６２号公報

罫書筋（キズ）形成装置により脆性材料に罫書筋を形成する工程で、脆性材料が湾曲したり、捩れたりすると、割断装置の前記受け台の上面から脆性材料が浮上することがある。この場合に前記カメラにより脆性材料の罫書筋を撮像すると、カメラの焦点が罫書筋に合わないので、撮像された画像データが所謂ピンボケすることになる。このため、画像データを画像処理装置により処理する際に、前記変位量を画像認識することができないという問題があった。

脆性材料に縦横に形成された罫書筋の一方向の割断作業を終了した後に、脆性材料に反りが生じることがあり、上記の問題は、この場合にも同様に発生する。
なお、前記カメラの倍率を下げることにより、画像データのピンボケを抑制する方法も考えられるが、この場合には、罫書筋の撮像ラインが細くなってモニター画面上での観察が困難になったり、画像処理装置による画像処理ができなくなったりするという問題があった。

本発明は、上記従来の技術に存する問題点を解消して、撮像手段により撮像された画像データに基づいて変位量を画像認識する精度を向上することができる脆性材料の割断装置を提供することにある。

上記問題点を解決するために、請求項１に記載の発明は、脆性材料を把持する把持シートを備えた脆性材料把持手段と、前記脆性材料の下面を支持する受け台と、前記脆性材料把持手段に把持された前記脆性材料を前記受け台の上面に沿って移動する移動手段と、前記脆性材料把持手段の上方に設けられ、かつ前記脆性材料の下面に割断予定線に沿って予め形成された罫書筋の直上の脆性材料に曲げ応力を付与する曲げ応力付与手段と、前記脆性材料の罫書筋の位置を撮像する撮像手段と、上記撮像手段により撮像された画像データに基づいて前記曲げ応力付与手段に対する前記罫書筋の変位量が零になるように調整する変位量調整手段とを備えた脆性材料の割断装置において、前記撮像手段による撮像動作時に前記脆性材料が前記受け台の上面から浮上するのを防止する浮上防止手段を設け、前記浮上防止手段は、前記把持シートの上方において、該把持シートを脆性材料と共に前記受け台の上面側へ押圧する気体を噴射する気体噴射ノズルであり、前記曲げ応力付与手段は、前記脆性材料の上面を下方に押圧するブレードであって、該ブレードに前記気体噴射ノズルとしての機能が付与されていることを要旨とする。

請求項２に記載の発明は、請求項１において、前記気体噴射ノズルのノズル本体には二つの気体取入口が形成され、両気体取入口の内端部は連通路により連通され、前記ノズル本体の下部には前記連通路に連通する複数の噴射孔が所定のピッチで形成されていることを要旨とする。

請求項３に記載の発明は、請求項１または２において、前記曲げ応力付与手段側又は前記受け台側には脆性材料の罫書筋を照明する照明手段が設けられていることを要旨とする。

請求項１記載の発明によれば、撮像手段による撮像動作時に脆性材料を把持した把持シートが前記受け台の上面から浮上するのを防止する浮上防止手段を設けたことにより、撮像手段により撮像された画像データの撮像精度を向上することができる。このため曲げ応力付与手段に対する脆性材料の罫書筋の変位量を適正に判定することができ、変位量調整手段により罫書筋の変位量が零となるように調整してその割断作業を適正に行うことができる。

また、請求項１に記載の発明は、前記浮上防止手段が気体噴射ノズルによって構成されているので、脆性材料把持手段に把持された脆性材料を損傷するのを防止することができる。
さらに、請求項１に記載の発明は、前記曲げ応力付与手段としてのブレードに前記気体噴射ノズルとしての機能が付与されているので、専用の気体噴射ノズルを無くして、部品点数を低減し、製造及び組み付け作業を容易に行いコストを低減することができる。

請求項２に記載の発明は、ノズル本体の二つの気体取入口から連通路に供給された気体が各噴射孔からほぼ均等の圧力で外部に噴射されるので、脆性材料の浮上を罫書筋に沿って適正に防止することができる。

請求項３に記載の発明は、照明手段によって脆性材料の罫書筋が照明されるので、撮像手段により罫書筋を精度よく撮像することができる。

以下、本発明の脆性材料の割断装置を、脆性材料としての透明な水晶板の割断装置として具体化した一実施形態を図１〜図６にしたがって説明する。
図１に示すように、フロアーＦに配置された取付台１１の上面には、案内テーブル１２が水平に支持されている。この案内テーブル１２の上面には、水晶板を把持するためのワーク把持ユニットＵが移動手段としてのＸ軸移動機構１３、Ｙ軸移動機構１４及びθ軸移動機構１５によって、Ｘ軸（図１の左右）方向、Ｙ軸（図１の紙面直交）方向及びθ軸（図１の上下方向のＺ軸方向を中心とする旋回）方向にそれぞれ往復動可能に支持されている。前記ワーク把持ユニットＵは、図２に示すように平面円環状のシート保持枠１６と、このシート保持枠１６の内側に張設された例えばポリエチレン等の透明合成樹脂シートよりなるワーク把持シート１７とによって構成されている。前記ワーク把持シート１７の下面には粘着糊Ｎが全域に塗布され、この粘着糊Ｎに水晶板１８の上面が粘着されるとともに、この水晶板１８の下面全域を被覆するように、例えばビニールシート等の透明合成樹脂シートよりなる保護シート１９の外周縁が前記ワーク把持シート１７の下面に前記粘着糊Ｎによって粘着されている。そして、前記保護シート１９によってワーク把持シート１７の所定位置に水晶板１８が把持されるようにしている。

割断装置による割断作業の前工程において、水晶板１８の表面には、図示しない罫書筋（キズ）形成装置により該水晶板１８の割断予定線に沿って予めＹ軸方向に指向する複数の罫書筋１８ａが図２に示すように互いに平行に形成されると共に、Ｘ軸方向に指向する複数の罫書筋１８ｂが互いに平行に形成されている。前記水晶板１８は図１に示すように罫書筋１８ａ（１８ｂ）が下になるようにワーク把持ユニットＵに把持されている。

前記フロアーＦには取付台２１を介して前記保護シート１９の下面を受承するための左右一対の受け台２２がＸ軸方向に所定の空間２３を形成して装着されている。前記受け台２２の前記空間２３の中央部上方には、水晶板１８の割断作業に用いられる曲げ応力付与手段としてのブレード２４がＺ軸移動機構２５によってＺ軸（上下）方向に往復動可能に装着されている。前記ブレード２４の下端部に形成された先鋭状の刃先２４ａを図３に示すように前記水晶板１８の罫書筋１８ａと上下に対応させた状態で、図４に示すようにブレード２４を下降させることにより、水晶板１８の罫書筋１８ａ付近の材料に曲げ応力を付与して水晶板１８を罫書筋１８ａを境界として割断するようになっている。

図３及び図５（ａ）において、例えば水晶板１８の罫書筋１８ａがブレード２４の刃先２４ａからＸ軸方向に変位量Δｘだけ変位していると、ブレード２４による水晶板１８の割断作業が適正に行われない。このため、前記ブレード２４の刃先２４ａに対する水晶板１８の罫書筋１８ａのＸ軸方向の変位量Δｘを、罫書筋１８ａを撮像することにより判定する必要がある。以下、これに関連した構成について説明する。

図１及び図２に示すように前記ブレード２４の側方近傍には、図示しない支持部材を介して、前記ブレード２４の刃先２４ａ及び水晶板１８の罫書筋１８ａを撮像時に照明するための多数個の発光ダイオード２６ａをＹ軸方向に列設した照明手段としての照明灯２６が前記ブレード２４の配設領域と同じ領域にわたって装着されている。この照明灯２６によって、前記ブレード２４の刃先２４ａに向かって光を照射すると共に、その光を前記ワーク把持シート１７、水晶板１８の罫書筋１８ａ及び保護シート１９に照射して、その光を空間２３から下方に透過させるようにしている。

前記空間２３の下方には、撮像手段としてのＣＣＤ（ｃｈａｒｇｅｃｏｕｐｌｅｄｄｅｖｉｃｅ）カメラ２７が配設されている。このＣＣＤカメラ２７は前記Ｙ軸移動機構１４とは別のＹ軸移動機構１４ＡによってＹ軸方向に往復動可能に支持されている。前記ＣＣＤカメラ２７により、図５（ａ）に示すように照明灯２６によって照明された水晶板１８の罫書筋１８ａが撮像される。撮像された画像の中心部には、ＣＣＤカメラ２７のＹ軸方向に延びる中心線である判定基準線Ｈが表示されるが、この判定基準線Ｈが前記ブレード２４の直線状の刃先２４ａと上下に対応するようにブレード２４とＣＣＤカメラ２７の上下の配置位置が予め設定されている。従って、判定基準線Ｈからの罫書筋１８ａの変位量Δｘは、刃先２４ａからの罫書筋１８ａの変位量Δｘと同じとなる。前記ＣＣＤカメラ２７には図示しない駆動回路及び画像処理装置２８が接続されている。この画像処理装置２８は撮像された画像データに基づいて、図５（ａ）に示す前記変位量Δｘを数値データとして演算するようになっている。画像処理装置２８によって演算された変位量Δｘの数値データが制御装置２９に入力されるようになっている。この制御装置２９はコンピュータを備え、各種の動作を制御するとともに画像処理装置２８からのデータに基づいて各種の演算を行うようになっている。

前記ＣＣＤカメラ２７による罫書筋１８ａの撮像は、前記Ｙ軸移動機構１４Ａを作動することによりＹ軸方向の全域にわたって行われ、全域における変位量Δｘの数値データが制御装置２９に入力される。そして、前記変位量ΔｘのＹ軸座標に関する変化量に基づいて、図５（ｂ）に示すθ軸の旋回変位量Δθも前記制御装置２９の中央演算処理回路によって演算される。前記制御装置２９によって、前記変位量Δｘ及び旋回変位量Δθの数値データに基づいて、前記Ｘ軸移動機構１３及びθ軸移動機構１５が作動され、ワーク把持ユニットＵがＸ軸方向及びθ軸方向に移動される。これにより、前記変位量Δｘ及び旋回変位量Δθが零になるようにワーク把持ユニットＵの位置が調整され、実際の変位量Δｘ及び旋回変位量Δθが零になるように水晶板１８の罫書筋１８ａの位置が調整される。前記制御装置２９には図５（ａ）に示す撮像された画像データを表示するディスプレイ３０が接続されている。

この実施形態では、前記Ｘ軸移動機構１３、Ｙ軸移動機構１４、θ軸移動機構１５、画像処理装置２８及び制御装置２９等によって、前記罫書筋１８ａの変位量Δｘ及び旋回変位量Δθを零に調整する変位量調整手段が構成されている。

前記ブレード２４の側方には図示しない支持部材を介して図２に示すようにエア噴射ノズル３１が前記ブレード２４の配置領域とほぼ同領域なるようにＹ軸方向に延長されるように装着されている。このエア噴射ノズル３１には、エア供給源３２から管路３３及び開閉弁３４を介して気体としてのエアが供給されるようになっている。前記管路３３にはエアの圧力を調整するための圧力調整弁３５が設けられている。

前記エア噴射ノズル３１は、図６に示すようにノズル本体３１ａの左右両端部に、二つの取り込み口３１ｂ，３１ｂを有し、両取り込み口３１ｂ，３１ｂの下端部は連通路３１ｃによって互いに連通されている。前記ノズル本体３１ａの下端部には、前記連通路３１ｃと外部を連通するエア噴射孔３１ｄが複数（例えば９〜２０）箇所に所定のピッチである等しいピッチでＹ軸方向に沿って配列形成されている。

この実施形態では、前記エア供給源３２、管路３３、開閉弁３４及び圧力調整弁３５等によって、前記ワーク把持シート１７に把持された水晶板１８が保護シート１９と共に受け台２２の上面２２ａから浮上するのを防止する浮上防止手段を構成している。なお、前記エア噴射ノズル３１は本発明を構成していない。

次に、前記のように構成した水晶板１８の割断装置について、その動作を説明する。
図１はワーク把持ユニットＵによって水晶板１８が把持され、ワーク把持ユニットＵが案内テーブル１２の上面及び受け台２２の上面２２ａに支持された状態を示す。この状態において、制御装置２９からの動作信号に基づいて、照明灯２６を作動し出力された光をブレード２４の側面に照射すると共に、ワーク把持シート１７、水晶板１８及び保護シート１９に光を透過させる。そして、カメラ２７によって水晶板１８の罫書筋１８ａを撮像する。撮像された画像データに基づいて、画像処理装置２８によって判定基準線Ｈ（ブレード２４の刃先２４ａ）に対する水晶板１８の罫書筋１８ａのＸ軸方向の変位量ΔｘがＹ軸方向全域にわたって数値データとして演算される。この数値データに基づいて、制御装置２９により旋回変位量Δθが演算され、制御装置２９からＸ軸移動機構１３及びθ軸移動機構１５に動作信号が出力され、ワーク把持ユニットＵがＸ軸方向及びθ軸方向へ変位量Δｘ及び旋回変位量Δθを零にするように移動される。これによって、ブレード２４の刃先２４ａと上下に対応する位置に水晶板１８の罫書筋１８ａが移動されて停止される。

なお、前記ＣＣＤカメラ２７によって撮像された画像データは、制御装置２９からディスプレイ３０にモニター表示され、作業者はモニター画面により前記変位量Δｘを確認することができる。

前記Ｘ軸移動機構１３及びθ軸移動機構１５の作動によって、前記変位量Δｘ及び旋回変位量Δθが零となるように調整が行われた後に、前記制御装置２９からＺ軸移動機構２５に動作信号が出力されて、ブレード２４が下降動作され、刃先２４ａによって、水晶板１８が罫書筋１８ａに沿って割断される。

水晶板１８の複数の罫書筋１８ａにおける全ての割断作業が終了すると、ワーク把持ユニットＵが案内テーブル１２及び受け台２２の上面２２ａにおいて、θ軸移動機構１５により９０度旋回され、罫書筋１８ｂにおける割断作業が順次行われる。

上記実施形態の水晶板１８の割断装置によれば、以下のような効果を得ることができる。
（１）上記実施形態では、エア噴射ノズル３１の噴射孔３１ｄからワーク把持シート１７の上面にエアを噴射するようにしたので、受け台２２の上面２２ａから、ワーク把持シート１７、水晶板１８及び保護シート１９が浮上するのを防止することができる。この結果、カメラ２７による水晶板１８の罫書筋１８ａの撮像を精度よく適正に行うことができ、撮像された画像データに基づいて、画像処理装置２８によって、ブレード２４の刃先２４ａ対する水晶板１８の罫書筋１８ａの変位量Δｘが数値データとして正確に演算される。従って、制御装置２９からの制御信号によって前記Ｘ軸移動機構１３及びθ軸移動機構１５を前記変位量Δｘ及び旋回変位量Δθに応じてＸ軸方向及びθ軸方向に適正に移動することができ、実際の変位量Δｘ及び旋回変位量Δθを零にして、水晶板１８の割断作業を適正に行うことができる。

（２）上記実施形態では、エア噴射ノズル３１のノズル本体３１ａに二つの取り込み口３１ｂ，３１ｂを設け、両取り込み口３１ｂ，３１ｂを連通する連通路３１ｃにエア噴射孔３１ｄを複数箇所に等しいピッチで形成した。このため、各エア噴射孔３１ｄからエアをほぼ等しい速度でワーク把持シート１７の上面に噴射することができ、受け台２２の上面２２ａにおけるワーク把持シート１７の浮き上がり動作を罫書筋１８ａに沿って確実に防止することができる。

（３）上記実施形態では、前記浮上防止手段がエア噴射ノズル３１によって構成されているので、ワーク把持ユニットＵに把持された水晶板１８を損傷するのを防止することができる。

本発明の実施形態は以下のように構成される。すなわち、図７に示すように、ブレード２４に気体噴射ノズルとしてのエア噴射ノズル３１の機能が付与されている。そして、このエア噴射ノズル３１が前記エア供給源３２、管路３３、開閉弁３４及び圧力調整弁３５等とともに浮上防止手段を構成している。従って、ブレード２４の内部に前記エア噴射ノズル３１の取り込み口３１ｂと同様の取り込み口２４ｂを形成すると共に、連通路３１ｃと同様の連通路２４ｃを形成し、ブレード２４の下端部に前記エア噴射孔３１ｄと同様のエア噴射孔２４ｄを形成している。このため、専用のエア噴射ノズル３１を省略することができるので、部品点数を低減し、コストを低減することができる。

本発明は以下のように構成されてもよい。

・図示しないが、前記保護シート１９を省略して、罫書筋１８ａ側の水晶板１８の下面を前記受け台２２の上面２２ａに直接支持するようにしてもよい。
・図示しないが、照明灯２６を前記ＣＣＤカメラ２７側に配設してもよい。

・エア噴射ノズル３１から例えば窒素ガス、アルゴンガス或いはヘリウムガス等の気体を噴射するようにしてもよい。
・前記実施形態では、透明のワーク把持シート１７、水晶板１８及び保護シート１９について説明したが、これらの材質として半透明のものを用いてもよい。又、本発明を水晶板以外の例えば石英、ガラスの光学材料及びシリコン、ガリウム砒素を含む半導体材料、サファイア或いはセラミック等の脆性材料の割断装置として具体化してもよい。

この発明の脆性材料の割断装置を示す断面図。割断装置の部分平面図。割断装置の部分底面図。割断装置のエア噴射ノズルを通る縦断面図。（ａ）はブレードと、ワークのキズとの関係を示す平面図、（ｂ）は旋回変位量を説明する平面図。割断作業を説明するための拡大断面図。この発明の割断装置の要部を示す部分断面図。

符号の説明

Δｘ…変位量、１８ａ，１８ｂ…罫書筋、２２…受け台、２２ａ…上面、２４…ブレード、２４ｄ…エア噴射孔、２４ｃ…連通路。

Claims

脆性材料を把持する把持シートを備えた脆性材料把持手段と、
前記脆性材料の下面を支持する受け台と、
前記脆性材料把持手段に把持された前記脆性材料を前記受け台の上面に沿って移動する移動手段と、
前記脆性材料把持手段の上方に設けられ、かつ前記脆性材料の下面に割断予定線に沿って予め形成された罫書筋の直上の脆性材料に曲げ応力を付与する曲げ応力付与手段と、
前記脆性材料の罫書筋の位置を撮像する撮像手段と、
上記撮像手段により撮像された画像データに基づいて前記曲げ応力付与手段に対する前記罫書筋の変位量が零になるように調整する変位量調整手段とを備えた脆性材料の割断装置において、
前記撮像手段による撮像動作時に前記脆性材料が前記受け台の上面から浮上するのを防止する浮上防止手段を設け、
前記浮上防止手段は、前記把持シートの上方において、該把持シートを脆性材料と共に前記受け台の上面側へ押圧する気体を噴射する気体噴射ノズルであり、
前記曲げ応力付与手段は、前記脆性材料の上面を下方に押圧するブレードであって、該ブレードに前記気体噴射ノズルとしての機能が付与されていることを特徴とする脆性材料の割断装置。
請求項１において、前記気体噴射ノズルのノズル本体には二つの気体取入口が形成され、両気体取入口の内端部は連通路により連通され、前記ノズル本体の下部には前記連通路に連通する複数の噴射孔が所定のピッチで形成されていることを特徴とする脆性材料の割断装置。
請求項１または２において、前記曲げ応力付与手段側又は前記受け台側には脆性材料の罫書筋を照明する照明手段が設けられていることを特徴とする脆性材料の割断装置。