JP4214144B2

JP4214144B2 - 板材の加工方法および装置

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Publication number: JP4214144B2
Application number: JP2005312336A
Authority: JP
Inventors: 篤高田; 良衛金子; 雅一高津; 奈津子池田
Original assignee: Nano TEM Co Ltd
Current assignee: Nano TEM Co Ltd
Priority date: 2005-10-27
Filing date: 2005-10-27
Publication date: 2009-01-28
Anticipated expiration: 2025-10-27
Also published as: JP2007119286A

Description

本発明は、液晶装置に用いられる光学用ガラスおよび半導体ウエハ等の高脆性材料からなる板材を被加工物とし、これに切溝を加工する板材の加工技術に関する。

液晶装置や携帯電話のディスプレイは、光学用ガラス板や基板用ガラス板に切溝を加工してガラス小片毎に分離することにより形成され、半導体集積回路デバイスは回路パターンが形成された板状の半導体ウエハに切溝を加工してデバイス毎に分離することにより形成されている。切溝の形状には、板材の一部を残して底付きの切溝を形成するハーフカットと、板材を貫通させるように切溝を形成するフルカットとがある。このような光学用ガラス板等のような硬質脆性材料つまり高脆性材料を被加工物とする切溝の加工は砥石を用いて行われている。

この砥石としては肉薄のディスク状の砥石が使用されており、予め表面が鏡面に仕上げられた板材に砥石により切溝加工を行うと、砥石の回転振れ等に起因して切溝のエッジにチッピングと言われる欠けが発生することがある。比較的大きなチッピングがエッジに発生するとディスプレイ等の製品として使用することができず、製造歩留まりが低下することになる。

切溝のエッジにチッピングが発生するのを防止するために、特許文献１には、砥石の側面部分を研削加工中に放電加工することにより砥石を整形するようにした研削方法が記載されている。また、特許文献２にはガラス製の板材を切断する円板形のダイシングブレードと、その外側にダイシングブレードよりも小径の面取りブレードとを有するブレード構造体つまり研削砥石が記載されている。
特開平７−４０２４１号公報特開２００２−１９３６３２号公報

しかしながら、上述のように研削加工中に砥石の側面部分を放電加工するには砥石に導電性を持たせる必要があり、砥石の素材が限定されることになる。また、研削砥石をダイシングブレードと面取りブレードとにより形成すると、砥石の構造が複雑となるという問題点がある。

本発明者等は高脆性材料である光学用ガラス板をディスプレイ用のガラス小片に分離するために種々の実験を行ったところ、鏡面仕上げされたガラス板のうち切溝が加工される加工部位の表面粗さを予め粗く加工した後に、砥石により切溝工を行うと、切溝のエッジ部には大きなサイズのチッピングが発生することなく、所望の加工品質となることが判明した。

本発明の目的は、切溝のエッジ部にチッピングが発生することを抑制し、簡単な構造の砥石を用いて切溝を加工し得るようにすることにある。

本発明の板材の加工方法は、光学用ガラス等の高脆性材料からなる板材にハーフカット又はフルカットの切溝を加工して前記板材に複数の小片を形成する板材の加工方法であって、前記板材の表面のうち前記小片に対応する部分を、その外周部を露出させてマスキング材により覆うマスキング工程と、前記板材の表面のうち前記マスキング材により覆われない露出面に粉粒体を吹き付けて粗面化面を形成するブラスト工程と、前記粗面化面の幅よりも狭い幅の砥石により前記小片の外周部に対応する部分に粗面化面を残して前記粗面化面に切溝を加工する研削工程とを有することを特徴とする。

本発明の板材の加工方法は、前記ブラスト工程により前記粗面化面の表面粗さをＲａ値で０．０２〜２．５０μｍの範囲に粗面化することを特徴とする。

本発明の板材の加工方法は、前記小片の外周部に対応する粗面化面に粉粒体を吹き付けて切溝のエッジを面取り加工することを特徴とする。

本発明の板材の加工装置は、光学用ガラス等の高脆性材料からなる板材にハーフカット又はフルカットの切溝を加工して前記板材に複数の小片を形成する板材の加工装置であって、前記小片に対応する部分をその外周部を露出させてマスキング材により覆われた板材を支持するワーク支持台と、前記板材の表面に沿って相対的に移動自在の加工ヘッドに設けられ、前記板材の表面のうち前記マスキング材により覆われない露出面に粉粒体を吹き付けて粗面化面を形成する粗面化用のブラストノズルと、前記加工ヘッドに設けられ、前記粗面化面の幅よりも狭い幅を有し前記小片の外周部に対応する部分に粗面化面を残して前記粗面化面に切溝を加工する砥石とを有することを特徴とする。

本発明の板材の加工装置は、前記砥石の外周面に粉粒体を吹き付けて前記砥石の外周面を整形する整形用のブラストノズルを前記加工ヘッドに設けることを特徴とする。

本発明の板材の加工装置は、前記切溝加工後に前記小片の外周部に対応する部分の粗面化面に粉粒体を吹き付けて前記切溝のエッジを面取りする面取り用のブラストノズルを前記加工ヘッドに設けることを特徴とする。

本発明によれば、板材の表面のうちマスキング材により覆われていない露出面に粉粒体を吹き付けて露出面を粗面化した後に、その粗面化面を砥石により研削してハーフカットまたはフルカットの切溝を加工するようにしたので、研削された切溝のエッジにはチッピングの発生が抑制され、砥石により切溝を加工したままの状態で小片を製品化することができる。砥石は切溝加工を行うのみであり、簡単な構造の砥石により切溝を加工することができ、切溝の加工能率を高めることができる。

切溝を加工した後に、切溝のエッジ部にさらに粉粒体を吹き付けてブラスト処理することにより、製品に応じてエッジ部の表面粗さをさらに小さくすることができる。砥石の外周面に粉粒体を吹き付けることにより、砥石を加工しながら整形することができ、連続的に高精度の切溝加工を行うことができる。

以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。図１は本発明の一実施の形態である板材の加工装置を示す正面図であり、図２は図１に示した板材の加工装置における板材と砥石とを示す斜視図である。

板材の加工装置１０は、ベッド１１とこれに取り付けられるコラム１２に矢印Ｚで示すように上下方向に移動自在に装着された加工ヘッド１３とを有しており、ベッド１１には被加工物である板材Ｗを支持するためのワーク支持台１４が装着されている。図示する板材Ｗはホウケイ酸ガラス(Na2O-B2O3-SiO2)であり、表面は鏡面仕上げされており、この板材Ｗから多数の小片Ｐを切り出すために、板材Ｗには格子状の切溝が加工される。板材Ｗの表面には、予め、マスキング工程において、切り出される小片Ｐに対応する部分をその外周部を露出させて図２に示すようにマスキング材Ｍにより覆われている。

ワーク支持台１４はベッド１１に対し図１において符号Ｘで示す加工方向に移動自在に装着されるとともに、図２において符号Ｙで示す位置決め方向に移動自在に装着されている。一方、コラム１２にガイドレール１５に沿ってＺ方向に移動自在に装着された加工ヘッド１３には、砥石回転シャフト１６が回転自在に装着され、この砥石回転シャフト１６にはディスク形状の砥石１７が着脱自在に装着されている。加工ヘッド１３内には砥石回転シャフト１６を回転駆動させるための電動モータが組み込まれており、この電動モータによって砥石１７は図１において符号Ｒで示す方向に回転駆動されるようになっている。したがって、加工ヘッド１３を図１に示す位置よりも下降移動させた状態のもとで、ワーク支持台１４を図１において右方向に加工送り移動させると、板材Ｗの表面には切溝が研削加工される。

加工ヘッド１３には、板材Ｗの表面に粉粒体を吹き付けて板材Ｗのうちマスキング材Ｍにより覆われていない露出面を粗面化面に加工するブラストノズル２１が取り付けられている。このブラストノズル２１は、粗面化用のブラストノズルとなっており、ワーク支持台１４に向き合う開口部を有している。このブラストノズル２１は、砥石１７よりも図１において左側に取り付けられており、ワーク支持台１４を図１に示す位置から右方向に加工送り移動すると、砥石１７により切溝が加工される前に、板材Ｗの表面のうちマスキング材Ｍにより覆われていない露出面に粉粒体が吹き付けられて露出面が梨地面となるように粗面化処理される。

加工ヘッド１３には砥石１７の外周面に向けて粉粒体を吹き付けて砥石１７の外周面を整形する整形用のブラストノズル２２が取り付けられており、このブラストノズル２２は砥石１７の外周面に向けて開口部を有している。さらに、加工ヘッド１３には、砥石１７を介してブラストノズル２１の反対側に位置させてブラストノズル２３が取り付けられている。このブラストノズル２３は砥石１７により切溝が加工されて小片が加工された後の小片の外周部に粉粒体を吹き付けて切溝のエッジを面取り加工するための面取り用のブラストノズルとなっており、ワーク支持台１４に向き合う開口部を有している。それぞれのブラストノズル２１〜２３は、粉粒体を空気とともに噴出させる乾式のブラストノズルとしても良く、粉粒体を液体とともに噴出させる湿式のブラストノズルとしても良い。

粗面化用のブラストノズル２１は、平均粒径が２０μｍ（＃８００）の粉粒体を噴出し、整形用のブラストノズル２２は、粗面化用のブラストノズル２１と同様に、平均粒径が２０μｍ（＃８００）の粉粒体を噴出する。一方、面取り用のブラストノズル２３は、平均粒径が６μｍ（＃２０００）の粉粒体を噴出する。ただし、それぞれの粉粒体の粒径は、上述したものに限定されることなく、板材Ｗの種類等に応じて任意の粒径に設定される。

図３は図１に示した板材の加工装置によりガラス製の板材Ｗに切溝を加工する手順を示す平面図である。図３に示すように１枚の板材Ｗから多数の小片Ｐを切り出すために切溝を加工する際には、ワーク支持台１４を図３において左側から右方向に移動させることにより砥石１７を板材Ｗに対して左方向に相対移動させる。板材ＷのＸ方向全体に１本の切溝が加工されたならば、ワーク支持台１４を戻し移動するとともにＹ方向に位置決め移動してさらに他の１本の切溝を加工する。このようにして、図３に示す板材Ｗの場合にはＸ方向に５本の切溝を加工した後に、ワーク支持台１４を９０度割り出し回転させて、同様にＸ方向に５本の切溝を加工すると、Ｘ方向とＹ方向とに５本ずつ加工されて格子状となった切溝により板材Ｗからは小片Ｐが１６個切り出されることになる。なお、図においては、板材Ｗに切溝を加工することにより切り出されることになる小片Ｐの部分の輪郭線が実線により示されている。

図３は、図において板材Ｗの最も下側の部分が既に砥石１７により切溝加工され、その上側の帯状の露出面に対して切溝を加工すべくワーク支持台１４を加工送り移動している状態を示している。板材Ｗの表面には製品化される小片Ｐの外周部分を残してそれぞれの小片Ｐに対応する部分には予めマスキング工程においてマスキング材Ｍが塗布されており、ワーク支持台１４を加工送りしながら、ブラストノズル２１から粉粒体を露出面に吹き付けると、露出面は図３においてクロスハッチングで示すように粗面化処理される。図においては、ブラスト処理により粗面化された部分が符号Ｔにより示されている。

図４（Ａ）はブラスト工程により露出面が粗面化された状態における板材Ｗの一部を拡大して示す斜視図であり、図４（Ｂ）は研削工程により切溝Ｓが加工されている状態における板材Ｗの一部を拡大して示す斜視図である。

切溝Ｓを加工するための研削加工用の砥石１７としては、その厚み寸法Ｇが１００〜３００μｍ程度となったものが使用される。マスキング材Ｍにより覆われない露出面の幅寸法Ｂは、砥石１７の厚みＧよりも大きく設定されており、砥石１７の厚み寸法Ｇに対応した幅寸法の切溝Ｓの両側には小片Ｐの外周部に対応する幅寸法Ｃの粗面化面が残ることになる。この幅寸法Ｃとしては数μｍ〜数１００μｍ程度に設定される。この外周部の粗面化面には、切溝Ｓが加工された後に、面取り用のブラストノズル２３からの粉粒体が吹き付けられて切溝Ｓのエッジが面取り加工される。

砥石１７を構成する砥粒としては、ダイヤモンドつまりダイヤモンド砥粒が使用されており、その平均粒径は０．１〜３００μｍとなっている。ただし、ダイヤモンドに代えて、立方晶窒化ホウ素(CBN)砥粒つまりCBNを使用するようにしても良く、ダイヤモンドとCBNとの混合物を使用するようにしても良く、さらには、炭化ケイ素SiCつまりGC、ムライト(3Al₂O₃-2SiO₂)、または溶融アルミナAl₂O₃つまりWAの単体或いはこれらの混合体を使用するようにしても良い。砥石１７を構成する結合材としては、ビトリファイドボンドが使用されているが、それぞれの結合材としてはビトリファイドボンド以外に、レジノイドボンド、メタルボンド、電着ボンドなど種々のボンド材を使用することができる。

図１に示す加工装置により板材Ｗに切溝Ｓを加工して小片Ｐを切り出すには、製品化される小片Ｐに対応する部分を、その外周部を露出させるようにして予めマスキング材Ｍにより覆う。マスキング材Ｍにより覆う前の板材Ｗの表面は、製品化される状態である鏡面に仕上げられている。マスキング工程を経た板材Ｗの表面は、図２に示すように、マスキング材Ｍの面と、マスキング材Ｍにより覆われていない露出面とを有することになる。この状態のもとで板材Ｗは図１に示す加工装置のワーク支持台１４に搭載され、板材Ｗをワーク支持台１４により加工送り移動すると、まず、ブラストノズル２１から板材Ｗの表面には粉粒体が吹き付けられて露出面は粗面化面Ｔとなる。引き続く加工送り移動により粗面化面Ｔには砥石１７により切溝Ｓが加工されることになるが、予め粗面化面Ｔとなった面を砥石１７により研削することにより、切溝Ｓの主としてエッジの部分にはチッピングや欠けの発生数が大幅に減少した。

研削加工前に予め加工面をブラスト処理により粗面化すると、エッジの部分におけるチッピングの発生数が減少し、後処理を行うことなくそのまま製品化が可能である理由は、正確には解明されていない。しかし、砥石１７に回転振れが発生しても、表面がブラスト処理により荒らされているので、研削時に発生したチッピングが大きく成長するような現象の発生が抑制されるのではないかと推測される。

切溝Ｓは、図４に示す場合には、板材Ｗを貫通するように形成されており、フルカットされている。板材Ｗの背面が鏡面仕上げされたままとなっていると、背面側の切溝Ｓのエッジにはチッピングが発生することになるので、背面側のチッピングの発生数を抑制して製品化する必要がある場合には、背面側にも予めブラスト処理しておくことが好ましい。製品化される小片Ｐの背面側を鏡面処理面のままとする必要がある場合には、背面側にも同様にマスキング材Ｍにより小片Ｐに対応させてマスキング処理することになる。

砥石１７により底付きの切溝Ｓを加工する場合には、板材Ｗの一部を残すように砥石１７により板材Ｗはハーフカットされる。底付きの切溝を有する板材がそのまま製品化される場合には、ハーフカットにより板材に切溝を加工して板材が製品化されるが、板材にハーフカットにより切溝を加工した後に、別工程において切溝Ｓの底の部分を取り除くようにしても良い。

図５はガラス製（ホウケイ酸ガラス）の板材Ｗの表面に粗面化処理をした後に切溝加工を行った場合と、粗面化処理を行わないで切溝加工を行った場合とについて、切溝のエッジ部に発生する単位長さ当たりのチッピング数を示す測定結果である。図５には粗面化処理を行わなかった比較例と、粗面化処理を行った実施例１〜５とについてのエッジ部に発生したチッピングのサイズｄc（μｍ）と、それぞれのサイズについてチッピングの１ｍｍ当たりの発生数とを示す。なお、図５において、チッピング数のカウントに際しては頂点を持つ一山を１つのチッピングとし、チッピングサイズは山の頂点から加工端部までの垂直距離とした。

表１は比較例と実施例１〜５における切溝加工前の露出面の表面粗さＲa（JIS B 0601-1982）と、最大高さＲmax（JIS B 0601-1982）とを示す。図５に示すように、比較例では板材Ｗの表面を粗面化処理することなく鏡面のままで砥石１７により切溝Ｓを加工し、それぞれの実施例１〜５においては、ブラストノズル２１から噴出される粉粒体の粒径を変化させて露出面の平均粗さを相違させた。

チッピングの測定によると、図５に示すように、粗面化面の表面粗さを粗くすればする程、概ねチッピングの単位長さ当たりの発生数は減少し、チッピングのサイズは小型化された。つまり、切溝が加工される部分の露出面の表面粗さを上記Ｒa値で０．０２〜２．５０μｍの範囲に粗面化した場合には、比較例に比してサイズの大きなチッピングが発生することなく、チッピングの発生数が大幅に減少した。好ましくは、上記Ｒa値の下限値を０．４０μｍとし、上記Ｒa値で０．４０〜２．５０μｍの範囲に粗面化すれば、よりチッピングの発生数を抑制し、高品質の加工が可能となる。

このように、予め加工面を粗面化した後に研削加工を行うと、切溝Ｓを砥石１７により加工しただけの状態で液晶装置等のディスプレイ用として製品化することができる光学用ガラスの小片Ｐを板材Ｗから切り出すことができた。ブラスト処理による表面粗さをあまり粗くすると、製品としての品質を低下させることから、上限のＲa値を２．５０μｍとした。ただし、製品化される小片の種類によっては上限のＲa値を高めることができる。

切溝Ｓを加工した後に、粗面化用のブラストノズル２１から噴出される粉粒体よりも粒径の小さい粉粒体を面取り用のブラストノズル２３から切溝Ｓのエッジ部に吹き付けると、図５に示す場合よりも小片Ｐの外周部の表面粗さを小さくすることができ、より製品品質を高めることができる。

砥石１７により切溝Ｓを加工しながら、整形用のブラストノズル２２から砥石１７の外周面に粉粒体を吹き付けると、加工時に常時砥石１７は整形されるので、砥石１７による研削加工能率を低下させることなく、連続的に板材Ｗの表面に切溝Ｓを加工することが可能となる。

本発明は前記実施の形態に限定されることなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能である。例えば、実施の形態においてはガラス製の板材Ｗを用いて小片にスライシング加工する場合について説明したが、硬質脆性材料つまり高脆性材料を被加工物として切溝を砥石により加工する場合であれば、回路パターンが形成された板状の半導体ウエハに切溝を加工してデバイス毎にダイシング加工する場合にも本発明の技術を適用することができる。また、図１に示す加工装置においては、板材Ｗを支持するワーク支持台１４を砥石１７に向けてＸ方向に加工送り移動させるようにしているが、砥石１７に対する板材Ｗの加工送り移動は相対的な移動であれば良く、砥石１７を板材Ｗに対して加工送り移動させるようにしても良い。さらに、加工装置１０によりブラスト加工と研削加工とを行うことなく、別々の装置によってそれぞれの加工を行うようにしても良い。

本発明の一実施の形態である板材の加工装置を示す正面図である。図１に示した板材の加工装置における板材と砥石とを示す斜視図である。図１に示した板材の加工装置によりガラス製の板材に切溝を加工する手順を示す平面図である。（Ａ）はブラスト工程により露出面が粗面化された状態における板材の一部を拡大して示す斜視図であり、（Ｂ）は研削工程により切溝が加工されている状態における板材の一部を拡大して示す斜視図である。ガラス製の板材の表面に粗面化処理をした後に切溝加工を行った場合と、粗面化処理を行わないで切溝加工を行った場合とについて、切溝のエッジ部に発生する単位長さ当たりのチッピング数の測定結果を示すグラフである。

符号の説明

１０加工装置
１１ベッド
１２コラム
１３加工ヘッド
１４ワーク支持台
１６砥石回転シャフト
１７砥石
２１ブラストノズル（粗面化用のブラストノズル）
２２ブラストノズル（整形用のブラストノズル）
２３ブラストノズル（面取り用のブラストノズル）
Ｍマスキング材
Ｐ小片
Ｓ切溝

Claims

光学用ガラス等の高脆性材料からなる板材にハーフカットまたはフルカットの切溝を加工して前記板材に複数の小片を形成する板材の加工方法であって、
前記板材の表面のうち前記小片に対応する部分を、その外周部を露出させてマスキング材により覆うマスキング工程と、
前記板材の表面のうち前記マスキング材により覆われない露出面に粉粒体を吹き付けて粗面化面を形成するブラスト工程と、
前記粗面化面の幅よりも狭い幅の砥石により前記小片の外周部に対応する部分に粗面化面を残して前記粗面化面に切溝を加工する研削工程とを有することを特徴とする板材の加工方法。
請求項１記載の板材の加工方法において、前記ブラスト工程により前記粗面化面の表面粗さをＲａ値で０．０２〜２．５０μｍの範囲に粗面化することを特徴とする板材の加工方法。
請求項１または２記載の板材の加工方法において、前記小片の外周部に対応する粗面化面に粉粒体を吹き付けて切溝のエッジを面取り加工することを特徴とする板材の加工方法。
光学用ガラス等の高脆性材料からなる板材にハーフカット又はフルカットの切溝を加工して前記板材に複数の小片を形成する板材の加工装置であって、
前記小片に対応する部分をその外周部を露出させてマスキング材により覆われた板材を支持するワーク支持台と、
前記板材の表面に沿って相対的に移動自在の加工ヘッドに設けられ、前記板材の表面のうち前記マスキング材により覆われない露出面に粉粒体を吹き付けて粗面化面を形成する粗面化用のブラストノズルと、
前記加工ヘッドに設けられ、前記粗面化面の幅よりも狭い幅を有し前記小片の外周部に対応する部分に粗面化面を残して前記粗面化面に切溝を加工する砥石とを有することを特徴とする板材の加工装置。
請求項４記載の板材の加工装置において、前記砥石の外周面に粉粒体を吹き付けて前記砥石の外周面を整形する整形用のブラストノズルを前記加工ヘッドに設けることを特徴とする板材の加工装置。
請求項４または５記載の板材の加工装置において、前記切溝加工後に前記小片の外周部に対応する部分の粗面化面に粉粒体を吹き付けて前記切溝のエッジを面取りする面取り用のブラストノズルを前記加工ヘッドに設けることを特徴とする板材の加工装置。