KR20160057334A - 스크라이브 방법 그리고 스크라이브 장치 - Google Patents

Abstract

(과제) 두께가 얇은 필름 형상의 유리 기판이라도 레이저 스크라이브로 분단용의 균열을 정밀도 좋게 형성할 수 있는 스크라이브 방법 그리고 스크라이브 장치를 제공한다.
(해결 수단) 흡착 테이블(1)에 흡착시킨 유리 기판(M)의 표면을, 레이저를 이용하여 스크라이브 예정 라인을 따라 가열함과 함께, 그 가열 영역을 냉매로 급냉함으로써,
유리 기판(M) 내에 발생하는 열응력으로 스크라이브 예정 라인의 선두부에 형성한 트리거를 진전시켜, 유리 기판(M)의 표면에 스크라이브 예정 라인을 따른 분단용의 균열(S)을 발생시키는 스크라이브 방법으로서, 흡착 테이블(1)의 흡착면을, 기공경 1∼10㎛, 기공률 10∼40％의 다공질 플레이트(3)로 형성하고, 유리 기판(M)을 수지 시트(20) 상에 접착하고,
수지 시트(20)를 하측으로 하고, 유리 기판(M)을 흡착 테이블(1) 상에 흡착 지지(holding)시킨 상태에서 레이저 스크라이브함으로써, 스크라이브 예정 라인을 따른 균열(S)을 형성한다.

Description

스크라이브 방법 그리고 스크라이브 장치{SCRIBING METHOD AND SCRIBING DEVICE}

본 발명은, 무알칼리 유리 등으로 이루어지는 박판의 유리 기판에 분단(dividing)용의 균열(크랙)을 가공하는 스크라이브 방법 그리고 스크라이브 장치에 관한 것이다. 특히 본 발명은, 액정 디스플레이나 플라즈마 디스플레이 등의 플랫 패널 디스플레이(FPD)에 사용되는 박판의 유리 기판을 스크라이브하는 스크라이브 방법 그리고 스크라이브 장치에 관한 것이다.

종래부터, 레이저 빔을 조사하면서 주사하고, 기판에 열응력 분포를 발생시켜 스크라이브를 행하는 레이저 스크라이브법을 이용하여, 예를 들면 특허문헌 1과 같이 유리 기판을 브레이크 예정 라인을 따른 분단용의 균열(크랙)을 가공하거나, 혹은, 특허문헌 2와 같이 완전 분단(풀컷 가공)하거나 하는 기술이 알려져 있다.

지금까지의 레이저 스크라이브법에서는, 다수의 에어 흡인구멍을 갖는 흡착 테이블 상에 유리 기판을 놓고 정착시키고, CO₂ 레이저나 YAG 레이저 등을 이용하여 유리 기판의 표면 근방을 스크라이브 예정 라인을 따라 주사 가열함과 함께, 이에 추종하여 냉각 기구의 노즐로부터 가열 영역에 냉매를 분사하고 있다. 이에 따라, 선행의 가열에 의해 발생하는 압축 응력과, 다음의 급냉에 의해 발생하는 인장 응력에 의한 열응력 분포에 의해, 초기 균열(트리거)을 진전시켜 유리 기판의 표면에 분단용의 균열을 발생시키거나, 두께 전부에 균열을 침투시켜 풀컷 가공하거나 하고 있다.

스크라이브시에 유리 기판을 흡착 지지(holding)하는 흡착 테이블은, 금속판에 기계 가공으로 만들어진 다수의 흡인구멍을 갖는 금속 플레이트로 형성된 것과, 다수의 기공을 갖는 세라믹 등의 다공질 플레이트를 이용하여 형성된 것이 있고, 레이저 스크라이브할 때에 흡인 에어로 흡인하여 유리 기판을 지지하도록 하고 있다. 그러나, 최근에는, 스마트폰 등의 영상 표시 장치의 경량화나 박형화에 의해 유리 기판의 박육화가 진행되고 있고, 예를 들면 0.2㎜ 이하의 얇은 필름 형상의 유리 기판이 요구되게 되고, 이러한 박육의 유리 기판을 흡착 테이블에서 흡착하면, 이하와 같은 문제가 발생하여 레이저 스크라이브하는 것이 곤란해진다.

종래의 금속 테이블의 흡인구멍의 공경은 일반적으로 약 1∼2㎜이며, 다공질 테이블의 기공의 공경은 그보다도 작으며, 약 50∼60㎛로 형성되어 있다. 이 흡인구멍이나 기공의 개구부에 유리 기판을 흡착시켜 레이저 스크라이브하면, 도 6에 나타내는 바와 같이 개구부(21)가 있는 개소와 개구부(21)가 없는 평탄부(22)와의 사이에서, 흡착 테이블(23)로의 접촉의 유무에 기인하는 열방산(熱放散)의 변화에 의해 유리 기판(M) 내의 열응력에 차이가 발생하게 된다. 이 열응력의 차이는, 0.2㎜ 이하의 얇은 유리 기판에서는 더욱 현저해지고, 스크라이브 예정 라인의 전체 길이에 걸쳐 균등하게 열응력을 발생시킬 수 없게 되어, 균열이 불완전하거나, 불균일이 발생하거나 하여 정밀도 좋게 레이저 스크라이브할 수 없다.

또한, 상기의 열방산의 문제에 대처하여, 유리 기판의 하방으로부터 에어를 분사하여 유리 기판을 부상시키고, 흡착 테이블에 대하여 유리 기판을 비접촉으로 지지한 상태에서 레이저 스크라이브하는 방법이 특허문헌 3에서 개시되어 있다.

그러나, 특허문헌 3의 방법에서는, 하방으로부터 에어를 분사하여 유리 기판을 부상시키는 것이기 때문에, 유리 기판을 흡착 테이블에 밀착시킨 자세로 흡착 지지하는 방법에 비하여 불안정하다. 특히, 0.2㎜ 이하의 얇은 유리 기판에서는 상방으로 휘거나, 물결치는 바와 같은 현상이 발생하거나 하기 때문에 수평으로 지지하는 것이 어려워진다. 또한, 스크라이브 중에 분단된 균열의 간극(gap)으로부터 에어가 상방으로 새어 나감으로써, 유리 기판이 진동하여 분단면이 서로 접촉하여, 분단면에 깨짐이 발생하거나, 불규칙한 균열이 생기거나 하여 불량품이 발생하는 원인이 되는 경우가 있다.

그래서, 수지 시트 상에 유리 기판(유리 필름)을 접착하여, 수지 시트의 하방으로부터 에어를 분사함으로써 유리 기판마다 수지 시트를 부상시켜 레이저 스크라이브하는 방법이 특허문헌 4에서 개시되어 있다.

국제공개공보 WO2003/008352호 일본공개특허공보 2001-170786호 일본공개특허공보 2007-246298호 국제공개공보 WO2012/011445호

특허문헌 4의 방법에 의하면, 수지 시트에 의해 스크라이브 중에 에어가 상방으로 새어 나가는 일이 없어져, 에어가 새어 나감에 기인하는 상기의 문제점은 해소할 수 있다. 그러나, 하방으로부터의 에어에 의해 유리 기판을 지지하는 수지 시트를 부상시켜 레이저 스크라이브하는 것이며, 게다가 수지 시트는 가요성을 갖는 것이기 때문에, 유리 기판의 수평 지지에 불안정함이 남는다는 과제가 있다. 특히, 0.2㎜ 이하의 얇은 유리 기판에서는, 근소한 휨이라도 가열이나 냉각으로 발생시킨 열응력이 완화되어, 레이저 스크라이브의 성부(成否)에 크게 영향을 주는 것이기 때문에, 얇은 유리 기판에 이 방식을 이용하는 것은 곤란하다.

그래서 본 발명은, 0.2㎜ 이하의 두께가 얇은 필름 형상의 유리 기판이라도, 레이저 스크라이브로 분단용의 균열을 정밀도 좋게 형성할 수 있는 스크라이브 방법 그리고 스크라이브 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.

상기 목적을 달성하기 위해 본 발명에서는 다음과 같은 기술적 수단을 강구했다. 즉, 본 발명은, 흡착 테이블에 흡착시킨 유리 기판의 표면을, 레이저를 이용하여 스크라이브 예정 라인을 따라 가열함과 함께, 그 가열 영역을 냉매로 급냉함으로써, 상기 유리 기판 내에 발생하는 열응력으로 상기 스크라이브 예정 라인의 선두부에 형성한 트리거(trigger)를 진전시켜, 상기 유리 기판의 표면에 상기 스크라이브 예정 라인을 따른 분단용의 균열을 발생시키는 스크라이브 방법으로서, 상기 흡착 테이블의 흡착면을, 기공경(氣孔徑) 1∼10㎛, 기공률 10∼40％의 기공을 갖는 다공질 플레이트로 형성하고, 상기 유리 기판을 수지 시트 상에 접착하고, 당해 수지 시트를 하측으로 하고, 상기 유리 기판을 상기 다공질의 흡착 테이블 상에 흡착 지지시킨 상태에서 레이저 스크라이브함으로써, 상기 스크라이브 예정 라인을 따라 상기 균열을 형성하는 것을 특징으로 한다.

상기 수지 시트는 레이저 조사에 의한 유리의 온도 상승에 견딜 수 있고, 또한, 두께가 50∼200㎛의 유연한 소재로 형성하는 것이 바람직하다.

또한 본 발명은, 흡착 테이블에 흡착시킨 유리 기판의 표면을, 레이저를 이용하여 스크라이브 예정 라인을 따라 가열함과 함께, 그 가열 영역을 냉매로 급냉함으로써, 상기 유리 기판 내에 발생하는 열응력으로 상기 스크라이브 예정 라인의 선두부에 형성한 트리거를 진전시켜, 상기 유리 기판의 표면에 상기 스크라이브 예정 라인을 따른 분단용의 균열을 발생시키는 스크라이브 장치로서, 상기 흡착 테이블의 흡착면이, 기공경 1∼10㎛, 기공률 10∼40％의 기공을 갖는 다공질 플레이트로 형성되고, 상기 유리 기판이, 수지 시트 상에 접착되고, 당해 수지 시트를 하측으로 한 상태에서 상기 다공질의 흡착 테이블에 흡착 지지되도록 형성되어 있는 스크라이브 장치도 그 특징으로 한다.

본 발명에 의하면, 다공질의 흡착 테이블의 기공경이 1∼10㎛로 작기 때문에, 이 기공의 개구부와, 기공 개구부가 없는 개소와의 하방으로의 열방산의 차이가 작아져, 레이저 주사 과정에서의 유리 기판 내에 발생하는 열응력의 차이가 거의 없어진다. 이에 따라, 스크라이브 예정 라인의 전체 길이에 걸쳐 균등하게 열응력을 발생시킬 수 있어, 불균일없이 깨끗하게 균열을 형성할 수 있다.

또한 추가로 본 발명에서는, 흡착 테이블과 유리 기판과의 사이에 수지 시트를 개재시킴으로써, 레이저 스크라이브시에 발생하는 열응력에 의해 유리 기판이 균열을 경계로 하여 좌우로 벌어지고자 하는 힘의 자유도가, 흡착 테이블에 유리 기판을 직접 흡인시킨 경우에 비하여 높아져, 균열의 형성을 조장할 수 있어, 얇은 유리 기판이라도 확실하게 균열을 형성할 수 있다는 효과가 있다.

도 1은 본 발명 방법에 이용되는 스크라이브 장치의 일 실시 형태를 나타내는 개략적 정면도이다.
도 2는 본 발명에 있어서의 흡착 테이블을 나타내는 단면도이다.
도 3은 도 2의 흡착 테이블에 수지 시트를 개재하여 유리 기판을 흡착시킨 상태를 나타내는 사시도이다.
도 4는 도 3 상태에 따른 효과의 설명도이다.
도 5a는 유리 기판에 수지 시트를 접착하지 않는 경우의 레이저 스크라이브 실험 결과를 나타내는 표이다.
도 5b는 유리 기판에 수지 시트를 접착한 경우의 레이저 스크라이브 실험 결과를 나타내는 표이다.
도 6은 흡착 테이블에 유리 기판을 흡착시켜 레이저 스크라이브를 행하는 경우의 종래 과제의 설명도이다.

(발명을 실시하기 위한 형태)

이하, 본 발명의 상세를 도면에 나타낸 일 실시 형태에 기초하여 설명한다. 본 실시예에서는, 스크라이브 대상의 유리 기판으로서, 두께가 0.03∼0.2㎜의 필름 형상의 무알칼리 유리판이 이용된다.

도 1은 본 발명 방법에 이용되는 스크라이브 장치(A)를 나타내는 것으로, 유리 기판(M)을 올려놓고 흡착 지지하는 흡착 테이블(1)을 구비하고 있다.

흡착 테이블(1)의 흡착면은, 도 2에 나타내는 바와 같이, 다수의 기공을 갖는 세라믹이나 카본 등의 다공질 플레이트(3)로 형성되어 있다. 다공질 플레이트(3)는 틀재(型材;4)로 지지되고, 하방에 형성된 챔버(5)를 흡인 펌프(P)로 흡인함으로써, 기공의 개구부에 흡인력을 발생시켜 유리 기판(M)을 흡착 지지하도록 형성되어 있다.

다공질 플레이트(3)의 기공경은 1∼10㎛, 기공률은 10∼40％로 형성하는 것이 바람직하고, 본 실시예에서는 기공경이 5㎛, 기공률이 35％로 형성되어 있다.

또한, 흡착 테이블(1)은, 수평인 레일(6)을 따라 Y방향(도 1의 전후 방향)으로 이동할 수 있게 되어 있고, 모터(도시하지 않음)에 의해 회전하는 나사축(7)에 의해 구동된다.

또한 흡착 테이블(1)은, 모터를 내장하는 회전 구동부(8)에 의해 수평면 내 에서 회전운동할 수 있게 되어 있다.

흡착 테이블(1)을 사이에 끼워 설치되어 있는 양측의 지지 기둥(9, 9)과, X방향으로 수평으로 연장되는 빔(동살)(10)을 구비한 브리지(11)가, 흡착 테이블(1) 상을 걸치도록 하여 설치되어 있다. 빔(10)에는, X방향으로 수평으로 연장되는 가이드(12)가 설치되어 있다. 이 가이드(12)에, 레이저 스크라이브를 행하기 위한 레이저 조사부(13)와, 레이저 조사 직후의 가열 부분을 급냉하는 냉매 분사 노즐(14)과 구비한 스크라이브 헤드(15)가 부착되어 있다.

또한, 가이드(12)에는, 유리 기판(M)의 스크라이브 예정 라인의 선두 부분에 트리거(초기 균열)를 가공하기 위한 커터 휠(16)을 지지하는 스크라이브 헤드(17)가 설치되어 있다. 스크라이브 헤드(15, 17)는, 모터(18)를 구동원으로 하는 이동 기구(도시하지 않음)에 의해 가이드(12)를 따라 X방향으로 이동할 수 있게 되어 있다.

레이저 조사부(13)로부터 조사되는 레이저에는, CO₂ 레이저나 YAG 레이저 등이 이용된다.

다음으로, 상기의 장치를 이용한 본 발명의 스크라이브 방법에 대해서 설명한다.

우선, 유리 기판(M)을 수지 시트(20) 상에 접착하고, 당해 수지 시트(20)를 하측으로 한 상태에서 다공질 플레이트(3)를 갖는 흡착 테이블(1) 상에 올려놓고, 흡착 지지시킨다. 수지 시트(20)는 레이저 조사에 의한 유리의 온도 상승에 견디는 것이 가능하고, 또한, 유연한 재료, 예를 들면 폴리에틸렌, 폴리 염화 비닐, 폴리프로필렌, 폴리에스테르 등의 중합체 수지로부터 선택되고, 두께는 50∼200㎛의 것이 바람직하다.

그리고, 레이저 스크라이브에 앞서, 유리 기판(M) 표면에서 스크라이브 예정 라인의 선단이 되는 부분에 커터 휠(16)로 트리거(초기 균열)를 가공한다. 이 트리거의 가공은, 유리 기판(M)의 단연(端緣)으로부터 조금 내측으로 들어간 위치에서, 커터 휠(16)을 유리 기판(M)의 표면을 향하여 강하시킴으로써 형성한다. 트리거를 가공하기 위한 커터 휠(16)로서, 예를 들면, 원주 능선을 따라 홈(절결(cut-away)과 날끝이 번갈아 형성된 홈 부착 커터 휠을 이용하는 것이 좋다.

이어서, 도 3에 나타내는 바와 같이, 상기 트리거를 기점으로 하고, 스크라이브 예정 라인을 따라 레이저 조사부(13)로부터 레이저를 주사하여 가열함과 함께, 이에 추종하여 냉매 분사 노즐(14)로부터 가열 영역에 냉매를 분사한다. 이에 따라, 선행의 가열에 의해 발생하는 압축 응력과, 다음의 급냉에 의해 유리 기판(M)의 표면에 발생하는 인장 응력에 의해, 트리거를 기점으로 하는 분단용의 균열(S)을 스크라이브 예정 라인을 따라 형성한다. 이때, 유리 기판(M)은 (수지 시트(20)를 개재하여)흡착 테이블(1)에 흡착되어 있기 때문에, 유리 기판(M)이 휘는 것에 의한 인장 응력의 완화는 발생하지 않고, 유리 기판(M)의 표면에 발생한 인장 응력은, 오로지 균열(S)을 형성하기 위해 작용한다.

이 레이저 스크라이브할 때, 흡착 테이블(1)의 다공질 플레이트(3)의 기공경은 5㎛로 작기 때문에, 기공의 개구부와 기공 개구부가 없는 개소에서의 하방으로의 열방산의 차이가 작아져, 레이저 주사 과정에서의 유리 기판(M) 내에 발생하는 열응력의 차이가 거의 없어진다. 이에 따라, 스크라이브 예정 라인의 전체 길이에 걸쳐 균등하게 열응력을 발생시킬 수 있어, 불균일없이 깨끗하게 균열(S)을 형성할 수 있다.

특히, 수지 시트(20)를 흡착 테이블(1)과 유리 기판(M)과의 사이에 개재시킴으로써, 다음과 같은 효과가 얻어진다.

도 4(a)는, 수지 시트(20)를 흡착 테이블(1)과 유리 기판(M)과의 사이에 개재시킨 것이며, 도 4(b)는, 흡착 테이블(1)에 유리 기판(M)을 직접 흡착시킨 것이다.

도 4(a)에서는, 수지 시트(20)가, 흡착 테이블(1)의 흡착력에 의해 하향의 화살표로 나타내는 바와 같이 강하게 흡인 지지된 상태에서, 레이저 스크라이브에 의해 유리 기판(M)이 가열 및 냉각되고, 열응력에 의해 유리 기판(M)에 균열(S)이 형성된다. 이때, 유리 기판(M)에는 균열(S)을 경계로 하여 화살표로 나타내는 바와 같이 좌우로 벌어지고자 하는 힘이 작용하지만, 유리 기판(M)과 흡착 테이블(1)과의 사이에는 수지 시트(20)가 개재하고 있기 때문에, 도 4(b)의 유리 기판(M)이 직접 흡인되어 있는 경우에 비하여, 균열(S)을 중심으로 균열(S)이 벌어지는 방향으로의 유리 기판(M)의 변형의 자유도가 높아져, 균열(S)의 형성이 조장된다.

도 5는, 기공경 5㎛의 다공질 플레이트(3)를 갖는 흡착 테이블(1)에 유리 기판(M)을 직접 흡착시킨 경우(도 5a)와, 수지 시트(20)를 개재시켜 흡착시킨 경우(도 5b)의 레이저 스크라이브의 실험 결과를 나타내는 표이다. 각각 레이저의 출력과 주사 속도를 바꾸고, 유리 기판(M)의 두께를 0.145㎜, 0.1㎜, 0.07㎜로 하여 발명자들이 실험을 행했다. 유리 기판(M)은 무알칼리 유리를 이용하고, 주파수 25㎑의 레이저를 사용했다. 또한, 도면에 있어서 해칭으로 나타낸 부분은 정상적으로 균열이 형성된 영역을 나타내는 것이다.

실험의 결과, 도 5a의 경우는, 해칭으로 나타내는 정상 영역 부분이 적고, 특히, 두께 0.07㎜에서는 거의 정상적으로 균열이 형성되지 않았던 것에 대하여, 도 5b의 경우는, 가장 얇은 박의 0.07㎜의 것을 포함하여, 모든 실험에서 광범위에 있어서 균열을 정상적으로 형성할 수 있었다. 이것은, 상기한 레이저 스크라이브시의 유리 기판(M)의 균열(S)이 벌어지는 방향으로의 변형의 자유도가 높아져, 균열(S)의 개열이 용이해진 것에 기인한 것이라고 생각된다.

또한, 본 실시예에서는, 레이저 스크라이브에 의해 형성되는 균열(S)은, 완전 분단은 아니며 유리 기판(M)의 두께 전체의 80∼95％의 깊이를 목표값으로 했지만, 균열(S)을 두께 전체에 침투시켜 완전 분단하도록 해도 좋다.

이상, 본 발명의 대표적인 실시예에 대해서 설명했지만, 본 발명은 반드시 상기의 실시 형태에 특정되는 것이 아니고, 그 목적을 달성하여, 청구의 범위를 일탈하지 않는 범위 내에서 적절하게 수정, 변경하는 것이 가능하다.

본 발명은, 주로 두께가 0.03∼0.2㎜와 같이 얇은 유리 기판에 분단용의 균열을 형성하는 레이저 스크라이브에 이용된다.

A : 스크라이브 장치
M : 유리 기판
S : 균열
1 : 흡착 테이블
3 : 다공질 플레이트
13 : 레이저 조사부
14 : 냉매 분사 노즐
20 : 수지 시트

Claims (4)

1. 흡착 테이블에 흡착시킨 유리 기판의 표면을, 레이저를 이용하여 스크라이브 예정 라인을 따라 가열함과 함께, 그 가열 영역을 냉매로 급냉함으로써, 상기 유리 기판 내에 발생하는 열응력으로 상기 스크라이브 예정 라인의 선두부에 형성한 트리거를 진전시켜,
   상기 유리 기판의 표면에 상기 스크라이브 예정 라인을 따른 분단용의 균열을 발생시키는 스크라이브 방법으로서,
   상기 흡착 테이블의 흡착면을, 기공경 1∼10㎛, 기공률 10∼40％의 기공을 갖는 다공질 플레이트로 형성하고,
   상기 유리 기판을 수지 시트 상에 접착하고, 당해 수지 시트를 하측으로 하고, 상기 유리 기판을 상기 다공질의 흡착 테이블 상에 흡착 지지(holding)시킨 상태에서 레이저 스크라이브함으로써, 상기 스크라이브 예정 라인을 따라 상기 균열을 형성하는 것을 특징으로 하는 스크라이브 방법.
2. 제1항에 있어서,
   상기 수지 시트의 재료가 폴리에틸렌, 폴리 염화 비닐, 폴리프로필렌, 폴리에스테르의 중합체 수지로부터 선택되고, 두께가 50∼200㎛인 스크라이브 방법.
3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
   상기 유리 기판의 두께가 0.03∼0.2㎜인 스크라이브 방법.
4. 흡착 테이블에 흡착시킨 유리 기판의 표면을, 레이저를 이용하여 스크라이브 예정 라인을 따라 가열함과 함께, 그 가열 영역을 냉매로 급냉함으로써, 상기 유리 기판 내에 발생하는 열응력으로 상기 스크라이브 예정 라인의 선두부에 형성한 트리거를 진전시켜,
   상기 유리 기판의 표면에 상기 스크라이브 예정 라인을 따른 분단용의 균열을 발생시키는 스크라이브 장치로서,
   상기 흡착 테이블의 흡착면이, 기공경 1∼10㎛, 기공률 10∼40％의 기공을 갖는 다공질 플레이트로 형성되고,
   상기 유리 기판이, 수지 시트 상에 접착되고, 당해 수지 시트를 하측으로 한 상태에서 상기 다공질의 흡착 테이블에 흡착 지지되도록 형성되어 있는 스크라이브 장치.

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