KR20050059074A - 취성 재료의 기판 절단 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 취성 재료의 기판을 절단하는 방법에 관한 것으로서, 이 방법은 취성 재료의 기판(1)을 제공하는 단계와, 기판을 레이저 빔(3)으로 가열하여 기판 상에 가열된 스폿을 생성하는 단계와, 레이저 빔 및 기판을 서로에 대해 이동시켜 기판(2) 상에 가열된 스폿의 라인을 생성하는 단계와, 가열된 스폿의 라인 내의 마이크로 크랙(micro-crack)이 전파되도록 가열된 스폿 뒤에 냉각 매체(4)를 국부적으로 가하여 기판 상의 가열된 스폿을 냉각시키는 단계와, 기판에 기계적인 힘을 가하여 전파된 마이크로 크랙의 라인을 따라서 기판을 절단하는 단계를 포함하되, 상기 냉각 매체는 수성 계면 활성제 용액을 포함한다. 계면 활성제는 절단된 실록산(siloxane) 결합에 관여할 것이다. 그러면 절단된 실록산 결합의 재결합 및 회복이 일어나지 않을 것이며 요구된 절단 하중은 시간에 대해 일정하게 유지될 것이다.

Description

취성 재료의 기판 절단 방법{METHOD OF BREAKING A BRITTLE SUBSTRATE}
본 발명은 취성 재료(brittle material)의 기판을 절단하는 방법에 관한 것으로서, 이 방법은 취성 재료의 기판을 제공하는 단계와, 기판을 레이저 빔으로 가열하여 기판 상에 가열된 스폿(spot)을 생성하는 단계와, 레이저 빔 및 기판을 서로에 대해 이동시켜 기판 상에 가열된 스폿의 라인을 생성하는 단계와, 가열된 스폿의 라인 내의 마이크로 크랙(micro-crack)이 전파되도록 냉각 매체를 국부적으로 가하여 기판 상의 가열된 스폿을 냉각시키는 단계와, 기판에 힘을 가하여 마이크로 크랙의 라인을 따라서 기판을 절단하는 단계를 포함한다.
유리 및 반도체 웨이퍼 재료와 같은 취성 비금속 재료로 이루어진 많은 제품들은 조각(piece), 시트(sheet), 웨이퍼 또는 패널을 원하는 크기의 보다 더 작은 다수의 조각들로 분할하여 형성된다.
미국 특허 제 6,252,197 호는 기판 내에 마이크로 크랙을 형성하고 마이크로 크랙을 제어가능하게 전파시킴으로써 취성 기판을 물리적으로 분할하는 방법을 개시하고 있다. 최초 기계적인 또는 레이저 스크라이빙 장치가 기판 내에 마이크로 크랙을 형성한다. 레이저 빔이 분리 라인 상의 기판에 인가된다. 압축된 가스와 물의 혼합물을 포함하는 냉각제 스트림이 레이저 빔의 후미(trailing edge)와 교차한다. 기판의 가열 영향 영역과 냉각제 스트림 사이의 온도 차가 마이크로 크랙을 전파한다. 그 다음에 기계적인 하중을 가함으로써, 기판은 분리 라인을 따라서 보다 작은 조각으로 절단되며, 추가로 처리되어 디스플레이 디바이스를 생성할 수도 있다.
이 방법과 관련된 문제점은 유도된 표면 크랙을 더 여는데(open) 필요한 기계적인 하중이 시간에 따라서 증가한다는 것으로, 즉 마이크로 크랙을 유도하는 순간과 기판을 보다 작은 조각들로 최종 절단하는 순간 사이에 경과된 시간이 길수록 기계적인 하중이 높아진다는 것이다. 이것은, 흔히 공장에서 기판을 레이저 빔으로 처리한 후에 바로 기판을 절단하는 것이 가능하지 않기 때문에 바람직하지 않다. 이 경우에, 기판의 후속 절단은 에지의 손상 및 제조 수율의 저하를 초래한다.
도 1은 본 발명에 따른 방법을 실시하는 장치의 개략적인 평면도.
도 2는 여러 냉각제 매체 및 여러 경과된 시간에 대한 하중 측정 결과를 도시한 도면.
본 발명의 목적은 절단 하중이 마이크로 크랙의 시작 후에 시간의 경과에 따라 일정하게 유지되는 절단 공정을 제공하는 것이다. 이 목적을 달성하기 위해, 본 발명에 따른 방법은 냉각제 매체가 수성 계면 활성제 용액을 포함하는 것을 특징으로 한다. 본 발명자는 종래의 공정에서 절단 하중의 증가가 마이크로 크랙의 고착(locking) 또는 심지어 회복(healing)에 기인한다는 것을 깨달았다. 그러나, 만약 냉각 매체가 수성 계면 활성제를 포함하면, 계면 활성제가 마이크로 크랙 내부의 절단된 실록산 결합 (broken siloxane bond)에 관여할 것이다. 절단된 실록산 결합의 재결합 및 회복은 일어나지 않을 것이며 요구된 절단 하중은 시간에 대해 일정하게 유지될 것이다. 또한, 계면 활성제는 크랙의 표면 에너지를 (더 낮게) 변화시킬 것이다. 따라서, 크랙이 열린 상태로 유지되고 크랙을 여는데 필요한 하중이 낮아질 것이다.
종속항들은 본 발명의 바람직한 실시예를 나타낸다.
본 발명의 상기 및 다른 목적은 이하에서 설명하는 실시예를 참조하면 명확해질 것이다.
도면은 실제 축척으로 도시된 것은 아니다. 도면에서 유사 참조 번호는 일반적으로 유사 부분을 지칭한다.
도 1은 본 발명에 따른 방법을 실시하는 장치의 개략적인 평면도이다. 레이저 빔의 스폿(3)은 유리, 결정 실리카(crystalline silica), 세라믹 또는 이들의 혼합물과 같은 취성 재료의 기판(1) 상에 집중된다. 레이저 스폿(3) 내에 포함된 에너지는 기판을 국부적으로 가열한다. (대부분의 경우에 레이저 스폿 뒤에 위치하는) 레이저 스폿(3) 근방의 노즐(4)로부터의 냉각 매체는 가열된 스폿을 냉각시킨다. 이 급속한 온도차는 열적 쇼크를 발생시켜 기존의 마이크로 크랙을 전파시킨다.
기판은 화살표로 표시된 방향으로 레이저 스폿에 대해 이동한다. 마찬가지로, 레이저 빔은 화살표에 대해 반대 방향으로 기판에 대해 이동할 수도 있다. 상대적인 이동의 결과로서 마이크로 크랙은 분리 라인(2)을 따라서 전파된다.
그 다음에, 기판은 기판에 기계적인 하중을 가함으로써 종래의 방법으로 분리 라인(2)을 따라서 절단될 수 있다.
기판을 절단하는데 요구된 기계적인 하중은 마이크로 크랙의 형성과 기계적인 하중을 인가하는 순간 사이에 경과된 시간에 의존하는 것으로 관측되었다. 도 2는 여러 냉각 매체와 여러 경과 시간에 대한 하중 측정 결과를 도시하고 있다. 이 데이터는 측정치에 대한 통계 분포를 나타내는 바(bar)를 구비하고 있다. 냉각 매체(30)로서 공기 및 에탄올의 스프레이 혼합물(30), 공기와 물의 스프레이 혼합물에 의한 냉각 및 즉각적인 후속 절단(40), 공기와 물의 스프레이 혼합물에 의한 냉각 및 12 시간 후의 절단(50), 공기와 0.1% 중량의 CTAB(cetyl trimethyl ammonium bromide) 계면 활성제를 포함하는 수용액의 스프레이 혼합물에 의한 냉각 및 즉각적인 절단(60), 공기와 0.1% 중량의 CTAB(cetyl trimethyl ammonium bromide) 계면 활성제를 포함하는 수용액의 스프레이 혼합물에 의한 냉각 및 15 시간 후의 절단(70)의 경우에 있어서, 기판을 절단하기 위한 요구된 기계적인 하중(뉴턴 단위)이 도시되어 있다.
비교를 위해, 종래의 기계적인 스크라이브(scribe) 공정에 있어서의 기계적인 하중이 또한 20으로 표시되어 있다.
도 2에 도시된 데이터로부터, CTAB가 사용되면 기계적인 하중이 거의 2배만큼 감소되고 이 감소는 15시간 후에 절단이 이루어지더라도 유지된다고 결론지을 수 있다. 유리 판이 추가로 처리되어 이들로부터 LCD 패널이 형성되었을 때 양호한 수율이 획득되었다.
CTAB는 양이온(cationic) 계면 활성제 종류, 즉 표면 활성제, 액체의 표면 장력을 감소시키는 세제와 같은 재료에 속하는 혼합물이다. 또한 옥타데실(octadecyl) 데카(deca(ethyleenoxide)) 수산화물(hydroxide) 또는 도데실벤젠 술폰산 나트륨 염(dodecylbenzene sulfonic acid sodium salt)과 같은 비이온(non-ionic) 및 음이온(anionic) 계면 활성제에 속하는 혼합물에 의해 양호한 결과가 얻어졌다. 모든 혼합물은 일반적으로 마이크로 크랙 내부에 절단된 실록산 결합('dangling bond')에 속박될 가능성이 있다.
혼합물이 수용액 내에서 중량의 0.01% 내지 1% 범위 내로 존재하는 경우에 양호한 결과가 얻어졌다.
요약하면, 본 발명은 취성 재료의 기판을 절단하는 방법에 관한 것으로서, 이 방법은 취성 재료의 기판(1)을 제공하는 단계와, 기판을 레이저 빔(3)으로 가열하여 기판 상에 가열된 스폿을 생성하는 단계와, 레이저 빔 및 기판을 서로에 대해 이동시켜 기판(2) 상에 가열된 스폿의 라인을 생성하는 단계와, 가열된 스폿의 라인 내의 마이크로 크랙(micro-crack)이 전파되도록 가열된 스폿 뒤에 냉각 매체(4)를 국부적으로 가하여 기판 상의 가열된 스폿을 냉각시키는 단계와, 기판에 기계적인 힘을 가하여 전파된 마이크로 크랙의 라인을 따라서 기판을 절단하는 단계를 포함하되, 상기 냉각 매체는 수성 계면 활성제 용액을 포함한다.
전술한 실시예는 본 발명을 제한하지 않으며, 당업자라면 첨부한 청구범위로부터 벗어나지 않고 많은 다른 실시예를 설계할 수 있을 것이다. 청구범위에서, 괄호 내의 임의의 참조 부호는 청구범위를 제한하는 것으로 해석해서는 안된다. "포함"이라는 단어는 청구범위에서 나열된 요소들 또는 단계들 이외의 다른 요소들 또는 단계들의 존재를 배제하는 것이 아니다. 단수형 요소는 그러한 요소가 복수개 존재하는 것을 배제하는 것은 아니다.

Claims (10)

  1. 취성 재료(brittle material)의 기판을 절단하는 방법에 있어서,
    취성 재료의 기판을 제공하는 단계와,
    상기 기판을 레이저 빔으로 가열하여 상기 기판 상에 가열된 스폿(spot)을 생성하는 단계와,
    상기 레이저 빔 및 상기 기판을 서로에 대해 이동시켜 상기 기판 상에 가열된 스폿의 라인을 생성하는 단계와,
    상기 가열된 스폿의 라인 내의 마이크로 크랙(micro-crack)이 전파되도록 냉각 매체를 국부적으로 가하여 상기 기판 상의 가열된 스폿을 냉각시키는 단계와,
    상기 기판에 기계적인 힘을 가하여 상기 전파된 마이크로 크랙의 라인을 따라서 상기 기판을 절단하는 단계를 포함하되,
    상기 냉각 매체는 수성 계면 활성제 용액(aqueous surfactant solution)을 포함하는
    취성 재료의 기판 절단 방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 냉각 매체는 상기 수성 계면 활성제 용액과 혼합된 공기를 더 포함하는
    취성 재료의 기판 절단 방법.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 계면 활성제의 농도는 중량의 0.01% 내지 1%인
    취성 재료의 기판 절단 방법.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 수성 계면 활성제 용액은 양이온 계면 활성제(cationic surfactant)를 포함하는
    취성 재료의 기판 절단 방법.
  5. 제 3 항에 있어서,
    상기 양이온 계면 활성제는 CTAB(cetyl trimethyl ammonium bromide)를 포함하는
    취성 재료의 기판 절단 방법.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 수성 계면 활성제 용액은 비이온 계면 활성제(nonionic surfactant)를 포함하는
    취성 재료의 기판 절단 방법.
  7. 제 5 항에 있어서,
    상기 비이온 계면 활성제는 옥타데실(octadecyl) 데카(deca(ethyleenoxide)) 수산화물(hydroxide)을 포함하는
    취성 재료의 기판 절단 방법.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 수성 계면 활성제 용액은 음이온 계면 활성제를 포함하는
    취성 재료의 기판 절단 방법.
  9. 제 7 항에 있어서,
    상기 음이온 게면 활성제는 도데실벤젠 술폰산 나트륨 염(dodecylbenzene sulfonic acid sodium salt)을 포함하는
    취성 재료의 기판 절단 방법.
  10. 제 1 항에 있어서,
    상기 취성 재료는 유리, 결정 실리카, 세라믹 또는 이들의 혼합물을 포함하는
    취성 재료의 기판 절단 방법.
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