KR100647454B1 - 취성재료 기판의 스크라이브 장치 및 스크라이브 방법 - Google Patents

취성재료 기판의 스크라이브 장치 및 스크라이브 방법 Download PDF

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미쓰보시 다이야몬도 고교 가부시키가이샤
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Abstract

취성재료 기판을 스크라이브 하기 위한 방법으로서, 레이저스폿의 이동은 취성재료 기판의 끝 부분에 있어서, 스크라이브 라인을 형성하는 중의 속도보다 느리거나 또는 일단 정지된다. 이에 따라 커터 휠과 같은 스크라이빙 커터를 사용하지 않고 트리거를 형성할 수 있어 그 결과로서 취성재료 기판이 스크라이브 될 수 있다.

Description

취성재료 기판의 스크라이브 장치 및 스크라이브 방법{DEVICE AND METHOD FOR SCRIBING SUBSTRATE OF BRITTLE MATERIAL}
본 발명은, 플랫 패널 디스플레이(이하, FPD(flat panel display)라고 표기한다)에 사용되는 글래스 기판(glass 基板), 반도체 웨이퍼(半導體 wafer) 등의 취성재료 기판(脆性材料 基板)을 절단하기 위하여 취성재료 기판의 표면에 스크라이브 라인(scribe line)을 형성하기 위한 스크라이브 방법 및 스크라이브 라인을 형성하기 위한 스크라이브 장치에 관한 것이다.
본원의 명세서에 있어서는, 취성재료 기판의 일종인 글래스 기판에 속하는, 액정패널(液晶 panel) 등의 FPD의 머더글래스 기판(mother glass 基板)에 스크라이브 라인을 형성하는 것을 일례로서 설명한다.
한 쌍의 글래스 기판을 접합시켜서 구성되는 액정패널은, 큰 치수의 한 쌍의 머더글래스 기판 상호간을 서로 접합시킨 후에, 각 머더글래스 기판을 소정의 크기로 절단함으로써 제조된다. 또는 단판(單板)의 머더글래스 기판을 복수의 글래스 기판으로 절단한 후, 절단된 각 글래스 기판을 각각 접합시킴으로써 제조된다. 단판의 머더글래스 기판을 절단하는 순서에 대하여 간단하게 설명한다. 이 순서는, 절단대상이 되는 머더글래스 기판의 표면 상에 절단예정방향을 따르는 스크라이브 라인을 형성하는 스크라이브 공정과, 형성된 스크라이브 라인을 따라 글래스 기판을 절단하는 절단공정의 2개의 공정을 순차적으로 실시함으로써 이루어진다. 스크라이브 공정에는, 예를 들면 커터 휠(cutter wheel)이 사용된다. 이 경우, 머더글래스 기판의 표면 상에 커터 휠을 가압(加壓)하면서 원하는 방향으로 전동(轉動)시켜서 수직크랙(垂直 crack)을 연속하여 생성시킴으로써 스크라이브 라인이 형성된다. 계속하여 실시되는 절단공정에서는, 이 스크라이브 라인을 따라 휨응력(bending stress)을 작용시키도록 힘이 가하여지고, 이 응력의 작용에 의하여 수직크랙이 머더글래스 기판의 두께방향으로 확산되어 머더글래스 기판이 절단된다.
최근, 스크라이브용의 커터(cutter)를 압접(壓接)함으로써 취성재료 기판에 스크라이브 라인을 형성하는 방법과는 별도로 레이저빔(laser beam)을 취성재료 기판에 조사(照射)시켜서 열에 의한 비틀림 응력을 발생시키고, 이 열에 의한 비틀림 응력을 이용하여 스크라이브 라인을 형성하는 방법이 실용화 되어 있다.
이 레이저빔을 사용하여 글래스 기판에 스크라이브 라인을 형성하는 방법에서는, 레이저빔을 글래스 기판 상에 조사시키기 전에 포인트 다이아몬드(point diamond)를 글래스 기판의 표면에 압접시키거나, 커터 휠을 압접하 면서 전동시킴으로써 글래스 기판 표면 상의 끝 부분의 소정의 스크라이브 시작위치에 수직크랙의 생성 시작점이 되는 트리거(trigger)로서 컷 라인(cut line)을 형성한다. 계속하여 끝 부분에 컷 라인이 형성된 글래스 기판에 레이저 발진기(laser 發振器)로부터 레이저빔을 조사한다. 레이저 발진장치로부터 조사되는 레이저빔은, 글래스 기판 상에 대하여 스크라이브 라인의 형성이 미리 결정되어 있는 스크라이브 예정라인(scribe 豫定 line)을 따라 긴 타원형상의 레이저스폿(laser spot)을 글래스 기판 상에 형성한다. 레이저 발진장치로부터 조사되는 레이저빔은, 스크라이브 예정라인을 따라 글래스 기판에 대하여 상대적으로 이동된다.
글래스 기판 상에는, 글래스 기판이 용융(熔融)되는 온도, 즉 글래스 기판의 연화점(軟化點)보다 낮은 온도로 가열되도록 빔 강도(beam 强度)가 조정된 레이저빔이 조사된다. 이에 따라 레이저스폿이 형성된 글래스 기판의 표면은 용융되지 않으면서 가열된다.
또한 글래스 기판의 표면에 있어서의 레이저빔의 조사영역의 근방에는, 스크라이브 라인이 형성되도록 냉각수 등의 냉각매체(冷却媒體)가 냉각노즐(冷却 nozzle)로부터 분사(噴射)되도록 되어 있다. 레이저빔이 조사되는 글래스 기판의 표면에는, 레이저빔에 의한 가열에 의하여 압축응력(壓縮應力)이 발생하고 또한 냉각매체가 분사됨으로써 레이저빔의 조사영역의 근방부분에 인장응력(引張應力)이 발생한다. 이와 같이 압축응력이 발생한 영역에 근접하여 인장응력이 발생하기 때문에 양쪽 영역 사이에 각각의 응력 에 의거하는 응력구배(應力勾配)가 발생하여, 글래스 기판의 끝 부분 등에 미리 형성된 트리거를 기점으로 하여 스크라이브 예정라인을 따르는 스크라이브 라인이 글래스 기판에 형성된다(수직크랙이 연속하는 라인이 생성된다).
레이저빔을 사용하여 글래스 기판에 스크라이브 라인을 형성하면, 커터 휠을 압접하면서 전동시켜서 스크라이브 라인을 형성하는 방법에 비하여, 커터 휠이 글래스 기판에 압력을 가하면서 전동하는 과정에서 발생하는 부스러기(컬릿(cullet))를 대폭적으로 감소시킬 수 있기 때문에, 발생한 부스러기(컬릿)에 의하여 글래스 기판에 흠집 등이 발생하는 것을 감소시킬 수 있다.
그러나 상기한 바와 같이 레이저빔을 사용하여 글래스 기판에 스크라이브 라인을 형성하는 방법에 있어서도, 커터 휠 등을 사용하여 글래스 기판 상에 스크라이브 라인 형성의 시작점이 되는 트리거(컷 라인)를 형성하고 있기 때문에, 이 트리거(컷 라인)를 형성할 때에 소량이지만 부스러기(컬릿)가 발생한다. 따라서 스크라이브 라인을 형성하기 위하여, 상기 방법을 사용하였을 경우에 있어서도 부스러기에 기인하여 글래스 기판 상에 흠집 등이 발생하는 폐해는 여전히 존재한다.
또한 최근에는 글래스 기판 등의 취성재료 기판이 사용되는 표시장치(表示裝置)로서, 액정표시장치 이외에 플라즈마 디스플레이(plasma display)가 제조되고 있다.
이 플라즈마 디스플레이에 사용되는 글래스 기판에는, 플라즈마를 발생 시키기 위하여 소정의 압력으로 가압된 가스를 실링(sealing)하여 플라즈마 실(plasma 室)이 형성되기 때문에 액정표시장치 등에 사용되는 글래스 기판에 비하여 두께가 두꺼운 형태의 글래스 기판이 사용된다.
이와 같은 두께가 두꺼운 형태의 글래스 기판에 커터 휠에 의하여 트리거로서의 컷 라인을 형성하는 경우에는, 액정표시장치 등에 사용되는 글래스 기판에 비하여 깊고 가는 홈(트리거)을 형성할 필요가 있기 때문에, 커터 휠의 글래스 기판에 대한 가압력이 높게 설정된다. 이 때문에 트리거(컷 라인)를 형성할 때에 발생하는 부스러기(컬릿)가 증가하여, 이 부스러기(컬릿)에 의하여 글래스 기판의 표면에 흠집 등이 발생할 우려가 액정표시장치용의 글래스 기판의 경우에 비하여 더 강하게 된다.
또한 금후, 이와 같은 두께가 두꺼운 형태의 글래스 기판을 구비하는 플라즈마 디스플레이의 수요가 확대되는 것이 예상되고 있어, 플라즈마 디스플레이의 제조를 양산화 하였을 경우에 스크라이브 공정에서 발생하는 부스러기(컬릿)의 양도 양산화에 따라 대량이 된다.
이상과 같은 사정에 의하여 커터 휠 등을 사용한 기계적인 트리거(컷 라인) 형성수단에 대신하여 레이저빔 조사 등을 사용하여 트리거를 형성하는 기술을 개발하는 것이 강하게 요구되고 있다.
이와 같이 커터 휠 등을 사용하지 않는 트리거(컷 라인) 형성수단으로서, CO2레이저를 사용하는 것이 시도되고 있다. 그러나 CO2레이저를 사용하 는 방법에서는, 글래스 기판의 표면에 소정의 열에너지 분포를 갖는 타원형상의 레이저스폿을 글래스 기판의 끝 부분에 형성한 경우에, 트리거로부터 예측할 수 없는 방향으로 불필요한 크랙(crack)이 파생되어, 소위 앞질러 가는 현상이 발생한다는 것이 이미 알려져 있다. 이 때문에 스크라이브 라인을 형성하기 위하여 사용되는 레이저빔과는 다른 종류의 레이저빔인 YAG 레이저 등을 조사하여 트리거(컷 라인)를 형성하는 방법이 또한 제안되고 있다.
그러나 이 경우에는, 스크라이브 라인을 형성하기 위한 레이저 발진기와는 별도로 YAG 레이저를 발진하는 YAG 레이저 발진기를 구비할 필요가 있기 때문에, 장치의 구성이 복잡하게 된다는 문제가 있다. 또한 스크라이브 라인을 형성하기 위한 레이저 발진기와 YAG 레이저 발진기를 각각 메인터넌스(maintenance) 하기 위한 비용이 커지게 된다는 문제도 있다.
본 발명은 상기의 과제를 해결하기 위한 것으로서, 트리거(컷 라인)를 형성하기 위한 레이저빔을, 스크라이브 라인을 형성하기 위한 레이저빔과 공통으로 하여, 스크라이브 라인 형성의 시작점(수직크랙의 생성 시작점)이 되는 트리거(컷 라인)를 부스러기(컬릿)를 발생시키지 않고 형성하여, 계속 스크라이브 라인을 형성하는 스크라이브 방법 및 스크라이브 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기 과제를 해결하기 위한 본 발명의 취성재료 기판(脆性材料 基板)의 스크라이브 장치(scribe 裝置)는 취성재료 기판의 연화점(軟化點)보다 낮은 온도의 제1레이저스폿(第一 laser spot)이, 스크라이브 예정라인(scribe 豫定 line)을 따라 형성되도록 레이저빔(laser beam)을 연속적으로 조사(照射)하는 수단과, 그 제1레이저스폿에 의하여 가열된 영역의 근방을 냉각시키는 냉각수단(冷却手段)을 구비하고, 취성재료 기판의 표면에 스크라이브 라인(scribe line)을 형성하는 스크라이브 장치에 있어서, 그 제1레이저스폿이 그 취성재료 기판의 스크라이브 예정라인의 끝 부분에 컷 라인(cut line)을 형성하고, 연속하여 그 취성재료 기판에 스크라이브 라인을 형성하는 것을 특징으로 한다.
또한 상기 제1레이저스폿은 상기 레이저빔에 의하여 상기 취성재료 기판 상에 형성되는 제2레이저스폿을 소정 형상의 궤도(軌道) 상을 고속으로 주사(走査)시킴으로써 형성되는 것을 특징으로 한다.
또한 상기 제2레이저스폿은 열에너지 분포(熱 energy 分布)가 중앙부분으로 됨에 따라 커지게 되는 산(山) 모양인 것을 특징으로 한다.
상기 과제를 해결하기 위한 본 발명의 취성재료 기판의 스크라이브 방법은, 취성재료 기판의 표면에 있어서의 스크라이브 예정라인을 따라 그 취성재료 기판의 연화점보다 낮은 온도의 제1레이저스폿이 형성되도록 레이저빔을 연속적으로 조사하면서 이동시키고, 그 제1레이저스폿에 근접한 영역을 스크라이브 예정라인을 따라 연속하여 냉각시킴으로써 스크라이브 예정 라인을 따라 스크라이브 라인을 형성하는 스크라이브 방법에 있어서, 그 제1레이저스폿이 그 취성재료 기판의 스크라이브 예정라인의 끝 부분에 컷 라인을 형성하고, 연속하여 그 취성재료 기판에 스크라이브 라인을 형성하는 것을 특징으로 한다.
또한 상기 제1레이저스폿은 상기 레이저빔에 의하여 상기 취성재료 기판 상에 형성되는 제2레이저스폿을 소정 형상의 궤도 상을 고속으로 주사시킴으로써 형성되는 것을 특징으로 한다.
또한 상기 제2레이저스폿은 열에너지 분포가 중앙부분으로 됨에 따라 커지게 되는 산 모양인 것을 특징으로 한다.
도1은 본 발명의 실시예에 있어서의 스크라이브 장치의 개략적인 구성을 나타내는 구성도이다.
도2는 이 스크라이브 장치에 사용되는 레이저 발진장치 및 광학장치의 일례를 나타내는 개략적인 구성도이다.
도3은 갈바노스캔에 의하여 타원형상으로 형성된 레이저스폿의 일례를 나타내는 평면도이다.
도4(a) 및 도4(b)는 각각 갈바노스캔에 의하여 타원형상으로 형성된 레이저스폿의 일례를 나타내는 평면도로서, (a)는 중앙부분에 조사스폿을 집약하였을 경우, (b)는 장축의 양단부분에 조사스폿을 집약하였을 경우를 나타내고 있다.
도5(a) 및 도5(b)는 갈바노스캔에 의하여 타원형상의 빔 스폿을 형성하였을 경우의 열에너지 분포를 나타내는 도면으로서, (a)는 영역A에 조사스폿을 집중시켰을 경우, (b)는 영역B에 조사스폿을 집중시켰을 경우를 각각 나타내고 있다.
도6은 글래스 기판의 끝 부분에 제1방법에 의하여 트리거를 형성하는 방법을 나타내는 설명도이다.
도7은 글래스 기판의 끝 부분에 제2방법에 의하여 트리거를 형성하는 방법을 나타내는 설명도이다.
도8은 글래스 기판의 끝 부분에 원형모양의 조사스폿을 사용하여 트리거를 형성하는 방법을 나타내는 설명도이다.
도9는 갈바노스캔에 의한 타원모양의 레이저스폿을 형성하였을 경우에 있어서, 글래스 기판 상에 형성되는 열에너지 분포를 나타내는 도면이다.
도10은 스크라이브 방향의 전후에 2개의 타원형상의 레이저스폿을 구비하도록 형성한 8자 모양의 타원의 레이저스폿을 나타내는 도면이다.
이하, 본 발명에 관한 스크라이브 장치(scribe 裝置) 및 스크라이브 방법(scribe 方法)을 도면에 의거하여 설명한다.
도1은 본 발명의 하나의 실시예에 있어서의 스크라이브 장치를 나타 내는 개략적인 구성도이다.
이 스크라이브 장치는, 예를 들면 플라즈마 디스플레이(plasma display) 등의 FPD(flat panel display)에 사용되는 글래스 기판(glass 基板) 등의 취성재료 기판(脆性材料 基板)을 절단할 때에, 취성재료 기판에 스크라이브 라인(scribe line)을 형성하기 위하여 사용되고, 도1에 나타나 있는 바와 같이 수평한 설치대(設置臺)11 상에 소정의 수평방향(Y방향)을 따라 왕복 이동하는 슬라이드 테이블(slide table)12를 구비하고 있다.
슬라이드 테이블12는, 설치대11의 상면에 Y방향을 따라 평행하게 배치되는 한 쌍의 가이드 레일(guide rail)14 및 15에, 수평한 상태에서 각 가이드 레일14 및 15를 따라 슬라이드(slide) 가능하도록 지지되어 있다. 양쪽 가이드 레일14 및 15의 중간부에는, 각 가이드 레일14 및 15와 평행하게 볼 나사(ball screw)13이 모터(도면에는 나타내지 않는다)에 의하여 회전하도록 설치되어 있다. 볼 나사13은, 정회전(正回轉) 및 역회전(逆回轉) 가능하도록 되어 있고, 이 볼 나사13에 볼 너트(ball nut)16이 나사결합하는 상태로 설치되어 있다. 볼 너트16은, 슬라이드 테이블12에 대하여 회전하지 않는 상태에서 일체적(一切的)으로 설치되어 있고, 볼 나사13의 정회전 및 역회전에 의하여 볼 나사13을 따라 양쪽 방향으로 슬라이드 된다. 이에 따라 볼 너트16과 일체적으로 설치된 슬라이드 테이블12가 각 가이드 레일14 및 15를 따라 Y방향으로 슬라이드 된다.
슬라이드 테이블12 상에는, 대좌(臺座)19가 수평한 상태로 배치되어 있다. 대좌19는, 슬라이드 테이블12 상에 평행하게 배치되는 한 쌍의 가이드 레일21에 슬라이드 가능하도록 지지되어 있다. 각 가이드 레일21은, 슬라이드 테이블12의 슬라이드 방향인 Y방향과 직교하는 X방향을 따라 배치되어 있다. 또한 각 가이드 레일21 사이의 중앙부에는, 각 가이드 레일21과 평행하게 볼 나사22가 배치되어 있고, 볼 나사22가 모터23에 의하여 정회전 및 역회전되도록 되어 있다.
볼 나사22에는, 볼 너트24가 나사결합하는 상태로 설치되어 있다. 볼 너트24는, 대좌19에 대하여 회전하지 않는 상태에서 일체적으로 설치되어 있고, 볼 나사22의 정회전 및 역회전에 의하여 볼 나사22를 따라 양쪽 방향으로 이동한다. 이에 따라 볼 너트24와 일체적으로 설치된 대좌19가 각 가이드 레일21을 따르는 X방향으로 슬라이드 한다.
대좌19 상에는, 회전기구(回轉機構)25가 설치되어 있고, 이 회전기구25 상에 스크라이브 대상인 글래스 기판이 재치(載置)되는 회전테이블(回轉 table)26이 수평한 상태로 설치되어 있다. 회전기구25는, 회전테이블26을 수직방향을 따르는 중심축을 중심으로 하여 회전시키도록 되어 있다. 회전테이블26 상에는 글래스 기판50이, 예를 들면 흡인척(吸引 chuck)에 의하여 고정된다.
회전테이블26의 상방에는, 회전테이블26과는 적당한 간격을 두고 지지대(支持臺)31이 배치되어 있다. 이 지지대31은, 수직상태로 배치되는 광학홀더(光學 holder)33의 하단부에 수평한 상태로 지지되어 있다. 광학홀더33 의 상단부는, 설치대11의 양쪽 측단부의 연직방향으로 연장되는 부재에 가설(架設)되는 부착대(附着臺)32의 하면에 설치되어 있다. 부착대32 상에는, 레이저빔(laser beam)을 발진(發振)하는 레이저 발진장치(laser 發進裝置)34가 설치되어 있다.
레이저 발진장치34는, 레이저 발진기(laser 發振器)로부터 조사(照射)되는 레이저빔을 광학홀더33 내에 지지되는 광학장치에 조사한다.
광학홀더33의 하단부에 설치된 지지대31에는, 광학홀더33에 근접하게 냉각노즐(冷却 nozzle)37이 설치되어 있다. 이 냉각노즐37로부터는 냉각수, He가스, N2가스, CO2가스 등의 냉각매체(冷却媒體)가 글래스 기판(glass 基板)50으로 분사(噴射)되도록 되어 있다. 냉각노즐37로부터 분사되는 냉각매체는, 글래스 기판50의 표면에 형성되는 타원형상의 레이저스폿(laser spot)의 길이방향의 끝 부분에 근접하는 위치에 분사된다.
도2는 레이저 발진장치34 및 광학홀더33 내에 설치되는 광학장치의 개략적인 구성도이다.
레이저 발진장치34는, 1개의 레이저빔을 발진하는 레이저 발진기34a를 구비하고 있고, 이 레이저 발진기34a에서 발진되는 레이저빔L이 X축 갈바노미러(X軸 galvanomirror)34b, Y축 갈바노미러(Y軸 galvanomirror)34c 및 광학홀더33 내에 배치되는 광학렌즈(光學 lens)33a를 통하여 글래스 기판50의 표면으로 조사되도록 되어 있다.
X축 갈바노미러34b는, 스캔모터(scan motor)34d에 의하여 고속으로 회전하여 이동할 수 있도록 되어 있고, 레이저 발진기34a로부터 조사되는 레이저빔L을 고속으로 주사(走査)하여 Y축 갈바노미러34c를 향하여 반사시키고 있다. 또한 Y축 갈바노미러34c는, 스캔모터34e에 의하여 고속으로 회전하여 이동할 수 있도록 되어 있고, X축 갈바노미러34b로부터 반사되는 레이저빔을 고속으로 주사하여 글래스 기판50을 향하여 반사시키고 있다. 그리고 Y축 갈바노미러34c에서 반사된 레이저빔이 광학렌즈33a를 통하여 글래스 기판50 상으로 조사된다.
광학렌즈33a를 통하여 글래스 기판50 상으로 조사되는 레이저빔은, 도2에 나타나 있는 바와 같은 원형모양의 조사스폿(照射 spot)LS1을 글래스 기판50의 표면 상에 형성한다.
이 원형모양의 조사스폿LS1(제2레이저스폿)을, X축 갈바노미러34b 및 Y축 갈바노미러34c에 의하여 도3에 나타나 있는 바와 같이 글래스 기판50의 타원궤도 상을 고속으로 주사시킴으로써 글래스 기판50에 타원형상의 레이저스폿LS2(제1레이저스폿)를 형성한다.
이러한 타원형상의 레이저스폿LS2를 형성하는 경우, 원형모양의 조사스폿LS1을 타원궤도 상의 몇 군데에 걸쳐 조사하는지가 중요하다. 조사되는 원형모양 레이저스폿LS1의 수가 적어지게 되면, 글래스 기판50 상에 부여되는 열량(熱量)이 부족하게 되어 타원형상의 레이저스폿LS2의 열에너지 분포(熱 energy 分布)가 연속되지 않게 될 우려가 있다. 또한 조사되는 원 형모양 레이저스폿LS1의 수가 지나치게 많으면, 타원궤도를 일주(一周)하기 위한 사이클 타임(cycle time)이 늦어지게 될 우려가 있다.
이 때문에, 예를 들면 갱신사이클 타임(更新 cycle time)을 12.96ms로 하여, 장축방향(長軸方向)의 길이 25mm, 단축방향(短軸方向)의 길이 1mm의 타원궤도 상에 108개의 장소에 걸쳐서 원형모양의 조사스폿LS1을 조사함으로써 형성된 타원형상의 레이저스폿LS2가 사용된다.
이와 같이 갈바노스캔(galvanoscan)을 사용하여 형성한 타원형상의 레이저스폿LS2는, 레이저스폿LS2의 단축방향의 길이가 1mm 정도이기 때문에, 원형모양의 레이저스폿LS1을 주사궤도인 타원궤도 상에서의 분포를 변동시킴으로써 레이저스폿LS2의 장축방향의 에너지 분포를 조정할 수 있다.
즉 도3에 나타나 있는 바와 같이 원형모양의 조사스폿LS1을 타원궤도 상의 전체에 걸쳐서 균일하게 분포되도록 하였을 경우, 타원모양의 레이저스폿LS2의 에너지 분포는 전체에 걸쳐서 균일하게 된다. 또한 도4(a)에 나타나 있는 바와 같이 원형모양의 조사스폿LS1을 타원궤도의 중심측으로 치우치도록 분포시켰을 경우에 형성되는 타원모양의 레이저스폿LS2A의 에너지 분포는, 타원모양의 스폿의 중심에서 에너지가 높아지는 에너지 분포가 형성된다. 또한 도4(b)에 나타나 있는 바와 같이 원형모양의 조사스폿LS1을 타원궤도 장축의 양단부로 치우치도록 분포시켰을 경우에 형성되는 타원모양의 레이저스폿LS2B의 에너지 분포는, 타원모양 스폿의 장축의 양단부로 치우치도록 에너지가 높아지는 에너지 분포가 형성된다. 이와 같이 원 형모양의 조사스폿LS1의 타원궤도 상으로의 분포를 조정함으로써 타원모양의 레이저스폿LS2의 에너지 분포를 조정할 수 있다.
타원모양의 레이저스폿LS2의 에너지 분포는, 실제로는 컴퓨터(computer)의 소프트웨어(software)에 의하여 퍼센티지(percentage)를 입력함으로써 조정될 수 있다. 편의상 이하의 설명에서는, 타원궤도 상에 균등하게 원형모양의 조사스폿LS1을 분포시켰을 경우를 100%로 표기하고, 원형모양의 조사스폿LS1을 도5에서의 A로 나타나 있는 타원형상의 중심으로 치우치도록 분포를 집중시키는 경우를 퍼센티지 입력의 수치가 작아지게 되도록 표기하고, 원형모양의 조사스폿LS1을 도5에서의 B로 나타나 있는 타원형상의 장축의 양단부로 치우치도록 집중시키는 경우를 퍼센티지 입력의 수치가 커지게 되도록 표기한다. 도5(a)에는 소프트웨어에 의하여 그려진 타원에 대하여 퍼센티지 입력을 작게 하여 A영역으로 나타나 있는 중앙으로 치우치도록 열에너지 분포가 집중된 패턴(pattern)을 나타내고 있고, 도5(b)에는 소프트웨어에 의하여 그려진 타원에 대하여 퍼센티지를 높게 하여 B영역으로 나타나 있는 장축의 양단부로 치우치도록 열에너지 분포가 집중된 패턴을 나타내고 있다.
상기 구성의 스크라이브 장치를 사용하여 글래스 기판에 스크라이브 라인을 형성하는 방법에 대하여 설명한다.
우선, 글래스 기판50이 회전테이블26 상에 재치되어 흡인수단(吸引手段)에 의하여 고정된다. 이러한 상태가 되면 회전테이블26이 소정의 촬영 위치(撮影位置)로 이동하고, CCD카메라(CCD camera)38 및 39에 의하여 글래스 기판50에 형성된 얼라인먼트 마크(alignment mark)가 촬영된다. 촬영된 얼라인먼트 마크는, 모니터(monitor)28 및 29에 표시되고, 화상처리장치(畵像處理裝置)를 사용하여 얼라인먼트 마크의 스크라이브 장치 내의 위치정보가 처리된다.
그 후에 글래스 기판50의 스크라이브 예정라인(scribe 豫定 line)과 실제 스크라이브 방향이 일치하도록 회전테이블26은 이동되어 지지대31에 대하여 위치결정된다.
이와 같이 위치결정된 회전테이블26에 지지되어 있는 글래스 기판50의 끝 부분에, 상기의 갈바노스캔에 의하여 타원형상의 레이저스폿LS2를 형성하여 스크라이브 라인 형성의 시작점이 되는 트리거(컷 라인(cut line))를 형성한다.
글래스 기판50에 조사되는 레이저빔은 고속으로 타원궤도 상으로 주사되어, 이 타원궤도 상에 108개의 장소에 원형모양의 조사스폿LS1을 형성하고, 글래스 기판에 장축방향의 길이 25mm, 단축방향의 길이 1mm의 타원형상의 레이저스폿LS2를 형성한다. 또한 소프트웨어에 의하여 그려진 타원에 대하여 입력되는 퍼센티지를 88%로 하여 열에너지의 분포가 중앙에 산(山) 모양이 되도록 조정하여 타원형상의 레이저스폿LS2A로 한다.
이러한 갈바노스캔에 의하여 형성된 입력 퍼센티지 88%의 열분포를 갖는 레이저스폿LS2A를, 레이저스폿LS2A의 중앙부가 글래스 기판50의 끝 부분 에 일치할 때까지 글래스 기판50에 대하여 상대적으로 100mm/sec 이하의 저속으로 이동시킨다. 이와 같이 레이저스폿LS2A를 글래스 기판50의 끝 부분에서 저속으로 이동시킴으로써 글래스 기판50의 끝 부분에 트리거(가는 홈)가 형성된다.
글래스 기판50의 끝 부분에 트리거(가는 홈)가 형성된 후, 계속하여 레이저스폿LS2A의 주행을 계속시킨다.
레이저스폿LS2A를 글래스 기판50에 대하여 상대적으로 주행시키고, 레이저스폿LS2A의 주행방향의 뒷부분측에 설치되어 있는 냉각노즐37로부터 냉각매체가 글래스 기판50으로 분출된다. 냉각노즐37로부터 냉각매체가 분사되어 형성되는 냉각영역(냉각스폿)이, 글래스 기판50의 끝 부분의 컷 라인에 도달하였을 때에 스크라이브 라인의 형성이 시작되고, 글래스 기판50에 형성된 컷 라인을 트리거로 하여 이 컷 라인으로부터 수직크랙(垂直 crack)이 연속하여 생성된다. 이 스크라이브를 실시할 때의 레이저스폿의 글래스 기판50에 대한 상대적인 주행 스피드(走行 speed)는, 트리거를 형성하였을 때의 레이저스폿의 주행 스피드보다 고속화 되어 50mm/sec∼300mm/sec로 한다.
글래스 기판50으로의 스크라이브 라인의 형성이 완료되면 글래스 기판50은, 다음의 브레이크 공정(brake 工程)으로 반송되어, 본 발명의 스크라이브 장치를 구비하는 스크라이브 공정(scribe 工程)에서 형성된 스크라이브 라인에 대하여 휨응력이 작용하도록 글래스 기판50에 힘이 가하여진다. 이에 따라 글래스 기판50은 스크라이브 라인을 따라 절단된다.
이상에서 설명한 바와 같이 본 실시예의 스크라이브 장치에서는, 커터 휠 등에 의한 글래스 기판50에 대한 가압력(加壓力)을 가하지 않고 글래스 기판50에 트리거(컷 라인)를 형성할 수 있기 때문에, 글래스 기판50에 대하여 스크라이브 라인을 형성하는 스크라이브 공정에서 부스러기(컬릿(cullet))가 발생하는 경우는 전혀 없어서 플라즈마 디스플레이 등의 두께가 두꺼운 형태의 글래스 기판을 대량으로 절단하는 경우에 문제가 되는 부스러기(컬릿)의 발생을 해소할 수 있다.
상기의 갈바노스캔을 사용한 타원형상의 레이저스폿LS2를 사용함으로써 글래스 기판50에 트리거(컷 라인)를 형성하는 공정은, 절단되는 글래스 기판50의 종류, 두께 등에 의하여 최적의 조건이 다르다고 생각되기 때문에, 여러 가지의 글래스 기판50에 대한 트리거(컷 라인) 형성의 최적조건에 대하여 검토하는 실험을 하였다. 이하, 그 실험결과에 대하여 설명한다. 또한 이 실험에서는, 최적조건의 설정과 더불어 글래스 기판50에 대한 갈바노스캔에 의한 레이저스폿을 조사하는 방법에 관하여도 검토하였으므로, 그 방법에 대하여 각각 설명한다.
우선 제1트리거 형성조건으로서, 도6에 나타나 있는 바와 같이 레이저스폿LS2를 글래스 기판50에 대하여 100mm/sec 이하의 속도로 저속 주행시킴으로써 트리거를 형성하는 경우에 대하여 검토하였다. 이 때의 실험조건을 다음의 표1에 나타내었다.
표1
트리거 거리(mm) 트리거 스피드 스크라이브 스피드
소다t1.1 13mm 40mm/sec 150㎜/sec
소다t2.8 13mm 90mm/sec 100mm/sec
경질t0.8 13mm 60mm/sec 60mm/sec

또한 제2트리거의 형성조건으로서, 도7에 나타나 있는 바와 같이 레이저스폿LS2의 중앙부분을 글래스 기판50의 끝 부분 위에 위치시킨 상태에서, 레이저스폿LS2의 주행을 정지시키고, 글래스 기판50의 끝 부분에 트리거를 형성한 후에 다시 레이저스폿LS2를 글래스 기판50에 대하여 주행시켜서 스크라이브 라인을 형성하였다. 이 때의 실험에 있어서의 조건을 다음의 표2에 나타내었다.
표2
조사시간 (초) 조사회수 조사간격 (초) 스크라이브 스피드
소다t1.1 0.1초 2회 0.3초 150mm/sec
소다t2.8 0.1초 2회 0.3초 100mm/sec
경질t0.8 0.1초 2회 0.3초 60mm/sec

또한 비교를 하기 위하여 상기의 갈바노스캔에 의한 타원형상의 레이저스폿LS2를 글래스 기판50의 표면에 형성하는 대신에, 도8에 나타나 있는 바와 같이 원형모양의 조사스폿LS1을 글래스 기판50의 끝 부분 위에 조사한 상태에서 레이저스폿LS1의 주행을 정지시키고, 이 레이저스폿LS1의 조사에 의하여 글래스 기판50에 트리거를 형성한 후에 갈바노스캔에 의하여 레이저빔을 고속으로 주사시켜서 타원형상의 레이저스폿LS2를 형성하고, 글래스 기판에 대하여 상대적으로 주행시켜서 스크라이브 라인을 형성하였을 때의 실험조건을 다음의 표3에 나타내었다.
표3
조사시간 (초) 조사회수 조사간격 (초) 스크라이브 스피드
소다t1.1 0.1초 2회 0.3초 100mm/sec
소다t2.8 0.2초 2회 0.3초 80mm/sec
경질t0.8 0.9초 2회 0.3초 60mm/sec

상기의 각 실험조건에 의하여 글래스 기판 상에 조사되는 갈바노스캔에 의한 타원형상의 레이저스폿LS2의 조사조건을 조정함으로써 소다 글래스(soda glass) 등의 두께가 두꺼운 형태의 글래스 기판에 대해서도 트리거를 형성할 수 있다는 것이 밝혀졌다. 이에 대하여 비교예와 같이 원형모양의 조사스폿LS1을 글래스 기판50의 끝 부분에 형성함으로써 글래스 기판50의 끝 부분에 트리거를 형성하는 경우에는, 트리거(컷 라인)로부터 예측할 수 없는 방향으로 불필요한 크랙이 파생하는 「앞질러 가는」 현상이 발생한다는 것이 확인되었다.
또한 상기 각 실험조건에서 레이저스폿을 조사함으로써 형성된 트리거는, 커터 휠 등의 스크라이브 커터에 의하여 형성된 트리거(컷 라인)와 비교하여, 그 깊이가 약 20% 정도 깊어지게 된다는 결과도 얻었다.
도6 또는 도7에 나타나 있는 바와 같은 타원형상의 레이저스폿LS2에 있어서, 레이저스폿의 중앙부 부근의 열에너지 강도가 높아지고 있는 레이저스폿을 사용함으로써 글래스 기판의 끝 부분에 트리거가 형성되는 것이 가능하게 된다.
이하, 이와 같이 갈바노스캔에 의한 산 모양의 열에너지 분포를 갖는 레이저스폿을 사용하는 것에 의한 효과에 대하여 설명한다.
도9는, 상기 갈바노스캔에 의하여 원형모양의 조사스폿LS1을 글래스 기판에 조사하였을 경우에 형성되는 레이저스폿LS2가 산 모양의 열에너지 분포를 구비하고 있는 상황을 나타내고 있다. 도면 중에서 A로 나타나 있는 영역은, 레이저스폿LS2의 이동방향의 전방측을 나타내고 있고, 이 영역A에서는 열에너지 강도가 전방측이 됨에 따라 서서히 감소된다. 한편 도면 중에서 B로 나타나 있는 영역은 레이저스폿의 이동방향의 후방측을 나타내고 있고, 이 영역B에서는 열에너지 강도가 후방측이 됨에 따라 서서히 감소된다.
영역A는, 글래스 기판50에 트리거를 형성하는 경우에 글래스 기판50의 표면을 예열(豫熱)하는 영역으로서 기능을 한다고 생각되고, 영역B는, 글래스 기판50에 트리거를 형성하는 경우에 트리거를 형성하기 위한 형성영역으로 되어 있다고 생각된다.
영역A에 대해서는, 글래스 기판50을 서서히 예열하기 위하여 어느 정도의 거리가 필요하게 된다. 영역A의 길이가 짧은 경우에는, 글래스 기판50에 트리거를 형성하는 경우에 충분한 예열을 할 수 없는 상태에서 열 분포의 피크 포인트(peak point)가 글래스 기판50의 끝 부분을 타고 오르게 되어, 소위 「앞질러 감」이라고 불리는 현상이 발생할 우려가 있다. 또한 이 영역A의 열 분포는, 열에너지 분포의 피크 포인트인 중앙부분을 향하 여 완만한 모양으로 열에너지가 상승하는 분포로 되어 있는 것이 바람직하다고 생각된다.
예를 들면 영역A의 열 분포가 상기와 반대로 가장자리를 향하여 상승하고 있는 경우에는, 「앞질러 가는」 현상이 발생할 우려가 있다.
다음에 영역B에 대하여는, 글래스 기판50의 끝 부분에 소정 깊이의 트리거(가는 홈)를 형성하기 위해서는, 열이 글래스 기판의 표면으로부터 어느 정도의 깊이까지 전달될 필요가 있기 때문에, 글래스 기판의 재질이나 두께 등에 따르는 길이가 필요하게 된다. 이 영역B의 길이가 짧은 경우에는, 글래스 기판50에 트리거를 형성하는 것이 어렵게 된다.
또한 글래스 기판의 표면에 형성되는 조사스폿LS1을 타원궤도 상에 갈바노스캔에 의하여 고속으로 주사시킴으로써 형성되는 타원형상의 레이저스폿LS2는 스크라이브 예정라인 상 등으로 열이 확산되는 영역이 확보되어, 글래스 기판의 압축력(壓縮力), 인장력(引張力) 등의 특성을 찾아내어 바란스(balance)를 잡을 수 있다고 생각된다. 이에 대하여 레이저스폿LS1을 스크라이브 예정라인 상으로만 고속으로 주사시킨 경우에는, 스크라이브 라인을 형성하는 것이 어렵게 된다. 즉 기판 면의 수직방향으로 열량이 축적되어 글래스 기판의 표면이 용융된다.
또한 타원궤도 상에 빔 스폿이 조사되지 않는 공간을 형성하였을 경우, 공간이 형성된 영역에서 열량이 감소된다.
또한 타원형상의 레이저스폿의 폭(幅)은, 레이저 발진기에 의하여 출 사(出射)되는 원형모양의 조사스폿이 갖는 지름의 2배를 넘지 않는 정도로 하는 것이 바람직하다.
또한 상기의 설명에 있어서는, 글래스 기판50 상에 형성되는 레이저스폿으로서 타원형상의 것에 관하여 설명하였지만, 도10에 나타나 있는 바와 같이 스크라이브 방향의 전후에 2개의 타원형상을 구비하도록 8자 모양의 레이저스폿으로 하더라도 좋다.
전후 2개의 타원궤도 상에 원형모양의 레이저스폿LS1을 고속으로 8자 모양으로 주사시킴으로써 형성되는 2개의 타원형상을 갖는 레이저스폿은 타원형상의 레이저스폿이 1개인 경우보다 글래스 기판에 대하여 더 많은 에너지(열량)를 가할 수 있다.
또한 전후 2개의 타원형상의 레이저스폿LS1 및 LS2의 열 에너지 분포를, 각각 도9에서 설명한 예열영역(豫熱領域)(도9의 A영역) 및 트리거 형성영역(trigger 形成領域)(도9의 B영역)에 적합하도록 임의로 형상을 변경시킬 수 있다.
도10에서의 전방측 타원형상의 레이저스폿LS3의 길이방향의 치수a 및 폭 방향의 치수b에 대하여 각각 적정한 길이를 글래스 기판의 종류에 따라 변경할 수 있다. 예를 들면 박형(薄型)의 글래스 기판에 트리거를 형성하는 경우에는 길이방향 치수a를 짧게 하고, 경질 글래스(硬質 glass) 또는 두께가 두꺼운 형태의 글래스 기판에 트리거를 형성하는 경우에는 길이방향 치수a를 길게 형성한다. 한편 글래스 기판에 부여되는 열량을 많게 하는 경우에는 폭 방향 치수b를 짧게 하고, 글래스 기판에 부여되는 열량을 적게 하는 경우에는 폭 방향 치수b를 길게 한다.
이상에서 설명한 바와 같이 본 발명의 스크라이브 장치 및 스크라이브 방법에 의하면, 레이저빔을 조사함으로써 스크라이브 라인의 형성 시작점이 되는 트리거(가는 홈)를 형성하고, 계속 스크라이브 라인을 형성하기 위하여 스크라이브 라인을 형성하는 스크라이브 공정에 있어서, 부스러기(컬릿)를 발생시키지 않고 글래스 기판을 스크라이브 할 수 있고 또한 플라즈마 디스플레이 등에 사용되는 두께가 두꺼운 형태의 글래스 기판에 대하여 대량으로 스크라이브 라인을 형성하더라도 부스러기(컬릿)에 의한 글래스 기판 표면 상에 부여되는 흠집 등이 발생하는 것을 방지할 수 있다.
또한 트리거를 형성하기 위한 커터 휠 등의 스크라이브 커터를 구비할 필요가 없기 때문에, 장치의 구성을 콤팩트(compact)하고 동시에 저렴하게 할 수 있고 또한 커터 휠 등의 소모품을 감소시킬 수 있다.
본원에서는, 취성재료 기판의 일례로서 FPD의 머더글래스 기판을 이용하여 설명하였지만, 반도체 웨이퍼, 세라믹스 등의 스크라이브 가공에 있어서도 효과적으로 적용시킬 수 있다.
또한 본원의 스크라이브 장치 및 스크라이브 방법은 글래스 기판 상호간을 접합시킨 액정패널, 투과형 프로젝터 기판(透過型 projector 基板), 유기EL소자(有機 EL 素子), PDP(플라즈마 디스플레이 패널(plasma display panel)), FED(필드 에미션 디스플레이(field emission display))나 글래스 기판과 실리콘 기판(silicon 基板)을 접합시킨 반사형 프로젝터 기판(反射型 projector 基板) 등의 머더기판(mother 基板)의 스크라이브에 대하여도 효과적으로 적용시킬 수 있다.
본 발명의 스크라이브 장치 및 스크라이브 형성방법은, 갈바노스캔에 의하여 취성재료 기판에 조사되는 조사스폿을 고속으로 주사함으로써 열에너지 강도가 중앙부분이 됨에 따라 커지게 되는 산 모양으로 되는 레이저스폿을 형성하고, 그 레이저스폿의 이동은 취성재료 기판의 끝 부분에 있어서, 스크라이브 라인을 형성하는 중의 속도보다 느리게 되거나 또는 일단 정지된다. 이에 따라 커터 휠 등의 칼날을 사용하지 않고 스크라이브의 시작점이 되는 트리거를 형성할 수 있기 때문에 스크라이브 공정에 있어서, 부스러기(컬릿)가 발생하지 않아 플라즈마 디스플레이 등에 사용되는 두께가 두꺼운 형태의 글래스 기판에 대하여 대량으로 트리거(컷 라인)를 형성하더라도 부스러기(컬릿)에 의한 글래스 기판 표면 상에 부여되는 흠집 등이 발생하는 것을 방지할 수 있다.
또한 트리거를 형성하기 위한 커터 휠 등의 칼날을 구비할 필요가 없기 때문에, 장치의 구성을 콤팩트하고 동시에 저렴하게 할 수 있고 또한 커터 휠 등의 소모품을 감소시킬 수 있다.

Claims (11)

  1. 취성재료 기판(脆性材料 基板)이 재치(載置)되는 테이블과,
    상기 테이블 상의 상기 취성재료 기판의 표면에 있어서 제1레이저스폿(第一 laser spot)이 형성되도록 레이저빔(laser beam)을 발진(發振)시키는 레이저빔 발진수단과,
    상기 테이블 상의 상기 취성재료 기판의 표면에 있어서 상기 취성재료 기판 연화점(軟化點)보다 낮은 온도의 제2레이저스폿이 소정의 형상으로 형성되도록 상기 제1레이저스폿을 고속으로 회전 이동시키는 제1이동수단과,
    상기 테이블 상의 상기 취성재료 기판의 표면에 있어서 상기 제2레이저스폿을 스크라이브 예정라인(scribe 豫定 line)을 따라 이동시키는 제2이동수단과,
    상기 제2레이저스폿에 의하여 가열된 영역의 근방을 냉각시키는 냉각수단을
    구비하고,
    상기 제1이동수단 및 상기 제2이동수단은, 상기 스크라이브 예정 라인의 끝 부분에 있어서 상기 제2레이저스폿에 의하여 스크라이브(scribe) 시작점이 되는 트리거(trigger)가 형성되도록 상기 제1레이저스폿 및 제2레이저스폿의 이동을 각각 제어하는 것을 특징으로 하는 스크라이브 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제2레이저스폿은, 상기 제1레이저스폿이 타원형의 궤도 상을 회전 이동함으로써 형성되는 것을 특징으로 하는 스크라이브 장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 제2레이저스폿의 열에너지 분포(熱 energy 分布)가, 가장자리에서 중앙부분으로 됨에 따라 커지게 되도록 상기 제1이동수단이 제어되는 것을 특징으로 하는 스크라이브 장치.
  4. 취성재료 기판의 표면에 형성되는 제1레이저스폿을 고속으로 회전 이동시킴으로써 상기 취성재료 기판의 연화점보다 낮은 온도의 제2레이저스폿을 소정의 형상으로 형성하고, 상기 제2레이저스폿을 스크라이브 예정라인을 따라 이동시킴과 아울러 상기 제2레이저스폿에 의하여 가열된 영역의 근방을 냉각함으로써 상기 스크라이브 예정 라인을 따라 스크라이브 라인을 형성하는 스크라이브 방법에 있어서,
    상기 취성재료 기판 표면에 있어서의 상기 스크라이브 예정 라인의 끝 부분에 있어서, 상기 제2레이저스폿에 의하여 스크라이브 시작점이 되는 트리거가 형성되도록 상기 제1레이저스폿의 회전 이동 및 상기 제2레이저스폿의 상기 스크라이브 예정 라인을 따른 이동을 각각 제어하는 것을 특징으로 하는 스크라이브 방법.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 제2레이저스폿은, 상기 제1레이저스폿이 타원형의 궤도 상을 회전 이동함으로써 형성되는 것을 특징으로 하는 스크라이브 방법.
  6. 제4항에 있어서,
    상기 제1레이저스폿의 회전 이동의 속도에 따라 상기 제2레이저스폿의 열에너지 분포가 제어되는 것을 특징으로 하는 스크라이브 방법.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 제2레이저스폿의 열에너지 분포가 가장자리에서 중앙부분으로 됨에 따라 커지게 되어 있는 것을 특징으로 하는 스크라이브 방법.
  8. 제4항에 있어서,
    상기 트리거를 형성할 때에 상기 제2레이저스폿를 상기 스크라이브 예정 라인의 끝 부분에서 정지시키는 것을 특징으로 하는 스크라이브 방법.
  9. 제4항에 있어서,
    상기 트리거를 형성할 때에 상기 제2레이저스폿를 상기 스크라이브 예정 라인의 끝 부분에 있어서 이동시키는 것을 특징으로 하는 스크라이브 방법.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 제2레이저스폿은, 상기 스크라이브 예정 라인의 끝 부분에 있어서의 상기 이동의 속도가 상기 스크라이브 예정 라인을 따른 상기 이동의 속도와는 다른 것을 특징으로 하는 스크라이브 방법.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 제2레이저스폿은, 상기 스크라이브 예정 라인을 따른 상기 이동의 속도가 상기 스크라이브 예정 라인의 끝 부분에서의 이동의 속도보다 빠른 것을 특징으로 하는 스크라이브 방법.
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