KR20130126287A

KR20130126287A - 기판 절단 장치 및 방법

Info

Publication number: KR20130126287A
Application number: KR1020120050289A
Authority: KR
Inventors: 정훈; 윤성진; 신규성
Original assignee: 참엔지니어링(주)
Priority date: 2012-05-11
Filing date: 2012-05-11
Publication date: 2013-11-20
Also published as: CN103387335A; CN103387335B

Abstract

본 발명은 기판 절단 장치 및 그 방법에 관한 것이다. 본 발명에 따른 기판 절단 장치는, 기판(10)이 안착되는 스테이지부(100); 레이저 빔(L1, L2)을 생성하는 레이저부(200); 레이저 빔(L1, L2)을 제1 레이저 빔(L1) 및 제2 레이저 빔(L2)으로 분할하는 빔 스플리터(BS); 제1 레이저 빔(L1)을 이용하여 기판(10)의 내부를 스크라이브 가공하여 제1 식각부(P1, P2)를 형성하는 제1 가공부(300); 및 제2 레이저 빔(L2)을 이용하여 기판(10)의 내부를 광스윙 스크라이브 가공하여 제2 식각부(P3)를 형성하는 제2 가공부(400)를 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

기판 절단 장치 및 방법{SUBSTRATE CUTTING AND METHOD}

본 발명은 기판 절단 장치 및 그 방법에 관한 것이다. 보다 상세하게는, 제1 레이저 빔으로 기판의 내부를 스크라이브 가공하여 제1 식각부를 형성하고, 제2 레이저 빔으로 기판의 내부를 광스윙 스크라이브 가공하여 제2 식각부를 형성함으로써 기판을 절단하는 기판 절단 장치 및 그 방법에 관한 것이다.

레이저를 이용한 재료의 가공은 산업 전반에 걸쳐서 적용 분야가 급속히 확대되어 가고 있다. 정밀성, 공정의 유연성, 비접촉 가공성, 재료에 미치는 열 영향 등에 있어서 우수한 특성을 가지는 레이저 가공은, 다이아몬드 등에 의해 절단 라인을 생성한 후, 기계적 응력을 가하여 반도체 웨이퍼나 글래스 등의 기판을 절단하는 기존의 공정을 대체하고 있다.

도 1은 종래기술에 따른 기판 절단 장치의 구성을 나타내는 도면이다.

도 1을 참조하면, 스테이지부(1) 상에 안착된 기판(10)을 절단하기 위해, 다이아몬드 또는 니켈 등의 경도가 양호한 재질로 형성된 휠(4)을 사용하여 기판(10)을 1차적으로 x축과 평행한 방향으로 라인을 형성한다. 이어서, 2차적으로 레이저부(2)에서 생성된 레이저 빔(L)을 집속렌즈(3)에서 집광함으로써 휠(4)을 사용하여 형성한 기판(10)의 라인 영역을 가열한다. 이어서, 냉각부(5)를 통과한 냉각 기체 또는 냉각 액체가 레이저 빔(L)에 의해서 가열된 라인 영역을 냉각한다. 위와 같이, 휠(4)을 사용한 기계적 가공으로 기판(10) 상에 라인을 형성한 후에 가열 및 냉각을 통해 라인 영역에 인장 응력이 발생시켜 기판을 절단한다. 이 외에도 기판을 절단하는 종래의 기술은 한국공개특허공보 제1998-084225호 등에 개시되어 있다.

종래기술에 따른 기판 절단 장치는 인장 응력으로 인해 기판이 절단되므로 절단 라인에서 미세한 마이크로 크랙 및 가공 잔해물 등이 발생한다. 이러한 마이크로 크랙 및 가공 잔해물 등은 기판의 절단 품질을 저하시키는 문제점이 있었다.

또한, 최근 들어 LED, LCD 등의 표시 장치에 얇은 기판을 사용하는데, 초박형의 기판에서는 기판의 절단에 필요한 인장 응력이 발생하지 않는 관계로, 상기 방법을 이용하여 기판의 절단을 수행할 수 없는 문제점이 있었다.

또한, 최근의 표시 장치는 두께가 얇은 기판을 사용할 뿐만 아니라 대면적의 기판을 사용하는 실정이다. 대면적의 기판은 미세한 크랙에 의해서도 절단 품질이 영향을 많이 받기 때문에 상기 방법을 이용하여 기판의 절단을 수행할 수 없는 문제점이 있었다. 또한, 레이저를 이용하여 대면적 기판의 절단을 수행하기에는 많은 공정 시간과 비용을 소모되는 문제점이 있었다.

따라서, 본 발명은 상기와 같은 종래 기술의 제반 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 기판의 절단 품질을 향상시킬 수 있는 기판 절단 장치 및 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.

또한, 본 발명은 초박형의 기판을 절단할 수 있는 기판 절단 장치 및 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.

또한, 본 발명은 공정 시간과 비용을 절감하여 대면적의 기판을 절단할 수 있는 기판 절단장치 및 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명의 상기의 목적은 기판이 안착되는 스테이지부; 레이저 빔을 생성하는 레이저부; 상기 레이저 빔을 제1 레이저 빔 및 제2 레이저 빔으로 분할하는 빔 스플리터; 상기 제1 레이저 빔을 이용하여 상기 기판의 내부를 스크라이브 가공하여 제1 식각부를 형성하는 제1 가공부; 및 상기 제2 레이저 빔을 이용하여 상기 기판의 내부를 광스윙 스크라이브 가공하여 제2 식각부를 형성하는 제2 가공부를 포함하는 것을 특징으로 하는 기판 절단 장치에 의해 달성된다.

상기 제1 가공부는 적어도 한 개의 가공 렌즈를 포함할 수 있다.

각각의 상기 가공 렌즈는 상기 기판의 내부에서 서로 다른 위치에 집광점을 형성할 수 있다.

상기 가공 렌즈는 상기 기판의 내부를 10 μm 내지 500 μm의 두께로 스크라이브 가공할 수 있다.

상기 기판의 두께는 2 mm 이하이며, 상기 기판의 한 변의 길이는 0.5 m 내지 3.5 m일 수 있다.

상기 제2 가공부는 상기 제2 레이저 빔이 상기 기판에 조사되는 각을 변화시키면서 상기 제2 식각부를 형성할 수 있다.

상기 제2 가공부의 조사각 변화에 의해 제2 레이저 빔이 상기 기판에 조사되는 범위는 10 mm 내지 300 mm일 수 있다.

상기 기판의 가공 중에 발생하는 부산물을 흡입하는 부산물 제거부를 더 포함할 수 있다.

상기 레이저 빔의 파장은 100 nm 내지 1,100 nm일 수 있다.

상기 레이저 빔의 펄스 폭은 100 fs 내지 1 ns일 수 있다.

상기 제1 식각부의 깊이는 상기 기판의 하부면으로부터 상기 기판의 내부의 소정의 지점까지의 거리와 실질적으로 동일하고, 상기 제2 식각부의 깊이는 상기 기판의 상부면으로부터 상기 기판의 내부의 상기 소정의 지점까지의 거리와 실질적으로 동일할 수 있다.

그리고, 본 발명의 상기의 목적은 적어도 한 개의 가공 렌즈를 포함하는 제1 가공부를 이용하여 기판의 내부의 제1 식각부를 제1 레이저 빔으로 스크라이브 가공하여 형성하고, 제2 가공부를 이용하여 상기 기판의 내부의 제2 식각부를 제2 레이저 빔으로 광스윙 스크라이브 가공하여 형성하여 상기 기판을 절단하는 것을 특징으로 하는 기판 절단 방법에 의해 달성된다.

상기와 같이 구성된 본 발명에 따르면, 기판의 절단 품질을 향상시킬 수 있다.

또한, 초박형의 기판을 절단할 수 있다.

또한, 공정 시간과 비용을 절감하여 대면적의 기판을 절단할 수 있다.

또한, 기판을 냉각하는 장치 없이도 기판을 절단할 수 있다.

도 1은 종래기술에 따른 기판 절단 장치의 구성을 나타내는 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 기판 절단 장치의 구성을 나타내는 도면이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 제2 가공부의 구성을 나타내는 도면이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 기판의 절단 원리를 나타내는 측면 단면도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 기판의 절단 과정을 나타내는 정면 단면도이다.

후술하는 본 발명에 대한 상세한 설명은, 본 발명이 실시될 수 있는 특정 실시예를 예시로서 도시하는 첨부 도면을 참조한다. 이들 실시예는 당업자가 본 발명을 실시할 수 있기에 충분하도록 상세히 설명된다. 본 발명의 다양한 실시예는 서로 다르지만 상호 배타적일 필요는 없음이 이해되어야 한다. 예를 들어, 여기에 기재되어 있는 특정 형상, 구조 및 특성은 일 실시예에 관련하여 본 발명의 정신 및 범위를 벗어나지 않으면서 다른 실시예로 구현될 수 있다. 또한, 각각의 개시된 실시예 내의 개별 구성요소의 위치 또는 배치는 본 발명의 정신 및 범위를 벗어나지 않으면서 변경될 수 있음이 이해되어야 한다. 따라서, 후술하는 상세한 설명은 한정적인 의미로서 취하려는 것이 아니며, 본 발명의 범위는, 적절하게 설명된다면, 그 청구항들이 주장하는 것과 균등한 모든 범위와 더불어 첨부된 청구항에 의해서만 한정된다. 도면에서 유사한 참조부호는 여러 측면에 걸쳐서 동일하거나 유사한 기능을 지칭하며, 길이 및 면적, 두께 등과 그 형태는 편의를 위하여 과장되어 표현될 수도 있다.

이하에서는, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명을 용이하게 실시할 수 있도록 하기 위하여, 본 발명의 바람직한 실시예들에 관하여 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명하기로 한다.

본 명세서에 있어서, 레이저 가공이란 레이저가 기판에 조사되어 라인, 홈, 패턴 등을 형성하거나, 대상체 절단을 수행하는 의미로 이해될 수 있다.

도 2를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 기판 절단 장치는 스테이지부(100), 레이저부(200), 제1 가공부(300), 제2 가공부(400) 및 빔 스플리터(beam splitter; BS)를 포함하여 구성될 수 있다.

스테이지부(100)에는 기판(10)이 안착되어 기판(10)의 절단 공정이 수행될 수 있다. 기판(10)은 글래스, 반도체 웨이퍼 등일 수 있다. 특히, 기판(10)의 내부에 레이저 빔(L1, L2)이 집속될 수 있도록 기판(10)은 투명한 재질인 것이 바람직하다. 또한, 기판(10)은 표시 장치 등에 사용하는 얇은 기판으로서 두께는 2 mm 이하인 것이 바람직하다. 또한, 기판(10)은 표시 장치 등에 사용하는 대면적 기판으로서 한 변의 길이가 0.5 m 내지 3.5 m인 것이 바람직하다.

한편, 본 발명의 기판 절단 장치는 스테이지부(100)에 스테이지 이송부(미도시)를 더 포함하여 스테이지부(100)를 x, y 또는 z축으로 이동하도록 하고, 레이저부(200), 제1 가공부(300), 제2 가공부(400) 등을 고정 상태로 배치하여 기판 절단을 수행할 수 있다. 물론, 스테이지부(100)를 고정하고 레이저부(200), 제1 가공부(300), 제2 가공부(400) 등을 x, y 또는 z축으로 이동하도록 하여 기판 절단을 수행할 수도 있음은 자명한 사항이라 할 것이다. 다만, 이하에서는 설명의 편의를 위하여 스테이지부(100)를 x축으로만 이동하여 기판 절단을 수행하는 것을 상정하여 설명한다.

레이저부(200)는 레이저 빔(L1, L2)을 생성한다. 일 예로 YAG 레이저, 다이오드 레이저, CO₂ 레이저, 엑시머 레이저 등을 생성하여 빔 스플리터(BS)를 향해 조사할 수 있다.

레이저 빔(L1, L2)의 펄스 폭은 100 fs(femtosecond) 내지 1 ns(nanosecond)일 수 있다. 이 중에서, 수 피코초 이상의 펄스폭을 가지는 피코초 레이저 빔은 비열적 반응인 광화학 반응이 주가 되므로 고정밀 가공을 가능하게 하는 특성이 있다. 수 펨토초 이상의 펄스폭을 가지는 펨토초 레이저 빔은 증폭을 할 경우 10¹²에 해당하는 테라와트의 출력을 낼 수 있어 어떠한 재질도 가공할 수 있는 특성이 있다. 또한, 펨토초 레이저 빔은 레이저를 오직 한 점에 모으지 않아도 광자 에너지가 한 점에 모이는 효과를 얻을 수 있고, 그만큼 정밀도가 높은 가공을 수행할 수 있다.

한편, 글래스 또는 반도체 웨이퍼 등의 기판(10)에 레이저 빔(L1, L2)의 흡수율이 높도록 하기 위하여 레이저 빔(L1, L2)의 파장은 100 nm 내지 1100 nm일 수 있다.

빔 스플리터(BS)는 레이저부(200)에서 생성되어 빔 스플리터(BS)를 통과하는 레이저 빔을 분할할 수 있다. 레이저 빔은 제1 레이저 빔(L1) 및 제2 레이저 빔(L2)으로 분할될 수 있다. 즉, 빔 스플리터(BS)에 의해 레이저부(200)에서 생성된 레이저 빔의 일부가 반사되어 제1 가공부(300)를 향해 조사되고, 나머지는 종전 경로를 유지하며 제2 가공부(400)를 향해 조사될 수 있다.

제1 가공부(300)는 빔 스플리터(BS)에 의해 반사된 제1 레이저 빔(L1)을 이용하여 기판(10)의 내부의 소정 부분을 제거하도록 스크라이브 가공하여 제1 식각부(P1, P2)를 형성할 수 있다. 이때, 제1 레이저 빔(L1)에 대하여 스테이지부(100)가 x축 방향으로 이동함으로써 x축과 평행하게 제1 식각부(P1, P2)를 형성할 수 있다. 제1 식각부(P1, P2)는 대략 트렌치 형상을 갖는 빈 공 간(예를 들어, 공동(cavity))으로 이해할 수 있으며 보다 상세한 내용은 도 4 및 도 5를 참조하여 후술하기로 한다.

제1 가공부(300)는 적어도 한 개의 가공 렌즈(310, 320)를 포함할 수 있다. 도 2에서는 가공 렌즈가 두 개인 것으로 도시되어 있으나, 본 발명의 기판 절단 장치에서 가공 렌즈의 개수는 기판(10)의 두께, 재질 등에 따라서 적절하게 변형될 수 있다. 일반적으로 기판(10)이 두꺼울수록, 단단한 재질일수록 제1 가공부(300)에 포함되는 가공 렌즈의 개수가 늘어날 것은 자명한 사항이라 할 것이다. 이하에서는, 설명의 편의를 위하여 도 2에 도시된 바와 같이 제1 가공부(300)에 두 개의 가공 렌즈(310, 320)가 포함된 것으로 상정하여 설명한다.

가공 렌즈(310, 320)는 제1 레이저 빔(L1)을 기판(10)의 내부에 집속할 수 있는 집속 렌즈(focusing lens)로서 각각의 가공 렌즈는 조리개수가 다를 수 있다. 조리개수, 가공 렌즈(310, 320)와 기판(10)의 거리 등을 조절함에 따라서 각각의 가공 렌즈는 기판(10) 내부의 서로 다른 위치(즉, 서로 다른 높이)에 집광점(H1, H2)을 형성할 수 있다. 자세한 사항은 후술하도록 한다.

제2 가공부는(400)는 빔 스플리터(BS)를 통과한 제2 레이저 빔(L2)을 이용하여 기판(10)의 내부의 소정 부분을 제거하도록 광스윙 스크라이브 가공하여 제2 식각부(P3)를 형성할 수 있다. 이때, 제2 레이저 빔(L2)에 대하여 스테이지부(100)가 x축 방향으로 이동함으로써 x축과 평행하게 제2 식각부(P3)를 형성할 수 있다. 제2 식각부(P3) 역시 대략 트렌치 형상을 갖는 빈 공간(예를 들어, 공동(cavity))으로 이해할 수 있으며 보다 상세한 내용은 도 4 및 도 5를 참조하여 후술하기로 한다.

제2 가공부(400)는 제2 레이저 빔(L2)이 기판(10)에 조사되는 각(A)을 변화시켜 기판(10)을 절단할 수 있다. 즉, 조사각(A) 변화에 의해 기판(10) 상의 제1 식각부(P1, P2)와 평행하는 넓은 범위, 바람직하게는 10 mm 내지 300 mm 길이의 범위 내에서 제2 레이저 빔(L2)을 왕복하여 기판(10)의 상부에 조사함으로써 기판(10)을 절단할 수 있다.

도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 제2 가공부(400)의 구성을 나타내는 도면이다.

도 3을 참조하면, 제2 가공부(400) 내부에는 제2 레이저 빔(L2)의 경로와 소정의 각도를 이루고 있는 반사판(410)을 배치할 수 있다. 반사판(410)은 제2 가공부(400)에 입사한 제2 레이저 빔(L2)이 기판(10)을 향해 조사될 수 있도록 조사각(A)을 제어하는 반사판 제어부(미도시)와 연동될 수 있다.

반사판 제어부는 반사판(410)이 움직이는 각도를 조절함으로써 제2 레이저 빔(L2)의 조사각(A)의 크기를 조절하여, 기판(10)의 내부에 제2 식각부(P3)를 형성하기 위해 왕복하여 조사되는 제2 레이저 빔의 범위를 제어할 수 있다. 도 3에서는 반사판(410)이 한 축으로만 움직여 제2 식각부(P3)를 직선 모양으로 형성할 수 있는 것으로 도시하고 있으나, 반사판 제어부는 반사판(410)을 두 축으로 움직이게 하여 제2 식각부(P3)를 곡선, 원 등의 모양을 가지도록 형성할 수도 있다. 또한, 제2 가공부(400) 내부에 상호 연동되는 2개 이상의 반사판(410)을 배치하여 제2 가공부(400)에 입사한 제2 레이저 빔(L2)이 복수의 반사판(410)에서 반사되어 조사각(A)의 크기를 조절하도록 구성할 수 있다. 또한, 반사판(410)이 움직이는 속도를 조절함으로써 절단하려고 하는 기판(10) 상부에서 제2 레이저 빔(L2)이 왕복하는 속도를 제어할 수 있다.

따라서, 반사판 제어부(미도시)를 통하여 반사판(410)의 조사각(A)의 크기 또는 조사각(A)의 변형 속도를 제어함으로써, 제2 가공부(400)는 제1 가공부(300)에 의한 제1 레이저 빔(L1)보다 훨씬 넓은 범위에 걸쳐서 제2 레이저 빔(L2)을 기판(10)의 상부에 조사할 수 있다.

한편, 본 발명의 기판 절단 장치는 부산물 제거부(500)를 더 포함할 수 있다. 기판(10)의 스크라이브 가공 또는 광스윙 스크라이브 가공 중에는 미세한 입자, 가공 잔해물 등의 부산물이 발생한다. 이러한 부산물이 기판(10)에 잔존하게 되면 기판 불량의 원인이 되며, 레이저 빔(L1, L2)이 기판(10)에 집광하는 것을 어긋나게 하여 기판 절단 불량이 발생할 수도 있다. 따라서, 부산물 제거부(500)에는 공기 흡입 수단을 구비하여 기판(10)의 가공 중에 발생하는 부산물을 흡입함으로써 기판 절단 공정의 신뢰성과 안정성을 증대시킬 수 있다.

이하에서는 본 발명의 일 실시예에 따른 기판 절단 장치의 제1 가공부(300) 및 제2 가공부(400)에 의해 기판(10)이 절단되는 원리 및 과정을 살펴보도록 한다.

도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 기판(10)의 절단 원리를 나타내는 측면 단면도이다.

도 4를 참조하면, 제1 가공부(300)는 기판(10)의 내부에 집광점(H1, H2)을 형성하도록 제1 레이저 빔(L1)을 조사할 수 있다. 예를 들어, 두 개의 가공 렌즈(310, 320)가 포함된 제1 가공부(300)를 이용할 때, 가공렌즈(310)는 기판(10)의 내부의 일정 범위에 걸쳐서 집광점(H1)을 형성할 수 있고, 가공렌즈(320)는 집광점(H1)과 실질적으로 중첩되지 않게 기판(10)의 내부의 일정 범위에 걸쳐서 집광점(H2)을 형성할 수 있다.

가공 렌즈(310)가 기판(10)의 내부에 집광점(H1)을 형성한 후에 기판(10)을 x축 방향으로 이동시키면서 스크라이브 가공하고, 곧바로 가공 렌즈(320)가 기판(10)의 내부의 집광점(H1)보다 높은 지점에 집광점(H2)을 형성한 후에 기판(10)을 x축 방향으로 이동시키면서 스크라이브 가공할 수 있다. 물론 가공 렌즈(310)와 가공 렌즈(320)가 기판(10)의 내부에서 z축 방향으로 높이 위치만 다르고 x축 방향으로 수평 위치를 동일하게 한 상태의 집광점(H1, H2)을 형성하여 스크라이브 가공을 할 수도 있다.

이와 같이, 제1 가공부(300)를 이용하여 기판(10)의 내부의 소정 부분을 제거하도록 스크라이브 가공함으로써 기판(10)의 내부에 x축 방향과 평행한 대략 트렌치 형상을 갖는 제1 식각부(P1, P2)를 형성할 수 있다(도 5). 이때, 제1 식각부(P1, P2)의 폭은 기판(10)의 x축 방향의 길이와 실질적으로 동일하고, 제1 식각부(P1, P2)의 깊이는 기판(10)의 하부면으로부터 기판(10)의 내부의 소정 지점까지의 거리와 실질적으로 동일할 수 있다. 한편, 제1 식각부(P1, P2)의 깊이는 500 μm 이하인 것이 제1 레이저 빔(L1)의 집광 효율이나 스크라이브 가공 시간 절감 면에서 바람직하다.

제1 가공부(300)의 스크라이브 가공이 수행된 후, 제2 가공부(400)를 이용하여 기판(10)의 내부의 소정 부분을 제거하도록 광스윙 스크라이브 가공함으로써 기판(10)의 내부에 x축 방향과 평행한 대략 트렌치 형상을 갖는 제2 식각부(P3)를 형성할 수 있다(도 5). 이때, 제2 식각부(P3)의 폭은 기판(10)의 x축 방향의 길이와 실질적으로 동일하고, 제2 식각부(P3)의 깊이는 기판(10)의 상부면으로부터 제1 식각부(P1, P2)의 형성 과정에서 설명한 기판(10)의 내부의 상기 소정의 지점까지의 거리와 실질적으로 동일할 수 있다.

제2 가공부(400)에 의해 형성되는 제2 식각부(P3)가 미리 형성된 제1 식각부(P1, P2)와 맞닿게 되면서 기판(10)의 절단이 이루어지게 된다.

이와 같이, 본 발명에서는, 제2 가공부(400)를 이용하여 제2 레이저 빔(L2)을 기판(10)의 상부의 넓은 범위 내에서 왕복하여 조사함으로써, 제1 가공부(300)와는 달리 기판(10)의 내부에 형성되는 집광점(미도시)에 단속적으로 에너지가 집중되므로, 제2 식각부(400)가 형성되면서 그 주변에 마이크로 크랙 등의 손상이 발생함이 없는바 기판(10)의 절단 품질을 향상시킬 수 있다.

도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 기판(10)의 절단 과정을 나타내는 정면 단면도이다.

도 5의 (a)를 참조하면, 먼저 기판(10)을 스테이지부(100)에 안착시킨다. 레이저부(200)에서 생성된 레이저 빔은 빔 스플리터(BS)에 의해 제1 레이저 빔(L1) 및 제2 레이저 빔(L2)으로 분할된다. 이어서, 도 5의 (b)를 참조하면, 빔 스플리터(BS)에 의해 반사된 제1 레이저 빔(L1)이 가공 렌즈(310)을 통해 기판(10) 내부에 집광점(H1)을 형성하여 x축 방향으로 스크라이브 가공한 결과, 기판(10)의 내부에 제1 식각부(P1)를 형성한다. 이어서, 도 5의 (c)를 참조하면, 빔 스플리터(BS)에 의해 반사된 제1 레이저 빔(L1)이 가공 렌즈(320)을 통해 기판(10) 내부에 집광점(H2)을 형성하여 x축 방향으로 스크라이브 가공한 결과, 기판(10)의 내부에 제1 식각부(P2)를 형성한다. 이어서, 도 5의 (d)를 참조하면, 빔 스플리터(BS)를 통과한 제2 레이저 빔(L2)이 제2 가공부(400)를 통해 기판(10) 상부를 x축 방향으로 광스윙 스크라이브 가공한 결과, 기판(10)의 내부에 제2 식각부(P3)를 형성한다. 제2 가공부(400)는 x축 방향으로 광스윙 스크라이브 가공을 계속하여 제2 식각부(P3)를 더 깊게 형성할 수 있다. 이어서, 도 5의 (e)를 참조하면, 제2 식각부(P3)가 형성되는 깊이가 깊어지면서 제1 식각부(P1, P2)와 제2 식각부(P3)가 맞닿게되어 기판(10)이 절단된다.

본 발명은 레이저 빔을 이용한 제1 가공부 및 제2 가공부를 이용한 스크라이브 가공을 통해 기판을 절단함으로써 기판의 절단 품질을 향상시킬 수 있는 이점이 있다.

또한, 기판을 절단하는데 있어서 인장 응력을 필요로 하지 않으므로 초박형의 기판을 절단할 수 있을뿐만 아니라, 기판을 냉각하는 장치를 필요로 하지 않는 이점이 있다.

또한, 넓은 범위에 걸쳐서 레이저 빔을 조사하여 광스윙 스크라이브 가공을 할 수 있는 제2 가공부를 구비함으로써 대면적의 기판을 절단할 수 있으며, 동시에 기판의 절단 품질이 향상되고, 기판의 절단 공정 시간과 비용을 절감할 수 있는 이점이 있다.

본 발명은 상술한 바와 같이 바람직한 실시예를 들어 도시하고 설명하였으나, 상기 실시예에 한정되지 아니하며 본 발명의 정신을 벗어나지 않는 범위 내에서 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 다양한 변형과 변경이 가능하다. 그러한 변형예 및 변경예는 본 발명과 첨부된 특허청구범위의 범위 내에 속하는 것으로 보아야 한다.

10: 기판
100: 스테이지부
200: 레이저부
300: 제1 가공부
310, 320: 가공 렌즈
400: 제2 가공부
410: 반사판
500: 부산물 제거부
BS: 빔 스플리터
L1: 제1 레이저 빔
L2: 제2 레이저 빔
H1, H2: 집광점
P1, P2: 제1 식각부
P3: 제2 식각부
A: 조사각

Claims

기판이 안착되는 스테이지부;
레이저 빔을 생성하는 레이저부;
상기 레이저 빔을 제1 레이저 빔 및 제2 레이저 빔으로 분할하는 빔 스플리터;
상기 제1 레이저 빔을 이용하여 상기 기판의 내부를 스크라이브 가공하여 제1 식각부를 형성하는 제1 가공부; 및
상기 제2 레이저 빔을 이용하여 상기 기판의 내부를 광스윙 스크라이브 가공하여 제2 식각부를 형성하는 제2 가공부
를 포함하는 것을 특징으로 하는 기판 절단 장치.
제1항에 있어서,
상기 제1 가공부는 적어도 한 개의 가공 렌즈를 포함하는 것을 특징으로 하는 기판 절단 장치.
제2항에 있어서,
각각의 상기 가공 렌즈는 상기 기판의 내부에서 서로 다른 위치에 집광점을 형성하는 것을 특징으로 하는 기판 절단 장치.
제2항에 있어서,
상기 가공 렌즈는 상기 기판의 내부를 10 μm 내지 500 μm의 두께로 스크라이브 가공하는 것을 특징으로 하는 기판 절단 장치.
제1항에 있어서,
상기 기판의 두께는 2 mm 이하이며, 상기 기판의 한 변의 길이는 0.5 m 내지 3.5 m인 것을 특징으로 하는 기판 절단 장치.
제1항에 있어서,
상기 제2 가공부는 상기 제2 레이저 빔이 상기 기판에 조사되는 각을 변화시키면서 상기 제2 식각부를 형성하는 것을 특징으로 하는 기판 절단 장치.
제6항에 있어서,
상기 제2 가공부의 조사각 변화에 의해 제2 레이저 빔이 상기 기판에 조사되는 범위는 10 mm 내지 300 mm인 것을 특징으로 하는 기판 절단 장치.
제1항에 있어서,
상기 기판의 가공 중에 발생하는 부산물을 흡입하는 부산물 제거부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 기판 절단 장치.
제1항에 있어서,
상기 레이저 빔의 파장은 100 nm 내지 1,100 nm인 것을 특징으로 하는 기판 절단 장치.
제1항에 있어서,
상기 레이저 빔의 펄스 폭은 100 fs 내지 1 ns인 것을 특징으로 하는 기판 절단 장치.
제1항에 있어서,
상기 제1 식각부의 깊이는 상기 기판의 하부면으로부터 상기 기판의 내부의 소정의 지점까지의 거리와 실질적으로 동일하고, 상기 제2 식각부의 깊이는 상기 기판의 상부면으로부터 상기 기판의 내부의 상기 소정의 지점까지의 거리와 실질적으로 동일한 것을 특징으로 하는 기판 절단 장치.
제1항에 있어서,
상기 제1 식각부와 상기 제2 식각부가 맞닿으면서 기판이 절단되는 것을 특징으로 하는 기판 절단 장치.
적어도 한 개의 가공 렌즈를 포함하는 제1 가공부를 이용하여 기판의 내부의 제1 식각부를 제1 레이저 빔으로 스크라이브 가공하여 형성하고, 제2 가공부를 이용하여 상기 기판의 내부의 제2 식각부를 제2 레이저 빔으로 광스윙 스크라이브 가공하여 형성하여 상기 기판을 절단하는 것을 특징으로 하는 기판 절단 방법.
제13항에 있어서,
각각의 상기 가공 렌즈는 상기 기판의 내부에서 서로 다른 위치에 집광점을 형성하는 것을 특징으로 하는 기판 절단 방법.
제13항에 있어서,
상기 가공 렌즈는 상기 기판의 내부를 10 μm 내지 500 μm의 두께로 스크라이브 가공하는 것을 특징으로 하는 기판 절단 방법.
제13항에 있어서,
상기 제2 가공부는 상기 제2 레이저 빔이 상기 기판에 조사되는 각을 변화시키면서 상기 제2 식각부를 형성하는 것을 특징으로 하는 기판 절단 방법.
제16항에 있어서,
상기 제2 가공부의 조사각 변화에 의해 제2 레이저 빔이 상기 기판에 조사되는 범위는 10 mm 내지 300 mm인 것을 특징으로 하는 기판 절단 방법.
제13항에 있어서,
상기 기판의 가공 중에 발생하는 부산물은 부산물 제거부를 통하여 흡입되는 것을 특징으로 하는 기판 절단 방법.
제13항에 있어서,
상기 레이저 빔의 파장은 100 nm 내지 1,100 nm인 것을 특징으로 하는 기판 절단 방법.
제13항에 있어서,
상기 레이저 빔의 펄스 폭은 100 fs 내지 1 ns인 것을 특징으로 하는 기판 절단 방법.
제13항에 있어서,
상기 제1 식각부의 두께는 상기 기판의 하부면으로부터 상기 기판의 내부의 임의의 지점까지의 거리이고, 상기 제2 식각부의 두께는 상기 기판의 내부의 임의의 지점으로부터 상기 기판의 상부면까지의 거리인 것을 특징으로 하는 기판 절단 방법.
제13항에 있어서,
상기 제1 식각부와 상기 제2 식각부가 맞닿으면서 기판이 절단되는 것을 특징으로 하는 기판 절단 방법.