JP2008307747A

JP2008307747A - 脆性材料の割断方法

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Publication number: JP2008307747A
Application number: JP2007156475A
Authority: JP
Inventors: Ryoji Koseki; 良治小関
Original assignee: Shibuya Kogyo Co Ltd
Current assignee: Shibuya Corp
Priority date: 2007-06-13
Filing date: 2007-06-13
Publication date: 2008-12-25
Anticipated expiration: 2027-06-13
Also published as: JP5076662B2

Abstract

【解決手段】メカニカルカッタ１１によって脆性材料２の表面にスクライブ溝Ｓを形成し、その後当該スクライブ溝Ｓにレーザ光を照射することで脆性材料を割断する脆性材料の割断方法であって、
Ｘ方向割断予定線Ｂｘに沿って該脆性材料２を割断した後、Ｘ方向割断予定線Ｂｘに交差するＹ方向割断予定線Ｂｙに沿って脆性材料２を割断する際、該Ｙ方向割断予定線Ｂｙが既に割断された割断線Ｂを交差する部位では、メカニカルカッタ１１の押圧力を低くして、基準押圧力部分Ｓａよりも浅い第２小押圧力部分Ｓｃ２とする。
【効果】メカニカルカッタによる脆性材料の破損を防止することができる。
【選択図】図４

Description

本発明は脆性材料の割断方法に関し、具体的には脆性材料の表面にスクライブ溝を形成し、該スクライブ溝から亀裂を伸展させて割断線を形成し脆性材料を分離する脆性材料の割断方法に関する。

従来、半導体ウエハやガラス板等の脆性材料の表面にスクライブ溝を形成し、該スクライブ溝に沿ってレーザ光を照射することで、スクライブ溝から亀裂を伸展させ、脆性材料を所要形状の半導体チップや液晶ディスプレイ用パネル等の基板に割断する方法が知られている（特許文献１、２）。
特開昭５４−１０６５２４号公報特開２００２−３１６８２９号公報

ここで、例えば矩形の液晶ディスプレイ用パネルを製造する場合、脆性材料としてのガラス板の４辺を割断する必要があり、特許文献２の場合、最初にＸ方向に脆性材料を割断して短冊状の脆性材料を得たら、続いて該短冊状の脆性材料のそれぞれＹ方向に割断するようになっている。
この場合、短冊状の脆性材料をそれぞれ離隔させてからＹ方向の割断を行わなければならず、工程が煩雑になるという問題があった。
これに対し、脆性材料をＸ方向に割断した後、そのままＹ方向に割断しようとすると、Ｘ方向に形成された割断線を交差するようにＹ方向に向けてスクライブ溝を形成しなければならない。
この際、メカニカルカッタが上記割断線の位置で脆性材料に衝突し、その衝撃によって脆性材料が破損するおそれがあった。
このような問題に鑑み、本発明は割断線を交差するようにスクライブ溝を形成する場合であっても、脆性材料の破損を防止することの可能な脆性材料の割断方法を提供するものである。

すなわち、請求項１における脆性材料の割断方法は、脆性材料の表面にスクライブ溝を形成し、該スクライブ溝から亀裂を伸展させて割断線を形成し脆性材料を分離する脆性材料の割断方法において、
上記スクライブ溝は、上記メカニカルカッタを脆性材料の表面に所要の基準押圧力で押圧しながら移動させて形成する基準押圧力部分と、上記基準押圧力よりも小さな押圧力で押圧しながら移動させて形成する小押圧力部分とを有し、
上記小押圧力部分を、既に形成された上記割断線と交差する部位に形成することを特徴としている。

上記発明によれば、既に形成された割断線と交差する部位に小押圧力部分を形成するため、上記メカニカルカッタが割断線と交差する際に脆性材料に衝突する衝撃を抑えることができ、脆性材料の破損を防止することができる。

以下、図示実施例について説明すると、図１は割断装置１を示し、ガラス板などの脆性材料２を割断することで液晶ディスプレイ用パネルなどの基板を製造する装置となっている。
この割断装置１は、上記脆性材料２を保持する加工テーブル３と、脆性材料２を割断する第１、第２加工ヘッド４，５と、これら第１、第２加工ヘッド４，５を上記加工テーブル３に対して相対移動させる移動手段６とを備え、これらは図示しない制御手段によって制御されるようになっている。
以下の説明では、図１の図示上下方向をＸ方向とし、これに直交する図示左右方向をＹ方向として説明する。
上記脆性材料２は略長方形となっており、その長辺がＸ方向を、短辺がＹ方向を向いた状態で上記加工テーブル３に載置され、Ｘ方向に設定されたＸ方向割断予定線ＢｘおよびＹ方向に設定されたＹ方向割断予定線Ｂｙに沿って脆性材料２を割断することで、長方形の基板２ａと該基板２ａの外周に位置する不要部分２ｂとに分離するようになっている。
上記加工テーブル３の表面には図示しない多数の孔が穿設されており、各孔には図示しないエア給排手段が接続されている。そして該エア給排手段によってこれらの孔からエアを吸引することで、脆性材料２を加工テーブル３の表面に吸着保持するようになっている。

上記第１加工ヘッド４は上記移動手段６によって移動することで上記Ｘ方向割断予定線Ｂｘに沿って脆性材料２を割断し、第２加工ヘッド５は移動手段６によって移動することで上記Ｙ方向割断予定線Ｂｙに沿って脆性材料２を割断するようになっている。
上記移動手段６は上記加工テーブル３を挟んで設けられた２つのレール部材６ａ，６ａと、該レール部材６ａ，６ａに沿ってＸ方向に移動する２つの可動レール６ｂ、６ｂとを備え、上記第１、第２加工ヘッド４，５はそれぞれ上記可動レール６ｂ、６ｂに沿ってＹ方向に移動可能に設けられている。
これにより、上記第１、第２加工ヘッド４，５は上記脆性材料２に対してＸ方向およびＹ方向に相対移動することが可能となっている。

図２は上記第１加工ヘッド４を示し、上記第２加工ヘッド５は第１加工ヘッド４と略同一の構成を有するため、詳細な説明は省略する。
第１加工ヘッド４は脆性材料２の表面にスクライブ溝Ｓを形成するメカニカルカッタ１１と、脆性材料２の表面にレーザ光Ｌを照射するレーザ光照射手段１２と、上記メカニカルカッタ１１を脆性材料２に押圧する押圧手段１３とを備えている。
上記メカニカルカッタ１１は図３に示すように外周部分の断面が略Ｖ字型となった略円盤形状の部材であり、該略Ｖ字型の外周部分を脆性材料２の表面に押圧しながらＸ方向に移動させると、メカニカルカッタ１１が回転して脆性材料２の表面にＸ方向に向けて微小なスクライブ溝Ｓが形成されるようになっている。

上記押圧手段１３は、上記メカニカルカッタ１１を昇降させるエアシリンダ１３ａと、当該エアシリンダ１３ａへの加圧エアの供給を行うエア供給手段１３ｂと、これらエアシリンダ１３ａとエア供給手段１３ｂとの間に設けられたレギュレータ１３ｃとから構成されている。
上記エアシリンダ１３ａはメカニカルカッタ１１を上下方向に移動可能に保持するようになっており、また上記レギュレータ１３ｃを介して供給されるエア圧により、メカニカルカッタ１１を所要の押圧力で脆性材料２の表面に押圧するようになっている。
上記レギュレータ１３ｃは制御手段によって制御され、エアシリンダ１３ａに供給するエア圧を制御することで、エアシリンダ１３ａがメカニカルカッタ１１を介して脆性材料２を押圧する押圧力を変化させ、これによりスクライブ溝Ｓの深さを変更するようになっている。
つまり、エアシリンダ１３ａの押圧力を小さくするとメカニカルカッタ１１は脆性材料２からの抗力によって浅いスクライブ溝Ｓを形成し、エアシリンダ１３ａの押圧力を大きくすると深いスクライブ溝Ｓを形成することができる。
なお、支持テーブル３の載置面に微小な凹凸がある場合、エアシリンダ１３ａの押圧力を一定に保つと、該凹凸形状に応じてメカニカルカッタ１１から脆性材料２に作用する押圧力が変動し、スクライブ溝Ｓの深さを一定に保つことができない。
そこで、予め制御手段に上記支持テーブル３の表面の凹凸形状を計測しておき、当該凹凸形状に応じて上記エアシリンダ１３ａの押圧力を変化させて、メカニカルカッタ１１から脆性材料２に作用する押圧力が一定となるように制御し、スクライブ溝Ｓの深さを一定に保つことができるようになっている。

上記レーザ光照射手段１２は上記メカニカルカッタ１１のＸ方向に隣接した位置に設けられ、第１加工ヘッド４が移動手段６によってＸ方向に移動する際、レーザ光照射手段１２によるレーザ光Ｌの照射スポットは上記メカニカルカッタ１１の後方を追従して移動するようになっている。
レーザ光照射手段１２にはＣＯ_２レーザを使用することができ、発振器１２ａより発振されたレーザ光Ｌは反射レンズや図示しない集光レンズ等を介して、上記メカニカルカッタ１１が形成したスクライブ溝Ｓに沿って細長い形状で照射されるようになっている。
このようにレーザ光Ｌをスクライブ溝Ｓ上に照射すると、脆性材料２の内部でスクライブ溝Ｓを挟んで対称な位置に熱応力が発生し、これにより脆性材料２が熱膨張してスクライブ溝Ｓの略Ｖ字型の底部より亀裂が発生し、この亀裂が脆性材料２の下端まで伸展することで脆性材料２が割断されることとなる。
なお、このような微小なスクライブ溝Ｓを形成した後、該スクライブ溝Ｓにレーザ光Ｌを照射して脆性材料２を割断すること自体は従来公知であり、また上記レーザ光照射手段１２に代えて、赤外線ランプ等を使用することも可能である。

以下、上記構成を有する割断装置１による脆性材料２の割断方法について説明する。
最初に、割断装置１は上記第１加工ヘッド４により割断線Ｂと交差しないＸ方向割断予定線Ｂｘに従って脆性材料２を割断する。
図３は、このときの上記押圧手段１３による押圧力（ａ）と、このとき形成されるスクライブ溝Ｓの深さ（ｂ）と、上記移動手段６による第１加工ヘッド４の移動速度（ｃ）とについて示している。
まず、図３（ｂ）に示すようにメカニカルカッタ１１は脆性材料２に対してＸ方向割断予定線Ｂｘの延長線上でＸ方向に離れた位置で停止しており、このときメカニカルカッタ１１の下端部は脆性材料２の表面よりも下方に位置している。
その後、第１加工ヘッド４をＸ方向に移動させ、所定速度に達する前の低速の状態でメカニカルカッタ１１を脆性材料２に接触させる。メカニカルカッタ１１が脆性材料２に接触すると、該メカニカルカッタ１１によって脆性材料２の表面にスクライブ溝Ｓが形成され、またこのとき脆性材料２からの反作用によってメカニカルカッタ１１は上昇するようになっている。
続いて、図３（ｃ）に示すように移動手段６は第１加工ヘッド４を所定の加速度でＸ方向に加速させ、その後所定速度に達したら当該速度を保ったままＸ方向割断予定線Ｂｘの終端部付近まで一定の速度で移動させる。
そして、第１加工ヘッド４は、図示しないがＸ方向割断予定線Ｂｘの終端部付近で減速し、メカニカルカッタ１１が脆性材料２から外れた後、停止するようになっている。

一方図３（ａ）に示すように、上記押圧手段１３はメカニカルカッタ１１がＸ方向に移動している間、その押圧力を変更して脆性材料２に形成されるスクライブ溝Ｓの深さを所要の場所に応じて変化させるようになっている。
図３（ｂ）に示すように、スクライブ溝Ｓはその深さに応じて脆性材料２の中央部分等に形成される基準押圧力部分Ｓａ、この基準押圧力部分Ｓａよりも深く形成される大押圧力部分Ｓｂ、基準押圧力部分Ｓａよりも浅く形成される小押圧力部分Ｓｃから構成されている。
上記基準押圧力部分Ｓａは押圧手段１３が所要の基準押圧力でメカニカルカッタ１１を押圧することで形成され、大押圧力部分Ｓｂは基準押圧力よりも高い押圧力で押圧することにより形成され、小押圧力部分Ｓｃは基準押圧力よりも低い押圧力で押圧することにより形成されるようになっている。
ここで上記基準押圧力とは、脆性材料２を破損させずにスクライブ溝Ｓを形成し、かつ形成したスクライブ溝Ｓにレーザ光Ｌを照射したときに、適正に脆性材料２が割断できる押圧力のことをいう。
例えばこの基準押圧力よりも大きな押圧力でスクライブ溝Ｓを形成すると、形成したスクライブ溝Ｓから水平クラックが発生して脆性材料が破損してしまう恐れがあり、また基準押圧力より小さいと、形成したスクライブ溝Ｓにレーザ光Ｌを照射しても完全に割断できない場合がある。
そして上記基準押圧力部分Ｓａとは、上記基準押圧力によってスクライブ溝Ｓが形成される部分のことであって、当該基準押圧力部分Ｓａの深さのスクライブ溝Ｓにレーザ光Ｌを照射すれば、適切に脆性材料２を割断することができる。
また基準押圧力部分Ｓａが形成される位置に、支持テーブル３の載置面に微小な凹凸がある場合、上記押圧手段１３はその凹凸に応じて押圧力を変化させて脆性材料２に作用する押圧力を一定に保持し、基準押圧力部分Ｓａでのスクライブ溝Ｓの深さが一定となるように制御する。
そして、Ｘ方向割断予定線Ｂｘに沿ってスクライブ溝Ｓを形成する場合、Ｘ方向割断予定線の始端部に上記小押圧力部分Ｓｃを形成し、該小押圧力部分Ｓｃに隣接した下流側に大押圧力部分Ｓｂを形成し、さらにこの大押圧力部分Ｓｂの隣接した下流側に基準押圧力部分Ｓａが形成されるようになっている。
そして小押圧力部分Ｓｃから大押圧力部分Ｓｂにかけては押圧手段１３による押圧力を徐々に上昇させ、小押圧力部分Ｓｃから大押圧力部分Ｓｂにかけてスクライブ溝Ｓの深さが徐々に深くなるようになっている。これと同様、大押圧力部分Ｓｂから基準押圧力部分Ｓａにかけて押圧手段１３による押圧力が徐々に下降するようになっている。

このように脆性材料２のＸ方向割断予定線Ｂｘの始端部に押圧力の小さい小押圧力部分Ｓｃを形成することで、スクライブ溝Ｓを形成し始める際にメカニカルカッタ１１が脆性材料２に与える衝撃を緩和することができ、脆性材料２の破損を防止することができる。
また、この小押圧力部分Ｓｃを形成する部分での第１加工ヘッド４の移動速度は遅くなっているため、脆性材料に与える衝撃が緩和されるようになっている。
しかしながら、この小押圧力部分Ｓｃは上記基準押圧力部分Ｓａに比べて浅いため、この小押圧力部分Ｓｃにレーザ光Ｌを照射しても、スクライブ溝Ｓの始端部では亀裂が脆性材料２の下端部まで到達しない場合があり、脆性材料２の割断が適切に行われない場合がある。
そこで、この小押圧力部分Ｓｃに隣接した位置に上記大押圧力部分Ｓｂを形成することにより、上記小押圧力部分Ｓｃから大押圧力部分Ｓｂにレーザ光Ｌが照射されると、大押圧力部分Ｓｂから上流側に位置する小押圧力部分Ｓｃに向けて伸展する亀裂が発生し、脆性材料２を適切に割断することが可能となる。

そして、第１加工ヘッド４をＸ方向に移動させると、上記メカニカルカッタ１１の後方を上記レーザ光照射手段１２によるレーザ光Ｌの照射スポットが追従して移動し、スクライブ溝Ｓに沿ってレーザ光Ｌが照射されてスクライブ溝Ｓの底部より亀裂が伸展し、脆性材料２が割断される。
このとき上記加工テーブル３は負圧の発生を維持しており、脆性材料２を割断することで得られた基板２ａと不要部分２ｂとはそのまま隣接した状態で加工テーブル３上に保持される。そして隣接する基板２ａと不要部分２ｂとの間には上記亀裂によって割断線Ｂが形成される（図４参照）。
このように一方のＸ方向割断予定線Ｂｘに従って脆性材料２の割断を行ったら、第１加工ヘッド４は上記移動手段６によって他方のＸ方向割断予定線Ｂｘの始端部まで移動し、その後上記図３に示したのと同じ条件で脆性材料２の割断を行う。

このようにして第１加工ヘッド４によって脆性材料２にＸ方向に２本の割断線Ｂが形成されると、上記Ｙ方向割断予定線Ｂｙはこれら２本の割断線Ｂを交差していることとなる。
図４は第２加工ヘッド５によってＹ方向割断予定線Ｂｙに沿ってスクライブ溝Ｓを形成する際の、押圧手段１３による押圧力（ａ）と、このとき形成されるスクライブ溝Ｓの深さ（ｂ）と、上記移動手段６による第２加工ヘッド５の移動速度（ｃ）とについて示している。
図４（ｂ）に示すように、脆性材料２には上記第１加工ヘッド４によって基板２ａと不要部分２ｂとに割断された割断線Ｂが形成されており、第２加工ヘッド５のメカニカルカッタ１１はこの割断線Ｂを交差するようにスクライブ溝Ｓを形成しなければならない。

そこで、Ｙ方向割断予定線Ｂｙに沿って形成されるスクライブ溝Ｓは、Ｙ方向始端部から順に、第１小押圧力部分Ｓｃ１、大押圧力部分Ｓｂ、第２小押圧力部分Ｓｃ２、大押圧力部分Ｓｂ、基準押圧力部分Ｓａの順に形成するようになっている。
このうち、始端部に位置する上記第１小押圧力部分Ｓｃ１は、上記第１加工ヘッド４によってＸ方向割断予定線Ｂｘの始端部にスクライブ溝Ｓを形成する場合と同じ押圧力で形成されている。
そして上記第２小押圧力部分Ｓｃ２は上記割断線Ｂと交差する位置に形成されており、この第２小押圧力部分Ｓｃ２に隣接して上流側および下流側には大押圧力部分Ｓｂが形成され、これらの間の押圧力は徐々に変化するようになっている。
またこの交差部を通過する際の上記移動手段６による第２加工ヘッド５の移動速度は他の部分と変わらず一定の速度となっており、減速させる必要がないので加工時間が長くなる恐れはない。
このように上記割断線Ｂとの交差部に第２小押圧力部分Ｓｃ２を形成することで、メカニカルカッタ１１が割断線Ｂに位置する基板２ａに接触しても、その衝撃によって該基板２ａが破損してしまうのを防止することができる。
また、第２小押圧力部分Ｓｃ２の隣接下流側に大押圧力部分Ｓｂを形成することで、これら大押圧力部分Ｓｂから上流側の小押圧力部分Ｓｃ２に伸展する亀裂を発生させて、基板２ａの始端部を適切に割断することができる。

そして、図５に示すようにＹ方向割断予定線Ｂｙの終端部では、スクライブ溝Ｓはそれまで形成されていた基準押圧力部分Ｓａに続き、上記第２小押圧力部分Ｓｃ２、基準押圧力部分Ｓａの順で形成されるようになっている。
上記第２小押圧力部分Ｓｃ２は上記割断線Ｂと交差する位置に形成されており、この第２小押圧力部分Ｓｃ２に隣接して上流側および下流側には基準押圧力部分Ｓａが形成され、これらの間の押圧力は徐々に変化するようになっている。
まず、上記割断線Ｂとの交差部に第２小押圧力部分Ｓｃ２を形成することで、メカニカルカッタ１１が割断線Ｂに位置する不要部分２ｂに接触しても、その衝撃によって該不要部分２ｂが破損してしまうのを防止することができ、ひいては基板２ａが破損してしまうのを防止することができる。
他方、上記Ｙ方向割断予定線Ｂｙの始端部の場合と異なり、上記第２小押圧力部分Ｓｃ２の隣接上流側に大押圧力部分を形成しないのは、第２小押圧力部分Ｓｃ２の上流側では既にレーザ光Ｌを照射することで脆性材料２の下端まで亀裂が伸展しているからであり、大押圧力部分を形成せずとも第２小押圧力部分Ｓｃ２から亀裂を発生させることができるからである。
さらに、上記第２小押圧力部分Ｓｃ２の隣接下流側に大押圧力部分を形成しないのは、第２小押圧力部分Ｓｃ２の隣接下流側は不要部分２ｂであって、亀裂が多少異なる方向に向いてしまっても問題ないからである。
そして、Ｙ方向割断予定線Ｂｙの終端部に第１小押圧力部分を形成しないのは、メカニカルカッタ１１の接触による脆性材料２の損傷の恐れがないからである。
なお、上記Ｙ方向割断予定線Ｂｙの始端部の場合と同様、第２小押圧力部分Ｓｃ２の隣接上流側および下流側に大押圧力部分を形成するようにしてもよい。

このようにして一方のＹ方向割断予定線Ｂｙに沿って脆性材料２を割断したら、移動手段６は第２加工ヘッド５をＸ方向に移動させて、他方のＹ方向割断予定線Ｂｙに対しても、図４に示したのと同じ条件で脆性材料２の割断を行う。
Ｘ方向およびＹ方向のそれぞれについて脆性材料２の割断が終了したら、加工テーブル３は基板２ａおよび不要部分２ｂの吸着保持を解除し、不要部分２ｂが図示しない回収手段によって回収された後、基板２ａは図示しない搬送手段によって後工程に搬送される。

なお、上記実施例では先に第１加工ヘッド４によって２本のＸ方向割断予定線Ｂｘに沿って割断を行い、その後第２加工ヘッド５によって２本のＹ方向割断予定線Ｂｙに沿って割断を行っているが、Ｘ方向割断予定線ＢｘとＹ方向割断予定線Ｂｙとに沿って交互に割断を行ってもよい。
この場合、Ｘ方向割断予定線Ｂｘに沿った割断を行った後に１回目のＹ方向割断予定線Ｂｙに沿って割断を行う場合と、１回目のＹ方向割断予定線Ｂｙに沿った割断を行った後に２回目のＸ方向割断予定線Ｂｘに沿って割断を行う場合とでは、上記第２小押圧力部分Ｓｃ２を１ヶ所に設定することになる。
そして２回目のＸ方向割断予定線Ｂｘに沿って割断を行った後に２回目のＹ方向割断予定線Ｂｙに沿って割断を行う場合には、第２小押圧力部分Ｓｃ２を２ヶ所に設定することとなる。
また、本実施例は一つの脆性材料２から複数の基板２ａを採取する場合にも適用することが可能である。この場合、脆性材料２にはＸ方向またはＹ方向に少なくとも３本の割断予定線が形成されるが、上述したように割断予定線と割断線Ｂとの交差部に第２小押圧力部分Ｓｃ２を形成すればよく、またその前後に大押圧力部分Ｓｂを形成してもよい。

本実施例にかかる割断装置の平面図。第１加工ヘッドの側面図。第１加工ヘッドにおける、メカニカルカッタの押圧力と、スクライブ溝の深さと、移動速度について示した図。第２加工ヘッドにおける、脆性材料の始端部におけるメカニカルカッタの押圧力と、スクライブ溝の深さと、移動速度について示した図。第２加工ヘッドにおける、脆性材料の終端部におけるメカニカルカッタの押圧力と、スクライブ溝の深さと、移動速度について示した図。

符号の説明

１割断装置２脆性材料
４第１加工ヘッド５第２加工ヘッド
１１メカニカルカッタ１３押圧手段
Ｂ割断線ＢｘＸ方向割断予定線
ＢｙＹ方向割断予定線Ｓスクライブ溝
Ｓａ基準押圧力部分Ｓｂ大押圧力部分
Ｓｃ小押圧力部分Ｓｃ１第１小押圧力部分
Ｓｃ２第２小押圧力部分

Claims

脆性材料の表面にスクライブ溝を形成し、該スクライブ溝から亀裂を伸展させて割断線を形成し脆性材料を分離する脆性材料の割断方法において、
上記スクライブ溝は、メカニカルカッタを脆性材料の表面に所要の基準押圧力で押圧しながら移動させて形成する基準押圧力部分と、上記基準押圧力よりも小さな押圧力で押圧しながら移動させて形成する小押圧力部分とを有し、
上記小押圧力部分を、既に形成された上記割断線と交差する部位に形成することを特徴とする脆性材料の割断方法。
上記スクライブ溝は、上記基準押圧力よりも大きな押圧力で押圧しながら移動させて形成する大押圧力部分を有し、
上記小押圧力部分の下流側に大押圧力部分を形成すると共に、上記交差部における小押圧力部分から該大押圧力部分にかけて押圧力を徐々に変化させることを特徴とする請求項１に記載の脆性材料の割断方法。