JP2015229259A - 脆性材料基板の加工方法及び加工装置 - Google Patents

Abstract

【課題】表面に樹脂層を有するガラス基板等の脆性材料基板を分断する際に、樹脂層の加工断面を良好にする.
【解決手段】この加工方法は、表面に樹脂層が形成されたガラス基板を分断するための方法であって、第１工程と第２工程とを備えている。第１工程では、溝加工ツール３をガラス基板の表面上で移動させて、分断予定ラインに沿って所定の幅の樹脂層を剥離する。第２工程では、樹脂層が剥離された分断予定ラインに沿ってカッタホイール４を移動させて、ガラス基板を分断するための分断溝を形成する。
【選択図】図１

Description

本発明は、脆性材料基板の加工方法、特に、脆性材料基板の表面に樹脂層が形成されたワークを切断するための加工方法及びその方法を実現するための加工装置に関する。

ガラス板の表面にフィルム等の樹脂層を形成したガラス基板が知られている。このようなガラス基板を切断する方法が特許文献１に示されている。

特許文献１に示された方法は、カッタホイールで樹脂層を切断した後に、同じ切断個所をカッタホイールによってガラス板を切断するものである。

特開平７−８１９５９号公報

表面に樹脂層を有するガラス基板においては、樹脂層を形成する樹脂とガラスとは物性が異なる。このため、このようなガラス基板を分断する際に、ガラス用カッタホイールによって樹脂層の面からガラス板に分断用の溝を形成すると、樹脂層が分断されにくい。また、樹脂層を分断することができたとしても、樹脂層が引き裂かれて分断されるために、分断された樹脂層の加工断面の品質が劣化する。特許文献１のように、樹脂層が単なる保護膜の場合は、特に加工断面の品質は問題にならないが、樹脂層に機能素子を形成しているような場合は、加工断面の品質劣化は、素子性能に大きく影響することになる。

また、前述のように、樹脂層が引き裂かれるようにして分断された場合、溝の周縁部分が破壊されて微粒子状の粉塵が発生し、品質不良の原因になる。

本発明の課題は、表面に樹脂層を有するガラス基板等の脆性材料基板を分断する際に、樹脂層の加工断面を良好にすることにある。

本発明に係る脆性材料基板の加工方法は、表面に樹脂層が形成された脆性材料基板を分断するための方法であって、第１工程と第２工程とを備えている。第１工程では、剥離用ツールを脆性材料基板の表面上で移動させて、分断予定ラインに沿って所定の幅の樹脂層を剥離する。第２工程では、樹脂層が剥離された分断予定ラインに沿って切断用ツールを移動させて、脆性材料基板を分断するための分断溝を形成する。

ここでは、まず、剥離用ツールで樹脂層を剥離し、その後、剥離された部分の分断予定ラインに沿って切断用ツールを移動させ、脆性材料基板に分断溝を形成する。樹脂層は、切断用ツールではなく剥離用ツールを用いて剥離されるので、樹脂層の加工断面の品質劣化を抑えることができる。

本発明の別の側面に係る脆性材料基板の加工方法では、第２工程は第１工程と連続して実行される。

ここでは、樹脂層の剥離と脆性材料基板への分断溝の形成とを続けて行うことができるので、加工時間を短縮することができる。

本発明に係る脆性材料基板の加工装置は、表面に樹脂層が形成された脆性材料基板に、分断予定ラインに沿って分断用の溝を形成する装置であり、剥離用ツールと、切断用ツールと、駆動機構と、を備えている。剥離用ツールは、脆性材料基板の表面上において、分断予定ラインに沿って移動可能であり、所定の幅の樹脂層を剥離する。切断用ツールは、樹脂層が剥離された分断予定ラインに沿って移動可能であり、脆性材料基板に分断用の溝を形成する。駆動機構は、剥離用ツール及び切断用ツールを分断予定ラインに沿って移動させる。

ここでは、脆性材料基板の表面に形成された分断予定ライン上の樹脂層を、剥離用ツールによって所定の幅で剥離することができる。したがって、従来のように、切断用ツールによって樹脂層を剥離する場合に比較して、樹脂層の加工断面の品質を良好にすることができる。

本発明の別の側面に係る脆性材料基板の加工装置では、剥離用ツールは、移動方向と直交する方向に第１幅を有する。また、切断用ツールは、移動方向と直交する方向に第１幅よりも小さい第２幅を有する。

ここでは、切断用ツールの幅よりも広い幅の樹脂層が剥離用ツールで剥離される。したがって、切断用ツールで樹脂層が剥離されることがなく、切断用ツールによる樹脂層の加工断面の品質劣化を防止できる。

本発明のさらに別の側面に係る脆性材料基板の加工装置では、剥離用ツールは、移動方向と直交する方向に延びる第１幅の稜線を有している。

本発明のさらに別の側面に係る脆性材料基板の加工装置では、剥離用ツールは矩形の底面を有している。この底面は、互いに対向し実質的に平行な第１及び第２辺と、互いに対向し第１及び第２辺に実質的に直交する第３及び第４辺と、を有している。そして、第３及び第４辺の少なくともいずれか一方の稜線であるエッジによって樹脂層を剥離する。

以上のような本発明では、表面に樹脂層が形成された脆性材料基板を分断する際に、樹脂層の加工断面を良好にすることができる。

本発明の位置実施形態による加工装置に概略構成図。 溝加工ツールの正面図。 溝加工ツールの側面図。 溝加工ツールの斜視図。 磨耗前後の溝加工ツールの部分正面図。 カッタホイールの正面図。 カッタホイールの側面図。 カッタホイールの正面拡大部分図。

［装置構成］
図１は、本発明の一実施形態による方法を実施するための加工装置の概略構成を示す図である。この加工装置１は、例えば、マザーガラス基板を、複数の単位基板に分断するための装置である。ここでのガラス基板は、表面に樹脂層が形成されている。

［全体構成］
加工装置１は、表面に樹脂層が形成されたガラス基板Ｇが載置されるテーブル２と、剥離用ツールとしての溝加工ツール３と、切断用ツールとしてのカッタホイール４と、駆動機構５と、吸引ポンプ６と、制御部７と、を備えている。

［テーブル２］
テーブル２には、上部がテーブル表面に解放された複数の貫通孔１０が形成されている。複数の貫通孔１０は通路１１を介して吸引ポンプ６に接続されている。

［溝加工ツール３］
溝加工ツール３は、ガラス基板Ｇの表面に形成された樹脂層を、分断予定ラインに沿って所定の幅で剥離するためのツールである。溝加工ツール３を図２〜図４に示している。

溝加工ツール３は、ホルダ１３に保持されている。溝加工ツール３は、超硬合金又は焼結ダイヤモンド等の硬質材料で形成されており、ホルダ１３に保持される保持部３１と、保持部３１の先端（下端）に形成された加工部３２と、から構成されている。なお、保持部３１と加工部３２とは１つの部材から形成されており、例えば直方体状の部材から削り出しによって形成されている。

加工部３２は、図３に示すように保持部３１よりも幅（図３の左右方向の長さ）が小さい。この加工部３２の幅（特に後述する刃３２２の幅）によって、ガラス基板Ｇに形成される溝の幅が決定する。なお、本実施形態においては、加工部３２の幅と刃３２２の幅とは同じである。この加工部３２の幅は、特に限定されるものではないが、例えば２０μｍ以上１００μｍ以下程度である。

図４は溝加工ツール３の斜視図である。加工部３２は、ベース３２１と、ベース３２１から下方に延びる刃３２２とを有している。ベース３２１は、保持部３１の先端から下方に延びるように形成されている。ベース３２１は、正面視において、下方に行くほど細くなる先細り形状であって、具体的には略三角形状である。

刃３２２は矩形の底面３２２ａを有している。底面３２２ａは、互いに対向し移動方向に平行な第１及び第２辺と、互いに対向し移動方向に直交する第３及び第４辺と、を有している。そして、移動方向の先端である第３辺の稜線であるエッジによって樹脂層を剥離する。

また、刃３２２は、加工姿勢において、先端（下端）が移動方向（図２の右方向）を向くように保持部３１に対して傾斜している。すなわち、刃３２２のすくい面（移動方向側の面）３２２ｂが斜め上方を向くように、刃３２２は保持部３１に対して傾斜している。また、溝加工ツール３の加工姿勢において、刃３２２のすくい面３２２ｂとガラス基板Ｇの主面Ｇ１の法線とがなす角度、すなわちすくい角θは、正の値であり、例えば１０度以上３０度以下程度とすることができる。なお、刃３２２のすくい面３２２ｂが図２に示すように進行方向と逆側（左側）に倒れている場合、すなわちすくい面３２２ｂが上方（主面Ｇ１と反対側）を向くように傾斜している場合、すくい角θは正の値となる。また、刃３２２のすくい面３２２ｂが進行方向（右側）に倒れている場合、すなわちすくい面３２２ｂが下方（主面Ｇ１側）を向くように傾斜している場合、すくい角θは負の値となる。刃３２２のすくい面３２２ｂと、ベース３２１の前面（移動方向側の面）３２１ａとの間で逃げ部３２３が画定される。この逃げ部３２３の正面視は三角形状となっている。

溝加工ツール３がホルダ１３に取り付けられてガラス基板Ｇを加工する際の姿勢において、刃３２２の底面３２２ａはガラス基板Ｇの主面Ｇ１と平行になる。また、溝加工ツール３がガラス基板Ｇを加工する際の姿勢において、ガラス基板Ｇの主面Ｇ１と平行な面における刃３２２の断面形状は、主面Ｇ１と垂直な方向であるＺ方向（図２〜図４の上下方向）に沿って一定である。

このため、溝加工ツール３が摩耗しても、図５に示すように、加工品質を維持できる。図５（ａ）は磨耗前の状態を示し、図５（ｂ）は磨耗後の状態を示す。これらの図に示すように、溝加工を繰り返し行うことによって刃３２２は磨耗するため、刃３２２は、図５（ａ）に示す状態から図５（ｂ）に示すような状態となる。このように刃３２２が磨耗しても、刃３２２の底面３２２ａとガラス基板Ｇの主面Ｇ１とが接触する面積は変わらない。

刃３２２の長さ（図２の左右方向の長さ）は、特に限定されるものではないが、５０μｍ以上２００μｍ以下程度とすることが好ましい。すなわち、溝加工ツール３がガラス基板Ｇを加工する際の姿勢において、ガラス基板Ｇの主面Ｇ１と平行な面における刃３２２の断面形状は、幅（Ｙ方向の長さ）が２０μｍ以上１００μｍ以下程度であって、長さ（Ｘ方向の長さ）が５０μｍ以上２００μｍ以下程度とすることが好ましい。また、刃３２２の高さＨは、強度及び寿命の観点から、５０μｍ以上１００μｍ以下程度とすることが好ましい。

［カッタホイール４］
カッタホイール４は、ガラス基板Ｇにおいて、樹脂層が剥離された分断予定ラインに沿って、分断用の溝を形成するためのツールである。このカッタホイール４を、ガラス基板Ｇに圧接させた状態で転動させることによって、分断用の溝を形成することができる。

カッタホイール４は、図６に示すように、円板状に形成され、ホルダ１４に回転自在に支持されている。カッタホイール４は、超硬合金、焼結ダイヤモンド、セラミックスあるいはサーメットにより形成されるのが好ましい。

図７に示すように、カッタホイール４の外周部には、両側面から回転軸方向の中心に向かって次第に径が大きくなる２つのテーパ面４１，４２が形成されている。そして、２つのテーパ面４１，４２の交点である最外周部には、円周稜線４３が形成されている。円周稜線４３には、図８に示すように、円周方向に沿って複数の切欠き４３ａ及び突起４３ｂが交互に形成されている。なお、突起４３ｂは、円周稜線４３が切り欠かれて残った円周方向に長さを有する円周稜線４３の部分で構成されている。また、切欠き４３ａは、概略Ｖ字状の溝を平坦な円周稜線４３から所定の深さで、所定のピッチ毎に切り欠くことにより形成されている。また、円周稜線４３の軸方向の幅（刃の幅）は、溝加工ツール３の刃３２２の幅よりも小さく設定されている。

［駆動機構５］
駆動機構５は、溝加工ツール３及びカッタホイール４を、レール１５に沿って移動させる機構である。この駆動機構５によって、溝加工ツール３及びカッタホイール４が、ガラス基板Ｇに設定された分断予定ラインに沿って移動させられる。

［制御部７］
制御部７は、溝加工ツール３、カッタホイール４、駆動機構５、及び吸引ポンプ６を制御する。具体的には、制御部７によって、カッタホイール４のガラス基板Ｇへの押圧力、駆動速度（走査速度）、吸引ポンプ６の回転数（吸着圧）等が制御される。

［加工方法］
まず、加工対象となるガラス基板Ｇをテーブル２上に載置する。そして、吸引ポンプ６を駆動して、ガラス基板Ｇをテーブル２上に吸着する。

次に、溝加工ツール３及びカッタホイール４を分断予定ラインに沿って移動する。すると、溝加工ツール３によって、ガラス基板Ｇの表面に形成された樹脂層が、溝加工ツール３の刃３２２の幅で剥離される。

そして、この樹脂層の剥離された部分の分断予定ラインに沿ってカッタホイール４が移動し、これにより、分断予定ラインに沿って分断用の溝が形成される。

以上のようにして分断用の溝が形成されたガラス基板Ｇは、別の図示しない分断装置に搬送される。そして、分断装置によって分断溝の両側が押圧され、これにより複数の単位基板に分断される。

［特徴］
（１）ガラス基板Ｇにカッタホイール４によって分断溝を形成する前に、溝加工ツール３によって樹脂層を剥離するようにしている。このため、従来方法のようにカッタホイールによって樹脂層を分断する場合に比較して、樹脂層の加工断面の品質劣化を抑えることができる。

（２）樹脂層の剥離とガラス基板Ｇへの分断溝の形成とを連続して行うので、加工時間を短縮することができる。

（３）カッタホイール４の刃幅よりも広い刃幅の溝加工ツール３樹脂層を剥離するので、カッタホイール４によって樹脂層が分断されることがなく、樹脂層の加工断面の品質劣化を防止できる。

（４）ガラス基板Ｇの主面Ｇ１と平行な面における刃３２２の断面形状が、Ｚ方向に沿って一定であるため、刃３２２が磨耗しても、刃３２２とガラス基板Ｇの主面Ｇ１とが接触する面積は一定である。このため、刃３２２が磨耗しても加工品質が低下することがなく、ひいては溝加工ツール３の寿命を長くすることができる。

（５）刃３２２は、先端が移動方向を向くように傾斜している。また、刃３２２のすくい面３２２ｂと主面Ｇ１の法線とがなすすくい角θは正である。このため、溝加工によって生じる切屑が溝から排出されやすい。

［他の実施形態］
本発明は以上のような実施形態に限定されるものではなく、本発明の範囲を逸脱することなく種々の変形又は修正が可能である。

例えば、溝加工ツール及びカッタホイールの形状及び寸法等は前記実施形態に限定されるものではない。

また、分断対象はガラス基板に限定されるものではなく、表面に樹脂層が形成された他の脆性材料基板についても同様に本発明を適用できる。

１ 加工装置
３ 溝加工ツール
４ カッタホイール
５ 駆動機構
Ｇ ガラス基板

Claims (6)

1. 表面に樹脂層が形成された脆性材料基板を分断するための方法であって、
   剥離用ツールを前記脆性材料基板の表面上で移動させて、分断予定ラインに沿って所定の幅の前記樹脂層を剥離する第１工程と、
   前記樹脂層が剥離された分断予定ラインに沿って切断用ツールを移動させて、脆性材料基板を分断するための分断溝を形成する第２工程と、
   を備えた脆性材料基板の加工方法。
2. 前記第２工程は前記第１工程と連続して実行される、請求項１に記載の脆性材料基板の加工方法。
3. 表面に樹脂層が形成された脆性材料基板に、分断予定ラインに沿って分断用の溝を形成する装置であって、
   前記脆性材料基板の表面上において、前記分断予定ラインに沿って移動可能であり、所定の幅の前記樹脂層を剥離するための剥離用ツールと、
   前記樹脂層が剥離された前記分断予定ラインに沿って移動可能であり、前記脆性材料基板に分断用の溝を形成するための切断用ツールと、
   前記剥離用ツール及び前記切断用ツールを前記分断予定ラインに沿って移動させるための駆動機構と、
   を備えた脆性材料基板の加工装置。
4. 前記剥離用ツールは、前記移動方向と直交する方向に第１幅を有し、
   前記切断用ツールは、前記移動方向と直交する方向に前記第１幅よりも小さい第２幅を有する、
   請求項３に記載の脆性材料基板の加工装置。
5. 前記剥離用ツールは、前記移動方向と直交する方向に延びる前記第１幅の稜線を有している、請求項４に記載の脆性材料基板の加工装置。
6. 前記剥離用ツールは矩形の底面を有し、
   前記底面は、互いに対向し実質的に平行な第１及び第２辺と、互いに対向し前記第１及び第２辺に実質的に直交する第３及び第４辺と、を有し、
   前記第３及び第４辺の少なくともいずれか一方の稜線であるエッジによって前記樹脂層を剥離する、
   請求項３から５のいずれかに記載の脆性材料基板の加工装置。

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