KR102652037B1 - 기판 절단방법 - Google Patents

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KR102652037B1
KR102652037B1 KR1020210106029A KR20210106029A KR102652037B1 KR 102652037 B1 KR102652037 B1 KR 102652037B1 KR 1020210106029 A KR1020210106029 A KR 1020210106029A KR 20210106029 A KR20210106029 A KR 20210106029A KR 102652037 B1 KR102652037 B1 KR 102652037B1
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박홍진
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(주)중우엠텍
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    • C03—GLASS; MINERAL OR SLAG WOOL
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    • C03B33/00—Severing cooled glass
    • C03B33/02—Cutting or splitting sheet glass or ribbons; Apparatus or machines therefor
    • C03B33/0222—Scoring using a focussed radiation beam, e.g. laser
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C03—GLASS; MINERAL OR SLAG WOOL
    • C03C—CHEMICAL COMPOSITION OF GLASSES, GLAZES OR VITREOUS ENAMELS; SURFACE TREATMENT OF GLASS; SURFACE TREATMENT OF FIBRES OR FILAMENTS MADE FROM GLASS, MINERALS OR SLAGS; JOINING GLASS TO GLASS OR OTHER MATERIALS
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Abstract

본 발명은 모기판 상에 설정된 절단예정선의 일부 구간에 대해 제1레이저빔을 조사하여 기판에 변형부를 형성하고, 이후 에칭 용액에 모기판을 담근 상태에서 변형부가 에칭되어 제거되면서 절단예정선의 일부 구간을 예비 절단하고, 이후 단위기판을 포함한 모기판을 에칭 용액에서 분리한 상태에서 절단예정선의 절단되지 않은 나머지 구간에 대해 제2레이저빔을 조사하여 모기판으로부터 단위기판을 최종 분리함으로써, 공정이 간소화되면서도 절단 품질을 높일 수 있고, 단위기판의 효율적인 제조가 가능한 기판 절단방법을 제공함에 있다. 이를 위한 본 발명은 모기판 상에 설정된 절단예정선의 일부 구간인 제1절단예정선을 따라 제1레이저빔을 조사하여 상기 제1절단예정선에 변형부를 형성하는 변형부 형성단계; 상기 변형부가 형성된 상기 모기판을 에칭 용액에 담근 상태에서 상기 변형부가 에칭되어 제거되면서 상기 제1절단예정선이 절단되도록 하는 부분 절단단계; 및 상기 제1절단예정선이 절단된 상기 모기판을 에칭 용액에서 분리한 상태에서 상기 절단예정선의 나머지 구간인 제2절단예정선을 따라 제2레이저빔을 조사하여 상기 모기판으로부터 단위기판을 분리하는 기판 분리단계;를 포함하는 특징을 개시한다.

Description

기판 절단방법{METHOD FOR CUTTING SUBSTRATE}
본 발명은 기판 절단방법에 관한 것으로, 상세하게는 한 장의 모기판으로부터 디스플레이 장치에 사용되는 여러 개의 단위기판을 대량으로 제조하기 위하여, 한 장의 모기판 상에 단위기판에 해당하는 복수개의 단위셀들을 설정하고, 설정된 단위셀들을 모기판으로부터 절단하여 분리하는 기판 절단방법에 관한 것이다.
[이 발명을 지원한 연구개발사업]
[과제고유번호] D2020158
[부처명] 경기도
[연구관리전문기관] (재)경기도경제과학진흥원
[연구사업명] 경기도 기술개발사업
[연구과제명] 폴더블 디스플레이 글라스 미드프레임 기술 개발
[기여율] 1/1
[주관연구기관] ㈜중우엠텍
[연구기간] 2020. 9. 1 ~ 2021. 8. 31
스마트폰 등의 디스플레이 장치에 사용되는 디스플레이나 커버글라스 등의 패널은 유리 재질의 기판을 이용하여 제작된다.
디스플레이 장치에 사용되는 유리 재질의 기판은 한 장의 모기판(원장) 상에 단위기판에 해당하는 복수개의 단위셀을 구획 설정하고, 이후 모기판으로부터 설정된 단위셀들을 절단하여 분리함으로써, 한 번에 여러 장의 기판을 대량으로 생산해낼 수 있다.
유리 재질의 기판을 절단하는 방법에는 다아이몬드 등 초경 재료를 이용한 물리적 절단 방식과, 레이저빔을 이용한 절단 방식과, 화학적 에칭 방식 등이 있다.
물리적 절단 방식 및 레이저 절단 방식은 정도의 차이가 있으나, 절단면이 날카롭고 불규칙하며 미세 크랙이 형성될 수 있고, 이에 따라, 절단 후 연마 등 절단면에 대한 후속 공정이 요구된다. 특히, 박막 유리나 플랙시블 유리 기판과 같이 기판에 인장 응력이 작용할 경우 미세 크랙은 기판의 파손으로 이어질 수 있다. 이를 예방하기 위해 절단면에 대한 연마나 화학적 에칭을 통해 크랙을 제거하는 후속 공정이 필수적으로 요구된다.
또한, 기판이 소형화될수록 원장인 모기판에는 많은 수의 단위셀이 배열되는데, 이 경우 물리적 절단 방식 및 레이저 절단 방식은 절단 횟수가 비례하여 증가되므로, 생산성이 낮아지는 문제가 있다.
또한, 레이저빔을 조사하여 유리 기판을 절단하는 경우에는 절단선 영역에 심한 온도 편차가 발생하여 절단 시 파손을 유발하기 때문에 많은 제약이 있고, 이를 위해서는 고가의 장비가 요구되지만, 고가의 장비를 사용하더라도 절단면에는 미세 크랙이 발생될 수 있고, 특히 박막 유리나 플랙세블 유리 기판의 경우는 절단면에 형성된 미세 크랙을 제거하기 위한 후속 공정이 필요하다. 또한, 유리 기판에 존재하는 이물질은 레이저 절단 시 불량을 유발하는 요인이 되기 때문에 레이저 절단 공정 전후로 기판 세정 공정이 요구되고, 레이저 절단 공정 역시 클린 공정이 요구된다.
화학적 에칭 방식은 절단선을 제외한 부분을 경화막으로 마스킹한 후 강산 등의 에칭 용액에 기판을 담근 상태에서 절단하는 방식이다. 이러한 화학적 에칭 방식은 전술한 물리적 절단 방식 및 레이저 절단 방식에 비해 대량 생산이 용이하고, 미세 크랙이 없어 불량률이 낮다는 장점이 있다. 하지만, 절단면이 예리하지 못하고 경사지거나 굴곡지는 등 에칭 공정 특유의 정밀도가 떨어지고, 장시간 에칭 용액에 담근 상태에서는 기판 표면이 손상될 수 있는 단점이 있다.
한편, 최근 화학적 에칭 방식의 하나로, 마스킹을 하지 않고 절단선을 따라 레이저 빔을 조사하여 유리 기판의 성질이 변형된 변형부를 형성하고, 이렇게 레이저빔에 의해 변형된 변형부에서 에칭 속도가 상대적으로 증가하는 현상을 이용한 방식이 있다. 즉, 레이저빔에 의해 유리 기판의 성질이 변형된 변형부는 다른 부분에 비해 빠른 에칭 속도로 에칭되면서 절단될 수 있다.
이러한 레이저 절단 방식 및 화학적 에칭 방식이 복합된 절단 방식은 전술한 순수 화학적 에칭 방식에 비해 절단면의 테이퍼가 작게 형성되고 폴딩에 유리한 우수한 품질의 절단면을 확보할 수 있으며, 절단과 연마가 동시에 진행되므로 별도의 후속 공정이 불필요하고, 높은 생산성을 가지는 장점이 있다.
하지만, 레이저 절단 방식 및 화학적 에칭 방식이 복합된 절단 방식의 경우, 원장인 모기판에 설정된 단위셀의 절단선을 따라 레이저빔을 조사하여 단위셀의 절단선에 변형부를 형성한 후, 이를 에칭 용액이 수용된 에칭 베스에 넣어 에칭 속도가 빠른 변형부가 절단되면서 분리되는데, 이때 분리된 여러 개의 단위기판들이 에칭 베스 상에서 부유하게 되고, 부유하는 단위기판이 모기판이나 절단된 다른 단위기판들과 접촉되면서 표면 불량이 발생되는 문제가 있다.
또한, 이를 해소하기 위해서는 에칭 용액내에서 절단되는 단위기판의 위치를 고정하기 위한 지그 등의 지지구조체가 요구되는데, 에칭 베스에서 부유하는 박막 유리나 플랙시블 유리 기판을 홀딩하기에는 물리적으로 쉽지가 않고, 에칭 베스 상에 지지구조체를 설치하기에도 설계 상의 많은 어려움이 발생된다. 뿐만 아니라, 단위기판이 자유롭게 부유되지 않도록 지지구조체를 이용하여 단위기판의 위치를 고정하였다 하더라도, 지지구조체가 접촉된 단위기판의 일부 영역에서는 에칭 방해로 인하여 표면 불량이 발생하는 문제가 있다.
대한민국 공개특허공보 제2017-0115595호 (2017.10.17. 공개)
상술한 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 과제는 모기판 상에 설정된 절단예정선의 일부 구간에 대해 제1레이저빔을 조사하여 기판에 변형부를 형성하고, 이후 에칭 용액에 모기판을 담근 상태에서 변형부가 에칭되어 제거되면서 절단예정선의 일부 구간을 예비 절단하며, 이후 단위기판을 포함한 모기판을 에칭 용액에서 분리한 상태에서 절단예정선의 절단되지 않은 나머지 구간에 대해 제2레이저빔을 조사하여 모기판으로부터 단위기판을 최종 분리함으로써, 공정이 간소화되면서도 절단 품질을 높일 수 있고, 단위기판의 생산 효율을 높일 수 있는 기판 절단방법을 제공함에 있다.
상술한 과제를 해결하기 위한 본 발명의 일실시예에 따른 기판 절단방법은, 모기판 상에 설정된 절단예정선의 일부 구간인 제1절단예정선을 따라 제1레이저빔을 조사하여 상기 제1절단예정선에 변형부를 형성하되, 상기 변형부가 상기 모기판의 표면으로부터 일정 거리 이격된 상기 모기판의 내부에 형성되도록 하는 변형부 형성단계; 상기 변형부가 형성된 상기 모기판을 에칭 용액에 담근 상태에서 상기 모기판의 표면이 에칭되어 박형화가 이루어지고, 상기 변형부가 에칭되어 제거되면서 상기 제1절단예정선만 절단되도록 하여 단위기판이 상기 에칭 용액 상에서 상기 모기판 상에 부분적으로 결합되도록 하는 부분 절단단계; 상기 제1절단예정선이 절단된 상기 모기판을 에칭 용액에서 분리한 상태에서 상기 제2절단예정선을 매개로 상기 모기판 상에 결합된 복수개의 단위기판에 대해 일괄적으로 처리 공정을 수행하는 기판 처리단계; 및 상기 절단예정선의 나머지 구간인 제2절단예정선을 따라 제2레이저빔을 조사하여 상기 모기판으로부터 단위기판을 분리하는 기판 분리단계;를 포함하고, 상기 제1절단예정선의 길이는 상기 제2절단예정선의 길이보다 긴 것을 특징으로 한다.
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본 발명의 일실시예에 따른 기판 절단방법에 있어서, 상기 제1절단예정선 및 상기 제2절단예정선은 각각 불연속되는 복수의 라인을 가질 수 있다.
본 발명의 일실시예에 따른 기판 절단방법에 있어서, 상기 변형부 형성단계 이전에 수행되며, 상기 모기판 상에 상기 단위기판에 상응하는 상기 절단예정선을 설정하는 절단예정선 설정단계;를 더 포함할 수 있고, 이 경우 상기 절단예정선 설정단계는 상기 제1레이저빔 또는 상기 제2레이저빔이 상기 절단예정선에 일치되어 정렬될 수 있도록, 상기 모기판 상에 하나 이상의 기준점을 설정하는 기준점 설정단계를 포함할 수 있다.
상술한 과제를 해결하기 위한 본 발명의 다른 실시예에 따른 기판 절단방법은, 모기판 상에 설정된 절단예정선의 일부 구간인 제1절단예정선을 따라 제1레이저빔을 조사하여 상기 제1절단예정선에 변형부를 형성하되, 상기 변형부가 상기 모기판의 표면으로부터 일정 거리 이격된 상기 모기판의 내부에 형성되도록 하는 변형부 형성단계; 상기 변형부가 형성된 상기 모기판을 에칭 용액에 담근 상태에서 상기 모기판의 표면이 에칭되어 박형화가 이루어지고, 상기 변형부가 에칭되어 제거되면서 상기 제1절단예정선만 절단되도록 하여 단위기판이 상기 에칭 용액 상에서 상기 모기판 상에 부분적으로 결합되도록 하는 부분 절단단계; 상기 제1절단예정선이 절단된 상기 모기판을 에칭 용액에서 분리한 상태에서 상기 제2절단예정선을 매개로 상기 모기판 상에 결합된 복수개의 단위기판에 대해 일괄적으로 처리 공정을 수행하는 기판 처리단계; 및 상기 절단예정선의 나머지 구간인 제2절단예정선이 파단되도록 물리적 외력을 가압하여 상기 모기판으로부터 단위기판을 분리하는 기판 분리단계;를 포함하고, 상기 제1절단예정선의 길이는 상기 제2절단예정선의 길이보다 긴 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따르면, 모기판 상에 설정된 절단예정선의 일부 구간에 대해 제1레이저빔을 조사하여 변형부를 형성하고, 이후 에칭 용액에 모기판을 담근 상태에서 변형부가 에칭되어 제거되면서 절단예정선의 일부 구간이 절단되도록 함으로써, 절단면의 테이퍼 앵글을 작게 형성하는 등 우수한 품질의 절단면을 확보할 수 있고, 절단과 연마가 동시에 진행되므로 별도의 후속 공정이 불필요하며, 생산성을 높일 수 있다.
본 발명에 따르면, 변형부가 형성되지 않은 절단예정선의 나머지 구간은 에칭 용액에서 분리된 상태에서 최종 절단되어 단위기판이 분리되도록 함으로써, 에칭 과정에서 단위기판이 부유하면서 모기판이나 다른 단위기판들과 접촉되어 표면 불량이 발생되는 문제를 예방할 수 있다.
본 발명에 따르면, 패턴이 형성된 절단면을 가지는 기판, 두께가 얇은 박형 기판, 플렉시블 기판과 같이, 절단면에 대한 후속 연마 공정이 불가하거나 절단면에 다량의 크랙이 발생되는 기판에 대해 매우 우수한 품질의 절단면을 제공할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 기판 절단방법의 순서도이다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 절단예정선 설정단계를 설명하기 위한 모기판의 평면 예시도이다.
도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따른 절단예정선 설정단계를 설명하기 위한 단위기판의 평면 예시도이다.
도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 변형부 형성단계를 설명하기 위한 예시도이다.
도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 부분 절단단계를 설명하기 위한 예시도이다.
도 6은 본 발명의 일실시예에 따른 기판 분리단계를 설명하기 위한 예시도이다.
도 7은 본 발명의 다른 실시예에 따른 기판 절단방법의 순서도이다.
이하 상술한 해결하고자 하는 과제가 구체적으로 실현될 수 있는 본 발명의 바람직한 실시예들이 첨부된 도면을 참조하여 설명된다. 본 실시예들을 설명함에 있어서, 동일 구성에 대해서는 동일 명칭 및 동일 부호가 사용될 수 있으며 이에 따른 부가적인 설명은 생략될 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 기판 절단방법의 순서도이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 기판 절단방법은 모기판 상에 배열된 하나 이상의 단위기판을 절단하는 것으로, 절단예정선 설정단계(S110), 변형부 형성단계(S120), 부분 절단단계(S130), 기판 분리단계(S140)를 포함할 수 있다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 절단예정선 설정단계를 설명하기 위한 모기판의 평면 예시도이다.
도 2를 추가 참조하면, 절단예정선 설정단계(S110)는 모기판(10) 상에 단위기판(100)에 상응하는 절단예정선(CL)을 설정하는 단계일 수 있다.
절단예정선(CL)은 단위기판(100)의 형상과 상응하는 형상을 가지며, 폐곡선을 이룰 수 있다. 이에 따라, 절단예정선(CL)을 따라 절단 가공이 완료되면 단위기판(100)은 모기판(10)으로부터 완전히 분리될 수 있다.
모기판(10)에는 복수개의 단위기판(100)이 배열될 수 있고, 이에 따라, 절단예정선(CL)은 단위기판(100)의 수량에 상응하게 모기판(10) 상에 복수개가 배열될 수 있다.
절단예정선 설정단계(S110)는 기준점 설정단계를 포함할 수 있다.
기준점 설정단계는 제1레이저빔(L1: 도 4참조) 또는 제2레이저빔(L2: 도 6참조) 조사 시, 제1레이저빔(L1) 또는 제2레이저빔(L2)이 절단예정선(CL)에 일치되어 정렬될 수 있도록 모기판(10) 상에 하나 이상의 기준점(SP)을 설정하는 단계일 수 있다. 이에 따라, 후술되는 변형부 형성단계(S120)에서 제1레이저빔(L1) 조사 시, 미리 설정된 기준점(SP)을 기준으로 제1레이저빔(L1)의 초점을 목표로 하는 절단예정선(CL) 상에 빠르게 일치시켜 정렬할 수 있다. 마찬가지 후술되는 기판 분리단계(S140)에서 제2레이저빔(L2) 조사 시, 미리 설정된 기준점(SP)을 기준으로 제2레이저빔(L2)의 초점을 목표로 하는 절단예정선(CL) 상에 빠르게 일치시켜 정렬할 수 있다.
이러한 기준점(SP)은 단위기판(100)에 중첩되지 않는 모기판(10) 상의 임의의 영역에 배치될 수 있고, 기준점(SP)은 절단예정선(CL) 상의 임의의 위치에 배치될 수도 있으며, 예컨대, 후술되는 제1절단예정선(CL1) 및 제2절단예정선(CL2)의 경계 영역에 배치될 수도 있다. 또한, 기준점(SP)은 하나의 모기판(10)에 하나의 기준점(SP)이 배치될 수 있고, 하나의 모기판(10)에 배열되는 복수개의 단위기판(100)의 수량에 상응하는 수량으로 배치될 수도 있다.
한편, 절단예정선(CL)은 제1절단예정선(CL1) 및 제2절단예정선(CL2)을 가질 수 있다.
제1절단예정선(CL1)은 절단예정선(CL)의 일부 구간을 형성하는 것으로, 후술되는 변형부 형성단계(S120)에서 제1레이저빔(L1)이 조사되는 영역에 해당된다.
제1절단예정선(CL1)은 불연속되는 복수의 라인을 가질 수 있다. 제1절단예정선(CL1)의 불연속하는 복수의 라인은 단위기판(100)의 평면도 상에서 대칭 구조를 이룰 수 있다.
일예로, 도 2에서와 같이, 단위기판(100)의 수직 중심선을 기준으로 좌측 및 우측으로 분리된 채 대칭하는 한 쌍의 제1절단예정선(CL1)을 가질 수 있다.
또한, 도 3에서와 같이, 제1절단예정선(CL1)은 불연속하는 복수의 라인들이 이격하여 반복 형성된 스티치(stitch) 타입으로 배치될 수도 있다.
절단예정선(CL)의 전체 길이를 L이라고 가정하면, 제1절단예정선(CL1)의 전체 길이는 L/2보다 클 수 있다.
제2절단예정선(CL2)은 절단예정선(CL)의 나머지 구간을 형성하는 것으로, 후술되는 기판 분리단계(S140)에서 제2레이저빔(L2)이 조사되는 영역에 해당된다.
제1절단예정선(CL1)이 불연속되는 복수의 라인을 가질 경우, 제2절단예정선(CL2) 역시 불연속되는 복수의 라인을 가질 수 있다. 제2절단예정선(CL2)의 불연속하는 복수의 라인은 단위기판(100)의 평면도 상에서 대칭 구조를 이룰 수 있다.
일예로, 도 2에서와 같이, 단위기판(100)의 수평 중심선을 기준으로 상측 및 하측으로 분리된 채 대칭하는 한 쌍의 제2절단예정선(CL2)을 가질 수 있다.
또한, 도 3에서와 같이, 제1절단예정선(CL1)의 불연속하는 복수의 라인들이 스티치 타입으로 배치될 경우, 제2절단예정선(CL2) 역시 불연속하는 복수의 라인들이 이격하여 반복 형성된 스티치 타입으로 배치될 수도 있다.
이처럼 제2절단예정선(CL2)은 에칭 용액(E)에 담겨진 상태에서 제1절단예정선(CL1)이 절단된 단위기판(100)이 모기판(10)에 안정적으로 결합된 상태를 유지할 수 있을 만큼의 적정 길이를 가지면 충분하다.
또한, 최소한의 적정 길이를 가지도록 스티치 타입으로 제2절단예정선(CL2)을 구성하게 되면, 후술되는 기판 분리단계(S140)에서 제2레이저빔(L2)에 의한 절단 대신, 모기판(10) 또는 단위기판(100)에 물리적인 외력을 가해 제2절단예정선(CL2)을 폴딩시키면서 제2절단예정선(CL2)을 파단시킬 수도 있다.
절단예정선(CL)의 전체 길이를 L이라고 가정하면, 제2절단예정선(CL2)의 전체 길이는 L/2보다 작을 수 있다.
결과적으로, 제1절단예정선(CL1)의 전체 길이는 제2절단예정선(CL2)의 전체 길이보다 길게 설정될 수 있다.
도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 변형부 형성단계를 설명하기 위한 예시도이다.
도 4를 추가 참조하면, 변형부 형성단계(S120)는 모기판(10) 상에 미리 설정된 제1절단예정선(CL1)을 따라 제1레이저빔(L1)을 조사하여 제1절단예정선(CL1)에 변형부(MP)를 형성하는 단계일 수 있다.
즉, 모기판(10)에 미리 설정된 기준점(SP)을 기준으로 제1절단예정선(CL1)의 시점에 제1레이저빔(L1)의 초점을 일치시킨 상태에서 제1절단예정선(CL1)을 따라 제1레이저빔(L1)을 조사할 수 있다.
제1레이저빔(L1)은 기판의 어블레이션 한계(ablation threshold)를 넘지 않는 에너지 강도를 가질 수 있다.
또한, 제1레이저빔(L1)은 피코초(Picosecond) 펄스 레이저빔 또는 펨토초(Femtosecond) 펄스 레이저빔을 포함하는 초단파 레이저빔이 사용될 수 있다. 이러한 초단파 레이저빔이 기판에 조사되면, 조사되는 영역 이외의 영역에서는 용융층이 생성되지 않고, 주변영역에서 소재의 변질이 발생하지 않을 수 있다. 즉, 피코초 펄스 레이저빔 또는 펨토초 펄스 레이저빔이 조사되면, 조사되는 부분에만 열에너지가 효과적으로 가해질 수 있으며, 이에 따라, 제1절단예정선(CL1)에서 형성되는 변형부(MP)가 명확하게 구분될 수 있다.
또한, 제1절단예정선(CL1)을 따라 제1레이저빔(L1)을 조사하면, 기판의 표면으로부터 일정 거리 이격된 기판의 내부에 변형부(MP)가 형성될 수 있는데, 이러한 변형부(MP)는 기판의 상면으로부터 일정 거리 이격되고, 기판의 하면으로부터 일정 거리 이격된 상태에서 기판의 내부에 형성되는 것이 바람직하다.
또한, 제1레이저빔(L1)이 조사되는 부분은 알파 페이즈(α-phase)에서 베타 페이즈(β-phase)로 바뀌면서 기판의 내부에 변형부(MP)가 형성될 수 있는데, 이러한 변형부(MP)는 초단파의 제1레이저빔(L1)에 의한 비선형 광 이온화 메커니즘에 의해 물리적, 화학적 영구적인 구조변형이 일어나고, 제1레이저빔(L1)의 초점이 맺힌 영역은 Si가 풍부한 영역으로 형성되고 치밀화가 이루어지면서 굴절률의 변화 등이 일어난다.
또한, 후술되는 부분 절단단계(S130)에서 변형부(MP)는 기판에서 변형되지 않은 다른 영역보다 20~300배 빠르게 알칼리 또는 산성의 화학 용액에 반응하여 에칭될 수 있고, 에칭 속도의 빠르기는 레이저 에너지, 펄스 지속 시간, 반복속도, 파장, 촛점길이, 스캔속도, 화학용액 농도 등 매우 많은 변수로 조절될 수 있다.
도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 부분 절단단계를 설명하기 위한 예시도이다.
도 5를 추가 참조하면, 부분 절단단계(S130)는 변형부(MP)가 형성된 모기판(10)을 에칭 용액(E)에 담근 상태에서 변형부(MP)가 에칭되어 제거되면서 제1절단예정선(CL1)이 부분 절단되도록 하는 단계일 수 있다.
에칭 용액(E)으로는 불소(HF), 질산(HNO3), 수산화칼륨(KOH) 등과 같은 화학적 에칭 용액이 사용될 수 있다.
부분 절단단계(S130)에서는 변형부(MP)가 형성된 기판의 일부 표면은 제1에칭속도로 에칭이 진행될 수 있고, 변형부(MP)가 형성되지 않은 기판의 나머지 표면은 제1에칭속도보다 느린 제2에칭속도로 에칭이 진행될 수 있다. 즉, 변형부(MP)에서의 에칭속도가 상대적으로 빠르게 진행될 수 있다. 예컨대, 기판에서 변형부(MP)가 형성된 부분(베타 페이즈 상태)의 제1에칭속도는 변형부(MP)가 형성되지 않은 부분(알파 페이즈 상태)의 제2에칭속도보다 약 100배 이상으로 빠를 수 있다.
부분 절단단계(S130)에 의한 에칭 공정을 거치면서, 실질적으로 단위기판(100)은 두께가 얇아지는 박형화가 진행될 수 있고, 이와 동시에 변형부(MP)가 제거되면서 제1절단예정선(CL1)이 완전히 절단될 수 있다.
일반적인 포토레지스트를 이용해 화학적으로 용해하는 절단 방식은 절단면이 예리하지 못하고 경사지거나 굴곡지는 등 에칭 공정 특성 상 테이퍼 앵글각의 정밀도가 떨어지게 되는데 반해, 초단파의 제1레이저빔(L1)을 조사하여 변형부(M)를 형성한 후 에칭하여 절단면을 형성하는 방식은 테이퍼 앵글각이 0도에 가까운 절단면이 형성될 수 있고, 이렇게 형성된 절단면의 단면은 크랙 자국이 없이 깨끗한 상태를 이룰 수 있다. 이에 따라, 절단면에 대한 연마 등의 후속 공정이 배제될 수 있다.
또한, 부분 절단단계(S130)에서는 절단예정선(CL) 중 변형부(MP)가 형성된 제1절단예정선(CL1)만이 절단되고, 변형부(MP)가 형성되지 않은 제2절단예정선(CL2)은 절단되지 않고 유지되기 때문에, 단위기판(100)은 모기판(10) 상에 부분적으로 결합되어 에칭 용액(E) 상에서도 올바른 위치를 계속해서 유지할 수 있다.
이렇게 부분 절단단계(S130)가 완료되면, 단위기판(100)이 포함된 모기판(10)은 에칭 용액(E)으로부터 분리될 수 있다.
한편, 본 발명에 따른 기판 절단방법은 기판 세정공정을 더 포함할 수 있다.
기판 세정공정은 단위기판(100)을 포함한 모기판(10)에 묻어 있는 에칭 용액(E)을 세정하여 제거하는 단계일 수 있다.
이렇게 모기판(10)에 묻어 있는 에칭 용액(E)을 제거함으로써, 후술되는 기판 분리단계(S140)에서 제2레이저빔(L2)을 이용한 절단 공정 시 가공 품질을 더욱 높일 수 있다.
도 6은 본 발명의 일실시예에 따른 기판 분리단계를 설명하기 위한 예시도이다.
도 6을 추가 참조하면, 기판 분리단계(S140)는 제1절단예정선(CL1)이 절단된 모기판(10)을 에칭 용액(E)에서 분리한 상태에서 절단예정선(CL)의 나머지 구간인 제2절단예정선(CL2)을 따라 제2레이저빔(L2)을 조사하여 모기판(10)으로부터 단위기판(100)을 분리하는 단계일 수 있다.
즉, 모기판(10)에 미리 설정된 기준점(SP)을 기준으로 제2절단예정선(CL2)의 시점에 제2레이저빔(L2)의 초점을 일치시킨 상태에서 제2절단예정선(CL2)을 따라 제2레이저빔(L2)을 조사할 수 있다.
제2레이저빔(L2)은 기판의 어블레이션 한계(ablation threshold)를 넘는 에너지 강도를 가질 수 있다.
또한, 제2레이저빔(L2)은 피코초(Picosecond) 펄스 레이저빔 또는 펨토초(Femtosecond) 펄스 레이저빔을 포함하는 초단파 레이저빔이 사용될 수 있고, 이러한 초단파 레이저빔이 기판에 조사되면, 조사되는 영역 이외의 영역에서는 용융층이 생성되지 않고, 주변영역에서 소재의 변질이 발생하지 않을 수 있다. 즉, 피코초 펄스 레이저빔 또는 펨토초 펄스 레이저빔이 조사되면, 조사되는 부분에만 열에너지가 효과적으로 가해질 수 있으며, 이에 따라, 제2절단예정선(CL2)에서 형성되는 절단면의 품질을 높일 수 있다.
물론, 기판 분리단계(S140)에서는 제2레이저빔(L2)을 조사하여 제2절단예정선(CL2)을 절단하는 대신, 모기판(10) 또는 단위기판(100)에 물리적인 외력을 가해 제2절단예정선(CL2)를 폴딩시키면서 제2절단예정선(CL2)을 파단할 수 있고, 이로써 단위기판(100)을 분리할 수도 있다. 이 경우 제2절단예정선(CL2)은 도 3에 도시된 바와 같이, 에칭 용액(E)에 담겨진 상태에서 제1절단예정선(CL1)이 절단된 단위기판(100)이 모기판(10)에 안정적인 결합 상태가 유지될 수 있는 최소한의 적정 길이를 가지는 스티치 타입으로 구성되는 것이 바람직하다.
한편, 본 발명에 따른 기판 절단방법은 절단면 가공단계를 더 포함할 수도 있다.
절단면 가공단계는 부분 절단단계(S130) 및 기판 분리단계(S140)를 거치면서, 모기판(10)으로부터 분리된 단위기판(100)의 절단면을 추가 가공하는 단계일 수 있다.
절단면 가공단계는 기판 분리단계(S140)를 거치면서 제2레이저빔(L2)에 의해 절단된 단위기판(100)의 절단면에 한해서 수행될 수 있고, 앞서 부분 절단단계(S130)를 거치면서 변형부(MP)가 에칭되어 제거되면서 절단된 단위기판(100)의 부분 절단면과, 기판 분리단계(S140)를 거치면서 제2레이저빔(L2)에 의해 절단된 단위기판(100)의 절단면 모든 부분에서 수행될 수도 있다.
예컨대, 폴더블 디스플레이 장치에 사용되는 폴더블 유리 기판에는 폴딩 특성을 구현하기 위하여, 색종이를 그물망 패턴으로 자르면 신축성이 생겨 그물망 패턴 영역이 쉽게 접히는 원리와 마찬가지로 패턴을 형성하는 경우가 있다.
패턴이 형성되는 폴딩 영역이 절단예정선(CL)과 중첩되는 경우에는, 절단예정선(CL)에서 패턴이 형성되는 폴딩 영역을 제1절단예정선(CL1)에 포함하여 설정함이 바람직하다. 이와 같이, 연마 공정이 불가한 패턴 영역을 제1절단예정선(CL1)에 포함함으로써, 변형부(MP)가 형성된 제1절단예정선(CL1)을 에칭 용액(E)에 담근 상태에서 에칭 작용에 의해 절단되도록 하여, 절단과 연마 공정을 동시에 수행하면서 패턴의 가공 품질을 높일 수 있다.
이와 같이, 절단면 가공단계는 단위기판(100)의 소재, 두께 및 레이저빔의 강도 등에 따라 선택적으로 수행될 수 있다.
한편, 도 7은 본 발명의 다른 실시예에 따른 기판 절단방법의 순서도이다.
도 7을 참조하면, 본 발명의 다른 실시예에 따른 기판 절단방법은 절단예정선 설정단계(S110), 변형부 형성단계(S120), 부분 절단단계(S130), 기판 처리단계(S135), 기판 분리단계(S140)를 포함할 수 있다.
본 실시예에 따른 기판 절단방법은 기판 처리단계(S135)를 더 포함하는 것에서 전술한 일실시예와 구별되고, 나머지 절단예정선 설정단계(S110), 변형부 형성단계(S120), 부분 절단단계(S130), 기판 분리단계(S140)는 전술한 일실시예에 따른 기판 절단방법과 동일하다.
기판 처리단계(S135)는 단위기판(100)를 처리하여 단위기판(100) 상에 기능을 형성하는 단계일 수 있다.
즉, 부분 절단단계(S130)를 거친 다음, 제2절단예정선(CL2)를 매개로 모기판(10) 상에 결합된 복수개의 단위기판(100)에 대해 소정의 기판 처리 공정을 일괄적으로 수행할 수 있다.
만약, 기판 분리단계(S140)을 거친 다음, 완전 분리된 복수개의 단위기판(100)에 대해 소정의 기판 처리공정을 개별적으로 수행할 경우에는 생산성이 상대적으로 저하될 수 있다. 이와 달리, 본 실시예에서와 같이, 부분 절단단계(S130)를 거친 다음, 제2절단예정선(CL2)를 매개로 모기판(10)에 결합된 단위기판(100)에 대해 소정의 기판 처리공정을 수행할 경우에는 하나의 모기판(10) 상에 셀단위로 배열된 복수개의 단위기판(100)에 대해 일괄적인 기판 처리공정을 수행할 수 있음으로써, 생산성이 크게 향상될 수 있다.
단위기판(100)에 대해 수행되는 기판 처리공정으로는, 디스플레이 기판 상에 인쇄 기능층을 코팅하는 처리공정, 기판 상에 패턴을 형성하는 처리공정, 기판 상에 회로소자를 형성하는 처리공정 등이 수행될 수 있다. 이처럼 단위기판(100)에 대한 기판 처리공정은 해당 단위기판(100)의 사용 분야에 따라 다양한 처리공정이 수행될 수 있으며, 이러한 기판 처리공정에 대해 특별히 한정하진 않는다.
본 발명에 따른 기판 절단방법은 모기판(10) 상에 설정된 절단예정선(CL)의 일부 구간에 대해 제1레이저빔(L1)을 조사하여 변형부(MP)를 형성하고, 이후 에칭 용액(E)에 모기판(10)을 담근 상태에서 변형부(MP)가 에칭되어 제거되면서 절단예정선(CL)의 일부 구간이 절단되도록 함으로써, 절단면의 테이퍼 앵글을 작게 형성하는 등 우수한 품질의 절단면을 확보할 수 있고, 절단과 연마가 동시에 진행되므로 별도의 후속 공정이 불필요하며, 생산성을 크게 높일 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 기판 절단방법은 변형부(MP)가 형성되지 않은 절단예정선(CL)의 나머지 구간은 에칭 용액(E)에서 분리된 상태에서 최종 절단되어 모기판(10)으로부터 단위기판(100)이 분리되도록 함으로써, 에칭 과정에서 단위기판(100)이 부유하면서 모기판(10)이나 다른 단위기판(100)들과 접촉되어 표면 불량이 발생되는 문제를 예방할 수 있다.
본 발명에 따른 기판 절단방법은 패턴이 형성된 절단면을 가지는 기판, 두께가 얇은 박형 기판, 플렉시블 기판과 같이, 절단면에 대한 후속 연마 공정이 불가하거나 절단면에 다량의 크랙이 발생되는 기판에 대해 매우 우수한 품질의 절단면을 제공할 수 있다.
상술한 바와 같이 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자라면, 하기의 청구범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 또는 변경시킬 수 있다.
10: 모기판
100: 단위기판
CL: 절단예정선
CL1: 제1절단예정선
CL2: 제2절단예정선
L1: 제1레이저빔
L2: 제2레이저빔
MP: 변형부

Claims (5)

  1. 모기판 상에 설정된 절단예정선의 일부 구간인 제1절단예정선을 따라 제1레이저빔을 조사하여 상기 제1절단예정선에 변형부를 형성하되, 상기 변형부가 상기 모기판의 표면으로부터 일정 거리 이격된 상기 모기판의 내부에 형성되도록 하는 변형부 형성단계;
    상기 변형부가 형성된 상기 모기판을 에칭 용액에 담근 상태에서 상기 모기판의 표면이 에칭되어 박형화가 이루어지고, 상기 변형부가 에칭되어 제거되면서 상기 제1절단예정선만 절단되도록 하여 단위기판이 상기 에칭 용액 상에서 상기 모기판 상에 부분적으로 결합되도록 하는 부분 절단단계;
    상기 제1절단예정선이 절단된 상기 모기판을 에칭 용액에서 분리한 상태에서 제2절단예정선을 매개로 상기 모기판 상에 결합된 복수개의 단위기판에 대해 일괄적으로 처리 공정을 수행하는 기판 처리단계; 및
    상기 절단예정선의 나머지 구간인 제2절단예정선을 따라 제2레이저빔을 조사하여 상기 모기판으로부터 단위기판을 분리하는 기판 분리단계;를 포함하고,
    상기 제1절단예정선의 길이는 상기 제2절단예정선의 길이보다 긴 것을 특징으로 하는 기판 절단방법.
  2. 삭제
  3. 제1항에 있어서,
    상기 제1절단예정선 및 상기 제2절단예정선은 각각 불연속되는 복수의 라인을 가지는 것을 특징으로 하는 기판 절단방법.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 변형부 형성단계 이전에 수행되며,
    상기 모기판 상에 상기 단위기판에 상응하는 상기 절단예정선을 설정하는 절단예정선 설정단계;를 더 포함하고,
    상기 절단예정선 설정단계는 상기 제1레이저빔 또는 상기 제2레이저빔이 상기 절단예정선에 일치되어 정렬될 수 있도록, 상기 모기판 상에 하나 이상의 기준점을 설정하는 기준점 설정단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 기판 절단방법.
  5. 모기판 상에 설정된 절단예정선의 일부 구간인 제1절단예정선을 따라 제1레이저빔을 조사하여 상기 제1절단예정선에 변형부를 형성하되, 상기 변형부가 상기 모기판의 표면으로부터 일정 거리 이격된 상기 모기판의 내부에 형성되도록 하는 변형부 형성단계;
    상기 변형부가 형성된 상기 모기판을 에칭 용액에 담근 상태에서 상기 모기판의 표면이 에칭되어 박형화가 이루어지고, 상기 변형부가 에칭되어 제거되면서 상기 제1절단예정선만 절단되도록 하여 단위기판이 상기 에칭 용액 상에서 상기 모기판 상에 부분적으로 결합되도록 하는 부분 절단단계;
    상기 제1절단예정선이 절단된 상기 모기판을 에칭 용액에서 분리한 상태에서 제2절단예정선을 매개로 상기 모기판 상에 결합된 복수개의 단위기판에 대해 일괄적으로 처리 공정을 수행하는 기판 처리단계; 및
    상기 절단예정선의 나머지 구간인 제2절단예정선이 파단되도록 물리적 외력을 가압하여 상기 모기판으로부터 단위기판을 분리하는 기판 분리단계;를 포함하고,
    상기 제1절단예정선의 길이는 상기 제2절단예정선의 길이보다 긴 것을 특징으로 하는 기판 절단방법.
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