JP6589358B2 - 脆性材料基板の分断方法 - Google Patents

Description

本発明は脆性材料基板の分断方法に関し、特にスクライブラインに沿ったクラックの形成方法に特徴を有する脆性材料基板の分断方法に関するものである。

フラットディスプレイパネルまたは太陽電池パネルなどの電気機器の製造において、ガラス基板などの脆性材料基板を分断することがしばしば必要となる。スクライブ装置を用いた典型的な分断方法では、スクライブすることにより基板の厚さ方向に少なくとも部分的に進行したクラックが基板の表面上においてライン状に延びているもの（以下、クラックラインという）を形成している。

特許文献１では、スクライブ時に生じたガラス基板の上面にあるくぼみをスクライブラインと称している。この公報によれば、スクライブラインの刻設と同時に、スクライブラインから直下方向に延びるクラックが発生する。つまり、スクライブラインとクラックラインとが同時に形成される。

クラックが厚さ方向に完全に進行した場合は、クラックラインの形成のみでクラックラインに沿ってガラス基板を分断することができる。一方、クラックが厚さ方向に部分的にしか進行していない場合は、クラックラインを形成した後に、ブレイク工程で応力を付与する。応力付与によりクラックラインのクラックを厚さ方向に完全に進行させることで、基板を分断することができる。しかし、もしクラックラインが形成されていなければ、ブレイク工程で応力を付与してもスクライブラインに沿って基板を分断することはできない。従って、ガラス基板を分断するためには、クラックラインを確実に形成することが必要であった。

特開平９−１８８５３４号公報

クラックラインを形成するためには、ガラス基板の種類、厚さなどの様々な要因を考慮してスクライビングツールの形状やスクライブ荷重、速度などを調整する必要がある。近年、薄く、強度の高いガラスの開発に伴い、クラックラインを確実に形成することがますます困難になってきた。たとえば、確実なクラックラインの形成のため、スクライブ荷重を高くすれば刃先の摩耗が進むとともに、ガラス表面に生じる傷が大きくなり、粉じんの発生が多くなる。また、スクライブ速度を大きくすることも困難となる。このように、スクライブ荷重や使用する刃先の条件が狭まっていた。また、ガラス基板やガラス基板を設置する台はテーブルの表面のうねりなどによって、クラックラインがガラス基板の厚さ方向に傾いて形成されることがあり、この結果分断後のガラス端面が傾斜する場合があった。

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、脆性材料基板の分断予定ラインに沿って確実にクラックラインを発生させ、クラックラインに沿って分断することができる脆性材料基板の分断方法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、本発明の脆性材料基板の分断方法は、互いに対向する第１及び第２の辺を含む縁に囲まれた表面を有し、前記表面に垂直な厚さ方向を有する脆性材料基板に対して、前記第１，第２の辺のうち分断予定ライン上の前記第１の辺の近傍より第２の辺の近傍まで前記分断予定ラインに沿ってクラックを伴わない溝状の少なくとも１本のトレンチラインを形成し、前記トレンチラインと７０°以下又は１１０°以上の角度で交差するようにアシストラインを形成し、前記アシストラインに沿って前記脆性材料基板を分断することにより、前記アシストラインと前記トレンチラインの交差位置から前記トレンチラインに沿って脆性材料基板の厚さ方向にクラックを進展させたクラックラインを形成し、前記クラックラインに沿って前記脆性材料基板を分断するものである。

ここで前記アシストラインは、直線状に形成されるものとしてもよい。

ここで前記アシストラインは、複数の前記トレンチラインと交わる角度が変化する連続線状に形成されるものとしてもよい。

ここで前記トレンチラインは、ダイヤモンドを用いたスクライビングツールを前記脆性材料基板に押し付け、前記脆性材料基板と前記スクライビングツールを相対的に移動させることによって形成されるようにしてもよい。

ここで前記トレンチラインは、スクライビングホイールを前記脆性材料基板に押し付け転動させることによって形成されるようにしてもよい。

このような特徴を有する本発明によれば、まず分断予定ラインに沿って脆性材料基板の上面にその直下にクラックを有しないくぼみである溝から成るトレンチラインを形成し、アシストラインを所定の角度で交差させアシストラインで分断することによって、トレンチラインに沿って確実にクラックラインを発生させることができる。そしてその後クラックラインに沿って分断することにより脆性材料基板を所望の大きさに分断することができる。本発明において、トレンチラインを形成する際にはその直下にクラックは発生しないので、トレンチライン形成時には荷重を低くしたり、スクライブ速度を速くしたりすることができ、刃先の摩耗を少なくすることができるという効果が得られる。又脆性材料基板の表面に生じる傷や粉塵の発生を少なくすることができるという効果も得られる。

本発明の第１の実施の形態におけるガラス基板の分断方法に用いられるスクライビングツールの構成を示す側面図、及びその刃先の構成を示す矢印ＩＢの視点で示す平面図である。 本発明の第１の実施の形態におけるガラス基板の分断方法を示すフローチャートである。 本発明の第１の実施の形態におけるガラス基板の分断方法を示す斜視図である。 本発明の第１の実施の形態におけるガラス基板の分断方法において形成されるトレンチライン、及びクラックラインの断面図である。 本発明の第１の実施の形態におけるガラス基板の分断方法のアシストラインの形成と分断の工程を概略的に示す上面図である。 本発明の第１の実施の形態のトレンチラインとアシストラインの交差角度とクラックラインの成立確率を示すグラフである。 本発明の第１の実施の形態におけるガラス基板の分断方法のアシストラインの形成と分断の工程の他の例を概略的に示す上面図である。 本発明の第２の実施の形態によるガラス基板のトレンチライン形成の工程を概略的に示す上面図である。 本発明の第２の実施の形態によるガラス基板のアシストライン形成と分断の工程を示す上面図である。

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。本実施の形態においては、脆性材料基板としてガラス基板を用いる。脆性材料基板としては、このほかにたとえば低温焼成セラミックスや高温焼成セラミックスなどからなるセラミック基板、シリコン基板、化合物半導体基板、サファイア基板、石英基板などが挙げられる。

本実施の形態におけるガラス基板の分断方法においては、図１（ａ）に示すスクライビングツール１０を用いる。スクライビングツール１０は刃先１１及びシャンク１２を有する。刃先１１は、そのホルダとしてのシャンク１２に保持されている。

刃先１１には、図１（ｂ）に示すように天面ＳＤ１（第１の面）と、天面ＳＤ１を取り囲む複数の側面ＳＤ２〜ＳＤ５とが設けられている。これらの面のうち、天面ＳＤ１，側面ＳＤ２及び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１１は、天面ＳＤ１、側面ＳＤ２及びＳＤ３が合流する頂点を有し、この頂点によって刃先１１の突起部ＰＰが構成されている。また側面ＳＤ２及びＳＤ３は、刃先１１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。

刃先１１は硬度及び表面粗さを小さくできることから、ダイヤモンド、より好ましくは単結晶ダイヤモンドから作られていることが好ましい。さらに、結晶学的に天面ＳＤ１は｛００１｝面、側面ＳＤ２及びＳＤ３は夫々｛１１１｝面であることが好ましい。この場合、側面ＳＤ２及びＳＤ３は異なる向きを有するものの、結晶学上は互いに等価な結晶面である。

刃先１１は単結晶でないダイヤモンドであってもよい。例えば、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１２は軸方向ＡＸに沿って延在している。刃先１１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１２に取り付けられることが好ましい。

次に本実施の形態のガラス基板の分断方法について説明する。図２のステップＳ１においてまずガラス基板２０を準備する。ガラス基板２０は図３（ａ）に示すように、互いに対向する第１，第２の辺２０ａ，２０ｂに囲まれ、平坦な表面ＳＦを有するガラス基板２０とする。ステップＳ２においてガラス基板２０の表面ＳＦにスクライビングツール１０の刃先１１を位置Ｎ１で押し付ける。位置Ｎ１は分断予定ラインの辺２０ａに近い位置とする。このとき図１（ａ）において、ガラス基板２０の表面ＳＦ上で刃先１１の突起部ＰＰが辺２０ａ及び側部ＰＳの間となり、且つ刃先１１の側部ＰＳが突起部ＰＰと辺２０ｂの間に配置されるようにして刃先１１を押し付ける。そしてガラス基板２０の表面ＳＦに押し付けられた刃先１１を表面ＳＦ上で位置Ｎ１から分断予定ラインの辺２０ｂに近い位置Ｎ２まで摺動させてスクライブすることによって、トレンチラインＴＬ１を形成する。すなわち、図１（ａ）を参照して、刃先１１が、辺２０ａから辺２０ｂへ向かう方向である方向ＤＡ へと摺動させられる。トレンチラインとは、図４（ａ）に断面図を示すようにスクライブによってガラス基板２０の表面ＳＦに塑性変形による溝のみが形成され、厚さ方向にはクラックが生じていないラインである。また、本実施の形態においては辺２０ａがスクライブ上流側、辺２０ｂが下流側となる。

同様にガラス基板２０の表面ＳＦの分断予定ライン上に他のトレンチラインを形成する。ここではトレンチラインＴ１に平行に更に５本のトレンチラインＴＬ２〜ＴＬ６を形成する。これらのトレンチラインＴＬ１〜ＴＬ６のスクライブ直後には、その直下にクラックが生じない。このため、クラックを生じさせる通常のスクライブラインを形成する場合よりも低い荷重とするなど、より広いスクライブ条件でトレンチライン形成のためのスクライブをすることができる。

次に図２のステップＳ３において、このガラス基板２０を反転する。そして図３（ｃ）及び図５（ａ）に示すように、トレンチラインＴＬ１〜ＴＬ６を有しない裏面から各トレンチラインと１１０°以上の角度θ１で交差するようにアシストラインＡＬ１を形成する（ステップＳ４）。アシストラインＡＬ１は各トレンチラインの下流側、即ち位置Ｎ２に近い位置に形成するものとする。アシストラインＡＬ１は図１に示すように、ダイヤモンドの刃先を持つスクライビングツールを用いてもよく、スクライビングホイールを転動させて形成させてもよい。本実施の形態においては、アシストラインはクラックが形成されたクラックラインとする。

こうしてアシストラインＡＬ１を形成した後、ステップＳ５において、アシストラインＡＬ１に沿ってガラス基板２０をブレイクすることにより、図５（ｂ）に示すようにガラス基板２０がアシストラインＡＬ１に沿って分断される。このとき既に形成されているトレンチラインＴＬ１〜ＴＬ６とアシストラインＡＬ１が交差した位置から図４（ｂ）に示すようにクラックが生じ、クラックが各トレンチラインＴＬ１〜ＴＬ６の上流側に進展する。従ってトレンチラインＴＬ１〜ＴＬ６はその直下にクラックを伴うクラックラインＣＬ１〜ＣＬ６に変化することとなる。

この後図２のステップＳ６において、このクラックラインＣＬ１〜ＣＬ６に沿ってガラス基板２０を分断することによって所望の形状にガラス基板を分断することができる。

尚この実施の形態では、図３（ｃ），図５（ａ）に示すように、トレンチラインＴＬ１〜ＴＬ６に対して１１０°以上の角度θ１で交差するようにアシストラインＡＬ１を形成している。アシストラインＡＬ１とトレンチラインＴＬの交差角度をθとすると、アシストラインに沿って分断したときに正常にクラックが発生してクラックラインとなる確率は図６に示すように９０°のときには最小で、７０°以下もしくは１１０°以上のときに１００％となる。従って図７（ａ）に示すように７０°以下の角度θ２でトレンチラインＴＬ１〜ＴＬ６で交差するようにアシストラインＡＬ２を形成し、図７（ｂ）に示すようにこのアシストラインＡＬ２に沿って分断してもよい。この場合も同様にしてトレンチラインとアシストラインＡＬ２の交点の上流側からトレンチラインに沿って確実にクラックを進展させることができる。

また、本実施の形態においてアシストラインは通常のクラックラインとしたが、クラックを伴わないトレンチラインとしてもよい。この場合、ステップＳ５（図２）においてはアシストラインにクラックを形成する工程 及びブレイク工程を行うことにより、ガラス基板２０がアシストラインＡＬ１又はＡＬ２に沿って分断される。

次に本発明の第２の実施の形態について説明する。この実施の形態においても第１の実施の形態と同様に図８（ａ）に示すように、まずガラス基板２０を準備し、スクライビングツール１０を用いてガラス基板２０に対して平行なトレンチラインＴＬ１〜ＴＬ９を形成する。そして図８（ｂ）に示すようにガラス基板２０を反転させる。

次いで図９（ａ）に示すように、各トレンチラインＴＬ１〜ＴＬ９ の位置で交互に７０°以下又は１１０°以上で交わるようにサイン波状のアシストラインＡＬを形成する。このようなサイン波状のアシストラインＡＬは、進行方向を中心にして回動するならい機能を有するスクライブヘッドを用い、ガラス基板２０とスクライブヘッドの一方を左右に往復運動させつつスクライブすることによって、容易に形成することができる。次に図９（ｂ）に示すように、このアシストラインＡＬに沿ってガラス基板を分断すると、各トレンチラインＴＬ１〜ＴＬ９に沿ってトレンチラインの上流側にクラックが進展し、クラックラインＣＬ１〜ＣＬ９とすることができる。その後はクラックラインＣＬ１〜ＣＬ９に沿って基板を分断することは第１の実施の形態の分断方法と同様である。このようにアシストラインＡＬを形成すれば、アシストラインに沿って分断した後の端材の面積を少なくすることができる。尚、第２の実施の形態において、アシストラインはサイン波に限られるものではなく、１本のアシストラインにおいて、各トレンチラインＴＬ１〜ＴＬ９と交わる角度が７０°以下又は１１０°以上であるように変化する連続線であればよい。

尚前述した各実施の形態では、図１に示すようにダイヤモンドポイントを持つスクライビングツールを用いているが、所定の荷重で転動させてスクライブする円板形のスクライビングホイールを用いてもよい。スクライビングホイールを用いてトレンチラインを形成した場合には、ガラス基板を反転させてアシストラインを形成する際にガラス基板の上流側の端部、即ち図３（ｂ）の位置Ｎ１に近い位置に直線又はサイン波状のアシストラインを形成する。こうすればアシストラインに沿って分断したときに、アシストラインと交差するトレンチラインの位置より下流側にクラックを進展させ、下流側にクラックラインを形成させることができる。その後はクラックラインＣＬ１〜ＣＬ９に沿って基板を分断することは第１，第２の実施の形態の分断方法と同様である。

また、前述した各実施の形態とは逆方向にダイヤモンドポイントを持つスクライビングツールを摺動させてもよい。すなわち、図５（ａ）を参照して、刃先１１が、辺２０ｂから辺２０ａへ向かう方向である方向ＤＢへ摺動させられ、辺２０ｂがスクライブ上流側、辺２０ａが下流側となる。このとき、刃先１１はシャンク１２によって表面ＳＦ上を押し進められることとなる。この場合には、ガラス基板を反転させてアシストラインを形成する際にガラス基板の上流側の端部、即ち図３（ｂ）の位置Ｎ２に近い位置に直線又はサイン波状のアシストラインを形成する。こうすればアシストラインに沿って分断したときに、アシストラインと交差するトレンチラインの位置より下流側にクラックを進展させ、下流側にクラックラインを形成させることができる。その後はクラックラインＣＬ１〜ＣＬ９に沿って基板を分断することは第１，第２の実施の形態の分断方法と同様である。

本発明は脆性材料基板にトレンチラインを形成し脆性材料基板を反転させてアシストラインを形成する基板の分断方法であり、脆性材料基板の分断に有効に用いることができる。

１０ スクライビングツール
１１ 刃先
１２ シャンク
２０ ガラス基板
ＴＬ１〜ＴＬ９ トレンチライン
ＡＬ，ＡＬ１，ＡＬ２ アシストライン
ＣＬ１〜ＣＬ９ クラックライン

Claims (5)

1. 互いに対向する第１及び第２の辺を含む縁に囲まれた表面を有し、前記表面に垂直な厚さ方向を有する脆性材料基板に対して、前記第１，第２の辺のうち分断予定ライン上の前記第１の辺の近傍より第２の辺の近傍まで前記分断予定ラインに沿ってクラックを伴わない溝状の少なくとも１本のトレンチラインを形成し、
   前記トレンチラインと７０°以下又は１１０°以上の角度で交差するようにアシストラインを形成し、
   前記アシストラインに沿って前記脆性材料基板を分断することにより、前記アシストラインと前記トレンチラインの交差位置から前記トレンチラインに沿って脆性材料基板の厚さ方向にクラックを進展させたクラックラインを形成し、
   前記クラックラインに沿って前記脆性材料基板を分断する脆性材料基板の分断方法。
2. 前記アシストラインは、直線状に形成されるものである請求項１記載の脆性材料基板の分断方法。
3. 前記アシストラインは、複数の前記トレンチラインと交わる角度が変化する連続線状に形成されるものである請求項１記載の脆性材料基板の分断方法。
4. 前記トレンチラインは、ダイヤモンドを用いたスクライビングツールを前記脆性材料基板に押し付け、前記脆性材料基板と前記スクライビングツールを相対的に移動させることによって形成される請求項１〜３のいずれか１項記載の脆性材料基板の分断方法。
5. 前記トレンチラインは、スクライビングホイールを前記脆性材料基板に押し付け転動させることによって形成される請求項１〜３のいずれか１項記載の脆性材料基板の分断方法。

Images