JP5123996B2 - 溝付きカッターホイール - Google Patents

Description

本発明は、ガラス基板、半導体ウエハ、サファイア、セラミック等の脆性材料基板を分断する際に、基板表面にスクライブラインを形成するカッターホイール（通常、スクライビングホイールとも呼ばれる）に関し、さらに詳細には、刃先稜線に沿って溝（切欠き）を設けたカッターホイールに関する。

ガラス基板等の脆性材料基板を分断する際に、分断予定ラインに沿って円盤状のカッターホイールを転動することによりスクライブラインを形成する方法が知られている。
スクライブラインを形成するときに用いるカッターホイールとして、稜線に沿って一定のピッチで小さな溝（切欠き）を設けた溝付きカッターホイールが開示されている（例えば特許文献１参照）。

溝付きカッターホイールは、溝のない通常のカッターホイールに比べて、基板に対する摩擦力が大きいので転動の際のスリップを防止できる。また、溝を設けることによって稜線部分が突起となり、基板に打点衝撃を加えることができるので、深い垂直クラックを効果的に形成することができ、スクライブ性能を向上させることができる。

このような特徴を有する溝付きカッターホイールの具体例として、三星ダイヤモンド工業株式会社製のペネット（Ｐｅｎｅｔｔ（登録商標））カッターホイール、アピオ（ＡＰＩＯ（登録商標））カッターホイールがある。これらのカッターホイールに形成されている溝は、溝（切欠き）の深さが１〜１００μｍ（特には２〜３０μｍ）程度、溝のピッチが１０〜２００μｍ（特には３０〜１５０μｍ）にしてある。稜線方向における溝の長さを突起の長さ（溝と溝との間の稜線の長さ）よりも長くした溝付きカッターホイールでは、基板厚み方向に伸展する垂直クラックの深さが大きくなる傾向がある。

従来より、溝付きカッターホイールは、スクライブの直進安定性を損なわないようにする観点から、図６に示すように、稜線１３を中心にして左右対称形の刃先が使用され、稜線１３に沿って等しいピッチで形成される溝１４についても、稜線１３を中心にして左右対称形にしてある。

さらに、正転、逆転いずれの方向に転動させた場合にも同じ品質のスクライブラインが形成できるようにする観点から、溝１４の稜線方向（円周方向）についても２回回転対称性を有する形状（１８０°回転したときに一致する形状）にしてある。具体的には、図６に示した個々の溝１４は、稜線１３と直交する方向の断面が楕円形状であるとともに、稜線１３方向（前後方向）の断面についても、楕円形状にしてある。
すなわち、稜線１３と直交する方向に２等分する中央分割面Ｌを想定すると、溝１４はこの中央分割面Ｌを中心にして溝面１４ａ，１４ａ（溝の刃面）が２回回転対称形（面対称でもある）になっている。

このような溝付きカッターホイールには、図６に示した形状の溝以外に、図７（ａ）に示すような中央分割面Ｌでの断面が平坦な溝であり、稜線での断面が楕円形状である溝、図７（ｂ）に示すような中央分割面Ｌでの断面が平坦な溝であり、稜線での断面がＶ字形状である溝、図７（ｃ）に示すような中央分割面Ｌでの断面が平坦な溝であり、稜線での断面が平坦な斜面と平坦な底面とを組み合わせた形状である溝、図７（ｄ）に示すような中央分割面Ｌでの断面が平坦であり、稜線での断面がＵ字形状（底面は平坦）である溝等がある。
これらは中央分割面Ｌが溝１４と交差する位置に直線になって現れる谷線Ｌ_１，Ｌ_２，Ｌ_３，Ｌ_４については、稜線断面に直交するようになる（後述する本発明との相違点として溝に現れている）。

なお、図７（ａ）〜（ｄ）に示した溝１４のように、回転軸方向に沿って溝の断面が平坦である溝は、加工が容易に行えるので溝付きカッターホイールとして適している。例えば、レーザアブレーション加工で溝を形成する際に、レーザビームの方向をカッターホイールの回転軸と平行にセットし、溝の形状に合わせて走査することにより、これらのカッターホイールを製造することができる。

特許第３０７４１４３号公報

従来の溝付きカッターホイールでは、図６で説明したように、稜線断面Ｈと直交する中央分割面Ｌを中心にして前後に対向する２つの溝面１４ａ，１４ａ（溝の刃面）は２回回転対称形（面対称形）になっている。

このような従来の溝付きカッターホイールＷｈを用いてスクライブラインを加工すると、稜線１３と溝１４との境界部分で、カッターホイールＷｈの溝面１４ａは進行方向に対して直角方向に向いているので、図８に示すように、脆性材料基板Ｍに対して溝面１４ａが食い込む部分Ｆで、面当たりの状態で切り込まれることになる。そのため、稜線１３が基板に切り込む状態のときと、溝面１４ａが基板に切り込む状態のときとで、面圧による抵抗が大きく変化し、打点衝撃が加わる。

図９は、図６の溝付きカッターホイールＷｈでスクライブラインＳを加工したときに、脆性材料基板に残る切削痕跡を示すための概念図である。なお、説明の便宜上、スクライブラインＳの幅Ｗは実際よりも広く誇張して示してある。
溝付きカッターホイールＷｈを転動させた際に、図９（ａ）におけるＡ−Ａ点を結ぶ線並びにＢ−Ｂ点を結ぶ線が稜線１３に対して直交しているから、その部位における切削痕跡が図９（ｂ）におけるＡ’−Ａ’点、Ｂ’−Ｂ’点を結ぶ線として現れ、ほぼ直角な四隅を持つ略四角形の切削痕跡として残存する。加工時において、稜線１３が切り込む状態と溝面１４ａが切り込む状態とが切り替わることによる打点衝撃の発生によって、四角形の切削痕跡の各コーナ部位に、スクライブラインの側方に延びるひび割れや亀裂などの傷痕Ｅが発生する。この傷痕Ｅは、脆性材料基板の端面強度の低下要因となる。

そこで本発明は、スクライブラインの加工時に、傷痕Ｅに起因するひび割れや亀裂などの発生を低減することができる溝付きカッターホイールを提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明の溝付きカッターホイールは、左右対称形の刃先の稜線に沿って複数の溝を設けた溝付きカッターホイールであって、各溝は、それぞれが中央分割面Ｌを中心にした２回回転対称性を有し、各溝が長軸または短軸を有するとともに、当該長軸または短軸がそれぞれの溝の中央分割面Ｌに含まれており、各溝の中央分割面Ｌは、刃先の稜線の断面Ｈに対し斜めに傾斜するようにしている。

本発明によれば、個々の溝の中央分割面が稜線断面に対し、直交するのではなく、斜めに傾斜するようにしてあり、しかも中央分割面の方向が溝の長軸方向または短軸方向（等方的でない形状）となっているので、稜線の左右両側では、溝面（溝の刃面）が非対称に形成されることになる。したがって、本発明の溝付きカッターホイールを転動したときに、基板への切り込み状態が稜線から溝面に切り替わるときに、カッターホイール進行方向に対して溝部分の刃面の切削痕跡が直角ではなく斜めに（袈裟懸け状に）なる結果、ひび割れや亀裂などの原因となる傷痕の長さが小さくなるとともに左右で非対称となり、半分（４本のうちの２本）の傷痕についてはスクライブラインに近づく方向に形成されることになるので、ひび割れや亀裂の原因となる傷痕が低減される。また、スクライブライン形成時の切れ味を著しく向上させることができる。

なお、溝面が稜線の左右で非対称になることによってスクライブの直進安定性が損なわれるおそれがある点については、実際には溝と溝との間で、稜線部分が間欠的に切り込むことになり、このときに直進安定性が補償されることになるので、実用上で溝面が稜線の左右で非対称になることによる影響はほとんどないことが確認されている。
また、各溝は、それぞれが溝の中央を横断する中央分割面を対称面として２回回転対称性を有しているので、正転、逆転いずれの方向に転動した場合でも同じ品質のスクライブラインが形成できる。

上記発明において、溝付きカッターホイールにおける個々の溝の中央分割面Ｌと稜線断面Ｈとのなす角度θが２０度〜７０度の範囲で設定されているのが好ましい。
これらの角度に設定することにより、溝の加工が容易であり、しかも、端面強度の低下要因となる傷痕の影響を抑えることができる。

また、上記発明において、中央分割面と直交する断面の溝の形状が、楕円形状、Ｖ字形状、斜面と平坦な底面とを組み合わせた形状、Ｕ字形状のいずれかであってもよい。

本発明にかかる溝付きカッターホイールを示す側面図並びに正面図である。 図１の溝付きカッターホイールの部分拡大図と、これによる切削痕跡を示す図である。 本発明にかかる溝付きカッターホイールが取り付けられるスクライブ装置の概略図である。 本発明にかかる溝付きカッターホイールの他の実施例を示す側面図並びに正面図である。 本発明にかかる溝付きカッターホイールのさらに他の実施例を示す側面図並びに正面図である。 従来の溝付きカッターホイールを示す側面図並びに正面図である。 溝の中央分割面を示すための斜視図である。 溝付きカッターホイールによるスクライブ状態を示す拡大断面図である。 従来の溝付きカッターホイールの部分拡大図と切削痕跡を示す図である。

以下、本発明にかかる溝付きカッターホイールについて、図面に基づいて詳細に説明する。
図３は、本発明の溝付きカッターホイールを取り付けて脆性材料基板にスクライブラインを形成するための一般的なスクライブ装置を示す概略的な正面図である。
スクライブ装置は、ガラスなどの脆性材料基板Ｍを上面に保持する水平回転可能なテーブル５と、このテーブル５を一方向に移動可能に保持するレール６と、テーブル５の上方でレール６と直交する方向（図１の左右方向）に橋架されたガイドバー７と、このガイドバー７に沿って移動可能に設けられたスクライブヘッド８と、スクライブヘッド８の下端に昇降可能に装着されたカッターホルダ９とを備えている。このカッターホルダ９に、本発明にかかる溝付きカッターホイールＣＷが取り付けられる。脆性材料基板Ｍにスクライブラインを形成するときは、溝付きカッターホイールＣＷを降下させて、脆性材料基板Ｍ上に押しつけながらテーブル５若しくはスクライブヘッド８をスクライブ予定ラインに沿って相対的に移動させることにより行われる。

次に、本発明の溝付きカッターホイールについて説明する。図１は溝付きカッターホイールＣＷを示す側面図、正面図であり、図２は図１の部分拡大図である。軸芯部に取付孔１を設けた円盤状のボディ２の外周に、刃先となる左右対称形の稜線３が形成されており、この稜線３に沿って、刃面が楕円形状の溝４が等間隔で多数形成されている。

溝４は、それぞれが中央分割面Ｌを基準にして形成されている。中央分割面Ｌは、それぞれの溝４の中央を横断する面であって、図１（ｂ）に示すように、稜線断面Ｈを回転軸Ｊ側に角度θだけ斜めに傾斜させた傾斜面にしてある。角度θは加工のしやすさから２０度〜７０度の範囲（より好ましくは３０度〜６０度）に設定してある。ただし、θは０度（９０度）以外であれば、中央分割面とすることができる。

また、溝４は、刃面の形状が円形（等方的形状）にならないように、長軸方向が定義可能な形状（図１、図２の例では楕円形）にしてあり、これにより、溝４の刃面が稜線を中心として左右非対称になるようにしてある。
そして、溝４の長軸方向（短軸でもよい）を、中央分割面Ｌの方向に一致させている。

このように溝４の長軸（短軸）方向を、稜線断面Ｈに対し角度θで斜めに傾斜する中央分割面Ｌの方向に一致させることにより、図２に示されるように、溝４の中央分割面Ｌによって２分割される溝面４ａ，４ａ（溝の刃面）が、スクライブ予定ラインに沿ったカッターホイール進行方向に対して斜めに形成されるとともに、２回回転対称形となっている。

溝付きカッターホイールＣＷを転動させて幅ＷのスクライブラインＳを加工すると、カッターホイールＣＷの溝面４ａが、カッターホイール進行方向に対して斜めに形成されているので、脆性材料基板Ｍに対して斜めに切り込まれることになる。また、図２（ａ）におけるＣ−Ｃ点を結ぶ線並びにＤ−Ｄ点を結ぶ線が刃先稜線３に対して傾斜しているから、その部位における切削痕跡が図２（ｂ）におけるＣ’−Ｃ’点を結ぶ線並びにＤ’−Ｄ’点を結ぶ線として現れて、一対の鋭角な隅部と鈍角な隅部を持つ平行四辺形の切削痕跡が残る。この痕跡から、カッターホイールＣＷの溝面４ａを含む刃先が脆性材料基板Ｍに対して、従来よりも鋭角な隅部を形成するように切り込まれることがわかる。

このように、溝面４ａを含むカッターホイールＣＷの刃先が斜めに切り込まれることによって切れ味を著しく向上させることができる。また、スクライブライン形成時における切削痕跡のコーナ部位に生じる亀裂やひび割れの発生を抑制することができ、脆性材料基板分断後の端面強度を高めることができる。そして、直進安定性も問題なく、正転と反転とでスクライブの性能に違いも生じない。

図４は、本発明の他の実施形態である溝付きカッターホイールＣＷ２を示す図であり、溝４をＶ字形にした例である。また、図５は本発明にさらに他の実施形態である溝付きカッターホイールＣＷ３であり、溝４を平らな底を有するナベ底状にした例を示すものである。いずれの場合も、図１と同様に、溝４の中央分割面Ｌは稜線断面Ｈに対して角度θだけ傾斜して形成されている。
したがってこれらについても、中央分割面Ｌによって２分割される溝面がスクライブ予定ラインに沿ったカッターホイール進行方向に対して斜めに形成され、スクライブ時に先の実施例と同様の効果を発揮することができる。これら以外の図７で説明したＵ字溝等であっても同様である。なお、図４、図５のように溝４の底に谷線が現れる溝の場合、谷線の方向が角度θを示すので、これにより中央分割面Ｌの傾斜角を確認することができる。

以上本発明の代表的な実施例について説明したが、本発明は必ずしも上記の実施形態に特定されるものでなく、本発明の請求の範囲を逸脱しない範囲内で適宜修正、変更することが可能である。

本発明の溝付きカッターホイールは、ガラス基板、半導体ウエハ、サファイア、セラミックなどの脆性材料基板をスクライブする際に利用することができる。

ＣＷ，ＣＷ２，ＣＷ３ 溝付きカッターホイール
Ｍ 脆性材料基板
Ｓ スクライブライン
Ｌ 溝の中央分割面
１ 取付孔
２ ボディ
３ 刃先稜線
４ 溝
４ａ 溝面

Claims (3)

1. 左右対称形の刃先の稜線に沿って複数の溝を設けた溝付きカッターホイールであって、
   各溝は、それぞれが中央分割面(L)を中心にした２回回転対称性を有し、前記各溝が長軸または短軸を有するとともに、当該長軸または短軸がそれぞれの溝の中央分割面(L)に含まれており、
   前記各溝の中央分割面(L)は、刃先の稜線の断面(H)に対し斜めに傾斜することを特徴とする溝付きカッターホイール。
2. 中央分割面(L)と稜線断面(H)とのなす角度θが２０度〜７０度の範囲で設定されている請求項１に記載の溝付きカッターホイール。
3. 中央分割面(L)と直交する断面の溝の形状が、楕円形状、Ｖ字形状、斜面と平坦な底面とを組み合わせた形状、Ｕ字形状のいずれかである請求項１に記載の溝付きカッターホイール。

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