KR20100107253A

KR20100107253A - 기판 절단 장치 및 이를 이용한 기판 절단 방법

Info

Publication number: KR20100107253A
Application number: KR1020090025452A
Authority: KR
Inventors: 이현철; 한규완; 김종대; 박진한; 김준형; 김형식; 최인수; 이용진
Original assignee: 삼성모바일디스플레이주식회사
Priority date: 2009-03-25
Filing date: 2009-03-25
Publication date: 2010-10-05
Also published as: JP2010228005A; US8445814B2; TWI413564B; JP5680867B2; US20100243627A1; TW201039959A

Abstract

본 발명은 기판 절단 장치 및 이를 이용한 기판 절단 방법에 관한 것으로서, 본 발명의 실시예에 따른 기판 절단 장치는 가상의 절단 라인을 따라 절단될 기판을 지지하는 스테이지부와, 상기 절단 라인을 따라 상기 기판의 일부를 제거하여 상기 기판을 절단하기 위한 자외선 계열의 레이저빔을 방출하는 레이저 발생부, 그리고 상기 레이저빔의 광경로 상에 배치되어 상기 절단 라인으로 향하는 상기 레이저빔의 경사각을 흔들어 상기 레이저빔을 상기 절단 라인의 길이 방향과 평행한 방향으로 광스윙시키는 광스윙부를 포함한다.

유리 기판, 절단, 광스윙, 자외선 레이저, 기판 절단 장치, 기판 절단 방법

Description

기판 절단 장치 및 이를 이용한 기판 절단 방법 {SUBSTRATE CUTTING APPARTUS AND METHOD FOR CUTTING SUBSTRATE USING THE SAME}

본 발명은 기판 절단 장치 및 이를 이용한 기판 절단 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 레이저빔을 사용하여 유리 기판을 효과적이고 안정적으로 절단할 수 있는 기판 절단 장치 및 이를 이용한 기판 절단 방법에 관한 것이다.

기판 절단 장치는 글래스 계열의 기판을 베이스 기판으로 사용하는 평판 표시 장치를 원하는 제품 사이즈로 절단하는데 사용되고 있다. 평판 표시 장치는 유기 발광 표시 장치(organic light emitting diode display, OLED display) 및 액정 표시 장치(liquid crystal display, LCD) 등을 포함한다. 평판 표시 장치는 박형화가 가능하다는 장점을 가지고 있으며, 박형화에 대한 요구가 점점 증대되고 있다. 근래에는, 0.3mm 이하의 두께를 갖는 상대적으로 매우 얇은 유리 기판을 사용한 평판 표시 장치에 대한 수요가 늘고 있는 실정이다.

일반적으로 기판 절단 장치는 투명한 유리 기판을 절단하기 위해 적외선 계열의 레이저인 탄산가스(CO₂) 레이저와 냉각 수단을 구비하고 있다. 즉, 기판 절단 장치는 탄산가스 레이저로 절단하고자 하는 라인을 따라 유리 기판을 순간 가열하여 열에 의한 압축 응력을 발생시키고, 다시 냉각 수단을 통해 가열된 부위를 순간적으로 냉각시켜 인장 응력을 발생시킨다. 이러한 열충격이 유리 기판에 가해지면 미세한 마이크로 크랙이 생겨 유리 기판이 절단된다.

하지만, 유리 기판의 두께가 얇아질수록 온도 차이에 의한 응력으로 크랙을 원활하게 발생시켜 안정적으로 유리 기판을 절단하기 어려워진다. 이는 얇은 두께의 유리컵일수록 뜨거운 물을 부어도 잘 깨지지 않는 원리와 같다. 따라서, 종래의 기판 절단 장치는 박형화의 요구에 따라 상대적으로 매우 얇은 유리 기판을 사용한 평판 표시 장치를 절단하기 어려운 문제점이 있다.

본 발명은 전술한 배경기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 기판을 효과적이고 안정적으로 절단할 수 있는 기판 절단 장치를 제공하고자 한다.

또한, 상기한 기판 절단 장치를 사용해 기판을 절단하는 기판 절단 방법을 제공하고자 한다.

본 발명의 실시예에 따른 기판 절단 장치는 가상의 절단 라인을 따라 절단될 기판을 지지하는 스테이지(stage)부와, 상기 절단 라인을 따라 상기 기판의 일부를 제거하여 상기 기판을 절단하기 위한 자외선 계열의 레이저빔을 방출하는 레이저 발생부, 그리고 상기 레이저빔의 광경로 상에 배치되어 상기 절단 라인으로 향하는 상기 레이저빔의 경사각을 흔들어 상기 레이저빔을 상기 절단 라인의 길이 방향과 평행한 방향으로 광스윙(beam swing)시키는 광스윙부를 포함한다.

상기 레이저빔은 기설정된 광조사 구간 내에서 광스윙되며, 상기 광조사 구간은 상기 절단 라인과 동일한 길이 방향을 가지고 상기 절단 라인 상에 위치할 수 있다.

상기 레이저빔은 200nm 내지 900nm 범위 내에 속하는 파장을 가질 수 있다.

상기 레이저빔은 펄스(pulse) 레이저빔일 수 있다.

상기 광스윙된 레이저빔은 상기 광조사 구간 내의 상기 기판을 물리적으로 제거할 수 있다.

상기 레이저빔은 50ps(pico second)보다 짧은 단위 조사 시간을 가질 수 있다.

상기 레이저빔은 0.1MHz 내지 100MHz 범위 내에 속하는 펄스 주파수를 가질 수 있다.

상기 광스윙부 및 상기 스테이지부 중 하나 이상을 상기 절단 라인과 평행한 방향으로 이송시키는 이송부를 더 포함하며, 상기 이송부에 의해 상기 광조사 구간은 상기 절단 라인을 따라 이동할 수 있다.

상기 광스윙부는 상기 레이저 발생부에서 방출된 레이저빔을 반사하는 반사부와, 상기 반사부를 구동시키는 구동부를 포함할 수 있다.

상기 구동부는 상기 레이저빔의 광스윙 속도가 균일해지도록 상기 반사부의 움직임을 선택적으로 조절할 수 있다.

상기 레이저빔에 의해 절단된 영역을 클리닝(cleaning)하는 클리닝부를 더 포함할 수 있다.

상기 기판은 0.3mm 이하의 두께를 가지며 글래스 계열의 소재로 만들어질 수 있다.

상기한 기판 절단 장치는 광스윙된 상기 레이저빔이 향할 상기 절단 라인 상에 상기 기판 일부를 미리 가열하기 위한 추가의 레이저빔을 방출하는 추가의 레이저 발생부를 더 포함하며, 상기 추가의 레이저빔은 적외선 계열의 레이저빔일 수 있다.

또한, 본 발명의 실시예에 따른 기판 절단 방법은 스테이지(stage)부에 가상의 절단 라인을 따라 절단될 기판을 장착하는 단계와 상기 기판에 대한 경사각을 흔들어 광스윙(beam swing)시킨 자외선 계열의 레이저빔을 상기 절단 라인을 따라 조사하여 상기 기판을 상기 절단 라인을 따라 절단하는 단계를 포함한다.

상기 레이저빔은 상기 레이저빔은 200nm 내지 900nm 범위 내에 속하는 파장을 가질 수 있다.

상기 광스윙된 레이저빔은 펄스(pulse) 레이저빔이며, 상기 광조사 구간 내의 상기 기판을 물리적으로 제거할 수 있다.

상기 레이저빔은 50ps(pico second)보다 짧은 단위 조사 시간과 0.1MHz 내지 100MHz 범위 내에 속하는 펄스 주파수를 가질 수 있다.

상기한 기판 절단 방법은 상기 광스윙부 및 상기 스테이지부 중 하나 이상을 상기 절단 라인과 평행한 방향으로 이송시키는 단계를 더 포함하며, 상기 광스윙부 및 상기 스테이지부 중 하나 이상이 이송됨에 의해 상기 광조사 구간은 상기 절단 라인을 따라 이동할 수 있다.

상기한 기판 절단 방법은 추가의 레이저빔을 광스윙된 상기 레이저빔이 조사될 상기 절단 라인에 미리 조사하여 상기 절단 라인을 따라 상기 기판 일부를 미리 가열하는 단계를 더 포함하며, 상기 추가의 레이저빔은 적외선 계열 레이저빔일 수 있다.

본 발명의 실시예에 따르면, 기판 절단 장치는 유리 기판을 효과적이고 안정적으로 절단할 수 있다.

또한, 본 발명의 실시예에 따른 기판 절단 방법에 의하면, 유리 기판을 효과적이고 안정적으로 절단할 수 있다.

이하, 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 여러 실시예들에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예들에 한정되지 않는다.

또한, 여러 실시예들에 있어서, 동일한 구성을 가지는 구성요소에 대해서는 동일한 부호를 사용하여 대표적으로 제1 실시예에서 설명하고, 그 외의 제2 실시예에서는 제1 실시예와 다른 구성에 대해서만 설명하기로 한다.

본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 동일 또는 유사한 구성요소에 대해서는 동일한 참조 부호를 붙이도록 한다.

또한, 도면에서 나타난 각 구성의 크기 및 두께는 설명의 편의를 위해 임의로 나타내었으므로, 본 발명이 반드시 도시된 바에 한정되지 않는다.

도면에서 여러 층 및 영역을 명확하게 표현하기 위하여 두께를 확대하여 나타내었다. 그리고 도면에서, 설명의 편의를 위해, 일부 층 및 영역의 두께를 과장되게 나타내었다. 층, 막, 영역, 판 등의 부분이 다른 부분 "위에" 또는 "상에" 있다고 할 때, 이는 다른 부분 "바로 위에" 있는 경우뿐 아니라 그 중간에 또 다른 부분이 있는 경우도 포함한다.

이하, 도 1을 참조하여, 본 발명의 제1 실시예에 따른 기판 절단 장치(101)를 설명한다.

도 1에 도시한 바와 같이, 본 발명의 제1 실시에에 따른 기판 절단 장치(101)는 스테이지(stage)부(20), 레이저 발생부(30), 광스윙부(beam swing)(50), 및 이송부(80)를 포함한다. 그리고 기판 절단 장치(101)는 클리닝(cleaning)부(60)를 더 포함할 수 있다.

스테이지부(20)는 가상의 절단 라인(CL)을 따라 절단될 기판(10)을 지지한다. 일례로, 기판(10)은 글래스(glass) 계열의 소재로 만들어진 유리 기판일 수 있다. 하지만, 본 발명에 따른 제1 실시예에서 기판(10)이 유리 기판에만 한정되는 것은 아니며, 유리 이외의 비금속 재료로 만들어진 기판일 수도 있다. 도 1에서 점선으로 도시된 절단 라인(CL)은 앞으로 절단될 가상의 라인을 나타내며, 실선으로 도시된 절단 라인(CL)은 절단된 라인을 나타낸다.

레이저 발생부(30)는 절단 라인(CL)을 따라 기판(10)을 절단하기 위한 레이저빔(LB)을 방출한다. 레이저 발생부(30)로는 자외선(UV) 계열의 레이저가 사용된다. 즉, 레이저 발생부(30)에서 발생되는 레이저빔(LB)은 200nm 내지 900nm 범위 내에 속하는 파장을 갖는다. 또한, 레이저 발생부(30)에서 방출되는 레이저빔(LB)는 펄스(pulse) 레이저빔이며, 50ps(pico second)보다 짧은 단위 조사 시간과 0.1MHz 내지 100MHz 범위 내에 속하는 펄스 주파수를 갖는다.

광스윙부(50)는 레이저 발생부(30)에서 방출되어 절단 라인(CL)로 향하는 레이저빔(LB)의 광경로 상에 배치된다. 광스윙부(50)는 기판(10)에 대한 레이저빔(LB)의 경사각을 미소하게 흔들어 광스윙(beam swing)시킨다. 즉, 레이저빔(LB)은 광스윙부(50)에 의해 기설정된 광조사 구간(LBD) 내에서 광스윙된다. 광조사 구간(LBD)은 절단 라인(CL)과 동일한 길이 방향을 가지고 절단 라인(CL) 상에 위치한다. 여기서, 경사각은 기판(10)의 판면에 광스윙된 레이저빔(SLB)이 입사되는 각을 말한다. 즉, 기판(10)에 대한 레이저빔(LB)의 경사각을 흔든다는 것은 레이저빔(LB)이 기판(10)에 입사되는 각도를 변화시킨다는 것을 의미한다. 따라서 광스윙된 레이저빔(SLB)은 기판(10)의 판면에 입사되는 각이 소정의 범위 내에서 변하게 된다. 또한 광스윙된 레이저빔(SLB)이 스윙되는 방향은 절단 라인(CL) 및 광 조사 구간(LBD)의 길이 방향과 평행하다.

도 1에서 참조 부호 SLB는 광스윙된 레이저빔을 나타낸다. 레이저빔(SLB)이 광조사 구간(LBD) 내에서 직선 왕복적으로 광스윙되면서, 레이저빔(SLB)에 타격된 절단 라인(CL) 상의 기판(10)은 점차 제거되어 간다. 즉, 레이저빔(SLB)이 순간적으로 조사되는 스팟 영역이 광조사 구간(LBD) 사이에서 직선 왕복하게 된다. 여기서, 스팟 영역은 광조사 구간(LBD)에서 레이저빔(SLB)이 순간적으로 조사되고 있는 한 점을 말한다. 레이저빔(SLB)은 광스윙되면서 광조사 구간(LBD) 내의 한 스팟 영역을 단속적으로 수십 내지 수백회 타격한다. 그리고 기판(10)에 타격된 레이저빔(SLB)은 유리(glass) 내부의 분자 결합을 직접 분단시켜 광조사 구간(LBD)의 기판(10)을 물리적으로 제거한다. 이와 같이, 절단 라인(CL)을 따라 기판(10)의 일부가 제거되면, 최종적으로 기판(10)은 절단 라인(CL)을 따라 절단된다.

본 발명의 제1 실시예와 달리, 광스윙시키지 않은 일반적인 자외선 계열의 레이저빔(LB)으로는 평판 표시 장치의 기판(10)으로 사용되는 수백 마이크로미터의 두께를 갖는 기판(10)을 안정적으로 절단하기 어렵다. 즉, 수백 마이크로미터의 두께를 갖는 기판(10)을 절단하기 위해 높은 에너지 레벨의 레이저빔(LB)을 한 스팟 영역에 지속적으로 쉼없이 조사하면, 열충격에 의한 크랙이 국소적으로 발생되기 쉽다. 이때 발생되는 크랙은 제어가 되지 않으며, 절단 라인(CL)과 교차하는 방향으로도 무작위적으로 형성될 수 있다. 이와 같이, 무작위적으로 형성된 크랙에 의해 기판(10)의 가장자리가 손상될 수 있으며, 이는 기판(10)의 전체적인 강도를 저하시키는 원인이 될 수 있다. 한편, 광스윙시키지 않은 레이저빔(LB)의 에너 지 레벨을 크랙이 발생되지 않도록 낮추면, 수백 마이크로미터의 두께를 갖는 기판(10)에 홈을 형성할 수는 있어도 기판(10)을 절단하기에는 어려움이 있다.

반면, 본 발명의 제1 실시예에서는 레이저빔(SLB)을 광조사 구간(LBD) 내에서 광스윙시켜 한 스팟 영역에 대해 단속적으로 레이저빔(SLB)이 조사된다. 따라서, 일부 스팟 영역에서 열충격에 의한 불필요한 크랙이 국소적으로 발생되는 것을 억제할 수 있으며, 이에 기판(10)에 조사할 레이저빔(SLB)의 에너지 레벨을 높일 수 있게 된다. 따라서, 광스윙된 자외선 계열의 레이저빔(SLB)은 더욱 두꺼운 두께의 기판(10)도 안정적으로 절단할 수 있다.

또한, 본 발명의 제1 실시예에서, 광스윙된 레이저빔(LBD)이 조사되는 광조사 구간(LBD)은 대략 100mm 이내의 길이를 갖는다. 그리고 광스윙부(50)에 의해 광스윙된 레이저빔(SLB)은 광조사 구간(LBD) 내에서 대략 0.1m/s 내지 10m/s 범위 내에 속하는 속도로 스윙된다. 즉, 0.1m/s 내지 10m/s 범위 내의 속도로 레이저빔(SLB)이 순간적으로 조사되는 스팟 영역이 광조사 구간(LBD) 사이에서 직선 왕복하게 된다. 그러나 전술한 광조사 구간(LBD)의 길이 및 레이저빔(SLB)의 광스윙 속도는 일례에 불과하며, 본 발명의 제1 실시예가 이에 한정되는 것은 아니다. 즉, 광조사 구간(LBD)의 길이 및 레이저빔(SLB)의 광스윙 속도는 절단된 기판(10)의 절단면 주변에서 열충격에 의한 크랙이 발생되지 않도록 조사되는 레이저빔(SLB)의 에너지 레벨에 따라 적절히 조절될 수 있다.

광스윙부(50)는, 도 2에 도시한 바와 같이, 레이저 발생부(30)에서 방출된 레이저빔(LB)을 반사하는 반사부(51)와, 반사부(51)를 구동하는 구동부(52)를 포함 한다. 구동부(52)는 도 2에서 도시된 구성 이외에 모터 및 제어부와 같은 구성을 더 포함할 수 있다. 구동부(52)는 반사부(51)의 움직임을 조절하여 레이저 발생부(30)에서 방출된 레이저빔(LB)을 광스윙시킨다. 이때, 구동부(52)는 레이저빔(SLB)의 광스윙 속도가 균일해지도록 반사부(51)의 움직임을 선택적으로 조절할 수 있다. 즉, 구동부(52)는 반사부(51)가 움직이는 속도를 균일하게 선택적으로 조절할 수 있다. 이와 같이, 구동부(52)가 반사부(51)를 움직임을 조절하여 레이저빔(SLB)의 광스윙폭 및 스윙 속도를 제어할 수 있다. 또한, 광스윙의 터닝(turning)으로 인한 가감속 구간 등의 불균일한 영역을 마스크나 후술할 케이싱의 광조사구(555)를 통해 차폐할 수 있다. 그러나 본 발명의 제1 실시예가 이에 한정되는 것은 아니다. 따라서 광스윙부(50)에 의해 광스윙된 레이저빔(SLB)의 광스윙 속도는 균일하지 않을 수도 있다.

그리고 광스윙부(50)는 반사부(51)와 구동부(52)를 수납하는 케이싱(55)을 더 포함할 수 있다. 케이싱(55)은 레이저 발생부(30)에서 방출된 레이저빔(LB)을 내부로 유입시키기 위한 광유입구(551)와, 반사부(51) 및 구동부(52)에 의해 광스윙된 레이저빔(SLB)을 기판(10)(도 1에 도시) 방향으로 조사하기 위한 광조사구(555)를 포함한다. 광스윙된 레이저빔(SLB)의 스윙폭은 광조사구(555)의 크기를 통해 조절할 수도 있다.

또한, 도시하지는 않았지만, 광스윙부(50)는 필요에 따라 광스윙된 레이저빔(SLB)이 광조사 구간(LBD) 내에서 균일한 초점을 갖도록 광조사구(55)에 배치된 하나 이상의 렌즈를 더 포함할 수 있다.

또한, 본 발명의 제1 실시예에서, 광스윙부(50)가 도 2에 도시한 구조에 한정되는 것은 아니다. 따라서, 광스윙부(50)는 다양한 광학적인 방법을 통해, 기판(10)에 대한 레이저빔(LB)의 경사각을 미소하게 흔들어 광스윙(beam swing)시킬 수 있다.

다시, 도 1을 참조하여 설명하면, 이송부(80)는 스테이지부(20)를 절단 라인(CL)과 평행한 방향으로 이송시킨다. 도 1에서 참조 부호 SD는 이송부(80)가 스테이지부(20)를 이송시키는 방향을 나타낸다. 즉, 이송부(80)에 의해 광조사 구간(LBD)은 절단 라인(CL)을 따라 이동할 수 있게 된다. 그러나 본 발명의 제1 실시예가 이에 한정되는 것은 아니며, 이송부(80)가 스테이지부(20) 대신 광스윙부(50)와 레이저 발생부(30)를 이송시킬 수도 있다. 즉, 이송부(80)는 스테이지부(20) 또는 광스윙부(50)를 이송시켜 광스윙부(50)에 의해 광스윙된 레이저빔(SLB)이 조사되는 광조사 구간(LBD)을 절단 라인(CL)을 따라 이동시키는 역할을 한다.

클리닝부(60)는 광스윙된 레이저빔(SLB)에 의해 기판(10)이 절단되면서 발생된 불필요한 입자(particle)들을 제거한다. 이러한 입자들은 불량 발생의 원인이 되며, 레이저빔(LB)의 광경로를 방해할 수도 있다. 클리닝부(60)는 공기를 분출 또는 흡입하여 입자들을 제거할 수 있다. 클리닝부(60)로 인해 절단 공정이 더욱 정밀하고 신속하게 진행될 수 있다.

이와 같은 구성에 의하여, 기판 절단 장치(101)는 기판(10)을 효과적이고 안정적으로 절단할 수 있게 된다.

본 발명의 제1 실시예에 따른 기판 절단 장치(101)는 광스윙된 자외선 계열의 레이저빔(SLB)을 통해 기판(10)을 절단하므로, 일반적으로 수백 마이크로 미터의 두께를 갖는 글래스 계열의 소재로 만들어진 기판(10)을 안정적으로 절단할 수 있다.

또한, 본 발명의 제1 실시예에 따른 기판 절단 장치(101)는 열충격에 의해 발생되는 크랙을 이용해 기판(10)을 절단하는 방식이 아니므로, 0.3mm 이하의 두께를 갖는 상대적으로 얇은 두께를 갖는 기판(10)도 효과적이고 안정적으로 절단할 수 있다.

이하, 도 1의 기판 절단 장치(101)를 사용하여 기판(10)을 절단하는 방법을 살펴본다.

먼저, 절단 라인(CL)을 따라 절단하고자 하는 0.1mm 내지 0.3mm 범위 내의 두께를 갖는 글래스 계열의 소재로 만들어진 기판(10)을 스테이지부(20)에 장착한다. 이때, 기판(10)의 두께가 반드시 0.1mm 내지 0.3mm 범위 내에 속해야 하는 것은 아니다. 또한, 기판(10)이 반드시 글래스 계열의 소재로 만들어져야 하는 것은 아니며, 유리 이외의 비금속 재료로 만들어진 기판(10)일 수도 있다.

다음, 기판(10)에 대한 경사각을 미소하게 흔들어 광스윙시킨 자외선 계열의 레이저빔(SLB)을 절단 라인(CL)을 따라 기판(10)에 조사하면서, 스테이지부(20)를 서서히 이송시킨다. 레이저빔(SLB)은 기설정된 광조사 구간(LBD) 내에서 광스윙되며, 광조사 구간(LBD)은 절단 라인(CL)과 동일한 길이 방향을 가지고 절단 라인(CL)을 따라 이동된다.

광스윙된 레이저빔(SLB)은 200nm 내지 900nm 범위 내에 속하는 파장을 갖는다. 또한, 광스윙된 레이저빔(SLB)은 펄스(pulse) 레이저빔이며, 50ps(pico second)보다 짧은 단위 조사 시간과 0.1MHz 내지 100MHz 범위 내에 속하는 펄스 주파수를 갖는다. 이와 같은 레이저빔(SLB)에 의해 광조사 구간(LBD) 내의 기판(10)을 물리적으로 제거하게 된다. 즉, 광스윙된 레이저빔(SLB)이 유리(glass) 내부의 분자 결합을 직접 분단시켜 기판(10)을 물리적으로 제거하기 위해선 전술한 조건들을 만족해야한다. 그리고 스테이지부(20)가 이송되면서 광조사 구간(LBD)이 절단 라인(CL)을 따라 이동하게 되고, 이에 기판(10)은 절단 라인(CL)을 따라 절단된다.

또한, 기판(10)의 일부가 제거되어 절단 라인(CL)을 따라 절단되는 정도를 모니터링하여 이송부(80)가 스테이지부(20)를 이송시키는 속도나 레이저빔(LB)의 강도 등을 조절할 수 있다.

다음, 광스윙된 레이저빔(SLB)에 의해 기판(10)이 절단되면서 발생되어 불량 발생의 원인 되거나 레이저빔(LB)의 광경로를 방해할 수 있는 불필요한 입자(particle)들을 클리닝부(60)를 통해 제거한다.

이와 같은 기판 절단 방법을 통해, 기판(10)을 더욱 효과적이고 안정적으로 절단할 수 있다.

이하, 도 3 및 도 4를 참조하여, 본 발명의 제2 실시예를 설명한다.

도 3에 도시한 바와 같이, 본 발명의 제2 실시예에 따른 기판 절단 장치(102)는 자외선 계열의 레이저빔(LB1)을 방출하는 레이저 발생부(30) 이외에 적외선 계열의 추가의 레이저빔(LB2)을 방출하는 추가의 레이저 발생부(40)를 더 포 함한다. 이하, 레이저 발생부(30)를 제1 레이저 발생부라 하고, 추가의 레이저 발생부(40)를 제2 레이저 발생부라 한다. 또한, 레이저빔(LB1)을 제1 레이저빔이라 하고, 추가의 레이저빔(LB2)을 제2 레이저빔이라 한다.

제2 레이저 방출부(40)에서 방출된 제2 레이저빔(LB2)은 제1 레이저 발생부(30)에서 방출된 후 광스윙된 제1 레이저빔(SLB1)이 향할 절단 라인(CL) 상에 기판(10) 일부를 미리 가열한다. 제2 레이저빔(LB2)에 의해 가열되는 가열 영역(HA)도 광조사 영역(LBD)과 같이 절단 라인(CL)을 따라 이동하게 된다. 즉, 광스윙된 자외선 계열의 제1 레이저빔(SLB1)은 적외선 계열의 제2 레이저빔(LB2)에 의해 가열된 기판(10)을 절단하게 된다.

적외선 계열의 제2 레이저빔(LB2)을 방출하는 제2 레이저 방출부(40)는 일례로 탄산가스(CO₂) 레이저일 수 있다. 탄산가스 레이저는 10,600nm의 파장을 갖는 레이저빔을 조사할 수 있다. 10,600nm의 파장을 갖는 레이저빔은 물분자 또는 히드록시기 물질에 잘 흡수되며, 유리에 대한 흡수성도 매우 높다.

또한, 본 발명의 제2 실시예에 따른 기판 절단 장치(102)는 제2 레이저 발생부(40)에서 방출된 제2 레이저빔(LB2)의 경로를 조절하고 제2 레이저빔(LB2)을 집광시키기 위한 광학부(45)를 더 포함할 수 있다.

광학부(45)는, 도 4에 도시한 바와 같이, 제2 레이저빔(LB2)의 경로를 조절하는 미러(mirror)부(46)와, 제2 레이저빔(LB2)을 집광시키는 집광부(47)를 포함한다. 광학부(45)의 반사부(46) 및 집광부(47) 중 하나 이상은 제2 레이저 발생 부(40)의 위치 및 제2 레이저빔(LB2)이 방출되는 방향에 따라 생략할 수 있다.

또한, 광학부(46)는 미러부(46)와 집광부(47)를 수납하는 케이싱(48)을 더 포함할 수 있다. 케이싱(48)은 제2 레이저 발생부(40)에서 방출된 제2 레이저빔(LB2)을 내부로 유입시키기 위한 광입구(481)와, 미러부(46) 및 집광부(47)를 거쳐 기판(10)(도 3에 도시)을 향해 조사하기 위한 광출구(485)를 포함한다. 그러나, 본 발명의 제2 실시예에서, 광학부(45)가 도 4에 도시한 구조에 한정되는 것은 아니다.

이와 같은 구성에 의하여, 기판 절단 장치(102)는 더욱 안정적으로 기판(10)을 절단할 수 있다.

구체적으로, 본 발명의 제2 실시예에 따른 기판 절단 장치(102)는 광스윙된 제1 레이저빔(SLB1)을 통해 절단 라인(CL)을 따라 기판(10)을 절단되는 과정에서, 혹시라도 열충격에 의한 크랙이 발생될 경우 크랙이 절단 라인(CL)을 따라 생기도록 크랙의 형성 방향을 제어할 수 있다. 즉, 제1 레이저빔(SLB1)이 조사될 절단 라인(CL)에 따른 기판(10) 일부가 제2 레이저빔(LB2)에 의해 미리 가열되어 있으므로, 제1 레이저빔(SLB1)으로 기판(10)을 절단할 때 크랙이 발생되더라도 절단 라인(CL)과 교차하는 방향으로 크랙이 진행되는 것이 억제된다. 이와 같이, 제2 레이저빔(LB2)을 통해 크랙이 절단 라인(CL)을 따라 형성되도록 유도하여 절단된 기판(10)의 절단면 가장자리의 손상을 방지한다.

이에, 기판 절단 장치(102)는 더욱 높은 에너지 레벨의 광스윙된 제1 레이저빔(SLB1)을 안정적으로 사용할 수 있다.

이하, 도 5 및 도 6을 참조하여, 실험예와 비교예를 대조하여 살펴본다. 실험예는 본 발명의 제1 실시예에 따라 광스윙된 자외선 계열의 레이저빔을 사용하여 기판을 절단하였고, 비교예는 광스윙되지 않은 일반적인 적외선 계열의 레이저빔을 사용하여 기판을 절단하였다.

도 5는 실험예를 통해 절단된 기판의 절단 라인을 나타내고, 도 6은 비교예를 통해 절단된 기판의 절단 라인을 나타낸다.

도 5에 도시한 바와 같이, 실험예를 통해 절단된 기판은 절단 라인의 절단면이 고르고 안정적인 것을 알 수 있다. 반면, 도 6에 도시한 바와 같이, 비교예를 통해 절단된 기판은 절단 라인의 절단면이 고르지 못하고 가장 자리에 많은 크랙이 발생됨을 알 수 있다.

광스윙시키지 않은 일반적인 자외선 계열의 레이저빔으로는 평판 표시 장치의 기판으로 사용되는 수백 마이크로미터의 두께를 갖는 기판을 절단하기 위해서는 높은 에너지 레벨의 레이저빔을 한 스팟 영역에 쉼없이 지속적으로 조사하여야 한다. 이때 국소적으로 일어나는 열충격에 의해 크랙은 생성된다. 그리고 이러한 크랙은 제어가 되지 않아 절단 라인과 교차하는 방향으로도 무작위적으로 형성될 수 있다. 이와 같이 형성된 크랙에 의해 기판의 가장자리가 손상되면, 기판의 전체적인 강도를 저하시키게 된다.

하지만, 본 발명의 제1 실시예에 따라 광스윙된 자외선 계열의 레이저빔을 사용하여 기판을 절단할 경우, 크랙의 발생되지 않아 안정적인 절단 작업이 가능함을 알 수 있다.

본 발명을 앞서 기재한 바에 따라 바람직한 실시예를 통해 설명하였지만, 본 발명은 이에 한정되지 않으며 다음에 기재하는 특허청구범위의 개념과 범위를 벗어나지 않는 한, 다양한 수정 및 변형이 가능하다는 것을 본 발명이 속하는 기술 분야에 종사하는 자들은 쉽게 이해할 것이다.

도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 기판 절단 장치를 나타낸 사시도이다.

도 2는 도 1의 광스윙부를 나타낸 구성도이다.

도 3은 본 발명의 제2 실시예에 따른 기판 절단 장치를 나타낸 사시도이다.

도 4는 도 2의 광학부를 나타낸 구성도이다.

도 5 및 도 6은 본 발명의 실시예에 따른 실험예와 비교예로 각각 절단된 기판의 절단면을 나타낸 평면도이다.

Claims

가상의 절단 라인을 따라 절단될 기판을 지지하는 스테이지(stage)부;

상기 절단 라인을 따라 상기 기판의 일부를 제거하여 상기 기판을 절단하기 위한 자외선 계열의 레이저빔을 방출하는 레이저 발생부; 그리고

상기 레이저빔의 광경로 상에 배치되어 상기 절단 라인으로 향하는 상기 레이저빔의 경사각을 흔들어 상기 레이저빔을 상기 절단 라인의 길이 방향과 평행한 방향으로 광스윙(beam swing)시키는 광스윙부

를 포함하는 기판 절단 장치.
제1항에서,

상기 레이저빔은 기설정된 광조사 구간 내에서 광스윙되며,

상기 광조사 구간은 상기 절단 라인과 동일한 길이 방향을 가지고 상기 절단 라인 상에 위치하는 기판 절단 장치.
제2항에서,

상기 레이저빔은 200nm 내지 900nm 범위 내에 속하는 파장을 갖는 기판 절단 장치.
제2항에서,

상기 레이저빔은 펄스(pulse) 레이저빔인 기판 절단 장치.
제4항에서,

상기 광스윙된 레이저빔은 상기 광조사 구간 내의 상기 기판을 물리적으로 제거하는 기판 절단 장치.
제4항에서,

상기 레이저빔은 50ps(pico second)보다 짧은 단위 조사 시간을 갖는 기판 절단 장치.
제6항에서,

상기 레이저빔은 0.1MHz 내지 100MHz 범위 내에 속하는 펄스 주파수를 갖는 기판 절단 장치.
제2항에서,

상기 광스윙부 및 상기 스테이지부 중 하나 이상을 상기 절단 라인과 평행한 방향으로 이송시키는 이송부를 더 포함하며,

상기 이송부에 의해 상기 광조사 구간은 상기 절단 라인을 따라 이동하는 기판 절단 장치.
제2항에서,

상기 광스윙부는 상기 레이저 발생부에서 방출된 레이저빔을 반사하는 반사부와, 상기 반사부를 구동시키는 구동부를 포함하는 기판 절단 장치.
제9항에서,

상기 구동부는 상기 레이저빔의 광스윙 속도가 균일해지도록 상기 반사부의 움직임을 선택적으로 조절하는 기판 절단 장치.
제1항에서,

상기 레이저빔에 의해 절단된 영역을 클리닝(cleaning)하는 클리닝부를 더 포함하는 기판 절단 장치.
제1항에서,

상기 기판은 0.3mm 이하의 두께를 가지며 글래스 계열의 소재로 만들어진 기판 절단 장치.
제1항 내지 제12항 중 어느 한 항에서,

광스윙된 상기 레이저빔이 향할 상기 절단 라인 상에 상기 기판 일부를 미리 가열하기 위한 추가의 레이저빔을 방출하는 추가의 레이저 발생부를 더 포함하며,

상기 추가의 레이저빔은 적외선 계열의 레이저빔인 기판 절단 장치.
스테이지(stage)부에 가상의 절단 라인을 따라 절단될 기판을 장착하는 단계; 및

광스윙부를 통해 상기 기판에 대한 경사각을 흔들어 광스윙(beam swing)시킨 자외선 계열의 레이저빔을 상기 절단 라인을 따라 조사하여 상기 기판을 상기 절단 라인을 따라 절단하는 단계

를 포함하는 기판 절단 방법.
제14항에서,

상기 레이저빔은 기설정된 광조사 구간 내에서 광스윙되며,

상기 광조사 구간은 상기 절단 라인과 동일한 길이 방향을 가지고 상기 절단 라인 상에 위치하는 기판 절단 방법.
제15항에서,

상기 레이저빔은 상기 레이저빔은 200nm 내지 900nm 범위 내에 속하는 파장을 갖는 기판 절단 방법.
제15항에서,

상기 광스윙된 레이저빔은 펄스(pulse) 레이저빔이며,

상기 광조사 구간 내의 상기 기판을 물리적으로 제거하는 기판 절단 방법.
제17항에서,

상기 레이저빔은 50ps(pico second)보다 짧은 단위 조사 시간과 0.1MHz 내지 100MHz 범위 내에 속하는 펄스 주파수를 갖는 기판 절단 방법.
제15항에서,

상기 광스윙부 및 상기 스테이지부 중 하나 이상을 상기 절단 라인과 평행한 방향으로 이송시키는 단계를 더 포함하며,

상기 광스윙부 및 상기 스테이지부 중 하나 이상이 이송됨에 의해 상기 광조사 구간은 상기 절단 라인을 따라 이동하는 기판 절단 방법.
제14항 내지 제19항 중 어느 한 항에서,

추가의 레이저빔을 광스윙된 상기 레이저빔이 조사될 상기 절단 라인에 미리 조사하여 상기 절단 라인을 따라 상기 기판 일부를 미리 가열하는 단계를 더 포함하며,

상기 추가의 레이저빔은 적외선 계열 레이저빔인 기판 절단 방법.