專利名稱：脆性材料基板的內周加工方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種對脆性材料基板沿作為內周的內側輪廓線對該基板進行切除的內周加工方法。特別是涉及一種用于例如從方形基板加工出資訊記憶裝置用的環(huán)狀基板的工藝。此處所謂的基板除玻璃基板外，也包含陶瓷、單晶硅、半導體晶圓、藍寶石等材料。
背景技術：
用于硬盤等的玻璃制環(huán)狀基板，是進行從方形玻璃基板切出圓形的加工來形成。在對玻璃基板進行沿著圓等封閉曲線切出的內周加工的情形時，首先，是對基板的單側表面(第I面)沿作為內側輪廓線的圓使用左右刃角相異的刀輪(scribing wheel)加工出在深度方向傾斜的切線(劃線)。其次，從設有切線的面加熱使其變形，藉由此變形使沿著切線形成的裂痕(crack)滲透至相反側的面(第2面)。之后，以按壓構件按壓以內側輪廓線圍繞的部分以進行切成圓形的加工(參照專利文獻I)。以此方式形成具有內周圓與外周圓的環(huán)狀玻璃基板時，首先，從方形基板沿著作為外周圓的外側輪廓線以上述方法 進行切除加工，接著重復相同方法，沿著作為內周圓的內側輪廓線進行切除加工，以形成環(huán)狀基板。亦即，是進行二次內周加工。此外，在從基板切出封閉曲線形狀時，作為可對基板劃出較一般劃線輪(scribingwheel、亦稱cutter wheel)更能使裂痕深入的切線(裂痕)的劃線輪，一種在盤狀刀輪的刃口棱線周期性的形成有相對刀輪的軸心方向傾斜的槽的具傾斜槽的劃線輪已實用化(參照專利文獻2)。圖9A至圖9C是顯示具傾斜槽的劃線輪22的刃口的圖。圖9A為主視圖、圖B為側視圖、圖9C為A-A線剖面圖。此具有傾斜槽的劃線輪22是使槽22a的切除面22b相對軸心22c傾斜，以使切除量在棱線兩側不均等。具體而言，是對I 20mm的刀輪徑，將槽間距設在20 iim 200 iim的范圍。進一步的，如圖9C所示，針對左右的槽深度hi、h2則是將hi設在2 ii m 2500 u m、h2設在I U m 20 u m0藉由使用此種特殊刃口(稱為高滲透刃口)的劃線輪，可形成滲透至一般無槽劃線輪事實上無法到達的深度的裂痕。作為使用上述高滲透刃口的環(huán)狀加工品的加工方法，已揭露了一種將較內側輪廓線外側的環(huán)狀區(qū)域加熱，并使用以噴射冷媒的噴嘴接近較內側輪廓線內側的中心區(qū)域上方，從噴嘴對中心區(qū)域噴射冷媒以使其冷卻收縮，據(jù)以進行分離中心區(qū)域的中心切除工藝(參照專利文獻3)。再者，也揭露了一種作為在僅以冷媒噴射的冷卻無法分離中心區(qū)域時的輔助手段，為強制分離中心區(qū)域而降下噴嘴，使噴嘴前端抵接于中心區(qū)域并予按壓，以使其機械性分離的方法。在切除內側輪廓線(封閉曲線)內側中心區(qū)域的內周加工中，不僅要能確實分離中心區(qū)域，優(yōu)異的分離面加工品質是非常重要的。
專利文獻3中記載的從配置在中心區(qū)域上方的冷媒噴射嘴朝向中心區(qū)域噴射冷媒，據(jù)以進行分離的中心切除方法，截至今日在板厚0. 5mm 2mm程度的玻璃基板中心切除加工中廣泛的被使用，特別是在直徑為20_程度的內圓周的切除加工中，被視為是可信賴的加工方法。然而，在用于硬盤等的環(huán)狀玻璃基板的內周加工中，對于欲切除的內周圓的直徑被期望能切除較目前更小的直徑，具體而言，被要求能以例如15mm以下、較佳為9mm程度的直徑進行內周加工。一般而言，在內周加工中欲切除的中心區(qū)域的面積越大、中心區(qū)域本身的重量也越大，較易分離，因此若是中心區(qū)域直徑為20mm程度的話，先前僅以噴嘴的冷媒噴射形成的收縮作用即能確實的加以分離。然而，當內周圓的直徑小至15mm程度時,僅使用冷媒噴射的冷卻會產(chǎn)生無法完全分離的情形，因此，過去常見到必須降下噴嘴抵接于中心區(qū)域并按壓以進行強制分離的案 例。此時，若增加噴嘴抵接于基板時的按壓力、或瞬間的將噴嘴抵接于基板的話，雖能確實的分離中心區(qū)域，但卻會在分離面(內周面)產(chǎn)生缺口而在加工品質面產(chǎn)生問題。先行技術文獻[專利文獻I]日本專利第2785906號公報[專利文獻2]日本專利第2989602號公報[專利文獻3]特開2009-190905號公報

發(fā)明內容
本發(fā)明的目的在于，克服現(xiàn)有的脆性材料基板的內周加工方法存在的缺陷，而提供一種新的脆性材料基板的內周加工方法，所要解決的技術問題是使其在進行切除內側輪廓線(封閉曲線)內側的內周加工時，能確實的分離中心區(qū)域、且分離面不會產(chǎn)生缺口，非常適于實用。本發(fā)明的目的及解決其技術問題是采用以下技術方案來實現(xiàn)的。依據(jù)本發(fā)明提出的一種脆性材料基板的內周加工方法，是由下列步驟構成(a)使用在劃線輪的刃口棱線周期性的形成有相對劃線輪的軸心方向傾斜的槽的劃線輪，在脆性材料基板的第I面上形成作為內周的內側輪廓線的劃線的劃線步驟；(b)以為了與該內側輪廓線內側的中心區(qū)域非接觸而設有孔的板支承該基板，并對該中心區(qū)域賦予壓力的增壓步驟；以及(C)在增壓的狀態(tài)下，冷卻該中心區(qū)域使其收縮以分離該中心區(qū)域的中心切除步驟。本發(fā)明的目的及解決其技術問題還可采用以下技術措施進一步實現(xiàn)。前述的脆性材料基板的內周加工方法，其中所述的內側輪廓線是直徑為15mm以下的圓形。前述的脆性材料基板的內周加工方法，其中在(b)的增壓步驟中，可以設在板的加熱機構加熱內側輪廓線的外側區(qū)域。如此，由于能加大中心區(qū)域與外側區(qū)域的溫度差，因此斜向裂痕易于滲透，能更為確實的進行分離。在上述發(fā)明的(b)的增壓步驟中，對中心區(qū)域的增壓可藉由將形成有冷卻媒體的流入路的金屬構件按壓于中心區(qū)域以賦予壓力；在(C)的中心切除步驟中，中心區(qū)域的冷卻可藉由對金屬構件的冷卻媒體的流入路導入冷卻媒體來進行。如此，在未將冷卻媒體導入金屬構件的狀態(tài)下進行按壓，在按壓后將冷卻媒體導入當該金屬構件的流入路，即能在先增壓的常態(tài)下進行冷卻。本發(fā)明與現(xiàn)有技術相比具有明顯的優(yōu)點和有益效果。借由上述技術方案，本發(fā)明脆性材料基板的內周加工方法至少具有下列優(yōu)點及有益效果根據(jù)本發(fā)明，在劃線步驟，首先使具有傾斜槽的劃線輪滾動以在脆性材料基板單側面的第I面，形成由在深度方向(基板的厚度方向)深深滲透的斜向裂痕構成的劃線(scribe line)，據(jù)此形成作為內周的內側輪廓線。斜向裂痕是形成為從第I面?zhèn)仍酵疃确较蛟较蛲鈹U張。藉由具有傾斜槽的劃線輪的使用，所形成的劃線可以是相對基板厚度為例如30%以上、較佳為40%以上、更佳為50%以上(一般為80%以上)深度的深裂痕。 接著，在增壓步驟，將形成有內側輪廓線的劃線的基板裝載于設有孔的板以支承基板。藉由將板的孔設為與內側輪廓線內側的中心區(qū)域非接觸的大小，能通過此孔分離中心區(qū)域。其次，對以板支承的基板中心區(qū)域賦予壓力。雖然增壓是以按壓構件按壓中心區(qū)域即可，但此時間點為作成在施加壓力的狀態(tài)下中心區(qū)域不至于分離，因此按壓力是抑制得較低。亦即，在次一步驟進行對中心區(qū)域的冷卻而使其收縮前的階段，是經(jīng)過一先對中心區(qū)域進行增壓而未進行積極的冷卻的狀態(tài)。接著，在中心切除步驟，在增壓狀態(tài)下冷卻中心區(qū)域使其收縮。其結果是，中心區(qū)域被充分冷卻而斜向裂痕滲透，在到達背面時，由于中心區(qū)域是被按壓的狀態(tài)，因此中心區(qū)域即一下子被分離。如前面所述，藉由先對中心區(qū)域賦予壓力、接著再冷卻中心區(qū)域，即能避免在冷卻不充分的狀態(tài)下，以強的按壓力或瞬間的按壓力勉強進行分離而導致缺口的產(chǎn)生等不良情形，進行加工品質優(yōu)異的內周加工。綜上所述，本發(fā)明是有關于一種脆性材料基板的內周加工方法，是在進行切除內側輪廓線內側中心區(qū)域的內周加工時，能確實分離中心區(qū)域、且分離面不會產(chǎn)生缺口的內周加工方法。是進行(a)使用在劃線輪的刃口棱線周期性的形成有相對劃線輪的軸心方向傾斜的槽22a的劃線輪22，在脆性材料基板G的第I面上形成作為內周的內側輪廓線的劃線Cl的劃線步驟；(b)以為了與內側輪廓線Cl內側的中心區(qū)域GO非接觸而設有孔49的板42支承基板G，并對中心區(qū)域GO賦予壓力W的增壓步驟；(c)在增壓W的狀態(tài)下，冷卻中心區(qū)域GO使其收縮以分離中心區(qū)域GO的中心切除步驟。本發(fā)明在技術上有顯著的進步，具有明顯的積極效果，誠為一新穎、進步、實用的新設計。上述說明僅是本發(fā)明技術方案的概述，為了能夠更清楚了解本發(fā)明的技術手段，而可依照說明書的內容予以實施，并且為了讓本發(fā)明的上述和其他目的、特征和優(yōu)點能夠更明顯易懂，以下特舉較佳實施例，并配合附圖，詳細說明如下。


圖I是顯示實施本發(fā)明加工方法的加工系統(tǒng)的一例的全體構成的概略圖。圖2是顯示圖I的加工系統(tǒng)中的劃線裝置的概略構成的圖。
圖3是顯示圖I的加工系統(tǒng)中的折斷裝置的概略構成的圖。圖4A至圖4B是顯示圖3的折斷裝置的環(huán)狀板的構成的圖。圖5是顯示使用劃線裝置的加工狀態(tài)的圖。圖6是顯示使用折斷裝置的一加工狀態(tài)的圖。圖7是顯示使用折斷裝置的另一加工狀態(tài)的圖。圖8是顯示使用折斷裝置的又一加工狀態(tài)的圖。圖9A至圖9C是顯示具傾斜槽的劃線輪的刃口的圖。I :基板搬入部2 :劃線裝置 3 :折斷裝置4 :基板搬出部5:搬送機器人11:裝載臺12 :劃線頭13 :旋轉臺14 :旋轉驅動機構15 X載臺16 :X載臺驅動機構17:Y載臺18 Y載臺驅動機會22 :具有傾斜槽的劃線輪22a :槽2 :切除面22c :軸心23 :輪支承機構24、54 :機械臂 25 :框架42 :環(huán)狀板43:中心切除機構46 :上面47 :吸附孔48 :加熱器49 :孔51 :空氣噴射器 52 :噴嘴53 :保持具55 :升降機構Cl:內周圓d :直徑D:直徑G:基板G0:中心區(qū)域J :冷媒MSl :加工系統(tǒng)
具體實施例方式為更進一步闡述本發(fā)明為達成預定發(fā)明目的所采取的技術手段及功效，以下結合附圖及較佳實施例，對依據(jù)本發(fā)明提出的脆性材料基板的內周加工方法其具體實施方式
、方法、步驟、特征及其功效，詳細說明如后。有關本發(fā)明的前述及其他技術內容、特點及功效，在以下配合參考圖式的較佳實施例的詳細說明中將可清楚呈現(xiàn)。通過具體實施方式
的說明，應當可對本發(fā)明為達成預定目的所采取的技術手段及功效獲得一更加深入且具體的了解，然而所附圖式僅是提供參考與說明之用，并非用來對本發(fā)明加以限制。以下，參照圖式說明本發(fā)明的實施形態(tài)。此處，是以對圓板狀玻璃基板G的中心部，切除15mm內圓周的內周加工為例進行說明。此種內周加工，是適用于制造例如用于硬盤的玻璃制環(huán)狀基板的場合。圖I是顯示適于本發(fā)明加工方法的加工系統(tǒng)MSl的全體構成的概略圖。加工系統(tǒng)MSl是由基板搬入部I、劃線裝置2、折斷裝置3、基板搬出部4及搬送機器人5構成。在基板搬入部I設有用以收納基板G的收納匣，其中搬入了進行內周加工前的多片基板G。劃線裝置2，使用圖9A至圖9C所示的具有傾斜槽的劃線輪22在基板G形成作為內側輪廓線的劃線。此處，是將15mm的圓作為內側輪廓線刻于基板G的第I面。關于劃線裝置2的具體構成留待后敘。折斷裝置3，對形成有內側輪廓線的基板G進行內側輪廓線內側中心區(qū)域的切除。關于折斷裝置3的具體構成也留待后敘。基板搬出部4，與基板搬入部I同樣的設有收納基板G的收納匣，搬出經(jīng)中心切除加工的基板G。
搬送機器人5，以前端裝備有真空吸附機構的機械臂一次保持一片加以搬送，以進行基板搬入部I、劃線裝置2、折斷裝置3、基板搬出部4的各部件間的搬送。其次，說明劃線裝置2。圖2是顯示圖I的加工系統(tǒng)中的劃線裝置的概略構成的圖。劃線裝置2具有裝載臺11與劃線頭12。裝載臺11具備旋轉臺13、旋轉驅動機構14、搭載X載臺的Y載臺17、及Y載臺驅動機構18，旋轉裝載于旋轉臺13上的基板G或在XY方向并進移動，以相對劃線頭12移動基板G。劃線頭12，由具有傾斜槽的劃線輪22 (高滲透刃口)、具備用以調整具有傾斜槽的劃線輪22對裝載在旋轉臺13上的基板G的壓接荷重的輪支承機構23、以及調整輪支承機 構23及具有傾斜槽的劃線輪22的位置的機械臂24構成。具有傾斜槽的劃線輪22 (參照圖9A至圖9C)，如前所述，沿著劃線輪22的刃口棱線，周期性的形成有相對劃線輪的軸心方向傾斜的槽22a。由在刃口棱線形成有槽，與使用無槽刃口的情形相比較能使裂痕在板厚方向的滲透深度更深，此外，藉由使此槽相對軸心傾斜，可使形成的裂痕成為斜向裂痕。藉由此種具有傾斜槽的劃線輪22的使用，若板厚是到2mm程度的玻璃基板的話，能簡單的形成具有板厚的50%程度、或更深的滲透深度的裂痕(劃線)。劃線輪22的滾動方向，如后面所述，為了使切除內側輪廓線(封閉曲線)時封閉曲線的內側會掉落而能進行中心切除，是使裂痕往深度方向越滲透越向外側擴張的方向傾斜。具體而言，是使劃線輪22往槽22a的深側朝向封閉曲線外側的方向滾動，據(jù)以使裂痕隨著往深度方向滲透而向封閉曲線外側擴張的方向傾斜。輪支承機構23內藏有使用彈簧的按壓荷重調整機構(未圖示)，藉由調整基板G與具有傾斜槽的劃線輪22間的壓接力，而能調整形成于基板G的裂痕的滲透深度。機械臂24被支承于框架25，可與X載臺驅動機構16及Y載臺驅動機構18—起動作以調整具有傾斜槽的劃線輪22對裝載臺11的位置。亦即，以機械臂24調整具有傾斜槽的劃線輪22的位置，藉由使旋轉臺13旋轉而能在基板G刻劃出具有所欲直徑的圓(內側輪廓線)。又藉由使裝載臺11的X載臺15、Y載臺17并進，可移動至能在與搬送機器人5(參照圖I)之間進行基板G的收授的位置。其次，說明折斷裝置3。圖3是顯示顯示圖I的加工系統(tǒng)中的折斷裝置3的概略構成的圖。
折斷裝置3是由環(huán)狀板42與中心切除機構43構成。圖4A至圖4B是顯示圖3的折斷裝置的環(huán)狀板的構成的圖，圖4A為立體圖、圖4B為剖面圖。在被內圓周與外圓周圍繞的環(huán)狀板42的上面46形成有多個吸附孔47，可在裝載基板G時加以固定。在環(huán)狀板42內部內減有加熱器48,用以加熱所裝載的基板G中、與上面46接觸的區(qū)域。環(huán)狀板42的中央，為了使欲從基板G切除的中心區(qū)域GO (直徑15mm的圓板)在分離時能掉落，是作成較中心區(qū)域GO的最大直徑更大的直徑的孔49，具體而言，形成有作為直徑20mm的內周面的孔49。中心切除機構43，是由通過供應線(未圖示)供應經(jīng)冷卻的空氣(冷媒)的空氣噴射器51、噴射經(jīng)冷卻的空氣的噴嘴52、支承空氣噴射器51及噴嘴52的保持具53、以及通過機械臂54使保持具53升降的升降機構55構成。噴嘴52的前端部分是以較基板G軟的樹脂(例如鐵氟龍(注冊商標)樹脂)形成，以避免在噴嘴52抵接于基板G時造成基板G 的損傷。噴嘴52前端的直徑d是形成為較基板G的中心區(qū)域GO的直徑D小，如此，能僅將裝載于環(huán)狀板42的基板G的中心區(qū)域GO以噴嘴52的前端壓向下方。此外，在保持具53內藏有緩沖機構，在噴嘴52抵接于基板G時，不會有一定以上的按壓力施加至基板G。接著，以圖式說明使用上述加工系統(tǒng)MSl的劃線裝置2與折斷裝置3的本發(fā)明的內周工方法的程序。首先，如圖5所示，圖5是顯示使用劃線裝置的加工狀態(tài)的圖。對從基板搬入部I搬送至劃線裝置2的旋轉臺13上的基板G，以具有傾斜槽的劃線輪22在基板G的第I面形成作為內側輪廓線的內周圓Cl。此時，是形成能滲透至基板板厚一半程度、并隨著往深度方向前進而往外側擴張的斜向裂痕。接著，如圖6所示，圖6是顯示使用折斷裝置的一加工狀態(tài)的圖。將基板G從劃線裝置2搬至折斷裝置3，裝載于環(huán)狀板42。此時，是以基板G的中心區(qū)域GO位于孔49上的方式對準環(huán)狀板42及基板G的中心軸的位置，以搬送機器人5裝載基板G。環(huán)狀板42是將溫度設定為中心區(qū)域GO不至于從基板G突然掉落。亦即，過度加熱的話斜向裂痕會滲透至背面而在此階段完全分離，因此溫度的設定須避免此情形的發(fā)生。當基板G薄時，可不加熱。接著，如圖7所示，圖7是顯示使用折斷裝置的另一加工狀態(tài)的圖。在賦予壓力W的狀態(tài)下從噴嘴52噴射冷媒J，以冷卻中心區(qū)域G O。其結果，中心區(qū)域GO即因冷卻作用而收縮，斜向裂痕滲透。不久后，在斜向裂痕到達背面時中心區(qū)域GO即分離。如此，不會有在冷卻不足的狀態(tài)下以沖擊性的按壓力強行進行分離的情形，因此能進行不會在內周面產(chǎn)生缺口的分離。在上述實施形態(tài)中，雖是使噴射冷媒的噴嘴52下降以對中心區(qū)域賦予壓力W，但也可另外設置與噴嘴52不同的棒狀按壓構件來賦予壓力。上述實施形態(tài)中作為冷卻手段雖是使用冷媒噴射嘴，但也可以帕耳帖(Peltier)元件來進行冷卻。此外，上述實施形態(tài)雖是進行直徑15mm程度的內周加工，但也可進行更小直徑的內周加工。例如，已確認了在0. 9mm程度下也能以高可靠性進行內周加工。本發(fā)明內周加工并不限于圓形，也可以是橢圓或其他封閉曲線。
產(chǎn)業(yè)上的可利用性本發(fā)明可在對以玻璃基板為首的脆性材料基板進行圓形等切除的內周加工時加以利用。以上所述，僅是本發(fā)明的較佳實施例而已，并非對本發(fā)明作任何形式上的限制，雖 然本發(fā)明已以較佳實施例揭露如上，然而并非用以限定本發(fā)明，任何熟悉本專業(yè)的技術人員，在不脫離本發(fā)明技術方案范圍內，當可利用上述揭示的技術內容作出些許更動或修飾為等同變化的等效實施例，但凡是未脫離本發(fā)明技術方案內容，依據(jù)本發(fā)明的技術實質對以上實施例所作的任何簡單修改、等同變化與修飾，均仍屬于本發(fā)明技術方案的范圍內。
權利要求
1.ー種脆性材料基板的內周加工方法，其特征在于其包括以下步驟 (a)使用在劃線輪的刃ロ棱線周期性的形成有相對劃線輪的軸心方向傾斜的槽的劃線輪，在脆性材料基板的第I面上形成作為內周的內側輪廓線的劃線的劃線步驟； (b)以為了與該內側輪廓線內側的中心區(qū)域非接觸而設有孔的板支承該基板，并對該中心區(qū)域賦予壓力的增壓步驟；以及 (C)在增壓的狀態(tài)下，冷卻該中心區(qū)域使其收縮以分離該中心區(qū)域的中心切除步驟。
2.根據(jù)權利要求I所述的脆性材料基板的內周加工方法，其特征在于其中所述的內側輪廓線是直徑15mm以下的圓形。
3.根據(jù)權利要求I或2所述的脆性材料基板的內周加工方法，其特征在于其中在所述的(b)的增壓步驟中，以設置于該板的加熱機構加熱該內側輪廓線的外側區(qū)域。
4.根據(jù)權利要求I或2所述的脆性材料基板的內周加工方法，其特征在于其中在所述的(b)的增壓步驟中，對該中心區(qū)域的增壓是藉由將形成有冷卻媒體的流入路的金屬構件按壓于該中心區(qū)域以賦予壓カ； 在該(c)的中心切除步驟中，該中心區(qū)域的冷卻是藉由對該金屬構件的該冷卻媒體的流入路導入冷卻媒體來進行。
5.根據(jù)權利要求3所述的脆性材料基板的內周加工方法，其特征在于其中在所述的(b)的增壓步驟中，對該中心區(qū)域的增壓是藉由將形成有冷卻媒體的流入路的金屬構件按壓于該中心區(qū)域以賦予壓カ； 在該(C)的中心切除步驟中，該中心區(qū)域的冷卻是藉由對該金屬構件的該冷卻媒體的流入路導入冷卻媒體來進行。
全文摘要
本發(fā)明是有關于一種脆性材料基板的內周加工方法，是在進行切除內側輪廓線內側中心區(qū)域的內周加工時，能確實分離中心區(qū)域、且分離面不會產(chǎn)生缺口的內周加工方法。是進行(a)使用在劃線輪的刃口棱線周期性的形成有相對劃線輪的軸心方向傾斜的槽22a的劃線輪22，在脆性材料基板G的第1面上形成作為內周的內側輪廓線的劃線C1的劃線步驟；(b)以為了與內側輪廓線C1內側的中心區(qū)域G0非接觸而設有孔49的板42支承基板G，并對中心區(qū)域G0賦予壓力W的增壓步驟；(c)在增壓W的狀態(tài)下，冷卻中心區(qū)域G0使其收縮以分離中心區(qū)域G0的中心切除步驟。
文檔編號B28D7/02GK102729345SQ20121006290
公開日2012年10月17日 申請日期2012年3月7日 優(yōu)先權日2011年4月6日
發(fā)明者富永圭介 申請人:三星鉆石工業(yè)股份有限公司