JP2021154502A - 脆性材料基板のブレイク方法並びに基板加工装置 - Google Patents

Abstract

【課題】ブレイクローラをスクライブラインの脇に沿って押圧転動させるローラブレイク方式であって、交点部分での望まない亀裂の進展や発生をなくして精度の良い分断面でブレイクすることのできるブレイク方法並びに装置を提供する。【解決手段】表面に互いに直交するスクライブラインＳ１、Ｓ２が形成された脆性材料基板Ｗに対し、前記スクライブラインの脇に沿ってブレイクローラ４を押圧しながら転動させることにより前記スクライブラインの亀裂を厚み方向に進展させて基板Ｗを分断する脆性材料基板のブレイク方法並びに装置であって、ブレイクローラ４が当該ブレイクローラの進行方向と交差するスクライブラインとの交点を乗り越える際に、交点の近傍位置で押圧力をかけずに、若しくは押圧力を低下させて通過するようにした構成。【選択図】図２

Description

本発明は、脆性材料基板上に形成されたスクライブラインに沿って基板を分断するためのブレイク方法並びに装置に関する。ここでいう脆性材料基板には、ガラス、セラミックス、シリコン等の半導体材料等が含まれる。また、分断される基板の形態は単板のみならず、２枚の基板が貼り合わされた貼り合わせ基板も含まれる。

通常、マザー基板から単位基板を切り出すのには、図６に示すように、まずマザー基板Ｗの表面にカッターホイールやレーザーを用いて互いに直交するＸ方向のスクライブラインＳ１並びにＹ方向のスクライブラインＳ２を加工し、次の工程でこれらのスクライブラインＳ１、Ｓ２に沿ってブレイクすることによって単位基板Ｗ１を切り出している。

基板ＷをスクライブラインＳ１、Ｓ２に沿ってブレイクする方法としては、特許文献１、特許文献２で示すようなブレイクバーを用いた分断方法や、特許文献３で示すようなブレイクローラを用いた分断方法が一般的に知られている。

ブレイクバーによる分断方法は、図７（ａ）に示すように、クッションシート１５、或いは、図７（ｂ）に示すような左右一対の受刃１６、１６上に、スクライブラインを設けた面を下側にしてマザー基板Ｗを載置し、このスクライブライン形成面とは反対側の面、即ち上面からブレイクバー１７を基板Ｗに押しつけて基板Ｗを撓ませ、スクライブラインＳ１またはＳ２の亀裂を厚み方向に浸透させてブレイクするようにしている。

しかしこの方法では、長尺のブレイクバーを大きな荷重で基板に押しつけて一挙にブレイクするため、基板にかかる負荷が大きくなり、分断面が破壊されやすく端面強度が劣化しやすいといった課題がある。また、ブレイクバーをあまり長くすると歪みや撓みなどが発生するのでバーの長さには限界があり、仮に、複数のバーを連結したとしても真っすぐに調整することが難しく、そのため近年の大型化したマザー基板に対して精度良くブレイクすることが困難であった。加えて、スクライブラインＳ１、Ｓ２を設けた面が裏側になるので、先の工程で上面にスクライブラインが加工された基板を反転させなければならず作業が面倒であるとともに、長尺のブレイクバーやこれを昇降させる機構が大がかりで複雑であり、装置が大型化するといった問題点もあった。

また、特許文献３のブレイクローラによる分断方法は、スクライブラインを設けた面を上側にしてクッションシートを介してテーブル上に基板を載置し、スクライブラインの脇をブレイクローラで押しつけながら転動させることにより基板を折り曲げるように撓ませ、スクライブラインの亀裂を厚み全部に浸透させてスクライブラインに沿って基板Ｗをブレイクするようにしたものである。この方法では、分断すべきスクライブラインより離れた箇所でスクライブラインの箇所を折り曲げるように撓ませるので、ブレイクの際の荷重はブレイクバーの場合よりも小さくてすみ、破壊などの発生を抑制して精度の良い分断面を得ることができる。また、ブレイクローラの押圧転動によりブレイクするものであるから、ブレイクローラの移動範囲内であれば大型のマザー基板であっても小型基板同様にブレイクすることができ、かつ、スクライブラインを設けた面からブレイクローラを押しつけて転動するものであるからスクライブライン加工工程の後で基板を反転させる必要がなく、機構も簡単であるからコンパクトに構成できるといったメリットがある。

特開２００９−１０１６９２号公報 特開２０１４−１９０４４号公報 特開２０１１−１６１６７４号公報

しかし、上記のブレイクローラによる分断方法では、基板Ｗをブレイクする際に次のような問題点が生じることがあった。
即ち、最初に何れか一方のスクライブライン、例えば図６のＸ方向のスクライブラインをブレイクする際、当該Ｘ方向のスクライブラインの近傍に沿って押圧しながら転動させるのであるが、Ｙ方向のスクライブラインＳ２との交点を乗り越える際に分断したいＸ方向のスクライブラインと異なる方向に不規則な亀裂が入ってしまうことがあった。これは、ブレイクローラが押しつけられながら転動する際に、基板が撓んで押圧点を中心とする椀状の凹みが形成され、この撓みによってＸ方向のスクライブラインの亀裂が進行して順次分断されていくのであるが、Ｙ方向のスクライブラインＳ２との交点を乗り越える際に、撓みによる応力が脆弱となっているＹ方向のスクライブライン周辺にも影響しＸ方向だけでなくＹ方向にも亀裂が走り、さらに交点近傍にも不規則な亀裂が生じるものと考えられる。このような望まない方向の亀裂が入ったり予期しない不規則な亀裂が入ってしまうと分断精度が低下して高品位の製品を得ることができず、場合によっては不良品となる。

そこで本発明は、上記の課題に鑑み、ブレイクローラをスクライブラインの近傍に沿って押圧転動させるローラブレイク方式を用いるものでありながら、上記のような交点部分での望まない亀裂の発生をなくして精度の良い分断面でブレイクすることのできるブレイク方法を提供することを目的とする。

上記課題を解決するために本発明では次のような技術的手段を講じた。すなわち本発明は、表面に互いに直交するスクライブラインが形成された脆性材料基板に対し、前記スクライブラインの脇に沿ってブレイクローラを押圧しながら転動させることにより前記スクライブラインの亀裂を厚み方向に進展させて基板を分断する脆性材料基板のブレイク方法であって、前記ブレイクローラが当該ブレイクローラの進行方向と交差するスクライブラインとの交点を乗り越える際に、交点の近傍位置で押圧力を加えず、若しくは、押圧力を低下させて通過するようにした。

ここで前記ブレイクローラの交点近傍での押圧力を加えない無荷重区間若しくは押圧力を低下させる減圧区間は、交点を中心として前後の寸法がそれぞれ１mm以内するのがよい。
また、前記スクライブラインの脇に沿って押圧転動するブレイクローラの圧接面と当該スクライブラインとの間隔は０．０５〜１mmとするのが好ましい。

また、別の観点から本発明は、表面に互いに直交するスクライブラインが形成された脆性材料基板を、前記スクライブラインに沿ってブレイクする基板加工装置であって、前記脆性材料基板を載置保持するテーブルと、前記テーブルに載置保持された脆性材料基板のスクライブラインの脇に沿って押圧しながら転動するブレイクローラと、前記ブレイクローラが当該ブレイクローラの進行方向と交差するスクライブラインとの交点を通過する際に、交点近傍位置で押圧力を加えず、若しくは低下するようにブレイクローラの押圧力を制御する制御部とを備えた基板加工装置も特徴とする。

本発明では、ブレイクローラが直交するスクライブラインとの交点を乗り越える際に、交点の近傍位置で押圧力を加えずまたは減圧した状態で通過するようにしたので、脆弱となっている交点部分で望まない方向への亀裂や不規則な亀裂が入ってしまうことを抑制して精度の良い分断面でブレイクすることができ、高品質の製品を得ることが可能となる。

本発明の一実施例である基板加工装置の概略的な説明図。 本発明方法の一実施例である手順を示す斜視図。 本発明方法の一実施例である手順を示す説明図。 ブレイクローラによって基板をブレイクする際の説明図。 本発明の他の実施例を示す説明図。 互いに直交するスクライブラインが形成された基板を示す平面図。 従来のブレイクバーによる分断方法を示す説明図。

以下において、本発明の詳細を、図に示した実施例に基づいて詳細に説明する。
本実施例では、上面に互いに直交するＸ方向のスクライブラインＳ１並びにＹ方向のスクライブラインＳ２が加工された単板の脆性材料基板Ｗを当該スクライブラインに沿ってブレイクする例について説明する。スクライブラインＳ１、Ｓ２は、ブレイク工程に先行するスクライブ工程でカッターホイールやレーザーにより形成される。スクライブラインＳ１、Ｓ２で区画されたマス目のひとつひとつがブレイク後に単位基板Ｗ１となる。

図１は、本発明方法の実施に用いる基板加工装置の概略を示す説明図である。基板加工装置Ａは、加工すべき基板Ｗａを載置保持するテーブル１を備え、このテーブル１の上方に、スクライブラインＳ１、Ｓ２を加工するためのカッターホイール２を保持するスクライブヘッド３と、ブレイクローラ４を保持するローラヘッド５が配置されている。
カッターホイール２並びにブレイクローラ４は、それぞれ昇降機構６、７を介してスクライブヘッド３及びローラヘッド５に昇降自在に取り付けられ、スクライブヘッド３及びローラヘッド５は装置の機枠に設けられたガイド８に沿ってヘッド移動機構（図示外）により水平なＸ方向に移動できるように組み込まれている。ブレイクローラ４のローラヘッド５には基板表面のスクライブラインを検知するためのカメラ９が備え付けられている。実施例では、カメラ９を一つだけ設けたが、ブレイクローラ４を挟んで反対側にも設けるようにしても良い。

また、基板Ｗを載置するテーブル１は、縦軸の周りで回転する回転機構１０により支えられ、回転機構１０はテーブル移動機構１１によりＹ方向に移動できるように組成されている。テーブル移動機構１１は、例えばネジ軸をモータで回動させることによりレールに沿って移動するようにした公知の機構が用いられる。

更に、基板加工装置Ａは、カッターホイール２及びブレイクローラ４の昇降動作や押圧力の制御、スクライブヘッド３及びローラヘッド５の移動やテーブル１の回転、移動などの制御を行う制御部１２を備えている。制御部１２は、ＣＰＵ等のプロセッサと、ＲＯＭ、ＲＡＭ等の記憶部と、各種インターフェースとを有するコンピュータシステムである。制御部１２は、記憶部に保存されたプログラムを実行することで各種制御動作を行う。

次に動作について説明する。
まず最初に、カッターホイール２を用いて基板Ｗａの上面に、互いに直交するスクライブラインＳ１、Ｓ２を加工する。この加工は、カッターホイール２を下降させて基板Ｗの表面に押しつけながら転動させることにより何れか一方のスクライブラインを加工し、次いで回転機構１０によりテーブル１を９０°回転させ、前記同様にカッターホイール２を押圧転動させることによりもう一方のスクライブラインを加工することで行うことができる。

次いで、スクライブラインＳ１、Ｓ２を加工した基板Ｗの下面にゴムシートなどのクッション材１３を敷いてテーブル１に載置保持させる。そして、図２並びに図４に示すように、ブレイクローラ４を何れか一方のスクライブライン、例えばＸ方向のスクライブラインＳ１の脇に沿って押圧しながら転動させる。これにより、ブレイクローラ４によって押しつけられた部分が下方に撓む。この撓みにより、図４（ｂ）に示すようにスクライブラインＳ１の部分が下方に曲げられて亀裂が厚み方向に進展し、ブレイクローラの進行とともに順次分断されていく。

この分断の際に本発明では、ブレイクローラ４が当該ブレイクローラの進行方向に直交するスクライブライン、即ちＹ方向のスクライブラインＳ２との交点を乗り越える際に、カメラ９でスクライブラインＳ２を検知して交点の近傍位置で上昇するようにして基板から離れさせて押圧力をゼロにして通過するようにした。なお、スクライブラインＳ２の検知は、予め記憶させてあるスクライブラインＳ２の画像パターンを参照する等の一般的な画像処理技術を採用することにより行うようにしている。

ブレイクローラ４の交点近傍での無荷重区間Ｌ１は、交点を中心として前後の寸法がそれぞれ１mm以内（好ましくは前後の寸法が同じ）とするのが好ましい。
また、スクライブラインの脇に沿って押圧転動するブレイクローラの圧接面と当該スクライブラインとの間隔Ｌ２は０．０５〜１mmとするのが好ましい。

このようにブレイクローラ４が直交するスクライブラインとの交点を乗り越える際に、交点の近傍位置でブレイクローラを上昇させ、押圧力をゼロすなわち荷重を加えずに通過するようにしたので、脆弱となっている交点部分で、望まないＹ方向への亀裂が走ったり、不規則な亀裂が入ってしまうことを防止することができ、精度の良い分断面でブレイクすることが可能となる。また、スクライブラインを設けた面からブレイクローラ４を押しつけて転動するものであるからスクライブライン加工工程の後で基板Ｗを反転させる必要がない。

上記実施例において、交点近傍位置でブレイクローラ４を上昇させて押圧力をゼロとしたが、これに代えて、ブレイクローラ４を転動させながら交点近傍位置だけ押圧力を低減させて通過するようにすることで交点部分での望まない亀裂の発生を抑制することができることが実験により確認できている。この場合の交点近傍位置での押圧力は、例えばブレイク時の交点近傍以外の位置での押圧力の０〜５０％とするのが良い。

また本発明は、図５に示すように、上下表面に互いに直交するスクライブラインが加工された２枚の貼り合わせ基板Ｗ’にも応用することができる。ここでは、上側のスクライブラインをＳａと表示し、下側のスクライブラインをＳｂと表示した。
本実施例では、図５（ａ）に示すように、周面の中央部分を凹ませた別のブレイクローラ１４で基板上面に設けたスクライブラインＳａ上を押圧転動させて基板Ｗ’を下方に撓ませ、この撓みによって下側のスクライブラインＳｂの亀裂を厚み方向に進展させて分断する。そして次の工程で、先の実施例と同じように、上側のスクライブラインＳａの脇に沿ってブレイクローラ４を押圧転動させると共にブレイクローラ４の進行方向と直交するスクライブラインとの交点近傍で押圧力をゼロにするか、或いは低下させるようにする。これにより、交点部分での不規則な望まない方向への亀裂や不規則な亀裂の発生をなくして精度良くスクライブラインＳａを分断することができる。その結果、基板の上面（片面）からブレイクローラを使用するだけで、貼り合わせ基板Ｗ’を反転させることなく上下のスクライブラインＳａ、Ｓｂを分断することができる。

以上、本発明の代表的な実施例について説明したが、本発明は必ずしも上記の実施形態に特定されるものでない。例えば、上記実施例では、基板加工装置にカッターホイールによるスクライブライン加工機構を組み入れたが、このスクライブライン加工機構を上記装置から除去して構成することもできる。この場合は、一般に知られた別のスクライブライン加工装置により、基板にスクライブラインＳ１、Ｓ２が加工されることになる。また、上記実施例では、ブレイク時に基板をクッション材１３で受けるようにしたが、基板がわずかに撓みさえすれば十分ブレイクが可能なので、クッション材１３を省略することもできる。また、クッション材に代えてスクライブラインの下方両側で基板を受ける左右一対の受け刃であってもよい。
また、上記実施例ではカメラ９でスクライブラインを検出するようにしているが、スクライブラインが格子状に一定間隔で形成されている一定形状の基板であれば、テーブル１に載置したときのテーブル１と基板との位置関係、スクライブライン間の間隔等の必要な情報を記憶させておくことで、計算によりテーブル上のスクライブラインの位置を求めることができる。よって計算で求めた位置関係に基づいて、ヘッド移動機構やテーブル回転・移動機構を制御するようにしてもよい。
その他本発明では、その目的を達成し、請求の範囲を逸脱しない範囲内で適宜修正、変更することが可能である。

本発明は、ブレイクローラをスクライブラインの近傍に沿って押圧転動させて脆性材料基板を分断するローラブレイク方式に適用することができる。

Ａ 基板加工装置
Ｓ１ Ｘ方向のスクライブライン
Ｓ２ Ｙ方向のスクライブライン
Ｗ 脆性材料基板
Ｌ１ ブレイクローラの無荷重若しくは減圧区間
Ｌ２ 分断すべきスクライブラインとブレイクローラとの間隔
１ テーブル
４ ブレイクローラ
５ ローラヘッド
７ 昇降機構
１２ 制御部

Claims (4)

1. 表面に互いに直交するスクライブラインが形成された脆性材料基板に対し、前記スクライブラインの脇に沿ってブレイクローラを押圧しながら転動させることにより前記スクライブラインの亀裂を厚み方向に進展させて基板を分断する脆性材料基板のブレイク方法であって、
   前記ブレイクローラが当該ブレイクローラの進行方向と公差するスクライブラインとの交点を乗り越える際に、交点の近傍位置で押圧力をかけずに、若しくは押圧力を低下させて通過するようにしたことを特徴とする脆性材料基板のブレイク方法。
2. 前記ブレイクローラの交点近傍での無荷重区間若しくは減圧区間は、交点を中心として前後の寸法がそれぞれ１mm以内である請求項１に記載の脆性材料基板のブレイク方法。
3. 前記スクライブラインの脇に沿って押圧転動するブレイクローラの圧接面と当該スクライブラインとの間隔は０．０５〜１mmである請求項１または請求項２に記載の脆性材料基板のブレイク方法。
4. 表面に互いに直交するスクライブラインが形成された脆性材料基板を、前記スクライブラインに沿ってブレイクする基板加工装置であって、
   前記脆性材料基板を載置保持するテーブルと、
   前記テーブルに保持された脆性材料基板のスクライブラインの脇に沿って押圧しながら転動するブレイクローラと、
   前記ブレイクローラが当該ブレイクローラの進行方向と公差するスクライブラインとの交点を通過する際に、交点近傍位置で押圧力をゼロ、若しくは低下するようにブレイクローラの押圧力を制御する制御部と、
   を備えた基板加工装置。

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