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【発明の名称】 レーザー切断システム及び切断方法
【発明者】 【氏名】傅 承祖

【氏名】黄 俊凱

【氏名】陳 献堂

【要約】 【課題】脆性材料基板を切断することに用いられるレーザー切断システム及び切断方法を提供する。

【解決手段】互いに対向設置されて、且つ第一方向及び第二方向に沿って往復移動することができ、脆性材料基板を積載することに用いられる第一及び第二積載ステージと、第一積載ステージと第二積載ステージとの間に設置され、レーザー光を発生することに用いられるレーザー発生装置と、第一方向に沿って、別々にレーザー発生装置の両側に設置され、冷却流体を噴射することに用いられる第一及び第二冷却装置と、第一方向において、第二冷却装置におけるレーザー発生装置と対向する一側に設置されて、脆性材料基板の上に切断補助線を形成することに用いられる第一スクライブと、第一方向において、第一冷却装置におけるレーザー発生装置と対向する一側に設置されて、脆性材料基板の上に切断補助線を形成することに用いられる第二スクライブとを備える。
【特許請求の範囲】
【請求項1】
脆性材料基板を切断することに用いられるレーザー切断システムであって、
互いに対向設置されて、且つ第一方向及び該第一方向と直交する第二方向に沿って往復移動することができ、前記脆性材料基板を積載することに用いられる第一積載ステージ及び第二積載ステージと、
前記第一積載ステージと前記第二積載ステージとの間に設置され、レーザー光を発生することに用いられるレーザー発生装置と、
前記第一方向に沿って、別々に前記レーザー発生装置の両側に設置され、冷却流体を噴射することに用いられる第一冷却装置及び第二冷却装置と、
前記第一方向において、前記第二冷却装置における前記レーザー発生装置と対向する一側に設置され、前記脆性材料基板の上に切断補助線を形成することに用いられる第一スクライブと、
前記第一方向において、前記第一冷却装置における前記レーザー発生装置と対向する一側に設置され、前記脆性材料基板の上に切断補助線を形成することに用いられる第二スクライブと、
を備えることを特徴とするレーザー切断システム。
【請求項2】
互いに対向設置されて、前記第二方向に沿って伸びる第一リニア軌道及び第二リニア軌道と、
前記第一方向に沿って伸びる第三リニア軌道と、を更に備え、
前記第一リニア軌道及び前記第二リニア軌道は、それぞれ前記第三リニア軌道の上で、前記第一方向に沿って往復移動することができ、
前記第一積載ステージと前記第二積載ステージとは、別々に前記第一リニア軌道の上と前記第二リニア軌道の上とで、前記第二方向に沿って往復移動することができることを特徴とする請求項1に記載のレーザー切断システム。
【請求項3】
前記レーザー発生装置は、気体レーザー器を備えることを特徴とする請求項1に記載のレーザー切断システム。
【請求項4】
前記気体レーザー器は、二酸化炭素レーザー器、一酸化炭素レーザー器、窒素分子レーザー器又は不活性気体レーザー器であることを特徴とする請求項3に記載のレーザー切断システム。
【請求項5】
前記冷却流体は、気体、液体又はこれらの混合物であることを特徴とする請求項1に記載のレーザー切断システム。
【請求項6】
前記気体は、空気、ヘリウムガス、窒素ガス、二酸化炭素又はこれらの混合物であることを特徴とする請求項5に記載のレーザー切断システム。
【請求項7】
前記液体は、純水、アルコール、アセトン、イソプロパノール、液状窒素、液状ヘリウム、冷却油又はこれらの混合物であることを特徴とする請求項5に記載のレーザー切断システム。
【請求項8】
前記レーザー発生装置、前記第一冷却装置、前記第二冷却装置、前記第一スクライブ及び前記第二スクライブは、前記第一方向でリニア配列されることを特徴とする請求項1に記載のレーザー切断システム。
【請求項9】
互いに対向設置される第一積載ステージ及び第二積載ステージと、
前記第一積載ステージと前記第二積載ステージとの間に設置されるレーザー発生装置と、
前記レーザー発生装置の両側に設置される第一冷却装置及び第二冷却装置と、
前記第二冷却装置における前記レーザー発生装置と対向する一側に設置される第一スクライブと、
前記第一冷却装置における前記レーザー発生装置と対向する一側に設置される第二スクライブと、
を備えるレーザー切断システムで脆性材料基板を切断する方法であって、
A)前記第一積載ステージを駆動することにより、前記第一積載ステージが移動することにしたがって、前記第一積載ステージに積載された第一脆性材料基板も第一方向に沿って移動するステップと、
B)前記第一スクライブと、前記レーザー発生装置及び前記第一冷却装置とを利用して、前記第一脆性材料基板の第一表面に対してレーザー切断することにより切断線を形成するステップと、
C)前記第一積載ステージを駆動することにより、前記第一積載ステージが移動することにしたがって、前記第一積載ステージに積載された前記第一脆性材料基板が先ず前記第一方向と直交する第二方向に沿って移動してから、前記第一方向と相反する方向に沿って移動するステップと、
D)前記第二スクライブと、前記レーザー発生装置及び前記第二冷却装置とを利用して、前記第一脆性材料基板の第一表面に対してレーザー切断することにより切断線を形成するステップと、
E)前記第一脆性材料基板の第一表面に対する切断を完成してから、前記第一脆性材料基板を裏返すステップと、
F)前記第一積載ステージを駆動することにより、前記第一積載ステージが移動することにしたがって、前記第一積載ステージに積載された第一脆性材料基板が第一方向に沿って移動するステップと、
G)前記第一スクライブと、前記レーザー発生装置及び前記第一冷却装置とを利用して、前記第一脆性材料基板の第一表面と対向する第二表面に対してレーザー切断することにより切断線を形成するステップと、
H)前記第一積載ステージを駆動することにより、前記第一積載ステージが移動することにしたがって、前記第一積載ステージに積載された第一脆性材料基板が先ず前記第一方向と直交する第二方向に沿って移動してから、前記第一方向と相反する方向に沿って移動するステップと、
I)前記第二スクライブと、前記レーザー発生装置及び前記第二冷却装置とを利用して、前記第一脆性材料基板の第一表面と対向する第二表面に対してレーザー切断することにより切断線を形成するステップと、
を備えることを特徴とする切断方法。
【請求項10】
前記ステップBは、
b1)前記第一スクライブを利用して、前記第一脆性材料基板の一つの開始縁辺から第一方向に沿って前記第一脆性材料基板の中心に向かって切断し、このようにずっと前記第一脆性材料基板の終了縁辺まで切断することにより、前記第一脆性材料基板の第一表面に第一切断補助線を形成するステップと、
b2)前記レーザー発生装置でレーザー光を発生して、前記第一切断補助線に沿って前記第一脆性材料基板を加熱するステップと、
b3)前記第一冷却装置で加熱された第一切断補助線に沿って冷却流体を噴射することにより、前記第一脆性材料基板の上に切断線を形成するステップと、
を備えることを特徴とする請求項9に記載の切断方法。
【請求項11】
前記ステップDは、
d1)前記第二スクライブを利用して、前記終了縁辺から第一方向と相反する方向に沿って前記第一脆性材料基板の中心に向かって切断し、このようにずっと前記開始縁辺まで切断することにより、前記第一脆性材料基板の第一表面に第二切断補助線を形成するステップと、
d2)前記レーザー発生装置でレーザー光を発生して、前記第二切断補助線に沿って前記第一脆性材料基板を加熱するステップと、
d3)前記第二冷却装置で加熱された第二切断補助線に沿って冷却流体を噴射することにより、前記第一脆性材料基板の上に切断線を形成するステップと、
を備えることを特徴とする請求項9に記載の切断方法。
【請求項12】
前記ステップEの前に、
j1)前記第二積載ステージを駆動することにより、前記第二積載ステージが移動することにしたがって、前記第二積載ステージに積載された第二脆性材料基板も第一方向と相反する方向沿って移動するステップと、
j2)前記第二スクライブと、前記レーザー発生装置及び前記第二冷却装置を利用して、前記第二脆性材料基板の第一表面に対してレーザー切断することにより切断線を形成するステップと、
j3)前記第二積載ステージを駆動することにより、前記第二積載ステージが移動することにしたがって、前記第二積載ステージに積載された第二脆性材料基板が先ず前記第二方向に沿って移動してから、前記第一方向に沿って移動するステップと、
j4)前記第一スクライブと、前記レーザー発生装置及び前記第一冷却装置とを利用して、前記第二脆性材料基板の第一表面に対してレーザー切断することにより切断線を形成するステップと、
を更に備えることを特徴とする請求項9に記載の切断方法。
【請求項13】
互いに対向設置される第一積載ステージ及び第二積載ステージと、
前記第一積載ステージと前記第二積載ステージとの間に設置されるレーザー発生装置と、
前記レーザー発生装置の両側に設置される第一冷却装置及び第二冷却装置と、
前記第二冷却装置における前記レーザー発生装置と対向する一側に設置される第一スクライブと、
前記第一冷却装置における前記レーザー発生装置と対向する一側に設置される第二スクライブと、
を備えるレーザー切断システムで脆性材料基板を切断する方法であって、
A)前記第一積載ステージを駆動することにより、前記第一積載ステージが移動することにしたがって、前記第一積載ステージに積載された第一脆性材料基板も第一方向に沿って移動するステップと、
B)前記第一スクライブと、前記第二スクライブと、前記レーザー発生装置と、前記第一冷却装置及び前記第二冷却装置とを利用して、前記第一脆性材料基板の第一表面に対するレーザー切断を完成するステップと、
C)前記第二積載ステージを駆動することにより、前記第二積載ステージが移動することにしたがって、前記第二積載ステージに積載された第二脆性材料基板も第一方向に沿って移動するステップと、
D)前記第一スクライブと、前記第二スクライブと、前記レーザー発生装置と、前記第一冷却装置及び前記第二冷却装置とを利用して、前記第二脆性材料基板の第一表面に対するレーザー切断を完成し、且つ前記第一脆性材料基板を裏返すステップと、
E)前記第一積載ステージを駆動することにより、前記第一積載ステージが移動することにしたがって、前記第一脆性材料基板も第一方向に沿って移動するステップと、
F)前記第一スクライブと、前記第二スクライブと、前記レーザー発生装置と、前記第一冷却装置及び前記第二冷却装置とを利用して、裏返された前記第一脆性材料基板に対するレーザー切断を完成し、且つ前記第二脆性材料基板を裏返すステップと、
G)前記第二積載ステージを駆動することにより、前記第二積載ステージが移動することにしたがって、前記第二脆性材料基板も第一方向に沿って移動するステップと、
H)前記第一スクライブと、前記第二スクライブと、前記レーザー発生装置と、前記第一冷却装置及び前記第二冷却装置とを利用して、裏返された前記第二脆性材料基板に対するレーザー切断を完成するステップと、
を備えることを特徴とする切断方法。
【請求項14】
前記ステップBは、
b1)前記第一スクライブを利用して、前記第一脆性材料基板の一つの開始縁辺から第一方向に沿って前記第一脆性材料基板の中心に向かって切断し、このようにずっと前記第一脆性材料基板の終了縁辺まで切断することにより、前記第一脆性材料基板の第一表面に第一切断補助線を形成するステップと、
b2)前記レーザー発生装置でレーザー光を発生して、前記第一切断補助線に沿って前記第一脆性材料基板を加熱するステップと、
b3)前記第一冷却装置で加熱された第一切断補助線に沿って冷却流体を噴射することにより、前記第一脆性材料基板の上に切断線を形成するステップと、
b4)前記第一方向と直交する第二方向に沿って、前記第一脆性材料基板を移動するステップと、
b5)前記第二スクライブを利用して、前記終了縁辺から第一方向と相反する方向に沿って前記第一脆性材料基板の中心に向かって切断し、このようにずっと前記開始縁辺まで切断することにより、前記第一脆性材料基板の第一表面に第二切断補助線を形成するステップと、
b6)前記レーザー発生装置でレーザー光を発生して、前記第二切断補助線に沿って前記第一脆性材料基板を加熱するステップと、
b7)前記第二冷却装置で加熱された第二切断補助線に沿って冷却流体を噴射することにより、前記第一脆性材料基板の上に切断線を形成するステップと、
を備えることを特徴とする請求項13に記載の切断方法。
【請求項15】
前記ステップDは、
d1)前記第一スクライブを利用して、前記第二脆性材料基板の一つの開始縁辺から第一方向に沿って前記第二脆性材料基板の中心に向かって切断し、このようにずっと前記第二脆性材料基板の終了縁辺まで切断することにより、前記第二脆性材料基板の第一表面に第一切断補助線を形成するステップと、
d2)前記レーザー発生装置でレーザー光を発生して、前記第一切断補助線に沿って前記第二脆性材料基板を加熱するステップと、
d3)前記第一冷却装置で加熱された第一切断補助線に沿って冷却流体を噴射することにより、前記第二脆性材料基板の上に切断線を形成するステップと、
d4)前記第一方向と直交する第二方向に沿って、前記第二脆性材料基板を移動するステップと、
d5)前記第二スクライブを利用して、前記終了縁辺から第一方向と相反する方向に沿って前記第二脆性材料基板の中心に向かって切断し、このようにずっと前記開始縁辺まで切断することにより、前記第二脆性材料基板の第一表面に第二切断補助線を形成するステップと、
d6)前記レーザー発生装置でレーザー光を発生して、前記第二切断補助線に沿って前記第二脆性材料基板を加熱するステップと、
d7)前記第二冷却装置で加熱された第二切断補助線に沿って冷却流体を噴射することにより、前記第二脆性材料基板の上に切断線を形成するステップと、
を備えることを特徴とする請求項13に記載の切断方法。
【発明の詳細な説明】【技術分野】
【0001】
本発明は、レーザー切断システム及び切断方法に関するものであり、特に液晶表示装置のガラス基板のような脆性材料を切断することに用いられるレーザー切断システム及び切断方法に関するものである。
【背景技術】
【0002】
表示技術の発展につれて、液晶表示装置は、自身の性質によって従来の陰極線管(Cathode Ray Tube)の表示装置に代えて、消費領域に広く応用されている。液晶表示装置は、一般的に二つのガラス基板、該二つのガラス基板の間に収容される液晶、及び複数の回路から成る。液晶は、電界の影響を受けて配向状態を変えることによって表示を行う。寸法が異なる液晶表示パネルを製造するためには、大きい液晶表示パネル用ガラス基板を切断することにより、異なる寸法の液晶表示パネルの要求を満足する必要がある。
【0003】
図1は、従来技術のレーザー切断システムの構成を示す概略図である。ガラス基板10のような脆性材料を切断することに用いられるレーザー切断システムは、スクライブ20と、レーザー発生装置30及び冷却装置40を備える。前記レーザー切断システムでガラス基板10を切断する切断方向を、矢印Aで示す。切断方向Aに沿って、ガラス基板10を切断する時には、先ず前記スクライブ20でガラス基板10の表面に所定の深さの切断補助線を形成し、ただちに前記レーザー発生装置30からのレーザー光で切断補助線に沿ってガラス基板10を加熱し、前記冷却装置40から噴出する冷却液で加熱領域を冷却する。加熱した直後に冷却することにより、前記ガラス基板10は、急激な温度差で応力の変化が生じるので、その表面に形成された切断補助線から生じた亀裂が伸展して基板断面を貫通し、これによって前記ガラス基板10が完全に分離される。
【0004】
図2に示すように、前記レーザー切断システムでガラス基板10を切断する時には、通常、先ず前記ガラス基板10の一面に対して切断を行う。例えば、切断方向Aに沿って切断する時、先ず前記ガラス基板10の一つの縁辺から中心に向かって切断し、このようにずっと他の縁辺まで切断して、第一切断線50を完成する。続いて前記ガラス基板10の開始切断縁辺に戻り、第二切断線60を完成する。しかし、上述の切断過程では、無効行程が多すぎて、切断時間が長すぎ、切断速度も遅い。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【0005】
本発明の第一の目的は、前記課題を解決し、切断速度が速いレーザー切断システムを提供することである。
【0006】
本発明の第二の目的は、前記課題を解決し、前記レーザー切断システムで脆性材料基板を切断するレーザー切断方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【0007】
前記第一目的を達成するため、本発明に係るレーザー切断システムは、脆性材料基板を切断することに用いられ、第一積載ステージ及び第二積載ステージと、レーザー発生装置と、第一冷却装置と、第二冷却装置と、第一スクライブと、第二スクライブとを備える。前記第一積載ステージと前記第二積載ステージは、互いに対向設置されて、且つ第一方向及び該第一方向と直交する第二方向に沿って往復移動することができ、脆性材料基板を積載することに用いられる。前記レーザー発生装置は、前記第一積載ステージと前記第二積載ステージとの間に設置され、レーザー光を発生することに用いられる。前記第一冷却装置と前記第二冷却装置は、前記第一方向に沿って、別々に前記レーザー発生装置の両側に設置され、冷却流体を噴射することに用いられる。前記第一スクライブは、前記第一方向において、前記第二冷却装置における前記レーザー発生装置と対向する一側に設置されて、前記脆性材料基板の上に切断補助線を形成することに用いられる。前記第二スクライブは、前記第一方向において、前記第一冷却装置における前記レーザー発生装置と対向する一側に設置されて、前記脆性材料基板の上に切断補助線を形成することに用いられる。
【0008】
前記第二目的を達成するため、本発明に係るレーザー切断方法は、レーザー切断システムで脆性材料基板を切断する方法であって、前記レーザー切断システムは、第一積載ステージと、該第一積載ステージと対向する第二積載ステージと、レーザー発生装置と、別々に前記レーザー発生装置の両側に設置される第一冷却装置及び第二冷却装置と、前記第二冷却装置における前記レーザー発生装置と対向する一側に設置される第一スクライブと、前記第一冷却装置における前記レーザー発生装置と対向する一側に設置される第二スクライブとを備え、前記レーザー切断方法は、前記第一積載ステージを駆動することにより、前記第一積載ステージが移動することにしたがって、前記第一積載ステージに積載された第一脆性材料基板も第一方向に沿って移動するステップと、前記第一スクライブと、前記レーザー発生装置及び前記第一冷却装置を利用して、前記脆性材料基板の第一表面に対してレーザー切断することにより切断線を形成するステップと、前記第一積載ステージを駆動することにより、前記第一積載ステージが移動することにしたがって、前記第一積載ステージに積載された第一脆性材料基板が先ず前記第一方向と直交する第二方向に沿って移動してから、前記第一方向と相反する方向に沿って移動するステップと、前記第二スクライブと、前記レーザー発生装置及び前記第二冷却装置を利用して、前記第一脆性材料基板の第一表面に対してレーザー切断することにより切断線を形成するステップと、前記第一脆性材料基板の第一表面に対する切断を完成してから、前記第一脆性材料基板を裏返すステップと、前記第一積載ステージを駆動することにより、前記第一積載ステージが移動することにしたがって、前記第一積載ステージに積載された第一脆性材料基板が第一方向に沿って移動するステップと、前記第一スクライブと、前記レーザー発生装置及び前記第一冷却装置を利用して、前記第一脆性材料基板の第一表面と対向する第二表面に対してレーザー切断することにより切断線を形成するステップと、前記第一積載ステージを駆動することにより、前記第一積載ステージが移動することにしたがって、前記第一積載ステージに積載された第一脆性材料基板が先ず前記第一方向と直交する第二方向に沿って移動してから、前記第一方向と相反する方向に沿って移動するステップと、前記第二スクライブと、前記レーザー発生装置及び前記第二冷却装置を利用して、前記第一脆性材料基板の第一表面と対向する第二表面に対してレーザー切断することにより切断線を形成するステップとを備える。
【0009】
前記第二目的を達成するため、本発明に係る他のレーザー切断方法は、レーザー切断システムで脆性材料基板を切断する方法であって、前記レーザー切断システムは、第一積載ステージと、該第一積載ステージと対向する第二積載ステージと、レーザー発生装置と、別々に前記レーザー発生装置の両側に設置される第一冷却装置及び第二冷却装置と、前記第二冷却装置における前記レーザー発生装置と対向する一側に設置される第一スクライブと、前記第一冷却装置における前記レーザー発生装置と対向する一側に設置される第二スクライブとを備え、前記レーザー切断方法は、前記第一積載ステージを駆動することにより、前記第一積載ステージが移動することにしたがって、前記第一積載ステージに積載された第一脆性材料基板も第一方向に沿って移動するステップと、前記第一スクライブと、前記第二スクライブと、前記レーザー発生装置と、前記第一冷却装置及び前記第二冷却装置を利用して、前記第一脆性材料基板の第一表面に対するレーザー切断を完成するステップと、前記第二積載ステージを駆動することにより、前記第二積載ステージが移動することにしたがって、前記第二積載ステージに積載された第二脆性材料基板も第一方向に沿って移動するステップと、前記第一スクライブと、前記第二スクライブと、前記レーザー発生装置と、前記第一冷却装置及び前記第二冷却装置を利用して、前記第二脆性材料基板の第一表面に対するレーザー切断を完成し、且つ前記第一脆性材料基板を裏返すステップと、前記第一積載ステージを駆動することにより、前記第一積載ステージが移動することにしたがって、前記第一脆性材料基板も第一方向に沿って移動するステップと、前記第一スクライブと、前記第二スクライブと、前記レーザー発生装置と、前記第一冷却装置及び前記第二冷却装置を利用して、裏返された第一脆性材料基板に対するレーザー切断を完成し、且つ前記第二脆性材料基板を裏返すステップと、前記第二積載ステージを駆動することにより、前記第二積載ステージが移動することにしたがって、前記第二脆性材料基板も第一方向に沿って移動するステップと、前記第一スクライブと、前記第二スクライブと、前記レーザー発生装置と、前記第一冷却装置及び前記第二冷却装置を利用して、裏返された第二脆性材料基板に対するレーザー切断を完成するステップとを備える。
【発明の効果】
【0010】
本発明のレーザー切断システムで脆性材料基板の一つの表面に対して切断する時、切断線の軌跡は、前記脆性材料基板の一つの縁辺から中心に向かって切断し、このようにずっと他の縁辺まで切断してから、切断を完了した縁辺から中心に向かって再び切断し、ずっと切断を始めた縁辺まで切断し、このような切断軌跡を繰り返すことにより、前記脆性材料基板の一つの表面に対する切断線を完成し、上述の切断過程で無効行程を効果的に減少し、切断速度が高まる。なお、前記レーザー切断システムは、前記第一積載ステージと前記第二積載ステージを利用して、これらの積載ステージに積載された脆性材料基板を交互に切断することができ、一つの脆性材料基板に対して切断すると共に、もう一つの脆性材料基板を裏返すか又は載せるか又は下ろすことができ、従って切断速度を更に高める。本発明のレーザー切断システム及び該レーザー切断システムを利用して脆性材料基板を切断する切断方法は、切断速度を高めることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【0011】
以下、本発明の好適な実施形態を添付図面に基づいて詳細に説明する。
【0012】
図3は、本発明のレーザー切断システムの構成を示す概略図である。レーザー切断システム100は、第一リニア軌道610と、第二リニア軌道620と、第三リニア軌道500と、第一積載ステージ710と、第二積載ステージ720と、レーザー発生装置300と、第一冷却装置410と、第二冷却装置420と、第一スクライブ210及び第二スクライブ220とを備える。
【0013】
前記第一リニア軌道610と前記第二リニア軌道620とは、互いに平行し、且つ前記第三リニア軌道500と互いに直交する。前記第一リニア軌道610と前記第二リニア軌道620とは、それぞれ前記第三リニア軌道500の上に設置され、且つ別々に前記第三リニア軌道500の両端に位置する。前記第三リニア軌道500は、X軸方向に沿って伸び、前記X軸方向は、X1方向及び該X1方向と相反するX2方向とを備える。前記第一リニア軌道610と前記第二リニア軌道620とは、Y軸方向に沿って伸び、前記Y軸方向は、Y1方向及び該Y1方向と相反するY2方向とを備える。前記第一リニア軌道610と前記第二リニア軌道620とは、それぞれ前記第三リニア軌道500の上でX軸方向に沿って往復運動することができる。
【0014】
前記第一積載ステージ710は、前記第一リニア軌道610の上に設置され、且つ前記第一リニア軌道610の上でY軸方向に沿って往復運動することができる。前記第一積載ステージ710は、脆性材料基板101を積載することに用いられる。
【0015】
前記第二積載ステージ720は、前記第二リニア軌道620の上に設置され、且つ前記第二リニア軌道620の上でY軸方向に沿って往復運動することができる。前記第二積載ステージ720は、脆性材料基板102を積載することに用いられる。
【0016】
前記レーザー発生装置300は、前記第一積載ステージ710と前記第二積載ステージ720の間に設置されており、本実施形態において、前記レーザー発生装置300は、前記第三リニア軌道500の上方に設置される。前記レーザー発生装置300は、気体レーザー器、例えば、二酸化炭素レーザー器、一酸化炭素レーザー器、窒素分子レーザー器、不活性気体レーザー器などを備える。前記レーザー発生装置300は、レーザー光を発生することができ、前記脆性材料基板101、102の材質に基づいて、前記レーザー光の波長を選択することができ、前記脆性材料基板101、102の材質がガラスであると、レーザー光の波長が約10.6μmのレーザー発生装置を選択する。
【0017】
前記第一冷却装置410と前記第二冷却装置420は、前記X軸方向に沿って、別々に前記レーザー発生装置300と対向する両側に設置されており、本実施形態において、前記第一冷却装置410と前記第二冷却装置420とは、それぞれ前記第三リニア軌道500の上方に設置される。前記第一冷却装置410と前記第二冷却装置420とは、冷却流体を噴射してガラス基板のような脆性材料基板101、102を冷却することに用いられる。前記冷却流体は、気体、液体又はこれらの混合物であることができる。前記気体は、空気、ヘリウムガス、窒素ガス、二酸化炭素又はこれらの混合物であることができる。前記液体は、純水、アルコール、アセトン、イソプロパノール、液状窒素、液状ヘリウム、冷却油又はこれらの混合物であることができる。
【0018】
前記第一スクライブ210は、X軸方向に沿って前記第二冷却装置420における前記レーザー発生装置300と対向する一側に設置される。前記第二スクライブ220は、X軸方向に沿って前記第一冷却装置410における前記レーザー発生装置300と対向する一側に設置される。前記第一スクライブ210と前記第二スクライブ220とは、加工しようとする脆性材料基板101、102の上に切断補助線を形成することに用いられる。前記第一スクライブ210と前記第二スクライブ220とは、レーザー発生装置、ブレードホイールなどのようなガラス基板の表面に切断補助線を形成することができる道具である。
【0019】
前記レーザー発生装置300、前記第一冷却装置410、前記第二冷却装置420、前記第一スクライブ210及び前記第二スクライブ220は、前記X軸方向でリニア配列されており、且つその下方をレーザー切断ワーク領域と定義する。
【0020】
図4、図5及び図6を参照すると、本発明の実施形態に係るレーザー切断システム100で脆性材料基板101、102を切断するレーザー切断方法は、以下のステップを備える。
【0021】
(1)脆性材料基板(第一脆性材料基板、第二脆性材料基板)101、102を提供し、且つ別々に前記第一積載ステージ710の上と前記第二積載ステージ720の上とに積載する。前記脆性材料基板101、102は、ガラス基板、セラミック基板、石英基板、シリコン・ウエハーなどであることができる。
【0022】
(2)前記第一リニア軌道610を駆動することによって前記第一リニア軌道610が前記第三リニア軌道500の上で移動することにしたがって、前記第一積載ステージ710も、X1方向に沿って移動し、前記脆性材料基板101を前記レーザー切断ワーク領域に移動させる。
【0023】
(3)前記第一積載ステージ710を駆動することによって前記第一積載ステージ710がY1方向又はY2方向に沿って移動することにしたがって、前記脆性材料基板101の上に形成しようとする第一切断線(切断線)104の位置が、前記第一スクライブ210の下方に位置する。
【0024】
(4)前記第一リニア軌道610を駆動することにより、前記第一リニア軌道610がX2方向に沿って移動することにしたがって、前記第一スクライブ210を利用して、前記脆性材料基板101の一つの開始縁辺からX1方向に沿って前記脆性材料基板101の中心に向かって切断し、このようにずっと前記脆性材料基板101の終了縁辺まで切断することにより、前記脆性材料基板101の第一表面に第一切断補助線(切断補助線)103を形成する(図5を参照する)。
【0025】
(5)前記レーザー発生装置300が二酸化炭素レーザー光のようなレーザー光を発生して、前記第一切断補助線103を加熱すると、前記脆性材料基板101が熱を受けて膨張し、その内部に圧応力が発生する(図5を参照する)。
【0026】
(6)前記第一冷却装置410は、加熱された第一切断補助線103の延在方向に沿って、前記脆性材料基板101の上に、急速に冷却流体(図に示していない)を霧状に噴射する(図5を参照する)。
【0027】
前記冷却流体の作用によって、前記脆性材料基板101の表面の温度が急速に下がるため、前記脆性材料基板101が収縮し、その内部に張応力が発生する。この時、前記脆性材料基板101は、短時間内に局部に急激な応力の変化が生じるので、前記第一切断補助線103に沿って亀裂が発生し、前記亀裂が切断面で成長して第一切断線104を形成する。前記第一切断線104は、X軸方向に沿って延在する。
【0028】
レーザーと冷却の作用によって、前記脆性材料基板101の内部に発生する応力は、以下の式(1)、(2)で表示することができる。
【0029】
σ〜0.5αEΔT…式(1)
【0030】
ΔT=T1−T2…式(2)
【0031】
σは、前記脆性材料基板101の内部に発生する応力の大きさであって、αは、前記脆性材料基板101の内部の熱膨張係数であって、Eは、前記脆性材料基板101のヤング(Young’s)係数であって、T1は、前記レーザー光によって加熱された後の前記脆性材料基板101の温度であって、T2は、冷却された後の前記脆性材料基板101の温度である。
【0032】
式(1)、(2)に示すように、前記脆性材料基板101の内部の応力の大きさは、脆性材料の熱膨張係数、ヤング係数及び前記レーザー発生装置300と前記第一冷却装置410とによって前記脆性材料基板101に生じる温度差と正比例になる。ただし、T1の最大値は、前記脆性材料基板101の気化温度より大きくなってはならない。
【0033】
加熱と冷却によって前記脆性材料基板101に生じる応力が脆性材料の破裂強度より大きければ、前記脆性材料基板101の表面に亀裂の成長が発生する。
【0034】
(7)前記第一切断線104を形成してから、前記第一積載ステージ710を駆動することにより、前記第一積載ステージ710がY1方向に沿って移動することにしたがって、前記脆性材料基板101の上に形成しようとする第二切断線(切断線)104の位置が前記第二スクライブ220の下方に位置する。
【0035】
(8)前記第一リニア軌道610を駆動することにより、前記第一リニア軌道610が前記第三リニア軌道500の上で移動することにしたがって、前記第一積載ステージ710がX1方向に沿って移動し、前記脆性材料基板101もX1方向に沿って移動し、前記第二スクライブ220は、前記第一切断補助線103が終了した縁辺からX2方向に沿って前記脆性材料基板101の中心に向かって切断し、このようにずっと前記第一切断補助線103が始まる縁辺まで切断することにより、前記脆性材料基板101の第一表面に第二切断補助線(切断補助線)103を形成する(図6を参照する)。
【0036】
(9)前記レーザー発生装置300が二酸化炭素レーザー光のようなレーザー光を発生して、前記第二切断補助線103を加熱すると、前記脆性材料基板101が熱を受けて膨張し、その内部に圧応力が発生する(図6を参照する)。
【0037】
(10)前記第二冷却装置420は、加熱された第二切断補助線103の延在方向に沿って、前記脆性材料基板101の上に、急速に冷却流体(図に示していない)を霧状に噴射する(図6を参照する)。
【0038】
前記冷却流体の作用によって、前記脆性材料基板101の表面の温度が急速に下がるため、前記脆性材料基板101が収縮し、その内部に張応力が発生する。この時、前記脆性材料基板101は、短時間内に局部に急激な応力の変化が生じるため、前記第二切断補助線103に沿って亀裂が発生し、前記亀裂が切断面で成長して第二切断線104を形成する。前記第二切断線104は、X軸方向に沿って延在する。
【0039】
ステップ(3)〜(10)を繰り返して、前記脆性材料基板101の第一表面にX軸方向に沿って延在する切断線104を形成し、前記脆性材料基板101を切断し終わるまで続ける。
【0040】
実際の要求に基づいて、前記脆性材料基板101の第一表面にX軸方向に沿って延在する切断線104を形成してから、前記第一積載ステージ710を90度回転して、上述のステップ(2)〜(10)を繰り返すことにより、前記脆性材料基板101の第一表面にY軸方向に沿って延在する切断線104を形成する。従って、前記脆性材料基板101の第一表面に対する切断線の形成を完了してから、前記脆性材料基板101を裏返して、上述のステップ(2)〜(10)を繰り返すことにより、前記脆性材料基板101の第一表面と対向する第二表面に対して切断を行い、前記第二表面に切断線を形成する。
【0041】
(11)前記第一リニア軌道610を駆動することにより、前記第一リニア軌道610が前記第三リニア軌道500の上で移動することにしたがって、前記第一積載ステージ710がX2方向に沿って移動し、前記脆性材料基板101もX2方向に沿って移動し、前記第一積載ステージ710をレーザー切断ワーク領域から搬出する。
【0042】
(12)前記第二リニア軌道620を駆動することにより、前記第二リニア軌道620が前記第三リニア軌道500の上で移動することにしたがって、前記第二積載ステージ720がX2方向に沿って移動し、前記脆性材料基板102もX2方向に沿って移動し、前記第二積載ステージ720をレーザー切断ワーク領域に移動させる。
【0043】
(13)前記脆性材料基板102の第一表面に切断線104を形成する。前記脆性材料基板102の第一表面に切断線104を形成するステップは、前記脆性材料基板101の第一表面に切断線104を形成するステップとほぼ同じであるから、ここでは詳しく説明しない。
【0044】
(14)前記脆性材料基板102の第一表面に切断線104を形成するとともに、第一表面の切断を完成した前記脆性材料基板101を裏返す。
【0045】
(15)前記脆性材料基板102の第一表面に対する切断を完成してから、前記第二リニア軌道620を駆動することにより、前記第二リニア軌道620が前記第三リニア軌道500の上で移動することにしたがって、前記第二積載ステージ720がX1方向に沿って移動し、前記脆性材料基板102もX1方向に沿って移動し、前記第二積載ステージ720をレーザー切断ワーク領域から搬出する。前記第一リニア軌道610を駆動することにより、第一リニア軌道610が前記第三リニア軌道500の上で移動することにしたがって、前記第一積載ステージ710がX1方向に沿って移動して、前記脆性材料基板101もX1方向に沿って移動して、前記第一積載ステージ710をレーザー切断ワーク領域に移動させる。前記脆性材料基板101の第一表面と対向する第二表面に対してレーザー切断を行う。前記脆性材料基板101の第二表面に対して切断を行うステップは、前記脆性材料基板101の第一表面に対して切断を行うステップとほぼ同じであるから、ここでは詳しく説明しない。
【0046】
(16)前記脆性材料基板101の第二表面に対して切断を行うとともに、第一表面の切断を完成した前記脆性材料基板102を裏返す。
【0047】
(17)前記脆性材料基板101の第二表面に対する切断を完成してから、前記第一リニア軌道610を駆動することにより、前記第一リニア軌道610が前記第三リニア軌道500の上で移動することにしたがって、前記第一積載ステージ710がX2方向に沿って移動して、前記脆性材料基板101もX2方向に沿って移動して、前記第一積載ステージ710をレーザー切断ワーク領域から搬出する。前記第二リニア軌道620を駆動することにより、前記第二リニア軌道620が前記第三リニア軌道500の上で移動することにしたがって、前記第二積載ステージ720がX2方向に沿って移動して、前記脆性材料基板102をレーザー切断ワーク領域に移動させる。前記脆性材料基板102の第二表面に対してレーザー切断を行う。前記脆性材料基板102の第二表面に対して切断を行うステップは、前記脆性材料基板102の第一表面に対して切断を行うステップとほぼ同じであるから、ここでは詳しく説明しない。
【0048】
(18)前記脆性材料基板102の第二表面に対して切断を行うとともに、切断し終った前記脆性材料基板101を前記第一積載ステージ710から取り下ろしてから、次の切断しようとする脆性材料基板を前記第一積載ステージ710に積載する。
【0049】
なお、実際の要求に基づいて、前記脆性材料基板101の第二表面に対して切断を行う必要がない場合、例えば、前記脆性材料基板101の第一表面の切断が完成するだけで前記脆性材料基板101が完全に分離する(Full Body Cut,FBC)ことができる場合、切断を完成した前記脆性材料基板101を前記第一積載ステージ710から取り下ろしてから、次の切断しようとする脆性材料基板を前記第一積載ステージ710に積載する。
【0050】
上述のステップを繰り返すと、前記第一積載ステージ710の上と前記第二積載ステージ720の上との脆性材料基板101、102に対して、交互に切断することができ、その中の一つの脆性材料基板に対して切断を行うと共に、他の脆性材料基板を裏返すか又は載せるか又は下ろすことができ、従って切断効率が高まる。
【0051】
本発明によれば、レーザー切断システム100で脆性材料基板101、102の一つの表面に対して切断を行う時、切断線の軌跡は、前記脆性材料基板101、102の一つの縁辺から中心に向かって切断し、このようにずっと他の縁辺まで切断し、続いて切断を終了した一つの縁辺から中心に向かって切断し、このようにずっと切断を始める縁辺まで切断し、このような切断軌跡を繰り返すことにより、前記表面に切断線を形成し、無効行程を効果的に減少することができ、切断速度が高まる。且つ、前記レーザー切断システム100は、前記第一積載ステージ710と前記第二積載ステージ720を利用して、その上に積載した脆性材料基板101、102に対して交互に切断することができ、一つの脆性材料基板を切断すると共に、他の脆性材料基板を裏返すか又は積載するか又は取り下ろすことができ、従って切断速度を更に高める。本発明のレーザー切断システム100及び該レーザー切断システム100を利用して脆性材料基板を切断する切断方法は、切断速度を高めることができる。
【図面の簡単な説明】
【0052】
【図1】従来技術のレーザー切断システムの構成を示す概略図である。
【図2】図1に示すレーザー切断システムの一つの切断状態を示す図である。
【図3】本発明の実施形態に係るレーザー切断システムの構成を示す概略図である。
【図4】図3に示すレーザー切断システムの一つの切断状態を示す図である。
【図5】図4において、第一脆性材料基板に第一切断線を形成する切断状態を示す図である。
【図6】図4において、第一脆性材料基板に第二切断線を形成する切断状態を示す図である。
【符号の説明】
【0053】
100 レーザー切断システム
101 脆性材料基板(第一脆性材料基板)
102 脆性材料基板(第二脆性材料基板)
103 第一切断補助線、第二切断補助線(切断補助線)
104 第一切断線、第二切断線、切断線
210 第一スクライブ
220 第二スクライブ
300 レーザー発生装置
410 第一冷却装置
420 第二冷却装置
500 第三リニア軌道
610 第一リニア軌道
620 第二リニア軌道
710 第一積載ステージ
720 第二積載ステージ
【出願人】 【識別番号】503134619
【氏名又は名称】沛▲きん▼半導体工業股▲ふん▼有限公司
【出願日】 平成19年12月12日(2007.12.12)
【代理人】 【識別番号】100064908
【弁理士】
【氏名又は名称】志賀 正武

【識別番号】100089037
【弁理士】
【氏名又は名称】渡邊 隆

【識別番号】100108453
【弁理士】
【氏名又は名称】村山 靖彦

【識別番号】100110364
【弁理士】
【氏名又は名称】実広 信哉


【公開番号】 特開2008−149716(P2008−149716A)
【公開日】 平成20年7月3日(2008.7.3)
【出願番号】 特願2007−321342(P2007−321342)