JP3724256B2

JP3724256B2 - 基板の切断方法及び装置

Info

Publication number: JP3724256B2
Application number: JP13167999A
Authority: JP
Inventors: 浩幸水越; 隆志牧
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1999-05-12
Filing date: 1999-05-12
Publication date: 2005-12-07
Anticipated expiration: 2019-05-12
Also published as: JP2000323811A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、焼成セラミック基板、ウェハー基板、パッケージ基板などの各種の基板の切断に用いて好適な、基板の切断方法及び装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、半導体集積回路素子等の部品を搭載するムライトやアルミナ等からなる焼成セラミック基板を切断する場合には、まず、予め板面に複数のパターンを行列状に形成した焼成セラミック基板を接着用ワックス等の接着剤でガラス板上に接着固定し、それを吸着テーブル上に真空吸着固定する。次に、切断ブレードを高速回転させ、この切断ブレードに対し前記吸着テーブルを水平面内における直交するＸ、Ｙの２方向への相対移動及び当該吸着テーブルの中心軸まわりの回転移動を行うことにより、前記各パターンを含む所望の複数の切断片に切断している。
【０００３】
斯かる焼成セラミック基板の切断に関する従来技術としては、特開平０５−１６２１１２号公報に記載のものが知られている。
【０００４】
この従来技術では、オペレータが、マニュアル操作によって、吸着テーブル上の焼成セラミック基板板面における複数のパターンのうち、同一行又は列の任意の２点をカメラで認識した後、当該カメラの撮影映像をモニター上で目視し、その２点視野内でのパターンと切断ブレードの走査軌跡との位置決めをモニタ上で行い、この位置決めした走査軌跡に従って切断ブレードが移動できるように、吸着テーブルを回転・移動させることによって、切断を行っている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上記従来技術には、以下のような問題があった。
【０００６】
すなわち、焼成セラミック基板は、焼結の際に基板が収縮し、特に拘束の少ない基板の最外周においてはその収縮の程度も大きくなる。従って、基板表面上に予めパターンを形成した場合には、焼結後においてパターン自体も湾曲する場合が多々発生する。このため、２点視野での位置決めを行った場合、オペレータのスキルの差に伴う認識位置の違い等により、走査軌跡とパターンとにずれを生じることになり、所定の切断寸法精度では切断できるものの、パターンが切断されたり、パターンが切断後の切断片内において偏ってしまう精度不良が生じるという問題があった。
【０００７】
斯かる問題の対応策として、オペレータがマニュアル操作によって、モニター内で認識されるパターン上において、走査軌跡を繰り返しスキャンさせて当該パターンの位置を確認し、切断を行うことも考えられるが、製造効率（スループット）を著しく低下させてしまう問題がある。
【０００８】
従って、本発明の目的は、所定のパターンを板面に形成した基板を、製造効率を低下させずにかつ高精度に切断することが可能な、基板の切断方法及び装置を提供することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
前記目的を達成するため、本発明は、板面に複数のパターンを行列状に形成してなる基板を、所定の切断寸法を間隔とする該各行及び該各列毎の走査軌跡に従って切断手段で切断し、前記各パターンを含んだ複数の切断片とする基板の切断方法であって、切断前における前記各パターンを含む基板の画像を所定の認識位置において認識手段で認識し、認識した該画像に基づいて各パターンの外形位置を演算処理手段で求め、該外形位置と前記各行及び前記各列毎の前記走査軌跡との距離に基づいて、前記切断寸法内において前記各パターンの前記外形位置が略均等に位置するように前記各行及び前記各列毎に前記走査軌跡の位置を決定することを第１の特徴としている。
【００１０】
また、本発明は、前記第１の特徴を有する基板の切断方法において、前記行及び前記列に沿った複数の前記外形位置に基づいた前記各行及び前記各列毎の一対の近似直線、並びに該一対の近似直線の傾きに基づいた前記走査軌跡の傾きを、前記演算処理手段で求め、さらに、前記行又は列毎における前記距離の差の二乗和が最小となるように、前記走査軌跡の位置を決定することを第２の特徴としている。
【００１１】
また、本発明は、板面に複数のパターンを行列状に形成してなる基板を、所定の切断寸法を間隔とする該各行及び該各列毎の走査軌跡に従って切断し、前記各パターンを含んだ複数の切断片とする基板の切断装置であって、前記基板を切断する切断手段と、切断前における前記各パターンを含む前記基板の画像を認識する認識手段と、認識した該画像の画像処理を行う画像処理手段と、該画像処理手段で処理した処理画像に基づいて外形位置を求めさらに該外形位置と前記各行及び各列毎の走査軌跡との距離に基づいて前記切断寸法内において前記各パターンの前記外形位置が略均等に位置するように前記各行及び前記各列毎に前記走査軌跡の位置を決定する演算処理手段とを備えていることを特徴としている。
【００１２】
本発明において、パターンの外形位置とは、各パターンを含む基板の板面のイメージ座標上におけるパターンの外形位置（座標）で演算処理上使用するものをいい、走査軌跡とは、このパターンの外形位置に基づいて定める傾きを有するイメージ座標上の直線をいう。
【００１３】
本発明において切断対象となる基板は、半導体集積回路素子等の部品を搭載するムライトやアルミナ等絶縁性セラミックスの焼成セラミック基板（プリント基板）、ＩＣ、ＬＳＩ等に使用されるシリコン、ガリウム砒素等の各種半導体のウェハー基板、磁性基板、圧電基板、そのほか各種パッケージ（実装）基板を含むものであり、また、基板の板面に形成されたパターンは、回路パターン、切断案内線を含むものである。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の一実施形態を添付図面に基づいて説明する。なお、本発明は本実施形態に限定されるものではない。
【００１５】
図１及び図２は、本発明に係る基板の切断装置の一実施形態を示したものである。同図において、符号Ｓは基板の切断装置（以下、単に切断装置ともいう）を示している。
【００１６】
切断装置Ｓは、例えば、図３に示したような、板面に複数のパターンＰ（Ｐ₁₁，，，Ｐ₃₃）を３×３の行列（Ｘ（Ｘ₁，Ｘ₂，Ｘ₃）行、Ｙ（Ｙ₁，Ｙ₂，Ｙ₃）列）状に形成してなる焼成セラミック基板３１を、インデックス（切断寸法：Ｉ_w×Ｉ_D）を間隔とする各Ｙ行及び各Ｘ列毎の走査軌跡に従って切断し、各パターンを含んだ複数の切断片とする装置である。
【００１７】
図１に示したように、切断装置Ｓは、切断装置本体１と、切断装置本体１を制御する制御系統を含む制御装置２とから構成されている。
【００１８】
切断装置本体１は、図２に示したように、焼成されたセラミック基板３１が接着されるガラス板３３（図４参照）を真空吸着固定する吸着テーブル３４と、セラミック基板３１を切断する切断ブレード３５と、切断ブレード３５を回転・駆動させる切断用モータ２４と、切断ブレード３５を吸着テーブル３４上のセラミック基板３１に対して、相対的にＸ、Ｙ、Ｚ方向に移動及びθ方向に回転させるＸ、Ｙ、Ｚ、θ方向相対移動機構４、１０、１５、９と、これらを設置するベース３とから構成されている。
【００１９】
上記Ｘ方向相対移動機構４は、Ｘ方向に平行にベース３に固定されたリニアガイド５と、リニアガイド５上を移動するＸ方向移動ベース６と、これをリニアガイド５上に沿って移動させるＸ方向移動用サーボモータ７と、このサーボモータ７によって軸周りに回転してベース６をＸ方向に移動させる送りねじ８とを備えている。
【００２０】
θ方向相対移動機構９は、Ｘ方向移動ベース６上に設置されており、また、θ方向回転用モータ（図示せず）を備えている。そして、このモータの回転軸に吸着テーブル３４が設置されており、このモータにより吸着テーブル３４がθ方向に回転できるように構成されている。
【００２１】
Ｙ方向相対移動機構１０は、Ｙ方向に平行に設置されたリニアガイド１１と、このリニアガイド１１上を移動するＹ方向移動用ベース１２と、これをリニアガイド１１に沿って移動させるＹ方向移動用ステッピングモータ１３と、このステッピングモータ１３によって軸周りに回転してＹ方向移動用ベース１２をＹ方向に移動させる送りねじ（図示せず）とを備えている。
【００２２】
また、Ｙ軸相対移動機構１０の先端部には、基板上に形成された各パターンの外形位置を、Ｘ方向及びＹ方向の所定の認識位置において認識するＣＣＤカメラユニット（認識手段）１８が搭載されている。
【００２３】
Ｚ方向相対移動機構１５は、切断ブレード３５及び切断用モータ２４を備えた切断機構部分を揺動可能に支持するＺ軸支持機構１６と、切断機構部分をＺ方向に平行に移動させるＺ方向移動用ステッピングモータ１７とを備えており、ｚ軸支持機構１６は、上記Ｙ方向移動用ベース１２上に設置されている。
【００２４】
制御装置２は、図１に示したように、ＣＣＤカメラユニット１８で撮影した画像を処理する画像処理回路（画像処理手段）１９と、各種の演算処理を行うＣＰＵ（演算処理手段）２０と、ＣＰＵ２０の指示に従って上記各モータの駆動を制御する駆動回路２１と、キーボード２２とを備えている。
【００２５】
次に、上記切断装置Ｓを使用して、図３のセラミック基板３１を、各パターンＰ₁₁，，，Ｐ₃₃を含む切断片に切断する手順について図５のフローチャートに基づいて説明する。
【００２６】
まず、オペレータは、電源を投入し、切断装置Ｓの初期設定を行う（図５Ｓｔｅｐ１参照）。
【００２７】
次に、キーボード２２から、切断する基板に応じたインデックスを入力する（図５Ｓｔｅｐ２参照）。この時、切断ブレード３５の厚み等を補正しておく。また、パターンの寸法、間隔及び個数、ワークの切り込み深さ並びに切断ブレード３５のＺ方向への逃げ量、後述する走査軌跡の位置決めの走査間隔等を入力する。さらに、ＣＣＤカメラユニット１８によるパターンの外形位置の認識位置Ｃ_A、Ｃ_B、Ｃ_C、Ｃ_D、Ｃ_E、Ｃ_F（図６参照）ついても、あらかじめワークを用いてティーチング操作求めた、Ｘ列、Ｙ行の各行列における認識位置の値を入力する。
【００２８】
なお、本実施形態では、後述するように、パターンの外形位置と走査軌跡との距離に所定の閾値を設定しておき、パターンの外形位置と走査軌跡との距離がこの閾値に満たない場合には、切断を実行せずにモニター２３上でその旨の表示を行ってオペレータに視認させるような演算処理機能が付加されているが、この閾値も入力する。
【００２９】
次に、オペレータは、図４に示したように、焼成されたセラミック基板３１を、ワックス３２を用いてガラス板３３上に接着させ、さらにこれを、Ｘ方向、Ｙ方向とＸ行、Ｙ行とを略合わせて吸着テーブル３４上に載置した後、当該テーブル３４上において真空吸着して固定する。
【００３０】
次に、上記Ｓｔｅｐ２で入力されたセラミック基板３１に適応したプログラムを実行し、自動でパターンの外形位置を求める（図５Ｓｔｅｐ３参照）。
【００３１】
まず、上記Ｓ２で入力されたデータに基づいて、セラミック基板３１のパターンの外形位置を各認識位置において順次求める。本実施形態においては、求めるパターンの外形位置は３６点となる。この求める外形位置の数については、パターンの数と異形の度合いに応じて適宜設定する。
【００３２】
各認識位置において認識する各パターンの外形位置は、具体的には、図６に示したように、ＣＣＤカメラユニット１８で撮影したスポット画像を上記画像処理回路１９で二値化処理し、その二値化処理した画像の各方向（本実施形態ではＸ、Ｙ方向）の認識位置座標と、各パターンの外形の二値化部分との交点を演算処理で求める。
【００３３】
例えば、外形位置Ａについては、認識位置Ｃ_A（Ｘ₁，Ｙ_A）におけるパターンの外形と当該認識位置Ｃ_AのＸ座標とからＡ（Ｘ₁，Ｙ₁）として求める（図５ｓｔｅｐ４）。
【００３４】
次に、実際に切断ブレード３５でセラミック基板３１を切断する走査軌跡を決定するための手順について説明する。なお、便宜上、以下の説明では、図３におけるＹ₁行に並んだ３つのパターン（Ｐ₁₁，Ｐ₂₁，Ｐ₃₁）についてのみ説明するが、実際の演算処理は、基板３１上の他のＹ₂、Ｙ₃行及びＸ列に並んだパターンについても行う。
【００３５】
まず、図６に示したように、ＣＰＵ２０は、上記のように求めた外形位置Ａ（Ｘ₁，Ｙ₁）、Ｂ（Ｘ₂，Ｙ₂）、Ｃ（Ｘ₃，Ｙ₃）、Ｄ（Ｘ₁，Ｙ₁’）、Ｅ（Ｘ₂，Ｙ₂’）、Ｆ（Ｘ₃，Ｙ₃’）から、Ｙ行に沿ったＡ，Ｂ，Ｃ及びＤ，Ｅ，Ｆの各３つの外形位置に基づいて、Ｙ1行の一対の近似直線Ｌ₁及びＬ₂（傾きθ₁及びθ₂）を求める。そして、（θ₁＋θ₂）の１／２を走査軌跡Ｌの傾きθとする。
【００３６】
次に、ＣＰＵ２０は、パターンのインデックス内における均一化を図るため、前述のように決定した傾きθの走査軌跡Ｌを、Ｙ₁行に並ぶ３つのパターンを挟んでインデックスＩ_D内において外形位置Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄ、Ｅ、Ｆが略均等に位置するように演算処理を行う。
【００３７】
すなわち、下記式に示すように、各パターンにおけるＸ列の対応する各距離（Ｍ_xn、ｍ_xn）の差の二乗和又はこの二乗和の正の平方根が最小となるように、所定の走査間隔ごとに走査軌跡Ｌを走査させたときの各位置ごとに演算処理を行い、走査軌跡の位置決めを行う。
（Ｍ_X1−ｍ_X1）²＋（Ｍ_X2−ｍ_X2）²＋（Ｍ_X3−ｍ_X3）²
この走査軌跡の位置決めの演算を行った後に、エラー処理として、ＣＵＰ２０は、異形が非常に大きく、位置決めした上下の走査軌跡Ｌと各外形位置との距離が一つでも所定の閾値未満（本実施形態では、閾値は、０．０２ｍｍ）のとき、又は、外形位置が一つでも切断寸法の外に位置しているときには、モニター２３上への警告表示若しくは警告音などでオペレータに確認を促し、再度設定をやり直して自動で位置決めを実行するか、又はオペレータのマニュアル操作で走査軌跡の位置決めを行うかの判断を、オペレータに求める（図５Ｓｔｅｐ５）。このエラー処理は、切断寸法に対して異形の影響が無視できる場合には、省略することもできる。
【００３８】
ＣＰＵ２０は、上述の走査軌跡の演算処理を、Ｙ₂，Ｙ₃行及びＸ₁、Ｘ₂、Ｘ₃列に並ぶすべてのパターンについても同様に行う。つまり、各行及び各列に対する走査軌跡の位置決めは、本実施形態では、Ｙ行方向で３回、Ｘ列方向で３回の計６回行う。このようにして、すべての行、列における各パターンに対する走査軌跡の位置決めを自動的に行う。
【００３９】
そして、すべての走査軌跡の位置決めが終了すると、ＣＰＵ２０は、駆動回路２１を通じ、サーボモータ７による吸着テーブル３４のＸ方向移動、モータによる吸着テーブル３４の回転及びステッピングモータ１３による切断ブレード３５のＹ方向の移動を行い、上記演算処理により求めた各走査軌跡に従って切断ブレード３５を移動させるとともに、切断モータ２４を駆動させてセラミック基板３１の切断を開始する（図５Ｓｔｅｐ６）。
【００４０】
切断は、例えば、Ｐ₁₁，Ｐ₁₂，，，Ｐ₃₃の順に一つのパターンを含む切断片に一片ずつ切断する。
【００４１】
以上説明したように、本実施形態の基板の切断装置Ｓ及びこれを用いた基板の切断方法によれば、切断後における各パターンの切断を防ぐことができるほか、偏りのない位置にパターンを有する切断片を自動的に切断することができる。従って、オペレータによるスキルの違いに影響を受けずかつ走査軌跡の位置決め等の大幅な短縮が図れるため、精度の高い切断片を効率よく製造することが可能である。
【００４２】
なお、上記実施形態では、３×３の９個のパターンを形成したセラミック基板３１を例にその切断方法について説明したが、基板並びに基板に形成するパターンの数及び形状はこれに限定されないことはいうまでもない。
【００４３】
【発明の効果】
本発明に係る基板の切断方法及び基板の切断装置によれば、切断後におけるパターンの切断を防ぐことができるほか、偏りのない位置にパターンを有する切断片を、自動的に切断することが可能である。従って、オペレータによるスキルの違いに影響を受けずかつ走査軌跡の位置決め等の大幅な短縮がはかれるため、制度の高い切断片を効率よく製造することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る基板の切断装置の一実施形態における要部の構成及び制御系統を示す概略図である。
【図２】同実施形態の基板の切断装置における切断装置本体の斜視図である。
【図３】本発明に係る基板の切断方法に使用するセラミック基板の一例を示す平面図である。
【図４】同セラミック基板をガラス板及び吸着テーブルに固定した状態を示す概略斜視図である。
【図５】同実施形態の切断装置を使用した基板の切断方法の手順を示すフローチャートである。
【図６】同実施形態における認識位置の画像に基づくパターンの外形位置の演算処理を説明するための概略図である。
【図７】同実施形態における走査軌跡の傾きの演算処理を説明するための概略図である。
【図８】同実施形態における走査軌跡の位置決めの演算処理を説明するための概略図である。
【符号の説明】
１８：ＣＣＤカメラユニット（認識手段）、２：ＣＰＵ（演算処理手段）、３１：セラミック基板（基板）、３５：切断用ブレード（切断手段）、Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄ，Ｅ，Ｆ：外形位置、Ｃ_A，Ｃ_B，Ｃ_C，Ｃ_D，Ｃ_E，Ｃ_F：認識位置、Ｌ：走査軌跡、Ｉ_W，Ｉ_D：切断寸法、Ｐ，Ｐ₁₁，Ｐ₁₂，Ｐ₁₃，Ｐ₂₁，Ｐ₂₂，Ｐ₂₃，Ｐ₃₁，Ｐ₃₂，Ｐ₃₃：パターン、Ｓ：切断装置。

Claims

板面に複数のパターンを行列状に形成してなる基板を、所定の切断寸法を間隔とする該各行及び該各列毎の走査軌跡に従って切断手段で切断し、前記各パターンを含んだ複数の切断片とする基板の切断方法であって、
切断前における前記各パターンを含む基板の画像を所定の認識位置において認識手段で認識し、認識した該画像に基づいて各パターンの外形位置を演算処理手段で求め、該外形位置と前記各行及び前記各列毎の前記走査軌跡との距離に基づいて、前記切断寸法内において前記各パターンの前記外形位置が略均等に位置するように前記各行及び前記各列毎に前記走査軌跡の位置を決定し、
前記行及び前記列に沿った複数の前記外形位置に基づいた前記各行及び前記各列毎の一対の近似直線、並びに該一対の近似直線の傾きに基づいた前記走査軌跡の傾きを、前記演算処理手段で求め、さらに、前記行又は列毎における前記距離の差の二乗和が最小となるように、前記走査軌跡の位置を決定することを特徴とする基板の切断方法。