JP2016098154A - 脆性基板の分断方法 - Google Patents

Abstract

【課題】その直下にクラックを有しない、低荷重で形成されたトレンチラインに沿った分断を行う。【解決手段】刃先を移動させることによって脆性基板１１の表面ＳＦ１上で一の点Ｎ２を経由して延びるトレンチラインＴＬが、クラックレス状態が得られるように形成される。一の点Ｎ２においてトレンチラインＴＬと交差するラインＢＬに沿って脆性基板１１を分離することにより、トレンチラインＴＬが露出した端面ＳＥが、クラックレス状態が維持されるように形成される。端面ＳＥの表面粗さが増大させられる。次に、トレンチラインＴＬに沿って脆性基板１１が分断される。【選択図】図２

Description

本発明は、脆性基板の分断方法に関する。

フラットディスプレイパネルまたは太陽電池パネルなどの電気機器の製造において、ガラス基板などの脆性基板を分断することがしばしば必要となる。まず基板上にスクライブラインが形成され、次にこのスクライブラインに沿って基板が分断される。スクライブラインは、刃先を用いて基板を機械的に加工することによって形成され得る。刃先が基板上を摺動または転動することで、基板上に塑性変形によるトレンチが形成されると同時に、このトレンチの直下には垂直クラックが形成される。その後、ブレーク工程と称される応力付与がなされる。これにより上記垂直クラックを厚さ方向に完全に進行させることで、基板が分断される。

基板が分断される工程は、基板にスクライブラインを形成する工程の直後に行われることが比較的多い。しかしながら、スクライブラインを形成する工程とブレーク工程との間において基板を加工する工程を行うことも提案されている。

たとえば国際公開第２００２／１０４０７８号の技術によれば、有機ＥＬディスプレイの製造方法において、封止キャップを装着する前に各有機ＥＬディスプレイとなる領域毎にガラス基板上にスクライブラインが形成される。このため、封止キャップを設けた後にガラス基板上にスクライブラインを形成したときに問題となる封止キャップとガラスカッターとの接触を回避させることができる。

また、たとえば国際公開第２００３／００６３９１号の技術によれば、液晶表示パネルの製造方法において、２つのガラス基板が、スクライブラインが形成された後に貼り合わされる。これにより１度のブレーク工程で２枚の脆性基板を同時にブレークすることができる。

国際公開第２００２／１０４０７８号 国際公開第２００３／００６３９１号

上記従来の技術によれば、脆性基板への加工がスクライブラインの形成後に行われ、その後の応力付与によりブレーク工程が行われる。このことは、脆性基板への加工時にスクライブライン全体に沿って垂直クラックが既に存在していることを意味する。よって、この垂直クラックの厚さ方向におけるさらなる伸展が加工中に意図せず発生することで、加工中は一体であるべき脆性基板が分離されてしまうことがあり得た。また、スクライブラインの形成工程と基板のブレーク工程との間に基板の加工工程が行われない場合においても、通常、スクライブラインの形成工程の後かつ基板のブレーク工程の前に基板の搬送または保管が必要であり、その際に基板が意図せず分断されてしまうことがあり得た。

上記課題を解決するために本発明者は独自の分断技術を開発してきた。この技術によれば、脆性基板が分断される位置を規定するラインとして、まず、その直下にクラックを有しないトレンチラインが形成される。トレンチラインが形成されることにより、脆性基板が分断されることになる位置が規定される。その後、トレンチラインの直下にクラックが存在していない状態が維持されていれば、トレンチラインに沿った分断が容易には生じにくい。この状態を用いることで、脆性基板が分断されることになる位置を予め規定しつつも、分断されるべき時点より前に脆性基板が意図せず分断されることを防ぐことができる。

上述したようにトレンチラインは、通常のスクライブラインに比して、それに沿った分断が発生しにくい。このことは、トレンチラインに沿った意図しない分断を防ぐ意味では有用である一方で、トレンチラインに沿った意図的な分断を行うには、トレンチラインに沿ったクラックを発生させるのに特に適した処理を必要とすることを意味する。本発明者は、このような処理のひとつとして、トレンチラインに交差するラインに沿って脆性基板を分断する処理を用いることができることを既に見出している。しかしながら、トレンチラインを形成する際に刃先に加えられる荷重が比較的小さくされる場合、上述した処理では、トレンチラインに沿ったクラックが発生しないことがあった。荷重の低減は、意図しない分断のより確実な防止、または刃先の長寿命化といった理由で、求められる場合がある。よってこのような場合においてもトレンチラインに沿ってクラックを生じさせることができる処理が求められる。

本発明は以上のような課題を解決するためになされたものであり、その目的は、その直下にクラックを有しないトレンチラインに沿った分断を、トレンチラインが低荷重で形成された場合においても行うことができる、脆性基板の分断方法を提供することである。

脆性基板の分断方法は、以下の工程を有する。

刃先を脆性基板の表面上へ押し付けながら移動させることによって表面上に塑性変形を発生させることで、表面上で一の点を経由して延びるトレンチラインが形成される。トレンチラインを形成する工程は、トレンチラインの直下において脆性基板がトレンチラインと交差する方向において連続的につながっている状態であるクラックレス状態が得られるように行われる。

脆性基板の表面上の一の点においてトレンチラインと交差するラインに沿って脆性基板を分離することにより、トレンチラインが露出した端面が形成される。脆性基板を分離する工程は、クラックレス状態が維持されるように行われる。

端面の表面粗さが増大させられる。端面の表面粗さが増大させられた後に、トレンチラインに沿って脆性基板が分断される。脆性基板を分断する工程は、トレンチラインが端面上において露出した箇所に応力を加えることにより、箇所を起点としてトレンチラインに沿ってクラックを伸展させる工程を含む。

本発明によれば、トレンチラインが露出した端面の表面粗さが増大させられる。これにより、トレンチラインが端面上において露出した箇所を起点としたクラックが発生しやすくなる。よって、その直下にクラックを有しないトレンチラインに沿った分断を、トレンチラインが低荷重で形成された場合においても行うことができる。

本発明の実施の形態１における脆性基板の分断方法を概略的に示すフロー図である。 本発明の実施の形態１における脆性基板の分断方法の一工程を概略的に示す上面図である。 図２の線ＩＩＩＡ−ＩＩＩＡに沿う概略部分断面図であってクラックレス状態のトレンチラインを示す図（Ａ）、およびその比較例を示す図（Ｂ）である。 本発明の実施の形態１における脆性基板の分断方法の一工程を概略的に示す上面図である。 図４の矢印Ｖの視野による脆性基板の端面の概略部分側面図である。 本発明の実施の形態１における脆性基板の分断方法の一工程を概略的に示す断面図である。 本発明の実施の形態１における脆性基板の分断方法の一工程を概略的に示す断面図である。 図７の矢印ＶＩＩＩの視野による概略部分側面図である。 本発明の実施の形態１における脆性基板の分断方法の一工程を概略的に示す断面図である。 本発明の実施の形態１における脆性基板の分断方法の一工程を概略的に示す断面図である。 本発明の実施の形態１における脆性基板の分断方法に用いられるスクライビング器具の構成を概略的に示す側面図（Ａ）、および図１１（Ａ）の矢印ＸＩに対応する視野による刃先の底面図（Ｂ）である。 図１１の変形例におけるスクライビング器具の構成を概略的に示す側面図（Ａ）、および図１２（Ａ）の矢印ＸＩＩに対応する視野による刃先の底面図（Ｂ）である。 本発明の実施の形態２における脆性基板の分断方法の一工程を概略的に示す上面図である。 本発明の実施の形態２における脆性基板の分断方法の一工程を概略的に示す上面図である。 本発明の実施の形態２における脆性基板の分断方法に用いられるスクライビング器具の構成を概略的に示す側面図である。 図１５におけるスクライビングホイールおよびピンの構成を概略的に示す正面図（Ａ）、および図１６（Ａ）の部分拡大図（Ｂ）である。

以下、図面に基づいて本発明の各実施の形態における脆性基板の分断方法ついて説明する。なお、以下の図面において同一または相当する部分には同一の参照番号を付しその説明は繰返さない。

（実施の形態１）
図１は、本実施の形態におけるガラス基板１１（脆性基板）の分断方法を概略的に示すフロー図である。図２は、ステップＳ２０（図１）直後の状態を概略的に示す上面図である。

まずガラス基板１１が準備される（図１：ステップＳ１０）。ガラス基板１１は、上面ＳＦ１（表面）と、その反対の面である下面とを有する。また、詳しくは後述するが、刃先が設けられたスクライビング器具が準備される。

次に、刃先がガラス基板１１の上面ＳＦ１上へ押し付けられながら移動させられる。これによって、上面ＳＦ１上に塑性変形が発生する。その結果、上面ＳＦ１上で点Ｎ１から点Ｎ２（一の点）を経由して点Ｎ３へ延びるトレンチラインＴＬが形成される（図１：ステップＳ２０）。トレンチラインＴＬが形成される際、刃先は点Ｎ２上をスクライブ方向ＤＬ（一の方向）へ移動する。なお点Ｎ１〜Ｎ３は上面ＳＦ１上における位置を表している。

上述したトレンチラインＴＬの形成工程が必要に応じて繰り返されることにより、所望の数のトレンチラインＴＬが形成され得る。図２は、３つのトレンチラインＴＬが形成される場合を例示している。

図３（Ａ）を参照して、トレンチラインＴＬを形成する工程は、トレンチラインＴＬの直下においてガラス基板１１がトレンチラインＴＬと交差する方向ＤＣにおいて連続的につながっている状態（クラックレス状態と称する）が得られるように行われる。

なお図３（Ｂ）は、クラックレス状態にないトレンチラインＴＬを示す。この状態においては、ガラス基板１１が、トレンチラインＴＬの直下においてトレンチラインＴＬに沿って延びるクラックラインＣＬによって、トレンチラインＴＬと交差する方向ＤＣにおいて分断されている。ガラス基板を分断するために形成される従来の典型的なスクライブラインは、クラックラインＣＬを伴うものであり、クラックレス状態で形成されるものではない。

次に、ガラス基板１１の上面ＳＦ１上の点Ｎ２においてトレンチラインＴＬと交差するラインＢＬに沿ってガラス基板１１が分離される。この分離は、たとえば、ラインＢＬに沿った通常のスクライブラインの形成と、その後の通常のブレーク工程とにより行い得る。

図４を参照して、上記分離により、トレンチラインＴＬが露出した端面ＳＥが形成される（図１：ステップＳ３０）。トレンチラインＴＬが露出した箇所での端面ＳＥの法線方向（法線ベクトル）ＤＮは、スクライブ方向ＤＬ（図２）の成分を有する。法線方向ＤＮとスクライブ方向ＤＬとは、ほぼ同じであることが好ましい。

図５を参照して、ガラス基板１１を分離する工程は、クラックレス状態が維持されるように行われる。そのためには、前述したトレンチラインＴＬの形成時に刃先に加えられる荷重が、上面ＳＦ１における塑性変形を発生させるのに十分な大きさとされつつも、過度に大きくならないようにすればよい。

次に、端面ＳＥの表面粗さが増大させられる。この工程は、端面ＳＥの少なくともトレンチラインＴＬが露出した箇所に対して、微小な破砕を伴う機械的加工を行うことによって行うことができ、具体的には、端面ＳＥのトレンチラインＴＬが露出した箇所を研削することによって行うことができる。この研削は、たとえばヤスリや軸付砥石などの工具を用いて行うことができる。

次に、トレンチラインＴＬに沿ってガラス基板１１が分断される（図１：ステップＳ４０）。この目的で、トレンチラインＴＬが端面ＳＥ上において露出した箇所に応力を加えるブレーク工程により、この箇所を起点としてトレンチラインＴＬに沿ってクラックが伸展させられる。ブレーク工程はトレンチラインＴＬの数に応じて複数回行い得る。以下、好ましいブレーク工程の詳細について説明する。

図６を参照して、ガラス基板１１の上面ＳＦ１が敷物８１を介してテーブル８０に対向するように、トレンチラインＴＬが形成されたガラス基板１１（図２）が敷物８１を介してテーブル８０上に置かれる。敷物８１は、ガラス基板１１およびテーブル８０の材料に比して変形しやすい材料からなる。

図７および図８を参照して、ブレークバー８５が準備される。ブレークバー８５は、図８に示すように、ガラス基板１１の表面を局所的に押し付けることができるように突出した形状を有することが好ましく、図８においては略Ｖ字状の形状を有する。図７に示すように、この突出部分は直線状に延在している。

次に、ブレークバー８５がガラス基板１１の下面ＳＦ２の一部に接触させられる。この接触部分は、ガラス基板１１の端面ＳＥから離れている。

次に、矢印ＣＴ１に示すように、上記接触部分が、トレンチラインＴＬに沿って拡張され、端面ＳＥの方へ近づく。上述した最初の接触時、またはそれに続く接触部分の拡張によって、ブレークバー８５が下面ＳＦ２において、トレンチラインＴＬに対向する部分に接触し、かつ端面ＳＥからは離れた状態が生じる。

図９を参照して、矢印ＣＴ２に示すように、上記接触部分がガラス基板１１の端面ＳＥに達する。これにより端面ＳＥに応力が加わる。この結果、トレンチラインＴＬが端面ＳＥ上において露出した箇所（図５）を起点としたクラックが発生する。このクラックは、トレンチラインＴＬに沿って伸展する（図１０の矢印ＰＲ参照）。

以上のブレーク工程により、ガラス基板１１の分断が行われる。

図１１（Ａ）および（Ｂ）を参照して、次に、本実施の形態で用いられるのに好ましいスクライビング器具５０について説明する。スクライビング器具５０は、スクライブヘッド（図示せず）に取り付けられることによってガラス基板１１に対して相対的に移動することにより、ガラス基板１１に対するスクライブを行うものである。スクライビング器具５０は刃先５１およびシャンク５２を有する。刃先５１は、シャンク５２に保持されている。

刃先５１には、天面ＳＤ１（第１の面）と、天面ＳＤ１を取り囲む複数の面とが設けられている。これら複数の面は側面ＳＤ２（第２の面）および側面ＳＤ３（第３の面）を含む。天面ＳＤ１、側面ＳＤ２およびＳＤ３は、互いに異なる方向を向いており、かつ互いに隣り合っている。刃先５１は、天面ＳＤ１、側面ＳＤ２およびＳＤ３が合流する頂点を有し、この頂点によって刃先５１の突起部ＰＰが構成されている。また側面ＳＤ２およびＳＤ３は、刃先５１の側部ＰＳを構成する稜線をなしている。側部ＰＳは突起部ＰＰから線状に延びている。また側部ＰＳは、上述したように稜線であることから、線状に延びる凸形状を有する。

刃先５１はダイヤモンドポイントであることが好ましい。すなわち刃先５１はダイヤモンドから作られていることが好ましい。この場合、容易に、硬度を高く、表面粗さを小さくすることができる。より好ましくは刃先５１は単結晶ダイヤモンドから作られている。さらに好ましくは結晶学的に言って、天面ＳＤ１は｛００１｝面であり、側面ＳＤ２およびＳＤ３の各々は｛１１１｝面である。この場合、側面ＳＤ２およびＳＤ３は、異なる向きを有するものの、結晶学上、互いに等価な結晶面である。

なお単結晶でないダイヤモンドが用いられてもよく、たとえば、ＣＶＤ(Chemical Vapor Deposition)法で合成された多結晶体ダイヤモンドが用いられてもよい。あるいは、微粒のグラファイトや非グラファイト状炭素から、鉄族元素などの結合材を含まずに焼結された多結晶体ダイヤモンド、またはダイヤモンド粒子を鉄族元素などの結合材によって結合させた焼結ダイヤモンドが用いられてもよい。

シャンク５２は軸方向ＡＸに沿って延在している。刃先５１は、天面ＳＤ１の法線方向が軸方向ＡＸにおおよそ沿うようにシャンク５２に取り付けられることが好ましい。

スクライビング器具５０が本実施の形態に適用される場合、押し付けられた刃先５１は上面ＳＦ１上で進行方向ＤＡへ摺動させられる。進行方向ＤＡは、突起部ＰＰから側部ＰＳに沿って延びる方向を上面ＳＦ１上に射影した方向であり、軸方向ＡＸを上面ＳＦ１上へ射影した方向におおよそ対応している。なお、進行方向ＤＡと反対の進行方向ＤＢが用いられると、本実施の形態においてはトレンチラインＴＬに沿ったクラックが発生しにくくなる。このような方向依存性は、トレンチラインＴＬの形成に起因して生じるガラス基板１１内の応力の分布に起因すると推測される。

図１２（Ａ）および（Ｂ）を参照して、変形例として、スクライビング器具５０ｖが用いられてもよい。スクライビング器具５０ｖの刃先５１ｖは、頂点と、円錐面ＳＣとを有する円錐形状を有する。刃先５１ｖの突起部ＰＰｖは頂点で構成されている。刃先の側部ＰＳｖは頂点から円錐面ＳＣ上に延びる仮想線（図１２（Ｂ）における破線）に沿って構成されている。これにより側部ＰＳｖは、線状に延びる凸形状を有する。

本実施の形態によれば、トレンチラインＴＬが露出した端面ＳＥ（図５）の表面粗さが増大させられる。これにより、トレンチラインＴＬが端面ＳＥ上において露出した箇所を起点としたクラックが発生しやすくなる。よって、その直下にクラックを有しないトレンチラインＴＬ（図３（Ａ））に沿った分断を、トレンチラインＴＬが低荷重で形成された場合においても行うことができる。

（実施の形態２）
図１３を参照して、実施の形態１（図２）とほぼ同様に、ガラス基板１１の上面ＳＦ１上にトレンチラインＴＬが形成される。ただしトレンチラインＴＬの形成に用いられるのに好ましいスクライブ器具、またはその刃先の姿勢は、実施の形態１および２の間で互いに異なる。この点の詳細については後述する。

次に、実施の形態１と同様、ラインＢＬに沿ってガラス基板１１が分離される。

図１４を参照して、上記分離により、トレンチラインＴＬが露出した端面ＳＥが形成される。トレンチラインＴＬが露出した箇所での端面ＳＥの法線方向ＤＮは、本実施の形態においては、スクライブ方向ＤＬ（図１３）と反対方向の成分を有する。法線方向ＤＮとスクライブ方向ＤＬとは、ほぼ逆であることが好ましい。

次に、実施の形態１とほぼ同様の工程が行われる。すなわち、端面ＳＥの表面粗さが増大させられ、続いてトレンチラインＴＬに沿ってガラス基板１１が分断される。

図１５を参照して、次に、本実施の形態で用いられるのに好ましいスクライビング器具５０Ｒについて説明する。スクライビング器具５０Ｒは、スクライビングホイール５１Ｒと、ホルダ５２Ｒと、ピン５３とを有する。スクライビングホイール５１Ｒは、おおよそ円盤状の形状を有しており、その直径は、典型的には数ｍｍ程度である。スクライビングホイール５１Ｒは、ホルダ５２Ｒにピン５３を介して、回転軸ＲＸ周りに回転可能に保持されている。

スクライビングホイール５１Ｒは、刃先が設けられた外周部ＰＦを有する。外周部ＰＦは、回転軸ＲＸ周りに円環状に延びている。外周部ＰＦは、図１６（Ａ）に示すように、目視レベルでは稜線状に切り立っており、それによって、稜線と傾斜面とからなる刃先を構成している。一方、顕微鏡レベルでは、スクライビングホイール５１Ｒがガラス基板１１内へ侵入することによって実際に作用する部分（図１６（Ｂ）の二点鎖線よりも下方）において外周部ＰＦの稜線は微細な表面形状ＭＳを有する。表面形状ＭＳは、正面視（図１６（Ｂ））において、有限の曲率半径を有する曲線形状を有することが好ましい。

スクライビングホイール５１Ｒは、超硬合金、焼結ダイヤモンド、多結晶ダイヤモンドまたは単結晶ダイヤモンドなどの硬質材料を用いて形成されている。上述した稜線および傾斜面の表面粗さを小さくする観点でスクライビングホイール５１Ｒ全体が単結晶ダイヤモンドから作られてもよい。

スクライビング器具５０Ｒを用いてトレンチラインＴＬ（図１５）を形成するためには、スクライビング器具５０Ｒの刃先がガラス基板１１の上面ＳＦ１上において進行方向ＤＢへ移動させられる（図１５参照）。言い換えれば、ガラス基板１１の上面ＳＦ１上で刃先が転動（矢印ＲＴ）させられる。

この際、刃先に加えられる荷重Ｆは、ガラス基板１１の厚さ方向ＤＴに平行な垂直成分Ｆｐと、上面ＳＦ１に平行な面内成分Ｆｉとを有する。スクライビングホイール５１Ｒの転動によるスクライビングホイール５１Ｒの進行方向ＤＢは面内成分Ｆｉの方向と同じである。言い換えれば、スクライブ方向ＤＬ（図１３）は、面内成分Ｆｉの方向と同じである。

本実施の形態によっても実施の形態１とほぼ同様の効果が得られる。さらに本実施の形態によれば、トレンチラインＴＬの形成にスクライビングホイール５１Ｒを用いることができる。なおスクライビングホイール５１Ｒが実施の形態１に適用されると、本実施の形態に比して、トレンチラインＴＬに沿ったクラックが発生しにくい。

なおスクライビング器具５０Ｒの代わりにスクライビング器具５０または５０ｖが用いられてもよい。この場合、実施の形態１とは逆に、進行方向ＤＡではなくその反対方向である進行方向ＤＢが用いられることが好ましい。これにより、トレンチラインＴＬに沿ったクラックがより発生しやすくなる。

上記各実施の形態による脆性基板の分断方法はガラス基板に対して特に好適に適用されるが、脆性基板は、ガラス以外の材料から作られていてもよい。たとえば、ガラス以外の材料として、セラミックス、シリコン、化合物半導体、サファイア、または石英が用いられてもよい。

Ｎ２ 点（一の点）
ＳＦ１ 上面（表面）
ＳＦ２ 下面
ＴＬ トレンチライン
１１ ガラス基板（脆性基板）
５０，５０Ｒ，５０ｖ スクライビング器具
５１，５１ｖ 刃先
５１Ｒ スクライビングホイール
８５ ブレークバー

Claims (7)

1. 刃先を脆性基板の表面上へ押し付けながら移動させることによって前記表面上に塑性変形を発生させることで、前記表面上で一の点を経由して延びるトレンチラインを形成する工程を備え、前記トレンチラインを形成する工程は、前記トレンチラインの直下において前記脆性基板が前記トレンチラインと交差する方向において連続的につながっている状態であるクラックレス状態が得られるように行われ、さらに
   前記脆性基板の前記表面上の前記一の点において前記トレンチラインと交差するラインに沿って前記脆性基板を分離することにより、前記トレンチラインが露出した端面を形成する工程を備え、前記脆性基板を分離する工程は前記クラックレス状態が維持されるように行われ、さらに
   前記端面の表面粗さを増大させる工程と、
   前記端面の表面粗さを増大させる工程の後に、前記トレンチラインに沿って前記脆性基板を分断する工程とを備え、前記脆性基板を分断する工程は、前記トレンチラインが前記端面上において露出した箇所に応力を加えることにより、前記箇所を起点として前記トレンチラインに沿ってクラックを伸展させる工程を含む、脆性基板の分断方法。
2. 前記端面の表面粗さを増大させる工程は前記端面に対して機械的加工を行う工程を含む、請求項１に記載の脆性基板の分断方法。
3. 前記機械的加工を行う工程は前記端面を研削する工程を含む、請求項２に記載の脆性基板の分断方法。
4. 前記トレンチラインを形成する工程において、前記刃先は前記一の点上を一の方向へ移動し、
   前記トレンチラインが露出した箇所での前記端面の法線方向は前記一の方向の成分を有する、請求項１から３のいずれか１項に記載の脆性基板の分断方法。
5. 前記トレンチラインを形成する工程は、前記脆性基板の前記表面上で前記刃先を摺動させる工程を含む、請求項４に記載の脆性基板の分断方法。
6. 前記トレンチラインを形成する工程において、前記刃先は前記一の点上を一の方向へ移動し、
   前記トレンチラインが露出した箇所での前記端面の法線方向は前記一の方向と反対方向の成分を有する、請求項１から３のいずれか１項に記載の脆性基板の分断方法。
7. 前記トレンチラインを形成する工程は、前記脆性基板の前記表面上で前記刃先を転動させる工程を含む、請求項６に記載の脆性基板の分断方法。

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