JP2018015945A - ダイヤモンドツール及びそのスクライブ方法 - Google Patents

ダイヤモンドツール及びそのスクライブ方法 Download PDF

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Abstract

【課題】スクライブする際に基板の外側からスクライブを開始することができるようにすること。【解決手段】ダイヤモンドツール10のベース11の角に対してベースの両側より傾斜面を形成し稜線17a,17bと天面18a,18bの交点をポイントP1,P2とする。このダイヤモンドツール10のいずれかのポイントを基板に接触させて転動させずにスクライブする。この場合に基板の外からスクライブを開始してもポイントに先行してガイド面が基板端部に接触するようにしてスクライブしているため、ポイントが損傷することなく、外切りスクライブを開始することができる。【選択図】図2

Description

本発明はガラス基板やシリコンウエハ等の脆性材料基板をダイヤモンドポイントによってスクライブするためのダイヤモンドツール及びそのスクライブ方法に関するものである。
従来ガラス基板やシリコンウエハをスクライブするために、スクライビングホイールや単結晶ダイヤモンドによるダイヤモンドポイントを用いたツールが用いられている。ガラス基板に対しては、主に基板に対して転動させるスクライビングホイールが用いられてきたが、スクライブ後の基板の強度が向上するなどの利点より、固定刃であるダイヤモンドポイントの使用も検討されてきている。特許文献1,2にはサファイアウエハやアルミナウエハ等の硬度の高い基板をスクライブするためのポイントカッターが提案されている。これらの特許文献には、角錐の稜線上にカットポイントを設けたツールや、先端が円錐になったツールが用いられている。又特許文献3にはガラス板をスクライブするために円錐形の先端を有するガラススクライバを用いたスクライブ装置が提案されている。
特開2003−183040号公報 特開2005−079529号公報 特開2013−043787号公報
従来の固定刃であるツールでスクライブを進めていくとポイントが摩耗するため、ポイントを変更する必要がある。ここで、ツールによるスクライブにおいては、ポイントが基板に対して適切な角度で接触する必要がある。しかし、従来のツールでは、ポイントを変更する場合ツールを軸方向に回転させる必要があり、この接触角度を精度良く調整することが容易ではなかった。
そこで角柱状のツールの各頂点を両側面より重なり合うように研磨して傾斜面を形成し、傾斜面の交線の両側をポイントとしたスクライビングツールが考えられる。このようなスクライビングツールを用いてスクライブする従来のスクライブ方法では、スクライブを脆性材料基板の端部より内側の上面から開始する、即ち内切りでスクライブを開始する必要がある。これは、脆性材料基板の端部からスクライブを開始しようとすると、ポイントが脆性材料基板の端部に衝突したときに、ポイント及び基板の双方が損傷する可能性があるためである。しかし、内切りでスクライブを行う場合にはガラス板等の基板の端部にはスクライブされない部分が残ってしまう。このようにして内切りスクライブされた基板をスクライブラインに沿ってブレイクすると、スクライブラインの形成されない基板端部での分断精度が悪くなるという問題点があった。
本発明はこのような従来の問題点に鑑みてなされたものであって、外切りでスクライブを開始しても脆性材料基板またはポイントに損傷が生じることがないダイヤモンドツール及びそのスクライブ方法を提供することを目的とする。
この課題を解決するために、本発明のダイヤモンドツールは、側面と複数の外周面を有する角形のベースと、前記ベースの少なくとも1つの角に対して、前記ベースの両側面より隣り合う1つの前記外周面に向けて形成された第1,第2の傾斜面と、前記第1,第2の傾斜面の交線である稜線と、前記1つの外周面と前記稜線との間に設けられた天面と、を具備し、前記外周面の前記天面と隣接する一部または全面がガイド面となり、少なくとも前記稜線、前記天面及び前記ガイド面はダイヤモンドで形成されており、前記稜線と天面との交点をポイントとするものである。
ここで、前記ガイド面の周方向の長さが1mm以上であるようにしてもよい。
ここで前記ベースは多角形状のベースであり、前記多角形の1つの角に2つの前記ポイントを有するようにしてもよい。
この課題を解決するために、本発明のダイヤモンドツールのスクライブ方法は、ベースの角に前記ベースの厚みの中央に形成された稜線と、前記稜線の一端を共有する天面と、前記天面と隣接するように前記稜線と反対側に設けられたガイド面を有し、前記稜線と前記天面とで共有される点をポイントとするダイヤモンドツールを用いたスクライブ方法であって、前記ダイヤモンドツールの1つのポイントが最下位となるようにスクライブヘッドに保持し、基板の外側で前記ポイントが前記基板の上面より下方となるようにスクライブヘッドを押し下げ、前記スクライブヘッドを基板の面に平行に移動させることによって基板の端部に前記ガイド面を接触させ、前記基板端部において前記ガイド面が所定距離摺動した後で前記天面が前記基板端部に接触して外切りスクライブを開始し、前記基板の上面に前記ポイントが接触している状態でスクライブを終了するものである。
このような特徴を有する本発明によれば、脆性材料基板の端部からスクライブすること、即ち外切りによるスクライブを開始することができる。そのためスクライブを終えた後、スクライブラインに沿って基板を分断したときに、スクライブ開始点から良好な断面を得ることができ、また基板に乗り上げる際のポイントと基板の損傷を抑制するという効果が得られる。
図1は本発明の第1の実施の形態によるダイヤモンドツールの製造過程を示す平面図、側面図及び正面図である。 図2は第1の実施の形態によるダイヤモンドツールの平面図、側面図及び正面図である。 図3は本発明の第1の実施の形態によるダイヤモンドツールを取付けたスクライブヘッドを示す正面図及び側面図である。 図4は本発明の第1の実施の形態によるダイヤモンドツールを用いたスクライブを示す正面図(その1)である。 図5は本発明の第1の実施の形態によるダイヤモンドツールを用いたスクライブを示す正面図(その2)である。 図6は本発明の第1の実施の形態によるダイヤモンドツールを用いたスクライブを示す正面図(その3)である。 図7は本発明の第1の実施の形態によるダイヤモンドツールを用いたスクライブを示す正面図(その4)である。 図8は本実施の形態のスクライブ開始前のポイントP1の拡大図である。 図9は本実施の形態のスクライブ開始時のポイントP1の周辺の拡大図である。 図10は本発明の第1の実施の形態の変形例によるダイヤモンドツールの平面図、側面図及び正面図である。 図11は本発明の第1の実施の形態の変形例によるダイヤモンドツールの平面図、側面図及び正面図である。 図12は本発明の第2の実施の形態によるダイヤモンドツールの側面図及び正面図である。 図13は本発明の第3の実施の形態によるダイヤモンドツールの製造過程を示す側面図及び正面図である。 図14は本発明の第3の実施の形態によるダイヤモンドツールの側面図及び正面図である。
次に本発明の第1の実施の形態について説明する。図1は本発明の第1の実施の形態によるダイヤモンドツール10の製造過程、図2は製造を完了したダイヤモンドツールを示す平面図、側面図及び正面図である。このダイヤモンドツール10は一定の厚さで二等辺三角形の単結晶ダイヤモンドの板材をベース11としている。このベース11に対して図1に示すように1つの頂点の角部分の両側より正面視でV字形に研磨する。即ち一方の側面11aよりベース11の2つの外周面12a,12bに向けてベース11の厚さの1/2以上となるまで切欠いて、傾斜面13aを形成する。このとき傾斜面13aとベース11の2つの隣り合う外周面12a,12bとがそれぞれ成す角が互いに等しくなるように切欠くことが好ましい。次にベース11の他方の側面11bより同様にしてベース11の2つの隣り合う外周面12a,12bに向けてベース11の厚さの1/2程度となるまで切欠いて、平面視において台形となる傾斜面13bを形成する。傾斜面13a,13bの交線は稜線14となる。
次いで図2に示すように傾斜面13aに対して側面11aより外周面12aと12b側に夫々傾けて傾斜面15a,15bを形成する。又同様にして傾斜面13bに対して側面11bより外周面12a,12bに向けて夫々傾斜面16a,16bを形成する。こうすれば元の外周面12aの位置にある第1,第2の傾斜面15aと16aが交わり、ベース11の厚さ方向の中間、好ましくは図2(a)に示すように中央位置に、ベースの側面11a,11bに平行な稜線17aが形成される。同様にして元の外周面12bの位置にある第3,第4の傾斜面15bと16bが交わって夫々ベース11の厚さ方向の中間、好ましくは中央位置に、ベースの側面11a,11bに平行な稜線17bが形成されることとなる。
次に外周面12aより傾斜面15a,16aに向けて天面18aを形成する。同様にして外周面12bより傾斜面15b,16bに向けて天面18bを形成する。ここで天面とは、夫々稜線17a,17bの一端を共有する面をいう。稜線17a,17bが夫々天面18a,18bと接する端部をポイントP1,P2とする。天面はスクライブする基板に作用する面であり、基板に作用する範囲、すなわち稜線との交点から周方向における長さが図2(b)の側面図で見て0.05mm以上であれば天面として有効に機能し、例えば0.05〜0.1mm程度とする。又稜線17a,17bはスクライブ時に基板に作用する範囲、すなわち天面との交点より図2(b)の側面図で見て0.02mm以上の長さであれば機能する。
このようにポイントP1,P2を形成することで、図2に示すように側面視において三角形のダイヤモンドツール10に2つのポイントを形成することができる。ポイントP1,P2を構成する天面と傾斜面とは、いずれももう一方のポイントを構成するものではなく独立しているため、各ポイントが互いに影響を与えることなく精密な研磨が可能となる。このような傾斜面や天面はレーザ加工によって容易に形成することができる。また、レーザ加工の後にさらに機械研磨を行い、稜線を形成する部分をより精密な研磨面としてもよい。
図3はダイヤモンドツール10をスクライブヘッドユニット30に取付けた状態を示す正面図及び側面図である。ダイヤモンドツール10は図3に示すようにツールホルダ20に保持される。ツールホルダ20は直方体状の部材であって、その下端にダイヤモンドツール10をいずれか一方のポイント、ここではポイントP1が下端となるように斜めに保持している。ツールホルダ20には2箇所のねじ孔が設けられ、これによってスクライブヘッド30に固定される。
スクライブヘッドユニット30は板状のヘッドプレート31自体が図示しないスライド機構によって全体に上下動するように構成されている。そしてこのヘッドプレート31にはスクライブ荷重用のエアシリンダ32が固定される。エアシリンダ32の下端はロッド32aが伸縮自在に突出している。さて図3(b)に示すようにヘッドプレート31のロッド32aの下方には、ガイド機構33とスライド部34が設けられ、所定の荷重でスライド部34を下方に押圧している。ガイド機構33はスライド部34を上下動自在に保持するものである。スライド部34にはL字形のプレート35が設けられる。プレート35はスライド部34と共に上下動するが、ストッパ36によって下限が規制されている。そしてこのプレート35にはツールホルダ20がねじ止めにより斜め方向に固定されている。そしてスクライブヘッドユニット30を矢印A方向に移動させることでスクライブすることができる。
この実施の形態のダイヤモンドツール10を用いてスクライブする場合について、図4〜図7を用いて説明する。スクライブを開始する際には、まず図4に示すようにダイヤモンドツール10の1つのポイントP1を基板40に接近させてスクライブヘッドユニット30を下降させる。このとき図8にポイントP1周辺の拡大図を示すように、外周面12aと脆性材料基板とのなす角度θが好ましくは15〜20°となり、基板40の上面よりダイヤモンドツール10のポイントP1が低く、基板40とポイントP1との高さの差Dが、基板40の厚さに応じて0.05〜0.2mm程度となるようにスクライブヘッドユニット30を押し下げる。そして基板40の左側面からスクライブヘッドユニット30を右に向けて移動させる。そうすれば図5に示すようにダイヤモンドツール10の外周面12aと基板40の左上端部とが接触する。すなわち、外周面12aの少なくとも一部または全部が、ポイントP1を基板40に導くガイド面として機能する。このとき図9に拡大図を示すようにポイントP1と基板40との間隔Fは角度θと高さの差Dにより決まるが、例えばθ=15°、D=0.2mmでは、Fは0.78mmとなる。従って、ガイド面12aはダイヤモンドツール10の周方向において1.0mm以上の長さを有することが好ましい。そしてダイヤモンドツールを矢印A方向に移動させると、図6に示すように基板40がエアシリンダ32の圧力に抗してスライド部34をわずかに押し上げ、プレート35自体が上昇する。更にスクライブヘッドユニット30を右側に移動させると、基板40に対してガイド面12aが滑りながら天面18aを含むポイントP1の周辺部分が基板40に入り込むようになり、基板40の端部からのスクライブ、即ち外切りスクライブを開始することができる。更に矢印A方向にスクライヘッドユニット30を移動させスクライブすると、ダイヤモンドツール10の天面18aを先行させ、稜線17aを後方となるようにしてスクライブすることができる。上記のとおり、外切りスクライブ開始時にはまずダイヤモンドツール10の外周面(ガイド面)12aと基板40の左上端部とが接触し、その後天面18aを含むポイントがガイド面により基板40にガイドされて接触することにより、外切りによりスクライブを開始しても、ポイントの損傷を防止することができる。さらに、幅の広い天面が先行し、稜線が後から基板に接触することで、基板40の端部に対する応力の集中がなくなり、基板端部の損傷も抑制することができる。なお、外切りスクライブを開始するときには他方のポイントP2は基板40のエッジ部より外側かつ上方にあるため、ポイントP2が損傷することもない。
更に図7に示すように基板40の端部となる直前までスクライブしてスクライブヘッド30を上昇させて内切りでスクライブを終了させる。尚ポイントP1が基板40の端部から外れるまでスクライブを行う、即ち外切りでスクライブを終了させると、ポイントP1が基板40を外れた後、エアシリンダ32によってスクライブヘッドが下降し、ポイントP2が基板40の端部で損傷する可能性がある。従って内切りでスクライブを終了させることが好ましい。
そして基板40に接しているポイントP1が摩耗により劣化した場合には、ダイヤモンドツール10を反転させ、他方のポイントP2を基板40に接触させて同様にしてポイントP2を用いてスクライブを行う。こうすれば新しいポイントでスクライブを行うことができる。
尚第1の実施の形態では、図1(a)のように両側の側面11a,11bから傾斜面13a,13bを形成した後、改めて第1〜第4の傾斜面を形成するようにしているが、図10に示すように傾斜面13a,13bを夫々第1,第2の傾斜面とし、外周面12a,12bの端部をそのまま天面として、その交線である稜線14を用いるようにしてもよい。この場合には、ガイド面と天面とが同一平面上に位置することとなる。こうすれば稜線14の両側の外周面との交点P1,P2をポイントとし、外周面の稜線と接する部分を天面、稜線から離れた部分をガイド面として用いることができる。または、図11に示すように外周面12a,12bの端部をわずかに研磨して別途天面18a、18bを形成してもよい。この場合はポイントP1,P2が稜線14を共有し、外周面12a,12bがガイド面となる。
次に本発明の第2の実施の形態について説明する。第1の実施の形態では図2に示すように元の傾斜面13,13bの一部が残るように第1〜第4の傾斜面15a,15b,16a,16bを形成しているが、第2の実施の形態では図12に示すように第1〜第4の傾斜面15a,15b,16a,16bをより大きく、元の傾斜面13a,13bがなくなるように研磨して形成したものである。
次に本発明の第3の実施の形態について図13及び図14を用いて説明する。前述した第1の実施の形態では二等辺三角形状のベースを用いているが、本実施の形態のダイヤモンドツール50は正方形のベースの各角に夫々図2に示すような2つのポイントを形成するようにしたものである。この実施の形態のダイヤモンドツール50は図13に示すように単結晶ダイヤモンドによる正方形で一定の厚さの板状のベース51を用いる。そしてベース51の一方の側面51aより4つの外周面52a〜52dの交点に向けて傾斜面53a〜53dを形成する。同様に、他方の側面51bより4つの角に向けて傾斜面54a〜54dを形成する。
次いで図14(a),(b)に示すように傾斜面53aに対して側面51aより外周面52aと52b側に夫々傾けて傾斜面55a,55bを形成する。又同様にして傾斜面54aに対して側面51bより外周面52a,52bに向けて夫々傾斜面56a,56bを形成する。こうすれば元の外周面52aの側にある第1,第2の傾斜面55aと56aが交わり、ベース51の厚さ方向の中間、好ましくは中央位置に、ベースの側面51a,51bに平行な稜線57aが形成される。同様にして元の外周面52bの位置にある第3,第4の傾斜面55bと56bが交わって夫々ベース51の厚さ方向の中間、好ましくは中央位置に、ベースの側面51a,51bに平行な稜線58aが形成されることとなる。
次に傾斜面53bに対して側面51aより外周面52bと52c側に夫々傾けて傾斜面55c,55dを形成する。又同様にして傾斜面54bに対して側面51bより外周面52b,52cに向けて夫々傾斜面56c,56dを形成する。こうすれば元の外周面52bの位置にある第1,第2の傾斜面55cと56dが交わり、ベース51の厚さ方向の中間、好ましくは図14(b)に示すように中央位置に、ベースの側面51a,51bに平行な稜線57bが形成される。同様にして元の外周面52bの側にある第3,第4の傾斜面55dと56dが交わって夫々ベース51の厚さ方向の中間、好ましくは中央位置に、ベースの側面51a,51bに平行な稜線58bが形成されることとなる。
次に傾斜面53cに対して側面51aより外周面52cと52d側に夫々傾けて傾斜面55e,55fを形成する。又同様にして傾斜面54cに対して側面51bより外周面52c,52dに向けて夫々傾斜面56e,56fを形成する。こうすれば元の外周面52cの位置にある第1,第2の傾斜面55eと56eが交わり、ベース51の厚さ方向の中間、好ましくは中央位置に、ベースの側面51a,51bに平行な稜線57cが形成される。同様にして元の外周面52dの側にある第3,第4の傾斜面55fと56fが交わって夫々ベース51の厚さ方向の中間、好ましくは中央位置に、ベースの側面51a,51bに平行な稜線58cが形成されることとなる。
更に傾斜面53dに対して側面51aより外周面52dと52a側に夫々傾けて傾斜面55g,55hを形成する。又同様にして傾斜面54dに対して側面51bより外周面52d,52aに向けて夫々傾斜面56g,56hを形成する。こうすれば元の外周面52dの側にある第1,第2の傾斜面55gと56gが交わり、ベース51の厚さ方向の中間、好ましくは中央位置に、ベースの側面51a,51bに平行な稜線57dが形成される。同様にして元の外周面52aの位置にある第3,第4の傾斜面55hと56hが交わって夫々ベース51の厚さ方向の中間、好ましくは中央位置に、ベースの側面51a,51bに平行な稜線58dが形成されることとなる。
次に外周面52aより傾斜面55a,56aに向けて天面59aを形成する。同様にして外周面52bより傾斜面55b,56bに向けて天面60aを形成する。次に外周面52bより傾斜面55c,56cに向けて天面59bを形成し、外周面52cより傾斜面55d,56dに向けて天面60bを形成する。次に外周面52cより傾斜面55e,56eに向けて天面59cを形成し、外周面52dより傾斜面55f,56fに向けて天面60cを形成する。次に外周面52dより傾斜面55g,56gに向けて天面59dを形成し、外周面52aより傾斜面55h,56hに向けて天面60dを形成する。稜線57a〜57dが夫々天面59a〜59dと接する端部をポイントP1,P3,P5,P7とする。稜線58a〜58dが夫々天面60a〜60dと接する端部をポイントP2,P4,P6,P8とする。
この実施の形態においても、各ポイントを構成する天面と傾斜面とはいずれも他のポイントを構成するものではなく独立しているため、他のポイントに影響を与えることなく精密な研磨が可能となる。こうすればベースの周囲に8つのポイントP1〜P8を形成することができる。
又前述した各実施の形態ではベース全体を単結晶ダイヤモンドで構成しているが、脆性材料基板と接触する表面部分がダイヤモンドであれば足りるため、超硬合金や焼結ダイヤモンド製を用いて形成されたベースの外周面及び稜線の表面に多結晶ダイヤモンド層を形成し、これをさらに精密に研磨してポイントを形成してもよい。また、ボロン等の不純物をドープし、導電性を持たせた単結晶または多結晶ダイヤモンドを使用してもよい。導電性を有するダイヤモンドを用いることで、放電加工により傾斜面を容易に形成することができる。
又、前述した実施の形態ではダイヤモンドツールを各ポイントにおける天面方向へ移動させてスクライブすることとしているが、各ポイントの稜線方向へ移動させてスクライブしてもよい。
本発明のダイヤモンドツールは脆性材料基板をスクライブするスクライブ装置に用いることができ、特にダイヤモンドツールの摩耗が多くなる硬度の高いスクライブ対象にも有効に使用することができる。
10,50 ダイヤモンドツール
11,51 ベース
11a,11b,51a,51b 側面
12a,12b,52a〜52d 外周面(ガイド面)
13a,13b,15a〜15d,16a〜16d,53a〜53d,54a〜54d,55a〜55h,56a〜56h 傾斜面
14,17a,57a〜57d,58a〜58d 稜線
18a,18b,59a〜59d,60a〜60d 天面
P1〜P8 ポイント

Claims (4)

  1. 側面と複数の外周面を有する角形のベースと、
    前記ベースの少なくとも1つの角に対して、
    前記ベースの両側面より隣り合う1つの前記外周面に向けて形成された第1,第2の傾斜面と、前記第1,第2の傾斜面の交線である稜線と、
    前記1つの外周面と前記稜線との間に設けられた天面と、を具備し、
    前記外周面の前記天面と隣接する一部または全面がガイド面となり、
    少なくとも前記稜線、前記天面及び前記ガイド面はダイヤモンドで形成されており、
    前記稜線と天面との交点をポイントとするダイヤモンドツール。
  2. 前記ガイド面の周方向の長さが1mm以上である請求項1記載のダイヤモンドツール。
  3. 前記ベースは多角形状のベースであり、前記多角形の1つの角に2つの前記ポイントを有する請求項1記載のダイヤモンドツール。
  4. ベースの角に前記ベースの厚みの中央に形成された稜線と、前記稜線の一端を共有する天面と、前記天面と隣接するように前記稜線と反対側に設けられたガイド面を有し、前記稜線と前記の天面とで共有される点をポイントとするダイヤモンドツールを用いたスクライブ方法であって、
    前記ダイヤモンドツールの1つのポイントが最下位となるようにスクライブヘッドに保持し、
    基板の外側で前記ポイントが前記基板の上面より下方となるようにスクライブヘッドを押し下げ、
    前記スクライブヘッドを基板の面に平行に移動させることによって基板の端部に前記ガイド面を接触させ、
    前記基板端部において前記ガイド面が所定距離摺動した後で前記天面が前記基板端部に接触して外切りスクライブを開始するダイヤモンドツールを用いたスクライブ方法。
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