KR20190038390A - 스크라이브 가공 방법 및 스크라이브 가공 장치 - Google Patents

Abstract

(과제) 두께가 큰 유리 기판이어도, 1 스캔의 레이저 가공에 의해 유리 기판에 스크라이브 라인을 형성할 수 있도록 한다.
(해결 수단) 스크라이브 가공 방법은, 유리 기판 (G) 을 스크라이브 가공하는 방법으로서, 레이저 광을 조사하는 것에 의한 유리 기판 (G) 의 내부 가공을 평면 방향으로 단속적으로 실시함으로써 스크라이브 라인 (31) 을 형성하는 스크라이브 라인 형성 공정을 구비하고 있다. 레이저 광의 광축 상에 나열된 복수의 집광점이 유리 기판 (G) 의 내부에 위치하고 있다. 복수의 집광점 중, 레이저가 조사되는 면과는 반대측의 면에 가장 가까운 제 1 집광점의 빔 강도가, 복수의 다른 집광점의 빔 강도보다 높다.

Description

스크라이브 가공 방법 및 스크라이브 가공 장치{SCRIBE PROCESSING METHOD AND SCRIBE PROCESSING APPARATUS}

본 발명은, 스크라이브 가공 방법 및 스크라이브 가공 장치, 특히, 레이저 장치를 사용한 펄스에 의한 유리 기판의 내부 가공을 평면 방향으로 단속적으로 실시함으로써 스크라이브 라인을 형성하는 방법 및 장치에 관한 것이다.

유리 기판을 스크라이브 가공하는 방법으로서, 레이저 가공이 알려져 있다. 레이저 가공에서는, 예를 들어, 적외선 피코초 레이저가 사용되고 있다. 이 경우, 레이저 펄스에 의한 내부 가공을 평면 방향으로 단속적으로 실시하여 복수의 레이저 필라멘트를 형성함으로써, 스크라이브 라인을 형성하는 방법이 알려져 있다 (예를 들어, 특허문헌 1 을 참조).

특허문헌 1 에 나타내는 기술에서는, 수속 레이저 빔은, 기판 내에서 자기 수속을 일으켜, 결과적으로 필라멘트를 만들어 내도록 선택된 에너지 및 펄스 지속 시간을 갖는 펄스로 구성된다. 그리고, 복수의 필라멘트에 의해, 기판을 벽개하기 위한 스크라이브 라인이 형성된다.

일본 공표특허공보 2013-536081호

레이저 가공의 필라멘트 형성에 의한 스크라이브 라인 가공을 실시하는 경우에는, 일반적으로, 레이저 광의 빔 웨이스트가 유리 기판의 상방 또는 하방에 위치되고, 레이저 광이 자기 수속하는 길이는 수백 ㎛ 정도이다. 따라서, 두께가 큰 유리 기판 (예를 들어, 두께 2.5 ㎜ 이상) 에서는, 1 주사의 레이저 가공에 의해 유리 기판 두께 방향 전체에 걸친 스크라이브 라인을 가공할 수 없다.

본 발명의 목적은, 두께가 큰 유리 기판이어도, 1 주사의 레이저 가공에 의해 유리 기판의 두께 방향 전체에 걸친 스크라이브 라인을 형성할 수 있도록 하는 것에 있다.

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

본 발명의 일 견지 (一見地) 에 관련된 스크라이브 가공 방법은, 유리 기판을 스크라이브 가공하는 방법으로서, 하기의 공정을 구비하고 있다.

◎ 레이저 광을 조사하는 것에 의한 유리 기판의 내부 가공을 평면 방향으로 단속적으로 실시함으로써 스크라이브 라인을 형성하는 스크라이브 라인 형성 공정.

상기의 공정에서는, 레이저 광의 광축 상에 나열된 복수의 집광점이 유리 기판의 내부에 위치하고 있다. 또, 복수의 집광점 중, 레이저가 조사되는 면과는 반대측의 면에 가장 가까운 제 1 집광점의 빔 강도가, 복수의 다른 집광점의 빔 강도보다 높다.

이 방법에서는, 유리 기판 (G) 의 저면에 가장 가까운 집광점의 피크 강도를 다른 집광점의 피크 강도보다 높게 함으로써, 유리 기판의 저면 부근에서도 확실하게 가공흔을 형성할 수 있어, 두께가 큰 유리 기판이어도, 유리 기판의 두께 방향 전체에 걸친 내부 가공을 실시할 수 있다.

복수의 다른 집광점은 빔 강도가 균일해도 된다.

이 방법에서는, 유리 기판의 내부에 광축을 따라 나열된 복수의 가공흔을 균등하게 형성할 수 있다.

제 1 집광점의 빔 강도가 복수의 다른 집광점의 빔 강도의 1.8 ∼ 2.8 배이어도 된다.

스크라이브 라인 형성 공정에서는, 비구면 렌즈를 사용하여 복수의 집광점을 형성해도 된다.

이 방법에서는, 간단한 구조에 의해, 상기의 가공 방법이 실현된다.

스크라이브 라인 형성 공정에서는, 공간 광 변조기와 집광 렌즈를 사용하여 복수의 집광점을 형성해도 된다.

본 발명의 다른 견지에 관련된 스크라이브 가공 방법은, 레이저 장치와, 상기의 스크라이브 가공 방법을 레이저 장치에 실행시키는 제어부를 구비하고 있다.

본 발명에 관련된 스크라이브 가공 방법 및 스크라이브 가공 장치에서는, 두께가 큰 유리 기판이어도, 1 주사의 레이저 가공에 의해 두께 방향 전체에 걸친 유리 기판에 스크라이브 라인을 형성할 수 있다.

도 1 은, 본 발명의 제 1 실시형태의 레이저 가공 장치의 모식도.
도 2 는, 펄스 가공에 의한 스크라이브 라인 형성 공정을 설명하기 위한 유리 기판의 평면도.
도 3 은, 도 2 의 부분 확대도.
도 4 는, 빔 웨이스트로부터의 거리에 대한 유리 내부의 피크 강도의 분포를 나타내는 그래프.
도 5 는, 제 2 실시형태의 레이저 가공 장치의 모식도.

1. 제 1 실시형태

(1) 전체 구성

도 1 에, 본 발명의 일 실시형태에 의한 유리 기판 절단용의 레이저 가공 장치 (1) 의 전체 구성을 나타낸다. 도 1 은, 본 발명의 제 1 실시형태의 레이저 가공 장치의 모식도이다.

레이저 가공 장치 (1) 는, 유리 기판 (G) 을 풀 커트 가공하기 위한 장치이다.

유리 기판 (G) 은, 소다 유리이고, 두께가 예를 들어 2.5 ㎜ 이상이다.

레이저 가공 장치 (1) 는, 레이저 장치 (3) 를 구비하고 있다. 레이저 장치 (3) 는, 유리 기판 (G) 에 레이저 광을 조사하기 위한 레이저 발진기 (15) 와, 레이저 제어부 (17) 를 가지고 있다. 레이저 발진기 (15) 는, 예를 들어, 파장 340 ∼ 1100 ㎚ 의 피코초 레이저이다. 레이저 제어부 (17) 는 레이저 발진기 (15) 의 구동 및 레이저 파워를 제어할 수 있다. 또한, 레이저의 파장은, 유리 기판 (G) 을 투과하도록 선택되고, 레이저 파워는 유리 기판 내의 집광점에 있어서 레이저가 비선형 흡수되도록 선택된다.

레이저 장치 (3) 는, 레이저 광을 후술하는 기계 구동계에 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.

집광 렌즈 (19) 는, 비구면 렌즈이고, 렌즈를 통과하는 입사광에 대해 분산된 초점 패턴을 만들어 낸다. 요컨대, 집광 렌즈 (19) 는, 복수의 상이한 초점을 만드는 분산 초점 렌즈로서 기능한다.

레이저 가공 장치 (1) 는, 렌즈의 위치를 광축 방향으로 이동시킴으로써, 레이저 광의 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, 단일 프로세서로 구성되어 있어도 되지만, 각 제어를 위해서 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, 도시되지 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.

(2) 스크라이브 가공 방법

도 2 ∼ 도 5 를 사용하여, 레이저 가공 장치 (1) 에 의한 스크라이브 가공 방법을 설명한다. 도 2 는, 펄스 가공에 의한 스크라이브 라인 형성 공정을 설명하기 위한 유리 기판의 평면도이다. 도 3 은, 도 2 의 부분 확대도이다. 도 4 는, 빔 웨이스트로부터의 거리에 대한 유리 내부의 피크 강도의 분포를 나타내는 그래프이다.

스크라이브 가공 방법은, 하기의 공정을 구비하고 있다.

◎ 레이저 장치 (3) 를 사용한 펄스 (P) 에 의한 유리 기판 (G) 의 내부 가공을 평면 방향으로 단속적으로 실시함으로써 스크라이브 라인 (31) 을 형성하는 스크라이브 라인 형성 공정

거기서는, 도 4 에 나타내는 바와 같이, 펄스 (P) 의 빔 웨이스트 (BW) 가 유리 기판의 내부에 위치한다.

이 방법에서는, 레이저 장치 (3) 의 1 스캔을 평면 방향의 상이한 위치에 차례로 실시함으로써, 비교적 두꺼운 유리 기판 (G) 에도 스크라이브 라인 (31) 을 형성할 수 있다.

도 4 에서는, 광축 상에 나열된 복수의 피크가 나타나 있다. 이들 피크는 복수의 집광점에 대응하고 있다.

이 방법에서는, 레이저 광이 각 집광점에서 비선형 흡수됨으로써, 유리 기판의 내부에 광축을 따라 나열된 복수의 가공흔이 형성된다.

이와 같이, 광축 상에 나열된 복수의 집광점에 의해, 레이저 에너지를 유리 기판 (G) 의 두께 방향 전체에 걸쳐 흡수시킬 수 있고, 각 점에 있어서 두께 방향 전체에 가공흔을 형성할 수 있다. 이 결과, 가공흔은, 유리 기판 (G) 의 표면 사이에 연장되어 있다. 요컨대, 유리 기판 (G) 에 있어서의 가공 깊이가 길어져 있어, 유리 기판 (G) 의 가공 효율이 양호하다.

복수의 집광점은 강도가 균일하다. 따라서, 유리 기판 (G) 의 내부에 광축을 따라 나열된 복수의 가공흔을 균등하게 형성할 수 있다.

집광점의 수는 특별히 한정되지 않지만, 유리 기판의 두께 100 ∼ 500 ㎛ 간격으로 형성되어 있는 것이 바람직하다. 또한, 복수의 각 집광점에 형성되는 가공흔이 서로 겹치는 경우, 유리 기판 (G) 의 두께 방향 전체에 걸친 고른 가공흔이 형성된다.

도 4 에서는, 유리 기판 (G) 의 저면 (레이저가 조사되는 면과는 반대측의 면) 부근에 빔 웨이스트 (BW) 를 배치했을 경우의 레이저 광의 광축 (유리 기판의 두께 방향) 에 따른 피크 강도의 분포를 나타내고 있다. 이 경우, 유리 기판 (G) 의 저면에 가장 가까운 집광점에 있어서의 피크 강도가, 유리 기판 (G) 의 내부의 다른 집광점의 피크 강도에 비해 약 2 배로 되어 있다. 배율의 범위는, 1.8 ∼ 2.8 배인 것이 바람직하다. 또한, 여기서 피크 강도란, 각 측정 위치의 빔 단면 (斷面) 에 있어서의 가장 높은 빔 강도를 나타내고 있고, 적어도 집광점에서는 광축 상의 빔 강도가 피크 강도였다.

스크라이브 라인 (31) 의 가공 조건의 일례를 설명한다.

펄스 에너지는, 200 μJ 이상이 바람직하고, 예를 들어 400 μJ 이다.

스크라이브 라인 (31) 을 구성하는 펄스 조사 위치 (S1) 의 피치 (D1) 는, 1 ∼ 5 ㎛ 의 범위이고, 예를 들어 3 ㎛ 이다.

유리 기판 (G) 의 저면에 가장 가까운 집광점의 피크 강도를 다른 집광점의 피크 강도보다 높게 함으로써, 유리 기판 (G) 의 저면 부근에서도 확실하게 가공흔을 형성할 수 있어, 두께가 큰 유리 기판이어도, 유리 기판의 두께 방향 전체에 걸친 내부 가공을 실시할 수 있다.

2. 제 2 실시형태

도 5 는, 제 2 실시형태의 레이저 가공 장치의 모식도이다.

레이저 가공 장치 (1A) 는, 레이저 장치 (3) 로부터 출사된 레이저 광을 변조하는 공간 광 변조기 (21) 및 집광 렌즈 (22) 를 가지고 있다. 공간 광 변조기 (21) 는, 예를 들어 반사형이고, 반사형 액정 (LCOS : Liquid Crystal on Silicon) 의 공간 광 변조기 (SLM : Spatial Light Modulator) 이어도 된다. 공간 광 변조기 (21) 는, 수평 방향으로부터 입사하는 레이저 광을 변조함과 함께, 하방으로 반사한다.

집광 렌즈 (22) 는, 공간 광 변조기 (21) 로 변조된 레이저 광을 집광하여 유리 기판 (G) 에 조사한다. 집광 렌즈 (22) 는, 초점을 1 개 형성하는 렌즈이고, 예를 들어 구면 렌즈이다.

레이저 가공 장치 (1A) 는, 구동부 (23) 를 가지고 있다. 구동부 (23) 는, 공간 광 변조기 (21) 에 있어서의 각 화소 전극에 소정 전압을 인가하여, 액정층에 소정의 변조 패턴을 표시시키고, 이로써, 레이저 광을 공간 광 변조기 (21) 로 원하는 바에 따라 변조시킨다. 여기서, 액정층에 표시되는 변조 패턴은, 예를 들어, 가공흔을 형성하고자 하는 위치, 조사하는 레이저 광의 파장, 가공 대상물의 재료, 및 전송 광학계 (5) 나 가공 대상물의 굴절률 등에 기초하여 미리 도출되어, 제어부 (9) 에 기억되어 있다.

공간 광 변조기 (21) 의 변조 패턴에 따라, 공간 광 변조기 (21) 와 집광 렌즈 (22) 에 의해 형성되는 집광점의 수, 위치 및 빔 강도가 임의로 조정된다.

공간 광 변조기 (21) 에 의해, 제 1 실시형태와 동일한 레이저 가공이 실현된다.

3. 다른 실시형태

이상, 본 발명의 일 실시형태에 대해 설명했지만, 본 발명은 상기 실시형태에 한정되는 것은 아니며, 발명의 요지를 일탈하지 않는 범위에서 여러 가지 변경이 가능하다. 특히, 본 명세서에 기재된 복수의 실시예 및 변형예는 필요에 따라 임의로 조합 가능하다.

상기 실시형태에서는 유리 기판 (G) 에 있어서 스크라이브 라인 (31) 은 환상 (環狀) 으로 형성되어 있지만, 스크라이브 라인은 환상 이외의 형상이어도 된다.

본 발명은, 레이저 장치를 사용한 펄스에 의한 유리 기판의 두께 방향 전체에 걸친 내부 가공을 평면 방향으로 단속적으로 실시함으로써 스크라이브 라인을 형성하는 방법 및 장치에 널리 적용할 수 있다.

1 : 레이저 가공 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 : 공간 광 변조기
22 : 집광 렌즈
23 : 구동부
31 : 스크라이브 라인

Claims (6)

1. 유리 기판을 스크라이브 가공하는 방법으로서,
   레이저 광을 조사하는 것에 의한 유리 기판의 내부 가공을 평면 방향으로 단속적으로 실시함으로써 스크라이브 라인을 형성하는 스크라이브 라인 형성 공정을 구비하고,
   상기 레이저 광의 광축 상에 나열된 복수의 집광점이 상기 유리 기판의 내부에 위치하고,
   상기 복수의 집광점 중, 레이저가 조사되는 면과는 반대측의 면에 가장 가까운 제 1 집광점의 빔 강도가, 복수의 다른 집광점의 빔 강도보다 높은, 스크라이브 가공 방법.
2. 제 1 항에 있어서,
   상기 복수의 다른 집광점은 빔 강도가 균일한, 스크라이브 가공 방법.
3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
   상기 제 1 집광점의 빔 강도가 상기 복수의 다른 집광점의 빔 강도의 1.8 ∼ 2.8 배인, 스크라이브 가공 방법.
4. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 스크라이브 라인 형성 공정에서는, 비구면 렌즈를 사용하여 상기 복수의 집광점을 형성하는, 스크라이브 가공 방법.
5. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 스크라이브 라인 형성 공정에서는, 공간 광 변조기와 집광 렌즈를 사용하여 상기 복수의 집광점을 형성하는, 스크라이브 가공 방법.
6. 레이저 장치와,
   제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 기재된 스크라이브 가공 방법을 상기 레이저 장치에 실행시키는 제어부를 구비한 스크라이브 가공 장치.

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