JP2018051945A - ダイヤモンドツール及びそのスクライブ方法 - Google Patents

Abstract

【課題】スクライブする際に基板の外側からスクライブを開始し、外切りで終了できるようにすること。【解決手段】ダイヤモンドツール１０の角柱形のベース１１の角に対して、上面から傾斜した天面と、側面から傾斜した傾斜面を形成し、傾斜面の交線である稜線と天面の交点をポイントとする。上面をガイド面とし、ガイド面が基板端部に接触し、所定距離摺動した後で天面が基板端部に接触するようにスクライブを開始する。ガイド面が所定長さを有するため、他のポイントの損傷を考慮することなく外切りでスクライブを開始することができる。またスクライブ方向後方には他のポイントがないため、スクライブ終了時にもポイントの損傷を防止することができる。【選択図】図３

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ダイヤモンドツール及びそのスクライブ方法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。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調整することが容易ではなかった。

そこで図１に示すように角板状のツールの各頂点を両側面より重なり合うように研磨して傾斜面を形成し、傾斜面の交線の両側をポイントＰ１，Ｐ２・・・としたスクライビングツール１００が考えられる。このようなスクライビングツールを用い、図１（ａ）に示すように稜線を先行させポイントＰ１を基板１０１に押し当ててスクライブする場合には、基板の端部を通過するようにスクライブする、いわゆる外切りで基板１０１にスクライブを終了した場合であっても隣接する他方のポイントＰ２には損傷を与えることはない。一方、外切りでスクライブを開始しようとする場合、先行するポイントＰ２が基板１０１の端部に衝突して損傷を受ける可能性がある。

これに対して、図１（ｂ）に示すように、ポイントＰ２を用いて稜線を後方とするように前方に傾けてスクライブをする場合には外切りでスクライブを開始してももう一方のポイントＰ１に損傷を与えることはない。しかし、外切りを終了したときには使用していないポイントＰ１も基板１０１の面に接触し損傷する可能性があるという問題点がある。

従ってこのようなスクライビングツールを用いてスクライブする場合、外切りでスクライブを開始した場合には外切りで終了できず、外切りでスクライブを終了する場合は内切りで開始する必要がある。このためガラス板等の基板の一方の端部にはスクライブされない部分が残ってしまう。このようにして内切りスクライブされた基板をスクライブラインに沿ってブレイクすると、スクライブラインが形成されない基板端部での分断精度が悪くなるという問題点があった。

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、外切りでスクライブを開始し終了することができるダイヤモンドツール及びそのスクライブ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、本発明のダイヤモンドツールは、上面とこれに垂直な複数の外周面を含む角柱形のベースと、前記角柱の上面の各角に、上面の当該角を含み、上面を等分する等分線に垂直な線が切片となるように上面から傾斜した天面と、当該角を含む隣接する２つの外周面から当該頂点に向けて傾斜した一対の傾斜面と、を具備し、前記上面をガイド面とし、前記一対の傾斜面と前記天面との交点をポイントとするものである。

ここで、前記ガイド面の長さは０．８ｍｍ以上となるようにしてもよい。

ここで、前記角柱形のベースは四角柱であり、前記上面が正方形であって、前記上面の一辺の長さが０．７ｍｍ以上となるようにしてもよい。

この課題を解決するために、本発明のダイヤモンドツールを用いたスクライブ方法は、前記ダイヤモンドツールの１つのポイントが最下位となるようにスクライブヘッドに保持し、基板の外側で前記ポイントが前記基板の上面より下方となるようにスクライブヘッドを押し下げ、前記スクライブヘッドを基板の面に平行に移動させることによって基板の端部に前記ガイド面を接触させ、前記基板端部において前記ガイド面が所定距離摺動した後で前記天面が前記基板端部に接触して外切りスクライブを開始するものである。

ここで、基板の端部までスクライブし、前記稜線の一部が基板の端部を押圧しながら離れることでスクライブを終了す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、脆性材料基板の一方の端面から、即ち外切りによりスクライブを開始することができる。そのためスクライブを終えた後、スクライブラインに沿って基板を分断したときに、基板の端部においても良好な断面を得ることができるという効果が得られる。

図１は角板状で１つの角に２つのポイントを持つ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２は本発明の実施の形態によるダイヤモンドツールの製造過程を示す平面図及び正面図である。 図３は実施の形態によるダイヤモンドツールの平面図及び正面図である。 図４は本発明の実施の形態によるダイヤモンドツールのポイント部分を示す部分拡大図である。 図５は本発明の実施の形態によるダイヤモンドツールを取付けたスクライブヘッドを示す正面図及び側面図である。 図６は本発明の実施の形態によるダイヤモンドツールを用いたスクライブを示す正面図（その１）である。 図７は本発明の実施の形態によるダイヤモンドツールを用いたスクライブを示す正面図（その２）である。 図８は本発明の実施の形態によるダイヤモンドツールを用いたスクライブを示す正面図（その３）である。 図９は本発明の実施の形態によるダイヤモンドツールを用いたスクライブを示す正面図（その４）である。 図１０は本実施の形態のスクライブ開始前のポイントＰの拡大図である。 図１１は本実施の形態のスクライブ開始時のポイントＰの周辺の拡大図である。

次に本発明の実施の形態について説明する。図２は本発明の実施の形態によるダイヤモンドツールの製造過程を示す平面図及び正面図である。このダイヤモンドツールは一定の高さの四角柱の単結晶ダイヤモンドをベース１１としている。このベース１１は上面１２と四方の外周面１３ａ〜１３ｄを有している。上面１２は正方形であり、上面１２の四方の頂点を１２ａ〜１２ｄとする。このベース１１に対して上面１２の各頂点１２ａ〜１２ｄ部分にポイントを生成する。

次に上面１２の四方の頂点に形成するポイントの加工について説明する。上面１２の１つの頂点１２ａについては図３（ａ）及び図４に示すように、この頂点１２ａを含み上面１２を等分する等分線１５（図２（ａ）参照）に垂直な線が上面１２の切片１４ａとなるように、上面１２から外周面１３ａ，１３ｂに向けて角度θ１を傾けるように天面１６ａを形成する。

上面１２の頂点１２ｂについては図３（ａ）に示すように、この頂点１２ｂを含み上面１２を等分する等分線１４に垂直な線が上面１２の切片１５ａとなるように，上面１２から外周面１３ｂ，１３ｃに向けて角度θ１を傾けるように天面１６ｂを形成する。

上面１２の頂点１２ｃについては図３（ａ）に示すように、等分線１５に垂直な線が上面１２の切片１４ｂとなるように，上面１２から外周面１３ｃ，１３ｄに向けて角度θ１を傾けるように天面１６ｃを形成する。

上面１２の頂点１２ｄについては図３（ａ）に示すように、等分線１４に垂直な線が上面１２の切片１５ｂとなるように，上面１２から外周面１３ｄ，１３ａに向けて角度θ１を傾けるように天面１６ｄを形成する。ここで角度θ１は、０°を超え１５°以下とし、好ましくは１°〜１０°とする。０°に近いと加工面積が大きくなり、加工時間がかかるとともに天面加工時に他の天面に影響を及ぼす可能性がある。１５°を超えると後述する傾斜面の加工が難しくなる。

次に頂点１２ａについては、図３（ａ），図４に示すように外周面１３ａの天面１６ａと接する部分を研磨して傾斜面１７ａを形成し、また外周面１３ｂの天面１６ａと接する部分を研磨して傾斜面１７ｂを形成する。このとき２つの傾斜面１７ａ，１７ｂの成す線を稜線１８ａとすると、図３（ａ）の平面図において傾斜面１７ａ，１７ｂが対称となり、稜線１８ａが等分線１５に平行となるように傾斜面１７ａ，１７ｂを形成する。こうして形成された天面１６ａと稜線１８ａとの交点をポイントＰ１とする。

次に頂点１２ｂについては、図３（ａ）に示すように外周面１３ｂの天面１６ｂと接する部分を研磨して傾斜面１７ｃを形成し、また外周面１３ｃの天面１６ｂと接する部分を研磨して傾斜面１７ｄを形成する。このとき２つの傾斜面１７ｃ，１７ｄの成す線を稜線１８ｂとすると、図３（ａ）の平面図において傾斜面１７ｃ，１７ｄが対称となり、稜線１８ｂが等分線１４に平行となるように傾斜面１７ｃ，１７ｄを形成する。こうして形成された天面１６ｂと稜線１８ｂとの交点をポイントＰ２とする。なお、ポイントＰ１の傾斜面１７ｂと、ポイントＰ２の傾斜面１７ｃとは同じ外周面１３ｃから研磨されているが、それぞれ独立した面である。すなわち、傾斜面についてもポイントごとに異なる面を形成するため、各傾斜面の研磨が他のポイントの傾斜面に影響を与えることがない。

次に頂点１２ｃについては、図３（ａ）に示すように外周面１３ｃの天面１６ｃと接する部分を研磨して傾斜面１７ｅを形成し、また外周面１３ｄの天面１６ｃと接する部分を研磨して傾斜面１７ｆを形成する。このとき２つの傾斜面１７ｅ，１７ｆの成す線を稜線１８ｃとすると、図２（ａ）の平面図において傾斜面１７ｅ，１７ｆが対称となり、稜線１８ｃが等分線１５に平行となるように傾斜面１７ｅ，１７ｆを形成する。こうして形成された天面１６ｃと稜線１８ｃとの交点をポイントＰ３とする。

次に頂点１２ｄについては、図３（ａ）に示すように外周面１３ｄの天面１６ｄと接する部分を研磨して傾斜面１７ｇを形成し、また外周面１３ａの天面１６ｄと接する部分を研磨して傾斜面１７ｈを形成する。このとき２つの傾斜面１７ｇ，１７ｈの成す線を稜線１８ｄとすると、図３（ａ）の平面図において傾斜面１７ｇ，１７ｈが対称となり、稜線１８ｄが等分線１４に平行となるように傾斜面１７ｇ，１７ｈを形成する。こうして形成された天面１６ｄと稜線１８ｄとの交点をポイントＰ４とする。

ここで図４に示すように天面１６ａと稜線１８ａのなす角度θ２は、１３０°以上１６０°以下であることが好ましい。角度θ２をこのような値にするためには、上面１２と天面１６ｄの角度θ１が１５°以下であることが好ましい。他の頂点についても同様である。これにより四角柱のベース１２の各頂点１２ａ〜１２ｄの近傍にポイントＰ１〜Ｐ４を有するダイヤモンドツール１０とすることができる。そしてこのベース１１の下方はロー付け等によってツールホルダに容易に安定して取付けることができる。このとき、ベース１１の下方には外周面が所定長さ残されており、この面をツールホルダに接触させることでダイヤモンドツール１０をツールホルダに対して確実に位置決めすることができる。

尚この実施の形態では、四角柱のベース１１の上面の頂点１２ａ〜１２ａに天面１６ａ〜１６ｄを先に形成し、次いで傾斜面１７ａ〜１７ｈを形成するようにしているが、夫々の傾斜面１７ａ〜１７ｈを先に形成してその後天面１６ａ〜１６ｄを形成するようにしてもよい。いずれの場合も天面を加工し傾斜面を形成して稜線を加工する際に、天面側に欠けが生じた場合であっても再度その天面のみを加工すれば他のポイントの天面には影響を及ぼすことはない。また傾斜面についても同様に、１つのポイントの稜線加工の際に隣接するポイントの傾斜面及び天面に影響を及ぼすことはない。

前述した各実施の形態では、四角柱のベースの上面の各頂点近傍の４箇所にポイントを設けているが、ポイントは必ずしも４箇所全て設ける必要はなく、少なくとも２箇所あればよい。又この実施の形態では四角柱のベースを用いているが、四角柱に限られるものではなく、多角柱の上面の頂点にポイントを形成するものであればよい。

図５はダイヤモンドツール１０をスクライブヘッドユニット３０に取付けた状態を示す正面図及び側面図である。ダイヤモンドツール１０は図５に示すようにツールホルダ２０に保持される。ツールホルダ２０は直方体状の部材であって、その下端にダイヤモンドツール１０のポイントＰ１が下端となるように斜めに保持している。ツールホルダ２０には２箇所のねじ孔が設けられ、これによってスクライブヘッド３０に固定される。

スクライブヘッドユニット３０は板状のヘッドプレート３１自体が図示しないスライド機構によって全体に上下動するように構成されている。そしてこのヘッドプレート３１にはスクライブ荷重用のエアシリンダ３２が固定される。エアシリンダ３２の下端はロッド３２ａが伸縮自在に突出している。さて図５（ｂ）に示すようにヘッドプレート３１のロッド３２ａの下方には、ガイド機構３３とスライド部３４が設けられ、所定の荷重でスライド部３４を下方に押圧している。ガイド機構３３はスライド部３４を上下動自在に保持するものである。スライド部３４にはＬ字形のプレート３５が設けられる。プレート３５はスライド部３４と共に上下動するが、ストッパ３６によって下限が規制されている。そしてこのプレート３５にはツールホルダ２０がねじ止めにより斜め方向に固定されている。そしてスクライブヘッドユニット３０を矢印Ａ方向に移動させることでスクライブすることができる。

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６〜図９を用いて説明する。スクライブを開始する際には、まず図６に示すようにダイヤモンドツール１０のポイントＰ１を基板４０に接近させてスクライブヘッドユニット３０を下降させる。このとき図１０にポイントＰ１周辺の拡大図を示すように、上面１２と脆性材料基板とのなす角度θ３が好ましくは１５〜２０°となり、基板４０の上面よりダイヤモンドツール１０のポイントＰが低く、高さの差Ｄが、基板４０の厚さに応じて０．０５〜０．２ｍｍ程度となるようにスクライブヘッドユニット３０を押し下げる。そして基板４０の左側面からスクライブヘッドユニット３０を右に向けて移動させる。そうすれば図７に示すようにダイヤモンドツール１０の上面１２と基板４０の左上端部とが接触する。すなわち、上面１２の少なくとも一部または全部が、ポイントＰ１を基板４０に導くガイド面として機能する。このとき図１１に拡大図を示すようにポイントＰ１と基板４０との間隔Ｆは角度θ３と高さの差Ｄにより決まるが、例えばθ３＝１５°、Ｄ＝０．２ｍｍでは、Ｆは約０．７８ｍｍとなる。従って、ガイド面１２は稜線１８ａの延長線上において０．８ｍｍ以上、好ましくは１．０ｍｍ以上の長さを有するようにすればよい。また、上面１２が正方形のとき、上面１２の一辺の長さは０．７ｍｍ以上であることが好ましい。これにより、外切りでスクライブを開始する場合であっても、スクライブに用いるポイントと異なるポイントが基板に接触することがなく、ポイント及び基板端部の予期せぬ損傷を防止することができる。

次いでダイヤモンドツールを矢印Ａ方向に移動させると、図８に示すように基板４０がエアシリンダ３２の圧力に抗してスライド部３４をわずかに押し上げ、プレート３５自体が上昇する。更にスクライブヘッドユニット３０を右側に移動させると、基板４０に対してガイド面１２が滑りながら天面１６ａを含むポイントＰ１の周辺部分が基板４０に入り込むようになり、基板４０の端部からのスクライブ、即ち外切りスクライブを開始することができ、基板４０の端部からスクライブラインが形成される。更に矢印Ａ方向にスクライヘッドユニット３０を移動させスクライブすると、ダイヤモンドツール１０の天面１６ａを先行させ、稜線１８ａを後方となるようにしてスクライブすることができる。上記のとおり、外切りスクライブ開始時にはまずダイヤモンドツール１０の上面（ガイド面）１２と基板４０の左上端部とが接触し、その後天面１６ａを含むポイントがガイド面により基板４０にガイドされて接触することにより、外切りによりスクライブを開始しても、他のポイントの損傷を防止することができる。さらに、幅の広い天面が先行し、稜線が後から基板に接触することで、基板４０の端部に対する応力の集中がなくなり、スクライブ開始時の基板端部の損傷も抑制することができる。

更に図９に示すように基板４０の端部を外れるまでスクライブ（外切りスクライブ）する。このとき、ダイヤモンドツール１０は稜線１８ａの一部が基板の端部をわずかに押圧しながら基板から離れる。スクライブを終了する場合もダイヤモンドツール１０のポイントＰの近傍、すなわち稜線の天面とは逆側には他のポイントがないため、他のポイントの損傷を考慮することなく外切りでスクライブを終了させることができる。さらにまた、スクライブライン終端において、稜線１８ａの一部が基板を押圧することにより、スクライブライン下方に確実に垂直クラックを形成することができるようになる。

又前述した各実施の形態ではベース全体を単結晶ダイヤモンドで構成しているが、脆性材料基板と接触する表面部分がダイヤモンドであれば足りるため、超硬合金や焼結ダイヤモンド製を用いて形成されたベースの外周面及び稜線の表面に多結晶ダイヤモンド層を形成し、これをさらに精密に研磨してポイントを形成してもよい。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、放電加工により傾斜面を容易に形成することができる。

本発明のダイヤモンドツールは脆性材料基板を外切りでスクライブを開始し外切りでスクライブを終了するスクライブ装置に好適に用いることができる。

１０ ダイヤモンドツール
１１ ベース
１２ 上面（ガイド面）
１２ａ〜１２ｄ 頂点
１３ａ〜１３ｄ 外周面
１４，１５ 等分線
１４ａ，１４ｂ，１５ａ，１５ｂ 切片
１６ａ〜１６ｄ 天面
１７ａ〜１７ｈ 傾斜面
１８ａ〜１８ｄ 稜線
Ｐ１〜Ｐ４ ポイント

Claims (5)

1. 上面とこれに垂直な複数の外周面を含む角柱形のベースと、
   前記角柱の上面の各角に、上面の当該角を含み、上面を等分する等分線に垂直な線が切片となるように上面から傾斜した天面と、当該角を含む隣接する２つの外周面から当該頂点に向けて傾斜した一対の傾斜面と、を具備し、前記上面をガイド面とし、前記一対の傾斜面と前記天面との交点をポイントとするダイヤモンドツール。
2. 前記ガイド面の長さが０．８ｍｍ以上である請求項１記載のダイヤモンドツール。
3. 前記角柱形のベースは四角柱であり、前記上面が正方形であって、前記上面の一辺の長さが０．７ｍｍ以上である請求項１記載のダイヤモンドツール。
4. 請求項１記載のダイヤモンドツールを用いたスクライブ方法であって、
   前記ダイヤモンドツールのポイントが最下位となるようにスクライブヘッドに保持し、
   基板の外側で前記ポイントが前記基板の上面より下方となるようにスクライブヘッドを押し下げ、
   前記スクライブヘッドを基板の面に平行に移動させることによって基板の端部に前記ガイド面を接触させ、前記基板端部において前記ガイド面が所定距離摺動した後で前記天面が前記基板端部に接触して外切りスクライブを開始するスクライブ方法。
5. 基板の端部までスクライブし、前記稜線の一部が基板の端部を押圧しながら離れることでスクライブを終了するようにする請求項４に記載のスクライブ方法。