脆性材料基板的划刻方法以及划刻头单元与流程

本发明涉及用于通过金刚石划刻尖(diamond point)对玻璃基板、硅晶片等脆性材料基板进行划刻的脆性材料基板的划刻方法以及划刻头单元。

背景技术：

以往，为了对玻璃基板、硅晶片进行划刻，应用使用了划刻轮、单晶金刚石制成的金刚石划刻尖的划刻工具。对玻璃基板主要使用相对于基板进行转动的划刻轮，但考虑到划刻后的基板的强度提高等优点，也探讨了作为固定刃的金刚石划刻尖的使用。专利文献1、2提出了用于对蓝宝石晶片、氧化铝晶片等硬度高的基板进行划刻的划刻尖切割器。在上述的专利文献中使用在棱锥的棱线上设有切割尖(cut point)的工具、前端成为圆锥的工具。

在先技术文献

专利文献1：日本特开2003-183040号公报

专利文献2：日本特开2005-079529号公报

在利用使用了金刚石划刻尖的划刻工具作为工具来对玻璃基板进行划刻的情况下，存在着金刚石划刻尖的寿命短，在划刻了几十米的阶段即发生损伤的问题。

技术实现要素：

本发明是为了解决以上那样的课题而作成的，其目的在于提供在对脆性材料基板进行切断时能够提高使用了金刚石划刻尖的划刻工具的耐久性、延长寿命且减少更换频度的划刻头单元以及使用了该划刻头单元的划刻方法。

为了解决该课题，本发明的脆性材料基板的划刻方法对脆性材料基板沿着划刻预定线涂布润滑剂，将使用了金刚石的划刻工具的划刻尖按压在所述划刻预定线上，通过使脆性材料基板与划刻工具相对地移动来进行划刻。

在此，可以包括在向所述脆性材料基板涂布润滑剂之前对划刻预定线进行清洁的步骤。

在此，可以包括在对所述脆性材料基板进行划刻之后去除润滑剂被膜的步骤。

在此，可以包括在结束所述划刻之后对划刻工具的划刻尖进行清扫的步骤。

在此，所述润滑剂为糊状或液体状。

在此，所述润滑剂可以为润滑油、醇、表面活性剂以及水中的任一种。

为了解决该课题，本发明的划刻头单元以规定的载荷将划刻工具的划刻尖向脆性材料基板的划刻预定线上按压，通过使脆性材料基板与划刻工具相对地移动来进行划刻，所述划刻头单元的特征在于，具备：划刻工具，其具有使用了金刚石的一个或多个划刻尖；工具支架，其用于固定所述划刻工具；以及润滑剂涂布机构，其用于将润滑剂涂布在划刻预定线上。

在此，所述划刻头单元可以具有沿着划刻预定线进行脆性材料基板的异物去除的异物去除机构。

在此，所述异物去除机构可以具备：异物去除支架；以及异物去除构件，其设置在所述异物去除支架的下端。

在此，所述润滑剂涂布机构可以具备：润滑剂供给支架；以及润滑剂涂布构件，其设置在所述润滑剂供给支架的下端。

在此，所述润滑剂涂布机构可以具有周期性地供给润滑剂的喷射单元。

在此，所述润滑剂涂布机构可以具有润滑剂槽。

发明效果

根据具有这样的特征的本发明，首先向脆性材料基板的划刻预定线涂布润滑剂，由具有金刚石划刻尖的划刻工具进行划刻。因此，可得到金刚石划刻尖不易磨损、能够大幅提高耐久性这样的效果。并且在涂布润滑剂前对划刻预定线进行清洁的情况下，最初附着于脆性材料基板的异物、或者在划刻中产生的异物不会卷入脆性材料基板与划刻工具之间，可得到能够进一步减少划刻尖的损伤这样的效果。

附图说明

图1是示出本发明的实施方式的在工具支架上使用的划刻工具的一例的俯视图以及侧视图。

图2是本实施方式的工具支架的立体图。

图3是示出本发明的第一实施方式的划刻头单元的一例的主视图以及侧视图。

图4是示出本发明的实施方式中的玻璃基板的切断方法的流程图。

图5是本发明的实施方式中的玻璃基板的俯视图。

图6是本发明的实施方式的玻璃基板的划刻预定线的放大图。

图7是在本发明的实施方式中的划刻方法中形成的沟槽线、以及裂纹线的剖视图。

图8是示出本实施方式的玻璃基板的沟槽线与辅助线的图。

图9是示出本发明的第二实施方式的划刻头单元的主视图以及侧视图。

图10是示出本发明的第三实施方式的划刻头单元的主视图以及侧视图。

图11是示出本发明的第四实施方式的划刻头单元的主视图以及侧视图。

图12是示出本发明的第五实施方式的划刻头单元的主视图以及侧视图。

图13是示出本发明的第六实施方式的划刻头单元的主视图。

图14是示出本发明的第七实施方式的划刻头单元的主视图。

图15是示出本发明的第八实施方式的划刻头单元的主视图以及侧视图。

图16是示出本发明的第九实施方式的划刻头单元的主视图以及侧视图。

图17是示出本发明的第十实施方式的划刻头单元的主视图。

附图标记说明

10 多尖金刚石工具

11 基体

12 贯通孔

13a～13d 棱线

14a～14d 第一倾斜面

15a～15d 第二倾斜面

20 工具支架

21 工具支架主体

22a 支架保持部

22b 工具保持部

23a、23b、24a、24b 贯通孔

25 厚度调节槽

26a、26b、26c、31a、31b、31c 倾斜面

27 螺纹槽

28 工具保持槽

30 支架压块

33 厚度调节销

34 螺钉

40A～40J 划刻头单元

41 顶板

42 气缸

43 引导机构

44 滑动部

45 板

50 块体

51 异物去除支架

52 海绵

53 润滑剂供给支架

54 海绵

55 润滑剂供给管

56 润滑剂槽

60 玻璃基板

70、71 支承板

72 喷射单元

73 排出口

74 海绵

80 支架

81 管

82 海绵

P1～P8 划刻尖

SIL1～SIL6 划刻预定线

TL1～TL6 沟槽线

AL 辅助线

CL1～CL6 裂纹线

具体实施方式

接下来，对本发明的实施方式进行说明。首先，图1是示出本实施方式的划刻头单元的由工具支架保持的划刻工具、即多尖金刚石工具(以下仅称为金刚石工具)10的一例的俯视图以及侧视图。该金刚石工具10将具有一定的厚度且旋转对称的由任意数量的边构成的多边形的棱柱作为基体。在该实施方式中，一定厚度的四棱柱的基体11由单晶金刚石构成，且在其中心具有贯通孔12。在基体11上，与穿过贯通孔12的轴(图1的(a)中与纸面垂直的轴)平行的棱线13a～13d均等地形成在四边形的外周面上。

在本实施方式中，如图1所示，对基体11以从四周的角部分的四棱柱的两底面朝向外周面所交叉的棱线倒角的方式进行研磨。即如图1的(b)所示，从基体11的右侧的底面的四个角朝向基体11的棱线进行研磨而形成第一倾斜面14a～14d。此时，以使基体11的底面的夹着棱线的边与倾斜面所成的角相等、即倾斜面成为以棱线的一端为顶点的等腰三角形的方式进行研磨。这样的倾斜面可以通过激光加工或机械加工而容易地形成。另外，也可以在激光加工之后进一步进行机械研磨，取得更精密的研磨面。这样一来，能够以各棱线13a～13d与第一倾斜面14a～14d的交点为顶点，如图1的(b)所示那样在对基体进行侧视观察时在右侧形成四个划刻尖P1～P4。此时基体11的倾斜面14a～14d成为顶面。在此顶面是指与形成棱线的两个外周面相接且共有棱线的一端的面。

接下来，从基体11的另一方的底面同样地朝向基体11的外周进行研磨而形成第二倾斜面15a～15d。此时，以第一倾斜面与第二倾斜面的研磨范围的合计不超过基体的厚度的方式进行研磨，使得在第一倾斜面与第二倾斜面之间残留有棱线。这样一来，能够以各棱线13a～13d与第二倾斜面15a～15d的交点为顶点，如图1的(b)所示那样在对基体进行侧视观察时在左侧形成四个划刻尖P5～P8。这样，通过使棱线13a～13d的两端为划刻尖P1～P8，由此能够对四边形的金刚石工具10在外周形成八处划刻尖。

接下来对工具支架进行说明。图2是示出工具支架的组装的立体图。如图2所示，构成工具支架20的主要部分的工具支架主体21包括长方体状的支架保持部22a、以及具有在支架保持部22a的前端切去长方体的上半部分而成的形状的工具保持部22b。如图2所示，支架保持部22a上设有用于将工具支架固定于划刻头单元的安装用的贯通孔23a、23b以及贯通孔24a、24b。并且工具保持部22b具有在接近支架保持部22a的位置处切出的与长度方向垂直的厚度调节槽25。如图2所示，在前端部设有从左右切出的倾斜面26a、26b、和从下方切出的倾斜面26c。并且在工具保持部22b的大致中央部分设有与中心轴垂直的螺纹槽27。在工具保持部22b的表面，沿着工具支架主体21的长度方向的中心轴且具有一定深度的工具保持槽28穿过螺纹槽27而形成，在工具保持部22b的前端部，工具保持槽28朝向外侧而以约90°的角度开放。换言之，工具保持槽28随着朝向前端而宽度变宽，槽的内壁的延长线相交的角度为90。。厚度调节槽25与工具保持槽28具有相同的深度。在此，工具保持槽28的呈90°开放的区域成为对前述的四边形的金刚石工具10进行保持且使其前端部分向外部突出的保持区域。

而且在该工具保持部22b的上部安装有支架压块30。支架压块30呈大致长方体状且安装于工具保持部22b的凹处而构成长方体状的工具支架20。在支架压块30的前端部左右设有与工具保持部22b的倾斜面26a、26b对应的倾斜面31a、31b，在支架压块30的上表面设有与倾斜面26c对应的倾斜面31c。并且在支架压块30的中央部分设有贯通孔32。

在将金刚石工具10保持于工具支架20的情况下，首先将具有与金刚石工具10的厚度相同的直径的厚度调节销33作为厚度调节构件而插入到厚度调节槽25中，接下来在向工具保持槽28嵌入金刚石工具10并使金刚石工具10的一部分突出的状态下盖上支架压块30，通过紧固螺钉34而固定。这样一来，支架压块30的下表面始终相对于工具保持部22b的面平行地接触，因此能够将金刚石工具10可靠地固定在前端。

图3是示出将具有金刚石工具10的工具支架20安装于划刻头单元的状态的主视图以及侧视图。划刻头单元40A构成为板状的顶板41自身通过未图示的滑动机构而整体地上下移动。而且在该顶板41上固定有划刻载荷用的气缸42。气缸42的下端的杆42a伸缩自如地突出。而且如图3的(b)所示，在顶板41的杆42a的下方设有引导机构43和滑动部44，并以规定的载荷将滑动部44向下方按压。引导机构43将滑动部44保持为上下移动自如。在滑动部44设有L字形的板45。板45与滑动部44一起上下移动，但下限由限动件46限制。而且，通过使螺钉47a、47b穿过贯通孔23b、24b而将工具支架20沿倾斜方向固定在该板45上。而且能够通过使划刻头单元40A沿箭头A方向移动来进行划刻。

而且在顶板41的右端，在块体50上设有异物去除支架51。如图3的(b)所示，长方体状的块体50以使异物去除支架和后述的润滑剂供给支架在从侧面观察时与金刚石工具位于同一位置的方式从顶板41向左方突出。异物去除支架51与工具支架同样地为长方体状且垂直地固定，且在前端安装有海绵52。海绵52是在使划刻头单元40A沿箭头A方向移动时，在即将进行划刻之前与基板接触而对附着于划刻预定线的异物进行去除的异物去除构件。在此，异物去除支架51及其前端的柔软的异物去除构件即海绵52构成安装于划刻头单元40A的异物去除机构。

并且在块体50上，与异物去除支架51相邻地安装有润滑剂供给支架53。润滑剂供给支架53与异物去除支架51同样地为长方体状且垂直地固定，且在前端安装有海绵54。从未图示的润滑剂供给单元经由润滑剂供给管55而向海绵54供给润滑剂。海绵54是在即将进行划刻之前向划刻预定线上涂布润滑剂的润滑剂涂布构件。在此，润滑剂的供给量、供给的时机由搭载于划刻装置的供给单元指示。在此，润滑剂供给支架53及其前端的柔软的涂布构件即海绵54构成安装于划刻头单元40A的润滑剂涂布机构。

接下来，针对使用本实施方式的划刻头单元40A对作为脆性材料基板的玻璃基板进行切断的方法，利用图4的流程图、图5的玻璃基板的俯视图进行说明。首先，在步骤S1中准备具有平坦的表面SF的玻璃基板60。在对玻璃基板60进行划刻时，将倾斜安装的工具支架20的金刚石工具10的一个划刻尖P1以相对于玻璃基板60接触的方式进行固定，将划刻头单元40A在玻璃基板60的一边60a的附近压下并使之向图示的箭头A方向移动，从而使划刻头单元40A滑动至切断预定线的接近另一边60b的位置处。若像这样使划刻头单元40A移动，则通过安装于异物去除支架51的海绵52将划刻预定线的异物去除。即如图4的步骤S2所示，沿着划刻预定线进行清洁。此时如图6的(a)中的划刻预定线SIL1的放大图所示，以将划刻预定线SIL1包含在中央的方式对规定宽度的线进行清洁。通过这样对划刻预定线进行清洁，从而在划刻中异物不会被卷入玻璃基板60与刀尖之间，能够减少金刚石工具的划刻尖的损伤。

接下来如图6的(b)所示，与对划刻预定线SIL1进行清洁后的部分重叠地，通过润滑剂供给支架53的海绵54来较薄地涂布润滑剂(步骤S3)。然后通过由工具支架20保持的划刻头的金刚石工具进行划刻，从而如图5所示那样，沿着划刻预定线SIL1而形成沟槽线TL1(步骤S4)。此时，由于金刚石工具10不转动，因此能够以同一个划刻尖进行划刻。实际上，通过使划刻头单元40A移动，从而步骤S2～S4大致同时进行。这样一来，通过润滑剂的润滑效果，能够大幅减少金刚石工具的划刻尖的磨损，从而能够实现长寿命化。例如在不涂布润滑剂的情况下，金刚石工具的划刻尖划刻几十米即发生磨损，但在涂布润滑剂的情况下，能够在几千米的范围内保持耐久性。

如示出图5的(a)的圆形部分的剖面的图7的(a)所示那样，沟槽线是指通过划刻而在玻璃基板60的表面SF上仅形成塑性变形产生的槽，而在厚度方向上不产生裂纹的线。因此，与形成使裂纹产生的通常的划刻线的情况相比，能够采用更低的载荷等，以更宽的划刻条件进行用于形成沟槽线的划刻。另外，在本实施方式中，边60a成为划刻上游侧，边60b成为下游侧。

同样地，沿着玻璃基板60的表面SF的划刻预定线SIL2～SIL6而使划刻头单元40A从左向右移动。由此，通过异物去除支架51的海绵52去除划刻预定线的异物，通过润滑剂供给支架53的海绵54涂布润滑剂，进而通过金刚石工具10进行划刻。这样，与沟槽线T1平行地进一步形成五根沟槽线TL2～TL6。

接下来如图8所示，以与各沟槽线交叉的方式形成辅助线AL1。辅助线AL1优选形成在各沟槽线的下游侧、即接近边60b的位置。如图1所示，辅助线AL1可以使用具有金刚石的刀尖的划刻工具形成，也可以转动划刻轮而形成。在本实施方式中，辅助线为形成有裂纹的裂纹线。

若这样形成辅助线AL1，则玻璃基板60沿着辅助线AL1被切断。此时如图7的(b)所示那样，从已形成的沟槽线TL1～TL6与辅助线AL1交叉的位置产生裂纹，裂纹向各沟槽线TL1～TL6的上游侧伸展(步骤S5)。从而，沟槽线TL1～TL6变化为在其下方伴有裂纹的裂纹线CL1～CL6。

然后在图4的步骤S6中，通过沿着该裂纹线CL1～CL6将玻璃基板60切断，由此能够将玻璃基板60切断为所希望的形状。

另外在本实施方式中，通过形成辅助线并沿着辅助线分离来产生裂纹，但也可以设为不伴有辅助线的分离的工序。在该情况下，在形成辅助线时沿着沟槽线形成裂纹。另外，不形成辅助线，而进行在沟槽线的终端使金刚石工具向反方向滑动而形成裂纹的工序、或者延长沟槽线而使金刚石工具通过基板的端部的工序等，由此也能够沿着沟槽线产生裂纹。

在与基板接触的划刻尖P1由于磨损而劣化的情况下，从划刻头单元将工具支架拆下后旋转180°来调换前后，由此能够使用划刻尖P5。或者将金刚石工具10暂时从工具支架20拆下后旋转90°并再次固定于工具支架20，从而使其他的划刻尖、例如划刻尖P2与玻璃基板60接触而同样地进行划刻预定线的清洁、润滑剂涂布以及划刻。

接下来，对具有异物去除、涂布润滑剂的功能的划刻头单元的其他实施方式进行说明。图9～图17示出第二至第十实施方式的划刻头单元，对与前述的实施方式相同的部分用相同的附图标记表示。如图9所示，在第二实施方式的划刻头单元40B中，在润滑剂供给支架53的前端设置的海绵54用于涂布润滑剂，并且也用作用于进行异物去除的海绵。这样一来，不需要异物去除支架51、海绵52，从而能够简化构造。在该情况下，也可以使块体50更加小型。

图10是示出本发明的第三实施方式的划刻头单元40C的一例的主视图。如本图所示，在平板状的支承板70上安装异物去除支架51。支承板70与块体50同样地以使异物去除支架51在从侧面观察时与金刚石工具位于同一位置的方式从顶板41向左方突出。在异物去除支架51的前端固定的海绵52与第一实施方式相同。并且与异物去除支架51相邻而在支承板71设置喷射单元72。喷射单元72自排出口73对玻璃基板60的面脉冲地涂布润滑剂，且供给量、时刻由划刻装置的控制部指示。在该实施方式中，与前述的第一实施方式相同地，通过异物去除支架51及其前端的海绵52对划刻预定线进行异物去除之后，能够涂布润滑剂而进行划刻。在此，喷射单元72构成将润滑剂向玻璃基板涂布的润滑剂涂布机构。

图11是示出第四实施方式的划刻头单元40D的主视图以及侧视图。在该实施方式中，在前述的喷射单元72的前端的润滑剂排出口73的周围安装有海绵74。这样一来，即使润滑剂的供给是脉冲性的，如图6的(b)所示，通过海绵74也能够沿着划刻预定线以一定的宽度涂布润滑剂。

图12是示出第五实施方式的划刻头单元40E的主视图以及侧视图。在该实施方式中，海绵74涂布润滑剂，并且也用作用于进行异物去除的海绵。这样一来，不需要异物去除支架51、海绵52，从而能够简化构造。

接下来，图13是示出第六实施方式的划刻头单元40F的主视图。在该划刻头单元中，润滑剂供给支架53上未连接润滑剂供给管55，仅保持海绵54。而且，以使划刻头单元40F的润滑剂供给支架53位于保持润滑剂的润滑剂槽56的正上方的方式进行周期性地移动、下降，从而将海绵54浸于润滑剂，然后使划刻头单元40F上升。然后使划刻头单元40F沿箭头A方向移动，从而与第一实施方式同样地涂布润滑剂。

接下来，图14是示出第七实施方式的划刻头单元40G的主视图。在该实施方式中，润滑剂供给支架53上也未连接润滑剂供给管，省略了异物去除支架51和海绵52。本实施方式与第六实施方式同样地，通过将海绵54周期性地浸于润滑剂槽56来涂布润滑剂，并且将海绵54兼用作异物去除用的海绵。由此，能够通过海绵54来进行划刻预定线的擦拭和润滑剂的涂布。

接下来，图15是示出第八实施方式的划刻头单元40H的主视图以及侧视图。在本实施方式中，不使用海绵等向划刻预定线涂布润滑剂，而是在与工具支架20相邻的位置处通过支架80来固定润滑剂供给管55，从而使柔软的管81与工具支架20接触。在该实施方式中，通过润滑剂的自重引起的自然落下，将润滑剂沿着工具支架20而从金刚石工具10的前端向划刻预定线供给，从而涂布润滑剂。

接下来，图16是示出本发明的第九实施方式的划刻头单元40I的主视图以及侧视图。在本实施方式中，也在与工具支架20相邻的位置处通过支架80来固定润滑剂供给管55，使用海绵82，使之与工具支架20接触而通过工具支架20涂布润滑剂。

另外，图17是示出本发明的第十实施方式的划刻头单元40J的主视图。如本图所示，在划刻头单元40J上借助块体50来设置异物去除支架51和海绵52，省略了润滑剂供给支架53和海绵54。而且使工具支架20的金刚石工具10周期性地由润滑剂槽56直接浸透，由此向划刻预定线涂布润滑剂。此处，在具有润滑剂槽56的第六、第七以及第十实施方式的划刻头单元40F、40G以及40J中，润滑剂槽56构成润滑剂涂布机构的一部分。

需要说明的是，如图1所示，在前述的各实施方式中使用具有金刚石制的多个划刻尖的划刻工具，但可以使用在多边形的外周从板厚方向或外周方向研磨而形成多个划刻尖的划刻工具，或者也可以使用四棱锥台形、圆锥形状的划刻工具。

在此如图4所示，在形成沟槽线后形成辅助线，但也可以包括在形成沟槽线后通过擦拭等将涂布于划刻预定线的润滑剂去除的步骤。

并且，在结束一定距离的划刻后，也可以对金刚石工具的划刻尖部分进行清洁。在清洁中，可以向刀尖的划刻尖部分吹送空气，也可以从划刻尖部分吸引空气。并且可以对划刻尖部分进行超声波清洗，也可以通过海绵等去除润滑剂、异物来进行清洁。在去除润滑剂的情况下，可以在基板的端部设置刮垫，使划刻工具在该刮垫上通过来进行清洁。

在前述的各实施方式中，作为异物去除构件、润滑剂涂布构件而使用海绵，但也可以使用实现与此相同功能的柔软的构件、例如毛毡等。

在前述的第三、第四以及第五实施方式中，在划刻前将润滑剂通过喷射单元的排出口73向基板直接涂布或浸渗入海绵或毛毡来进行涂布，作为润滑剂，可以使用粘度低的液体、例如润滑油、乙醇等醇、表面活性剂、水等公知的润滑剂。

并且在前述的实施方式中的第八至第十实施方式中，不仅能够使用上述的低粘度的液体，还能够使用在液体中分散有润滑剂的成分或液体的油分的乳液状的粘度高的液体。在该情况下，即便粘稠也能够在基板上通过自重而扩展，能够向划刻预定线供给。进而在第一、第二以及第六、第七实施方式中，作为润滑剂，不仅可以使用上述的低粘度的液体以及高粘度的液体，还可以使用糊状的润滑剂、即在液体中分散有润滑剂的液体的油分的浆料、蜡、膏状的润滑剂。糊状的润滑剂不会在基板上由于自重而流动，但能够通过海绵、毛毡等进行涂布，向划刻预定线上供给。

并且在前述的各实施方式中，通过使划刻头单元移动而对基板进行划刻，但可以通过固定划刻头单元并使基板移动而进行异物去除、润滑剂涂布以及划刻。

并且在前述的第一、第六实施方式中，在同一块体上相邻地安装异物去除支架以及润滑剂供给支架，但也可以像第四实施方式那样将异物去除支架以及润滑剂供给支架分别单独地安装在支承板上。

工业上的可利用性

本发明在通过具有金刚石划刻尖的划刻工具对脆性材料基板进行划刻的情况下，能够将金刚石划刻尖的磨损抑制在最小限度，能够在使用了金刚石划刻尖的划刻装置中有效地应用。