KR101616952B1 - Method of Completely Cutting Brittle Substrate with Arbitrary Form - Google Patents

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KR101616952B1
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Abstract

본 발명은 레이저 펄스빔을 조사하여 취성 소재의 기판을 절단하되, 절단 예정선 공정과 같은 선공정 없이도 또한, 냉각 방식 없이도 직접 타겟 경로를 따라 취성 소재를 완전 절단할 수 있는 취성 소재의 임의 형상 절단 방법에 관한 것이다. The present invention relates to a method of cutting a brittle material substrate by cutting a brittle material substrate by irradiating a laser pulse beam without cutting the brittle material directly along the target path, ≪ / RTI >

Description

취성 소재의 임의 형상 절단 방법 {Method of Completely Cutting Brittle Substrate with Arbitrary Form}TECHNICAL FIELD [0001] The present invention relates to a method for cutting a brittle material,

본 발명은 깨지기 쉬운 유리, 반도체 웨이퍼 등 취성(Brittle) 소재를 절단하는 방법에 관한 것으로서, 취성 소재의 기판 상에 레이저를 조사하여 타겟 경로를 따라 임의 형상으로 완전 절단하는 방법에 관한 것이다. The present invention relates to a method of cutting a brittle material such as a fragile glass or a semiconductor wafer and a method of completely cutting the brittle material onto a substrate by irradiating the brittle material along a target path.

일반적으로 레이저를 이용하여 깨지기 쉬운 유리, 반도체 웨이퍼 등 취성(Brittle) 소재를 절단하기 위해서는, 레이저를 절단 대상 기판 상에 조사하여 표면 또는 기판 내부에 디펙트를 형성하여 절단 예정선 공정을 수행한 후 기판에 적절히 힘을 가하여 절단 예정선을 따라 기판을 절단하거나, 냉각제를 사용하여 절단하는 기술이 있으나, 원하지 않는 방향으로 깨지기 쉽기 때문에, 직접 절단하거나 원하는 절단 예정선을 확보 하는데 어려움이 있다. 이와 같은 방법은 레이저에 의해 한번에 완전 절단되는 방식이 아니고 절단 예정선을 따라 절단이 이루어지도록 힘을 가하는 공정이 수반되므로 공정 비용과 시간이 추가되며 수율 저하에도 영향을 미치는 단점이 있다.Generally, in order to cut a brittle material such as a glass or a semiconductor wafer which is easily broken by using a laser, a laser is irradiated on a substrate to be cut to form a defect on the surface or inside of the substrate, There is a technique of cutting the substrate along a line along which the substrate is to be cut by applying a suitable force to the substrate or using a coolant. However, since it tends to be broken in an undesired direction, it is difficult to cut the substrate directly or to secure a desired line to be cut. Such a method has a disadvantage that it adds a process cost and time and affects a yield reduction because it is accompanied by a process of applying a force to cut along a line to be cut rather than a complete cut once by a laser.

또한, 절단 대상 기판 상에 레이저를 조사하는 과정에서 발생되는 열은 탄성파를 불규칙 방향으로 전달하여 기판을 원하지 않는 방향으로 깨뜨리기 때문에 직접 절단하거나 원하는 절단 예정선을 획득하기가 곤란한 경우가 있으며, 냉각제를 사용하여 절단할 경우 원하지 않는 방향으로 깨지기 때문에 위치 정밀도, 절단 품질을 확보 하는데 어려움이 있다. In addition, the heat generated in the process of irradiating the laser on the substrate to be cut may transmit the acoustic wave in the irregular direction to break the substrate in an undesired direction, so that it may be difficult to directly cut or obtain a desired line to be cut. It is difficult to secure the position accuracy and cutting quality because it is broken in an undesired direction.

관련 선행 문헌으로서, 대한민국공개특허번호 제 10-2009-0079342호 (2009년07월22일 공개), 대한민국등록특허번호 제10-1124347호 (2012년02월29일 공고) 등이 참조될 수 있다.Korean Priority No. 10-2009-0079342 (published on July 22, 2009) and Korean Registered Patent No. 10-1124347 (published on February 29, 2012) can be referred to as related prior arts .

따라서, 본 발명은 상술한 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 본 발명의 목적은, 레이저 펄스빔을 조사하여 취성 소재의 기판을 절단하되, 레이저 조사 후 추후의 절단 공정이나, 열원으로 작용하는 레이저 빔과 냉각하는 방식을 사용하지 않고, 직접 타겟 경로를 따라 취성 소재를 완전 절단할 수 있는 취성 소재의 임의 형상 절단 방법을 제공하는 데 있다. SUMMARY OF THE INVENTION Accordingly, the present invention has been made to solve the above-mentioned problems occurring in the prior art, and it is an object of the present invention to provide a method of cutting a brittle material substrate by irradiating a laser pulse beam, Which is capable of completely cutting a brittle material along a target path directly without using a cooling method.

먼저, 본 발명의 특징을 요약하면, 상기와 같은 본 발명의 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일면에 따른 레이저 가공 장치에서 취성 소재 절단 방법에 있어서, 제어 장치에 레이저 발생 조건과 절단 대상 기판(예, 유리 기판, 반도체 웨이퍼, 또는 사파이어 기판 등 취성 소재의 기판)의 절단될 경로를 미리 지정한 타겟 경로를 설정하는 단계; 스테이지 상에 상기 기판을 로딩하는 단계; 및 상기 레이저 발생 조건에 따라 레이저 발생 장치에서 발생하는 레이저(예, 펨토초 레이저)를 상기 타겟 경로를 따라 상기 기판에 조사하여 레이저가 조사된 상기 기판의 해당 부분에서 완전 절단이 이루어지는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.In order to accomplish the above object, according to one aspect of the present invention, there is provided a method of cutting a brittle material in a laser processing apparatus, , A substrate of a brittle material such as a glass substrate, a semiconductor wafer, or a sapphire substrate); Loading the substrate onto a stage; And irradiating the substrate with a laser (e.g., femtosecond laser) generated in the laser generation apparatus according to the laser generation condition along the target path, thereby performing complete cutting at a corresponding portion of the substrate irradiated with the laser .

상기 기판의 가장자리의 측면 중 레이저 조사 시작 위치는 경면이 아닌 측면 디펙트가 있으며(도3), 상기 완전 절단이 이루어지는 단계에서, 상기 기판의 상기 레이저 조사 시작 위치 밖에서 레이저를 조사하기 시작하고, 레이저가 조사되는 부분이 상기 레이저 조사 시작 위치를 거쳐 상기 기판 상의 상기 타겟 경로를 따라가도록 하는 것을 특징으로 한다.The laser irradiation start position of the side edge of the substrate is a non-mirror side defect (Fig. 3). In the step of complete cutting, laser irradiation is started outside the laser irradiation start position of the substrate, So that a portion irradiated with the laser beam is caused to follow the target path on the substrate via the laser irradiation start position.

상기 기판 상의 레이저가 조사되는 부분에 대한 냉각 없이 이루어지고, 상기 기판 상의 레이저가 조사되는 부분에서 불규칙한 방향으로의 깨짐과 녹임 없이 완전 절단하는 것을 특징으로 한다.Wherein the laser beam is irradiated onto the substrate without cooling the laser beam irradiated on the substrate and is completely cut without cracking or melting in the irregular direction at the portion irradiated with the laser beam on the substrate.

상기 기판 상의 레이저가 조사되는 부분에서의 열발생 최소화에 의한 음파 진동의 전달을 제거하여 불규칙한 방향으로의 깨짐이 발생하지 않도록 한 원리를 이용한 것을 특징으로 한다.The present invention is based on the principle that cracking in an irregular direction does not occur by eliminating transmission of a sound wave vibration due to minimization of heat generation at a laser-irradiated portion on the substrate.

상기 레이저 조사 시작 위치에서의 상기 측면 디펙트에 레이저 빔이 닿으면 이 부분부터 완전 절단되어 절단이 시작되고, 상기 측면 디펙트에 조사되는 레이저 빔 스팟과 그에 인접한 상기 기판 상의 레이저가 조사되는 부분의 레이저 빔 스팟이 중첩되면서 완전 절단이 시작되는 원리를 이용한 것을 특징으로 한다.The laser beam spot is irradiated to the side defects and the laser beam on the substrate adjacent to the laser beam spot irradiated to the side defects is irradiated to the side defects. The laser beam spots are superimposed on each other and the complete cutting is started.

본 발명에 따른 취성 소재의 임의 형상 절단 방법에 따르면, 절단 예정선 공정과 같은 선공정 없이도 또한, 냉각 방식 없이도 직접 타겟 경로를 따라 취성 소재를 완전 절단하게 되므로, 공정 비용을 줄이며 절단면의 품질을 높일 수 있고, 원, 타원, 아크 형태 등 자유 곡선으로 된 타겟 경로는 물론 모서리 강도 제고를 위한 C면취(모따기)에 대하여도 같은 방법으로 용이하게 절단할 수 있는 장점이 있다. According to the arbitrary shape cutting method of the brittle material according to the present invention, since the brittle material is completely cut along the target path without the need of a line process or a cooling method like the line to be cut, it is possible to reduce the process cost and increase the quality of the cut surface And it is also possible to easily cut the C chamfer (chamfer) for enhancing the edge strength as well as the target path made of a free curve such as a circle, an ellipse, and an arc shape by the same method.

도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 취성 소재의 절단 방법을 설명하기 위한 흐름도이다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 측면 디펙트가 있는 절단 대상 기판에서의 초기 절단 과정을 설명하기 위한 도면이다.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 절단 대상 기판 상에서의 완전 절단 방식을 설명하기 위한 도면이다.
도 4 는 C 면취 확보 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 5a 내지 도 5c는 본 발명의 기판 측면 디펙트에 대한 사례를 나타낸다.
도 6은 본 발명의 일실시예에 따른 완전 절단 방식에 따른 절단 가공면의 상태에 대한 일례이다.
1 is a flowchart illustrating a method of cutting a brittle material according to an embodiment of the present invention.
2 is a view for explaining an initial cutting process in a substrate to be cut having a side defect according to an embodiment of the present invention.
3 is a view for explaining a complete cutting method on a substrate to be cut according to an embodiment of the present invention.
Fig. 4 is a view for explaining a method for securing the C chamfer.
Figures 5A-5C illustrate examples of substrate side defects of the present invention.
FIG. 6 is an example of a state of a cut machining surface according to a complete cutting method according to an embodiment of the present invention.

이하 첨부 도면들 및 첨부 도면들에 기재된 내용들을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세하게 설명하지만, 본 발명이 실시예들에 의해 제한되거나 한정되는 것은 아니다. DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Reference will now be made in detail to the preferred embodiments of the present invention, examples of which are illustrated in the accompanying drawings, wherein like reference numerals refer to the like elements throughout.

도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 취성 소재의 절단 방법을 설명하기 위한 흐름도이다.1 is a flowchart illustrating a method of cutting a brittle material according to an embodiment of the present invention.

도 1을 참조하면, 본 발명의 일실시예에 따른 레이저 가공 장치를 이용한 취성 소재 절단 방법은, 레이저 가공 장치의 제어 장치에 필요한 데이터의 설정(S100), 절단 대상 기판의 준비(S200), 레이저 가공 장치의 레이저 발생장치를 이용한 레이저 조사 시작(S300), 기판의 가장자리의 측면에서 절단시작(S400), 기판 상의 타겟 경로를 따라 절단 진행(S500) 등의 과정을 포함한다. Referring to FIG. 1, a brittle material cutting method using a laser processing apparatus according to an embodiment of the present invention includes setting data (S100) necessary for a control apparatus of a laser processing apparatus, preparing a substrate to be cut (S200) (S300), the start of cutting at the side of the edge of the substrate (S400), the cutting along the target path on the substrate (S500), and the like.

먼저, 본 발명에서 언급되는 절단 대상 기판은 유리 기판, 반도체 웨이퍼, 사파이어 기판, 쿼츠소재 및 각종 유기물을 포함한 고형상의 깨지기 쉬운 재료로 된 기판 등 취성(brittle) 소재로 된 기판을 의미한다. First, the substrate to be cut in the present invention refers to a substrate made of a brittle material such as a glass substrate, a semiconductor wafer, a sapphire substrate, a quartz material, and a substrate made of a solid and fragile material including various organic materials.

또한, 도면으로 도시하지 하지는 않았지만, 이하에서 언급되는 레이저 가공 장치는 절단 대상 기판을 로딩하기 위한 스테이지, 스테이지 상에 구비된 레이저 발생장치, 레이저 발생장치의 레이저를 기판으로 조사시키기 위한 광학계 등을 포함하며, 이외에도 이와 같은 레이저 가공 장치의 각 구성 요소를 제어하기 위한 제어장치, 사용자가 제어 데이터의 입력을 위한 사용자 인터페이스 등을 포함한다. 이와 같은 제어장치는 제어 신호를 발생시켜 스테이지나 광학계의 이송, 레이저 발생장치의 레이저 발생, 레이저가 기판 상에 포커싱 되도록 하기 위한 광학계의 제어 등을 수행할 수 있다. 이와 같은 레이저 발생장치는 잘 알려져 있으므로 자세한 설명은 생략하기로 한다. Although not shown in the drawings, the laser processing apparatus described below includes a stage for loading a substrate to be cut, a laser generating apparatus provided on the stage, and an optical system for irradiating the laser of the laser generating apparatus to the substrate A control device for controlling each component of the laser processing apparatus, and a user interface for inputting control data by the user. Such a control device may generate a control signal to perform the transfer of the stage or the optical system, the laser generation of the laser generation device, and the control of the optical system for focusing the laser on the substrate. Since such a laser generating apparatus is well known, a detailed description will be omitted.

이와 같은 취성 소재의 절단 대상 기판을 직선, 원, 타원, 아크 등 임의의 타겟 경로를 따라 절단하기 위하여, 위와 같은 사용자는 사용자 인터페이스를 이용하여 레이저 가공 장치의 제어장치에 레이저 발생 조건 및 절단 대상 기판의 절단될 경로를 미리 지정한 타겟 경로 등 절단에 필요한 데이터 입력으로 절단 제어 조건을 설정한다(S100). 여기서 기판 절단에 사용될 레이저는 펨토초(femto second)의 짧은 극초단 펄스 형태의 레이저로서, 레이저 발생장치를 제어하여 해당 펨토초 레이저를 발생시키기 위해 레이저 파워, 레이저 빔 스팟 사이즈 등에 대한 데이터의 입력으로 레이저 발생 조건을 설정할 수 있으며, 도 2와 같이 타겟 경로를 따라 기판을 자동으로 절단하기 위하여 해당 타겟 경로에 대한 데이터의 입력 등에 의한 절단 타겟(target) 경로를 설정할 수 있다. In order to cut such a brittle substrate to be cut along an arbitrary target path such as a straight line, a circle, an ellipse, or an arc, the above-mentioned user uses a user interface to control the laser processing condition of the laser processing apparatus, The cutting control condition is set to a data input required for cutting such as a target path in which a path to be cut in advance is specified (S100). Here, the laser to be used for cutting the substrate is a femtosecond short ultrashort-pulse laser. The laser generator controls the laser generator to generate the femtosecond laser. The laser power, the laser beam spot size, And a cutting target path can be set by inputting data to the target path in order to automatically cut the substrate along the target path as shown in FIG.

또한, 레이저 가공 장치의 스테이지 상에 유리 기판, 반도체 웨이퍼, 사파이어 기판 등 깨지기 쉬운 재료로 취성(brittle) 소재의 절단 대상 기판을 로딩(loading)한다(S200). 기판 로딩은 자동 또는 수동으로 이루어질 수 있다. 여기서 로딩되는 기판의 가장자리의 측면은 도 2와 같이 경면이 아닌 측면 디펙트가 있는 기판이 사용되어야 하는 것이 핵심이며, 특히, 하기하는 바와 같이 기판의 가장자리의 측면 중 레이저 조사 시작 위치는 경면이 아닌 측면 디펙트가 있어야 한다. In addition, a substrate to be cut of a brittle material is loaded on a stage of the laser processing apparatus by a fragile material such as a glass substrate, a semiconductor wafer, or a sapphire substrate (S200). The substrate loading can be done automatically or manually. As shown in FIG. 2, it is essential that a substrate having side defects other than the mirror surface is used as the side surface of the substrate to be loaded. Particularly, as described below, Side defects must be present.

절단 제어 조건의 설정(S100)과 기판 로딩(S200)이 이루어진 후, 절단 제어 조건의 설정(S100)에서 입력된 레이저 발생 조건에 따라 레이저 가공 장치의 레이저 발생 장치에서 발생하는 레이저를 기판 상의 타겟 경로를 따라 기판에 조사하여 레이저가 조사된 기판의 해당 부분에서 완전 절단이 이루어지도록 가공한다(S300~S500).After the setting of the cutting control condition (S100) and the loading of the substrate (S200), the laser generated in the laser generating apparatus of the laser processing apparatus is switched to the target path (S300 to S500) so that the laser beam is completely cut at the corresponding portion of the substrate.

절단 제어 조건의 설정(S100)에 따라 스테이지 또는 광학계를 이동시키면서, 도 2와 같이, 기판의 밖에서 레이저를 조사하기 시작한다(S300). 여기서, 펨토초(femto second)의 짧은 극초단 펄스 형태의 레이저를 사용하는 것이 바람직하며, 이외에도 짧은 조사 시간의 특성을 지닌 펄스 형태를 갖는 레이저(Nanosecond, Picosecond그리고 Femtosecond)가 사용될 수도 있다. As shown in Fig. 2, laser irradiation is started outside the substrate (S300) while moving the stage or the optical system in accordance with the setting of the cutting control condition (S100). In this case, it is preferable to use a femtosecond femtosecond short-pulse type laser, and in addition, a pulse type laser having a short irradiation time characteristic (Nanosecond, Picosecond, and Femtosecond) may be used.

도 2와 같이, 기판의 가장자리의 측면 중 레이저 조사 시작 위치는 경면(polishing surface)이 아닌 측면 디펙트가 있어야 한다. 보통 기판의 가장자리 측면들은 래핑, 연삭, 연마 등의 공정으로 표면 요철 거칠기가 수십 마이크로미터 이내까지 치수, 형상, 다듬질 정도를 갖도록 경면 가공되어 작업에 사용되도록 하지만, 여기서는 이와 같은 경면 가공이 되지 않거나 경면 가공되더라도 표면 요철 거칠기가 수백 마이크로미터 이상(예, 레이저 빔 스팟 사이즈보다 큰 정도)의 치수, 형상, 다듬질 정도를 갖는 측면 요철 디펙트가 있는 기판이 사용되는 것이 바람직하다. As shown in FIG. 2, the laser irradiation start position among the side edges of the substrate must have a side defect, not a polishing surface. Usually, the edge side surfaces of the substrate are mirror-polished so that the roughness of the surface of the substrate is in the range of several tens of micrometers or less, and is used for the work by lapping, grinding, polishing or the like. However, It is preferable to use a substrate having a side surface irregular defect having a dimension, shape, and finish degree of a surface irregularity roughness of several hundred micrometers or more (e.g., greater than a laser beam spot size) even if it is processed.

여기서 기판의 가장자리의 측면에 디펙트를 형성하는 방법으로서, 취성 소재 안에 크랙을 유발시키는 Nanosecond, Picosecond 그리고 Femtosecond 레이저 펄스를 이용해 가공을 하거나(도 5a, 5b, 5c 참조), 그라인딩처럼 유리면을 탁하게 하는 후처리 방법 또는 사포와 같은 재질로 유리면을 문질러 유리면을 탁하게 하는 방법 등이 사용될 수 있다. Here, as a method of forming a defect on the side of the edge of the substrate, it is possible to use a nanosecond, a picosecond and a femtosecond laser pulse (see Figs. 5A, 5B and 5C) for causing cracks in the brittle material A post-treatment method, or a method of rubbing the glass surface with a material such as sandpaper to make the glass surface cloudy.

이와 같은 가공의 디펙트의 사례로서 강화유리(예, 코닝 고릴라III, 40um DOL 강화) 기판에서, 도 5a와 같이 글라스 면취용 그라인딩 가공이나 사포 등으로 가공한 경우 기판 측면이 전체적으로 거친면을 확보할 수 있으며, 도 5b와 같이 펄스 레이저를 이용해 기판 내부에 레이저 포커싱하여 가공한 경우(Inter-volume에 가공) 기판의 측면이 될 목적 부분에 목적하는 디펙트를 확보할 수 있으며, 또한, 도 5c와 같이 펄스 레이저를 이용해 기판 외부에 레이저 포커싱하고 필라멘테이션(filamentation) 현상으로 가공한 경우에도 기판의 측면이 될 목적 부분에 목적하는 디펙트를 확보할 수 있다.As an example of such a processing defect, when the substrate is processed by tempering glass (for example, Corning Gorilla III, 40 um DOL strengthened) substrate by grinding for glass surface or sandpaper as shown in FIG. 5A, 5B, when a laser beam is applied to the inside of the substrate using a pulse laser (machining to an inter-volume), a desired defect can be secured in a target portion to be a side surface of the substrate. Similarly, when the laser is focused on the outside of the substrate by using a pulsed laser and processed by filamentation, desired defects can be secured in a target portion to be a side surface of the substrate.

이와 같은 기판의 밖에서 레이저를 조사하기 시작하여(S300), 레이저가 기판의 레이저 조사 시작 위치에 다다르면, 해당 레이저 조사 부분의 측면 디펙트에서 크랙 발생으로 완전 절단이 이루어지기 시작하면서(S400), 이와 같은 기판의 레이저 조사 시작 위치를 거쳐 도 3과 같이 기판 상의 타겟 경로를 따라가 연속적으로 분리되는 완전 절단이 이루어지게 된다(S500). 이에 따라 타겟 경로를 따라 분리 절단된 목적물을 언로딩하면(꺼내면), 별도의 후속 브레이킹 공정없이 원하는 목적물을 획득할 수 있게 된다.When the laser is irradiated outside the substrate (S300) and the laser reaches the laser irradiation start position of the substrate, complete cutting is started by cracking in the side defect of the laser irradiation portion (S400) The laser beam is irradiated to the laser irradiation start position of the same substrate and is completely cut along the target path on the substrate as shown in FIG. 3 (S500). Accordingly, unloading the object that has been separated and cut along the target path (withdrawal) makes it possible to obtain a desired object without a separate subsequent braking process.

이와 같이 기판의 레이저 조사 시작 위치에서 측면에 디펙트가 있는 기판의 사용으로, 해당 측면 디펙트에서 완전 절단이 이루어지도록 기판의 측면 디펙트에서 절단이 시작하게 된다. 측면 디펙트가 없이 경면 가공된 경우에는 레이저 빔의 반사나 산란으로 인하여 레이저를 흡수하지 못하고 완전 절단이 시작되지 못하게 된다. Thus, by using a substrate having a defect on the side surface at the laser irradiation start position of the substrate, the cutting is started in the side defect of the substrate so that complete cutting is performed in the relevant side defect. In the case of mirror-surface processing without side defects, the laser can not absorb the laser beam due to reflection or scattering of the laser beam, and complete cutting can not be started.

이때 도 3과 같이 레이저가 조사되는 부분에서 불규칙한 방향으로의 깨짐없이 완전 절단하기 위하여, 기판의 측면 디펙트에 조사되는 레이저 빔 스팟과 그에 인접한 기판 상의 레이저가 조사되는 부분의 레이저 빔 스팟(spot)이 중첩되면서 완전 절단이 시작되는 원리를 이용한다. 즉, 광학계나 스테이지 이동에 의해 레이저가 타겟 경로를 따라가는 속도는 중요하며, 레이저 펄스 빔의 적절한 중첩이 없으면 기판을 절단하는 에너지 부족으로 인접 부분에서의 완전 절단이 연속되지 못할 수도 있으며 내부에 개질되는 크랙만 발생하여 추후 힘을 가하여 절단하여야 하는 후속 공정이 필요하게 될 수도 있다. 또한, 레이저 파워가 과도하여 레이저 빔 스팟들의 중첩 시에 기판에서 발생되는 열은 음파 진동을 유발하고, 이와 같은 음파 진동은 취성 소재의 기판이 불규칙한 방향으로 깨지게 되는 문제가 발생할 수 있다.As shown in FIG. 3, in order to completely cut the laser beam spot without being broken in the irregular direction, the laser beam spot of the portion irradiated with the side defect and the laser beam on the substrate adjacent thereto is spot- And the complete cutting is started while being overlapped with each other. That is, the speed at which the laser follows the target path by the optical system or the stage movement is important, and without the proper overlap of the laser pulse beam, the complete cut at the adjacent portion may not be continuous due to lack of energy to cut the substrate, It may be necessary to perform a subsequent process in which only a crack is generated so as to cut it by applying a further force. In addition, when the laser power is excessive, the heat generated in the substrate at the time of overlapping the laser beam spots causes a sound wave vibration, and such a sound wave vibration may cause a problem that the substrate of the brittle material breaks in an irregular direction.

따라서, 본 발명에서는 레이저 파워, 레이저 이동속도에 따른 레이저 빔 스팟들의 연속적인 중첩(오버랩) 정도 등을 적절히 조절함으로써, 기판 상의 레이저가 조사되는 부분에서의 열발생이 최소화되도록 하여 음파 발생과 발생된 음파 진동의 전달을 제거 또는 억제하는 조건에서 공정을 진행하여 기판이 불규칙한 방향으로의 깨짐이 발생하지 않도록 한 원리를 이용하였다(S500). Accordingly, in the present invention, by properly controlling the laser power and the degree of overlapping (overlap) of the laser beam spots according to the laser movement speed, it is possible to minimize the heat generation at the laser irradiated portion on the substrate, The process is performed under the condition of eliminating or suppressing the transmission of the sound wave vibration so as to prevent the substrate from being broken in an irregular direction (S500).

이와 같은 취성 소재의 완전 절단 방법으로 절단된 기판의 절단면에 대한 현미경 사진을 도 6에 예시하였다. 여기서, 100~500 femtosecond laser, 반복률 50~200kHz, 파워 5~20W, 절단속도(스테이지나 광학계의 이송 속도) 10~300mm/sec의 조건에서 도 6의 절단면 사진과 같은 경면의 절단품질을 얻을 수 있었다. 이 경우 강성평가(Bending Strength, 4 point bending 실험)의 결과로 600MPa 이상의 강성 확보가 가능함을 확인하였다. 또한, 상기 절단속도를 스테이지나 광학계의 이송 속도로 언급하였으나, 스테이지가 이동할 때, 고정된 레이저를 중심으로 보면, 레이저가 스테이지 상을 이동하는 것으로 볼 수 있으므로 상기 레이저가 타겟 경로를 따라 이동하는 속도도 10~300mm/sec가 된다. 상기 광학계가 이송하는 경우에는 광학계에서 반사된 레이저가 이동하는 것으로 볼 수 있다.A microscope photograph of the cut surface of the substrate cut by the complete cutting method of the brittle material is illustrated in FIG. Here, the cutting quality of the mirror surface as shown in the sectional view of FIG. 6 can be obtained under conditions of 100 to 500 femtosecond laser, repetition rate of 50 to 200 kHz, power of 5 to 20 W, and cutting speed (conveying speed of the stage or optical system) of 10 to 300 mm / there was. As a result of the bending strength (4 point bending test), it was confirmed that the rigidity of 600 MPa or more can be secured. In addition, although the cutting speed is referred to as a stage or a conveyance speed of the optical system, when the stage moves, it can be seen that the laser moves on the stage when viewed from a fixed laser, 10 to 300 mm / sec. When the optical system is transported, it can be seen that the laser reflected from the optical system moves.

이와 같은 본 발명의 취성 소재의 절단 방법에 따라, 기판 상의 레이저가 조사되는 부분에 대한 냉각 없이도 열발생이 최소화되는 조건에서 공정을 수행하여 기판이 불규칙한 방향으로 깨짐없이 녹여 완전 절단할 수 있게 된다. 또한 절단 예정선 공정과 같은 크랙 형성을 위한 선공정 후에 힘을 가하여 브레이킹하는 후속공정 없이도 취성 소재를 완전 절단하게 되므로, 공정 비용을 줄이며 절단면의 품질을 높일 수 있다. 그리고, 원, 타원, 아크 형태 등 자유 곡선으로 된 타겟 경로는 물론 모서리 강도 제고를 위한 C면취(모따기)나 라운딩(도 4 참조)에 대하여도 같은 방법으로 용이하게 절단할 수 있다. C면취(모따기)나 라운딩에 있어서는 스테이지 또는 광학계를 적절히 움직여 레이저가 기판의 모서리를 향하도록 함으로써 측면 디펙트가 있는 기판의 모서리를 일정 길이 잘라내거나 둥글게 가공할 수 있다.According to the method of cutting a brittle material according to the present invention, the substrate can be completely cut by melting in an irregular direction by performing a process under a condition that heat generation is minimized without cooling the laser irradiated portion on the substrate. In addition, since the brittle material is completely cut without a subsequent process of applying a force after a line process for forming cracks such as a line to be cut, and breaking the brittle material, the process cost can be reduced and the quality of the cut surface can be improved. In addition, the C-chamfering (chamfer) or rounding (see FIG. 4) for enhancing the edge strength as well as the target path made of a free curve such as a circle, an ellipse, and an arc shape can be easily cut by the same method. In C chamfering or rounding, the stage or the optical system is appropriately moved so that the laser is directed to the edge of the substrate, so that the edge of the substrate having the side defects can be cut to a certain length or rounded.

이상과 같이 본 발명은 비록 한정된 실시 예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 상기의 실시 예에 한정되는 것은 아니며, 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이러한 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다. 그러므로, 본 발명의 범위는 설명된 실시 예에 국한되어 정해져서는 아니 되며, 후술하는 특허청구범위뿐 아니라 이 특허청구범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.While the invention has been shown and described with reference to certain preferred embodiments thereof, it will be understood by those of ordinary skill in the art that various changes in form and details may be made therein without departing from the spirit and scope of the invention as defined by the appended claims. This is possible. Therefore, the scope of the present invention should not be limited to the described embodiments, but should be determined by the equivalents of the claims, as well as the claims.

Claims (8)

레이저 가공 장치에서 취성 소재 절단 방법에 있어서,
제어 장치에 레이저 발생 조건과 절단 대상 기판의 절단될 경로를 미리 지정한 타겟 경로를 설정하는 단계;
상기 기판의 측면에 상기 제어 장치에서 설정된 레이저 빔 스팟 보다 큰 표면 요철 거칠기를 갖는 측면 디펙트를 형성하고, 상기 측면 디펙트가 형성된 기판을 스테이지 상에 로딩하는 단계; 및
상기 레이저 발생 조건에 따라 레이저 발생 장치에서 발생하는 레이저를 상기 타겟 경로를 따라 상기 기판에 조사하여 레이저가 조사된 상기 기판의 해당 부분에서 완전 절단이 이루어지는 단계를 포함하되,
상기 레이저 발생 장치에서 발생하는 레이저의 조사 시작 위치는 상기 절단 대상 기판의 측면 디펙트와 대응되며,
상기 완전 절단이 이루어지는 단계에서,
상기 기판의 상기 레이저 조사 시작 위치 밖에서 레이저를 조사하기 시작하고, 레이저가 조사되는 부분이 상기 레이저 조사 시작 위치를 거쳐 상기 기판 상의 상기 타겟 경로를 따라 가도록 하는 것을 특징으로 하는 취성 소재 절단 방법.
In a brittle material cutting method in a laser processing apparatus,
Setting a target path in advance in the control device to specify a laser generation condition and a path to be cut of the substrate to be cut;
Forming side defects on the side surface of the substrate having a surface irregularity roughness larger than the laser beam spot set by the control device and loading the substrate on which the side defects are formed on the stage; And
And irradiating the substrate with a laser generated in the laser generator in accordance with the laser generation condition along the target path so that complete cutting is performed at the corresponding portion of the substrate irradiated with the laser,
The irradiation start position of the laser generated in the laser generator corresponds to the side defect of the substrate to be cut,
In the step of complete cutting,
Wherein the irradiation of the laser beam is started outside the laser irradiation start position of the substrate so that a portion irradiated with the laser beam follows the target path on the substrate via the laser irradiation start position.
삭제delete 제1항에 있어서,
상기 기판 상의 레이저가 조사되는 부분에 대한 냉각 없이 이루어지고, 상기 기판 상의 레이저가 조사되는 부분에서 불규칙한 방향으로의 깨짐없이 녹여 완전 절단하는 것을 특징으로 하는 취성 소재 절단 방법.
The method according to claim 1,
Wherein the laser beam is completely cut without melting the laser beam on the substrate and is melted without breaking in an irregular direction on the laser beam irradiated portion of the substrate.
제1항에 있어서,
상기 기판 상의 레이저가 조사되는 부분에서의 열발생 최소화에 의한 음파 진동의 전달을 제거하여 불규칙한 방향으로의 깨짐이 발생하지 않도록 한 원리를 이용한 것을 특징으로 하는 취성 소재 절단 방법.
The method according to claim 1,
Wherein a propagation of a sound wave vibration due to minimization of heat generation at a laser-irradiated portion on the substrate is eliminated to prevent cracking in an irregular direction.
제1항에 있어서,
상기 레이저 조사 시작 위치에서의 상기 측면 디펙트가 레이저를 흡수하여 완전 절단이 이루어지도록 상기 기판의 상기 측면 디펙트 부분을 녹이기 시작하고, 상기 측면 디펙트에 조사되는 레이저 빔 스팟과 그에 인접한 상기 기판 상의 레이저가 조사되는 부분의 레이저 빔 스팟이 중첩되면서 완전 절단이 시작되는 원리를 이용한 것을 특징으로 하는 취성 소재 절단 방법.
The method according to claim 1,
The side defects at the laser irradiation start position begin to melt the side defective portion of the substrate so that the laser beam is absorbed and complete cutting is performed, and the laser beam spot irradiated to the side defects and the laser beam spot Wherein the laser beam spot of the portion to be irradiated with the laser beam is superposed and the complete cutting is started.
제1항에 있어서,
상기 기판은 유리 기판, 반도체 웨이퍼, 또는 사파이어 기판을 포함하는 취성 소재의 기판인 것을 특징으로 하는 취성 소재 절단 방법.
The method according to claim 1,
Wherein the substrate is a brittle substrate comprising a glass substrate, a semiconductor wafer, or a sapphire substrate.
제1항에 있어서,
상기 레이저는 펨토초 레이저인 것을 특징으로 하는 취성 소재 절단 방법.
The method according to claim 1,
Wherein the laser is a femtosecond laser.
제5항에 있어서,
상기 레이저 빔 스팟과 그에 인접하는 레이저 빔 스팟의 중첩을 위해 상기 레이저가 타겟 경로를 따라가는 속도는 10~300mm/sec인 것을 특징으로 하는 취성 소재 절단 방법.
6. The method of claim 5,
Wherein a speed at which the laser follows the target path for superposition of the laser beam spot and the laser beam spot adjacent thereto is 10 to 300 mm / sec.
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