JP2018034493A - ダイヤモンドツール及びそのスクライブ方法 - Google Patents

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し、外切りで終了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１６と天面１７の交点をポイントＰとする。このダイヤモンドツール１０のポイントＰを基板に接触させて転動させずにスクライブする。この場合にベースの角には１つのポイントだけであるため、他のポイントの損傷を考慮することなく外切りでスクライブを開始し、終了することができる。【選択図】図３

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。また、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。

そこで図１に示すように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Ｐ１，Ｐ２・・・としたスクライビングツール１００が考えられる。このようなスクライビングツールを用い、図１（ａ）に示すように稜線を先行させポイントＰ１を基板１０１に押し当てて右に向けてスクライブする場合には、基板の端部を通過するようにスクライブする、いわゆる外切りで基板１０１にスクライブを終了した場合であっても隣接する他方のポイントＰ２には損傷を与えることはない。一方、外切りでスクライブを開始しようとする場合、先行するポイントＰ２が基板１０１の端部に衝突して損傷を受ける可能性がある。

これに対して、図１（ｂ）に示すように、ポイントＰ２を用いて稜線を後方とするように前方に傾けて右に向けてスクライブをする場合には外切りでスクライブを開始してももう一方のポイントＰ１に損傷を与えることはない。しかし、外切りでスクライブを終了したときには使用していないポイントＰ１も基板１０１の面に接触し損傷する可能性があるという問題点がある。

従って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場合、外切りでスクライブを開始した場合には外切りで終了できず、外切りでスクライブを終了する場合は内切りで開始する必要がある。このためガラス板等の基板の一方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、スクライブラインが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終了することができる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１つの角に対して、前記ベースの両側面より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つの外周面より前記稜線に向けられた天面と、を具備し、少なくとも前記稜線及び天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し、前記稜線の一部を、前記基板の端部を押圧する押圧部とするものである。

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１つの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を用いたスクライブ方法は、前記ダイヤモンドツール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から外切りスクライブを開始し、前記基板の端部までスクライブし、前記稜線の一部が前記基板の端部を押圧しながら離れること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、脆性材料基板の一方の端面から他方の端面までスクライブすること、即ち外切りによりスクライブを開始し外切りでスクライブを終了することができる。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、基板の端部においても良好な断面を得ることができるという効果が得られる。

図１は角柱状で１つの角に２つのポイントを持つダイヤモンドツールを用いたスクライブを示す側面図である。 図２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３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１）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２）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３）である。 図８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９は本実施の形態のスクライブ開始前のポイントＰの拡大図である。 図１０は本実施の形態のスクライブ開始時のポイントＰの周辺の拡大図である。 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の実施の形態の製造過程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平面図、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２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３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２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、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３に示すように傾斜面１３ａに対して側面１１ａより外周面１２ｂ側に傾けて傾斜面１５ａを形成し、傾斜面１３ｂに対して側面１１ｂより外周面１２ｂ側に傾けて傾斜面１５ｂを形成する。こうすれば元の外周面１２ｂの位置にある第１の傾斜面１５ａと、第２の傾斜面１５ｂとが交わり、ベース１１の厚さ方向の中間、好ましくは図３（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１６が形成される。なお、ここで第１の傾斜面１５ａと第２の傾斜面１５ｂを傾斜面１３ａ、傾斜面１３ｂとは異なる面として形成することで、稜線１６を形成するための精密な研磨を行う加工面積を小さくすることができ、加工効率を向上させることができる。

次に外周面１２ｂより傾斜面１５ａ，１５ｂに向けて天面１７を形成する。ここで天面とは、稜線１６の一端を共有する面をいう。稜線１６が天面１７と接する端部をポイントＰ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が図３（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１６はスクライブ時に基板に作用する範囲より図３（ｂ）の側面図で見て５μｍ以上であれば機能する。

このようにポイントＰを形成することで、図３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の頂点に１つのポイントＰを形成することができる。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４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４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のポイントＰ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４（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５〜図８を用いて説明する。スクライブを開始する際には、まず図５に示すようにダイヤモンドツール１０のポイントＰ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９にポイントＰ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Ｐが低く、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６に示すようにダイヤモンドツール１０の外周面１２ｂと基板４０の左上端部とが接触する。すなわち、外周面１２ｂの少なくとも一部または全部が、ポイントＰを基板４０に導くガイド面として機能する。このとき図１０に拡大図を示すようにポイントＰ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１２ｂ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７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１２ｂが滑りながら天面１７を含むポイントＰ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、基板４０の端部からスクライブラインが形成される。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１７を先行させ、稜線１６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）１２ｂと基板４０の左上端部とが接触し、その後天面１７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、スクライブ開始時の基板端部の損傷も抑制することができる。

更に図８に示すように基板４０の端部を外れるまでスクライブ（外切りスクライブ）する。このとき、ダイヤモンドツール１０は稜線１６の一部が基板の端部をわずかに押圧しながら基板から離れる。スクライブを終了する場合もダイヤモンドツール１０のポイントＰの近傍、すなわち稜線の天面とは逆側には他のポイントがないため、他のポイントの損傷を考慮することなく外切りでスクライブを終了させることができる。さらにまた、スクライブライン終端において、稜線１６の一部が基板を押圧することにより、スクライブライン下方に確実に垂直クラックを形成することができるようになる。なお、稜線１６の長さが２０μm以上であると、稜線１６がより確実に基板を押圧することができる。

尚第１の実施の形態では、図２（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、第１、第２の傾斜面を別に形成するようにしているが、ベースの厚みが薄く、加工面積が十分小さい場合などには図１１に示すように傾斜面１３ａ，１３ｂを夫々第１，第２の傾斜面としてもよい。この場合、外周面１２ｂより傾斜面１３ａ，１３ｂに向けて天面１７を形成し、傾斜面１３ａ，１３ｂの交線である稜線１４が天面１７と接する端部がポイントＰとされる。

次に本発明の第２の実施の形態について図１２及び図１３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３に示すような１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１２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１３（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側に傾けて傾斜面５５ａを形成し、傾斜面５４ａに対して側面５１ｂより外周面５２ａ側に傾けて傾斜面５６ａを形成する。こうすれば元の外周面５２ａの位置にある第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、好ましくは図１３（ａ）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５７ａが形成される。

次に傾斜面５３ｂに対して側面５１ａより外周面５２ｂ側に傾けて傾斜面５５ｂを形成し、傾斜面５４ｂに対して側面５１ｂより外周面５２ｂ側に傾けて傾斜面５６ｂ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５５ｂと５６ｂが交わり、ベース５１の厚さ方向の中間、好ましくは図１３（ａ）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。

次に傾斜面５３ｃに対して側面５１ａより外周面５２ｃ側に傾けて傾斜面５５ｃを形成し、傾斜面５４ｃに対して側面５１ｂより外周面５２ｃ側に傾けて傾斜面５６ｃ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５５ｃと５６ｃが交わり、ベース５１の厚さ方向の中間、好ましくは図１３（ａ）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５７ｃが形成される。

更に傾斜面５３ｄに対して側面５１ａより外周面５２ｄ側に傾けて傾斜面５５ｄを形成し、傾斜面５４ｄに対して側面５１ｂより外周面５２ｄ側に傾けて傾斜面５６ｄを形成する。こうすれば元の外周面５２ｄの位置にある第１，第２の傾斜面５５ｄと５６ｄが交わり、ベース５１の厚さ方向の中間、好ましくは図１３（ａ）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５７ｄが形成される。

次に外周面５２ａより傾斜面５５ａ，５６ａに向けて天面５８ａを形成する。同様に外周面５２ｂより傾斜面５５ｂ，５６ｂに向けて天面５８ｂを形成し、外周面５２ｃより傾斜面５５ｃ，５６ｃに向けて天面５８ｃを形成し、更に外周面５２ｄより傾斜面５５ｄ，５６ｄに向けて天面５８ｄを形成する。稜線５７ａ〜５７ｄが夫々天面５８ａ〜５８ｄと接する端部をポイントＰ１〜Ｐ４とする。

この実施の形態においても、ベース５１の４つの頂点に夫々１つのポイントＰ１〜Ｐ４を構成しているため、外切りでスクライブを開始し、外切りでスクライブを終了しても他のポイントに影響を与えることはない。また、各角において回転対称の位置にポイントを形成しているため、１つのポイントが摩耗した場合、ダイヤモンドツール５０を所定角度回転させることで他のポイントを使用することができる。この実施の形態ではベース５１が正方形であるので、９０°回転させることで他のポイントを使用することができる。

次に本発明の第３の実施の形態について、図１４を用いて説明する。前述した第２の実施の形態では正方形のベースの各角に夫々１つのポイントを形成するようにしているが、本実施の形態においては長方形のベースの短辺を共有する隣り合う２つの角に夫々１つのポイントを形成している。この実施の形態のダイヤモンドツール６０は、図１４に示すように単結晶ダイヤモンドによる長方形で一定の厚さの板状のベース６１を用いる。そしてベース６１の一方の側面６１ａより外周面６２ａ、６２ｂの交点及び外周面６２ｂ、６２ｃの交点に向けて第１，第２の傾斜面６３ａ、６３ｂを形成する。又ベース６１の他方の側面６１ｂより外周面６２ａ、６２ｂの交点及び外周面６２ｂ、６２ｃの交点に向けて第１，第２の傾斜面６４ａ、６４ｂを形成する。これにより傾斜面６３ａと６４ａ、６３ｂと６４ｂがそれぞれ交わり、ベース６１の厚さ方向の中間、好ましくは図１４（ａ）に示すように中央位置に、ベースの側面６１ａ，６１ｂに平行な稜線６７ａ、６７ｂが形成される。

次に外周面６２ｂより傾斜面６３ａ、６４ａに向けて天面６８ａを形成する。同様に外周面６２ｂより傾斜面６３ｂ，６４ｂに向けて天面６８ｂを形成し、稜線６７ａ、６７ｂが夫々天面６８ａ、６８ｂと接する端部をポイントＰ１、Ｐ２とする。この実施の形態においても、ベース６１の２つの頂点に夫々１つのポイントＰ１、Ｐ２を構成しているため、外切りでスクライブを開始し、外切りでスクライブを終了しても他のポイントに影響を与えることはない。また、長方形の隣り合う角において、線対称の位置にポイントを形成しているため、１つのポイントが摩耗した場合、ダイヤモンドツール６０を反転させることで他のポイントを使用することができる。

なお本実施の形態においては、傾斜面６３ａ，６４ａと傾斜面６３ｂ、６４ｂを形成し、これらの交わる稜線と天面との交点をポイントとしているが、第１の実施の形態と同様に、これらの傾斜面に対してさらに外周面６２ｂ側に第１、第２の傾斜面を形成するようにしてもよい。

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稜線方向へ移動させてスクライブすることとしているが、各ポイントの天面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外切りでスクライブを開始し外切りでスクライブを終了するスクライブ装置に好適に用いることができる。

１０，５０，６０ ダイヤモンドツール
１１，５１，６１ ベース
１１ａ，１１ｂ，５１ａ，５１ｂ，６１ａ，６１ｂ 側面
１２ａ，１２ｂ，５２ａ〜５２ｄ，６２ａ，６２ｂ，６２ｃ 外周面
１３ａ，１３ｂ，１５ａ〜１５ｄ，１６ａ〜１６ｄ，５３ａ〜５３ｄ，５４ａ〜５４ｄ，５５ａ〜５５ｄ，５６ａ〜５６ｄ，６３ａ，６３ｂ，６４ａ，６４ｂ 傾斜面
１４，１６，５７ａ〜５７ｄ，６７ａ，６７ｂ 稜線
１７，５８ａ〜５８ｄ，６８ａ，６８ｂ 天面
Ｐ，Ｐ１〜Ｐ４ ポイント

Claims (3)

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１つの角に対して、前記ベースの両側面より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つの外周面より前記稜線に向けられた天面と、を具備し、
   少なくとも前記稜線及び天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し、
   前記稜線の一部を、前記基板の端部を押圧する押圧部とするダイヤモンドツール。
2. 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１つのポイントを有する請求項１記載のダイヤモンドツール。
3. 請求項１記載の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から外切りスクライブを開始し、
   前記基板の端部までスクライブし、前記稜線の一部が前記基板の端部を押圧しながら離れることでスクライブを終了するダイヤモンドツールのスクライブ方法。

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