JP2012000792A - 脆性材料基板のスクライブ方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 脆性材料基板にスクライブラインを形成する際にノーマルカッターホイールを使用するものでありながら、脆性材料基板を外切りすることなく、内切りで加工することのできる脆性材料基板のスクライブ方法を提供する。
【解決手段】 カッターホイールを用いて、脆性材料基板上で転動させることによりスクライブラインを形成するスクライブ方法であって、前記基板の表面上で基板の一端縁より内側に入り込んだ箇所にスクライブの起点となるトリガ（初期亀裂）を形成し、次いで、トリガを形成した位置から前記カッターホイールをスクライブ予定ラインに沿って転動させることにより、スクライブラインを形成する。
【選択図】 図４

Description

本発明は、フラットパネルディスプレイ等に使用されるガラス基板、或いは半導体ウエハやセラミックといった脆性材料基板の表面にスクライブライン（及びスクライブラインに沿って基板厚み方向に伸展する垂直クラック）を形成するスクライブ方法に関する。本発明は、特に、薄い脆性材料基板上にカッターホイールでスクライブラインを形成するときに好適なスクライブ方法に関する。

脆性材料基板にスクライブラインを形成し、スクライブラインに沿って基板厚み方向に伸展する垂直クラックによって基板を分断する加工において、基板表面に対して円盤状のカッターホイールを転動させることによりスクライブラインを形成する方法は一般に知られており、例えば特許文献１などで開示されている。

液晶パネル等では、図５に示すように、２枚の薄いガラス材を貼り合わせて形成された大面積のガラス基板Ｍを、それぞれが製品となる単位基板に分断する。このとき、先ず基板Ｍの表面に対してカッターホイールでＸ方向のスクライブラインＳ_１’を形成し、次いで、Ｘ方向と交差するＹ方向のスクライブラインＳ_２’を形成する。このようにしてＸ−Ｙ方向に交差した複数のスクライブラインを形成した後、基板Ｍはブレイク装置に送られ、スクライブラインに沿って撓ませることにより、単位基板に分断される。

ガラス基板にスクライブラインを形成するためのカッターホイールとして、図６に示すような通常のカッターホイール１ａ（以下これをノーマルカッターホイール１ａという）と、図７に示すような刃先稜線部２に切欠き３（溝）を設けたカッターホイール１ｂ（以下これを溝付きカッターホイール１ｂという）とがある。前者のノーマルカッターホイール１ａでは、刃先稜線部の両側の傾斜面を形成するために刃先稜線部の両側を砥石で研削するため、傾斜面に研削条痕が形成され、傾斜面の研削条痕に由来して刃先稜線部に微小の凹凸が形成される。通常、刃先稜線部の凹凸の状態は、不規則であり、例えば、刃先稜線部の中心線表面粗さＲａ（ＪＩＳ Ｂ ０６０１−１９８２）が１μｍ未満である。後者の溝付きカッターホイール１ｂには、具体的には、三星ダイヤモンド社製のペネット（Ｐｅｎｅｔｔ（登録商標））カッターホイール、アピオ（ＡＰＩＯ（登録商標））カッターホイールがあり、通常、切欠きの深さは１〜３０μｍ（特には２〜３０μｍ）程度であり、切欠きは１０〜２００μｍ（特には３０〜１５０μｍ）のピッチで形成され、刃先稜線部の稜線方向において、切欠きの長さが突起の長さ（２つの切欠き間の稜線の長さ）よりも長い溝付きカッターホイールではスクライブラインに沿って形成される基板厚み方向に伸展する垂直クラックの深さが大きくなる傾向がある。

ノーマルカッターホイール１ａは、通常の使用条件下では、深い垂直クラックを形成させることはできないが、加工部位の状態に乱れのない（加工部位に微細な亀裂や欠け等の発生のない）スクライブラインを形成することができ、形成されたスクライブラインに沿ってガラス基板を分断したときに端面に傷痕が残らず、端面強度の劣化を防ぐことができるといった利点がある。その反面、ガラス基板に対する摩擦力が小さく、食込み力が小さくて滑りやすい（カカリがよくない）ため、図８に示すようにガラス基板Ｍの一端縁を始点にしてスクライブラインを形成する必要があった。このように、外縁からカッターホイールを転動してスクライブラインを形成する方法を「外切り」という。
ノーマルカッターホイール１ａによる外切りでは、ノーマルカッターホイール１ａをガラス基板Ｍの端縁角部に対し横から当たるようにして加工を開始するようにしている。ガラス基板表面の端縁から離れた位置からスクライブラインを形成しようとするとガラス基板表面に対するカカリがよくないためスクライブラインが形成されないという不具合が生じるからである。しかし、ガラス基板の端縁角部は割れやすく脆弱であるため、加工開始時に微細な欠けやひび割れが生じるおそれがある。特にガラス基板Ｍの板厚が０．４ｍｍ以下（特には０．２ｍｍ以下）の薄板になると特に欠けやすい。また、ノーマルカッターホイール１ａをガラス基板Ｍの端縁角部に対し横から当たるようにするとノーマルカッターホイール１ａの刃先稜線部が欠けてしまうという不具合を生じやすい。

また、ノーマルカッターホイール１ａを使用してガラス基板ＭにＸ−Ｙ方向のクロススクライブを行うと、図９に示すように、最初に形成したＸ方向のスクライブラインＳ_１’をノーマルカッター１ａが通過する交差点９からＹ方向のスクライブラインＳ_２’が部分的に形成されない現象、即ち、「交点飛び」と呼ばれる現象が発生することがある。交点飛びの現象は、最初に形成されたＸ方向のスクライブラインＳ_１’の溝両側に応力が残存し、次のＹ方向のスクライブラインＳ_２’を形成するときに、応力が残存している交差点で、垂直クラックを生成させるための押圧力が削がれてしまうからであると考えられる。

これに対し、刃先の稜線に切欠き（溝）を設けた溝付きカッターホイール１ｂでは、ガラス基板への摩擦力や食込み力が大きいので、ノーマルカッターホイール１ａのようにガラス基板の一端縁から加工を開始する必要はなく、図１０に示すように、基板Ｍの端縁より少し内側に入った部位からスクライブ予定ラインに沿って矢印方向に溝付きカッターホイール１ｂを転動させることによりスクライブラインを形成することができる。このように、ガラス基板の一端縁からではなく、端縁より少し内側からスクライブラインを形成する方法を「内切り」と呼ぶ。溝付きカッターホイール１ｂ（特に稜線方向において切欠きの長さの長い溝付きカッターホイール）で形成されるスクライブラインは深く伸展したクラックとなる。

また、溝付きカッターホイール１ｂでは、基板に対するカカリがよく、垂直クラックが深く伸展するので、脆性材料基板にＸ−Ｙ方向のクロススクライブラインを形成する場合に交点飛びの現象もなくすことができる。即ち、Ｙ方向のスクライブラインを形成するときには、溝付きカッターホイールがＸ方向のスクライブラインとの交差点を通過するときでも、交点飛びの発生をなくすことができる。

特許第３０７４１４３号公報

近年、単位基板（製品）の軽量化を図るために、ガラス基板等の脆性材料基板の板厚を薄くすることが求められており、例えば、液晶パネルなどのガラス基板は、板厚０．２ｍｍ以下の薄いガラス板を貼り合わせた基板も使用されるようになってきている。
このような薄い脆性材料基板にカッターホイールでスクライブラインを形成する場合、溝付きカッターホイールでは、切欠きと切欠きの間の稜線とが基板表面に交互に押圧されてスクライブラインが形成されるため、スクライブライン自体の状態が乱れた状態となり、傷痕が残りやすく、分断後の単位基板の端面強度が劣化して、小さなひび割れ等の発生原因となる。
従って、単位基板の端面強度の点からは、ノーマルカッターホイールを使用することが望ましいが、その場合、脆性材料基板の割れやすい端縁角部から加工を開始する必要があるため、加工開始時に端縁の角部が欠けたり、微細なひび割れが生じたりすることとなった。例えば、厚さが０．４ｍｍ以下、特に０．２ｍｍ以下のガラス基板等の脆性材料基板では、端縁角部の欠けを防止することは困難であった。また、欠けにより端面強度が著しく低下する傾向がある。

そこで本発明は、上記の課題を解決するために、ガラス基板等の脆性材料基板にスクライブラインを形成する際にノーマルカッターホイールを使用するものでありながら、脆性材料基板を外切りすることなく、内切りで加工することのできる脆性材料基板のスクライブ方法を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために本発明では次のような技術的手段を講じた。即ち、本発明のスクライブ方法では、カッターホイールを用いて、脆性材料基板上で転動させることによりスクライブラインを形成するスクライブ方法であって、前記基板の表面上で基板の一端縁より内側に入り込んだ箇所にスクライブの起点となるトリガ（初期亀裂）を形成し、次いで、トリガを形成した位置から前記カッターホイールをスクライブ予定ラインに沿って転動させることにより、スクライブラインを形成するようにしている。
ここで、トリガはカッターホイール以外で形成することもできるが、カッターホイールを前記基板上方から垂直に降下させて基板に衝突させることによって形成することができる。トリガの長さは、特に限定されるものではないが、例えば、１ｍｍ程度の長さのトリガが形成する方法が好ましい。トリガを形成するカッターホイールとしては溝付きカッターホイール（特に切欠きの深さが１〜６０μｍ程度の溝付きカッターホイール）が好ましい。

本発明のスクライブ方法によれば、カッターホイールの種類にかかわらず（溝付きカッターホイールを使用することなく）、溝付きカッターホイールと同様に、内切りにより、スクライブラインを形成することができるため、脆性材料基板の割れやすい端縁角部に欠けや微細なひび割れの発生を抑制することができる。さらに、スクライブラインの形成に溝付きカッターホイールを使用する必要がないため、加工部に乱れのないスクライブラインを加工することができ、後工程で脆性材料基板を分断したときに端面に傷痕がほとんど残ることがなくなり、端面強度を高めた加工ができるようになる。

上記発明において、脆性材料基板が、厚み０．４ｍｍ以下、特には０．２ｍｍ以下のガラス基板であってもよい。基板の板厚が薄いと、基板の端縁からスクライブラインを形成する外切りを行うと、ほぼ確実に欠けが生じたが、このような薄い基板でも本発明のスクライブ方法を実施することで内切りを可能とし、端面強度の低下を防止できるスクライブができるようになる。

上記発明において、トリガは、カッターホイールを基板上方から垂直に降下させて基板に衝突させることによって形成するようにしてもよいが、溝付きカッターホイールを用いて形成するようにすることもできる。

本発明のスクライブ方法に用いるスクライブ装置の一実施例を示す正面図である。 本発明にかかるスクライブ方法で内切りの実施態様を工程順に示す図である。 クロススクライブの実施態様を工程順に示す断面図である。 Ｘ方向のスクライブラインとＹ方向のスクライブ予定ラインとの交点部分にトリガ（交点亀裂）を形成してスクライブする手順を示す平面図である。 従来の脆性材料基板のスクライブ方法を説明するための平面図である。 一般的なノーマルカッターを示すものであって、（ａ）は正面図、（ｂ）は側面図である。 一般的な溝付きカッターホイールを示す側面図である。 従来のノーマルカッターホイールによるスクライブ方法を示すための斜視図である。 交点飛びの現象を説明するための平面図である。 内切りを説明するための斜視図である。

以下において本発明にかかるスクライブ方法の詳細を、図面に基づいて詳細に説明する。
図１は、本発明方法を実施するための一般的なスクライブ装置を示す概略的な正面図である。
スクライブ装置ＳＣは、脆性材料基板Ｍを上面に保持する水平回転可能なテーブル４と、このテーブル４を一方向に移動可能に保持するレール５と、テーブル４の上方でレール５と直交する方向（図１の左右方向）に橋架されたガイドバー６と、このガイドバー６に沿って移動可能に設けられた２基のスクライブヘッド７と、スクライブヘッド７の下端に昇降可能に装着されたカッターホルダ８とを備えている。このカッターホルダ８の一方に、先の図６で示したノーマルカッターホイール１ａが取り付けられ、他方に、先の図７で示した溝付きカッターホイール１ｂが取り付けられる。例えば、ガラス基板Ｍにトリガを形成するときは、溝付きカッターホイール１ｂを降下させてガラス基板Ｍに衝突させ、スクライブラインを加工するときは、ノーマルカッターホイール１ａを降下させ、ガラス基板Ｍ上のトリガから圧接させながらテーブル４若しくはスクライブヘッド７をスクライブ予定ラインに沿って相対的に移動させる。

次に、このスクライブ装置を用いたスクライブ方法を説明する。ここでは、基板に対しＸＹ方向へクロススクライブを行う場合について説明する。
先ず図２（ａ）〜（ｃ）並びに図４（ａ）に示すように、Ｘ方向のスクライブ予定ラインＬ_１でガラス基板Ｍの一端縁より内側に入り込んだ箇所に溝付きカッターホイール１ｂをガラス基板Ｍの表面を軽く打ちつけるように降下させ、その後上昇させることにより、スクライブ起点となるトリガ（初期亀裂）Ｔ_１を形成する。
次いで、図２（ｄ）並びに図４（ｂ）に示すように、トリガＴ_１を形成した位置にノーマルカッターホイール１ａを降下させてスクライブ予定ラインＬに沿って圧接しながら転動させることにより、Ｘ方向のスクライブラインＳ_１を形成する。即ち、上述した内切りの手法によってスクライブラインを形成する。ノーマルカッターホイール１ａは、予め形成してあるトリガＴ_１に食い込むことができるので滑ることなく、スクライブラインを形成することができる。同様の作業を繰り返すことにより図４（ｃ）に示すように全てのＸ方向スクライブラインＳ_１を形成する。

次いで、Ｘ方向に直交するＹ方向のスクライブラインＳ_２を形成する場合は、テーブル４を水平方向に９０度回転させて、同様の加工を行う。即ち、図４（ｄ）並びに図４（ｅ）に示すように、スクライブ予定ラインＬ_２上でガラス基板Ｍの端縁より少し内側に入り込んだ箇所にノーマルカッターホイール１ａでスクライブ起点となるトリガＴ_２（初期亀裂）を形成し、ここからノーマルカッター１ａをスクライブ予定ラインＬ_２に沿って転動させることにより、Ｙ方向のスクライブラインＳ_２を形成する。

なお、このＹ方向のスクライブラインＳ_２を形成するに先立って、交点飛びの現象を阻止するために、図４（ｄ）に示すように、Ｘ方向のスクライブラインＳ_１と、Ｙ方向のスクライブ予定ラインＬ_２とが交差する部分にＹ方向にのびるトリガＴ_３（交点亀裂）を形成しておく。即ち、図３（ａ）〜（ｃ）並びに図４（ｄ）に示すように、溝付きカッターホイール１ｂをＸ方向のスクライブラインＳ_１と、Ｙ方向のスクライブ予定ラインＬ_２とが交差する部分にガラス基板Ｍの表面を軽く打ちつけるように降下させ、その後、上昇させることにより、トリガＴ_３（交点亀裂）を形成する。その後、図３（ｄ）に示すように、先に形成したトリガＴ_２（初期亀裂）の位置にノーマルカッターホイール１ａを当接させ、そこから転動させることにより図４（ｅ）に示すようにＹ方向のスクライブラインＳ_２を加工する。同様の作業を繰り返すことにより図４（ｆ）に示すように全てのＹ方向スクライブラインＳ_２を形成する。

このようにして、スクライブラインＳ_１の交差部分の溝両側（またはスクライブ時のカッターホイールの進行方向側）にトリガＴ_３（交点亀裂）を形成しておくことにより、ノーマルカッターホイール１ａがスクライブラインＳ_１を通過する箇所で、交点飛びが生じることなくスクライブラインＳ_２を形成することができる。
また、上記方法では、溝付きカッターホイール１ｂによるトリガＴ_１，Ｔ_２（初期亀裂）の形成位置が、基板Ｍの割れやすい端縁角部ではなく、端縁より少し内側に入り込んだ箇所の平面に加工するものであるから、トリガ加工時に欠けや微細なひび割れなどの発生を抑制することができる。そして、厚さ０．４ｍｍ以下、特には０．２ｍｍ以下のガラス基板であっても、これまでは内切りで使用することができなかったノーマルカッターホイールを使用して内切りでスクライブラインを形成することができる。また。ノーマルカッターホイール１ａによってスクライブラインＳ_１，Ｓ_２を加工するものであるから、溝付きカッターホイールを使用する場合よりも、加工部に乱れのないスクライブラインを加工することができ、後工程で脆性材料基板を分断したときに端面に傷痕が残ることがなくて端面強度を高めることができるものである。

なお、上記実施例では、それぞれ１つのトリガＴ_１またはＴ_２（初期亀裂）を加工した後、一本のスクライブラインＳ_１またはＳ_２を形成するようにしたが、スクライブラインＳ_１，Ｓ_２を形成するに先立って、スクライブ開始点となるトリガＴ_１またはＴ_２を先に形成しておき、その後、このトリガＴ_１またはＴ_２を開始点としスクライブラインＳ_１，Ｓ_２を形成するようにすることも可能である。

また、上記実施例において、Ｘ方向のスクライブラインＳ_１と、Ｙ方向のスクライブ予定ラインとが交差する部分にトリガＴ_３を形成する手段として、スクライブライン形成用のノーマルカッターホイール１ａとは個別のトリガ形成用の溝付きカッターホイール１ｂを使用したが、スクライブライン形成用のノーマルカッターホイール１ａで形成することも可能である。この場合は、スクライブヘッド７は１つでよい。

以上本発明の代表的な実施例について説明したが、本発明は必ずしも上記の実施形態に特定されるものでない。例えば、本発明方法は、厚み０．４ｍｍ以下、特には０．２ｍｍ以下のガラス基板のスクライブに好適であるが、０．４ｍｍを超えるガラス基板でも、他の脆性材料基板でも応用することができる。その他本発明では、その目的を達成し、請求の範囲を逸脱しない範囲内で適宜修正、変更することが可能である。

本発明のスクライブ方法は、ガラス基板、シリコン、セラミック、化合物半導体等の脆性材料からなる基板をスクライブする場合に利用することができる。

Ｍ 脆性材料基板
Ｓ_１ Ｘ方向のスクライブライン
Ｓ_２ Ｙ方向のスクライブライン
Ｌ_１ Ｘ方向のスクライブ予定ライン
Ｌ_２ Ｙ方向のスクライブ予定ライン
Ｔ_１，Ｔ_２ スクライブ起点となるトリガ
Ｔ_３ 交差部分のトリガ
１ａ ノーマルカッターホイール
１ｂ ペネットカッターホイール
２ 稜線部

Claims (9)

1. カッターホイールを用いて、脆性材料基板上で転動させることによりスクライブラインを形成するスクライブ方法であって、
   前記基板の表面上で基板の一端縁より内側に入り込んだ箇所にスクライブの起点となるトリガを形成し、
   次いで、トリガを形成した位置から前記カッターホイールをスクライブ予定ラインに沿って転動させることにより、スクライブラインを形成するようにした脆性材料基板のスクライブ方法。
2. 前記カッターホイールが刃先稜線部に切欠きを形成されていないノーマルカッターホイールである請求項１に記載の脆性材料基板のスクライブ方法。
3. 前記カッターホイールの刃先稜線部の中心線平均粗さＲａ（ＪＩＳ Ｂ ０６０１−１９８２）が１μｍ未満である請求項１に記載の脆性材料基板のスクライブ方法。
4. 前記カッターホイールの刃先稜線部の中心線平均粗さＲａが０．５μｍ以下（ＪＩＳ Ｂ ０６０１−１９８２）である請求項１に記載の脆性材料基板のスクライブ方法。
5. 前記脆性材料基板が、厚み０．４ｍｍ以下のガラス基板である請求項１に記載の脆性材料基板のスクライブ方法。
6. 前記脆性材料基板が、厚み０．２ｍｍ以下のガラス基板である請求項１に記載の脆性材料基板のスクライブ方法。
7. 前記トリガは、カッターホイールを前記基板上方から垂直に降下させて基板に衝突させることによって形成する請求項１に記載の脆性材料基板のスクライブ方法。
8. 前記トリガを、刃先稜線部に切欠きを設けた溝付きカッターホイールを用いて形成する請求項１に記載の脆性材料基板のスクライブ方法。
9. 前記溝付きカッターホイールの前記切欠きの深さが１〜６０μｍである請求項８に記載の脆性材料基板のスクライブ方法。

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