JP2015223818A - 基板分断方法並びに基板分断装置 - Google Patents

基板分断方法並びに基板分断装置 Download PDF

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Abstract

【課題】同じ作業ステージ上でスクライブラインの加工と、このスクライブラインに沿ったブレイクを効果的に行うことのできる基板の分断方法並びに分断装置を提供する。
【解決手段】基板MにスクライブラインSを加工するスクライブライン形成部材2と、このスクライブラインSをブレイクするブレイク部材3とを備え、ブレイク部材3は、スクライブラインSを跨いでその左右位置の基板M上に当接する一対の上ローラ3a、3aと、スクライブラインSを設けた面とは反対側の面でスクライブラインSに相対する部位に当接する下ローラ3bとから構成され、スクライブライン形成部材2を基板Mに対して移動させることにより基板MにスクライブラインSを加工し、その直後を、上ローラ3a、3aを移動させながら下ローラ3bを基板Mに押しつけ、これにより基板Mを撓ませてスクライブラインSに沿って基板Mをブレイクする。
【選択図】図4

Description

本発明は、ガラス、シリコン、セラミック、化合物半導体等の脆性材料基板(以下、単に「基板」という)の分断方法並びに分断装置に関する。特に本発明は、基板上にスクライブラインを形成し、このスクライブラインに沿って基板をブレイク(分断)する分断方法並びに分断装置に関する。
従来より、基板に対してカッターホイールやレーザビームを用いてスクライブラインを形成し、次の工程で、当該スクライブラインに沿ってブレイクバーにより基板をブレイクする方法は広く知られており、例えば特許文献1や特許文献2等で開示されている。
スクライブラインを形成する手段としては、カッターホイール(スクライビングホイールともいう)で行う方法と、レーザビームを用いる方法がある。
カッターホイールの場合は、その刃先を基板表面に押しつけながらカッターホイールまたは基板を相対的に移動させることにより、基板表面に連続した亀裂(クラック)を形成する方法である。
レーザビームの場合は、レーザビームを基板に対して相対的に移動させることでビームスポットを基板のブレイク予定ラインに沿って走査して加熱するとともに、これに追従して冷却機構のノズルから冷媒液を噴射する。このときの加熱によって生じる圧縮応力と、急冷によって生じる引張応力とによる応力分布を利用して亀裂(クラック)を生じさせて、ブレイク予定ラインの方向に沿って連続した溝を形成する方法である。両者は装置価格、加工対象基板、加工品質等の観点から使用用途に応じて使い分けられている。
このスクライブ形成工程の後に、スクライブラインを形成した面とは反対側の面からスクライブラインに相対する部分をブレイクバーやローラ等で押圧することにより基板を撓ませて、曲げモーメントによりスクライブラインに沿ってブレイクする。
基板に対し、スクライブラインに沿って曲げモーメントを加えてブレイクする際、曲げモーメントを効果的に生じさせるためには、特許文献2等に示すような三点曲げ方式が有効である。
図8は一般的な三点曲げ方式によるブレイク工程を示すものであり、基板M1のブレイクすべきスクライブラインSを跨いでその左右位置に接触する一対の受刃10、10と、スクライブラインSを設けた面とは反対側の面でスクライブラインSに相対する部分に接触する下刃(ブレイクバー)11とを配置し、下刃11を基板M1に押圧することによって、曲げモーメントを生じさせて基板M1をブレイクする。
なお、受刃10、10並びに下刃11に代えて、一対の受ローラと押圧ローラを用いた三点曲げ方式で基板をブレイクするものも知られている。
特開平11−116260号公報 2011−212963号公報
上記した従来のブレイク手段では、単位製品を切り出すために、まずスクライブ工程で基板M1にスクライブラインSを加工した後、基板M1をブレイク装置のステージに搬送してスクライブラインSに沿ってブレイクしている。したがって、スクライブ工程とブレイク工程がそれぞれ異なったステージで行われるため、作業時間が長くなって生産性が悪く、しかもステージ間の搬送途中で基板が傷つく等のリスクも発生する。
また、カッターホイールによるスクライブ工程では、次工程でのブレイクに充分な深さの亀裂を加工するためにカッターホイールの押圧荷重を高くする必要があった。しかし、高荷重によるカッターホイールのスクライブは、亀裂が不規則に進展する所謂「先走り」が生じることがあって不良品の発生要因となる。
また、三点曲げ方式では、スクライブラインに押圧体(上記下刃や押圧ローラに相当)を押しつけて基板を撓ませてスクライブラインに沿ってブレイクしたときに、図8(b)に示すように、左右の分断端面の下端縁12が互いに干渉しあって接触部分に傷がつくことがあり、このため端面強度が劣化するといった問題点もあった。
そこで本発明は、これらの課題に鑑み、同じ作業ステージ上で、スクライブラインの加工と、このスクライブラインに沿ったブレイクを効果的に行うことのできる基板の分断方法並びに分断装置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。すなわち、本発明の基板分断方法は、基板表面にスクライブラインを加工するスクライブライン形成部材と、前記スクライブラインをブレイクするブレイク部材とを備え、前記ブレイク部材は、前記スクライブラインを跨いでその左右位置の基板上に当接する一対の上ローラと、前記スクライブラインを設けた面とは反対側の面でスクライブラインに相対する部位に当接する下ローラとから構成され、前記スクライブライン形成部材を基板に対して移動させることにより基板表面にスクライブラインを加工し、その直後を、前記ブレイク部材を基板に対して移動させながら前記下ローラを基板に押しつけ、これにより基板を撓ませて前記スクライブラインに沿って基板をブレイクすることを特徴とする。
また、本発明は、基板に対し移動させながら基板表面にスクライブラインを加工するスクライブライン形成部材と、当該スクライブライン形成部材の移動方向後方側で、前記基板に対し移動しながら前記スクライブラインをブレイクするブレイク部材とを備え、前記ブレイク部材は、前記スクライブラインを跨いでその左右位置の基板上に当接する一対の上ローラと、前記スクライブラインを設けた面とは反対側の面でスクライブラインに相対する部位に当接する下ローラとから構成され、前記下ローラを基板に押しつけることによって基板を撓ませて、前記スクライブラインに沿って基板をブレイクするように形成されている基板分断装置も特徴とする。
上記スクライブライン形成部材は、基板表面を押しつけながら転動するカッターホイールが好ましいが、レーザビームを照射するレーザ照射部であってもよい。
本発明によれば、スクライブライン形成部材でスクライブラインを形成し、その直後を、ブレイク部材でスクライブラインに沿って基板をブレイクするものであるから、スクライブ工程とブレイク工程を同じ作業ステージ上で同時に行うことができ、これにより作業時間を短縮することができて、生産性の向上と装置の小型化を図ることができる。
本発明において、前記ブレイク部材の下ローラを上ローラよりその移動方向の後方側に配置して、前記スクライブラインに対し、上ローラの基板当接箇所より後方側で押しつけて基板を撓ませるようにするのがよい。
これにより、下ローラを押し上げて基板を撓ませたときに、撓みによる引張応力に加えてスクライブラインを基板端縁部から引き裂くような応力が発生し、スクライブラインの亀裂が浅くても容易にブレイクすることが可能となる。したがって、スクライブライン形成部材がカッターホイールである場合は、カッターホイールの押圧荷重を低く抑えることができ、高荷重のスクライブによって生じる亀裂の不規則な先走りや端面強度の低下を抑制することができる。また、スクライブライン形成部材がレーザビームの場合は、レーザ出力を低く抑えることができて、レーザ出力源や冷却機構を含むレーザユニットのコンパクト化を図ることができる。
また、ブレイク時に基板の分断端面が左右に引き離されるので、分断端面同士が干渉しあって傷がつくなどの不都合をなくすことができる。
本発明に係る分断装置の一実施態様を示す平面図。 図1の分断装置におけるカッターホイール部分を示す説明図。 図1の分断装置におけるブレイク部材部分を示す説明図。 本発明に係る分断方法を示す斜視図。 カッターホイールによるスクライブ工程を示す説明図。 ブレイク部材によるブレイク工程を示す説明図。 レーザビームによるスクライブ工程を示す説明図。 従来の三点曲げ方式によるブレイク工程を示す説明図。
以下、本発明の詳細を図1〜6に示した一実施形態に基づき説明する。ここでは、ガラス基板M(以下「基板M」という)の表面にスクライブラインSを加工し、このスクライブラインSに沿って基板Mをブレイクする場合を例に説明する。
基板分断装置Aは、基板Mを上面に載置して図1のX方向に搬送するための前後一対のコンベア1a、1bを備えている。コンベア1a、1bは間隔Pをあけて直列に配置されており、このコンベアの上面が、基板MにスクライブラインSを加工したり、そのスクライブラインSに沿って基板Mをブレイクしたりする実質的な作業ステージとなる。
コンベア1a、1bの間隔Pの上方位置に、コンベア上の基板Mの表面にスクライブラインSを加工するスクライブライン形成部材2としてのカッターホイール2aと、このカッターホイール2aによって形成されたスクライブラインSをブレイクするブレイク部材3とが配置されている。
カッターホイール2aは、スクライブヘッド4に昇降可能に取りつけられ、スクライブヘッド4はコンベア1a、1bを跨ぐように配置された上部ガイド5に沿って移動機構(図示略)により図1のY方向に往復移動できるように形成されている。これにより、図4並びに図5に示すように、カッターホイール2aを下降させて基板M表面に押しつけながらY方向に転動させることにより、スクライブラインSが加工できるように形成されている。
ブレイク部材3は、カッターホイール2aによって加工されるスクライブラインSの直後を、カッターホイール2aと共に移動しながらスクライブラインSに沿って基板Mをブレイクするように配置されている。すなわち、ブレイク部材3は、スクライブラインSを跨いでその左右位置の基板M上に当接する一対の上ローラ3a、3aと、スクライブラインSを設けた面とは反対側の面でスクライブラインSに相対する部位に当接する下ローラ3bとから構成されている。
上ローラ3a、3aはカッターホイール2aのスクライブヘッド4に昇降可能に支持され、カッターホイール2aと共に移動するように形成されている。下ローラ3bは、上部ガイド5と平行して設けられた下部ガイド6に沿って移動するスクライブヘッド7に取りつけられ、上ローラ3a、3aと同調して移動するように形成されている。
さらに本実施例では、ブレイク部材3の下ローラ3bが、ブレイク時の移動方向において上ローラ3a、3aより後方側に配置されている。
次に、上記の装置を用いた基板分断方法について説明する。
まず、基板Mを、作業ステージとなるコンベア1a、1bの上流から下流(図1のX方向)に向かって搬送し、基板Mのスクライブ予定ラインが、図2に示すようにカッターホイール2aの直下に到達したときにコンベア1a、1bを停止させる。
次いで、図4に示すように、カッターホイール2aを下降させて基板M表面に押しつけながらY方向に移動させてスクライブラインSを形成する。
そしてその直後では、ブレイク部材3をカッターホイール2aと同方向に移動させて上ローラ3a、3aをスクライブラインSの両脇に当接させながら、スクライブラインSを設けた面とは反対側の面で下ローラ3bをスクライブラインSに相対する部位に押しつけることにより基板Mを撓ませて、スクライブラインSの亀裂に左右への引張応力を生じさせることにより亀裂を基板Mの厚み方向に深く浸透させる。この際、本実施例では、下ローラ3bが、上ローラ3a、3aより移動方向後方側に配置されているので、下ローラ3bを押し上げて基板Mを撓ませたときに、撓みによる引張応力に加えて、図4の矢印で示すように、スクライブラインSが基板端縁部から引き裂かれるような応力を受けるため、スクライブラインSを容易にブレイクすることができる。
上記実施例ではスクライブライン形成部材2としてカッターホイール2aを用いた例を示したが、これに代えて図7に示すようにレーザビームを照射するレーザ照射部2bで行ってもよい。このレーザ照射部2bは照射直後のレーザスポットを冷却する冷却機構2cとセットで用いられる。
レーザ照射部2b及び冷却機構2cは、上記カッターホイール2aと同様に、分断装置Aの上部ガイド5に沿ってX方向に移動可能なスクライブヘッド4に取りつけられている。そして基板Mに対してレーザ照射部2bを移動させながらレーザビームを照射するとともに、これに追従して冷却機構2cから冷媒を噴射する。このときの加熱によって生じる圧縮応力と、急冷によって生じる引張応力とによる応力分布によって、基板Mに亀裂を生じさせてスクライブラインSを加工する。
上記したように本発明では、スクライブライン形成部材2でスクライブラインSを形成した直後を、そのスクライブラインSに沿ってブレイク部材3により基板Mをブレイクするものであるから、スクライブ工程とブレイク工程を同じ作業ステージ上で同時に行うことができ、これにより作業時間の短縮化による生産性の向上と、装置の小型化を図ることができる。
また、ブレイク部材3の下ローラ3bを、上ローラ3a、3aより移動方向後方側に配置することにより、下ローラ3bを押し上げて基板Mを撓ませたときには、撓みによる引張応力に加えて、スクライブラインSを基板端縁部から引き裂くような応力が生じるので、スクライブラインSの亀裂が浅くても容易にブレイクすることができる。したがって、スクライブライン形成部材2がカッターホイールである場合は、カッターホイールの押圧荷重を低く抑えることができ、高荷重のスクライブによって生じる亀裂の不規則な先走りや端面強度の低下を抑制することができる。また、スクライブライン形成部材2がレーザビームの場合は、レーザ出力を低く抑えることができて、レーザ出力源や冷却機構を含むレーザ照射ユニットのコンパクト化を図ることができる。
また、ブレイク時に基板の分断端面が左右に引き離されるので、従来のように分断端面同士が干渉しあって傷がつくなどの不都合をなくすことができる。
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はない。例えば、上記実施例では、作業ステージとしてコンベア1a、1bを用いたが、固定テーブルとしてもよい。この場合、テーブル上に載置された基板Mの搬送は、例えば吸着ロボット等で行うようにすればよい。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。
本発明は、ガラス、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のブレイクに利用される。
A 分断装置
M 基板
P 間隔
S スクライブライン
1a、1b コンベア
2 スクライブライン形成部材
2a カッターホイール
2b レーザ照射部
2c 冷却機構
3 ブレイク部材
3a 上ローラ
3b 下ローラ
4 スクライブヘッド
5 上部ガイド
6 下部ガイド

Claims (8)

  1. 基板表面にスクライブラインを加工するスクライブライン形成部材と、前記スクライブラインをブレイクするブレイク部材とを備え、
    前記ブレイク部材は、前記スクライブラインを跨いでその左右位置の基板上に当接する一対の上ローラと、前記スクライブラインを設けた面とは反対側の面でスクライブラインに相対する部位に当接する下ローラとから構成され、
    前記スクライブライン形成部材を基板に対して移動させることにより基板表面にスクライブラインを加工し、
    その直後を、前記ブレイク部材を基板に対して移動させながら前記下ローラを基板に押しつけ、これにより基板を撓ませて前記スクライブラインに沿って基板をブレイクすることを特徴とする基板分断方法。
  2. 前記ブレイク部材の下ローラを上ローラよりその移動方向の後方側に配置して、前記スクライブラインに対し、上ローラの基板当接箇所より後方側で押しつけて基板を撓ませるようにした請求項1に記載の基板分断方法。
  3. 前記スクライブライン形成部材がカッターホイールであって、このカッターホイールを前記基板に押しつけながら転動させることにより前記スクライブラインを形成するようにした請求項1または請求項2に記載の基板分断方法。
  4. 前記スクライブライン形成部材が、前記基板表面にレーザビームを照射してスクライブラインを形成するレーザ照射部であり、当該レーザ照射部は照射直後のレーザスポットを冷却する冷却機構を備えている請求項1または請求項2に記載の基板分断方法。
  5. 基板に対し移動させながら基板表面にスクライブラインを加工するスクライブライン形成部材と、
    当該スクライブライン形成部材の移動方向後方側で、前記基板に対し移動しながら前記スクライブラインをブレイクするブレイク部材とを備え、
    前記ブレイク部材は、前記スクライブラインを跨いでその左右位置の基板上に当接する一対の上ローラと、前記スクライブラインを設けた面とは反対側の面でスクライブラインに相対する部位に当接する下ローラとから構成され、前記下ローラを基板に押しつけることによって基板を撓ませて、前記スクライブラインに沿って基板をブレイクするように形成されている基板分断装置。
  6. 前記ブレイク部材の下ローラが、前記上ローラよりその移動方向の後方側に配置されている請求項5に記載の基板分断装置。
  7. 前記スクライブライン形成部材が、前記基板表面を押しつけながら転動するカッターホイールである請求項5または請求項6に記載の基板分断装置。
  8. 前記スクライブライン形成部材が、前記基板表面にレーザビームを照射するレーザ照射部であり、当該レーザ照射部は照射直後のレーザスポットを冷却する冷却機構を備えている請求項5または請求項6に記載の基板分断装置。
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