JP6579084B2 - ブレーキング装置 - Google Patents

Description

本発明は、半導体ウエハ、ガラス基板、セラミックス基板等の基板を分割するブレーキング装置に関する。

例えば、半導体素子の製造工程では、レーザ照射等によって半導体ウエハやサファイア基板等の基板の内部に格子状に分割予定線を形成したり、ダイヤモンドブレード等により基板の一方面に格子状に分割予定線を形成し、基板を分割予定線に沿って分割することにより個々のチップを製造する。

基板の分割予定線に沿った分割を行うブレーキング装置としては、基板支持台に載置された基板の分割予定線に対応する位置にブレードを押し当てて基板に曲げ応力を付与することで、基板を分割予定線に沿って分割するものが知られている。

このようなブレーキング装置では、ブレードの押し込み量等の分割条件を調整したり、割れ残った基板に再度ブレードを押し当てて分割したりするため、ブレードに押圧されている分割中の基板をカメラで撮像し、得られた画像から基板の分断を検出するものが提案されている（例えば、下記特許文献１及び２参照）。

特開２０００−１２４５３７号公報 特開２０１０−１３５４８４号公報

しかしながら、特許文献１及び２では、ブレードに押圧されている分割中の基板をカメラで撮像しているため、分割対象の基板が可撓性を有している場合、基板の撓み変形が起きてカメラで得られる画像がボケやすく、基板の分割を正確に検出できないという問題がある。

本発明は、上記の問題に鑑みてなされたものであり、基板に撓みが生じても精度良く基板の分割を検出することができるブレーキング装置を提供することを目的とする。

本発明にかかるブレーキング装置は、分割予定線が形成された基板を支持する基板支持台と、前記基板に当接して曲げ応力を付与するブレードと、前記ブレードを前記基板に対して近接及び離隔移動する移動部と、前記移動部の動作を制御する移動制御部と、前記基板支持台に支持された前記基板を撮像する撮像部と、前記撮像部が撮像した画像から前記基板の分割を検出する分割検出部とを備え、前記移動制御部は、前記ブレードが前記基板に当接する当接位置から前記基板を押圧する方向へ所定距離移動した分割位置に前記ブレードを移動させ、前記基板に曲げ応力を付与して前記基板を分割するブレーキング装置において、前記移動制御部は、前記ブレードを前記分割位置に移動させた後、前記分割位置と前記当接位置との間に設定された検出位置に前記ブレードを移動させ、前記分割検出部は、前記ブレードが前記検出位置に位置する時に前記撮影部が撮像した画像から前記基板の分割を検出するものである。

本発明の好ましい態様において、前記分割検出部は、前記撮影部が撮像した画像から分割予定線を挟んだ両側の前記基板の距離の変化量を検出し、その変化量に基づいて前記基板の分割を検出してもよい。

他の好ましい態様において、前記分割検出部は、前記撮影部が撮像した画像から分割予定線を挟んだ両側の前記基板の間から検出される光強度の変化量を検出し、その変化量に基づいて前記基板の分割を検出してもよい。

他の好ましい態様において、前記分割検出部は、前記撮影部が撮像した画像全体の明度の変化量を検出し、その変化量に基づいて前記基板の分割を検出してもよい。

他の好ましい態様において、前記撮影部が前記基板を撮影する際に前記基板を照明するリング照明を備えてもよい。

他の好ましい態様において、前記分割検出部は、前記ブレードを前記検出位置に停止させた状態で前記撮影部が撮像した画像から前記基板の分割を検出してもよい。

他の好ましい態様において、前記分割検出部は、前記移動制御部が前記ブレードを移動させながら、前記撮影部が撮像した画像から前記基板の分割を検出してもよい。

本発明によれば、基板の撓み変形を抑えた状態で撮影部が基板を撮影することができるため、精度良く基板の分割を検出することができる。

本発明の一実施形態にかかるブレーキング装置の斜視図 基板が保持された状態を示す基板保持手段の平面図 図１のブレーキング装置の断面図。 図１のブレーキング装置の制御構成を示すブロック図である。 図１のブレーキング装置の動作を示すフロー図である。

以下、本発明の一実施形態について図面を参照して説明する。

図１は、本実施形態にかかるブレーキング装置１０の斜視図であり、図２は基板が保持された状態を示す基板保持部２０の平面図、図３はブレーキング装置１０の断面図、図４はブレーキング装置１０の制御構成を示すブロック図である。

本実施形態にかかるブレーキング装置１０は、例えば、半導体素子などが格子状に複数形成された基板１を切断して各素子毎に切り分ける装置であって、基板保持部２０、支持台３０、ブレード駆動部５０、照明装置８０と、これらを駆動制御する制御部９０とを備える。

基板保持部２０は、図２に示すように、円環状のシート保持枠２４と、シート保持枠２４の内側に張られた粘着シート２２とを備え、水平配置されたベース部１１に設けられた移動テーブル１２上に着脱可能に固定される。粘着シート２２は、ビニールシートやポリエステルシート等の合成樹脂等の伸縮性を有する材料からなるシート材であり、片側表面に粘着剤が塗布され基板１の一方面１ａを貼着することで基板１を基板保持部２０に固定する。また、基板１の他方面１ｂ側には透明な樹脂製の保護フィルム２６が配されており、支持台３０に基板１が保護フィルム２６を介して接触するようになっている。

基板保持部２０に固定する基板１は、レーザ照射等によって基板１の一方面１ａと反対側の他方面１ｂに近接する位置に格子状の分割予定線２が形成されている。

移動テーブル１２は、ベース部１１上に設置されたＸテーブル１３と、Ｘテーブル１３に設置された円筒状のθテーブル１４とを備える。

Ｘテーブル１３は、ベース部１１上において図中に示すＸ軸方向に延びるガイドレール１５に摺動可能に設けられ、Ｘテーブル駆動モータ１６によりＸ軸方向に往復移動可能に構成されている。また、Ｘテーブル１３に設けられた貫通孔１７には、θテーブル１４が挿入されＸテーブル１３に対して鉛直方向に相当するＺ軸回りに回転可能に設けられている。

θテーブル１４は、基板保持部２０を着脱可能に固定する部材であって、基板保持部２０を装着した状態においてシート保持枠２４の内側に対応する中空部１４ａを備えている。本実施形態では粘着シート２２に貼着された基板１を下方に向くように基板保持部２０がθテーブル１４に固定される。

また、θテーブル１４は、θテーブル駆動モータ１８の駆動軸に連結されたギア１８ａを介してＺ軸を中心に回転可能に構成されている。これにより、θテーブル１４上に固定された基板保持部２０がベース部１１に対してＸ軸方向及びθ軸周りに移動可能になっている。θテーブル１４の中空部１４ａの下方には、ベース部１１に固定された支持台３０と撮像部７８と照明装置８０が設けられている。

支持台３０は、基板保持部２０に保持された基板１の他方面１ｂと対向する弾性プレート３０ａと、取付部３２を介してベース部１１に固定されたガラスプレート３０ｂとを備える。弾性プレート３０ａは、透明シリコーンゴム等の光透過性と適度な弾力性とを有する板状体からなり、弾性プレート３０ａの下面が光透過性を有するガラスプレート３０ｂによって支持されている。

支持台３０は、ブレード駆動部５０に配設されたブレード５２から曲げ応力が付与された時に基板１の他方面１ｂを支持するもので、切断対象となる基板１のＹ軸方向（Ｘ軸及びＺ軸と直交する方向）を十分にカバーできる大きさに形成されている。

撮像部７８は、ＣＣＤカメラ等からなり、ガラスプレート３０ｂの下方にレンズを上方に向けて設けられ、ガラスプレート３０ｂ及び弾性プレート３０ａを介して基板保持部２０に固定された基板１の分割予定線２と回路パターンなど所定の目印Ｐを撮像する。また、撮像部７８は、θテーブル１４から基板保持部２０を取り外した状態でガラスプレート３０ｂ及び弾性プレート３０ａを介してブレード駆動部５０に設けられたブレード５２を撮像する。撮像部７８は、撮像した画像データを制御部９０に入力する。

照明装置８０は、撮像部７８の対物レンズの光軸を取り囲むようにリング状に配置され、対物レンズの光軸に対して斜め方向から基板１に光を照射する。照明装置８０としては、リング照明や複数の光源をリング状に配列した照明等を使用することができる。

ブレード駆動部５０は、図１及び３に示すように、ブレード５２が固定されたブレード保持部５４と、Ｚ軸方向に延びるガイドレール５６に摺動可能に設けられたスライドベース５７とを備える。ブレード保持部５４は、スライドベース５７に配設されたガイドローラ６０によって、スライドベース５７に対してＸ軸及びＹ軸方向への移動を制限されつつＺ軸（上下）方向のみに摺動可能に配設されている。

スライドベース５７は、ベース駆動モータ５８の駆動軸に接続されたボールネジ５９と連結され、ベース駆動モータ５８がボールネジ５９を回転制御することでＺ軸方向に変位量を制御して往復移動可能に設けられている。

また、スライドベース５７には、ブレード保持部５４を押圧しブレード５２に荷重を付与する荷重付与部６２が、ブレード５２の刃先５２ａとＸ軸方向の位置が上下に一致するように設けられている。荷重付与部６２は、例えば、電空レギュレータにより圧力制御された空圧式シリンダや圧電素子（ピエゾ素子）などを備え、所定値に設定された一定大きさの荷重をブレード保持部５４を介してブレード５２に付与する。

ブレード駆動部５０では、スライドベース５７がＺ軸方向に移動することで、スライドベース５７に設けられたブレード保持部５４とともにブレード５２を基板１に対して相対的に近接及び離隔移動させる。そして、ブレード５２の刃先５２ａが粘着シート２２を介して基板１に当接すると、ブレード５２が基板１に下向きの荷重を付与し曲げ応力を付与する。

制御部９０は、コンピュータを備え、撮像部７８から入力される画像データと、予め定められたプログラムに従って、Ｘテーブル駆動モータ１６、θテーブル駆動モータ１８、ベース駆動モータ５８、荷重付与部６２、撮像部７８、及び照明装置８０等の動作を制御することで、ブレーキング装置１０全体の動作を制御したり、撮像部７８から入力される画像データを不図示の表示部に表示させたり、不図示の記憶装置に記憶させる。

具体的には、制御部９０は、Ｘテーブル駆動モータ１６、θテーブル駆動モータ１８の動作を制御してブレード５２に対する基板保持部２０の位置を調整する。また、制御部９０は、ブレード駆動部５０の動作を制御してブレード５２を基板保持部２０に対してＺ軸方向に移動させるブレード制御部として機能する。ブレード制御部は、ブレード駆動部５０の動作を制御して、ブレード５２の刃先５２ａが基板保持部２０の粘着シート２２からＺ軸方向に所定離隔だけ離れた待機位置と、刃先５２ａが粘着シート２２を介して基板１に当接する当接位置より更に所定距離（例えば２００〜２５０μｍ）だけ下方に位置する分割位置と、当接位置と分割位置との間に設定された位置、例えば、当接位置より５０〜１００μｍ下方に設定された位置（以下、この位置を検出位置という）とを移動するようにブレード５２をＺ軸方向に移動させる。

また、制御部９０は、撮像部７８が撮像した画像データに基づいて基板１の分割を検出する分割検出部として機能する。

次に、ブレーキング装置１０による基板１の切断動作について、図５に示すフロー図を参照して説明する。

まず、ステップＳ１において、分割予定線２を形成した基板１の他方面１ｂが保護シート２６を介して支持台３０と対向するように粘着シート２２に基板１の一方面１ａを貼着した基板保持部２０を移動テーブル１２のθテーブル１４にセットし、基板１の分割予定線２とブレード５２の刃先５２ａとの位置合わせを行う。

この位置合わせは、上記のように、制御部９０が撮像部７８により撮像された画像データに基づいてブレード５２の刃先５２ａの位置と分割予定線２とのズレ量をＸ軸方向の変位量Δｘとθ軸回りの変位量Δθとして演算する。Ｘ軸方向の変位量Δｘとθ軸回りの変位量Δθの入力を受けた制御部９０は、Ｘテーブル駆動モータ１６及びθテーブル駆動モータ１８と制御して、移動テーブル１２をＸ軸方向及びθ方向に移動させることで変位量Δｘと変位量Δθがゼロになり、ブレード５２の刃先５２ａと分割予定線２とが上下に対向するように（平面視において一致するように）基板保持部２０の位置を調整する。

位置合わせが終了するとステップＳ２に進み、制御部９０は、荷重付与部６２の荷重を所定値に設定した後、ベース駆動モータ５８を駆動制御することで、スライドベース５７を下降させ、ブレード保持部５４に設けられたブレード５２を待機位置から分割位置に到達するまで降下させる。これにより、ブレード５２が、粘着シート２２を介して基板１を下方に押圧し、基板１に曲げ応力を付与する。

制御部９０は、ブレード５２を分割位置に所定時間待機させて基板１に曲げ応力を付与した後、ステップＳ３に進んで分割位置から検出位置までブレード５２を上方へ移動させる。

分割位置から検出位置にブレード５２が到達すると、制御部９０は、ステップＳ４に進み、ブレード５２が検出位置に位置する時に、照明装置８０を点灯して基板１を照明しつつ、撮像部７８を制御してブレード５２から曲げ応力が付与された後の基板１の分割予定線２と、その分割予定線２を挟んで隣り合う一対の目印Ｐを撮像部７８によって撮像する。なお、本実施形態では、制御部９０は、ブレード５２を検出位置に停止させた状態で基板１の分割予定線２と目印Ｐを撮像する。

そして、制御部９０は、ステップＳ５に進んで撮像部７８が撮像した画像データに基づいて基板１が分割されたか否かを検出する。

具体的には、基板１が分断されていない場合、曲げ応力を付与する前の状態から曲げ応力を付与しても分割予定線２を挟んで隣り合う一対の目印Ｐの距離（間隔）に殆ど変化がない。一方、基板１が分割されている場合、分割箇所が広がり分割予定線２を挟んで隣り合う一対の目印Ｐの距離が分割されていない場合に比べて大きくなる。

そこで、制御部９０は、撮像部７８から入力された画像データに基づいて、ブレード５２が曲げ応力を付与する前後において分割予定線２を挟んで隣り合う一対の目印Ｐの距離を測定し、曲げ応力を付与する前後で目印Ｐの距離の変化量が所定値以上である（つまり、曲げ応力を付与すると目印Ｐの距離が所定値以上大きくなる）と、基板１が分割されていることを検出し、目印Ｐの間の距離の変化量が所定値より小さい（つまり、曲げ応力を付与しても目印Ｐの距離の増加量が所定値未満である）と基板１が分割されていないことを検出する。

そして、制御部９０は、ステップＳ５において基板１が分割されていないことを検出すると、ステップＳ２に戻り、再び、ベース駆動モータ５８を駆動制御して、ブレード５２を分割位置へ降下させて基板１に曲げ応力を付与する。なお、ステップＳ２に戻り、再び基板１に曲げ応力を付与する場合、分割位置を下方に変更して基板１の押し込み量を増加したり、あるいは、荷重付与部６２がブレード５２に付与する荷重を増加して、基板１に付与する負荷を増加してもよい。その際、ブレード５２が基板１を押し込む量や荷重付与部６２が付与する荷重を使用者が任意に設定できても良い。

一方、ステップＳ５において基板１が分割されたことを検出すると、ステップＳ６に進み、制御部９０は、ベース駆動モータ５８を駆動制御してブレード５２を検出位置から待機位置へ上昇させた後、基板１に設けられた全ての分割予定線２の分割が終了したか否か判断する。

制御部９０は、分割していない分割予定線２があれば、ステップＳ７に進み、Ｘテーブル駆動モータ１６及びθテーブル駆動モータ１８を制御することで、ブレード５２の刃先５２ａが次の分割予定線２と上下に対向するように移動テーブル１２をＸ軸方向及びθ方向に移動させる。その後、ステップＳ２に戻り、制御部９０は、再び、ベース駆動モータ５８を制御して、ブレード５２を分割位置へ降下させて基板１に曲げ応力を付与し、次の分割予定線２において基板１を分割する。

そして、曲げ応力の付与、分割の検出、基板１のＸ軸方向への移動を繰り返してＹ軸方向に沿って全ての分割予定線２において分割を行う。Ｙ軸方向に沿う全ての分割予定線２について分割が終了すると、制御部９０はθテーブル駆動モータ１８を駆動しθテーブル１４を９０度回転させる。そして、分割が終了した分割予定線２と直交する分割予定線２について、上記同様、曲げ応力の付与、分割の検出、基板１のＸ軸方向への移動を繰り返すことで、全ての分割予定線２において分割を行い、分割していない分割予定線２がなければ、制御部９０は基板１の分割を終了する。

以上のような本実施形態のブレーキング装置１０では、基板１に当接する当接位置と基板１を分割する分割位置との間に設定された検出位置にブレード５２が位置する時に、撮像部７８が基板１を撮像するため、ブレード５２による基板１の押し込み量が少なく基板１の撓み変形量が少ない状態で基板１を撮像することができる。そのため、撮像部７８で撮像される画像がボケにくく、基板１が分割されたか否か正確に検出することができる。

しかも、本実施形態では、撮像部７８が基板１の画像を撮像する際に、ブレード５２が基板１から完全に離れておらず基板１を押圧しているため、基板１が分割されていれば、基板１同士の間隔がブレード５２によって押し広げられているため、基板１が分割されているか否かを検出しやすくなる。

また、本実施形態では、基板１を撮像する際に基板１を照明する照明装置８０が、撮像部７８の対物レンズの光軸を取り囲むようにリング状に配置され、対物レンズの光軸に対して斜め方向から基板１に光を照射するため、ブレード５２が検出位置にあり基板１に撓みがあっても撮像部７８に取り込まれる光量が低下しにくく、撮像部７８より明瞭な画像を得ることができ、基板１が分割されたか否か正確に検出することができる。

また、本実施形態では、ブレード５３を検出位置に停止させた状態で撮像部７８が基板１を撮像するため、撮像する際に精度良くブレード５２を検出位置に位置させることができ、基板１が分割されたか否か正確に検出することができる。

（変更例１）
上記した実施形態では、撮像部が撮像した画像からブレード５２が曲げ応力を付与する前後において分割予定線２を挟んで隣り合う一対の目印Ｐの距離を測定し、曲げ応力を付与した前後での基板１の距離の変化量に基づいて基板１が分割されたか否かを検出したが、本発明はこれに限定されない。

例えば、撮像部７８が撮像した画像からブレード５２が曲げ応力を付与する前後において分割予定線２を挟んだ両側の基板１の間から検出される光強度の変化量を検出し、曲げ応力を付与した前後での光強度の変化量が所定値以上（つまり、曲げ応力を付与すると基板１の間から検出される光強度が増加し、その増加量が所定値以上）であると、基板１が分割されていることを検出し、光強度の変化量が所定値より小さいと基板１が分割されていないことを検出してもよい。

また、ブレード５２が曲げ応力を付与する前後において撮像部７８が撮像した画像全体の明度の変化量を検出し、曲げ応力を付与した前後での明度の変化量が所定値以上（つまり、曲げ応力を付与すると画像全体の明度が減少し、その減少量が所定値以上）であると、基板１が分割されていることを検出し、光強度の変化量が所定値より小さいと基板１が分割されていないことを検出してもよい。

（変更例２）
上記した実施形態では、制御部９０は、ブレード５２を検出位置に停止させた状態で基板１の分割予定線２と目印Ｐを撮像したが、分割位置から待機位置に向けて上方へ移動させながら、基板１の分割予定線２と目印Ｐを撮像部７８に撮像させてもよい。このようにブレード５２を移動させながら撮像部７８が撮像することで、分割位置から待機位置へ移動させる途中でブレード７８を停止させる必要がないため、タクトタイムを短縮することができる。

以上、本発明の実施形態を説明したが、これらの実施形態は例として提示したものであり、発明の範囲を限定することを意図していない。これらの実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の趣旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これらの実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれると同様に、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれるものである。

１…基板、２…分割予定線、１０…ブレーキング装置、１１…ベース部、２０…基板保持部、３０…支持台、５０…ブレード駆動部、５２…ブレード、７８…撮像部、９０…制御部

Claims (7)

1. 分割予定線が形成された基板を支持する基板支持台と、
   前記基板に当接して曲げ応力を付与するブレードと、前記ブレードを前記基板に対して近接及び離隔移動するブレード駆動部と、前記ブレード駆動部の動作を制御するブレード制御部と、前記基板支持台に支持された前記基板を撮像する撮像部と、前記撮像部が撮像した画像から前記基板の分割を検出する分割検出部とを備え、
   前記ブレード制御部は、前記ブレードが前記基板に当接する当接位置から前記基板を押圧する方向へ所定距離移動した分割位置に前記ブレードを移動させ、前記基板に曲げ応力を付与して前記基板を分割するブレーキング装置において、
   前記ブレード制御部は、前記ブレードを前記分割位置に移動させた後、前記分割位置と前記当接位置との間に設定された検出位置に前記ブレードを移動させ、
   前記分割検出部は、前記ブレードが前記検出位置に位置する時に前記撮像部が撮像した画像から前記基板の分割を検出するブレーキング装置。
2. 前記分割検出部は、前記撮像部が撮像した画像から分割予定線を挟んだ両側の前記基板の距離の変化量を検出し、その変化量に基づいて前記基板の分割を検出する請求項１に記載のブレーキング装置。
3. 前記分割検出部は、前記撮像部が撮像した画像から分割予定線を挟んだ両側の前記基板の間から検出される光強度の変化量を検出し、その変化量に基づいて前記基板の分割を検出する請求項１に記載のブレーキング装置。
4. 前記分割検出部は、前記撮像部が撮像した画像全体の明度の変化量を検出し、その変化量に基づいて前記基板の分割を検出する請求項１に記載のブレーキング装置。
5. 前記撮像部を囲むリング状に配置され前記基板を照明する照明装置を備える請求項１〜４のいずれか１項に記載のブレーキング装置。
6. 前記分割検出部は、前記ブレードを前記検出位置に停止させた状態で前記撮像部が撮像した画像から前記基板の分割を検出する請求項１〜５のいずれか１項に記載のブレーキング装置。
7. 前記分割検出部は、前記ブレード制御部が前記ブレードを移動させながら、前記撮像部が撮像した画像から前記基板の分割を検出する請求項１〜５のいずれか１項に記載のブレーキング装置。

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