KR101467157B1 - 취성 재료 기판의 스크라이브 방법 - Google Patents

취성 재료 기판의 스크라이브 방법 Download PDF

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미쓰보시 다이야몬도 고교 가부시키가이샤
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Abstract

<과제> 서로 교차하는 스크라이브(scribe) 예정 라인을 따라 크로스 스크라이브(cross scribe)할 때에, 안정하게 스크라이브 홈을 형성할 수 있고, 게다가 후공정에서의 각부(角部)의 연마 가공을 용이하게 한다.
<해결 수단> 이 스크라이브 방법은, 취성(脆性) 재료 기판(基板)의 서로 교차하는 스크라이브 예정 라인을 따라 스크라이브하는 방법이고, 제1 공정과 제2 공정을 포함한다. 제1 공정은, 교차하는 스크라이브 예정 라인의 교점에, 기판을 관통하고, 또한 스크라이브 예정 라인을 따라 연장되는 에지(edge)를 가지는 관통 구멍을 형성한다. 제2 공정은, 관통 구멍을 기점(起點)으로서 스크라이브 예정 라인을 따라 균열을 진전시킨다.

Description

취성 재료 기판의 스크라이브 방법{SCRIBE METHOD FOR BRITTLE MATERIAL SUBSTRATE}
본 발명은, 스크라이브(scribe) 방법, 특히, 취성(脆性) 재료 기판(基板)의 서로 교차하는 스크라이브 예정 라인을 따라 스크라이브하는 취성 재료 기판의 스크라이브 방법에 관한 것이다.　
유리 기판 등의 취성 재료 기판을 분단하기 위한 기술로서, 균열 진전을 이용한 분단 방법이 제안되어 있다. 이 방법에서는, 우선, 커터 휠(cutter wheel) 등에 의하여 유리 기판의 표면에 초기 균열이 형성된다. 그 후, 이 초기 균열로부터 레이저 빔이 조사(照射)되어 기판이 가열되고, 나아가 가열된 영역이 냉각된다. 이것에 의하여, 초기 균열을 트리거(trigger)로서 균열이 진전하여, 스크라이브 예정 라인을 따라 스크라이브 홈이 형성된다.
이 종류의 스크라이브 방법이 특허문헌 1에 나타나 있다. 특허문헌 1의 방법에서는, 기판의 가공 시점(始點)에 초기 균열이 형성되고, 그 후, 타원 형상의 가열 스폿(spot)이 스크라이브 예정 라인을 따라 주사(走査)된다. 이것에 의하여, 균열이 스크라이브 예정 라인을 따라 연속적으로 진전한다.
일본국 공개특허공보 특개2003－137578호
특허문헌 1에는, 초기 균열의 형성에 즈음하여, 기판 표면에 고출력의 레이저 빔을 집광하여 구멍을 가공하고, 그 구멍으로부터 균열을 작성하는 것이 기재되어 있다(단락 0054). 그러나, 초기 균열로서의 구멍에 관한 상세한 기재는 없다.
그런데, 터치 패널용의 커버 유리는, 1매의 머더(mother) 기판을 분단하여 형성된다. 보다 상세하게는, 머더 기판에, X, Y방향으로 교차하는 복수의 스크라이브 예정 라인이 설정되고, 이 복수의 스크라이브 예정 라인을 따라 스크라이브 홈이 형성된다. 즉, 머더 기판을 크로스 스크라이브(cross scribe)하여, 형성된 스크라이브 홈을 따라 분단하는 것에 의하여 복수의 커버 유리가 얻어진다. 분단된 각각의 커버 유리는, 4개의 각부(角部)가 연마(硏磨) 가공에 의하여 곡선상(曲線狀)으로 형성된다.
그러나, 분단 후의 유리의 각 각부를 곡선상으로 하는 연마 가공은 시간이 걸린다.
본 발명의 과제는, 특히 서로 교차하는 스크라이브 예정 라인을 따라 크로스 스크라이브할 때에, 안정하게 스크라이브 홈을 형성할 수 있고, 나아가 후공정에서의 각부의 연마 가공이 용이하게 되는 스크라이브 방법을 제공하는 것에 있다.
제1 발명에 관련되는 취성 재료 기판의 스크라이브 방법은, 취성 재료 기판의 서로 교차하는 스크라이브 예정 라인을 따라 스크라이브하는 방법이고, 제1 공정과 제2 공정을 포함한다. 제1 공정은, 교차하는 스크라이브 예정 라인의 교점에, 기판을 관통하고, 또한 교차하는 스크라이브 예정 라인을 따라 연장되는 4개의 에지(edge)부를 가지는 관통 구멍을 초기 균열로서 형성한다. 제2 공정은, 기판의 스크라이브 예정 라인을 따라 레이저광을 조사(照射)하여 가열하는 것과 함께, 가열된 영역을 냉각하고, 관통 구멍의 에지부를 기점(起點)으로서 스크라이브 예정 라인을 따라 균열을 진전시킨다.
이 방법에서는, 초기 균열로서의 관통 구멍이, 스크라이브 예정 라인의 교점에 형성된다. 이 관통 구멍은, 교차하는 스크라이브 예정 라인을 따라 연장되는 4개의 에지부를 가지고 있다. 그 후, 관통 구멍의 각 에지부를 기점으로서, 균열이 스크라이브 예정 라인을 따라 진전한다.
여기에서는, 관통 구멍이, 스크라이브 예정 라인을 따라 연장되는 에지부를 가지고 있기 때문에, 제2 공정에 있어서 균열이 스크라이브 예정 라인을 따라 진전하기 쉽고, 안정하게 소망의 스크라이브 홈을 형성할 수 있다. 또한, 스크라이브 예정 라인이 교차하는 개소, 즉 분단 후의 기판에 있어서의 4개의 각부에 상당하는 부분에 관통 구멍이 형성되기 때문에, 분단 후에 있어서, 4개의 각부의 연마대(硏磨代)를 적게 할 수 있다.
제2 발명에 관련되는 취성 재료 기판의 스크라이브 방법은, 제1 발명의 방법에 있어서, 제1 공정에서 형성되는 관통 구멍은, 인접하는 2개의 에지부의 사이에 형성되고 구멍 내부를 향하여 불룩해지도록 만곡(彎曲)하는 원호상(圓弧狀)의 4개의 가장자리부를 가지는 성형(星型) 형상이다.
여기에서는, 관통 구멍이, 4개의 에지부 및 그들을 연결하는 4개의 가장자리부로 이루어지는 성형이고, 게다가 4개의 가장자리부는 구멍 내부를 향하여 불룩해지도록 만곡하는 원호상이다. 따라서, 분단 후의 기판에 있어서의 4개의 각부는, 분단된 시점(時點)에서 원호상이다. 이 때문에, 분단 후의 공정에 있어서 4개의 각부를 곡선상으로 연마 가공할 때에, 각 각부의 연마대를 적게 할 수 있다.
제3 발명에 관련되는 취성 재료 기판의 스크라이브 방법은, 제1 발명의 방법에 있어서, 제1 공정에서 형성되는 관통 구멍은, 인접하는 2개의 에지부의 사이에 형성된 직선상(直線狀)의 4개의 가장자리부를 가지는 직사각형 형상이다.
여기에서는, 관통 구멍이 직사각형상(狀)이다. 이 때문에, 제2 발명만큼은 아니지만, 분단 후의 공정에 있어서 4개의 각부를 곡선상으로 연마 가공할 때에, 각 각부의 연마대를 적게 할 수 있다.
제4 발명에 관련되는 취성 재료 기판의 스크라이브 방법은, 제1 내지 제3 발명 중 어느 하나의 방법에 있어서, 제1 공정에서는, 그린 레이저(green laser)에 의하여 관통 구멍이 형성된다.
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이상과 같이 본 발명에서는, 취성 재료 기판을 크로스 스크라이브할 때에, 안정하게 스크라이브 홈을 형성할 수 있고, 게다가 후공정에서의 각부의 연마 가공이 용이하게 된다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 의한 스크라이브 방법을 실시하기 위한 스크라이브 장치의 개략 구성도.
도 2는 터치 패널 커버 유리의 종래의 가공 순서를 도시하는 도면.
도 3은 터치 패널 커버 유리의 본 발명의 일 실시예에 의한 가공 순서를 도시하는 도면.
도 4는 관통 구멍의 다른 예를 도시하는 도면.
도 5는 3종류의 관통 구멍에 의한 스크라이브 가공 후의 균열 진전(스크라이브흔)과 분단 후의 스크라이브의 구부러짐을 나타내는 확대 사진.
［장치 구성］
도 1은, 본 발명의 일 실시예에 의한 방법을 실시하기 위한 스크라이브 장치의 개략 구성을 도시하는 도면이다. 덧붙여, 도 1에서는, 제1 공정 후의 상태, 즉 유리 기판에 관통 구멍이 형성되어, 제2 공정인 스크라이브 가공을 행하고 있는 상태를 도시하고 있다.
스크라이브 장치(1)는, 예를 들어, 머더 유리 기판을, 터치 패널의 커버 유리에 사용되는 복수의 유리 기판으로 분단하기 위한 장치이다. 여기서의 유리 기판은, 표면에 강화층이 형성된 화학 강화유리가 주로 이용되고 있다. 이 화학 강화유리는, 이온 교환 처리에 의하여 표면에 압축 응력(壓縮應力)을 가지게 한 강화층을 가지고 있다.
＜스크라이브 장치＞
스크라이브 장치(1)는, 레이저 빔을 유리 기판(G)을 향하여 조사하는 조사부(2)와, 냉각부(3)와, 도시하지 않는 이동부를 구비하고 있다. 냉각부(3)는, 도시하지 않는 냉매원(冷媒源)으로부터 공급되는 냉매를, 노즐(4)을 통하여 분사하여 냉각 스폿(CP)을 형성한다. 이동부는, 조사부(2) 및 냉각부(3)의 노즐(4)을, 유리 기판(G)에 설정된 스크라이브 예정 라인(SL)을 따라, 유리 기판(G)과의 사이에서 상대 이동시킨다.
조사부(2)는, 레이저 빔(LB)을 조사하는 레이저 발진기(예를 들어, CO2 레이저)를 가지며, 이 레이저 빔(LB)을, 광학계(光學系)를 통하여 유리 기판(G) 상에 빔 스폿(LS)으로서 조사한다.
＜관통 구멍 형성 장치＞
스크라이브 장치(1)에는, 관통 구멍 형성용의 조사부(도시하지 않음)가 설치되어 있다. 이 관통 구멍 형성용의 조사부는, 유리 기판(G)에 스크라이브 홈을 형성할 때의 균열 진전의 기점으로 되는 관통 구멍을 형성하는 것이다. 관통 구멍 형성용의 조사부는, 예를 들어 그린 레이저를 발사하는 레이저 발진기와, 광학계를 구비하고 있다.
［스크라이브 방법］
여기서, 본 발명의 방법과 비교하기 위하여, 종래의 터치 패널의 커버 유리의 가공 순서를, 도 2를 이용하여 간단하게 설명한다. 우선, 머더 기판이 준비되고 (a), 이 머더 기판(G)에 대하여, 기판 단부(端部)에 커터 휠 등에 의하여 초기 균열(도시하지 않음)이 형성된다. 그리고, 머더 기판(G)에 대하여, 스크라이브 예정 라인을 따라 레이저 빔이 조사 및 주사되고, 나아가 냉각되어 스크라이브 홈(SG)이 형성된다 (b). 그 후, 스크라이브 홈(SG)의 양측에 분단력이 가해지고, 이것에 의하여 머더 기판(G)은 복수의 유리 기판으로 분단된다. 다음으로, 분단된 유리 기판의 각부가 곡선 형상이 되도록 연마된다 (c, d).
다음으로, 본건 발명의 일 실시예에 의한 가공 순서를, 도 3을 이용하여 설명한다.
우선, 제1 공정에 있어서, 머더 기판(G) (a)에 대하여, 기판의 표면으로부터 이면(裏面)으로 관통하는 복수의 관통 구멍(H)이 형성된다 (b). 이들 관통 구멍(H)은, 기판에 대하여, 예를 들어 그린 레이저를 조사하는 것에 의하여 형성된다. 각 관통 구멍(H)은, 서로 직교하는 X방향 및 Y방향(도 3 참조)의 스크라이브 예정 라인의 교점에 형성된다. 또한, 각 관통 구멍(H)은, 도 3(b)로부터 명확한 바와 같이, 스크라이브 예정 라인을 따라 연장되는 에지를 가지는 성형 형상이다. 보다 자세하게는, 각 관통 구멍(H)은, 도 3에 확대하여 도시하는 바와 같이, 스크라이브 예정 라인(SL)을 따라 연장되는 4개의 에지부(11a~11d)와, 인접하는 2개의 에지부 (11a－11b, 11b－11c, 11c－11d, 11d－11a)의 사이에 형성되고 구멍 내부를 향하여 불룩해지도록 만곡하는 원호상의 4개의 가장자리부(12a~12d)를 가지는 성형 형상이다.
다음으로 제2 공정에서는, 도 1 및 도 3에 도시되는 바와 같이, 조사부(2)로부터 레이저 빔(LB)이 조사된다. 이 레이저 빔(LB)은, 빔 스폿(LS)으로서 머더 기판(G) 상에 조사된다. 그리고, 조사부(2)로부터 출사(出射)되는 레이저 빔(LB)이, 스크라이브 예정 라인(SL)을 따라 머더 기판(G)과 상대적으로 이동시켜진다. 머더 기판(G)은 빔 스폿(LS)에 의하여 머더 기판(G)의 연화점(軟化點)보다도 낮은 온도로 가열된다. 또한, 냉각 스폿(CP)을 빔 스폿(LS)의 이동 방향 후방(後方)에 있어서 추종(追從)시킨다.
이상과 같이 하여, 레이저 빔(LB)의 조사에 의하여 가열된 빔 스폿(LS)의 근방에는 압축 응력이 생기지만, 그 직후에 냉매의 분사에 의하여 냉각 스폿(CP)이 형성되기 때문에, 수직 크랙(crack)의 형성에 유효한 인장 응력(引張應力, tensile stress)이 생긴다. 이 인장 응력에 의하여, 머더 기판(G)에 형성된 관통 구멍(H)을 기점으로서 스크라이브 예정 라인(SL)을 따른 수직 크랙이 형성되어, 소망의 스크라이브 홈 (c)이 형성된다.
그 후, 스크라이브 홈(SG)의 양측에 분단력이 가해지고, 이것에 의하여 머더 기판(G)은 복수의 유리 기판으로 분단된다. 다음으로, 분단된 유리 기판의 각부가 곡선 형상이 되도록 연마된다 (d, e).
여기에서는, 관통 구멍(H)은, 구멍 내부를 향하여 불룩해지도록 만곡하는 원호상의 가장자리부를 가지는 성형으로 형성되어 있기 때문에, 분단 후의 각 기판의 4개의 각부는 곡선상으로 모따기된 형상이다. 따라서, 연마 공정에 있어서 연마하여야 할 양(연마대)이 매우 적어져, 연마 작업을 용이하게 또한 단시간에 행할 수 있다.
［관통 구멍의 다른 예］
관통 구멍의 형상은 도 3에 도시하는 바와 같은 성형에 한정되지 않는다. 예를 들어, 도 4에 도시하는 바와 같이, 직사각형이어도 무방하다. 구체적으로는, 도 4에 도시하는 관통 구멍(H')은, 스크라이브 예정 라인(SL)을 따라 연장되는 4개의 에지부(21a~21d)와, 인접하는 2개의 에지부(21a－21b, 21b－21c, 21c－21d, 21d－21a)의 사이에 형성된 직선상의 4개의 가장자리부(22a~22d)를 가지는 직사각형 형상이다.
이와 같은 관통 구멍(H')이어도, 성형의 관통 구멍(H)에 비교하여 기판 각부의 연마대는 많아지지만, 종래의 가공 방법에 비교하여, 연마량을 적게 할 수 있다.
［실험예］
표 1에, 그린 레이저에 의하여 머더 기판에 3종류의 형상의 관통 구멍을 형성하고, 그 후 레이저 출력을 바꾸어 스크라이브한 경우의, 스크라이브 홈의 평가를 나타내고 있다. 덧붙여, 여기서의 유리 기판은, 소다 라임 유리(soda-lime glass)이다.
레이저
출력		 ○(비교예) ◇：직사각형 성(星)
가부(可否) 구부러짐 가부 구부러짐 가부 구부러짐
120 ○ 141 ○ 40 ○ 64
140 ○ 326 ○ 21 ○ 26
200 ○ 131 ○ 80 ○ 38
○：스크라이브 가능
구부러짐：스크라이브 예정 라인으로부터의 최대 어긋남량을 나타내고, 단위는 [μm]이다.
이상의 실험예에 있어서, 제1 공정(관통 구멍의 형성) 및 제2 공정(스크라이브)의 각 조건은 이하와 같다.
［제1 공정］
제1 공정에서는, 레이저 스폿을, 집광점을 회전시키면서 높이 방향(Z축 방향)으로 이동시켜 가공하였다. 즉, 레이저 스폿을 나선상(螺旋狀)으로 이동시키면서 관통 구멍을 형성하였다.
파장 : 532nm
레이저 출력 : 5W
반복 주파수 : 20kHz
집광점 회전 반경(半徑) : 500rps
Z축 이동거리 : 40μm
주사 속도 : 30mm/s
［제2 공정］
파장 : 10.6μm
레이저 출력 : 120~200W
반복 주파수 : 10kHz
주사 속도 : 250mm/s
또한, 표 1의 레이저 출력 140W의 경우의, 분단 전의 관통 구멍 부근의 확대 사진과, 분단 후의 구부러짐을 나타내는 확대 사진을 도 5에 도시한다. 도 5에 있어서, (a)는 직경 4mm의 원형의 관통 구멍을 형성하고, 그 후 스크라이브 가공 및 분단을 한 경우의 예, (b)는 한 변이 4mm의 직사각형의 관통 구멍을 형성하고, 그 후 스크라이브 가공 및 분단을 한 경우의 예, (c)는 한 변이 4mm의 성형의 관통 구멍을 형성하고, 그 후 스크라이브 가공 및 분단을 한 경우의 예이다. 각 도면에 있어서, 상단(上段)은 분단(브레이크) 전의 균열 진전(스크라이브흔(scribe痕))의 상태를 도시하고, 하단(下端)은 분단 후의 스크라이브의 구부러짐을 나타내고 있다.
이상의 실험 결과로부터, 관통 구멍의 형상에 관계없이, 스크라이브는 가능하지만, 관통 구멍의 형상이 원형의 경우는, 구부러짐이 크고, 직사각형 및 성형의 경우는 구부러짐이 작은 것을 알 수 있다. 즉, 스크라이브의 기점으로 되는 관통 구멍의 스크라이브 예정 라인을 따른 부분의 형상이 에지(예각(銳角))일수록, 스크라이브의 구부러짐이 작아지는 것을 알 수 있었다.
［다른 실시예］
본 발명은 이상과 같은 실시예에 한정되는 것은 아니고, 본 발명의 범위를 일탈하는 것 없이 여러 가지의 변형 또는 수정이 가능하다.
상기 실시예에서는, 제2 공정(레이저 조사 및 냉각 처리)에 있어서, 스크라이브 홈을 형성하는 경우에 관하여 설명하였지만, 제2 공정에 의하여 유리를 분단하는 것과 같은 경우에도, 본 발명을 마찬가지로 적용할 수 있다.
1 : 스크라이브 장치
11a~11d, 21a~21d : 관통 구멍의 에지부
12a~12d, 22a, 22d : 관통 구멍의 가장자리부
G : 머더 기판
LB : 레이저 빔
LS : 빔 스폿
SL : 스크라이브 예정 라인
CP : 냉각 스폿
H, H' : 관통 구멍

Claims (6)

  1. 취성(脆性) 재료 기판(基板)의 서로 교차하는 스크라이브(scribe) 예정 라인을 따라 스크라이브하는 취성 재료 기판의 스크라이브 방법이고,
    상기 교차하는 스크라이브 예정 라인의 교점에, 기판을 관통하고, 또한 교차하는 스크라이브 예정 라인을 따라 연장되는 4개의 에지(edge)부를 가지는 관통 구멍을 초기 균열로서 형성하는 제1 공정과,
    기판의 스크라이브 예정 라인을 따라 레이저광을 조사(照射)하여 가열하는 것과 함께, 가열된 영역을 냉각하고, 상기 관통 구멍의 에지부를 기점(起點)으로서 스크라이브 예정 라인을 따라 균열을 진전시키는 제2 공정
    을 포함하는 취성 재료 기판의 스크라이브 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제1 공정에서 형성되는 관통 구멍은, 인접하는 2개의 상기 에지부의 사이에 형성되고 구멍 내부를 향하여 불룩해지도록 만곡(彎曲)하는 원호상(圓弧狀)의 4개의 가장자리부를 가지는 성형(星型) 형상인, 취성 재료 기판의 스크라이브 방법.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 제1 공정에서 형성되는 관통 구멍은, 인접하는 2개의 상기 에지부의 사이에 형성된 직선상(直線狀)의 4개의 가장자리부를 가지는 직사각형 형상인, 취성 재료 기판의 스크라이브 방법.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제1 공정에서는, 그린 레이저(green laser)에 의하여 관통 구멍이 형성되는, 취성 재료 기판의 스크라이브 방법.
  5. 삭제
  6. 삭제
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