JP6507600B2 - 脆性材料基板の分断方法及び加工装置 - Google Patents

Description

本発明は、脆性材料基板の分断方法、特に、分断予定ラインに沿って脆性材料基板を分断する分断方法に関する。また、本発明は脆性材料基板の加工装置に関する。

液晶表示用パネルの製造過程においては、マザー基板に交差するスクライブラインを形成し、その後、マザー基板に分断力を加えて、スクライブラインに沿って複数の単位基板に分断するようにしている。

マザー基板にスクライブラインを形成する際には、例えば特許文献１及び特許文献２に示されるような方法が用いられる。これらの文献に示された方法は、まず、スクライビングホイールを用いてガラス基板の表面にスクライブラインが形成される。その後、ガラス基板に分断力が加えられ、これによりスクライブラインに沿って分断される。

特に特許文献２では、スクライブライン（分断用の溝）にはリブマークが存在するように加工される。一般に、溝の直下にリブマークが形成され、リブマークの先端から基板の厚み方向に垂直クラックが伸展する。スクライブラインにリブマークが形成されることによって、比較的小さい力でマザー基板を分断することが可能になる。

特開２０１２−６７８０号公報 特開２００８−３０８３８０号公報

特許文献２に示されるように、ガラス基板を分断する場合には、分断用の溝を形成する際に、リブマークが形成されるように、比較的大きい押し付け荷重でスクライビングホイールがガラス基板に押し付けられる。これにより、ガラス基板の厚み方向に深いクラックが形成され、分断時に横方向クラックが生じることなく良好にガラス基板を分断することが可能になる。

しかし、近年においては、マザー基板から非常に小さい単位基板を分断することが求められている。この場合は、狭いピッチで複数のスクライブラインを形成することや、狭いピッチでクロススクライブをする必要がある。このような状況下では、先に形成されたスクライブラインに生じた応力が、後に形成されるスクライブラインに悪影響を与えることがある。具体的には、スクライブラインが交差する部分の表面に品質劣化（水平クラック、チッピング、剥離、ソゲ等）が生じる、あるいは分断端面が垂直にならない、など、加工品質が低下するという問題がある。

本発明の課題は、特に狭いピッチで複数のスクライブラインを形成したり、クロススクライブを形成したりすることによって、ガラス基板等の脆性材料基板を分断する場合に、加工品質が低下するのを抑えることにある。

本発明の一側面に係る脆性材料基板の分断方法は、分断予定ラインに沿って脆性材料基板を分断する方法であって、第１ステップと、第２ステップと、を含んでいる。第１ステップは、カッターを所定の荷重で脆性材料基板表面に押し付けながら移動し、分断予定ラインに沿って分断用の交差する溝を形成する。第２ステップは、第１ステップで形成された分断用の溝に分断力を加えて脆性材料基板を分断する。そして、第１ステップにおけるカッターの脆性材料基板への押し付け荷重は、第１ステップでの溝形成時にはリブマークが発生せず、かつ溝の直下に垂直クラックが形成される大きさの荷重である。

ここでは、脆性材料基板へのカッターの押し付け荷重が比較的小さく設定され、このカッターを移動させることによって脆性材料基板表面の分断予定ラインに沿って分断用の溝が形成される。このようにして分断用の溝が形成されることによって、溝に沿った脆性材料基板の内部に応力が溜まりにくい。したがって、先に形成された分断用の溝に近接して別の溝を形成したり、あるいは交差する溝を形成したりする際に、チッピングが生じにくい。また、同様の理由により、分断された脆性材料基板の端面の垂直性が良好になる。

なお、本発明における「リブマーク」とは、カッターを基板表面に押し付けて移動することによって形成された塑性変形領域の下方において、基板の端面（切断面）において基板の厚み方向に延びる多数の曲線状（肋骨状）の筋が分断方向に連続的に観察される基板の厚み方向に形成されたクラックである。リブマークの先端（基板の内部側の端部）からは曲線状の筋が観察されない垂直クラックが基板の厚み方向に形成される。

本発明の別の側面に係る脆性材料基板の分断方法は、第１ステップでは、１０Ｎ以下１Ｎ以上の荷重でカッターを脆性材料基板に押し付ける。

このような小さい押し付け荷重でカッターを脆性材料基板に押し付けて加工することによって、脆性材料基板の内部にリブマークを発生させることなく、分断に必要な溝及び垂直クラックを形成することができる。

本発明のさらに別の側面に係る脆性材料基板の分断方法は、第１ステップでは、６Ｎ以下１Ｎ以上の荷重でカッターを脆性材料基板に押し付ける。

ここでは、より確実に、脆性材料基板の内部にリブマークを発生させることなく、分断に必要な溝及び垂直クラックを形成することができる。

本発明のさらに別の側面に係る脆性材料基板の分断方法は、第１ステップでは、厚みが０．１ｍｍ以上１ｍｍ以下のガラス基板に対して、表面からの深さが基板厚みの３％以上１５％以下の塑性変形領域を含む溝を形成する。

ここでは、従来の加工方法に比較して、第１ステップで形成される塑性変形領域の深さが浅い。このため、第１ステップでの加工時に脆性材料基板の内部に溜まる応力を小さくすることができ、加工品質の低下を抑えることができる。

本発明のさらに別の側面に係る脆性材料基板の分断方法は、第２ステップでは、第１ステップで形成された分断用の溝を下方にして、脆性材料基板表面の溝の両側を支持し、又は、脆性材料基板表面全体を弾性体（例えば、金属やセラミックス等の硬質材料で構成されたテーブル上に布設されたゴムシート等の弾性シート）で支持し、溝が形成された部分の脆性材料基板裏面を上方から押圧して分断する。

このような分断方法によって、分断された脆性材料基板の分断端面の垂直性を良好にすることができる。

本発明のさらに別の側面に係る脆性材料基板の分断方法は、脆性材料基板は、ガラスである。

本発明の一側面に係る脆性材料基板の加工装置は、分断予定ラインに沿って脆性材料基板の表面に分断用の溝及び垂直クラックを形成する装置である。この装置は、脆性材料基板が載置されるテーブルと、脆性材料基板分断用のカッターと、カッター押圧機構と、移動機構と、を備えている。カッターはテーブルの上方に昇降自在に配置されている。カッター押圧機構は、カッターを所定の荷重で脆性材料基板表面に押し付ける。移動機構は、分断予定ラインに沿ってカッター及びテーブルを相対的に移動させて、脆性材料基板に分断用の溝を形成する。そして、カッター押圧機構は、分断用の溝にリブマークが発生せず、かつ溝の直下（基板の内部側）に垂直クラックが形成される大きさの荷重でカッターを脆性材料基板に押し付ける。

本発明の別の側面に係る脆性材料基板の加工装置では、カッターは、回転軸を共有する２つの円錐台の底部が交わって円周稜線が形成された外周縁部を有するスクライビングホイールである。このスクライビングホイールは円周稜線に沿って円周方向に交互に形成された複数の切欠き及び突起を有する。

本発明のさらに別の側面に係る脆性材料基板の加工装置では、スクライビングホイールの切欠きは、円周稜線の全周に１０μｍ以上５０μｍ以下（好ましくは１０μｍ以上４０μｍ以下）のピッチで形成されている。そして、切欠きの深さが０．５μｍ以上５．０μｍ以下（好ましくは１．０μｍ以上３．０μｍ以下）である。

なお、切欠きの円周方向の長さが突起の円周方向長さよりも短いタイプと、長いタイプとがあり、切欠きの円周方向の長さが突起の円周方向の長さよりも相対的に短いタイプのスクライビングホイールでは相対的に垂直クラックが深く形成される傾向があり、切欠きの円周方向の長さが突起の円周方向の長さよりも想定的に長いタイプのスクライビングホイールでは相対的に分断後の基板の端面強度が高くなる傾向がある。

以上のような本発明では、脆性材料基板の分断時に、特に狭いピッチで複数の分断用の溝（スクライブライン）を形成する場合や、交差する溝（スクライブライン）を形成する場合（クロススクライブ）に、加工品質の低下を抑えることができる。

本発明の一実施形態による加工装置の概略構成図。 本発明の一実施形態によるスクライビングホイールの側面図。 スクライビングホイールの正面図。 図３の拡大部分図。 分断工程を示す概略図。 本発明の一実施形態による分断方法と従来の分断方法とを比較して示す顕微鏡写真。

［スクライブ装置］
図１に、ガラス基板（脆性材料基板の一例）に分断用の溝を形成するための装置を示している。スクライブ装置１は、テーブル２と、スクライビングホイール３と、押圧機構４と、移動機構５と、を備えている。

テーブル２は、ガラス基板Ｇが載置され、載置されたガラス基板Ｇを真空吸着手段によって固定する。テーブル２は水平回転が可能である。

スクライビングホイール３はスクライブヘッド１０に装着される。スクライビングホイール３は、ガラス基板Ｇに押し付けた状態で転動させ、ガラス基板Ｇに分断用の溝及び垂直クラックを形成するものである。図２及び図３に示すように、スクライビングホイール３は、回転軸Ｒを共有する２つの円錐台Ｃの底部が交わって円周稜線３ａが形成された外周縁部３ｂと、円周稜線３ａに沿って円周方向に形成された複数の切欠き３ｃ及び突起３ｄを有する。また、スクライビングホイール３の中央部には、貫通する孔３ｅが形成されている。

図４に拡大して示すように、スクライビングホイール３の切欠き３ｃは、円周稜線３ａの全周に１０μｍ以上５０μｍ以下（好ましくは１０μｍ以上４０μｍ以下）のピッチＰで形成されている。切欠き３ｃの深さｈは０．５μｍ以上５．０μｍ以下（特には１．０μｍ以上３．０μｍ以下）が好ましい。また、図４に示すスクライビングホイールでは、切欠き３ｃの円周方向の長さａは、突起３ｄの円周方向長さｂよりも短くなるように形成されている。

押圧機構４は、例えばエアシリンダや油圧シリンダによって構成されており、スクライブヘッド１０に設けられている。この押圧機構４によって、スクライビングホイール３のガラス基板Ｇに対する押し付け荷重を調整することが可能である。押圧機構４としては、サーボモータを使用することもできる。

移動機構５は、テーブル２及びスクライブヘッド１０を相対的にＸ方向及びＹ方向に移動させるための機構である。なお、Ｘ方向は図１の左右方向であり、Ｙ方向はＸ方向に直交する図１の紙面垂直方向である。

移動機構５は、１対の案内レール１５と、ボールねじ１６と、ガイドバー１７と、モータ１８と、を有している。１対の案内レール１５は、Ｙ方向に延びて互いに平行に配置されており、テーブル２をＹ方向に移動可能に支持する。ボールねじ１６は１対の案内レール１５に沿ってテーブル２を移動させる。ガイドバー１７はＸ方向に沿ってテーブル２の上方に架設されている。このガイドバー１７にスクライブヘッド１０がＸ方向に摺動可能に設けられている。モータ１８はスクライブヘッド１０をガイドバー１７に沿って摺動させる。なお、ガイドバー１７の上方には、テーブル２上のガラス基板Ｇに形成されたアライメントマークを認識する１対のＣＣＤカメラ１９が配置されている。

［ガラス基板の分断方法］
ここでは、一例として、マザー基板にＸ及びＹ方向に交差する分断用の溝を形成し、この分断用の溝に沿ってマザー基板を分断し、複数の単位基板を得る方法について説明する。

まず、マザー基板となるガラス基板Ｇをテーブル２上に載置する。テーブル２上におけるガラス基板Ｇの位置は、ガラス基板Ｇに形成されたアライメントマークをＣＣＤカメラ１９によって観察し、調整する。

次に、移動機構５によってスクライブヘッド１０をスクライブ開始位置に移動させ、さらに押圧機構４によってスクライビングホイール３をガラス基板Ｇの表面に所定の荷重で押し付ける。このときの押し付け荷重は、分断用の溝が形成される際にガラス基板Ｇの内部にリブマークが形成されない程度で、かつ溝の直下に垂直クラックが形成される荷重に設定する。なお、この例では、スクライブ開始位置は、ガラス基板Ｇの端縁から内部に入り込んだ位置である。

次に、移動機構５を駆動して、例えばＸ方向の複数の分断予定ラインに沿ってガラス基板Ｇ又はテーブル２を移動させる。Ｘ方向の複数の分断予定ラインに沿って溝の形成が終了すると、次にＹ方向の複数の分断予定ラインにおいても同様に溝を形成する。なお、この例では、各スクライブ終了位置は、開始位置と同様に、ガラス基板Ｇの端縁から内部に入り込んだ位置である。

以上のようにしてすべての分断予定ラインに沿って分断用の溝を形成した後、図５に示すように、ガラス基板の分断用の溝Ｌが形成された側の面を下方にし、分断用のテーブル２２上に載置する。そして、上方、すなわち分断用の溝Ｌが形成された面と逆側の面に、所定の分断力Ｆを作用させる。これにより、分断用の溝Ｌに沿ってガラス基板Ｇが分断される。

［実験例］
図６に、本発明の一実施形態による方法と従来の方法とによる実験例を示している。図６における「低浸透スクライブ」は本発明の一実施形態による方法を示し、「通常スクライブ」は従来の方法を示している。

＜条件＞
実験条件は以下の通りである。
（１）ガラス基板
低浸透スクライブ及び通常スクライブともに以下のとおり。
材質：無アルカリガラス
厚み：０．５ｍｍ
（２）スクライビングホイール押し付け荷重
低浸透スクライブ：３Ｎ
通常スクライブ：１６Ｎ
（３）スクライブラインのピッチ（クロススクライブ）
低浸透スクライブ及び通常スクライブともに３ｍｍ
以上の条件によって加工を行った結果は、以下の通りである。

＜分断用溝の形成工程の結果＞
低浸透スクライブでは、スクライビングホイール３によって形成された塑性変形領域（溝）の深さは、１０μｍであり、この塑性変形領域の下方には直下に垂直クラックが形成され、リブマークは観察されなかった。垂直クラックは基板の表面から２５μｍの深さまで伸展していた。

通常スクライブでは、スクライビングホイール３によって形成された溝の下方にリブマークが観察された。また、リブマークからさらに下方に深く垂直クラックが伸展していた。表面及び交点部分の拡大を観察すると、低浸透スクライブでは交点部分に特にチッピング等の欠陥は現れていないが、通常スクライブでは交点部分にチッピングが現れた。

＜分断工程の結果＞
分断端面の「分離垂直性」を観察すると、低浸透スクライブではほぼ垂直に分断されているが、通常スクライブでは上面に近い部分が斜めにカットされており、垂直に分断されていないことがわかる。

［まとめ］
以上の実験結果から、分断の加工品質の劣化を抑えるためには、以下の条件が好ましいことがわかった。

（１）スクライビングホイールの押し付け荷重は、１０Ｎ以下１Ｎ以上が好ましいが、さらに好ましい範囲は、６Ｎ以下１Ｎ以上である。

（２）厚みが０．１ｍｍ以上１．０ｍｍ以下のガラス基板に対して、ガラス基板表面からの深さが基板の厚みの３％以上１５％以下の塑性変形領域が形成される程度の押し付け荷重が好ましい。この場合は、リブマークは発生せず、しかも塑性変形領域の直下に垂直クラックが形成され、分断工程において容易に分断が可能である。

［他の実施形態］
本発明は以上のような実施形態に限定されるものではなく、本発明の範囲を逸脱することなく種々の変形又は修正が可能である。

前記実施形態では、スクライブ用のカッターとしてスクライビングホイールを使用したが、他のカッターを用いてもよい。また、スクライビングホイールの諸元については、前記実施形態に限定されない。

脆性材料基板としてガラス基板を例にとって説明したが、本発明の対象とする脆性材料基板はガラス基板に限定されない。

１ スクライブ装置
２ テーブル
３スクライビングホイール
４ 押圧機構
５ 移動機構

Claims (9)

1. 分断予定ラインに沿って脆性材料基板を分断する方法であって、
   カッターを所定の荷重で脆性材料基板表面に押し付けながら移動し、分断予定ラインに沿って分断用の交差する溝を形成する第１ステップと、
   前記第１ステップで形成された分断用の溝に分断力を加えて脆性材料基板を分断する第２ステップと、
   を含み、
   前記第１ステップにおけるカッターの脆性材料基板への押し付け荷重は、第１ステップでの溝形成時にはリブマークが発生せず、かつ溝の直下に垂直クラックが形成される大きさの荷重である、
   脆性材料基板の分断方法。
2. 前記第１ステップでは、１０Ｎ以下１Ｎ以上の荷重でカッターを脆性材料基板に押し付ける、請求項１に記載の脆性材料基板の分断方法。
3. 前記第１ステップでは、６Ｎ以下１Ｎ以上の荷重でカッターを脆性材料基板に押し付ける、請求項２に記載の脆性材料基板の分断方法。
4. 前記第１ステップでは、厚みが０．１ｍｍ以上１．０ｍｍ以下の脆性材料基板に対して、表面からの深さが基板厚みの３％以上１５％以下の塑性変形領域を含む溝を形成する、請求項１から３のいずれかに記載の脆性材料基板の分断方法。
5. 前記第２ステップでは、前記第１ステップで形成された分断用の溝を下方にして、脆性材料基板表面の前記溝の両側を支持し、又は、脆性材料基板表面全体を弾性体で支持し、前記溝が形成された部分の脆性材料基板裏面を上方から押圧して分断する、請求項１から４のいずれかに記載の脆性材料基板分断方法。
6. 脆性材料基板は、ガラスである、請求項１から５のいずれかに記載の脆性材料基板分断方法。
7. 分断予定ラインに沿って脆性材料基板の表面に分断用の交差する溝及び垂直クラックを形成する脆性材料基板の加工装置であって、
   脆性材料基板が載置されるテーブルと、
   前記テーブルの上方に昇降自在に配置された脆性材料分断用のカッターと、
   前記カッターを所定の荷重で脆性材料基板表面に押し付けるカッター押圧機構と、
   分断予定ラインに沿って前記カッター及び前記テーブルを相対的に移動させて、脆性材料基板に分断用の溝を形成する移動機構と、
   を備え、
   前記カッター押圧機構は、分断用の溝にリブマークが発生せず、かつ溝の直下に垂直クラックが形成される大きさの荷重で前記カッターを脆性材料基板に押し付ける、
   脆性材料基板の加工装置。
8. 前記カッターは、回転軸を共有する２つの円錐台の底部が交わって円周稜線が形成された外周縁部を有するスクライビングホイールであり、前記スクライビングホイールは前記円周稜線に沿って円周方向に交互に形成された複数の切欠き及び突起を有する、請求項７に記載の脆性材料基板の加工装置。
9. 前記スクライビングホイールの切欠きは、前記円周稜線の全周に１０μｍ以上５０μｍ以下のピッチで形成され、その深さが０．５μｍ以上５．０μｍ以下である、請求項８に記載の脆性材料基板の加工装置。