KR20200049572A

KR20200049572A - 기판 분단 장치 및 기판 분단 방법

Info

Publication number: KR20200049572A
Application number: KR1020190132440A
Authority: KR
Inventors: 히로카즈 니시지마; 이쿠요시 나카타니; 히로카즈 마츠다; 마사토 아카호리
Original assignee: 미쓰보시 다이야몬도 고교 가부시키가이샤; 세키스이가가쿠 고교가부시키가이샤
Priority date: 2018-10-30
Filing date: 2019-10-23
Publication date: 2020-05-08
Also published as: TWI757649B; CN111112808A; TW202021918A; JP2020075852A

Abstract

(과제) 기판 분단 장치에 있어서, 스크라이브 라인의 근방만을 가열함으로써 기판을 분단한다.
(해결 수단) 기판 분단 장치 (100) 는, 레이저 가공 장치 (1) 와, 플라즈마 장치 (2) 를 구비하고 있다. 레이저 가공 장치 (1) 는, 유리 기판 (G) 에 스크라이브 라인 (S) 을 형성한다. 플라즈마 장치 (2) 는, 유리 기판 (G) 의 스크라이브 라인 (S) 에 플라즈마 (P) 를 조사함으로써, 열 응력에 의해 스크라이브 라인 (S) 을 따라 유리 기판 (G) 을 분단한다.

Description

기판 분단 장치 및 기판 분단 방법{APPARATUS AND METHOD OF DIVIDING SUBSTRATE}

본 발명은 기판 분단 장치 및 기판 분단 방법, 특히, 스크라이브 라인을 따라 기판을 분단하는 장치 및 방법에 관한 것이다.

종래, 기판의 분단은, 기판의 양면에 스크라이브 라인을 형성한 후, 형성된 스크라이브 라인을 따라, 기판의 상면과 하면에 소정의 힘을 부가하여 브레이크함으로써 실시되고 있다 (예를 들어, 특허문헌 1 을 참조).

일본 공개특허공보 2014-200940호

기판 분단 방법으로는, 상기 이외에, CO₂ 레이저에 의한 열 응력 분단이 있다.

그러나, CO₂ 레이저에 의한 열 응력 분단에서는, 분단면에 금속이나 유전체막 등이 있으면 반사되어 분단할 수 없게 된다. 또 고액의 미러나 렌즈가 필요하고, 또한 광학 설계가 필요해진다는 문제가 있다.

본 발명의 목적은, 기판 분단 장치에 있어서, 스크라이브 라인의 근방을 용이하고 또한 확실하게 가열함으로써 기판을 분단하는 것에 있다.

이하에, 과제를 해결하기 위한 수단으로서 복수의 양태를 설명한다. 이들 양태는, 필요에 따라 임의로 조합할 수 있다.

본 발명의 일 견지에 관련된 기판 분단 장치는, 스크라이브 장치와, 플라즈마 장치를 구비하고 있다.

스크라이브 장치는, 기판에 스크라이브 라인을 형성한다. 스크라이브 라인이란, 기판의 표면 상에 라인상으로 연장되고, 또한, 브레이크를 실시하기에 충분할 정도로 기판의 두께 방향으로 진행된 크랙을 말한다.

플라즈마 장치는, 기판의 스크라이브 라인에 플라즈마를 조사함으로써, 열 응력에 의해 스크라이브 라인을 따라 기판을 분단한다.

이 장치에서는, 플라즈마에서 기인하는 열 응력에 의해, 기판이 스크라이브 라인을 따라 분단된다. 플라즈마는 국소적으로 기판을 가열할 수 있기 때문에, 예를 들어 스크라이브 라인 근방만을 가열할 수 있다.

기판은 취성 재료로 이루어져 있어도 된다.

기판은 유리로 이루어져 있어도 된다.

플라즈마 장치는, 플라즈마를 기판의 스크라이브 라인에 포인트 조사해도 된다. 포인트 조사란, 스크라이브 라인을 따라 복수의 지점에 플라즈마를 조사하는 것이다.

플라즈마 장치는, 플라즈마를 기판의 스크라이브 라인에 라인 조사해도 된다. 라인 조사란, 스크라이브 라인을 따라 선상으로 플라즈마를 조사하는 것이다.

플라즈마 장치는, 기판에 플라즈마를 조사함으로써, 기판의 표면을 세정해도 된다.

이 장치에서는, 스크라이브 라인의 분단과 기판의 표면 세정의 양방을 동시에 실행할 수 있다.

본 발명의 다른 견지에 관련된 기판 분단 방법은, 하기의 공정을 구비하고 있다.

◎기판에 스크라이브 라인을 형성하는 스크라이브 공정

◎기판의 스크라이브 라인에 플라즈마를 조사함으로써, 열 응력에 의해 스크라이브 라인을 따라 기판을 분단하는 플라즈마 공정

이 방법에서는, 플라즈마에서 기인하는 열 응력에 의해, 기판이 스크라이브 라인을 따라 분단된다. 플라즈마는 국소적으로 기판을 가열할 수 있기 때문에, 예를 들어 스크라이브 라인 근방만을 가열할 수 있다.

플라즈마 공정에 있어서, 플라즈마의 주파수가 20 ㎑ 이상이어도 된다.

플라즈마 공정에 있어서, 플라즈마의 전극에 인가되는 전력이 80 w 이상 700 w 이하여도 된다.

플라즈마 공정에 있어서, 플라즈마 생성용 가스의 도입량이 10 ℓ/min ∼ 50 ℓ/min 이어도 된다.

본 발명에 관련된 기판 분단 장치 및 기판 분단 방법에서는, 스크라이브 라인의 근방만을 가열함으로써 기판을 분단할 수 있다.

도 1 은 본 발명의 제 1 실시형태의 레이저 가공 장치의 모식도이다.
도 2 는 플라즈마 분단 장치의 모식도이다.
도 3 은 플라즈마 분단 장치에 의한 스크라이브 라인을 따른 기판 분단 동작을 나타내는 모식도이다.
도 4 는 주파수ㆍ인가 전력과 플라즈마 온도의 상관을 나타낸 그래프이다.
도 5 는 실험의 평가 결과를 나타내는 표이다.

1. 제 1 실시형태

본 발명의 제 1 실시형태에 관련된 기판 분단 장치 (100) 는, 도 1 에 나타내는 레이저 가공 장치 (1) (스크라이브 장치의 일례) 와, 도 2 및 도 3 에 나타내는 플라즈마 장치 (2) (플라즈마 장치의 일례) 를 구비하고 있다. 레이저 가공 장치 (1) 와 플라즈마 장치 (2) 는 일체로 형성된 장치여도 되고, 별체로 형성된 장치여도 된다.

레이저 가공 장치 (1) 는 유리 기판 (G) 에 스크라이브 라인 (S) 을 형성하고, 다음으로 플라즈마 장치 (2) 는 스크라이브 라인 (S) 을 따라 유리 기판 (G) 을 분단한다. 레이저 가공 장치 (1) 와 플라즈마 장치 (2) 가 별체인 경우에는, 유리 기판 (G) 은 레이저 가공 장치 (1) 에서 플라즈마 장치 (2) 로 반송된다.

(1) 레이저 가공 장치

(1-1) 전체 구성

도 1 을 사용하여, 제 1 실시형태에 관련된 스크라이브 라인 형성용의 레이저 가공 장치 (1) 를 설명한다. 도 1 은, 본 발명의 제 1 실시형태의 레이저 가공 장치의 모식도이다.

레이저 가공 장치 (1) 는, 레이저 장치 (3) 를 구비하고 있다. 레이저 장치 (3) 는, 유리 기판 (G) 에 레이저광을 조사하기 위한 레이저 발진기 (15) 와, 레이저 제어부 (17) 를 가지고 있다. 레이저 제어부 (17) 는 레이저 발진기 (15) 의 구동 및 레이저 파워를 제어할 수 있다. 또한, 유리 기판 (G) 의 종류나 두께, 레이저 발진기의 종류나 파장은 특별히 한정되지 않는다.

레이저 가공 장치 (1) 는, 레이저광을 후술하는 기계 구동계로 전송하는 전송 광학계 (5) 를 가지고 있다. 전송 광학계 (5) 는, 예를 들어, 집광 렌즈 (19), 복수의 미러 (도시 생략), 프리즘 (도시 생략) 등을 갖는다.

레이저 가공 장치 (1) 는, 집광 렌즈 (19) 의 위치를 광축 방향으로 이동시킴으로써, 레이저광의 집광각을 변경하는 구동 기구 (11) 를 가지고 있다.

레이저 가공 장치 (1) 는, 유리 기판 (G) 이 재치 (載置) 되는 가공 테이블 (7) 을 가지고 있다. 가공 테이블 (7) 은, 테이블 구동부 (13) 에 의해 이동된다. 테이블 구동부 (13) 는, 가공 테이블 (7) 을 베드 (도시 생략) 에 대해 수평 방향으로 이동시키는 이동 장치 (도시 생략) 를 가지고 있다. 이동 장치는, 가이드 레일, 모터 등을 갖는 공지된 기구이다.

레이저 가공 장치 (1) 는, 제어부 (9) 를 구비하고 있다. 제어부 (9) 는, 프로세서 (예를 들어, CPU) 와, 기억 장치 (예를 들어, ROM, RAM, HDD, SSD 등) 와, 각종 인터페이스 (예를 들어, A/D 컨버터, D/A 컨버터, 통신 인터페이스 등) 를 갖는 컴퓨터 시스템이다. 제어부 (9) 는, 기억부 (기억 장치의 기억 영역의 일부 또는 전부에 대응) 에 보존된 프로그램을 실행함으로써, 각종 제어 동작을 실시한다.

제어부 (9) 는, 단일의 프로세서로 구성되어 있어도 되지만, 각 제어를 위해 독립된 복수의 프로세서로 구성되어 있어도 된다.

제어부 (9) 는, 레이저 제어부 (17) 를 제어할 수 있다. 제어부 (9) 는, 구동 기구 (11) 를 제어할 수 있다. 제어부 (9) 는, 테이블 구동부 (13) 를 제어할 수 있다.

제어부 (9) 에는, 도시하지 않지만, 유리 기판 (G) 의 크기, 형상 및 위치를 검출하는 센서, 각 장치의 상태를 검출하기 위한 센서 및 스위치, 그리고 정보 입력 장치가 접속되어 있다.

(1-2) 스크라이브 가공 방법

레이저 가공 장치 (1) 는, 레이저광을 조사함으로써 유리 기판 (G) 에 스크라이브 라인 (S) 을 형성한다. 구체적으로는, 레이저광의 조사 중에, 테이블 구동부 (13) 에 의해 가공 테이블 (7) 을 이동시키고, 그것에 의해 유리 기판 (G) 에 스크라이브 라인 (S) 을 형성한다.

(2) 플라즈마 장치

(2-1) 전체 구성

도 2 ∼ 도 3 을 사용하여, 플라즈마 장치 (2) 를 설명한다. 도 2 는, 플라즈마 분단 장치의 모식도이다. 도 3 은, 플라즈마 분단 장치에 의한 스크라이브 라인을 따른 기판 분단 동작을 나타내는 모식도이다.

플라즈마 장치 (2) 는, 플라즈마 (P) 를 발생시키는 장치로서, 대향하는 전극 사이에 전력을 인가하여, 대기압 근방하에서 전극 사이에 글로 방전 플라즈마를 발생시킨다. 구체적으로는, 플라즈마 장치 (2) 는, 방전 공간으로부터 활성종을 분출하여 조사 대상에 조사하는 리모트 방식을 채용하고 있다.

대기압 근방이란, 1.013 × 10⁴ ∼ 50.663 × 10⁴ ㎩ 의 범위를 말하고, 압력 조정의 용이화나 장치 구성의 간이화의 관점에서는, 1.333 × 10⁴ ∼ 10.664 × 10⁴ ㎩ 가 바람직하고, 9.331 × 10⁴ ∼ 10.397 × 10⁴ ㎩ 가 보다 바람직하다.

플라즈마 장치 (2) 는, 도 2 에 나타내는 바와 같이, 플라즈마 전원 (21) 을 구비하고 있다. 플라즈마 전원 (21) 은, 플라즈마 장치 (2) 에 있어서, 플라즈마 (P) 를 실제로 발생시키는 장치이다.

플라즈마 장치 (2) 는, 도 2 ∼ 도 3 에 나타내는 바와 같이, 플라즈마 헤드 (23) 를 가지고 있다. 플라즈마 헤드 (23) 는 플라즈마를 발생 및 조사하기 위한 장치이다.

플라즈마 전원 (21) 은, 도 2 에 나타내는 바와 같이, 가스 공급 장치 (25) 를 가지고 있다. 가스 공급 장치 (25) 는, 플라즈마 (P) 의 조사량을 제어하는 조사량 제어 기능을 실현하고 있으며, 예를 들어, 프로세스 가스 (플라즈마 생성용 가스) 의 도입량을 제어하는 기기이다. 가스 공급 장치 (25) 는, 예를 들어, 프로세스 가스의 봄베 (도시 생략) 와, 그곳으로부터 배관을 통해 플라즈마 헤드 (23) 에 도입되는 프로세스 가스의 유량을 제어하는 매스 플로 컨트롤러 등 (도시 생략) 을 가지고 있다.

플라즈마 전원 (21) 은, 도 2 에 나타내는 바와 같이, 전력 공급 장치 (27) 를 가지고 있다. 전력 공급 장치 (27) 는, 플라즈마 헤드 (23) 에 형성된 플라즈마 전극 (도시 생략) 에 전력을 인가한다. 이상으로 서술한 가스 공급 장치 (25) 와 전력 공급 장치 (27) 에 의해, 플라즈마 전원 제어부가 구성되어 있다.

이상의 구성에 의해, 플라즈마 전원 (21) 으로부터 플라즈마 헤드 (23) 에 대해, 프로세스 가스 및 전력이 공급되고, 또한, 플라즈마의 ON/OFF 동작이 실시된다.

가공 테이블 (7), 테이블 구동부 (13) 및 제어부 (9) 는, 레이저 가공 장치 (1) 와 공통이어도 된다.

제어부 (9) 는, 플라즈마 전원 (21) 을 제어할 수 있다.

(2-2) 플라즈마 장치에 의한 기판 분단 동작

플라즈마 장치 (2) 는, 도 3 에 나타내는 바와 같이, 플라즈마 (P) 를 유리 기판 (G) 의 스크라이브 라인 (S) 의 일부 또는 전체를 따라 복수 회 포인트 조사함으로써, 유리 기판 (G) 을 스크라이브 라인 (S) 을 따라 분단한다. 구체적으로는, 플라즈마 (P) 의 포인트 조사마다, 테이블 구동부 (13) 에 의해 가공 테이블 (7) 을 이동시키고, 그것에 의해 유리 기판 (G) 을 스크라이브 라인 (S) 을 따라 분단한다.

포인트 조사에 의해, 스크라이브 라인 (S) 이 비직선 형상이어도, 열 플라즈마에 의한 분단을 효율적으로 실행할 수 있다.

상기와 같이, 플라즈마 장치 (2) 는, 유리 기판 (G) 에 플라즈마 (P) 를 조사함으로써, 열 응력에 의해 스크라이브 라인 (S) 을 따라 유리 기판 (G) 을 분단한다. 플라즈마 (P) 는 국소적으로 유리 기판 (G) 을 가열할 수 있기 때문에, 예를 들어 스크라이브 라인 (S) 근방만을 가열할 수 있다.

플라즈마 장치 (2) 는, 유리 기판 (G) 에 플라즈마 (P) 를 조사함으로써, 유리 기판 (G) 의 표면을 세정할 수 있다. 구체적으로는 세정 대상은, 스크라이브 라인 형성을 위한 레이저 가공시에 발생한 비산물 및 다른 공정이나 반송 중에 유리 기판 (G) 에 부착된 이물질이다.

이상의 실시예에서는, 스크라이브 라인 (S) 의 분단과 유리 기판 (G) 의 표면 세정의 양방을 동시에 실행할 수 있다.

플라즈마 장치는 구성이 간단하기 때문에, 저렴해진다. 또한, 취급이 용이해진다.

(2-3) 실험 결과

도 4 ∼ 도 5 를 사용하여, 주파수와 인가 전력의 조합에 따라, 플라즈마 온도가 어떻게 변화하는지 확인하고, 플라즈마를 사용하여 유리 기판을 분단함과 함께, 레이저를 사용한 유리 기판의 분단과 비교한 실험에 대해서 설명한다. 도 4 는, 주파수ㆍ인가 전력과 플라즈마 온도의 상관을 나타낸 그래프이다. 도 5 는, 실험의 평가 결과를 나타내는 표이다.

도 5 의 평가 결과에서는, 모든 샘플에 있어서 양호한 결과가 얻어졌다. 또한, 도 5 에 있어서, ◎ 는 가장 우수한 값이 얻어진 것을 의미하고, ○ 는 다음으로 우수한 값이 얻어진 것을 의미하고, △ 는 보통으로 우수한 값이 얻어진 것을 의미한다.

도 4 에 나타내는 바와 같이, 주파수가 20 KHz 인 경우에는 인가 전력의 크기에 따라서는, 플라즈마 온도가 레이저를 사용하여 유리 기판을 분단할 때의 유리 기판의 온도의 범위인 레이저 장치 온도역 (200 ∼ 400 ℃) 보다 낮은 경우가 있었다. 바꾸어 말하면, 주파수가 20 KHz 를 초과해 있으면, 플라즈마 온도가 레이저 장치 온도역에 들어가 있는 것을 알 수 있다.

도 5 에 나타내는 바와 같이, 샘플 1 은, 주파수가 20 KHz 로서, 레이저와의 비교에 있어서 충분한 플라즈마 온도가 얻어지고 있지 않았다. 다만, 샘플 2 ∼ 6 은 인가 전력을 비교적 크게 함으로써, 충분히 우수한 효과가 얻어졌다. 또, 샘플 5 ∼ 20 은, 주파수가 20 KHz 를 초과해 있기 때문에, 레이저와의 비교, 유리 절단, 종합 판단에 있어서 충분히 우수한 결과가 얻어졌다. 특히, 샘플 5 ∼ 20 에서는, 인가 전력이 가장 작은 200 W 라 하더라도, 충분히 우수한 효과가 얻어졌다.

(2-4) 각종 조건

전극에 인가되는 전력은, 예를 들어, 80 w ∼ 700 w 의 범위이다.

플라즈마 헤드에 인가되는 전력의 주파수는, 예를 들어, 20 KHz 를 초과해 있는 것이 바람직하고, 380 KHz 이상인 것이 보다 바람직하다.

플라즈마 생성용 가스의 종류는, 예를 들어, N₂, Ar, He, CO₂, O₂, CDA (클린 드라이 에어) 중 어느 것이다.

플라즈마 헤드 (23) 에 대한 플라즈마 생성용 가스의 도입량은, 예를 들어, 10 ℓ/min ∼ 50 ℓ/min 의 범위이다.

플라즈마 (P) 의 온도는, 예를 들어, 200 ℃ 이상인 것이 바람직하다.

플라즈마 (P) 의 조사구의 면적은, 3 ㎟ ∼ 80 ㎟ 의 범위이다.

2. 다른 실시형태

이상, 본 발명의 일 실시형태에 대해서 설명했지만, 본 발명은 상기 실시형태에 한정되는 것은 아니고, 발명의 요지를 일탈하지 않는 범위에서 여러 가지의 변경이 가능하다. 특히, 본 명세서에 기재된 복수의 실시형태 및 변형예는 필요에 따라 임의로 조합 가능하다.

기판은 유리 이외의 취성 재료여도 된다.

스크라이브 라인 형성의 레이저 가공 방법은 특별히 한정되지 않고, 열 응력에 의한 방식, 깊이 방향으로 복수의 초점을 형성하는 방식이어도 된다.

스크라이브 라인 형성은 레이저 가공 이외의 방법이어도 된다. 예를 들어, 커터 휠에 의해 스크라이브 라인을 형성해도 된다.

플라즈마 장치 (2) 는, 플라즈마를 라인 조사함으로써 유리 기판 (G) 을 스크라이브 라인 (S) 을 따라 분단해도 된다. 구체적으로는, 플라즈마 (P) 를 스크라이브 라인 (S) 의 전체 또는 일부에 대해 동시에 조사하게 한다.

또한, 라인 조사의 파워 조건은, 포인트 조사와 동등하다.

본 발명은 기판 분단 장치에 널리 적용할 수 있다.

1 : 레이저 가공 장치
2 : 플라즈마 장치
3 : 레이저 장치
5 : 전송 광학계
7 : 가공 테이블
9 : 제어부
11 : 구동 기구
13 : 테이블 구동부
15 : 레이저 발진기
17 : 레이저 제어부
19 : 집광 렌즈
21 : 플라즈마 전원
25 : 가스 공급 장치
27 : 전력 공급 장치
100 : 기판 분단 장치
G : 유리 기판
P : 플라즈마
S : 스크라이브 라인

Claims

기판에 스크라이브 라인을 형성하는 스크라이브 장치와,
상기 기판의 상기 스크라이브 라인에 플라즈마를 조사함으로써, 열 응력에 의해 상기 스크라이브 라인을 따라 상기 기판을 분단하는 플라즈마 장치를 구비한, 기판 분단 장치.
제 1 항에 있어서,
상기 기판은 취성 재료로 이루어지는, 기판 분단 장치.
제 2 항에 있어서,
상기 기판은 유리로 이루어지는, 기판 분단 장치.
제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 플라즈마 장치는, 플라즈마를 상기 기판의 상기 스크라이브 라인에 포인트 조사하는, 기판 분단 장치.
제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 플라즈마 장치는, 플라즈마를 상기 기판의 상기 스크라이브 라인에 라인 조사하는, 기판 분단 장치.
제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 플라즈마 장치는, 상기 기판에 플라즈마를 조사함으로써, 상기 기판의 표면을 세정하는, 기판 분단 장치.
기판에 스크라이브 라인을 형성하는 스크라이브 공정과, 상기 기판의 상기 스크라이브 라인에 플라즈마를 조사함으로써, 열 응력에 의해 상기 스크라이브 라인을 따라 상기 기판을 분단하는 플라즈마 공정을 구비한, 기판 분단 방법.
제 7 항에 있어서,
상기 플라즈마 공정에 있어서, 플라즈마의 주파수가 20 ㎑ 이상인, 기판 분단 방법.
제 7 항 또는 제 8 항에 있어서,
상기 플라즈마 공정에 있어서, 플라즈마의 전극에 인가되는 전력이 80 w 이상 700 w 이하인, 기판 분단 방법.
제 7 항 내지 제 9 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 플라즈마 공정에 있어서, 플라즈마 생성용 가스의 도입량이 10 ℓ/min ∼ 50 ℓ/min 인, 기판 분단 방법.