JP2022076855A - 基板ブレーク装置及び方法 - Google Patents

Abstract

【課題】スクライブラインが形成された基板に加熱および冷却を行い、効果的に基板をブレークすることができるブレーク装置及び方法を提供する。【解決手段】スクライブラインＳＬが形成された基板Ｐの第１面Ｆ１を加熱する第１の熱伝達素子１０と、基板Ｐの第１面Ｆ１と反対側の面であってスクライブラインＳＬが形成されていない第２面Ｆ２を冷却する第２の熱伝達素子２０を含み、第１の熱伝達素子１０は基板Ｐの第１面Ｆ１に接触した状態で基板Ｐの第１面Ｆ１を加熱し、第２の熱伝達素子２０は基板Ｐの第２面Ｆ２に接触した状態で基板Ｐの第２面Ｆ２を冷却する。【選択図】図1

Description

本発明は、基板ブレーク装置及び方法に関し、さらに詳しくは、物理的な方法を利用せずに基板をブレークすることができる基板ブレーク装置及び方法に関する。

一般的に、ガラス基板等の脆性材料基板では、基板を切断加工するために基板上に切断予定線に沿ってスクライブラインを形成した後、ブレーク工程を通じて基板を切断する。基板にスクライブラインを形成する方法には、カッターホイール等による機械的加工やレーザビームの照射による非接触式加工方法がある。

基板に切断予定線に沿ってスクライブラインが形成された後には、基板を完全に切断するためにブレーク工程を行うが、基板のブレーク方法には、ローラやプッシャー等を使用して基板に影響を与える接触式方法と、レーザやスチーム等を使用して基板を加熱した後、冷却させる非接触式方法がある。

ところで、接触式ブレーク工程は、基板に物理的衝撃を加えることにより、表面不良が発生されたり、誤差発生及び適用不可能な範疇が大きいという問題点がある。

また、従来の非接触式ブレーク工程では、基板の熱変化による膨張収縮を利用するが、熱変化による引張力の小さい材料では、効果の少ない問題点がある。
WO2004/067243

そこで、本発明は、前記の問題点を解決するためのものであって、スクライブラインが形成された基板に加熱または冷却を行って、効率的に基板をブレークすることができるとともに、ブレーク後の基板断面の品質を向上させることができる基板ブレーク装置及び方法を提供することをその目的とする。

上記目的を達成するために、本発明の基板ブレーク装置は、スクライブラインが形成された基板の第１面を加熱する第１の熱伝達素子、及び前記基板の前記第１面と反対側の面であってスクライブラインが形成されていない第２面を冷却する第２の熱伝達素子を含む基板のブレーク装置であって、前記第１の熱伝達素子は前記基板の前記第１面に接触した状態で前記基板の前記第１面を加熱し、前記第２の熱伝達素子は前記基板の前記第２面に接触した状態で前記基板の前記第２面を冷却する。

当該装置によれば、基板の第１面側は第１の熱伝達素子により加熱されて膨張し、圧縮応力領域が形成され、基板の第２面側は第２の熱伝達素子により冷却されて収縮し、引張応力領域が形成される。加熱側と冷却側の急峻な温度勾配により、加熱された基板の第１面側から冷却された基板の第２面側に向けて引張応力が発生し、基板の第１面に形成されたスクライブラインのクラックが伸展を開始して引張応力領域に達すると、スクライブラインに対し直交する両方向に引張応力が作用し、基板の第２面側に向かってスクライブラインのクラックを伸展させて基板を分断することができる。

また、本発明の基板ブレーク装置は、表面にスクライブラインがそれぞれ形成された第１基板と第２基板の裏面同士を貼り合わせた貼り合わせ基板であって、前記第１基板の表面を加熱または冷却する第１の熱伝達素子、及び前記第２基板の表面を前記第１基板とは逆に冷却または加熱する第２の熱伝達素子を含む基板のブレーク装置であって、前記第１の熱伝達素子は前記第１基板の表面に接触した状態で前記第１基板の表面を加熱または冷却し、前記第２の熱伝達素子は前記第２基板の表面に接触した状態で前記第２基板の表面を冷却または加熱する。

当該装置によれば、貼り合わせ基板についても、効率的に精度良くスクライブラインのクラックを伸展させることができる。

一方、上記目的を達成するために、本発明の基板ブレーク方法は、スクライブラインが形成された基板の第１面を加熱すると同時に、前記基板の前記第１面と反対側の面であってスクライブラインが形成されていない第２面を冷却する基板のブレーク方法であって、前記基板の前記第１面に接触する第１の熱伝達素子によって接触された前記基板の前記第１面を加熱するとともに、前記基板の前記第２面に接触する第２の熱伝達素子によって接触された前記基板の前記第２面を冷却する。

また、上記目的を達成するために、本発明の基板ブレーク方法は、表面にスクライブラインがそれぞれ形成された第１基板と第２基板の裏面同士を貼り合わせた貼り合わせ基板の前記第１基板の表面を加熱または冷却すると同時に、前記第２基板の表面を前記第１基板とは逆に冷却または加熱する基板のブレーク方法であって、前記第１基板の表面に接触する第１の熱伝達素子によって接触された前記第１基板の表面を加熱または冷却するとともに、前記第２基板の表面に接触する第２の熱伝達素子によって接触された前記第２基板の表面を冷却または加熱する。

本発明の基板のブレーク装置及び方法によると、スクライブラインが形成された基板に加熱および冷却を行い、熱膨張による圧縮応力と冷却による引張応力を発生させることにより基板に応力変化を与え、スクライブラインのクラックを効果的に伸展させて効率的に基板をブレークすることができるとともに、ブレーク後の基板断面の品質を向上させることができる。

本発明の一実施例に係り、概略的な構成を示した基板のブレーク装置において、各熱伝達素子が加熱または冷却を行う様子を示した側面図である。 基板の第１面にホイールカッターによりスクライブラインを形成する様子を模式的に示した図である。 図２に示すスクライブライン形成後の基板のＡ―Ａ断面図である。 スクライブライン形成後の基板断面の応力分布を示した図である。 加熱及び冷却時における基板の内部の状態を模式的に示した図である。 加熱及び冷却により変化した基板断面の応力分布を示した図である。 （ａ）本発明の一実施例に係り、概略的な構成を示した基板のブレーク装置において、各熱伝達素子が貼り合わせ基板を加熱または冷却を行う様子を示した側面図である。（ｂ）第１基板が分離した状態を模式的に示した側面図である。（ｃ）は、貼り合わせ基板を反転後に、第２基板が分離した状態を模式的に示した側面図である。

以下、本発明の好ましい実施例を添付された図面を参照して詳しく説明する。まず、各図の構成要素 に参照符号を付加するに当たり、同一の構成要素に対しては、たとえ他の図上に表示されても、可能な限り同一の符号を有するようにする。また、以下で本発明の好ましい実施例を説明するが、本発明の技術的思想はこれに限定または制限されず、通常の技術者により変形されて様々に実施され得ることは勿論である。

図1は、本発明の一実施例に係り、概略的な構成を示した基板のブレーク装置において、各熱伝達素子が加熱または冷却を行う様子を示す側面図である。

図1では、本発明を概念的に明確に理解するために、主な特徴部分のみを明確に図示したものであり、その結果、図解の様々な変形が予想され、図に図示された特定の形状により、本発明の範囲が制限される必要はない。

図1を参照してみてみると、本発明の一実施形態に係る基板のブレーク装置１００は、スクライブラインＳＬが形成された基板Ｐの第１面Ｆ１を加熱する第１の熱伝達素子１０と、基板Ｐの第１面Ｆ１と反対側の面であってスクライブラインＳＬが形成されていない第２面Ｆ２を冷却する第２の熱伝達素子２０を含む。

本実施例では、基板Ｐとして厚み０．１ｍｍ～０．５ｍｍの平板状のガラス基板を使用する。なお、本実施例においては、ガラス基板を使用しているが、ガラス基板に限らず、セラミックス、シリコン等の脆性材料基板であってもよい。基板Ｐには、基板Ｐの切断予定線に沿って、予めスクライブラインＳＬが形成される。本実施例においては、基板ＰにスクライブラインＳＬを形成する方法として、ホイールカッターを利用して加工しているが、これに限らず、レーザを利用して加工する方式等であってもよい。

第１の熱伝達素子１０は、スクライブラインＳＬが形成された基板Ｐの第１面Ｆ１を加熱する。加熱温度は、６０℃～９０℃の範囲であり、好ましくは７０℃～８０℃の範囲である。

第２の熱伝達素子２０は、基板Ｐの第１面Ｆ１と反対側の面であってスクライブラインが形成されていない第２面Ｆ２を冷却する。冷却温度は、０℃～３０℃の範囲であり、好ましくは５℃～２０℃の範囲である。

そして、第１の熱伝達素子１０は基板Ｐの第１面Ｆ１に接触した状態で基板Ｐの第１面Ｆ１を加熱し、第２の熱伝達素子２０は基板Ｐの第２面Ｆ２に接触した状態で基板Ｐの第２面Ｆ２を冷却する。

これにより、加熱側と冷却側とで急峻な温度勾配が発生し、基板Ｐに作用する応力が基板Ｐの第１面Ｆ１側と第２面Ｆ２側とで互いに異なって発生する。すなわち、図１に示すように、基板Ｐの第１面Ｆ１側が加熱されているとき、第１面Ｆ１側では基板Ｐが熱膨張して圧縮応力領域が形成され、基板Ｐの第２面Ｆ２側が冷却されているとき、第２面Ｆ２側では基板Ｐが熱収縮して引張応力領域が形成される。

そして、基板Ｐの第１面Ｆ１が第１の熱伝達素子１０によって接触されて加熱され、基板Ｐの第２面Ｆ２が第２の熱伝達素子２０によって接触されて冷却されることにより、温風または冷風等を利用した非接触式熱伝達に比べてエネルギー損失が少なく、基板Ｐに実際に適用される温度の測定が正確になされる長所がある。

本実施例で、第１の熱伝達素子１０及び第２の熱伝達素子２０は、それぞれ電気的方式により発熱または冷却を行う熱電素子が使用される。制御部（図示せず）は熱電素子で構成された第１の熱伝達素子１０及び第２の熱伝達素子２０と電気的に連結され、第１の熱伝達素子１０及び第２の熱伝達素子２０の発熱または冷却を制御する。第1の熱伝達素子１０及び第２の熱伝達素子２０が電気的に制御されることにより、基板Ｐの加熱または冷却温度を精密に制御することができる。

第１の熱伝達素子１０及び第２の熱伝達素子２０の大きさ及び個数は、基板Ｐの大きさ及び材質等を考慮して適切に変更することができる。

このような構成を有する基板のブレーク装置１００の作用について説明すると、次の通りである。

図２は、基板の第１面にホイールカッターによりスクライブラインを形成する態様を模式的に示した図である。図３は、図２に示すスクライブライン形成後の基板のＡ―Ａ断面図である。図４は、スクライブライン形成後の基板断面の応力分布を示した図である。図５は、加熱及び冷却時における基板の内部の状態を模式的に示した図である。図６は、加熱及び冷却により変化した基板断面の応力分布を示した図である。

図２に示す方法で、ホイールカッターＨＣにより基板Ｐの第１面Ｆ１にスクラブラインＳＬを形成すると、図３の示すとおり、基板Ｐの第１面Ｆ１にクラックＣＲが形成される。このように、ホイールカッターＨＣによりスクライブラインＳＬを形成した後には、図４に示すように、基板Ｐの第１面Ｆ１の付近は、スクライブによる塑性変形域の影響により圧縮方向の応力を有している。そして、この圧縮応力に対して均衡を保つように基板内部には引張方向の応力が残留している。

このような状態から、図１に示すように、第１の熱伝達素子１０を基板Ｐの第１面Ｆ１に接触させて基板Ｐの第１面Ｆ１を加熱し、第２の熱伝達素子２０を基板Ｐの第２面Ｆ２に接触させて基板Ｐの第２面Ｆ２を冷却すると、図５に示すように、基板Ｐの第１面Ｆ１側は第１の熱伝達素子１０により加熱されて膨張し、圧縮応力領域Ｒ１が形成され、基板Ｐの第２面Ｆ２側は第２の熱伝達素子２０により冷却されて収縮し、引張応力領域Ｒ２が形成される。このような加熱側と冷却側の急峻な温度勾配により発生した熱応力により、図６に示すように基板Ｐの第１面Ｆ１と第２面Ｆ２及び基板Ｐ内部の応力分布に変化が生じ、加熱された基板Ｐの第１面Ｆ１側から冷却された基板Ｐの第２面Ｆ２側に向けて引張応力が発生して、基板Ｐの第１面に形成されたスクライブラインＳＬのクラックＣＲが伸展を開始する。そして、伸展を開始したクラックＣＲが引張応力領域Ｒ２に達すると、スクライブラインＳＬに対し直交する両方向に引張応力ＴＳが作用し、基板Ｐの第２面Ｆ２側に向かってスクライブラインＳＬのクラックＣＲが伸展して基板Ｐを分断することができる。

このように、本発明の基板のブレーク装置１００によると、スクライブラインＳＬが形成された基板Ｐに温度勾配を発生させることにより、効果的に基板Ｐを分離させることができ、特に線膨張係数が小さい材質の基板Ｐでも基板Ｐのブレーク工程を効果的に行うことができる。

また、基板Ｐのブレーク工程を物理的方法ではなく加熱および冷却による基板Ｐの膨張および収縮を利用して行うことにより、ブレーク工程時に基板Ｐの損傷を防止することができ、従来の物理的なブレーク工程を利用することができない装備にも適用が可能であり、スクライブラインＳＬとブレークバーとの間の距離誤差の問題が発生しない等、ブレーク工程を簡単化させることができる効果がある。また、スクライブラインＳＬが弱い力で形成された基板Ｐに対しても効果的にブレーク工程を行うことができ、ブレーク工程時に基板Ｐに不要な負荷を与えないため、断面強度が維持されて断面品質を向上させることができる効果がある。

また、接触によって基板Ｐを加熱または冷却する熱電素子を使用することにより、熱伝達時のエネルギー損失が少なく、熱伝達物質による汚染の発生等が防止され、工程が簡便になり、基板Ｐの加熱または冷却を簡便かつ精密に制御し、効果的に基板Ｐをブレークすることができる効果がある。

以下では、本発明の一実施例による基板ブレーク方法を説明する。但し、本発明の一実施例に係る基板のブレーク装置１００で説明したものと同一の構成要素に対しては、その説明を省略する。

本発明の一実施例に係る基板ブレーク方法は、基板Ｐの第１面Ｆ１に接触する第１の熱伝達素子１０によって接触された基板Ｐの第１面Ｆ１を加熱すると同時に、基板Ｐの第１面Ｆ１と反対側の面であってスクライブラインＳＬが形成されていない第２面Ｆ２を基板の第２面に接触する第２の熱伝達素子によって冷却する。

第１の熱伝達素子１０及び第２の熱伝達素子２０に対しては、前述の本発明の一実施例による基板のブレーク装置１００と同一であるため、詳細な説明は省略する。

このような構成を有する基板ブレーク方法の作用及び効果に対しては、本発明の一実施例に係る基板のブレーク装置１００と同一であるため、詳細な説明は省略する。

次に、本発明の他の実施形態に係る基板のブレーク装置１００´を説明する。但し、本発明の一実施例に係る基板のブレーク装置１００で説明したものと同一の構成要素に対しては、その説明を省略する。

図７（ａ）は、本発明の一実施例に係り、概略的な構成を示した基板のブレーク装置において、各熱伝達素子が貼り合わせ基板を加熱または冷却を行う様子を示した側面図である。図７（ｂ）は、第１基板が分離した状態を示した側面図であり、図７（ｃ）は、貼り合わせ基板を反転後に、第２基板が分離した状態を示した側面図である。

本発明の他の実施形態に係る基板のブレーク装置１００´は、第１基板Ｐ１と第２基板Ｐ２の裏面同士を貼り合わせた貼り合わせ基板Ｐ´を分断する。第１基板Ｐ１と第２基板Ｐ２の表面にはそれぞれ予めスクライブラインＳＬ´が形成されている。図７（ａ）に示すとおり、本実施形態のブレーク装置１００´は、第１基板Ｐ１の表面を加熱または冷却する第１の熱伝達素子１０´と、第２基板Ｐ２の表面を第１基板Ｐ１とは逆に冷却または加熱する第２の熱伝達素子２０´を含む。

第１の熱伝達素子１０´は第１基板Ｐ１の表面に接触した状態で第１基板Ｐ１の表面を加熱または冷却し、第２の熱伝達素子２０´は第２基板Ｐ２の表面に接触した状態で第２基板Ｐ２の表面を第１基板Ｐ１とは逆に冷却または加熱する。

本実施例では、例えば、第１の熱伝達素子１０´を第１基板Ｐ１の表面に接触した状態で第１基板Ｐ１の表面を加熱し、第２の熱伝達素子２０´を第２基板Ｐ２の表面に接触した状態で第２基板Ｐ２の表面を冷却すると、第１基板Ｐ１の表面側が熱伝達素子１０´により加熱されて膨張し、第２基板Ｐ２の表面側が第２の熱伝達素子２０´により冷却されて収縮し、加熱側と冷却側の急峻な温度勾配により発生した熱応力の変化により、第１基板Ｐ１の表面に形成されたスクライブラインＳＬ´のクラックＣＲ´が伸展して、図７（ｂ）に示すように、第１基板Ｐ１が分断される。

第１基板Ｐ１の分断が完了した後は、貼り合わせ基板Ｐ´を反転装置（図示せず）により反転し、図７（ｃ）に示すとおり、第２基板Ｐ２についても同様の方法でブレークを行う。なお、反転させる代わりに、ブレーク装置をもう一台隣接させて、貼り合わせ基板Ｐ´を隣接するもう一台のブレーク装置に搬送して、今度は第２基板Ｐ２の表面側を加熱し、第１基板Ｐ１の表面側を冷却して、第２基板Ｐ２についても同様の方法でブレークを行ってもよい。

本実施例においては、第１の熱伝達素子１０´を加熱源とし、第２の熱伝達素子２０´を冷却源としたが、第１の熱伝達素子１０´を冷却源とし、第２の熱伝達素子２０´を加熱源としてもよい。この場合は、貼り合わせ基板Ｐ´の第２基板Ｐ２が分断される。

また、本発明の他の実施例に係る基板ブレーク方法は、表面にスクライブラインＳＬ´がそれぞれ形成された第１基板Ｐ１と第２基板Ｐ２の裏面同士を貼り合わせた貼り合わせ基板の第１基板Ｐ１の表面に接触する第１の熱伝達素子１０´によって接触された第１基板Ｐ１の表面を加熱または冷却すると同時に、第２基板Ｐ２の表面を第２基板Ｐ２の表面に接触する第２の熱伝達素子２０´によって第１基板とは逆に冷却する。

第１の熱伝達素子１０´及び第２の熱伝達素子２０´に対しては、前述の本発明の他の実施例による基板のブレーク装置１００´と同一であるため、詳細な説明は省略する。

このような構成を有する基板ブレーク方法の作用及び効果に対しては、本発明の他の実施例に係る基板のブレーク装置１００´と同一であるため、詳細な説明は省略する。

以上の説明は、本発明の技術思想を例示的に説明したものに過ぎないものであり、本発明が属する技術分野において通常の知識を有する者であれば、本発明の本質的な特性から逸脱しない範囲内で様々な修正、変更、及び置換が可能であろう。したがって、本発明に開示された実施例及び添付された図面は、本発明の技術思想を限定するためのものではなく、一例として説明するためのものであり、このような実施例及び添付された図によって本発明の権利範囲が限定されるものではない。本発明の権利範囲は、特許請求の範囲によって解釈されるべきであり、それと同等の範囲内にある全ての技術思想は、本発明の権利範囲に含まれるものと解釈されるべきである。

１０ 第1の熱伝達素子
２０ 第2の熱伝達素子
１００ 基板のブレーク装置
Ｐ 基板
Ｐ１ 第１基板
Ｐ２ 第２基板
Ｆ１ 基板の第１面
Ｆ２ 基板の第２面
ＳＬ スクライブライン
ＨＣ ホイールカッター
Ｒ１ 圧縮応力領域
Ｒ２ 引張応力領域
ＣＲ クラック
ＴＳ 引張応力

Claims (4)

1. スクライブラインが形成された基板の第１面を加熱する第１の熱伝達素子、及び前記基板の前記第１面と反対側の面であってスクライブラインが形成されていない第２面を冷却する第２の熱伝達素子を含む基板のブレーク装置であって、
   前記第１の熱伝達素子は前記基板の前記第１面に接触した状態で前記基板の前記第１面を加熱し、前記第２の熱伝達素子は前記基板の前記第２面に接触した状態で前記基板の前記第２面を冷却することを特徴とする基板のブレーク装置。
2. 表面にスクライブラインがそれぞれ形成された第１基板と第２基板の裏面同士を貼り合わせた貼り合わせ基板であって、
   前記第１基板の表面を加熱または冷却する第１の熱伝達素子、及び前記第２基板の表面を前記第１基板とは逆に冷却または加熱する第２の熱伝達素子を含む基板のブレーク装置であって、
   前記第１の熱伝達素子は前記第１基板の表面に接触した状態で前記第１基板の表面を加熱または冷却し、前記第２の熱伝達素子は前記第２基板の表面に接触した状態で前記第２基板の表面を冷却または加熱することを特徴とする基板のブレーク装置。
3. スクライブラインが形成された基板の第１面を加熱すると同時に、前記基板の前記第１面と反対側の面であってスクライブラインが形成されていない第２面を冷却する基板のブレーク方法であって、前記基板の前記第１面に接触する第１の熱伝達素子によって接触された前記基板の前記第１面を加熱するとともに、前記基板の前記第２面に接触する第２の熱伝達素子によって接触された前記基板の前記第２面を冷却することを特徴とするブレーク方法。
4. 表面にスクライブラインがそれぞれ形成された第１基板と第２基板の裏面同士を貼り合わせた貼り合わせ基板の前記第１基板の表面を加熱または冷却すると同時に、前記第２基板の表面を前記第１基板とは逆に冷却または加熱する基板のブレーク方法であって、前記第１基板の表面に接触する第１の熱伝達素子によって接触された前記第１基板の表面を加熱または冷却するとともに、前記第２基板の表面に接触する第２の熱伝達素子によって接触された前記第２基板の表面を冷却または加熱することを特徴とする基板ブレーク方法。

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