KR100824962B1 - Apparatus and method for cutting substrate using ultrafast frequency laser - Google Patents
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Abstract
Description
도 1은 종래기술에 따른 유리기판을 절단하는 장치의 구성도1 is a block diagram of a device for cutting a glass substrate according to the prior art
도 2는 본 발명의 일 실시예를 나타낸 구성도2 is a block diagram showing an embodiment of the present invention
도 3은 본 발명에 따라 일 실시예로써 기판의 두께에 따라 DOF가 조절되는 실시예를 나타낸 도면 3 is a view showing an embodiment in which the DOF is adjusted according to the thickness of the substrate according to an embodiment according to the present invention;
도 4는 본 발명의 일 실시예로써 복수의 광원을 나타낸 구성도4 is a configuration diagram showing a plurality of light sources according to an embodiment of the present invention.
도 5는 본 발명의 일 실시예로써 X축 또는 Y 축의 방향의 절단 방법을 나타낸 구성도5 is a configuration diagram showing a cutting method in the direction of the X-axis or Y-axis according to an embodiment of the present invention
도 6은 본 발명의 일 실시예로써 기판의 두께에 따라 광학계를 교체하는 구성도6 is a configuration diagram of replacing the optical system according to the thickness of the substrate as an embodiment of the present invention
도 7은 본 발명의 일 실시예로써 합착기판의 절단 부위에 따라 광학계를 교체하는 구성도7 is a configuration diagram for replacing the optical system according to the cut portion of the bonded substrate as an embodiment of the present invention
도 8은 본 발명의 일 실시예로써 갠트리 또는 스테이지를 이동하여 절단하는 구성도8 is a configuration diagram for cutting by moving a gantry or a stage according to an embodiment of the present invention
도 9는 본 발명의 일 실시예로써 광학계를 이용하여 초점 거리를 조절하여 기판을 절단하는 방법을 나타낸 도면9 is a diagram illustrating a method of cutting a substrate by adjusting a focal length using an optical system according to an embodiment of the present invention.
도 10은 본 발명의 일 실시예로써 모니터링 장치(102)를 설치하여 기판의 절단여부를 실시간 모니터링하는 방법을 나타낸 도면10 is a view showing a method for monitoring the cutting of the substrate in real time by installing the
도 11은 본 발명의 일 실시예로써 스테이지를 두 개로 하여 공정을 진행하는 방법을 나타낸 도면11 is a view showing a method of performing a process using two stages as an embodiment of the present invention.
본 발명은 금속, 비금속 또는 수지 기판을 절단하는 방법에 관한 것으로, 특히 극초단파 레이저를 이용한 기판의 절단 장치 및 방법에 관한 것이다. The present invention relates to a method for cutting a metal, non-metal or resin substrate, and more particularly, to a cutting device and a method for cutting a substrate using a microwave laser.
종래의 CRT 대신에 평판 디스플레이(flat panel display)가 널리 사용되고 있고, 현재 생산 혹은 개발된 평판 디스플레이는 액정표시장치(LCD), 전계 발광 디스플레이(Field Emission Display, FED), 플라즈마 디스플레이(plasma display, PDP) 등이 있다. Instead of the conventional CRT, flat panel displays are widely used. Currently, flat panel displays produced or developed include liquid crystal displays (LCDs), field emission displays (FEDs), plasma displays, and PDPs. ).
상기와 같은 평판 디스플레이는 일반적으로 취성 기판 상에 다수 개를 매트릭스 모양으로 형성되어진 기판을 셀(cell) 단위로 절단 분리하는 공정을 거쳐 제조된다. The flat panel display as described above is generally manufactured through a process of cutting and separating substrates formed in a matrix form on a brittle substrate in units of cells.
도 1에 도시한 바와 같이, 재치(裁治)된 기판(G)을 진공흡착수단에 의하여 고정하는 수평 회전 가능한 테이블(table)(11)과, 상기 테이블(11)을 Y방향(지면과 직교하는 방향)으로 이동 가능하게 피벗 지지(pivot suspension)하는 평행한 한 쌍의 안내 레일(rail)(12)과, 상기 안내 레일(12)을 따라 테이블(11)을 이동시키는 볼 나사(ball screw)(13)와, X 방향(좌우방향)을 따라 상기 테이블(11)의 상방에 가설(架設)되는 가이드 바(guide bar)(14)와, 상기 가이드 바(14)에 X 방향으로 슬라이딩(sliding) 가능하게 설치되는 스크라이브 헤드(scribe head)(15)와, 상기 스크라이브 헤드(15)를 슬라이딩시키는 모터(motor)(16)와, 상기 스크라이브 헤드(15)의 하부에 승강(昇降) 이동이 가능함과 동시에 회전하도록 설치되는 팁 홀더(tip holder)(17)와, 상기 팁 홀더(17)의 하단에 회전 가능하게 장착되는 스크라이빙 휠(1)을 포함하여 구성되어 있다.As shown in Fig. 1, a horizontally rotatable table 11 for fixing the mounted substrate G by vacuum suction means and the table 11 in the Y direction (perpendicular to the ground). And a pair of
따라서 종래 기술에 의한 기판의 절단방법은 스크라이빙 휠(1)의 회전에 의해 절단하고자 하는 기판에 소정깊이의 크랙을 형성한 후, 브레이크 장치로 이송하여 브레이크 바(break bar)로 기판 표면에 소정 깊이로 형성된 크랙을 따라 가압함으로써 기판을 절단하고 있다.Therefore, the substrate cutting method according to the prior art forms a crack of a predetermined depth on the substrate to be cut by the rotation of the scribing
그러나 이러한 종래기술에 의하면, 물리적임 힘을 가하여 절단하게 되므로 기판의 절단면이 일정하지 않고, 클리핑 현상과 마모에 따른 휠 교체로 인하여 제품을 생산하는데 있어서 손실을 가져오며, 진행성 크랙에 의한 품질 저하의 원인이 된다. 또한 청정룸에 발생하는 파티클의 원인이 될 수 있다. However, according to the prior art, since the cutting force is applied by physical force, the cutting plane of the substrate is not constant, resulting in loss in the production of the product due to wheel replacement due to clipping phenomenon and wear, and the degradation of the quality due to the progressive crack. Cause. It can also cause particles to occur in clean rooms.
CO2 레이저 등과 같은 산업용 레이저를 이용하여 절단하는 방법이 있으나, 이러한 방법 역시 1차 레이저 빔으로 절단하고자 하는 부위를 가열하고 쿨링(cooling)에 의해 크랙을 형성한 후 2차 레이저 빔으로 절단하는 방법을 사용하므로 공정이 복잡하고, CO2 레이저의 열전달로 인하여 기판이 열 손실을 입게 되어 품질이 나빠지는 문제점이 있다.There is a method of cutting using an industrial laser such as a CO 2 laser, but this method also heats the portion to be cut with the primary laser beam, forms a crack by cooling and then cuts it with the secondary laser beam. Since the process is complicated, the substrate suffers heat loss due to the heat transfer of the CO 2 laser, so there is a problem that the quality is poor.
상기의 문제점을 해결하기 위해 최근 극초단파 레이저를 이용하여 기판을 절단하는 방법이 일부 공지되어 있으나, 구체적인 공정이 제시되어 있지 않아 여전히 양산에는 어려운 점이 있다. In order to solve the above problems, a method of cutting a substrate using a microwave laser has been known in recent years, but there are still difficulties in mass production since no specific process has been proposed.
또한, 종래의 레이저 절단 장치에 의하면 절단 장치의 에러로 인하여 절단이 완벽하게 이루어지지 않은 경우, 수동으로 장치를 조작하여 절단하여야 한다. 따라서 이러한 조작에 많은 시간이 소요될 뿐만 아니라 작업자가 없을 시 장비가 정지 상태로 있어 양산에 많은 지장을 초래하는 문제점이 있다. In addition, according to the conventional laser cutting device, if the cutting is not made completely due to the error of the cutting device, it must be cut by manually operating the device. Therefore, this operation takes a lot of time, there is a problem that causes a lot of problems in mass production because the equipment is in a stopped state when there is no operator.
본 발명은 상기의 문제점을 해결하기 위한 것으로써, 극초단파 레이저를 이용하여 기판을 절단하는 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다. An object of the present invention is to provide an apparatus for cutting a substrate using a microwave laser, to solve the above problems.
또한, 본 발명은 극초단파 레이저를 이용하여 미세패턴으로 형성된 투명도전막인 산화인듐주석막(Indium Tin Oxide, 이하 ITO라 한다.) 또는 산화인듐아연막(Indium Zinc Oxide, 이하 IZO라 한다.)이 성막된 기판이나 합착기판 등 기판의 두께에 관계없이 기판을 한번에 절단할 수 있는 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다. In the present invention, an indium tin oxide film (ITO) or an indium zinc oxide film (hereinafter referred to as IZO), which is a transparent conductive film formed in a fine pattern using a microwave laser, is formed. It is an object of the present invention to provide an apparatus capable of cutting a substrate at a time regardless of the thickness of the substrate, such as a substrate or a bonded substrate.
또한, 본 발명은 기판의 두께에 맞게 초점의 깊이(Depth of Focus, DOF)를 조절할 수 있는 광학계를 이용하여 기판을 절단하는 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다. In addition, an object of the present invention is to provide an apparatus for cutting a substrate using an optical system that can adjust the depth of focus (DOF) according to the thickness of the substrate.
또한, 본 발명은 초점을 자동조절하거나, 복수의 극초단파 레이저를 이용하거나, 멀티스캔 방식을 사용하는 등의 방법으로 생산성을 향상시킬 수 있는 다양한 시스템을 제공하는 것을 목적으로 한다. In addition, an object of the present invention is to provide a variety of systems that can improve the productivity by the method of automatically adjusting the focus, using a plurality of microwave lasers, or using a multi-scan method.
또한, 본 발명은 극초단파 레이저의 출력이 낮거나 DOF가 절단하고자 하는 기판의 두께보다 적을 경우 초점 거리를 조절하여 기판에 레이저 빔을 연속적으로 조사하여 기판을 절단하는 것을 목적으로 한다. In addition, an object of the present invention is to cut the substrate by continuously irradiating a laser beam to the substrate by adjusting the focal length when the output of the microwave laser is low or the DOF is less than the thickness of the substrate to be cut.
또한, 본 발명은 광학계의 후면에 검사 장치를 부착하여 절단이 완벽하게 이루어졌는지 여부를 실시간으로 모니터링 후 절단이 되지 않았을 경우 재절단하는 것을 목적으로 한다. In addition, an object of the present invention is to attach the inspection device to the back of the optical system to monitor whether the cutting is made in real time after cutting if not cut after cutting in real time.
상기의 목적을 달성하기 위해, 본 발명은 레이저 빔을 이용하여 기판을 절단하는 장치에 있어서, 극초단파 레이저를 발진하는 레이저 발진기; 상기 빔의 초점 깊이(Depth of Focus, DOF)를 조절할 수 있는 광학계; 및 상기 레이저 발진기에서 발진된 빔이 상기 광학계로 조사될 수 있도록 광 경로를 조절하는 미러;를 포함하는 것을 특징으로 한다. In order to achieve the above object, the present invention is a device for cutting a substrate using a laser beam, Laser oscillator for oscillating microwave laser; An optical system capable of adjusting a depth of focus of the beam; And a mirror that adjusts an optical path so that the beam oscillated by the laser oscillator can be irradiated to the optical system.
또한, 본 발명은 상기 레이저 빔의 초점이 흐려지는 경우 초점을 조절하는 초점 조절 수단을 더 포함하는 것을 특징으로 하다. In addition, the present invention is characterized in that it further comprises a focus adjusting means for adjusting the focus when the focus of the laser beam is blurred.
또한, 본 발명은 레이저 빔을 이용한 기판 절단 방법에 있어서, 절단하고자 하는 기판을 스테이지상에 정렬하고 극초단파 레이저를 발생하는 단계; 상기 기판의 두께에 따라 상기 레이저 빔의 초점의 깊이(Depth of Focus, DOF)를 결정하는 단계; 및 상기 레이저 빔을 절단하고자 하는 곳에 조사하여 기판을 절단하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다. In addition, the present invention provides a method for cutting a substrate using a laser beam, the method comprising: aligning a substrate to be cut on a stage and generating a microwave laser; Determining a depth of focus (DOF) of the laser beam according to the thickness of the substrate; And cutting the substrate by irradiating a portion to cut the laser beam.
또한, 본 발명은 상기 DOF를 결정하는 단계 이후, 레이저 빔을 복수 개로 분 할한 후, 빔 경로를 좌우(X축) 또는 상하(Y축)로 조정하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 한다. In addition, after the step of determining the DOF, after splitting the laser beam into a plurality of, characterized in that it further comprises the step of adjusting the beam path to the left and right (X axis) or up and down (Y axis).
이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 대해 상세하게 살펴본다. Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 극초단파 레이저를 이용하여 기판을 절단하는 장치 및 방법을 나타낸 구성도이다. 2 is a block diagram showing an apparatus and method for cutting a substrate using a microwave laser according to an embodiment of the present invention.
상기 극초단파 레이저(Ultrafast frequency laser)란 펄스 기간이 매우 짧은 레이저로서 펨토초 레이저(femtosecond laser) 또는 아토초 레이저(atosecond laser) 등을 포함할 수 있다. The ultrafast laser may be a laser having a very short pulse period and may include a femtosecond laser or an atosecond laser.
상기 기판이란 금속, 비금속, 또는 수지 기판을 모두 포함하는 개념으로, 평판 디스플레이에 사용되는 글래스(Bare Glass, ITO/IZO coated Glass, 합착 Glass), 평판 디스플레이 소자(LCD, PDP, OLED, PLED, SED), 반도체 재료 및 소자(웨이퍼, 플레쉬, D램 등), PCB, FPCB용 기판과 수지기판에 올라간 소자, 광학필름(Polarizer Film, 위상차 필름, 광학부품) 등 다양한 종류의 기판을 포함한다.The substrate is a concept including all metal, non-metal, or resin substrate, glass (bare glass, ITO / IZO coated glass, bonded glass), flat panel display elements (LCD, PDP, OLED, PLED, SED used for flat panel display) ), Semiconductor materials and devices (wafers, flashes, DRAMs), PCBs, FPCB substrates and resin substrates, and various types of substrates such as optical films (polarizer films, retardation films, optical components).
도 2에 도시된 것과 같이 레이저발진기(21), 제 1 반사미러(22), 초점의 깊이(Depth of Focus, 이하 DOF)를 결정하고 초점 거리를 조절하는 광학계(23), 초점 조절 수단(24), 제 2 반사미러(25), 모니터링 수단(26) 및 기판(27)으로 이루어져 있다. 도면 부호 28은 기판에 형성되는 DOF를 나타낸다. 상기 광학계(23)는 DOF 뿐만 아니라 초점 거리를 모두 조절할 수 있으므로 xyz광학계라고 할 수 있다. 편의상 이하에서는 광학계(23)라 칭한다. As shown in FIG. 2, an optical system 23 for determining a
기판의 절단되는 과정을 살펴보면 다음과 같다. Looking at the process of cutting the substrate as follows.
레이저 발진기(21)에서 극초단파 레이저가 발진되고 제 1 반사미러(22)와 광학계(23)를 통과하여 기판(27)에 조사되고 기판(27)이 절단된다. 기판을 절단하는 방법으로 제 1 반사미러(22)와 광학계(23)를 갠트리에 장착하여 갠트리(도시하지 않음)를 이동하거나, 기판(27)이 놓여진 스테이지(도시하지 않음)가 이동되면서 기판이 절단된다. 갠트리와 스테이지가 동시에 이동시킬 수도 있다. 자세한 사항은 도면 8을 참조하여 후단에서 설명하기로 한다. The microwave laser is oscillated in the
절단시 기판(27)이 이동됨에 따라 초점이 흐려질 수 있는데 초점조절 수단(24)에 의해 초점을 자동으로 조정하고 모니터링 수단(26)을 통해 기판(27)의 절단이 원하는 절단부위로 정확하게 이루어지고 있는지 여부를 실시간으로 확인한다. 모니터링 수단(26)으로는 일반적으로 CCD 카메라가 이용된다. 초점조절 수단(24)은 테스트 패턴을 기판에 조사하여 반사되는 빛을 수신하여 초점을 확인하여 조절하는 장치이다. When cutting, the focus may be blurred as the
또한 본 실시예에서는 광 경로를 조절하는 제 1 반사미러(22)와 DOF를 조절하는 광학계(23)가 분리된 경우를 도시하고 설명하지만, 일체로 형성될 수도 있다.In addition, although the first
상기 광학계(23)는 DOF를 조절할 수 있는 수단을 포함한다. 상기 광학계(23)는 가공하고자 하는 물체의 두께를 고려하여 DOF가 물체 두께보다 크도록 사전 설계하고 물체 중심 부근에 빔의 포커스가 맺히도록 조절한다. 상기의 광학계(23)와 같이 DOF를 조정하거나 초점 거리를 조정하는 기술은 공지의 기술이므로 광학계(23)에 대한 구체적인 설명은 생략한다. The optical system 23 includes means for adjusting the DOF. The optical system 23 pre-designs the DOF to be larger than the object thickness in consideration of the thickness of the object to be processed and adjusts the beam to be focused near the center of the object. Since the technique of adjusting the DOF or adjusting the focal length like the optical system 23 is a known technique, a detailed description of the optical system 23 will be omitted.
본 발명에서는 광학계를 이용하여 DOF가 물체 두께보다 크게 함으로써 1회의 조사만으로 기판의 절단이 가능하다. 또한, 단일 기판이 아닌 ITO/IZO 막 등이 성막되어 기판의 두께가 달라지더라도 DOF를 조절하여 1회로 절단이 가능하다. 마찬가지로 TFT(thin film transistor) 기판과 컬러 필터 기판이 결합된 합착기판 또한 완전한 커팅이 가능하다. In the present invention, the substrate can be cut by only one irradiation by using the optical system to make the DOF larger than the object thickness. In addition, the ITO / IZO film is formed instead of a single substrate, and even though the thickness of the substrate is changed, it is possible to cut a single circuit by adjusting the DOF. Similarly, a bonded substrate in which a thin film transistor (TFT) substrate and a color filter substrate are combined can also be completely cut.
도 3은 기판의 두께에 따라 DOF가 조절되는 실시예를 나타낸 도면이다. 도 3의 (a)는 일반적인 기판일 경우 DOF이고 (b)는 합착 기판일 경우의 DOF 이다. 도 3의 도면 부호 37a는 단일 기판을 나타내며, 37b는 합착기판을 나타낸다. 도면에서 확인할 수 있는 것과 같이, (a)에서는 기판 두께가 T1이고 (b)에서는 기판의 두께가 T2이다. T1과 T2는 임의의 두께가 될 수 있고 두께가 다양하게 변하더라도 광학계(33)를 조절하여 기판을 절단하기에 적합한 DOF를 조절할 수 있다. 3 is a view showing an embodiment in which the DOF is adjusted according to the thickness of the substrate. (A) of FIG. 3 is DOF when it is a general board | substrate, and (b) is DOF when it is a bonding board | substrate.
본 발명의 일 실시예로써, 펨토초 레이저에 대해서 간략히 살펴보면, 펨토초 레이저는 짧은 펄스폭(약 150fs)과 펄스당 높은 첨두 출력을 지니고 있어 기판(27)의 절단시 절단부 주변에 열팽창 및 충격파를 전혀 발생시키지 않고 있다.As an embodiment of the present invention, the femtosecond laser is briefly described, and the femtosecond laser has a short pulse width (about 150 fs) and a high peak output per pulse, thereby generating no thermal expansion and shock waves around the cut portion when cutting the
또한, 집광 렌즈를 통해 증폭된 펨토초 레이저는 피크 파워가 지금까지의 레이저에 비해 매우 높아 테라 와트(Terra Watt)의 피크 파워(Peak Power)를 가지고 있다.In addition, the femtosecond laser amplified by the condenser lens has a peak power of terawatt (Tera Watt), which is much higher than that of the laser.
T3 레이저(Table Top Terawatt Laser)라고 칭할 수 있는 것으로 렌즈로 집광하기만 하면 빛의 밀도를 매우 높게 할 수 있어 그야말로 일순간에 초점 부근에 놓인 물질을 고온의 플라즈마 상태로 바꾸어 버린다.It can be called T3 Laser (Table Top Terawatt Laser), and the light density can be made very high just by condensing with the lens, which instantly turns the material placed near the focal point into a high temperature plasma state.
그리고 일반적인 레이저에 의해 발생하는 플라즈마도 레이저 자신과 작용하 여 레이저를 흡수하거나 물질을 가열하거나 하기 때문에 열 영향의 확대나 가공의 불안정성, 효율 저하 등 다양한 현상을 불러일으키고 있다.In addition, since plasma generated by a general laser works with the laser itself to absorb the laser or heat the material, it causes various phenomena such as expansion of thermal effects, instability of processing, and deterioration of efficiency.
그러나 펨토초 레이저와 같은 극초단파 레이저의 경우에는 이 주변의 사정이 변해간다.However, in the case of microwave lasers such as femtosecond lasers, the circumstances around this change.
통상 레이저의 에너지를 물질 측에서 받아들이는 접수자는 전자이다. 금속 등의 경우는 전도대에 있는 자유 전자 혹은 빛에 의해 전도대로 여기되는 전자이다. 이 전자(전자계)가 레이저의 진동 전장(電場)에 의해 에너지를 받아들이고 이것이 격자에 있는 원자나 이온(격자계)과 충돌하여 운동 에너지를 주어(온도가 올라가서) 물질의 상태가 변하고(용해되기도 하고 증발하기도 하고) 그 결과 가공된다.Usually the acceptor accepts the energy of the laser on the material side is the electron. Metals and the like are free electrons in the conduction band or electrons excited by the conduction band by light. This electron (electromagnetic field) receives energy by the oscillating electric field of the laser, which collides with atoms or ions (lattice systems) in the lattice, giving kinetic energy (because the temperature rises), causing the state of matter to change (dissolve and evaporate) As a result).
이 같이 전자계에서 격자계로 에너지가 이동하는 데 걸리는 시간이 펨토초 또는 아토초 단위이므로 극초단파 레이저 가공에서는 레이저 에너지 흡수와 그 후의 물질 변화(가공)가 시간적으로 분리된다.Since the time it takes for the energy to move from the electromagnetic field to the lattice system is in femtoseconds or attoseconds, the microwave energy absorption and subsequent material change (processing) are separated in time in microwave laser processing.
예를 들면, 조사된 물질을 구성하고 있는 원자가 이온화되고 플라즈마가 발생하는 시간 규모는 펄스 폭 보다도 길므로 이 플라즈마는 레이저와는 상호 작용하지 않을 것으로 기대된다. 그리고 조사부에서 열이 그 주위로 확산하는 시간보다도 펄스폭이 짧기 때문에 레이저의 에너지는 조사 영역에 국소 존재하여 그 영역에서만 물질의 상태 변화를 일으킨다.For example, it is expected that the plasma will not interact with the laser because the time scale at which the atoms constituting the irradiated material are ionized and the plasma occurs is longer than the pulse width. In addition, since the pulse width is shorter than the time when heat diffuses around the irradiation part, the energy of the laser is locally present in the irradiation area, causing a change of state of the material only in that area.
따라서 본 발명에서 극초단파 레이저를 사용하여 기판을 절단했을 때 절단하고자 하는 절단 주변에는 열 영향부(Heat Affected Zone)가 없는 절단이 이루어진 다. 따라서 절단면을 부드럽게 절단할 수 있다. 아토초 레이저를 사용하는 경우에도 동일한 효과를 얻을 수 있음은 물론이다. Therefore, in the present invention, when the substrate is cut by using the microwave laser, the cutting area to be cut does not have a heat affected zone. Therefore, the cut surface can be cut smoothly. Of course, the same effect can be obtained when using an Atosecond laser.
도 4는 복수개의 극초단파 레이저를 이용하여 기판을 절단하는 예를 나타낸 도면이다. 복수개의 레이저를 사용하는 경우 생산 시간이 단축되는 이점이 있다. 4 is a diagram illustrating an example of cutting a substrate using a plurality of microwave lasers. When using a plurality of lasers there is an advantage that the production time is shortened.
도 5는 본 발명의 다른 실시예로써 스캔 구동 장치를 이용한 X축 절단과 Y축 절단을 동시에 할 수 있는 방법을 나타낸 도면이다. 상기 실시예와 중복되는 부분은 설명의 간명화를 위해 도면에서 생략하고 본 실시예의 특징만을 도시하였다. FIG. 5 is a view showing a method of simultaneously cutting an X axis and a Y axis using a scan driving device according to another embodiment of the present invention. Portions that overlap with the above embodiment are omitted in the drawings for simplicity of explanation and only features of the present embodiment are shown.
레이저 발진기(51)에서 발진된 레이저 빔은 광학계(52)를 거쳐 반사되고 스캔구동장치(53)에서는 빔의 각도를 조절하여 빔의 출사 방향을 X축 또는 Y축으로 조절이 가능하다. 도면에서 도시된 것과 같이 광학계를 이용하여 빔을 여러 개로 쪼개어 다수의 스캔 구동 장치를 이용하여 기판을 절단할 수 있다. 광학계(52)를 다수 개 사용함으로써 빔 스플리터의 기능을 하게 되고 빔을 여러 개로 쪼개어 기판을 절단할 수 있다. 즉, 도면에 도시된 것과 같이 다수의 광학계(52)는 빔을 분할하는 빔 스플리터의 역할을 한다. The laser beam oscillated by the
도 5의 (a)는 X축으로 절단하는 예를 나타낸 것이고, (b)는 Y 축으로 절단하는 예를 나타낸 것이다. 도시된 것과 같이 빔 스플리터의 역할을 하는 광학계(52)를 사용하여 빔을 분할하고, 이렇게 분할된 빔을 스캔구동장치(53)를 사용하여 광경로를 X축 또는 Y축으로 변경할 수 있다. 도면번호 58은 X축으로 절단한 절단선을 나타낸 것이고, 59는 Y축으로 절단한 절단선을 나타낸 것이다. FIG. 5A illustrates an example of cutting along the X axis, and FIG. 5B illustrates an example of cutting along the Y axis. As shown in the drawing, the beam may be split using the
상기 X축 절단선(58)과 Y축 절단선(59)이 만나면 네모칸 모양의 셀로 절단된다. 도면에서와 같이 빔 스플리터의 역할을 하는 광학계를 이용하여 레이저 빔을 여러 갈래로 분할하는 것이 가능하고 여러 개의 셀을 한 번의 공정으로 절단할 수 있다. (c)는 상기와 같이 기판(57)이 셀모양으로 절단된 것을 나타낸 것이다. 본 발명에서는 이러한 절단을 편의상 면절단이라고 칭하기로 한다. 상기와 같은 면절단으로 생성된 셀은 하나하나가 모두 디스플레이 장치의 패널이 될 수 있다. 대형 LCD TV 뿐만 아니라 핸드폰 등의 소형 디스플레이 장치에 사용되는 패널까지 다양하게 생산할 수 있다. 즉, 빔 스플리터의 역할을 하는 광학계(52)와 스캔구동장치(53)를 사용해 한 번의 공정으로 면절단이 가능하고 공정시간을 획기적으로 단축할 수 있다. When the
도 6은 복수 개의 광학계를 사용하여 기판의 두께에 따라 DOF의 변경이 가능하도록 한 실시예이다. 예를 들어, 광학계 1은 두께가 T1인 기판을 절단하기에 적합한 DOF를 생성하고 광학계 2는 두께가 T2인 기판을 절단하기에 적합한 DOF를 생성한다고 하면, 두께 T1 기판을 절단할 때는 도 6의 좌측에 도시한 바와 같이 광학계1을 사용하고 T2 기판을 절단할 때는 도 6의 우측에 도시한 바와 같이 광학계2를 사용하여 기판을 절단한다. 두께의 정도는 다양하게 변경할 수 있다. 6 illustrates an embodiment in which DOF can be changed according to a thickness of a substrate using a plurality of optical systems. For example, suppose
도 7도 도 6과 마찬가지로 복수의 광학계를 사용하여 기판을 절단하는 시스템을 나타낸 실시예로써, LCD 패널을 절단하는 경우를 나타낸 도면이다. LCD 패널의 경우 TFT 기판(77)과 컬러 필터 기판(78)을 합착하여 하나의 패널을 완성시킨다. TFT 기판(77)과 컬러 필터 기판(78)을 합착시킨 후 컬러 필터 기판(78)의 가장자리 부분을 절단하여 절단한 부분에 FPC(Flexible Printed Circuits)를 접속시키기 위하여 가장자리 부분을 절단하는 예를 나타낸 것이다. FIG. 7 is a diagram illustrating a system for cutting a substrate using a plurality of optical systems as in FIG. 6, and illustrates a case of cutting an LCD panel. In the case of the LCD panel, the
도 7의 (a)는 TFT 기판(77)이 아래에 있는 경우를, (b)는 TFT 기판(77)이 위에 있는 경우를 나타내는 것이다. 상기 도면 (a)와 (b)에서 표시된 기판에서 TFT 기판(77) 및 컬러 필터 기판(78)의 위치는 상이하지만, 절단하고자 하는 컬러 필터 기판(78)의 두께는 동일하기 때문에 동일한 DOF를 생성하는 광학계를 사용하고 컬러 필터 기판(78)만을 절단할 수 있다. 도면에서 점선부위는 절단된 부분을 나타낸다. FIG. 7A illustrates a case where the
도 8은 본 발명의 또 다른 실시예로써 Y축 방향으로는 갠트리(84, gantry)를 움직여서, X축 방향으로는 스테이지(87, stage)를 움직여서 절단하는 방식을 나타낸 도면이다. 8 is a view showing a cutting method by moving a gantry 84 (gantry) in the Y-axis direction and moving the
도면에 도시된 것과 같이, 본 실시예에 따른 본 발명은 레이저 발진기(81), 레이저 빔을 반사하는 반사미러(82), 상기 레이저 빔을 반사하고 DOF를 조절하는 광학계(83), 갠트리(84), 기판(86) 및 상기 기판(86)이 올려지는 스테이지(87)로 이루어진다. 레이저 발진기(81)에서 발진된 레이저 빔은 반사미러(82)에 의해 반사되어 광학계(83)로 입사되고, 광학계(83)는 입사된 빔이 기판에 입사되도록 광 경로를 조절함과 동시에 DOF를 조절하여 레이저 빔을 기판(86) 위로 조사한다. 기판 위로 조사된 빔은 기판(86)을 절단한다. 이때 갠트리(84)를 상하 방향으로 이동하여 Y축 방향으로 절단하는 것도 가능하고 스테이지(87)를 좌우 방향으로 이동하여 X 축 방향으로 기판(86)을 절단하는 것도 가능하다. 도면에서 도면 번호 88은 X 축 절단선을 나타내고 도면 번호 89는 Y축 절단선을 나타낸 것이다. As shown in the figure, the present invention according to the present embodiment is a
레이저 발진기(81), 반사미러(82) 및 광학계(83)는 다양한 위치로 변경이 가능하다. 특히 상기 광학계(83)는 광 경로를 조절하는 반사미러를 포함할 수도 있고 반사미러를 분리하여 별도의 장치로 형성할 수도 있다. 상기 도 8에서 하나의 반사미러(82)는 광학계와 분리되어 형성되고 도시되지 않은 또 다른 반사미러는 광학계(83)와 일체로 형성된 것을 실시예로써 설명하였다. 광 경로를 조절하는 반사미러의 개수 및 위치는 필요에 따라 다양하게 변경하는 것이 가능하다. The
도 9는 광학계(93)를 이용하여 초점 거리를 조절하여 기판을 절단하는 실시예를 나타낸 도면이다. 9 is a diagram illustrating an example in which a substrate is cut by adjusting a focal length using the
앞서의 실시예에 의하면 광학계를 이용하여 DOF를 기판의 두께보다 두껍게 조절하여 기판을 한번에 절단할 수 있다. 그러나 레이저 빔의 출력이 낮거나 예기치 못한 사정으로 DOF를 기판의 두께보다 두껍게 하지 못하여 한번에 절단할 수 없는 경우에는 초점 거리를 조절하고 극초단파 레이저를 연속해서 조사하여 기판을 절단할 수 있다. According to the above embodiment, the substrate may be cut at once by adjusting the DOF to be thicker than the thickness of the substrate using an optical system. However, if the laser beam cannot be cut at a time because the DOF is not thicker than the thickness of the substrate due to low output or unexpected circumstances, the substrate can be cut by adjusting the focal length and continuously irradiating the microwave laser.
도 9 (a)는 광학계(93)로 레이저 빔(94)의 X축 방향을 조절하는 것을 나타낸 도면이다. 도면번호 95는 레이저 빔(94)이 조사되는 범위를 X 축상에 나타낸 것이고 도면번호 96은 레이저 빔이 조사되는 범위를 각도로 나타낸 것이다. 즉, 레이저 빔은 광학계(93)에 따라서 일정 범위 내에서 조사된다. 9A is a diagram showing that the
도 9 (b)는 Y축 방향의 변화범위를 (c)는 Z축 방향의 변화범위를 나타낸다. 9B shows a change range in the Y-axis direction, and (c) shows a change range in the Z-axis direction.
도 9 (d)는 Z축 방향으로 초점 거리를 조절하여 기판을 절단하는 과정을 나타낸 것이다. 먼저 초점 위치를 광학계를 이용하여 기판의 상단에 맞춘 후 빔을 조사한 후 다시 초점 위치를 기판의 중앙에 맞춘 후 빔을 조사한다. 마지막으로, 초점 위치를 기판 하단에 맞춘 후 빔을 조사하여 하단을 절단함으로써 기판의 절단이 완료하게 된다. 상기 실시예에서는 초점거리를 2회 변경하고 레이저 빔을 3회 조사하여 절단하는 예를 나타내었지만 초점거리의 변경 및 레이저 빔의 조사 횟수는 다양하게 변경할 수 있다. 경우에 따라서는 상단ㆍ하단으로 나누어 2회만 조사할 수 있는 것이다. 9 (d) illustrates a process of cutting a substrate by adjusting a focal length in the Z-axis direction. First, the focus position is aligned with the upper end of the substrate by using an optical system, and then the beam is irradiated. Finally, cutting the substrate is completed by adjusting the focal position to the bottom of the substrate and then irradiating the beam to cut the bottom. In the above embodiment, an example of changing the focal length twice and irradiating the laser beam three times is illustrated, but the focal length and the number of irradiation of the laser beam may be variously changed. In some cases, the survey can be conducted twice only by dividing it into the top and bottom.
즉, 광학계(93)를 이용하여 DOF를 기판의 두께보다 두껍게 하여 기판을 한번에 절단하는 것도 가능하지만, Y축 방향의 제어가 제대로 되지 않는다든지 등 여러 가지 이유로 인하여 기판을 한번에 절단할 수 없는 경우에는 Z축 방향으로 DOF의 거리를 조절하여 기판을 단계적이고 연속적으로 절단함으로써 기판을 절단할 수 있다. That is, it is possible to cut the substrate at once by making the DOF thicker than the thickness of the substrate using the
비록 레이저 빔을 한번에 조사하지 않고 두세 번에 나누어 기판을 절단하지만, 극초단파 레이저의 조사 및 초점 거리 변경 속도가 매우 빠르기 때문에 전체 절단 속도에는 큰 영향을 미치지 않는다. Although the substrate is cut in two or three times without irradiating the laser beam at once, the microwave cutting and the focal length change speed of the microwave laser are very fast and do not affect the overall cutting speed.
이렇게 두 단계 이상으로 나누어서 절단하는 경우에는 한번에 절단하는 경우보다 낮은 출력을 가지는 극초단파 레이저를 사용할 수 있으므로 장치 제작 비용면에서 유리하다. In the case of cutting in two or more steps, it is advantageous in terms of device manufacturing cost since microwave lasers having a lower power than those of cutting at once can be used.
도 10은 본 발명의 일 실시예로써 광학계(102)의 후면에 기판의 절단이 제대로 되었는지를 확인하는 모니터링 장치(103)를 설치한 것을 나타낸 도면이다. 나머지 실시예와 모니터링 장치를 추가하는 것 외에는 동일하므로 나머지 구성은 도시하지 않았다. FIG. 10 is a view showing that the
실시간 모니터링의 과정을 살펴보면 다음과 같다. The process of real-time monitoring is as follows.
광학계(102)를 통과한 레이저 빔(104)이 기판(106)을 절단하고 절단선(105)이 생기게 된다. 모니터링 장치(103)는 상기 절단선(105)을 관찰하여 절단이 완벽하게 이루어졌는지 여부를 관찰한다. 레이저 발진기에서 레이저 빔의 발진되지 않는 등의 이유로 기판이 절단되지 않는 에러를 방지하기 위한 것이다. 상기 광학계(102)와 모니터링 장치(103)를 하나의 모듈로 만들 수도 있다. 본 실시예에서는 편의상 커팅 헤드 유닛(101)이라 한다. The
실시간으로 절단 여부를 확인하여 절단이 완전하게 되지 않은 경우에는 즉시 재작업을 하여 절단을 한다. Check the cutting in real time and if the cutting is not complete, immediately rework and cut.
상기 모니터링 장치(103)는 레이저 변위 센서가 될 수도 있고 실시간 카메라가 될 수도 있다. The
도 11은 본 발명의 또 다른 실시예로써, 공정에 소요되는 작업 시간을 단축하기 위한 것이다. 도 8에서 도시된 것과 같이 종래에는 하나의 스테이지만을 사용하였기 때문에 대상물에 대한 작업을 행하는 작업시간보다 스테이지로 작업 대상물을 로딩하거나 언로딩하는 시간이 상대적으로 많이 소요되고 작업효율이 떨어지는 문제점이 있었다. 그러나 상기의 실시예와 같이 두 개의 스테이지를 사용하는 경우 작업 시간을 단축할 수 있다. 11 is another embodiment of the present invention for shortening the working time required for the process. As shown in FIG. 8, since only one stage is used in the related art, a time for loading or unloading a work object into a stage is relatively longer than a work time for working on an object, and a work efficiency is lowered. However, when using two stages as in the above embodiment, the working time can be shortened.
작업 공정을 간략히 살펴보면, 기판 등의 작업 대상물이 모여 있는 곳으로부터 로봇(105)이 하나의 기판을 파지한 후 제 1스테이지(101) 위쪽에 배치한다. 이때 리프트 핀(103)은 위로 들려 있는 상태이고 로봇(105)에 의해 기판이 리프트 핀(103) 위에 안착된다. 안착후 로봇은 다시 작업 대상물이 있는 장소로 이동하여 기판(104)을 파지하여 제 2스테이지(102)에 안착시킨다. 스테이지에 안착한 순서대로 작업부(106)가 작업을 수행하게 된다. 본 발명에서는 레이저 빔을 이용한 절단 작업을 수행하게 되는 것이다. 상기와 같이 하나의 스테이지에서 수행하던 일을 2개의 스테이지에서 수행함에 따라 로딩 및 언로딩에 소요되는 시간이 줄어들고 시간당 처리하는 작업량이 많아진다. Looking briefly at the work process, the
이상에서 살펴본 것과 같이 본 발명에 의하면 다양한 방법으로 기판을 절단하는 것이 가능하다. As described above, according to the present invention, it is possible to cut the substrate by various methods.
본 발명에 의하면, 극초단파 레이저를 이용함으로써 기판을 한번에 절단할 수 있다. 따라서 기판에 열손상이 없으며 작업 시간이 절약되고 공정을 단순화할 수 있는 효과가 있다. According to the present invention, the substrate can be cut at once by using the microwave laser. Therefore, there is no thermal damage to the substrate, saving time and simplifying the process.
또한, 본 발명에 의하면, 복수 개의 극초단파 레이저 발진기를 이용하여 기판을 절단하는데 소요되는 시간을 줄일 수 있다. In addition, according to the present invention, it is possible to reduce the time required to cut the substrate using a plurality of microwave laser oscillator.
광학계를 통해 DOF를 조절함으로써 다양한 두께의 기판을 한번에 절단할 수 있다. By adjusting the DOF through the optical system, substrates of various thicknesses can be cut at once.
또한, 본 발명에 의하면, 스캔 구동 장치를 이용함으로써 X축 또는 Y축으로 절단함으로써 한 번의 공정으로 기판을 셀 형태로 절단할 수 있다. In addition, according to the present invention, the substrate can be cut in the form of a cell in one step by cutting in the X axis or the Y axis by using the scan driving device.
또한, 본 발명에 의하면, 다수의 광학계를 사용하여 합착 기판 중 일부 기판만을 절단하는 경우에도 한번에 절단할 수 있다. In addition, according to the present invention, even when only a part of the substrates of the bonded substrates are cut by using a plurality of optical systems, it can be cut at once.
또한, 본 발명에 의하면, 갠트리와 스테이지를 이동하여 X축 또는 Y축으로 자유롭게 절단할 수 있다. In addition, according to the present invention, the gantry and the stage can be moved to cut freely on the X axis or the Y axis.
또한, 본 발명에 의하면, 극초단파 레이저 빔의 출력이 낮은 경우에 초점 거리를 조절하고 레이저 빔을 연속적으로 조사하여 기판을 절단할 수 있다. According to the present invention, when the output of the microwave laser beam is low, the substrate can be cut by adjusting the focal length and continuously irradiating the laser beam.
또한, 본 발명에 의하면, 광학계 후방에 실시간 모니터링 장치를 추가하여 실시간으로 절단 여부를 확인할 수 있다. 따라서, 절단 여부를 확인하는데 소요되는 시간을 줄일 수 있고, 비용도 절감할 수 있다. In addition, according to the present invention, it is possible to check whether the cutting in real time by adding a real-time monitoring device behind the optical system. Therefore, it is possible to reduce the time required to check whether the cutting, and to reduce the cost.
또한, 본 발명에 의하면, 두 개의 스테이지를 사용하여 작업을 수행함으로써 작업에 소요되는 시간을 줄일 수 있다. In addition, according to the present invention, the time required for the work can be reduced by performing the work using two stages.
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