JPWO2016067728A1 - 脆性基板の分断方法 - Google Patents

Abstract

スクライビングホイール（５１）を荷重（Ｆ）を加えながら転動させることによってガラス基板（４）上にトレンチライン（ＴＬ）が形成される。スクライビングホイール（５１）は荷重（Ｆ）の面内成分（Ｆｉ）の方向と同じ進行方向（ＤＰ）に向かって進行する。トレンチライン（ＴＬ）を形成する工程は、クラックレス状態が得られるように行なわれる。厚さ方向（ＤＴ）におけるガラス基板（４）のクラックをトレンチライン（ＴＬ）に沿って進行方向に向かって伸展させることによって、クラックライン（ＣＬ）が形成される。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）と交差する方向において連続的なつながりが断たれている。クラックライン（ＣＬ）に沿ってガラス基板（４）が分断される。

Description

本発明は、脆性基板の分断方法に関し、特に、スクライビングホイールを用いた分断方法に関する。

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基板を分断することがしばしば必要となる。まず基板上にスクライブラインが形成され、次にこのスクライブラインに沿って基板が分断される。スクライブラインは、刃先を用いて基板を機械的に加工することによって形成され得る。刃先が基板上を摺動または転動することで、基板上に塑性変形によるトレンチが形成されると同時に、このトレンチの直下には垂直クラックが形成される。その後、ブレーク工程と称される応力付与がなされる。ブレーク工程によりクラックを厚さ方向に完全に進行させることで、基板が分断される。

基板が分断される工程は、基板にスクライブラインを形成する工程の直後に行なわれることが多い。しかしながら、スクライブラインを形成する工程とブレーク工程との間において基板を加工する工程を行なうことも提案されている。基板を加工する工程とは、たとえば、基板上に何らかの部材を設ける工程である。

たとえば国際公開第２００２／１０４０７８号の技術によれば、有機ＥＬディスプレイの製造方法において、封止キャップを装着する前に各有機ＥＬディスプレイとなる領域毎にガラス基板上にスクライブラインが形成される。このため、封止キャップを設けた後にガラス基板上にスクライブラインを形成したときに問題となる封止キャップとガラスカッターとの接触を回避させることができる。

またたとえば国際公開第２００３／００６３９１号の技術によれば、液晶表示パネルの製造方法において、２つのガラス基板が、スクライブラインが形成された後に貼り合わされる。これにより１度のブレーク工程で２枚の脆性基板を同時にブレークすることができる。

国際公開第２００２／１０４０７８号 国際公開第２００３／００６３９１号

上記従来の技術によれば、脆性基板への加工がスクライブラインの形成後に行なわれ、その後応力付与によりブレーク工程が行なわれる。このことは、脆性基板への加工時に垂直クラックが既に存在することを意味する。この垂直クラックの厚さ方向におけるさらなる伸展が加工中に意図せず発生することで、加工中は一体であるべき脆性基板が分離されてしまうことがあり得た。また、スクライブラインの形成工程と基板のブレーク工程との間に基板の加工工程が行なわれない場合においても、通常、スクライブラインの形成工程の後かつ基板のブレーク工程の前に基板の搬送または保管が必要であり、その際に基板が意図せず分断されてしまうことがあり得た。

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、脆性基板が分断される位置を予め規定しつつも、分断されるべき時点より前に脆性基板が意図せず分断されることを防ぐことができる、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、刃先が設けられた外周部を回転軸周りに有するスクライビングホイールを用いた脆性基板の分断方法であって、以下の工程を有する。

第１の面と、第１の面と反対の第２の面とを有し、第１の面に垂直な厚さ方向を有する脆性基板が準備される。

次に、スクライビングホイールに荷重を加えることによってスクライビングホイールの外周部を脆性基板の第１の面上へ押し付けながら脆性基板の第１の面上でスクライビングホイールを転動させることによって脆性基板の第１の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。荷重は、脆性基板の第１の面に平行な面内成分を有する。トレンチラインを形成する工程において、スクライビングホイールは第１の面上を面内成分の方向と同じ進行方向に向かって進行する。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。

次に、厚さ方向における脆性基板のクラックをトレンチラインに沿って進行方向に向かって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。

次に、クラックラインに沿って脆性基板が分断される。

本発明によれば、脆性基板が分断される位置を規定するラインとして、その直下にクラックを有しないトレンチラインが形成される。分断の直接のきっかけとして用いられることになるクラックラインは、トレンチラインの形成後にそれに沿ってクラックを伸展させることで形成される。これにより、トレンチラインの形成後かつクラックラインの形成前の脆性基板は、分断される位置がトレンチラインによって規定されつつも、クラックラインが未だ形成されていないので容易に分断は生じない状態にある。この状態を用いることで、脆性基板が分断される位置を予め規定しつつも、分断されるべき時点より前に脆性基板が意図せず分断されることを防ぐことができる。

図１の脆性基板の分断方法に用いられるカッティング器具の構成を概略的に示す側面図である。 図２におけるスクライビングホイールおよびピンの構成を概略的に示す正面図（Ａ）、および図３（Ａ）の部分拡大図である。 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の第１および第２工程を概略的に示す上面図（Ａ）および（Ｂ）である。 図４（Ａ）において形成されるトレンチラインの構成を概略的に示す端面図（Ａ）、および図４（Ｂ）において形成されるクラックラインの構成を概略的に示す端面図（Ｂ）である。 本発明の実施の形態１の変形例における脆性基板の分断方法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２における脆性基板の分断方法を概略的に示す上面図である。 本発明の実施の形態３における脆性基板の分断方法を概略的に示す上面図である。 本発明の実施の形態４における脆性基板の分断方法を概略的に示す上面図である。

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。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）
図１、図２（Ａ）および図２（Ｂ）を参照して、はじめに本実施の形態のガラス基板４（脆性基板）の分断方法に用いられるカッティング器具５０について、以下に説明する。

カッティング器具５０は、スクライブヘッド（図示せず）に取り付けられることによってガラス基板４に対して相対的に移動することにより、ガラス基板４に対するスクライブを行うものである。カッティング器具５０は、スクライビングホイール５１と、ピン５２と、ホルダ５３とを有する。スクライビングホイール５１は、おおよそ円盤状の形状を有しており、その直径は、典型的には数ｍｍ程度である。スクライビングホイール５１は、ホルダ５３にピン５２を介して、回転軸ＡＸ周りに回転可能に保持されている。

スクライビングホイール５１は、刃先が設けられた外周部ＰＦを有する。外周部ＰＦは、回転軸ＡＸ周りに円環状に延びている。外周部ＰＦは、図２（Ａ）に示すように、目視レベルでは稜線状に切り立っており、それによって、稜線と傾斜面とからなる刃先を構成している。一方、顕微鏡レベルでは、スクライビングホイール５１がガラス基板４内へ侵入することによって実際に作用する部分（図２（Ｂ）の二点鎖線よりも下方）において外周部ＰＦの稜線は微細な表面形状ＭＳを有する。表面形状ＭＳは、正面視（図２（Ｂ））において、有限の曲率半径を有する曲線形状を有することが好ましい。スクライビングホイール５１は、超硬合金、焼結ダイヤモンド、多結晶ダイヤモンドまたは単結晶ダイヤモンドなどの硬質材料を用いて形成されている。上述した稜線および傾斜面の表面粗さを小さくする観点でスクライビングホイール５１全体が単結晶ダイヤモンドから作られてもよい。

次にカッティング器具５０を用いたガラス基板４の分断方法について、図３に示すフローを参照しつつ、以下に説明する。

図１および図４（Ａ）を参照して、上面ＳＦ１（第１の面）と、下面ＳＦ２（第１の面と反対の第２の面）とを有するガラス基板４が準備される（図３：ステップＳ１０）。ガラス基板４は上面ＳＦ１に垂直な厚さ方向ＤＴを有する。図４において、ガラス基板４は、互いに対向する辺ＥＤ１およびＥＤ２を有する。

次に、ガラス基板４の上面ＳＦ１上でスクライビングホイール５１を転動させることによって（図１：矢印ＲＴ）、スクライビングホイール５１が上面ＳＦ１上を進行方向ＤＰへと進行する。この転動による進行は、スクライビングホイール５１に荷重Ｆを加えることによってスクライビングホイール５１の外周部ＰＦをガラス基板４の上面ＳＦ１上へ押し付けながら行なわれる。これによりガラス基板４の上面ＳＦ１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が形成される（図３：ステップＳ２０）。

荷重Ｆは、ガラス基板４の厚さ方向ＤＴに平行な垂直成分Ｆｐと、上面ＳＦ１に平行な面内成分Ｆｉとを有する。進行方向ＤＰは面内成分Ｆｉの方向と同じである。

図５（Ａ）を参照して、上述したトレンチライン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。よってガラス基板４に曲げモーメントが加わっても、トレンチラインＴＬに沿った分断は容易には生じない。クラックレス状態を得るためには、垂直成分Ｆｐ（図１）が過度に大きくならないようにすればよい。

図４（Ａ）においては、トレンチラインＴＬは、始点Ｎ１から途中点Ｎ２を経て終点Ｎ３まで形成される。トレンチラインＴＬは上面ＳＦ１の縁から離れて形成されることが好ましい。これによりスクライビングホイール５１が上面ＳＦ１の縁と接触する必要がなくなる。

さらに図４（Ｂ）を参照して、次にアシストラインＡＬが形成される。これをきっかけとして、トレンチラインＴＬに沿ってクラックラインＣＬが形成される（図３：ステップＳ３０）。

図５（Ｂ）を参照して、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の延在方向（図４（Ａ）および（Ｂ）における横方向）と交差する方向ＤＣ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。クラックラインＣＬの形成は、厚さ方向ＤＴにおけるガラス基板４のクラック（図５（Ｂ）参照）をトレンチラインＴＬに沿って進行方向ＤＰに向かって伸展させることによって行われる。

アシストラインＡＬは、ガラス基板４の上面ＳＦ１上においてトレンチラインＴＬに接するように形成され、本実施の形態においてはトレンチラインＴＬと交差するように形成される。アシストラインＡＬは一般的なスクライブラインであり、よって、ガラス基板４の厚さ方向ＤＴに浸透するクラックを伴っている。アシストラインＡＬの形成には、トレンチラインＴＬの形成に用いたカッティング器具５０を用いてもよいが、その場合、トレンチラインＴＬの形成時の荷重Ｆよりも大きな荷重が必要となる。また、より確実にアシストラインＡＬを形成するために他の器具が用いられてもよい。たとえば、外周部ＰＦに沿って凹凸形状が設けられたスクライビングホイールが用いられてもよい。このような器具によれば、より深いクラックを伴うアシストラインＡＬを形成しやすい。また、図４（Ｂ）に示すようにガラス基板４の縁から離れた位置からアシストラインＡＬが開始される場合（いわゆる内切り）においても、より確実にクラックを発生させることができる。

なおクラックラインＣＬの形成は、トレンチラインＴＬ付近の内部応力の歪みが解放されることによって開始されると考えられる。具体的にはこの内部応力が、アシストラインＡＬの形成時にガラス基板４に加わる応力によって解放されると考えられる。クラックラインＣＬの形成が開始されるきっかけとなる処理は、上記アシストラインＡＬの形成処理に限らず、内部応力が開放されるきっかけとなる何らかの処理であればよいと考えられる。

本発明者の検討によれば、途中点Ｎ２から終点Ｎ３への方向に比して、途中点Ｎ２から始点Ｎ１への方向へは、クラックラインＣＬが形成されにくかった。つまり、トレンチラインＴＬの形成時におけるスクライビングホイール５１の進行方向ＤＰと同じ方向に向かってクラックラインＣＬが伸展しやすいという方向依存性が存在した。この原因は、上述した内部応力の分布に起因すると考えられる。

次に、ステップＳ４０（図３）にて、いわゆるブレーク工程によりクラックラインＣＬに沿ってガラス基板４が分断される。ブレーク工程は、たとえば、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って行ない得る。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、ブレーク工程が省略される。

本実施の形態によれば、ガラス基板４が分断される位置を規定するラインとして、その直下にクラックを有しないトレンチラインＴＬ（図５（Ａ））が形成される。分断の直接のきっかけとして用いられることになるクラックラインＣＬ（図５（Ｂ））は、トレンチラインＴＬの形成後にそれに沿ってクラックを伸展させることで形成される。これにより、トレンチラインＴＬの形成後かつクラックラインＣＬの形成前のガラス基板４（図４（Ａ））は、ガラス基板４が分断される位置がトレンチラインＴＬによって規定されつつも、それに沿ったクラックが未だ形成されていないクラックレス状態にある。クラックレス状態は、ガラス基板４に対して過度に大きな応力が加わらない限り、容易に維持される。したがってこのクラックレス状態の間に、ガラス基板４の保管、搬送、および、ガラス基板４上での成膜およびエッチングなどの加工が、意図しないクラックの発生を伴うことなく安定的に行い得る。

以上のように本実施の形態によれば、クラックレス状態を用いることで、ガラス基板４が分断される位置を予め規定しつつも、所望の時点より前にガラス基板４が意図せず分断されることを防ぐことができる。

なお本実施の形態におけるクラックラインＣＬの形成工程は、いわゆるブレーク工程におけるクラックの発生と本質的に異なっている。ブレーク工程は、既に形成されているクラックを厚さ方向にさらに伸展させることで基板を完全に分離するものである。一方、クラックラインＣＬの形成工程は、トレンチラインＴＬの形成によって得られたクラックレス状態から、トレンチラインＴＬに沿ったクラックを有する状態への、質的変化を伴う。この変化は、クラックレス状態が有する内部応力の開放によって生じると考えられる。

次に、本実施の形態の変形例について説明する。図６（Ａ）を参照して、アシストラインＡＬが形成されただけではトレンチラインＴＬに沿ったクラックラインＣＬが形成されない場合がある。図６（Ｂ）を参照して、そのような場合であっても、アシストラインＡＬに沿ってガラス基板４を分離することにより、クラックラインＣＬの形成を開始させることができる。

なお本変形例におけるアシストラインＡＬは、上述したクラックラインＣＬと同様の方法で形成されてもよい。すなわち、トレンチラインの形成後にそれに沿ってクラックを形成することで形成されてもよい。

（実施の形態２）
本実施の形態のガラス基板４の分断方法においても、まず上記実施の形態１と同様の方法により、ガラス基板４の上面ＳＦ１上にトレンチラインＴＬ（図４（Ａ））が形成される。

図７を参照して、次に、アシストラインＡＬがガラス基板４の下面ＳＦ２上に形成される。アシストラインＡＬは平面レイアウトにおいてトレンチラインＴＬと交差している。なお本実施の形態においてはアシストラインＡＬおよびトレンチラインＴＬは、ガラス基板４の異なる面上に形成されるので、互いに直接は接触しない。

次に、実施の形態１の図６（Ｂ）とほぼ同様に、アシストラインＡＬに沿ってガラス基板４が分離される。これによりクラックラインＣＬの形成が開始される。その後、実施の形態１と同様、クラックラインＣＬに沿ってガラス基板４が分断される。

（実施の形態３）
本実施の形態のガラス基板４の分断方法においても、まず上記実施の形態１と同様の方法により、ガラス基板４の上面ＳＦ１上にトレンチラインＴＬ（図４（Ａ））が形成される。

図８を参照して、次に、アシストラインＡＬが、ガラス基板４の上面ＳＦ１上においてトレンチラインＴＬと部分的に重なるように形成される。図中においては、アシストラインＡＬは、トレンチラインＴＬのうち始点Ｎ１と途中点Ｎ２との間の部分に重なるように、かつ終点Ｎ３からは離れるように形成される。アシストラインＡＬの長さは、たとえば０．５ｍｍ程度である。アシストラインＡＬの形成をきっかけとして、クラックラインＣＬが形成される。

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。

（実施の形態４）
本実施の形態のガラス基板４の分断方法においても、まず上記実施の形態１と同様の方法により、ガラス基板４の上面ＳＦ１上にトレンチラインＴＬ（図４（Ａ））が形成される。

図９を参照して、次に、トレンチラインＴＬの一部にレーザ光が照射される。図中においては、トレンチラインＴＬのうち始点Ｎ１と途中点Ｎ２との間の、終点Ｎ３から離れた部分にレーザ光が照射される。これにより、トレンチラインＴＬのうち始点Ｎ１と途中点Ｎ２との間の部分にクラックラインＣＬが形成され、それをきっかけとして、途中点Ｎ２から終点Ｎ３へとクラックラインＣＬが形成される。

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。

上記各実施の形態による脆性基板の分断方法はガラス基板に対して特に好適に適用されるが、脆性基板は、ガラス以外の材料から作られていてもよい。たとえば、ガラス以外の材料として、セラミックス、シリコン、化合物半導体、サファイア、または石英が用いられてもよい。

４ ガラス基板（脆性基板）
５０ カッティング器具
５１ スクライビングホイール
５２ ピン
５３ ホルダ
ＡＬ アシストライン
ＡＸ 回転軸
ＣＬ クラックライン
ＤＰ 進行方向
ＤＴ 厚さ方向
Ｆ 荷重
Ｆｉ 面内成分
Ｆｐ 垂直成分
ＭＳ 鏡面
Ｎ１ 始点
Ｎ２ 中点
Ｎ３ 終点
ＰＦ 外周部
ＳＦ１ 上面（第１の面）
ＳＦ２ 下面（第２の面）
ＴＬ トレンチライン

Claims (7)

1. 刃先が設けられた外周部を回転軸周りに有するスクライビングホイールを用いた脆性基板の分断方法であって、
   第１の面と前記第１の面と反対の第２の面とを有し、前記第１の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、
   前記スクライビングホイールに荷重を加えることによって前記スクライビングホイールの前記外周部を前記脆性基板の第１の面上へ押し付けながら前記脆性基板の前記第１の面上で前記スクライビングホイールを転動させることによって前記脆性基板の前記第１の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を備え、前記荷重は、前記脆性基板の前記第１の面に平行な面内成分を有し、前記トレンチラインを形成する工程において前記スクライビングホイールは前記第１の面上を前記面内成分の方向と同じ進行方向に向かって進行し、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、さらに
   前記厚さ方向における前記脆性基板のクラックを前記トレンチラインに沿って前記進行方向に向かって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おり、さらに
   前記クラックラインに沿って前記脆性基板を分断する工程を備える、脆性基板の分断方法。
2. 前記クラックラインを形成する工程は、前記脆性基板の前記厚さ方向に浸透するクラックを伴い前記脆性基板の前記第１の面上において前記トレンチラインに接するアシストラインを形成する工程を含む、請求項１に記載の脆性基板の分断方法。
3. 前記アシストラインを形成する工程において前記アシストラインは、前記脆性基板の前記第１の面上において前記トレンチラインと交差するように形成される、請求項２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は、前記アシストラインに沿って前記脆性基板を分離する工程を含む、請求項３に記載の脆性基板の分断方法。
5. 前記アシストラインを形成する工程において前記アシストラインは、前記脆性基板の前記第１の面上において前記トレンチラインと部分的に重なるように形成される、請求項２に記載の脆性基板の分断方法。
6. 前記脆性基板の前記第２の面上にアシストラインを形成する工程をさらに備え、前記アシストラインは平面レイアウトにおいて前記トレンチラインと交差しており、
   前記クラックラインを形成する工程は、前記アシストラインに沿って前記脆性基板を分離する工程を含む、請求項１に記載の脆性基板の分断方法。
7. 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の一部にレーザ光を照射する工程を含む、請求項１に記載の脆性基板の分断方法。

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