KR100673073B1

KR100673073B1 - 레이저 빔을 이용한 비금속 기판의 절단 방법 및 장치

Info

Publication number: KR100673073B1
Application number: KR1020000062131A
Authority: KR
Inventors: 남형우; 추대호; 전백균
Original assignee: 삼성전자주식회사
Priority date: 2000-10-21
Filing date: 2000-10-21
Publication date: 2007-01-22
Also published as: JP3787073B2; CN1349875A; JP2002144067A; KR20020031573A; TWI251519B; CN1196562C; US6541730B2; US20020046997A1

Abstract

레이저 빔을 이용한 비금속 기판의 절단 방법 및 장치가 개시되어 있다. 레이저빔 발생장치는 비금속 기판에 설정된 절단 경로를 가열하여 상기 절단 경로 상에 스크라이브 라인이 형성되도록 하는 제1 레이저 빔 및 상기 제1 레이저 빔과 소정 거리 이격되어 상기 제1 레이저 빔의 주사 경로를 따라 하나의 빔 패턴이 형성되도록 제2 레이저 빔을 주사한다. 냉각 장치는 상기 제1 레이저 빔과 상기 제2 레이저 빔 사이의 상기 절단 경로 상에 냉각 유체를 분사하여 크랙을 발생시킨다. 냉각 유체의 분사 후 한 개의 빔 패턴을 사용하여 유리 모기판을 절단하기 때문에 광학계를 단순화시킬 수 있고, 스크라이브 라인에 더욱 큰 인장력을 발생시키므로 후박한 비금속 기판의 완전 절단을 달성할 수 있다.

Description

레이저 빔을 이용한 비금속 기판의 절단 방법 및 장치{Method and Apparatus for cutting non-metal substrate using a laser beam}

도 1은 종래 방법에 의한 레이저 빔을 이용한 유리기판 절단장치를 도시한 개념도이다.

도 2는 종래의 다른 방법에 의한 레이저 빔을 이용한 유리기판 절단장치를 도시한 개념도이다.

도 3은 본 발명의 일 실시예에 의한 유리기판 절단장치의 절단 메카니즘을 설명하기 위한 개념도이다.

도 4는 도 3의 제2 레이저 빔에 의해 유리 모기판에 가해지는 열분포의 단면도이다.

도 5a 내지 도 5c는 제2 레이저 빔의 여러 가지 빔 패턴들을 도시한 평면도들이다.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명〉

100 : 유리 모기판 110 : 레이저 발생 장치

120 : 냉각 장치 130 : 스크라이브용 제1 레이저 빔

140 : 제1 레이저 빔 발생유닛 150 : 절단용 제2 레이저 빔

160 : 제2 레이저 빔 발생유닛 170 : 냉각 유체빔

200 : 절단 경로 210 : 스크라이브 라인

본 발명은 비금속 재료, 예를 들어 유리나 실리콘과 같은 재료로 제작된 평판 형상의 비금속 기판을 보다 작은 복수개의 조각으로 정밀하게 절단하는 비금속 기판의 절단 방법 및 장치에 관한 것이다. 보다 상세하게는, 본 발명은 스크라이브용 레이저 빔을 뒤따라 오면서 유리나 실리콘과 같은 재료로 제작된 비금속 기판을 완전히 절단하는 절단용 레이저 빔을 절단 경로 상에 발생시킴으로써, 비금속 기판이 지정된 절단 경로를 따라 정밀하게 절단되도록 한 비금속 기판의 절단 방법 및 장치에 관한 것이다.

최근 들어, 반도체 박막 공정 기술의 개발에 힘입어 고집적, 고성능 반도체 제품을 생산하는 반도체 산업의 발달이 꾸준히 이루어지고 있는 실정이다. 반도체 제품은 비금속 재료 중 하나인 단결정 실리콘으로 제작된 웨이퍼라 불리는 순도가 매우 높은 기판 상에 수∼수천만 개의 반도체 소자들이 반도체 박막 공정에 의해 집적된다. 이와 같은 반도체 제품은 디지털 신호의 형태로 데이터를 저장하거나, 저장된 데이터를 매우 빠른 시간 내에 연산 처리하는 역할을 한다.

또한, 반도체 산업의 응용 분야로, 정보처리장치에서 처리된 아날로그 형태의 영상 신호를 디지털 방식으로 디스플레이하는 액정표시장치의 기술 개발이 급속히 진행되고 있다. 액정표시장치는 투명한 2장의 기판 사이에 액정을 주입한 후, 액정의 특정한 분자배열에 전압을 인가하여 다른 분자배열로 변환시키고, 이러한 분자 배열에 의해 발광하는 액정셀의 복굴절성, 선광성, 2색성 및 광산란특성 등의 광학적 성질의 변화를 시각 변화로 변환시키는 디스플레이 장치이다.

이들 반도체 제품과 액정표시장치는 비금속 기판, 즉 순도가 높은 실리콘 기판 및 유리 기판에 형성되는 공통점을 갖고 있는데, 이들 비금속 기판은 충격에 약하여 깨지기 쉽다는 단점을 갖고 있지만 한 매의 웨이퍼 또는 한 매의 대형 유리 기판에 복수개의 반도체 칩 또는 LCD 단위셀을 형성한 후 개별화하기 쉬운 장점을 갖는다.

반도체 제품의 경우, 한 장의 웨이퍼에 수∼수백개의 반도체 칩을 동시에 형성한 후, 개별화 공정을 통해 개별화된 반도체 칩에 패키지 공정을 진행하여 반도체 제품을 제작한다.

액정표시장치의 경우에는, 모기판(mother board)이라 불리우는 대형 유리기판에 적어도 2개 이상의 LCD 단위셀을 동시에 형성한 후, 개별화 공정에 의해 LCD 단위셀을 모기판으로부터 개별화시키고 어셈블리 공정을 진행한다.

이때, 개별화 공정은 제품 생산의 거의 마지막 단계에 속하므로 개별화 공정에서의 불량, 즉 절단 불량은 제품의 양산성 및 수율에 많은 영향을 미치게 된다. 특히, 액정표시장치에 사용되는 모기판의 경우, 유리 특성상 결정 구조를 갖지 않기 때문에 실리콘 웨이퍼에 비하여 취성이 더욱 약하고, 절단 과정에서 엣지에 형성된 미세 크랙에 의해 후속 공정이 진행되면서 취약한 곳을 따라 응력이 급속히 증폭되어 원하지 않는 부분이 절단되는 불량이 발생하기 쉽다.

종래에는 소정 직경을 갖는 원판의 원주면에 미세한 다이아몬드가 박힌 상태로 고속 회전하는 다이아몬드 블레이드를 절단하고자 하는 "절단 경로"에 접촉시켜 상기 절단 경로를 따라 기판의 표면에 소정 깊이의 스크라이브 라인을 형성한 후, 상기 기판에 물리적인 충격을 가하여 스크라이브 라인을 따라 기판에 크랙을 전파시킴으로써 웨이퍼 또는 유리 모기판으로부터 반도체 칩 또는 LCD 단위셀들을 분리시킨다.

이러한 다이아몬드 블레이드를 사용하여 웨이퍼나 유리 모기판의 개별화 공정을 진행할 때에는 필연적으로 절단을 위한 소정 면적, 즉 일정 면적 이상의 절단 마진을 필요로 하므로 정밀한 절단이 이루어지지 않을 경우 단위 웨이퍼당 형성될 반도체 칩의 수를 증가시키는데 많은 어려움이 있다.

특히, 액정표시장치의 경우에는 다이아몬드 블레이드에 의해 절단된 절단면이 매끄럽지 못하게 가공됨으로써 절단면 상에 응력이 집중된 부분이 많이 존재하게 된다. 이와 같이 절단면 상에 응력이 집중된 부분은 외부로부터 가해지는 미세한 충격에도 쉽게 깨져 크랙이나 칩핑을 유발하게 된다.

또한, 다이아몬드 블레이드를 이용할 경우 유리 파티클이 매우 많이 발생하므로 이를 제거하기 위한 별도의 세정 공정 및 건조 공정이 요구되는 단점이 있다.

최근에는 이와 같은 문제점을 극복하기 위하여 미국 특허 제4467168호 "레이저를 이용한 글래스 절단방법 및 이를 이용한 물품 제작방법", 미국 특허 제4682003호 "레이저 빔을 이용한 유리절단", 미국 특허 제5622540호 "유리 기판의 절단방법" 등 레이저 빔을 이용한 절단 방법들이 개발되고 있다.

도 1은 종래의 레이저 빔을 이용한 유리기판 절단장치를 도시한 개념도이다.

도 1을 참조하면, 레이저 빔(1)이 유리 모기판(2)의 절단 경로(3)를 따라 주사되도록 하여 유리 모기판(2) 중 레이저 빔(1)이 주사된 절단 경로(3)를 급속 가열한다. 이어서, 급속 가열된 절단 경로(3) 상에 유리 모기판(2)의 가열 온도보다 현저히 낮은 온도를 갖는 냉각 유체 빔(4)을 분사하여 유리 모기판(2)의 급속 팽창 및 급속 수축에 따른 인장력(tensile force)에 의해 유리 모기판(2)이 절단 경로를 따라서 절단되도록 한다.

그러나, 도 1에 도시한 유리기판 절단장치는 두께가 비교적 얇은 유리 모기판은 한번에 절단할 수 있지만, 최근 액정표시장치의 대형화에 따라 유리 모기판의 평면적 및 두께가 증가하고 있는 추세로서 현재 0.5㎜ 이상의 두께를 갖는 유리 모기판을 한번에 절단하기 위해서는 매우 높은 에너지 레벨을 갖는 레이저 빔(1)을 주사하여야 한다.

이와 같이 유리 모기판(2)에 주사되는 레이저 빔(1)의 에너지 레벨을 증가시키면, 레이저 빔(1)이 주사되어 급속 가열되는 유리 모기판(2)의 절단 경로(3) 상의 온도와 절단 경로(3) 주위의 유리 모기판(2)의 온도차가 극심하게 된다. 따라서, 냉각 유체 빔(4)에 의해 절단 경로(3)가 냉각되기 이전에 유리 모기판(2)의 온도차가 극심한 부위로 크랙이 전파되어 유리 모기판(2)의 절단 경로(3) 이외의 부분이 절단되는 불량이 발생하게 된다.

이에 따라, 높은 에너지 레벨을 갖는 레이저 빔을 사용하지 않고도 유리 기판을 한번에 절단할 수 있는 유리기판 절단장치가 개발되었으며, 도 2를 참조하여 상기 절단장치에 대해 설명하고자 한다.

도 2에 도시한 바와 같이, 유리 모기판(10)에 형성된 절단 경로(12)를 따라 스크라이브용 레이저 빔(13)을 주사하여 유리 모기판(10) 중 스크라이브용 레이저 빔(13)이 주사된 절단 경로(12)를 급속 가열하고, 상기 급속 가열된 절단 경로(12) 상에 유리 모기판(10)의 가열 온도보다 현저히 낮은 온도를 갖는 냉각 유체빔(14)를 분사한다. 그러면, 유리 모기판(10)이 급속 냉각되면서 그 표면에 소정 깊이의 크랙이 발생하여 스크라이브 라인(15)이 형성된다. 이어서, 스크라이브 라인(15)의 양쪽에 절단용 레이저 빔(16)을 주사하면, 스크라이브 라인(15)을 기준으로 양쪽의 유리 기판(10)이 급속 가열에 따라 급속하게 팽창되어 스크라이브 라인(15)에 매우 큰 인장력이 발생한다. 결국, 유리 기판(10)은 스크라이브 라인(15)을 따라 완전히 절단된다.

상술한 유리기판 절단장치에 의하면, 스크라이브용 레이저 빔(13)에 의해 가열된 절단 경로(12) 상의 온도와 냉각 유체(14)에 의해 냉각된 온도 차이가 작더라도 스크라이브 라인(15)을 충분히 형성할 수 있다. 또한, 절단용 레이저 빔(16)에 의해 가열된 스크라이브 라인(15)의 주변 온도와 스크라이브 라인(15) 상의 온도 차이만큼 전단 응력이 커지게 되어 비교적 후박한 유리 모기판도 한번에 절단할 수 있다.

그러나, 상술한 유리기판 절단장치에 의하면, 냉각 유체빔의 분사 후 두 개 이상의 빔 패턴을 사용하여 유리 모기판을 절단하기 때문에 두 개 이상의 빔 패턴의 크기나 세기를 조절하는데 시간이 많이 소비된다. 또한, 빔 패턴의 대칭성에 따 라 절단의 직선성이 좌우되므로 이를 조절하기 위한 시간이 많이 소비된다. 더욱이, 하나의 레이저 빔으로 두 개 이상의 빔 패턴을 형성해야 하기 때문에, 분할기(splitter)와 같은 추가적인 렌즈가 필요하게 되어 광학계의 구성이 복잡해지는 단점이 있다.

따라서, 본 발명의 제1의 목적은 광학계의 구성을 단순화시키면서 유리나 실리콘과 같은 재료로 제작된 비금속 기판을 완전히 절단할 수 있는 비금속 기판의 절단 방법을 제공하는데 있다.

본 발명의 제2의 목적은 상술한 비금속 기판의 절단 방법을 수행하는데 적합한 비금속 기판의 절단장치를 제공하는데 있다.

상기 제1의 목적을 달성하기 위하여 본 발명은, 비금속 기판에 설정된 절단 경로 상에 제1 레이저 빔을 주사하여 상기 절단 경로의 제1 영역을 급속 가열하는 단계; 상기 급속 가열된 상기 절단 경로 상에 냉각 유체빔을 분사하여 상기 절단 경로 상에 소정 깊이를 갖는 스크라이브 라인을 형성하는 단계; 및 상기 제1 레이저 빔의 주사 경로를 따라 제2 레이저 빔을 주사하여 상기 스크라이브 라인을 급속 가열함으로써 상기 비금속 기판을 완전히 절단하는 단계를 구비하는 것을 특징으로 하는 비금속 기판의 절단방법을 제공한다.

상기 제2의 목적을 달성하기 위하여 본 발명은, 비금속 기판에 설정된 절단 경로를 가열하여 상기 절단 경로 상에 스크라이브 라인이 형성되도록 하는 제1 레 이저 빔, 및 상기 제1 레이저 빔과 소정 거리 이격되어 상기 제1 레이저 빔의 주사 경로를 따라 하나의 빔 패턴이 형성되도록 제2 레이저 빔을 주사하는 레이저 빔 발생수단; 및 상기 제1 레이저 빔과 상기 제2 레이저 빔 사이의 상기 절단 경로 상에 냉각 유체빔을 분사하여 크랙을 발생시키는 냉각 수단을 구비하는 것을 특징으로 하는 비금속 기판의 절단장치를 제공한다.

또한, 본 발명의 상기 제2의 목적은 비금속 기판에 설정된 절단 경로를 가열하여 상기 절단 경로 상에 스크라이브 라인이 형성되도록 하는 제1 레이저 빔, 및 상기 제1 레이저 빔과 소정 거리 이격되어 상기 스크라이브 라인 상에 제2 레이저 빔을 주사하는 레이저 빔 발생수단; 및 상기 제1 레이저 빔과 상기 제2 레이저 빔 사이의 상기 절단 경로 상에 냉각 유체빔을 분사하여 크랙을 발생시키는 냉각 수단을 구비하는 것을 특징으로 하는 비금속 기판의 절단장치에 의해 달성될 수도 있다.

본 발명에 의하면, 냉각 유체의 분사 후 한 개의 빔 패턴을 사용하여 유리 모기판을 절단하기 때문에 빔 패턴의 크기나 세기를 조절하기 위한 시간을 많이 단축하고 광학계를 단순화시킬 수 있다.

이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명한다.

도 3을 참조하면, 유리 모기판(100)의 절단 경로(200)를 가열하기 위해 레이 저 빔을 발생시키는 레이저 빔 발생 장치(110), 급속도로 가열된 유리 모기판(100)의 절단 경로에 냉각 유체빔을 분사하여 유리 모기판(100)을 냉각시켜 절단 경로(y축 방향)를 따라 유리 모기판(100)에 크랙을 발생시키는 냉각 장치(120), 및 레이저 빔 발생 장치(110)와 냉각 장치(120)이 유리 모기판(100)과 상대 운동하도록 이들을 이송시키는 이송 장치(도시하지 않음)로 구성된다.

더욱 구체적으로, 상기 레이저 빔 발생 장치(110)는 스크라이브용 제1 레이저 빔(130)을 발생시키는 제1 레이저 빔 발생유닛(140)과, 절단용 제2 레이저 빔(150)을 발생시키는 제2 레이저 빔 발생유닛(160)으로 구성된다. 상기 제1 레이저 빔 발생 유닛(140)과 제2 레이저 빔 발생 유닛(150)은 각각 별도의 레이저 소스를 가질 수 있지만, 하나의 레이저 소스로부터 발생시켜 스플리터를 사용하여 분리된 레이저 빔을 사용할 수도 있다.

상기 제1 레이저 빔 발생유닛(140)에서 발생된 스크라이브용 제1 레이저 빔(130)은 바람직하게는 단축과 장축을 갖는 긴 타원 형상의 빔 패턴을 갖는다. 상기 스크라이브용 제1 레이저 빔(130)은 유리 모기판(100)에 설정된 절단 경로(200) 상에 그 장축이 얼라인된 상태로 유리 모기판(100)에 주사된다.

상기 제2 레이저 빔 발생유닛(160)에서 발생된 절단용 제2 레이저 빔(150)은 상기 스크라이브용 제1 레이저 빔(130)과는 소정 거리 이격되고 상기 제1 레이저 빔(130)의 주사 경로를 따라 유리 모기판(100)에 주사된다. 바람직하게는, 상기 절단용 제2 레이저 빔(150)도 상기 제1 레이저 빔(130)과 마찬가지로 단축과 장축을 갖는 긴 타원 형상의 빔 패턴을 가지며, 상기 절단 경로(200) 상에 그 장축이 얼라 인된 상태로 유리 모기판(100)에 주사된다. 이 때, 상기 제2 레이저 빔(150)은 유리 모기판(100)의 용융점 온도보다 같거나 낮은 온도를 갖는 것이 바람직하다.

또한, 상기 절단용 제2 레이저 빔(150)은 그 폭(x₂)(단축 방향의 거리)이 스크라이브용 제1 레이저 빔(130)의 폭(x₁)(단축방향의 거리)보다 더 크다. 구체적으로는, 제1 레이저 빔(130)의 폭(x₁)은 5mm 미만의 크기를 갖고, 상기 제2 레이저 빔(150)의 폭(x₂)은 제1 레이저 빔(130)의 폭(x₁)보다 크고 20mm보다는 작은 것이 바람직하다.

제2 레이저 빔의 깊이(z₂)는 제1 레이저 빔(130)의 깊이(z₁)보다 작도록 주사된다. 여기서, 레이저 빔의 깊이란 단위 면적당 레이저빔의 세기(intensity)를 의미하는 것으로, 상기 스크라이브용 제1 레이저 빔(130)은 유리 모기판(100)의 절단 경로 상에 크랙을 생성해야 하므로 좁고 깊게 주사되어야 한다. 반면에, 상기 절단용 제2 레이저 빔(150)은 절단 경로(200)를 따라 유리 모기판(100)을 완전히 절단시키기 위해 주사하는 것이므로, 절단 경로(200) 이외의 유리 모기판(100)에 불필요한 크랙을 발생시키지 않도록 제1 레이저 빔(130)보다 넓고 얇게 주사되어야 한다.

도 4는 상기 절단용 제2 레이저 빔(150)에 의해 유리 모기판(100)에 가해지는 열분포의 단면도이다.

도 4를 참조하면, 상기 절단용 제2 레이저 빔(150)은 스크라이브용 제1 레이 저 빔(130)과 냉각 유체(170)에 의해 유리 모기판(100)의 절단 경로(200)상에 형성되는 스크라이브 라인(210) 상에 주사된다. 따라서, 상기 절단용 제2 레이저 빔(150)은 스크라이브 라인(210)에 가장 큰 인장력(tensile force)이 발생되는 열분포를 갖는다. 이때, 상기 절단용 제2 레이저 빔(150)은 스크라이브 라인(210)의 바로 위에 직접 주사되므로, 스크라이브 라인을 유리의 용융점 이상으로 가열시키게 되면 크랙이 생성된 부위가 다시 접합되는 문제가 발생하게 된다. 따라서, 상기 절단용 제2 레이저 빔(150)은 유리의 용융점 이하의 온도로 주사되어야 한다.

도 5a 내지 도 5d는 상기 절단용 제2 레이저 빔(150)의 여러 가지 빔 패턴들을 도시한 평면도들이다.

도 5a는 단축보다 장축이 긴 타원 형상의 빔 패턴을 도시한 것으로, 상기 빔 패턴은 절단 속도를 약 150㎜/s 이상까지 증가시키는데 유리하다.

도 5b는 원형의 빔 패턴을 도시하며, 도 5c는 장축보다 단축이 긴 타원 형상의 빔 패턴을 도시한다. 상술한 도 5b, 및 도 5c에 도시한 빔 패턴들은 절단 정밀도(accuracy)를 증가시키는데 유리하다.

본 발명에 의한 절단용 제2 레이저 빔(150)은 하나의 빔 패턴을 형성하므로 오목 렌즈와 볼록 렌즈가 결합된 실린더형 렌즈 한 개를 이용하여 빔 프로파일을 변환시킬 수 있으며, 분할기와 같은 추가적인 렌즈가 필요하지 않아 광학계를 단순화시킬 수 있다.

예를 들어, 레이저 빔이 입사되는 상부면은 오목 렌즈부로 가공되고 하부면은 볼록 렌즈부를 갖도록 가공된 실린더형 렌즈를 사용할 경우, 상기 오목 렌즈부 에 스폿 형상의 레이저 빔이 입사되면 상기 레이저 빔은 스폿 형상으로부터 단축과 장축을 갖는 긴 타원 형상으로 변형된다. 이와 같이 변형된 레이저 빔이 다시 볼록 렌즈부를 통과하면, 타원 형상의 단축 길이가 짧아지면서 단축보다 장축이 매우 긴 타원 형상을 갖게 된다.

상기 냉각 장치(120)는 스크라이브용 제1 레이저 빔(130)과 절단용 제2 레이저 빔(150) 사이의 절단 경로(200) 상에 냉각 유체 빔(170)를 분사한다. 상기 냉각 유체빔(170)은 스폿형상을 갖고, 저온 상태의 냉각 가스, 예컨대 액체 헬륨, 질소, 아르곤 등의 저온 불활성 가스이거나 냉각수를 사용할하여 형성할 수 있다. 또한, 고도의 냉각 기능을 얻기 위해 냉각 가스와 냉각수를 모두 사용할 수도 있다. 이 때, 냉각 유체빔(170)의 폭(x₃)(직경)은 상기 제1 레이저 빔(130)의 폭(x₁)보다 작은 것이 바람직하다.

이때, 냉각 유체(170)의 도달 위치는 후박한 유리 모기판(100)이 한번에 절단되도록 하는 데에 있어서 매우 중요한 의미를 갖는다.

도 3에는, 스크라이브용 제1 레이저 빔(130)의 장축 단부로부터 L₁의 거리만큼 이격되고, 상기 스크라이브용 제1 레이저 빔(130)과 마주보는 절단용 제2 레이저 빔(150)의 단부로부터 L₂의 거리만큼 이격된 곳에 냉각 유체 빔(170)가 도달되는 실시예가 도시되어 있다.

상기 냉각 유체(170)는 스크라이브용 제1 레이저 빔(130)에 의해 급속 가열된 절단 경로(200) 상에 유리 모기판(100)의 상면으로부터 소정 깊이만큼 크랙이 유발되도록 하여 가상의 절단 경로(200) 상에 스크라이브 라인(210)이 형성되도록 한다. 이와 같이 스크라이브 라인(210)이 형성된 상태에서 스크라이브 라인(210) 상에 절단용 제2 레이저 빔(150)을 주사하면, 스크라이브 라인(210)에 매우 큰 인장력이 발생되어 유리 모기판(100)이 스크라이브 라인(210)을 따라 완전히 절단된다.

이때, 냉각 유체(170)의 도달 위치가 스크라이브용 제1 레이저 빔(130) 쪽으로 치우쳐 있을 경우, 즉 L₂가 L₁보다 클 경우에는 스크라이브용 제1 레이저 빔(130)에 의해 가열된 유리 모기판(100)의 온도와 냉각 유체(170)에 의한 냉각 온도의 차이가 매우 커져 스크라이브 라인(210)의 형성에 매우 유리해진다. 즉, 상기 냉각 유체(170)는 스크라이브용 제1 레이저 빔(130)의 장축 일단부와 접하거나(즉, L₁=0), 상기 장축 일단부로부터 조금 이격된(즉, L₁>0) 부분에 분사되는 것이 바람직하다. 또한, 경우에 따라서는 상기 냉각 유체(170)는 스크라이브용 제1 레이저 빔(130)이 주사된 영역 내에 분사될 수도 있다(즉, L₁<0). 이와 같이 스크라이브용 제1 레이저 빔(130)에 의해 급속 가열된 영역의 내부에 냉각 유체(170)를 분사시키면 급속 가열 및 급속 냉각에 따른 국부적인 온도차를 극대화시킬 수 있다는 장점이 있다.
구체적으로, 상기 제1 레이저빔(130)과 상기 냉각 유체빔(170) 사이의 거리 L1은 25mm 이하인 것이 바람직하다. 즉, 냉각 유체빔(170)은 상기 제1 레이저빔(130)의 단부로부터 25mm 이하로 이격된 위치에 조사되는 것이 바람직하다.

또한, 상기 냉각 유체(170)와 절단용 제2 레이저 빔(150) 사이의 거리 L₂는 가능한 한 가까울수록 좋다. 즉, 상기 거리 L₂가 작을수록 절단용 제2 레이저 빔(150)에 의해 가열된 스크라이브 라인(210) 상의 온도와 그 주변 온도와의 온도차가 커지게 되며, 증가된 온도차만큼 전단 응력이 커짐으로써 비교적 후박한 유리 모기판(100)도 한번에 완전 절단할 수 있다.

상술한 바와 같이, 상기 제2 레이저빔(150)과 상기 냉각 유체빔(170)은 절단 속도등에 따라 변화할 수 있지만, 서로 접하도록 형성될 수 있고, 바람직하게는 냉각 유체빔(170)의 제2 레이저 빔(150)의 단부로부터 거리 L₂는 25mm이하가 되도록 유지하는 것이 바람직하다. 예를 들면, 절단 속도를 200 내지 250mm/sec인 경우에, L₂는 16mm로 하는 것이 바람직하다.

이하, 도 3에 도시한 유리기판 절단장치를 이용하여 유리 모기판(100)을 절단하는 방법에 대해 상세하게 설명하고자 한다.

먼저, 유리 모기판(100)에 설장된 절단 경로(200)를 따라 스크라이브용 제1 레이저 빔(130)을 주사하여 상기 절단 경로(200)의 제1 영역을 급속도로 가열한다. 이어서, 냉각 가스나 냉각수, 또는 이들이 혼합된 냉각 유체(170)를 스크라이브용 제1 레이저 빔(130)의 뒤쪽에 분사하여 상기 냉각 유체(170)가 스크라이브용 제1 레이저 빔(130)을 뒤따라 가면서 상기 절단 경로(200)를 급속도로 냉각시키도록 한다. 즉, 상기 냉각 유체(170)는 상기 절단 경로(200)중 스크라이브용 제1 레이저 빔(130)이 주사된 제1 영역에 접하고 있는 제2 영역에 분사하거나, 상기 제1 영역으로부터 소정 간격 이격된 제3 영역에 분사한다. 또는, 상기 냉각 유체(170)는 상기 절단 경로(200) 중 스크라이브용 제1 레이저 빔(130)이 주사된 제1 영역의 내부 에 위치한 제4 영역에 분사할 수도 있다.

그러면, 도 3에 도시한 바와 같이 스크라이브용 제1 레이저 빔(130)에 의해 급속 가열된 유리 모기판(100)이 상기 냉각 유체(170)에 의해 급속 냉각되면서 유리 모기판(100)의 표면으로부터 소정 깊이의 크랙이 발생하여 상기 절단 경로(200)를 따라 스크라이브 라인(210)이 형성된다.

상기 스크라이브용 제1 레이저 빔(130)과 냉각 유체(170)가 절단 경로(200)를 따라 계속적으로 전진하는 상태에서, 상기 스크라이브용 제1 레이저 빔(130)의 주사 경로를 따라 절단용 제2 레이저 빔(150)을 주사하여 스크라이브 라인(210)을 급속도로 가열시킨다. 즉, 상기 절단용 제2 레이저 빔(150)을 스크라이브 라인(210)의 바로 위에 주사한다.

이와 같이 절단용 제2 레이저 빔(150)을 스크라이브 라인(210)의 바로 위에 주사하면, 소정 깊이로 크랙이 발생된 스크라이브 라인(210)에 매우 큰 인장력이 발생하게 된다. 따라서, 스크라이브 라인(210)을 따라 유리 모기판(100)의 하부면까지 일직선으로 크랙이 전파되어 유리 모기판(100)이 완전히 절단된다.

상술한 바와 같이 본 발명에 의하면, 냉각 유체의 분사 후 한 개의 빔 패턴을 사용하여 유리 모기판을 절단하기 때문에 빔 패턴의 크기나 세기를 조절하기 위한 시간을 많이 단축할 수 있다. 또한, 분할기와 같은 추가적인 렌즈 없이 하나의 광학 렌즈만으로 한 개의 빔 패턴을 형성할 수 있으므로 광학계의 구성을 단순화시킬 수 있다. 더욱이, 스크라이브 라인 상에 직접 제2 레이저 빔을 주사하여 더 큰 인장력을 발생시키므로 비금속 기판의 완전 절단을 달성할 수 있다.

상술한 바와 같이, 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만 해당 기술분야의 숙련된 당업자라면 하기의 특허청구범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.

Claims

비금속 기판에 설정된 절단 경로 상에 제1 레이저 빔을 주사하여 상기 절단 경로의 제1 영역을 급속 가열하는 단계;

상기 급속 가열된 상기 절단 경로 상에 냉각 유체빔를 분사하여 상기 절단 경로 상에 소정 깊이를 갖는 스크라이브 라인을 형성하는 단계; 및

상기 제1 레이저 빔의 주사 경로를 따라 제2 레이저 빔을 주사하여 상기 스크라이브 라인을 급속 가열함으로써 상기 비금속 기판을 완전히 절단하는 단계를 구비하는 것을 특징으로 하는 비금속 기판의 절단방법.
제1항에 있어서, 상기 제2 레이저 빔은 상기 스크라이브 라인의 바로 위에 주사하는 것을 특징으로 하는 비금속 기판의 절단방법.
제1항에 있어서, 상기 제2 레이저 빔은 상기 비금속 기판의 용융점 이하의 온도를 갖는 것을 특징으로 하는 비금속 기판의 절단방법.
제1항에 있어서, 상기 제1 레이저 빔의 폭은 상기 제2 레이저빔의 폭보다는 작고, 상기 냉각유체빔의 폭은 상기 제1 레이저빔의 폭보다 작은 것을 특징으로 하는 비금속 기판의 절단방법.
제1항에 있어서, 상기 제1 레이저 빔의 폭은 5mm 미만이고, 상기 제2 레이저 빔의 폭은 제1 레이저 빔의 폭보다 크고 20mm보다는 작은 것을 특징으로 하는 비금속 기판의 절단 방법.
제1항에 있어서, 상기 냉각 유체빔는 상기 절단 경로 중 상기 제1 레이저 빔이 주사된 제1 영역에 접하고 있는 제2 영역에 분사하는 것을 특징으로 하는 비금속 기판의 절단방법.
제1항에 있어서, 상기 냉각 유체빔은 상기 절단 경로 중 상기 제1 레이저 빔이 주사된 제1 영역으로부터 소정 간격 이격된 제3 영역에 분사하는 것을 특징으로 하는 비금속 기판의 절단방법.
제7항에 있어서, 상기 냉각 유체빔과 상기 제1 레이저 빔의 간격은 25mm이하인 것을 특징으로 하는 비금속 기판의 절단방법.
제1항에 있어서, 상기 냉각 유체빔은 상기 절단 경로 중 상기 제1 레이저 빔이 주사된 제1 영역의 내부에 위치한 제4 영역에 분사하는 것을 특징으로 하는 비금속 기판의 절단방법.
제1항에 있어서, 상기 제2 레이저 빔은 타원형이나 원형의 빔 패턴으로 주사 하는 것을 특징으로 하는 비금속 기판의 절단방법.
비금속 기판에 설정된 절단 경로를 가열하여 상기 절단 경로 상에 스크라이브 라인이 형성되도록 하는 제1 레이저 빔, 및 상기 제1 레이저 빔과 소정 거리 이격되어 상기 제1 레이저 빔의 주사 경로를 따라 하나의 빔 패턴이 형성되도록 제2 레이저 빔을 주사하는 레이저 빔 발생수단; 및

상기 제1 레이저 빔과 상기 제2 레이저 빔 사이의 상기 절단 경로 상에 냉각 유체빔를 분사하여 크랙을 발생시키는 냉각 수단을 구비하는 것을 특징으로 하는 비금속 기판의 절단장치.
제11항에 있어서, 상기 제2 레이저 빔은 상기 비금속 기판의 용융점 이하의 온도를 갖는 것을 특징으로 하는 비금속 기판의 절단 장치.
제11항에 있어서, 상기 레이저 빔 발생수단은 상기 제1 및 제2 레이저 빔을 생성하는 레이저 소스를 포함하는 것을 특징으로 하는 비금속 기판의 절단 장치.
제11항에 있어서, 상기 제1 레이저 빔의 폭은 상기 제2 레이저빔의 폭보다는 작고, 상기 냉각유체빔의 폭은 상기 제1 레이저빔의 폭보다 작은 것을 특징으로 하는 비금속 기판의 절단 장치.
제11항에 있어서, 상기 제1 레이저 빔의 폭은 5mm 미만이고, 상기 제2 레이저 빔의 폭은 제1 레이저 빔의 폭보다 크고 20mm보다는 작은 것을 특징으로 하는 비금속 기판의 절단 장치.
제11항에 있어서, 상기 냉각 유체 빔과 상기 제1 레이저 빔 사이의 거리가 0보다 큰 것을 특징으로 하는 비금속 기판의 절단장치.
제16항에 있어서, 상기 냉각 유체빔과 상기 제1 레이저 빔의 거리는 25mm이하인 것을 특징으로 하는 비금속 기판의 절단장치.
제11항에 있어서, 상기 냉각 유체 빔과 상기 제1 레이저 빔 사이의 거리가 0보다 작은 것을 특징으로 하는 비금속 기판의 절단장치.
제11항에 있어서, 상기 냉각 유체빔과 상기 제1 레이저 빔 사이의 거리가 0인 것을 특징으로 하는 비금속 기판의 절단장치.
제11항에 있어서, 상기 제2 레이저 빔의 깊이는 상기 제1 레이저 빔의 깊이보다 작은 것을 특징으로 하는 비금속 기판의 절단장치.
제11항에 있어서, 상기 제2 레이저 빔은 타원형이나 원형으로 형성되는 것을 특징으로 하는 비금속 기판의 절단장치.
비금속 기판에 설정된 절단 경로를 가열하여 상기 절단 경로 상에 스크라이브 라인이 형성되도록 하는 제1 레이저 빔, 및 상기 제1 레이저 빔과 소정 거리 이격되어 상기 스크라이브 라인 상에 제2 레이저 빔을 주사하는 레이저 빔 발생수단; 및

상기 제1 레이저 빔과 상기 제2 레이저 빔 사이의 상기 절단 경로 상에 냉각 유체를 분사하여 크랙을 발생시키는 냉각 수단을 구비하는 것을 특징으로 하는 비금속 기판의 절단장치.
제22항에 있어서, 상기 제2 레이저 빔은 상기 비금속 기판의 용융점 이하의 온도를 갖는 것을 특징으로 하는 비금속 기판의 절단 장치.
제22항에 있어서, 상기 레이저 빔 발생수단은 상기 제1 및 제2 레이저 빔을 생성하는 레이저 소스를 포함하는 것을 특징으로 하는 비금속 기판의 절단 장치.
제22항에 있어서, 상기 제1 레이저 빔의 폭은 상기 제2 레이저빔의 폭보다는 작고, 상기 냉각유체빔의 폭은 상기 제1 레이저빔의 폭보다 작은 것을 특징으로 하는 비금속 기판의 절단 장치.
제22항에 있어서, 상기 제1 레이저 빔의 폭은 5mm 미만이고, 상기 제2 레이저 빔의 폭은 제1 레이저 빔의 폭보다 크고 20mm보다는 작은 것을 특징으로 하는 비금속 기판의 절단 장치.
제22항에 있어서, 상기 냉각 유체와 상기 제1 레이저 빔 사이의 거리가 0보다 큰 것을 특징으로 하는 비금속 기판의 절단장치.
제27항에 있어서, 상기 냉각 유체빔과 상기 제1 레이저 빔의 거리는 25mm이하인 것을 특징으로 하는 비금속 기판의 절단장치.
제22항에 있어서, 상기 냉각 유체와 상기 제1 레이저 빔 사이의 거리가 0보다 작은 것을 특징으로 하는 비금속 기판의 절단장치.
제22항에 있어서, 상기 냉각 유체와 상기 제1 레이저 빔 사이의 거리가 0인 것을 특징으로 하는 비금속 기판의 절단장치.
제22항에 있어서, 상기 제2 레이저 빔의 깊이는 상기 제1 레이저 빔의 깊이보다 작은 것을 특징으로 하는 비금속 기판의 절단장치.
제22항에 있어서, 상기 제2 레이저 빔은 타원형이나 원형으로 형성되는 것을 특징으로 하는 비금속 기판의 절단장치.