JP6271683B2 - 吸着反転装置 - Google Patents

Description

本発明は、ガラス、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に分断用のスクライブラインを加工したり、このスクライブラインに沿って基板を分断したりする基板加工装置で用いられる吸着反転装置に関する。

従来より、テーブル上に載置した基板に対し、カッターホイール（スクライビングホイールともいう）を所定のスクライブ圧を加えた状態で転動させたり、レーザービームの照射による熱歪を利用したりして、互いに直交する複数条の平行なスクライブラインを形成し、その後に、基板を表裏反転させて、当該スクライブラインを設けた面とは反対側の面からブレイクバーを押し当てて基板を撓ませることにより基板を分断し、単位製品を取り出す方法が、例えば特許文献１等で知られている。

また、２枚のガラス基板を貼り合わせた基板の分断方法についても、例えば特許文献２（図４５等）には、以下に示す手順で分断する方法が開示されている。すなわち、スクライブ装置のテーブル上に載置された基板に対して、カッターホイールを転動させることにより、基板の一方の面であるａ面にスクライブラインを形成する。次いで、吸着反転装置で基板を吸着し反転させた後、ブレイク装置のテーブル上に載置し、基板ａ面の裏面となる基板ｂ面をブレイクバー等で押圧して基板ａ面をブレイクする。次いで、上記と同様に、基板ｂ面にスクライブラインを形成し、基板を反転させた後、基板ａ面をブレイクバー等で押圧して基板ｂ面を分断する。この後、分断された基板をブレイク装置から除材して次の工程へ移行するようにしている。

国際公開ＷＯ２００５／０５３９２５号公報 国際公開ＷＯ２００２／０５７１９２号公報

上記のような基板の加工方法において、基板を吸着して表裏反転させる吸着反転装置が一般に用いられている。吸着反転装置は、多数の小さなエア吸気孔を有する吸着板を備えており、この吸着板に基板をテーブル等の載置台から吸着させた後、載置台の上方で反転に必要な高さまで上昇させて反転させるか、或いは、載置台の上方から反転に必要な空間を有する反転位置まで横方向に移動させて反転させるなどの手段がとられている。何れの場合も、基板を吸着するための吸気用の配管を真空ポンプ等のエア吸引装置から吸着板に接続する必要がある。

吸気用の配管を吸着板に接続するに当たっては、吸着板が反転するときに配管がねじれたり、絡まったりしないように配慮しなければならない。そこで、例えば上記特許文献１（明細書段落００４１欄参照）に記載のように、吸着板の回転軸の軸芯内部にエア通路を設けてこのエア通路から吸着板に連通したものが開示されている。
しかし、この従来方法では、回転軸の軸芯部をくり抜いてエア通路を加工する必要があって加工費が高くなると共に、回転軸の強度が低下するといった問題点があった。

そこで本発明は、上記した従来課題に鑑み、吸着板が反転回動したときに、吸着板に連なるエア配管がねじれたり、絡んだりすることをなくすとともに、回転軸の強度を維持した状態で安価に加工することのできる吸着反転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。すなわち、本発明は、吸着板を回転軸周りに回転させる吸着反転装置であって、前記回転軸を回転可能に支持する側枠と、前記回転軸の一部を取り囲むように前記側枠に固定され、かつ、一端部に円形開口部を有する中空部材と、前記中空部材の前記円形開口部を封止するとともに前記回転軸と一体となって回転する円盤状のフランジと、前記フランジに開口し、配管を介して前記吸着板と連通する第１ポートと、前記中空部材に開口し、配管を介してエア吸引装置に連通する第２ポートとを有する構成とした。

本発明の吸着反転装置は上記のように構成したので、吸着板と一体となって第１ポートから吸着板に連なる配管が回動し、配管がねじれたり、絡んだりすることを確実に防止することができる。また、従来のように回転軸内部をくり抜いてエア通路を設ける必要がないため、回転軸の強度を高い状態で維持することができるとともに加工費を低く抑えることができるといった効果がある。

上記発明において、前記中空部材に開口し、配管を介してエア吸引装置に連通する第２ポートが設けられ、前記第２ポートは、前記回転軸の延在方向と直交する方向に向かって開口されている構成とするのがよい。
これにより、第２ポートからエア吸引装置に接続する配管を、回転軸の延在方向と直交する方向に引き出すことができて吸着板の反転動作の邪魔にならないように配設することが可能となる。

本発明の吸着反転装置を組み込んだ基板加工装置の全体構成を示す斜視図。 図１の基板加工装置におけるスクライブ装置の概略的な正面図。 本発明に係る吸着反転装置の全体構成を示す斜視図。 図３の吸着反転装置の一部拡大断面図。 図３の吸着反転装置における吸着板の下動状態を示す図４同様の断面図。 図３の吸着反転装置の反転回動機構部分を示す側面図。 図３の吸着反転装置の中空部材部分を示す拡大縦断面図。 図３の吸着反転装置の中空部材部分を示す拡大横断面図。 図１の基板加工装置における吸着昇降装置を示す斜視図。 基板加工装置による基板加工工程の第１段階を示す説明図。 基板加工工程の第２段階を示す説明図。 基板加工工程の第３段階を示す説明図。 基板加工工程の第４段階を示す説明図。 基板加工工程の第５段階を示す説明図。 基板加工工程の第６段階を示す説明図。 基板加工工程の第７段階を示す説明図。 基板加工工程の第８段階を示す説明図。 基板加工工程の第９段階を示す説明図。 基板加工工程の第１０段階を示す説明図。 基板加工工程の第１１段階を示す説明図。 基板加工装置に取り付けられた操作パネルを示す図。 基板加工装置に組み込まれるブレイク装置を示す正面図。

以下、本発明に係る吸着反転装置について図面に基づいて詳細に説明する。なお、ここでは、基板にスクライブラインを加工し、その後に基板を反転させるようにした基板加工装置に組み込まれた吸着反転装置での実施例に基づいて説明する。

基板加工装置Ａは、図１に示すように、基板Ｗの表面にスクライブラインを加工するスクライブ装置Ｂと、基板Ｗを反転させる吸着反転装置Ｃと、スクライブ装置Ｂのテーブルの上方に配置され基板Ｗを吸着して昇降させる吸着昇降装置Ｄとを備えている。
これらスクライブ装置Ｂ、吸着反転装置Ｃ並びに吸着昇降装置Ｄは、基板加工装置Ａのフレーム１に組み込まれている。フレーム１は、金属製の枠材によって長方体の形態で組み付けられており、図１の平面視において長手方向に沿ったラインをＸ方向とし、Ｘ方向に直交する方向をＹ方向として以下説明する。

スクライブ装置Ｂは、図１、２に示すように、フレーム１内のＸ方向に沿った一端側（本実施例では図１の右側）に組み込まれており、台板２上でＹ方向に延びるレール３に沿って移動するテーブル４を備えている。台板２は、平面視でＹ方向に延びる長方形で形成され、その一端部分がフレーム１から延出されている。
テーブル４は、その上面に多数の吸着孔を有する吸着面４ａを備え、モータを内蔵する回転駆動部５により水平面内で回動できるようになっている。また、テーブル４並びに回転駆動部５は、レール３に沿って移動する移動ステージ６上に取り付けられており、モータ８によって回転するネジ軸９によりＹ方向に移動するように形成されている。また、フレーム１には、ガイド１０を有するビーム（横桟）１１がＸ方向に沿って設けられ、ガイド１０にはカッターホイール１２を有する昇降可能なスクライブヘッド１３がＸ方向に移動できるように取り付けられている。

吸着反転装置Ｃは、図１、図３〜８に示すように、左右の側枠１４、１４によって支持されたＹ方向に延びる水平な回転軸１５と、該回転軸１５に水平に取り付けられ、回転軸１５と共に回転する支持部材１６と、この支持部材１６に複数の、本実施例では４つの押下げ部材１７を介して上下動可能に支持された水平な吸着板１８とを備えている。吸着板１８は下面に多数の吸着孔を有する吸着面１８ａを備え、復帰スプリング１９によって常時上方に向かって付勢されている。本実施例では上記した押下げ部材１７として、ＯＮ動作で下動し、ＯＦＦ動作で押下げ力を解除するピストンを備えたエアシリンダで形成されている。このエアシリンダ１７をＯＮ動作させることにより、図５に示すように、吸着板１８を復帰スプリング１９に抗して下動させ、エアシリンダ１７をＯＦＦ動作させることにより、復帰スプリング１９の復元力によって吸着板１８を図４の元位置に復帰できるように形成されている。
また、押下げ部材１７であるエアシリンダのピストン１７ａは、その突出ストロークが調整できるように形成されている。これにより、基板Ｗの厚み等の作業条件に応じて吸着板１８の降下量を適切に調整することができるようになっている。なお、押下げ部材であるエアシリンダ１７は、配管を介して別途設けたエア供給源（図示外）に接続されている。

吸着反転装置Ｃの回転軸１５は、反転回動機構４２によって１８０度回転できるように形成されている。この反転回動機構４２は、図６に示すように、その一端部にピニオン２０を備え、このピニオン２０にかみ合うラック２１をシリンダ２２で移動させることにより、１８０度回転できるように形成されている。これにより、吸着板１８の吸着面１８ａが下向きの姿勢から上向きの姿勢に、また逆に、上向きの姿勢から下向きの姿勢に反転できるようになっている。
また、図１に示すように、フレーム１のＸ方向に延びる上部枠材１ａ、１ａの上面にはレール２３、２３が設けられ、吸着反転装置Ｃの側枠１４、１４の上端部には、該レール２３、２３に沿ってスライドするガイド部２４、２４が設けられている。さらに、吸着反転装置Ｃを手動で移動させるための把手２５が、一方のガイド部２４に連なってフレーム１の外側に延出して設けられている。これにより、吸着板１８を、反転可能なスペースを確保したフレーム１内の図１における左側、すなわち基板反転位置から、スクライブ装置Ｂのテーブル４の上方、すなわち基板受け渡し位置まで手動で移動できるように形成されている。

さらに、左右の側枠１４、１４の上端を橋架する連結板２６には、フレーム１に取り付けられた出没可能なロックピン２８、２８が係入する係合穴２７が設けられている。
ロックピン２８は、上記した基板反転位置と基板受け渡し位置とにそれぞれ配置されており、吸着反転装置Ｃが基板反転位置並びに基板受け渡し位置にきたときに、位置感知部材２９が感知して自動的に係合穴２７に係入するように形成されている。ロックピン２８としては、例えば電磁石のＯＮ／ＯＦＦによって出没するソレノイドで形成することができる。また、位置感知部材２９としては光センサやリミットスイッチなどを利用することができる。

さらに、吸着反転装置Ｃの回転軸１５を支持する側枠１４で、回転軸１５を取り囲むように円形筒状の中空部材５０が設けられている。この中空部材５０は回転軸１５の延在方向に向かって開口する円形の開口部５０ａを備え、回転軸１５と一体となって回動する円盤状のフランジ５１によって円形開口部５０ａが封止されている。また、前記フランジ５１には、内部の中空部に連なる左右一対の第１ポート５２、５２が回転軸１５を挟んで設けられており、この第１ポート５２から配管５３を介して吸着板１８の吸引エア取入口５４に接続されている。これにより、吸着反転装置Ｃが反転したときに、第１ポート５２から吸着板１８に連なる配管５３がねじれたり、絡まったりすることを防止している。
さらに、中空部材５０には、回転軸１５の延在方向と直交して上向に開口する第２ポート５５が設けられており、この第２ポート５５から上方に延びる配管５６を介して真空ポンプ等のエア吸引装置（図示外）に連通されている。これにより、第２ポート５５からの配管５６が、吸着板１８の反転動作の邪魔にならないようにしてある。
なお、中空部材５０の円形開口部５０ａとフランジ５１の摺接部分には、エアの漏洩を防ぐためにＯリングなどのシール材を介在させるのが好ましい。

吸着昇降装置Ｄは、図９に示すように、フレーム１に固定された水平な固定板３０と、固定板３０に取り付けられ、かつ、鉛直下方に向かって往復運動をするピストン３１ａを有する流体シリンダ３１と、該流体シリンダ３１のピストン３１ａの下端に固定された吸着板３２とを備えている。吸着板３２は、上記したスクライブ装置Ｂのテーブル４の上方に配置され、下面には多数の吸着孔を有する吸着面３２ａが設けられている。
また、吸着板３２は、その上面から鉛直上方に延びて固定板３０を摺動可能に貫通する４本の垂直なガイド３３を備えており、これにより、吸着板３２が昇降する際に自由回転するのを阻止している。

本実施例において、吸着反転装置Ｃ並びに吸着昇降装置Ｄにおける吸着板１８、３２の昇降動作並びにバキューム動作、及び、吸着反転装置Ｃの吸着板１８を反転させる反転回動機構４２の駆動は、ボタンスイッチによるスイッチ操作によって手動で行うことができるようにしてある。
具体的には、図２１に示すように、吸着反転装置Ｃのロックピン２８、２８のロックを解除するための右側ロック解除ボタン３４並びに左側ロック解除ボタン３５、基板受け渡し位置で吸着板１８を下動させるために押下げ部材（エアシリンダ）１７をＯＮ／ＯＦＦ操作する昇降ボタン３６、吸着昇降装置Ｄの流体シリンダ３１を作動させるための操作ボタン３７、吸着反転装置Ｃの反転回動機構４２を駆動する反転操作ボタン４３が、基板加工装置Ａの正面に取り付けられた操作パネル３８（図１では省略）に設けられている。さらに、吸着反転装置Ｃの吸着板１８のバキュームボタン３９、吸着昇降装置Ｄの吸着板３２のバキュームボタン４０が上記操作パネル３８に設けられている。

上記したスクライブ装置Ｂのテーブル４、並びに吸着昇降装置Ｄの吸着板３２の各吸着面、４ａ、３２ａの吸着孔は、前記した吸着反転装置の吸着板１８と同様に、吸気用の配管を介して上記したエア吸引装置（図示外）に接続されており、吸引エアによって基板Ｗを吸着保持できるように形成されている。図面上では、これら吸気用の配管並びにその付帯設備は、図面の複雑化を避けるために省略してある。また、吸着反転装置Ｃの吸着板１８と昇降装置Ｄの吸着板３２とはバキュームボタン４０を押すことにより切換バルブ（図示外）によってエア吸引が切り換わるようになっている。

次に、上記した基板加工装置Ａによって、単板の基板Ｗの上面にスクライブラインを加工した後、この基板Ｗを反転させる工程を、図１、図７〜２０を用いて順を追って説明する。
図１において、スクライブ装置Ｂのテーブル４上に載置されている基板Ｗは、その上面がカッターホイール１２によって既にスクライブラインが加工された状態にある。カッターホイール１２によるスクライブ加工は、テーブル４を台板２の延出端部まで移動させて加工すべき基板Ｗを載置した後、テーブル４をスクライブヘッド１３の位置まで移行させ、カッターホイール１２を降下させてカッターホイール１２またはテーブル４を相対的に移動させることにより行われる。また、テーブル４を回転駆動部５により９０度回転させることにより、Ｘ−Ｙ方向のスクライブラインを加工することができる。

上面にスクライブラインが加工されてテーブル４上に載置されている基板Ｗは、以下の工程を経て表裏反転される。
まず、吸着反転装置Ｃの左側のロックピン２８のロックを、左側ロック解除ボタン３５を操作して解除する。そして、把手２５を持って手動で図１０、１１に示すように吸着板１８をスクライブ装置Ｂのテーブル４の上方、すなわち、基板受け渡し位置まで移動させる。
吸着反転装置Ｃが基板受け渡し位置まで移動すると、位置感知部材２９（図１参照）が吸着反転装置Ｃの位置を感知して自動的に右側のロックピン２８が係合穴２７に係入して吸着反転装置Ｃの位置がロックされる。

上記のようにして吸着反転装置Ｃを基板の受け渡し位置でロックした後、昇降ボタン３６を押して押下げ部材１７（図５参照）を作動させ、吸着板１８を図１２に示すようにテーブル４の基板Ｗに接する位置まで下動させる。この位置でバキュームボタン３９を押して基板Ｗを吸着板１８に吸着させる。この際、テーブル４の吸引エアによる吸着力は、別途設けたテーブル用の吸着解除ボタン（図示外）によって、バキュームボタン３９を押す前に解除しておくか、或いは前記したバキュームボタン３９を押す操作と連動して解除されるようにする。
次いで、再度昇降ボタン３６を押して押下げ部材１７の押下げ力を解除する。この解除により、吸着板１８は復帰スプリング１９（図３参照）の復元力によって図１３に示すように元位置に復帰する。

次いで、右側ロック解除ボタン３４を押して右側のロックピン２８のロックを解除した後、図１４に示すように、吸着反転装置Ｃを手動で基板反転位置まで移動させる。この基板反転位置で位置感知部材２９が感知して左側のロックピン２８が係合穴２７に係入して吸着反転装置Ｃの位置がロックされる。この位置で、図１５に示すように、反転操作ボタン４３を押して吸着板１８を反転させる。

吸着板１８を反転させた後、左側ロック解除ボタン３５を押してロックを解除し、吸着反転装置Ｃを手動で図１６の基板受け渡し位置まで移動させる。その後、吸着昇降装置Ｄの操作ボタン３７を押して、図１７に示すように、吸着板３２を吸着反転装置Ｃの吸着板１８に吸着されている基板Ｗ上に降下させる。この状態でバキュームボタン４０を押して吸着エアを吸着反転装置Ｃの吸着板１８から吸着昇降装置Ｄの吸着板３２に切り換え、基板Ｗを吸着板３２に吸着させた後、操作ボタン３７を押して、図１８に示すように、吸着昇降装置Ｄの吸着板３２を上昇させるとともに、前記した操作によって吸着反転装置Ｃのロックを解除して吸着反転装置Ｃ（吸着板１８）を基板反転位置に戻す。

次いで、操作ボタン３７を押して、図１９に示すように、吸着昇降装置Ｄの吸着板３２をスクライブ装置Ｂのテーブル４上まで降下させ、バキュームボタン４０を押して吸着板３２の吸着エアをＯＦＦにする。これにより、基板Ｗをテーブル４に受け渡す。この後、操作ボタン３７を押して、図２０に示すように、吸着昇降装置Ｄの吸着板３２を元の位置まで上昇させる。また、反転位置に戻された吸着反転装置Ｃの吸着板１８は、反転操作ボタン４３を押すことにより吸着面１８ａが下向きになるように反転させて次の基板反転作業のために待機させておく。
このようにして反転された基板Ｗは、次のブレイク工程のためにテーブル４から除材される。

上記した工程において、吸着反転装置Ｃの吸着板１８は、スクライブ装置Ｂのテーブル４から基板Ｗを受け取った後、基板反転位置に移動させて反転させるものであるから、テーブル４から基板Ｗを受け取った際にテーブル４に接触しない程度に持ち上げるだけでよい。したがって、図３〜５に示すように、吸着板１８を昇降させる機構として上下移動ストロークの小さな押下げ部材１７と、押下げ部材１７の押下げ力を解除したときに吸着板１８を元位置に復帰させる復帰スプリング１９とによる簡単な機構でコンパクトに形成することができる。

上記実施例において、スクライブ装置Ｂのテーブル４上の基板Ｗを反転するために、まず吸着反転装置Ｃでテーブル４上の基板Ｗを取り上げて反転させた後、吸着昇降装置Ｄに基板Ｗを受け渡してテーブル４に載置するようにしたが、この手順を代えて、まず吸着昇降装置Ｄで基板Ｗをテーブル４から取り上げて吸着反転装置Ｃに受け渡し、基板Ｗを反転させた後、吸着反転装置Ｃでテーブル４に基板Ｗを載置するようにしてもよい。

また、基板加工装置Ａに組み込んだスクライブ装置Ｂに代えて、図２２に示すように、シリンダ４４によって昇降する板状のブレイクバー４５を備えたブレイク装置Ｅを組み込むことも可能である。この場合は、あらかじめ上面にスクライブラインが加工された基板Ｗを、上記したスクライブ装置Ｂのテーブル４と同じ移動機構を備えたテーブル４に載置し、吸着反転装置Ｃ並びに吸着昇降装置Ｄによって上記した工程と同じ手順を経て、スクライブラインが裏面側となるように基板Ｗを反転させてテーブル４に戻す。そして、テーブル４をブレイクバー４５の下方まで移動させてブレイクバー４５を基板Ｗに押し当てて基板Ｗを撓ませ、スクライブラインに沿って分断する。この後、分断された基板Ｗはテーブル４から除材されることになる。

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形態に特定されるものではない。例えば、上記実施例では、吸着反転装置Ｃ並びに吸着昇降装置Ｄにおける吸着板１８、３２の昇降動作並びにバキューム動作、及び、吸着反転装置Ｃの吸着板１８を反転させる反転回動機構４２の駆動は、ボタン操作によって手動で行うようにしたが、コンピュータ制御によって自動で行うように構成することも可能である。また、上記実施例において、第１ポート５２は回転軸１５を挟んで２カ所設けたが、それ以上または１カ所でもよい。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。

本発明は、ガラス等の脆性材料基板にスクライブ加工やブレイク加工を行う基板加工装置において、基板を反転させる吸着反転装置に利用される。

Ａ 基板加工装置
Ｂ スクライブ装置
Ｃ 吸着反転装置
Ｄ 吸着昇降装置
Ｗ 基板（脆性材料基板）
１ フレーム
１４ 側枠
１５ 回転軸
１８ 吸着板
５０ 中空部材
５０ａ 円形開口部
５１ フランジ
５２ 第１ポート
５３ 配管
５４ エア取入口
５５ 第２ポート
５６ 配管

Claims (1)

1. 吸着板を回転軸周りに回転させる吸着反転装置であって、
   前記回転軸を回転可能に支持する側枠と、
   前記回転軸の一部を取り囲むように前記側枠に固定され、かつ、一端部に円形開口部を有する中空部材と、
   前記中空部材の前記円形開口部を封止するとともに前記回転軸と一体となって回転する円盤状のフランジと、
   前記フランジに開口し、配管を介して前記吸着板と連通する第１ポートと、
   前記中空部材に開口し、配管を介してエア吸引装置に連通する第２ポートとを有する吸着反転装置。