JP2009190905A - 脆性材料環状加工品の加工システムおよび加工方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】
傾斜溝付きスクライビングホイールを転動させることにより内側輪郭線、外側輪郭線、基板の縁から外側輪郭線近傍まで続く引き出し線の各スクライブラインを形成するスクライブ部と、各スクライブラインに沿って分断するブレイク部とからなり、ブレイク部は内側と外側の輪郭線に囲まれた環状領域を、スクライブラインと反対側面で支持しかつ加熱する環状プレートと、内側輪郭線より内側の中心領域を第一面側から冷却して環状領域と中心領域とを分離する中抜き機構と、環状プレート上で加熱された基板の外側輪郭線より外側の縁側領域に外力を与えて加熱により外側輪郭線まで繋げられた引き出し線を利用して環状領域と縁側領域とを分離する縁側分離機構とを備える。
【選択図】図1
Description
ここでいう脆性材料には、ガラス基板の他に、セラミックス、単結晶シリコン、半導体ウエハ、サファイア等の材料が含まれる。
ガラス基板を円形に加工する場合、基板の片側表面に対し輪郭線となる円に沿って、左右の刃角が異なるカッター(スクライビングホイール)を用いて深さ方向に傾斜した切筋(スクライブライン)をつけ、切筋をつけた面(第一面)から加熱して変形させ、この変形によって切筋に沿って形成されるクラックをガラス板の厚み方向に伸展させて対向面(第二面)まで到達させ、その後、輪郭線で囲まれる部分を押し棒によって押すことにより円形に切り抜く加工を行うことが開示されている(特許文献1参照)。この方法により内周円と外周円とを有する環状ガラス基板を形成するときは、まず方形基板から外周円となる外側輪郭線に沿って上記方法により切り抜き加工を行い、続いて同じ方法を繰り返して、内周円となる内側輪郭線に沿って切り抜き加工を行うようにして環状基板を形成するようにしている。
具体的には1〜20mmのホイール径に応じて、溝ピッチを20μm〜200μmの範囲で設けるようにしている。さらに、図8(c)に示すように、左右の溝深さh1、h2について、h1を2μm〜2500μmとし、h2を1μm〜20μmとしている。
このような特殊刃先(高浸透刃先という)のスクライビングホイールを用いることにより、溝がない通常のスクライビングホイールでは困難で事実上不可能な深さまで伸展した斜めクラックを形成することができる。
しかしながら、上述した特許文献に記載の切り抜き加工技術によれば、優れた加工品質を得ることができるが、生産性や加工工程の信頼性については、これまではあまり検討されていなかった。
また、切筋(スクライブライン)からガラス板の厚み方向にクラックが深く伸展していないため反対面(第二面)から加熱してもクラックを更に深く進展させることができないことより、切筋をつけた面(第一面)から加熱して、深さ方向にクラックを伸展させる必要があるため、第一面側を加熱する加熱機構を設けるか、加熱機構を備えた支持プレート上に一旦載置した後、途中で基板を反転させることが必要になっていた。
傾斜溝付きスクライビングホイールを用いることで、深さ方向(基板の厚み方向)に深く伸展した斜めクラックを形成することができる。なお、少なくとも内側輪郭線の斜めクラックは、第一面側から深さ方向に進むにつれて外側に拡がるように形成する。また、引き出し線と外側輪郭線とが交差しないように引き出し線を外側輪郭線近傍で停止させておくことにより、引き出し線と外側輪郭線とが交差した領域に発生しやすいチッピングや傷が発生する不具合をなくすことができる。内側輪郭線、外側輪郭線および引き出し線の各スクライブラインの形成順序は、特に限定されるものではなく、例えば、内側輪郭線のスクライブライン、外側輪郭線のスクライブラインおよび引き出し線のスクライブラインの順番で形成してもよいし、外側輪郭線のスクライブライン、内側輪郭線のスクライブラインおよび引き出し線のスクライブラインの順番で形成してもよいし、外側輪郭線のスクライブライン、引き出し線のスクライブラインおよび内側輪郭線のスクライブラインの順番で形成してもよい。各スクライブラインの形成により、各スクライブラインから基板の厚みに対して、例えば、30%以上、好ましくは40%以上、更に好ましくは50%以上(通常は80%以下)の深さの深いクラックを伸展させる。
続いて、内側輪郭線、外側輪郭線、引き出し線の各スクライブラインが形成された基板を、これらのスクライブラインが形成された第一面と反対側の第二面がブレイク部の環状プレート(加熱手段)と接するように移動する。このとき外側輪郭線および内側輪郭線に囲まれた環状領域の第二面側が、環状プレートの上で支持されるようにして、環状領域を第二面から加熱する。基板には傾斜溝付きスクライビングホイールにより深く伸展させた斜めクラックが形成されているため、第一面から加熱するよりも、第二面から加熱した方が、斜めクラックを効率よく深さ方向に進伸展させることができ、第一面から第二面まで貫通させることもできる。上述した高浸透刃先でない通常の刃先を用いた場合は浸透深さの浅いクラックになるため、第一面から加熱しなければ斜めクラックを更に伸展させにくい傾向がある。さらに外側輪郭線と引き出し線とは、環状プレートによって環状領域が加熱されたときに熱応力の影響でクラックが繋がるようにしてもよい。基板の種類、厚み、材質等にもよるため、特に限定されるものではないが、通常、内側輪郭線のスクライブラインの斜めクラックが、基板の厚みに対して、例えば、60%以上、好ましくは70%以上、更に好ましくは80%以上(理想的には100%)の深さまで伸展した基板は、第一面側及び/又は第二面側からの中心領域の冷却により、効率よく中抜きすることができる。
続いて、ブレイク装置の中抜き機構を作動させて、内側輪郭線より内側の中心領域を第一面側及び/又は第二面側から冷却するが、クラックを伸展させる点より、第一面側から冷却することが好ましい。環状領域が加熱され、中心領域が冷却され、さらに基板の厚み方向に深いクラックが内側輪郭線に沿って形成されているため、基板の中心領域の冷却により、中心領域が収縮し、第二面側から加熱された環状領域との境界の内側輪郭線に沿って形成されている深いクラックが基板の厚み方向に更に伸展し、ガラス基板が内側輪郭線に沿って分断され、中抜き加工が行われる。クラックが厚み方向に貫通した基板では、中心領域の冷却により、中心領域が収縮し、加熱された環状領域との温度差により、中心領域が中抜きされる。
続いて、ブレイク部の縁側分離機構を作動させて、基板の外側輪郭線より外側の縁側領域に外力を与えて分離する。引き出し線が形成されている場合、縁側領域は、外側輪郭線および引き出し線に沿って複数の領域に分断される。その結果、環状プレート上に環状領域が残り、環状加工品を得ることができる。外力を加える方法は特に限定されず、例えば、クリップで挟んで引っ張る方法、外側の縁側領域を打撃する方法を採用することができる。外力を加える方法にもよるが、外側輪郭線および引き出し線の各スクライブライン(特に、外側輪郭線のスクライブライン)に沿って形成されている斜めクラックが、基板の厚みに対して、例えば、30%以上、好ましくは40%以上、更に好ましくは50%以上(通常は90%以下)の深さまで伸展した基板は、縁側領域に外力を加えることにより、外側輪郭線に沿って効率よくブレイクすることができる。
上記発明において、スクライブ部によって外側輪郭線、前記内側輪郭線、必要に応じて前記引き出し線の各スクライブラインが形成された基板を、外側輪郭線および内側輪郭線に囲まれた環状領域の第二面側が前記ブレイク装置の環状プレート上に載置されるように搬送する基板搬送機構をさらに備えるようにしてもよい。
スクライブ部とブレイク部との間を基板搬送機構で搬送することにより、スクライブ処理からブレイク処理まで自動運転することができる。
これによればステージを回転駆移動させて内側輪郭線、外側輪郭線を形成し、ステージを並進移動させて、引き出し線を形成することができる。一般的にはスクライブヘッドの回転移動よりも、ステージの回転移動のほうが、例えば、円環状のスクライブラインの形成にあたっては機構的に精度を高めやすいので、円環状の基板を切り出す精度を高めることができる。
これによれば、主として、ノズルを基板に接近させて基板の中心領域に冷媒を噴射することにより、中心領域を冷却して収縮させ、加熱した環状領域との温度差を発生することで、(内側輪郭線のスクライブラインから形成されている斜めクラックが基板の厚み方向に貫通していない場合には貫通させて)中心領域を分断することができるが、熱的作用だけでは分断ができなかった場合に、ノズル先端を中心領域に当接して押圧することで、確実に分断させることができる。
これによれば、互いに引き出し線で分けられた二箇所で、分散して外力を与えることで、引き出し線に沿って分断され、更に外側輪郭線に沿って分断されやすくすることができる。
クラック伸展工程における環状領域の加熱温度は、基板の種類、厚み、大きさ等にもよるが、通常、50℃以上、好ましくは80℃以上とするのがよく、例えば、100〜350℃(特には155〜295℃)の範囲内で設定することができる。また、中抜き工程における冷却温度は、基板の種類等にもよるが、通常、10℃以下、好ましくは5℃以下とするのがよく、例えば、2〜−20℃(特には0〜−10℃)の範囲内で設定することができる。
これにより、冷却しただけでは中心領域が環状領域から分離できなかった場合でも、押圧することにより、確実に分離することができる。
これにより、互いに引き出し線で分けられた二箇所で、分散して外力を与えることで、引き出し線に沿って分断されやすくすることができる。
テーブル14は、3つの回転ステージ16(16a〜16cをまとめて16と記載する、以下同様)、3つの回転駆動機構17(17a〜17c)、これら3つの回転ステージ16を搭載するXステージ18、Xステージ駆動機構19、Xステージ18を搭載するYステージ20、Yステージ駆動機構21を備えており、各回転ステージ16上に載置された基板Gを回転しあるいはXY方向に並進移動して、スクライブヘッド15(15a〜15c)に対し基板Gを相対的に走査するようにしてある。
スクライブヘッド15(15a〜15c)は、傾斜溝付きスクライビングホイール22(高浸透刃先)と、回転ステージ16上に載置した基板Gへの傾斜溝付きスクライビングホイール22の圧接荷重を調整する調整機構を備えたホイール支持機構23と、ホイール支持機構23および傾斜溝付きスクライビングホイール22の位置を調整するアーム24とからなる。
アーム24は、フレーム25に支持され、Xステージ駆動機構19およびYステージ駆動機構21と連携して、テーブル14に対する傾斜溝付きスクライビングホイール22)の位置を調整する。すなわち、アーム24により傾斜溝付きスクライビングホイール22の位置を調整し、回転ステージ16を回転させることにより、基板Gに所望の直径を有する円(内側輪郭線、外側輪郭線)をスクライブすることができるようにしてある。また、テーブル14のXステージ18、Yステージ20を同時に並進させることにより、所望の方向に引き出し線(直線)をスクライブすることができるようにしてある。
内側輪郭線(内周円)、外側輪郭線(外周円)、引き出し線のスクライブ加工が施された基板Gは、続いてXステージ18がX方向へ移動することによって、位置P3まで搬送される。
8つの区画のうち、第一区画A1は基板Gの受け渡し領域であり、第一区画内の位置P6に環状プレート42が配置される。そして第二搬送部3から搬送されてきた基板Gの受け渡しが行われる。
図4は第四区画に配置された中抜き機構43の構成を示す図である。中抜き機構43は、冷却したエアー(冷媒)を作るエアージェット51、冷却されたエアーを噴射するノズル52、エアージェット51およびノズル52を支持するホルダ53、アーム54を介してホルダ53を昇降させる昇降機構55からなる。ノズル52の先端部分は樹脂(たとえばテフロン(登録商標)樹脂)で形成され、ノズル52が基板Gに当接したときに基板Gが傷つきにくいようにしてある。またノズル52の先端は環状プレート42の内側開口49よりも小さく形成してあり、ノズル52の先端が内側開口49に入り込むことができるようにしてある。これにより環状プレート42に載置された基板Gの中心領域がなかなか落下しないときに、ノズル52の先端で基板Gの中心領域のみを押圧できるようにしてある。
図5は縁側分離機構44の構成を示す図である。縁側分離機構44は一対の把持装置56、57からなる。把持装置56、57はそれぞれ、基板Gの上面に接する上部ブロックと下面に接する下部ブロックとからなるクリップ58を備えており、これで基板Gを挟持して外側方向に外力を加えるようにしてある。なお、基板Gと接する部分は基板Gを確実に把持できるように樹脂(たとえばテフロン(登録商標)樹脂)で形成してある。また、把持装置56のクリップ58が基板Gを挟む位置と、把持装置57のクリップ58が基板Gを挟む位置との間には、スクライブ部2で形成した引き出し線のいずれかがくるように、予め、基板Gへの引き出し線の形成位置が定められる。
そして第八区画A8まで到達した環状プレート42は、再び第一区画A1に戻り、次の基板Gが受け渡されるようになる。
図6はスクライブ部2で方形の基板Gに形成されるスクライブラインの形状を示す図である。まず、図6(a)に示すように、内側輪郭線C1と外側輪郭線C2とを形成する。図6(b)は内側輪郭線C1が形成された断面を示す図である。傾斜溝付きスクライビングホイール22により、基板の板厚の半分程度の深さまで浸透したクラックが形成される。このとき、深さ方向に進行するにつれて外側に拡がるクラックが形成される。
スクライブ部2から搬送された直後の加熱されていない基板G(第一区画)は、図7(a)に示すように、クラックが基板の厚さ方向に半分程度まで浸透しているだけで、貫通していない。
次に加熱工程(第二区画、第三区画)によって基板Gが加熱されると、図7(b)に示すように、クラックが深さ方向(基板Gの厚さ方向)に進伸展し、基板Gを厚さ方向に貫通するようになるが、加熱工程ではクラックが更に深く伸展すればよく、クラックを基板Gの厚さ方向に貫通するまで伸展させなければならないわけではない。
次に中抜き工程(第四区画)になると、図7(c)に示すように、基板Gの中心領域が冷却され、あるいはノズル52で押圧されて分離し、落下するようになり、基板Gに内周円が形成される。加熱工程において内側輪郭線のクラックが基板Gの厚さ方向に貫通していない場合には、中抜き工程における冷却により、クラックが更に伸展し、基板Gの厚さ方向に貫通することになる。
縁側分離工程(第五区画)になると、図7(d)に示すように、基板Gの縁側領域が把持機構のクリップ58によって外側に引かれて分離され、基板Gに外周円が形成される。
以上の処理の結果、環状プレート42の上に環状基板G0が残されるようになり、環状加工品が完成する。
図9は、ブレイク部の変形例であり、図9(a)は平面図、図9(b)は正面図である。図3〜図5で説明した内容と同じものについて同符号を付すことにより、説明を省略する。このブレイク部4aでは、1つの環状プレート42の回りに、中抜き機構43、縁側分離機構44(把持装置56、57)を取り付けている。本実施形態では、加熱(クラック伸展)、中抜き(冷却)、縁側分離をすべて1箇所で行うようになるので、設置スペースを小さくすることができる。
2 スクライブ部
3 第二搬送部
4 ブレイク部
5 第三搬送部
12 基板搬送機構
13a〜13c カセット
14 テーブル
15(15a〜15c) スクライブヘッド
16(16a〜16c) 回転ステージ
18 Xステージ
20 Yステージ
22 傾斜溝付スクライビングホイール
31 基板搬送機構
32 コンベア
33 位置決め機構
34 位置決めテーブル
35 基板受け渡し機構
41 ターンテーブル
42 環状プレート
43 中抜き機構
44 縁側分離機構
48 ヒータ
51 エアージェット
52 ノズル
55 昇降機構
56、57 把持装置
58 クリップ
61 基板搬送機構
Claims (8)
- 脆性材料基板の第一面上に、環状加工品の外周となる外側輪郭線、および、内周となる内側輪郭線の各スクライブラインを、スクライビングホイールを転動させることにより形成するスクライブ部と、前記外側輪郭線および内側輪郭線の各スクライブラインに沿って分断するブレイク部とを備えた環状加工品の加工システムであって、
前記スクライブ部は、スクライビングホイールの刃先稜線にスクライビングホイールの軸心方向に対して傾斜させた溝を周期的に形成した傾斜溝付きスクライビングホイールを用いるとともに、前記傾斜溝付きスクライビングホイールを前記基板に対し相対移動させてスクライブを行う走査機構を備え、
前記ブレイク部は、
外側輪郭線および内側輪郭線に囲まれた環状領域を、前記基板の第一面と反対側の第二面で支持しかつ加熱する環状プレートと、
前記内側輪郭線より内側の中心領域を第一面側及び/又は第二面側から冷却して前記環状領域と前記中心領域とを分離する中抜き機構と、
前記環状プレート上で加熱された基板の外側輪郭線より外側の縁側領域に外力を与え、前記環状領域と前記縁側領域とを分離する縁側分離機構とを備えたことを特徴とする環状加工品の加工システム。 - 前記スクライブ部によって前記外側輪郭線、および前記内側輪郭線の各スクライブラインが形成された基板を、外側輪郭線および内側輪郭線に囲まれた環状領域の第二面側が前記ブレイク装置の環状プレート上に載置されるように搬送する基板搬送機構をさらに備えた請求項1に記載の加工システム。
- 前記スクライブ部の走査機構は、基板が載置されるステージを回転移動および並進移動するテーブルにより構成される請求項1に記載の加工システム。
- 前記ブレイク部の中抜き機構は、冷媒を噴射するノズルが設けられるとともに、前記ノズルを前記基板の中心領域に当接するように駆動する昇降機構を備えた請求項1に記載の加工システム。
- 前記ブレイク部の縁側分離機構は、互いに引き出し線で分けられた少なくとも二箇所の前記縁側領域上の位置で基板を保持するとともに分断する外力を与える請求項1に記載の加工システム。
- (a)スクライビングホイールの刃先稜線にスクライビングホイールの軸心方向に対して傾斜させた溝を周期的に形成した傾斜溝付きスクライビングホイールを用いて、脆性材料基板の第一面上に、環状加工品の外周となる外側輪郭線、および、内周となる内側輪郭線の各スクライブラインを形成するスクライブ工程と、
(b)前記基板の外側輪郭線および内側輪郭線に囲まれた環状領域を前記基板の第一面と反対側の第二面で支持するとともに加熱し、内側輪郭線のスクライブラインから基板の厚み方向に伸展しているクラックを基板の厚み方向に更に伸展させるクラック伸展工程と、
(c)前記内側輪郭線より内側の中心領域を第一面側および/または第二面側から冷却して前記環状領域と前記中心領域とを分離する中抜き工程と、
(d)前記外側輪郭線より外側の縁側領域に外力を与え、前記環状領域と前記縁側領域とを分離する縁側分離工程とからなる環状加工品の加工方法。 - (a)スクライブ工程において、前記基板の縁から前記外側輪郭線近傍まで続く引き出し線をさらに形成するとともに、前記引き出し線はその延長線上から外れた位置に外側輪郭線がくるように引き出し線の方向が定められ、かつ、引き出し線と外側輪郭線との間隔が5mm以内に接近するように形成される請求項6に記載の加工方法。
- (c)中抜き工程において、前記中心領域を冷却後に第一面側から押圧して前記環状領域と前記中心領域とを分離する請求項6に記載の加工方法。
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