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JP7015668B2 - 板状物の分割装置 - Google Patents

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Description

本発明は、板状物の分割予定ラインに沿って外力を付与して分割する板状物の分割装置に関する。
サファイア、ＳｉＣ、ガラス等の板状物（基板）は、分割予定ラインに沿って分割することにより個々のチップに分割される。板状物を分割する場合、例えば、分割予定ラインに沿ってレーザービームを板状物の表面側から照射して板状物の内部に改質層を形成する。このように改質層を形成した後、特許文献１に開示されるように、ブレード（押圧部材）を有するブレーキング装置を用いた３点ブレーキング法により板状物を分割する。特許文献１の３点ブレーキング法では、強度の低下した分割予定ラインに沿ってブレードで板状物を押圧することにより改質層を起点にして板状物を個々のチップに分割している。
特開２００９－１４８９８２号公報
しかしながら、上記の３点ブレーキング法では、分割予定ラインに隣接する裏面両側を２箇所で支持し、表面側となる上方からブレードで分割予定ライン上を押圧して分割している。このため、押圧された分割予定ラインに隣接するチップが、その分割予定ラインから離れる方向に動いてしまい、チップのエッジにチッピングが発生するという問題がある。
本発明はかかる点に鑑みてなされたものであり、分割予定ラインに沿って板状物を分割するときにチッピングの発生を低減することができる板状物の分割装置を提供することを目的の１つとする。
本発明の一態様の板状物の分割装置は、環状フレームに装着された保護テープの上面に貼着され分割予定ラインに沿って強度が低下して形成されている板状物を、分割予定ラインに沿って分割する板状物の分割装置であって、環状フレームを保持する保持面を有し回転可能に構成されたフレーム保持手段と、保護テープに貼着された板状物の分割予定ラインを検出する検出手段と、検出手段によって検出された板状物の分割予定ラインの近傍を押圧し、板状物を分割予定ラインに沿ってチップに分割する分割手段と、フレーム保持手段と分割手段とを相対的に移動させる移動手段と、を備え、分割手段は、板状物の割断する分割予定ライン近傍を板状物の上面及び下面の両面側から保持する保持部と、保持部により保持しているチップの割断する分割予定ラインに対して隣り合うチップを押圧して分割予定ラインに沿って分割する押圧部と、を備え、押圧部は、進退手段と、進退手段に接続された押し下げ部材とを備え、保持部で板状物を挟んで保持し、進退手段の駆動によって押し下げ部材を板状物に対して進行させて分割予定ラインに沿って分割し、進退手段の駆動によって押し下げ部材を板状物に対して退行し、保持部を板状物から退行する分割要領を、板状物の各分割予定ラインにて繰り返すことを特徴とする。
この構成によれば、割断する分割予定ライン近傍のチップを両面側から保持部で保持しつつ、その分割予定ラインに隣り合うチップを押圧部で押圧することができる。これにより、押圧部による押圧で、保持部で保持したチップが動くことを抑制でき、チップのエッジにチッピングが発生することを回避することができる。
本発明の板状物の分割装置において、保持部は、保護テープを介して板状物の下面側から板状物を突き上げる第１保持部と、板状物に対して第１保持部と対向して板状物の上方に配設され且つ板状物を上方から当接して保持する第２保持部とを備え、第１保持部は、様々な長さの複数の矩形状当接部材を備え、分割予定ラインの長さに応じて対応する長さの矩形状当接部材が位置付けられるとよい。
本発明によれば、チップを両面側から保持部で保持しつつ分割予定ラインに隣り合うチップを押圧部で押圧して分割するので、チッピングの発生を低減することができる。
本実施の形態の分割装置の斜視図である。 本実施の形態に係る板状物の概略斜視図である。 本実施の形態の第２保持部及び押圧部周りの概略側面図である。 図４Ａは、板状物を分割する準備状態の説明図、図４Ｂは、板状物を保持した状態の説明図、図４Ｃは、板状物を分割している状態の説明図である。 図５Ａは、板状物を分割する準備状態を平面視した説明図、図５Ｂは、従来の不具合を示す図５Ａと同様の説明図である。
以下、添付図面を参照して、本実施の形態の板状物の分割装置について説明する。図１は、本実施の形態の分割装置の斜視図である。なお、分割装置は、図１に記載された構成に限定されず、適宜変更することが可能である。
図１に示すように、分割装置１は、環状フレームＦに保護テープＴを介して支持された板状物Ｗを、分割手段１２によって個々のチップＣ（図４参照）に分割するように構成されている。
図２は、本実施の形態に係る板状物の概略斜視図である。図２に示すように、板状物Ｗは、環状フレームＦに装着された保護テープＴの上面に表面側が貼着され、環状フレームＦに保持される。板状物Ｗの裏面側にはマイラーテープと称されるテープ（図示省略）が貼着される。板状物Ｗの表面には格子状の分割予定ラインＬが設けられており、分割予定ラインＬによって区画された各領域に各種デバイスＤが形成されている。なお、板状物Ｗは、シリコン、ガリウム砒素等の半導体基板にＩＣ、ＬＳＩ等のデバイスが形成された半導体ウエーハでもよいし、セラミック、ガラス、サファイア系の無機材料基板にＬＥＤ等の光デバイスが形成された光デバイスウエーハでもよい。また、板状物Ｗは、デバイスＤが形成されていない円板状の石英ガラス基板やサファイア基板としてもよい。
板状物Ｗは、分割予定ラインＬに沿って強度が低下して形成されており、かかる強度低下を実現するために板状物Ｗの内部に改質層（不図示）を形成し、分割起点とすることが例示できる。なお、改質層は、レーザーの照射によって板状物Ｗの内部の密度、屈折率、機械的強度やその他の物理的特性が周囲と異なる状態となり、周囲よりも強度が低下する領域のことをいう。板状物Ｗでは、レーザーの照射で形成される改質層によって亀裂が表出し、本実施の形態では亀裂が分割予定ラインＬとは逆となる板状物Ｗの裏面側に表出し、裏面を上向きとして板状物Ｗが環状フレームＦに保持される。改質層は、例えば、溶融処理領域、クラック領域、絶縁破壊領域、屈折率変化領域であり、これらが混在した領域でもよい。
なお、分割起点としては、改質層に限定されず板状物Ｗの分割時の起点になればよく、例えば、レーザー加工溝、切削溝、スクライブラインで構成されてもよい。さらに、保護テープＴは、伸縮性を有するものであればよく、特に材質は限定されない。なお、テープ基材は、例えば、ＰＯ（Polyolefin）、ＰＶＣ（Polyvinyl Chloride）で形成されることが好ましい。
図１に戻り、分割装置１は、フレーム保持手段１１と、板状物Ｗを分割予定ラインＷ２に沿ってチップＣ（図４参照）に分割する分割手段１２と、フレーム保持手段１１と分割手段１２とを相対的に移動させる移動手段１３とを備えている。
フレーム保持手段１１は、環状に形成されたフレーム保持部材１７を備え、フレーム保持部材１７の上面は環状フレームＦ（図１参照）が載置される保持面１７ａとされる。フレーム保持部材１７は磁力を有する材質であり、保持面１７ａに載置された環状フレームＦが磁力によって吸着されて保持される。なお、フレーム保持手段１１による環状フレームＦの保持は、フレーム保持部材１７の外周に複数のクランプ機構を設け、かかるクランプ機構によって環状フレームＦを挟持してもよい。フレーム保持部材１７は、その中央の貫通孔を中心としてギア１８（図４参照）によって回転可能に構成されている。
分割手段１２は、板状物Ｗの上面及び下面の両面側から挟んで保持する保持部２０と、板状物Ｗにて保持部２０により保持された部分の近傍を押圧する押圧部２１とを備えている。
保持部２０は、フレーム保持部材１７の下方に位置する第１保持部２３と、フレーム保持部材１７の上方に位置する第２保持部２４とを備えている。
第１保持部２３は、回転中心軸がＹ軸方向に延びる回転体２６と、回転体２６の外周面から突出するように設けられた様々な長さの複数の矩形状当接部材２７とを備えている。回転体２６は、その両端側がブラケット２８により支持され、また、回転機構（不図示）を介して中心軸周りに回転可能に設けられる。複数の矩形状当接部材２７は、Ｙ軸方向の長さがそれぞれ異なって様々な長さになるように形成されている。複数の矩形状当接部材２７は、回転体２６の回転によって突出する向きが変化し、複数の矩形状当接部材２７のうち、回転体２６の上方から鉛直上向きに配置された矩形状当接部材２７の先端側で板状物Ｗを下面側から保持する。言い換えると、回転体２６の回転角度を制御することで、上向きとなる矩形状当接部材２７の長さを選択でき、その選択した矩形状当接部材２７で板状物Ｗを保持するようになる。
第１保持部２３は、ブラケット２８を上下移動可能に支持する２本のガイドレール３０ａを備えた昇降機構３０を更に備えている。昇降機構３０は、図示省略したモータやボールネジ軸等の駆動機構を介してガイドレール３０ａに沿ってブラケット２８及びこれを介して支持される矩形状当接部材２７を上下方向（Ｚ軸方向）に移動させる。
第２保持部２４は、押圧部２１とＸ軸方向に並んで設けられており、移動手段１３の後述する支持板４６に支持されている。また、第２保持部２４は、第１保持部２３にＺ軸方向にて並んで設けられている（図４Ａ参照）。図３は、本実施の形態の第２保持部及び押圧部周りの概略側面図である。図３に示すように、第２保持部２４は、支持板４６の下面から垂下するように配設されたエアシリンダ（進退手段）３２と、エアシリンダ３２におけるピストンロッド３２ａの下端に接続された上部当接部材３３とを備えている。第２保持部２４では、上部当接部材３３がエアシリンダ３２の駆動によって上下方向（Ｚ軸方向）に移動可能に構成されている。上部当接部材３３は、Ｙ軸方向（図３中紙面直交方向）に延びる片状若しくは板状部材により形成され、矩形状当接部材２７（図１参照）の上方に対向するように配設される。
押圧部２１は、Ｚ軸方向に向けられたエアシリンダ（進退手段）３５と、エアシリンダ３５におけるピストンロッド３５ａの下端に接続された押し下げ部材３６とを備えている。押圧部２１では、押し下げ部材３６がエアシリンダ３５の駆動によって上下方向（Ｚ軸方向）に移動可能に構成されている。押し下げ部材３６は、Ｙ軸方向に延びる片状若しくは板状をなし（図１参照）、先端（下端）に向かうに従って次第にＸ軸方向の幅が小さくなるように形成されている。
図１に戻り、移動手段１３は、水平となる基台（不図示）上に固定された門型の柱部４０と、柱部４０の前面に配置されたＹ軸方向に平行な一対のガイドレール４１と、各ガイドレール４１にスライド可能に設置されたＹ軸テーブル４２とを有している。また、移動手段１３は、Ｙ軸テーブル４２の前面に配置されたＺ軸方向に平行な一対のガイドレール４４と、各ガイドレール４４にスライド可能に設置されたＺ軸テーブル４５とを有している。更に、移動手段１３は、Ｚ軸テーブル４５の前面で支持されてＸＹ面に平行となる支持板４６と、支持板４６の下面に配置されたＸ軸方向に平行な一対のガイドレール４８と、各ガイドレール４８にスライド可能に設けられたスライダ４９とを備えている。Ｙ軸テーブル４２、Ｚ軸テーブル４５及びスライダ４９は、ガイドレール４１、４４、４８の延出方向に沿ってボールねじ式の移動機構（不図示）等により駆動される。従って、Ｙ軸テーブル４２及びＺ軸テーブル４５の駆動によって、第２保持部２４及び押圧部２１がＹ軸及びＺ軸方向に駆動し、更に、スライダ４９の駆動によって押圧部２１がＸ軸方向に駆動するようになる。
移動手段１３は、柱部４０が固定される基台（不図示）上に配置されたＸ軸方向に平行な一対のガイドレール５１と、各ガイドレール５１にスライド可能に設けられたＸ軸テーブル５２とを更に備えている。Ｘ軸テーブル５２においても、ガイドレール５１の延出方向に沿ってボールねじ式の移動機構（不図示）等により駆動される。Ｘ軸テーブル５２の上面側にはフレーム保持部材１７が装着され、フレーム保持部材１７の中央の貫通孔に対応する領域においてＸ軸テーブル５２は開口した形状に設けられる（図４参照）。従って、Ｘ軸テーブル５２の駆動によって、フレーム保持部材１７及びこれに支持される環状フレームＦに装着された板状物ＷがＸ軸方向に駆動するようになる。
分割装置１０においては、フレーム保持部材１７に保持された環状フレームＦに保護テープＴを介して支持されている板状物Ｗの分割予定ラインＬ（図２参照）を検出するための検出手段５５を更に備えている。検出手段５５は、改質層による亀裂が分割予定ラインＬとは逆となる板状物Ｗの裏面側に表出し、裏面を上向きとして板状物Ｗが支持されるので、板状物Ｗを下方から検出している。検出手段５５は、光学系および撮像素子（ＣＣＤ）等で構成され、ＹＺ面に平行な取付板５６に取り付けられている。取付板５６は、図１中の矢印で示すようにＹ軸及びＺ軸方向に駆動可能に設けられ、フレーム保持部材１７に保持された板状物Ｗに対する検出手段５５の相対位置を調整可能に設けられる。なお、検出手段５５にあっては、板状物Ｗがシリコン等の場合、板状物Ｗを透過する赤外線カメラとしてもよい。
次いで、本実施の形態の分割装置１０による板状物Ｗの分割方法について図４をも参照して説明する。図４Ａは、板状物を分割する準備状態の説明図、図４Ｂは、板状物を保持した状態の説明図、図４Ｃは、板状物を分割している状態の説明図である。
分割装置１０による分割を行う前に、板状物Ｗにおいては、予めレーザー光線の照射による改質層の連続形成等により、分割予定ラインＬに沿って強度が低下された状態となっている。また、板状物Ｗは、環状フレームＦに装着された保護テープＴに貼着されて保持される。
先ず、図４Ａに示すように、板状物Ｗと一体として環状フレームＦがフレーム保持部材１７の保持面１７ａに載置され、磁力によって環状フレームＦが保持される。この状態で、検出手段５５（図１参照）によって板状物Ｗの分割予定ラインＬが検出され、この検出結果に応じて移動手段１３（図１参照）を駆動させて板状物ＷのＸ軸及びＹ軸方向のアライメントが行われる。このアライメントにより、検出手段５５で検出された分割予定ラインＬの近傍を押圧、割断するため、押圧部２１、第１保持部２３及び第２保持部２４とフレーム保持部材１７に保持された板状物Ｗとの相対位置が調整される。具体的には、板状物Ｗの上方にて、検出手段５５で検出された分割予定ラインＬを挟む一方の位置（図４Ａでは左側）に押圧部２１、他方の位置（図４Ａで右側）に第２保持部２４が配設される。また、板状物Ｗの下方にて、第２保持部２４の直下に第１保持部２３が配設されるので、板状物Ｗに対して第１保持部２３と第２保持部２４とが対向するように位置付けられる。
なお、押圧部２１の位置付けでは、ガイドレール４８に沿って押圧部２１を移動させることで、チップＣの平面チップサイズに応じて第２保持部２４から押圧部２１までの距離が調整される。好ましくは、割断される分割予定ラインＬに対し、各保持部２３、２４が位置する方向とは反対方向にて直近となる分割予定ラインＬの近傍に押圧部２１の押し下げ部材３６の先端が位置付けられる。
上記の位置付けと前後して、不図示の制御手段によって、例えば、検出手段５５で検出した分割予定ラインＬの長さを求め、この長さに応じて対応する長さの矩形状当接部材２７が上向きに位置付けられるよう回転体２６の回転が制御される。具体的には、第１保持部２３にて上向きに位置付けられる矩形状当接部材２７の長さが、検出手段５５で検出した分割予定ラインＬの長さより長く、且つ、図５Ａに示すように矩形状当接部材２７の両端が環状フレームＦの内側に位置するように設定される。これにより、分割予定ラインＬの延在方向全体に亘って矩形状当接部材２７が位置するようになり、且つ、図５Ｂに示すように矩形状当接部材２７が環状フレームＦに接触して後述する保持が行えなくなることを回避できる。
その後、図４Ｂに示すように、第１保持部２３の昇降機構３０を駆動させ、矩形状当接部材２７を上昇させて板状物Ｗに対して進行させる。これにより、保護テープＴを介して板状物Ｗの裏面（下面）側から板状物Ｗが突き上げられ、環状フレームＦの上面より上方に板状物Ｗが配置される。この状態で、第２保持部２４のエアシリンダ３２を駆動させ、上部当接部材３３を下降させて板状物Ｗに対して進行させる。これにより、板状物Ｗに上方から上部当接部材３３が当接し、上部当接部材３３と矩形状当接部材２７とで板状物Ｗの割断する分割予定ラインＬの近傍が板状物Ｗの上面及び下面の両面側から挟むように保持される。
このように保持した状態で、図４Ｃに示すように、押圧部２１のエアシリンダ３５を駆動させ、押し下げ部材３６を下降させて板状物Ｗに対して進行させる。これにより、各保持部２３、２４により保持しているチップＣに対して分割予定ラインＬを挟んで隣り合うチップＣが、押し下げ部材３６によって下方に押圧され、かかる分割予定ラインＬに沿って板状物Ｗが割断して分割される。
分割予定ラインＬにて分割された後、押圧部２１及び各保持部２３、２４にて、押し下げ部材３６、矩形状当接部材２７、上部当接部材３３を板状物Ｗに対して退行させる。そして、フレーム保持部材１７及び板状物ＷをＸ軸方向に移動させ、隣接する領域で未分割となる分割予定ラインＬにて上述と同様の要領で分割が行われ、かかる分割が板状物Ｗの各分割予定ラインＬにて繰り返し行われる。
このような実施の形態によれば、押圧部２１で板状物Ｗを押圧して分割するときに、分割される分割予定ラインＬに隣り合うチップＣが保持部２０で両面側から保持される。これにより、保持部２０で保持されたチップＣが押圧部２１から加わる力で動くことを規制でき、従来の３点ブレーキング法のようにチップＣのエッジにチッピングが発生することを回避することができる。
また、図４Ｃに示すように、保持部２０で保持してから押圧部２１で板状物Ｗを押圧して分割するときに、押圧されたチップＣと、当該チップＣの保持部２０と反対側で隣り合うチップＣとが同様の傾斜角度で傾くようになる。これにより、それらチップＣのエッジ同士が擦れたり突き合わされたりすることを防ぐことができ、これによっても、チップＣのチッピング発生を低減でき、良好な分割が実現することが可能となる。
なお、上記実施の形態では、第１保持部２３が複数の矩形状当接部材２７を備えた構成としたが、これに限定されず、板状物Ｗを保持するための単一の当接部材を備えた構成としてもよい。但し、上記実施の形態のように、長さが異なる複数の矩形状当接部材２７の何れかを選択して用いることで、矩形状当接部材２７の長さを調整できるようになる点で有利となる。
また、上記の矩形状当接部材２７、上部当接部材３３、押し下げ部材３６の形態や構成等は、一例に過ぎないものであり、上記実施の形態と同様の機能を発揮するものであれば、他の構成等に変更してもよい。
また、上記実施の形態にて、板状物Ｗの最初の分割位置の分割予定ラインＬを検出手段５５で検出してから分割し、２本目以降の分割予定ラインＬの分割では、チップＣのサイズに応じて板状物Ｗを移動するよう制御することで検出手段５５による検出を省略してもよい。
また、上記実施の形態では、板状物Ｗの下方から検出手段５５で検出を行うようにしたが、板状物Ｗの上方から検出手段５５で検出を行ってもよい。板状物Ｗでは、改質層によって表面又は裏面に亀裂が表出するので、亀裂及び分割予定ラインＬが両方とも板状物Ｗの表面にある場合は板状物Ｗの表面を上向きとして上方から検出手段５５で検出を行うとよい。更に、検出手段５５を板状物Ｗの上下両側に設けて上方及び下方の両方から検出を行えるようにし、亀裂の方向と分割予定ラインＬがある面の方向との関係によって上下の検出手段５５を使い分けるようにしてもよい。
また、本実施の形態及び変形例を説明したが、本発明の他の実施の形態として、上記実施の形態及び変形例を全体的又は部分的に組み合わせたものでもよい。
また、本発明の実施の形態は上記の実施の形態及び変形例に限定されるものではなく、本発明の技術的思想の趣旨を逸脱しない範囲において様々に変更、置換、変形されてもよい。さらには、技術の進歩又は派生する別技術によって、本発明の技術的思想を別の仕方で実現することができれば、その方法を用いて実施されてもよい。したがって、特許請求の範囲は、本発明の技術的思想の範囲内に含まれ得る全ての実施形態をカバーしている。
以上説明したように、本発明は、分割予定ラインに沿って板状物を複数のチップに分割するときにチッピングの発生を低減することができるという効果を有し、特に、板状物から複数のチップを分割して生成する分割装置に有用である。
１０ 分割装置
１１ フレーム保持手段
１２ 分割手段
１３ 移動手段
２０ 保持部
２１ 押圧部
２３ 第１保持部
２４ 第２保持部
２７ 矩形状当接部材
５５ 検出手段
Ｃ チップ
Ｆ 環状フレーム
Ｌ 分割予定ライン
Ｔ 保護テープ
Ｗ 板状物

Claims (2)

  1. 環状フレームに装着された保護テープの上面に貼着され分割予定ラインに沿って強度が低下して形成されている板状物を、該分割予定ラインに沿って分割する板状物の分割装置であって、
    該環状フレームを保持する保持面を有し回転可能に構成されたフレーム保持手段と、該保護テープに貼着された該板状物の分割予定ラインを検出する検出手段と、該検出手段によって検出された該板状物の該分割予定ラインの近傍を押圧し、該板状物を該分割予定ラインに沿ってチップに分割する分割手段と、該フレーム保持手段と該分割手段とを相対的に移動させる移動手段と、を備え、
    該分割手段は、該板状物の割断する分割予定ライン近傍を該板状物の上面及び下面の両面側から保持する保持部と、該保持部により保持しているチップの該割断する分割予定ラインに対して隣り合うチップを押圧して該分割予定ラインに沿って分割する押圧部と、を備え、
    該押圧部は、進退手段と、該進退手段に接続された押し下げ部材とを備え、
    該保持部で該板状物を挟んで保持し、該進退手段の駆動によって該押し下げ部材を該板状物に対して進行させて該分割予定ラインに沿って分割し、該進退手段の駆動によって該押し下げ部材を該板状物に対して退行し、該保持部を該板状物から退行する分割要領を、該板状物の各該分割予定ラインにて繰り返す板状物の分割装置。
  2. 該保持部は、該保護テープを介して該板状物の下面側から該板状物を突き上げる第１保持部と、該板状物に対して該第１保持部と対向して該板状物の上方に配設され且つ該板状物を上方から当接して保持する第２保持部とを備え、
    該第１保持部は、様々な長さの複数の矩形状当接部材を備え、該分割予定ラインの長さに応じて対応する長さの該矩形状当接部材が位置付けられること、を特徴とする請求項１記載の板状物の分割装置。
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