JP5554228B2

JP5554228B2 - 基板加工方法

Info

Publication number: JP5554228B2
Application number: JP2010291663A
Authority: JP
Inventors: 康智岡島; 圭吾吉田; 仁宏青木
Original assignee: Mitsuboshi Diamond Industrial Co Ltd
Current assignee: Mitsuboshi Diamond Industrial Co Ltd
Priority date: 2010-12-28
Filing date: 2010-12-28
Publication date: 2014-07-23
Anticipated expiration: 2030-12-28
Also published as: TW201245093A; CN102531367B; TWI545101B; CN102531367A; JP2012138548A; KR101344675B1; KR20120075349A

Description

本発明は、基板に付されたアライメントマークを基準にして加工用ツールによる基板加工を行う方法に関する。本発明は、特に低温焼成セラミックス（ＬＴＣＣ）基板のような歪やすい基板に有用な基板加工方法である。

ガラス基板を分断するために、基板の表面にカッターホイール（スクライビングホイールともいう）を圧接しながら転動させることによりスクライブ溝を形成する加工方法は、例えば特許文献１に開示されている。

図５は、従来のスクライブ装置の一例を示す斜視図である。スクライブ装置３１は基板Ｗを載置するテーブル３２を備えている。このテーブル３２は、水平なレール３３に沿ってＹ方向に移動できるようになっており、モータ３４によって回転するボールネジ３５により駆動される。またテーブル３２は、モータを内蔵する駆動部３６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３２を挟んで両側に立設する支持柱３７に支えられたブリッジ３９は、Ｘ方向に延びるガイドバー３８を支持している。スクライブヘッド４１は、モータ４２により駆動され、ガイドバー３８に形成したガイド溝４０に沿ってＸ方向に移動できるように取り付けられている。スクライブヘッド４１にはホルダ４２ａが設けられ、このホルダ４２ａによって、加工用ツール４３（カッターホイール）が保持されている。加工用ツール４３は、刃先方向が調整できるようになっている。そして、加工用ツール４３を下降させて刃先を基板Ｗに押しつけた状態でテーブル３２をＹ方向に移動させ、あるいは、スクライブヘッド４１をガイド溝４０に沿ってＸ方向に移動させることにより、図６に示すようにＸ方向のスクライブ溝Ｓ_１並びにＹ方向のスクライブ溝Ｓ_２を基板Ｗに格子状に形成するようにしている。

また、ブリッジ３９の上部にはカメラ４４が設置してあり、手動操作で上下動することにより焦点を調整することができるようになっている。カメラ４４で撮像された画像はモニタ４５に表示される。
テーブル３２上に載置された基板Ｗの隅部には、位置を特定するためのアライメントマーク（十字マーク）が形成してあり、カメラ４４によりアライメントマーク近傍の基板を撮像することによりアライメントマークの位置を検出する。具体的には、スクライブ装置にアライメントマークの形状データ（十字形状のデータ）が予め記憶してあり、カメラ４４で撮像した基板の画像と、記憶してある形状データとの比較により、アライメントマーク像がその画像内に映し出されているかをパターン認識により判定する。アライメントマーク像が映し出されていると判定された場合は、基板が正しい位置に載置されていると判断されて、予め定めた加工開始位置にスクライブヘッド４１を移動してスクライブ作業を開始する。
もし、画像内にアライメントマーク像が検出できていない場合は、基板が正しい位置から外れていると判断し、基板位置の修正を促すエラーメッセージを発する。これにより、オペレータはカメラ４４で撮像した画像をモニタ４５で確認しながら、基板位置を手動で調整して位置ずれを修正する。

また、図５のスクライブ装置３１では、基板を誘導するための位置決め用の基準ピン４６が、テーブル面に突出するように設けてある。この基準ピン４６に基板Ｗの端面が当接するように載置することにより、カメラ４４で映し出すことができる撮像視野範囲から基板Ｗのアライメントマークが大きく外れることがないようにしている。

特許第３０７８６６８号公報

しかしながら、加工対象の基板がＬＴＣＣ基板の場合、次のような問題がある。ＬＴＣＣ基板はアルミナの骨材とガラス化合物とを混合したシートに導体を配線して多層膜とし、この多層膜を通常１０００℃以下、例えば、８００℃程度の温度で焼成した基板である。アライメントマークは焼成前に形成されるが、焼成時に図４（ａ）並びに図４（ｂ）の仮想線に示すように変形、収縮する傾向がある。基板の変形が生じると、アライメントマークＡの基板上での位置が当初設計した位置（設計値）からずれてしまう。そのため、カメラの撮像視野範囲内にアライメントマークＡが映し出されるはずであるテーブル上の位置に、基板Ｗを正しく載置すると、基板変形の影響で、かえってアライメントマークＡがカメラの撮像視野範囲から外れてしまい、検出することができなくなりエラー表示となる。
このような場合には、アライメントマークＡの画像が検出できる位置まで基板を手動で移動することになるが、一旦、自動操作を中断して位置を修正しなければならず、作業が煩雑になるとともに時間的なロスが大きい。

一方、テーブル面に位置決め用の基準ピン４６を設けることにより基板Ｗの載置位置を誘導すれば、エラー表示の発生回数を減らすことができるが、その場合は、基準ピン４６の存在がスクライブで使用する加工用ツール４３の移動範囲を制限することになり、加工可能な領域に制限を加えてしまうといった欠点もあった。

そこで、本発明の目的は、基板の変形によってアライメントマークが検出できない場合に、装置の操作を中断させることなくアライメントマークを探索し、アライメントマークが含まれた画像を検出して加工動作を続行できるようにした基板加工方法を提供することにある。
また、テーブル上に位置決め用の基準ピンを設けない場合に頻発することになるが、基板の載置位置が多少ずれた場合であっても、アライメントマークの検出が容易に行えるようにした基板加工方法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スクライブ方法は、アライメントマークが付された後に焼成された基板をテーブル上に載置し、アライメントマークを撮像するために設定した撮像基準位置において、カメラにより撮像されたアライメントマーク画像（アライメントマーク像が含まれた画像）から基板の位置情報を取得し、その位置情報に基づいて加工用ツール（カッターホイール）による基板への加工位置を定めてから基板を加工する基板加工方法であって、前記アライメントマークを撮像するカメラには、前記カッターホイールと一体で移動するようにしたカメラが使用され、前記テーブルには前記基板の位置を前記撮像基準位置に位置決めするための位置決め用基準ピンが配設されておらず、撮像基準位置での撮像ではアライメントマーク画像が検出されないときに、カメラ若しくはテーブルを移動することで、撮像位置を撮像基準位置の周辺に順次移動させるようにしてアライメントマーク画像を探索し、アライメントマーク画像が検出されたときの撮像位置と撮像基準位置との位置ずれ量を算出して加工用ツール（カッターホイール）による加工位置を補正するようにしている。

本発明方法では、基板の変形によって撮影基準位置ではアライメントマークが検出できない場合に、カメラ若しくはテーブルを移動することで、撮像位置を撮像基準位置の周辺に順次移動させるようにしてアライメントマーク画像を探索する。これにより、最初の撮影基準位置での撮像視野範囲にアライメントマーク画像が検出できない場合でも、カメラまたはテーブルをその周辺の撮像位置に順次移動させて同様の撮像視野範囲で探索するので、やがてアライメントマーク画像を検出することができるようになり、アライメントマーク画像を検出できたときの撮像位置と撮像基準位置との位置ずれ量を算出し、この位置ずれ量に基づいて加工用ツールによる加工位置を補正することで、基板加工の動作を続行させることができる。これにより、基板の位置修正等の手作業の煩雑さを解消するとともに、作業時間のロスを減らすことができる。
また、アライメントマークが撮影基準位置から多少位置ずれしていても、アライメントマーク画像を検出することができるようになり、アライメントマーク画像が検出できた撮像位置と基準設定位置とのずれ量を算出して加工位置を定めるようにしたから、従来のようなテーブル上の位置決め用基準ピンを設ける必要がなくなり、基準ピンと加工用ツールとが干渉することがないので、加工用ツールを基板の周縁まで自由に移動させることができるといった効果がある。

（その他の課題を解決するための手段及び効果）
上記発明において、アライメントマーク画像の探索時に、撮像位置を、撮像基準位置を中心としてその周辺を渦巻き状に順次移動させるようにするのが好ましい。
これにより、アライメントマークがテーブル上でいずれの方向に移動していたとしても、アライメントマークを探索することができる。

上記発明において、カメラによる各撮像位置での撮像視野範囲は円形または方形とし、隣接する撮像位置の撮像視野範囲が視野の周縁部分で互いに重なるように撮像位置を移動するようにしてもよい。
これにより、アライメントマーク画像は、隣接するいずれかの撮像位置での撮像視野範囲に確実に入ることができるので、検出不良をなくすことができる。

上記発明において、カメラの撮像位置の移動範囲と撮像視野範囲とによって定まるアライメント画像の検出可能領域は、撮影基準位置を中心として少なくとも縦横５ｍｍが含まれるようにするのが好ましい。
５ｍｍ程度の位置精度で基板をテーブルに載置することは容易に行えるので、撮影基準位置を中心として少なくとも縦横５ｍｍを検出可能領域にすることで、確実にアライメントマークが検出できるようになる。そのため、通常の装置で設けられている位置決めのための基準ピンがなくとも容易にアライメントすることができる。また、基準ピンを不要とすることにより、基準ピンによる不都合（スクライブ手段との干渉等）を防止することができる。

上記発明において、基板がＬＴＣＣ基板であってもよい。
ＬＴＣＣ基板では、焼成時にアライメントマークの変形が生じるが、その場合にも容易にアライメントマークを検出することができるようになる。

本発明にかかる基板加工方法の一実施例を実施するためのスクライブ装置の一例を示す斜視図である。アライメントマーク画像を探索するときの撮像基準位置を中心とした撮像位置の移動順の一例を示した図である。上記スクライブ装置の制御系を示すブロック図である。ＬＴＣＣ基板の変形状態を示す平面図である。従来のスクライブ装置の一例を示す斜視図である。格子状にスクライブされた基板を示す平面図である。

以下において、ＬＴＣＣ基板をスクライブする実施例に基づいて、本発明の基板加工方法を詳細に説明する。
図１はＬＴＣＣ基板をスクライブするためのスクライブ装置の一例を示す斜視図である。このスクライブ装置１は、吸着機構（不図示）でＬＴＣＣ基板Ｗを固定保持することができるテーブル２を備えている。テーブル２は、モータＭ_１でボールネジ４を駆動することによりレール３，３に沿ってＹ方向に移動できるようにしてある。またテーブル２は、モータ内蔵の駆動部５により水平面内で回動できるようにしてある。

テーブル２を挟んで両側に立設する支持柱６，６に支えられたブリッジ８は、Ｘ方向に延びるガイドバー７を支持している。スクライブヘッド１０はモータＭ_２によって駆動され、ガイドバー７に形成されたガイド溝９に沿ってＸ方向に移動できるようにしてある。

スクライブヘッド１０にはホルダ１１が設けられている。このホルダ１１には、基板Ｗをスクライブする専用のカッターホイール（加工用ツール）１２が保持されている。カッターホイール１２は、その刃先の方向（基板に対する相対的な進行方向）がＸ方向、Ｙ方向に角度調整できるようにしてある。そして、カッターホイール１２を下降させて刃先を基板Ｗに押しつけた状態で基板ＷをＹ方向に移送させ、または、スクライブヘッド１０をガイド７に沿ってＸ方向に移動させることにより、Ｘ方向並びにＹ方向のスクライブ溝が形成できるようにしてある。

また、スクライブヘッド１０には、カッターホイール１２と一体で移動するカメラ１３が設けられている。このカメラ１３を上下動させることにより、焦点を調整することができる。カメラ１３とカッターホイール１２との距離は予め計測してあり、カメラ１３で映した画像中の位置と、カッターホイール１２の位置とは一対一に対応付けられている。カメラ１３で撮像された画像データはモニタ１４に表示されるとともに、後述する画像処理部２１（図３参照）に出力される。

テーブル２上に載置された基板Ｗの隅部には、基板Ｗの位置を特定するためのアライメントマークＡ（図４参照）が設けられており、カメラ１３により基板Ｗ（アライメントマークＡが付されている近傍）を撮像することにより、アライメントマーク像が含まれる画像（アライメントマーク画像という）を検出し、これにより基板ＷのアライメントマークＡの位置を検出するようにしている。具体的には、撮像した画像から後述する制御系２０の画像処理部２１によって、アライメントマークＡのパターンを抽出する処理が行われ、予め記憶してあるアライメントマークの形状データ（十字マーク）と照合することにより、アライメントマークＡの位置が検出される。

なお、カメラ１３（およびスクライブヘッド１０）は、基準とする原点位置が定められており、テーブル２に載置された基板ＷのアライメントマークＡの位置検出を行うときにはモータＭ_１，Ｍ_２の駆動により原点位置に復帰するようにし、原点位置で撮像するようにしてある。原点復帰した状態のカメラ１３の位置は、アライメントマークＡを探索する動作の際の最初の撮像位置となるので、これを「撮影基準位置」としている。

図３はスクライブ装置１の制御系２０を示すブロック図である。カメラ１３から出力された画像データ信号は、画像処理部２１を介してアライメントマーク照合用の画像データとして制御部２２に与えられる。入力部２３は基板Ｗのスクライブ動作などの各種処理プログラムを入力することができる入力装置であり、アライメントマークの位置検出に用いる探索用プログラムも入力してある。制御部２２にはＸ方向モータ駆動部２４、Ｙ方向モータ駆動部２５、テーブル回転用モータ駆動部２６およびスクライブヘッド駆動部２７、データ保持領域２８（メモリ）が接続されている。このデータ保持領域２８には、各種処理プログラムとともに、位置検出に関連して、パターン認識によるアライメントマークの照合に必要な形状データ（十字データ）が記憶してある。

制御部２２は予め入力部２３から入力された処理プログラムおよびスクライブ動作に必要な設定パラメータデータに基づいて、テーブル２の回転軸方向の位置を制御するとともに、スクライブヘッド１０のＸ方向への移動、テーブル２のＹ方向への移動を制御する。またカッターホイール１２によるスクライブ時に、カッターホイール１２が適切な荷重で基板Ｗの表面を圧接するように制御する。

さらに、基板Ｗに対するアライメントマークＡの探索を行うときは、データ保持領域２８に記憶されたアライメントマークの形状データと、画像処理部２１により抽出された画像とを照合する演算を行う。

次に、制御部２２が行うアライメントマークの探索動作について説明する。位置検出の許容誤差は装置の制御プログラムのパラメータとして任意に変更可能であるが、本実施例では、位置検出の許容誤差を１ｍｍとし、カメラ１３の撮像視野範囲は、カメラの倍率（７０倍）との関係で、一辺２ｍｍの方形領域として定めておく。すなわち、ある撮像位置で基板を映したときに撮像視野範囲内にアライメントマークの中心位置（十字マークの中心）が映し出されていれば、その撮像位置でアライメントマークＡが検出できたと判定するようにする。

最初に、原点位置に復帰させてあるカメラ１３により基板Ｗを撮像する。このとき、カメラ１３は、撮像基準位置で撮像視野範囲が直径２ｍｍの方形領域を撮像していることになる。カメラ１３で撮像した画像と、データ保持領域２８に記憶してあるアライメントマークの形状データとの照合を行い、画像内にアライメントマークＡの像がパターン認識されるとともにマークの中心が撮像視野範囲内にあれば、アライメントマークＡが検出できたと判定し、基板Ｗの位置が撮像基準位置で許容誤差内にあると判定する。そして、カッターホイール１２（加工用ツール）を予め設定してある所望の加工開始位置に移動させてスクライブ作業を開始する。

もしも撮像基準位置での撮像視野範囲内にアライメントマークＡの像が映し出されていないか、マークの中心が撮像視野範囲内から外れている場合には、基準設定位置から外れていると判定する。その場合、カメラ１３若しくはテーブル２を、Ｘ方向モータ駆動部２４並びにＹ方向モータ駆動部２５を介して、撮像基準位置からその周辺に１ピッチ（駆動部の制御プログラムのパラメータとして任意に設定可能であるが、通常、アライメントマークの大きさと、カメラの撮像視野範囲との関係を考慮して、任意に設定され、本実施例においては、例えば、約１．８ｍｍ）ずつ移動させる。移動のピッチを撮像視野範囲の直径（２ｍｍ）より短くしたのは、撮像視野範囲の周辺部分が前回の撮像位置での視野範囲と重複するようにしながらアライメントマーク画像を探索するためである。

図２はカメラ１３による基板Ｗに対する撮像位置の移動順（探索順）を示す図であり、図２（ａ）に付された番号（１）〜（２５）が探索順を示している。カメラ１３の撮像視野範囲は一辺２ｍｍの方形領域としてあり、中心にある番号（１）を最初の撮像位置である「撮像基準位置」として定めている。この撮像基準位置は、既述のようにカメラ１３の原点位置である。

撮像基準位置（番号（１））で基板Ｗを撮像したときに、アライメントマーク像が撮像視野範囲にはなく、アライメントマーク画像が検出されていない場合、カメラ１３若しくはテーブル２により、撮像位置を左方向に１ピッチ（１．８ｍｍ）移動させて番号（２）に移動させる。以後、アライメントマーク画像が検出されるまで、図２（ｂ）の矢印に示すように、撮像基準位置（番号（１））を中心に、その周辺を渦巻き状に移動させ、（１）→（２）→（３）・・・（２５）の順番に撮像位置を移動する。
そして、例えば、番号（２０）の撮像位置でアライメントマーク画像が検出されると、制御部２２により撮像基準位置(番号（１）)から番号（２０）までの位置ずれ量の総和を算出する。算出結果は、カッターホイール１２の加工開始位置の自動補正に用いられ、補正後の加工開始位置にカッターホイール１２を移動させてスクライブ動作が開始される。

このように、本来、撮像基準位置での撮像によってアライメントマーク画像が検出できるはずであるにもかかわらず、基板Ｗの変形などによって検出できなかった場合にも、装置の操作を中断させることなく自動的にアライメントマーク画像を探索検出してスクライブ動作を続行させることができ、これにより基板Ｗの位置修正等の作業の煩雑さを解消するとともに、作業時間のロスをなくすことができる。

また、撮像基準位置でアライメントマーク画像が検出できない場合でも、撮像位置を所定ピッチ、かつ、所定の移動順で順次移動させて探索を行うようにして、アライメントマーク画像を検出できるようにしたので、従来のようにテーブル上の位置決め用基準ピンを設けて正確に基板を載置する必要がなくなる。それゆえ、位置決め用基準ピンとスクライブヘッド１０とが衝突するおそれがなくなり、スクライブヘッド１０を基板Ｗの周縁まで自由に移動させることができる。

本実施例では、撮像位置を移動して探索する範囲を縦横５ｍｍに制限して、その範囲内にアライメントマークがあれば確実に見つけ出せるようにしているが、探索時間を長くしてもよい場合は、この探索領域を広範囲に広げてもよい。また、制御プログラムの制御パラメータにより、探索の際の１回の移動ピッチを約１．８ｍｍとしたが、許容誤差に応じてピッチを調整してもよい。このとき、前回の撮像視野範囲の一部が重なるようにして、アライメントマークの検出ができない死角領域をなくすようにするのが好ましい。また、本実施例では撮像視野範囲を方形領域にしたが、円形にしてもよい。方形の場合は死角領域をなくすことが容易になる。

なお、カメラ１３によるアライメントマーク画像の探索は、縦横５ｍｍの領域を含むようにしているが、この範囲であればＬＴＣＣ基板の変形によるアライメントマークのずれを充分にカバーできるようになる。

また、上記実施例では、カメラ１３をスクライブヘッド１０に一体に取り付けるようにしたが、ブリッジ８に取り付けてもよい。カメラ１３と加工用ツール１２との位置関係が一対一に対応付けることができればよい。

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のみに特定されるものではない。例えば加工対象基板として、歪やすいＬＴＣＣ基板の他に、ガラス基板、半導体基板、薄膜太陽電池基板等の脆性材料基板全般にも適用することができる。また、スクライブヘッド１１に取り付けられる加工用ツール１２は、カッターホイールの他に、刃先に方向性のある固定刃等であってもよいし、レーザスクライブを行う場合には、レーザビームを集光してビームスポットにした上で基板に照射するための光学系を備えた光学ツールでもよい。

本発明は、ＬＴＣＣ基板等の基板にスクライブ溝を形成するスクライブ装置のような基板加工装置に適用することができる。

Ａアライメントマーク
Ｗ基板
１スクライブ装置
２テーブル
１３カメラ
２０制御系
２２制御部

Claims

アライメントマークが付された後に焼成された基板をテーブル上に載置し、前記アライメントマークを撮像するために設定した撮像基準位置においてカメラにより撮像されたアライメントマーク画像から前記基板の位置情報を取得し、その位置情報に基づいてカッターホイールによる前記基板への加工位置を定めてから前記基板を加工する基板加工方法であって、
前記アライメントマークを撮像するカメラには、前記カッターホイールと一体で移動するようにしたカメラが使用され、
前記テーブルには前記基板の位置を前記撮像基準位置に位置決めするための位置決め用基準ピンが配設されておらず、
前記撮像基準位置での撮像では前記アライメントマーク画像が検出されないときに、前記カメラ若しくは前記テーブルを移動することで、撮像位置を前記撮像基準位置の周辺に順次移動させるようにして前記アライメントマーク画像を探索し、前記アライメントマーク画像が検出されたときの撮像位置と撮像基準位置との位置ずれ量を算出して前記カッターホイールによる加工位置を補正するようにしたことを特徴とする基板加工方法。