JP5416381B2

JP5416381B2 - 脆性材料基板の分断方法

Info

Publication number: JP5416381B2
Application number: JP2008254935A
Authority: JP
Inventors: 孝志川畑; 良太阪口
Original assignee: Mitsuboshi Diamond Industrial Co Ltd
Current assignee: Mitsuboshi Diamond Industrial Co Ltd
Priority date: 2008-09-30
Filing date: 2008-09-30
Publication date: 2014-02-12
Anticipated expiration: 2028-09-30
Also published as: JP2010083716A

Description

本発明は、スクライビングホイールを転動することにより形成したスクライブラインに沿って脆性材料基板を分断する方法に関し、さらに詳細には、脆性材料基板内に形成した二本の直線状スクライブラインで挟まれるコーナー部に沿って分断する方法に関する。
なお、ここでいう脆性材料には、ガラス基板の他に、セラミックス、単結晶シリコン、半導体ウェハ、サファイア等が含まれる。

ガラス基板から製品を切り出すときには、スクライビングホイール（カッターホイールとも呼ばれる）を用いる方法が広く利用されている。
すなわち、まず、製品の輪郭線を含む分断予定ラインに沿ってスクライビング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。このスクライブラインは基板を貫通していない深さのクラックを形成する。次いで、スクライブラインに沿って基板を撓ませる力（曲げモーメント）を加えるブレイク処理を行う。これにより、スクライブラインを構成するクラックが深さ方向に伸展して裏面まで達するクラック（貫通状態のクラック）となり、基板は完全に分断されたブレイク状態になる。

ガラス基板は、製品を作る際にいろいろな形状に加工される。最も一般的な形状は方形であり、その場合は方形の輪郭に合わせて縦横に直線状スクライブラインを形成する。そして、このスクライブラインに沿ってブレイク処理を行うことにより方形に切り出される。

また、製品が円形や楕円形であって、製品の輪郭全体が基板内で閉曲線をなす場合がある。その場合には、製品の輪郭に沿ったスクライブライン（輪郭用スクライブラインという）を形成するとともに、輪郭用スクライブラインの外側の端材領域に、分断を補助する分離用の補助スクライブラインを形成する（特許文献１参照）。
この補助スクライブラインは、先に周辺（隣接する製品の輪郭用スクライブラインや基板の周縁）がブレイク状態になったときに、この補助スクライブラインを介して、分断対象の輪郭用スクライブラインまで貫通状態のクラックを誘導してブレイク状態にするために利用される。また、当該輪郭用スクライブラインがブレイク状態になったときに、周囲の端材領域を分割し、除去しやすくするために利用される。

ところで、製品によっては、輪郭の一部に、二辺（第一直線と第二直線）で挟まれたコーナー部が含まれる場合がある。例えば図３に示すような六角形の製品Ｒを作る場合を考える。このとき図４に示すように、基板Ｇから六角形の製品Ｒを切り出すが、基板内に、第一直線Ｌ１、第二直線Ｌ２とで挟まれた屈曲点Ｑ１が含まれるコーナー部が存在する。同様に、第一直線Ｌ１１、第二直線Ｌ１２とで挟まれた屈曲点Ｑ２が含まれるコーナー部も存在する。

図５は、スクライビングホイールを用いて図４に示した製品Ｒを切り出すときに、基板Ｇに形成するスクライブラインを示した図である。製品Ｒの輪郭となる第一直線Ｌ１、Ｌ１１、第二直線Ｌ２、Ｌ１２に沿ってスクライブラインを形成することになる。ここではスクライブ方向を矢印で示す。すなわち、第一直線Ｌ１（Ｌ１１）に沿ってスクライビングホイールを圧接状態で転動させることで第一スクライブラインＳ１（Ｓ１１）を形成する。スクライビングホイールが屈曲点Ｑ１（Ｑ２）に到達した時点で一旦停止し、圧接状態を解いてホイールの刃先方向を変える。再び圧接状態にして、第二直線Ｌ２（Ｌ１２）に沿って転動させて第二スクライブラインＳ２（Ｓ１２）を形成する。
そして、各スクライブラインに沿って力（曲げモーメント）を与えるブレイク処理を行うことで基板を完全分断する。
特許第２９２６５２６号公報

しかしながら、屈曲点を含むスクライブラインに沿って切り出したとき、コーナー部（屈曲点近傍）には、以下に示す不具合が発生することがある。図６は、図５で示したスクライブラインに沿ってブレイク処理を行ったときの製品Ｒを示した図であり、図６（ａ）は斜視図、図６（ｂ）は上面図、図６（ｃ）は下面図である。
スクライブラインを形成した上面については、コーナー部は屈曲点Ｑ１、Ｑ２で角張って切り出されているが、裏側の下面についてはコーナー部が丸くなる。下面のコーナー部が丸くなる傾向は、第一直線Ｌ１、Ｌ１２の延長方向と第二直線Ｌ２、Ｌ１２とのなす角度が４５度以下であるときに特に顕著に現れる。

そこで、本発明は、基板上で二辺（第一直線と第二直線）に挟まれたコーナー部に沿って製品基板を切り出すときに、製品基板の屈曲点における輪郭がコーナー部の上面から下面までを、一様に角張ったままで切り出すことができるスクライブ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になされた本発明の脆性材料基板の分断方法は、脆性材料の基板上に終点を有する第一直線と、第一直線の終点を始点として第一直線の進行方向とは異なる方向に屈曲する第二直線とに沿って分断することによって輪郭の一部に前記第一および第二の直線で囲まれたコーナー部を含む製品基板を取り出す脆性材料基板の分断方法であって、第一直線に沿ってその終点までスクライビングホイールを転動することにより第一スクライブラインを形成する工程と、第二直線の始点から第二直線に沿ってスクライビングホイールを転動することにより第二スクライブラインを形成する工程と、第一スクライブラインと第二スクライブラインを境界として製品基板と向き合う基板上に第一スクライブラインと第二スクライブラインとの屈曲点に向けて第一スクライブラインと第二スクライブラインとがなす角度を二等分する方向から補助スクライブラインを形成する工程と、第一スクライブラインおよび第二スクライブラインに沿ってブレイクする工程とからなり、前記補助スクライブラインを形成する工程では、前記補助スクライブラインが屈曲点に到達しないように前記補助スクライブラインと前記屈曲点との間に２ｍｍ以下の間隙が設けられようにしている。

本発明によれば、第一直線に沿った第一スクライブラインと、第二直線に沿った第二スクライブラインの他に、屈曲点に向けた補助スクライブラインを形成することにより、屈曲点近傍の基板内の応力分布を変化させる。すなわち、従来のように貫通状態のクラックを誘導してブレイク状態にするためや、周囲の端材領域を分割して除去するために補助スクライブラインを設けるのではなく、コーナー部（屈曲点近傍）の応力分布を変化させるために補助スクライブラインを形成する。これによりブレイク時に、貫通状態のクラックの進行方向が曲がらずに屈曲点に向かうようにする。この状態で第一スクライブラインおよび第二スクライブラインに沿ってブレイクすることにより、屈曲点で丸くなることなく角張った輪郭どおりに折れるように進行するクラックを形成する。
また、本発明では補助スクライブラインＳ３と屈曲点Ｐ _２との間に、前記補助スクライブラインが屈曲点に到達しないように２ｍｍ以下の間隙を設けている。補助スクライブラインＳ３を屈曲点に到達するまで形成すると、交点部分にソゲが発生しやすくなる傾向があるが、間隙を設けることでソゲの発生を防ぐことができる。

本発明によれば、基板内部の応力分布を変化させてブレイク時のクラックの進行方向を調整することにより、下面側でもクラックを屈曲点までまっすぐ進行させることができるようになり、その結果、コーナー部では、上面から下面まで屈曲点で丸くなることなく角張った輪郭どおりに折れ曲がるようにして分断することができるようになる。

本発明の実施形態を説明するために、まず、コーナー部の下面側で分断面が丸くなるメカニズムについて説明する。
図１は第一スクライブラインと第二スクライブラインを形成したときのコーナー部（屈曲点近傍）の上面図（図１（ａ））、および、断面の模式図（図１（ｂ））である。
ここでは、第一スクライブラインＳ１の始点をＰ_１とし、第一スクライブラインＳ１から第二スクライブラインＳ２への屈曲点をＰ_２とする。さらに第二スクライブラインＳ２の終点をＰ_３とする。

基板上でスクライビングホイールを転動させてクラックを形成することにより、このクラックがスクライブラインを構成するようにする。
使用するスクライビングホイールについて説明する。スクライビングホイールの刃先は、基板面に対しホイール面がすべりにくい溝付きスクライビングホイールを用いるのが好ましい。溝付きスクライビングホイールを用いることで、基板内で直線状のスクライブラインの方向を変えたり、補助スクライブラインを基板内停止したりすることが容易になる。具体的には、溝付きスクライビングホイールとして、三星ダイヤモンド工業株式会社製の溝付スクライビングホイールであるペネット（登録商標）を用いることができる。

形成されるクラックは、図１（ｂ）においてハッチングで示すように、基板を貫通していないクラックであり、始点Ｐ１、屈曲点Ｐ２、終点Ｐ３の各点の直下では特に浅くなる。そのため、スクライブライン形成後に屈曲点Ｐ２をブレイクするとき、上面側は正確に第一スクライブラインＳ１、第二スクライブラインＳ２に沿ってブレイクされるが、クラックが伸展しきれていない下面側では、上面に形成されたスクライブラインの影響をほとんど受けなくなり、これに代わって基板内部の応力分布がクラックの進行方向に大きく影響するようになる。

一般に、クラックが存在する領域は他の領域よりも基板内の応力が開放されている。そして、応力が開放されている領域の近傍をクラックが進行するときは、応力が開放されている方向に近づくように当該クラックの進行方向が曲げられる性質がある。
したがって、クラックが他のクラックの近傍を進行するとき、クラックの進行方向は近くに存在する他のクラックの側に近づくように曲げられる。

したがって、図１に示した屈曲点近傍Ｐ_２の近傍をブレイクするときは、応力の影響を強く受ける下面側では、第二スクライブラインＳ２を構成するクラック（貫通していないクラック）に近づくように、第一スクライブラインＳ１に沿って進行するクラック(貫通状態のクラック)が曲げられる。その結果、図１（ａ）において一点鎖線ＳＫで示すように、第二スクライブラインＳ２に近づく側に、クラックが丸く曲げられながら進行するようになる（分断面が内側に曲げられる不具合の現象を「内ソゲ」という）。

したがって、本発明では、補助スクライブラインを形成することによりコーナー部（屈曲点近傍）の応力分布を変化させることで、第一スクライブラインＳ１に沿って進行するクラック（貫通状態のクラック）の進行方向が曲げられない応力分布を形成するようにしている。

以下、本発明の実施形態について説明する。図２は、図１における第一スクライブラインＳ１と第二スクライブラインＳ２の他に、屈曲点Ｐ_２に向けた補助スクライブラインＳ３を形成したときのコーナー部（屈曲点近傍）の状態を示す図であり、図２（ａ）はその上面図、図２（ｂ）は断面の模式図である。

補助スクライブラインＳ３は、第一スクライブラインＳ１と第二スクライブラインＳ２とがなす角度を二等分する方向から、第一スクライブラインＳ１と第二スクライブラインＳ２との屈曲点Ｐ_２に向けて形成される。この補助スクライブラインＳ３の方向は、図１において屈曲点Ｐ_２近傍の下面側に形成されるクラック（貫通状態のクラック）を示した一点鎖線ＳＫ（図１）に対して、ほぼ法線方向となる。
そして、応力の影響を強く受ける下面側では、第二スクライブラインＳ２を構成するクラック（貫通していないクラック）に近づくように、第一スクライブラインＳ１に沿って進行するクラック(貫通状態のクラック)が曲げられようとするが、屈曲点Ｐ_２に向かう補助スクライブラインＳ３が存在するため、クラック(貫通状態のクラック)が曲がろうとする方向と反対側についても応力開放されて、クラックが曲がろうとする力が打ち消される。その結果、基板の下面側でも、図２（ａ）に一点鎖線ＳＬで示すように、貫通状態のクラックは屈曲点Ｐ_２の位置まで、まっすぐ進行してから屈曲し、屈曲点Ｐ_２では上面から下面まで屈曲点で丸くなることなく角張った輪郭どおりにクラックが形成される。

（実験例）
図２(C)に示すように、板厚1.1mmのガラス基板から、第一スクライブラインＳ１と第二スクライブラインＳ２を輪郭に含む製品基板を取り出すに際し、補助スクライブラインＳ３の形成位置による分断後の端面の品質を検証した。この検証では第一スクライブラインＳ１と第二スクライブラインＳ２とがなす角度を約240度に設定した。
この角度を３分割して領域A、領域Bおよび領域Cを画定し（各領域の角度範囲θ１は約80度）、それぞれの領域で補助スクライブラインＳ３を形成した各ガラス基板を試料として作製した。また、補助スクライブラインＳ３を形成しなかったガラス基板を試料として作製した。次いで、それぞれの試料を分断して製品基板を取り出し、それぞれの製品基板の屈曲点Ｐ_２の位置で端面の品質を検証した。検証した結果を表１に示す。端面の品質は、「内ソゲ」の状態を目視による観察で判断した。
なお、品質を表わす図中の記号は以下を意味する。
○：良好（内ソゲなし）
△：やや良好（内ソゲがわずかに発生した）
×：不良（顕著な内ソゲが発生した）

本発明は第一スクライブラインの延長線と第二スクライブラインとのなす角度θが０＜θ＜９０である場合に効果を奏する。特に、角度θが０＜θ＜４５である場合には、補助スクライブラインＳ３を設けないと、クラックの進行方向が曲がりやすくなる傾向があるので特に有効である。

また、補助スクライブラインＳ３と屈曲点Ｐ２との間に、２ｍｍ以下の間隙を設けておくのがより好ましい。補助スクライブラインＳ３を屈曲点に到達するまで形成すると、交点部分にソゲが発生しやすくなる傾向があるが、間隙を設けることでソゲの発生を防ぐことができる。
また、上述した実施の形態では、補助スクライブラインを製品基板以外のガラス基板上に形成したが、補助スクライブラインを製品基板に隣接する他の製品基板の領域に形成してもよい。
さらに、上述した実施の形態では第一スクライブラインおよび第二スクライブラインを形成したガラス基板の同じ側の表面に補助スクライブラインを形成したが、ガラス基板が単板であれば補助スクライブラインを、第一スクライブラインおよび第二スクライブラインと反対側の表面に形成してもよい。

本発明の分断方法は、ガラス基板等を二辺（第一直線と第二直線）で挟まれたコーナー部に沿って切り出すときに利用することができる。

第一スクライブラインと第二スクライブラインを形成したときの屈曲点近傍の状態を示す図。第一スクライブラインと第二スクライブラインの他に、屈曲点に向けた補助スクライブラインを形成したときの屈曲点近傍の状態を示す図。二辺で挟まれたコーナー部が含まれる製品の一例である六角形の製品の斜視図。図３の製品を切り出すときのガラス基板上の製品のレイアウトの一例を示す図。図４のガラス基板から製品を切り出す際のスクライブラインを示す図。図５で示したスクライブラインに沿ってブレイク処理を行ったときの製品の状態を示した図。

符号の説明

Ｇガラス基板
Ｓ１第一スクライブライン
Ｓ２第二スクライブライン
Ｓ３補助スクライブライン
Ｐ１始点
Ｐ２屈曲点
Ｐ３終点

Claims

脆性材料の基板上に終点を有する第一直線と、第一直線の終点を始点として第一直線の進行方向とは異なる方向に屈曲する第二直線とに沿って分断することによって前記第一および第二の直線で囲まれたコーナー部を輪郭の一部に含む製品基板を取り出す脆性材料基板の分断方法であって、
第一直線に沿ってその終点までスクライビングホイールを転動することにより第一スクライブラインを形成する工程と、
第二直線の始点から第二直線に沿ってスクライビングホイールを転動することにより第二スクライブラインを形成する工程と、
第一スクライブラインと第二スクライブラインを境界として製品基板と向き合う基板上に第一スクライブラインと第二スクライブラインとの屈曲点に向けて第一スクライブラインと第二スクライブラインとがなす角度を二等分する方向から補助スクライブラインを形成する工程と、
第一スクライブラインおよび第二スクライブラインに沿ってブレイクする工程とからなり、
前記補助スクライブラインを形成する工程では、前記補助スクライブラインが屈曲点に到達しないように前記補助スクライブラインと前記屈曲点との間に２ｍｍ以下の間隙が設けられる脆性材料基板の分断方法。
補助スクライブラインを形成する請求項１に記載の脆性材料基板の分断方法。