JP5190089B2 - 基板切断装置、及び基板切断方法 - Google Patents
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Description
本発明は、基板切断装置、及び基板切断方法に関し、より詳しくは、レーザビームを用いてガラス基板を効果的かつ安定的に切断する基板切断装置及び基板切断方法に関する。
基板切断装置は、ガラス系の基板をベース基板として使用する平板表示装置を、所望の製品サイズに切断することに使用されている。平板表示装置は、有機発光表示装置（ｏｒｇａｎｉｃ ｌｉｇｈｔ ｅｍｉｔｔｉｎｇ ｄｉｏｄｅ ｄｉｓｐｌａｙ、ＯＬＥＤ ｄｉｓｐｌａｙ）及び液晶表示装置（ｌｉｑｕｉｄ ｃｒｙｓｔａｌ ｄｉｓｐｌａｙ、ＬＣＤ）などを含む。平板表示装置は、薄形化が可能であるという長所を有し、薄形化に対する要求がますます増大している。最近では、０．３ｍｍ以下の厚さを有する相対的に非常に薄いガラス基板を用いた平板表示装置に対する需要が増加している実情である。
一般に、基板切断装置は透明なガラス基板を切断するために、赤外線系のレーザである炭酸ガス（ＣＯ２）レーザと冷却手段を備えている。つまり、基板切断装置は炭酸ガスレーザで切断しようとするラインに沿ってガラス基板を瞬間加熱して、熱による圧縮応力を発生させ、再び冷却手段によって加熱された部位を瞬間的に冷却させて引張応力を発生させる。このような熱衝撃をガラス基板に加えると、微細なマイクロクラックが生じてガラス基板が切断される。
しかし、ガラス基板の厚さが薄くなるほど、温度差による応力でクラックを円滑に発生させて安定的にガラス基板を切断することが難しい。これは薄い厚さのガラスコップであるほど熱い水を注いでもよくこわれない原理と同一である。したがって、従来の基板切断装置は、薄形化の要求による相対的に非常に薄いガラス基板を用いた平板表示装置の切断が困難であるという問題点がある。
本発明は上記問題点に鑑みてなされたものであって、基板を効果的かつ安定的に切断できる基板切断装置を提供することにある。
また、上記した基板切断装置を使用して、基板を効果的かつ安定的に切断する基板切断方法を提供することにある。
本発明の実施形態による基板切断装置は、基板を支持するステージ（ｓｔａｇｅ）、前記基板に向かう短パルスレーザ（ｓｈｏｒｔ ｐｕｌｓｅ ｌａｓｅｒ）ビームを放出するレーザ発生部、及び前記短パルスレーザビームの光経路上に配置され、前記基板が切断される仮想の切断ラインに沿って前記基板上に予め設定された所定の光照射区間内で前記短パルスレーザビームが往復して照射されるように前記短パルスレーザビームをスイング（ｓｗｉｎｇ）させる光スイング部を含む。そして、前記光照射区間は、曲線区間及び直線区間のうちの一つ以上の区間を含む。
前記光スイング部によってスイングした前記短パルスレーザビームは、前記光照射区間内の前記基板の少なくとも一部を物理的に除去することができる。
前記光スイング部及び前記ステージのうちの一つ以上を前記基板と平行な方向に移送させる移送部をさらに含み、前記移送部によって前記光照射区間は、前記基板が切断される仮想の切断ラインに沿って移動することができる。
前記仮想の切断ラインは、直線、曲線、円、及び楕円のうちの一つ以上を含むことができる。
前記光スイング部によってスイングした前記短パルスレーザビームが、前記仮想の切断ラインに沿って前記基板の一部を除去するに先立って、前記基板を予め加熱するための追加のレーザビームを放出する追加のレーザ発生部をさらに含むことができる。
前記追加のレーザ発生部は、炭酸ガス（ＣＯ２）レーザとすることができる。
前記短パルスレーザビームは、２００ｎｍ〜９００ｎｍ範囲内に属する波長を有することができる。
前記短パルスレーザビームは、５０ｐｓ（ｐｉｃｏ ｓｅｃｏｎｄ）より短い単位照射時間と、０．１ＭＨｚ〜１００ＭＨｚ範囲内に属するパルス周波数とを有することができる。
前記短パルスレーザビームによって前記基板が除去された領域をクリーニングするクリーニング部をさらに含むことができる。
前記基板は、０．３ｍｍ以下の厚さを有し、ガラス系の素材で作られる。
前記基板は、０．４ｍｍ〜１．５ｍｍ範囲内の厚さを有するガラス系の素材で作られ、前記基板を両面加工することができる。
前記基板切断装置において、前記光スイング部は前記短パルスレーザビームを振って、前記基板に対する前記短パルスレーザビームの入射角を変化させることができる。
前記光スイング部は、前記レーザ発生部から放出した前記短パルスレーザビームを前記基板方向に反射させる反射部と、前記反射部を駆動する駆動部とを含むことができる。
前記駆動部は、複数の回転軸を有して前記反射部を駆動することができる。
前記複数の回転軸は、第１回転軸と、前記第１回転軸と交差する第２回転軸とを含むことができる。
また、本発明の実施形態による基板切断方法は、ステージに基板を装着する段階、光スイング部によって短パルスレーザビームをスイングさせて、前記基板が切断される仮想の切断ラインに沿って前記基板上に予め設定された所定の光照射区間内で前記短パルスレーザビームを往復させて照射する段階、及び前記光スイング部及び前記ステージのうちの一つ以上を移送させて、前記光照射区間を前記仮想の切断ラインに沿って移動させる段階を含み、前記光照射区間は、曲線区間及び直線区間のうちの一つ以上の区間を含むことができる。
前記仮想の切断ラインは、直線、曲線、円、及び楕円のうちの一つ以上を含むことができる。
前記光スイング部によってスイングした前記短パルスレーザビームは、前記光照射区間内の前記基板を物理的に除去することができる。
前記短パルスレーザビームによって前記基板が除去された領域をクリーニングする段階をさらに含むことができる。
前記短パルスレーザビームは、５０ｐｓより短い単位照射時間と、０．１ＭＨｚ〜１００ＭＨｚ範囲内に属するパルス周波数とを有することができる。
前記短パルスレーザビームは２００ｎｍ〜９００ｎｍ範囲内に属する波長を有することができる。
前記基板は、０．３ｍｍ以下の厚さを有し、ガラス系の素材で作られる。
前記基板は、０．４ｍｍ〜１．５ｍｍ範囲内の厚さを有するガラス系の素材で作られ、前記基板を前後面反転させて両面加工する段階をさらに含むことができる。
前記光スイング部によってスイングした前記短パルスレーザビームが、前記仮想の切断ラインに沿って前記基板の一部を除去するに先立って、追加のレーザビームによって前記基板を予め加熱する段階をさらに含み、前記追加のレーザビームは炭酸ガスレーザビームとすることができる。
前記基板切断方法において、前記光スイング部は前記短パルスレーザビームを振って、前記基板に対する前記短パルスレーザビームの入射角を変化させることができる。
前記光スイング部は、前記レーザ発生部から放出した前記短パルスレーザビームを前記基板方向に反射させる反射部と、前記反射部を駆動する駆動部とを含み、前記駆動部は複数の回転軸を有して前記反射部を駆動することができる。
前記複数の回転軸は、第１回転軸と、前記第１回転軸と交差する第２回転軸とを含むことができる。
本発明の実施形態によれば、基板切断装置はガラス基板を効果的かつ安定的に切断することができる。
また、本発明の実施形態による基板切断方法によれば、ガラス基板を効果的かつ安定的に切断することができる。
以下、添付した図面を参照して、本発明の種々の実施形態について本発明が属する技術分野で通常の知識を有する者が容易に実施できるように詳細に説明する。本発明は種々の相異な形態に実現でき、ここで説明する実施形態に限られない。
また、種々の実施形態において、同一の構成を有する構成要素に対しては同一の符号を付け、代表的に第１実施形態で説明し、その他の第２実施形態では第１実施形態とは異なる構成についてのみ説明する。
本発明を明確に説明するために、説明上不必要な部分は省略し、明細書の全体にわたって同一または類似する構成要素に対しては同一の参照符号を付ける。
また、図面に示した各構成の大きさ及び厚さは、説明の便宜のために任意で表したので、本発明が必ずしも図示したものに限られない。
図面において、種々の層及び領域を明確に表現するために厚さを拡大して示した。また、図面において、説明の便宜のために、一部層及び領域の厚さを誇張して示した。層、膜、領域、板などの部分が他の部分“の上”に、または“上”にあるというとき、これは他の部分の“すぐ上”にある場合だけでなく、その中間にまた他の部分がある場合も含む。
以下、図１を参照して、本発明の第１実施形態による基板切断装置１０１について説明する。
図１に示したように、本発明の第１実施形態による基板切断装置１０１は、ステージ（ｓｔａｇｅ）２０、レーザ発生部３０、光スイング部（ｂｅａｍ ｓｗｉｎｇ）５０、及び移送部８０を含む。基板切断装置１０１はクリーニング部６０をさらに含むことができる。
ステージ２０は、切断する基板１０を支持する。一例として、基板１０は、ガラス系の素材で作られたガラス基板とすることができる。しかし、本発明の第１実施形態で基板１０がガラス基板に限定されることではなく、ガラス以外の非金属材料で作られた基板であっても良い。
基板１０は、本発明の第１実施形態による基板切断装置１０１によって、仮想の切断ラインＰＣＬに沿って切断される。この時、仮想の切断ラインＰＣＬは、直線ＰＣＬ１、曲線ＰＣＬ２、円、及び楕円ＰＣＬ３のうちの一つ以上を含む。
レーザ発生部３０は、基板１０に向かうレーザビームＬＢ（ｌａｓｅｒ ｂｅａｍ）を放出する。レーザ発生部３０から発生したレーザビームＬＢは、最終的に本発明の第１実施形態によって基板１０を打撃して基板１０の一部を物理的に除去する。つまり、レーザビームＬＢは仮想の切断ラインＰＣＬに沿って基板１０に照射され、基板１０は仮想の切断ラインＰＣＬに沿って切断される。
レーザ発生部３０としては短パルスレーザ（ｓｈｏｒｔ ｐｕｌｓｅ ｌａｓｅｒ）が使用される。したがって、レーザ発生部３０から発生するレーザビームＬＢは短パルスレーザビーム（ｓｈｏｒｔ ｐｕｌｓｅ ｌａｓｅｒ ｂｅａｍ、ＳＬＢ）である。この時、レーザビームＬＢは、５０ｐｓ（ｐｉｃｏ ｓｅｃｏｎｄ）より短い単位照射時間と、０．１ＭＨｚ〜１００ＭＨｚ範囲内に属するパルス周波数とを有する。このようなレーザビームＬＢの特性は、本発明の第１実施形態によって後述するスイングさせたレーザビームＳＬＢを使用して、基板１０を安定的に切断できる範囲と設定したものである。基板１０を打撃するレーザビームＬＢが、５０ｐｓより大きい単位照射時間と、０．１ＭＨｚ〜１００ＭＨｚ範囲外に属するパルス周波数とを有する場合、レーザビームＬＢによって過度に大きい熱的ダメージ（ｄａｍａｇｅ）が基板１０に加えられる。この場合、基板１０の切断された断面にクラック（ｃｒａｃｋ）が生じたり、切断された断面周辺が損傷したりする不良が発生する恐れがある。
また、レーザ発生部３０から放出されるレーザビームＬＢは、２００ｎｍ〜９００ｎｍ範囲内に属する波長を有する。これは、レーザビームＬＢが２００ｎｍ〜９００ｎｍ範囲内の波長を有する時、ガラス系の素材で作られた基板１０に相対的によく吸収されるためである。
光スイング部５０は、レーザ発生部３０から放出されて基板１０に向かうレーザビームＬＢの光経路上に配置される。そして、光スイング部５０は、レーザビームＬＢを基板１０上に予め設定された光照射区間ＬＢＤ内でスイングさせる。つまり、光スイング部５０は、レーザビームＬＢを振って基板１０に対するレーザビームＬＢの入射角を所定の範囲内で変化させる。また、レーザビームＬＢは光照射区間ＬＢＤの長さ方向に沿ってスイングする。スイングしたレーザビームＳＬＢは光照射区間ＬＢＤの両端の間を往復するようになる。つまり、スイングしたレーザビームＳＬＢが瞬間的に照射されるスポット領域が、光照射区間ＬＢＤ内で往復するようになる。ここで、スポット領域は、光照射区間ＬＢＤでスイングしたレーザビームＳＬＢが瞬間的に照射されている一点をいう。このように、スイングしたレーザビームＳＬＢはスイングしながら光照射区間ＬＢＤ内の一スポット（ｓｐｏｔ）領域を断続的に数十〜数百回打撃する。そして、基板１０を打撃するスイングしたレーザビームＳＬＢは、ガラス内部の分子結合を直接分断させて、光照射区間ＬＢＤの基板１０を物理的に除去する。図１における点線は、レーザビームＬＢがスイングする区間を示す。
本発明の第１実施形態とは異なって、スイングさせない一般的な短パルスレーザビームによっては、平板表示装置の基板として用いられる、通常、数百マイクロメートルの厚さを有する基板１０を安定的に除去して切断することが難しい。つまり、数百マイクロメートルの厚さを有する基板１０を除去して切断するために、高いエネルギーレベルの短パルスレーザビームを一スポット領域に持続的に照射すると、熱衝撃によるクラックが局所的に発生し易い。この際に発生するクラックは制御されず、基板１０が切断された切断ラインＣＬと交差する方向にも無作為的に形成され得る。このように無作為的に形成されたクラックによって基板１０の周縁が損傷する恐れがあり、これは基板１０の全体的な強度を低下させる原因となり得る。一方、スイングさせないレーザビームのエネルギーレベルをクラックが生じないように下げると、数百マイクロメートルの厚さを有する基板１０を貫通して切断することが困難である。
反面、本発明の第１実施形態では、レーザビームＬＢを光照射区間ＬＢＤ内でスイングさせるので、一スポット領域に対して断続的にスイングしたレーザビームＳＬＢが照射される。したがって、一部のスポット領域で熱衝撃による不必要なクラックが局所的に発生することを抑制することができ、これによって基板１０に照射するレーザビームＳＬＢのエネルギーレベルを高めるようになる。この時、スイングしたレーザビームＳＬＢが有する特性は、上述の通りである。したがって、スイングした短パルスレーザビームＳＬＢは、さらに厚い厚さの基板１０も安定的に切断することができる。
また、本発明の第１実施形態で、基板１０は０．３ｍｍ以下の厚さｔを有する。基板１０が０．３ｍｍ以下の厚さｔを有する場合、熱衝撃を加えて形成された微細なマイクロクラックを使用する方法によっては基板１０を切断しにくい。しかし、本発明の第１実施形態による基板切断装置１０１は、０．３ｍｍ以下の厚さｔを有するガラス系の素材で作られた基板１０も効果的に切断できる。
しかし、本発明の第１実施形態は上述したものに限定されない。したがって、基板１０が０．４ｍｍ〜１．５ｍｍ範囲内の厚さを有しても良い。基板１０が０．４ｍｍ〜１．５ｍｍ範囲内の厚さを有する場合、本発明の第１実施形態による基板切断装置１０１は基板１０を両面加工する。基板１０の両面加工について具体的に説明すれば、まず、基板１０の一面にスイングした短パルスレーザビームＳＬＢを照射して、所定の深さに溝を形成する。この時、所定の深さはほぼ基板１０の厚さの半分程度となる。次に、基板１０を前後面反転させた後、再び同一の位置にスイングした短パルスレーザビームＳＬＢを照射して基板１０を完全に切断することができる。このように、０．３ｍｍを超える厚さを有する基板１０も、本発明の第１実施形態による基板切断装置１０１を使用して効果的に切断することができる。しかし、基板１０の厚さが１．５ｍｍを超える場合には、基板１０の切断に過度に多い時間がかかったり、熱衝撃による基板１０の損傷が生じたりする恐れがある。
光照射区間ＬＢＤは、スイングしたレーザビームＳＬＢが照射される区間である。ここで、光照射区間ＬＢＤは、曲線区間及び直線区間のうちの一つ以上の区間を含む。つまり、光照射区間ＬＢＤは直線区間であることもでき、曲線区間であることもでき、直線区間と曲線区間が共に存在することも可能である。そして、光照射区間ＬＢＤは、基板１０が切断される仮想の切断ラインＰＣＬに沿って動きながらその形態が変化する。
また、本発明の第１実施形態において、スイングしたレーザビームＳＬＢが照射される光照射区間ＬＢＤは、ほぼ１００ｍｍ以内の長さを有する。そして、光スイング部５０によってスイングしたレーザビームＳＬＢは、光照射区間ＬＢＤ内でほぼ０．１ｍ／ｓ〜１０ｍ／ｓ範囲内の速度でスイングする。つまり、スイングしたレーザビームＳＬＢが瞬間的に照射されるスポット領域が、光照射区間ＬＢＤで０．１ｍ／ｓ〜１０ｍ／ｓ範囲内の速度で往復移動する。しかし、前述した光照射区間ＬＢＤの長さ及びスイングしたレーザビームＳＬＢのスイング速度は一例に過ぎず、本発明の第１実施形態がこれに限定されることではない。つまり、光照射区間ＬＢＤの長さ及びスイングしたレーザビームＳＬＢのスイング速度は、照射されるスイングしたレーザビームＳＬＢのエネルギーレベルによって切断された基板１０の切断面の周辺で熱衝撃によるクラックが発生しないように適切に調節することができる。
また、光スイング部５０は、図２に示したように、レーザ発生部３０から放出したレーザビームＬＢを反射する反射部５１と、反射部５１を駆動する駆動部５２とを含む。駆動部５２は、複数の回転軸５２１、５２２を有して反射部５１を駆動する。また、駆動部５２は複数の回転軸５２１、５２２以外に、図示していないが、モータ及び制御部のような構成をさらに含むことができる。駆動部５２は、複数の回転軸５２１、５２２を通じて反射部５１の動きを調節して、レーザ発生部３０から放出したレーザビームＬＢをスイングさせる。複数の回転軸は、第１回転軸５２１と、第１回転軸５２１と交差する第２回転軸５２２とを含む。
光スイング部５０は、第１回転軸５２１を通じて反射部５１を回転させ、レーザビームＬＢをｘ軸方向の直線区間に沿ってスイングさせることができる。また、光スイング部５０は、第２回転軸５２２を通じて反射部５１を回転させ、レーザビームＬＢをｙ軸方向の直線区間に沿ってスイングさせることができる。また、光スイング部５０は、第１回転軸５２１及び第２回転軸５２２の組み合わせによって反射部５１を回転させ、レーザビームＬＢを曲線区間に沿ってスイングさせることができる。その他にも、光スイング部５０は、第１回転軸５２１及び第２回転軸５２２の組み合わせによって反射部５１を回転させ、レーザビームＬＢを多様な角度及び方向にスイングさせることができる。そして、スイングしたレーザビームＬＢは光照射区間ＬＢＤ内でスイングする。
また、駆動部５２は、スイングしたレーザビームＳＬＢのスイング速度が均一または不均一となるように反射部５１の動きを選択的に調節することができる。つまり、駆動部５２は、反射部５１が動く速度を均一または不均一に選択的に調節することができる。このように、駆動部５２が反射部５１の動きを調節して、スイングしたレーザビームＳＬＢのスイング幅及びスイング速度を選択的に制御することができる。
そして、光スイング部５０は、反射部５１と駆動部５２を収納するケーシング５５をさらに含むことができる。ケーシング５５は、レーザ発生部３０から放出したレーザビームＬＢを内部に流入させるための光流入口５５１と、反射部５１及び駆動部５２によってスイングしたレーザビームＳＬＢを基板１０（図１に図示）の方向に照射するための光照射口５５５を含む。この時、スイングしたレーザビームＳＬＢのスイング幅は、光照射口５５５の大きさによって調節可能である。
また、光スイング部５０は、スイングしたレーザビームＳＬＢが光照射区間ＬＢＤ内で均一な焦点を有するように、光照射口５５に配置された一つ以上のレンズ５８をさらに含むことができる。本発明の第１実施形態で、レンズ５８は必要に応じて省略可能である。
また、本発明の第１実施形態による基板切断装置１０１は、スイングしたレーザビームＳＬＢのターニング（ｔｕｒｎｉｎｇ）による加減速区間などの不均一な領域を遮蔽するマスク（図示せず）をさらに含むことができる。一方、ケーシング５５の光照射口５５５の大きさを調節することで、ケーシング５５にてマスクの役割を代わりに果たすこともできる。
また、本発明の第１実施形態において、光スイング部５０が図２に示した構造に限定されることではない。したがって、光スイング部５０は多様な光学的な方法により、レーザビームＬＢをスイングさせて基板１０に対するスイングしたレーザビームＳＬＢの入射角を変化させられれば、どのような構造でも差し支えない。
再び、図１を参照して説明すれば、移送部８０はステージ２０及び光スイング部５０のうちの一つ以上を基板１０と平行な方向に移送させる。図１には、移送部８０がステージ２０を基板１０と平行な方向に移送させることを示したが、本発明の第１実施形態はこれに限定されない。したがって、移送部８０が光スイング部５０を移送させることもできる。この場合、移送部８０は光スイング部５０と共にレーザ発生部３０も移送することができる。
移送部８０は、ステージ２０をｘ軸方向に移送させる第１移送部８１と、ステージ２０をｙ軸方向に移送させる第２移送部８２とを含む。つまり、移送部８０は、第１移送部８１と第２移送部８２を通じて、ステージ２０を基板１０と平行な方向に自由に移送させられる。
そして、移送部８０によってスイングしたレーザビームＳＬＢが照射される光照射区間ＬＢＤは、基板１０が切断される仮想の切断ラインＰＣＬに沿って移動することができる。仮想の切断ラインＰＣＬは、直線ＰＣＬ１、曲線ＰＣＬ２、円、及び楕円ＰＣＬ３のうちの一つ以上を含んで多様な形態に設定することができる。そして、光スイング部５０は、第１回転軸５２１（図２に図示）及び第２回転軸５２２（図２に図示）を通じて反射部５１（図２に図示）を駆動し、光照射区間ＬＢＤの変化に合わせてレーザビームＬＢのスイングパターンを自由に変化させることができる。したがって、移送部８０によって仮想の切断ラインＰＣＬに沿って移動する光照射区間ＬＢＤの形態は、仮想の切断ラインＰＣＬの形態によって多様に変化できる。そのために、本発明の第１実施形態による基板切断装置１０１は、基板１０を多様なパターンに自由に切断することができる。
クリーニング部６０は、スイングしたレーザビームＳＬＢによって基板１０が除去されながら発生する不必要な粒子（ｐａｒｔｉｃｌｅ）を除去する。このような粒子は不良発生の原因となり、レーザビームＬＢの光経路を妨害する恐れがある。クリーニング部６０は、空気を噴出または吸入して粒子を除去することができる。クリーニング部６０によって基板１０の切断工程がさらに精密でかつ速かに進められる。
このような構成により、本発明の第１実施形態による基板切断装置１０１は、基板１０を効果的かつ安定的に切断するようになる。
具体的に、レーザ発生部３０から放出したレーザビームＬＢは、光スイング部５０を経てスイングした後、基板１０上に予め設定された光照射区間ＬＢＤに照射される。この時、光スイング部５０によってスイングしたレーザビームＳＬＢは、光照射区間ＬＢＤ内で基板１０の少なくとも一部を物理的に除去する。つまり、スイングしたレーザビームＳＬＢによって打撃された光照射区間ＬＢＤ内の基板１０は、順次に除去される。
そして、移送部８０によってステージ２０が移送されながら、光照射区間ＬＢＤは基板１０の切断しようとする仮想の切断ラインＰＣＬに沿って移動する。このように、仮想の切断ラインＰＣＬに沿って基板１０が連続的に除去されると、最終的に基板１０は切断される。
また、本発明の第１実施形態による基板切断装置１０１は、スイングした短パルスレーザビームＳＬＢによって基板１０を切断するので、一般に、数百マイクロメートルの厚さを有するガラス系の素材で作られた基板１０を安定的に切断することができる。反面、基板切断装置１０１は、熱衝撃によって発生するクラックを使用して基板１０を切断する方式ではないので、０．３ｍｍ以下の厚さを有する相対的に薄い厚さを有する基板１０も効果的かつ安定的に切断することができる。
図３は、本発明の第１実施形態による基板切断装置１０１を使用して基板１０を切断して作られた携帯電話機用保護ガラス１１を示す。図３に示したように、本発明の第１実施形態による基板切断装置１０１は、基板１０を多様なパターンに切断して、曲線、直線、及び楕円形の孔などのような多様な切断面ＣＬ１、ＣＬ２、ＣＬ３を有する携帯電話機用保護ガラス１１も効果的に形成することができる。
以下、図１の基板切断装置１０１を使用して基板１０を切断する方法について説明する。
まず、ステージ２０に切断する基板１０を装着する。この時、基板１０は０．１ｍｍ〜０．３ｍｍ範囲内の厚さｔを有するガラス基板である。しかし、基板１０の厚さは０．１ｍｍ〜０．３ｍｍ範囲内に限定されず、基板１０の素材もガラス系に限定されることではない。
次に、光スイング部５０によってスイングした短パルスレーザビームＳＬＢを、基板１０上の予め設定された光照射区間ＬＢＤに照射する。つまり、光スイング部５０は、レーザビームＬＢを振って基板１０に対するレーザビームＬＢの入射角を変化させる。この時、光スイング部５０は、複数の回転軸５２１、５２２を有し、これらの組み合わせにより反射部５１を回転させることにより、レーザビームＬＢを多様な角度及び方向にスイングさせることができる。
スイングしたレーザビームＳＬＢは２００ｎｍ〜９００ｎｍ範囲内に属する波長を有する。また、スイングしたレーザビームＳＬＢは、５０ｐｓより短い単位照射時間と、０．１ＭＨｚ〜１００ＭＨｚ範囲内に属するパルス周波数とを有する。このような特性を有するスイングしたレーザビームＳＬＢは、光照射区間ＬＢＤ内の基板１０を打撃してガラス内部の分子結合を直接分断させ、これによって基板１０の一部が物理的に除去される。
また、光照射区間ＬＢＤは、ほぼ１００ｍｍ以内の長さを有する。そして、光スイング部５０によってスイングしたレーザビームＳＬＢは、光照射区間ＬＢＤ内でほぼ０．１ｍ／ｓ〜１０ｍ／ｓ範囲内の速度でスイングする。
次に、ステージ２０を移送させ、光照射区間ＬＢＤを基板１０が切断される仮想の切断ラインＰＣＬに沿って移動させる。しかし、これに本発明の第１実施形態が限定されることではなく、光スイング部５０を移送させて光照射区間ＬＢＤを移動させることもできる。光照射区間ＬＢＤが仮想の切断ラインＰＣＬに沿って移動しながら基板１０の一部を連続的に除去すれば、基板１０は切断される。参照符号ＣＬは、基板１０が切断された切断ラインを示す。
仮想の切断ラインＰＣＬは、直線ＰＣＬ１、曲線ＰＣＬ２、円、及び楕円ＰＣＬ３のうちの一つ以上を含む。そして、仮想の切断ラインＰＣＬに沿って移動する光照射区間ＬＢＤの形態は、仮想の切断ラインＰＣＬの形態によって変化する。つまり、光照射区間ＬＢＤは、曲線区間及び直線区間のうちの一つ以上の区間を含む。したがって、本発明の第１実施形態による基板切断方法は、曲線、直線、及び楕円形の孔などのような多様な切断面ＣＬ１、ＣＬ２、ＣＬ３を有するように、基板１０を多様なパターンに切断することができる。
また、基板１０の一部が除去されて仮想の切断ラインＰＣＬに沿って切断される程度をモニタリングして、移送部８０がステージ部２０を移送させる速度やレーザビームＬＢの強度などを調節することができる。
次に、スイングしたレーザビームＳＬＢによって基板１０が切断されながら発生して不良発生の原因となったり、レーザビームＬＢの光経路を妨害し得る不必要な粒子をクリーニング部６０を通じて除去する。
このような基板切断方法により、基板１０をさらに効果的かつ安定的に切断することができる。
一方、基板１０が０．３ｍｍを超えて、０．４ｍｍ〜１．５ｍｍ範囲内の厚さを有する場合、本発明の第１実施形態による基板切断方法は、基板１０を前後面反転させて両面加工する段階をさらに含むことができる。つまり、まず、基板１０の一面にスイングした短パルスレーザビームＳＬＢを照射して所定の深さに溝を形成する。この時、所定の深さはほぼ基板１０の厚さの半分程度となる。次に、基板１０を前後面反転させた後、再び同一の位置にスイングした短パルスレーザビームＳＬＢを照射して、基板１０を完全に切断することができる。
このように、０．３ｍｍを超える厚さを有する基板１０も、本発明の第１実施形態による基板切断方法によって効果的に切断することができる。しかし、基板１０の厚さが１．５ｍｍを超える場合には、基板１０の切断に過度に多い時間がかかったり、熱衝撃による基板１０の損傷が生じたりする恐れがある。
以下、図４及び図５を参照して、本発明の第２実施形態について説明する。
図４に示したように、本発明の第２実施形態による基板切断装置１０２は、短パルスレーザビームＬＢ１を放出するレーザ発生部３０の以外に、追加のレーザビームＬＢ２を放出する追加のレーザビーム発生部４０をさらに含む。以下、レーザ発生部３０を第１レーザ発生部と称し、追加のレーザ発生部４０を第２レーザ発生部と称する。また、レーザビームＬＢ１を第１レーザビームと称し、追加のレーザビームＬＢ２を第２レーザビームと称する。
第２レーザ発生部４０としては炭酸ガス（ＣＯ２）レーザが使用される。したがって、第２レーザビームＬＢ２は炭酸ガスレーザビームである。
第２レーザ発生部４０から放出した第２レーザビームＬＢ２は、第１レーザ発生部３０から放出された後、スイングしたレーザビームＳＬＢが仮想の切断ラインＰＣＬに沿って基板１０の一部を除去するに先立って、スイングしたレーザビームＳＬＢが照射される基板１０の一部を予め加熱する。第２レーザビームＬＢ２によって加熱する加熱領域ＨＡも、光照射区間ＬＢＤと同様に仮想の切断ラインＰＣＬに沿って移動する。つまり、スイングしたレーザビームＳＬＢは、第２レーザビームＬＢ２によって加熱された基板１０を切断するようになる。
第２レーザ発生部４０から放出する第２レーザビームＬＢ２、つまり、炭酸ガスレーザビームは、一般に、１０６００ｎｍ（１０．６μｍ）の波長を有する。１０６００ｎｍの波長を有するレーザビームは、水分子またはヒドロキシ基物質によく吸収され、ガラスに対する吸水性も非常に高い。
また、本発明の第２実施形態による基板切断装置１０２は、第２レーザ発生部４０から放出した第２レーザビームＬＢ２の経路を調節し、第２レーザビームＬＢ２を集光させるための補助光学部４５をさらに含むことができる。
補助光学部４５は、図５に示したように、第２レーザビームＬＢ２の経路を調節する補助ミラー（ｍｉｒｒｏｒ）部４６と、第２レーザビームＬＢ２を集光させる補助集光部４７とを含む。補助光学部４５の補助ミラー部４６及び補助集光部４７のうちの一つ以上は、第２レーザ発生部４０の位置及び第２レーザビームＬＢ２が放出される方向により省略可能である。
また、補助光学部４６は、補助ミラー部４６と補助集光部４７とを収納する補助ケーシング４８をさらに含むことができる。補助ケーシング４８は、第２レーザ発生部４０から放出した第２レーザビームＬＢ２を内部に流入させるための補助光入口４８１と、流入した第２レーザビームＬＢ２を、補助ミラー部４６及び補助集光部４７を経て基板１０（図４に図示）に向かって再び出射するための補助光出口４８５とを含む。しかし、本発明の第２実施形態で、補助光学部４５が図５に示した構造に限定されることではない。
このような構成によって、本発明の第２実施形態による基板切断装置１０２はさらに安定的に基板１０を切断することができる。
具体的に、本発明の第２実施形態による基板切断装置１０２は、スイングしたレーザビームＳＬＢを通じて仮想の切断ラインＰＣＬに沿って基板１０を切断する過程で、もし熱衝撃によるクラックが発生する場合、クラックが切断される切断ラインＣＬに沿って生ずるようにクラックの形成方向を制御することができる。つまり、スイングしたレーザビームＳＬＢが照射される仮想の切断ラインＰＣＬに沿ってスイングしたレーザビームＳＬＢが基板１０に照射される前に第２レーザビームＬＢ２によってまず加熱される。これにより、スイングしたレーザビームＳＬＢで基板１０を切断する時、クラックが発生しても、切断された切断ラインＣＬと交差する方向にクラックが進められることが抑制される。このように、第２レーザビームＬＢ２を通じてクラックが切断される切断ラインＣＬに沿って形成されるように誘導して、切断された基板１０の切断面の周縁が損傷することを防止する。
これにより、基板切断装置１０２は、安定的にスイングしたレーザビームＳＬＢをさらに高いエネルギーレベルで使用することができる。
また、図４の基板切断装置１０２を使用して基板１０を切断する方法は、第１レーザビームＬＢ１をスイングさせ、スイングしたレーザビームＳＬＢを基板１０に照射するに先立って第２レーザビームＬＢ２で基板１０の一部を加熱する段階をさらに含むことを除けば、上述した図１の基板切断装置１０１を使用して基板１０を切断する方法と実質的に同一である。
以下、図６及び図７を参照して、実験例と比較例を対照して説明する。実験例は、本発明の第１実施形態によってスイングした短パルスレーザビームを使用して基板を切断し、比較例は、光スイングされない一般的な赤外線系のレーザビームを使用して基板を切断した。
図６は、実験例によって切断された基板の切断ラインを表わし、図７は比較例によって切断された基板の切断ラインを示す。
図６に示したように、実験例によって切断された基板は、切断ラインの切断面が均一で安定したことが分かる。反面、図７に示したように、比較例によって切断された基板は、切断ラインの切断面が不均一で、周縁に多くのクラックが発生したことが分かる。
スイングさせない一般的な短パルスレーザビームでは、平板表示装置の基板として用いられる、通常、数百マイクロメートルの厚さを有する基板を切断するためには、高いエネルギーレベルのレーザビームを一スポット領域に持続的に照射しなければならない。この時、局所的に起す熱衝撃によってクラックが生成する。そして、このようなクラックは制御されないため、切断ラインと交差する方向にも無作為的に形成され得る。このように形成されたクラックによって基板の周縁が損傷すれば、基板の全体的な強度を低下させるようになる。
しかし、本発明の第１実施形態によってスイングした短パルスレーザビームを使用して基板を切断すれば、クラックが発生しないので、安定した切断作業が可能であることが分かる。
本発明を上述の好ましい実施形態を通じて説明したが、本発明はこれらに限定されず、次に記載する特許請求の範囲の概念と範囲を逸脱しない限り、多様な修正及び変形が可能であることを本発明が属する技術分野における者であれば簡単に理解できる。
１０ 基板、
２０ ステージ、
３０、４０ 第１、２レーザ発生部、
４５ 補助光学部、
４６ 補助ミラー、
４７ 補助集光部、
４８ 補助ケーシング、
５０ 光スイング部、
５２ 反射部、
５２ 駆動部、
５５ ケーシング、
６０ クリーニング部、
８０ 移送部、
１０１、１０２ 基板切断装置、
４８１、４８５ 補助光入口、
５５１ 光流入口、
５５５ 光照射口、
ＬＢ１、ＬＢ２ 第１、２レーザビーム、
ＰＣＬ 仮想の切断ライン、
ＰＣＬ１ 直線、
ＰＣＬ２ 曲線、
ＰＣＬ３ 楕円。
２０ ステージ、
３０、４０ 第１、２レーザ発生部、
４５ 補助光学部、
４６ 補助ミラー、
４７ 補助集光部、
４８ 補助ケーシング、
５０ 光スイング部、
５２ 反射部、
５２ 駆動部、
５５ ケーシング、
６０ クリーニング部、
８０ 移送部、
１０１、１０２ 基板切断装置、
４８１、４８５ 補助光入口、
５５１ 光流入口、
５５５ 光照射口、
ＬＢ１、ＬＢ２ 第１、２レーザビーム、
ＰＣＬ 仮想の切断ライン、
ＰＣＬ１ 直線、
ＰＣＬ２ 曲線、
ＰＣＬ３ 楕円。
Claims (27)
- 基板を支持するステージ、
前記基板に向かう短パルスレーザビームを放出するレーザ発生部、及び
前記短パルスレーザビームの光経路上に配置され、前記基板が切断される仮想の切断ラインに沿って前記基板上に予め設定された所定の光照射区間内で前記短パルスレーザビームが往復して照射されるように前記短パルスレーザビームをスイングさせる光スイング部を含み、
前記光照射区間は、曲線区間及び直線区間のうちの一つ以上の区間を含む、基板切断装置。 - 前記光スイング部によってスイングした前記短パルスレーザビームは、前記光照射区間内の前記基板の少なくとも一部を物理的に除去する、請求項１に記載の基板切断装置。
- 前記光スイング部及び前記ステージのうちの一つ以上を前記基板と平行な方向に移送させる移送部をさらに含み、
前記移送部によって前記光照射区間は、前記仮想の切断ラインに沿って移動する、請求項２に記載の基板切断装置。 - 前記仮想の切断ラインは、直線、曲線、円、及び楕円のうちの一つ以上を含む、請求項３に記載の基板切断装置。
- 前記光スイング部によってスイングした前記短パルスレーザビームが、前記仮想の切断ラインに沿って前記基板の一部を除去するに先立って、前記基板を予め加熱するための追加のレーザビームを放出する追加のレーザ発生部をさらに含む、請求項３または請求項４に記載の基板切断装置。
- 前記追加のレーザ発生部は炭酸ガスレーザである、請求項５に記載の基板切断装置。
- 前記短パルスレーザビームは２００ｎｍ〜９００ｎｍ範囲内に属する波長を有する、請求項２〜６のいずれか１項に記載の基板切断装置。
- 前記短パルスレーザビームは、５０ｐｓより短い単位照射時間と、０．１ＭＨｚ〜１００ＭＨｚ範囲内に属するパルス周波数を有する、請求項２〜７のいずれか１項に記載の基板切断装置。
- 前記短パルスレーザビームによって前記基板が除去された領域をクリーニングするクリーニング部をさらに含む、請求項２〜８のいずれか１項に記載の基板切断装置。
- 前記基板は、０．３ｍｍ以下の厚さを有し、ガラス系の素材で作られる、請求項２〜９のいずれか１項に記載の基板切断装置。
- 前記基板は、０．４ｍｍ〜１．５ｍｍ範囲内の厚さを有するガラス系の素材で作られ、前記基板を両面加工する、請求項２〜９のいずれか１項に記載の基板切断装置。
- 前記光スイング部は、前記短パルスレーザビームを振って、前記基板に対する前記短パルスレーザビームの入射角を変化させる、請求項１〜１１のいずれか１項に記載の基板切断装置。
- 前記光スイング部は、前記レーザ発生部から放出した前記短パルスレーザビームを前記基板方向に反射させる反射部と、前記反射部を駆動する駆動部とを含む、請求項１２に記載の基板切断装置。
- 前記駆動部は複数の回転軸を有して前記反射部を駆動する、請求項１３に記載の基板切断装置。
- 前記複数の回転軸は、第１回転軸と、前記第１回転軸と交差する第２回転軸とを含む、請求項１４に記載の基板切断装置。
- ステージに基板を装着する段階、
光スイング部によって短パルスレーザビームをスイングさせて、前記基板が切断される仮想の切断ラインに沿って前記基板上に予め設定された所定の光照射区間内で前記短パルスレーザビームを往復させて照射する段階、及び
前記光スイング部及び前記ステージのうちの一つ以上を移送させて、前記光照射区間を前記仮想の切断ラインに沿って移動させる段階を含み、
前記光照射区間は、曲線区間及び直線区間のうちの一つ以上の区間を含む、基板切断方法。 - 前記仮想の切断ラインは、直線、曲線、円、及び楕円のいずれか一つ以上を含む、請求項１６に記載の基板切断方法。
- 前記光スイング部によってスイングした前記短パルスレーザビームは、前記光照射区間内の前記基板を物理的に除去する、請求項１６または請求項１７に記載の基板切断方法。
- 前記短パルスレーザビームによって前記基板が除去された領域をクリーニングする段階をさらに含む、請求項１８に記載の基板切断方法。
- 前記短パルスレーザビームは、５０ｐｓより短い単位照射時間と、０．１ＭＨｚ〜１００ＭＨｚ範囲内に属するパルス周波数とを有する、請求項１８または請求項１９に記載の基板切断方法。
- 前記短パルスレーザビームは、２００ｎｍ〜９００ｎｍ範囲内に属する波長を有する、請求項１８〜２０のいずれか１項に記載の基板切断方法。
- 前記基板は、０．３ｍｍ以下の厚さを有し、ガラス系の素材で作られる、請求項１８〜２１のいずれか１項に記載の基板切断方法。
- 前記基板は、０．４ｍｍ〜１．５ｍｍ範囲内の厚さを有するガラス系の素材で作られ、
前記基板を前後面反転させて両面加工する段階をさらに含む、請求項１８〜２１のいずれか１項に記載の基板切断方法。 - 前記光スイング部によってスイングした前記短パルスレーザビームが、前記仮想の切断ラインに沿って前記基板の一部を除去するに先立って、追加のレーザビームによって前記基板を予め加熱する段階をさらに含み、
前記追加のレーザビームは炭酸ガスレーザビームである、請求項１８〜２３のいずれか１項に記載の基板切断方法。 - 前記光スイング部は、前記短パルスレーザビームを振って前記基板に対する前記短パルスレーザビームの入射角を変化させる、請求項１６〜２４のいずれか１項に記載の基板切断方法。
- 前記光スイング部は、前記レーザ発生部から放出した前記短パルスレーザビームを前記基板方向に反射させる反射部と、前記反射部を駆動する駆動部とを含み、
前記駆動部は、複数の回転軸を有して前記反射部を駆動する、請求項２５に記載の基板切断方法。 - 前記複数の回転軸は、第１回転軸と、前記第１回転軸と交差する第２回転軸とを含む、請求項２６に記載の基板切断方法。
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