JP5171522B2 - 脆性材料基板のスクライブ方法 - Google Patents

Description

本発明は、脆性材料基板から製品を切り出すときに、基板面に予め形成するスクライブラインのスクライブ方法に関する。本発明は、例えばガラス基板から、全周が円や楕円のような閉曲線で囲まれた領域を切り出す際のスクライブ加工において用いられる。
なお、ここでいう脆性材料には、ガラス基板の他に、セラミックス、単結晶シリコン、半導体ウェハ、サファイア等が含まれる。

一般に、ガラス基板などから製品を切り出すときには、スクライビングホイール（カッターホイールとも呼ばれる）を用いる方法が広く利用されている。
すなわち、まず、製品の輪郭線を含む分断予定ラインに沿ってスクライビングホイールを圧接しながら移動することにより、スクライブライン（基板を貫通しない深さのライン状クラック）を形成する。次いで、基板を撓ませる力を加えたり、加熱や冷却による熱応力を与えたりして、スクライブラインに沿って分断させようとする力を与える。これにより、スクライブラインを構成するクラックを深さ方向に伸展させるようにして、基板をブレイクする。その結果、完全分断された状態に至る。

切り出す製品の輪郭形状が円形や楕円形のような閉曲線で囲まれた形状である場合には、基板上での製品のレイアウトによっては、製品の輪郭の一部が基板端や隣接する製品の輪郭と接することなく、製品の輪郭全体が基板内で閉曲線をなすことがある。
そのような場合に、基板に形成するスクライブラインは、製品の輪郭に沿ったスクライブライン（輪郭用スクライブラインという）を形成するとともに、輪郭用スクライブラインの外側にある端材領域に、分断を補助する補助スクライブラインを形成する。

この補助スクライブラインは、分断しようとする輪郭用スクライブラインに対し、隣接製品の輪郭用スクライブラインあるいは基板端において基板を貫通する深いクラックが先に発生してブレイクされているときに、先に発生した深いクラックを当該輪郭用スクライブラインまで誘導するために利用される。また、当該輪郭用スクライブラインがブレイクされたときに、周囲の端材を分割して取り除くときの分割用に利用される。

例えば、一つの基板内に、円形をなした複数の輪郭用スクライブラインと、それらの間を結ぶ補助スクライブラインとからなる割断線を用いて分断する例が開示されている（特許文献１参照）。この文献によれば、輪郭用スクライブラインに対し、ほぼ法線方向あるいは交差する方向から補助スクライブラインが接近するようにしている。そして、基板端に形成した初亀裂から亀裂を進行させることや、補助スクライブラインがあることで分断しやすくなることが開示されている。

一方、閉曲線を形成する輪郭用スクライブラインと補助スクライブラインとが交わっていると、先に補助スクライブラインの破壊が進むとその交点で異常破壊が生じ、所望の形状が得られないばかりか板ガラスが破損し使用できない場合がある。これを防ぐために、分離用の補助スクライブラインと閉曲線を形成する輪郭用スクライブラインとの間に２ｍｍ程度の間隙を設けておくことが開示されている（特許文献２参照）。
特開２００７−５５０７２号公報 特許第２９２６５２６号公報

図６は、特許文献２に記載されたスクライブラインのレイアウトの一例を示す図である。ここでは方形ガラス基板１００から円板Ｒ１を切り出す際に、円形の輪郭用スクライブライン１０１と、基板の対角線上に配置した４本の補助スクライブライン１０２ａ〜１０２ｄとを形成する。このとき補助スクライブライン１０２ａ〜１０２ｄと輪郭用スクライブライン１０１とが直接交差すると、交点付近で異常破壊が発生するおそれがあるため、補助スクライブライン１０２ａ〜１０２ｄを２ｍｍ程度手前で停止するようにして間隙部分１０３ａ〜１０３ｄを設けるようにして異常破壊を抑えるようにしている。

しかしながら、輪郭用スクライブラインと補助スクライブラインとの間に間隙を設けた場合には切れ残り現象が発生する場合がある。図７は、発生した切れ残り現象を示す図である。図６の間隙部分１０３ａ〜１０３ｄに対応する位置に、トゲ状の切れ残り部分１０４ａ〜１０４ｄが発生している。
そこで本発明は、異常破壊も切れ残り現象によるトゲも発生しにくいスクライブ方法を提供することを目的とする。

本発明では、輪郭用スクライブラインと補助スクライブラインとを形成する位置関係を工夫することにより上記課題を解決している。これまで補助スクライブラインは輪郭用スクライブラインと交差する方向で向けなければ、ブレイクを引き起こす深いクラックを補助スクライブラインから輪郭用スクライブラインに確実に伝達させることが困難と考えられていた。その上、輪郭用スクライブラインと補助スクライブラインとが接近する部分に、非スクライブ領域（図６では間隙部分１０３ａ〜１０３ｄ）を形成するとなると、ますますクラックの伝達が困難になると考えられていた。それゆえ、接線方向の補助スクライブラインを形成することはなかった。しかしながら、補助スクライブラインを接線方向に向けた場合、非スクライブ領域でクラックが折れ曲がって確実に輪郭用スクライブラインに到達するようになり、クラックを輪郭用スクライブラインに伝達できることを見出した。

そこで本発明のスクライブ方法は、脆性材料基板の表面に、切り出す製品の輪郭を構成する円形または楕円形の閉曲線からなる輪郭用スクライブラインを形成するとともに、輪郭用スクライブラインの外側に分断を補助する補助スクライブラインを形成する脆性材料基板のスクライブ方法であって、補助スクライブラインは、円形または楕円形の輪郭用スクライブラインの接線方向に向けられる。さらに、補助スクライブラインと輪郭用スクライブラインとの間には２ｍｍ以下の距離の非スクライブ領域を残すように形成される。

本発明によれば、補助スクライブラインと円形または楕円形の輪郭用スクライブラインとの間には２ｍｍ以下の距離の非スクライブ領域を残すようにこれらのスクライブラインが形成されているので、ブレイクの際に、補助スクライブラインを進行してきた深いクラックによる異常破壊は発生しない。しかも、補助スクライブラインを進行した深いクラックは、非スクライブ領域で折れ曲がって輪郭用スクライブラインにまで確実に達するようになる。また、補助スクライブラインが、輪郭用スクライブラインの円形または楕円形の接線方向に向けるようにしてあるので、補助スクライブラインが法線方向であるときのようなトゲ状の切れ残りが発生しなくなるだけでなく、ほとんど切れ残りのないブレイクが可能になる。

上記発明において、一つの輪郭用スクライブラインに対し、少なくとも２本の補助スクライブラインが形成されるようにしてもよい。
この場合、より好ましくは、一つの輪郭用スクライブラインの周囲に、３本または４本の補助スクライブラインを形成するのが望ましい。
本発明によれば、周囲の端材が複数に分割されるので、基板からの製品分離が容易になる。

また、上記発明において、基板には複数の輪郭用スクライブラインが互いに離隔した状態で並べて形成され、隣接する輪郭用スクライブラインの間に形成される補助スクライブラインは、両側の輪郭用スクライブラインに対する補助スクライブラインとして共用されてもよい。
本発明によれば、補助スクライブラインを共用することで、形成するスクライブラインの本数を減らすことができる。

この場合、輪郭用スクライブラインが整列配置され、各輪郭用スクライブラインの周りには４本の補助スクライブラインが形成され、各補助スクライブラインは２本の平行な直線上に配置されるようにしてもよい。
本発明によれば、基板に対しスクライビングホイールを直線的に圧接移動させ、非スクライブ領域の部分で一時的に上方に退避させるだけで連続的に補助スクライブラインを形成することができるので、加工の手間を減らすことができるとともに加工時間を短縮できる。

以下、本発明であるスクライブ方法の一実施形態について図面を用いて説明する。図１は、ガラス基板から複数の円形製品を切り出す際に形成するスクライブラインのレイアウトの一例を示す図であり、図１（ａ）はその全体図、図１（ｂ）は一部拡大図である。また、図２はスクライブラインを形成するときに使用するスクライビングホイールの一例を示す図であり、図２（ａ）はその正面図、図２（ｂ）は使用状態を示す図である。

まず、使用するスクライビングホイールについて説明する。スクライビングホイールの刃先は、図２（ａ）に示すように、基板面に対しホイール面がすべりにくい溝付きスクライビングホイールＳＨを用いる方が好ましい。溝付きスクライビングホイールを用いることで、基板内に閉曲線からなる輪郭用スクライブラインを形成したり、始端および終端が基板内にある直線状の補助スクライブラインを形成したりすることが容易になる。また、図２（ｂ）に示すように、溝付きスクライビングホイールＳＨを用いた場合に基板Ｇに形成されるクラックＭは、溝無しスクライビングホイールを用いた場合よりも深くなる。これにより切れ残りの発生をさらに低減できるのでより好ましい。具体的には、例えば三星ダイヤモンド工業株式会社製の溝付スクライビングホイールであるペネット（登録商標）を用いることができる。

次に、スクライブ方法について説明する。ここでは図１に示すように、短冊状のガラス基板１０から３つの円板Ｒ１〜Ｒ３を切り出すためのスクライブについて説明する。
予め、ガラス基板１０に円板Ｒ１〜Ｒ３（製品）のレイアウトを設定する。ここでは加工を容易にするため、円板Ｒ１〜Ｒ３を一列に整列させたレイアウトとする。なお、切り出す円板の数をさらに増やしたいときは、基板上に円板状製品を縦横に整列させたレイアウトを設定する。

切り出そうとする円板Ｒ１〜Ｒ３の輪郭となる位置に、スクライビングホイールＳＨ（図２）を用いて、輪郭用スクライブライン１１ａ〜１１ｃを形成する。
続いて、ラインＬ１上に補助スクライブライン１２ａ、１２ｂ、１２ｃ、１２ｄを形成し、ラインＬ２上に補助スクライブライン１３ａ、１３ｂ、１３ｃ、１３ｄを形成する。ラインＬ１、Ｌ２は互いに平行であり、ともに円板Ｒ１〜Ｒ３の接線をなす。すなわち、ラインＬ１は、輪郭用スクライブライン１１ａ〜１１ｃと、それぞれ接点Ｃａ１、Ｃｂ１、Ｃｃ１で接し、ラインＬ２は輪郭用スクライブライン１１ａ〜１１ｃと、それぞれ接点Ｃａ２、Ｃｂ２、Ｃｃ２で接する。

各補助スクライブライン１２ａ〜１２ｄ、１３ａ〜１３ｄは、スクライブラインＬ１、Ｌ２上で、輪郭用スクライブライン１１ａ〜１１ｃからの距離ｄが２ｍｍ以下になるまで接近するが（図１（ｂ）参照）、各接点Ｃａ１、Ｃｂ１、Ｃｃ１、Ｃａ２、Ｃｂ２、Ｃｃ２からは必ず離れるようにして、輪郭用スクライブライン１１ａ〜１１ｃとは分離するように形成する。

実際に補助スクライブラインを形成するときは、スクライビングホイールＳＨを下降して圧接させた状態でガラス基板１０上をラインＬ１、Ｌ２に沿って移動させ、各接点に近づくとスクライビングホイールＳＨをガラス基板１０から上昇して離れた状態で移動させ、再び接点から離れると下降して圧接させた状態で移動するようにして、順次形成する。

以上のスクライブ方法により、輪郭用スクライブラインと補助スクライブラインが形成された後に、ブレイクを行う。
ブレイクは手動でスクライブラインに沿って基板を撓ませる応力を与えてもよいし、機械的に与えてもよい。

図３は、ブレイクを行ったときに接点近傍に形成されるクラックを示す図である。例えば輪郭用スクライブライン１１ａと補助スクライブライン１３ａ、１３ｂとの間には、補助スクライブライン１３ａ，１３ｂから折れ曲がったクラック１５ａ、１５ｂが発生し、これらは確実に輪郭用スクライブライン１１ａに到達する。

そして、補助スクライブライン１３ａ、クラック１５ａ、輪郭用スクライブライン１１ａ（一部）、クラック１５ｂ、補助スクライブライン１３ｂと続くブレイクラインが形成されるようになり、これらによってトゲ状の切れ残りを発生させることなく分離することができる。
補助スクライブライン１２ａ、輪郭用スクライブライン１１ａ、補助スクライブライン１２ｂについても、同様のクラックが形成されるようになり、トゲ状の切れ残りを発生させることなく分離することができる。
さらに輪郭用スクライブライン１１ａの残り部分については、これまでと同様に問題なく分離することができる。

以上の結果、輪郭用スクライブライン１１ａの全周にわたって異常破壊や切れ残りが発生することなく、円板Ｒ１を分離することができる。他の円板Ｒ２、Ｒ３についても同様である。

図４は、本発明の他の実施形態であるスクライブ方法を示す図である。ここではガラス基板２０から１つの円板Ｒ１を切り出すためのスクライブについて説明する。
切り出そうとする円板Ｒ１の輪郭となる位置に、輪郭用スクライブライン２１を形成する。
続いて、補助スクライブライン２２ａ、２２ｂ、２２ｃ、２２ｄを形成する。各補助スクライブラインは、９０度ずつ回転した関係になっており、それぞれ基板２０の各端辺と平行に配置されるようにしてある。

各補助スクライブライン２２ａ〜２２ｄは、図１（ｂ）に示すように、輪郭用スクライブライン２１からの距離ｄが２ｍｍ以下になるまで接近するが、輪郭用スクライブライン２１とは分離するように形成する。
この場合も上述した実施形態と同様に輪郭用スクライブライン２１の全周にわたって異常破壊や切れ残りが発生することなく、円板Ｒ１を分離することができる。

図５は、さらに別の実施形態であるスクライブ方法を示す図である。ガラス基板３０から１つの円板Ｒ１を切り出すためのスクライブについて説明する。
切り出そうとする円板Ｒ１の輪郭となる位置に、輪郭用スクライブライン３１を形成する。
続いて、補助スクライブライン３２ａ、３２ｂ、３２ｃ、３２ｄを形成する。各補助スクライブラインは、９０度ずつ回転した関係になっているが、それぞれ基板２０の各端辺とは非平行に配置されるようにしてある。

各補助スクライブライン２２ａ〜２２ｄは、輪郭用スクライブライン２１からの距離ｄが２ｍｍ以下になるまで接近するが、輪郭用スクライブライン２１とは分離するように形成する。
この場合も、図４と同様に、輪郭用スクライブライン３１の全周にわたって異常破壊や切れ残りが発生することなく、円板Ｒ１を分離することができる。

本発明のスクライブ方法は、ガラス基板等から閉曲線で囲まれた製品品を切り出す際のスクライブ加工に利用することができる。

本発明の一実施形態であるスクライブ方法により形成するスクライブラインのレイアウトの一例を示す図。 スクライビングホイールの一例を示す図。 ブレイクを行ったときに接点近傍に形成されるクラックを示す図。 本発明の他の一実施形態であるスクライブ方法による形成するスクライブラインのレイアウトの一例を示す図。 本発明の他の一実施形態であるスクライブ方法による形成するスクライブラインのレイアウトの一例を示す図。 従来からのスクライブラインのレイアウト例を示す図。 切れ残り現象を示す図。

符号の説明

１０ ガラス基板
１１ａ〜１１ｃ 輪郭用スクライブライン
１２ａ〜１２ｄ 補助スクライブライン
１３ａ〜１３ｄ 補助スクライブライン

Claims (4)

1. 脆性材料基板の表面に、切り出す製品の輪郭を構成する円形または楕円形の閉曲線からなる輪郭用スクライブラインを形成するとともに、前記輪郭用スクライブラインの外側に分断を補助する補助スクライブラインを形成する脆性材料基板のスクライブ方法であって、
   前記補助スクライブラインは、前記円形または楕円形の輪郭用スクライブラインの接線方向に向けられ、
   さらに、前記補助スクライブラインと前記輪郭用スクライブラインとの間には２ｍｍ以下の距離の非スクライブ領域を残すように形成することを特徴とするスクライブ方法。
2. 一つの輪郭用スクライブラインに対し、少なくとも２本の補助スクライブラインが形成される請求項１に記載のスクライブ方法。
3. 前記基板には複数の輪郭用スクライブラインが互いに離隔した状態で並べて形成され、
   隣接する輪郭用スクライブラインの間に形成される補助スクライブラインは、両側の輪郭用スクライブラインに対する補助スクライブラインとして共用される請求項１に記載のスクライブ方法。
4. 輪郭用スクライブラインが整列配置され、各輪郭用スクライブラインの周りには４本の補助スクライブラインが形成され、各補助スクライブラインは２本の平行な直線上に配置される請求項３に記載のスクライブ方法。

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