KR100551527B1 - 취성재료기판의 스크라이브 방법 및 스크라이브 장치 - Google Patents

Abstract

레이저 발진기34로부터 발진되는 레이저 빔이 머더 글래스 기판50의 표면에 있어서의 스크라이브 예정라인을 따라 조사된다. 이에 따라 머더 글래스 기판50 상에 레이저 스폿이 형성된다. 레이저 스폿에 근접하여 냉각노즐37로부터 냉각수가 분사된다. 레이저 스폿은 냉각수가 분사되는 영역에 근접한 단부에 있어서만 열에너지 강도가 최대로 되어 있어, 냉각수가 분사되는 영역과의 사이에 큰 응력구배가 형성된다. 이에 따라 머더 글래스 기판50에는 수직 방향을 따르는 크랙이 확실하게 형성된다. 이에 따라 머더 글래스 기판에 확실하게 또한 효율적으로 스크라이브 라인을 형성할 수 있다.

Description

취성재료기판의 스크라이브 방법 및 스크라이브 장치{METHOD AND DEVICE FOR SCRIBING BRITTLE MATERIAL SUBSTRATE}

본 발명은, 플랫 패널 디스플레이(이하, FPD(flat panel display)라 한다)에 사용되는 글래스 기판(glass 基板), 반도체 웨이퍼(半導體 wafer) 등의 취성재료기판(脆性材料基板)을 절단하기 위하여 취성재료기판의 표면에 스크라이브 라인(scribe line)을 형성하기 위한 스크라이브 방법 및 스크라이브 장치에 관한 것이다.

취성재료기판의 일종인 글래스 기판이 접합되어 구성되는 액정표시패널(液晶表示 panel)의 머더 글래스 기판(mother glass 基板)에 스크라이브 라인을 형성하는 것을 일례로 들어서 설명한다.

한 쌍의 글래스 기판을 접합시켜 구성되는 액정표시패널 등의 FPD는, 크기가 큰 한 쌍의 머더 글래스 기판을 서로 접합시킨 후에 각 머더 글래스 기판이 FPD를 구성하는 글래스 기판의 크기가 되도록 절단된다. 각 머더 글래스 기판은 미리 다이아몬드(diamond)로 만든 커터(cutter) 등에 의하 여 스크라이브 라인이 형성되고 그 스크라이브 라인을 따라 절단된다.

커터 등에 의하여 기계적으로 스크라이브 라인을 형성하면, 형성된 스크라이브 라인의 주변부에는 응력(應力)이 축적된 상태가 된다. 그리고 스크라이브 라인을 따라 머더 글래스 기판을 절단하면, 절단된 글래스 기판의 표면에 있어서의 테두리의 엣지부(edge 部) 및 그 주변부에는 응력이 축적되어 응력응축이 형성된다. 이러한 응력응축에는 글래스 기판의 표면 부근에 크랙(crack)을 신장시키는 잠재적인 응력이 축적되어 있어 이 응력응축에 축적된 응력이 해방되면 크랙이 발생하여 엣지부가 떨어져 나갈 우려가 있다. 엣지부가 떨어져 나감으로써 발생하는 파편은 제조되는 FPD에 악영향을 미칠 우려가 있다.

최근에 머더 글래스 기판의 표면에 스크라이브 라인을 형성하기 위하여 레이저 빔(laser beam)을 사용하는 방법이 실용화되어 있다. 레이저 빔을 사용하여 머더 글래스 기판에 스크라이브 라인을 형성하는 방법에서는, 도4에 나타나 있는 바와 같이 머더 글래스 기판50에 대하여 레이저 발진장치(laser 發振裝置)61로부터 레이저 빔이 조사(照射)된다. 레이저 발진장치61로부터 조사되는 레이저 빔은, 머더 글래스 기판50 상에 형성되는 스크라이브 예정라인(scribe 豫定 line)SL을 따라 타원형상의 레이저 스폿(laser spot)LS를 머더 글래스 기판50의 표면에 형성한다. 머더 글래스 기판50과 레이저 발진장치61로부터 조사되는 레이저 빔은 레이저 스폿LS의 길이방향을 따라 상대적으로 이동시킬 수 있다.

머더 글래스 기판50은 머더 글래스 기판50이 용융(溶融)되는 온도보다 낮은 온도로 레이저 빔에 의하여 가열된다. 이에 따라 레이저 스폿LS가 조사된 머더 글래스 기판50의 표면은 용융되지 않으면서 가열된다.

또한 머더 글래스 기판50의 표면에 있어서의 레이저 빔의 조사영역의 근방에는, 스크라이브 라인이 형성되도록 냉각수 등의 냉각매체(冷却媒體)가 냉각노즐(冷却 nozzle)62로부터 분사(噴射)되도록 되어 있다. 레이저 빔이 조사되는 머더 글래스 기판50의 표면에는 레이저 빔에 의한 가열에 의하여 압축응력(壓縮應力)이 발생함과 아울러 냉각매체가 분사됨으로써 인장응력(引張應力)이 발생한다. 이와 같이 압축응력이 발생한 영역에 근접하여 인장응력이 발생하기 때문에 양쪽 영역 사이에 각각의 응력에 의거하는 응력구배(應力勾配 : stress gradient)가 발생하고, 머더 글래스 기판50에는 머더 글래스 기판50의 단부(端部)에 미리 형성된 가는 홈의 칼자국TR로부터 스크라이브 예정라인SL을 따라 수직크랙(垂直 crack)이 발생한다.

이렇게 하여 머더 글래스 기판50의 표면에 형성되는 수직크랙은 아주 작기 때문에 보통은 육안(肉眼)으로는 볼 수 없으므로 블라인드 크랙(blind crack)이라고 부르고 있다.

도5는 레이저 스크라이브 장치에 의하여 스크라이브 되는 머더 글래스 기판50 상의 블라인드 크랙의 형성상태를 나타내는 모식적인 사시도이고, 도6은 그 머더 글래스 기판50 상의 물리적인 변화의 상태를 모식적으로 나타내는 평면도이다.

레이저 발진장치61로부터 발진된 레이저 빔은 머더 글래스 기판50의 표면에 타원형상의 레이저 스폿LS를 형성한다. 레이저 스폿LS는, 예를 들면 장경(長徑)b가 30.0mm, 단경(短徑)a가 1.0mm의 타원형상으로서 장축(長軸)이 스크라이브 예정라인SL과 일치하도록 조사된다.

이 경우에 머더 글래스 기판50에 형성되는 레이저 스폿LS는, 외주(外周) 가장자리부의 열에너지 강도(熱 energy 强度)가 중앙부의 열에너지 강도보다 크게 되어 있다. 이러한 레이저 스폿LS는, 열에너지 강도가 가우스 분포(gauss 分布)인 레이저 빔에 있어서 장축방향의 각 단부가 최대의 열에너지 강도가 되도록 열에너지 강도분포를 조정함으로써 형성된다. 따라서 스크라이브 예정라인SL 상에 위치하는 장축방향의 각 단부에 있어서 열에너지 강도가 각각 최대가 되고, 양 단부 사이에 있는 레이저 스폿LS의 중앙 부분의 열에너지 강도는, 각 단부에 있어서의 열에너지 강도보다 작게 되어 있다.

머더 글래스 기판50은 레이저 스폿LS의 장축방향을 따라 상대적으로 이동되도록 되어 있고, 따라서 머더 글래스 기판50은, 스크라이브 예정라인SL을 따라 레이저 스폿LS의 일방(一方)의 단부에 있어서의 큰 열에너지 강도로 가열된 후에 레이저 스폿LS의 중앙부의 작은 열에너지 강도로 가열되며, 또한 그 후에 큰 열에너지 강도로 가열된다. 그리고 그 후에 레이저 스폿LS의 후방측 단부로부터 예를 들면 장축방향으로 2.5mm의 간격L이 벌어진 스크라이브 라인 상의 냉각 포인트(冷却 point)CP에 냉각노즐62로부터 냉각수 가 분사된다.

이에 따라 레이저 스폿LS와 냉각 포인트CP의 사이에 온도구배(溫度勾配 : temperature gradient)가 발생하여 냉각 포인트CP에 대하여 레이저 스폿LS와는 반대측의 영역에 큰 인장응력이 발생한다. 그리고 이 인장응력을 이용하여 머더 글래스 기판50의 단부에 형성된 칼자국TR로부터 스크라이브 예정라인을 따라 머더 글래스 기판50의 두께t 방향으로 수직크랙이 형성된다.

머더 글래스 기판50은 타원형상의 레이저 스폿LS에 의하여 가열된다. 이 경우에 머더 글래스 기판50은, 레이저 스폿LS의 일방의 단부에 있어서의 큰 열에너지 강도에 의하여 그 표면으로부터 열이 수직방향을 따라 내부로 전달되지만, 레이저 스폿LS가 머더 글래스 기판50에 대하여 상대적으로 이동함으로써 레이저 스폿LS의 전단부(前端部)에 의하여 가열된 부분은 레이저 스폿LS의 중앙부에 있어서의 작은 열에너지 강도에 의하여 가열된 후에 다시 레이저 스폿LS의 후단부(後端部)에 있어서의 큰 열에너지 강도에 의하여 가열된다.

이와 같이 머더 글래스 기판50의 표면은, 큰 열에너지 강도에 의하여 가열된 후에 작은 열에너지 강도에 의하여 가열되고 있는 사이에 그 열이 내부까지 확실하게 전도(傳導)된다. 또한 이 때에 머더 글래스 기판50의 표면이 큰 열에너지 강도에 의하여 계속하여 가열되는 것이 방지되어 머더 글래스 기판50의 표면의 용융이 방지된다. 그 후에 다시 큰 열에너지 강도에 의하여 머더 글래스 기판50이 가열되면 머더 글래스 기판50의 내부까지 확실하게 가열되어 머더 글래스 기판50의 표면 및 내부에 압축응력이 발생한다. 그리고 이러한 압축응력이 발생한 영역 근방의 냉각 포인트CP에 냉각수가 분사됨으로써 인장응력이 발생한다.

레이저 스폿LS에 의한 가열영역에 압축응력이 발생하고 냉각수에 의한 냉각 포인트CP에 인장응력이 발생하면, 레이저 스폿LS와 냉각 포인트CP 사이의 열확산영역(熱擴散領域)에 발생하고 있는 압축응력에 의하여 냉각 포인트CP에 대하여 레이저 스폿LS와는 반대측의 영역에 큰 인장응력이 발생한다. 그리고 이 인장응력을 이용하여 머더 글래스 기판50의 단부에 형성된 칼자국TR로부터 블라인드 크랙이 스크라이브 예정라인을 따라 발생한다.

스크라이브 라인으로서의 블라인드 크랙이 머더 글래스 기판50에 형성되면, 머더 글래스 기판50은 다음의 절단공정으로 공급되어 블라인드 크랙의 양측에 블라인드 크랙이 넓어지도록 하는 휨 모멘트(bending moment)가 발생하도록 머더 글래스 기판50에 힘이 가해진다. 이에 따라 머더 글래스 기판50은 스크라이브 예정라인SL을 따라 형성된 블라인드 크랙을 따라 절단된다.

이러한 스크라이브 장치에서는 머더 글래스 기판50의 표면에 형성되는 레이저 스폿LS는, 장축방향에서 열에너지 강도가 최대가 되도록 열에너지 강도분포를 취하고 있다. 이와 같이 열에너지 강도가 장축방향의 각 단부에 있어서 최대로 되기 때문에 각 단부에 있어서의 열에너지 강도의 절대치가 상대적으로 작게 되어 있다. 이 때문에 레이저 스폿LS와 머더 글래스 기판50의 상대적인 이동속도가 빨라지면, 냉각 포인트CP에 근접한 레이저 스 폿LS의 후단부는 최대의 열에너지 강도로 되어 있음에도 불구하고 머더 글래스 기판50이 충분하게 가열되지 않을 우려가 있어 냉각 포인트CP와의 사이에 있어서 충분한 응력구배가 얻어지지 않을 우려가 있다.

이와 같은 경우에는 머더 글래스 기판50과 레이저 스폿LS와의 상대적인 이동속도를 느리게 하여 레이저 스폿LS의 단부에 의한 가열시간을 길게 하지 않으면 안되고, 그 결과 블라인드 크랙을 효율적으로 형성할 수 없게 될 우려가 있다.

본 발명은 이러한 문제를 해결하고자 하는 것으로서, 그 목적은, 머더 글래스 기판 등의 취성재료기판에 스크라이브 라인을 효율적이고 또한 확실하게 형성할 수 있는 취성재료기판의 스크라이브 방법 및 스크라이브 장치를 제공하는 것이다.

본 발명의 취성재료기판(脆性材料基板)의 스크라이브(scribe) 방법은, 취성재료기판의 표면에 있어서의 스크라이브 예정라인(scribe 豫定 line)을 따라 그 취성재료기판의 연화점(軟化點)보다 낮은 온도의 레이저 스폿(laser spot)이 형성되도록 레이저 빔(laser beam)을 연속적으로 조사(照射)하면서, 그 레이저 스폿에 연속하여 그 레이저 스폿에 근접한 영역을 스크라이브 예정라인을 따라 연속하여 냉각함으로써 스크라이브 예정라인을 따라 크랙(crack)을 형성하는 취성재료기판의 스크라이브 방법으로서, 상기 레이저 스폿은, 냉각되는 영역에 근접한 일방(一方)의 단부(端部)에 있어서만 최대의 열에너지 강도(熱 energy 强度)로 되어 있는 것을 특징으로 한다.

상기 냉각영역이 상기 스크라이브 예정라인을 따라 길게 되어 있는 것을 특징으로 한다.

상기 냉각영역에 대하여 상기 레이저 스폿과는 반대측에 있어서, 상기 냉각영역에 근접한 영역이, 상기 스크라이브 예정라인을 따라 연속적으로 가열되는 제2가열영역으로 되어 있는 것을 특징으로 한다.

상기 제2가열영역은 레이저 빔에 의하여 형성되는 레이저 스폿에 의하여 가열되는 것을 특징으로 한다.

상기 제2가열영역의 레이저 스폿은, 냉각되는 영역에 근접한 단부에 있어서 최대의 열에너지 강도로 되어 있는 것을 특징으로 한다.

또한 본 발명의 취성재료기판의 스크라이브 방법은, 취성재료기판의 표면에 있어서의 스크라이브 예정라인을 따라 그 취성재료기판의 연화점보다 낮은 온도의 레이저 스폿이 형성되도록 레이저 빔을 연속적으로 조사하면서 이동시키고, 그 레이저 스폿에 연속하여 그 레이저 스폿에 근접한 영역을 스크라이브 예정라인을 따라 연속하여 냉각함으로써 스크라이브 예정라인을 따라 크랙을 형성하는 취성재료기판의 스크라이브 방법으로서, 상기 레이저 스폿에 의하여 가열된 취성재료기판의 온도분포가, 냉각되는 영역에 근접한 일방의 단부에 있어서만 최고온도로 되어 있는 것을 특징으로 한다.

상기 냉각영역이 상기 스크라이브 예정라인을 따라 길게 되어 있는 것을 특징으로 한다.

상기 냉각영역에 대하여 상기 레이저 스폿과는 반대측에 있어서, 상기 냉각영역에 근접한 영역이, 상기 스크라이브 예정라인을 따라 상기 냉각영역에 연속하여 연속적으로 가열되는 제2가열영역으로서 추가되는 것을 특징으로 한다.

상기 제2가열영역은 냉각되는 영역에 근접한 단부에 있어서 최고온도로 되어 있는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 취성재료기판의 스크라이브 장치는, 취성재료기판의 표면에 있어서의 스크라이브 예정라인을 따라 크랙을 형성하는 취성재료기판의 스크라이브 장치로서, 그 취성재료기판의 연화점보다 낮은 온도의 레이저 스폿이 형성되도록 레이저 빔을 연속적으로 조사하는 수단과, 그 레이저 스폿에 의하여 가열되는 영역의 근방을 스크라이브 예정라인을 따라 연속하여 냉각하는 수단을 구비하고, 상기 레이저 스폿은 냉각되는 영역에 근접한 단부에 있어서만 최대의 열에너지 강도로 되어 있는 것을 특징으로 한다.

또한 본 발명의 취성재료기판의 스크라이브 장치는, 취성재료기판의 표면에 있어서의 스크라이브 예정라인을 따라 크랙을 형성하는 취성재료기판의 스크라이브 장치로서, 그 취성재료기판의 연화점보다 낮은 온도의 제1레이저 스폿과 제2레이저 스폿이 형성되도록 레이저 빔을 연속적으로 조사하는 수단과, 상기 제1레이저 스폿에 의하여 가열되는 영역의 근방을 스크라이브 예정라인을 따라 연속하여 냉각하는 수단을 구비하고, 상기 제1레이저 스폿 및 제2레이저 스폿은 냉각되는 영역에 근접한 단부에 있어서만 최대의 열에너지 강도로 되어 있는 것을 특징으로 한다.

도1(a)는 본 발명의 스크라이브 방법의 실시상태를 나타내는 모식적인 평면도이고, 도1(b)는 그 방법에 사용되는 각 레이저 스폿의 열에너지 강도분포이다.

도2는 본 발명의 스크라이브 장치의 실시예의 일례를 나타내는 정면도이다.

도3은 본 발명의 스크라이브 장치에 사용되는 레이저 발진장치 및 광학장치의 일례를 나타내는 개략적인 구성도이다.

도4는 레이저 빔을 사용한 스크라이브 장치의 동작을 설명하기 위한 개략도이다.

도5는 레이저 스크라이브 장치에 의하여 스크라이브 되는 머더 글래스 기판 상의 블라인드 크랙의 형성상태를 모식적으로 나타내는 사시도이다.

도6은 레이저 스크라이브 장치에 의하여 스크라이브 되는 머더 글래스 기판상의 물리적인 변화상태를 모식적으로 나타내는 평면도이다.

이하, 본 발명의 실시예를 도면에 의거하여 설명한다.

도1(a)은 본 발명의 취성재료기판(脆性材料基板)의 스크라이브 방법의 실시상태를 나타내는 머더 글래스 기판(mother glass 基板) 표면의 개략적인 평면도이다. 이 스크라이브 방법은, 예를 들면 대형의 머더 글래스 기판을 절단하여 액정표시패널(液晶表示 panel) 등의 FPD(flat panel display)를 구성하는 복수의 글래스 기판(glass 基板)을 형성할 때에, 머더 글래스 기판을 절단하기 전에 머더 글래스 기판에 스크라이브 라인(scribe line)이 되는 블라인드 크랙(blind crack)을 형성하기 위하여 실시된다.

도1(a)에 나타나 있는 바와 같이 머더 글래스 기판의 표면에는, 스크라이브 예정라인(scribe 豫定 line)SL을 따라 레이저 빔(laser beam)의 조사(照射)에 의하여 제1레이저 스폿(第一 laser spot)LS1이 형성된다. 또한 머더 글래스 기판의 표면에 있어서의 스크라이브 예정라인SL의 연장선 상의 머더 글래스 기판의 단부(端部)에는, 그 스크라이브 예정라인을 따르는 가는 홈 모양의 칼자국이 형성되어 있다.

제1레이저 스폿LS1은, 예를 들면 장경(長徑)이 30.0mm, 단경(短涇)이 1.0mm의 타원형상으로서 장경이 스크라이브 예정라인SL을 따르는 상태에서 머더 글래스 기판의 표면에 대하여 화살표A로 나타나 있는 방향으로 상대적으로 이동된다.

이 경우에 머더 글래스의 표면에 형성되는 제1레이저 스폿LS1의 장축 방향을 따르는 열에너지 강도(熱 energy 强度)의 분포는, 도1(b)에 나타나 있는 바와 같이 머더 글래스 기판에 대한 진행방향의 전단부(前端部)에서 후단부(後端部)에 걸쳐 완만하게 증가하고 있지만, 그 강도 레벨(强度 level)은 비교적 작고 진행방향의 후단부에 있어서는 그 강도 레벨이 급격하게 증가하고 있어, 그 후단부에 있어서만 최대의 열에너지 강도로 되어 있다. 타원형상의 제1레이저 스폿LS1은, 머더 글래스 기판의 표면에 있어서의 스크라이브 예정라인SL을 따라 이동하여 스크라이브 예정라인SL을 순차적으로 가열한다.

제1레이저 스폿LS1은, 머더 글래스 기판이 용융(溶融)되는 온도보다 낮은 온도로 또한 머더 글래스 기판에 대하여 고속으로 이동하면서 머더 글래스 기판을 가열한다. 이에 따라 레이저 스폿LS1이 조사된 머더 글래스 기판의 표면은 용융되지 않으면서 가열된다.

머더 글래스 기판의 표면에는, 제1레이저 스폿LS1의 진행방향의 후방에 제1레이저 스폿LS1에 근접하여 스크라이브 예정라인SL을 따라 연장되는 직사각형 모양의 냉각 포인트(冷却 point)CA가 형성된다. 냉각 포인트CA는, 냉각노즐(冷却 nozzle)로부터 머더 글래스 기판의 표면에 냉각수, He가스, N₂가스, CO₂가스 등의 냉각매체(冷却媒體)를 분사(噴射)함으로써 형성되고, 머더 글래스 기판에 대한 제1레이저 스폿LS1과 동일한 방향에서 같은 속도로 머더 글래스 기판의 표면의 스크라이브 예정라인SL을 따라 이동된다.

머더 글래스 기판의 표면에는, 냉각 포인트CA의 진행방향의 후방이며 냉각 포인트CA에 근접하여 스크라이브 예정라인을 따라 연장되는 타원형상의 제2레이저 스폿LS2가 형성된다. 제2레이저 스폿LS2는, 예를 들면 제1레이저 스폿LS1과 마찬가지로 장경이 30.0mm, 단경이 1.0mm의 타원형상으로 되어 있고, 장경이 스크라이브 예정라인SL을 따른 상태에서 머더 글래스 기판의 표면에 대하여 제1레이저 스폿LS1 및 냉각 포인트CA와 동일한 방향에서 같은 속도로 이동된다.

이 경우에 머더 글래스 기판의 표면에 형성되는 제2레이저 스폿LS2의 장축 방향을 따르는 열에너지 강도의 분포는, 도1(b)에 나타나 있는 바와 같이 제1레이저 스폿LS1의 강도분포와는 대칭적인 것으로서 머더 글래스 기판에 대한 진행방향의 전단부에 있어서만 최대의 열에너지 강도 레벨을 취하고 있고, 최대 열에너지 강도 레벨의 부분으로부터 후단부에 걸쳐 비교적 작은 열에너지 강도 레벨로 완만하게 감소하고 있다.

제2레이저 스폿LS2도 머더 글래스 기판이 용융되는 온도보다 낮은 온도에서 또한 머더 글래스 기판에 대하여 고속으로 이동하면서 머더 글래스 기판을 가열한다.

머더 글래스 기판의 표면은, 스크라이브 예정라인SL을 따라 제1레이저 스폿LS1에 의하여 순차적으로 가열된 후에 그 가열 부분이 냉각 포인트CA에 의하여 순차적으로 냉각되고 또한 그 후에 그 냉각 부분이 제2레이저 스폿LS2에 의하여 순차적으로 가열된다.

이 경우에 제1레이저 스폿LS1은, 머더 글래스 기판의 표면에 대한 진행방향의 후단부에 있어서만 열에너지 강도가 최대로 되어 머더 글래스 기판 의 표면이 완만하게 가열된 후에 그 후단부에 있어서 강하게 가열된다. 그리고 제1레이저 스폿LS1의 후단부에 의하여 강하게 가열된 부분은 냉각 포인트CA에 의하여 냉각된다.

이와 같이 제1레이저 빔LS1의 후단부에 있어서의 최대의 열에너지 강도에 의한 가열에 의하여 압축응력(壓縮應力)이 발생하고, 냉각 포인트CA에 의하여 냉각되면 인장응력(引張應力)이 발생한다. 이 경우에 제1레이저 빔LSl의 후단부에 있어서의 열에너지 강도의 절대치(絶對値)가 커서 큰 압축응력이 발생하고 있기 때문에 냉각 포인트CP에 의하여 발생하는 인장응력과의 응력구배(應力勾配 : stress gradient)가 커지게 된다.

이와 같이 제1레이저 빔LS1의 후단부에 있어서의 열에너지 강도의 절대치가 크기 때문에 스크라이브 예정라인SL의 가열시간을 짧게 할 수 있고, 이에 따라 제1레이저 빔LS1과 머더 글래스 기판과의 상대적인 이동속도를 고속으로 할 수 있다. 그 결과, 제1레이저 빔LS1과 냉각 포인트CA의 거리를 짧게 할 수 있고, 이에 따라 제1레이저 빔LSl과 냉각 포인트CA의 사이의 응력구배를 크게 할 수 있다.

이와 같이 제1레이저 빔LS1과 냉각 포인트CA의 사이에 큰 응력구배가 발생함으로써 머더 글래스 기판에는 스크라이브 예정라인SL을 따라 수직방향의 블라인드 크랙(blind crack)이 확실하게 형성된다. 또한 제1레이저 빔LS1과 머더 글래스 기판과의 상대적인 이동속도를 고속으로 할 수 있기 때문에 블라인드 크랙을 효율적으로 형성할 수 있다.

이렇게 하여 스크라이브 예정라인SL을 따라 수직크랙(垂直 crack)이 형성되면, 블라인드 크랙이 형성된 영역이 제2레이저 스폿LS2에 의하여 다시 가열된다. 이에 따라 냉각 포인트CA의 냉각에 의하여 인장응력이 발생한 영역과 제2레이저 스폿LS2의 가열에 의하여 압축응력이 발생한 영역과의 사이에 응력구배가 발생하고, 그 응력구배에 의하여 머더 글래스 기판에 형성된 수직크랙이 수직방향을 따라 더 깊게 형성된다.

이 경우에 냉각 포인트CA는 스크라이브 예정라인SL을 따라 길게 형성되어 있기 때문에 제1레이저 스폿LS1에 의하여 가열된 영역이 확실하게 냉각된다. 냉각 포인트CA에 의하여 냉각된 영역의 후방에 형성된 제2레이저 스폿LS2는 냉각 포인트CA에 근접한 전단부에서만 최대의 열에너지 강도를 취하고 있기 때문에, 그 전단부에 있어서의 열에너지 강도의 절대치가 크게 되어 냉각 포인트CA와의 사이에 큰 응력구배가 발생한다. 이에 따라 스크라이브 예정라인SL을 따라 형성된 수직크랙은 머더 글래스 기판의 이면(裏面)을 향하여 더 깊게 형성된다.

또한 제2레이저 스폿LS2는 전단부만이 최대의 열에너지 강도를 구비하고 있어 그 후에는 비교적 작은 열에너지 강도로 가열한다. 이에 따라 수직크랙이 형성된 주변영역의 조직이 어닐(aneal)됨으로써 변화하여 머더 글래스 기판에 잔류하는 응력을 완화시킬 수 있다.

도2는 본 발명의 취성재료기판의 스크라이브 장치에 대한 실시예를 나타내는 개략적인 구성도이다. 본 발명의 스크라이브 장치는, 예를 들면 대형의 머더 글래스 기판으로부터 FPD에 사용되는 복수의 글래스 기판으로 절단하기 위한 스크라이브 라인을 형성하는 장치이다. 이 스크라이브 장치는, 도2에 나타나 있는 바와 같이 수평한 설치대(設置臺)11 상에 소정의 수평방향(Y방향)을 따라 왕복 이동하는 슬라이드 테이블(slide table)12를 구비하고 있다.

슬라이드 테이블12는, 설치대11의 상면에 Y방향을 따라 평행하게 배치되는 한 쌍의 가이드 레일(guide rail)14, 15에 지지되어 수평한 상태에서 각 가이드 레일14, 15를 따라 슬라이드(slide) 할 수 있다. 양 가이드 레일14, 15의 중간부에는 볼 나사(ball screw)13이 모터(도면에는 나타내지 않는다)에 의하여 회전하도록 각 가이드 레일14, 15와 평행하게 설치되어 있다. 볼 나사13은 정회전(正回轉) 및 역회전(逆回轉)이 가능하고, 이 볼 나사13에 볼 너트(ball nut)16이 나사결합하는 상태로 부착되어 있다. 볼 너트16은, 회전하지 않는 상태로 슬라이드 테이블12에 일체적(一體的)으로 부착되고 있어 볼 나사13의 정회전 및 역회전에 의하여 볼 나사13을 따라 양쪽 방향으로 슬라이드 한다. 이에 따라 볼 너트16과 일체적으로 부착된 슬라이드 테이블12가 각 가이드 레일14, 15를 따라 Y방향으로 슬라이드 한다.

슬라이드 테이블12 상에는 대좌(臺座)19가 수평한 상태로 배치되어 있다. 대좌19는 슬라이드 테이블12 상에 평행하게 배치되는 한 쌍의 가이드 레일21에 지지되어 슬라이드 할 수 있다. 각 가이드 레일21은, 슬라이드 테이블12의 슬라이드 방향인 Y방향과 직교하는 X방향을 따라 배치되어 있다. 또한 각 가이드 레일21 사이의 중앙부에는 각 가이드 레일21과 평행하게 볼 나사22가 배치되어 있고, 볼 나사22는 모터23에 의하여 정회전 및 역회전 되도록 되어 있다.

볼 나사22에는 볼 너트24가 나사결합하는 상태로 부착되어 있다. 볼 너트24는, 회전하지 않는 상태로 대좌19에 일체적으로 부착되어 있어 볼 나사22의 정회전 및 역회전에 의하여 볼 나사22를 따라 양쪽 방향으로 이동한다. 이에 따라 대좌19가 각 가이드 레일21을 따라 X방향으로 슬라이드 한다.

대좌19 상에는 회전기구(回轉機構)25가 설치되어 있고, 이 회전기구25 상에 절단(切斷) 대상인 머더 글래스 기판50이 재치(載置)되는 회전 테이블(回轉 table)26이 수평한 상태로 설치되어 있다. 회전기구25는, 수직방향을 따르는 중심축을 중심으로 하여 회전 테이블26을 회전시키도록 되어 있고, 기준위치에 대하여 임의의 회전각도θ가 되도록 회전 테이블26을 회전시킬 수 있다. 회전 테이블26 상에는 머더 글래스 기판50이 예를 들면 흡인 척(吸引 chuck)에 의하여 고정된다.

회전 테이블26의 상방에는 회전 테이블26과는 적당한 간격을 두고 지지대(支持臺)31이 배치되어 있다. 이 지지대31은 수직상태로 배치되는 제1광학홀더(第一光學 holder)33의 하단부에 수평한 상태로 지지되어 있다. 제1광학홀더33의 상단부는 설치대11 상에 설치되는 부착대32의 하면(下面)에 부착되어 있다. 부착대32 상에는 제1레이저 빔을 발진하는 제1레이저 발진기(第一 laser 發振器)34가 설치되어 있고, 제1레이저 발진기34로부터 발진되는 레이저 빔이 제1광학홀더33 내에서 지지되는 광학장치로 조사된다.

제1레이저 발진기34로부터 발진되는 레이저 빔은 열에너지 강도(熱 energy 强度分布)가 정규분포(正規分布)를 나타내고 있고, 제1광학홀더33 내에 설치되는 광학장치에 의하여 도1(b)에 나타나 있는 바와 같은 소정의 열에너지 강도분포를 구비하는 타원형상의 제1레이저 스폿LS1을 형성하고 또한 그 장축방향이 회전 테이블26 상에 재치된 머더 글래스 기판50의 X방향과 평행이 되도록 조사된다.

또한 부착대32에는 제1레이저 발진기34에 인접하여 제2레이저 빔을 발진하는 제2레이저 발진기41이 설치되어 있고, 이 제2레이저 발진기41로부터 발진된 레이저 빔이 제1광학홀더33에 인접하여 지지대31에 설치되는 제2광학홀더42 내의 광학장치로 조사된다. 제2레이저 발진기41로부터 발진되는 레이저 빔은 열에너지 강도분포가 정규분포를 이루고 있고, 제2광학홀더42 내에 설치된 광학장치에 의하여 도1(b)에 나타나 있는 바와 같은 소정의 열에너지 강도분포를 갖는 타원형상의 제2레이저 빔LS2를 형성하며, 그 장축방향이 회전 테이블26 상에 재치된 머더 글래스 기판50의 X방향을 따르는 상태에서 제1레이저 스폿LS1과 적당한 간격을 둔 상태로 조사된다.

지지대31에 있어서의 제1광학홀더33과 제2광학홀더42의 사이에는, 회전 테이블26 상에 재치된 머더 글래스50과 대향(對向)하여 냉각노즐(冷却 nozzle)37이 배치되어 있다. 이 냉각노즐37은, 제1광학홀더33으로부터 조사되는 제1레이저 스폿LS1 및 제2광학홀더42로부터 조사되는 제2레이저 스폿LS2의 사이에서 장축방향을 따르는 직사각형 모양으로 냉각수를 분사하도록 되어 있다.

또한 냉각노즐37로서는 이와 같이 직사각형 모양으로 냉각수를 분사하는 구성 대신에, 좁은 영역에 냉각수를 분사하는 다수의 냉각노즐을 X방향으로 한 줄로 세우는 구성을 채용하더라도 좋다.

또한 지지대31에는 제1광학홀더33으로부터 조사되는 제1레이저 스폿LSl에 대하여 냉각노즐37과는 반대측에, 회전 테이블26 상에 재치된 머더 글래스50과 대향하여 휠 커터(wheel cutter)35가 설치되어 있다. 휠 커터35는, 제1광학홀더33으로부터 조사되는 제1레이저 스폿LS1의 장축방향을 따라 배치되어 있고, 회전 테이블26에 재치된 머더 글래스50의 가장자리부에 스크라이브 예정라인을 따르는 방향으로 칼자국을 형성한다.

또한 슬라이드 테이블12 및 대좌9의 위치결정, 회전기구25의 제어, 제1레이저 발진기34, 제2레이저 발진기41 등은 제어부(制御部)에 의하여 제어된다.

도3은 제1광학홀더33 내에 설치되는 광학장치의 개략적인 구성도이다. 제1레이저 발진기34로부터 발진된 제1레이저 빔은 제1광학홀더33 내에 설치되는 반사 거울33a에 의하여 전반사(全反射)되어 회절격자 렌즈(回折格子 lens)33b로 조사된다. 회절격자 렌즈33b는, 조사되는 레이저 빔의 열에너지 강도분포가 도1(b)에 나타나 있는 제1레이저 스폿LS1의 강도분포, 즉 장축방향을 따라 순차적으로 변화되고 일방의 단부에 있어서 최대가 되도록 격자 피치(格子 pitch) 및 격자 폭(格子 幅)이 설정되어 있다.

또한 제2광학홀더42 내에도 제2레이저 발진기41로부터 발진된 제2레이저 빔을 전반사시키는 반사 거울과 반사 거울에 의하여 반사된 빛이 조사되는 회절격자 렌즈를 구비하고 있어, 회절격자 렌즈에 의하여 조사되는 레이저 빔의 열에너지 강도분포가 도1(b)에 나타나 있는 제2레이저 스폿LS2의 강도분포, 즉 장축방향을 따라 순차적으로 변화되고 일방의 단부에 있어서 최대가 되도록 격자 피치 및 격자 폭이 설정되어 있다.

이러한 스크라이브 장치에 의하여 머더 글래스 기판50의 표면에 블라인드 크랙을 형성하는 경우에는, 우선 머더 글래스 기판50의 사이즈(size), 스크라이브 예정라인의 위치 등의 정보가 제어부에 입력된다.

그리고 머더 글래스 기판50이 회전 테이블26 상에 재치되어 흡인수단(吸引手段)에 의하여 고정된다. 이러한 상태가 되면, CCD카메라38, 39에 의하여 머더 글래스 기판50에 형성된 얼라인먼트 마크(alignment mark)가 촬영된다. 촬영된 얼라인먼트 마크는 모니터(monitor)28, 29에 의하여 표시되고, 화상처리장치(畵像處理裝置)에서 얼라인먼트 마크의 위치정보가 처리된다.

회전 테이블26이 지지대31에 대하여 위치가 결정되면, 회전 테이블26이 X방향을 따라 슬라이드 되어 머더 글래스 기판50의 가장자리부에 있어서의 스크라이브 예정라인이 휠 커터35와 대향하게 된다. 그리고 휠 커터35가 하 강되어 머더 글래스 기판50의 스크라이브 예정라인의 단부를 따라 칼자국이 형성된다.

그 후에 회전 테이블26이 스크라이브 예정라인을 따라 X방향으로 슬라이드 되면서 제1레이저 발진장치34 및 제2레이저 발진장치41로부터 각각 제1레이저 빔 및 제2레이저 빔이 발진됨과 아울러 냉각노즐37로부터 냉각수가 압축 에어(壓縮 air)와 함께 분사되어 스크라이브 예정라인을 따라 긴 직사각형 모양의 냉각 포인트CA가 형성된다.

제1레이저 발진장치34로부터 발진되는 레이저 빔에 의하여 머더 글래스 기판50 상에는 머더 글래스 기판50의 주사(走査) 방향을 따라 X축방향을 따라 길이가 긴 타원형상의 제1레이저 스폿LS1이 형성된다. 그리고 그 레이저 스폿LS1의 후방에 냉각수가 스크라이브 예정라인을 따라 분사되어 냉각 포인트CA가 형성된다. 또한 제2레이저 발진장치41로부터 발진되는 레이저 빔에 의하여 머더 글래스 기판50 상에는 냉각 포인트CA의 후방에 X축방향을 따라 길이가 긴 타원형상의 제2레이저 스폿LS2가 형성된다.

이 경우에 머더 글래스 기판50의 표면에 형성되는 제1레이저 스폿LS1은 냉각수가 분사되는 냉각 포인트CA에 근접한 후단부에 있어서만 열에너지 강도가 최대로 되어 있고, 따라서 그 후단부에 있어서 머더 글래스 기판50이 확실하게 가열된다. 그리고 상기한 바와 같이 그 레이저 스폿LS1의 단부에 있어서의 가열과 냉각 포인트CA에 의한 냉각의 응력구배에 의하여 머더 글래스 기판50에 블라인드 크랙이 형성된다. 또한 제2레이저 스폿LS2도 냉각수 가 분사되는 냉각 포인트CA에 근접한 전단부에 있어서만 열에너지 강도가 최대로 되어 있고, 따라서 그 전단부에 있어서 머더 글래스 기판50이 확실하게 가열되어 이미 형성된 블라인드 크랙은 머더 글래스 기판50의 이면을 향하여 더 깊게 전진한다.

블라인드 크랙이 머더 글래스 기판50에 형성되면, 머더 글래스 기판50은 다음의 절단공정으로 공급되어 블라인드 크랙의 폭 방향으로 휨 모멘트(bending moment)가 작용하도록 머더 글래스 기판에 힘이 가해진다. 이에 따라 머더 글래스 기판50은 그 단부에 형성된 칼자국으로부터 블라인드 크랙을 따라 절단된다.

상기의 설명에 있어서는 제1레이저 스폿LS1과 제2레이저 스폿LS2가 도1과 같은 열에너지 강도분포인 예를 설명하였지만, 제1레이저 스폿LS1과 제2레이저 스폿LS2에 의하여 가열되는 취성재료기판의 온도분포만 도1의 제1레이저 스폿LS1과 제2레이저 스폿LS2의 강도분포와 동일한 분포로 되어 있더라도 좋다.

또한 제1레이저 스폿LS1과 제2레이저 스폿LS2의 강도분포가 도1에 나타나 있는 바와 같음으로써 제1레이저 스폿LS1과 제2레이저 스폿LS2에 의하여 가열되는 가열영역의 온도분포가, 제1레이저 스폿LS1과 제2레이저 스폿LS2의 강도분포가 동일한 분포로 되는 것이 바람직하다.

상기 실시예에서는 취성재료기판의 일례로서 액정표시패널의 머더 글래스 기판을 사용하여 설명하였지만, 접합 글래스 기판(接合 glass 基板), 단판 글래스(單板 glass), 반도체 웨이퍼(半導體 wafer), 세라믹스(ceramics) 등의 스크라이브 가공에 있어서도 같은 효과가 얻어진다.

본 발명의 취성재료기판의 스크라이브 방법 및 장치는, 이와 같이 머더 글래스 기판 등의 취성재료기판의 표면에 형성되는 레이저 스폿이 냉각 포인트에 근접한 단부에 있어서만 최대의 열에너지 강도로 되어 있기 때문에 냉각 포인트와의 사이에 큰 응력구배를 형성할 수 있어 블라인드 크랙을 확실하게 또한 효율적으로 형성할 수 있다.

Claims (18)

1. 취성재료 기판(脆性材料 基板)의 표면에 있어서의 스크라이브 예정라인을 따라 수직 크랙을 형성하는 취성재료 기판의 스크라이브 방법으로서,

   그 취성재료 기판의 연화점(軟化點)보다 낮은 온도로 조사되는 제1의 레이저 스폿(laser spot)으로 제1가열영역이 형성되도록 제1의 레이저빔(laser beam)을 연속적으로 조사하여 상기 제1의 레이저빔의 조사에 의하여 형성되는 상기 제1가열영역을 상기 스크라이브 예정라인을 따라 이동시키는 공정과,

   상기 제1가열영역의 이동방향의 후방에 있어서 상기 제1가열영역에 근접한 영역을 상기 스크라이브 예정라인을 따라 연속하여 냉각함으로써 냉각영역을 형성하고, 상기 냉각영역을 상기 제1가열영역의 이동을 따라서 상기 스크라이브 예정라인을 따라 이동시키는 공정과,

   상기 냉각영역의 이동방향의 후방에 있어서 상기 냉각영역에 근접한 영역을 상기 취성재료 기판의 연화점보다 낮은 온도로 연속하여 가열함으로써 제2가열영역을 형성하고, 상기 제2가열영역을 상기 냉각영역의 이동을 따라서 스크라이브 예정라인을 따라 연속적으로 이동시키는 공정을

   포함하고,

   상기 제1의 레이저 스폿에 의하여 형성되는 상기 제1가열영역은, 상기 냉각영역에 근접한 일방의 단부에 있어서만 최대의 열에너지 강도로 되어 있는 것을

   특징으로 하는 취성재료 기판의 스크라이브 방법.
2. 제1항에 있어서,

   상기 냉각영역이 상기 스크라이브 예정라인을 따라 길게 되어 있는 것을 특징으로 하는 취성재료 기판의 스크라이브 방법.
3. 제1항에 있어서,

   상기 제2가열영역은, 제2의 레이저빔에 의하여 조사되어 형성되는 제2의 레이저 스폿에 의하여 형성되는 것을 특징으로 하는 취성재료 기판의 스크라이브 방법.
4. 제3항에 있어서,

   상기 제2가열영역은, 상기 냉각영역에 근접한 단부에 있어서 최대의 열에너지 강도로 되어 있는 것을 특징으로 하는 취성재료 기판의 스크라이브 방법.
5. 제4항에 있어서,

   상기 제2가열영역에 의하여 상기 취성재료 기판이 어닐 처리되는 것을 특징으로 하는 취성재료 기판의 스크라이브 방법.
6. 제1항에 있어서,

   상기 제1의 레이저 스폿에 의하여 형성되는 상기 제1가열영역의 온도분포가, 상기 냉각영역에 근접한 일방의 단부에 있어서만 최고온도로 되어 있는 것을 특징으로 하는 취성재료 기판의 스크라이브 방법.
7. 제3항에 있어서,

   상기 제2의 레이저 스폿에 의하여 형성되는 상기 제2가열영역의 온도분포가, 상기 냉각영역에 근접한 일방의 단부에 있어서만 최고온도로 되어 있는 것을 특징으로 하는 취성재료 기판의 스크라이브 방법.
8. 취성재료 기판의 표면에 있어서의 스크라이브 예정라인을 따라 수직 크랙을 형성하는 취성재료 기판의 스크라이브 장치에 있어서,

   그 취성재료 기판의 연화점보다 낮은 온도로 제1의 레이저빔을 연속적으로 조사하는 제1의 레이저 빔 조사수단과,

   상기 제1의 레이저 빔을 상기 취성재료 기판의 상기 스크라이브 예정라인을 따라 조사하고, 상기 조사에 의하여 형성되는 상기 제1의 레이저 스폿에 의하여 제1가열영역을 형성하는 제1광학장치와,

   상기 제1가열영역의 근방의 영역을 상기 스크라이브 예정라인을 따라 연속하여 냉각함으로써 냉각영역을 형성하는 냉각수단과,

   상기 취성재료 기판의 연화점보다 낮은 온도로 제2의 레이저 빔을 연속적으로 조사하는 제2의 레이저 빔 조사수단과,

   상기 제2의 레이저 빔을 상기 취성재료 기판의 상기 스크라이브 예정라인을 따라 조사하고, 상기 조사에 의하여 형성되는 제2의 레이저 스폿에 의하여 제2가열영역을 형성하는 제2광학장치를

   구비하고,

   상기 제1광학장치는, 상기 제1가열영역에 있어서 상기 냉각영역에 급접한 단부에 있어서만 최대의 열에너지 강도가 되도록 상기 제1의 레이저 스폿의 강도분포를 조정하는 것을

   특징으로 하는 취성재료 기판의 스크라이브 장치.
9. 제8항에 있어서,

   상기 제2광학장치는, 상기 제2가열영역에 있어서 상기 냉각영역에 급접한 단부에 있어서만 최대의 열에너지 강도가 되도록 상기 제2의 레이저 스폿의 강도분포를 조정하는 것을

   특징으로 하는 취성재료 기판의 스크라이브 장치.
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