KR101142290B1 - 레이저 가공 장치 및 레이저 가공 방법 - Google Patents

레이저 가공 장치 및 레이저 가공 방법 Download PDF

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노리후미 아리마
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미쓰보시 다이야몬도 고교 가부시키가이샤
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Abstract

레이저 조사에 의한 스크라이브 가공 시에는 확실하게 기판이 분단되지 않도록 하고, 다음 공정의 레이저 조사에 의한 브레이크 가공에서 확실하게 분단되도록, 가공 공정마다 기판의 분단 상태를 정확하게 제어할 수 있는 레이저 가공 장치를 제공한다. 기판 재치면이 되는 다공 부재(41)를 통하여 기판을 흡착하는 흡착 기구(MA)와 다공 부재를 통하여 기판에 기체를 불어 부상시키는 부상 기구(MB)가 설치된 테이블(40)과, 부상한 기판의 기판 측면에 접촉하여 기판의 수평방향의 이동을 제한하는 접촉부(54)와, 레이저광원(10)과, 레이저광원으로부터 출사되는 레이저빔을 기판 상에서 주사하는 레이저빔 주사 광학계(20)와, 제어부(80)를 구비하고, 제어부는 스크라이브 가공 시에 흡착 기구를 작동하여 기판의 변형을 구속함으로써 기판의 분단을 방지하고, 브레이크 가공 시는 부상 기구를 작동하여 기판의 변형을 자유롭게 발생시킴으로써 기판의 분단을 촉진하도록 제어한다.

Description

레이저 가공 장치 및 레이저 가공 방법{LASER PROCESSING APPARATUS AND LASER PROCESSING METHOD}
본 발명은, 취성 재료 기판에 레이저빔을 조사함으로써 기판이 연화되는 온도 이하로 가열하고, 이 레이저빔을 상대적으로 이동시킴으로써 분단 가공을 행하는 레이저 가공 장치에 관한 것이다.
본 발명의 가공대상이 되는 취성 재료 기판에는, 유리 기판, 소결 재료의 세라믹스, 단결정 실리콘, 반도체 웨이퍼, 세라믹 기판 등이 포함된다.
유리 등의 기판을 분단(할단)하는 방법으로서, 테이블 상에 재치(載置)한 기판에 레이저빔을 주사하여 스크라이브 가공(레이저 스크라이브라고도 함)을 행하고, 이어서 기판에 형성된 스크라이브 라인을 따라 레이저빔을 주사하여 브레이크 가공(레이저 브레이크라고도 함)을 행하는 레이저 가공 방법이 이용되고 있다.
여기에서 스크라이브 가공이란 기판을 완전 분단하기 전에, 분단하려고 하는 예정 라인 상에 분단시의 절단선이 되는 얕은 크랙(스크라이브 라인이라고 함)을 형성하는 가공을 행한다. 이것에 대하여, 브레이크 가공이란 형성된 스크라이브 라인을 따라 레이저 조사 등에 의해 크랙을 깊이 방향으로 진전시켜, 완전하게 분단하는 가공을 말한다.
최근에는, 기판의 하방으로부터 기판 하면을 향하여 기체를 불어 부상시킨 상태에서, 미리 형성된 스크라이브 라인을 따라 레이저빔을 주사함으로써 분단하는 가공 방법이 개시되어 있다(특허문헌 1 참조). 이 문헌에 의하면, 미리 형성된 스크라이브 라인에 레이저빔이 조사되면, 이 스크라이브 라인을 기점으로 하여 기판이 구부러지는 것과 같은 힘이 작용하게 되고, 그때, 기판이 부상 상태이면, 지지 수단(예를 들면, 기판을 재치하는 테이블)에 의한 구속(예를 들면, 테이블면과의 마찰저항)이 없기 때문에 구부러짐이 제한되지 않아, 용이하게 분단할 수 있는 것이 개시되어 있다.
일본특개2007-246298호공보
(발명의 개시)
(발명이 해결하고자 하는 과제)
일반적으로, 제1회째의 레이저 조사에 의해 스크라이브 가공을 행한 후, 제2회째의 레이저 조사에 의해 브레이크 가공을 행하는 분단 방법을 실행함으로써, 고품질의 분단면을 얻을 수 있다. 그때, 특허문헌 1에 기재되어 있는 바와 같이, 기판을 부상시킨 상태에서 레이저 조사에 의한 브레이크 가공을 행함으로써, 기판을 지지 수단인 테이블 상에 재치한 상태에서 브레이크 가공한 경우에 비해, 기판을 용이하게 분단할 수 있게 된다.
특히, 기판의 판 두께가 두꺼운 경우, 기판을 테이블 상에 재치하고 레이저를 조사한 것만으로는 브레이크 가공은 곤란하며, 통상은 브레이크 바를 사용한 기계적인 누름 등에 의해 굽힘 모멘트를 가하여 분단을 행하지 않으면 안 되는데, 기판을 부상시킴으로써, 레이저 조사만으로도 분단이 가능하게 된다.
그래서, 판 두께 0.5mm 이하의 기판에 따라서는, 레이저 조사에 의한 스크라이브 가공 시에, 갑자기 분단되어버려, 오히려 문제가 되는 경우가 있었다. 즉, 레이저 조사에 의한 스크라이브 가공 시는 결코 분단되지 않도록 하고, 다음 레이저 조사에 의한 브레이크 가공 시에 비로소 분단되도록, 가공 공정마다 기판 상태를 제어하지 않으면 안 되는 경우가 있었다.
예를 들면, 기판을 사각형으로 잘라낼 목적으로, 서로 직교하는 2방향(x방향 및 y방향으로 함)으로 분단하는 경우(크로스 컷이라고 함), 먼저 x방향의 스크라이브 가공을 행하고, 계속해서 직교하는 y방향의 스크라이브 가공을 행하고, 그 후에 x방향, y방향의 브레이크 가공을 행할 필요가 있다. 이 경우, 최초의 x방향의 스크라이브 가공 시에 갑자기 분단되어 버리면, y방향의 스크라이브 가공이 곤란하게 된다.
크로스 컷 이외에도, 예를 들면, 평행한 스크라이브 라인을 복수개 형성하는 경우에, 모든 스크라이브 라인을 형성하기 이전에, 먼저 분단되어 버리는 경우가 가공 프로세스상, 문제가 되는 경우가 있다.
그래서, 본 발명은, 레이저 조사에 의한 스크라이브 가공 시에는 확실하게 기판이 분단되지 않도록 하고, 다음 공정의 레이저 조사에 의한 브레이크 가공에서 확실하게 분단되도록, 가공 공정마다 기판의 분단 상태를 정확하게 제어할 수 있는 레이저 가공 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기 과제를 해결하기 위하여 이루어진 본 발명의 레이저 가공 장치는, 취성 재료로 이루어지는 기판의 가공면에 대하여 1회째의 레이저빔의 주사에 의해 스크라이브 가공을 행하고, 이어서 형성된 스크라이브 라인을 따라 2회째의 레이저빔의 주사에 의해 브레이크 가공을 행하는 레이저 가공 장치로서, 기판 재치면이 다공 부재로 형성되고, 다공 부재를 통하여 기판을 흡착하는 흡착 기구와 다공 부재를 통하여 기판에 기체를 불어 부상시키는 부상 기구가 설치된 테이블과, 부상한 기판의 기판 측면에 접촉하여 기판의 수평방향의 이동을 제한하는 접촉부와, 레이저광원과, 레이저광원으로부터 출사되는 레이저빔을 기판 상에서 주사하는 레이저빔 주사 광학계와, 스크라이브 가공 시는 흡착 기구를 작동하여 기판의 변형을 구속함으로써 기판의 분단을 방지하고, 또한, 브레이크 가공 시는 부상 기구를 작동하여 기판의 변형을 자유롭게 발생시킴으로써 기판의 분단을 촉진하도록 제어하는 제어부를 구비하도록 하고 있다.
여기에서, 다공 부재에는, 경질의 스펀지재, 세라믹 등의 다공질재, 다공을 형성한 금속판 등을 사용할 수 있다.
본 발명의 레이저 가공 장치에 의하면, 테이블의 기판 재치면이 되는 다공 부재의 위에 기판이 재치된다. 제어부는 스크라이브 가공 시에는 흡착 기구를 작동하여 기판을 흡착한다. 이때, 레이저빔이 조사되어 기판에 굽힘 모멘트가 가해지는 것과 같은 변형이 기판에 생기지 않도록, 강하게 흡착한다. 일반적으로, 판 두께가 두꺼운 기판에 비해 판 두께가 얇은 기판은 레이저빔으로 가열되면 구부러짐이 생기기 쉬우므로, 피가공 기판 중에서 얇은 기판(통상은 두께가 0.1mm까지의 기판을 얇은 기판으로 함)에 대하여, 구부러짐이 생기지 않을 정도의 흡착력으로 흡착한다. 그리고 기판을 기판 재치면에 강하게 흡착시킨 상태에서, 레이저빔 주사 광학계에 의해 레이저빔을 주사하여, 스크라이브 라인(크랙)을 형성한다. 이렇게 하여, 스크라이브 가공 시에는 기판이 결코 분단되지 않도록 하여 스크라이브 라인을 형성한다. 계속해서, 부상 기구에 의해 기판 하면에 기체를 불어 기판을 부상시킨다. 이때 접촉 부재에 의해 기판이 수평이동하지 않도록 제한한다. 그리고 기판을 부상시킨 상태에서, 스크라이브 라인을 따라 레이저빔을 주사하여, 분단한다. 일반적으로, 판 두께가 얇은 기판에 비해 판 두께가 두꺼운 기판은 테이블에 흡착한 채 레이저빔을 조사하는 것만으로는 분단이 곤란하기 때문에, 기판을 부상시켜 기판의 변형이 자유롭게 발생하는 상태에서 레이저빔을 조사한다. 이것에 의해 두꺼운 기판이라도 용이하게 분단할 수 있게 된다.
본 발명에 의하면, 기판의 판 두께에 관계없이, 스크라이브 가공 시(레이저 스크라이브 시)에는 확실하게 기판이 분단되지 않도록 하고, 다음 공정의 브레이크 가공 시(레이저 브레이크 시)에 있어서 확실하게 분단되도록, 가공 공정마다 기판의 분단 상태를 정확하게 제어할 수 있다.
(그 밖의 과제를 해결하기 위한 수단 및 효과)
상기 과제를 해결하기 위하여 행해진 제 2 발명의 레이저 가공 장치는, 취성 재료로 이루어지는 기판의 가공면에 대하여 1회째의 레이저빔의 주사에 의해 스크라이브 가공을 행하고, 이어서 형성된 스크라이브 라인을 따라 2회째의 레이저빔의 주사에 의해 브레이크 가공을 행하는 레이저 가공 장치로서, 기판 재치면이 다공 부재로 형성되고, 다공 부재를 통하여 기판을 흡착하는 흡착 기구와 다공 부재를 통하여 기판에 기체를 불어 부상시키는 부상 기구가 설치된 테이블과, 레이저광원과, 레이저광원으로부터 출사되는 레이저빔을 기판 상에서 주사하는 레이저빔 주사 광학계와, 적어도 후판 가공을 행할 때 실행하는 후판 가공 모드와 박판 가공을 행할 때에 실행하는 박판 가공 모드를 선택할 수 있는 가공 모드 선택부와, 후판 가공 모드가 선택되면, 브레이크 가공 시에 부상 기구를 작동하여 기판의 변형을 자유롭게 발생시킴으로써 기판의 분단을 촉진하도록 제어하고, 박판 가공 모드가 선택되면, 스크라이브 가공 시에 흡착 기구를 작동하여 기판의 변형을 구속함으로써 기판의 분단을 방지하도록 가공 모드별 제어부를 구비하도록 하고 있다.
본 발명에 의하면, 가공 모드 선택부에서 후판 가공 모드가 선택되었을 때에는, 가공 모드별 제어부는, 브레이크 가공 시에 부상 기구를 작동하여, 취성 재료 기판의 변형이 자유롭게 발생하는 상태로 해서 기판의 분단이 행해지도록 제어한다. 이것에 의해, 판 두께가 두꺼운 기판이어도 용이하게 분단 가공을 행할 수 있다. 또, 가공 모드 선택부에서 박판 가공 모드가 선택되었을 때에는, 가공 모드별 제어부는 스크라이브 가공 시에 흡착 기구를 작동하여 기판의 변형을 구속함으로써 기판의 분단을 방지할 수 있게 제어한다. 이것에 의해 판 두께가 얇은 기판이어도, 스크라이브 가공 시에 기판의 분단을 방지할 수 있다.
이와 같이 기판의 판 두께에 따라, 두꺼운 기판에 대해서는 브레이크 가공 시의 분단을 용이하게 하고, 얇은 기판에 대해서는 스크라이브 가공 시의 분단을 방지할 수 있어, 판 두께에 따른 제어를 실행할 수 있다.
여기에서, 가공 모드별 제어부는, 또한 후판 가공 모드의 스크라이브 가공 시에는 흡착 기구를 박판 가공 모드보다도 약한 흡착력으로 작동하여 기판의 위치결정을 행하고, 박판 가공 모드의 브레이크 가공 시에는 부상 기구를 작동하여 기판의 변형을 자유롭게 발생시킴으로써 기판의 분단을 촉진하는 제어를 해도 된다.
이것에 의하면, 후판 가공 모드일 때는, 스크라이브 가공 시에 통상의 위치 고정에 필요한 흡착력으로 위치결정을 행한다. 박판 가공 모드일 때는, 부상 기구를 작동하여 기판의 변형을 자유롭게 생기게 하도록 하여 기판의 분단을 촉진한다.
본 발명에 의하면, 기판의 판 두께에 따라, 확실한 분단 가공을 행할 수 있다.
상기 발명에서, 스크라이브 가공 시에 흡착 기구를 작동하여 기판의 변형을 구속할 때, 30MPa 이상의 힘으로 흡인하도록 해도 된다.
이것에 의하면, 스크라이브 가공 시에 이러한 강한 힘으로 흡착 기구를 작동하므로, 가열시에 기판의 변형을 확실하게 억제할 수 있다. 또한, 흡인력의 상한에 대해서는 특별히 나타내고 있지 않지만, 기판이 깨지거나 하지 않는 범위의 힘으로 흡인한다.
또, 다른 관점에서 행해진 본 발명의 레이저 가공 방법은, 취성 재료 기판의 가공면에 대하여 제1회째의 레이저빔의 주사에 의해 스크라이브 가공을 행하고, 이어서 형성된 스크라이브 라인을 따라 2회째의 레이저빔의 주사에 의해 브레이크 가공을 행하는 레이저 가공 방법으로서, 스크라이브 가공 시는 기판을 기판 재치면에 흡착시켜 기판의 변형을 구속함으로써 기판의 분단을 방지하면서 스크라이브 라인을 형성하고, 브레이크 가공 시는 스크라이브 가공 시와 동일한 수평위치에서 기판을 부상시켜 기판의 변형을 자유롭게 발생시킴으로써 기판의 분단을 촉진하도록 하고 있다.
또한, 다른 관점에서 행해진 레이저 가공 방법은, 취성 재료로 이루어지는 기판의 가공면에 대하여 1회째의 레이저빔의 주사에 의해 스크라이브 가공을 행하고, 이어서 형성된 스크라이브 라인에 따라 2회째의 레이저빔의 주사에 의해 브레이크 가공을 행하는 레이저 가공 방법으로서, 기판의 판 두께가 적어도 0.5mm 이하일 때는, 스크라이브 가공 시는 기판을 기판 재치면에 흡착시켜 기판의 변형을 구속함으로써 기판의 분단을 방지하고, 기판의 판 두께가 적어도 2mm 이상일 때는, 브레이크 가공 시는 기판을 기판 재치면으로부터 부상시켜 기판의 변형을 자유롭게 발생시킴으로써 기판의 분단을 촉진하도록 하고 있다.
이것에 의하면, 취성 재료로 이루어지는 기판의 판 두께가 적어도 0.5mm 이하일 때는, 기판 재치면에 흡착시켜 기판의 변형을 구속함으로써 기판의 분단을 확실하게 방지하고, 기판의 판 두께가 적어도 2mm 이상일 때는, 브레이크 가공 시는 기판을 기판 재치면으로부터 부상시켜 기판의 변형을 자유롭게 발생시킴으로써 기판의 분단을 촉진하도록 하고 있으므로, 박판 기판에서도 후판 기판에서도, 기판 상태가 원하는 상태로 되도록 정확하게 기판 상태를 제어하면서 분단 가공을 행할 수 있다. 또한, 0.5mm~2mm에 대해서는 스크라이브 가공 시의 흡착, 브레이크 가공 시의 부상 양쪽을 실행하도록 하여, 브레이크 가공 시가 되고 나서 확실하게 분단되도록 하는 것이 바람직하다.
도 1은 본 발명의 1실시형태인 레이저 가공 장치(LM1)의 전체 구성도.
도 2는 타원형의 평행 빔을 출사하는 빔 정형부의 구성예를 도시하는 도면.
도 3은 장축방향 전환부의 구성을 도시하는 사시도.
도 4는 장축방향 전환부가 제 1 상태일 때의 구성 및 타원 레이저의 진행하는 방향을 도시하는 도면.
도 5는 장축방향 전환부가 제 2 상태일 때의 구성 및 타원 레이저의 진행하는 방향을 도시하는 도면.
도 6은 테이블의 단면 구조를 도시하는 도면.
도 7은 기판 유도 기구의 구성을 도시하는 도면.
도 8은 도 1의 레이저 가공 장치의 제어계를 나타내는 도면.
도 9는 일반 가공 모드를 실행할 때의 플로우차트.
도 10은 후판 가공 모드 또는 박판 가공 모드를 실행할 때의 플로우차트.
(발명을 실시하기 위한 최선의 형태)
이하, 본 발명의 실시형태를, 유리 기판용의 레이저 가공 장치를 예로 하여, 도면에 기초하여 설명한다. 여기에서는 유리 기판을 2방향(x방향 및 y방향)으로 크로스 컷하는 경우의 예에 대하여 설명한다.
최초에 본 발명의 레이저 가공을 실행할 때에 사용하는 레이저 가공 장치의 구성에 대하여 설명한다.
도 1은 본 발명의 1실시형태인 레이저 가공 장치(LM1)의 전체 구성도이다.
레이저 가공 장치(LM1)는, 주로, 레이저광원(10), 레이저 주사 광학계(20), 테이블(40), 기판 유도 기구(50), 트리거 기구(60)로 구성된다.
(레이저광원)
레이저광원(10)에는 CO2 레이저가 사용된다. CO2 레이저 대신 CO 레이저, 엑시머 레이저를 사용해도 된다. 레이저광원(10)으로부터는 단면 형상이 원형의 레이저빔(원(元) 빔(L0))이 출사된다.
(레이저 주사 광학계)
레이저 주사 광학계(20)는, 대별하면, 레이저빔의 단면 형상을 조정하는 빔 정형부(21), 레이저빔의 빔 직경을 확대하여 출사하는 빔 단면 확대부(24), 레이저빔을 기판에 인도하여 기판(G) 상에 레이저 스폿(BS)을 형성하는 레이저 광학계 및 이 레이저 광학계를 테이블면(XY방향)을 따라 이동하는 이동기구에 의해 빔 스폿(BS)을 주사하는 주사 기구부(22), 빔 정형부(21) 및 빔 단면 확대부(24) 중 어느 하나로부터 출사한 레이저빔을 주사 기구부(22)에 인도하는 광로 조정부(23)와, 레이저빔(원 빔)의 광로를 빔 정형부(21)와 빔 단면 확대부(24)의 사이에서 전환하는 빔 단면 전환 기구(29)로 이루어진다. 또한, 테이블면 중 X방향을 주사축방향(스크라이브를 행하는 방향), Y방향을 이송축방향으로 한다.
빔 정형부(21)에 대하여 설명한다. 빔 정형부(21)는, 레이저광원(10)으로부터 출사된 원 빔을, 단면 형상이 타원형인 평행 빔으로 정형함과 아울러, 평행 빔의 장축 직경, 단축 직경을 조정하기 위한 복수의 광학소자로 이루어진다.
도 2(a)는 타원형의 평행 빔을 출사하는 빔 정형부(21)의 구성예를 도시하는 도면이다. 이 빔 정형부(21)는 제 1 포물면 거울(오목면)(M1), 제 2 포물면 거울(볼록면)(M2), 제 3 포물면 거울(M3)(볼록면), 제 4 포물면 거울(M4)(오목면)의 4개의 광학소자로 이루어진다. 이 중 제 1 포물면 거울(오목면)(M1)과 제 2 포물면 거울(볼록면)(M2)은, 서로의 초점을 일치시켜, 공초점(F12)으로 되도록 배치되어 있다. 또, 제 3 포물면 거울(볼록면)(M3)과 제 4 포물면 거울(오목면)(M4)에 대해서도 서로의 초점이 일치하여, 공초점(F34)으로 되도록 배치되어 있다.
그리고, 제 1 포물면 거울(오목면)(M1)로부터 제 2 포물면 거울(볼록면)(M2)로 향하는 레이저빔의 진행방향이 XY면 방향으로 되고, 제 2 포물면 거울(M2)에서 반사한 레이저빔은 제 3 포물면 거울(M3)로 향해지고, 제 3 포물면 거울(볼록면)(M3)로부터 제 4 포물면 거울(오목면)(M4)로 향하는 레이저빔의 진행방향이 XZ로 되도록, 이들 4개의 포물면 거울이 입체적으로 배치된다.
이러한 배치에 의해, 제 1 포물면 거울(M1)은 X방향으로 진행하는 원형 단면의 원 빔(L0)(도 2(b) 참조)을 XY면 방향으로 반사한다. 그때 Z방향의 빔 폭은 그대로이며 Y방향의 빔 폭은 집속하면서 진행하게 되고, 제 2 포물면 거울(M2)에 입사한다. 제 2 포물면 거울(M2)은, 공초점(F12)으로 되도록 배치되어 있음으로써, Y방향에 집속하는 레이저빔을 반사하면, 다시 평행 빔(L1)(도 2(c) 참조)으로 되고, X방향을 향해 진행하게 된다. 이 평행 빔(L1)의 Z방향의 빔 폭은 원 빔(L0)인 채이며, Y방향의 빔 폭이 축소된 타원 형상의 단면을 갖는 레이저빔으로 된다.
또한, 평행 빔(L1)이 진행하여 제 3 포물면 거울(M3)에서 반사되면, Y방향의 빔 폭은 그대로이며 X방향의 빔 폭을 확대하면서 XZ면 내를 진행하게 되어, 제 4 포물면 거울(M4)에 입사한다.
제 4 포물면 거울(M4)은 공초점(F34)이 되도록 배치되어 있음으로써, X방향으로 확대되는 레이저빔을 반사하면, 다시 평행 빔(L2)(도 2(d) 참조)으로 되어, X방향을 향하여 진행하게 된다. 이 평행 빔(L2)의 Z방향의 빔 폭은 원 빔(L0)보다 확대되고, Y방향의 빔 폭은 원 빔보다 축소된 긴 장축의 타원 형상의 단면을 갖는 레이저빔으로 된다.
그리고, 빔 정형부(21)에 의해 정형된 단면 형상이 타원형의 평행 빔(L2)은, 후단의 광로 조정부(23) 및 주사 기구(22)를 거쳐, 기판(G) 상에 타원 형상의 빔 스폿(BS)을 형성하게 된다. 따라서, 이들 4개의 포물면 거울(M1~M4)의 광학 정수를 조정함으로써, 장축, 단축을 독립적으로 조정한 원하는 타원의 빔 스폿을 형성할 수 있다.
다음에 빔 단면 확대부(24)에 대하여 설명한다. 빔 단면 확대부(24)는 레이저광원으로부터의 원 빔(L0)의 빔 직경을 확대함과 아울러 평행 광속으로 하여 출사하는 조합 렌즈(28)로 이루어진다. 예를 들면, 오목렌즈와 볼록렌즈의 조합에 의해 확대 평행 광속으로 할 수 있다. 또한, 확대한 빔 단면의 단면적은 빔 정형부(21)에서 형성되는 타원 빔보다 커지도록 조정되어 있다. 이것은, 일반적으로 레이저 스크라이브 후에 행하는 레이저 브레이크 때에, 넓은 범위에서 가열하는 편이 브레이크 하기 쉽기 때문이다. 단, 스크라이브 가공 시와 동일한 빔 스폿 형상으로 브레이크 가공을 해도 된다. 그 경우는 빔 단면 확대부(24)를 설치할 필요는 없다.
다음에 빔 단면 전환 기구(29)에 대하여 설명한다. 빔 단면 전환 기구(29)는 2개의 반사경(M21, M22)으로 이루어지고, 도시하지 않은 구동 기구에 의해, 레이저빔의 광로에 출입할 수 있게 되어 있다. 2개의 반사경(M21, M22)을 광로 상에 넣은 상태로 하면, 빔 정형부(21)를 향하는 레이저빔의 광로는 빔 단면 확대부(24)를 향하도록 전환되고, 조합 렌즈(28)에 의해 확대된 평행 광속의 원형 빔이 광로 조정부(23)로 진행하게 되어 있다.
따라서, 레이저빔의 광로가 빔 정형부(21)를 향하는지, 빔 단면 확대부(24)를 향하는지에 따라, 타원 빔의 평행 광속 또는 확대된 원형 빔의 평행 광속 중 어느 하나가 광로 조정부(23)에 입사하도록 되어 있다.
다음에 광로 조정부(23)에 대하여 설명한다. 광로 조정부(23)는 도 1에 도시하는 바와 같이 장축방향 전환부(30)와 평면거울(M6)로 이루어지고, 빔 정형부(21)와 주사 기구부(22) 사이에 설치된다. 광로 조정부(23)는 주사 기구부(22)에 타원 빔(확대 원형 빔)을 인도하는 광로 조정을 행함과 아울러, 레이저빔의 장축방향을 변경하는 조정을 행한다.
도 3은 장축방향 전환부(30)의 구성을 도시하는 사시도이다. 도 4는 장축방향 전환부(30)가 제 1 상태일 때의 구성 및 레이저빔의 진행하는 방향을 도시하는 도면(도 4(a)는 평면도, 도 4(b)는 도 4(a)에서의 A 방향 도면)이다. 또, 도 5는 장축방향 전환부(30)가 제 2 상태일 때의 구성 및 레이저빔의 진행하는 방향을 도시하는 도면(도 5(a)는 평면도, 도 5(b)는 도 5(a)에서의 A 방향 도면)이다.
장축방향 전환부(30)는 평면거울군(M11~M16)으로 이루어진다. 평면거울(M11)은 모터(31a)로 회전하는 지지축(31b)에 의해 90도 회전하는 가동거울로 되어 있고, 광로 전환 기구(31)로서 사용된다.
또, 평면거울(M16)은 슬라이드 기구(32)에 의해 Y축방향으로 이동하도록 되어 있다. 평면거울(M11)과 평면거울(M16)은 연동하고, 도 3 및 도 4에서 실선으로 나타내는 제 1 위치와, 도 3에서 1점쇄선으로 나타냄과 동시에 도 5에서 실선으로 나타내는 제 2 위치가 바뀌도록 되어 있다.
평면거울(M11)이 제 1 위치에 있을 때, 빔 정형부(21)로부터 X방향을 향하여 진행하는 타원 빔(L2)은 평면거울(M11)에 의한 Y방향으로의 반사, 평면거울(M12)에 의한 -Z방향으로의 반사, 평면거울(M13)에 의한 -Y방향으로의 반사, 평면거울(M16)에 의한 -Z방향으로의 반사를 반복하고, 평면거울(M6)로 진행하도록 되어 있다. 이 때 레이저빔이 통과하는 광로를 제 1 광로로 한다.
평면거울(M11)이 제 2 위치에 있을 때, 빔 정형부(21)로부터 X방향을 향하여 진행하는 레이저빔(L2)은 평면거울(M11)에 의한 -Y방향으로의 반사, 평면거울(M14)에 의한 -X방향으로의 반사, 평면거울(M15)에 의한 -Z방향으로의 반사를 반복하여 평면거울(M6)로 진행하도록 되어 있다. 이 때 레이저빔이 통과하는 광로를 제 2 광로로 한다. 제 1 광로와 제 2 광로는 평면거울(M16)의 위치에서 교차하도록 되어 있어, 제 2 광로를 통과한 레이저빔을 사용할 때는, 평면거울(M16)을 슬라이드 기구(32)에 의해 광로로부터 떼어내도록 되어 있다.
제 1 광로를 통과한 레이저빔(타원 빔)과 제 2 광로를 통과한 레이저빔(타원 빔)과는 단면의 형상은 동일하며, 장축방향이 90도 벗어나 있다. 따라서, 광로 전환 기구(31)에서의 광로 선택에 의해, 서로 장축방향이 직교하는 2종류의 타원 빔을 선택하여 출사할 수 있다.
또, 도 1에 도시하는 바와 같이, 장축방향 전환부(30)는 X방향으로 진행하는 평행 빔(L2)을 굴곡하여, Z방향으로 진행하는 평행 빔(L3)을 형성하게 된다. 평행 빔(L2)의 광로 길이(M4~M11 간 거리)를 조정함으로써, 주사 기구부(22)와의 사이의 X방향의 위치 조정이 행해진다. 또, 평면거울(M6)은 -Z방향으로 진행하는 평행 빔(L3)을 -Y방향으로 굴곡하여, -Y방향으로 진행하는 평행 빔(L4)을 형성한다. 평행 빔(L3)의 광로 길이(M16~M6 간 거리)를 조정함으로써, 주사 기구(22)부와의 사이의 높이(Z방향) 조정이 행해진다. 또한 후술하는 주사 기구의 평면거울(M7)이 가장 M6에 가까운 위치에 있을 때의 평행 빔(L4)의 광로 길이(M6~M7 간 거리)를 조정함으로써, 주사 기구부(22)와의 사이의 Y방향의 위치 조정이 행해진다.
다음에 빔 스폿(BS)을 주사하는 주사 기구부(22)(레이저 광학계, 이동기구)에 대하여 설명한다. 주사 기구부(22)는, 축선이 Y방향으로 향해진 가이드 레일(25)과, 도시하지 않은 구동 기구에 의해 가이드 레일(25)을 따라 이동 가능하게 부착되는 평면거울(M7)과, 평면거울(M7)에 일체로 고정되고, 축선이 X방향으로 향해진 가이드 레일(26)과, 도시하지 않은 구동 기구에 의해 가이드 레일(26)을 따라 이동 가능하게 부착되는 평면거울(M8)로 이루어진다. 이 중 평면거울(M7) 및 평면거울(M8)은 장축방향 전환부(30)로부터 출사된 타원 빔을 기판에 조사하여 빔 스폿(BS)을 형성하는 레이저 광학계를 구성한다. 또, 가이드 레일(25, 26)과 도시하지 않은 구동 기구는 레이저 광학계를 이동하기 위한 이동기구를 구성한다. 또한, 테이블(40)을 사이에 끼우고 가이드 레일(25) 2개를 평행하게 설치하도록 하여, 가이드 레일(26)을 양측으로부터 이동 가능하게 떠받치도록 해도 된다.
편의상, 가이드 레일(25)의 가장 평면거울(M6)에 가까운 위치를 평면거울(M7)의 원점위치로 한다. 평면거울(M7)은 원점위치에서 평면거울(M6)로부터의 평행 빔(L4)을 반사하고, 평행 빔(L5)을 평면거울(M8)로 인도하도록 각도가 조정되어 있다. 이 때 평행 빔(L4)은 -Y방향으로 진행한다. 평면거울(M7)은 가이드 레일(25)을 따라 Y방향으로 이동하므로, 평면거울(M7)이 가이드 레일(25) 상의 어느 위치로 이동해도, 평행 빔(L4)은 평면거울(M7)에 의해 반사되어, 평면거울(M8)로 인도되게 된다.
평면거울(M8)은 평행 빔(L5)을 반사하고, 기판(G)의 위에 빔 스폿(BS)을 형성한다. 이 때 평행 빔(L5)은 -X방향으로 진행한다. 평면거울(M8)은 가이드 레일(26)을 따라 X방향으로 이동하므로, 평면거울(M8)이 가이드 레일(26) 상의 어느 위치로 이동해도, 평행 빔(L5)은 평면거울(M8)에 의해 반사되어, 기판(G)의 위에 동일 형상의 빔 스폿(BS)이 형성된다.
기판 상에 형성되는 빔 스폿(BS)의 장축방향은, 장축방향 전환부(30)에서, 제 1 광로를 선택하고 있을 때는 Y방향을 향한다. 또, 제 2 광로를 선택하고 있을 때는 X방향을 향한다. 따라서, 평면거울(M8)을 X방향으로 이동(주사)할 때는, 제 2 광로를 선택함으로써 주사방향과 장축방향을 일치시킬 수 있다. 또, 평면거울(M8)을 Y방향으로 이동(주사)할 때는, 제 1 광로를 선택함으로써 주사방향과 장축방향을 일치시킬 수 있다.
또, 제 1 광로, 제 2 광로 중 어느 것을 선택한 경우도, 빔 스폿(BS)은 평행 광속으로 기판에 조사되게 되므로, 기판이 후술하는 테이블면에 재치되어 있는 경우에도, 기판이 테이블면으로부터 부상되어 있는 경우에도 동일한 빔 스폿으로 조사되게 된다.
(테이블)
다음에 테이블(40)에 대하여 설명한다. 도 6은 테이블(40)의 단면 구조를 도시하는 도면이다. 테이블(40)은, 다공 부재(예를 들면, 다공질 세라믹)로 이루어지고 기판(G)(도 1 참조)이 재치되는 상면 부재(41)와, 상면 부재(41)의 주위에 밀착하고, 또한 바닥면이 형성되고, 상면 부재(41)와의 사이에 중공 공간(42a)이 형성되는 보디(42)와, 중공 공간(42a)에 연결되는 유로(43)가 형성되고, 외부 유로(44)에 접속되는 플러그(45)와, 유로(43), 외부 유로(44), 개도(開度) 조절 밸브(46a)를 통하여 중공 공간(42a)을 감압하는 진공펌프(46)와, 유로(43), 외부 유로(44), 압력 조정 밸브(47a)를 통하여 중공 공간(42a)에 가압공기를 보내는 에어원(47)으로 이루어진다.
이들 중, 중공 공간(42a), 유로(43), 외부 유로(44), 개도 조절 밸브(46a), 진공펌프(46)에 의해, 기판(G)을 상면 부재(41)에 흡착시키는 흡착 기구(MA)가 형성된다. 흡착 기구(MA)는, 개도 조절 밸브(46a)에 의해, 강한 흡착상태(흡착력이 30MPa 이상 정도)와, 보통의 흡착상태(흡착력이 0.03MPa~0.3MPa 정도)의 2단계로, 흡착력을 조정할 수 있게 되어 있다. 전자의 흡착상태의 경우에는, 레이저빔을 조사해도 유리 기판의 구부러짐이 발생하지 않도록 강하게 흡착된다. 한편, 후자의 흡착상태의 경우, 흡착 기구의 일반적일 목적인 위치를 고정하여 기판의 이동을 막을 수 있을 정도에 흡착된다.
또, 중공 공간(42a), 유로(43), 외부 유로(44), 압력 조정 밸브(47a), 에어원(47)에 의해, 기판(G)을 상면 부재(41)의 위에 부상시키는 부상 기구(MB)가 형성된다. 부상 기구(MB)는 기판의 브레이크 가공 때에 후술하는 기판 유도 기구(50)와 함께 사용된다. 또, 기판의 수평방향의 위치를 조정할 때에도, 기판 유도 기구(50)와 함께 사용된다.
(기판 유도 기구)
다음에 기판 유도 기구(50)에 대하여 설명한다. 기판 유도 기구(50)는 테이블(40) 상에서의 기판의 위치결정이나 미세 조정에 사용된다.
도 7은 기판 유도 기구(50)의 구조를 도시하는 도면이다. 기판 유도 기구(50)는 사각형의 테이블(40)의 대각 코너(48a, 48b)의 근방에 부착되는 1쌍의 가동 접촉부(51a, 51b)에 의해 구성된다. 각 가동 접촉부(51a, 51b)는, 도면에 나타나 있지 않은 구동 기구에 의해, 지지축(52a, 52b)을 중심으로 병진동작이나 선회동작이 행해지는 다관절 암(53a, 53b)을 갖는다. 다관절 암(53a, 53b)의 선단부분에는, 도시하지 않은 구동 기구에 의해 선회동작이 행해지는 금속제의 접촉 부재(54a, 54b)가 부착된다. 접촉 부재(54a, 54b)는, 각각 선단이 좌우로 분기되도록 부착되고, 기판(G)과 접하는 부위가 원기둥형으로 되어 있다. 이 원기둥의 축방향은 연직방향으로 향해져 있다.
따라서, 기판(G)을 위치결정하거나 미세조정하거나 할 때에, 에어원(47)(도 6)을 작동하여 기판(G)을 부상시킨 상태에서, 기판(G)을 접촉 부재(54a, 54b)로 누름으로써, 기판(G)이 접촉 부재(54a, 54b)에 가볍게 접하면서, 원하는 위치로 이동하게 된다. 또, 접촉 부재(54a, 54b)의 위치를 원하는 위치에서 정지시키면, 부상상태에서 위치를 고정할 수 있다. 그 후, 에어원(47)을 정지하고, 진공펌프(46)를 작동함으로써, 기판(G)을 동일한 위치에서 흡착시킬 수 있다.
또한, 얼라인먼트 마크가 형성되어 있는 기판(G)의 경우에는, 테이블(40)에 정의되는 좌표계에 대한 부착 위치가 미리 계측되어 있는 카메라(55a, 55b)를 사용하여, 얼라인먼트 마크를 촬영함으로써, 얼라인먼트 마크의 현재 위치로부터 기판(G)의 위치 벗어남량을 구하고, 이동량을 산출하고, 기판 유도 기구(50)에 의해 이동시킴으로써 기판(G)의 위치를 자동조정할 수도 있다.
(트리거 기구)
다음에 초기 균열 형성용의 트리거 기구에 대하여 설명한다. 도 1에 도시하는 바와 같이, 트리거 기구(60)는 커터 휠(61)과, 승강 기구(62)와, 지지축(63)과, 다관절 암(64)으로 이루어진다. 다관절 암(64)은 기판 유도 기구(50)의 다관절 암(53a, 53b)과 동일한 동작을 한다. 커터 휠(61)의 칼끝은 X방향으로 향해져 있다.
초기 균열(TR)을 형성할 때는, 다관절 암(64)에 의해, 커터 휠(61)이 초기 균열을 형성하는 위치의 바로 위에 오도록 한다. 그리고, 승강 기구(62)에 의해, 커터 휠(61)을 일시적으로 하강시켜 압접함으로써 초기 균열(TR)을 형성한다.
또, 테이블(40)의 좌변에 부착한 트리거 기구(60) 이외에, 칼끝을 Y방향을 향한 제 2 트리거 기구(65)를, 도 1의 앞쪽의 변 또는 안쪽의 변에 설치함으로써, X방향, Y방향의 2방향을 따라 계속해서 레이저 가공할 때, 효율적인 가공을 행할 수 있게 되어 있다. 또한, 제 2 트리거 기구(65)를 설치하는 대신, 기판 유도 기구(50)를 작동하고, 기판(G)을 90도 회전시켜 인접하는 변에 초기 균열을 형성하도록 할 수도 있다.
(제어계)
계속해서, 레이저 가공 장치(LM1)의 제어계에 대하여 설명한다. 도 8은 레이저 가공 장치(LM1)의 제어계를 도시하는 블럭도이다. 레이저 가공 장치(LM1)는 테이블(40)의 흡착 기구(MA) 및 부상 기구(MB)를 구동하는 흡착/부상 기구 구동부(81), 기판 유도 기구(50)의 가동 접촉부(51a, 51b)를 구동하는 기판 유도 기구 구동부(82), 트리거 기구(60)의 승강 기구(62) 및 다관절 암(64)을 구동하는 트리거 기구 구동부(83), 주사 기구(22)의 평면거울(M7, M8)을 이동시키는 주사 기구 구동부(84), 레이저빔을 조사하는 레이저 구동부(85), 냉각 노즐을 설치하여 빔 스폿(BS)에 추종하는 냉각 스폿을 형성할 때는 냉매 노즐로부터 냉매의 분무를 행하는 냉각 노즐 구동부(86), CCD 카메라(55a, 55b)에 의한 촬상을 행하는 카메라 구동부(87), 장축방향 전환부(30)의 광로 전환 기구(31) 및 이것에 연동하는 슬라이드 기구(32)를 구동하는 광로 전환 기구 구동부(88), 빔 단면 전환 기구(29)를 구동하는 빔 단면 전환 기구 구동부(89)의 각 구동계가 컴퓨터(CPU)로 구성되는 제어부(80)에 의해 컨트롤 된다.
제어부(80)에는, 키보드, 마우스 등의 입력장치로 이루어지는 입력부(91), 및 각종 표시를 행하는 표시화면으로 이루어지는 표시부(92)가 접속되어, 필요한 메세지가 표시화면에 표시됨과 아울러, 필요한 지시나 설정을 입력할 수 있게 되어 있다. 또, 모드 정보 기억부(93)가 설치되고, 일반 가공 모드, 후판 가공 모드, 박판 가공 모드의 정보가 기억되어 있다. 또한, 모드 정보 기억부(93)는 메모리 장치(HDD 등)에 설치된다. 각 가공 모드 정보에는, 각각 다른 시퀸스 프로그램이 기억되어 있고, 어느 하나가 선택되면, 그 가공 모드의 프로그램이 제어부에 의해 실행된다. 모드의 선택을 행하는 모드 입력은 입력부(91)에 의해 행해진다.
제어부(80)는, 특히 모드 입력이 행해지지 않은 경우, 또는 일반 가공 모드가 선택된 경우에 일반 가공 모드가 실행된다. 한편, 후판 가공 모드, 박판 가공 모드가 선택되면, 선택된 가공 모드가 실행된다.
일반 가공 모드는, 기판의 판 두께가 엷은 경우에도 두꺼운 경우에도 사용할 수 있게 하기 위하여, 스크라이브 가공 시에 흡착 기구를 사용하여 기판을 강하게 흡착함과 아울러, 브레이크 가공 시에 부상 기구를 사용하여 기판을 부상한다.
후판 가공 모드는 기판의 판 두께가 두꺼운 경우에 사용한다. 기판의 판 두께가 두꺼운 경우에는, 스크라이브 가공 시에는 잘못해서 분단되어 버리는 문제는 거의 발생하지 않지만, 브레이크 가공 시에 기판이 분단되지 않는 문제가 발생한다. 따라서, 브레이크 시에 부상 기구를 사용하여 기판을 부상한다. 스크라이브 시에는 위치결정용에 흡착 기구를 통상의 흡착상태에서 사용한다.
박판 가공 모드는 기판의 판 두께가 얇은 경우에 사용한다. 기판의 판 두께가 얇은 경우에는 브레이크 가공 시에 분단하는 것이 곤란하게 되는 문제는 거의 발생하지 않지만, 스크라이브 가공 시에 기판이 갑자기 분단되어 버리는 문제가 발생한다. 따라서 스크라이브 시에 기판을 강하게 흡착하여 굽힘 모멘트의 발생을 억제하도록 한다. 또한 브레이크 시는 기판(G)을 부상할 필요도 없이 분단되지만, 보다 확실하게 분단할 수 있게 하기 위해서, 부상 기구에 의해 기판을 부상한다.
후판 가공 모드는 적어도 2mm 이상의 판 두께의 기판에서 이용한다. 이것 이상의 판 두께로 되면, 기판을 부상시키지 않으면 분단이 곤란하게 되기 때문이다. 한편, 박판 가공 모드는 적어도 0.5mm 이하의 판 두께의 기판에서 이용한다. 이것 이상으로 얇아지면, 기판의 굽힘을 적극적으로 억제하지 않으면 스크라이브 시에 분단되어 버리기 때문이다. 중간 0.5mm~2mm의 판 두께의 기판에서는 스크라이브 시에는 흡착하고, 브레이크 시에는 부상시키도록 하는 것이 바람직하다.
또, 임계값(예를 들면, 판 두께 1mm)을 설정하고, 그것보다 두꺼울 때는 후판 가공 모드, 얇을 때는 박판 가공 모드로 하도록 해도 된다. 임계값을 설정하여 가공 모드를 임계값에 기초하여 전환하는 경우, 입력부로부터 기판의 판 두께의 수치를 입력함으로써, 모드 선택을 해도 된다.
또, 상세 설명은 생략하지만, 기판의 판 두께를 계측하는 기구를 설치하도록 하고, 계측결과에 기초하여, 자동적으로 가공 모드가 선택되도록 해도 된다.
(동작예 1)
다음에 레이저 가공 장치(LM1)에 의한 전형적인 동작예에 대하여 설명한다. 여기에서는 얼라인먼트 마크가 새겨진 정형의 유리 기판(G)을 서로 직교하는 제 1 방향과 제 2 방향으로 스크라이브 하는 경우에 대하여 설명한다. 설명의 편의상, 제 1 방향을 유리 기판의 x방향, 제 2 방향을 유리 기판의 y방향으로 하고, 얼라인먼트 마크로 위치결정을 행했을 때에, x방향이 레이저 주사 광학계의 X방향에 일치하는 것으로 한다.
도 9는 레이저 가공 장치(LM1)에 의한 동작의 제 1 예를 나타내는 플로우차트이다. 이 예는 일반 가공 모드가 실행될 때의 동작이다.
유리 기판(G)이 테이블(40)의 위에 재치되면, 우선, 기판 유도 기구(50)를 사용하여 기판(G)의 위치결정을 행한다(S101). 위치결정은, 카메라(55a, 55b)에 의해, 기판(G)의 얼라인먼트 마크를 검출하고, 위치 벗어남량을 구한다. 계속해서, 가동 접촉부(51a, 51b)를 구동하여, 접촉 부재(54a, 54b)를 기판(G)의 기판 측면에 접근시킨다. 동시에 부상 기구(MB)를 작동시켜, 기판(G)을 테이블면으로부터 부상시킨다. 이 때 유리 기판(G)은 접촉 부재(54a, 54b)와의 접점(4개소)에서 수평방향의 이동이 제한된다. 계속해서, 가동 접촉부(51a, 51b)를 구동하여, 기판(G)을 수평방향으로 이동(병진, 회전)하고, 위치 벗어남량이 0이 되는 위치에서 정지시킨다. 그 결과, 기판(G)의 x방향이 레이저 주사 광학계의 X방향에 일치한 상태에서 위치결정이 완료된다. 그리고 부상 기구(MB)를 정지하고, 흡착 기구(MA)를 작동시킴으로써, 기판(G)을 테이블면에 고정한다. 이 때 개도 조절 밸브(46a)는 강하게 흡착되는 상태로 설정된다.
계속해서, 트리거 기구(60, 65)를 구동하여, 유리 기판(G)의 X방향 및 Y방향의 스크라이브 개시위치에 초기 균열(TR)을 작성한다(S102).
계속해서, x방향의 레이저 스크라이브 가공을 행한다(S103). 빔 스폿(BS)의 장축이 X방향을 향하도록 장축방향 전환부(30)를 구동하여 제 2 광로를 선택한다. 그리고 주사 기구부(22)를 구동하여, 평면거울(M7, M8)의 위치를 조정하고, 레이저빔을 조사하면서 평면거울(M8)을 X방향으로 이동(주사)함으로써, 유리 기판의 x방향으로 스크라이브 가공을 행한다. 이 때 기판(G)은 테이블면에 강하게 흡착되어 있고, 기판(G)에는 굽힘 모멘트가 거의 발생해 있지 않기 때문에, 갑자기 분단되는 일은 없다. x방향의 스크라이브를 복수회 반복할 때는, 평면거울(M7)에 의한 Y방향의 이동(레이저 정지)과, 평면거울(M8)에 의한 X방향의 이동(주사)(레이저 조사)을 번갈아 행한다.
계속해서, y방향의 레이저 스크라이브를 행한다(S104). 빔 스폿(BS)의 장축이 Y방향을 향하도록 장축방향 전환부(30)를 구동하여 제 1 광로를 선택한다. 그리고 주사 기구부(22)를 구동하여, 평면거울(M7, M8)의 위치를 조정하고, 레이저빔을 조사하면서 평면거울(M7)을 Y방향으로 이동(주사)함으로써, 유리 기판의 y방향으로 스크라이브 가공을 행한다. 이 때도 기판(G)은 테이블면에 강하게 흡착되어 있어, 기판(G)에는 굽힘 모멘트가 거의 발생해 있지 않기 때문에, 분단되는 일은 없다. 이상의 가공에 의해, x방향 및 y방향의 스크라이브 가공이 완료된다.
계속해서, y방향, x방향의 레이저 브레이크를 행한다(S105, S106). y방향으로부터 먼저 레이저 브레이크를 행하면 되지만, x방향으로 되돌리고나서 레이저 브레이크를 해도 된다. 이 때 기판(G)은 부상 기구(MB)에 의해 부상상태로 한다. 빔 단면 전환 기구(29)를 구동하여 레이저광원(10)으로부터의 레이저빔이 빔 단면 확대부(28)를 향하도록 전환해 둔다. 이것에 의해 기판(G)에는 확대된 원형 빔이 조사됨으로써, 원형 빔에 의한 레이저 브레이크가 행해진다. 계속해서, 레이저 스크라이브 시와 동일하게 레이저빔을 주사한다.
이상의 동작에 의해, x방향 및 y방향으로의 레이저 브레이크가 행해져, 기판(G)은 사각형으로 분단된다.
(동작예 2)
다음에, 레이저 가공 장치(LM1)에 의한 제 2 동작예에 대하여 설명한다.
도 10은 레이저 가공 장치(LM1)에 의한 동작의 제 2 예를 나타내는 플로우차트이다. 이 예는, 모드 선택이 행해져, 후판 가공 모드 또는 박판 가공 모드가 선택되는 경우의 동작을 나타낸다.
유리 기판(G)이 테이블(40)의 위에 재치되면, 우선, 기판 유도 기구(50)를 사용하여 기판(G)의 위치결정을 행한다(S201). 계속해서, 트리거 기구(60, 65)를 구동하여, 유리 기판(G)의 X방향 및 Y방향의 스크라이브 개시위치에 초기 균열(TR)을 작성한다(S202). 이상의 공정은 S101, S102와 동일하다.
계속해서, 모드 입력의 결과를 판정한다(S203). 일반 가공 모드가 선택되었을 때는 상기한 동작예 1의 S103으로 진행되고, 레이저 스크라이브, 레이저 브레이크가 행해진다. 박판 가공 모드가 선택되었을 때는 S204로 진행되고, 후판 가공 모드가 선택되었을 때는 S210으로 진행된다.
박판 가공 모드가 선택되면, x방향의 레이저 스크라이브를 행하고(S204), 계속해서 y방향의 레이저 스크라이브를 행한다(S205). 이 때의 수순은 S103, S104와 동일하다. 즉, 기판(G)을 테이블면에 강하게 흡착시켜, 기판(G)에는 굽힘 모멘트가 거의 발생하지 않도록 하여 레이저 조사를 행한다. 이것에 의해, 기판(G)이 갑자기 분단되지 않도록 한다.
계속해서, y방향, x방향의 레이저 브레이크를 행한다(S206, S207). 이 때 기판(G)은, 일단, 부상 기구(MB)에 의해 부상상태로 한다. 빔 단면 전환 기구(29)를 구동하여 레이저광원으로부터의 레이저빔이 빔 단면 확대부(28)를 향하도록 전환해둔다. 계속해서, 레이저 스크라이브 시와 동일하게 레이저빔을 주사한다. 이상의 동작에 의해, x방향 및 y방향으로의 레이저 브레이크가 행하여져, 기판(G)은 사각형으로 분단된다.
후판 가공 모드가 선택되면, x방향의 레이저 스크라이브를 행하고(S210), 계속해서 y방향의 레이저 스크라이브를 행한다(S211). 기판(G)은 충분히 두껍기 때문에, 강한 흡착을 행하지 않더라도, 분단되지는 않으므로, 기판(G)이 수평이동하지 않도록, 기판(G)을 테이블면에 보통의 세기(위치결정용)로 흡착시켜 둔다.
계속해서, y방향, x방향의 레이저 브레이크를 행한다(S212, S213). 이 때 기판(G)은 반드시 부상 기구(MB)에 의해 부상상태로 한다. 빔 단면 전환 기구(29)를 구동하여 레이저광원으로부터의 레이저빔이 빔 단면 확대부(28)를 향하도록 전환해둔다. 이 상태에서 레이저빔을 주사하여, x방향 및 y방향으로의 레이저 브레이크를 행함으로써, 기판(G)은 사각형으로 분단된다.
(산업상의 이용가능성)
본 발명은 유리 기판 등의 분단 가공을 행하는 레이저 가공 장치에 이용할 수 있다.
10 레이저광원 20 레이저 주사 광학계
21 빔 정형부 22 주사 기구부
23 광로 조정부 24 빔 단면 확대부
30 장축방향 전환부 40 테이블
41 상부부재(다공 부재) 46 진공펌프
47 에어원 50 기판 유도 기구
51a,51b 가동 접촉부 53a,53b 다관절 암
54a,54b 접촉 부재 MA 흡착 기구
MB 부상 기구

Claims (6)

  1. 취성 재료로 이루어지는 기판의 가공면에 대하여 1회째의 레이저빔의 주사에 의해 스크라이브 가공을 행하고, 이어서 형성된 스크라이브 라인을 따라 2회째의 레이저빔의 주사에 의해 브레이크 가공을 행하는 레이저 가공 장치로서,
    기판 재치면이 다공 부재로 형성되고, 다공 부재를 통하여 기판을 흡착하는 흡착 기구와 다공 부재를 통하여 기판에 기체를 불어 부상시키는 부상 기구가 설치된 테이블과,
    부상한 기판의 기판 측면에 접촉하여 기판의 수평방향의 이동을 제한하는 접촉 부재와,
    레이저광원과,
    레이저광원으로부터 출사되는 레이저빔을 기판 상에서 주사하는 레이저빔 주사 광학계와,
    스크라이브 가공 시는 흡착 기구를 작동하여 기판의 변형을 구속함으로써 기판의 분단을 방지하고, 또한, 브레이크 가공 시는 부상 기구를 작동하여 기판의 변형을 자유롭게 발생시킴으로써 기판의 분단을 촉진하도록 제어하는 제어부를 구비한 것을 특징으로 하는 레이저 가공 장치.
  2. 취성 재료로 이루어지는 기판의 가공면에 대하여 1회째의 레이저빔의 주사에 의해 스크라이브 가공을 행하고, 이어서 형성된 스크라이브 라인을 따라 2회째의 레이저빔의 주사에 의해 브레이크 가공을 행하는 레이저 가공 장치로서,
    기판 재치면이 다공 부재로 형성되고, 다공 부재를 통하여 기판을 흡착하는 흡착 기구와 다공 부재를 통하여 기판에 기체를 불어 부상시키는 부상 기구가 설치된 테이블과,
    레이저광원과,
    레이저광원으로부터 출사되는 레이저빔을 기판 상에서 주사하는 레이저빔 주사 광학계와,
    적어도 후판 가공을 행할 때에 실행하는 후판 가공 모드와 박판 가공을 행할 때에 실행하는 박판 가공 모드를 선택할 수 있는 가공 모드 선택부와,
    후판 가공 모드가 선택되면, 브레이크 가공 시에 부상 기구를 작동하여 기판의 변형을 자유롭게 발생시킴으로써 기판의 분단을 촉진하도록 제어하고, 박판 가공 모드가 선택되면, 스크라이브 가공 시에 흡착 기구를 작동하여 기판의 변형을 구속함으로써 기판의 분단을 방지하도록 제어하는 가공 모드별 제어부를 구비한 것을 특징으로 하는 레이저 가공 장치.
  3. 제 2 항에 있어서, 상기 가공 모드별 제어부는, 또한 후판 가공 모드에서의 스크라이브 가공 시에는 흡착 기구를 박판 가공 모드보다도 약한 흡착력으로 작동하여 기판의 위치결정을 행하고, 박판 가공 모드에서의 브레이크 가공 시에는 부상 기구를 작동하여 기판의 변형을 자유롭게 발생시킴으로써 기판의 분단을 촉진하는 제어를 행하는 것을 특징으로 하는 레이저 가공 장치.
  4. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 스크라이브 가공 시에 흡착 기구를 작동하여 기판의 변형을 구속할 때, 30MPa 이상의 힘으로 흡인하는 것을 특징으로 하는 레이저 가공 장치.
  5. 취성 재료로 이루어지는 기판의 가공면에 대하여 1회째의 레이저빔의 주사에 의해 스크라이브 가공을 행하고, 이어서 형성된 스크라이브 라인을 따라 2회째의 레이저빔의 주사에 의해 브레이크 가공을 행하는 레이저 가공 방법으로서,
    스크라이브 가공 시는 기판을 기판 재치면에 흡착시켜 기판의 변형을 구속함으로써 기판의 분단을 방지하면서 스크라이브 라인을 형성하고,
    브레이크 가공 시는 스크라이브 가공 시와 동일한 수평위치에서 기판을 부상시켜 기판의 변형을 자유롭게 발생시킴으로써 기판의 분단을 촉진하는 것을 특징으로 하는 레이저 가공 방법.
  6. 취성 재료로 이루어지는 기판의 가공면에 대하여 1회째의 레이저빔의 주사에 의해 스크라이브 가공을 행하고, 이어서 형성된 스크라이브 라인을 따라 2회째의 레이저빔의 주사에 의해 브레이크 가공을 행하는 레이저 가공 방법으로서,
    기판의 판 두께가 적어도 0.5mm 이하일 때는, 스크라이브 가공 시는 기판을 기판 재치면에 흡착시켜 기판의 변형을 구속함으로써 기판의 분단을 방지하고,
    기판의 판 두께가 적어도 2mm 이상일 때는, 브레이크 가공 시는 기판을 기판 재치면으로부터 부상시켜 기판의 변형을 자유롭게 발생시킴으로써 기판의 분단을 촉진하는 것을 특징으로 하는 레이저 가공 방법.
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