KR100876502B1 - A cutter for substrate using microwaves laser beam and method thereof - Google Patents

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이만섭
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민철기
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한국정보통신대학교 산학협력단
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Abstract

A cutter for a substrate using microwave laser beam is provided to cut a substrate regardless of its material using ultra-high frequency pulse laser up to picosecond, thereby rapidly and precisely performing the cutting process. A laser generation mean generates the ultra-high frequency laser beam. A focus control mean controls the ultra-high frequency laser beam to the object. The ultra-high frequency laser beam is eradiated along the desiring cutting path by focusing inside of the substrate. A cutting groove is formed on the inside of the substrate by inducing inside filamentation phenomenon.

Description

초단파 레이저 빔을 이용한 기판 절단장치 및 그 절단방법{A CUTTER FOR SUBSTRATE USING MICROWAVES LASER BEAM AND METHOD THEREOF}Substrate cutting device using microwave laser beam and its cutting method {A CUTTER FOR SUBSTRATE USING MICROWAVES LASER BEAM AND METHOD THEREOF}

본 발명은 초단파 레이저 빔을 이용한 기판 절단장치 및 그 절단방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 펨토초(Femto Second, FS)∼피코초(Pico Second, PS) 펄스를 갖는 초단파 레이저 빔의 초점 위치를 다양하게 조절하여 각종 디스플레이에 사용되는 기판을 크랙(crack)이나 손상 없이 간단한 공정으로 신속하고 정밀하게 절단할 수 있는 초단파 레이저 빔을 이용한 기판 절단장치 및 그 절단방법에 관한 것이다.The present invention relates to an apparatus for cutting a substrate using a microwave laser beam and a method of cutting the same, and more particularly, to vary the focal position of a microwave laser beam having femtosecond (FS) to picosecond (PS) pulses. The present invention relates to a substrate cutting apparatus using a microwave laser beam and a method of cutting the same, which can quickly and precisely cut a substrate used in various displays by a simple process without cracking or damage.

고속화, 집적화, 경량화 등으로 대변되는 최근 정보통신 업계의 경향에 발맞추어 매우 빠른 정보처리능력을 갖는 정보처리장치의 개발들이 가속화되면서 고속으로 처리된 정보를 작업자가 인식할 수 있도록 표시해주는 인터페이스 역할을 하는 정보표시장치(이하, '디스플레이 장치'라 칭함)의 기술 개발은 산업계에서 중요한 비중을 차지하고 있다.In line with the recent trend of the information and communication industry represented by high speed, integration, and light weight, the development of an information processing device having a very fast information processing capability is accelerated, and serves as an interface for displaying the processed information at high speed. The technology development of the information display device (hereinafter referred to as a 'display device') is taking an important part in the industry.

통상적인 CRT(Cathode Ray Tube)는 20세기 전반에 걸쳐 꾸준히 사용되어 온 디스플레이 장치이나, 20세기 말부터 시작되어 21세기에 이르러 점점 더 중요해지는 휴대용 디스플레이 장치 혹은 대형화, 고해상도, 저 부피 등에 대한 요구를 충족시키는 데는 한계에 부딪힌 지 오래이다.Conventional CRT (Cathode Ray Tube) is a display device that has been used steadily throughout the 20th century, but it is a portable display device that has been increasingly important since the end of the 20th century and reaches the 21st century. It's been a long time since the limits have been met.

따라서, 기존의 CRT(Cathode Ray Tube) 방식을 넘어선 LCD(Liquid Crystal Display), PDP(Plasma Display Panel), TFT(Thin Film Transistor) 등 다양한 방식의 디스플레이 장치가 널리 사용되고 있으며, OLED(Organic Light Emitting Device), OEP(Organic Electroluminescence Panel)도 이미 구현 단계에 와 있는 현실이다.Therefore, various display devices such as liquid crystal display (LCD), plasma display panel (PDP), and thin film transistor (TFT), which are beyond the conventional CRT (Cathode Ray Tube) method, are widely used, and OLED (Organic Light Emitting Device) ), OEP (Organic Electroluminescence Panel) is already in the implementation stage.

이와 같은 디스플레이 장치들은 빛을 이용한 시각적 신호를 사용할 수 있어야 하므로 투명한 재질이 필수적으로 들어가는데, 대개의 경우 유리가 사용된다.Since such display devices must be able to use visual signals using light, transparent materials are essential. In most cases, glass is used.

예컨대, LCD(Liquid Crystal Display)의 경우 투명한 2장의 유리기판 사이에 액정을 주입한 후, 액정이 주입된 투명기판을 매우 미세한 구역으로 분할하고, 각 구역별로 액정의 배열을 전기장으로 조절하게 하여, 발광체로부터 나온 빛을 액정의 배열에 따라 통과, 차단 혹은 광량을 조절하며, 빛이 투명기판을 통과한 후 RGB 화소를 통과하면서 빛이 각각 지정된 색으로 필터링 되도록 하여 모자이크 형태로 정보가 시각적으로 표시될 수 있도록 한다.For example, in the case of an LCD (Liquid Crystal Display), after injecting a liquid crystal between two transparent glass substrates, the transparent substrate into which the liquid crystal is injected is divided into very fine zones, and the arrangement of the liquid crystals for each zone is controlled by an electric field. The light emitted from the emitter is passed, blocked, or controlled according to the arrangement of the liquid crystal. The light is passed through the transparent substrate and then passed through the RGB pixels, so that the light is filtered to a specific color so that information can be visually displayed in a mosaic form. To be able.

또한, PDP(Plasma Display Panel)의 경우 두 개의 투명기판 내에 CCP(Charge-Coupled Plasma)가 발생될 수 있는 매우 미세한 셀(cell) 들을 배열하고, 각 셀을 전기적으로 조절하여 원하는 부분들만 플라즈마(Plasma)가 발생되도록 하여, 플라즈마 발생 시 나오는 자외선 영역의 빛을 앞 유리 뒷면에 발라둔 발광체가 흡수, 가시광선의 빛으로 전환하여 내보내는 방식으로 정보 표시를 하게 된다.In addition, in the case of plasma display panel (PDP), very fine cells in which charge-coupled plasma (CCP) can be generated are arranged in two transparent substrates, and each cell is electrically controlled so that only desired portions are plasma. ), The light emitting body applied to the back of the windshield in the ultraviolet region emitted during the plasma generation is absorbed, converted into the light of the visible light to display the information.

이와 같은 디스플레이 장치들에 사용되는 기판은 주로 소정 강도를 갖는 유리기판이 사용되는데, 최근의 경향은 우선 매우 큰 크기의 유리 모(母)기판에 복수의 디스플레이 장치를 동시에 형성하고, 원하는 크기만큼을 잘라내어 최종 완성하는 기술이 경제적으로나 시간적으로 유리하다고 판단되어 각광받고 있다.As substrates used in such display devices, glass substrates having a predetermined strength are mainly used. In recent years, a plurality of display apparatuses are simultaneously formed on a very large glass mother substrate, and a desired size is used. The technology of cutting and finalizing is considered to be economically and temporally advantageous and is in the spotlight.

상기 절단 분리 과정에 가장 먼저 사용되고 가장 널리 사용되었던 것은 다이아몬드 커터(diamond cutter) 기술이다. 다이아몬드를 이용하는 방법에 따라 고속으로 회전하는 다이아몬드 블레이드(blade)에 의해 기판에 절단용 홈을 만들고 절삭하는 다이싱(dicing) 방식 혹은 다이아몬드로 된 스크라이빙 휠(scribing wheel) 에 의해 기판에 절단용 홈을 만들고 기판의 두께 방향으로 크랙(crack)을 형성시키는 스크라이빙(scribing) 방식으로 나눌 수 있다.The first and most widely used in the cutting separation process is the diamond cutter technology. According to the method of using diamond, the cutting blade is cut into the substrate by a dicing method or a scribing wheel made of diamond. It can be divided into a scribing method of making grooves and forming cracks in the thickness direction of the substrate.

그러나, 이 경우 절단 과정이 전체 제작 공정의 가장 마지막에 해당되므로, 절단 중 원치 않는 깨짐, 크랙(crack) 혹은 손상이 발생할 경우 손실이 매우 크게 발생한다는 단점이 있다.However, in this case, since the cutting process corresponds to the end of the entire manufacturing process, there is a disadvantage in that the loss is very large if unwanted cracking, cracking or damage occurs during cutting.

이와 같은 원치 않는 손상의 원인은 여러 가지가 있을 수 있지만, 주로 다이아몬드 커터 등 기계적인 힘을 가하여 절단할 때, 절단면이 매끄럽지 못하고 거칠게 절단된 부분에 응력이 집중되기 때문이라고 볼 수 있다.There can be various causes of such unwanted damage, but it can be said that mainly when the stress is cut by applying a mechanical force such as a diamond cutter, the stress is concentrated on the part where the cut surface is not smooth and rough cut.

즉, 날카로운 칼날로 기계적인 힘을 주어 절단선을 그을 경우, 유리는 비정질 재료이기 때문에 깊이 방향으로는 물론 넓이 방향으로도 일정한 모양의 자국이 생기질 않고 매우 불규칙한 모양의 홈이 파이게 되고 이 곳에 압력이 가해질 경우, 절단 방향이 의도된 방향과 다르게 나가는 것은 물론 미세 조각 또는 파편들로 부분 손상이 발생하게 되는 것이다.In other words, when cutting the cutting line with mechanical force with a sharp blade, because glass is an amorphous material, there are no irregular marks in the depth direction as well as the width direction, and very irregular grooves are dug here. When pressure is applied, not only does the cutting direction go out of the intended direction, but also partial damage to fine pieces or debris occurs.

또한, 다이아몬드 블레이드 혹은 스크라이빙 휠은 고가의 재료를 사용하고 수명이 짧아 제조 비용이 상승한다는 점도 단점으로 지적되고 있다.In addition, diamond blades or scribing wheels are pointed out that the use of expensive materials and short lifespan increases manufacturing costs.

이런 단점을 보완하고자 최근에는 레이저를 조사하여 절단하는 방식이 개발되어 사용되고 있다. 사용되는 레이저는 예컨대, 이산화탄소 레이저, Nd:YAG 레이저 등 가공을 원하는 재료의 특성에 따라 조금씩 다르게 되지만, 기본적으로 동작 원리들은 다음과 같다.Recently, a method of cutting by irradiating a laser has been developed and used to compensate for this disadvantage. The laser used varies slightly depending on the characteristics of the material to be processed, for example, a carbon dioxide laser, an Nd: YAG laser, but the operating principles are basically as follows.

도 1은 종래 기술에 따른 레이저를 이용한 기판 절단장치를 개략적으로 나타낸 도면이다.1 is a view schematically showing a substrate cutting apparatus using a laser according to the prior art.

도 1을 참조하면, 레이저 빔(1)이 유리 모(母) 기판(2)의 절단 경로를 따라서 조사되도록 하여 기판(2) 중 레이저 빔(1)이 조사된 절단 경로를 급속 가열하고, 급속 가열된 절단 경로 상에 기판(2)의 가열 온도보다 현저히 낮은 온도를 갖는 냉각체(3)를 분사하여 기판(2)의 급속 팽창 및 수축에 따른 열 응력에 의하여 기판(2)이 절단 경로를 따라서 절단되도록 하는 것이다.Referring to FIG. 1, the laser beam 1 is irradiated along the cutting path of the glass mother substrate 2 so that the cutting path irradiated with the laser beam 1 of the substrate 2 is rapidly heated, and rapidly. The cooling medium 3 having a temperature significantly lower than the heating temperature of the substrate 2 is sprayed on the heated cutting path so that the substrate 2 cuts the cutting path by thermal stress due to rapid expansion and contraction of the substrate 2. Therefore, to be cut.

이 외에도 레이저 빔(1)을 조사하기 전에 다이아몬드 커터(diamond cutter)로 먼저 약간의 홈을 만들어 주는 방식 혹은 레이저 빔(1) 조사 후에 다이아몬드 커터를 이용해 레이저 빔(1)이 조사된 경로를 따라 추가적으로 선을 그어주는 방식, 또는 레이저 빔(1)을 먼저 조사하고 냉각체(3)를 분사한 후, 다시 레이저 빔(1)을 한 번 더 조사해주는 방식 등 여러 가지 기술들이 제안되었다.In addition, some grooves are first made with a diamond cutter before the laser beam 1 is irradiated, or additionally along the path where the laser beam 1 is irradiated with the diamond cutter after the laser beam 1 is irradiated. Various techniques have been proposed, such as drawing a line, or irradiating the laser beam 1 first, injecting the cooling body 3, and then irradiating the laser beam 1 again.

그러나, 최근 디스플레이 장치의 대형화에 따라 유리 모(母) 기판의 평면적 및 두께가 점점 증가하는 경향으로 인해 현재 사용되고 있는 유리기판은 약 0.7mm 정도의 두께를 가지고 있다. 이렇게 두꺼운 유리기판을 한 번에 절단하기 위해서는 매우 높은 에너지의 레이저 빔이 조사되어야 한다.However, the glass substrate currently used has a thickness of about 0.7 mm due to the tendency of the planar and thickness of the glass mother substrate to gradually increase with the increase of the display device. In order to cut such a thick glass substrate at once, a very high energy laser beam must be irradiated.

이 경우 냉각체를 이용한 급속 냉각 시 온도 차이가 너무 많이 나 이에 의한 크랙 및 손상이 발생되어 제작에 어려움을 겪을 수 있다. 또한, 강한 에너지의 주입으로 인한 재료 내부의 진동파(shock wave)도 내부의 원치 않는 크랙을 발생시키는 주요 원인으로 나타나게 된다.In this case, too much temperature difference during rapid cooling using the cooling body or cracks and damages may occur, thereby making it difficult to manufacture. In addition, a shock wave inside the material due to the injection of strong energy also appears as a major cause of the unwanted cracks inside.

또한, 레이저 빔을 이용한 절단 방식인 만큼, 기계적인 방식에서는 중요하지 않았던 다른 변수들이 존재할 수 있는데, 레이저 빔의 조사 시 재료에서 발생하는 부스러기(debris)들이 가공면에 안착됨에 따라, 이 부스러기들로 인해 정밀하게 맞추어진 레이저 빔의 초점 거리나 조사 방향 등에 좋지 않은 영향을 미칠 수 있다.In addition, as the cutting method using the laser beam, there may be other variables that were not important in the mechanical method. As the debris generated in the material when the laser beam is irradiated is placed on the processing surface, This can adversely affect the focal length and irradiation direction of the precisely aligned laser beam.

본 발명은 전술한 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은 펨토초(FS)에서 피코초(PS)에 이르는 초단파 펄스 레이저를 이용하여 디스플레이의 용도 및 특성에 따라 조금씩 상이한 유리 혹은 투명재질의 기판 특성에 무관하게 복잡한 선/후 공정들을 최대한 줄여 간단한 공정만으로 신속하고 정밀한 절단 가공을 이루고, 원치 않는 깨짐, 크랙 및 손상들을 없애 불량률을 극소화할 수 있도록 한 초단파 레이저 빔을 이용한 기판 절단장치 및 그 절단방법을 제공하는 데 있다.The present invention has been made to solve the above-described problems, the object of the present invention using a microwave pulse laser from femtosecond (FS) to picoseconds (PS) slightly different glass or transparent material depending on the use and characteristics of the display Substrate cutting device using ultra-short laser beam that minimizes the defect rate by eliminating unwanted cracks, cracks, and damages by achieving simple and precise cutting process by reducing complex pre / post processes as much as possible regardless of substrate characteristics. It is to provide a cutting method.

전술한 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 제1 측면은, 초단파 레이저 빔을 발생하기 위한 레이저 발생수단; 및 상기 초단파 레이저 빔의 초점이 절단하고자 하는 기판의 내부에 맞춰지도록 조절하기 위한 초점조절수단을 포함하며, 상기 초단파 레이저 빔을 상기 기판의 내부에 초점을 맞추어 원하는 절단 경로를 따라 조사함으로써, 내부 필라멘테이션(filamentation) 현상을 유도하여 상기 기판의 내부에 절단홈이 형성되도록 하는 초단파 레이저 빔을 이용한 기판 절단장치를 제공하는 것이다.In order to achieve the above object, a first aspect of the present invention, the laser generating means for generating a microwave laser beam; And focusing means for adjusting the focus of the microwave laser beam to be aligned with the inside of the substrate to be cut, and focusing the microwave laser beam on the inside of the substrate to irradiate along a desired cutting path, thereby providing an internal fill. It is to provide a substrate cutting apparatus using an ultra-short laser beam to induce a filamentation phenomenon to form a cutting groove in the substrate.

바람직하게, 상기 초단파 레이저 빔은 펨토초(FS) 내지 피코초(PS)의 펄스 폭을 갖는다.Preferably, the microwave laser beam has a pulse width of femtosecond (FS) to picoseconds (PS).

바람직하게, 상기 초점조절수단은, 원하는 절단 경로에 따라 상기 초단파 레이저 빔의 초점이 상기 기판의 내부에 맞춰지도록 조절하여 절단홈을 형성한 후에 혹은 동시에 동일한 절단 경로로 상기 초단파 레이저 빔의 초점이 상기 기판의 상면에 맞춰지도록 조절하여 상기 기판의 상면에 절단홈이 더 형성되도록 하거나, 다시 상기 기판의 내부에 맞춰지도록 조절하여 이중으로 절단홈이 형성되도록 할 수 있다.Preferably, the focus adjusting means is configured to adjust the focal point of the ultra-short laser beam to be aligned with the inside of the substrate according to a desired cutting path to form a cutting groove or at the same time the focal point of the ultra-short laser beam with the same cutting path. The cutting groove may be adjusted to be aligned with the upper surface of the substrate so that the cutting groove is further formed on the upper surface of the substrate, or the cutting groove may be formed to be dually adjusted to fit inside the substrate.

본 발명의 제2 측면은, 초단파 레이저 빔을 발생하기 위한 레이저 발생수단; 및 상기 초단파 레이저 빔의 초점이 절단하고자 하는 기판의 하면과 일정간격 이격된 공기층에 맞춰지도록 조절하기 위한 초점조절수단을 포함하며, 상기 초단파 레이저 빔을 상기 기판의 하면과 일정간격 이격된 공기층에 초점을 맞춰 원하는 절단 경로를 따라 조사함으로써, 상기 기판의 하면과 공기층 사이의 경계면에서 반사되는 빛에 의해 상기 기판의 상면 부위에 일정깊이의 제1 절단홈이 형성되며, 상기 초단파 레이저 빔의 초점에서 생기는 공기 분자와 플라즈마층의 경계에서 반사되는 빛에 의해 상기 기판의 하면에 상기 제1 절단홈과 동일선 상으로 일정깊이의 제2 절단홈이 형성되도록 하는 초단파 레이저 빔을 이용한 기판 절단장치를 제공하는 것이다.A second aspect of the invention, the laser generating means for generating a microwave laser beam; And focusing means for adjusting the focus of the microwave laser beam to be aligned with an air layer spaced at a predetermined distance from a lower surface of the substrate to be cut, and focusing the microwave laser beam at an air layer spaced from a lower surface of the substrate. By irradiating along a desired cutting path, the first cutting groove having a predetermined depth is formed on the upper surface portion of the substrate by the light reflected from the interface between the lower surface of the substrate and the air layer, and is generated at the focal point of the microwave laser beam. It is to provide a substrate cutting apparatus using a microwave laser beam to form a second cutting groove of a predetermined depth on the lower surface of the substrate by the light reflected at the boundary between air molecules and the plasma layer. .

바람직하게, 상기 초단파 레이저 빔은 펨토초(FS) 내지 피코초(PS)의 펄스 폭을 갖는다.Preferably, the microwave laser beam has a pulse width of femtosecond (FS) to picoseconds (PS).

바람직하게, 상기 기판은 하나 혹은 적어도 둘 이상의 다층 구조를 갖는 절 연성 기판으로 이루어질 수 있다.Preferably, the substrate may be made of an insulating substrate having one or at least two multilayer structures.

바람직하게, 상기 레이저 발생수단과 상기 기판 사이에 배치되며, 상기 초단파 레이저 빔을 원하는 초점 위치에 집중되도록 집광수단이 더 구비될 수 있다.Preferably, the light collecting means may be further disposed between the laser generating means and the substrate to concentrate the microwave laser beam at a desired focal position.

바람직하게, 상기 집광수단은 0.3∼0.7 정도의 개구수(NA)를 갖는 적어도 하나의 렌즈를 포함할 수 있다.Preferably, the light collecting means may include at least one lens having a numerical aperture NA of about 0.3 to 0.7.

바람직하게, 상기 초점조절수단과 연결되어 원하는 절단 경로를 따라 상기 초점조절수단이 원하는 속도로 이동되도록 소정의 구동력을 전달하기 위한 구동수단이 더 구비될 수 있다.Preferably, a driving means connected to the focus adjusting means may be further provided to transmit a predetermined driving force to move the focus adjusting means at a desired speed along a desired cutting path.

바람직하게, 상기 초단파 레이저 빔이 원하는 절단 경로를 따라 이동되도록 적어도 하나의 반사경 또는 간섭계를 이용할 수 있다.Preferably, at least one reflector or interferometer may be used to move the microwave laser beam along a desired cutting path.

바람직하게, 상기 초단파 레이저 빔의 초점과 일치되도록 배율을 조절하고, 가공 전 원하는 초단파 레이저 빔의 초점 위치를 사용자가 화면을 보면서 직접 지정하며, 절단 공정 시 공정 과정을 실시간으로 화면을 통해서 확인할 수 있도록 모니터링수단이 더 구비될 수 있다.Preferably, the magnification is adjusted to match the focal point of the microwave laser beam, the user directly designates the focal position of the desired microwave laser beam before the processing while viewing the screen, and the cutting process can be confirmed in real time on the screen during the cutting process. Monitoring means may be further provided.

바람직하게, 상기 절단홈을 따라 절단될 수 있도록 상기 절단홈과 일치되는 위치에 일정한 압력을 가하기 위한 보조절단수단이 더 구비될 수 있다.Preferably, the auxiliary cutting means for applying a constant pressure to the position corresponding to the cutting groove to be cut along the cutting groove may be further provided.

바람직하게, 상기 초단파 레이저 빔의 입/출력 및 초점, 상기 초점조절수단의 움직임 및 속도를 비롯한 전체적인 제어를 담당하기 위한 제어수단이 더 구비될 수 있다.Preferably, the control means for the overall control including the input / output and focus of the microwave laser beam, the movement and speed of the focus adjusting means may be further provided.

본 발명의 제3 측면은, (a) 미리 마련된 기판을 특정 위치에 고정시키는 단계; (b) 초단파 레이저 빔의 초점을 상기 기판의 내부에 맞춰지도록 조절하는 단계; 및 (c) 상기 기판의 내부에 초점이 맞춰진 초단파 레이저 빔을 원하는 절단 경로를 따라 조사하여 상기 기판의 내부에 절단홈을 형성하는 단계를 포함하는 초단파 레이저 빔을 이용한 기판 절단방법을 제공하는 것이다.According to a third aspect of the present invention, there is provided a method comprising: (a) fixing a prepared substrate to a specific position; (b) adjusting the focus of the microwave laser beam to focus on the interior of the substrate; And (c) irradiating a microwave laser beam focused on the inside of the substrate along a desired cutting path to form a cutting groove in the substrate.

바람직하게, 상기 초단파 레이저 빔은 펨토초(FS) 내지 피코초(PS)의 펄스 폭을 갖는다.Preferably, the microwave laser beam has a pulse width of femtosecond (FS) to picoseconds (PS).

바람직하게, 상기 단계(c) 이후에 혹은 동시에, 상기 초단파 레이저 빔의 초점이 상기 기판의 상면에 맞춰지도록 조절한 후, 상기 기판의 상면에 초점이 맞춰진 초단파 레이저 빔을 동일한 절단 경로를 따라 조사하여 상기 기판의 상면에 절단홈을 형성하는 단계를 더 포함할 수 있다.Preferably, after step (c) or at the same time, after adjusting the focus of the microwave laser beam to the upper surface of the substrate, the microwave laser beam focused on the upper surface of the substrate is irradiated along the same cutting path. The method may further include forming a cutting groove on an upper surface of the substrate.

바람직하게, 상기 단계(c) 이후에, 상기 초단파 레이저 빔의 초점이 다시 상기 기판의 내부에 맞춰지도록 조절한 후, 동일한 절단 경로를 따라 조사하여 상기 기판의 내부에 이중으로 절단홈을 형성하는 단계를 더 포함할 수 있다.Preferably, after the step (c), after adjusting the focus of the microwave laser beam to the inside of the substrate again, irradiating along the same cutting path to form a double cut groove in the interior of the substrate It may further include.

본 발명의 제4 측면은, (a') 미리 마련된 기판을 특정 위치에 고정시키는 단계; (b') 초단파 레이저 빔의 초점을 상기 기판의 하면과 일정간격 이격된 공기층에 맞춰지도록 조절하는 단계; 및 (c') 상기 공기층에 초점이 맞춰진 초단파 레이저 빔을 원하는 절단 경로를 따라 조사하여 상기 기판의 상면 및 하면에 일정깊이의 절단홈을 동시에 형성하는 단계를 포함하는 초단파 레이저 빔을 이용한 기판 절 단방법을 제공하는 것이다.A fourth aspect of the invention, (a ') fixing the substrate prepared in advance in a specific position; (b ') adjusting the focus of the microwave laser beam to be aligned with the air layer spaced apart from the lower surface of the substrate; And (c ') irradiating a microwave laser beam focused on the air layer along a desired cutting path to simultaneously form cutting grooves having a predetermined depth on the upper and lower surfaces of the substrate. To provide a way.

바람직하게, 상기 단계(c') 이후에 혹은 동시에, 상기 초단파 레이저 빔의 초점이 상기 기판의 내부에 맞춰지도록 조절한 후, 동일한 절단 경로를 따라 조사하여 상기 기판의 내부에 절단홈을 형성하는 단계를 더 포함할 수 있다.Preferably, after step (c ') or simultaneously, adjusting the focal point of the microwave laser beam to be aligned with the inside of the substrate, and then irradiating along the same cutting path to form a cutting groove inside the substrate. It may further include.

바람직하게, 상기 초단파 레이저 빔은 펨토초(FS) 내지 피코초(PS)의 펄스 폭을 갖는다.Preferably, the microwave laser beam has a pulse width of femtosecond (FS) to picoseconds (PS).

이상에서 설명한 바와 같은 본 발명의 초단파 레이저 빔을 이용한 기판 절단장치 및 그 절단방법에 따르면, 유리 또는 투명한 재질의 기판에 열적, 기계적 손상을 거의 입히지 않는 초단파 레이저 빔을 이용하여 각종 디스플레이 장치에 사용되는 유리기판은 물론, 일반 유리 및 투명한 재질의 기판들을 원치 않는 크랙이나 손상 없이 매우 정밀하게 절단할 수 있는 이점이 있다.According to the substrate cutting apparatus and the cutting method using the microwave laser beam of the present invention as described above, it is used in various display devices by using a microwave laser beam that hardly causes thermal or mechanical damage to the glass or transparent substrate Glass substrates, as well as glass and transparent substrates of the advantage that can be cut very precisely without unwanted cracks or damage.

또한, 본 발명에 따르면, 절단면의 울퉁불퉁함이나 불규칙함을 없앨 수 있고, 재질의 열적, 기계적 및 광학적 손상을 피할 수 있으며, 기존의 방식들과 다르게 초단파 레이저 빔이 입사되는 곳을 기준으로 기판의 후면 바깥쪽에 초점을 맞춤으로써, 각종 원치 않는 손상을 미연에 방지하고, 절단 가공 시 생기는 부스러기들에 의한 공정상의 방해를 없앨 수 있는 이점이 있다.In addition, according to the present invention, it is possible to eliminate the irregularities and irregularities of the cut surface, to avoid thermal, mechanical and optical damage of the material, and unlike the conventional methods based on where the microwave laser beam is incident By focusing on the outside of the rear side, it is possible to prevent various unwanted damages in advance, and to eliminate process disturbances caused by debris generated during cutting.

또한, 본 발명에 따르면, 펨토초 레이저 특유의 셀프-포커싱(self-focusing) 과 각 면에서 반사된 빛의 효과를 적절히 이용하여 한 번의 초단파 레이저 빔의 조 사로 초단파 레이저 빔 경로상의 기판 상면 및 하면에 동시에 타격을 주어 두 개의 스크라이브(scribe) 라인을 형성함으로써, 절단의 정확성을 보다 높여줄 수 있으며, 펨토초 레이저에 의해 냉각체가 필요하지 않고 기타 유독한 화학 약품이나 복잡한 공정 과정이 필요 없이 단순한 공정만으로 정밀하게 절단할 수 있는 이점이 있다.In addition, according to the present invention, using the femtosecond laser-specific self-focusing and the effect of the light reflected from each side, by the irradiation of one microwave laser beam on the upper and lower surfaces of the substrate on the microwave laser beam path By simultaneously hitting two scribe lines with a blow, the cutting accuracy can be improved, and the femtosecond laser eliminates the need for a coolant and eliminates the need for other toxic chemicals or complex processes. There is an advantage that can be cut.

이하, 첨부 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 상세하게 설명한다. 그러나, 다음에 예시하는 본 발명의 실시예는 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 다음에 상술하는 실시예에 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 실시예는 당업계에서 통상의 지식을 가진 자에게 본 발명을 보다 완전하게 설명하기 위하여 제공되어지는 것이다.Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. However, embodiments of the present invention illustrated below may be modified in many different forms, and the scope of the present invention is not limited to the embodiments described below. The embodiments of the present invention are provided to more completely explain the present invention to those skilled in the art.

(제1 실시예)(First embodiment)

도 2는 본 발명의 제1 실시예에 따른 초단파 레이저 빔을 이용한 기판 절단장치를 개략적으로 나타낸 전체적인 블록구성도이다.FIG. 2 is a block diagram schematically illustrating an apparatus for cutting a substrate using a microwave laser beam according to a first exemplary embodiment of the present invention.

도 2를 참조하면, 본 발명의 제1 실시예에 따른 초단파 레이저 빔을 이용한 기판 절단장치는, 크게 초단파 레이저 빔을 발생하는 레이저 발생모듈(100)과, 기판(Substrate)(S, 도 3 내지 도 5 참조)을 고정하여 레이저 발생모듈(100)로부터 발생된 초단파 레이저 빔의 초점을 자유로이 조절하는 초점조절모듈(200) 등을 포함하여 이루어진다.Referring to FIG. 2, the substrate cutting apparatus using the microwave laser beam according to the first embodiment of the present invention includes a laser generating module 100 and a substrate S, which generate a microwave laser beam, and a substrate S. FIGS. 5) to fix the focus control module 200 to freely adjust the focus of the microwave laser beam generated from the laser generation module 100.

여기서, 상기 초단파 레이저 빔은 예컨대, 펨토초(Femto Second, FS)(10-15초)∼피코초(Pico Second, PS)(10-12초)(바람직하게는, 약 50FS∼3PS 정도) 펄스를 갖는다.Here, the ultrashort laser beam is, for example, a femtosecond (Femto Second, FS) (10 -15 seconds) ~ picoseconds (Pico Second, PS) (10 -12 seconds) (preferably, approximately 50FS~3PS) pulse Have

상기 기판(S)은 각종 디스플레이 장치(예컨대, LCD, PDP, OLED, FED 등)에 사용될 수 있으며, 하나 혹은 적어도 둘 이상의 다층 구조를 갖는 절연성 기판(예컨대, 유리 기판, 실리콘 기판 또는 사파이어 기판 등)으로 구현됨이 바람직하지만, 이에 국한하지 않으며, 예컨대, 일반 유리 및 투명한 재질의 다양한 기판들로 구현될 수도 있다.The substrate S may be used in various display devices (eg, LCD, PDP, OLED, FED, etc.), and an insulating substrate (eg, a glass substrate, a silicon substrate, a sapphire substrate, etc.) having one or more multilayer structures. Although preferably implemented as, it is not limited thereto, and for example, may be implemented with various substrates made of general glass and transparent materials.

그리고, 초점조절모듈(200)은 기판(S)을 안정적으로 고정할 수 있도록 스테이지(stage)(미도시)를 구비함이 바람직하며, 레이저 발생모듈(100)로부터 발생된 초단파 레이저 빔의 초점이 기판(S)의 내부(바람직하게는, 내측 중앙부)에 맞춰지도록 조절하는 기능을 수행한다.In addition, the focus control module 200 preferably includes a stage (not shown) to stably fix the substrate S, and the focus of the microwave laser beam generated from the laser generation module 100 is increased. It performs a function to adjust to fit inside the substrate (preferably, the inner central portion).

이러한 초점조절모듈(200)은 스테이지(stage)의 특정 위치에 기판(S)을 고정시키고, 자체 구동력에 의해 원하는 위치 즉, 기판(S)의 내부에 초단파 레이저 빔의 초점이 맞춰지도록 조절될 수 있을 뿐만 아니라 원하는 절단 경로를 따라 원하는 속도로 X, Y, Z 방향으로 자유로이 움직일 수 있도록 구성됨이 바람직하다.The focusing module 200 may be adjusted to fix the substrate S at a specific position of the stage, and to focus the microwave laser beam within a desired position, ie, inside the substrate S, by its own driving force. In addition, it is preferably configured to be free to move in the X, Y, Z direction at a desired speed along the desired cutting path.

추가적으로, 초점조절모듈(200)과 연결되어 원하는 절단 경로를 따라 초점조절모듈(200)이 원하는 속도로 이동될 수 있도록 소정의 구동력을 전달하기 위한 구동모듈(300)을 별도로 구비할 수도 있다.In addition, the driving module 300 may be separately provided to be connected to the focus control module 200 to transmit a predetermined driving force so that the focus control module 200 may be moved at a desired speed along a desired cutting path.

이러한 구동모듈(300)은 예컨대, 모터 및 동력전달기구(예컨대, 기어, 벨트, 축, 캠 등)로 구성됨이 바람직하지만, 이에 국한하지 않으며, 예컨대, 유압식 또는 공압식을 비롯한 다양한 구동 장치들로 구현할 수도 있다.The drive module 300 is preferably composed of, for example, a motor and a power transmission mechanism (for example, a gear, a belt, a shaft, a cam, etc.), but is not limited thereto. For example, the drive module 300 may be implemented by various driving devices including hydraulic or pneumatic. It may be.

또한, 레이저 발생모듈(100)과 기판(S)의 사이에 배치되며, 레이저 발생모듈(100)로부터 발생된 초단파 레이저 빔을 원하는 초점 위치에 집중될 수 있도록 집광모듈(400)이 더 구비될 수 있다.In addition, the light collecting module 400 may be further disposed between the laser generating module 100 and the substrate S so that the microwave laser beam generated from the laser generating module 100 may be concentrated at a desired focal position. have.

이러한 집광모듈(400)에는 약 0.3∼0.7 정도(바람직하게는, 약 0.55 정도)의 개구수(Numerical Aperture, NA)를 갖는 적어도 하나의 렌즈(lens)를 포함함이 바람직하다.The light collecting module 400 preferably includes at least one lens having a numerical aperture (NA) of about 0.3 to about 0.7 (preferably about 0.55).

한편, 초점조절모듈(200)을 이동하기 위한 구동모듈(300)을 구비하지 않고, 초점조절모듈(200)이 고정된 상태에서 레이저 발생모듈(100)로부터 발생된 초단파 레이저 빔이 원하는 절단 경로를 따라 이동될 수 있도록 적어도 하나의 반사경(mirror) 또는 간섭계(interferometer)(미도시) 등을 이용하여 구현할 수도 있다.On the other hand, without the drive module 300 for moving the focus control module 200, the microwave laser beam generated from the laser generation module 100 while the focus control module 200 is fixed to the desired cutting path It may be implemented using at least one mirror or interferometer (not shown) to be moved along.

또한, 레이저 발생모듈(100)로부터 발생된 초단파 레이저 빔의 초점과 일치되도록 배율을 조절하고, 절단 가공 전 원하는 초단파 레이저 빔의 초점 위치를 사용자가 화면을 보면서 직접 지정하며, 절단 공정 시 공정 과정을 실시간으로 화면을 통해서 확인할 수 있도록 모니터링 모듈(500)이 더 구비될 수 있다.In addition, the magnification is adjusted to match the focal point of the microwave laser beam generated from the laser generation module 100, the focal position of the desired microwave laser beam is directly designated by the user while viewing the screen before the cutting process, and the process is performed during the cutting process. Monitoring module 500 may be further provided to check through the screen in real time.

이러한 모니터링 모듈(500)은 적어도 하나의 CCD(Charge Coupled Device) 카메라, 모니터(Monitor) 등을 포함함이 바람직하다.The monitoring module 500 preferably includes at least one charge coupled device (CCD) camera, a monitor, or the like.

또한, 상대적으로 낮은 출력의 초단파 레이저 빔을 이용해서 기판(S)을 효율적으로 절단하기 위하여, 초점조절모듈(200)의 스테이지(stage)에 고정된 기판(S)의 절단 경로 상에 레이저 발생모듈(100)로부터 발생된 상대적으로 낮은 출력의 초단파 레이저 빔을 조사하여 스크라이브(scribe) 라인을 형성한 후, 상기 형성된 스크라이브 라인을 따라 균일한 기계적인 압력을 가해주는 보조절단모듈(600)이 더 구비될 수 있다.In addition, in order to efficiently cut the substrate S by using a relatively low power ultra-short laser beam, the laser generation module on the cutting path of the substrate S fixed to the stage of the focusing module 200. After forming a scribe line by irradiating a relatively low power ultra-short laser beam generated from the 100, the auxiliary cutting module 600 for applying a uniform mechanical pressure along the formed scribe line is further provided. Can be.

이러한 보조절단모듈(600)은 기판(S)의 스크라이브 라인에 일치되게 이동된 후 균일한 힘으로 눌러주는 역할을 수행한다. 기존의 방식들과 달리 기계적인 힘을 아래에서 위로 주든 위에서 아래로 주든 깨끗한 절단면을 얻을 수 있다.The auxiliary cutting module 600 is moved to match the scribe line of the substrate (S) and serves to press with a uniform force. Unlike conventional methods, a clean cut can be obtained whether the mechanical force is applied from the bottom up or the top down.

또한, 레이저 발생모듈(100)로부터 발생된 초단파 레이저 빔의 입/출력 및 초점, 초점조절모듈(200)의 움직임 및 속도, 실시간 모니터링 정보의 처리 등을 비롯한 기타 보조적인 장치들을 전체적으로 제어하기 위한 제어모듈(700)이 더 구비될 수 있다.In addition, the control for overall control of the input / output and focus of the microwave laser beam generated from the laser generation module 100, the movement and speed of the focus control module 200, the processing of real-time monitoring information, and other auxiliary devices as a whole Module 700 may be further provided.

이러한 제어모듈(700)은 각종 제어 수행을 프로그램화하여 간단한 수치 입력과 프로그래밍을 총괄하여 조절할 수 있는 개인용 컴퓨터(Personal Computer, PC)로 구현됨이 바람직하지만, 이에 국한하지 않으며, 예컨대, 노트북(Notebook), PDA(Personal Digital Assistants), 무선 휴대 단말기 등으로 구현할 수도 있다.The control module 700 is preferably implemented as a personal computer (PC) that can control various numerical inputs and programming by programming various control operations, but is not limited thereto. For example, a notebook (Notebook) ), PDAs (Personal Digital Assistants), and wireless portable terminals.

이하에는 본 발명의 제1 실시예에 따른 초단파 레이저 빔을 이용한 기판 절단 방식을 구체적으로 설명한다.Hereinafter, the substrate cutting method using the microwave laser beam according to the first embodiment of the present invention will be described in detail.

도 3은 본 발명의 제1 실시예에 따른 초단파 레이저 빔을 이용한 기판 절단 방식을 설명하기 위한 개념도이다.3 is a conceptual diagram illustrating a substrate cutting method using a microwave laser beam according to a first embodiment of the present invention.

도 2 및 도 3을 참조하면, 본 발명의 제1 실시예에 따른 초단파 레이저 빔을 이용한 기판 절단 방식은, 레이저 발생모듈(100)로부터 발생된 초단파 레이저 빔을 초점조절모듈(200)의 스테이지(stage)에 고정된 기판(S)의 내부에 초점을 맞추어 원하는 절단 경로를 따라 조사함으로써, 내부 필라멘테이션(filamentation) 현상 등을 유도하여 기판(S)의 내부에 일정한 깊이의 절단홈이 형성되도록 하는 방식이다.2 and 3, the substrate cutting method using the microwave laser beam according to the first embodiment of the present invention, the stage of the focus control module 200, the microwave laser beam generated from the laser generation module 100 ( By focusing on the inside of the substrate (S) fixed to the stage and irradiated along the desired cutting path, induction of internal filamentation (phenamentation), etc. to form a cutting groove of a constant depth inside the substrate (S) That's the way it is.

이를 보다 구체적으로 설명하면, 레이저 발생모듈(100)로부터 발생된 초단파 레이저 빔을 기판(S)의 내부에 초점을 맞추어 조사하여 기판(S)의 내부의 필라멘테이션(filamentation)을 생성한다.In more detail, the microwave laser beam generated from the laser generation module 100 focuses on the inside of the substrate S to generate a filamentation inside the substrate S. FIG.

즉, 레이저 발생모듈(100)로부터 발생된 초단파 레이저 빔이 기판(S)을 통과하면서 일부는 흡수되어 구성 분자에 에너지를 전달하게 되는데, 에너지 밀도가 높은 초단파 레이저 펄스(pulse)의 특성상 흡수되는 에너지 밀도 역시 높아 순간적으로 기판(S)의 내부에 플라즈마(plasma)가 형성된다.That is, while the microwave laser beam generated from the laser generating module 100 passes through the substrate S, part of the microwave laser beam is absorbed to transfer energy to the constituent molecules. The energy is absorbed due to the high energy density of the microwave laser pulse. The density is also high and a plasma is instantaneously formed in the substrate S. FIG.

이러한 플라즈마는 연속 펄스가 들어올 경우 뒤에 들어오는 펄스의 광 특성에 영향을 미치기도 한다. 이렇게 생성된 플라즈마는 일정한 라이프 타임(life time)이후 소멸하게 되는데, 이로 인해 주변 물질들과 다른 구조로 변형되기도 하지만 절단 가공 조건에 따라 초단파 레이저 빔의 조사 부분에 두께 방향으로 폭이 좁고 길게 빈 공간이 형성되기도 하는데 이를 '필라멘테이션(filamentation)'이라 고 한다.These plasmas also affect the optical characteristics of the incoming pulses when a continuous pulse comes in. The generated plasma is extinguished after a certain life time, which may deform into a structure different from the surrounding materials, but depending on the cutting processing conditions, a narrow and long space in the thickness direction of the irradiation portion of the microwave laser beam is long. This is also formed, called 'filamentation' (filamentation).

이는 열팽창에 의해 생기는 틈새 혹은 크랙(crack)과는 구분되는 것으로, 레이저에 의한 열 에너지만으로 이루어지는 열팽창은 분자들의 결합 혹은 연결 구조가 유지되고 있는 상태에서의 구조 변환으로 이로 인한 틈새는 두께 방향으로 가늘고 길게 형성되지 않고, 형성 모양이 불규칙하며, 틈새의 성장 방향 역시 통계적 특성을 다소 나타내게 된다.This is distinguished from cracks or cracks caused by thermal expansion. Thermal expansion, which consists only of thermal energy by laser, is a structural change in a state where the bonding or connection structure of molecules is maintained, and the resulting gap is thin in the thickness direction. It does not form long, irregular in shape, and the growth direction of the gap also exhibits some statistical characteristics.

이에 반하여 에너지 밀도가 높고 펄스 폭이 짧은 초단파 레이저 빔을 사용하게 되는 경우, 분자 결합구조의 반응 시간보다 펄스 폭이 짧은 관계로 주변 분자로 열 혹은 진동에너지로 영향을 미치기보다는 초단파 레이저 빔의 조사 부분에 에너지가 집중되어 순간적으로 플라즈마가 형성된다.On the other hand, in case of using the microwave laser beam with high energy density and short pulse width, since the pulse width is shorter than the reaction time of the molecular coupling structure, the irradiation portion of the microwave laser beam is not affected by the heat or vibration energy of the surrounding molecules. Energy is concentrated in the plasma to form instantaneously.

따라서, 주변 부분에 영향을 거의 미치지 않으면서 원하는 부분만 순간적으로 용융되어 빈 공간이 형성되기 때문에, 초단파 레이저 빔의 진행 방향으로 가늘고 길게 형성되고, 불필요한 크랙을 줄일 수 있으며, 절단면의 정밀도를 높여줄 수 있게 된다.Therefore, since only the desired part is melted instantaneously with little effect on the peripheral part to form an empty space, it is formed thin and long in the advancing direction of the microwave laser beam, and it can reduce unnecessary cracks and improve the precision of the cutting plane. It becomes possible.

한편, 2개 이상의 기판이 다층 구조를 형성하고 있는 경우에도 각 층의 내부에 초점을 맞추어 상기와 같은 방식을 각 층에 적용하면 정밀한 절단 결과를 얻을 수 있다.On the other hand, even when two or more substrates form a multi-layer structure, if the above method is applied to each layer by focusing on the inside of each layer, precise cutting results can be obtained.

(제2 실시예)(2nd Example)

본 발명의 제2 실시예에 따른 초단파 레이저 빔을 이용한 기판 절단장치는, 전술한 본 발명의 제1 실시예와 마찬가지로 레이저 발생모듈(100) 및 초점조절모듈(200)을 비롯한 보조적인 장치들 예컨대, 구동모듈(300), 집광모듈(400), 모니터링 모듈(500), 보조절단모듈(600) 및 제어모듈(700) 등이 동일하게 적용되는 바, 이에 대한 구체적인 설명은 본 발명의 제1 실시예를 참조하기로 한다.Substrate cutting apparatus using the ultra-short laser beam according to the second embodiment of the present invention, as in the first embodiment of the present invention described above, auxiliary devices including the laser generating module 100 and the focus control module 200, for example The driving module 300, the light collecting module 400, the monitoring module 500, the auxiliary cutting module 600, the control module 700, and the like are equally applied, and a detailed description thereof will be provided. See example.

특히, 본 발명의 제2 실시예에 적용된 초점조절모듈(200)은 원하는 절단 경로에 따라 레이저 발생모듈(100)로부터 발생된 초단파 레이저 빔의 초점이 기판(S)의 내부에 맞춰지도록 조절한 후에 혹은 동시에 동일한 절단 경로로 레이저 발생모듈(100)로부터 발생된 초단파 레이저 빔의 초점이 기판(S)의 상면에 맞춰지도록 조절하여 기판(S)의 상면에 일정한 깊이의 절단홈(V)이 더 형성되도록 하거나, 다시 기판(S)의 내부에 맞춰지도록 조절하여 이중으로 절단홈이 형성되도록 하는 기능을 수행한다.In particular, the focus control module 200 applied to the second embodiment of the present invention after adjusting the focus of the ultra-short laser beam generated from the laser generation module 100 according to the desired cutting path to be aligned to the inside of the substrate (S) Or at the same time by adjusting the focus of the ultra-short laser beam generated from the laser generating module 100 to the upper surface of the substrate (S) by the same cutting path to further form a cutting groove (V) of a constant depth on the upper surface of the substrate (S) Or to adjust to fit inside the substrate (S) again to form a double cutting groove.

이하에는 본 발명의 제2 실시예에 따른 초단파 레이저 빔을 이용한 기판 절단 방식을 구체적으로 설명한다.Hereinafter, the substrate cutting method using the microwave laser beam according to the second embodiment of the present invention will be described in detail.

도 4는 본 발명의 제2 실시예에 따른 초단파 레이저 빔을 이용한 기판 절단 방식을 설명하기 위한 개념도이다.4 is a conceptual diagram illustrating a substrate cutting method using a microwave laser beam according to a second embodiment of the present invention.

도 2 및 도 4를 참조하면, 본 발명의 제2 실시예에 따른 초단파 레이저 빔을 이용한 기판 절단 방식은, 레이저 발생모듈(100)로부터 발생된 초단파 레이저 빔을 초점조절모듈(200)의 스테이지(stage)에 고정된 기판(S)의 내부에 초점을 맞추어 원하는 절단 경로를 따라 조사하여 절단홈을 형성한 후에 혹은 동시에 동일한 절단 경로로 레이저 발생모듈(100)로부터 발생된 초단파 레이저 빔을 기판(S)의 상면에 초점을 맞추어 조사함으로써, 기판(S)의 상면에 일정한 깊이의 절단홈(V)이 더 형성되도록 하는 방식이다.2 and 4, the substrate cutting method using the microwave laser beam according to the second embodiment of the present invention, the stage of the focus control module 200, the microwave laser beam generated from the laser generation module 100 ( Focusing on the inside of the substrate (S) fixed to the stage to irradiate along the desired cutting path to form a cutting groove or at the same time the ultra-short laser beam generated from the laser generating module 100 by the same cutting path to the substrate (S) By irradiating with focus on the upper surface of the), a cutting groove (V) of a constant depth is further formed on the upper surface of the substrate (S).

또한, 레이저 발생모듈(100)로부터 발생된 초단파 레이저 빔을 초점조절모듈(200)의 스테이지(stage)에 고정된 기판(S)의 내부에 초점을 맞추어 원하는 절단 경로를 따라 적어도 두 번 이상 반복하여 조사함으로써, 기판(S)의 내부에 이중, 삼중과 같이 다중으로 절단홈을 형성할 수도 있다.In addition, by focusing the microwave laser beam generated from the laser generation module 100 to the inside of the substrate (S) fixed to the stage (stage) of the focusing module 200 to repeat at least two times along the desired cutting path By irradiating, cutting grooves can be formed in the inside of the board | substrate S multiplely like double and triple.

이를 보다 구체적으로 설명하면, 전술한 본 발명의 제1 실시예와 마찬가지로 먼저, 레이저 발생모듈(100)로부터 발생된 초단파 레이저 빔을 기판(S)의 내부에 초점을 맞추어 조사하여 기판(S)의 내부의 필라멘테이션(filamentation)을 생성한다.In more detail, as in the first embodiment of the present invention described above, first, the microwave laser beam generated from the laser generation module 100 is focused on the inside of the substrate S to irradiate the substrate S. It creates internal filamentation.

이후에 혹은 동시에, 레이저 발생모듈(100)로부터 발생된 초단파 레이저 빔의 초점을 기판(S)의 상면 표면에 맞추고, 다시 동일한 절단 경로로 초단파 레이저 빔을 조사하여 기판의 상면에 일정한 깊이의 절단홈(V)을 추가로 형성한다.Later or at the same time, the focal point of the microwave laser beam generated from the laser generation module 100 is focused on the surface of the upper surface of the substrate S, and again irradiated with the microwave laser beam with the same cutting path, thereby cutting grooves having a constant depth on the upper surface of the substrate. (V) is further formed.

이와 같이 추가로 형성된 절단홈(V)은 기판(S)의 절단 시 정밀도를 더욱 높여주고 원치 않는 방향으로의 크랙이나 깨짐 현상들을 효과적으로 줄여줄 수 있다.The additionally formed cutting grooves V may further increase the precision when cutting the substrate S and effectively reduce cracks or cracking in unwanted directions.

전술한 바와 같이, 본 발명의 제2 실시예에 따른 초단파 레이저 빔을 이용한 기판 절단 방식은 기판(S)의 내부에 필라멘테이션(filamentation) 현상 등을 먼저 유도하여 주는 것이 특징이다. 그 위의 추가되는 절단홈(V)은 단지 절단 시 초반에 절단 위치를 유도해주는 역할을 수행하므로, 절단홈(V)을 깊게 혹은 크게 만들 필 요가 없다.As described above, the substrate cutting method using the microwave laser beam according to the second embodiment of the present invention is characterized by first inducing a filamentation phenomenon in the substrate S. Cutting grooves (V) added above it only serves to induce the cutting position at the beginning when cutting, it is not necessary to make the cutting grooves (V) deep or large.

따라서, 약한 세기의 초단파 레이저 빔으로도 절단 효과를 얻을 수 있으며, 기판 표면에 강한 세기의 초단파 레이저 빔으로 조사했을 때 생기는 표면의 데미지(damage)를 효과적으로 줄일 수 있다.Therefore, the cutting effect can be obtained even with a low intensity microwave laser beam, and the damage of the surface generated when irradiating the surface of the substrate with the high intensity microwave laser beam can be effectively reduced.

한편, 두 개 이상의 다층 구조로 이루어진 디스플레이 장치의 경우 유리판 사이에 액정이나 기타 다른 물질들이 채워져 있으므로, 각 유리판에 본 발명의 제2 실시예에 따른 절단 방식을 각각 적용해주면 역시 매우 정밀한 절단 결과를 얻을 수 있다.Meanwhile, in the case of a display device having two or more multi-layer structures, liquid crystal or other materials are filled between glass plates, and thus, when the cutting method according to the second embodiment of the present invention is applied to each glass plate, a very precise cutting result is also obtained. Can be.

(제3 실시예)(Third Embodiment)

본 발명의 제3 실시예에 따른 초단파 레이저 빔을 이용한 기판 절단장치는, 전술한 본 발명의 제1 실시예와 마찬가지로 레이저 발생모듈(100) 및 초점조절모듈(200)을 비롯한 보조적인 장치들 예컨대, 구동모듈(300), 집광모듈(400), 모니터링 모듈(500), 보조절단모듈(600) 및 제어모듈(700) 등이 동일하게 적용되는 바, 이에 대한 구체적인 설명은 본 발명의 제1 실시예를 참조하기로 한다.Substrate cutting apparatus using a microwave laser beam according to a third embodiment of the present invention, as in the first embodiment of the present invention described above, auxiliary devices including the laser generating module 100 and the focus control module 200, for example The driving module 300, the light collecting module 400, the monitoring module 500, the auxiliary cutting module 600, the control module 700, and the like are equally applied, and a detailed description thereof will be provided. See example.

한편, 본 발명의 제3 실시예에 적용된 초점조절모듈(200)은 전술한 본 발명의 제1 및 제2 실시예와 달리, 기판(S)을 고정하여 레이저 발생모듈(100)로부터 발생된 초단파 레이저 빔의 초점이 기판(S)의 하면과 일정한 간격으로 이격된 공기층에 맞춰지도록 조절하는 기능을 수행한다.On the other hand, the focus control module 200 applied to the third embodiment of the present invention, unlike the first and second embodiments of the present invention described above, the microwave generated by the laser generating module 100 by fixing the substrate (S) The laser beam focuses on the air layer spaced apart from the lower surface of the substrate S at regular intervals.

또한, 본 발명의 제3 실시예에 적용된 초점조절모듈(200)은 본 발명의 제1 실시예에 적용된 초점조절모듈(200)과 같이, 레이저 발생모듈(100)로부터 발생된 초단파 레이저 빔의 초점이 기판(S)의 내부에 맞춰지도록 조절하여 기판(S)의 내부에 절단홈을 더 형성할 수도 있다.In addition, the focus control module 200 applied to the third embodiment of the present invention is the same as the focus control module 200 applied to the first embodiment of the present invention, the focus of the ultra-short laser beam generated from the laser generation module 100. The cutting groove may be further formed in the substrate S by adjusting to fit inside the substrate S. FIG.

이하에는 본 발명의 제3 실시예에 따른 초단파 레이저 빔을 이용한 기판 절단 방식을 구체적으로 설명한다.Hereinafter, the substrate cutting method using the microwave laser beam according to the third embodiment of the present invention will be described in detail.

도 5는 본 발명의 제3 실시예에 따른 초단파 레이저 빔을 이용한 기판 절단 방식을 설명하기 위한 개념도이다.5 is a conceptual diagram illustrating a substrate cutting method using an ultra-short laser beam according to a third exemplary embodiment of the present invention.

도 2 및 도 5를 참조하면, 본 발명의 제3 실시예에 따른 초단파 레이저 빔을 이용한 기판 절단 방식은, 레이저 발생모듈(100)로부터 발생된 초단파 레이저 빔을 기판(S)의 하면과 일정한 간격(바람직하게는, 수 cm이내)으로 이격된 공기층에 초점을 맞추어 원하는 절단 경로를 따라 조사함으로써, 기판(S)의 하면과 공기층 사이의 경계면에서 반사되는 빛에 의해 기판(S)의 상면(혹은 상면 부위)에 일정한 깊이의 제1 절단홈(V1)이 형성되며, 상기 초단파 레이저 빔의 초점에서 생기는 공기 분자와 플라즈마층의 경계에서 반사되는 빛에 의해 기판(S)의 하면에 제1 절단홈(V1)과 동일선 상으로 일정한 깊이의 제2 절단홈(V2)이 형성되도록 하는 방식이다.2 and 5, in the substrate cutting method using the microwave laser beam according to the third embodiment of the present invention, the microwave laser beam generated from the laser generation module 100 is spaced apart from the lower surface of the substrate S by a predetermined distance. By focusing on the air layers spaced apart (preferably within a few centimeters) and irradiating along a desired cutting path, the top surface of the substrate S (or the surface of the substrate S by the light reflected at the interface between the bottom surface of the substrate S and the air layer The first cutting groove (V1) of a constant depth is formed in the upper surface portion), the first cutting groove on the lower surface of the substrate (S) by the light reflected from the boundary of the plasma layer and air molecules generated from the focus of the microwave laser beam. The second cutting groove V2 having a constant depth is formed on the same line as V1.

이를 보다 구체적으로 설명하면, 레이저 발생모듈(100)은 펨토초(FS)에서 피코초(PS)(바람직하게는, 약 50FS∼3PS 정도)에 이르는 초단파 펄스 레이저 빔이 발진된다. 이렇게 매우 짧은 펄스를 만들어 발진하게 되면, 피크(peak) 에너지가 매 우 커지게 되어 기판(S)에 조사될 때 여러 가지 비선형 현상들이 발생한다.More specifically, the laser generation module 100 oscillates an ultra-short pulsed laser beam ranging from femtoseconds FS to picoseconds PS (preferably, about 50FS to 3PS). When the oscillation is generated by such a very short pulse, the peak energy becomes very large, and various nonlinear phenomena occur when the substrate S is irradiated.

여기에, 추가적으로 개구수(NA)의 값이 매우 큰 약 0.3∼0.7 정도(바람직하게는, 약 0.55 정도) 렌즈를 사용하게 되면, 초점거리가 매우 짧고 또 아주 작은 면적에 초단파 레이저 빔을 집중시킬 수 있게 된다. 이렇게 강력한 초단파 레이저 빔에 의해 기판(S)내의 분자들은 매우 강한 전기장의 영향을 받게 되고 그로 인해 굴절률이 변하게 된다.In addition, if a lens having a numerical aperture (NA) of about 0.3 to 0.7 (preferably about 0.55) is used, it is possible to focus the microwave laser beam on a very short focal length and a very small area. It becomes possible. This powerful microwave laser beam causes the molecules in the substrate S to be affected by a very strong electric field, thereby changing the refractive index.

이에 따라, 상기 초단파 레이저 빔은 기판(S)내에서 더욱 더 조밀하게 집중되는데, 이를 셀프-포커싱(self-focusing) 효과라고 한다. 이러한 셀프-포커싱 효과에 의해 굉장히 폭이 좁고 긴 스크라이브(scribe) 라인을 기판(S)의 깊이 방향으로 만들 수 있게 된다.Accordingly, the microwave laser beam is more densely concentrated in the substrate S, which is called a self-focusing effect. This self-focusing effect makes it possible to make a very narrow and long scribe line in the depth direction of the substrate S.

그러나, 상기 초단파 레이저 빔의 파워가 강하게 때문에 그로 인한 열적 효과에 의한 원치 않는 크랙이나 손상 역시 발생할 수 있으므로, 전술한 바와 같이 실제 초단파 레이저 빔의 초점을 기판(S)의 하면보다 기판(S)의 바깥쪽으로 설정해 놓는다.However, because the power of the microwave laser beam is so strong that unwanted cracks or damages due to the thermal effect may also occur, as described above, the focus of the actual microwave laser beam is focused on the substrate S rather than the bottom surface of the substrate S. Set it outward.

한편, 상기 초단파 레이저 빔의 초점을 기판(S)의 상면 위쪽에 잡지 않는 것은 여러 가지 이유가 있는데, 첫째로 사용하는 렌즈가 초점거리가 매우 짧기 때문에 초점을 기판(S)의 상면 위쪽에 맞추어 절단 가공을 하게 되면 절단 가공 시 나오는 부스러기(debris)에 의해 렌즈가 손상을 입을 우려가 있다.On the other hand, there are various reasons why the focal point of the microwave laser beam is not held above the upper surface of the substrate S. First, since the lens used is very short in focal length, the focal point is cut along the upper surface of the substrate S. When processing, the lens may be damaged by debris from cutting.

또한, 상기 초단파 레이저 빔 중 기판(S)의 표면에서 반사되는 빛이 렌즈를 통해 역류해 들어가 레이저 시스템 자체에 손상을 입힐 우려도 배제할 수 없다. 역 시 같은 이유로 매우 강한 에너지가 극소한 점에 집중되므로, 초점 상에 있는 공기 분자가 분해되어 플라즈마(plasma)가 형성되는데, 이 또한 렌즈에 손상을 미칠 수 있다.In addition, the light reflected from the surface of the substrate S among the microwave laser beams may flow back through the lens and may damage the laser system itself. For the same reason, very strong energy is concentrated at very small points, so that the air molecules in the focus are broken down to form plasma, which can also damage the lens.

반대로, 상기 초단파 레이저 빔의 초점을 기판(S)의 하면 바깥쪽으로 맞추는 경우, 전술한 렌즈 혹은 레이저 시스템에 가능한 손상을 방지할 수 있으며, 더불어 절단 가공 시 생기는 부스러기들이 중력에 의해 자연적으로 기판(S)의 하면 아래쪽 바닥으로 떨어져 나가고 기판(S)의 표면에 남아 있지 않게 됨으로써, 보다 최적화된 상태에서 절단 가공을 진행할 수 있다.On the contrary, when the focal point of the microwave laser beam is focused outward from the lower surface of the substrate S, possible damage to the lens or the laser system described above may be prevented, and debris generated during cutting may naturally occur due to gravity of the substrate S. The lower surface of the bottom surface) falls off to the bottom and does not remain on the surface of the substrate S, so that the cutting process can be performed in a more optimized state.

한편, 기존에 사용되는 레이저들은 주로 나노초(nano second) 정도의 펄스 폭을 가지므로, 비선형 현상을 일으킬 만큼 충분한 피크 에너지를 빛이 갖지 못하기 때문에 본 발명에서 제안되는 방식으로 가공을 할 경우, 기판(S)의 내부에 충분한 스크라이브 라인을 만들지 못하고 열적 혹은 광학적 손상만 입히기 쉽다. 그러나, 펨토초 펄스 레이저의 경우 앞서 말한 손상들이 거의 일어나지 않는다.On the other hand, lasers used in the past have a pulse width of about nanoseconds (nano second), so the light does not have enough peak energy to cause a non-linear phenomenon when processing in the manner proposed in the present invention, substrate It is easy to cause only thermal or optical damage without making enough scribe lines inside (S). However, in the case of femtosecond pulsed lasers, the aforementioned damages rarely occur.

절단 가공이 일어나는 상황을 구체적으로 살펴보면, 레이저 발생모듈(100)로부터 발생된 초단파 레이저 빔은 각각의 서로 다른 매질의 경계면에서 반사가 일어나게 되는데, 절단 가공에 영향을 미치는 반사는 두 가지로 나눌 수 있다.Looking at the situation in which the cutting process occurs in detail, the microwave laser beam generated from the laser generating module 100 is reflected at the interface of each different medium, the reflection affecting the cutting process can be divided into two. .

첫째, 기판(S)의 하면과 공기층 사이의 경계면에서 반사되는 빛이고, 다른 하나는 강한 초단파 레이저 빔에 의해 초점에서 생기는 공기 분자와 플라즈마층의 경계에서 반사되는 빛이다.First, the light is reflected at the interface between the lower surface of the substrate S and the air layer, and the other is the light reflected at the boundary of the plasma layer and air molecules generated at the focus by the strong microwave laser beam.

첫 번째의 경우 반사된 빛은 기판(S) 내부의 상면 바로 밑 부분에 모이게 되 어 기판(S)의 상면에서부터 깊이 방향으로의 스크라이브 라인을 깊이 방향(z축 방향)으로 만들어 주게 되고, 상기 플라즈마층에서 반사된 빛은 기판(S)의 하면 내부에 모이게 되어 역시 기판(S)의 하면에서 내부 쪽 깊이 방향으로 스크라이브 라인을 형성한다.In the first case, the reflected light is collected at a portion just below the upper surface of the substrate S to make a scribe line in the depth direction from the upper surface of the substrate S in the depth direction (z-axis direction). The light reflected from the layer is collected inside the lower surface of the substrate S to form a scribe line in the depth direction from the lower surface of the substrate S as well.

따라서, 한 번의 초단파 레이저 빔의 조사로 인해 같은 절단면 상에서 양 끝 경계면부터 시작되는 두 개의 깊이 방향으로의 스크라이브 라인이 형성된다. 초점조절모듈(200)의 스테이지(stage)를 적절한 속도로 이동함에 따라 이러한 두 개의 스크라이브 라인이 길이 방향 (x축 방향)으로도 균일하게 계속 형성되어 나가므로, 깊이 방향으로도 충분히 홈이 파인 길이 방향으로의 스크라이브 라인이 기판(S)의 상면 및 하면 각각 하나씩 동일한 연장선상에 평행하게 만들어지게 된다.Thus, the irradiation of one microwave laser beam results in the formation of two scribe lines in the depth direction starting from both edge boundaries on the same cutting plane. As the stage of the focusing module 200 is moved at an appropriate speed, the two scribe lines continue to be formed uniformly in the longitudinal direction (x-axis direction), so that the grooves are sufficiently grooved in the depth direction. The scribe line in the direction is made parallel to the same extension line, one each of the upper surface and the lower surface of the substrate (S).

이때, 상기 스크라이브 라인의 폭, 깊이 등은 초단파 레이저 빔의 파워, 초단파 레이저 빔의 반복률(repetition rate), 렌즈의 특성, 기판의 재질, 그리고 스테이지의 이동 속도에 의존하는 함수 형태를 보이는데, 예컨대, 액정표시장치(LCD)용 기판의 경우 두 개의 기판 사이에 액정이 존재하는 형태이므로, 본 발명의 제3 실시예에 따른 절단 방식에 의해 한 번의 초단파 레이저 빔 조사로 두 개의 기판 모두에 스크라이브 라인을 형성할 수 있으므로 매우 유리하게 적용될 수 있다.At this time, the width, depth, etc. of the scribe line shows a function form depending on the power of the microwave laser beam, the repetition rate of the microwave laser beam, the characteristics of the lens, the material of the substrate, and the moving speed of the stage. In the case of a liquid crystal display (LCD) substrate, since liquid crystal exists between two substrates, a scribe line is applied to both substrates by one microwave laser beam irradiation by a cutting method according to the third embodiment of the present invention. As it can be formed, it can be applied very advantageously.

또한, 펨토초(FS) 펄스 레이저는 극히 짧은 순간에 매우 강한 에너지가 집약되어 방출되므로 다른 레이저 장비에 비해 낮은 출력으로도 빠른 속도의 절단 가공이 가능한 장점이 있다.In addition, femtosecond (FS) pulse laser has a very strong energy is concentrated and emitted in a very short time, there is an advantage that can be cut at a high speed even at low power than other laser equipment.

상기의 절단 방식으로 초단파 레이저 빔의 조사를 마친 후에, 길이 방향으로 생성된 스크라이브 라인 양측에 부가적인 보조절단모듈(600)을 이용하여 균일한 압력을 가해 주면, 생성된 깊이 방향의 스크라이브 라인을 따라 깨끗하게 절단이 완료될 수 있다.After the irradiation of the microwave laser beam by the above cutting method, if a uniform pressure is applied to both sides of the scribe line generated in the longitudinal direction using an additional auxiliary cutting module 600, the scribe lines along the generated depth direction The cutting can be completed cleanly.

전술한 바와 같이, 본 발명은 기판을 정밀하고 신속하게 절단하기 위한 장치 및 방법에 관한 것이며 특히, 디스플레이용 유리 기판 등 다층 구조로 이루어져 있는 여러 층의 유리 기판을 정밀하게 절단할 수 있다.As described above, the present invention relates to an apparatus and method for precisely and quickly cutting a substrate, and in particular, it is possible to precisely cut several layers of glass substrates having a multilayer structure such as a glass substrate for display.

즉, 본 발명은 초단파 펄스(펨토초∼피코초) 레이저를 이용하는 방식 중 기판의 내부에 초단파 레이저 빔에 의해 생성되는 플라즈마 필라멘테이션(plasma filamentation)에 의한 절단 방식과, 기판의 내부에 플라즈마 필라멘테이션을 생성한 후 기판의 표면에 초단파 레이저 빔을 다시 조사하여 절단 유도홈을 추가로 만들어 절단하는 방식, 그리고 펨토초(FS) 레이저의 비선형 효과들을 충분히 이용하여 한 번의 초단파 레이저 빔의 조사로 두 개의 극 미세한 절단선을 기판의 상하 표면 바로 밑에 동시에 만들어 절단하는 먼 거리 후면 초점 방식을 제안하고 있다.That is, the present invention is a cutting method by the plasma filamentation generated by the microwave laser beam inside the substrate of the method using the ultra-short pulse (femtosecond to picosecond) laser, and the plasma filament inside the substrate After generating the presentation, the surface of the substrate is irradiated with the microwave laser beam again to create additional cutting guide grooves and cut, and the irradiation of one microwave laser beam by one irradiation using the nonlinear effects of the femtosecond (FS) laser is fully utilized. It proposes a long-distance rear focusing method that cuts extremely fine cutting lines simultaneously under the upper and lower surfaces of a substrate.

첫 번째 방식은 펨토초(FS)에서 피코초(PS) 정도의 펄스 폭을 갖는 초단파 레이저 빔을 이용하여 일반적으로 적용할 수 있는 방식으로 에너지 밀도가 높은 초단파 레이저 펄스를 이용해 기판의 내부에 짧은 시간에 많은 에너지를 전달함으로써, 기판의 내부에 플라즈마를 생성하고, 두께 방향으로의 가늘고 긴 빈 공간 즉, 필라멘테이션(filamentation)을 만들어 깨끗한 절단면을 얻을 수 있다.The first method is generally applicable using a microwave laser beam having a pulse width of about femtosecond (FS) to picoseconds (PS). By transferring a lot of energy, a plasma can be generated inside the substrate, and a long and narrow space in the thickness direction, ie, filamentation, can be obtained to obtain a clean cut surface.

두 번째 방식은 첫 번째 방식에 추가로 기판의 상면에 초점을 맞춰 초단파 레이저 빔을 추가로 조사하여 기판의 상면에 절단홈을 더 형성함으로써, 기판의 내부에 형성된 필라멘테이션(filamentation)과 같은 연장선상에 있는 절단홈이 절단의 초기 방향을 결정해주고, 절단면 형성에 도움을 주게 되어 더욱 정밀한 절단 결과를 얻을 수 있다.The second method focuses on the top surface of the substrate in addition to the first method, further irradiating a microwave laser beam to form more cutting grooves on the top surface of the substrate, thereby extending the filamentation formed inside the substrate. The cutting groove on the line determines the initial direction of the cutting and helps to form the cutting surface, so that a more precise cutting result can be obtained.

세 번째 방식은 펨토초(FS) 레이저만 할 수 있는 방식으로, 기판의 상면에서부터 초단파 레이저 빔이 조사 될 때, 기판의 하면보다 더 아래쪽에 초점을 맞추어 빛을 방출함으로써, 단 한 번의 초단파 레이저 빔의 조사로 기판의 내부 양끝 쪽에 극 미세한 절단선을 각각 만들어주어 너무 강한 초단파 레이저의 파워에 의한 불필요한 유리의 크랙들을 없앨 수 있으며, 절단 가공 시 생기는 부스러기(debris)들이 중력에 의해 자연스럽게 제거되므로 인한 가공 오차 최소화, 그리고 펨토초(FS) 펄스 특유의 비선형 현상인 셀프-포커싱(self-focusing)에 의해 날카롭고 긴 절단선을 기판의 내부에 제작할 수 있음으로 인해 초정밀 절단이 가능하다.The third method is that only femtosecond (FS) lasers can be used. When a microwave laser beam is irradiated from the upper surface of the substrate, it emits light by focusing further below the lower surface of the substrate, so that only one microwave laser beam is emitted. Irradiation creates extremely fine cutting lines on both ends of the inside of the substrate, eliminating unnecessary glass cracks caused by the power of a very strong microwave laser. Minimization and self-focusing, a nonlinear phenomenon peculiar to femtosecond (FS) pulses, enable the production of sharp, long cutting lines inside the substrate, enabling ultra-precision cutting.

상기 본 발명에서 제안된 절단 방식들은 매우 단순하여 공정 시간이 많이 필요하지 않으며, 유독한 화학 물질의 사용도 필요 없다. 상기 초단파 레이저 빔에 의해 생긴 절단선의 두께는 수십 마이크로미터 이내이고, 수 마이크로미터 이내의 균일함을 보인다.The cutting schemes proposed in the present invention are very simple and do not require much processing time, and do not require the use of toxic chemicals. The thickness of the cutting line generated by the microwave laser beam is within tens of micrometers and shows uniformity within several micrometers.

또한, 상기 초단파 레이저 빔은 원하는 부분에만 에너지를 전달할 수 있으므로, 예컨대, 두 개의 유리판 사이에 액정이 끼워져 있는 액정표시장치(LCD)와 같은 디스플레이 기판을 포함한 일반적인 두 개 이상의 유리판의 적층 구조를 갖는 기판을 절단할 때도 본 발명에서 제안한 방식들을 똑같이 적용할 수 있으며, 다른 기존 의 방식보다 우월한 절단 특성을 보일 수 있다.In addition, since the microwave laser beam can transfer energy only to a desired portion, for example, a substrate having a laminated structure of two or more glass plates including a display substrate such as a liquid crystal display (LCD) in which a liquid crystal is sandwiched between two glass plates. When cutting the same can be applied to the method proposed in the present invention, it can show superior cutting characteristics than other conventional methods.

전술한 본 발명에 따른 초단파 레이저 빔을 이용한 기판 절단장치 및 그 절단방법에 대한 바람직한 실시예에 대하여 설명하였지만, 본 발명은 이에 한정되는 것이 아니고 특허청구범위와 발명의 상세한 설명 및 첨부한 도면의 범위 안에서 여러 가지로 변형하여 실시하는 것이 가능하고 이 또한 본 발명에 속한다.Although a preferred embodiment of the substrate cutting apparatus and the cutting method using the microwave laser beam according to the present invention described above has been described, the present invention is not limited to the claims and the detailed description of the invention and the scope of the accompanying drawings. Various modifications can be made therein and this also belongs to the present invention.

도 1은 종래 기술에 따른 레이저를 이용한 기판 절단장치를 개략적으로 나타낸 도면.1 is a schematic view showing a substrate cutting apparatus using a laser according to the prior art.

도 2는 본 발명의 제1 실시예에 따른 초단파 레이저 빔을 이용한 기판 절단장치를 개략적으로 나타낸 전체적인 블록구성도.Figure 2 is a block diagram schematically showing a substrate cutting apparatus using a microwave laser beam according to a first embodiment of the present invention.

도 3은 본 발명의 제1 실시예에 따른 초단파 레이저 빔을 이용한 기판 절단 방식을 설명하기 위한 개념도.3 is a conceptual diagram illustrating a substrate cutting method using a microwave laser beam according to a first embodiment of the present invention.

도 4는 본 발명의 제2 실시예에 따른 초단파 레이저 빔을 이용한 기판 절단 방식을 설명하기 위한 개념도.4 is a conceptual diagram illustrating a substrate cutting method using a microwave laser beam according to a second embodiment of the present invention.

도 5는 본 발명의 제3 실시예에 따른 초단파 레이저 빔을 이용한 기판 절단 방식을 설명하기 위한 개념도.5 is a conceptual diagram illustrating a substrate cutting method using a microwave laser beam according to a third embodiment of the present invention.

Claims (20)

삭제delete 삭제delete 삭제delete 펨토초(FS) 내지 피코초(PS)의 펄스 폭을 갖는 초단파 레이저 빔을 발생하기 위한 레이저 발생수단; Laser generating means for generating an ultra-short laser beam having a pulse width of femtosecond (FS) to picosecond (PS); 상기 초단파 레이저 빔의 초점이 절단하고자 하는 기판의 하면과 일정간격 이격된 공기층상의 절단 경로를 따라 형성되도록 조절하여, 상기 기판의 하면과 공기층 사이의 경계면에서 반사되는 빛에 의해 상기 기판의 상면 부위에 일정깊이의 제1 절단홈이 형성되고, 상기 초단파 레이저 빔의 초점에서 생기는 공기 분자와 플라즈마층의 경계에서 반사되는 빛에 의해 상기 기판의 하면에 상기 제1 절단홈과 동일선 상으로 일정 깊이의 제2 절단홈이 형성되도록 하는 초점조절수단;The focal point of the microwave laser beam is adjusted to be formed along the cutting path on the air layer spaced apart from the lower surface of the substrate to be cut by a predetermined distance, so that the light is reflected from the interface between the lower surface of the substrate and the air layer. A first cutting groove having a predetermined depth is formed, and the first cutting groove having a predetermined depth is arranged on the lower surface of the substrate by the light reflected at the boundary between the plasma molecules and air molecules generated at the focal point of the microwave laser beam. Focus adjusting means for forming a cutting groove 2; 상기 초점조절수단과 연결되어 상기 절단 경로를 따라 상기 초점조절수단이 원하는 속도로 이동되도록 소정의 구동력을 전달하는 구동수단;Driving means connected to the focus adjusting means and transmitting a predetermined driving force to move the focus adjusting means at a desired speed along the cutting path; 상기 초단파 레이저 빔의 입/출력 및 초점을 조절함과 아울러, 상기와 같이 레이저 빔의 초점이 형성되도록 초점조절수단의 움직임 및 속도를 제어하는 제어수단을 포함하여 구성한 것을 특징으로 하는 초단파 레이저 빔을 이용한 기판 절단장치.The microwave laser beam is characterized in that it comprises a control means for controlling the input and output and focus of the microwave laser beam, and controlling the movement and speed of the focus adjusting means to form the focus of the laser beam as described above. Substrate cutting device used. 삭제delete 제 4 항에 있어서,The method of claim 4, wherein 상기 기판은 하나 혹은 적어도 둘 이상의 다층 구조를 갖는 절연성 기판으로 이루어진 것을 특징으로 하는 초단파 레이저 빔을 이용한 기판 절단장치.The substrate is a substrate cutting device using a microwave laser beam, characterized in that made of an insulating substrate having one or at least two or more multi-layer structure. 제 4 항에 있어서,The method of claim 4, wherein 상기 레이저 발생수단과 상기 기판 사이에 배치되며, 상기 초단파 레이저 빔을 원하는 초점 위치에 집중되도록 집광수단이 더 구비되는 것을 특징으로 하는 초단파 레이저 빔을 이용한 기판 절단장치.And a condensing means disposed between the laser generating means and the substrate, the light collecting means further concentrating the microwave laser beam at a desired focal position. 제 7 항에 있어서,The method of claim 7, wherein 상기 집광수단은 0.3∼0.7 정도의 개구수(NA)를 갖는 적어도 하나의 렌즈를 포함하는 것을 특징으로 하는 초단파 레이저 빔을 이용한 기판 절단장치.And said condensing means comprises at least one lens having a numerical aperture (NA) of about 0.3 to 0.7. 삭제delete 제 4 항에 있어서,The method of claim 4, wherein 상기 초단파 레이저 빔이 원하는 절단 경로를 따라 이동되도록 적어도 하나의 반사경 또는 간섭계를 이용하는 것을 특징으로 하는 초단파 레이저 빔을 이용한 기판 절단장치.And at least one reflector or interferometer to move the microwave laser beam along a desired cutting path. 제 4 항에 있어서,The method of claim 4, wherein 상기 초단파 레이저 빔의 초점과 일치되도록 배율을 조절하고, 가공 전 원하는 초단파 레이저 빔의 초점 위치를 사용자가 화면을 보면서 직접 지정하며, 절단 공정 시 공정 과정을 실시간으로 화면을 통해서 확인할 수 있도록 모니터링수단이 더 구비되는 것을 특징으로 하는 초단파 레이저 빔을 이용한 기판 절단장치.Adjusting the magnification so as to match the focus of the microwave laser beam, the user directly specifies the focal position of the desired microwave laser beam before processing, and the monitoring means to check the process in real time on the screen during the cutting process Substrate cutting device using an ultra-short laser beam characterized in that it is further provided. 제 4 항에 있어서,The method of claim 4, wherein 상기 절단홈을 따라 절단될 수 있도록 상기 절단홈과 일치되는 위치에 일정한 압력을 가하기 위한 보조절단수단이 더 구비되는 것을 특징으로 하는 초단파 레이저 빔을 이용한 기판 절단장치.Sub-cutting device using an ultra-short laser beam, characterized in that the auxiliary cutting means for applying a constant pressure to a position consistent with the cutting groove to be cut along the cutting groove. 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete (a') 미리 마련된 기판을 특정 위치에 고정시키는 단계;(a ') fixing the prepared substrate in a specific position; (b') 펨토초(FS) 내지 피코초(PS)의 펄스 폭을 갖는 초단파 레이저 빔의 초점을 상기 기판의 하면과 일정간격 이격된 공기층에 맞춰지도록 조절하여, 상기 기판의 하면과 공기층 사이의 경계면에서 반사되는 빛에 의해 상기 기판의 상면 부위에 일정 깊이의 제1 절단홈이 형성되고, 상기 초단파 레이저 빔의 초점에서 생기는 공기 분자와 플라즈마 층의 경계에서 반사되는 빛에 의해 상기 기판의 하면에 상기 제1 절단홈과 동일선 상으로 일정 깊이의 제2 절단홈이 형성되도록 하는 단계; 및(b ') by adjusting the focal point of the ultra-short laser beam having a pulse width of femtosecond (FS) to picosecond (PS) to be aligned with the air layer spaced apart from the lower surface of the substrate, the interface between the lower surface of the substrate and the air layer First cutting grooves having a predetermined depth are formed in the upper surface portion of the substrate by the light reflected by the light, and the light is reflected on the lower surface of the substrate by the light reflected at the boundary between the plasma layer and air molecules generated at the focal point of the microwave laser beam. Forming a second cutting groove having a predetermined depth on the same line as the first cutting groove; And (c') 상기 공기층에 초점이 맞춰진 초단파 레이저 빔을 원하는 절단 경로를 따라 이동시켜 상기 기판의 절단 경로 상의 상면 및 하면에 일정 깊이의 절단홈을 동시에 순차적으로 형성되도록 하는 단계를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 초단파 레이저 빔을 이용한 기판 절단방법.(c ') moving a microwave laser beam focused on the air layer along a desired cutting path to sequentially form a cutting groove having a predetermined depth on the upper and lower surfaces on the cutting path of the substrate. Substrate cutting method using an ultra-short laser beam. 제 18 항에 있어서,The method of claim 18, 상기 단계(c') 이후에 혹은 동시에, 상기 초단파 레이저 빔의 초점이 상기 기판의 내부에 맞춰지도록 조절한 후, 동일한 절단 경로를 따라 조사하여 상기 기판의 내부에 절단홈을 형성하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 초단파 레이저 빔을 이용한 기판 절단방법.After step (c ') or at the same time, adjusting the focus of the microwave laser beam to be aligned with the inside of the substrate, and then irradiating along the same cutting path to form a cutting groove in the substrate. 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