KR20060040277A

KR20060040277A - 펨토초 레이저를 이용한 기판의 절단방법

Info

Publication number: KR20060040277A
Application number: KR1020040089702A
Authority: KR
Inventors: 박정권
Original assignee: 엘지.필립스 엘시디 주식회사
Priority date: 2004-11-05
Filing date: 2004-11-05
Publication date: 2006-05-10
Also published as: TW200615070A; JP2006130903A; CN1768998A; US20060096962A1; CN100563904C; DE102005030576B4; JP2006130557A; US7767555B2; DE102005030576A1; TWI274617B

Abstract

본 발명은 기판 절단시 절단 주변에 열팽창 및 충격파를 전혀 발생하지 않는 펨토초(femtosecond) 레이저를 이용하여 기판을 절단함으로써 소모비용을 줄이도록 한 펨토초 레이저를 이용한 기판의 절단방법에 관한 것으로서, 기판을 스테이지상에 정렬하는 단계와, 상기 스테이지상에 정렬된 기판의 절단하고자 하는 부분에 펨토초 레이저를 조사하여 절단하는 단계를 포함하여 이루어짐을 특징으로 한다.

펨토초 레이저, 스크라이빙 휠, cutting,

Description

펨토초 레이저를 이용한 기판의 절단방법{method for cutting of substrate using femtosecond laser}

도 1은 일반적인 액정표시장치를 나타낸 단면도

도 2는 일반적인 액정표시장치의 제조 공정을 도시한 흐름도

도 3은 종래 기술에 의한 스크라이브 장치를 나타낸 개략적인 구성도

도 4 및 도 5는 종래 기술에 의한 기판의 절단방법을 설명하기 위한 스크라이브 공정과 브레이크 공정을 나타낸 도면

도 6은 본 발명에 의한 펨토초 레이저를 이용한 기판의 절단방법을 설명하기 위한 개략적인 구성도

도 7은 본 발명에 의한 펨토초 레이저를 이용하여 기판을 절단했을 때의 절단 모양을 나타낸 사진

도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명

100 : 기판 200 : 펨토초 레이저 발진기

201 : 펨토초 레이저 210 : 집광 렌즈

본 발명은 액정표시장치(liquid crystal display device)의 제조방법에 관한 것으로, 특히 생산성을 향상시키도록 한 펨토초 레이저(femtosecond laser)를 이용한 기판의 절단(cutting)방법에 관한 것이다.

정보통신 분야의 급속한 발전으로 말미암아, 원하는 정보를 표시해 주는 디스플레이 산업의 중요성이 날로 증가하고 있으며, 현재까지 정보 디스플레이 장치 중 CRT(Cathode Ray Tube)는 다양한 색을 표시할 수 있고, 화면의 밝기도 우수하다는 장점 때문에 지금까지 꾸준한 인기를 누려왔다.

하지만, 대형, 휴대용, 고해상도 디스플레이에 대한 욕구 때문에 무게와 부피가 큰 CRT 대신에 평판 디스플레이(flat panel display) 개발이 절실히 요구되고 있다.

이러한 평판 디스플레이는 컴퓨터 모니터에서 항공기 및 우주선 등에 사용되는 디스플레이에 이르기까지 응용분야가 넓고 다양하다.

현재 생산 혹은 개발된 평판 디스플레이는 액정표시장치(liquid crystal display : LCD), 전계 발광 디스플레이(electro luminescent display : LED), 전계 방출 디스플레이(field emission display : FED), 플라즈마 디스플레이(plasma display panel : PDP) 등이 있다.

상기와 같은 평판 디스플레이는 일반적으로 대규모 집적회로 등의 반도체 칩(chip)과 같이 취성기판 상에 다수 개를 매트릭스 모양으로 형성되어 기판을 각 소자 단위로 절단 분리하는 공정을 거쳐 제조된다.

그런데 글라스(glass), 실리콘(silicon), 세라믹(ceramic) 등의 취성기판의 절단분리에 사용되는 방법으로서는, 기판을 고속으로 회전하는 50~200㎛ 정도 두께의 다이아몬드 블레이드(diamond blade)에 의하여 절삭하고 기판에 절단용 홈을 형성하는 다이싱(dicing)과, 0.6~2㎜정도의 두께를 갖는 다이아몬드로 만든 스크라이빙 휠(scribing wheel)에 의하여 기판의 표면에 절단홈을 형성하여 기판의 두께 방향으로 크랙(crack)을 발생시키는 스크라이빙의 2가지 방법이 대표적이다.

먼저, 상기 다이싱은 상기한 바와 같이 스크라이빙에 비하여 매우 얇은 블레이드를 이용하는 것이기 때문에, 표면에 박막이나 볼록부가 형성된 기판을 절단하는 데에도 적합하다.

그런데 다이싱에 있어서는, 블레이드가 절삭하고 있는 영역에서 마찰열이 발생하고, 절삭은 이 영역에 냉각수를 공급하면서 이루어지기 때문에 금속 전극층 및 금속 단자 등의 금속 부분을 포함하고 있는 평판 디스플레이에 있어서는 결코 바람직한 방법이라고는 할 수 없다.

즉, 다이싱에 의한 경우에는, 다이싱을 한 후에 냉각수의 제거에 완전을 기하는 것이 실제로는 어렵고, 냉각수의 제거가 불완전하여 잔류수분이 있으면 평판 디스플레이의 금속 부분에 부식이 발생할 우려가 있다. 또한, 다이싱은 스크라이빙에 비하여 절단시간이 길고 나아가서는 생산성이 좋지 않다는 문제도 있다.

이에 대하여 스크라이빙은 냉각수가 일체 불필요하기 때문에 다이싱에 의한 경우보다 제품의 수율이 좋고, 또한 절단 시간이 다이싱에 비하여 짧기 때문에 생산성에 있어서 우수하다는 이점을 가지고 있다.

도 1은 일반적인 액정표시장치를 나타낸 단면도이다.

도 1에 도시한 바와 같이, 투명한 제 1 기판(10)상의 일정영역에 금속과 같은 도전성 물질로 이루어진 게이트 전극(11)이 형성되어 있고, 상기 게이트 전극(11)을 포함한 제 1 기판(10)의 전면에 실리콘 질화막(SiNx)이나 실리콘 산화막(SiO₂)으로 이루어진 게이트 절연막(12)이 형성되어 있다.

이어, 상기 게이트 전극(11) 상부의 게이트 절연막(12) 위에는 비정질 실리콘으로 이루어진 액티브층(13)이 형성되어 있으며, 상기 액티브층(13) 양측단위에 불순물이 도핑된 비정질 실리콘으로 이루어진 오믹 콘택층(14)이 형성되어 있다.

이어, 상기 오믹 콘택층(14) 상부에는 금속과 같은 도전 물질로 이루어진 소오스 및 드레인 전극(15,16)이 형성되어 있는데, 상기 소오스 및 드레인 전극(15,16)은 상기 게이트 전극(11)과 함께 박막트랜지스터(T)를 이룬다.

한편, 도면에는 도시하지 않았지만, 상기 게이트 전극(11)은 게이트 배선과 연결되어 있고, 상기 소오스 전극(15)은 데이터 배선과 연결되어 있으며, 게이트 배선과 데이터 배선은 서로 직교하여 화소 영역을 정의한다.

이어, 상기 소오스 및 드레인 전극(15,16)을 포함한 제 1 기판(10)의 전면에는 실리콘 질화막이나 실리콘 산화막 또는 유기 절연막으로 이루어진 보호막(17)이 형성되어 있으며, 상기 보호막(17)은 상기 드레인 전극(16)의 표면이 소정부분 노출되도록 콘택홀(18)을 갖고 있다.

그리고 상기 보호막(17) 상부의 화소 영역에는 투명 도전 물질로 이루어진 화소 전극(19)이 형성되어 있고, 상기 화소 전극(19)은 콘택홀(18)을 통해 드레인 전극(16)과 연결되어 있다.

이어, 상기 화소 전극(19) 상부에는 폴리이미드(polyimide)와 같은 물질로 이루어지고 표면이 일정 방향을 가지도록 형성된 제 1 배향막(20)이 형성되어 있다.

한편, 제 1 기판(10) 상부에는 제 1 기판(10)과 일정 간격을 가지고 이격되어 있으며 투명한 제 2 기판(31)이 배치되어 있다.

그리고 상기 제 2 기판(31) 하부의 박막트랜지스터(T)와 대응되는 부분에는 블랙 매트릭스(32)가 형성되어 있는데, 도시하지 않았지만 블랙 매트릭스(32)는 화소 전극(19) 이외의 부분도 덮고 있다.

이어, 상기 블랙 매트릭스(32) 하부에는 컬러필터(33)가 형성되어 있으며, 상기 컬러필터(33)는 적(R), 녹(G), 청(B)의 세 가지 색이 순차적으로 반복되어 있고, 하나의 색이 하나의 화소 영역에 대응된다.

이어, 상기 컬러필터(33) 하부에는 투명한 도전 물질로 이루어진 공통 전극(34)이 형성되어 있으며, 상기 공통 전극(34) 하부에는 폴리이미드와 같은 물질로 이루어지고 표면이 일정 방향을 가지도록 형성된 제 2 배향막(35)이 형성되어 있다.

그리고, 상기 제 1 배향막(20)과 제 2 배향막(35) 사이에는 액정층(40)이 주입되어 있다.

이러한 액정 표시 장치는 박막 트랜지스터와 화소 전극을 형성하는 어레이 기판 제조 공정과 컬러필터와 공통 전극을 형성하는 컬러필터 기판 제조 공정, 그 리고 제조된 두 기판의 배치와 액정 물질의 주입 및 봉지, 그리고 편광판 부착으로 이루어진 액정패널 공정에 의해 형성된다.

도 2는 일반적인 액정표시장치의 제조 공정을 도시한 흐름도이다.

도 2에 도시한 바와 같이, 박막트랜지스터를 포함하는 박막트랜지스터 어레이 기판과 컬러필터를 포함하는 컬러필터 기판을 준비한다(S1).

여기서, 상기 박막트랜지스터 어레이 기판은 박막을 증착하고 패터닝하는 과정을 여러 회 반복함으로써 형성되는데, 박막의 패터닝시 사용되는 마스크의 수가 공정 수를 대표하며, 현재 마스크 수를 감소시켜 제조 비용을 줄이기 위한 연구가 활발히 이루어지고 있다.

한편, 상기 컬러필터 기판은 화소 영역 이외의 부분에서 빛샘이 발생하는 것을 방지하기 위한 블랙 매트릭스와 적(R), 녹(G), 청(B)의 컬러필터 및 공통 전극을 순차적으로 형성함으로써 이루어진다. 컬러필터는 염색법, 인쇄법, 안료 분산법, 전착법 등에 의해 형성되는데, 현재 컬러 필터 형성에 사용되는 보편적인 방법은 안료 분산법이다.

이어, 각 기판에 액정 분자의 초기 배열 방향을 결정하기 위한 배향막을 형성한다(S2).

여기서, 상기 배향막의 형성은 고분자 박막을 도포하고 배향막을 일정한 방향으로 배열시키는 공정으로 이루어진다. 일반적으로 배향막에는 폴리이미드(polyimide) 계열의 유기물질이 주로 사용되고, 배향막을 배열시키는 방법으로는 러빙 방법이 이용된다.

또한, 상기 러빙 방법은 러빙포를 이용하여 배향막을 일정한 방향으로 문질러주는 것으로, 배향 처리가 용이하여 대량 생산에 적합하고, 배향이 안정하며 프리틸트각(pretilt angle)의 제어가 용이한 장점이 있다.

한편, 최근에는 편광된 빛을 이용하여 배향하는 광배향 방법이 개발되어 사용되고 있다.

다음, 두 기판 중 어느 하나의 기판에 실 패턴(seal pattern)을 형성하는데(S3), 실 패턴은 화상이 표현되는 영역의 외곽에 위치하며, 액정 주입을 위한 갭을 형성하고 주입된 액정의 누설을 방지하는 역할을 한다.

여기서, 상기 실 패턴은 열경화성 수지를 일정한 패턴으로 형성함으로써 이루어지며, 실 패턴 형성 방법으로는 스크린 마스크(screen mask)를 이용한 스크린 인쇄법과 디스펜서를 이용한 실 디스펜서(dispenser)법이 있다.

현재 공정의 편의성이 큰 스크린 인쇄법이 주로 사용되고 있으나, 마스크와 배향막의 접촉에 의한 불량 유발과 기판의 크기가 커짐에 따라 스크린 마스크의 대응이 어려운 단점이 있어 점차 실 디스펜서법으로 변경이 이루어지고 있다.

이어, 박막트랜지스터 어레이 기판과 컬러필터 기판 사이의 간격을 정밀하고 균일하게 유지하기 위해, 두 기판 중 어느 하나의 기판에 일정한 크기의 스페이서를 산포한다(S4).

여기서, 상기 스페이서의 산포 방식은 알코올 등에 스페이서를 혼합하여 분사하는 습식 산포법과 스페이서만을 산포하는 건식 산포법으로 나눌 수 있으며, 건식 산포는 정전기를 이용하는 정전 산포법과 기체의 압력을 이용하는 제전 산포법 으로 나뉘는데, 액정 표시 장치는 정전기에 취약한 구조를 가지므로 제전 산포법이 많이 사용된다.

다음, 액정 표시 장치의 두 기판 즉, 박막트랜지스터 어레이 기판과 컬러 필터 기판을 배치하고 실 패턴을 가압 경화하여 합착한다(S5). 이때, 각 기판의 배향막이 마주 대하며, 화소 전극과 컬러필터가 일대일 대응하도록 배치한다.

다음, 두 기판을 각각의 액정패널로 절단하여 분리한다(S6).

일반적으로 액정 표시 장치는 한 장의 기판 상에 하나의 액정 표시 장치가 될 액정패널을 다수 개 형성하고, 각 액정패널로 분리함으로써, 제조 효율을 향상시키고 제조 비용을 감소시킬 수 있다.

여기서 상기 액정패널의 절단공정은 유리 기판 보다 경도가 높은 다이아몬드 재질의 스크라이빙 휠에 의하여 기판의 표면에 크랙을 형성하는 스크라이브 공정과 상기 크랙이 형성된 부분에 브레이크 바를 위치시킨 후 소정의 압력을 가하여 크랙이 형성된 방향으로 기판을 분리하는 브레이크 공정으로 이루어진다.

이어, 두 기판의 배향막 사이에 액정을 주입한다(S7). 액정의 주입은 액정패널 내외의 압력차를 이용한 진공 주입법이 주로 이용된다. 여기서 액정패널 내부에 액정이 주입되었을 때, 액정 속의 미세한 공기 방울에 의해 액정패널 내부에서 기포가 형성되어 불량이 발생할 수 있다. 따라서, 이를 방지하기 위해 액정을 장시간 진공에 방치하여 기포를 제거하는 탈포 과정이 필요하다.

액정의 주입이 완료되면 액정패널의 주입구에서 액정이 흘러나오지 않도록 주입구를 봉합한다. 보통 디스펜서를 이용하여 주입구에 자외선 경화 수지를 도포 한 후, 자외선을 조사하여 경화시킴으로써 주입구를 막아준다.

다음, 이러한 방법으로 형성된 액정패널의 외측에 각각 편광판을 부착한 후 구동회로를 연결하면 액정 표시 장치가 완성된다(S8).

이하, 첨부된 도면을 참고하여 종래 기술에 의한 기판의 절단장치 및 이를 이용한 기판의 절단방법을 설명하면 다음과 같다.

도 3은 종래 기술에 의한 스크라이브 장치를 나타낸 개략적인 구성도이다.

도 3에 도시한 바와 같이, 재치(裁治)된 기판(G)을 진공흡착수단에 의하여 고정하는 수평 회전 가능한 테이블(table)(51)과, 상기 테이블(51)을 Y방향(지면과 직교하는 방향)으로 이동 가능하게 피벗 지지(pivot suspension)하는 평행한 한 쌍의 안내 레일(rail)(52)과, 상기 안내 레일(52)을 따라 테이블(51)을 이동시키는 볼 나사(ball screw)(53)와, X 방향(좌우방향)을 따라 상기 테이블(51)의 상방에 가설(架設)되는 가이드 바(guide bar)(54)와, 상기 가이드 바(54)에 X 방향으로 슬라이딩(sliding) 가능하게 설치되는 스크라이브 헤드(scribe head)(55)와, 상기 스크라이브 헤드(55)를 슬라이딩시키는 모터(motor)(56)와, 상기 스크라이브 헤드(55)의 하부에 승강(昇降) 이동이 가능함과 동시에 회전하도록 설치되는 팁 홀더(tip holder)(57)와, 상기 팁 홀더(57)의 하단에 회전 가능하게 장착되는 스크라이빙 휠(1)을 포함하여 구성되어 있다.

따라서 종래 기술에 의한 기판의 절단방법은 스크라이빙 휠(1)의 회전에 의해 절단하고자 하는 기판에 소정깊이의 크랙을 형성한 후, 브레이크 장치로 이송하여 브레이크 바(break bar)로 기판 표면에 소정깊이로 형성된 크랙을 따라 가압함 으로써 기판을 절단하고 있다.

즉, 도 4 및 도 5는 종래 기술에 의한 스크라이브 공정과 브레이크 공정을 개략적으로 나타낸 도면이다.

도 4에 도시한 바와 같이, 스크라이빙 휠(cutter wheel)(82)을 기판(81)의 표면에 접촉하고, 약 2.40㎏f/㎤의 압력으로 회전시킨다.

따라서 상기 기판(81)의 표면 중 상기 스크라이빙 휠(82)이 지나간 자리에는 소정깊이로 크랙(83)이 발생한다.

다음으로, 상기 기판(81)의 표면에 소정깊이로 발생한 크랙(83)에 도 5의 브레이크 공정을 거쳐 기판(81)을 절단하게된다.

즉, 도 5에 도시한 바와 같이, 상기 스크라이브 공정으로 기판(81)의 표면에 크랙(83)이 형성된 기판(81)상에 브레이크 바(84)를 위치한다.

이어, 상기 브레이크 바(84)중 기판(81)의 표면과 직접 접촉하는 부분(A)은 우레탄 고무와 같이 단단하지만 기판(81)의 표면에는 스크래치(scratch)를 주지 않는 재질로 형성된다.

그리고 상기 브레이크 바(84)를 기판(81)에 형성된 크랙(83)에 맞추고 순간적인 압력을 가하면, 상기 크랙(83)이 확장하여 기판(81)이 절단된다.

또한, 상기와 같이 스크라이브 및 브레이크 작업에서 기판의 절단면 및 모서리를 일정 메쉬(mesh)를 가진 연마 숫돌을 사용하여 그라인딩(grinding) 해준다.

따라서 종래 기술에 의한 기판의 절단방법은 전술한 바와 같이, 스크라이브 및 브레이크 단계를 이용하여 기판에 형성된 복수개의 액정패널을 절단하여 개개의 액정패널로 분리하고 있다.

그러나 상기와 같은 종래 기술에 의한 기판의 절단방법은 다음과 같은 문제점이 있었다.

즉, 기판을 절단하기 위한 스크라이브 공정시에 사용되는 스크라이빙 휠은 고가이면서 짧은 수명을 갖고 있기 때문에 주기적인 교체가 필요하여 제조 비용이 상승한다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출한 것으로 기판 절단시 절단 주변에 열팽창 및 충격파를 전혀 발생하지 않는 펨토초(femtosecond) 레이저를 이용하여 기판을 절단함으로써 소모비용을 줄이도록 한 펨토초 레이저를 이용한 기판의 절단방법을 제공하는데 그 목적이 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 의한 펨토초 레이저를 이용한 기판의 절단방법은 기판을 스테이지상에 정렬하는 단계와, 상기 스테이지상에 정렬된 기판의 절단하고자 하는 부분에 펨토초 레이저를 조사하여 절단하는 단계를 포함하여 이루어짐을 특징으로 한다.

일반적으로 레이저를 이용한 융삭은 고정도 정밀부품의 제작을 위하여 많이 사용되고 있으며, 빠른 펄스를 사용하면 주위에 미치는 열적인 손상이 적은 장점을 가지고 있어 나노초 즉 10^-9m/s 단위의 펄스를 가지는 YAG 레이저나 엑시머 레이저 등을 이용한 레이저 가공기가 제공되고 있으며, 이를 일반적으로 나노초 레이저 가공기라 불리우고 있다.

이중 산화 알루미늄을 인공적으로 결정체로 만들어 레이저를 발생토록 하는 YAG 레이저를 사용한 가공기의 경우 가공된 측벽(side wall)이 거칠게 되는 경향이 있고, 적외선계인 CO₂레이저는 가공부위에 크레이터가 만들어지는 단점을 가지고 있기 때문에 마이크로미터단위 이상의 정밀도를 요구하는 미세 가공에서는 그 사용의 제약을 받고 있다.

즉, 상기 가공은 광에너지를 열에너지로 변형하여 수행하는 레이저 열가공이라고 할 수 있으며 결과적으로 가공된 형상은 붕괴되기 쉬워 정밀가공이 어렵게 된다.

반면에 엑시머 레이저의 경우 탄소 원자의 공유결합을 끊는 광화학적 반응에 의한 승화 에칭이 되어 정밀한 가공이 가능하게 되는데, 이는 엑시머 레이저광이 가공물 표면에 방사될 때 그 부분이 플라즈마 방사 및 충격 노이즈와 함께 분산되어 분해되도록 융삭 광분해(ablative photo decomposition) 가공이 실시됨으로 흡열 증발가공이 되기 때문이다.

하지만, 상기 엑시머 레이저의 에너지는 원자들의 공유결합을 끊는데 전부 사용되는 것이 아니고 일부는 열에너지로 변환되는데 높은 에너지 밀도를 가지기 때문에 그 열 영향도 상당한 수준이므로 높은 열전달율을 가지는 금속, 세라믹, 실리콘과 같은 광물과 낮은 광흡수율을 가지는 석영 및 유리를 가공하는 것이 어렵게 되며 전자에 비하여 상대적으로 적은 열에너지라도 열적변형은 가공된 제품의 내구성에 영향을 미치게 된다.

이에 펄스 방사시간이 10^-15m/s대인 펨토초(femtosecond) 레이저의 경우 상기와 같은 문제점을 해결할 수 있는 우수한 특성을 가지고 있는데, 이는 1 피코초 즉 1 ×10^-12m/s이하의 극초단 펄스 방사시간에 발진하는 레이저를 이용하면 레이저 에너지의 발진 밀도는 매우 크기 때문이다.

일반적으로 1mJ의 광에너지를 가지고 100 펨토초 이하의 펄스 방사시간을 가지면 레이저의 에너지 밀도는 대략 10기가와트의 수준에 달해 어떠한 재질의 가공도 가능하게 된다.

또한, 펨토초 레이저와 같이 극초단 펄스 레이저를 가공물에 방사하면 재료의 구성격자에 멀티포튼 현상이 발생하고 이에 의한 원자의 들뜸 현상이 일어나는 동안 광자가 주위의 구성격자에 열을 전달하는 시간보다 입사 펄스가 짧으므로 가공물이 가공되는 동안 열확산으로 인한 가공 정밀도의 저하와 재질의 물리, 화학적 변화와 가공물의 가공부위가 일부분 용융되는 문제점이 해결되어 고정밀도의 가공 수행이 가능하게 된다.

뿐만 아니라 펨토초 레이저 가공시 가공에 의한 파티클의 적층이나 크레이터 등 부산물이 거의 생산되지 않아 종래에 요구되던 초음파 세정 등의 부산물 제거단계가 필요없게 된다.

또한, 높은 열전달 계수를 가지거나 적은 광흡수율을 가지는 물질의 가공이 가능하며, 또한 두 종류 이상의 상이한 재료의 가공과 다층으로 적층된 복합재질을 단일 공정으로 가공이 가능하게 된다.

이하, 첨부된 도면을 참고하여 본 발명에 의한 펨토초 레이저를 이용한 기판의 절단방법을 보다 상세히 설명하면 다음과 같다.

도 6은 본 발명에 의한 펨토초 레이저를 이용한 기판의 절단방법을 설명하기 위한 개략적인 구성도이다.

먼저, 본 발명에 의한 펨토초 레이저 발생장치는 도 6에 도시한 바와 같이, 펨토초 레이저(201)를 발생하는 펨토초 레이저 발진기(200)와, 상기 펨토초 레이저 발진기(200)로부터 펨토초 레이저(201)를 절단하고자 하는 기판(100)에 집속하여 출사하는 집광 렌즈(210)를 포함하여 구성되어 있다.

상기와 같이 구성된 펨토초 레이저 발생장치에서 발생된 펨토초 레이저(201)를 이용하여 절단하고 하는 기판(100)에 조사함으로써 기판(100)을 절단하고 있다.

즉, 본 발명에 의한 펨토초 레이저(201)는 짧은 펄스폭(약 150fs)과 펄스당 높은 첨두 출력을 지니고 있어 기판(100)의 절단시 절단부 주변에 열팽창 및 충격파를 전혀 발생시키지 않고 있다.

한편, 상기 펨토초 레이저는 일반적인 레이저와는 다른 특징이 있다.

즉, 레이저 특징의 하나로 되어 온 "단색성"은 펨토초 레이저에서 관해서는 성립되지 않는다. 반대로 그 스펙트럼은 상당한 확장을 갖는다.

또한, 상기 집광 렌즈(210)를 통해 증폭된 펨토초 레이저는 피크 파워가 지 금까지의 레이저에 비해 매우 높아 테라(10¹²)와트에서 최근에는 페타(10¹⁵)와트의 피크 파워를 가지고 있다.

T3 레이저(Table Top Terawatt Laser)라고 칭할 수 있는 것으로 렌즈로 집광하기만 하면 빛의 밀도를 매우 높게 할 수 있어 그야말로 일순간에 초점 부근에 놓인 물질을 고온의 플라즈마 상태로 바꾸어 버린다.

여기서, 상기 펨토초 레이저에서는 특별한 것을 제외하고는 1펄스 당 펄스 에너지는 마이크로 줄(μJ) 정도를 많이 사용하고, 강하게는 경우에 따라 밀리 줄(mJ)정도, 평균출력으로는 1와트 정도를 사용한다.

그리고 일반적인 레이저에 의해 발생하는 플라즈마도 레이저 자신과 작용하여 레이저를 흡수하거나 물질을 가열하거나 하기 때문에 열영향의 확대나 가공의 불안정성, 효율 저하 등 다양한 현상을 불러일으키고 있다.

그러나 펨토초 레이저의 경우에는 이 주변의 사정이 변해간다.

통상 레이저의 에너지를 물질측에서 받아들이는 접수자는 전자이다. 금속 등의 경우는 전도대에 있는 자유 전자 혹은 빛에 의해 전도대로 여기되는 전자이다. 이 전자(전자계)가 레이저의 진동 전장(電場)에 의해 에너지를 받아들이고 이것이 격자에 있는 원자나 이온(격자계)과 충돌하여 운동 에너지를 주어(온도가 올라가서) 물질의 상태가 변하고(용해되기도 하고 증발하기도 하고) 그 결과 가공된다.

이 같이 전자계에서 격자계로 에너지가 이동하는 데 걸리는 시간에 펨토초 단위이므로 펨토초 레이저 가공에서는 레이저 에너지와 흡수와 그 후의 물질 변화( 가공)가 시간적으로 분리된다.

예를 들면, 조사된 물질을 구성하고 있는 원자가 이온화되고 플라즈마가 발생하는 시간 규모는 펄스 폭 보다도 길므로 이 플라즈마는 레이저와는 상호 작용하지 않을 것으로 기대된다. 그리고 조사부에서 열이 그 주위로 확산하는 시간보다도 펄스폭이 짧기 때문에 레이저의 에너지는 조사 영역에 국소 존재하여 그 영역에서만 물질의 상태 변화를 일으킨다.

따라서 본 발명에서 펨토초 레이저를 사용하여 기판을 절단했을 때 절단하고자 하는 절단 주변에는 열 영향부(Heat Affected Zone)가 없는 절단이 이루어진다.

즉, 본 발명에 의한 펨토초 레이저를 이용한 기판의 절단방법을 보다 상세히 설명한다.

먼저, 복수개의 액정패널이 형성된 모 기판에서 단위 액정패널로 분리하기 위해 절단하고자 하는 기판(100)을 이동 가능한 스테이지(도시되지 않음)상에 위치시키고, 상기 펨토초 레이저 발진기(200)에서 펨토초 레이저(201)를 발생한다.

여기서, 상기 펨토초 레이저 발진기(200)에서 펨토초 레이저(201)를 발생할 때 상기 펨토초 레이저와 동일 축상에 CCD 카메라(도시되지 않음)에 의하여 절단 위치를 확인하고 기판(100)의 형상을 디스플레이 하여 절단하고자 하는 부분을 정확하게 절단하도록 한다.

이어, 상기 펨토초 레이저 발진기(200)에서 발생된 펨토초 레이저(201)의 세기 및 밀도 등을 조정한다.

이어, 상기 조정된 펨토초 레이저를 집광 렌즈(210)에 의하여 집속시키어 절 단면에 조사하고, 제어부(도시되지 않음)의 신호에 따라 스테이지를 이동시키면서 기판을 일방향으로 절단한다. 여기서, 상기 스테이지를 이동하지 않고, 상기 스테이지는 고정된 상태에서 펨토초 레이저 발진기(200)를 일방향으로 이동하면서 상기 기판을 절단할 수도 있다.

한편, 상기 기판을 절단할 때 절단 상황을 작업자가 확인할 수 있도록 모니터링 장치(도시되지 않음)를 별도로 구비할 수도 있다.

도 7은 본 발명에 의한 펨토초 레이저를 이용하여 기판을 절단했을 때의 절단 모양을 나타낸 사진이다.

도 7에서와 같이, 펨토초 레이저를 사용하여 기판(100)을 약 40㎛의 폭으로 절단했을 때 절단부 주변에 열팽창 및 충격파가 전혀 발생하지 않기 때문에 절단하고자 하는 방향을 따라 기판이 균일하게 절단할 수 있다.

즉, 펨토초 레이저에 의한 기판의 절단은 절단하고자 하는 절단부의 가장자리와 측면 모드 패딩(padding)이나 퇴적 등이 없이 깨끗하게 절단이 이루어진다.

한편, 이상에서 설명한 본 발명은 상술한 실시예 및 첨부된 도면에 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능하다는 것이 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어 명백할 것이다.

이상에서 설명한 바와 같이 본 발명에 의한 펨토초 레이저를 이용한 기판의 절단방법은 다음과 같은 효과가 있다.

즉, 짧은 펄스폭과 펄스당 높은 첨두 출력을 지니고 있어 기판 절단시 절단부 주변에 열팽창 및 충격파를 전혀 발생시키지 않는 펨토초 레이저를 사용함으로써 종래와 같이 스크라이빙 휠의 사용으로 인한 주기적인 교체가 필요없어 소모비용을 줄일 수 있다.

Claims

기판을 스테이지상에 정렬하는 단계;

상기 스테이지상에 정렬된 기판의 절단하고자 하는 부분에 펨토초 레이저를 조사하여 절단하는 단계를 포함하여 이루어짐을 특징으로 하는 펨토초 레이저를 이용한 기판의 절단방법.
제 1 항에 있어서, 상기 스테이지는 이동 가능한 스테이지를 사용하는 것을 특징으로 하는 펨토초 레이저를 이용한 기판의 절단방법.
제 1 항에 있어서, 상기 펨토초 레이저는 펨토초 레이저 발진기에서 발생된 펨토초 레이저를 집광 렌즈를 통해 집속하여 상기 스테이지에 고정된 기판의 절단하고자 하는 부분에 조사하는 것을 특징으로 하는 펨토초 레이저를 이용한 기판의 절단방법.
제 3 항에 있어서, 상기 펨토초 레이저 발진기에서 펨토초 레이저를 발생할 때 상기 펨토초 레이저와 동일 축상에 CCD 카메라에 의하여 절단 위치를 확인하는 단계를 더 포함하여 이루어짐을 특징으로 하는 펨토초 레이저를 이용한 기판의 절단방법.
제 3 항에 있어서, 상기 펨토초 레이저 발진기에서 발생된 펨토초 레이저의 세기 및 밀도 등을 조정하는 단계를 더 포함하여 이루어짐을 특징으로 하는 펨토초 레이저를 이용한 기판의 절단방법.
제 3 항에 있어서, 상기 펨토초 레이저 발진기는 고정하고 상기 스테이지를 일방향으로 이동시키면서 상기 기판을 절단하는 것을 특징으로 하는 펨토초 레이저를 이용한 기판의 절단방법.
제 3 항에 있어서, 상기 스테이지는 고정하고 상기 펨토초 레이저 발진기를 일방향으로 이동하면서 상기 기판을 절단하는 것을 특징으로 하는 펨토초 레이저를 이용한 기판의 절단방법.
제 1 항에 있어서, 상기 기판을 절단할 때 절단 상황을 작업자가 확인할 수 있도록 모니터링하는 단계를 더 포함하여 이루어짐을 특징으로 하는 펨토초 레이저를 이용한 기판의 절단방법.