JP6476892B2 - マルチポイントダイヤモンドツール - Google Patents

Description

本発明はガラス基板やシリコンウエハ等の脆性材料基板をダイヤモンドポイントによってスクライブするためのマルチポイントダイヤモンドツールに関するものである。

従来ガラス基板やシリコンウエハをスクライブするために、スクライビングホイールや単結晶ダイヤモンドによるダイヤモンドポイントを用いたツールが用いられている。ガラス基板に対しては、主に基板に対して転動させるスクライビングホイールが用いられてきたが、スクライブ後の基板の強度が向上するなどの利点より、固定刃であるダイヤモンドポイントの使用も検討されてきている。特許文献１，２にはサファイアウエハやアルミナウエハ等の硬度の高い基板をスクライブするためのポイントカッターが提案されている。これらの特許文献には、角錐の稜線上にカットポイントを設けたツールや、先端が円錐になったツールが用いられている。又特許文献３にはガラス板をスクライブするために円錐形の先端を有するガラススクライバを用いたスクライブ装置が提案されている。

特開２００３−１８３０４０号公報 特開２００５−０７９５２９号公報 特開２０１３−０４３７８７号公報

従来の固定刃であるツールでスクライブを進めていくとポイントが摩耗するため、ポイントを変更する必要がある。角錐形や円錐形のツールでは使用可能なポイントとなる頂点は２箇所又は最大で４箇所である。従って２箇所又は４箇所のポイントを変更するとツールを交換する必要があり、交換頻度が高くなるという問題点があった。また、ツールによるスクライブにおいては、ポイントが基板に対して適切な角度で接触する必要がある。しかし、従来のツールでは、ポイントを変更する場合ツールを軸方向に回転させる必要があり、この接触角度を精度良く設定することが容易ではなかった。

本発明はこのような従来の問題点に鑑みてなされたものであって、スクライブに使用しているポイントが摩耗しても容易にポイント位置を変更して交換頻度を少なくすることができるダイヤモンドツールを提供することを目的とする。

この課題を解決するために、本発明のマルチポイントダイヤモンドツールは、所定の厚さを有する角柱状であって、２つの底面と複数の外周面を有するベースと、前記外周面の交線である稜線と、少なくとも一方の底面より稜線に向けて研磨した傾斜面を有し、前記ベースの少なくとも外周面がダイヤモンドで形成されており、前記傾斜面と前記稜線との交点をポイントとするものである。

ここで前記傾斜面は、前記ベースの一方の底面より形成された第１の傾斜面と、前記ベースの他方の底面より形成された第２の傾斜面と、を有するものとしてもよい。

ここで前記ベースの隣接する２つの外周面から前記稜線の端部に向けて研磨して形成された２つの研磨面と、前記２つの研磨面の交線である第２の稜線を有し、前記傾斜面と前記第２の稜線との交点をポイントとするようにしてもよい。

ここで前記各傾斜面は、レーザ加工により形成されたものとしてもよい。

ここで前記２つの研磨面は機械加工により形成されたものとしてもよい。

このような特徴を有する本発明によれば、ダイヤモンドツールの周囲に多数のポイントを設けることができる。従って１つのポイントが摩耗してもダイヤモンドツールの固定角度を変化させることで新たなポイントを使用することができ、ダイヤモンドツールの交換頻度を少なくすることができるという効果が得られる。さらに、基板に対してツールの取付角度を一定としたままポイントを変更することができるため、ポイントの接触角度を容易に設定することができる。

図１は本発明の第１の実施の形態によるマルチポイントダイヤモンドツールの正面図及び側面図である。 図２は第１の実施の形態によるマルチポイントダイヤモンドツールを用いたスクライブを示す側面図である。 図３は本発明の第１の実施の形態の変形例によるマルチポイントダイヤモンドツールの主要部を示す拡大図である。 図４は本発明の第２の実施の形態によるダイヤモンドツールの正面図及び側面図である。 図５は本発明の第２の実施の形態によるダイヤモンドツールの主要部を拡大した底面図である。 図６は本発明の第２の実施の形態によるダイヤモンドツールの主要部を拡大した側面図及び底面図である。 図７は本発明の第２の実施の形態の変形例によるマルチポイントダイヤモンドツールの主要部を示す拡大図である。

次に本発明の第１の実施の形態について説明する。図１は本実施の形態によるマルチポイントダイヤモンドツール（以下、単にダイヤモンドツールという）１０の一例を示す正面図及び側面図である。このダイヤモンドツール１０は一定の厚さで回転対称の任意の数の辺から成る多角形の角柱をベースとする。この実施の形態では、一定厚さの正八角柱のベース１１を単結晶ダイヤモンドにより構成し、その中心に貫通孔１２を有している。この場合には多角柱の厚さ方向に平行で貫通孔１２を通る軸（図１（ａ）については紙面に垂直な軸）に平行な稜線１３ａ〜１３ｈがベース１１の八角形の外周面に均等に形成されている。

さて本実施の形態ではベース１１に対して図１に示すように八方の角部分の多角柱の両底面より外周面が交差する稜線へ向けて面取りのように研磨する。即ちベース１１の一方の面の８つの角よりベース１１の稜線に向けてベース１１の厚さの１／２より小さい範囲で研磨して第１の傾斜面１４ａ〜１４ｈを形成する。このときベース１１の底面の辺と傾斜面との成す角が等しくなるように、即ち傾斜面が稜線の一端を頂点とした二等辺三角形となるように研磨する。このような傾斜面はレーザ加工又は機械加工によって容易に形成することができる。また、レーザ加工の後にさらに機械研磨を行い、さらに精密な研磨面としてもよい。こうすれば各稜線１３ａ〜１３ｈと第１の傾斜面１４ａ〜１４ｈとの交点を頂点として、図１（ｂ）に示すようにベースの側面視において右側に８つのポイントＰ１〜Ｐ８を形成することができる。このときベース１１の傾斜面１４ａ〜１４ｈは天面となる。ここで天面とは、稜線を形成する２つの外周面に接し、稜線の一端を共有する面をいう。

次にベース１１の他方の面より同様にしてベース１１の外周に向けてベースの厚さの１／２より小さい範囲で研磨して第２の傾斜面１５ａ〜１５ｈを形成する。こうすれば各稜線１３ａ〜１３ｈと第２の傾斜面１５ａ〜１５ｈとの交点をポイントとして図１（ｂ）に示すようにベースの側面視において左側に８個のポイントＰ９〜Ｐ１６を形成することができる。このように稜線１３ａ〜１３ｈの両端をポイントＰ１〜Ｐ１６とすることで、八角形のダイヤモンドツール１０について外周に１６箇所のポイントを形成することができる。

次にこの実施の形態のダイヤモンドツール１０を用いてスクライブする場合について、図２を用いて説明する。基板２０をスクライブする際には、図２（ａ）に示すように稜線と脆性材料基板との角度がθとなるようダイヤモンドツール１０を傾け、１つのポイントＰ１を基板２０に対して接するように固定してダイヤモンドツール１０を図示の矢印Ａ方向に移動させ、スクライブを行う。このときダイヤモンドツール１０は転動させないので、同じポイントでスクライブを行うことができる。基板２０に接しているポイントＰ１が摩耗により劣化した場合には、図２（ｂ）に示すように貫通孔１２を中心にダイヤモンドツール１０を４５°回転させ、隣接するポイントＰ２を基板２０に接触させて同様にしてスクライブを行う。ダイヤモンドツール１０を４５°回転させても、刃先の稜線が基板に接触する角度θは変わらないため、ポイント交換時の基板に対する接触角度を設定することが容易である。

又ポイントＰ１〜Ｐ８の８箇所のポイントが全て摩耗すると、ダイヤモンドツール１０を反転させ、稜線と脆性材料基板との角度がθとなるよう再度固定して他方の側面のポイントＰ９〜Ｐ1６を順次接触させてスクライブを行う。こうすれば更に８回ポイント位置を変化させてスクライブを行うことができ、合計１６回ポイントを交換してスクライブを行うことができる。

次に第１の実施の形態の変形例について説明する。第１の実施の形態では、ベースの外周の傾斜面を天面とし、第１の傾斜面の三角形の頂点をポイントとしている。図３はその変形例であり、１つのポイントＰ１の周辺部分の拡大図を示すように、稜線に近い部分を更にわずかに角度をつけて研磨し、第３の傾斜面２１ａとし、この傾斜面２１ａを天面とするようにしたものである。その他の傾斜面についても同様である。又第２の傾斜面についても同様に、第２の傾斜面の稜線に近い部分を更にわずかに傾斜をつけて研磨して第４の傾斜面とする。こうすれば各ポイントの位置を微調整し、より正確かつ精密に加工することができる。

次に本発明の第２の実施の形態について図４，図５を用いて説明する。図４は本実施の形態によるマルチポイントダイヤモンドツール（以下、単にダイヤモンドツールという）３０の一例を示す正面図及び側面図である。このダイヤモンドツール３０は回転対称の多角形の角柱である、底面が八角形のベース３１を単結晶ダイヤモンドにより構成し、その中心に貫通孔３２を有している。この場合には多角柱の厚さ方向に平行で貫通孔３２を通る軸（図４（ａ）では紙面に垂直な軸）に平行な稜線３３ａ〜３３ｈがベース３１の八角形の外周面に均等に形成されている。

さて本実施の形態ではベース３１に対して図４に示すように八方の角部分の両側より面取りのように研磨する。即ち一方の面の角よりベース３１の内側に向けてベースの厚さの１／２より小さい範囲で研磨して第１の傾斜面３４ａ〜３４ｈを形成する。ベース３１の他方の側面より第２の傾斜面３５ａ〜３５ｈを形成する。このときベース３１の底面の辺と傾斜面との成す角が等しくなるように研磨する。

この実施の形態では第１の傾斜面３４ａ〜３４ｈ，第２の傾斜面３５ａ〜３５ｈを形成した後、稜線３３ａ〜３３ｈの両端部分において、稜線を挟み隣接する２つの外周面から更に研磨して天面と稜線のなす角度を大きくする。図５は図４（ｂ）の右中央に一点鎖線で示す円Ｂの拡大図、図６（ａ）は図４（ｂ）の右下に一点鎖線で示す円Ｃの拡大図、図６（ｂ）はその底面図である。この研磨では図５に示すように稜線３３ａの一端に三角形の小さな研磨面３６ａ，３６ｂと、研磨面３６ａ，３６ｂの交線である新たな稜線（第２の稜線）を形成する。同様にして稜線３３ｃの一端に三角形の研磨面３８ａ，３８ｂと、研磨面３８ａ，３８ｂの交線である新たな稜線（第２の稜線）を形成する。その他の稜線についても同様であり、各稜線３３ａ〜３３ｈの一端に研磨面３６ａ，３６ｂ〜４３ａ，４３ｂと、研磨面３６ａ，３６ｂ〜４３ａ，４３ｂの交線である第２の稜線を形成する。そして隣接する研磨面３６ａと３６ｂ、３７ａと３７ｂ・・・が交わる新たな稜線の一端、すなわち第２の稜線と天面との交点がポイントＰ１〜Ｐ８となる。この場合には三角形の研磨面３６ａ，３６ｂで交わる線がポイントの一端を構成する稜線となる。その他の角についても各研磨面３７ａ，３７ｂ，３８ａ，３８ｂ・・・の交線がポイントの一端を構成する稜線となる。

又同様にして稜線の他端についても傾斜面３５ａ〜３５ｈと稜線との交点について側面より同様にして研磨して研磨面を形成する。そして新たに形成された研磨面の交線である第２の稜線と傾斜面３５ａ〜３５ｈとの交点をポイントＰ９〜Ｐ１６とする。このような研磨面を機械加工によって形成すると高精度に加工することができ、ポイントの位置を所望の位置に加工することができる。又天面と稜線の角度をスクライブの対象となるワークに合わせて任意に設定することができる。

このダイヤモンドツール３０を用いてスクライブする際には、１つのポイントＰ１を基板２０に接触させてスクライブを行う。そしてこのポイントが摩耗した場合には、前述した実施の形態と同様にダイヤモンドツール３０を貫通孔に挿通した、図示しない軸に沿って４５°回転させ、隣接するポイントを接触させてスクライブを行う。

又ポイントＰ１〜Ｐ８の８箇所のポイントが全て摩耗すると、ダイヤモンドツール３０を反転させ、他方の側面のポイントＰ９〜Ｐ1６を順次接触させてスクライブを行う。こうすれば更に８回ポイント位置を変化させてスクライブを行うことができ、合計１６回ポイントを交換してスクライブを行うことができる。

次に第２の実施の形態の変形例について説明する。第２の実施の形態でも、ベースの外周の傾斜面を天面とし、第１の傾斜面の三角形の頂点をポイントとしている。図７はその変形例であり、１つのポイントＰ３の周辺部分の拡大図を示すように、傾斜面３４ｃのうち稜線に近い三角形の部分を更にわずかに角度をつけて研磨し、第３の傾斜面５１ｃとし、この傾斜面５１ｃを天面とするようにしたものである。その他の傾斜面についても同様である。又第２の傾斜面についても同様に、第２の傾斜面の稜線に近い部分を更にわずかに傾斜をつけて研磨して第４の傾斜面とする。こうすれば各ポイントの位置を微調整し、より正確に加工することができる。

第１，第２の実施の形態では正八角形のベースの周囲に１６箇所のポイントを設けているが、正八角形に限らず任意の辺数の多角形をベースとして構成することができる。例えば正十二角形として２４箇所のポイントを設けるようにしてもよい。この場合、ポイント交換時にはこのように隣接するポイントが互いに干渉しない範囲で外周部にはなるべく多くのポイントを設けておくことが好ましい。これにより各ポイントが摩耗したときダイヤモンドツールを回転させるだけでポイントを交換することができ、ダイヤモンドツールの交換頻度を少なくすることができる。

又前述した実施の形態では円板全体を単結晶ダイヤモンドで構成しているが、脆性材料基板に接触する表面部分にダイヤモンド層があれば足りるため、超硬合金や焼結ダイヤモンド製のベースの刃先部分の表面に多結晶ダイヤモンド層を形成してこれに傾斜面を形成してもよい。また、ボロン等の不純物をドープし、導電性を持たせた単結晶または多結晶ダイヤモンドを使用してもよい。導電性を有するダイヤモンドを用いることで、放電加工により切欠きを容易に形成することができる。

本発明のマルチポイントダイヤモンドツールは脆性材料基板をスクライブするスクライブ装置に用いることができ、特にダイヤモンドツールの摩耗が多くなる硬度の高いスクライブ対象にも有効に使用することができる。

１０，３０ マルチポイントダイヤモンドツール
１１，３１ ベース
１２，３２ 貫通孔
１３ａ〜１３ｈ，３３ａ〜３３ｈ 稜線
１４ａ〜１４ｈ，３４ａ〜３４ｈ 第１の傾斜面
１５ａ〜１５ｈ，３５ａ〜３５ｈ 第２の傾斜面
２１ａ，５１ｃ 第３の傾斜面
３６ａ，３６ｂ〜４３ａ，４３ｂ 研磨面
Ｐ１〜Ｐ１６ ポイント

Claims (5)

1. 所定の厚さを有する角柱状であって、２つの底面と複数の外周面を有するベースと、
   前記外周面の交線である稜線と、少なくとも一方の底面より稜線に向けて研磨した傾斜面を有し、
   前記ベースの少なくとも外周面がダイヤモンドで形成されており、
   前記傾斜面と前記稜線との交点をポイントとするマルチポイントダイヤモンドツール。
2. 前記傾斜面は、
   前記ベースの一方の底面より形成された第１の傾斜面と、
   前記ベースの他方の底面より形成された第２の傾斜面と、を有するものである請求項１記載のマルチポイントダイヤモンドツール。
3. 前記ベースの隣接する２つの外周面から前記稜線の端部に向けて研磨して形成された２つの研磨面と、前記２つの研磨面の交線である第２の稜線を有し、前記傾斜面と前記第２の稜線との交点をポイントとする請求項１又は２記載のマルチポイントダイヤモンドツール。
4. 前記各傾斜面は、レーザ加工により形成されたものである請求項１〜３のいずれか１項記載のマルチポイントダイヤモンドツール。
5. 前記２つの研磨面は機械加工により形成されたものである請求項３記載のマルチポイントダイヤモンドツール。

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