KR20070031404A - 기판 재료를 절단, 벽개 또는 분리하는 장치, 시스템 및방법 - Google Patents

Abstract

비금속 기판을 분리하는 장치 및 방법이 개시되며, 장치는 제1 빔, 제1 스팟의 후단부의 기판 또는 후단부에 바로 인접한 기판에 냉각재 스트림이 인가될 수 있도록 위치된 제1 담금질 장치, 제2 빔 및 제1 담금질 장치와 제2 빔 사이에 위치된 제2 담금질 장치를 포함한다. 직각 분리를 달성하기 위해, 제1 스크라이브 빔이 기판에 충돌하는 각도 및 기판에 충돌하는 제1 스크라이브 빔의 에너지 밀도 중 적어도 하나가 조정된다. 또한, 절단 라인의 위치를 측정하기 위해 크랙 센서 및 제어기가 제공될 수 있으며, 기준 위치와 측정 위치를 비교하고 이 기준 위치에 대한 절단 라인의 위치의 비교에 기초하여 제2 빔의 파워 세기를 조정한다.

비금속 기판, 레이저, 분리공정, 담금질, 일체형 벽개 장치

Description

기판 재료를 절단, 벽개 또는 분리하는 장치, 시스템 및 방법{DEVICE, SYSTEM AND METHOD FOR CUTTING, CLEAVING OR SEPARATING A SUBSTRATE MATERIAL}

본 발명은 일반적으로 절단 및 분리 기술에 관한 것이다. 좀더 자세하게는, 본 발명은 비금속 또는 취성 재료를 레이저를 사용하여 절단, 벽개 및/또는 분리하는 장치, 시스템 및 방법을 포함한다.

레이저를 사용하여 취성 물질에 미소크랙을 전파시키는 기술이 30년 이상동안 알려져 왔다. 1971년 룸레이(Lumley)에 의한 미국 특허 번호 3,610,871호는 초기에 공지된 개시물이다. 왕성한 활동에도 불구하고, 이 기술은 아직 많은 응용에 상업적으로 실용화되고 있지 않다. 이러한 상황의 중요한 이유는 느린 처리 속도, 복잡한 레이저 모드의 사용, 레이저 스크라이빙(laser scribing) 기구의 불충분한 이해 및 미립자 및 미소크랙을 발생시켜서 레이저 분리의 중요한 장점을 방해하는, 시간을 소비하는 오래된 두 단계의 과정(예를 들어, 스크라이빙 및 파단)에 있다.

비금속 재료를 분리하기 위한 이상적인 시스템을 설계하기 위하여는, 두 개의 중요한 기구를 이해할 필요가 있다. 그 첫 번째 기구는, 소정의 레벨까지 재료의 온도를 올리고 그런 후 그 재료를 빠르게 담금질하여 재료 내의 분자결합을 파단 시킴으로써 그 취성 재료가 임계 열 충격 온도를 초과하게 하는 열 기구이다. 이 과정은, 내부 열 변화, 외부력, 내부력 및 재료의 에지 강도에 의하여 발생되는, 재료 내의 "블라인드 크랙(blind crack)"을 형성한다. 두 번째 기구는, 내부 열변화, 외부력, 내부력 및 재료의 강도에 의하여 발생된 재료 내의 3차원 응력장/변형장(stress/strain field) 관계이다.

미국 특허번호 5,826,772호는 그 경계를 완전하게 분리하지 않는 기판을 파단시키는 이전 방법을 개시한다.

분리를 위한 기본 기술은 재료를 파단하기 위한 두 단계의 과정, 즉 스크라이빙 단계 이후에 기계적으로 절단 단계를 요구한다. 이것은, 기판 두께가 0.44mm 보다 크고 따라서 기판 내에서의 나머지 장력이 기판을 분리하기에 충분하지 않다면 특히 신뢰할만하다.

다른 기술은 유도된 절단의 주변에 열 쇼크를 발생하는 일반적으로 8mm 보다 큰, 너무 넓은 이중 파단 빔을 사용한다. 이것은 유리를 약하게 하고 및/또는 유리의 제어되지 않은 크래킹을 유도한다. 또한, 절단의 어느 측면 상의 전자 장치 또는 코팅/층의 존재에 의하여 제한된 경로 폭 내에서 분리가 발생해야만 하는 많은 경우가 있다.

본 발명자에 의하여 발명된 미국 특허번호 6,259,058; 6,489,588 및 6,660,963 모두는 두 개의 레이저 빔 및 그 레이저 빔에 인접하는 담금질 노즐을 사용하여 비금속 기판을 분리하는 장치 및 방법을 개시하고 있다. 이 특허들은 여기에서 참고로 병합된다.

이 장치들을 개선하기 위하여 검토할 필요가 있는 부가적인 항목이 아래에서 논의된다.

열 파괴 온도를 초과 - 취성 재료를 통하여 미소크랙을 전파하기 위하여는, 임계 열 충격 온도(Tcr) 또는 재료 내에 블라인드 크랙을 형성하기 위하여 재료 내에서 분자 결합을 파괴하는 지점을 초과해야만 한다. 이것은 일반적으로 주어진 온도로 재료를 가열하고 냉각제 스트림을 사용하여 그 재료를 담금질함으로써 임계 열 충격 온도(Tcr)를 초과하도록 하여 달성된다. 몇 개의 재료에 대하여는, Tcr은 최소이며, 따라서 상대적으로 작은 담금질이 미소크랙을 성공적으로 전파하기 위하여 요구된다. 이러한 경우에, 헬륨과 같은 냉각가스만이 담금질을 위하여 사용될 수 있다. 다른 재료에 대하여는, 특히 낮은 열팽창 계수를 갖는 것에 대하여는, 높은 경사도가 Tcr을 초과하기 위하여 요구되며, 다라서 가스/물 혼합물이 효과적인 담금질을 위하여 요구된다. 이러한 경우에, 전달성 및 전도성 열전달과 결합된 액체의 증발로부터의 잠열 방출이 좀 더 효과적인 방법으로 그 재료를 담금질하는 역할을 하며 그것에 의하여 임계 열 파괴 온도를 초과한다.

그러나 최적화된 담금질을 가진다고 할지라도, 적절한 초기 경계 조건이 레이저 스크라이빙을 성공적으로 얻기 위하여 요구된다. 다시 말하면, 그 재료의 온도는, 임계 열 파괴 온도를 초과하도록 담금질 "룸(room)"을 제공하기에 충분히 높은 지점까지 올릴 필요가 있다. 가끔, 최소 온도와 최대 온도 사이의 처리 윈도우(예를 들어 유리에 대한 연화 온도)가 매우 작고 따라서 열 작용 영역의 정밀한 제어가 요구된다.

임계 파괴력을 초과 - 전통적인 스크라이빙 작동은 전형적으로 초기 배출 후 에 제2 파괴 단계를 요구하거나 또는 보이지 않는 크랙이 재료 내에서 형성된다. 이 경우에, 파괴를 완료하기 위한 역학적 방법은, 롤러 브레이커 기구 또는 역학적 길로틴(guillotine) 브레이커 기구와 같은 역학적 방법을 사용하는 굽힘 모멘트가 채용됨으로써 사용된다. 이들 각각의 방법에서, 충분한 힘이 스크라이브된 영역을 따라서 그 재료의 분리를 완료하기 위하여 인가된다. 완전한 분리를 얻기 위하여 요구되는 힘을 이후에는 임계 파단력(Fcb)이라고 한다. 얇은 재료(예를 들어 0.4 mm보다 작음)를 스크라이빙 할 때, 그 재료 내의 나머지 장력이 유리를 분리하기에 충분히 충분할 수도 있다. 그러나 그 나머지 장력은 이하에서 설명되는 새로운 방법만큼의 제어성을 지니고 있지 않다. 그러므로 좀 더 나은 제어성의 접근을 위하여 스크라이브 과정의 나머지 장력을 최소화하는 것이 바람직하다. 더 얇은 재료에 대하여, 레이저 스크라이빙 작동으로부터의 나머지 장력은 그 재료를 완전히 분리하기에 일반적으로 충분하지 않다. 다른 경우에, 장력은 제어하기 힘든 방법으로 그 재료를 분리할 만큼 커서, 그 담금질 영역의 앞으로 쉽게 이동시킬 수 있다. 이것은, 분리 역학이 본성적으로, 비대칭적인 열 경사도에 의하여 조절되기 때문에 직진성에서 절충을 일으킨다. 어떤 기술은 분리 기구로서 담금질을 하지 않고 이중 평행빔을 사용하는 것을 제안한다. 그러나 이 기술은 본래의 비대칭성에 의하여 불균일한 절단을 유도한다. 임계 파단력에 대한 제어를 개선하기 위하여 새로운 방법이 요구된다.

에지 효과를 극복 - 한가지 중요하게 고려해야할 것이 임의의 재료에서 크랙의 도입 및 배출이다. 기판의 에지는 벌크의 재료보다 더 많이 약하기 때문에 열 쇼크를 도입한 후에 제어가 어려운 크래킹에 영향을 받기가 쉽게 된다. 또한, 부가적으로 고려해야할 필요가 있는 에지 연마와 같은 역학적 과정에 의하여 재료의 에치를 따라서 미소크랙이 종종 존재한다. 마지막으로, 재료의 에지는, 에지가 도전 및 전도 열 전달 영역 사이의 경계로서 작용하기 때문에, 재료의 벌크보다 더 빠르게 가열되는 경향이 있다. 따라서, 침입 및 압출과 같은 에지 효과를 극복하는 방법을 향상시키는 것이 필요하다.

신뢰할만한 스크라이브 개시 - 재료를 통해 미소크랙을 전파하기 위해서, 초기 미소크랙의 존재가 필요하다. 상술한 바와 같이, 많은 재료는 다른 공정에 기인하여 에지를 따라 풍부한 미소크랙을 이미 가지고 있다. 그러나 잔류 미소 크랙에 의존하기보다 주어진 위치에서 제어된 방식으로 미소크랙을 도입하는 것이 더욱 바람직하다. 또한, 에지 처리 기술이 향상함에 따라서, 에지를 따라서 미소크랙이 시작되는 것은 더욱 어렵게 되었다. 그 이유는, 이러한 에지가 크랙킹에 견딜 수 있도록 설계되었기 때문이다. 따라서, 신뢰할만한 스크라이브 개시 기술이 필요하게 된다.

효과적인 크로스절단(crosscutting) - 완전한 분리 기술이 새롭게 주목되고 있다. 기판이 일 방향에서 일단 완전히 분리되면, 제2 방향 (대개는 90도)에서의 절단은 수많은 새로운 경계의 존재에 기인하여 더욱 촉진된다.

또한, 다중 광학 소자를 필요로 하는 레이저 빔 전달 시스템은 설계에서 거의 없는 가요성을 제공한다. 또한, 이들 다중 광학 소자는 상당한 양의 레이저 파워 (예를 들면, AR 코팅된 ZnSe 원소에 대해 소자당 5%)를 흡수 또는 반사하여, 6 개의 소자 시스템이 사용되는 경우, 36% 이상의 손실을 야기한다. 또한, 복합 광학 시스템은 대형이어서 이동하기 곤란하다. 또한, 이러한 복합 광학 시스템은 정밀한 정렬 및 제자리에서 벗어나 용이하게 진동할 수 있는 캘리브레이션(calibration)을 필요로 한다. 마지막으로, 이러한 담금질 노즐 사이의 임계 거리, 스크라이브 빔, 파단 빔 및 스크라이브 개시는 조정하기 어렵고 매우 불안정하다.

대부분의 시스템은 대량의 빔 전달 시스템과 스크라이브 개시 및 담금질 장치와 같은 다른 요소의 독립적인 제어에 기인하여 단방향 절단은 단지 수행할 수 있다.

전형적으로, 기계마다 단지 하나의 레이저 헤드 유닛용 룸이 있어, 제조시 시간을 절약하기 위해 동시에 절단하는 다중 헤드를 배치하는 옵션은 제거된다.

고정 광학 시스템은 가공물로 이동하는 레이저를 갖는 대신에 레이저 빔 하에 가공물을 이동하도록 요구하는 본래의 비능률성에 기인하여 거의 두 배의 장치 공간을 또한 필요로 한다.

또한, 스크라이브와 파단 빔 사이의 거리는 설계 전에 고정되고, 또한 전체 어셈블리의 공간의 폭은 유한하게 제한된다. 이는 다른 재료로 변경할 경우, 많은 가요성을 허용하지 않는다.

스크라이브와 파단 빔 사이의 상대적인 빔 파워는 빔 스플리터를 물리적으로 변경하거나 단면 소자를 조정하여 조절된다. 빔 스플리터로써, 상대적인 파워는 빔 스플리터에 코팅을 하는 기능을 하고 재생하기 곤란하다.

또한, 노즐 설계는 흐름을 불일치하게 하여 가공물에 물 또는 다른 액체 잔류물을 남길 수 있다.

따라서, 이 분야에서 극복되어야 할 다수의 문제 및 많은 기술적인 단점이 있다는 것을 알 수 있을 것이다.

이러한 단점들 및 다른 여러 단점들을 극복하기 위해, 본 발명은 신속하고 신뢰성 있는 레이저 스크라이빙(scribing), 단일 단계 분리 및 간단하지만 강력한 장치로의 효율적인 수행을 제공하는 여러 가지 혁신적인 기술들을 이용한다.

본 발명은 일반적으로 비금속 재료를 복수의 더 작은 조각들로 정밀하게 분리하는 것에 관한 것이다. 더욱 상세하게는, 본 발명은 소정의 경로를 따라 완전히 분리시키는데 영향을 미치도록 하기 위해, 재료의 미소크랙(microcrack) 및 전파(propagation)되는 내부 힘들을 조절함으로써 비금속 재료의 쪼개짐을 정밀하게 조절하는 방법에 관한 것이다.

본 발명의 목적은, 일관적이면서 조절가능한 열적 크랭킹(cracking) (예컨대, "레이저 스크라이빙")을 위한 최적의 열적 조건을 최적의 응력장/변형장 조건과 조화시켜 비금속 재료를 상술의 조절된 방법으로 완전히 분리시키는 것이다.

본 발명의 다른 목적은, 담금질 영역의 전방에서는 잔류하는 힘들을 임계 파단력(critical breaking force)보다 작게 유지하면서 담금질 영역(quenching region) 후방의 적절한 위치에 충분히 큰 힘(Fcb)을 가함으로써 기판을 조절된 방법으로 분리시키는 것이다.

주요 구성요소 - 전체적인 분리 레이저 시스템의 주요 구성요소들에는, 단일 또는 다중 레이저 소스, 광학 시스템에 대해 가공물을 이동시키도록 되어있는 이동 시스템, 2개의 (또는 그 이상의) 빔 경로로 이루어진 광학 시스템, 통합 벽개 장치(integrated cleaving device), 레이저 스크라이브 가속 장치 및 추가적인 파단 장치(breaking device)가 포함된다.

레이저 소스 - 레이저 소스는 분리될 재료에 따라 선택될 필요가 있다. 스크라이빙을 위한 주요 기준은, 효율적이고, 신뢰성 있고, 더욱 중요하게는 흡수 계수가 100%에 가까운 출력 주파수를 갖는 레이저 소스를 찾는 것이다. 즉, 조사된 레이저는 분리될 재료의 표면에서 주로 흡수되어야 한다. 유리의 경우, 통상적으로 10.6마이크로미터의 출력 주파수를 갖는 CO₂ 레이저 소스가 사용된다. 실리콘의 경우에는, 통상적으로 1.06마이크로미터 이하의 출력 주파수를 갖는 YAG 레이저 소스가 사용된다. 또한, 레이저의 작동 모드는 TEM₀₀ 이어야 하며, 이러한 작동 모드는 가우시안 형상이 두드러진 빔 프로파일을 제공한다. 광학 시스템을 사용할 때는, 레이저 빔 프로파일이 일측 지점에서부터 타측 지점까지 현저하게 변화하지 않도록 균일하게 시준된 출력(collimated output)을 달성하는 것이 중요하다. 또한, 레이저의 출력과 플라잉 광학(flying optics) 사이에 충분한 공간을 제공하여, 레이저 빔이 일반적으로 "원거리 필드(far field)" 상태라고 알려져 있는 상태로 변화할 시간을 갖도록 하는 것이 바람직하다.

LSAD 빔 경로의 경우에는, 레이저 출력 주파수를 반드시 최대 흡수 계수와 일치하도록 선택해야 할 필요는 없다. 어떤 경우에는, 재료의 몸통부를 통한 가열을 고려하여 100%보다 현저하게 작은 레이저 주파수를 선택하는 것이 바람직할 수 있다. 이것은 표면에서의 인장력 및 방사성 열 손실을 제한하면서 관심 영역에서의 재료의 벌크(bulk)를 효율적으로 가열하는 기능을 한다. 또한, 본 명세서에서 언급된 동일한 시준 기준(collimation criteria)을 달성하는 것이 중요하다.

마지막으로, 서로 다른 레이저 주파수들을 동일한 영역 또는 빔 스팟(spot) 내에서 혼합할 필요가 있는 경우도 있다. 예컨대, 고도로 흡수되는 주파수의 레이저가 재료를 예열하는데 사용되고, 이어서 일반적으로 고도로 흡수되지 않는 다른 주파수의 레이저에 의해 재료가 가열될 수도 있다. 이러한 현상은 온도 의존성 흡수 또는 자유 캐리어(carrier) 흡수가 증가하기 때문에 일어나게 된다.

이동 시스템 - 레이저 출력에 대해 가공물의 이동을 조절하기 위해 컴퓨터를 이용한 이동 시스템이 사용된다. 이를 달성하기 위해 이용될 수 있는 방법에는 여러 가지가 있다. 하나의 방법으로서 광학 시스템은 고정된 상태에서 가공물을 x, y 및 θ 방향으로 이동시키는 것이 포함된다. 반대로, 가공물은 고정된 상태에서 광학 시스템을 모든 방향으로 이동시킬 수 있다. 광학 시스템 및 가공물이 제한된 방향으로 이동될 수 있는 하이브리드 접근법이 고려될 수도 있다. 또한, 양방향 절단을 위해 광학 시스템을 180도 회전시키는 방법이 이용될 수 있다. 다른 선택 가능한 방법으로는 생산시 시간을 절약하기 위해 다중 ICD 배열을 이용하는 것이다. 이 경우에, 소정의 ICD는 적절한 시간에 빔 경로 내부로 이동될 수 있다. 이러한 견해들은 광학 시스템이 간소화되고 중량이 덜 나감에 따라 더욱 실용적이게 된다. 마지막으로, 가공물을 소정의 절단부 아래에 슬롯을 구비한 프로세스 테이블(process table)상에 배치함으로써, 재료의 상면 및 하면 양쪽에서 절단이 수행될 수 있다.

이러한 유형의 프로세스 테이블은 또한 가공물 아래에 배치된 롤러 파단 장치와 함께 파단을 용이하게 하는 기능을 한다.

일체형 벽개(劈開) 장치(ICD) - 광학 경로, 담금질 장치, 선택적인 셔터 및 물의 제거가 단일의 다용도 장치로 합체된다. 이 장치는 간단하고 융통성 있게 고안되어 있으며, 사용자로 하여금 재료 내에서 소망하는 높은 열 구배(gradient)를 달성할 수 있게 한다. 기판에 조절된 방식의 높은 열 구배를 제공하기 위해 삼중의 반사성 담금질 장치(TRQM, Triple, reflective quenching mechanism)가 이용된다.

노즐은 반사 커버와 함께 공급되어, 노즐 주위의 레이저 빔 방향을 변경시키고, 조사된 레이저 빔의 일부를 담금질 영역의 근처에 있는 가공물, 담금질 영역에 인접해 있는 가공물, 담금질 영역과 교차해서 존재하는 가공물, 담금질 영역 주위에 있는 가공물, 또는 담금질 영역 내부에 있는 가공물 상에 충돌시킨다.

레이저 스크라이빙을 위해 ICD에는 맞춤식 단일 구성요소 렌즈가 사용될 수 있으며, 이는 설계를 훨씬 더 효율적이고 융통성 있게 한다. 단일 구성요소를 사용함으로써 레이저 헤드의 크기 및 무게가 현저하게 감소하게 된다. 바람직한 실시예에서는 이중 비대칭 실린더 렌즈 구성요소(DACLE, Double Asymmetric Cylinder Lens Element)가 사용된다. 이 DACLE는 소정의 레이저 빔 프로파일을 효율적으로 달성하는데 사용될 수 있다.

미소크랙 개시기(MI, Microcrack Initiator)는 ICD 하우징 상에 직접적으로 배치되며, 분리될 재료의 에지에 미소크랙을 생성하도록 z 스트로크 기계에 표준형 스크라이브 휠(scribe wheel)을 배치하는 것을 수반한다. MI는 스크라이브 빔의 전방에 배치된다. MI는 레이저 스크라이브 가속 장치(LSAD, Laser Scribe Acceleration Device)의 후방에 배치되어, LSAD에 의해 생성된 열이 미소크랙을 너무 빠르게 전파하는 가능성을 감소시킨다. 본 발명은 또한 제거성 YAG 펄스를 유리의 표면에 이용하는 레이저 스크라이브 개시부를 선택적으로 포함한다.

일체형 크랙 장치는 단일 튜브로 이루어지며, 원형 또는 정사각형의 단면을 갖는 이 단일 튜브는 단일 맞춤식 광학 구성요소, 미소크랙 개시기, 담금질 장치 및 거울 구성요소를 포함한다.

광학 구성요소 - 단일 광학 구성요소는, 일반적으로, 길이 80mm 이하 및 폭 5mm 이하의 타원형 빔인 최적의 열 범위(thermal footprint)를 제공하도록 설계된다. 또한, 이 구성요소는 각 방향으로 편평한 상측 프로파일을 나타내는 것이 바람직하다. 시준된 입력 빔이 제공되는 단일 구성요소로부터 이러한 프로파일을 얻는 방법에는 여러 가지가 있다. 한가지 방법은 회절성 광학 구성요소를 이용하여, 미리 프로그램된 출력 프로파일을 제공하도록 렌즈의 내부 구조를 변경시키는 것이다. 소망하는 프로파일을 얻기 위한 저렴한 다른 방법은 이중 비대칭 실린더형 렌즈 구성요소(DACLE, Double Asymmetric Cylindrical Lens Element)를 이용하는 것이다. 굴곡된 "오목"면(S1)은 최적의 음(-)의 초점 거리를 제공하도록 설계되어 절단 방향(x)으로 빔 길이(l) 및 에너지 분포를 조절한다. 반대쪽으로 굴곡된 "볼록"면(S2)은 최적의 양(+)의 초점 거리를 제공하도록 설계되어 절단 방향에 수직한 방향(y)으로 빔 폭(w) 및 그 에너지 분포를 조절한다. 굴곡된 면들은 절단하는데 최적의 출력을 제공하도록 프로그램된다.

노즐 어셈블리는 효율적인 담금질을 제공하도록 3개의 구분된 유체 시스템을 갖는다. 바람직한 구성에서는, 가운데 튜브를 통해 액체가 운반되고, 동축의 외측 튜브를 통해 가스가 안내되며, 최외측 영역에 진공부가 적용된다. 이러한 구성에서, 고압의 공기는 액체를 담금질 영역의 중간 쪽으로 활발하게 운반하며, 진공부는 잔류액을 제거하고 공기 흐름을 조절하는 기능을 한다. 선택적으로, 물 분해 및 분무에 도움이 되도록 고주파 압전 트랜스듀서가 노즐상에 배치되어 담금질 효율을 향상시킬 수 있다. 바람직한 구성에서, 진공부는 노즐과 동축 방향이 아니라 테이블의 이동에 대하여 노즐 어셈블리의 후방 중간 정도에 배치된다.

부분적인 셔터 기계 - 맞춤식 렌즈 구성요소와 가공물 사이에 배치된 셔터는 가공물 상의 빔 스팟을 효과적으로 줄이기 위해 레이저 조사의 일부를 선택적으로 차단하는데 사용될 수 있다. 이러한 특징은 소정의 효과를 달성하기 위해 레이저 절단 공정 동안 빔 길이를 변화시키는데 이용될 수 있다. 예컨대, 에지의 과열을 피하기 위해, 셔터는 기판의 선단 에지(leading edge) 근처 또는 후단 에지(trailing edge) 근처에 레이저 빔이 있는 동안 레이저 빔의 앞쪽 부분을 자르는데 사용될 수 있다. 이것은 자동화된 렌즈 홀더를 사용하여 실시간으로 초점 거리를 변화시킴으로써 달성될 수도 있다.

파단 장치 - 기판의 완전 분리는, 1) 기판의 저면을 냉각하는 기술, 2) 뜨거운 공기의 흐름, 이중 레이저 빔, 단일 레이저 빔, 또는 TEM₂₀ 모드에서 작동하는 단일 레이저 빔을 이용하여 기판의 상부를 가열하는 기술, 3) 프로세스 테이블에 장착된 혁신적인 특징들을 이용하여 소정의 방법으로 기판을 기계적으로 가압하는 기술, 4) 기판에 소망하는 압축력/인장력을 생성하도록 역(inverse) 롤러 파단 장치를 이용하는 기술 및 5) 미소크랙을 제거 또는 감소시키기 위해 적층 유리에 적용하는 전단 응력 분리 기술을 포함한 다양한 기술들을 이용하여 달성된다.

또한, 롤러 파단 장치는 기판의 아래쪽에 위치될 수 있으며, 완전 분리를 달성하기 위해 스크라이브 영역 뒤쪽으로 절단 경로를 따라 소정 거리만큼 이동될 수 있다. 이는 프로세스 테이블에 원하는 절단 부위 아래쪽으로 슬롯이 구비되는 경우에 가장 효과적이다. 이 기술의 장점은 스크라이브 영역의 뒤쪽으로 힘이 충분히 적용됨으로써 직진성이 보장된다는 것이다. 마지막으로, 기판을 분리하기 위해 전단 응력이 이용될 수 있으며, 이는 특히 적층 재료의 경우에 유용하다. 이와 같이 전단 응력을 이용하는 것은 상술된 다른 기술에 의해 도입된 굽힘 모멘트(bending moment)를 제거함으로써 적층체의 중간층에 미소크랙을 최소화하거나 감소시키는데 도움이 된다.

전술한 TRQD 이외에, 본 발명은 또한 적어도 두 개의 노즐을 포함하는 담금질 장치에 관한 것이다. 제1 담금질 노즐은 주로 레이저 스크라이브를 위한 직진성을 유지하는데 이용된다. 제1 노즐은 1 또는 2개의 노즐을 이용할 수 있으며, 주입 노즐 또는 분무 노즐을 이용할 수 있다. 제1 유체는 통상적으로 물과 같은 액체이다. 제1 유체의 양 및 유체 압력은 조정될 수 있다. 제2 유체는 공기, 질소, 산소와 질소의 혼합물 및 산소와 질소와 이산화탄소의 혼합물일 수 있다. 제2 유체의 양 및 유체 압력은 조정될 수 있다. 유체의 양은 오리피스 크기를 변화시키거나 또는 조절기(regulator)를 이용하여 조정할 수 있다. 조절기의 유형에는 니들 밸브(needle valve), 벤튜리 밸브(venturi valve), 버터플라이 밸브, 게이트 밸브 등이 포함된다. 담금질 영역을 위한 작은 스팟이 있다. 게다가, 분무의 초점 거리는 절단시와 동일하다.

제2 노즐에 의해 얕은 구멍(vent)은 더 깊게 형성될 수 있다. 제2 노즐에는 제1 노즐로부터 독립적으로 조정될 수 있는 파라미터들이 포함될 수 있다. 제2 노즐 스트림(stream)의 스팟 크기는 제1 노즐에 의해 형성된 스팟 크기보다 더 넓다. 또한, 분무의 초점 거리는 절단시와 다르다.

본 발명에 의해 소개되는 다른 문제점은 "소지(soge)" (또는 직교성)라는 용어에 관한 것으로, 절단된 에지는 재료 전체를 통해서 볼 때 완전한 직각 절단이 아니라는 사실과 관련된다. 이러한 소지 문제점을 극복하기 위해, 절단된 에지 각도는 가능한 한 직각과 가까울 필요가 있다. 본 발명에 따르면, 절단 라인을 따라 주축(major axis) 및 에너지 세기가 조정될 수 있다. 에너지 세기는 상측에서 하측으로 및/또는 우측에서 좌측으로 열 영향을 받는 구역을 변화시킨다. 절단 라인에 교차하는 방향으로의 열전달은 시작 부분부터 종료 부분까지 조정될 수 있다. 에너지 세기는 빔 위치에 의해 조정될 수 있다. 빔 위치는 광학부 및/또는 테이블 위치에 의해 조정된다. 이는 렌즈 위치, 반사 거울의 위치 및 반사 거울의 각도를 조정하는 것을 포함한다. 에너지 세기는 또한 빔 각도에 의해 조정될 수 있다. 빔 각도는 렌즈 각도 및/또는 테이블 각도에 의해 조정될 수 있다.

본 발명은 또한 단일 유리 조각 및 적층 유리 조각들을 적어도 2방향으로 교차하여 절단할 수 있는 절단 방법에 관한 것이다. 일 방법으로서, 미분리 유리 조각을 남겨놓은 각 절단 라인에 교차 부분을 생성하도록 레이저 빔을 사용하는 방법이 개시된다. 제1 절단 라인은 대략 유리 조각의 절반 정도를 절단하는 절반(half) 절단일 수 있으며, 제2 방향으로의 절단 라인은 완전(full) 절단일 수 있다. 제1 방향으로의 절단 라인은 교차 부분의 45mm 전방 및 후방에서 절반 절단(half cut)이다. 절반 절단 깊이는 조사되는 가열 에너지를 변화시킴으로써 조정될 수 있다. 진공 흡입을 적용하는 것과 같이, 하측으로 향하는 힘을 이용하여 톱니모양의 구멍을 만드는 것 또한 가능하다. 톱니 모양의 구멍을 만드는 다른 방법은 가열 에너지를 하측으로 향하는 힘과 조화시키는 것이다.

본 발명은 또한 크랙 센서를 이용하여 비금속 기판을 분리하는 방법 및 장치에 관한 것이다. 이로 인해 브레이크 빔의 레이저 출력이 최적화될 수 있고 양호한 절단면이 얻어질 수 있다. 크랙 센서는 기판 근처에 위치되어, 브레이크 빔의 조사시에 생성된 절단 라인의 위치를 동적으로 측정할 수 있다. 측정된 크랙의 위치 정보는 기준 위치와 비교되며, 이 비교에 기초하여 브레이크 빔의 출력 세기를 조정하는 수단이 제공된다. 크랙 센서는 CCD 센서, CMOS 센서, 음향 센서, 이미지 센서, 또는 초음파 센서일 수 있다. 측정된 크랙 정보와 기준 위치와의 비교는 신호 처리 장치, 작업 처리 기판 및 미소프로세서에 의해 수행된다. 크랙 위치가 기준 위치의 뒤에 있다면 빔 에너지를 증가시킬 수 있고, 크랙 위치가 기준 위치보다 앞서 있다면 빔 에너지를 감소시킬 수 있다.

본 발명은 또한 절단 방향으로, 대칭적 형상과는 다르게 스크라이브 레이저 빔의 형상을 조정하는 방법 및 장치에 관한 것이다. 이 방법에 의해 전방측과 후방측 사이에서 빔 형상 또는 에너지 세기가 비대칭적으로 될 수 있다. 예컨대, 가열시 시작 부분의 빔 폭은 더 넓고 종료 부분의 폭은 더 좁을 수 있다. 다른 방법으로, 가열시 시작 부분의 빔 폭은 더 좁고 종료 부분의 폭은 더 넓을 수 있다. 빔 에너지 출력은 특정 영역에서 더 높거나 더 낮게 설정될 수 있다. 이러한 특징들은 빔 세기의 밀도를 변화시킴으로써 달성될 수 있다. 또한, 빔 조사시에 경사각이 제공될 수 있다. 이 경사각은 기판과 조사된 빔 방향 사이에서 형성될 수 있다. 렌즈 각도 또한 조사된 빔 방향에 대해 경사지도록 조정될 수 있다.

상술된 기술들을 이용함으로써, 종래 기술의 단점들을 극복하는 고도로 조절된 방식의 미소크랙 전파 및 정밀한 쪼개짐을 통해 비금속 재료를 분리하는 방법 및 장치를 제공하는 본 발명의 다른 목적이 달성될 수 있다. 따라서, 본 발명은 빠른 공정 속도, 완전 분리, 정확성의 증가, 고도로 조절된 열 구배, 에지 부분 품질의 향상, 효과적인 교차 절단, 에지 효과의 감소 및 더욱 융통성 있고 비용이 저감되는 간소화된 디자인과 같은 특징들을 포함한다.

본 발명의 이러한 목적 및 다른 목적들은 비금속 재료의 일부를 분리하는 장치에 의해 달성되며, 이 장치는, 선단부 및 후단부를 갖는 제1 스팟에서 기판상에 충돌하는 제1 빔, 냉각재 스트림이 제1 스팟의 후단부에서 또는 제1 스팟의 후단부에 바로 인접해서 기판에 적용될 수 있도록 위치된 제1 담금질 장치, 기판상에 위치하는 제1 스팟 뒤의 제2 스팟에서 기판상에 충돌하는 제2 빔 및 제1 담금질 장치와 제2 빔 사이에 위치되는 제2 담금질 장치를 포함한다. 또한, 제2 담금질 장치와 제2 빔 사이에 위치되는 제3 담금질 장치가 사용될 수도 있다. 담금질 장치는 분무 노즐을 포함하고 있는 적어도 하나의 장치를 포함할 수 있으며, 이 분무 노즐에는 물 및 공기와 같은 2 유체 혼합물이 구비된다. 또한, 분리 장치의 제어는 제1 담금질 장치의 파라미터를 제2 담금질 장치(또는 제3 담금질 장치)에 대해 독립적으로 조정하는 것을 포함한다.

본 발명은 또한 비금속 재료 일부의 분리를 조절하는 방법에 의해 달성되며, 이 방법은, 선단부 및 후단부를 갖는 제1 스팟에서 기판상에 제1 빔을 충돌시키는 단계를 포함한다. 이후, 열 영향을 받는 구역에 인접한 기판에 또는 열 영향을 받는 구역으로부터 이격된 기판에 냉각재 스트림이 적용될 수 있도록 위치된 제1 담금질 노즐로 담금질이 수행된다. 또한, 제1 담금질 노즐에 인접하게 위치된 또는 제1 담금질 노즐로부터 이격되게 위치된 제2 담금질 노즐에 의해 추가적인 담금질이 수행된다. 다음, 기판 두께의 일부분을 파단하기 위해 제2 빔이 제2 스팟에서 기판상에 충돌한다. 이 방법은 또한 제2 담금질 노즐에 인접하게 위치된 또는 제2 담금질 노즐로부터 이격되게 위치된 제3 담금질 노즐을 이용하여 추가적인 담금질을 제공하는 단계를 포함할 수도 있다. 담금질 공정 후에, 초과 담금질 액체는 기판 일부가 제2 스팟에 도달하기 전에 제거된다. 또한, 제2 빔에 공급되는 파워의 양을 조절 및 변화시키는 것이 가능하다.

본 발명은 또한 비금속 기판에서 직각 분리를 수행하는 방법에 의해 달성되며, 이 방법은, 선단부 및 후단부를 갖는 제1 스팟에서 기판상에 제1 스크라이브 빔을 충돌시키는 단계를 포함한다. 이후, 열 영향을 받는 구역의 기판에 냉각재 스트림이 적용될 수 있도록 위치된 제1 담금질 노즐로 담금질이 수행된다. 담금질 후에, 기판 두께의 일부를 파단하기 위해 제2 빔이 제2 스팟에서 기판상에 충돌하게 된다. 또한, 이 방법은 제1 스크라이브 빔이 기판상에 충돌하는 각도와 기판에 충돌하는 제1 스크라이브 빔의 에너지 세기 중에 적어도 하나를 조정하는 단계를 포함한다. 이 조정 단계는 또한 제1 스크라이브 빔과 연관된 렌즈의 위치를 조정하는 단계 및/또는 제1 스팟의 위치를 조정(예컨대, 기판 또는 거울을 구비하고 있는 테이블의 위치를 조정함으로써)하는 단계를 포함한다.

본 발명은 또한 비금속 기판을 분리하는 방법에 의해 달성되며, 이 방법은, 제1 빔을 제1 스팟에서 기판의 제1 면상에 충돌시키는 단계 및 냉각재 스트림이 기판의 제1 면에 적용되도록 위치된 제1 담금질 노즐을 이용하여 담금질하는 단계를 포함한다. 이후, 기판 두께의 일부를 파단하기 위해 제2 빔이 제2 스팟에서 기판상에 충돌하게 된다. 그런 후, 기판이 회전되어, 기판의 제2 면이 제1 빔, 제1 담금질 노즐 및 제2 빔에 대면하게 된다. 이어서, 제1 빔이 제3 스팟에서 기판의 제2 면상에 충돌하고, 이후 냉각재 스트림이 기판의 제2 면에 적용될 수 있도록 위치된 제1 담금질 노즐로 담금질이 수행된다. 이후, 기판 두께의 적어도 다른 부분을 파단하기 위해 제2 빔이 제4 스팟에서 기판상에 충돌하게 된다. 이 방법은 또한 제1 담금질 노즐과 제2 빔 사이에 위치된 제2 담금질 노즐을 이용하여 담금질하는 단계를 포함할 수 있다. 또한, 제2 빔을 기판상으로 충돌시키는 단계는 기판의 제1 면을 통해 거의 절반 절단을 형성하고, 제2 빔을 기판의 제2 면상으로 충돌시키는 단계는 기판을 통해 완전 절단(full cut)을 형성한다.

본 발명은 또한 비금속 기판의 일부를 분리하는 장치에 의해 달성되며, 이 장치는, 제1 스팟에서 기판상에 충돌하는 제1 빔, 냉각재 스트림이 제1 스팟의 후단부에 있는 기판에 또는 바로 인접해 있는 기판에 적용될 수 있도록 하는 제1 담금질 장치, 기판에 절단 라인을 형성하기 위해 기판상에 위치하는 제1 스팟 뒤의 제2 스팟에서 기판상에 충돌하는 제2 빔, 절단 라인의 위치를 측정하기 위해 기판으로부터 이격된 크랙 센서 및 절단 라인의 위치에 대한 정보를 수신하여 절단 라인의 위치와 기준 위치를 비교하기 위해 크랙 센서에 작동가능하게 연결된 제어기를 포함하고, 이 제어기는 절단 라인의 위치와 기준 위치의 비교에 기초하여 제2 빔의 파워 세기를 조정하는 수단을 포함한다. 크랙 센서는 CCD 센서, CMOS 센서, 음향 센서, 이미지 센서 및 초음파 센서 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 제2 빔의 파워 세기를 조정 및 제어하기 위한 수단에는, 크랙 위치가 기준 위치보다 앞에 있으면 파워 세기를 감소시키고 크랙 위치가 기준 위치보다 뒤에 있으면 파워 세기를 증가시키는 것이 포함된다.

본 발명은 또한 비금속 기판의 분리 공정을 조정하는 방법에 의해 달성되며, 이 방법은, 제1 스팟에서 기판상에 제1 빔을 충돌시키는 단계, 열 영향을 받는 구역의 기판에 냉각재 스트림이 적용될 수 있도록 위치된 제1 담금질 노즐로 담금질하는 단계, 기판 두께의 일부를 파단하기 위해 제2 스팟에서 제2 빔을 기판상에 충돌시킴으로써 기판에 절단 라인을 형성하는 단계, 크랙 센서를 이용하여 절단 라인의 위치를 측정하는 단계, 절단 라인의 위치와 기준 위치를 비교하는 단계 및 절단 라인의 위치와 기준 위치의 비교에 기초하여 제2 빔의 파워 세기를 조정하는 단계를 포함한다.

본 발명은 또한 비금속 기판의 분리 공정시 빔 형상을 조정하는 방법에 의해 달성되며, 이 방법은, 제1 스팟에서 제1 빔을 기판상에 충돌시키는 단계, 열 영향을 받는 구역의 기판에 냉각재 스트림이 적용될 수 있도록 위치된 제1 담금질 노즐로 담금질하는 단계, 기판 두께의 일부를 파단하기 위해 제2 스팟에서 제2 빔을 기판상에 충돌시킴으로써 기판에 절단 라인을 형성하는 단계 및 기판상에 충돌하는 제1 빔의 가변 에너지 밀도 프로파일이 존재하도록, 제1 빔이 기판상에 충돌하는 제1 스팟의 형상과 제1 빔의 에너지 밀도 프로파일 중 적어도 하나를 조정하는 단계를 포함한다. 이 조정 단계는 비대칭 빔 형상을 포함하도록 제1 스팟의 형상을 조정함으로써, 또는 비대칭적인 에너지 밀도인 에너지 밀도 프로파일을 조정하거나 에너지 밀도 프로파일의 중심부가 제1 스팟의 일측보다 다른 일측에 더 가깝도록 제1 빔의 에너지 밀도 프로파일을 조정함으로써 달성될 수 있다. 조정 단계는 또한 제1 스팟의 일부분을 제1 스팟의 다른 일부분보다 더 얇게 형성하는 단계, 또는 제1 빔을 형성하는 렌즈 위치를 조정하는 것과 같이 기판과 제1 빔의 방향 사이에 경사각을 형성하는 단계를 포함한다.

본 발명은 또한 비금속 기판의 분리시에 빔 형상을 조정하는 장치에 의해 달성되며, 이 장치는, 제1 스팟에서 기판상에 충돌하는 제1 빔, 제1 스팟의 후단부에서 또는 제1 스팟의 후단부에 바로 인접하여 기판에 냉각재 스트림이 적용될 수 있도록 위치된 제1 담금질 장치, 기판에 절단 라인을 형성하기 위해 제1 스팟 후방에서 기판상에 위치되는 제2 스팟에서 기판상에 충돌하는 제2 빔 및 제1 빔에 의해 형성된 제1 스팟의 형상을 조정하기 위한 제어기 수단을 포함한다. 이 제어기는 제1 스팟의 형상을 비대칭 빔 형상으로 조정하는 수단, 또는 제1 빔의 에너지 밀도 프로파일을 비대칭 에너지 밀도로 조정하는 수단을 포함할 수 있다. 또한, 제어기는 에너지 밀도의 중심부가 제1 스팟의 일측보다 다른 일측에 더 가깝게 위치하도록 제1 빔의 에너지 밀도 프로파일을 조정하는 수단을 포함할 수 있다. 또한 제어기는 제1 스팟의 일부분을 제1 스팟의 다른 일부분보다 더 얇게 형성하는 수단 및 제1 빔을 형성하는 렌즈 위치를 조정함으로써 기판과 제1 빔의 방향 사이에 경사각을 형성하는 수단을 포함할 수 있다.

본 발명의 이러한 목적 및 특징들은, 첨부 도면과 함께 본 발명의 바람직한 실시예와 관련한 하기 설명을 통해 분명하게 이해될 것이다.

도1은 본 발명의 실시예에 따른 분리 장치에 의해 분리된 비금속 기판을 도시한 개략도.

도2는 본 발명에 따른 레이저 빔 및 담금질 노즐에 의해 각각 형성된 가열 영역 및 담금질 영역을 개략적으로 도시한 상면도.

도3은 비금속 기판의 분리시 가열, 담금질 및 재가열 단계를 나타내는 시간 대(對) 온도의 그래프.

도4는 본 발명의 실시예에 따른 분리 장치의 사시도.

도5는 본 발명의 실시예에 따른 일체형 크랙 장치 내에 포함된 이중 비대칭 실린더 렌즈 구성요소의 부분 확대도.

도6a 내지 도6d는 본 발명에 따른 벽개 깊이의 조절을 나타내는 도면을 포함한 비금속 기판 분리 장치의 개략도.

도7은 본 발명의 다른 실시예에 따른 레이저 빔 및 담금질 노즐 각각에 의해 형성된 가열 영역 및 담금질 영역을 개략적으로 도시한 상면도.

도8a 내지 도8d는 분리시 불완전한 절단 또는 소지를 초래하는 비금속 기판의 분리 공정을 예시하는 도면.

도8e 내지 도8h는 분리시 직각 절단이 이루어지는 비금속 기판의 분리 공정을 예시하는 도면.

도9a는 본 발명의 다른 실시예에 따른 크랙 센서를 포함하는 비금속 기판 분리 장치의 개략도.

도9b는 본 발명의 다른 실시예에 따른 크랙 센서를 포함하는 비금속 기판 분리 장치의 다른 개략도.

도10은 본 발명의 다른 실시예에 따른 적층 비금속 기판의 절단 순서를 예시하는 도면.

도11은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 적층 비금속 기판의 다른 절단 순서를 예시하는 도면.

도12는 도11에 도시된 실시예에 따른 CF 측 절단을 위한 절단 순서를 개략적으로 예시하는 도면.

도13은 이동가능한 테이블상에 배치된 비금속 기판을 개략적으로 도시한 사시도.

도14는 본 발명의 다른 실시예에 따른 조절용 크랙 센서를 포함한 비금속 기판 분리 장치의 전체적인 구성을 개략적으로 나타내는 도면.

도15는 본 발명에 따른 비금속 기판에서 크랙 전파를 조절하기 위해 크랙 센서를 이용한 조절 프로세스를 도시하는 흐름도.

이하에서는 본 발명의 실시예들에 대해 첨부 도면을 참조하여 설명한다.

도1은 본 발명에 따른 비금속 재료 분리 장치의 개략적인 개관을 나타낸다. 비금속 재료(102)를 분리하기 위해, 일반적으로 도면부호 100으로 표시되는 분리 장치는 2개의 레이저 빔(110, 112) 및 적어도 2개의 담금질 노즐(116, 118)(quenching nozzles)을 포함한다.

비금속 기판(102)은, 유리와 같은 비금속 기판(102) 아래쪽의 화살표로 표시된 방향을 따라 분리 장치(100)에 대해 상대적으로 이동된다. 레이저 빔(110)은 렌즈(113)를 통과하여 스크라이브 레이저 빔 가열 영역(140)으로 집중된다. 2개의 담금질 노즐(116, 118)은 각각 비금속 기판(102)상에 담금질 영역(142, 143)을 형성하면서 개략적으로 도시되어 있다. 담금질 영역(142, 143)들 사이에는 전파된 스크라이브 라인(144)이 존재한다. 레이저 빔(112)은 렌즈(114)를 통과하여 브레 이크 레이저 빔 가열 영역(146)으로 집중된다. 비금속 기판(102)의 분리는 실질적인 절단 라인(150)을 따라 조절된다.

각각의 담금질 노즐은 가스 또는 액체(122, 126)를 통과시키기 위한 통로를 각각 포함한다. 예컨대, 통로(122, 126)는 비금속 기판(102)에 물을 공급할 수 있다. 선택적으로, 제2 가스 및/또는 액체를 공급하기 위해 노즐(116, 118)에 추가적인 통로(124, 128)가 각각 포함될 수 있다. 예컨대, 추가적인 통로(124, 128)를 통해 비금속 기판(102)에 공기가 공급될 수 있다. 따라서, 적어도 2개의 유체, 가스 또는 혼합물이 비금속 기판(102)을 담금질하기 위해 각 노즐(116, 118)을 통하여 공급될 수 있다.

노즐(118)에 인접해서는, 그 안에 배치된 통로를 통하여 잔류 담금질 액체를 제거하기 위한 진공 노즐(130)이 구비된다. 도1에 도시된 바와 같이, 진공 노즐(130)은 대략 직사각형 형상의 단면을 갖는다. 개략적으로 도시된 것처럼, 진공 노즐(130)에 인접하게 셔터(132)가 배치된다. 셔터(132)는 가공물 상에 빔 스팟을 효과적으로 줄이기 위해 브레이크 레이저 빔(120)의 일부를 선택적으로 차단하는데 사용될 수 있다. 셔터(132)는 또한 레이저 절단 공정 동안 빔 길이를 변화시키는데 사용될 수도 있다.

도2에는 명확성을 위해 분리 장치(100)가 제거된 상태에서 도1에 도시된 절단 및 담금질 공정들의 전체적인 상면도가 예시되어 있다. 스크라이브 레이저 빔 가열영역(140)은 조절가능한 폭(A) 및 길이(B)를 포함한다. 스크라이브 레이저 빔 가열 영역(140)과 재가열 영역(146) 사이의 거리는 거리 C로 표현되며, 이 거 리(C) 또한 변경될 수 있다. 재가열 영역(146)의 길이(D) 및 폭(F) 또한 조절된다. 본 발명은 또한 담금질 영역(142, 143)들 사이의 거리(E)를 조절 및 조정한다. 통상적으로, A:B:C:D:E:F의 크기 비율은 0.5:55:35:8:5:10으로 하는 것이 유용하다.

도3에는 비금속 기판(102)의 가열에 대한 온도 대(對) 시간의 그래프가 도시되어 있다. 비금속 기판(102)은 처음에는 스크라이브 레이저 빔을 지나고 이후에 2 개의 담금질 영역(142, 143)을 통과함에 따라, 최초로 상온에서부터 가열된다. 이후에 브레이크 레이저 빔(112)에 의해 열 획득이 일어나고, 이어서 상온으로 냉각시킴에 따라 완전 분리 또는 부분 분리가 일어나게 된다.

도4에는, 일반적으로 도면부호 200으로 표시되어 있는 전체 재료 분리 레이저 시스템에서의 본 발명의 주요 구성요소들이 예시되어 있다. 이 시스템은 단일 또는 다중 레이저 소스 및 관련 옵션들을 포함하며, 일반적으로 도면부호 210으로 표시되는 광학 시스템을 형성한다. 이 광학 시스템(210)은 머신 프레임(226) 상에 지지되는 2개의 레이저(222, 224)를 포함한다. 이동 시스템(240)은 프레임 벨트 구동 기구(244)를 가로지르는 지지 테이블(242)을 포함하며, 레이저(222, 224)에 의해 형성되는 광학 시스템(210)에 대하여 가공물을 이동시킨다. 레이저는 2 개의(또는 그 이상의) 빔 경로를 형성한다. 이 시스템은 일체형 벽개 장치(ICD)와, 스크라이빙 빔을 위한 벤딩(vending) 거울(230) 및 파단 빔을 위한 벤딩 거울(232)을 포함한다. 또한, 레이저(222)로부터 조사되는 레이저 빔(110)(도시되지 않음)은 거울(230)상에 충돌될 수 있다. 또한, 레이저(224)로부터 조사되는 레이저 빔(112)(도시되지 않음)은 거울(232)상에 충돌될 수 있다.

이동 시스템(240)은 레이저 출력에 대해 가공물의 이동을 조절하기 위해 컴퓨터 제어기(236)를 이용한다. 컴퓨터 제어기는 원거리의 위치에 배치될 수 있지만, 프레임 벨트 구동 기구(244)에 인접하게 컴퓨터 제어기(236)가 도시되어 있다. 한가지 가능한 조절 방법은, 광학 시스템은 고정된 상태로 유지되는 동안 가공물을 x, y 및 회전방향으로 이동시키도록 컴퓨터로부터 조절 신호를 발생시키는 것이다. 반대로, 레이저를 운반하는(carrying) 광학 시스템이 모든 방향으로 이동되는 동안 가공물은 고정된 상태로 유지될 수 있다. 하이브리드(hybrid) 접근에 의해 광학 시스템 및 가공물이 제한된 방향으로 이동될 수도 있다. 광학 시스템을 180도 회전시킴으로써, 양방향 절단이 가능하다. 또한, 어떤 소정의 절단부 아래쪽에 슬롯이 구비된 프로세스 테이블상에 가공물을 배치함으로써, 재료의 상면 및 하면 상에 절단이 가능해진다. 또한, 롤러 파단 장치(roller breaking device)가 가공물 하단에 배치되는 경우 프로세스 테이블은 파단을 용이하게 할 수 있다.

도5에는 이중 비대칭 실린더형 렌즈 구성요소(DACLE)(254)가 도시되어 있다. 굴곡된 "오목"면(S1)(268)은 절단 방향으로 빔 길이(L) 및 에너지 분포를 조절하기 위해 최적의 음(-)의 초점 거리를 갖도록 구성된다. 반대쪽으로 굴곡된 "볼록"면(S2)(270)은 최적의 양(+)의 초점 거리를 가지며 절단 방향에 수직한 방향으로 빔 폭(W) 및 에너지 분포를 조절하도록 구성된다.

도6a에는 레이저 빔(310, 312) 및 담금질 노즐(316, 318)을 포함하는 본 발명의 다른 실시예의 개략적인 도면이 개시되어 있다. 또한, 제2 빔(312)이 가열 영역(246)에서 비금속 기판과 접촉하기 전에 잔류 담금질 액체를 비금속 기판의 표면으로부터 모으기 위해, 진공 노즐(330)이 노즐(318)에 인접하게 도시되어 있다.

분리 장치의 조절은, 가열 영역(246)의 크기(L), 스크라이브 레이저 빔 가열 영역의 종료 지점과 가열 영역(246)의 시작 지점 사이의 거리(M) 및 스크라이브 레이저 빔 가열 영역(240)의 길이(N)를 감시 및 조정하는 것을 포함한다.

도6a는 분리 장치를 이용하여 100%의 완전한 분리가 이루어지는 배치를 나타낸다. 영역 P는 분리되지 않은 영역이고, 영역 Q는 분리된 영역이다. 본 실시예에서 레이저 빔(312)은 200와트로 작동된다.

도6b는 상술된 조절 파라미터들을 변화시킴으로써 90% 분리가 달성된 모습을 예시한다. 예컨대, 레이저 빔(312)은 175와트로 작동될 수 있다.

도6c는 조절 파라미터들을 변화시킴으로써, 예컨대 레이저 빔(312)을 150와트로 작동함으로써 75% 분리가 달성된 모습을 예시한다.

도6d는 어떠한 브레이크 빔(312)도 사용되지 않은 실시예를 나타낸다. 이 실시예에서는, 열 충격 및 크랙 전파로부터 130-180마이크로미터의 구멍이 생성된다.

도7은 도6a에서 사용되었던 것과 유사한 장치를 이용한 다른 실시예를 나타낸다. 스크라이브 레이저 빔 가열 영역(340)은 도7의 좌측에 도시된다. 제1 담금질 노즐에 의해 공급되는 제1 담금질 영역(342)은 스크라이브 레이저 빔 가열 영역에 인접하게 또는 이와 부분적으로 중첩되게 위치한다. 제2 담금질 노즐에 의해 공급되는 제2 담금질 영역(343)은 제1 담금질 영역(342)으로부터 이격되어 위치하 고, 선택적인 제3 담금질 노즐(도시되지 않음)에 의해 공급되는 선택적인 제3 담금질 영역(345)은 제2 담금질 영역(343)으로부터 이격되어 위치한다.

비금속 기판상에 남아있는 담금질 액체를 제거하기 위해 제3 담금질 영역(345)에 인접하게 진공 제거 영역(330)이 배치된다. 본 실시예에서, 진공 제거 영역은 아크(arc) 형상을 가지며, 이로 인해 담금질시에 절단 라인의 각 측면으로 흩어질 수 있는 어떠한 액체를 제거할 수 있게 된다. 상술된 기술에 따라 브레이크 레이저 빔을 조정하도록 하기 위해, 진공 제거 노즐에 인접하게 셔터(332)가 배치된다. 또한, 브레이크 빔 가열 영역(346)이 도시되어 있으며, 이 영역은 그 세팅에 따라 비금속 기판의 분리를 완성하는 작용을 한다.

도8a 내지 도8d에는 종래 기술에서 이용되며 소지(soge) 절단부(직각이 아닌 절단부)를 생성하는 절단 단계가 예시되어 있다. 도8a에는 필요로 되는 스크라이브 라인(402)을 포함하는 비금속 기판(400)이 도시되어 있다. 도8b에는 레이저 빔 가공 공정의 초기 단계가 예시되어 있으며, 가열 영역(440)을 형성하는 스크라이브 레이저 빔, 담금질 영역(442)을 형성하는 담금질 노즐 및 가열 영역(443)을 형성하는 브레이크 레이저 빔이 도시된다. 분리 공정이 계속 진행됨에 따라 비금속 기판에서의 불균일한 가열 공정에 의해 스크라이브 레이저 빔 가열 영역(440)은 절단 라인에 대해 비대칭적으로 배열되는 경향이 있다. 이로 인해 비금속 기판 부분들 사이에서의 분리는 완전한 직각 분리와는 거리가 멀게 된다. 도8d는 이러한 비금속 기판(400)의 분리 결과를 나타낸다. 절단부의 측면 에지(410)는 소정의 측면 에지 라인(412)으로부터 기울어져서, 비금속 기판(400)의 저면상에서 측면 에 지(410)와 소정의 측면 에지(412) 사이에 거리(414)가 도시되어 있다.

도8e 내지 도8h에는 양 조각들에 직각의 측면 에지 절단을 형성하기 위해 본 발명에서 이용되는 절단 단계가 예시되어 있다. 도8e에는 필요로 되는 스크라이브 라인(502)을 포함하는 비금속 기판(500)이 도시되어 있다. 도8f에는 레이저 빔 가열 공정의 초기 단계가 예시되어 있으며, 가열 영역(540)을 형성하는 스크라이브 레이저 빔 및 담금질 영역(542, 543)을 형성하는 담금질 노즐들이 도시되어 있다. 본 발명에 따르면, 크랙 센서와 같은 장치를 이용하여 크랙 전파 및 방향을 결정할 수도 있으며, 이러한 크랙 센서에 대해서는 하기에서 더욱 자세히 설명한다. 크랙 전파의 진행 및 크랙 전파의 방향을 결정하고, 이에 기초하여 본 발명은 레이저 빔 각도, 에너지 분포 및/또는 스크라이브 레이저 빔의 방향을 조정함으로써 분리 공정동안 크랙 전파 방향을 보상 및 수정한다. 예컨대, 원래 소망했던 절단 라인 방향이 라인(520)으로 도시되고, 스크라이브 레이저 빔의 방향은 일정 시간 동안 라인(522)을 따라 재배향될 수 있기 때문에 크랙의 전파는 라인(520)을 따라 계속 진행되도록 수정될 수 있다. 도8g에는 비금속 기판(500)을 분리하기 위해 수정된 경로(520)를 따라 계속 진행하는 레이저 빔 분리 공정이 도시된다. 도8h에는 비금속 기판이 2 개의 조각(504, 506)으로 분리 완료된 분리 공정이 도시된다. 각 조각(504, 506)은 직각으로 절단된 측면 에지를 포함한다. 비금속 기판(506)은 이 비금속 기판(506)의 상부 에지 및 하부 에지에 수직하게 형성된 측면 에지(512)를 포함한다.

도9a 및 도9b에는 본 발명의 다른 실시예에 따른 분리 장치의 정면도 및 측 면도가 예시되어 있다. 이 분리 장치는 프로세스 테이블(610) 위에 배치되는 레이저 절단 유닛(600)을 포함한다. 프로세스 테이블(610)은 선형 모터(612)에 의해 직선 방향으로 이동된다. 이 선형 모터(612)는 분리 장치의 베이스(614) 상에 배치된다. 프로세스 테이블(610)상에는 비금속 기판(616)이 배치된다.

레이저 절단 유닛(600)은 빛을 생성하기 위한 광원(620)을 포함하고, 이 빛은 비금속 기판(616)을 통하여 전파하는 크랙에 안내될 수 있다. 빛은 비금속 기판(616)에 의해 반사되어 크랙 센서(630)에 의해 수용될 수 있다. 상술한 바와 같이 많은 다른 유형의 크랙 센서가 사용될 수 있다.

도9b는 광원(620)(도시되지 않음)과 함께 스크라이브 빔(622), 노즐 또는 노즐들(624) 및 브레이크 빔(640)을 포함하는 레이저 절단 유닛의 측면도이고, 빛을 수용하도록 담금질 노즐(들)(624)과 브레이크 빔(640) 사이에 크랙 센서(630)가 배치된다.

도10에는 본 발명에 따른 적층 유리 기판에서의 절단 순서가 예시되어 있다. 예컨대, 적층 유리에 적층 기판의 TFT 패널이 포함되면, 이 패널이 먼저 절단될 수 있다. 제1 및 제2 절단은 라인(1, 2)을 따른 완전 절단이다. 이러한 절단 동안 레이저 출력을 변화시킬 수도 있다. 이후, 라인(3)을 따라 완전 오프셋(full offset) 절단을 수행하고, 이어서 라인(4)과 라인(5)을 따라 완전 절단을 수행함으로써 적층 유리 기판이 컬러 필터(CF)측에서 절단될 수 있다.

도11에는 본 발명에 따른 적층 유리 기판에서의 다른 절단 순서가 예시되어 있다. 예컨대, 적층 유리에 적층 기판의 TFT 패널이 포함되면, 제1 및 제2 절단은 TFT 패널에서 라인(1, 2)을 따른 완전 절단이다. 이후, 라인(3)을 따라 스크라이브 절단을 수행하고, 이어서 상기 라인(4)을 따라 완전 절단 및 라인(5)을 따라 완전/절반 절단을 수행함으로써 적층 유리 기판이 CF 측에서 절단될 수 있다. 도12에는 CF 측 절단 과정이 도시되어 있다. 또한, 이러한 절단 과정 동안 절단 속도가 조절될 수도 있다.

도13은 이동가능한 테이블(700)상에 배치된, 유리 또는 다른 패널(710)과 같은 금속 기판을 도시한다. 절단 라인들이 비금속 기판(710)의 후면으로부터 형성될 수 있도록, 이동가능 테이블은 다양한 구획들로 분리될 수 있다. 본 실시예에서 적층 패널은 접착제에 의해 서로 결합된 TFT 패널(712) 및 컬러 패널(714)을 포함한다. 도13에 도시된 바와 같이, 이동가능 테이블(700)의 공간 에지들 사이의 영역에서 라인(720)을 따라 제1 절단을 수행할 수도 있다. 그 후 절단 라인(722, 724)을 따라 부가적인 절단이 수행될 수 있다.

도14는 크랙 센서를 포함한 본 실시예에 따른 분리 장치의 전체적인 조절 기구를 개략적으로 도시한 도면이다. 시스템 제어기는 정보 디스플레이로의 연결부, 키보드와 같은 입력 방법, 레이저 유닛을 조절하기 위한 레이저 제어기, 크랙 센서 및 선형 모터를 조절하기 위한 이동 제어기를 포함한다.

도15에는 본 발명에 따른 크랙 센서를 이용한 조절 과정의 흐름도가 예시되어 있다. 처음에 레이저 빔 조사는 비금속 기판상에 충돌하기 시작한다. 그러면, 크랙 센서 광원이 개시되고, 비금속 기판으로부터 반사되는 빛은 크랙 성장 및 방향을 나타내며, 이를 크랙 센서가 감지한다. 이후, 소정의 크랙 전파 위치 및 방 향을 측정된 크랙 전파 위치 및 방향과 비교하는 비교 단계가 수행된다. 만일 소정의 위치 및 측정된 위치가 동일하다면, 에너지 레벨은 현재의 세팅대로 유지된다. 그러나 측정된 크랙 전파의 위치가 소정의 위치보다 앞서면 레이저의 에너지가 감소된다. 다른 방법으로, 측정된 크랙 전파의 위치가 소정의 위치보다 뒤에 있다면, 레이저의 에너지가 증가된다. 이러한 프로세스는 비금속 기판의 종료 위치에 도달할 때까지 계속된다. 비금속 기판의 종료 위치가 달성되면, 레이저 빔을 위한 에너지는 중단된다.

최적의 절단 순서는 휴대폰 절단 및 HDTV 패널의 슬리브(sleeve) 절단을 포함한 다수의 적용을 통해서 개발되어 왔다. 휴대폰에 적용하는 경우, 절단되는 제1 면상에 절단 깊이를 조절(예컨대 90% 절단)할 수 있음으로써, 그리고 적층 패널의 제2 면을 절단하는 동안 패널은 서로 결합되어 있기 때문에, 패널의 휴대폰 제작시에 신뢰성 있는 교차 절단이 더욱 용이하게 달성될 수 있다. 제2 절단부(예컨대, 입구 영역 및 출구 영역)의 에지 효과는, 레이저 출력, x-y 위치(예컨대 "조깅(jogging)"), 테이블 각도, 크랙이 발생되는 힘 및 위치(입구에서) 및 테이블 진공력을 동적으로 조절함으로써 소망하는 결과를 얻을 수 있다.

또한, 적절한 균형의 열 충격을 발생시켜 블라인드 크랙을 생성하고, 이어서 단일 또는 적층 패널을 완전히 또는 부분적으로 절단하도록 제2 빔을 적용함으로써 충분한 인장력을 발생시키기 위해, 복수의 빔이 사용될 수 있다. 담금질에 사용되는 잔류 유체 또는 물을 제거하는데 진공이 사용되며, 광학면(예컨대 거울, 렌즈 등)의 노출이 방지된다.

또한, 제1 레이저(스크라이브 빔) 및 제2 레이저(브레이크 빔)를 독립적으로 조절하는 것이 가능하다. 공정 전체를 통하여 레이저 빔 출력 및/또는 레이저 빔에 대한 테이블의 각도 및/또는 테이블의 속도를 동적으로 조절하는데 컴퓨터 소프트웨어가 사용되어, 패널을 통한 크랙 전파가 조절 및 안정화된다.

블라인드 크랙 깊이(예컨대 1%부터 100%까지 분리)는 제2 레이저측의 레이저 출력을 변화시킴으로써 실시간으로 폐루프 조절이 이루어진다. 이 출력은, 존재를 측정할 수 있는 크랙 센서 또는 검출기로부터의 피드백 루프에 의해, 그리고/또는 크랙이나 구멍 깊이 검출 장치(광학, 음파, RF, 또는 다른 방법들)에 의해 조절된다. 이로 인해 절단 깊이를 정밀하게 조절할 수 있고/있거나 본래의 위치에서 최종적으로 분리된 유리의 프로파일 및 완전 절단 위치가 관리될 수 있다.

복수의 노즐 빔 구성은 2 또는 그 이상의 노즐을 포함하고, 이들 노즐은 취성 재료의 냉각/담금질을 향상시키는데 이용된다. 노즐은, 작은 범위(예컨대 0.5mm 직경 미만)에 대해 최대 담금질(dT/dt)이 일어나도록, 그리고/또는 최대 전체 열 제거(냉각 효과 즉 dQ/dt)가 일어나도록 설계된다. 더 깊은 구멍 또는 블라인드 크랙을 생성함으로써 힘을 감소시킬 수 있고, 따라서 재료 또는 패널을 완전히 분리하는데 요구되는 출력을 감소시킬 수 있다.

비록 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 설명하였지만, 당업자라면 본 발명의 범위 내에서 다양한 다른 실시예들 및 변형예들이 가능하며, 그러한 다른 실시예들 및 변형예들도 하기의 청구의 범위에 의해 보호된다.

Claims (42)

1. 선단부 및 후단부를 갖는 제1 스팟에서 기판상에 충돌하는 제1 빔,

   냉각재 스트림이 제1 스팟의 후단부에서 또는 제1 스팟의 후단부에 바로 인접해서 기판에 인가될 수 있도록 위치된 제1 담금질 장치,

   제1 스팟 뒤의 기판상에 위치된 제2 스팟에서 기판상에 충돌하는 제2 빔 및

   상기 제1 담금질 장치와 상기 제2 빔 사이에 위치되는 제2 담금질 장치를 포함하는 비금속 기판의 일부를 분리하는 장치.
2. 제1항에 있어서, 상기 제2 담금질 장치 및 상기 제2 빔 사이에 위치된 제3 담금질 장치를 더 포함하는 비금속 기판을 분리하는 장치.
3. 제1항에 있어서, 상기 제1 담금질 장치 및 상기 제2 담금질 장치 중 적어도 하나는 두 개의 유체 혼합물을 갖는 분무 노즐을 포함하는 비금속 기판을 분리하는 장치.
4. 제3항에 있어서, 상기 두 개의 유체 혼합물은 물 및 공기를 포함하는 비금속 기판을 분리하는 장치.
5. 제1항에 있어서, 상기 제2 담금질 장치에 대해 상기 제1 담금질 장치의 파 라미터를 독립적으로 조정하는 수단을 더 포함하는 비금속 기판을 분리하는 장치.
6. 선단부 및 후단부를 갖는 제1 스팟에서 기판상에 제1 빔을 충돌시키는 단계,

   열 영향을 받는 구역에 인접한 기판에 또는 열 영향을 받는 구역으로부터 이격된 기판에 냉각재 스트림이 인가될 수 있도록 위치된 제1 담금질 노즐로 담금질하는 단계,

   상기 제1 담금질 노즐에 인접하게 위치된 또는 제1 담금질 노즐로부터 이격되게 위치된 제2 담금질 노즐에 의해 추가적으로 담금질하는 단계 및

   기판 두께의 일부분을 파단하기 위해 제2 스팟에서 기판상에 제2 빔을 충돌시키는 단계를 포함하는 비금속 기판의 일부의 분리를 제어하는 방법.
7. 제6항에 있어서, 제2 담금질 노즐에 인접하게 위치된 또는 제2 담금질 노즐로부터 이격되게 위치된 제3 담금질 노즐로 추가적인 담금질을 제공하는 단계를 더 포함하는 비금속 기판의 일부의 분리를 제어하는 방법.
8. 제6항에 있어서, 제2 스팟 전에 초과 담금질 액체를 진공시키는 단계를 더 포함하는 비금속 기판의 일부의 분리를 제어하는 방법.
9. 제6항에 있어서, 제1 담금질 노즐 및 제2 담금질 노즐 중 적어도 하나에 두 개의 유체 혼합물을 갖는 분무 노즐을 제공하는 단계를 더 포함하는 비금속 기판의 일부의 분리를 제어하는 방법.
10. 제6항에 있어서, 제2 빔에 공급되는 파워의 양을 변화시키는 단계를 더 포함하는 비금속 기판의 일부의 분리를 제어하는 방법.
11. 제6항에 있어서, 제1 담금질 노즐의 파라미터를 제2 담금질 노즐과 별개로 제어하는 단계를 더 포함하는 비금속 기판의 일부의 분리를 제어하는 방법.
12. 선단부 및 후단부를 갖는 제1 스팟에서 기판상에 제1 스크라이브 빔을 충돌시키는 단계,

    열 영향을 받는 구역의 기판에 냉각재 스트림이 인가될 수 있도록 위치된 제1 담금질 노즐로 담금질하는 단계,

    기판 두께의 일부를 파단하기 위해 제2 빔을 제2 스팟에서 기판상에 충돌시키는 단계 및

    제1 스크라이브 빔이 기판상에 충돌하는 각도와 기판에 충돌하는 제1 스크라이브 빔의 에너지 세기 중에 적어도 하나를 조정하는 단계를 포함하는 비금속 기판에서 직각 분리를 수행하는 방법.
13. 제12항에 있어서, 제1 스크라이브 빔이 기판상에 충돌하는 각도의 적어도 하나를 조정하는 단계는 제1 스크라이브 빔과 관련된 렌즈의 위치를 조정하는 단계를 포함하는 비금속 기판에서 직각 분리를 수행하는 방법.
14. 제12항에 있어서, 제1 스크라이브 빔이 기판상에 충돌하는 각도의 적어도 하나를 조정하는 단계는 제1 스팟의 위치를 조정하는 단계를 포함하는 비금속 기판에서 직각 분리를 수행하는 방법.
15. 제14항에 있어서, 제1 스크라이브 빔이 기판상에 충돌하는 각도의 적어도 하나를 조정하는 단계는 기판을 유지하는 테이블의 위치를 조정함으로써 제1 스팟의 위치를 조정하는 단계를 포함하는 비금속 기판에서 직각 분리를 수행하는 방법.
16. 제14항에 있어서, 제1 스크라이브 빔이 기판상에 충돌하는 각도의 적어도 하나를 조정하는 단계는 거울의 조정에 의해 제1 스팟의 위치를 조정하는 단계를 포함하는 비금속 기판에서 직각 분리를 수행하는 방법.
17. 제12항에 있어서, 제1 스크라이브 빔이 기판상에 충돌하는 각도의 적어도 하나를 조정하는 단계는 거울의 조정에 의해 제1 스팟의 위치를 조정하는 단계를 포함하는 비금속 기판에서 직각 분리를 수행하는 방법.
18. 제12항에 있어서, 제1 스크라이브 빔이 기판상에 충돌하는 각도의 적어도 하나를 조정하는 단계는 기판을 유지하는 테이블의 위치를 조정하는 단계를 포함하는 비금속 기판에서 직각 분리를 수행하는 방법.
19. 제1 빔을 제1 스팟에서 기판의 제1 면상에 충돌시키는 단계,

    냉각재 스트림이 기판의 제1 면에 인가되도록 위치된 제1 담금질 노즐로 담금질하는 단계,

    기판 두께의 일부를 파단하기 위해 제2 빔을 제2 스팟에서 기판상에 충돌시키는 단계,

    기판의 제2 면이 제1 빔, 제1 담금질 노즐 및 제2 빔에 대면하도록 기판을 회전시키는 단계,

    제1 빔을 제3 스팟에서 기판의 제2 면상에 충돌시키는 단계,

    냉각재 스트림이 기판의 제2 면에 인가될 수 있도록 위치된 제1 담금질 노즐로 담금질하는 단계 및

    기판 두께의 적어도 다른 부분을 파단하기 위해 제2 빔을 제4 스팟에서 기판상에 충돌시키는 단계를 포함하는 비금속 기판을 분리하는 방법.
20. 제19항에 있어서, 상기 제1 담금질 노즐과 제2 빔 사이에 위치된 제2 담금질 노즐을 이용하여 담금질하는 단계를 더 포함하는 비금속 기판을 분리하는 방법.
21. 제19항에 있어서, 상기 제2 빔을 기판상으로 충돌시키는 단계는 기판의 제1 면을 통해 대략 절반 절단을 형성하고, 또한 제2 빔을 기판의 제2 면상에 충돌시키 는 상기 단계는 기판을 통해 완전 절단을 형성하는 비금속 기판을 분리하는 방법.
22. 선단부 및 후단부를 갖는 제1 스팟에서 기판상에 충돌하는 제1 빔,

    제1 스팟의 후단부에서 또는 제1 스팟의 후단부에 바로 인접하여 냉각재 스트림이 기판에 인가될 수 있도록 위치되는 제1 담금질 장치,

    기판에 절단 라인을 형성하기 위해 제1 스팟 뒤의 기판상에 위치된 제2 스팟에서 기판상에 충돌하는 제2 빔,

    절단 라인의 위치를 측정하기 위해 기판으로부터 이격된 크랙 센서 및

    절단 라인의 위치에 대한 정보를 수신하여 절단 라인의 위치와 기준 위치를 비교하기 위해 상기 크랙 센서에 작동가능하게 연결되어 있고, 절단 라인의 위치와 기준 위치의 비교에 기초하여 제2 빔의 파워 세기를 조정하는 수단을 포함하는 제어기를 포함하는 비금속 기판의 일부를 분리하는 장치.
23. 제22항에 있어서, 상기 크랙 센서는 CCD 센서, CMOS 센서, 음향 센서, 이미지 센서 및 초음파 센서 중 적어도 하나를 포함하는 비금속 기판의 일부를 분리하는 장치.
24. 제22항에 있어서, 상기 제2 빔의 파워 세기를 조정하는 수단은, 크랙 위치가 기준 위치보다 앞에 있으면, 파워 세기를 감소시키는 것을 포함하는 비금속 기판의 일부를 분리하는 장치.
25. 제22항에 있어서, 상기 제2 빔의 파워 세기를 조정하는 수단은, 크랙 위치가 기준 위치보다 뒤에 있으면, 파워 세기를 증가시키는 것을 포함하는 비금속 기판의 일부를 분리하는 장치.
26. 제1 스팟에서 기판상에 제1 빔을 충돌시키는 단계,

    열 영향을 받는 구역의 기판에 냉각재 스트림이 인가될 수 있도록 위치된 제1 담금질 노즐로 담금질하는 단계,

    기판 두께의 일부를 파단하기 위해 제2 스팟에서 제2 빔을 기판상에 충돌시킴으로써 기판에 절단 라인을 형성하는 단계,

    크랙 센서를 이용하여 절단 라인의 위치를 측정하는 단계,

    절단 라인의 위치와 기준 위치를 비교하는 단계 및

    절단 라인의 위치와 기준 위치의 비교에 기초하여 제2 빔의 파워 세기를 조정하는 단계를 포함하는 비금속 기판의 분리 공정을 조정하는 방법.
27. 제26항에 있어서, 상기 제2 빔의 파워 세기를 조정하는 단계는, 크랙 위치가 기준 위치보다 앞에 있으면, 파워 세기를 감소시키는 것을 포함하는 비금속 기판의 분리 공정을 조정하는 방법.
28. 제26항에 있어서, 상기 제2 빔의 파워 세기를 조정하는 단계는, 크랙 위치가 기준 위치보다 뒤에 있으면, 파워 세기를 증가시키는 것을 포함하는 비금속 기판의 분리 공정을 조정하는 방법.
29. 제26항에 있어서, 절단 라인의 전체 길이를 따라서 측정, 비교 및 조정하는 상기 단계들을 계속하는 단계를 더 포함하는 비금속 기판의 분리 공정을 조정하는 방법.
30. 제1 스팟에서 제1 빔을 기판상에 충돌시키는 단계,

    열 영향을 받는 구역의 기판에 냉각재 스트림이 인가될 수 있도록 위치된 제1 담금질 노즐로 담금질하는 단계,

    기판 두께의 일부를 파단하기 위해 제2 스팟에서 제2 빔을 기판상에 충돌시킴으로써 기판에 절단 라인을 형성하는 단계 및

    기판상에 충돌하는 제1 빔의 가변 에너지 밀도 프로파일이 존재하도록, 제1 빔이 기판상에 충돌하는 제1 스팟의 형상과 제1 빔의 에너지 밀도 프로파일 중 적어도 하나를 조정하는 단계를 포함하는 비금속 기판의 분리 공정시 빔 형상을 조정하는 방법.
31. 제30항에 있어서, 상기 조정 단계는 비대칭 빔 형상을 포함하도록 제1 스팟의 형상을 조정하는 단계를 포함하는 비금속 기판의 분리 공정시 빔 형상을 조정하는 방법.
32. 제30항에 있어서, 상기 조정 단계는 비대칭 에너지 밀도가 존재하도록, 제1 빔의 에너지 밀도 프로파일을 조정하는 단계를 포함하는 비금속 기판의 분리 공정시 빔 형상을 조정하는 방법.
33. 제30항에 있어서, 상기 조정 단계는 에너지 밀도 프로파일의 중심부가 제1 스팟의 일측보다 다른 일측에 더 가깝도록 제1 빔의 에너지 밀도 프로파일을 조정하는 단계를 포함하는 비금속 기판의 분리 공정시 빔 형상을 조정하는 방법.
34. 제30항에 있어서, 상기 조정 단계는 제1 스팟의 일부분을 제1 스팟의 다른 일부분보다 더 얇게 형성하는 단계를 포함하는 비금속 기판의 분리 공정시 빔 형상을 조정하는 방법.
35. 제30항에 있어서, 상기 조정 단계는 기판과 제1 빔의 방향 사이에 경사각을 형성하는 단계를 포함하는 비금속 기판의 분리 공정시 빔 형상을 조정하는 방법.
36. 제35항에 있어서, 상기 조정 단계는 제1 빔을 형성하는 렌즈 위치를 조정함으로써 기판과 제1 빔의 방향 사이에 경사각을 형성하는 단계를 포함하는 비금속 기판의 분리 공정시 빔 형상을 조정하는 방법.
37. 선단부 및 후단부를 갖는 제1 스팟에서 기판상에 충돌하는 제1 빔,

    제1 스팟의 후단부에서 또는 제1 스팟의 후단부에 바로 인접하여 기판에 냉각재 스트림이 인가될 수 있도록 위치된 제1 담금질 장치,

    기판에 절단 라인을 형성하기 위해 제1 스팟 뒤의 기판상에 위치되는 제2 스팟에서 기판상에 충돌하는 제2 빔 및

    제1 빔에 의해 형성된 제1 스팟의 형상을 조정하기 위한 제어기 수단을 포함하는 비금속 기판의 분리시 빔 형상을 조정하는 장치.
38. 제37항에 있어서, 상기 제어기 수단은 제1 스팟의 형상을 비대칭 빔 형상으로 조정하는 수단을 포함하는 비금속 기판의 분리시 빔 형상을 조정하는 장치.
39. 제37항에 있어서, 상기 제어기 수단은 제1 빔의 에너지 밀도 프로파일을 비대칭 에너지 밀도로 조정하는 수단을 포함하는 비금속 기판의 분리시 빔 형상을 조정하는 장치.
40. 제37항에 있어서, 상기 제어기 수단은 에너지 밀도의 중심부가 제1 스팟의 일측보다 다른 일측에 더 가깝도록 제1 빔의 에너지 밀도 프로파일을 조정하는 수단을 포함하는 비금속 기판의 분리시 빔 형상을 조정하는 장치.
41. 제37항에 있어서, 상기 제어기 수단은 제1 스팟의 일부분을 제1 스팟의 다른 일부분보다 더 얇게 형성하는 수단을 포함하는 비금속 기판의 분리시 빔 형상을 조정하는 장치.
42. 제37항에 있어서, 상기 제어기는 제1 빔을 형성하는 렌즈 위치를 조정함으로써 기판과 제1 빔의 방향 사이에 경사각을 형성하는 수단을 포함하는 비금속 기판의 분리시 빔 형상을 조정하는 장치.

Images