JP5276736B2

JP5276736B2 - ブレイク方法

Info

Publication number: JP5276736B2
Application number: JP2012092804A
Authority: JP
Inventors: 和哉前川
Original assignee: Mitsuboshi Diamond Industrial Co Ltd
Current assignee: Mitsuboshi Diamond Industrial Co Ltd
Priority date: 2012-04-16
Filing date: 2012-04-16
Publication date: 2013-08-28
Anticipated expiration: 2029-10-23
Also published as: JP2012144050A

Description

本発明は、スクライブラインが形成された脆性材料基板の分断を行うためのブレイク方法に関する。ここでいう脆性材料基板には、ガラス、セラミックス（低温焼成セラミックスおよび高温焼成セラミックス）、シリコン等の半導体材料、サファイア等が含まれる。また、分断される基板の形態は単板のみならず、二枚の基板が貼り合わされた貼合わせ基板も含まれる。

図１０は、従来から行われているガラス基板の分断方法の一例を示す図である。まず、基板をスクライブ装置のテーブル上に載置し、カッターホイールを用いて第一面の分断予定ラインに沿ってスクライブラインＳを形成する（図１０（ａ））。続いて、基板をブレイク装置のゴム製テーブル上に載置し、第一面とは反対側の第二面からスクライブラインＳの真裏に沿ってブレイクバーを当てブレイク荷重を印加することにより衝撃又は曲げモーメントを加えてブレイクを行う（図１０（ｂ））。

第一工程であるスクライブでは、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メカニカルスクライブ、あるいは、レーザ照射による加熱とその後の冷却による応力差を利用してスクライブラインを形成するレーザスクライブのいずれかが行われるのが一般的である。
一方、第二工程であるブレイクでは、形成されたスクライブラインに沿って、ブレイクバーを押し当てたり、ローラを転動させたりすることにより衝撃又は曲げモーメントを与えてブレイクが行われる。

近年、フラットパネル用のガラス基板では基板の軽量化を進めるために、基板材料の薄板化、硬質化が進められている。そのため、スクライブライン形成後に基板をブレイクする際に、基板の薄板化の影響で分断面が破壊されやすくなり、チッピングが発生しやくなっている。また、普通のガラス基板であっても、その板厚が厚い場合（例えば１ｍｍ以上）には、ブレイクの際に大きな荷重でブレイクバーを押し当てる必要があり、やはりチッピングが発生しやすくなっている。

一般に、チッピングの発生していない加工品質の高い分断加工を行うには、ブレイクの際に、スクライブラインに沿わせるブレイクバー等に加えるブレイク荷重をできるだけ小さくして分断することが望ましい。そのためには、スクライブ工程において、予めスクライブラインを形成する垂直クラックを深く伸展させておくことが必要になる。
これまでに、スクライブラインを深く伸展させるためのスクライブ方法がいくつか提案されている。

一つは、メカニカルスクライブで使用するカッターホイールを、その円周稜線に沿って溝と突起が交互に形成され、垂直クラックを深く伸展させることのできる高浸透性の溝付きカッターホイールを用いることにより、突起を基板に食い込ませ、深いクラックが形成されるようにする方法である（特許文献１参照）。

さらに、上述した溝付きカッターホイールを取り付けたスクライブヘッドに対し振動アクチュエータで上下方向に振動を与えながらカッターホイールを転動させることにより、クラックをさらに深く浸透させる方法も開示されている（特許文献２参照）。

また、別の方法として、スクライブ加工の際にクラックを深く浸透させるのではなく、スクライブライン（クラック）を形成した後のブレイク工程の際に、スクライブラインを形成した側とは反対側のガラス面からスクライブラインに沿って超音波エネルギーを印加することにより、スクライブラインに沿ってクラックを伝播させることが開示されている（特許文献３参照）。なお、この方法の場合、スクライブラインの深さが十分でないとき（基板板厚の５％程度）は、クラック伝播ができないことが開示されている。

特許第３０７４１４３号公報国際公開ＷＯ２００８／１２９９４３号公報特表２００８−５４０１６９号公報

ガラス基板等では、今後ますます加工品質の高い分断加工を行うことが求められている。特許文献１に記載の溝付きカッターホイールでスクライブする方法や、特許文献２に記載の溝付きカッターホイールに振動を与えながらスクライブする方法は、通常のカッターホイールでスクライブするより深いクラックが形成できるので、その後のブレイクの際に加える荷重を減らすためには有効であるが、ブレイク工程においても、さらにブレイク荷重を減らせることができれば、より好ましい。
特許文献３に記載の超音波エネルギーを印加するブレイク方法では、クラックが十分に深く形成されていなければクラック伝播ができず、ブレイクできない。

そこで、本発明は、ブレイク工程を工夫することにより、これまでよりも小さなブレイク荷重でより深いクラックが形成でき、ソフトなブレイクができるブレイク方法を提供することを目的とする。

上記課題を解決するため、本発明では次のような技術的手段を講じた。すなわち、本発明のブレイク方法は、第一面にスクライブラインが形成された脆性材料基板に対し、第一面の裏側になる第二面の前記スクライブラインの真裏に位置する圧接予定ラインに沿ってローラを圧接状態にして相対移動することにより、第一面のスクライブラインに沿って前記基板を分断するブレイク方法であって、前記ローラを圧接方向に振動を与えながら圧接移動させ、その際に基板上のブレイクの位置に応じて振幅を変化させるようにしてブレイクを行うようにしている。

上記発明において、ローラヘッドが移動開始した後は、ブレイクの開始端の位置で移動停止中よりも振動の振幅を小さくしてもよい。
上記発明において、前記ローラは、振動数が１ｋＨｚ〜１０ｋＨｚの範囲で調整され、変位幅が１μｍ〜２０μｍの範囲で調整されるようにしてもよい。

本発明のブレイク方法によれば、基板の第一面の裏側である第二面に対し、スクライブラインの真裏に位置する圧接予定ラインに沿ってローラを所望のブレイク荷重で圧接しながら相対移動する。その際に、圧接方向（すなわち基板の厚さ方向）に振動を加えながらローラを移動させる。これにより、ローラに振動を与えずに移動させたときに比べると、ブレイク荷重が小さくても振動の影響でクラックが深く伸展するようになり、ブレイクが容易になる。また、ブレイク中はブレイクの位置に応じて振幅を変化させるようにする。例えば、ブレイク（クラック）の開始端の位置でローラヘッドが移動停止中は、より深くクラックを伸展させてクラックが確実に貫通するように振動の振幅を大きくしておき、ローラヘッドが移動を開始すると振動の振幅を少し小さくして、ソフトなブレイクが行われるようにする。

本発明の一実施形態であるブレイク装置の全体構成を示す図である。Ｘステージの構成を示す図である。ローラヘッドの断面図である。ローラヘッドの他の実施形態の断面図である。振動アクチュエータの断面図である。ローラの正面図である。ローラの側面図である。貼合わせ基板のブレイクの際に使用するローラを示す図である。貼合わせ基板用のローラの正面図である。従来から行われている一般的なガラス基板の分断方法を示す図である。

以下、本発明にかかるブレイク装置および本発明のブレイク方法の詳細を図面に基づいて詳細に説明する。
図１は、本発明にかかるブレイク装置１０の全体構成を示す図である。ベース１１上には、基板Ｇを載置するテーブル１２が設けられている。テーブル１２は、Ｙ方向に移動するＹ軸駆動機構１３と、テーブル１２の下方に取り付けられテーブル１２を回転するテーブル回転機構１４とを備えている。テーブル１２の上面にはゴム１２ａが敷いてあり、基板Ｇに上から荷重が印加されたときに基板が撓みやすいようにしてある。
Ｙ軸駆動機構１３は、テーブル回転機構１４を介してテーブル１２を支持するＹステージ１５と、Ｙステージ１５をＹ方向に駆動させるリニアモータ１６と、Ｙ方向の運動を案内するリニアガイド１７からなる。
テーブル回転機構１４は、Ｙステージ１５上に取り付けてあり、モータ（不図示）により水平面内でテーブル１２が回転できるようにしてある。

また、ベース１１の上にはＸステージ２１およびこれをＸ方向に移動させるためのＸ軸駆動機構２２が設けてある。Ｘ軸駆動機構２２は、テーブル１２を跨ぐように配置されるブリッジガイド２４とこれを支持する支柱２３とからなる。ブリッジガイド２４は、Ｘステージ２１をＸ方向に駆動するリニアモータ（不図示）と、Ｘ方向の運動を案内するリニアガイド２５とを備えている。

次に、Ｘステージ２１について説明する。図２はＸステージ２１の構成を示す図である。なお、図１ではＸステージ２１の外側を覆うカバーを取り付けた状態を示しているが、図２ではカバーを外して内部機構が見えるようにして示してある。
Ｘステージ２１には、リニアガイド２５によって案内されるベースプレート３１が設けてあり、ベースプレート３１上にはローラ３２をＺ方向に移動させるためのＺ軸駆動機構３３が設けてある。
Ｚ軸駆動機構３３は、Ｚステージ３４と、Ｚステージ３４をＺ方向に駆動させるボールねじ機構３５と、Ｚステージ３４のＺ方向の運動を案内するリニアガイド３６とからなる。

Ｚステージ３４にはローラ３２を基板Ｇに押し当てる際の加圧機構である荷重印加シリンダ３７が取り付けてあり、荷重印加シリンダ３７のロッド３７ａには振動アクチュエータ３８を介してローラヘッド４０が取り付けてある。荷重印加シリンダ３７は具体的には、エアシリンダ、サーボモータ、ボイスコイルモータ等を用いることができる。
荷重印加シリンダ３７は、Ｚ軸駆動機構３３によりローラ３２の高さを調整した後で、ローラ３２が基板Ｇを押圧する荷重を調整できるようにしてある。
振動アクチュエータ３８は、予め設定する振幅、振動数で、ローラ３２を上下に振動する。

図３は、ローラ３２を支持するとともに振動アクチュエータ３８の振動をローラ３２に伝達するローラヘッド４０の断面図である。ローラヘッド４０は、振動アクチュエータ３８が固定される本体部４１と、ローラ３２を回転自在に保持するホルダ４２と、振動アクチュエータ３８からの振動をホルダ４２に伝達するシャフト４３と、シャフト４３の運動を案内するガイド４４とを有する。ガイド４４とシャフト４３との間には、ボール（不図示）が組み込まれ、シャフト４３がガイド４４に対し滑らかに運動できるようにしてある。振動アクチュエータ３８のロッド３８ａは、連結部４５でシャフト４３とねじ結合される。シャフト４３の下端は本体部４１から突き出てホルダにねじ結合されている。
ホルダ４２の下端は二股に分かれ、ローラ３２の回転軸を支持することにより、ローラ３２が回転自在に支持される。

図４は、ローラヘッド４０の他の実施形態を示す断面図である。図３と同じ部分は同符号を付すことにより説明を省略する。この実施形態では、振動アクチュエータ３８のロッド３８ａとシャフト４３とは分離され、皿バネ４６でシャフト４３がロッド３８ａに接するように付勢してある。このように分離することで、振動アクチュエータ３８の横変位がシャフト４３に伝達されることなく、縦変位だけがシャフト４３にされるようにしてある。

図５は、振動アクチュエータ３８の断面図である。振動アクチュエータ３８は、主として、同心円状に配置される超磁歪素子５１、コイル５２、バイアス磁石５３と、皿バネ５４と、これらを内蔵するケース５５とからなる。超磁歪素子５１はバイアス磁石５３とコイル電流とによる磁界に応じて寸法が変化する。そのため、コイル電流を変化させることにより、その振幅、振動数に応じた振幅、振動数で超磁歪素子５１が振動する。ロッド３８ａが超磁歪素子５１に接するように皿バネ５４によって付勢してあるので、超磁歪素子５１の振動がロッド３８ａに伝達される。振動アクチュエータ３８は、具体的には振動数１ｋＨｚ〜１０ｋＨｚ、変位量１μｍ〜２０μｍの調整可能範囲で振動が形成されるようにしてある。ロッド３８ａの振動は、ガイド５６によって案内され、シャフト４３（図３）を介してローラ３２に振動が伝わるようにしてある。

なお、振動アクチュエータ３８に使用する振動素子としては、超磁歪素子５１に代えてピエゾ素子を用いてもよい。

図６はローラ３２の正面図、図７は側面図である。ローラ３２は、円柱形状をなしており、支軸を通すための孔６１が回転中心に形成してある。ローラ３２の具体的寸法は外径２ｍｍ〜５０ｍｍ、厚み０．５ｍｍ〜１０ｍｍの範囲で選択可能であり、材質としては、基板との接触面に傷が付きにくいようにするため、ポリアセタール、ポリウレタンゴム等のゴム硬度Ｈｓが２０°〜９０°の材料を使用してある。

なお、分断対象が単板ではなく、図８に示すように２枚の基板Ｇ１、Ｇ２が貼り合わされたセル基板であって、予めスクライブラインＳ１、Ｓ２がセル基板の両側の外側面（第一面および第二面になる）の対向位置に形成してある場合には、基板Ｇ１、Ｇ２にローラを圧接するときに、基板に形成されているスクライブラインＳ１、Ｓ２にローラが接触してしまうおそれがあるため、図９に示すように、溝６３が形成されたローラ６４を用いるのが好ましい。

ブレイク装置１０は、コンピュータシステム（不図示）で制御され、コンピュータシステムによりＸ軸駆動機構２２、Ｙ軸駆動機構１３、Ｚ軸駆動機構３３、テーブル回転機構１４を始め、装置各部の操作が行われる。

続いて、ブレイク装置１０を用いたブレイク方法の一実施形態について図１、図２を参照しつつ説明する。本発明のブレイク方法では、予め、スクライブラインＳが形成してあり、このスクライブラインＳの真裏が圧接予定ラインになることを前提にしている。
スクライブラインを形成する方法は、特に限定されない。例えば、レーザ照射による局所加熱とその後の局所冷却とを行い、このとき生じる残留応力によってスクライブを行うレーザスクライブ加工（例えば特許３０２７７６８号公報参照）でもよいし、カッターホイールを転動させてスクライブを行うメカニカルスクライブ加工でもよい。
後者のメカニカルスクライブ加工では、刃先を形成する円周稜線に沿って溝が形成されていない一般的な刃先のカッターホイールでもよいし、円周稜線に沿って溝と突起を交互に形成した特許文献１に記載された高浸透性の溝付きカッターホイールでもよい。

ブレイク装置１０では、これからブレイクする圧接予定ライン（すなわちスクライブラインＳの真裏の位置）を有する基板Ｇをテーブル１２上に載置するが、その際に、スクライブラインＳをテーブル１２（ゴム１２ａ）に接するようにする。そして、基板に刻設されたアライメントマークに基づいて、Ｘ軸駆動機構２２、Ｙ軸駆動機構１３、テーブル回転機構１４を作動させて位置決めを行い、これからブレイクする圧接予定ラインの端を、ローラ３２の真下の位置に合わせる。

続いて、Ｚ軸駆動機構３３を駆動してローラヘッド４０を下降し、ローラ３２を基板Ｇに当接する。荷重印加シリンダ３７を作動して、ローラ３２が所望のブレイク荷重で基板Ｇを押圧するようにする。具体的にはブレイク荷重を１Ｎ〜５０Ｎの範囲で調整する。
続いて、振動アクチュエータ３８を動作させ、所望の振幅、振動数でローラ３２に振動を与える。具体的には、振幅１μｍ〜２０μｍの範囲、振動数１ｋＨｚ〜１０ｋＨｚの範囲で作動させる。
この状態でＸ軸駆動機構２２を作動させて、ローラヘッド４０を所望の移動速度で移動させる。具体的には１０ｍｍ／秒〜１０００ｍｍ／秒（通常は５０ｍｍ／秒〜５００ｍｍ／秒）の範囲で適切な速度を設定し、その速度でもって押圧状態のままローラを移動させる。

以上の動作によって、ローラ３２が圧接予定ライン（スクライブラインＳの真裏）に沿って振動しながら押圧するようになり、その結果、振動荷重の影響で深さ方向にクラックが深く伸展し、より小さな荷重でもブレイクできるようになる。
特に、基板の板厚が厚い場合（１ｍｍ以上）では、これまでは大きな荷重を与えなければクラックが伸展できずブレイクできなかったが、振動荷重にすることで小さな荷重でもブレイクができるようになる。
そして、分断後のブレイク面を見ると、ブレイク荷重を小さくしてブレイクしたため、カケの発生がほとんどなく、加工品質は優れている。
また、これまでは、ブレイク対象の厚さや材質に応じて、ローラによるブレイク荷重の大きさとローラの移動速度とを調整するようにしていたが、ブレイク時に加える振動の振幅および振動数もパラメータとして設定できるようになり、調整の自由度を増すことができるようになった。

以上本発明の代表的な実施形態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、その目的を達成し、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。

また、ローラの圧接面は回転軸方向に沿って平坦面としたが、ローラの中央がローラの左右端よりも突き出た曲面（下に凸の曲面）にするようにして、圧接時に基板が撓みやすくなるようにしてもよい。

また、上記実施形態では、ブレイク中は振動の振幅、振動数を一定にしているが、ブレイクの位置に応じて振幅変化するようにしてもよい。例えば、ブレイクの開始端（クラックの開始端）の位置でローラヘッドが移動停止中はより深くクラックを伸展させてクラックが確実に貫通するように振動の振幅を大きくしておき、ローラヘッドが移動を開始すると振動の振幅を少し小さくして（一旦貫通したクラックは振幅を小さくしても貫通し続ける）、ソフトなブレイクが行われるようにしてもよい。

本発明の分断方法は、ガラス等の脆性材料からなる基板を、スクライブラインに沿ってブレイクする際に利用することができる。

１０ブレイク装置
１２テーブル
１３Ｙ軸駆動機構
１４テーブル回転機構
２２Ｘ軸駆動機構
３２ローラ
３３Ｚ軸駆動機構
３７荷重印加シリンダ
３８振動アクチュエータ
４０ローラヘッド
４３シャフト
４４ガイド
５１超磁歪素子
Ｓスクライブライン
Ｇ基板

Claims

第一面にスクライブラインが形成された脆性材料基板に対し、第一面の裏側になる第二面の前記スクライブラインの真裏に位置する圧接予定ラインに沿ってローラを圧接状態にして相対移動することにより、第一面のスクライブラインに沿って前記基板を分断するブレイク方法であって、
前記ローラを圧接方向に振動を与えながら圧接移動させ、その際に基板上のブレイクの位置に応じて振幅を変化させるようにしてブレイクを行うブレイク方法。
ローラヘッドが移動開始した後は、ブレイクの開始端の位置で移動停止中よりも振動の振幅を小さくする請求項１に記載のブレイク方法。
前記ローラは、振動数が１ｋＨｚ〜１０ｋＨｚの範囲で調整され、変位幅が１μｍ〜２０μｍの範囲で調整される請求項１に記載のブレイク方法。