JP6949371B2 - 基板分断装置 - Google Patents

Description

本発明は、基板分断装置、特に、ガラス、セラミック、半導体ウエハなどの脆性材料からなる基板を分断する基板分断装置に関する。

従来から、脆性材料基板（以下、単に「基板」という）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）やレーザビーム等を用いて、互いに直交するＸ方向並びにＹ方向のスクライブラインを形成し、その後、当該スクライブラインに沿って外力を印加してブレイクすることにより、基板を単位基板に分断する方法が知られている（例えば、特許文献１を参照）。

特許文献１に記載のブレイク装置Ａは、基板Ｗを載置する水平なテーブル１を備えている。テーブル１は、水平面内で回動でき、かつ、Ｙ方向に移動できる。テーブル１の上方にはＸ方向に水平に延びるビーム２３が設けられている。ビーム２３には、Ｘ方向に延びるブレイクバー１０が取り付けられ、シリンダによって駆動される昇降軸を介して昇降できる。

基板Ｗをブレイクする際は、最初に、スクライブラインＳ１がＸ方向に平行になるように、基板Ｗをテーブル１に載置する。このとき、スクライブラインＳ１が下面側に配置される。次に、基板Ｗの上方からスクライブラインＳ１に向かってブレイクバー１０を下降させ、それに対して衝撃部材としての錘を落下させて衝撃を付与する。その結果、スクライブラインＳ１のクラックが伸展して、基板がブレイクされる。また、全てのスクライブラインＳ１のブレイク完了後はテーブルを９０度回転させて、上記同様にブレイクバーによりスクライブラインＳ２を順次ブレイクする。

特開２０１７−０３９２７１号公報

近年、ビームに対してブレイク機構を回動自在としかつＸ方向に移動可能にした基板分断装置が開発されている。この装置では、スクライブラインＳ２を分割するときに、ブレイクバーをＹ方向に延びるように回動させ、次にブレイクバーをビームに沿ってＸ方向に移動させながらスクライブラインＳ２を順次ブレイクする。
一般に、ブレイクバーの押圧刃の先端稜線は、基板に対して平行に対峙させるとともにスクライブライン全長にわたって均等に押圧力を加えることが要求される。なぜなら、平行度に狂いが生じると、スクライブライン全長にわたって適正な押圧力で均等に押圧することができず、ブレイクの精度が低下するからである。
しかし、上記のブレイクバーを回動する基板分断装置では、スクライブラインＳ１分割時とスクライブラインＳ２分割時とでブレイクバーが９０度回転するので、ブレイクバーの基板表面に対する平行度を維持することが難しい。なぜなら、通常、テーブルに載置された基板の傾きはＸ方向とＹ方向とで異なるからである。

本発明の目的は、ブレイクバーを回動させることで延びる向きを変更する基板分断装置において、ブレイクバーの基板に対する平行度を高く維持することにある。

以下に、課題を解決するための手段として複数の態様を説明する。これら態様は、必要に応じて任意に組み合せることができる。

本発明の一見地に係る基板分断装置は、互いに直交する複数の第１スクライブライン及び複数の第２スクライブラインが形成された基板を分断するための装置であって、ベースと、ブレイクバーと、第１駆動機構と、第２駆動機構と、回動機構と、傾き調整機構とを備えている。
ブレイクバーは、ベースから下方に移動することで基板を分割可能な部材であり、ベースに着脱可能に支持されたベース部材と、ベース部材に連結され基板に接触するためのバー部材と、を有する。
第１駆動機構は、ベースを第１水平方向に移動させる。
第２駆動機構は、ベースを第１水平方向に直交する第２水平方向に移動させる。
回動機構は、ブレイクバーをベースに対して第１水平方向に延びる第１姿勢と第２水平方向に延びる第２姿勢との間で回動する。
傾き調整機構は、バー部材の両端の少なくとも一方をベース部材に対して上下動することで、バー部材の傾きを調整可能である。
この装置では、例えば、ブレイクバーは第１姿勢の状態で第２水平方向に移動しながら複数の第１スクライブラインを分割し、次にブレイクバーは第２姿勢の状態で第１水平方向に移動しながら複数の第２スクライブラインを分割する。
この装置では、傾き調整機構によって、第１スクライブラインの分割時と第２スクライブラインの分割時とでブレイクバーの傾きを変更することで、ブレイクバーと基板の平行度を高くできる。

傾き調整機構は、ベース部材に固定されたモータと、モータの回転力を上下方向に変換してバー部材に伝達する動力伝達機構とを有していてもよい。
この装置では、簡単な構成でバー部材をベース部材に対して移動できる。

基板分断装置は、バー部材をベース部材に対して上下方向に案内する案内部をさらに備えていてもよい。
この装置では、バー部材のベース部材に対する姿勢が安定する。

基板分断装置は、ブレイクバーをベースに対して上下動させる上下駆動機構をさらに備えていてもよい。
この装置では、ブレイクバーはベースに対して下降することで基板に接触できる。

基板分断装置は、ベースに装着され、ベースから落下してブレイクバーに上方から衝突することで、ブレイクバーに基板を分断させる錘をさらに備えていてもよい。
この装置では、ブレイクバーのバー部材が基板に当接した状態で、錘がブレイクバーに衝突することで、基板を分断する。

本発明の第１実施形態に係る基板分断装置の斜視図。 図１の部分拡大図であり、ブレイクバー昇降装置の斜視図。 ブレイクバー昇降装置の正面図。 ブレイクバー昇降装置の背面図。 ブレイクバーの斜視図。 図５の部分拡大図。 ブレイクバー昇降装置の側面図。 ブレイクバーの先端部分の断面図。 ブレイクバー傾き調整機構の斜視図。 ブレイクバー傾き調整機構の正面図。 図１０のＸＩ−ＸＩ断面図。 図１０のＸＩＩ−ＸＩＩ断面図。 基板分断装置の制御構成を示すブロック図。 基板分断動作を示す模式図。 基板分断動作の一状態を示す平面図。 基板分断動作の一状態を示す平面図。 基板分断動作の一状態を示す平面図。 基板分断動作の一状態を示す平面図。 基板分断動作の一状態を示す平面図。 基板分断動作の一状態を示す平面図。

１．第１実施形態
（１）基板分断装置
図１を用いて、第１実施形態の基板分断装置１を説明する。図１は、本発明の第１実施形態に係る基板分断装置の斜視図である。なお、各図において、矢印Ｘが第１水平方向であり、矢印Ｙが第２水平方向である。
基板分断装置１は、前段工程でスクライブライン（切溝）が形成された基板１００Ａ（図１５）を、そのスクライブラインの反対側の面から押圧して基板を撓ませることにより、スクライブラインに沿って基板を分断する装置である。具体的に、基板１００Ａには、互いに直交する複数の第１スクライブラインＳ１及び複数の第２スクライブラインＳ２が形成されている。

基板分断装置１は、基板１００Ａを載置するための載置面３ａを有するベルトコンベヤ装置３を有している。ベルトコンベヤ装置３は、基板１００Ａを第２水平方向に搬送可能である。
基板分断装置１は、第１方向に延びるビーム（横梁）９を有している。ビーム９は、ベルトコンベヤ装置３の載置面３ａより上方の位置に配置され、第２スライド駆動機構８９（第２駆動機構の一例）によって、レール１５に沿って第２水平方向に移動可能である。

（２）ブレイクバー昇降装置
図２〜図８を用いて、ブレイクバー昇降装置１１を説明する。図２は、図１の部分拡大図であり、ブレイクバー昇降装置の斜視図である。図３は、ブレイクバー昇降装置の正面図である。図４は、ブレイクバー昇降装置の背面図である。図５は、ブレイクバーの斜視図である。図６は、図５の部分拡大図である。図７は、ブレイクバー昇降装置の側面図である。図８は、ブレイクバーの先端部分の断面図である。

ブレイクバー昇降装置１１は、ブレイクバー１９を有している。ブレイクバー１９は、ビーム９に保持され、例えば第１水平方向に沿って延びている。ブレイクバー１９は基板１００Ａの表面に接触した位置で静止させられ、この状態でブレイクバー１９に衝撃部材としての錘２９を落下させ、その衝撃により基板１００Ａをスクライブラインに沿ってブレイクする（後述）。
ブレイクバー１９は、ビーム９から下方に移動することで基板１００Ａを分割可能な部材であり、ビーム９に着脱可能に支持された支持部材２１（ベース部材の一例）と、支持部材２１に連結され基板１００Ａに接触するためのバー部材２３（バー部材の一例）と、傾き調整機構２７（傾き調整機構の一例）とを有している。

支持部材２１は、ビーム９の支持部２２に対して上下方向に移動可能に支持されている。支持部材２１は、昇降装置８１（図１３、上下駆動機構の一例）によって昇降可能である。支持部２２は、回動機構８３（図１３、回動機構の一例）を介してビーム９に支持されている。回動機構８３は、ブレイクバーをビーム９に対して第１水平方向に延びる第１姿勢（図１５）と第２水平方向に延びる第２姿勢（図１９）との間で回動する。回動機構８３は、第１スライド駆動機構８５（図１３、第１駆動機構の一例）によって、ビーム９に沿って第１水平方向に移動可能である。
支持部材２１は、板状部材２１ａを有している。板状部材２１ａは、例えば第１水平方向に長く延びており、主面を第２水平方向に向けている。

バー部材２３は、支持プレート２３ａと、押圧板２３ｂと、複数の連結プレート２３ｃとを有している。押圧板２３ｂは、複数の連結プレート２３ｃを介して支持プレート２３ａに対して上下位置調整可能に取り付けられている。押圧板２３ｂは、その下端に例えば第１水平方向に沿って直線状に延びる押圧刃２３ｄを有している。
連結プレート２３ｃは、支持プレート２３ａに形成された上下に延びるアリ溝に沿って上下方向へ移動可能に取り付けられており、上下調整ボルトを回動することにより上下位置が調整できるようになっている。

傾き調整機構２７は、支持部材２１に対するバー部材２３の傾きを調整することでバー部材２３の押圧刃２３ｄの基板１００Ａに対する平行度を調整するための機構である。傾き調整機構２７は後述される。
錘２９は、支持部２２に装着され、支持部２２から落下してバー部材２３に上方から衝突することで、バー部材２３に基板１００Ａを分断させる部材である。錘２９は、支持部２２によってロック機構８７（図１３）を介して支持されている。ロック機構８７（図１３）のロックが解除されると、錘２９は下方に落下してバー部材２３に衝突する。なお、ブレイクバー１９が上方に移動すると、ブレイクバー１９に持ち上げられることで錘２９も上昇し、ロック機構８７（図１３）にロックされる。

（３）傾き調整機構
図９〜図１２を用いて、傾き調整機構２７を説明する。図９は、ブレイクバー傾き調整機構の斜視図である。図１０は、ブレイクバー傾き調整機構の正面図である。図１１は、図１０のＸＩ−ＸＩ断面図である。図１２は、図１０のＸＩＩ−ＸＩＩ断面図である。
傾き調整機構２７は、バー部材２３の支持部材２１に対する上下方向位置を調整するための一対の機構を第１水平方向両側に有している。つまり、バー部材２３は、長手方向両端をそれぞれ独立して支持部材２１に対して昇降可能であり、それにより傾きを調整可能である。

以下、傾き調整機構２７の一対の機構の一方を説明する。
傾き調整機構２７は、モータ５３と、減速機構５５と、ピニオン５７と、ラックギヤ５９と、プレート６３と、ブロック６５と、スライドブロック６７と、スライダーベースプレート７１とを有している。

モータ５３は第１方向に延びる回転軸を有しており、支持部材２１に固定されている。
減速機構５５は、支持部材２１に固定されており、モータ５３からのトルクが入力される。
ピニオン５７は、減速機構５５の出力軸に連結されている。ラックギヤ５９は、上下方向に延びており、ピニオン５７に係合している。ピニオン５７とラックギヤ５９によって、モータ５３の回転力を上下方向の力に変換してバー部材２３に伝達する動力伝達機構が構成されている。

プレート６３は、支持部材２１に対して上下方向に移動可能であり、ラックギヤ５９に固定されている。
また、プレート６３は、ＬＭガイド６４（案内部の一例）によって、支持部材２１に対して上下方向に移動するように案内されている。したがって、プレート６３の支持部材２１に対する姿勢が安定する。

ブロック６５は、プレート６３に近接して配置されている。
スライドブロック６７は、ブロック６５の上下両端に固定され、プレート６３の孔内に延びている。

スライダーベースプレート７１は、ブロック６５に近接して配置されている。スライダーベースプレート７１には、固定部７５によってバー部材２３が固定されている。以上より、プレート６３、ブロック６５、スライドブロック６７、スライダーベースプレート７１及びバー部材２３は、一体となって、支持部材２１に対して相対的に上下動できる。
ただし、バー部材２３とスライダーベースプレート７１は所定範囲内で相対的に上下動可能であり、両者の間にはＬＭガイド７０が設けられている。
シャフト７３は、スライダーベースプレート７１に固定され、ブロック６５の孔内に挿入されている。これにより、スライダーベースプレート７１は、ブロック６５に対して例えば第１水平方向に延びる回転軸回りに回動できる。

以上の構成により、モータ５３が回転すると、ピニオン５７、プレート６３、ブロック６５、スライドブロック６７、スライダーベースプレート７１が昇降し、それに伴いバー部材２３の長手方向一端が昇降する。
以上述べたように、バー部材２３の長手方向両端は、傾き調整機構２７の一対の機構によって上下方向に移動可能である。バー部材２３の傾きを調整するためには、一対の機構の両方を駆動してもよいし、一方を基準側として固定しておき他方を補正側として移動させてもよい。後者の方法では、傾き調整の制御が簡単になる。

（４）基板分断装置の制御構成
図１３を用いて、基板分断装置１の制御構成を説明する。図１３は、基板分断装置の制御構成を示すブロック図である。
基板分断装置１は、コントローラ５０を有している。コントローラ５０は、プロセッサ（例えば、ＣＰＵ）と、記憶装置（例えば、ＲＯＭ、ＲＡＭ、ＨＤＤ、ＳＳＤなど）と、各種インターフェース（例えば、Ａ／Ｄコンバータ、Ｄ／Ａコンバータ、通信インターフェースなど）を有するコンピュータシステムである。コントローラ５０は、記憶部（記憶装置の記憶領域の一部又は全部に対応）に保存されたプログラムを実行することで、各種制御動作を行う。

コントローラ５０は、単一のプロセッサで構成されていてもよいが、各制御のために独立した複数のプロセッサから構成されていてもよい。
コントローラ５０の各要素の機能は、一部又は全てが、コントローラ５０を構成するコンピュータシステムにて実行可能なプログラムとして実現されてもよい。その他、コントローラ５０の各要素の機能の一部は、カスタムＩＣにより構成されていてもよい。

コントローラ５０には、昇降装置８１、回動機構８３、第１スライド駆動機構８５、ロック機構８７、及び第２スライド駆動機構８９が接続されている。
コントローラ５０には、図示しないが、基板の大きさ、形状及び位置検出するセンサ、各装置の状態を検出するためのセンサ及びスイッチ、並びに情報入力装置が接続されている。

（５）基板分断動作
（５−１）基板分断の原理
図１４を用いて、基板分断の原理を説明する。図１４は、基板分断動作を示す模式図である。
最初に、ブレイクバー１９がスクライブラインの真上に配置される。
次に、ブレイクバー１９が昇降装置８１によってビーム９の支持部２２から下降して、バー部材２３の押圧刃２３ｄが基板の表面に接触する。

次に、支持部材２１が昇降装置８１によって下方に移動し、バー部材２３から下方に離れる。
次に、錘２９がロック機構８７によって下降し、バー部材２３に衝撃を与える。それにより、スクライブラインが分断される。
最後に、支持部材２１が昇降装置８１によって上方に移動し、バー部材２３に下方から当接する。これ以降、ブレイクバー１９の上昇が行われる。

（５−２）基板分断の動作
図１５〜図２０を用いて、基板分断動作を説明する。図１５〜図２０は、基板分断動作の一状態を示す平面図である。以下、図ごとに動作を説明する。
図１５に示す状態では、ブレイクバー１９は第１水平方向に延びる第１姿勢の状態である。
最初に、傾き調整機構２７によって、ブレイクバー１９の傾きを変更することで、ブレイクバー１９の押圧刃２３ｄを基板１００Ａの表面に対して平行にする。
図１６に示すように、ビーム９が第２スライド駆動機構８９によって第２水平方向に移動して、ブレイクバー１９が第１姿勢の状態で複数の第１スクライブラインＳ１を順番に分断する。これにより、短冊状基板１１１が形成される。なお、上述のように、ブレイクバー１９の押圧刃２３ｄと基板１００Ａの表面との平行度が高いので、第１スクライブラインＳ１は精度良く分断される。

図１７に示すように、ビーム９は第２スライド駆動機構８９によって第２水平方向に移動して、ブレイクバー１９を基板１００Ａの第２水平方向中間に配置する。
図１８に示すように、ブレイクバー１９が回動機構８３によって９０度回転して、第２水平方向に延びる第２姿勢を取る。
図１９に示すように、ブレイクバー１９が第１スライド駆動機構８５によって第１水平方向片側に移動する。次に、この状態で、傾き調整機構２７によって、ブレイクバー１９の傾きを変更する。したがって、ブレイクバー１９と複数の短冊状基板１１１の平行度を高くできる。

図２０に示すように、ブレイクバー１９が第１スライド駆動機構８５によって第１水平方向に移動して、次にブレイクバー１９が第２姿勢の状態で複数の第２スクライブラインＳ２を順番に分断する。これにより、単位基板１１３が形成される。なお、上述のように、ブレイクバー１９の押圧刃２３ｄと基板１００Ａの表面との平行度が高いので、第２スクライブラインＳ２は精度良く分断される。
この装置では、傾き調整機構２７によって、第１スクライブラインＳ１の分割時と第２スクライブラインＳ２の分割時とで、ブレイクバー１９の傾きを変更することで、ブレイクバー１９と基板１００Ａの平行度を高くできる。従来であれば、スクライブラインＳ１分割時とスクライブラインＳ２分割時とでブレイクバーが９０度回転するので、ブレイクバーの基板表面に対する平行度を維持することが難しかった。なぜなら、通常は、載置部に載置された基板の傾きはＸ方向とＹ方向とで異なるからである。

２．他の実施形態
以上、本発明の一実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の変更が可能である。特に、本明細書に書かれた複数の実施形態及び変形例は必要に応じて任意に組み合せ可能である。

本発明は、ガラス、セラミック、半導体ウエハなどの脆性材料からなる基板を分断する基板分断装置に広く適用できる。

１ ：基板分断装置
３ ：ベルトコンベヤ装置
９ ：ビーム
１１ ：ブレイクバー昇降装置
１９ ：ブレイクバー
２１ ：支持部材
２１ａ ：板状部材
２２ ：支持部
２３ ：バー部材
２７ ：傾き調整機構
２９ ：錘
５０ ：コントローラ
１００Ａ ：基板

Claims (5)

1. 互いに直交する複数の第１スクライブライン及び複数の第２スクライブラインが形成された基板を分断するための装置であって、
   ベースと、
   前記ベースから下方に移動することで基板を分割可能な部材であり、前記ベースに着脱可能に支持されたベース部材と、前記ベース部材に連結され前記基板に接触するためのバー部材と、を有するブレイクバーと、
   前記ベースを第１水平方向に移動させる第１駆動機構と、
   前記ベースを第１水平方向に直交する第２水平方向に移動させる第２駆動機構と、
   前記ブレイクバーを前記ベースに対して第１水平方向に延びる第１姿勢と第２水平方向に延びる第２姿勢との間で回動する回動機構と、
   前記バー部材の両端の少なくとも一方を前記ベース部材に対して上下動することで、前記バー部材の傾きを調整可能な傾き調整機構と、
   を備えた基板分断装置。
2. 前記傾き調整機構は、前記ベース部材に固定されたモータと、前記モータの回転力を上下方向に変換して前記バー部材に伝達する動力伝達機構とを有する、請求項１に記載の基板分断装置。
3. 前記バー部材を前記ベース部材に対して上下方向に案内する案内部をさらに備えている、請求項１又は２に記載の基板分断装置。
4. 前記ブレイクバーを前記ベースに対して上下動させる上下駆動機構をさらに備える、請求項１〜３のいずれかに記載の基板分断装置。
5. 前記ベースに装着され、前記ベースから落下して前記ブレイクバーに上方から衝突することで、前記ブレイクバーに前記基板を分断させる錘をさらに備える、請求項４に記載の基板分断装置。

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