JP6350669B2 - 脆性基板の分断方法 - Google Patents

Description

本発明は脆性基板の分断方法に関する。

特許文献１によれば、カッターを脆性基板の表面に圧接させた状態で、脆性材料基板およびカッターの少なくとも一方を閉曲線を描くように移動させて、クラックからなるスクライブラインが形成される。その後、脆性材料基板に応力を加えてクラックを脆性材料基板の裏面まで成長させて、脆性材料基板が分断される。

特開２０１０−１７３９０５号公報

曲線部を有するスクライブラインは、直線のみからなるスクライブラインに比して、安定的に形成することが難しい。曲線部の曲率半径が５ｍｍ以下の場合、この問題は特に顕著である。このため、曲線部を有するスクライブラインを用いる上記公報に記載の方法では、曲線部を含む形状に沿って脆性基板を安定的に分断することが困難であった。

本発明は以上のような課題を解決するためになされたものであり、その目的は、曲線部を含む形状に沿って脆性基板を安定的に分断することができる、脆性基板の分断方法を提供することである。

本発明の脆性基板の分断方法は、以下の工程を有する。

表面を有し、表面に垂直な厚さ方向を有する脆性基板が準備される。脆性基板の表面に刃先が押し付けられる。

押し付けられた刃先を脆性基板の表面上で摺動させることによって脆性基板の表面上に塑性変形を発生させることで、溝形状を有するトレンチラインが形成される。トレンチラインを形成する工程は、トレンチラインの直下において脆性基板がトレンチラインと交差する方向において連続的につながっている状態であるクラックレス状態が得られるように行なわれる。トレンチラインは曲線部を含む。

トレンチラインに沿って厚さ方向における脆性基板のクラックを伸展させることによって、クラックラインが形成される。クラックラインによってトレンチラインの直下において脆性基板はトレンチラインと交差する方向において連続的なつながりが断たれている。

本発明によれば、脆性基板が分断される形状はトレンチラインの形状によって規定される。トレンチラインは、従来のスクライブラインと異なり、曲線部を含んでいても安定的に形成することができる。よって、曲線部を含む形状に沿って脆性基板を安定的に分断することができる。

本発明の実施の形態１における脆性基板の分断方法の第１および第２工程のそれぞれを概略的に示す上面図（Ａ）および（Ｂ）である。 本発明の実施の形態１における脆性基板の分断方法の構成を概略的に示すフロー図である。 本発明の実施の形態１における脆性基板の分断方法に用いられる器具の構成を概略的に示す側面図（Ａ）、および、上記器具が有する刃先の構成を図３（Ａ）の矢印ＩＩＩＢの視点で概略的に示す平面図（Ｂ）である。 図１（Ａ）と図５（Ａ）と図６（Ａ）と図７（Ａ）との各々における線ＩＶＡ−ＩＶＡに沿う概略的な部分端面図（Ａ）、および、図１（Ｂ）と図５（Ｂ）と図６（Ｂ）と図７（Ｂ）との各々における線ＩＶＢ−ＩＶＢに沿う概略的な部分端面図（Ｂ）である。 本発明の実施の形態２における脆性基板の分断方法の第１および第２工程のそれぞれを概略的に示す上面図（Ａ）および（Ｂ）である。 本発明の実施の形態３における脆性基板の分断方法の第１および第２工程のそれぞれを概略的に示す上面図（Ａ）および（Ｂ）である。 本発明の実施の形態４における脆性基板の分断方法の第１および第２工程のそれぞれを概略的に示す上面図（Ａ）および（Ｂ）である。 本発明の実施の形態５における脆性基板の分断方法に用いられる器具の構成を概略的に示す側面図（Ａ）、および、上記器具が有する刃先の構成を図８（Ａ）の矢印ＶＩＩＩＢの視点で概略的に示す平面図（Ｂ）である。

以下、図面に基づいて本発明の実施の形態について説明する。なお、以下の図面において同一または相当する部分には同一の参照番号を付しその説明は繰返さない。

（実施の形態１）
本実施の形態の脆性基板の分断方法について、以下に説明する。

図１（Ａ）を参照して、ガラス基板４（脆性基板）が準備される（図２：ステップＳ１０）。ガラス基板４は、表面ＳＦを有する。

図３（Ａ）および（Ｂ）を参照して、刃先５１およびシャンク５２を有するカッティング器具５０が準備される。刃先５１は、そのホルダとしてのシャンク５２に固定されることによって保持されている。

刃先５１には、天面ＳＤ１（第１の面）と、天面ＳＤ１を取り囲む複数の面とが設けられている。これら複数の面は側面ＳＤ２（第２の面）および側面ＳＤ３（第３の面）を含む。天面ＳＤ１、側面ＳＤ２およびＳＤ３（第１〜第３の面）は、互いに異なる方向を向いており、かつ互いに隣り合っている。刃先５１は、天面ＳＤ１、側面ＳＤ２およびＳＤ３が合流する頂点を有し、この頂点によって刃先５１の突起部ＰＰが構成されている。また側面ＳＤ２およびＳＤ３は、刃先５１の側部ＰＳを構成する稜線をなしている。側部ＰＳは突起部ＰＰから線状に延びている。また側部ＰＳは、上述したように稜線であることから、線状に延びる凸形状を有する。

刃先５１はダイヤモンドポイントであることが好ましい。すなわち刃先５１は、硬度および表面粗さを小さくすることができる点からダイヤモンドから作られていることが好ましい。より好ましくは刃先５１は単結晶ダイヤモンドから作られている。さらに好ましくは結晶学的に言って、天面ＳＤ１は｛００１｝面であり、側面ＳＤ２およびＳＤ３の各々は｛１１１｝面である。この場合、側面ＳＤ２およびＳＤ３は、異なる向きを有するものの、結晶学上、互いに等価な結晶面である。

なお単結晶でないダイヤモンドが用いられてもよく、たとえば、ＣＶＤ(Chemical Vapor Deposition)法で合成された多結晶体ダイヤモンドが用いられてもよい。あるいは、微粒のグラファイトや非グラファイト状炭素から、鉄族元素などの結合材を含まずに焼結された多結晶体ダイヤモンドや、ダイヤモンド粒子を鉄族元素などの結合材によって結合させた焼結ダイヤモンドが用いられてもよい。

シャンク５２は軸方向ＡＸに沿って延在している。刃先５１は、天面ＳＤ１の法線方向が軸方向ＡＸにおおよそ沿うようにシャンク５２に取り付けられることが好ましい。

再び図１（Ａ）を参照して、次に、ガラス基板４の表面ＳＦに始点ＮＳ（一の箇所）で刃先５１が押し付けられる（図２：ステップＳ２０）。具体的には、刃先５１の突起部ＰＰおよび側部ＰＳが、ガラス基板４が有する厚さ方向ＤＴへ押し付けられる。

次に、押し付けられた刃先５１が、ガラス基板４の表面ＳＦの始点ＮＳから、方向ＤＡへ摺動させられる。方向ＤＡは、突起部ＰＰから側部ＰＳに沿って延びる方向を表面ＳＦ上に射影したものであり、軸方向ＡＸを表面ＳＦ上へ射影した方向におおよそ対応している。この場合、刃先５１はシャンク５２によって表面ＳＦ上を引き摺られる。摺動する刃先５１の位置ＮＣは、曲線部を含む軌跡を描き、最終的に再び始点ＮＳへと近づく。

上記摺動によりガラス基板４の表面ＳＦ上に塑性変形を発生させることで、溝形状を有するトレンチラインＴＬ（図４（Ａ））が形成される（図２：ステップＳ３０）。刃先５１の位置ＮＣの軌跡に対応して、トレンチラインＴＬは曲線部を含む。曲線部は５ｍｍ以下の曲率半径を有していてもよい。

トレンチラインＴＬを形成する工程は、トレンチラインＴＬの直下においてガラス基板４がトレンチラインＴＬと交差する方向ＤＣにおいて連続的につながっている状態であるクラックレス状態が得られるように行なわれる。クラックレス状態においては、塑性変形によるトレンチラインＴＬは形成されているものの、それに沿ったクラックは形成されていない。クラックレス状態を得るために、刃先５１に加えられる荷重は、クラックが発生しない程度に小さく、かつ塑性変形が発生する程度に大きくされる。

刃先５１をさらに摺動させ続けることによって、刃先５１の位置ＮＣが始点ＮＳに戻される。これにより、始点ＮＳを含む閉曲線をなすトレンチラインＴＬが形成される。なお閉曲線は曲線部に加えて直線部を含んでもよい。

図１（Ｂ）を参照して、刃先５１の位置ＮＣが始点ＮＳに戻されることによって、トレンチラインＴＬに沿って方向ＥＡへクラックラインＣＬ（図４（Ｂ））の形成が開始される（図２：ステップＳ４０）。クラックラインＣＬは、トレンチラインＴＬに沿って厚さ方向ＤＴにおけるガラス基板４のクラックを伸展させることによって形成される。クラックラインＣＬは、トレンチラインＴＬのくぼみから厚さ方向ＤＴに伸展したクラックであり、表面ＳＦ上において線状に延びている。クラックラインＣＬによってトレンチラインＴＬの直下においてガラス基板４はトレンチラインＴＬと交差する方向ＤＣ（図４（Ｂ））において連続的なつながりが断たれている。ここで「連続的なつながり」とは、言い換えれば、クラックによって遮られていないつながりのことである。なお、上述したように連続的なつながりが断たれている状態において、クラックラインＣＬのクラックを介してガラス基板４の部分同士が接触していてもよい。

トレンチラインＴＬに沿ってクラックが伸展する方向ＥＡは、トレンチラインＴＬを形成する工程において刃先５１が摺動する方向ＤＡ（図１（Ａ））と逆である。つまりクラックラインＣＬの伸展のしやすさには方向依存性が存在する。この方向依存性は、トレンチラインＴＬの形成時にガラス基板４中に生じる内部応力の分布に起因すると推測される。

なお、前述したスクライブラインは、刃先５１の摺動または転動などによってトレンチラインＴＬおよびクラックラインＣＬ（図４（Ｂ））が同時に形成されるものであり、クラックラインＣＬが形成されるタイミングが本実施の形態とは異なっている。

次にクラックラインＣＬに沿ってガラス基板４が分断される（図２：ステップＳ５０）。すなわち、いわゆるブレーク工程が行なわれる。ブレーク工程は、たとえば、ガラス基板４への外力の印加によってガラス基板４をたわませることにより行ない得る。

なおクラックラインＣＬがその形成時に厚さ方向ＤＴに完全に進行した場合は、クラックラインＣＬの形成とガラス基板４の分断とが同時に生じ得る。この場合、ブレーク工程を省略し得る。

本実施の形態によれば、ガラス基板４が分断される形状はトレンチラインＴＬの形状によって規定される。トレンチラインＴＬは、従来のスクライブラインと異なり、曲線部を含んでいても安定的に形成することができる。よって、曲線部を含む形状に沿ってガラス基板４を安定的に分断することができる。特に曲線部が５ｍｍ以下の曲率半径を有する場合、本実施の形態を適用することの効果が大きい。

（実施の形態２）
図５（Ａ）を参照して、本実施の形態においては、ガラス基板４の表面ＳＦに始点ＮＳ（一の箇所）で押し付けられた刃先５１は、方向ＤＡではなく方向ＤＢへ摺動させられる。方向ＤＢは、側部ＰＳに沿って突起部ＰＰへ延びる方向（図３（Ａ）および（Ｂ）参照）を表面ＳＦ上に射影したものであり、軸方向ＡＸを表面ＳＦ上へ射影した方向と逆方向におおよそ対応している。この場合、刃先５１はシャンク５２によって表面ＳＦ上を押し進められる。上記摺動によりトレンチラインＴＬ（図４（Ａ））が形成される。

図５（Ｂ）を参照して、刃先５１の位置ＮＣが始点ＮＳに戻されることによって、トレンチラインＴＬに沿って方向ＥＢへクラックラインＣＬ（図４（Ｂ））の形成が開始される（図２：ステップＳ４０）。トレンチラインＴＬに沿ってクラックが伸展する方向ＥＢは、トレンチラインＴＬを形成する工程において刃先５１が摺動する方向ＤＢ（図５（Ａ））と同じである。

なお、上記以外の構成については、上述した実施の形態１の構成とほぼ同じであるため、同一または対応する要素について同一の符号を付し、その説明を繰り返さない。

本実施の形態によっても実施の形態１とほぼ同様の効果が得られる。

（実施の形態３）
図６（Ａ）を参照して、本実施の形態においては、ガラス基板４の表面ＳＦの始点ＮＳに押し付けられた刃先５１（図３（Ａ）および（Ｂ））は、始点ＮＳから離れた終点ＮＥまで方向ＤＡへ摺動させられる。この摺動により、曲線部を含むトレンチラインＴＬ（図４（Ａ））が形成される。終点ＮＥに達した刃先５１はガラス基板４の表面ＳＦから離される。

図６（Ｂ）を参照して、トレンチラインＴＬ上においてガラス基板４に応力を加えることによって、クラックラインＣＬを形成する工程が開始される。本実施の形態においては、ガラス基板４の表面ＳＦ上に、トレンチラインＴＬと交差するスクライブラインＳＬが形成される。スクライブラインＳＬはトレンチラインＴＬと交点ＮａおよびＮｂの各々で交差する。これにより、交点ＮａおよびＮｂの各々から、方向ＤＡと逆の方向ＥＡへクラックラインＣＬの形成が開始される。クラックラインＣＬの形成を開始させるのに十分な応力がスクライブラインＳＬの形成によって得られない場合、スクライブラインＳＬに沿ったガラス基板４の分断によって、より大きな応力を加えることで、クラックラインＣＬの形成を開始させてもよい。また必ずしも交点ＮａおよびＮｂの両方が設けられる必要はなく、方向ＥＡへのクラックラインＣＬの形成の起点として適した交点が設けられればよい。具体的には、少なくとも交点Ｎａが設けられれば、トレンチラインＴＬのうちその曲線部を含む主要部に沿って、クラックラインＣＬを形成することができる。また応力の印加方法は、上述した方法に限定されるものではない。

なお、上記以外の構成については、上述した実施の形態１の構成とほぼ同じであるため、同一または対応する要素について同一の符号を付し、その説明を繰り返さない。

本実施の形態によっても実施の形態１とほぼ同様の効果が得られる。また本実施の形態によれば、ガラス基板４を閉曲線でない形状に沿って分断することができる。

（実施の形態４）
図７（Ａ）を参照して、本実施の形態においては、ガラス基板４の表面ＳＦの始点ＮＳに押し付けられた刃先５１（図３（Ａ）および（Ｂ））は、終点ＮＥまで方向ＤＢへ摺動させられる。この摺動により、曲線部を含むトレンチラインＴＬ（図４（Ａ））が形成される。終点ＮＥに達した刃先５１はガラス基板４の表面ＳＦから離される。

図７（Ｂ）を参照して、トレンチラインＴＬ上においてガラス基板４に応力を加えることによって、クラックラインＣＬを形成する工程が開始される。本実施の形態においては、ガラス基板４の表面ＳＦ上に、トレンチラインＴＬと交差するスクライブラインＳＬが形成される。スクライブラインＳＬはトレンチラインＴＬと交点ＮａおよびＮｂの各々で交差する。これにより、交点ＮａおよびＮｂの各々から、方向ＤＢと同じ方向ＥＢへクラックラインＣＬの形成が開始される。クラックラインＣＬの形成を開始させるのに十分な応力がスクライブラインＳＬの形成によって得られない場合、スクライブラインＳＬに沿ったガラス基板４の分断によって、より大きな応力を加えることで、クラックラインＣＬの形成を開始させてもよい。また必ずしも交点ＮａおよびＮｂの両方が設けられる必要はなく、方向ＥＢへのクラックラインＣＬの形成の起点として適した交点が設けられればよい。具体的には、少なくとも交点Ｎｂが設けられれば、トレンチラインＴＬのうちその曲線部を含む主要部に沿って、クラックラインＣＬを形成することができる。また応力の印加方法は、上述した方法に限定されるものではない。

なお、上記以外の構成については、上述した実施の形態２または３の構成とほぼ同じであるため、同一または対応する要素について同一の符号を付し、その説明を繰り返さない。

本実施の形態によっても実施の形態３とほぼ同様の効果が得られる。

（実施の形態５）
図８（Ａ）および（Ｂ）を参照して、上記各実施の形態において、刃先５１（図３（Ａ）および（Ｂ））に代わり、刃先５１ｖが用いられてもよい。刃先５１ｖは、頂点と、円錐面ＳＣとを有する円錐形状を有する。刃先５１ｖの突起部ＰＰｖは頂点で構成されている。刃先の側部ＰＳｖは頂点から円錐面ＳＣ上に延びる仮想線（図８（Ｂ）における破線）に沿って構成されている。これにより側部ＰＳｖは、線状に延びる凸形状を有する。

上記各実施の形態においては脆性基板としてガラス基板が用いられるが、脆性基板はガラス基板に限定されるものではなく、脆性材料から作られた基板であればよい。ガラス以外の脆性材料としては、たとえば、セラミックス、シリコン、化合物半導体、サファイア、または石英がある。

本発明は、その発明の範囲内において、各実施の形態を自由に組み合わせたり、各実施の形態を適宜、変形、省略することが可能である。

４ ガラス基板（脆性基板）
５１，５１ｖ 刃先
ＣＬ クラックライン
ＳＦ 表面
ＳＬ スクライブライン
ＴＬ トレンチライン

Claims (5)

1. 表面を有し、前記表面に垂直な厚さ方向を有する脆性基板を準備する工程と、
   前記脆性基板の前記表面に刃先を押し付ける工程と、
   前記押し付ける工程によって押し付けられた前記刃先を前記脆性基板の前記表面上で摺動させることによって前記脆性基板の前記表面上に塑性変形を発生させることで、溝形状を有するトレンチラインを形成する工程とを備え、前記トレンチラインを形成する工程は、前記トレンチラインの直下において前記脆性基板が前記トレンチラインと交差する方向において連続的につながっている状態であるクラックレス状態が得られるように行なわれ、前記トレンチラインは曲線部を含み、さらに
   前記トレンチラインに沿って前記厚さ方向における前記脆性基板のクラックを伸展させることによって、クラックラインを形成する工程を備え、前記クラックラインによって前記トレンチラインの直下において前記脆性基板は前記トレンチラインと交差する方向において連続的なつながりが断たれている、脆性基板の分断方法。
2. 前記トレンチラインを形成する工程は、前記刃先が前記脆性基板の前記表面の一の箇所上を摺動する工程と、前記刃先をさらに摺動させ続けることによって前記刃先を前記一の箇所に戻す工程とを含み、
   前記クラックラインを形成する工程は、前記刃先が前記一の箇所に戻ることによって開始される、請求項１に記載の脆性基板の分断方法。
3. 前記トレンチラインを形成する工程の後、かつ前記クラックラインを形成する工程の前に、前記脆性基板の前記表面から前記刃先を離す工程をさらに備え、
   前記クラックラインを形成する工程は、前記トレンチライン上において前記脆性基板に応力を加えることによって開始される、請求項１に記載の脆性基板の分断方法。
4. 前記クラックラインを形成する工程において前記トレンチラインに沿ってクラックが伸展する方向は、前記トレンチラインを形成する工程において前記刃先が摺動する方向と逆である、請求項１から３のいずれか１項に記載の脆性基板の分断方法。
5. 前記クラックラインを形成する工程において前記トレンチラインに沿ってクラックが伸展する方向は、前記トレンチラインを形成する工程において前記刃先が摺動する方向と同じである、請求項１から３のいずれか１項に記載の脆性基板の分断方法。

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