KR20030065926A - 비금속 기판 절단 방법 및 장치 - Google Patents

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Abstract

레이저 빔을 이용한 비금속 기판 절단 방법 및 장치가 개시되어 있다. 초기 크랙(initial)을 형성한 후, 초기 크랙을 전파하여 비금속 기판에 절단면을 형성한 후, 절단면과 교차되는 크랙을 절단 공정 중단 없이 연속적으로 형성할 수 있도록 한다. 이로써, 물론 칩핑 억제, 절단 불량 최소화, 공정진행 속도 증가, 공정 불량 발생 빈도를 최소화하는 등 다양한 효과를 갖는다.

Description

비금속 기판 절단 방법 및 장치{METHOD AND APPARATUS FOR CUTTING NON-METALLIC SUBSTRATE}
본 발명은 레이저 빔을 이용하여 비금속 기판을 매우 정밀하게 절단하는 비금속 기판 절단 방법 및 장치에 관한 것이다.
최근 들어, 반도체 박막 공정의 기술 개발에 따라, 고집적, 고성능 반도체 제품이 개발되고 있다. 이와 같은 반도체 제품은 비금속 재료 중 하나인 단결정 실리콘으로 제작된 웨이퍼라 불리는 순도가 매우 높은 기판 상에서 복수개가 동시에 형성된다.
이와 같은 반도체 제품은 다양한 전자기기에 적용되어 디지털 신호의 형태로 데이터를 저장하거나, 저장된 데이터를 매우 빠른 시간 내에 연산 처리하는 역할을 수행한다.
이외에도 반도체 기술 분야는 표시장치의 기술 개발에도 큰 영향을 미치고 있다. 특히, 반도체 기술 분야는 표시장치 중에서도 액정을 박막 트랜지스터에서 출력된 전계에 의하여 제어하고 액정의 제어에 따라 제어된 광으로 영상을 디스플레이 하는 액정표시장치의 기술 개발 또한 급속히 진행되고 있다.
이들 반도체 제품과 액정표시장치는 비금속 기판, 즉 순도가 높은 실리콘 기판 및 유리 기판에 형성되는 공통점을 갖고 있다.
특히, 이들 비금속 기판은 충격에 약하여 깨지기 쉽다는 단점은 물론 한 매의 웨이퍼 또는 한 매의 대형 유리 기판에 복수개의 반도체 칩 또는 LCD 단위셀을 형성한 후 개별화함으로써 양산이 용이한 장점도 갖는다.
반도체 제품의 경우, 한 장의 웨이퍼에 수∼수백 개의 반도체 칩을 동시에 형성한 후, 개별화 공정을 통해 개별화된 반도체 칩에 패키지 공정을 진행하여 반도체 제품을 제작한다.
액정표시장치의 경우에는, 모기판(mother board)이라 불리는 대형 유리 기판에 적어도 2개 이상의 "LCD 단위셀"을 동시에 형성한 후, 개별화 공정에 의해 LCD 단위셀을 모기판으로부터 개별화시킨 후 어셈블리 공정을 진행하여 제작한다.
이때, 개별화 공정은 제품 생산의 거의 마지막 단계에 속하므로 개별화 공정에서의 불량, 즉, 정상 작동하는 제품이 정상적으로 절단되지 않음으로써 발생하는 절단 불량은 제품의 양산성 및 수율에 많은 영향을 미치게 된다.
특히, 액정표시장치에 사용되는 모기판의 경우, 유리 특성상 결정 구조를 갖지 않기 때문에 실리콘 웨이퍼에 비하여 취성이 더욱 약하고, 절단 과정에서 에지(edge)에 형성된 미세 크랙에 의해 후속 공정이 진행되면서 취약한 곳을 따라 응력이 급속히 증폭되어 원하지 않는 부분이 절단되는 불량이 발생하기 쉽다.
이와 같은 종래 문제점은 도 1a에 도시된 바와 같이 물리적으로 유리 기판에 크랙을 형성하는 다이아몬드 커터(10)를 사용하는 과정에서 발생한다.
구체적으로, 첨부된 도 1a를 참조하면, 다이아몬드 커터(10)는 다시 회전 디스크(1), 회전장치(2) 및 이송장치(3)로 구성된다. 이때, 회전 디스크(1)는 두께가 매우 얇은 원판으로 원주면에는 다이아몬드(1a)가 촘촘히 박혀 있다. 한편, 회전 디스크(1)의 회전 중심에는 회전 디스크(1)를 고속으로 회전시키는 회전장치(2)가 연결된다. 이와 같은 회전 디스크(1) 및 회전 장치(2)는 이송 장치(3)에 의하여 이송된다.
이와 같은 구성을 갖는 다이아몬드 커터(10)는 도 1a에 도시된 바와 같이 유리 기판(7)의 표면에 미세한 깊이를 갖는 스크라이브 홈(scribe groove;7a)을 형성한다. 이때, 유리 기판(7)의 표면에 형성된 스크라이브 홈(7a)은 도 1b에 도시된 바와 같이 절단할 영역(L)의 경계에 빠짐없이 형성된다.
이때, 예를 들어, 절단할 영역(L)이 사각형 형태를 갖고, 이로 인해 절단할 경계가 4 곳이라고 할 때, 다이아몬드 커터(10)는 도 1b에 도시된 바와 같이 1-2, 3-4, 5-6, 7-8을 따라 움직이면서 절단할 영역(L)의 경계에 스크라이브 홈(7a)을 형성한다.
이후, ×자로 표시된 부분에 미약한 충격을 가함으로써 스크라이브 홈(7a)으로부터 수직 방향으로 크랙이 전파되어 절단할 영역(L)은 도 1c에 도시된 바와 같이 유리 기판(7)으로부터 완전히 분리된다. 이하, 절단된 영역(L)에 도면부호 8을 부여하고, 절단 기판이라 칭하기로 한다.
이와 같이 유리 기판(7)으로부터 분리된 절단 기판(8)의 일부인 A 부분을 도 1d에 도시된 바와 같이 고배율 확대하여 보면 절단 기판(8)의 절단면(8a)이 매우거칠고, 부분 부분에 크랙(8b)이 형성된 것을 알 수 있다.
이처럼 절단면(8a)으로부터 발생한 크랙(8b)은 아주 미약한 충격에 의하여 도 1e에 도시된 바와 같이 분리된 절단 기판(8)의 내부로 전파되고, 결국 절단 기판(8)의 일부가 다시 원하지 않게 절단되는 문제점을 갖는다.
또한, 다이아몬드 커터(10)에 의한 유리 기판(7)의 절단은 도 1a에 도시된 바와 같이 다량의 유리 칩(7b)을 발생시켜 주변 설비를 심각하게 오염시키고, 유리 기판(7)을 세정해야 하는 문제점을 갖는다.
따라서, 본 발명은 이와 같은 종래 문제점을 감안한 것으로서, 본 발명의 제 1 목적은 비금속 기판으로부터 LCD 셀을 분리하기 위하여 LCD 셀 중 상호 마주보는 에지를 우선 1차 커팅 하여 부분 절단된 LCD 셀을 비금속 기판으로부터 제작한 후, 부분 절단된 LCD 셀 중 불필요한 부분이 붙어 있는 나머지 에지를 2차 커팅 하여 부분 절단 LCD 셀로부터 LCD 셀을 분리하는 비금속 기판 절단 방법을 제공함에 있다.
또한, 본 발명의 제 1 목적은 비금속 기판으로부터 LCD 셀을 분리하기 위하여 LCD 셀 중 마주보는 에지를 우선 1차 커팅 하여 제 1 절단면을 형성하고, LCD 셀 중 불필요한 부분을 다시 커팅하기 위하여 제 1 절단면과 교차하는 제 2 절단면에 의하여 LCD 셀을 비금속 기판으로부터 절단할 때 제 2 절단면이 제 2 절단면을 가로질러 형성될 수 있는 비금속 기판 절단 방법을 제공함에 있다.
본 발명의 제 2 목적은 비금속 기판을 절단하여 LCD 셀을 형성하는 과정에서비금속 기판의 칩이 발생을 최소화, 비금속 기판의 절단 공정을 최소화 및 절단이 개시되는 부분 또는 2 개의 크랙이 교차하는 부분에서도 절단 공정의 중단 없이 연속적인 기판 절단 공정이 진행될 수 있도록 한 비금속 기판 절단 장치를 제공함에 있다.
도 1a는 종래 다이아몬드 커터를 이용하여 유리 기판에 스크라이브 홈을 형성하는 것을 도시한 개념도이다.
도 1b는 종래 스크라이브 홈이 형성된 유리 기판에 충격을 가하여 유리 기판으로부터 절단 기판을 분리하는 것을 도시한 개념도이다.
도 1c는 종래 절단 기판을 도시한 개념도이다.
도 1d는 도 1c의 A부 원내 확대도이다.
도 1e는 종래 절단 기판에 치명적인 크랙이 형성된 것을 도시한 개념도이다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 의하여 제 1 레이저 빔의 파장별 광투과도를 도시한 그래프이다.
도 3은 본 발명의 일실시예에 의한 비금속 절단 메커니즘을 설명하기 위한 개념도이다.
도 4a는 본 발명의 일실시예에 의하여 비금속 기판에 초기 크랙을 발생하기 위하여 제 1 레이저 빔을 향해 유리 기판이 이송되는 것을 도시한 공정도이다.
도 4b는 본 발명의 일실시예에 의하여 유리 기판의 테두리와 절단 예정선의 교차점에 제 1 레이저 빔이 주사되는 것을 도시한 공정도이다.
도 4c는 본 발명의 일실시예에 의하여 교차점에 초기 크랙이 형성된 것을 도시한 공정도이다.
도 4d는 본 발명의 일실시예에 의하여 초기 크랙이 절단 예정선을 따라서 전파 성장하여 스크라이브 라인이 형성된 것을 도시한 공정도이다.
도 4e는 본 발명의 일실시예에 의하여 스크라이브 라인이 완전히 절단되는 것을 도시한 공정도이다.
도 5a는 본 발명의 일실시예에 의하여 유리 기판에 이미 형성된 절단면을 향하여 또 다른 절단면이 접근하는 것을 도시한 공정도이다.
도 5b는 본 발명의 일실시예에 의하여 유리 기판에 이미 형성된 절단면과 절단 예정선의 교차점으로부터 절단 예정선을 따라 지정된 길이로 초기 크랙이 형성된 것을 도시한 공정도이다.
도 5c는 본 발명의 일실시예에 의하여 유리 기판에 이미 형성된 절단면에 다른 절단면이 교차된 상태로 형성된 것을 도시한 공정도이다.
도 6a는 본 발명의 다른 실시예에 의하여 유리 기판에 형성된 제 1 내지 제 6 셀의 대향하는 양쪽 에지를 레이저 빔 및 냉각 유체로 절단하는 것을 도시한 공정도이다.
도 6b는 도 6a에 의하여 2 개의 셀을 포함하여 스트라이프 형태로 부분 절단된 유리 기판을 도시한 공정도이다.
도 6c는 도 6b에서 부분 절단된 스트라이프 형태의 유리 기판 중 불필요한 부분을 다시 절단하기 위한 공정을 도시한 공정도이다.
도 6d는 본 발명의 일실시예에 의하여 유리 기판으로부터 불필요한 부분이 모두 제거된 도면을 도시한 공정도이다.
도 7은 본 발명의 일실시예에 의하여 비금속 기판을 절단하는 비금속 기판 절단 장치의 개념도이다.
이와 같은 본 발명의 제 1 목적을 구현하기 위한 비금속 기판 절단 방법은 제 1 내지 제 4 에지를 갖는 사각형 LCD 셀이 매트릭스로 배치된 비금속 기판으로부터 LCD 셀의 마주보는 2 개의 제 1, 제 2 에지를 따라 형성된 제 1 절단 예정선을 레이저 빔을 이용하여 비금속 기판으로부터 부분 절단된 LCD 셀 그룹을 분리하는 단계 및 분리된 부분 절단된 LCD 셀 그룹 중 불필요한 비금속 기판이 붙어 있는 나머지 2 개의 제 3, 제 4 에지를 따라 형성된 제 2 절단 예정선을 레이저 빔을 이용하여 절단하여 부분 절단된 LCD 셀 그룹으로부터 LCD 셀을 완전히 분리하는 단계를 포함한다.
또한, 본 발명의 제 1 목적을 구현하기 위한 다른 비금속 기판 절단 방법은 (ⅰ) 제 1 내지 제 4 에지를 갖는 사각형 LCD 셀이 매트릭스로 배치된 비금속 기판으로부터 LCD 셀의 마주보는 제 1, 제 2 에지를 따라 형성된 제 1 절단 예정선을 레이저 빔을 이용하여 절단하여 제 1, 제 2 에지에 제 1 크랙을 형성하는 단계, (ⅱ) 제 1 크랙을 가로지는 방향으로 형성된 제 2 절단 예정선이 만나는 교차점으로부터 제 2 절단 예정선을 따라 지정된 길이만큼 제 1 에너지를 갖는 제 1 레이저 빔을 공급하여 교차 크랙을 형성하는 단계, (ⅲ) 제 2 절단 예정선 상에 제 1 에너지보다 작은 크기를 갖는 제 2 에너지를 갖는 제 2 레이저 빔을 공급 및 냉각 유체로 냉각하여 절단 예정선을 따라서 제 1 절단면에 도달할 때까지 제 1 스크라이브 크랙을 형성하는 단계 및 (ⅳ) 교차 크랙에 제 1 에너지보다 작은 크기를 갖는 제 2 에너지를 갖는 제 2 레이저 빔을 공급 및 냉각 유체로 냉각하여 나머지 제 2 절단 예정선에 제 2 스크라이브 크랙을 형성하는 단계를 포함한다.
또한, 본 발명의 제 2 목적을 구현하기 위한 비금속 기판 절단 장치는 비금속 기판의 에지 및 절단 예정선이 만나는 절단 시작점으로부터 지정된 길이만큼 절단 예정선을 따라 제 1 에너지를 갖는 제 1 레이저 빔을 공급하여 초기 크랙을 형성하는 제 1 레이저 빔 공급 장치 및 초기 크랙으로부터 절단 예정선의 끝까지 연속적으로 제 1 에너지보다 작은 크기를 갖는 제 2 에너지를 갖는 제 2 레이저 빔을 공급 및 냉각 유체로 냉각하여 절단 예정선에 스크라이브 크랙을 형성하는 스크라이브 크랙 형성 장치를 포함한다.
이하, 본 발명의 바람직한 일실시예에 의한 비금속 기판 절단 방법은 물론 비금속 기판 절단 장치를 보다 구체적으로 설명하면 다음과 같다.
첨부된 도 3에는 본 발명의 바람직한 일실시예에 의하여 유리 기판(100)을 정밀하게 절단하는 절단 메커니즘이 도시되어 있다.
먼저, 도 3을 참조하면, 도면부호 101은 유리 기판(100)중 절단될 부분을 나타내는 절단 예정선이다. 이 절단 예정선(101) 상에는 순서대로 제 1 레이저 빔(210), 제 2 레이저 빔(220), 냉각 유체(240), 제 3 레이저 빔(230)이 형성된다.
이때, 제 1 레이저 빔(210)은 유리 기판(100)에 비접촉, 비충격 방식으로 "초기 크랙(initial crack)" 또는 "교차 크랙(crossing crack)을 형성하는 역할을 한다. 이하, 본 발명에서 빈번하게 사용되는 초기 크랙은 절단 예정선(101)을 따라 크랙이 전파될 수 있도록 하는 크랙을 총칭하며, 교차 크랙은 유리 기판(100)에 이미 형성된 크랙을 가로지를 수 있도록 마련된 모든 크랙을 총칭한다.
이 초기 크랙은 도 4a에 도와 같이 유리 기판(100)의 매끈한 제 1 절단면(103)인 테두리로부터 유리 기판(100)의 내부를 향하는 방향으로 크랙이 전파되도록 하는 역할을 한다.
한편, 교차 크랙은 예를 들어, 도 5a에 도시된 바와 같이 유리 기판(100)상에 이미 형성된 제 1 크랙(110)을 제 2 크랙(120)이 가로질러 형성되는 것이 가능하도록 한다. 이때, 교차 크랙은 제 1 크랙(110)에 가로막혀 일시적으로 끊어지는 제 2 크랙(120)이 제 1 크랙(110)을 가로질러 이어지도록 하는 역할을 한다. 이와 같은 교차 크랙은 특히 유리 기판(100)의 일부가 교차되는 모서리를 갖는 보다 작은 조각을 절단되도록 할 때 특히 유용하게 사용된다.
한편, 교차 크랙 또는 초기 크랙을 유리 기판(100)에 형성되도록 하기 위한 제 1 레이저 빔(210)은 단시간 내 충분한 에너지를 유리 기판(100)에 공급해야 한다.
이하, 유리 기판(100)에 초기 크랙 또는 교차 크랙이 형성되도록 하는데 필요한 에너지를 이하, "제 1 에너지"라 정의하기로 한다.
이와 같이 정의되는 제 1 에너지를 유리 기판(100)에 공급하기 위해서 도 3의 제 1 레이저 빔(210)은 특별히 야그 레이저를 고주파화 한 3차 하모닉 야그 레이저 빔(3rd harmonic YAG laser beam) 또는 4차 하모닉 야그 레이저 빔(4th harmonic YAG laser beam)이 사용된다.
보다 구체적으로, 첨부된 도 6의 그래프를 참조하면, 유리 기판(100)에 제 1 에너지를 지정된 시간 내에 공급하기 위한 3차 하모닉 야그 레이저(3rd harmonic YAG laser)는 1064㎚의 파장 길이를 갖는 야그 레이저를 고주파화 한 355㎚의 파장 길이를 갖는다. 이와 같은 파장 길이를 갖는 3차 하모닉 야그 레이저는 일실시예로, 유리 기판(SAMSUNG CORNING(주) 1737 GLASS)에 10-15%의 흡수율을 갖는다. 이때, 3차 하모닉 야그 레이저는 10-15%에 불과한 낮은 흡수율을 갖는 반면, 높은 파워로 레이저 빔의 출력이 용이함으로 지정된 시간 내에 제 1 에너지를 유리 기판(100)에 공급할 수 있다.
반면, 유리 기판(100)에 제 1 에너지를 지정된 시간 내에 공급하기 위한 4차 하모닉 야그 레이저(4th harmonic YAG laser)는 1064㎚의 파장 길이를 갖는 야그 레이저를 고주파화 하여 266㎚의 파장 길이를 갖는다. 이와 같은 파장 길이를 갖는 4차 하모닉 야그 레이저는 유리 기판(SAMSUNG CORNING(주) 1737 GLASS)에 90% 이상의 높은 흡수율을 갖는다. 이때, 4차 하모닉 야그 레이저는 90% 이상의 높은 흡수율을 갖음으로써 낮은 파워로 레이저 빔을 출력하는 것이 가능하여, 지정된 시간 내에 제 1 에너지를 유리 기판(100)에 공급할 수 있다.
이때, 도 2의 그래프 A는 유리 기판(100)의 두께가 0.7mm에서의 야그 레이저 빔의 파장별 투과율 그래프이고, 그래프 B는 유리 기판(100)의 두께가 1.1mm에서의 야그 레이저 빔의 파장별 투과율 그래프이다.
한편, 도 3에 도시된 바와 같이, 앞서 상세하게 설명한 제 1 레이저 빔(210)의 진행 방향을 기준으로 제 1 레이저 빔(210)의 뒤쪽에 해당하는 절단 예정선(101)에는 제 2 레이저 빔(220)이 주사된다.
이 제 2 레이저 빔(220)은 "제 2 에너지"를 유리 기판(100)에 공급하는 이산화탄소 레이저 빔이 사용된다. 이때, 제 2 에너지는 유리 기판(100)을 완전히 절단하기에는 다소 부족하도록 조절된다.
이와 같은 제 2 레이저 빔(220)은 절단 예정선(101)을 향하는 방향으로는 제 1 길이(S1)를 갖고, 절단 예정선(101)과 직교하는 방향으로는 제 1 길이(S1)보다 짧은 제 2 길이(S2)를 갖는 타원 형상을 갖는다.
한편, 제 2 레이저 빔(220)의 진행 방향을 기준으로 제 2 레이저 빔(220)의 뒤쪽 단부에는 스폿(spot) 형상으로 냉각 유체(240)가 공급된다. 이때, 냉각 유체(240)는 제 2 레이저 빔(220)에 의하여 가열된 절단 예정선(101)의 온도에 비하여 상대적으로 낮은 다양한 유체가 사용될 수 있다.
이와 같은 제 2 레이저 빔(220) 및 냉각 유체(240)의 작용에 의해서 앞서 설명한 초기 크랙은 절단 예정선(101)을 따라 전파되어 스크라이브 크랙이 형성된다. 이때, 스크라이브 크랙은 유리 기판(100)의 표면으로부터 홈(groove) 형상으로 지정 깊이를 갖는다. 이 스크라이브 크랙은 후술될 제 2 절단면이 형성되도록 가이드 하는 역할을 한다.
한편, 유리 기판(100)으로부터 스크라이브 크랙을 따라 원하는 부분이 완전히 분리되어 제 2 절단면이 형성되도록 하기 위해서 유리 기판에 형성된 스크라이브 크랙에는 다시 제 3 레이저 빔(230)이 주사된다. 이때, 제 3 레이저 빔(230)은 이산화탄소 레이저 빔으로 "제 3 에너지"를 유리 기판에 공급한다. 이때, 제 3 에너지는 스크라이브 크랙이 유리 기판(100)을 절단하는 방향으로 전파되도록 하여 유리 기판(100)이 절단되도록 한다.
이하, 앞서 설명한 제 1 레이저 빔(210), 제 2 레이저 빔(220), 냉각 유체(240) 및 제 3 레이저 빔(240)을 이용하여 유리 기판을 절단하는 방법을 2 가지 실시예를 통하여 설명하기로 한다.
제 1 실시예
이하, 첨부된 도 4a 내지 도 4e에는 유리 기판(100)의 제 1 절단면(103)으로부터 유리 기판(100)의 내부에 형성된 "LCD 셀"을 절단할 수 있는 방향으로 제 2 절단면(101)이 전파되도록 하는 방법이 설명된다.
먼저, 첨부된 도 4a에서 도면부호 100은 유리 기판이고, 도면부호 103은 제 1 절단면이며, 도면부호 210은 제 1 레이저 빔, 도면부호 220은 제 2 레이저 빔, 도면부호 240은 냉각 유체, 도면부호 230은 제 3 레이저 빔이다.
먼저, 첨부된 도 4a에 도시된 바와 같이 절단될 유리 기판(100)이 지정된 위치에 세팅된다. 이어서, 유리 기판(100)은 제 1 레이저 빔(210)을 향하는 방향으로 이송된다. 이때, 도면부호 G 및 도면부호 H를 연결하는 선은 제 1 절단 예정선(101)으로, 이 절단 예정선(101)은 제 1 레이저 빔(210), 제 2 레이저 빔(220), 제 3 레이저 빔(230)과 정확히 얼라인 된다. 이때, 제 1 절단 예정선(101)은 LCD 셀의 에지와 얼라인 된다.
이후, 유리 기판(100)은 계속 이송되다 유리 기판(100)의 제 1 절단면(103)중 제 1 절단 예정선(101)과 교차되는 교차점(104)과 제 1 레이저 빔(210)이 일치하는 순간 교차점(104)에는 제 1 레이저 빔(210)이 주사된다. 이때, 제 1 레이저 빔(210)은 일실시예로 파장 길이가 266㎚인 4차 하모닉 야그 레이저가 사용된다.
다른 실시예로, 제 1 레이저 빔(210)은 4차 하모닉 야그 레이저에 비하여 흡수율은 낮지만 파워가 한층 증가된 3차 하모닉 야그 레이저가 사용되어도 무방하다.
이때, 제 1 레이저 빔(210)은 교차점(104)으로부터 제 1 절단 예정선(101)을 따라 지정된 길이, 예를 들면 도 4b에 도시된 바와 같이 W의 길이만큼 주사됨으로써 도 4c에 도시된 바와 같이 초기 크랙(106)이 형성된다.
초기 크랙(106)이 형성된 상태에서 유리 기판(100)에 주사되던 제 1 레이저 빔(210)의 주사가 중단된 상태에서 유리 기판(100)은 계속 이송된다. 이후, 유리 기판(100)에 형성된 초기 크랙(106)은 다시 제 2 레이저 빔(220)의 주사 위치에 도달된다. 이어서, 도 4d에 도시된 바와 같이 제 2 레이저 빔(220)은 초기 크랙(106)을 통과하여 제 1 절단 예정선(101)을 따라 주사된다. 이로써, 초기 크랙(106)을 포함하여 제 1 절단 예정선(101)은 급속 가열된다.
이와 같은 상태에서, 제 2 레이저 빔(220)이 제 2 절단 예정선(101)을 따라 움직이는 방향을 기준으로 제 2 레이저 빔(220)의 뒤쪽에는 냉각 유체(230)가 공급된다. 이때, 냉각 유체(230)의 온도는 제 2 레이저 빔(220)에 의하여 가열된 온도와 큰 차이가 발생하도록 한다.
이와 같이 유리 기판(100)의 제 1 절단 예정선(101)에 제 2 레이저 빔(220)이 주사된 후 냉각 유체(240)가 공급됨으로써 냉각 유체(240)가 공급된 곳으로부터 초기 크랙(106)은 제 1 절단 예정선(101)을 따라 전파된다.
이하, 이처럼 초기 크랙(106)으로부터 제 1 절단 예정선(101)을 따라 전파된 크랙을 "스크라이브 크랙(107)"이라 정의하기로 한다. 이 "스크라이브 크랙(107)"은 유리 기판(100)을 완전히 절단할 정도의 깊이를 갖지 않으며, 유리 기판(100)의 절단될 부분을 미리 가이드 하는 역할을 한다.
앞서 설명한 바처럼 초기 크랙(106)으로부터 스크라이브 크랙(107)이 형성되도록 한 상태에서 스크라이브 크랙(107)은 다시 크랙 전파 과정을 통하여 유리 기판(100)에 제 2 절단면(108)이 형성되도록 함으로써, 유리 기판(100)이 복수개의 조각으로 나뉘어지도록 한다.
스크라이브 크랙(107)의 전파 과정을 도 4e를 참조하여 보다 구체적으로 설명하면 다음과 같다.
제 2 절단면(108)을 형성하기 위해서는 유리 기판(100)을 계속 이송하면서 스크라이브 크랙(107)에는 다시 제 3 레이저 빔(230)을 주사한다. 이때, 스크라이브 크랙(107)은 다시 제 3 레이저 빔(230)에 의하여 급속 가열되면서 스크라이브 크랙(107)은 부피 팽창된다. 부피 팽창되는 과정에서 발생한 열응력은 스크라이브 크랙(107)이 성장하면서 다시 전파되도록 한다.
이 과정에서 스크라이브 크랙(107)은 유리 기판(100)이 완전히 절단시켜 스크라이브 크랙(107)이 위치했던 자리에 제 2 절단면(208)이 형성되도록 한다.
앞서 첨부된 도 4a 내지 도 4e에서는 유리 기판(100)의 테두리로 정의된 "제 1 절단면(103)"으로부터 유리 기판(100)의 내부로 초기 크랙(106) 생성, 초기 크랙(106)의 성장에 따라 스크라이브 크랙 형성, 스크라이브 크랙의 성장에 따라 제 2 절단면(108)을 형성하는 방법이 설명되었다.
반면, 첨부된 도 5a 내지 도 5c에서는 유리 기판(100)에 이미 형성된 "제 2 절단면"에 "제 3 절단면"이 교차된 상태로 형성하는 방법이 설명된다.
이때, 도면번호 110은 유리 기판(100)에 이미 형성된 제 2 절단면이며, 도면부호 210은 제 1 레이저 빔, 도면부호 220은 제 2 레이저 빔, 도면부호 240은 냉각 유체, 도면부호 230은 제 3 레이저 빔이다.
먼저, 도 5a를 참조하면, 제 2 절단면(110)을 가로지르도록 형성된 제 2 절단 예정선(102)에는 제 2 레이저 빔(220) 및 냉각 유체(240)에 의하여 스크라이브 라인이 형성되고, 제 3 레이저 빔(230)에 의하여 제 3 절단면(120)이 형성되기 시작한다.
이로써, 유리 기판(100)이 점차 이송되면서 제 1 레이저 빔(210)과 제 2 절단면(110)의 사이 간격(L)은 점차 좁혀진다.
이후, 제 2 절단면(110)과 제 2 절단 예정선(102)의 교차점(119)과 제 1 레이저 빔(210)의 주사 위치가 일치됨과 동시에 제 1 레이저 빔(210)은 교차점(119)에 주사되기 시작하여 도 5b에 도시된 바와 같이 W1의 길이만큼 주사된다.
이때, 제 1 레이저 빔(210)은 앞서 설명한 바 있는 3차 또는 4차 하모닉 야그 레이저가 사용될 수 있다. 이로써, 제 2 절단면(110)과 제 2 절단 예정선(102)의 교차점(119)으로부터 지정된 길이 W1의 길이 만큼에 교차 크랙(119a)이 형성된다.
이때, 제 3 절단면(120)의 단부(122)는 교차 크랙(119a)에 도달하지 않은 상태이다. 이 상태에서 제 3 절단면(120)은 계속 전파되다 일단 제 2 절단면(110)에 도달되자마자 중단된다. 그러나, 제 3 절단면(120)은 교차점(119)으로부터 제 3 절단면(120)이 형성될 방향으로 새롭게 형성된 교차 크랙(119a)으로부터 제 2 레이저 빔(120) 및 냉각 유체(140)의 작용에 의하여 새로운 절단이 개시된다. 이후, 절단이 개시되어 도 5c에 도시된 바와 같이 유리 기판(100)에는 제 2 절단면(110)에 제 3 절단면(120)이 교차되어 형성된다.
제 2 실시예
앞서 제 1 실시예에서는 유리 기판(100)에 이미 형성된 제 2 절단면(110)을 가로질러 제 3 절단면(120)이 형성될 수 있도록 하는 방법에 대하여 설명하였다.
반면, 실시예 2에서는 이와 다른 방식으로 유리 기판(100)에 형성된 LCD 셀을 유리 기판(100)으로부터 분리하는 방법이 설명된다.
첨부된 도 6a를 참조하면, 유리 기판(100)에는 도면부호 1 내지 6으로 도시된 6 개의 LCD 셀이 도시되어 있다. 이때, LCD 셀은 TFT 기판, 컬러필터 기판 또는 이들이 합착된 기판이어도 상관없다.
이와 같이 유리 기판(100)에 형성된 LCD 셀(1,2,3,4,5,6)의 에지를 이하 109a,109b,109c,109d라 정의하기로 한다.
이때, 유리 기판(100)에 형성된 LCD 셀(1,2,3,4,5,6)들 중 도면부호 109a 또는 109b로 도시된 에지들은 도면 부호 A, B, C, D, E, F로 도시된 절단 예정선을 따라서 절단된다.
물론 이때, 절단 예정선 A, B, C, D, E, F와 유리 기판(100)이 만나는 부분에는 앞서 도 3에서 설명한 바와 같이 제 1 레이저 빔(210)에 의하여 초기 크랙이 형성되고, 초기 크랙은 제 2 레이저 빔(220)에 의하여 급속 가열된 후 냉각 유체(230)에 의하여 냉각되어 스크라이브 라인이 형성된다. 이어서, 스크라이브 라인에는 제 3 레이저 빔(230)이 공급되어 LCD 셀은 유리 기판(100)으로부터 스크라이브 라인을 따라서 분리된다.
그러나, 도 6b에 도시된 바와 같이 LCD 셀(1,2,3,4,5,6)은 예를 들어, 도면번호 1 및 4, 도면부호 2 및 5, 도면부호 3 및 6 씩 쌍을 이루어 분리된다. 이때, 미설명 도면부호 150은 일실시예로 2 개가 하나의 쌍을 이루는 LCD 셀의 에지에 붙어 있는 불필요한 유리 기판의 일부를 나타낸다.
이때, LCD 셀(1,2,3,4,5,6)을 도 6d에 도시된 바와 같이 모두 개별화하기 위해서는 LCD 셀의 109b, 109d로 도시된 에지에 붙어 있는 불필요한 유리 기판이 제거되어야 한다.
이를 위해서, 도 6c에 도시된 바와 같이 2 개의 LCD 셀이 쌍을 이루는 유리 기판은 절단 예정선 G, H, J, K, L, M, N, O, P, Q, R을 따라서 절단이 이루어진다.
물론 이때, 절단 예정선 G, H, J, K, L, M, N, O, P, Q, R과 유리 기판(100)이 만나는 부분에는 앞서 도 3에서 설명한 바와 같이 제 1 레이저 빔(210)에 의하여 초기 크랙이 형성된다. 이때, 초기 크랙은 제 2 레이저 빔(220)에 의하여 급속 가열된 후 냉각 유체(230)에 의하여 냉각되어 스크라이브 라인이 형성된다. 이어서, 스크라이브 라인에는 제 3 레이저 빔(230)이 공급되어 LCD 셀은 유리 기판(100)으로부터 스크라이브 라인을 따라서 분리된다. 따라서 도 6d에 도시된 바와 같이 유리 기판(100)으로부터는 LCD 셀(1,4,2,5,3,6)이 분리된다.
이하, 앞서 설명한 <제 1 실시예> 및 <제 2 실시예>에 의하여 비금속 기판의 절단 방법을 구현하기 위한 비금속 기판 절단 장치를 첨부된 도 7을 참조하여 설명하면 다음과 같다.
비금속 기판 절단 장치(500)는 전체적으로 보아 제 1 레이저 빔 공급 장치(510), 제 2 레이저 빔 공급장치(520) 및 냉매 공급장치(540)로 구성된 스크라이브 크랙 발생장치, 제 3 레이저 빔 발생장치(530), 제어 유닛(550) 및 기판 이송장치(560)로 구성된다.
구체적으로, 제 1 레이저 빔 공급 장치(510)는 다시 제 1 레이저 빔 발생장치(512) 및 주파수 변조 장치(514)로 구성된다.
보다 구체적으로, 제 1 레이저 빔 발생장치(512)는 일실시예로 1064㎚의 파장 길이를 갖는 야그 레이저를 발생하며, 주파수 변조 장치(514)는 1064㎚의 길이를 갖는 파장이 266㎚ 또는 355㎚의 파장 길이를 갖도록 변조시킨다. 본 발명에서는 바람직한 일실시예로 266㎚의 파장 길이를 갖는 4차 하모닉 야그 레이저를 사용하기로 한다. 이 제 1 레이저 빔 발생장치(512)는 교차 크랙 또는 초기 크랙을 발생시킨다.
한편, 제 2 레이저 빔 공급 장치(520)는 다시 제 2 레이저 빔 발생장치(522) 및 레이저 빔 형상 가공 장치(524)로 구성된다. 이때, 제 2 레이저 빔 발생장치(522)는 이산화탄소 레이저 빔을 발생시키며, 레이저 빔 형상 가공 장치(524)는 레이저 빔이 비금속 기판에 투영된 형상이 원 형상에서 타원 형상이 되도록 가공한다. 이를 구현하기 위해서는 볼록 렌즈 및 오목 렌즈로 구성된 렌즈 그룹을 필요로 한다.
한편, 냉매 공급장치(540)는 냉매를 지정된 압력 및 온도로 분사하기에 적합한 구성을 갖는다. 마지막으로, 제 3 레이저 빔 공급 장치(530)는 이산화탄소 레이저 빔을 발생시키는 제 3 레이저 빔 발생 장치(532)를 포함한다.
이상에서 상세하게 설명한 바에 의하면, 비금속 기판을 절단하는 과정에서 발생하는 절단 불량 방지, 절단 공정수 증가 방지, 비금속 기판을 절단하는 과정에서 발생하는 칩 발생 억제, 비금속 기판의 연속적인 절단 공정, 절단에 소요되는 시간까지도 크게 단축시키는 등 다양한 효과를 갖는다.
앞서 설명한 본 발명의 상세한 설명에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술분야의 숙련된 당업자 또는 해당 기술분야에 통상의 지식을 갖는 자라면 후술될 특허청구범위에 기재된 본 발명의 사상 및 기술 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.

Claims (19)

  1. 제 1 내지 제 4 에지를 갖는 사각형 LCD 셀이 매트릭스로 배치된 비금속 기판으로부터 상기 LCD 셀의 마주보는 2 개의 제 1, 제 2 에지를 따라 형성된 제 1 절단 예정선을 레이저 빔을 이용하여 상기 비금속 기판으로부터 부분 절단된 LCD 셀 그룹을 분리하는 단계; 및
    분리된 상기 부분 절단된 LCD 셀 그룹 중 불필요한 비금속 기판이 붙어 있는 나머지 2 개의 제 3, 제 4 에지를 따라 형성된 제 2 절단 예정선을 상기 레이저 빔을 이용하여 절단하여 상기 부분 절단된 LCD 셀 그룹으로부터 상기 LCD 셀을 완전히 분리하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 비금속 기판의 절단 방법.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 부분 절단된 LCD 셀 그룹을 형성하는 단계는,
    (ⅰ) 상기 비금속 기판의 에지 및 상기 제 1 절단 예정선이 만나는 절단 시작점으로부터 지정된 길이만큼 상기 제 1 절단 예정선을 따라 제 1 에너지를 갖는 제 1 레이저 빔을 공급하여 초기 크랙을 형성하는 단계;
    (ⅱ) 상기 초기 크랙으로부터 상기 제 1 절단 예정선의 끝까지 연속적으로 상기 제 1 에너지보다 작은 크기를 갖는 제 2 에너지를 갖는 제 2 레이저 빔을 공급 및 냉각 유체로 냉각하여 상기 제 1 절단 예정선에 스크라이브 크랙을 형성하는 단계; 및
    (ⅲ) 상기 스크라이브 크랙에 제 3 에너지를 갖는 제 3 레이저 빔을 공급하여 상기 제 1 절단 예정선을 따라 절단면을 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 레이저 빔을 이용한 비금속 기판 절단 방법.
  3. 제 1 항에 있어서, 상기 LCD 셀을 상기 부분 절단된 LCD 그룹으로부터 분리하는 단계는,
    (ⅰ) 상기 비금속 기판의 에지 및 상기 제 2 절단 예정선이 만나는 절단 시작점으로부터 지정된 길이만큼 상기 제 2 절단 예정선을 따라 제 1 에너지를 갖는 제 1 레이저 빔을 공급하여 초기 크랙을 형성하는 단계; 및
    (ⅱ) 상기 초기 크랙으로부터 상기 제 2 절단 예정선의 끝까지 연속적으로 상기 제 1 에너지보다 작은 크기를 갖는 제 2 에너지를 갖는 제 2 레이저 빔을 공급 및 냉각 유체로 냉각하여 상기 제 2 절단 예정선에 스크라이브 크랙을 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 레이저 빔을 이용한 비금속 기판 절단 방법.
  4. 제 3 항에 있어서, 상기 (ⅱ) 단계 이후에는 상기 스크라이브 크랙에 제 3 에너지를 갖는 제 3 레이저 빔을 공급하여 상기 제 2 절단 예정선을 따라 절단면을 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 레이저 빔을 이용한 비금속 기판 절단 방법.
  5. 제 2 항에 있어서, 상기 제 1 레이저 빔은 90% 이상이 상기 비금속 기판에 흡수되는 파장을 갖는 것을 특징으로 하는 비금속 기판의 절단 방법.
  6. 제 2 항에 있어서, 상기 비금속 기판은 유리 기판이며, 상기 제 1 레이저 빔은 파장 길이가 266㎚인 4차 하모닉 야그 레이저(4th harmonic YAG laser)인 것을 특징으로 하는 비금속 기판 절단 방법.
  7. 제 2 항에 있어서, 상기 제 1 레이저 빔은 10 ∼ 15%가 상기 비금속 기판에 흡수되는 파장을 갖는 것을 특징으로 하는 비금속 기판 절단 방법.
  8. 제 7 항에 있어서, 상기 비금속 기판은 유리 기판이며, 상기 제 1 레이저 빔은 발진 파장의 길이가 355㎚인 3차 하모닉 야그 레이저(3rd harmonic YAG laser)인 것을 특징으로 하는 비금속 기판 절단 방법.
  9. (ⅰ) 제 1 내지 제 4 에지를 갖는 사각형 LCD 셀이 매트릭스로 배치된 비금속 기판으로부터 상기 LCD 셀의 마주보는 상기 제 1, 제 2 에지를 따라 형성된 제 1 절단 예정선을 레이저 빔을 이용하여 절단하여 상기 제 1, 제 2 에지에 제 1 크랙을 형성하는 단계;
    (ⅱ) 상기 제 1 크랙을 가로지는 방향으로 형성된 제 2 절단 예정선이 만나는 교차점으로부터 상기 제 2 절단 예정선을 따라 지정된 길이만큼 제 1 에너지를 갖는 상기 제 1 레이저 빔을 공급하여 교차 크랙을 형성하는 단계;
    (ⅲ) 상기 제 2 절단 예정선 상에 상기 제 1 에너지보다 작은 크기를 갖는제 2 에너지를 갖는 제 2 레이저 빔을 공급 및 냉각 유체로 냉각하여 상기 절단 예정선을 따라서 제 1 절단면에 도달할 때까지 제 1 스크라이브 크랙을 형성하는 단계; 및
    (ⅳ) 상기 교차 크랙에 상기 제 1 에너지보다 작은 크기를 갖는 제 2 에너지를 갖는 제 2 레이저 빔을 공급 및 냉각 유체로 냉각하여 나머지 상기 제 2 절단 예정선에 제 2 스크라이브 크랙을 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 비금속 기판 절단 방법.
  10. 제 9 항에 있어서, 상기 제 2 스크라이브 크랙을 형성하는 단계 이후, 상기 제 1, 제 2 스크라이브 크랙에는 제 3 에너지를 갖는 제 3 레이저 빔이 주사되어 상기 제 1, 2 스크라이브 크랙을 따라서 제 2 절단면이 형성되는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 비금속 기판 절단 방법.
  11. 제 9 항에 있어서, 상기 비금속 기판은 유리 기판이며, 상기 제 1 레이저 빔은 파장 길이가 266㎚인 4차 하모닉 야그 레이저(4th harmonic YAG laser)인 것을 특징으로 하는 비금속 기판 절단 방법.
  12. 제 9 항에 있어서, 상기 비금속 기판은 유리 기판이며, 상기 제 1 레이저 빔은 발진 파장의 길이가 355㎚인 3차 하모닉 야그 레이저(3rd harmonic YAG laser)인 것을 특징으로 하는 비금속 기판 절단 방법.
  13. 비금속 기판의 에지 및 절단 예정선이 만나는 절단 시작점으로부터 지정된 길이만큼 상기 절단 예정선을 따라 제 1 에너지를 갖는 제 1 레이저 빔을 공급하여 초기 크랙을 형성하는 제 1 레이저 빔 공급 장치; 및
    상기 초기 크랙으로부터 상기 절단 예정선의 끝까지 연속적으로 상기 제 1 에너지보다 작은 크기를 갖는 제 2 에너지를 갖는 제 2 레이저 빔을 공급 및 냉각 유체로 냉각하여 상기 절단 예정선에 스크라이브 크랙을 형성하는 스크라이브 크랙 형성 장치를 포함하는 것을 특징으로 하는 비금속 기판 절단 장치.
  14. 제 13 항에 있어서, 상기 스크라이브 크랙에 제 3 에너지를 갖는 제 3 레이저 빔을 공급하여 상기 절단 예정선을 따라 절단면을 형성하는 제 3 레이저 빔 공급 장치를 포함하는 것을 특징으로 하는 비금속 기판 절단 장치.
  15. 제 13 항에 있어서, 상기 제 1 에너지가 상기 비금속 기판에 가해지도록 하기 위하여 상기 제 1 레이저 빔은 90% 이상이 상기 비금속 기판에 흡수되는 파장을 갖는 것을 특징으로 하는 비금속 기판 절단 장치.
  16. 제 15 항에 있어서, 상기 비금속 기판은 유리 기판이며, 상기 제 1 레이저 빔은 상기 파장의 길이는 266㎚인 4차 하모닉 야그 레이저(4th harmonic YAG laser)인 것을 특징으로 하는 레이저 빔을 이용한 비금속 기판 절단 장치.
  17. 제 13 항에 있어서, 상기 제 1 에너지가 상기 비금속 기판에 가해지도록 하기 위하여 상기 제 1 레이저 빔은 10∼15%가 상기 비금속 기판에 흡수되는 파장을 갖는 것을 특징으로 하는 레이저 빔을 이용한 비금속 기판 절단 장치.
  18. 제 17 항에 있어서, 상기 비금속 기판은 유리 기판이며, 상기 제 1 레이저 빔은 파장의 길이가 355㎚인 3차 하모닉 야그 레이저(3rd harmonic YAG laser)인 것을 특징으로 하는 레이저 빔을 이용한 비금속 기판 절단 장치.
  19. 제 13 항에 있어서, 상기 제 2 레이저 빔 및 제 3 레이저 빔은 이산화탄소 레이저 빔인 것을 특징으로 하는 레이저 빔을 이용한 비금속 기판 절단 장치.
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