KR101413499B1 - 고체촬상소자용 커버유리 및 그 제조방법 - Google Patents

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Abstract

커버유리의 투광면에 형성된 피복막이 쉽게 박리되지 않으며, 기판과의 충분한 접착면적과 접착강도를 실현하고, 높은 기계적 강도와 높은 광학성능, 안정된 화학적 성능을 갖는 청정도가 높은 고체촬상소자용 커버유리 및 그 제조방법을 제공한다. 본 발명의 고체촬상소자용 커버유리(10)는, 박판형상이며, 판 두께방향으로 대향되는 2개의 투광면(11, 12) 중 적어도 한쪽 면에 피복막(C1, C2)을 가지고, 커버유리(10)의 외주 단면이 레이저에 의해 절단된 면(13, 14)으로 이루어지며, 피복막(C1, C2)이 레이저 절단 이전에 막형성되어 이루어지는 것을 특징으로 하고, 그 제조방법은, 유리원료 혼합물을 용융하는 공정과, 얻어진 용융유리를 판유리(G)로 성형하는 공정과, 상기 판유리(G)의 2개의 투광면(11, 12) 중 적어도 한쪽 면에 피복막(C1, C2)을 형성하는 막형성 공정과, 상기 피복막이 부착된 판유리에 레이저를 사출하는 사출공정과, 사출공정 후의 판유리를 작은 유리조각으로 분할하는 공정을 갖는다.

Description

고체촬상소자용 커버유리 및 그 제조방법{COVER GLASS FOR SOLID STATE IMAGING DEVICE AND METHOD FOR MANUFACTURING THE COVER GLASS}
본 발명은, 고체촬상소자를 수납하는 패키지에 광선을 투과시키는 창재(窓材)로서 배치되며, 고체촬상소자를 보호하는 커버유리 및 그 제조방법에 관한 것이다.
고체촬상소자는, 스캐너나 팩시밀리 등에 사용되어 온 저(低)소비전력의 CIS(Contact Image Sensor)의 사용용도에 추가하여 휴대전화나 PHS 등의 소형 정보단말기기 등에 디지털카메라가 탑재됨에 따라, 더욱 다양하고 고도한 성능이 요구되고 있다. 이러한 용도로 사용되는 고체촬상소자로서는, 크게 나누어 CCD(Charge Coupled Device)와 CMOS(Complementary Metal Oxide Semiconductor ; 상보형 MOS라고도 함)가 있다. 1990년대에는 CCD가 현저한 고(高)화소화 등을 비롯하여 각종 성능이 크게 진보되었으나, 최근에는 CMOS도 기술적인 과제가 극복됨에 따라 다양한 용도로의 이용이 촉진되고 있다.
이러한 고체촬상소자의 화상정보를 입력하는 창재로서 사용되는 커버유리는, 고체촬상소자의 발전에 따라 다양한 과제가 차례로 극복되어 왔다. 판유리 중에 포함되는 Pt 등의 귀금속, 내화물(耐火物) 등의 다양한 미세 이물질, 또는 유리 표면에 부착되는 먼지, 오물이나 파티클 등에 대하여 그 감소를 목표로 끓임없는 노력이 기울여져 왔다. 특허문헌 1에는, 커버유리 표면에 부착된 오물을 커버유리 표리면에서 구별하여 검출하기 위해 수직조명과 사광(斜光)조명이 조합된 검사장치를 사용하는 것이 개시되어 있다. 커버유리 표면에 대한 오물의 부착은 노이즈로서 검출되게 되므로, 고정밀도의 화상이 요구되는 고체촬상소자에 있어서는, 그 검출이 중요하게 된다. 또한 특허문헌 2는, 커버유리 중에 함유되는 우라늄(U)이나 토륨(Th) 등의 방사성 동위원소에 기인하는 α선의 발생량을 저감시키기 위하여, 방사성 동위원소의 함유량이 적은 유리조성을 제공하는 것이다. α선은 고체촬상소자에 의해 촬영된 화상에 흰 점이라 불리는 결함을 발생시키는 원인이 되기 때문에, 그에 대한 대책이 이루어진 것이다. 더욱이 특허문헌 3에는, 소정의 조성을 갖는 박판유리 성형품의 측면 형상을 소정의 형상으로 한정함으로써 높은 강도, 높은 화학적 내구성을 실현할 수 있다고 하는 발명이 개시되어 있다. 특허문헌 4에는, 미리 피복막이 한쪽 면에 형성된 고체촬상소자용 커버유리의 피복막의 단연부(端緣部)의 형상을 한정함으로써 피복막 에지부에 기인하는 커버유리의 결함을 저감시킬 수 있다는 취지의 발명이 개시되어 있다.
[특허문헌 1] 일본 특허공개공보 2000-295639호
[특허문헌 2] 일본 특허공개공보 H7(1995)-215733호
[특허문헌 3] 일본 특허공개공보 2004-221541호
[특허문헌 4] 일본 특허공개공보 2006-140458호
그러나, 지금까지 행해져 온 발명만으로는, 보다 높은 성능의 고체촬상소자용 커버유리를 안정적인 품위(品位)로 공급하기에는 문제가 있다. 고체촬상소자가 사용되는 전자기기에 대해서는 다양한 기술혁신이 진행되고 있으며, 기능면에 더하여 그 크기나 형상 등에 대해서도 경박단소화(輕薄短小化)가 요구되고 있다. 이 때문에 고체촬상소자의 경박단소화에 따라 고체촬상소자용 커버유리에 대해서도 경박단소화가 필요해져, 이러한 필요에 부응하는 제품이 개발되고 있다. 그러나 소형화나 박형화가 급격히 진행되었기 때문에, 지금까지 행해져 온 고체촬상소자용 커버유리에 대한 각종 개선이나 발명만으로는, 고체촬상소자를 안정적으로 공급하기가 충분하지 못하였다.
구체적으로, 고체촬상소자용의 커버유리에 대해서는, 고체촬상소자가 수납되는 패키지의 외형 치수를 작게 하더라도, 커버유리와 패키지 기판이 박리되지 않을 만큼 충분히 높은 접착강도를 만족하면서, 패키지에 수납되는 고체촬상소자의 면적이 커지더라도 충분히 패키지 내에 수납될 수 있을 만큼의 캐비티부 면적을 가지는 한편, 패키지 기판과도 충분한 접착강도를 실현할 수 있을 만큼의 접착부 면적을 가지며, 우수한 품위와 성능을 실현할 수 있을 것이 요구된다.
또한, 상술한 바와 같은 패키지나 커버유리에 대한 경박단소의 요구에 추가하여, 각종 파장의 광선을 투과하는 판유리 표면에 대하여, 원하는 투과율을 실현하기 위한 높은 청정도를 가질 것, 높은 화학적 내구성을 가질 것, 그리고 두께 치수나 투광면의 면적이 작은 커버유리라 하더라도 실제 사용에 지장이 없는 강도를 실현할 것이 요구되고 있다. 두께 치수나 투광면의 면적 등이 작더라도, 특히 휴대전화 등 각종 휴대기기의 현저한 발달에 따라, 그러한 정밀기기에 탑재되는 고체촬상소자에서는, 안정적인 기계적 강도를 위협하는 표면의 흠집이나 결락(缺落) 등의 각종 표면결함이 커버유리에 존재하면, 큰 충격이 가해졌을 경우에 그로 인해 커버유리가 쉽게 깨지게 되는 치명적인 문제가 발생할 위험도 있다. 따라서, 패키지나 커버유리로서 사용되는 판유리에는, 종래 이상으로 정밀한 가공정밀도와 높은 형상품위가 요구되고 있다. 또한 고체촬상소자용 커버유리는, 그 투광면에 원하는 막을 피복하여 사용되는 경우가 있는데, 유리 표면에 피복막이 막형성된 상태에서의 고체촬상소자용 커버유리의 청정도는, 막형성 후의 취급이력의 여하에 따라서는 막의 가장자리가 쉽게 벗겨지게 되고, 벗겨진 미세한 박리물이 부유(浮遊)하여 커버유리 표면에 부착되는 등의 문제도 있어, 막형성된 고체촬상소자용 커버유리의 청정도에 대하여, 높은 품위를 실현하는 것이 중요한 과제가 되고 있다.
이에 따라 본 발명자들은, 상기 특허문헌 4에 기재된 발명을 수행하였으며, 특허문헌 4만으로는 불충분한 점에 대하여 그 제조공정을 재검토함으로써, 보다 효율적으로 고체촬상소자용 커버유리를 제조할 수 있고, 더욱이 안정적인 품위를 갖는 막형성된 고체촬상소자용 커버유리를 실현하기 위한 연구를 거듭하여 왔다.
즉, 본 발명자들은 이러한 상황을 감안하여 고화소의 고체촬상소자의 투광창 용도로 이용되는 커버유리로서 우수한 가공정밀도와 높은 형상품위를 갖는 유리판재로 하기 위하여, 커버유리의 투광면에 형성된 피복막이 쉽게 박리되지 않고, 기판과의 충분한 접착면적과 접착강도를 실현하며, 판유리 단면의 가공품위도 우수하고, 그 결과, 높은 기계적 강도와 높은 광학성능, 더욱이 안정된 화학적 성능을 갖는 청정도가 높은 고체촬상소자용 커버유리 및 그 제조방법을 제공하는 것을 과제 로 한다.
본 발명의 고체촬상소자용 커버유리는, 무기산화물 유리제(製)의 박판형상의 고체촬상소자용 커버유리로서, 판 두께방향으로 대향되는 2개의 투광면 중 적어도 한쪽 면에 피복막을 가지고, 커버유리의 외주 단면이 레이저에 의해 절단된 면으로 이루어지며, 피복막이 레이저 절단 이전에 막형성되어 이루어지는 것을 특징으로 한다.
여기서, 무기산화물 유리제의 박판형상의 고체촬상소자용 커버유리란, 유리조성이 무기원소의 산화물 환산의 질량 백분율 표시로 나타내어지는 유리로 이루어진 고체촬상소자 용도에서 고체촬상소자의 패키지 전면(全面)을 덮도록 사용되는 커버유리를 말한다. 또한, 판 두께방향으로 대향되는 2개의 투광면 중 적어도 한쪽 면에 피복막을 갖는다는 것은, 판 두께방향으로 대향되는 2개의 대략 직사각형 형상을 나타내는 투광면의 양면에 필름형상의 피복막을 갖거나, 혹은 어느 한쪽 면에 필름형상의 피복막을 갖는다는 것을 나타낸다. 커버유리의 외주 단면이 레이저에 의해 절단된 면으로 이루어진다는 것은, 직사각형 형상의 외형을 나타내는 네 변 모두 레이저 조사에 의해 절단가공되어 형성된 것임을 의미한다. 그리고 피복막이 레이저 절단 이전에 막형성되어 이루어진다는 것은, 피복막의 막형성에 의해 적어도 한쪽 면에 형성된 피복막이 레이저 절단 전에 형성된 것임을 의미한다.
판 두께방향으로 대향되는 2개의 투광면 중 적어도 한쪽 면에 형성된 피복막(단순히 '박막'이라고도 함)에 대해서는, 그 재질이나 두께, 구성 등에 관하여 특별히 제한하는 바는 없으며, 필요에 따라 어떠한 것이라도 채용가능하다. 즉 피복막에 관해서는, 적외선 반사막(또는 적외선 컷트 필터), 반사 방지막('AR 코트'라고도 함), 무(無)반사막, 도전막, 대전방지막, 로우패스필터, 하이패스필터, 밴드패스필터, 차폐막, 강화막, 또는 보호막 등을 형성할 수 있다. 특히 적외선 반사막은, CCD의 적외역의 감도가 높기 때문에, 그것이 소자에 대한 적외선의 입사를 억제함으로써 고체촬상소자의 화상을 육안에 의한 화상에 근접시킬 수 있으므로 바람직하다. 2개의 투광면을 피복하는 피복막의 종류는 동일한 것이어도 다른 것이어도 무방하다. 또한, 하나의 면에 다른 기능을 갖는 이종(異種)의 피복막을 적층시킬 수도 있다. 물론 당연히, 동일한 목적을 달성하기 위해 피복막을 적층하는 경우의 적층 수에 대해서도 한정은 없으며, 2층, 3층, 4층, 5층으로 증가시킬 수도 있고, 더욱이 10층, 20층, 30층, 40층 등 임의의 층 수를 가지도록 다층 구조로 할 수도 있다.
상기 피복막에 관하여, 그 피복막의 구체적인 재질로서는 다음과 같은 것이 있다. 예컨대 실리카(SiO2), 알루미나(Al2O3), 지르코니아(ZrO2), 산화탄탈(또는 탄탈라(tantala))(Ta2O5), 산화니오브(Nb2O5), 산화란탄(La2O3), 산화이트륨(Y2O3), 산화마그네슘(MgO), 산화하프늄(HfO2), 산화크롬(Cr2O3), 불화마그네슘(MgF2), 산화몰리브덴(MoO3), 산화텅스텐(WO3), 산화세륨(CeO2), 산화바나듐(VO2), 산화티탄지르코늄(ZrTiO4), 황화아연(ZnS), 크리올라이트(Na3AlF6), 티올라이트(Na5Al3Fl4), 불화이트륨(YF3), 불화칼슘(CaF2), 불화알루미늄(AlF3), 불화바륨(BaF2), 불화리튬(LiF), 불화란탄(LaF3), 불화가돌리늄(GdF3), 불화디스프로슘(DyF3), 불화납(PbF3), 불화스트론튬(SrF2), 안티몬 함유 산화주석(ATO)막, 산화인듐-주석막(ITO막), SiO2과 Al2O3의 다층막, SiOx-TiOx계 다층막, SiO2-Ta2O5계 다층막, SiOx-LaOx-TiOx계열의 다층막, In2O3-Y2O3 고용체(固容體)막, 알루미나 고용체막, 금속박막, 콜로이드 입자 분산막, 폴리메틸메타크릴레이트막(PMMA막), 폴리카보네이트막(PC막), 폴리스티렌막, 또는 메틸메타크릴레이트 스티렌 공중합막, 폴리아크릴레이트막 등의 조성을 갖는 것이 사용될 수 있다.
또한, 피복막의 형성방법에 대해서도 소정의 표면정밀도와 기능을 실현할 수 있고, 제조에 소요되는 비용에 대해서도 지장이 없는 방법이라면 특별한 한정없이 각종 방법을 채용할 수 있다. 예컨대 스퍼터링법, 진공증착법, 또는 열 CVD법, 레이저 CVD법, 플라즈마 CVD법, 분자선 에피택시법(MBE법), 이온 플레이팅법, 레이저 어브레이션법, 유기 금속 화학 기상성장법(MOCVD) 등의 화학적 기상성장법(또는 CVD법), 더욱이 졸-겔법, 스핀코팅이나 스크린 인쇄의 도포법, 또는 도금법 등의 액상성장법도 본 발명의 피복막을 형성하는 방법으로서 채용할 수 있다. 단, 이들 중에서도 특히 CVD법은, 저온에서 밀착성이 양호한 피복막을 형성할 수 있고, 각종 피막에 대응할 수 있으며, 화합물의 피막형성에도 적합하므로 바람직한 방법이다.
고체촬상소자용 커버유리의 재질에 대해서도, 필요시되는 광학적인 성능을 만족하는 것이면 어떠한 재질이라도 사용될 수 있다. 예컨대, 붕규산 유리, 석영 유리, 무알칼리 유리, 알루미노실리케이트 유리, 우라늄과 토륨이 실질적으로 함유되지 않는 유리, 인산염 유리, 소다석회 유리, 고굴절률 유리, 또는 고왜점(高歪点) 유리 등의 각종 유리 재질을 적절히 사용할 수 있다.
고체촬상소자용 커버유리의 외주 단면을 레이저에 의해 절단하는 방법으로는, 예컨대 탄산가스 레이저에 의해 제 1 가공면을 형성하고, 이어서 탄산가스 레이저의 조사에 의해 형성된 제 1 가공면의 선단이 지점(支點)이 되도록, 지점의 바로 아래에 굽힘 응력이 가해지게 가압함으로써 제 2 가공면이 형성되게 하는 것이다. 여기서 제 1 가공면은, 피복막이 형성된 투광면의 표면에, 빔 강도분포가 ±5% 이내인 출력조건을 가지고, 빔 스폿형상이 타원, 대략 직사각형 형상, 직선형상, 삼각형형상인 탄산가스 레이저를 조사하면서 등속도로 직선구동함으로써 빔 구동부위에 상당하는 피막이 형성된 판유리의 유리표면과 그 표면에 형성된 피막의 양자에 노치(notch)를 형성하고, 그 부위의 피막을 증발 혹은 절단하여, 유리판의 단면(斷面)방향으로 소정 깊이의 노치를 형성한다. 이렇게 하여 새롭게 생긴 표면이 제 1 가공면이 된다.
무기산화물 유리제의 박판형상의 고체촬상소자용 커버유리로서, 판 두께방향으로 대향되는 2개의 투광면 중 적어도 한쪽 면에 피복막을 가지며, 커버유리의 외주 단면(端面)이 레이저에 의해 절단된 면으로 이루어짐으로써, 공정을 간략화할 수 있고 효율적으로 제조할 수 있으므로 바람직하다.
또한 본 발명의 고체촬상소자용 커버유리는, 무기산화물 유리제의 박판형상의 고체촬상소자용 커버유리로서, 판 두께방향으로 대향되는 2개의 투광면 중 적어도 한쪽 면에 피복막을 가지며, 피복막의 외주단이 투광면에 고정부착되어 이루어지는 것을 특징으로 한다.
여기서 무기산화물 유리제의 박판형상의 고체촬상소자용 커버유리로서, 판 두께방향으로 대향되는 2개의 투광면 중 적어도 한쪽 면에 피복막을 가지며, 피복막의 외주단이 투광면에 고정부착되어 이루어진다는 것은, 투광면 상의 피복막이 외주단부에서 고온으로 가열되어 막의 에지부가 녹음으로써, 피복막이 잘 박리되지 않고 강고하게 접합된 상태로 되어 있다는 것을 말한다. 이에 따라 막의 박리에 기인하여 발생하는 먼지나 이물 등의 발생을 저감시킬 수 있게 되어, 먼지나 이물의 부착으로 인해 발생하는 불량 발생수를 억제할 수가 있다.
또한 본 발명의 고체촬상소자용 커버유리는, 상술한 바에 더하여 피복막이 반사 방지막인 경우, 커버유리의 가시 투과율이 충분히 높은 투과율 값이 되는 성능을 실현할 수가 있다.
여기서 피복막이 반사 방지막이라는 것은, 유리의 조성에 따라 정해지는 유리의 굴절률보다 작은 굴절률을 갖는 투명한 피막을 말하며, 이 피막을 유리의 표면에 부착시킴으로써 반사광을 저감시켜 커버유리를 투과하는 광선의 광량을 증가시킬 수 있게 되는 것임을 의미한다.
반사 방지막을 구성하는 막의 재료로는 TiO2, CaF2, SiO2, Al2O3, MgS2, ZrO2, NiO, 또는 MgF2 등의 상기한 바와 같은 재료를 적절히 채용할 수 있다.
또한 본 발명의 고체촬상소자용 커버유리는, 상술한 바에 더하여 피복막의 외주단이 레이저 절단에 따른 가열에 의해, 투광면에 고정되어 이루어지는 것이면, 피막 및 유리의 단부가 서로 강고한 구조를 갖게 되므로, 커버유리 단부에 근거하는 결함의 발생을 억제할 수가 있다. 또한 절단면의 유리 표면에 종래의 화학적인 에칭 등을 사용하는 제조방법을 채용할 경우에 발생하는 커다란 요철면이 형성되지 않는 상태가 되기 때문에, 고체촬상소자를 수납하는 각종 부재와 커버유리를 접착할 때 사용되는 부분의 면적이 필요 이상으로 커지도록 고체촬상소자 패키지를 설계할 필요가 없게 된다. 더욱이, 이러한 절단면의 요철로 인한 먼지 혹은 박리물 등이 잘 발생되지 않게 되기 때문에, 제조된 커버유리가 안정적인 품위를 갖게 된다.
또한 본 발명의 고체촬상소자용 커버유리는, 상술한 바에 더하여 피복막이 광학박막이며, 막 두께가 0.01㎛∼100㎛의 범위에 있으면, 광학적인 성능에 관하여 용도에 따라 원하는 것을 쉽게 실현할 수 있다.
여기서, 피복막이 광학박막이며, 막 두께가 0.01㎛∼100㎛의 범위에 있다는 것은, 판 두께방향으로 대향되는 2개의 투광면의 양면에 형성된 피복막의 판 두께방향의 두께치수가 1×10-8m∼1×10-4m의 범위에 있음을 의미한다.
막 두께가 0.01㎛∼100㎛의 범위를 벗어나면, 투과율 등의 광학적인 성능에 관하여 필요하게 되는 성능을 충분히 실현하기가 어려워지는 경우가 있기 때문에, 본 발명의 고체촬상소자용 커버유리에 형성되는 피복막의 막 두께는 0.01㎛∼100㎛의 범위 내로 하는 것이 바람직하다.
또한 본 발명의 고체촬상소자용 커버유리는, 상술한 바에 더하여 커버유리의 외주 단면의 함몰부 깊이가 30㎛ 이하이며, 또한 함몰부 길이가 500㎛ 이하이면, 큰 충격이 가해지는 경우에도 커버유리가 쉽게 파괴되거나 하는 일도 없고, 그에 따라 고체촬상소자를 보호하는 기능에 지장이 발생하는 일도 없으므로 바람직하다.
여기서, 커버유리의 외주 단면의 함몰부 깊이가 30㎛ 이하이며, 또한 함몰부 길이가 500㎛ 이하라는 것은, 커버유리의 단면의 표면에 있는 크랙이나 결락으로 인하여 표면의 일부가 깎인 상태가 되어 있는 경우에도, 그 함몰부의 깊이 치수가 30㎛ 이하이며, 단변(端邊)을 따르는 함몰부의 길이 치수는 500㎛ 이하임을 의미한다.
보다 구체적으로 커버유리의 외주 단면의 품위에 대해 도 1을 사용하여 설명한다. 도 1은 고체촬상소자의 사시도로서, 도 1에서 도면부호 1은 고체촬상소자용 커버유리, 2는 판유리의 단면(端面), 3은 판유리의 제 1 투광면, 4는 판유리의 제 2 투광면, 5는 제 1 가공면, 6은 제 2 가공면, C1은 판유리의 제 1 투광면에 막형성된 피막, C2는 판유리의 제 2 투광면에 막형성된 피막, G는 판유리, W는 판유리 단면의 함몰부의 능선방향의 길이 치수, H는 판유리 단면의 함몰부의 판유리 두께방향의 깊이 치수, L은 판유리 단면의 함몰부의 판유리 투광면방향의 깊이 치수를 각각 나타내고 있다. 능선(稜線)이란, 예컨대 제 1 투광면과 제 1 가공면의 경계선, 혹은 제 2 투광면과 제 2 가공면의 경계선을 말한다.
도 1에서 커버유리의 외주 단면의 함몰부 깊이란, 판유리 단면의 함몰부의 판유리 두께방향의 깊이 치수(H) 및 판유리 단면의 함몰부의 판유리 투광면 방향의 깊이 치수(L) 중의 큰 치수를 의미하므로, 이들 값 모두가 30㎛ 이하이며, 더욱이 판유리 단면의 함몰부의 변방향의 길이 치수(W)가 500㎛ 이하임을 의미한다.
커버유리의 외주 단면의 함몰부 깊이가 30㎛을 초과할 경우에는, 특히 커버유리에 충격적인 외력이 가해지는 등의 경우에, 커버유리의 강도가 현저하게 약해지거나, 커버유리 표면에 도포된 피복막의 가장자리가, 30㎛을 초과하는 요철이 있는 함몰 부위를 기점으로 하여 박리되기 쉬워지기 때문에 바람직하지 않고, 또한 함몰부 길이가 500㎛을 초과하는 경우에도 함몰부 깊이의 경우와 같은 강도의 문제나 피복막이 박리되기 쉬워지는 현상이 나타나는 경향이 있기 때문에 바람직하지 않다.
커버유리의 외주 단면의 함몰부 깊이가 30㎛ 이하이며, 함몰부 길이가 500㎛ 이하가 되도록 커버유리를 가공하기 위한 가공방법으로는 각종 가공방법이 있는데, 예컨대 레이저 가공시의 레이저의 여러 조건을 선택함으로써, 특히 레이저 출력조건이나 레이저 이동속도, 더욱이 레이저빔 직경을 한정함으로써 레이저 가열시에 발생하는 함몰부 등의 요철의 발생률이나 그 크기를 줄일 수 있다. 또한 레이저 조사면의 이면(裏面)에 대해서는, 유리면에 대한 가압력이 가능한 한 균등하게 가해지도록, 판유리의 고정각도와 가압력의 인가방향에 편차가 없게 기계적인 동작의 오차를 저감시켜 정밀한 동작을 하도록 하면 된다.
또한 본 발명의 고체촬상소자용 커버유리는, 상술한 바에 더하여 레이저 조사에 의해 형성되는 제 1 가공면을 포함하는 함몰부 결함 치수보다 가압에 의한 할단(割斷) 조작에 의해 형성되는 제 2 가공면을 포함하는 함몰부 결함 치수가 큰 값이 되는 것이 90% 이상을 차지한다. 즉, 함몰부가 있는 커버유리 1000장을 조사하면 900장 이상이, 제 1 가공면을 포함하는 함몰부 결함 치수보다 가압에 의한 할단 조작에 의해 형성되는 제 2 가공면을 포함하는 함몰부 결함 치수가 큰 값이 된다.
외주 단면의 함몰부 깊이에 관련된 각 부분의 치수값은, 실체현미경이나 전자현미경 등에 부속되는 마이크로 게이지나 레이저 치수 계측기기 등을 사용하여 계측하면 된다.
또한 본 발명의 고체촬상소자용 커버유리는, 상술한 바에 더하여 고체촬상소자가 CCD 또는 CMOS이면, 휴대전화나 디지털 카메라 등의 화상기록장치에 탑재되는 박형의 광반도체 소자의 전면창유리로서 사용될 경우에도 안정된 품위를 실현할 수 있다.
고체촬상소자가 CCD 또는 CMOS라는 것은, 반도체 기판 상에 광전변환과 전하축적기능을 갖는 화소군이 2차원적으로 배열되어 집적된 촬상소자인 고체촬상소자가, CCD(시시디) 혹은 CMOS(시모스)라 불리는 이미지 센서임을 나타낸다.
또한 본 발명의 고체촬상소자용 커버유리는, 상술한 바에 더하여 무기산화물 유리제의 박판형상 유리의 조성이, 산화물 환산의 질량 백분율 표시로 SiO2 56~70%, Al2O3 0.5~18%, B2O3 5~20%, RO 0.1~20%(RO=MgO+CaO+ZnO+SrO+BaO), ZnO 0~9%, M2O 1~18%(M2O=Li2O+Na2O+K2O)를 함유하는 것이라면, 굴절률이나 투과율 등 원하는 광학적인 성능에 추가하여 높은 내수성과 경도를 갖게 되며, 또한 유리를 용융함으로써 판유리로 성형할 경우에도 성형조작이 용이하고 우수한 품위의 치수 정밀도로 성형할 수 있다.
여기서 무기산화물 유리제의 박판형상 유리의 조성이, 산화물 환산의 질량 백분율 표시로 SiO2 56~70%, Al2O3 0.5~18%, B2O3 5~20%, RO 0.1~20%(RO=MgO+CaO+ZnO+SrO+BaO), ZnO 0~9%, M2O 1~18%(M2O=Li2O+Na2O+K2O)을 함유한다는 것은, 고체촬상소자용 커버유리의 구성성분으로서, 산화물 환산 표시로 유리 중에 함유되는 성분을 표기하였을 경우에, 산화규소('실리카'라고도 함)가 56∼70질량%, 산화알루미늄('알루미나'라고도 함)이 0.5∼18질량%, 산화붕소가 5∼20질량%, 산화마그네슘('마그네시아'라고도 함)과 산화칼슘('칼시아'라고도 함)과 산화아연(또는 '아연화'라고도 함)과 산화스트론튬과 산화바륨의 합량이 0.1∼20질량, 산화아연이 9질량% 이하, 산화리튬('리티아'라고도 함)과 산화나트륨과 산화칼륨의 합량이 1∼18질량%임을 나타낸다.
고체촬상소자용 커버유리의 조성범위를 이러한 범위로 한정하는 이유에 대하여, 이하에 순서에 따라 나타내도록 한다.
유리조성 중의 SiO2(산화규소, 실리카) 성분은, 유리의 원자레벨의 척도에서의 그물코 구조의 골격을 구성하는 주요성분으로서, 그 함유량이 56질량%에 미치지 못할 경우에는 유리 표면의 화학적인 내구성에 기인하는 문제가 발생할 위험성이 커지므로 바람직하지 않다. 또한 그 함유량이 70질량%을 초과하면, 유리를 균질한 상태가 되도록 용해하여 균질한 커버유리를 얻기 위해 고가의 유리용융설비가 필요하게 된다.
유리조성 중의 Al2O3(산화알루미늄, 알루미나)성분은, 유리의 그물코 구조를 안정화시키기 위해 필요한 성분인 동시에 유리를 무기원료로부터 고온으로 가열 용융하여 용융유리로 할 때에 유리화 반응 초기의 용융성을 향상시키는 기능을 가지기 때문에 바람직한 성분 중의 하나이다. 또한 이 Al2O3성분은, 유리의 화학적 내구성을 향상시킬 수 있는 효과도 있다. 단, Al2O3의 함유량이 0.5질량%에 미치지 못하면 용융시의 초기 용해성의 향상이나 성형 후의 화학적 내구성의 향상에 있어서 현저한 변화를 확인하기 어렵게 된다. 또한 그 함유량이 18질량%을 초과하면, 용해성을 향상시키는 효능이 낮아지고, 오히려 유리 용융시의 용해성을 악화시키는 요인이 되는 경우까지도 있으며, 유리의 실투성(失透性)을 높여 결정 등의 생성이 쉽게 확인되는 경우도 있으므로, 바람직하지 않다. 이러한 관점에서 Al2O3의 함유량은 15질량% 이하로 하는 것이 보다 바람직하다.
유리조성 중의 B2O3(산화붕소)성분은, 유리를 가열할 때의 유리의 용융온도를 저하시켜 유리 용융시의 용해성능을 향상시키는 기능을 갖는 성분이다. 그러나, 그 유리 조성계에서는 5질량% 이상 함유함에 따라 그 효력이 발휘되므로 바람직하다. 한편 B2O3이 20질량%을 초과하면 용융시의 용융유리소재 표면으로부터 붕산성분이 증발되는 양이 많아지며, 그 결과, 용융유리를 유리물품으로서 성형한 후, 유리물품 내부가 균질하지 못하게 되는 원인이 되는 동시에 유리물품의 화학적 내구성에도 지장이 발생하는 경우도 있어 바람직하지 않다.
유리조성 중의 MgO(산화마그네슘)성분과 CaO(산화칼슘)성분과 ZnO(산화아연)성분과 SrO(산화스트론튬)성분과 BaO(산화바륨)성분의 합량에 관해서는, 이들 성분이 모두 유리의 내수성이나 용해성, 더욱이 굴절률, 투과율, 경도(硬度) 등의 각종 물성값을 원하는 성능으로 하기 위해 필요하게 되는 것이다. 그러나 이들 성분의 합량값이 0.1질량%에 미치지 못하면, 원하는 기능을 실현하기에 불충분한 경우가 많다. 또한 이 합량이 20질량%을 초과하면, 유리의 내후성이나 용융시의 용해성에 지장이 발생하는 경우가 많아지므로 바람직하지 않다. 또한 유리의 기계적인 강도에 관해서도, 20질량%을 초과하면 문제가 발생하는 경우가 있어 바람직하지 않다.
유리조성 중의 ZnO성분은, 판유리로서 성형된 후의 판유리 표면의 화학적 내구성을 장기간에 걸쳐 유지하고 유리 표면의 손상에 대한 내성을 향상시킴에 있어서, 유리 중에 첨가됨으로써 이러한 성능이 현저하게 개선됨을 확인할 수 있는 성분인데, 질량% 표시로 9%를 초과하는 양을 첨가하면, 오히려 화학적 내구성이 열화(劣化)되는 경우도 있어 바람직하지 않다.
유리 조성 중에서 알칼리 금속 원소의 산화물로서 나타내어지는 Li2O(산화리튬)성분과 Na2O(산화나트륨)성분과 K2O(산화칼륨)성분의 합량은, 피복막과의 가열시의 응력조정이나 고체촬상소자의 패키지 하우징과의 팽창수축에 의해 발생하는 열응력을 보상하기 위하여 커버유리의 선열팽창계수를 소정의 범위로 함으로써, 커버유리에 가해지는 열부하에 대하여 안정된 성능을 실현하는 기능을 부여하는데 유용한 성분이다. 그리고, 이들 성분의 합량이 1질량% 이상이면 무알칼리 유리와는 명확하게 구별할 수 있어, 유리의 용융작업에 무알칼리 유리만큼의 커다란 노력이 필요하지 않게 되고, 더욱이 선열팽창계수를 크게 변동시키는 효과를 용이하게 실현할 수 있기 때문에 적합하다. 그러나 18질량%을 초과하면 유리의 화학적 내구성, 특히 유리 표면의 내수성에 지장이 발생하기 때문에 바람직하지 않다.
또한, 본 발명의 고체촬상소자용 커버유리는, 무기산화물 유리가 무알칼리 유리이면, 고체촬상소자 패키지를 구성한 후의 높은 내후성을 실현하기에는 적합하다.
여기서, 무기산화물 유리가 무알칼리 유리라는 것은, 알칼리 금속 원소 성분인 Li, Na, K를 본질적으로 함유하지 않는 유리를 나타낸다. 여기서 본질적으로 함유하지 않는다는 것은, 유리조성 중의 알칼리 금속 원소인 Na(나트륨), K(칼륨), Li(리튬)과 같은 원소가 산화물 환산의 합량으로 0.1질량% 이하가 되는 것이다. 즉, 본 발명의 고체촬상소자용 커버유리에 대해서는, 그 용도에 따라 필요하게 되는 유리조성을 채용할 수 있으며, 유리물품 내에 함유되는 알칼리 성분이 유리 표면의 경시적인 내후성에 관련된 기능을 저해할 위험이 있어 유리용융작업에 노력을 요하는 경우에도, 그에 걸맞는 실익을 실현할 수 있다면 적합하다. 그리고 이 경우에는, 커버유리의 조성으로서 알칼리 금속 원소를 함유하지 않는 조성, 즉 무알칼리 유리조성을 사용할 수 있으며, 본 발명을 무알칼리 유리에 대하여 적용함으로써 원하는 기능을 실현할 수 있게 된다.
이러한 경우에 채용할 수 있는 무알칼리 유리의 조성으로서는, 산화물 환산 표시로 유리 내에 함유되는 각 성분을 표기하였을 경우에, 질량% 표시로 SiO2 53~61%, Al2O3 0.7~20%, B2O3 6~16%, RO 2~28%(RO=MgO+BaO), JO(JO=CaO+SrO) 0.1~15%이며, 유리 중의 OH기 함유량 50ppm~700ppm의 범위로 하는 것이 적합하다.
여기서, 무알칼리 유리의 조성에 대하여 SiO2은, 질량% 표시로 53%보다 적으면 화학적 내구성이 저하되는 경향이 있고, 한편 61%을 초과하면, 더욱이 알칼리 금속 원소가 함유되어 있지 않으므로, 용융유리의 점성이 높고, 그에 따라 불균질한 용융상태가 되기 쉬워, 저렴한 제조원가로 균질한 박판유리를 성형하기가 어려운 경우도 있어 바람직하지 않다.
또한, 무알칼리 유리의 조성에 대하여 Al2O3은, 질량% 표시로 0.7~20%의 범위 내로 하는 것이, 내전성(耐電性) 등 유리의 전기적인 성능이나 화학적인 성능에 있어서 조화를 이루게 되므로 적합하다.
유리조성 중의 MgO와 BaO의 합량에 대해서는, 질량% 표시로 2~28%의 범위 내로 하는 것이, 성형 후의 내약품성과 열팽창계수에 있어서 적합하며, 용융시 용융 유리로부터 결정이 석출되는 것을 회피할 수 있으므로 적합하다.
유리조성 중의 CaO와 SrO의 합량에 대해서는, 질량% 표시로 0.1~15%의 범위 내로 하는 것이, 성형 후의 내약품성, 열팽창계수, 혹은 저온점성과 같은 성질을 최적의 상태로 할 수 있어 적합하다.
유리 조성 중의 B2O3은, 유리의 용해성을 향상시키는 성분인데, 그 유리조성계에서는 질량% 표시로 6%이상 함유됨에 따라 그 효력이 발휘되므로 바람직하다. 한편, B2O3이 질량% 표시로 16%를 초과하면 용융시의 증발량이 증가하며, 유리가 불균질해지기 쉬워지므로 바람직하지 않다.
유리조성 중의 OH기 함유량에 대해서는, 적외분광광도계에 의해 적외역에서의 투과율을 계측함으로써 그 함유량을 특정할 수 있는데, 50ppm~700ppm의 범위 내로 하는 것이, 유리의 104dPa·sec보다 고온인 용융유리의 점성을 적절한 점성값으로 할 수 있고, 각종 성형방법에 의해 성형된 유리 표면에 대하여, 조성이 균질하고 평활한 표면상태를 갖는 유리 성형체를 얻을 수 있기 때문에 적합하다.
또한, 본 발명의 고체촬상소자용 커버유리의 조성은, 각 유리 조성에 있어서, 고순도 원료와 그 정비된 용융환경을 채용함으로써, U(우라늄), Th(토륨), Ra(라듐), Fe2O3, PbO, TiO2, MnO2, ZrO2 등의 불순물의 함유량이 정밀하게 제어되며, 특히 고체촬상소자용 커버유리의 자외선 근방의 투과율에 영향을 미치는 Fe2O3, PbO, TiO2, MnO2에 대해서는, 각각 1~100ppm의 오더로 관리되는 것이 바람직하다. 또한 α선에 의한 CCD 등의 소프트 에러의 원인이 되는 U, Th, Ra에 대해서는, 각각 0.1~10ppb의 오더로 관리할 수 있게 되어있다. 그리고, 이러한 관리에 의해 고체촬상소자용 커버유리의 α선 방출량은 0.5c/㎠·hr 이하로 할 필요가 있다.
본 발명의 고체촬상소자용 커버유리는, 유리원료 혼합물을 내열성 용기 내에서 용융하는 공정과, 얻어진 용융 유리를 판유리로 성형하는 공정과, 상기 판유리의 2개의 투광면 중 적어도 한쪽 면에 피복막을 형성하는 막형성 공정과, 2개의 투광면 중 적어도 한쪽 면에 피복막을 갖는 피복막이 부착된 판유리에 레이저를 사출하는 사출공정과, 사출공정 후의 판유리를 작은 유리조각으로 분할하는 공정을 가지며, 이 방법에 따르면, 커버유리의 단면 모두에 있어서 그 형상품위나 외관품위가 우수하고, 결락이나 크랙 등의 구조 결함이 쉽게 발생하지 않는 양면에 막이 부착된 상태의 박판유리를 얻을 수가 있다.
여기서, 유리원료 혼합물을 내열성 용기 내에서 용융하는 공정과, 얻어진 용융 유리를 판유리로 성형하는 공정과, 상기 판유리의 2개의 투광면 중 적어도 한쪽 면에 피복막을 형성하는 막형성 공정과, 2개의 투광면 중 적어도 한쪽 면에 피복막을 가지는 피복막이 부착된 판유리에 레이저를 사출하는 사출공정과, 사출공정 후의 판유리를 작은 유리조각으로 분할하는 공정을 갖는다는 것은, 다음과 같은 것이다. 즉, 내열성을 갖는 세라믹스제의 노벽(爐壁)이 구비된 유리용융로나 내열성을 갖는 백금 등의 귀금속제 유리용융포트 내에서 용융유리를 용융하여 균질한 상태로 하는 공정과, 이 공정에서 얻어진 균질한 상태의 용융유리를 성형장치에 의해 소정의 판 두께를 갖는 판유리로 성형하는 공정과, 성형된 판유리의 판 두께방향으로 대향되는 2개의 투광면 중 적어도 한쪽 면에 소정 재질의 피복막을 형성하는 공정과, 피복막 형성공정에서 얻어진 적어도 한쪽 면에 막이 형성된 판유리의 투광면에 대하여 레이저광을 조사함으로써 판유리에 레이저광에 의해 분단하기 위한 예비 균열선으로서의 조사자국(照射痕)을 남기는 공정과, 더욱이 예비 균열선에 대하여 분할하는 조작을 반복함으로써 레이저 조사된 후의 양면에 막이 부착된 판유리를 원래의 판유리보다 작은 용적의 판유리로 분단하는 공정을 갖는 것이다.
유리원료 혼합물을 내열성 용기 내에서 용융하는 공정에 대해서는, 용융 유리를 균질화하는 물리조작, 즉, 교반조작이나 버블링 등의 조작수단을 갖는 환경 하에서 유리를 균질화할 수 있는 것이라면, 용융유리로 가열하기 위한 가열수단이나 장치의 치수, 혹은 장치의 외형에 관해서는 어떠한 것을 사용하여도 무방하다.
또한 얻어진 용융유리를 판유리로 성형하는 공정에 대해서는, 투광면의 성형 정밀도를 소정의 정밀도로 할 수 있는 방법이라면, 어떠한 성형방법을 채용하여도 무방하다. 예컨대, 주형주입(鑄入)하여 성형함으로써 얻어진 블록재를 슬라이스하여 판유리로 하는 것이어도 무방하며, 금속주석욕(浴)을 이용한 플로우트법, 또한 다운드로우(downdraw) 성형법 등의 각종 성형방법을 채용하는 것이어도 무방하다.
상기 판유리의 2개의 투광면 중 적어도 한쪽 면에 피복막을 형성하는 막형성 공정에 대해서는, 상술한 바와 같이 각종 피복막 재료를 적절한 방법에 의해 박막형상으로 할 수 있는 것이라면, 어떠한 방법이라도 채용할 수 있다.
2개의 투광면 중 적어도 한쪽 면에 피복막을 갖는 피복막이 부착된 판유리에 레이저를 사출하는 사출공정에 대해서는, 소정의 출력조건으로 출력값이 한정된 레이저 광을 피복막과 유리판의 양자(兩者)에 조사함으로써 판유리에 직선형상의 예비 균열선을 생성시키는 것이라면, 어떠한 방법으로 레이저광을 조사하는 것이라도 채용할 수 있다.
또한 사출공정 후의 판유리를 작은 유리조각으로 분할하는 공정이란, 예비 균열선이 있는 판유리에 소정의 반복 조작을 실시함으로써, 예비 균열선의 균열 선단에 인장력을 가하여 하나의 판유리를 2개 이상의 작은 용적의 판유리로 분단하는 것이라면, 어떠한 방법에 의한 것이어도 무방하다.
본 발명의 고체촬상소자용 커버유리의 제조방법은, 용융유리를 판유리로 성형하는 공정이, 용융유리를 하방으로 동일 속도로 연신(延伸) 성형하여 판유리를 냉각 고형화하는 것임을 특징으로 한다. 판의 두께 치수의 정밀도나 판유리 투광면의 면정밀도가 높은 상태의 판유리를 연속하여 성형할 수 있다.
여기서, 용융 유리를 판유리로 성형하는 공정이, 용융 유리를 하방으로 연신 성형하여 판유리를 냉각 고형화(固化)하는 것은, 하방으로 연신(延伸) 성형하는 성형수단이 채용된 장치를 사용하여 판유리를 성형하는 것으로서, 고온상태의 용융 유리를 원하는 성형방법으로 성형할 때, 롤 등의 내열구조를 갖는 장치를 통해 용융 유리에 연신력을 인가하면서 연신함으로써, 소정의 표면 정밀도, 판 두께, 판 면적을 실현하는 방법으로 성형하는 것임을 의미한다. 예컨대, 연신 성형하는 방법으로는, 구체적으로 슬롯 다운드로우 성형법, 오버플로우 다운드로우 성형법(혹은 퓨전법), 롤아웃 성형법, 리드로우 성형법 등의 성형수단에 의해 판유리 형상으로 성형하는 방법을 나타낸다.
본 발명의 고체촬상소자용 커버유리의 제조방법은, 상술한 바에 더하여 작은 유리조각으로 분할하는 공정이 접어 분할하는 공정이면, 미리 형성된 분단을 위한 예비 균열선을 따라 정확한 형상이 되도록 분단 혹은 분할할 수 있어, 높은 치수 정밀도를 갖는 작은 판유리조각을 얻을 수 있어 바람직하다.
작은 유리조각으로 분할하는 공정이 접어 분할하는 공정이라는 것은, 예비 균열선이 있는 막이 부착된 판유리의 이면으로부터 소정의 가압력을 막이 부착된 판유리에 인가함으로써 막이 부착된 판유리를 접어 구부리도록 하여, 예비 균열선의 균열 선단에 적당한 인장력을 가하며, 그 결과로서 양면에 막이 부착된 판유리 1장을 막이 부착된 판유리 2장으로 분단하는 조작을 반복하여, 막이 부착된 판유리 1장을 막이 부착된 여러 장의 판유리조각으로 작게 분할해가는 공정을 말한다. 막이 부착된 판유리로는, 레이저 조사면만, 즉 가압력을 인가하는 면의 안쪽 면에 막이 부착되어 있어도 무방하고, 양면에 막이 부착되어 있어도 무방하지만, 최종적으로 양면에 막이 부착되어 있는 상태로 한다면, 제조효율의 측면에서는 미리 양면에 막이 부착되어 있는 것이 바람직하다.
접어 분할하는 조작에 대해서는, 분할된 각각의 판유리에 불필요한 응력이나 충격이 가해짐에 따라 판유리에 결락이나 흠집 등의 결함이 발생하거나 하는 일이 없도록 주의가 필요하고, 접어 분할할 때에 발생하는 미세한 분진이 판유리 표면에 부착되는 일이 없도록 충분히 유의할 필요가 있다.
(발명의 효과)
(1) 이상과 같이, 본 발명의 고체촬상소자용 커버유리는, 무기산화물 유리제의 박판형상의 고체촬상소자용 커버유리로서, 판 두께방향으로 대향되는 2개의 투광면 중 적어도 한쪽 면에 피복막을 가지고, 커버유리의 외주 단면이 레이저에 의해 절단된 면으로 이루어지며, 피복막이 레이저 절단 이전에 막형성되어 이루어지는 것이므로, 커버유리의 투광면에 형성된 피복막의 판유리에 대한 결합력이 높아져 판유리와 피복막의 계면이 높은 기계적 강도 및 경도를 갖는 상태가 되어, 피복막이 쉽게 박리되지 않게 된다.
(2) 또한 본 발명의 고체촬상소자용 커버유리는, 무기산화물 유리제의 박판형상의 고체촬상소자용 커버유리로서, 판 두께방향으로 대향되는 2개의 투광면 중 적어도 한쪽 면에 피복막을 가지며, 피복막의 외주단이, 투광면에 고정부착되어 이루어지는 것이라면, 판유리의 단면부에서 발생하는 각종 결함의 발생률을 저감시킬 수 있어 높은 품위를 갖게 된다.
(3) 또한 본 발명의 고체촬상소자용 커버유리는, 피복막이 반사 방지막이라면, 소정의 파장영역범위에 대한 커버유리의 투과율을 충분히 높은 상태로 할 수 있으므로, 고체촬상소자에 충분한 광량을 입사시킬 수 있어, 고체촬상소자의 성능을 설계 그대로의 우수한 품위로 할 수가 있다.
(4) 더욱이 본 발명의 고체촬상소자용 커버유리는, 피복막의 외주단이 레이저 절단에 따른 가열에 의해, 투광면에 고정부착되어 이루어지는 것이라면, 레이저 절단면에 커다란 요철이 형성되지 않기 때문에, 커버유리와 고체촬상소자를 수납하는 세라믹스 등의 기판과의 접착면적을 작게 할 수 있으며, 접착면적을 작게 하더라도 충분히 높은 접착강도를 실현할 수가 있다. 또한 고체촬상소자 패키지에 수납되는 고체촬상소자의 면적이 커지더라도 패키지 외형치수를 현저히 크게 할 필요없이, 패키지의 고체촬상소자가 수납되는 캐비티부의 면적을 대면적화함으로써 대응할 수 있게 된다.
(5) 또한 본 발명의 고체촬상소자용 커버유리는, 피복막이 광학박막이며, 막 두께가 0.01㎛∼100㎛의 범위에 있는 것이라면, 막이 부착된 판유리에 다양한 광학적 성능이 부여될 수 있도록 막 두께를 조정할 수 있다.
(6) 또한 본 발명의 고체촬상소자용 커버유리는, 커버유리의 외주 단면의 함몰부 깊이가 30㎛ 이하이며, 함몰부 길이가 500㎛ 이하이면, 커버유리 표면에 형성된 피막이 쉽게 박리되는 문제, 혹은 커버유리 자체의 기계적인 강도가 저하되는 문제를 억지(抑止)할 수 있다.
(7) 또한 본 발명의 고체촬상소자용 커버유리는, 고체촬상소자가 CCD 또는 CMOS이면, 정보휴대기기 등에 탑재되기 위해 필요하게 되는 박형의 고체촬상소자에 탑재되는 판 두께치수가 작은 고체촬상소자용 커버유리에도 대응할 수 있는 기계적인 성능에 대해서 안정된 품위를 갖는 것이 된다.
(8) 더욱이 본 발명의 고체촬상소자용 커버유리는, 무기산화물 유리제의 박판형상 유리의 조성이, 산화물 환산의 질량 백분율 표시로 SiO2 56~70%, Al2O3 0.5~18%, B2O3 5~20%, RO 0.1~20%(RO=MgO+CaO+ZnO+SrO+BaO), ZnO 0~9%, M2O 1~18%(M2O=Li2O+Na2O+K2O)을 함유하는 것이라면, 가시영역에 있어서의 투과율 성능이나 내수성, 내산성과 같은 화학적인 내구성 성능에 추가하여, 경량화의 기준이 되는 밀도가 충분히 낮은 유리재로 할 수 있으며, 더욱이 상응하는 경도를 갖는 재질로도 할 수 있기 때문에, 경량이면서 안정적인 강도성능을 갖는 커버유리를 구성할 수 있는 것이다.
(9) 본 발명의 고체촬상소자용 커버유리의 제조방법은, 유리원료 혼합물을 내열성 용기 내에서 용융하는 공정과, 얻어진 용융유리를 판유리로 성형하는 공정과, 상기 판유리의 2개의 투광면 중 적어도 한쪽 면에 피복막을 형성하는 막형성 공정과, 2개의 투광면 중 적어도 한쪽 면에 피복막을 갖는 피복막이 부착된 판유리에 레이저를 사출하는 사출공정과, 사출공정 후의 판유리를 작은 유리조각으로 분할하는 공정을 갖는 것이기 때문에, 작은 조각형상으로 판유리를 세분하기 위하여 절단한 후에 피복막을 작은 조각형상의 각각의 판유리에 형성하는 경우와 같은 복잡한 공정을 구축할 필요성이 없어, 효율적인 판유리의 제조를 실현할 수 있다.
(10) 또한 본 발명의 고체촬상소자용 커버유리의 제조방법은, 용융유리를 판유리로 성형하는 공정이, 용융유리를 하방으로 연신성형하여 판유리를 냉각 고형화하는 것이면, 모재(母材)인 판유리의 굴곡 등의 표면 품위를 적절하게 관리함으로써, 치수 정밀도에 대한 고객의 요구를 만족시킬 수 있는 용융유리의 정밀성형을 고속으로 수행할 수 있어, 높은 제조효율을 실현하며 시장요구에 부합되는 품위와 가격을 실현할 수가 있다.
(11) 또한 본 발명의 고체촬상소자용 커버유리의 제조방법은, 작은 유리조각으로 분할하는 공정이 접어 분할하는 공정이면, 작은 유리조각으로 분할하는 공정이 복잡해지지 않기 때문에, 관리가 쉽고, 결함이 있는 것도 용이하게 검출할 수 있게 되므로, 양품률(良品率)이 높은 공정으로 할 수가 있다.
도 1은 본 발명의 고체촬상소자용 커버유리의 단면에 관한 설명도이다.
도 2는 본 발명의 고체촬상소자용 커버유리의 설명도로서, (A)는 사시도, (B)는 부분단면도이다.
도 3은 제 1 가공 후의 막이 부착된 박판 형상 유리에 제 2 가공을 실시할 때의 가공방법에 대한 설명도이다.
* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *
1, 10 : 고체촬상소자용 커버유리 2 : 판유리의 단면
3, 11 : 판유리의 제 1 투광면 4, 12 : 판유리의 제 2 투광면
5, 13 : 제 1 가공면 6, 14 : 제 2 가공면
20 : 박판유리 30 : 라인 형상 헤드
C1 : 판유리의 제 1 투광면에 막형성된 피막
C2 : 판유리의 제 2 투광면에 막형성된 피막
G : 판유리 M : 작동방향
W : 판유리 단면의 함몰부의 능선방향의 길이 치수
H : 판유리 단면의 함몰부의 판유리 두께방향의 깊이 치수
L : 판유리 단면의 함몰부의 판유리 투광면 방향의 깊이 치수
이하, 본 발명의 고체촬상소자용 커버유리와 그 제조방법에 대하여, 실시예를 기초로 하여 자세히 설명한다.
실시예 1
본 발명의 고체촬상소자용 커버유리의 사시도(A)와 그 부분 확대 단면도(B)를 각각 도 2에 나타낸다.
도 2에서, 도면부호 10은 고체촬상소자용 커버유리, 11은 판유리(G)의 두께 방향으로 대향되는 2개의 투광면에 관한 제 1 투광면, 12는 제 1 투광면(11)에 대향되는 제 2 투광면, 13은 판유리의 측면 둘레(side periphery)인 제 1 가공면, 14는 판유리의 측면 둘레인 제 2 가공면, C1은 제 1 투광면에 형성된 피막, C2는 제 2 투광면에 형성된 피막을 각각 나타낸다.
상기 고체촬상소자용 커버유리(10)는, 그 유리 조성을 산화물 환산의 질량% 표시로 나타내면 SiO2 60%, Al2O3 14.7%, B2O3 11%, RO(RO=MgO+BaO) 3%, JO(JO=CaO+SrO) 11.3%, OH기 함유량 565ppm의 조성을 갖는 무알칼리 붕규산 유리로 이루어진 박판유리를 사용한 것, 혹은 SiO2 58~69%, Al2O3 0.5~15%, B2O3 5~20%, M2O(M2O=Li2O+Na2O+K2O) 1~20%, RO(RO=MgO+CaO+ZnO+SrO+BaO) 0.1~20%, ZnO 0~9%의 기본 조성을 갖는 알루미노 붕규산 유리로서, 광반도체 소자인 CMOS소자를 수납하는 패키지의 창문 판유리로서 이용되는 것이며, 이 CMOS소자의 용도는 휴대전화 등에 탑재하기 위한 것이다. 상기 고체촬상소자용 커버유리의 외형 치수는, 5㎜×5㎜×0.3㎜로 매우 작고, 상기한 바와 같이 판유리(G)의 대향되는 2개의 투광면 중 제 1 투광면(11)의 표면에 진공증착법을 채용함으로써, 두께 치수가 10㎛인 반사 방지막(AR 코트라고도 함 ; C1)이 균등한 두께로, 핀홀 등의 결함 등이 없는 상태가 되도록 형성되어 있다.
또한 제 1 투광면(11)에 대향되는 제 2 투광면(12)의 표면에는, 제 1 투광면(11)과 마찬가지로 진공증착법에 의해 두께 10㎛의 반사 방지막(C2)이 형성되어 있다.
2개의 투광면에 형성된 반사 방지막(C1, C2)은, 모두 상기 판유리(G)가 5㎜×5㎜의 투광면이 되도록 절단가공되기 전에 막형성된 것이기 때문에, 피복막이 판유리 측면의 일부에까지 돌아 들어가서 막형성되는 일은 없다. 상기 피복막의 조성은, SiOX-TiOX계열로 구성된 4층으로 이루어지는 것이다.
더욱이 상술한 판유리의 측면 둘레인 제 1 가공면(13)과 판유리의 측면 둘레인 제 2 가공면(14)은, 후술하는 바와 같이 레이저 조사와 그 이후의 가압이라는 2단계의 레이저 절단가공에 의하여 형성된 것이기 때문에, 그 표면에 큰 요철이 없으며, 그 결과 고체촬상소자용 패키지에 접착할 경우에 고체촬상소자용 패키지와 커버유리의 접착면적을 작게 할 수 있고, 그에 따라 패키지 전체의 외형치수를 작게 할 수도 있다. 또한 큰 면적을 갖는 고체촬상소자라 하더라도, 고체촬상소자를 수납하는 패키지의 캐비티부의 면적을 크게 하면 되므로, 패키지 외형 치수를 크게 하지 않으면서 대형의 고체촬상소자를 수납할 수 있게 된다. 더욱이 레이저 절단면에 큰 요철이 형성되지 않는 것이기 때문에, 판유리의 측면 둘레로부터 발생하는 먼지의 발생량을 억제할 수 있어 청정한 판유리를 얻을 수가 있다.
이하에서는 상기 고체촬상소자용 커버유리에 대하여, 그 제조방법을 설명한다.
우선, 소정의 유리 조성이 되도록, 미리 선정된 고순도의 유리원료를 칭량(秤量)한 후에 믹서 등의 분말혼합장치(도시생략)를 사용하여 혼합함으로써, 균질한 상태로 혼합된 혼합유리원료로 한다. 이 혼합유리원료는, 1000℃ 이상의 고온으로 유지된 내열성 용기(도시생략), 즉, 백금 등의 귀금속 혹은 세라믹스 등의 내화물로 구성된 유리용융로 내에 투입기에 의해 연속적으로 투입된다. 유리용융로 내에 투입된 혼합유리원료는, 유리용융로 내에서 고온으로 가열되어 유리화 반응을 일으키며, 러프(粗)용융상태의 용융유리가 된다. 이 러프(粗)용융상태의 용융유리는, 그 이후 교반조작이나 버블링 등 소정의 물리적인 균질화수단을 구사함으로써 균질한 상태의 용융유리가 된다.
이렇게 하여 얻어진 균질한 용융유리는, 내열성 용기에 설치된 성형장치(도시생략)로 유입된다. 여기서 성형장치로서는 두 종류의 형식이 있는데, 하나는 연신성형이 가능한 것이고, 다른 하나는 주형주입하여 성형함으로써 블록형상의 모재 유리를 작성한 후에 그것으로부터 판유리를 잘라 내는 것이다.
먼저 전자의 연신성형에 대하여 설명한다. 사용되는 판유리 성형장치는, 상부가 개구된 통형상의 용융유리 공급홈을 정상부(頂部)에 가지며, 이 유리 공급홈의 양쪽 벽의 정상부를 오버플로우의 둑으로 하고, 양쪽 벽의 외면부를 그 단면형상이 대략 쐐기(wedge)형이 되도록 양쪽 벽의 외면부들을 하방을 향해 서로 접근시켜 하단에서 종결시킨 성형체를 구비한다. 용융로 내에서 균질화된 용융유리는, 유리 공급홈의 일단을 통해 연속적으로 공급되어 양쪽 벽 정상부의 능선으로부터 오버플로우되어, 성형체의 양쪽 벽의 외면을 따라 흘러내리며 대략 쐐기형상의 하단에서 합류되어 1장의 판유리 상태가 된다. 용융유리의 온도나 연신속도 등의 여러 조건을 적정하게 조정함으로써, 하부에 부착된 취출(取出) 내열성 롤러에 의해 소정의 속도로 인출하여 용융유리를 하방으로 동일 속도로 연신성형함으로써 냉각 고형화하여 판유리의 성형두께치수를 적절히 최적의 상태로 할 수 있다. 이렇게 하여 성형된 띠형상의 박판유리를 소정의 길이로 스크라이브(scribe) 절단함으로써 박판유리 모재로 한다.
또한, 후자의 주형주입하여 성형함으로써 얻어진 모재의 블록에 대해서는, 유리지립(遊離砥粒)을 사용하는 와이어 절단장치 등의 소정의 절단장치를 사용하여 블록을 박판유리형상으로 절단한다. 그 다음에 얻어진 절단된 모재 유리를 인공피혁이 구비된 회전 연마기(도시생략)를 사용하여 산화세륨 등의 유리지립이 물 등에 분산된 슬러리를 자동 공급하면서 연마가공하여 그 표면 거칠기가 Ra값으로 1.1㎚인 경면(鏡面)이 될 때까지 판유리 양면을 연마가공하고, 세정, 건조함으로써, 경면상태의 박판유리 모재로 한다.
이상과 같은 두 종류의 방법에 의하여 제조될 수 있는 박판유리 모재의 치수는 세로:50~600㎜, 가로:50~600㎜, 판 두께:0.1~50㎜의 범위에서 성형할 수 있고, 필요에 따라 변경할 수 있다.
이상과 같이 하여 얻어진 박판유리 모재는, 그 판 두께방향으로 대향되는 투광면의 2개의 표면(11, 12)에 진공증착장치를 사용하여 SiOX-TiOX 계열로 구성된 4층의 반사 방지막(C1, C2)이 형성되는 막형성 공정을 거쳐, 피복막이 판 두께방향으로 대향되는 2개의 투광면에 시공된 피막이 형성된 판유리 모재가 얻어지게 된다.
피막이 형성된 판유리 모재, 즉, 2개의 투광면에 피복막을 형성하는 막형성 공정을 통하여 피복막이 2면에 형성된 판유리를 작은 유리조각으로 하기 위해서는 다음과 같은 절차를 밟는다.
우선, 탄산가스 레이저에 의한 열가공 레이저 절단장치를 사용하여, 피막이 형성된 판유리 모재의 판 두께방향의 20%의 두께까지 막형성된 면 위에, 분할 예비선으로서 레이저 빔 이동속도 180±5㎜/sec 혹은 220±5㎜/sec, 레이저 출력 120±5W 혹은 160±5W의 조건으로 바둑판 눈금 형상의 제 1 가공을 수행한다. 이와 같이 제 1 가공이 수행됨으로써 형성된 면은, 절단 후에 도 2(A)에서의 제 1 가공면(13)이 된다.
다음으로, 도 3에 개념적으로 나타낸 바와 같이, 박판유리(20)의 제 1 가공면(13)이 있는 투광면(11)에 대하여, 그 반대쪽의 막형성된 투광면(12)에 대하여 금속제의 라인형상 헤드(30)를 작동방향(M)으로 이동시키고, 동시에 박판유리(20)의 제 1 가공면(13)쪽의 막형성된 투광면(12)을 지그(도시생략)로 누름으로써 박판유리(20)의 제 1 가공면(13)에 적절한 응력을 가하여, 가압(押壓)속도 1×10-3m/sec으로 가압하여 분할한다. 이와 같이 제 2 가공인 할단 조작을 수행함으로써, 제 1 가공에 의해 형성된 파단(破斷)의 기원이 되는 예비선을 따라 분할된 스트립(strip) 형상의 판유리가 얻어진다. 이 제 2 가공에 의해 형성된 것이, 도 2(A)에서의 제 2 가공면(14)이다. 이와 같이 가압 분할 가공된 스트립형상의 판유리는, 각각 진공 핀셋(도시생략)을 이용하여 다음 공정으로 운반된다. 그리고, 스트립형상의 판유리를 다시 가압 분할 가공함으로써, 최종적인 고체촬상소자용 커버유리가 얻어지게 된다.
이렇게 하여 얻어진 고체촬상소자용 커버유리는, 제 1 가공면(13)을 형성할 때 이루어진 레이저 조사에 의해, 투광면(11)의 피복막(C1)의 외주단에 있어서 피복막(C1)이 레이저 가열에 의해 유리 표면(11)과 강고하게 고정부착된 상태가 되기 때문에, 투광면 상의 피복막은 쉽게 박리되지 않게 된다.
이어서, 상술한 바와 같은 제조방법에 의해 얻어진 본 발명의 고체촬상소자용 커버유리에 대하여, 그 단면에 발생하는 결락 등에 기인하는 함몰부 결함의 치수에 대해 조사한 결과를 표 1에 정리하여 나타낸다. 이와 같은 커버유리에 관한 계측은, 미리 10만장의 커버유리를 검사하고, 그 검사를 통해 단면부에 함몰부가 있는 것으로 확인된 커버유리만을 모은 후, 추가로 그 함몰부의 크기를 확인하기 위하여 전자현미경으로 계측한 것이다.
표 1에서, 시료 No.1∼No.17은 제 1 투광면과 제 1 가공면의 경계인 능선을 포함하는 부분에 발생된 결락 등의 함몰부 결함이 있는 것이고, 시료 No.18∼No.26은 제 2 투광면과 제 2 가공면의 경계인 능선을 포함하는 부분에 발생된 결락 등의 함몰부 결함이 있는 것이다.
[표 1]
Figure 112009039036554-pct00001
상기 표 1에서 알 수 있는 바와 같이, 함몰부의 능선방향 길이(W)는 10㎛∼280㎛ 범위의 치수값으로서, 모두 500㎛ 이하의 치수이다. 또한 함몰부의 판유리 투광면방향의 깊이 치수(L)는, 모두 판유리 두께방향의 깊이 치수(H)보다 크며 2㎛∼17㎛ 범위의 치수값으로서, 30㎛ 이하이다.
이와 같이 본 발명의 고체촬상소자용 커버유리는, 큰 치수의 결락과 같은 함몰부 결함이 없는 조정된 형상 치수를 가지고 있어, 높은 치수 안정성을 가진 우수한 커버유리로서, 함몰부에 기인하는 강도의 저하나 막의 박리도 잘 발생하지 않는 구성으로 이루어진다.

Claims (11)

  1. 무기산화물 유리제의 박판형상의 고체촬상소자용 커버유리로서,
    판 두께방향으로 대향되는 2개의 투광면 중 적어도 한쪽 면에 피복막을 가지고, 커버유리의 외주 단면이 레이저에 의해 절단된 면으로 이루어지며, 피복막이 레이저 절단 이전에 막형성되어 이루어지고,
    상기 피복막의 외주단이 레이저에 의한 가열에 의해, 투광면에 고정부착되어 이루어지는 것을 특징으로 하는 고체촬상소자용 커버유리.
  2. 삭제
  3. 제 1항에 있어서,
    피복막이 반사 방지막인 것을 특징으로 하는 고체촬상소자용 커버유리.
  4. 삭제
  5. 제 1항 또는 제 3항에 있어서,
    피복막이 광학박막으로서, 막 두께가 0.01㎛∼100㎛의 범위에 있는 것을 특징으로 하는 고체촬상소자용 커버유리.
  6. 제 1항 또는 제 3항에 있어서,
    커버유리의 외주 단면의 함몰부 깊이가 30㎛ 이하이며, 또한 함몰부 길이가 500㎛ 이하인 것을 특징으로 하는 고체촬상소자용 커버유리.
  7. 제 1항 또는 제 3항에 있어서,
    고체촬상소자가 CCD(Charge Coupled Device, 전하결합소자) 또는 CMOS(Complementary Metal Oxide Semiconductor, 상보성 금속 산화막 반도체)인 것을 특징으로 하는 고체촬상소자용 커버유리.
  8. 제 1항 또는 제 3항에 있어서,
    무기산화물 유리제의 박판형상 유리의 조성이, 산화물 환산의 질량 백분율 표시로 SiO2 56~70%, Al2O3 0.5~18%, B2O3 5~20%, RO 0.1~20%(RO = MgO+CaO+ZnO +SrO+BaO), ZnO 0~9%, M2O 1~18%(M2O = Li2O+Na2O+K2O)을 함유하는 것을 특징으로 하는 고체촬상소자용 커버유리.
  9. 유리원료 혼합물을 내열성 용기 내에서 용융하는 공정과, 얻어진 용융유리를 판유리로 성형하는 공정과, 상기 판유리의 2개의 투광면 중 적어도 한쪽 면에 피복막을 형성하는 막형성 공정과, 2개의 투광면 중 적어도 한쪽 면에 피복막을 갖는 피복막이 부착된 판유리에 레이저를 사출하고, 상기 레이저에 의한 가열에 의해, 상기 피복막의 외주단을 투광면에 고정부착시키는 사출공정과, 사출공정 후의 판유리를 작은 유리조각으로 분할하는 공정을 갖는 것을 특징으로 하는 고체촬상소자용 커버유리의 제조방법.
  10. 제 9항에 있어서,
    용융유리를 판유리로 성형하는 공정이, 용융유리를 하방으로 연신성형하여 판유리를 냉각 고형화하는 것임을 특징으로 하는 고체촬상소자용 커버유리의 제조방법.
  11. 제 9항 또는 제 10항에 있어서,
    작은 유리조각으로 분할하는 공정이 접어 분할하는 공정임을 특징으로 하는 고체촬상소자용 커버유리의 제조방법.
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