KR20070058946A

KR20070058946A - 레이저 절단장치

Info

Publication number: KR20070058946A
Application number: KR1020060054417A
Authority: KR
Inventors: 쩐츄 후; 쭌 카이 후앙; 시엔-탕 쩐; 밍-회 짱; 츙-후 수; 항-시유앙 쿠오
Original assignee: 폭스세미콘 인티그리티드 테크놀로지, 인코포레이티드
Priority date: 2005-12-05
Filing date: 2006-06-16
Publication date: 2007-06-11
Also published as: TW200722218A; JP2007152958A

Abstract

본 발명의 취성 기판(brittle substrate)을 절단하기 위한 레이저 절단장치는, 상기 기판에 소정의 절단선을 만들도록 제1레이저를 발생시키는 제1레이저부와, 상기 기판을 상기 소정의 절단선을 따라 가열하도록 제2레이저를 발생시키는 제2레이저부 및, 상기 기판을 상기 소정의 절단선을 따라 냉각시키는 냉각제를 갖춘다. 따라서, 본 발명의 레이저 절단장치는 절단품질을 보장할 수 있다.

Description

레이저 절단장치 {LASER CUTTING APPARATUS}

도 1은 종래의 기판의 레이저 절단장치를 나타낸 개략도,

도 2는 본 발명의 기판의 레이저 절단장치를 나타낸 개략도이다.

< 도면부호의 설명 >

1, 7 --- 이산화탄소 레이저 발생기, 2 --- 반사경,

3 --- 포커스 렌즈, 4 --- 스크라이버(scriber),

5, 13 --- 냉각제, 6, 14 --- 기판,

8 --- 자외선(UV) 레이저 발생기, 9 --- 제2반사경,

11 --- 제2포커스 렌즈, 12 --- 제1포커스 렌즈,

15 --- 제2레이저 셔터, 16 --- 제1레이저 셔터,

17 --- 제2센서, 18 --- 제1센서,

19 --- 제2포지셔닝 스폿, 20 --- 제1포지셔닝 스폿.

본 발명은, 일반적으로 레이저 절단장치에 관한 것으로, 특히 TFT-LCD(TFT: Thin Film Transistor, LCD: Liquid Crystal Display)의 유리기판과 같은 취성 기 판(brittle substrate)을 절단하기 위한 레이저 절단장치에 관한 것이다.

디스플레이 기술의 발달에 따라 소비할 수 있는 분야에서 TFT-LCD가 널리 사용되고 있다. TFT-LCD는 그 자신의 특성에 의해 종래의 CRT(Cathode Ray Tube)를 대체하리라 평가되고 있다.

TFT-LCD는, 통상 한쌍의 유리기판과, 이들 한쌍의 유리기판 사이에 수용되는 액정 및, 이들 액정이 표시하도록 하기 위한 약간의 회로로 만들어진다. 다른 치수의 TFT-LCD의 요구를 만족시키기 위해서는, 유리기판을 절단하는 것이 필요하다.

종래의 레이저 절단장치의 절단공정에 있어서는, 절단 휠이나 침상봉(aiguille)과 같은 스크라이버(scriber)가 기판에 소정의 절단선을 만들어낸다. 그 후, 레이저가 기판을 소정의 절단선을 따라 가열하고, 냉각제(coolant)가 기판을 냉각한다. 기판은 성장하여 결국 몸체를 충분히 절단한 기판을 만드는 소정의 절단선을 만들기 위해 가열 및 냉각의 온도의 변화를 받는다.

도 1을 참조하면, 이산화탄소 레이저부(1), 반사경(2), 포커스 렌즈(3), 절단 휠이나 침상봉(aiguille)과 같은 스크라이버(4) 및 냉각제(5)를 갖추고 있는 유리기판(6)을 절단하여 절단 방향(A)을 규정하기 위해 레이저 절단장치가 널리 사용된다. 스크라이버(4)는, 먼저 절단 방향(A)을 따라 기판(6) 상에 마이크로 절단 크랙(micro cutting crack: 아주 작은 절단 크랙)을 만들기 위해 사용되고, 이산화탄소 레이저부(1)는 이산화탄소 레이저가 마이크로 절단 크랙을 따라 기판(6)을 가열하기 위해 반사경(2) 및 포커스 렌즈(3)를 통과하도록 발생시키며, 냉각제(5)는 레이저부(1) 이면의 가열된 절단 크랙을 냉각한다. 기판(6)은 그 기판(6)의 온도 의 변화로 인해 생성되는 스트레스에 의해 분할된다.

그렇지만, 종래의 레이저 절단장치에서는, 몇 가지 문제가 발생하고 있다. 첫째로, 기판을 절단할 때, 절단 휠이나 침상봉이 기판 상에 중간의 크랙, 반지름 방향의 크랙 및 옆으로의 크랙과 같은 제1마이크로 조각(micro chipping)을 만들어 기판을 쉽게 손상시킨다. 둘째로, 기판을 레이저로 가열하고 냉각제로 냉각하는 공정에서는, 제1마이크로 조각이 제2마이크로 조각으로 성장하여 기판을 더욱 심하게 손상시킨다.

한편, 취성 기판의 그리프스(Griffith)의 법칙은 다음과 같다.

σ_f는 기판의 파괴강도이고, k_lc는 기판의 파괴점성(destructing tenacity)으로서 기판의 특징이며, Y는 상수로서 크랙의 형상과 관련된 것인바, Y=π일 때 크랙은 타원이고, C는 크랙의 치수이다.

종래의 레이저 절단장치에서는, 절단 휠이나 침상봉의 절단으로 인해 C가 커지기 때문에, σ_f가 작아진다. 이 상황에서, σ_f에 의해 기판의 강도가 감소하여 기판의 품질에 영향을 미친다. 더 얇은 기판의 발달 경향에 의해, 종래의 레이저 절단장치에 의해 발생하는 결점들을 극복하지 않으면 안된다.

본 발명의 목적은, 기판의 절단 품질을 향상시키는 것이 가능한 레이저 절단장치를 제공하는 것이다.

상기한 목적을 달성하기 위해 본 발명의 취성 기판(brittle substrate)을 절단하기 위한 레이저 절단장치는, 상기 기판에 소정의 절단선을 만들도록 제1레이저를 발생시키는 제1레이저부와, 상기 기판을 상기 소정의 절단선을 따라 가열하도록 제2레이저를 발생시키는 제2레이저부 및, 상기 기판을 상기 소정의 절단선을 따라 냉각시키는 냉각제를 갖추고 있다.

(실시예)

도 2를 참조하면, 본 발명의 취성 기판(brittle substrate)을 절단하기 위한 레이저 절단장치는, 제1레이저부, 제2레이저부 및 냉각제(13)를 갖추고 있다. 상기 제1레이저부는, 기판(14)에 촛점을 맞추도록 제1레이저를 발생시키는 것으로, 제1레이저 발생기(8), 제1반사경(10) 및 제1포커스 렌즈(12)를 갖추고 있다. 제2레이저부는 기판(14)을 가열하도록 제2레이저를 발생시키는 것으로, 제2레이저 발생기(7), 제2반사경(9) 및 제2포커스 렌즈(11)를 갖추고 있다. 이 실시예에 있어서, 제2레이저는 이산화탄소(CO₂) 레이저이고, 제1레이저는 자외선(UV) 레이저이다. 제1레이저는 제1반사경(10)을 통과하여 제1포커스 렌즈(12)의 포커싱 위치(focusing position: 촛점이 맞추어진 위치)에서 기판(14)에 촛점을 맞춘다. 제2레이저는 제2반사경(9)을 통과하여 제2포커스 렌즈(11)의 비포커싱 위치(non-focusing position: 촛점이 맞추어지지 않은 위치)에서 기판(14)을 가열한다.

냉각제(13)는, 순수한 물, 냉각된 기름, 액체 질소 또는 액체 헬륨 등과 같 은 한 종류의 액체, 한 종류의 기체, 한 종류의 액체와 한 종류의 기체의 혼합물, 몇 종류의 액체와 몇 종류의 기체의 혼합물 등이어도 좋다.

도 2를 참조하면, 냉각제(13), 제2레이저부 및 제1레이저부는 제1의 절단 방향(B)을 따라 번갈아 배치된다. 기판(14)을 절단할 때에는, 첫번째로 제1레이저 발생기(8)로부터 발생하는 제1레이저가 제1반사경(10)에 의해 제1포커스 렌즈(12)로 반사되고, 제1레이저의 에너지가 제1포커스 렌즈(12)에 의해 기판(14)에 촛점을 맞추도록 안내된다. 그에 따라, 제1레이저가 그 높은 피크 전력 및 높은 펄스 주파수에 힘입어 기판(14) 상에 소정의 절단선을 만들어낸다.

두번째로, 제2레이저 발생기(7)로부터 발생하는 제2레이저가 제2반사경(9)에 의해 제2포커스 렌즈(11)로 반사되어 소정의 절단선을 따라 비포커싱 방식으로 기판(14)을 가열하여 기판(14)이 확장되도록 한다.

세번째로, 제2레이저가 기판(14)을 가열한 후에는, 냉각제(13)가 기판(14)의 가열된 영역을 따라 기판(14)을 급속히 냉각한다. 이 경우, 냉각제(13)는 기판(14)을 냉각함으로써 기판(14)을 축소시켜 확장 스트레스(expansion stress: 확장 응력)를 만들어낸다. 그에 따라, 스트레스의 급속한 변화가 소정의 절단선의 성장으로 되어 기판(14)의 몸체가 충분히 절단되도록 한다.

레이저 및 냉각제 때문에, 기판(14)의 스트레스는 다음과 같이 체계적으로 나타낼 수 있다.

σ ∼ 0.5αEΔT (1)

ΔT = T1 - T2 (2)

σ는 가열되고 냉각된 후의 기판(14)의 스트레스이고, α는 기판(14)의 팽창률이며, E는 기판의 영률(Young's quotiety)이고, T1은 가열된 후의 기판의 온도이며, T2는 냉각된 후의 기판의 온도이다.

식 (1) 및 (2)로부터 알 수 있는 바와 같이, 스트레스(σ)는 팽창률(α), 영률(E) 및 T1과 T2의 온도마진에 정비례한다. T1은 기판의 기화온도보다 낮다.

가열되고 냉각된 후의 기판의 스트레스가 기판의 파괴강도보다 클 때는, 기판의 표면에 크랙이 발생한다. 제조의 다른 요구에 따르면, 크랙은 홈이나 충분한 몸체 절단과 같이 다른 상태에서 성장해도 좋다.

도 2를 참조하면, 본 발명에서는 제1레이저가 소정의 절단선을 만들어내기 위해 사용되기 때문에, 레이저 절단장치는 절단품질을 보장하도록 제1마이크로 조각이나 제2마이크로 조각을 만들어내지 않는다. 소정의 절단선의 깊이 및 절단품질은 제2레이저의 파워, 레이저 스폿의 치수, 절단속도 및 제1레이저의 펄스 주파수와 관련이 있다. 제1레이저의 펄스 주파수가 100∼200㎑일 때는, 소정의 절단선은 절단품질에 영향을 미치는 복수의 불연속 오목면을 갖는다. 제1레이저의 펄스 주파수가 200㎑보다 클 때는, 소정의 절단선은 스무드하고 불연속 오목면을 갖지 않는다.

한편, 제1 또는 제2레이저가 안정한 출력을 얻도록 자극되는 수개의 시간이 필요하다. 따라서, 레이저 발생기 7 또는 8로부터 발생하는 레이저의 안정한 출력을 남기기 위해서는, 제2 및 제1레이저 발생기(7, 8)와 제2 및 제1반사경(9, 10) 사이에 제2 및 제1레이저 셔터(15, 16)를 각각 배치한다. 이 상황에서, 제2 및 제 1레이저 셔터(15, 16)는 레이저의 개방 및 차단(shutoff)을 제어하기 위한 스위치로서 작용한다. 레이저 발생기를 항상 개방 또는 단락할 필요가 없는바, 레이저의 안정한 출력에 영향을 주는 것을 회피한다.

본 발명에서는, 기판(14)은 캐리어(도시하지 않음) 상에 실장되어 있다. 캐리어는 선형으로 이동하거나 회전할 수 있다. 도 2를 참조한다. 즉, 본 발명의 레이저 절단장치는 제1 및 제2절단 방향(B, C)을 따라 기판(14)을 절단할 수 있다. 게다가, 절단 정밀도를 보장하기 위해, 기판(14) 상에 제2 및 제1포지셔닝 스폿(19, 20)을 배치하고 있다. 제2 및 제1센서(17, 18)가 제2 및 제1포지셔닝 스폿(19, 20) 위에 각각 배치되어 제2 및 제1포지셔닝 스폿(19, 20)의 진정한 위치를 감지하여 기판(14)을 정밀하게 위치시키도록 캐리어의 이동을 조정한다.

본 발명에 따른 바람직한 실시예를 나타내고 설명했지만, 첨부된 청구의 범위에 기술된 바와 같은 본 발명의 범위 내에서 본 발명의 정신에 따른 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자들에게 알려진 등가의 변형 및 변경을 생각할 수 있다.

이상 설명한 바와 같이 본 발명에 의하면, 기판의 절단 품질을 향상시키는 것이 가능한 레이저 절단장치를 제공할 수 있다.

Claims

취성 기판(brittle substrate)을 절단하기 위한 레이저 절단장치로,

상기 기판에 소정의 절단선을 만들도록 제1레이저를 발생시키는 제1레이저부와,

상기 기판을 상기 소정의 절단선을 따라 가열하도록 제2레이저를 발생시키는 제2레이저부 및,

상기 기판을 상기 소정의 절단선을 따라 냉각시키는 냉각제를 구비한 것을 특징으로 하는 레이저 절단장치.
청구항 1에 있어서, 상기 냉각제, 상기 제2레이저부 및 상기 제1레이저부가 제1절단 방향을 따라 번갈아 배열되어 있는 것을 특징으로 하는 레이저 절단장치.
청구항 1에 있어서, 상기 제1레이저가 자외선(UV) 레이저인 것을 특징으로 하는 레이저 절단장치.
청구항 3에 있어서, 상기 제1레이저의 펄스 주파수가 200㎑보다 큰 것을 특 징으로 하는 레이저 절단장치.
청구항 1에 있어서, 상기 제2레이저가 이산화탄소(CO₂) 레이저인 것을 특징으로 하는 레이저 절단장치.
청구항 1에 있어서, 상기 제1레이저가 상기 소정의 절단선을 만들어내기 위해 상기 기판에 촛점을 맞추고 있는 것을 특징으로 하는 레이저 절단장치.
청구항 6에 있어서, 상기 제2레이저가 비포커싱 방식으로 상기 기판을 가열하는 것을 특징으로 하는 레이저 절단장치.
청구항 1에 있어서, 상기 제1 및 제2레이저부의 어느 하나가 독립된 레이저 발생기, 독립된 반사경 및 독립된 포커스 렌즈를 갖추고 있는 것을 특징으로 하는 레이저 절단장치.
청구항 8에 있어서, 상기 제1레이저가 대응하는 포커스 렌즈의 포커싱 위치에서 상기 기판에 소정의 절단선을 만들어내는 것을 특징으로 하는 레이저 절단장치.
청구항 9에 있어서, 상기 제2레이저가 상기 대응하는 포커스 렌즈의 비포커싱 위치에서 상기 기판을 가열하는 것을 특징으로 하는 레이저 절단장치.
청구항 8에 있어서, 상기 대응하는 레이저 발생기와 반사경 사이에 제1 및 제2레이저 셔터가 배치되어 있는 것을 특징으로 하는 레이저 절단장치.
청구항 11에 있어서, 기판의 위치를 감지하기 위해 제1센서 및 제2센서를 더 갖춘 것을 특징으로 하는 레이저 절단장치.
청구항 1에 있어서, 상기 제1절단 방향과는 다른 제2방향을 따라 상기 기판을 절단하는 것을 특징으로 하는 레이저 절단장치.