KR20240026814A - 사파이어 커버 윈도우의 제조방법 및 이에 의해 제조된 사파이어 커버 윈도우 - Google Patents

Abstract

본 발명은 커버 윈도우의 제조방법 및 그에 의해 제조된 커버 윈도우에 관한 것으로, 사파이어 웨이퍼를 준비하는 단계와, 레이저를 이용하여 상기 사파이어 웨이퍼에 셀외곽 가공부를 형성하는 단계와, 상기 셀외곽 가공부를 선택적으로 습식에칭하여 상기 사파이어 웨이퍼에 에칭부를 형성하는 단계 및 상기 에칭부가 형성된 사파이어 웨이퍼를 가압하여 상기 사파이어 웨이퍼로부터 셀을 분리하는 단계를 포함하는 사파이어 커버 윈도우의 제조방법 및 이에 의해 제조되는 사파이어 커버 윈도우를 기술적 요지로 한다. 이에 의해 본 발명은 사파이어 웨이퍼(Sapphire Wafer)를 이용한 커버 윈도우의 제조시에 웨이퍼 상태에서 전체 공정이 가능하여, 양산성 및 수율을 획기적으로 개선시킨 것이다. 특히 본 발명에 따른 웨이퍼 레벨 공정을 통하여 카메라 커버 윈도우 또는 스마트워치(Smart Watch)용 커버 윈도우와 같은 30mm 이하의 소형 제품의 제조시에 획기적으로 생산성을 높이고 고품질의 제품을 제공할 수 있게 된다.

Description

사파이어 커버 윈도우의 제조방법 및 이에 의해 제조된 사파이어 커버 윈도우{Manufacturing Method Sapphire Cover Window and Sapphire Cover Window thereby}

본 발명은 커버 윈도우의 제조방법 및 이에 의해 제조된 커버 윈도우에 관한 것으로서, 웨이퍼 상태에서 공정이 이루어지는 사파이어 커버 윈도우의 제조방법 및 이에 의해 제조된 사파이어 커버 윈도우에 관한 것이다.

일반적으로 커버 윈도우는 디스플레이 패널 등의 보호나 카메라 모듈을 보호하기 위해 디스플레이 또는 카메라 모듈의 전면 상에 결합된다.

기본적으로 투명도가 높고, 내구성 및 내스크래치성을 만족하여야 하므로, 강화유리를 이용한 글래스 기반의 커버 윈도우가 널리 사용되어져 왔다.

고가의 휴대용 단말기에 따른 고성능의 카메라 모듈이 제공되면서 보다 뛰어난 내구성 및 내스크래치성에 대한 요구가 있으며, 이를 위해 사파이어를 이용한 커버 윈도우에 대한 연구도 이루어지고 있다.

사파이어는 강화유리보다 표면 경도가 높고, 물리적, 화학적으로 안정된 소재로 알려져 있어서, 특히 카메라 모듈용 커버 윈도우로 매우 유용하게 활용될 수 있다.

이러한 사파이어는 높은 표면 경도의 특성을 가지고 있어, 이를 특정 형상으로 가공하기 위해서는 다이아몬드 휠을 이용하거나 레이저를 이용하여 절단 공정을 거치게 된다.

기존의 커버 윈도우 제조 공정은, 사파이어 웨이퍼를 셀 단위로 절단하고, 단위 셀 상태에서 후속 공정(인쇄층 등의 형성 공정)이 진행되는 셀 공정(Cell Process)으로 진행되고 있다.

도 1은 카메라 커버 윈도우 제작을 위한 기존의 셀 공정에 대한 모식도를 나타낸 것으로, 먼저 사파이어 웨이퍼를 준비한 후(a), 셀 단위로 절단(b)하고, 세정공정을 위한 세정용지그에 셀들을 갈아 끼운 후 1차 세정공정(c)을 수행한다. 그리고, 인쇄공정을 위한 인쇄용지그에 셀들을 갈아 끼워 인쇄공정(d)을 수행하고, 세정공정을 위한 세정용지그에 셀들을 다시 갈아 끼운 후 2차 세정공정(e)을 수행한다. 그리고, AR 코팅 공정을 위한 AR 코팅 지그(f), 반대면에 AF 코팅 공정을 위한 AF 코팅 지그(g)에 셀들을 갈아 끼운 후 각각의 공정을 수행하고, 최종 셀을 분리(h)한다.

즉, 기존의 셀 공정은 셀외곽을 따라 다이아몬드 휠 또는 레이저를 이용하여 완전히 절단하고, 더미 부분을 분리하여 셀 단위로 형성한 후 상기의 후속 공정이 이루어지는 것이다.

도 1에 도시한 바와 같이, 카메라 커버 윈도우를 제조하는 경우, 상기 각각의 공정 특성상 셀의 방향을 바꾸면서 계속적으로 서로 다른 지그를 사용해야만 한다.

예컨대, 세정공정에서는 셀의 양쪽면이 세정되어야 하고, 인쇄공정은 셀의 배면(뒷면)에 인쇄층을 형성하는 것이고, AR 코팅공정은 셀의 배면(뒷면) 또는 양면에 AR 코팅층을 코팅하는데, 진공증착기의 천장에 부착하기 때문에 셀이 자중에 의해 떨어지지 않는 구조로 지그를 설계해야 하며, AF 코팅공정은 셀의 전면(앞면)에 AF 코팅층을 코팅하여야 하기 때문에, 각 공정의 지그는 서로 호환이 되지 않는다.

이와 같이 지그가 호환이 되지 않으면 각 공정이 시작하고 끝날 때마다 지그에 셀을 넣고 빼는 수많은 핸들링이 필요하여 효율성이 매우 낮게 된다.

또한, 셀 단위로의 인쇄공정, AR 코팅 공정 및 AF 코팅 공정을 진행하는 과정 자체에서도 셀 간 품질의 차이나 공정 불량률이 발생할 가능성이 높아지게 된다.

특히 셀의 크기가 큰 경우보다 셀의 크기가 30mm 이하의 소형인 경우에는 셀을 핸들링 하기가 어려우므로 상기 지그들을 사용하여야 하며, 이를 위해 지그에 셀을 한 개씩 로딩하고 공정이 끝나면 언로딩하는 작업을 계속 반복하여야 한다.

이와 같이 소형 셀의 경우 상기 문제점이 더욱 두드러지게 되며, 수율 저하 및 불량률이 더욱 높아지면서, 생산 단가의 급상승을 초래하게 된다.

대한민국특허청 등록특허 10-1749598호. 대한민국특허청 등록특허 10-1570658호.

본 발명은 상기 필요성에 의해 도출된 것으로서, 사파이어 웨이퍼(Sapphire Wafer)를 이용하여 셀 제조시 웨이퍼 상태에서 공정이 이루어지는 사파이어 커버 윈도우의 제조방법 및 이에 의해 제조된 사파이어 사파이어 커버 윈도우의 제공을 그 목적으로 한다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 사파이어 웨이퍼를 준비하는 단계와, 레이저를 이용하여 상기 사파이어 웨이퍼에 셀외곽 가공부를 형성하는 단계와, 상기 셀외곽 가공부를 선택적으로 습식에칭하여 상기 사파이어 웨이퍼에 에칭부를 형성하는 단계 및 상기 에칭부가 형성된 사파이어 웨이퍼를 가압하여 상기 사파이어 웨이퍼로부터 셀을 분리하는 단계를 포함하는 사파이어 커버 윈도우의 제조방법 및 이에 의해 제조되는 사파이어 커버 윈도우를 기술적 요지로 한다.

또한, 상기 셀외곽 가공부를 형성하는 단계는, 피코초 레이저(Pico Second Laser) 또는 펨토초 레이저(Femto Second Laser)를 사용하는 것이 바람직하다.

또한, 상기 셀외곽 가공부는, 상기 레이저에 의한 에너지가 상기 사파이어 웨이퍼에 수직 방향으로 전달되어 셀외곽을 따라 형성되는 변질부를 포함하는 것이 바람직하다.

또한, 상기 변질부는, 상기 사파이어 웨이퍼에 수직방향으로 형성되며 셀외곽을 따라 형성되며, 1 ~ 5㎛ 간격의 복수개의 관통부를 포함하는 것이 바람직하다.

또한, 상기 변질부는, 상기 관통부 형성시 전파되는 충격에 의해 상기 관통부 주변부에 형성되는 크랙을 포함하는 것이 바람직하다.

또한, 상기 에칭부를 형성하는 단계는, 에칭액으로 NaOH 수용액 또는 KOH 수용액을 사용하거나, 이들을 혼합하여 사용하는 것이 바람직하다.

또한, 상기 에칭액으로 NaOH 수용액을 사용하는 경우, NaOH 수용액의 농도 50 ~ 95%, 130 ~ 220℃의 온도에서, 1 ~ 48시간 동안 습식에칭이 진행되는 것이 바람직하다.

또한, 상기 에칭액으로 KOH 수용액을 사용하는 경우, KOH 수용액의 농도 40 ~ 90%, 130 ~ 220℃의 온도에서, 10분 ~ 20시간 동안 습식에칭이 진행되는 것이 바람직하다.

또한, 상기 에칭부에는, 셀외곽을 따라 셀 간 또는 셀과 더미 간의 갭이 형성되는 것이 바람직하다.

또한, 상기 갭은, 셀의 표면으로부터 일정 깊이 및 셀의 측면으로부터 일정 폭을 갖는 챔퍼를 포함하는 것이 바람직하며, 상기 챔퍼는 상기 챔퍼의 깊이는 상기 사파이어 웨이퍼의 두께 대비 10 ~ 50%로 형성되고, 상기 챔퍼의 폭은 1 ~ 50㎛로 형성된 것이 바람직하다.

또한, 상기 셀외곽 가공부를 형성하는 단계는, 셀의 크기 L과 셀 간의 간격인 셀스페이싱(Cell Spacing) S는, 0 ≤ S ≤ L을 만족하도록 셀외곽 가공부를 형성하는 것이 바람직하다.

또한, 상기 에칭부를 형성하는 단계 이후에, 상기 사파이어 웨이퍼 상에 BM 인쇄층, AR코팅층 및 AF코팅층 중 어느 하나 또는 둘 이상 형성하는 것이 바람직하다.

또한, 셀의 크기 L과 사파이어 웨이퍼 두께 T는, 10T ≤ L ≤ 250T를 만족하는 것이 바람직하다.

이와 같이 본 발명은 전체 공정을 사파이어 웨이퍼 상태에서 구현한 후, 셀단위로 분리하는 것으로, 상기 제조방법에 의해 제조된 30mm 이하 크기를 갖는 사파이어 커버 윈도우를 제공하는데 유용하다.

본 발명은 사파이어 웨이퍼(Sapphire Wafer)를 이용한 커버 윈도우의 제조시에 웨이퍼 상태에서 전체 공정이 가능한 사파이어 커버 윈도우의 제조방법 및 이에 의해 제조된 사파이어 커버 윈도우를 제공한다.

본 발명은 사파이어 웨이퍼에 레이저를 이용하여 셀외곽 가공부를 형성하고 습식에칭 공정에 의해 셀외곽 가공부를 선택적으로 에칭하여 에칭부를 형성함으로써, 웨이퍼 상태에서 전체 공정을 완료하고, 셀을 분리할 수 있어 양산성 및 수율을 획기적으로 개선시킨 것이다.

즉, 본 발명에서는 셀외곽 가공부 즉, 레이저의 에너지를 흡수하여 변형(관통부, 크랙)되거나 약해진 부분인 변질부를 중심으로 습식에칭이 선택적으로 진행되는 것으로, 레이저 가공과 습식에칭의 공정 조건을 최적화하여 후속 공정 진행 중 셀이 분리되지 않고 웨이퍼 상태를 유지하는 웨이퍼 레벨 프로세스(Wafer Level Process, WLP)가 가능하도록 한 것이다.

또한, 상기 웨이퍼 레벨 프로세스는 지그 자체가 필요없고, 웨이퍼 자체가 지그의 역할을 하기 때문에 각 공정과 공정 사이에 셀의 지그에의 로딩, 언로딩 공정이 필요없어 공정이 획기적으로 단순해진다.

또한 본 발명에 따른 사파이어 웨이퍼를 이용한 사파이어 커버 윈도우의 제조공정은, 기존의 글래스 기판의 커버 윈도우 제조 공정에 비해 강화 공정, 마스킹 공정 등이 필요하지 않아, 공정을 더욱 단순화시킨 장점이 있다.

이에 따라 제조된 사파이어 커버 윈도우는 셀외곽을 따라 에칭부가 형성되고, 특히 모서리에 챔퍼를 형성하여, 셀분리시 칩핑이나 크랙의 발생을 최소화하고, 내구성 및 내스크래치성이 개선된 커버 윈도우로 적용할 수 있다.

특히 본 발명에 따른 웨이퍼 레벨 공정을 통하여 카메라 커버 윈도우 또는 스마트워치(Smart Watch)용 커버 윈도우와 같은 30mm 이하의 소형 제품의 제조시에 획기적으로 생산성을 높이고 고품질의 제품을 제공할 수 있게 된다.

도 1 - 종래의 셀 공정(Cell Process)에 대한 모식도.
도 2 - 본 발명의 일실시예에 따른 웨이퍼 레벨 공정(Wafer Level Process, WLP)에 대한 모식도.
도 3 - 본 발명의 일실시예에 따라 사파이어 웨이퍼에 셀외곽(셀라인)을 형성한 모식도.
도 4 - 본 발명의 일실시예에 따른 셀외곽 가공부 형성 공정(a) 및 에칭부 형성 공정(b)에 대한 모식도.
도 5 - 본 발명의 일실시예에 따라 제조된 사파이어 커버 윈도우의 측면에 대한 모식도.
도 6 - 본 발명의 일실시예에 따라 셀무게에 따른 셀과 더미 간의 마찰력에 대한 상관 관계를 나타낸 모식도.
도 7 - 본 발명의 일실시예에 따라 형성된 레이저 가공 후 형성된 사파이어 웨이퍼의 정면에 대한 전자현미경 사진을 나타낸 도.
도 8 - 본 발명의 일실시예에 따라 형성된 습식에칭 후 형성된 사파이어 웨이퍼의 정면에 대한 전자현미경 사진을 나타낸 도.
도 9 - 본 발명의 다양한 실시예에 따른 셀의 정면 및 측면에 대한 광학현미경 사진을 나타낸 도.
도 10 - 본 발명의 일실시예에 따라 제조된 사파이어 커버 윈도우에 대한 사진을 나타낸 도.
도 11 - 종래의 셀공정(Cell Process)에 따른 셀의 정면에 대한 전자현미경 사진을 나타낸 도.
도 12 - 웨이퍼 레벨 프로세스를 진행하면서 습식에칭 공정을 충분히 실시하지 않은 경우, 셀의 외곽 부분을 광학현미경으로 확대한 사진을 나타낸 도.
도 13 - 본 발명의 일실시예에 따른 셀의 정면에 대한 전자현미경 사진을 나타낸 도.
도 14 - 본 발명의 다양한 실시예에 따른 셀의 측면(상부)에 대한 전자현미경 사진을 나타낸 도.
도 15 - 본 발명의 일실시예에 따른 각 공정 완료 후 웨이퍼 및 제품에 대한 실사진을 나타낸 도.
도 16 - 도 15에 따른 셀 분리가 완료된 후 남은 더미 사진을 나타낸 도.

본 발명은 커버 윈도우의 제조방법 및 이에 의해 제조된 커버 윈도우에 관한 것으로서, 사파이어 웨이퍼(Sapphire Wafer) 상태에서 공정이 이루어지는 사파이어 커버 윈도우의 제조방법 및 이에 의해 제조된 사파이어 커버 윈도우에 관한 것이다.

본 발명은 사파이어 웨이퍼에 레이저를 이용하여 셀외곽 가공부를 형성하고 습식에칭 공정에 의해 셀외곽 가공부를 선택적으로 에칭하여 에칭부를 형성함으로써, 웨이퍼 상태에서 전체 공정을 완료하고, 셀을 분리할 수 있어 양산성 및 수율을 획기적으로 개선시킨 것이다.

이에 따라 제조된 사파이어 커버 윈도우는 셀외곽을 따라 에칭부가 형성되고, 특히 모서리에 챔퍼를 형성하여, 셀분리시 칩핑이나 크랙의 발생을 최소화하고, 내구성 및 내스크래치성이 개선된 커버 윈도우로 적용할 수 있다.

이하에서는 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 대해 상세히 설명하고자 한다. 도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 웨이퍼 레벨 공정(Wafer Level Process, WLP)에 대한 모식도이고, 도 3은 본 발명의 일실시예에 따라 사파이어 웨이퍼에 셀외곽(셀라인)을 형성한 모식도이고, 도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 셀외곽 가공부 형성 공정(a) 및 에칭부 형성 공정(b)에 대한 모식도이고, 도 5는 본 발명의 일실시예에 따라 제조된 사파이어 커버 윈도우의 측면에 대한 모식도이고, 도 6은 본 발명의 일실시예에 따라 셀무게에 따른 셀과 더미 간의 마찰력에 대한 상관 관계를 나타낸 모식도이고, 도 7은 본 발명의 일실시예에 따라 형성된 레이저 가공 후 형성된 사파이어 웨이퍼의 정면에 대한 전자현미경 사진을 나타낸 도이고, 도 8은 본 발명의 일실시예에 따라 형성된 습식에칭 후 형성된 사파이어 웨이퍼의 정면에 대한 전자현미경 사진을 나타낸 도이고, 도 9는 본 발명의 다양한 실시예에 따른 셀의 정면 및 측면에 대한 광학현미경 사진을 나타낸 도이고, 도 10은 본 발명의 일실시예에 따라 제조된 사파이어 커버 윈도우에 대한 사진을 나타낸 도이고, 도 11은 종래의 셀공정(Cell Process)에 따른 셀의 정면에 대한 전자현미경 사진을 나타낸 도이고, 도 12는 종래의 셀공정에 따라 제조된 셀의 외곽 부분을 광학현미경으로 확대한 사진을 나타낸 도이고, 도 13은 본 발명의 일실시예에 따른 셀의 정면에 대한 전자현미경 사진을 나타낸 도이고, 도 14는 본 발명의 다양한 실시예에 따른 셀의 측면(상부)에 대한 전자현미경 사진을 나타낸 도이고, 도 15는 본 발명의 일실시예에 따른 각 공정 완료 후 웨이퍼 및 제품에 대한 실사진을 나타낸 도이고, 도 16은 도 15에 따른 셀 분리가 완료된 후 남은 더미 사진을 나타낸 도이다.

도 2에 도시한 바와 같이, 본 발명에 따른 사파이어 커버 윈도우의 제조방법은, 사파이어 웨이퍼를 준비하는 단계와, 레이저를 이용하여 상기 사파이어 웨이퍼에 셀외곽 가공부를 형성하는 단계와, 상기 셀외곽 가공부를 선택적으로 습식에칭하여 상기 사파이어 웨이퍼에 에칭부를 형성하는 단계 및 상기 에칭부가 형성된 사파이어 웨이퍼를 가압하여 상기 사파이어 웨이퍼로부터 셀을 분리하는 단계를 포함한다.

본 발명에 따른 사파이어 웨이퍼는 잉곳(Ingot)을 다이아몬드톱을 사용해 필요한 두께의 평면 웨이퍼로 절단 후 연마폴리싱하여 사용하고 있다. 일반적으로 4인치 정도의 크기의 웨이퍼를 많이 사용하며, 12인치까지도 본 발명에서 사용이 가능하다.

본 발명의 일실시예에 따른 카메라 커버 윈도우의 경우 두께가 0.3 ~ 1.0mm 정도로, 두께가 얇기 때문에 지름이 너무 큰 잉곳은 웨이퍼로 만들 때 가공 수율이 낮아져 보통 4인치 내외가 적당하다. 따라서, 커버 윈도우의 두께나 크기에 따라, 가공 수율을 고려하여 적절한 크기의 웨이퍼를 사용한다.

도 2 및 도 3에 도시한 바와 같이, 본 발명의 일실시예에 따른 사파이어 웨이퍼(100)는 4인치(100mm) 원형으로, 10mm 지름 정도의 원형 셀(200)을 형성하고자 한다. 수율을 고려하고, 웨이퍼 상태로의 유지를 위해 셀 간의 간격인 셀스페이싱(Cell Spacing, S)을 적절히 둘 수 있다. 일반적으로 셀스페이싱은 더미 영역으로 표현되며, 셀스페이싱은 웨이퍼 및 셀의 형태에 따라 다양한 값을 가질 수도 있으나, 공정 조건이나 제품 사양에 따라서 셀스페이싱이 없을 수도 있다.

본 발명의 일실시예에 따라 원형의 셀을 형성하고자 하는 경우, 셀스페이싱(S)은 인접하는 셀 간의 중심을 연결하는 선 상에서 인접하는 셀 외곽 사이의 간격을 의미한다.

도 3의 실시예에 따른 사파이어 웨이퍼(100)는, 방향 표시를 위해 일측에 플랫(Flat)한 부분이 대략 30mm 정도의 크기로 형성되고, 셀스페이싱은 대략 2.0mm, 셀(200)의 지름은 대략 10mm로, 사파이어 웨이퍼 당 셀을 51개 정도 제조하고자 한다.

도 3에서 셀(200)의 형상으로 도시한 라인이 셀외곽(210) 또는 셀라인(Cell Line)이 되며, 본 발명에서는 셀의 테두리(셀의 표면에서의 테두리 또는 셀의 측면 둘레)로의 의미로 사용된다.

이러한 셀의 형상은 제품 사양에 따라 원형, 사각형, 타원형 등 다양하게 형성될 수 있다.

이와 같이 사파이어 웨이퍼가 준비(도 2(a))되면 레이저를 이용하여 사파이어 웨이퍼(100)에 셀외곽 가공부(300)를 형성한다(도 2(b)). 즉, 도 2 및 도 3에서 셀의 형상으로 도시한 셀외곽(210)을 따라 셀외곽 가공부(300)를 형성하는 것이다.

사파이어 웨이퍼를 얼라인하고, 셀외곽을 따라 레이저가 조사되도록 레이저 시스템을 설계한다. 예컨대, 레이저의 에너지, 스팟 간격(Spot to Spot), 스팟 사이즈(Spot Size), 속도, 버스트(Burst) 등을 설계하고, 광학계를 이용하여 셀외곽을 따라 레이저가 조사되도록 레이저 시스템을 설계한다.

본 발명에 따른 사파이어 커버 윈도우의 제조방법은 웨이퍼 상태를 유지한 채로 후속 공정이 진행되는 "웨이퍼 레벨 프로세스(Wafer Level Process, WLP)"로 구현되므로, 상기 셀외곽 가공부(300)는 이러한 웨이퍼 레벨이 유지되면서, 셀 분리 공정에 무리가 없도록 형성된다.

본 발명의 일실시예로 사용되는 레이저는 피코초 레이저(Pico Second Laser) 또는 펨토초 레이저(Femto Second Laser)와 같은 초고속 레이저를 사용하여, 사파이어 웨이퍼의 셀가공이 이루어지도록 한다.

본 발명에서의 셀외곽 가공부(300)는 레이저의 에너지가 사파이어 웨이퍼(100)에 전달되어 사파이어 웨이퍼에 발생하는 어떠한 변화도 모두 포함하는 것으로, 레이저의 에너지가 수직 방향으로 전달되어 셀외곽을 따라 형성되는 변질부일 수 있다.

상기 변질부는 레이저의 에너지에 의해 사파이어 웨이퍼에 형성되는 변화로, 예컨대, 관통부, 크랙, 조직 또는 결정 상태의 변화 등, 또한 이들에 의해 2차적, 3차적으로 발생하는 모든 변화를 포함할 수 있다.

본 발명의 일실시예로, 상기 셀외곽 가공부(300)에 따른 변질부는 사파이어 웨이퍼에 수직방향으로 형성되며 셀외곽을 따라 형성되는 복수개의 관통부를 포함할 수 있다. 또한 이러한 관통부 형성시 전파되는 충격에 의해 상기 관통부 주변부에 형성되는 변형 즉, 크랙(Crack)도 포함할 수 있다.

본 발명에 따른 크랙은 상기 관통부 형성시 그 주변부에 형성되는 것으로, 랜덤한 형상으로 랜덤한 방향으로 형성되는 것이 일반적이다.

예컨대, 본 발명에 따른 크랙은, 관통부의 주변에 형성되는 제1크랙, 제1관통부에서 출발하여 인접하는 제2관통부에 도달하는 제2크랙 및 제1관통부에서 출발하고, 인접하는 제2관통부에서 출발하여 서로 연결되는 제3크랙 중 어느 하나를 포함하거나, 둘 이상 포함할 수 있으며, 이에 한정하지 않고, 관통부 형성시 전달되는 에너지에 의해 크랙은 다양한 양상으로 생성될 수 있다.

즉, 본 발명에 따른 셀외곽 가공부(300)는 레이저의 에너지를 전달받아 사파이어 웨이퍼를 변화시키는 변질부로 형성되며, 이러한 변질부는 레이저의 에너지를 직접적으로 전달받아 형성되는 1차 변질부와, 1차 변질부 형성시 전달되는 에너지에 의해 간접적으로 형성되는 2차, 3차 등의 변질부로 형성될 수 있다. 상기 관통부는 1차 변질부에 해당할 수 있으며, 상기 크랙 등은 2차 또는 3차 변질부에 해당할 수 있다.

이러한 변질부는 레이저 시스템의 설계에 따라 그 규모나 변질 정도를 조절, 예컨대 관통부의 지름이나 간격, 크랙의 정도를 조절할 수 있으며, 이는 웨이퍼 레벨 프로세스를 달성하기 위함과, 제품 사양에 따른 두께나 크기 등을 고려하여 결정된다.

본 발명의 일실시예에서 상기 관통부는 상기 사파이어 커버 윈도우에 수직 방향으로 형성되며, 1 ~ 5㎛ 간격으로 형성한다. 즉, 후속 공정에 따른 에칭부 및 기능층(BM 인쇄층, AR 코팅층, AF 코팅층 등) 등의 형성 후, 웨이퍼 레벨 프로세스의 마지막 단계에서 셀분리가 이루어지도록 적절한 간격으로 형성한다. 상기 간격보다 더 좁으면 후속 공정 시 셀이 무단 이탈하여 웨이퍼 레벨 프로세스에 따른 수율 관리가 어렵고, 상기 간격보다 더 넓으면 셀분리시 셀에 충격이 가해지거나 파손될 염려가 있다. 상기 간격은 셀의 두께나 크기에 따라 조정될 수 있다.

도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 셀외곽 가공부 형성 공정(a) 및 에칭부 형성 공정(b)에 대한 모식도이고, 도 5는 본 발명의 일실시예에 따라 제조된 사파이어 커버 윈도우의 측면에 대한 모식도이다.

도 4(a)는 셀외곽 가공부(300)로 일정한 간격으로 형성된 관통부(310) 및 크랙(320)을 도식화한 것이고, 도 4(b)는 습식에칭을 진행하여 셀외곽 가공부를 중심으로 에칭부(400)가 형성된 것을 도식화한 것으로, 사파이어 웨이퍼 표면의 셀외곽 가공부를 중심으로 챔퍼(410)가 형성된 것을 나타내었다.

도 5는 두께(T)를 갖는 셀(사파이어 커버 윈도우)(200)의 측면을 도식화한 것으로, 챔퍼(에칭부)(410),(400) 및 셀외곽 가공부(변질부, 관통부 및 크랙 등)를 표현한 것이다. 실제로, 제조된 사파이어 커버 윈도우는 셀외곽 가공부를 통해 습식에칭이 진행되므로, 측면에서는 에칭부(400)가 주로 관찰되게 된다. 그러나, 에칭 조건이나 제품 사양에 따라 에칭부와 셀외곽 가공부의 혼재된 정도가 달라질 수 있으며, 도 5에서는 수직방향으로의 관통부와, 관통부 주변으로 크랙을 따라 에칭부(400)가 형성되었음을 나타낸 것이다.

또한 셀외곽 가공부를 형성할 때, 셀의 크기 L(원형의 셀인 경우에는 지름, 사각형의 셀인 경우에는 대각선의 길이)과 셀 간의 간격인 셀스페이싱(Cell Spacing) S는, 0 ≤ S ≤ L을 만족하도록 한다(도 3 참조). 즉, 제품 사양에 따라 더미가 없이 셀이 형성되거나, 제품 수율을 고려하여 셀 정도의 스페이싱을 두고 인접하는 셀을 형성하는 것이다. 불량율을 줄일 수 있고 웨이퍼 상태로 안정적으로 유지할 수 있는 0.05L ≤ S ≤ L가 더욱 바람직하다.

또한, 셀의 크기 L과 사파이어 웨이퍼 두께 T는, 10T ≤ L ≤ 250T를 만족하도록 셀외곽 가공부를 형성한다. 즉, 셀의 크기에 비해 두께가 너무 두껍거나 얇은 경우에는 웨이퍼 레벨 프로세스의 진행이 어렵게 된다. 예컨대, L > 250 x T이면 두께에 비해 크기가 너무 커 웨이퍼 레벨의 유지가 어려우며, L < 10 x T이면 두께에 비해 크기가 너무 작아 셀분리 공정이 원활하지 않거나, 셀분리시 측면에 데미지가 발생하게 된다.

또한, 레이저를 이용한 셀외곽 가공부 형성 공정에서, 후속 공정에서의 편의를 위해 레이저를 이용하여 정렬마커(Alignment Marker)를 형성할 수 있다. 상기 정렬마커는 광학용 마커 또는 기계적인 마커를 구성할 수 있다.

이와 같이 본 발명은 레이저를 이용하여 사파이어 웨이퍼에 형성되는 셀외곽 가공부를 형성함으로써, 셀은 빠지지 않고 더미 사이에서 유지되고, 마지막 공정에서 셀의 분리는 원활히 이루어지도록 하는 웨이퍼 상태가 유지되도록 한다.

그리고, 셀외곽 가공부(300)가 형성되면, 사파이어 웨이퍼(100)를 습식에칭함으로써, 상기 셀외곽 가공부(300)를 선택적으로 습식에칭하여 상기 사파이어 웨이퍼(100)에 에칭부(400)를 형성한다(도 2(b)). 즉, 상기 레이저 에너지를 흡수하여 변질되어 변형되거나 약해진 셀외곽 가공부(300)로 에칭액의 침투가 이루어지면서 습식에칭되어 셀외곽 가공부(300)를 중심으로 에칭부(400)가 형성되는 것이다.

일반적으로, 특히 본 발명의 일실시예에 따른 에칭액으로는 사파이어 웨이퍼 표면에서는 습식에칭이 거의 이루어지지 않으며, 사파이어 웨이퍼의 표면과 셀외곽 가공부 사이의 에칭비(Etching Rate)는 1 : 수십~수백 정도로, 셀외곽 가공부에서 집중적으로(선택적으로) 습식에칭이 이루어져 에칭부가 형성되게 된다.

상기 에칭부(400)는, 상기 변질부가 관통부인 경우 관통부의 크기(지름)가 커지거나 넓어지면서 인접하는 관통부 간에 일부 연결되거나, 크랙(제1크랙, 제2크랙, 제3크랙)의 경우 크랙이 더 심해져 크랙이 셀외곽을 따라 전파되거나, 크랙이 넓어져 갭이 생성되거나, 이렇게 하여 인접하는 크랙과 서로 연결되는 등, 에칭액의 침투로 다양한 양상으로 셀외곽 가공부를 중심으로 형성되게 된다.

이러한 다양한 양상의 에칭부는 상기 셀외곽 가공부의 일부 또는 전체 영역에 형성될 수 있으며, 셀외곽을 따라 셀 간 또는 셀과 더미 간에 갭을 형성할 수도 있다.

상기 갭은 셀외곽 가공부(변질부, 관통부, 크랙 등)의 에칭에 의해 요철 또는 표면 거칠기가 있는 갭이 생성되는 것으로, 관통부와 불규칙적으로 형성된 크랙을 중심으로 형성되게 된다. 즉, 관통부 간에 이어져 셀 간 또는 셀과 더미 간에 갭이 형성되거나, 크랙의 표면이 에칭되어 갭이 형성될 수도 있다.

특히 셀외곽 가공부를 중심으로 에칭이 더욱 활발하게 이루어지므로, 상기 갭은 셀의 정면(표면)으로부터 일정 깊이(도 5에서 b로 나타냄) 및 셀의 측면으로부터 일정 폭(도 5에서 a로 나타냄)을 갖는 챔퍼(Chamfer)를 포함할 수 있다. 상기 챔퍼의 깊이는 상기 사파이어 커버 윈도우의 두께 대비 10 ~ 50%로 형성되고, 상기 챔퍼의 폭은 1 ~ 50㎛(상기 셀외곽 가공부를 중심으로 인접하는 셀의 측면 간의 간격)로 형성될 수 있다.

상기 챔퍼는 셀외곽의 모서리 부분을 보다 스무딩하게 하는 역할을 하면서, 레이저에 의한 셀가공시 발생되는 미세 크랙을 줄여주는 역할을 하게 되며, 날카로운 모서리를 부드럽게 한 챔퍼 형상이라서 조립시 깨짐을 방지하고 실사용 중 외부 충격으로부터 파손을 줄일 수 있다. 상기 챔퍼가 너무 과하게 형성되는 경우 공정 중에 셀이 쉽게 분리되므로 웨이퍼 상태에서의 공정 진행이 어렵고, 챔퍼가 너무 작은 경우에는 셀 분리시 칩핑이나 깨짐이 발생하게 된다.

이와 같이 에칭부는 셀외곽 가공부의 표면 거칠기를 정돈하여 보다 스무딩한 표면을 형성하거나, 표면에서의 셀라인을 따라 소정 깊이 및 폭의 챔퍼로 형성되거나, 크랙을 따라 에칭액이 침투하여 크랙이 넓어지는 갭 등으로 형성되는 것으로, 웨이퍼 상태로의 공정 구현과 셀분리를 고려하여 에칭 정도를 조절하여 형성한다.

즉, 셀외곽 가공부 및 에칭부에 의해 셀 간 또는 셀과 더미 간에는, 인접하는 셀과 연결되는 부분과 인접하는 셀과 연결되지 않은 부분이 공존하게 되며, 연결되었다 하더라도 요철 또는 표면 거칠기가 있는 갭으로 연결되므로, 셀외곽 가공부 형성 후 및 에칭 완료 후에도 셀 분리는 이루어지지 않고, 여전히 웨이퍼 상태로 유지하게 되는 것이다.

상술한 바와 같이, 사파이어 웨이퍼의 습식에칭은 구현하기가 어려우며, 본 발명에서는 셀외곽 가공부 즉, 레이저의 에너지를 흡수하여 변형(관통부, 크랙 등)되거나 약해진 부분인 변질부를 중심으로 습식에칭이 이루어지게 되는 것으로, 본 발명에 따른 웨이퍼 레벨 프로세스를 구현하기 위해서는 셀가공과 에칭이 상호 유기적으로 작용하고 있다.

본 발명에서 사용되는 사파이어 웨이퍼의 습식에칭은 에칭액으로 NaOH 수용액 또는 KOH 수용액을 사용하거나, 이들을 혼합하여 사용하며, 상기 에칭액으로 NaOH 수용액을 사용하는 경우, NaOH 수용액 농도 50 ~ 95%(무게비 농도), 130 ~ 220℃의 온도에서, 1 ~ 48시간 동안 습식에칭을 진행하고, 상기 에칭액으로 KOH 수용액을 사용하는 경우, KOH 수용액의 농도 40 ~ 90%(무게비 농도), 130 ~ 220℃의 온도에서, 15분 ~ 20시간 동안 습식에칭을 진행한다.

상술한 바와 같이 웨이퍼 레벨 프로세스를 진행하면서, 셀의 두께와 크기를 고려하여 셀이 무단으로 빠지지(분리되지) 않도록 상기 습식에칭 공정 조건을 조절하여 진행한다. 상기 습식에칭 공정 조건에 따라 습식에칭 정도가 상기 범위 이하일 경우에는 에칭부의 형성이 셀분리하기에는 미흡하게 되고, 상기 범위 이상일 경우에는 과도한 에칭으로 셀이 무단으로 이탈하는 경우가 발생하여 웨이퍼 레벨 프로세스 수율을 저하시키게 된다.

또한, 상기 에칭부를 형성한 후 표면 상태에 따라 상기 사파이어 웨이퍼 표면을 폴리싱하는 공정을 추가로 수행할 수 있다. 즉, 습식에칭 후 표면에 발생하는 스크래치와 표면 조도가 나빠지면 폴리싱 공정을 추가로 진행하여 스크래치를 제거하고 표면 조도를 향상시킨다. 스크래치 깊이와 표면 조도 거침에 따라서 상기 폴리싱 공정은 DMP(Diamond Mechanical polishing) 및 CMP(Chemical mechanical polishing) 중 어느 하나, 또는 이들을 혼합하여 사용할 수 있다.

한편, 본 발명의 일실시예에 따르면, 상기 에칭부(400)를 형성한 후, 웨이퍼 상태로 세정공정을 거치게 된다(도 2(c)). 상기 세정공정은 습식에칭 공정이 완료되면, 웨이퍼 상태로 세정조로 운반된 후 초음파 세척과 같은 세정공정이 이루어지게 된다. 기존의 셀 공정에서는 셀을 일일이 지그에 옮기는 과정이 필요하나, 본 발명에서는 웨이퍼 자체가 지그의 역할을 하므로 다음 공정을 위해 웨이퍼 자체를 운반시키기만 하면 된다. 필요에 따라 생산성 향상을 위해 복수개의 웨이퍼를 안착시킬 수 있는 지그를 설계할 수도 있다.

세정이 완료되면 상기 사파이어 웨이퍼 상에 다양한 기능층을 형성할 수 있다(도 2(d)). 상기 기능층은 제품 사양에 따라 사파이어 웨이퍼 일면 또는 양면에 형성될 수 있으며, 증착층, 코팅층, 인쇄층, 식각층 중 어느 하나, 또는 이들을 2회 이상 형성하거나, 이들을 혼합하여 다층으로 형성할 수 있다.

예컨대 카메라 커버 윈도우의 경우에는 중심부에 투과되는 영역을 제외하고, 주변부에 형성되는 인쇄층, 코팅층, 증착층 등이 될 수 있다.

구체적으로는 도 2에 도시한 바와 같이, BM(Black Matrix) 인쇄층(510)은 셀의 배면 테두리(도 2(d)), AR(Anti Reflective) 코팅층(520)은 셀의 배면 또는 양면의 전체 영역 또는 중심 영역(본 발명의 실시예에서는 배면의 전체 영역에 형성)(도 2(f)), AF(Anti Fingerprint) 코팅층(530)은 셀의 전면의 전체 영역에 형성(도 2(g))되거나, 필요에 따라 식각 패턴이 형성된 식각층이 형성될 수도 있다.

상기의 공정 사이에 필요에 따라 세정공정(도 2(e))이 포함될 수 있으며, 본 발명의 일실시예에서는 BM 인쇄층 형성 공정(도 2(d))과 AR(Anti Reflective) 코팅층 형성 공정(도 2(f)) 사이에 세정공정(도 2(e))이 이루어지는 것을 나타내었다.

이러한 기능층의 형성 공정 및 세정공정 등 또한 웨이퍼 레벨 프로세스로 진행되어 기존 셀 프로세스에 비해 공정이 획기적으로 단순화되며, 제품 수율 및 단가가 월등히 개선되게 된다.

이와 같이 본 발명은 웨이퍼 레벨 프로세스가 가능하도록 제품 사양을 고려하여, 레이저 가공과 습식에칭의 공정 조건을 최적화하여 셀외곽 가공부 및 에칭부를 형성함으로써 후속 공정 진행 중 셀이 분리되지 않고 웨이퍼 상태를 유지하는 웨이퍼 레벨 프로세스(Wafer Level Process, WLP)가 가능하도록 한 것이다.

이는 상술한 바와 같이, 기존 셀공정에 비해, 상기 웨이퍼 레벨 프로세스는 지그 자체가 필요없고, 웨이퍼 자체가 지그의 역할을 하기 때문에 각 공정과 공정 사이에 셀의 지그에의 불필요한 로딩, 언로딩 공정이 필요없어 공정이 획기적으로 단순해진다. 또한, 더미의 두께가 셀과 동일하기 때문에 셀의 양면(전면과 배면)이 모두 노출되어, 인쇄(배면), 세정(양면), AR 코팅(배면 또는 양면), AF 코팅(전면) 시에도 자유롭게 공정을 진행할 수 있게 된다.

그리고 마지막으로 웨이퍼 레벨에서 모든 공정이 완료되게 되면, 상기 에칭부 및 기능층이 형성된 사파이어 웨이퍼를 가압하여 상기 사파이어 웨이퍼로부터 셀을 분리하여 사파이어 커버 윈도우를 제공하게 된다(도 2(h)).

도 2(h)는 사파이어 웨이퍼로부터 최종적으로 분리된 셀 단위의 사파이어 커버 윈도우를 도시한 것으로, 셀(210)의 배면에 BM 인쇄층(510)과, AR 코팅층이 형성되고, 셀(210)의 전면에 AF 코팅층(530)이 형성된 것을 도시한 것이다.

상술한 바와 같이 셀외곽 가공부와 에칭부에 의해 셀외곽을 따라 갭 등으로 셀 간 또는 셀과 더미 간이 마찰력으로 연결되어 있으므로, 사파이어 웨이퍼에 수직 방향으로 소정의 크기로 물리적인 하중을 가함으로써, 사파이어 웨이퍼로부터 셀이 분리되게 된다.

도 6은 본 발명의 일실시예에 따라 셀무게(W)에 따른 셀(200)과 더미(500) 간의 마찰력(F)에 대한 상관관계를 나타낸 것으로, 습식에칭 후 셀(200)과 더미(500) 사이에는 표면에 요철이 있는 갭과 같은 에칭부가 형성되어, 셀(200)의 무게(W)보다 셀(200)과 더미(500) 사이의 마찰력(F)이 커서 셀(200)이 더미(500) 사이에서 빠져나오지 않게 되며(도 3(a)), 마찰력(F)보다 큰 수직 방향으로 하중(Fs)을 가하면 셀(200)이 더미(500) 사이에서 분리되게 된다(도 3(b)).

이 경우, 셀라인을 따라 형성된 에칭부에 의해 셀의 분리가 용이하게 이루어지면서, 셀의 측면 또한 칩핑이나 크랙없이 말끔히 분리되게 된다.

이와 같이 본 발명은, 전체 공정을 사파이어 웨이퍼 상태에서 구현한 후, 셀단위로 분리하는 웨이퍼 레벨 공정을 통하여 카메라 커버 윈도우 또는 스마트워치(Smart Watch)용 커버 윈도우와 같은 30mm 이하의 소형 제품의 제조시에 획기적으로 생산성을 높이고 고품질의 제품을 제공할 수 있게 된다.

이하에서는 본 발명에 대한 다양한 실시예 및 비교예를 구체적으로 설명하고자 한다. 100mm 지름, 0.33mm 두께를 갖는 사파이어 웨이퍼를 준비하였다.

1) 레이저에 의한 셀외곽 가공부 형성

- Femto second laser 사용

- 프리넬 렌즈를 이용한 Bessel beam 광학계 사용

- 500-fs laser pulse

- 1040 nm wavelength

- spot to spot : 2.5㎛

- spot size : 1.0㎛ diameter

- Speed : 80mm/sec

- Burst : 4

2) 습식에칭에 의한 에칭부 형성

= NaOH 수용액(60%, 170℃)

- 6hr 이하 : 셀분리가 안되는 조건(셀분리시 파손발생)

- 7hr ~ 19hr : 셀분리가 잘 되는 조건

- 20hr 이상 : 기능층 형성 공정 진행중 셀이 빠지는 조건

= KOH 수용액( 60%, 170℃)

- 2hr 이하 : 셀분리 안되는 조건(셀분리시 파손발생)

- 3hr ~ 9hr : 셀분리가 잘 되는 조건

- 10hr 이상 : 기능층 형성 공정 진행중 셀이 빠지는 조건

1) 레이저에 의한 셀외곽 가공부 형성

- Pico second laser 사용

- 프리넬 렌즈를 이용한 Bessel beam 광학계 사용

- 8ps laser pulse

- 1040 nm wavelength

- spot to spot : 2.5㎛

- spot size : 1.0㎛ diameter

- Speed : 70mm/sec

- Burst : 2

2) 습식에칭에 의한 에칭부 형성

= NaOH 수용액(60%, 170℃)

- 14hr 이하 : 셀분리가 안되는 조건 (셀분리시 파손발생)

- 15hr ~ 47hr : 셀분리가 잘 되는 조건

- 48hr 이상 : 기능층 형성 공정 진행중 셀이 빠지는 조건

= KOH 수용액(60%, 170℃)

- 7hr 이하 : 셀분리가 안되는 조건(셀분리시 파손발생)

- 8hr ~ 19hr : 셀분리가 잘 되는 조건

- 20hr 이상 : 기능층 형성 공정 진행중 셀이 빠지는 조건

1) 레이저에 의한 셀외곽 가공부 형성

- Femto second laser 사용

- 프리넬 렌즈를 이용한 Bessel beam 광학계 사용

- 350-fs laser pulse

- 1040 nm wavelength

- spot to spot : 3㎛

- spot size : 1.5㎛ diameter

- Speed : 50mm/sec

- Burst : 2

2) 습식에칭에 의한 에칭부 형성

= NaOH 수용액(80%, 190℃)

- 1hr 이하 : 셀분리가 안되는 조건(셀분리시 파손발생)

- 2hr ~ 6hr : 셀분리가 잘 되는 조건

- 7hr 이상 : 기능층 형성 공정 진행중 셀이 빠지는 조건

= KOH 수용액(80%, 190℃)

- 15min 이하 : 셀분리 안되는 조건(셀분리시 파손발생)

- 0.5hr ~ 1hr : 셀분리가 잘 되는 조건

- 2hr 이상 : 기능층 형성 공정 진행중 셀이 빠지는 조건

1) 레이저에 의한 셀외곽 가공부 형성

- Pico second laser 사용

- 프리넬 렌즈를 이용한 Bessel beam 광학계 사용

- 10ps laser pulse

- 1040 nm wavelength

- spot to spot : 3㎛

- spot size : 1.5㎛ diameter

- Speed : 50mm/sec

- Burst : 2

2) 습식에칭에 의한 에칭부 형성

= NaOH 수용액(80%, 200℃)

- 2hr 이하 : 셀분리가 안되는 조건 (셀분리시 파손발생)

- 3hr ~ 12hr : 셀분리가 잘 되는 조건

- 13hr 이상 : 기능층 형성 공정 진행중 셀이 빠지는 조건

= KOH 수용액(80%, 200℃)

- 1hr 이하 : 셀분리가 안되는 조건(셀분리시 파손발생)

- 1.5hr ~ 3hr : 셀분리가 잘 되는 조건

- 4hr 이상 : 기능층 형성 공정 진행중 셀이 빠지는 조건

이와 같이 주어진 에칭액의 종류(NaOH 수용액 또는 KOH 수용액)와, 농도 및 온도에 따른 에칭시간 별로 최적의 에칭량을 조절하여, 마지막 공정까지 웨이퍼 레벨 상태가 잘 유지되도록 하면서 셀 분리가 원활히 이루어지도록 한다.

상기 실시예에 따르면 에칭량이 너무 작으면 셀분리시 셀이나 더미 부분의 파손이 발생하고, 에칭량이 적절하면 에칭 이후 공정에서 웨이퍼 상태를 유지하면서 후속 공정의 진행이 가능하며, 셀분리 공정에서 셀이나 더미 부분의 파손이 발생하지 않고, 일정 압력에 의해 용이하게 분리되게 된다. 에칭량이 너무 크면 에칭 이후 공정에서 셀이 웨이퍼로부터 빠져나와서 웨이퍼 레벨 프로세스가 불가능해진다.

상기 실시예는 NaOH 수용액와 KOH 수용액의 특정한 농도와 온도 구간에서 에칭 시간을 조절하며 웨이퍼 레벨 프로세스를 위한 최적 공정을 찾은 것으로, 농도와 온도 구간이 달라지면, 이에 적절한 에칭 시간을 실험을 통해서 찾을 수 있다. 에칭액에 따라 온도와 시간을 조절하여 셀과 더미 사이의 적절한 요철 또는 표면거칠기가 있는 갭을 형성하면 웨이퍼 레벨 프로세스 조건을 유지하면서 셀분리가 가능한 조건을 찾을 수 있게 된다.

도 7은 본 발명의 일실시예(상기 실시예 3에서 NaOH 수용액(80%, 190℃, 4hr))에 따라 형성된 레이저 가공 후 형성된 사파이어 웨이퍼의 정면에 대한 전자현미경 사진을 나타낸 것으로, 레이저에 의해 셀외곽 가공부(관통부(310), 관통부 주변의 변질부, 관통부 주변에 형성된 크랙(320), 관통부와 관통부를 연결하는 크랙(320) 등)(300)가 형성된 것을 나타내었다.

도 8은 본 발명의 일실시예(상기 실시예 3에서 NaOH 수용액(80%, 190℃, 4hr))에 따라 형성된 습식에칭 후 형성된 사파이어 웨이퍼의 정면에 대한 전자현미경 사진을 나타낸 것으로, 셀외곽 가공부(관통부 및 크랙)를 따라 습식에칭이 진행되어 에칭부(400)가 형성된 것을 나타내었다. 도시된 바와 같이 표면에서는 관통부 간에 완전히 연결되고 갭이 생성되어 요철 또는 표면거칠기가 있는 갭의 형상을 나타내었으며, 표면에서 일정 깊이 및 폭의 챔퍼가 형성되었다.

셀외곽 가공부 및 에칭부가 형성되어도, 에칭부의 다양한 양상에 의해 웨이퍼 레벨을 유지하고 있다.

도 9는 본 발명의 다양한 실시예(상기 실시예 3에서 NaOH 수용액(80%, 190℃, 2시간, 4시간, 6시간, 8시간))에 따른 셀의 정면 및 측면에 대한 광학현미경 사진을 나타낸 도이고, 도 9(a)는 습식에칭 시간을 2시간, 도 9(b)는 습식에칭 시간을 4시간, 도 9(c)는 습식에칭 시간을 6시간, 도 9(d)는 습식에칭 시간을 8시간으로 하였다.

도 9에 도시한 바와 같이 습식에칭 시간이 늘어날수록 정면에서의 갭이 점점 벌어지는 것(챔퍼의 폭과 깊이가 커짐)을 확인할 수 있었으며, 측면 1 및 측면 2(고배율)에서 보면 표면에서부터 에칭이 진행됨을 확인할 수 있었다. 기존의 사파이어 웨이퍼는 습식에칭이 용이하지 않으나, 본 발명에서는 셀외곽 가공부에 의한 셀 변형을 통해 습식에칭이 셀외곽 가공부를 통해 구현되도록 한 것이다.

도 9(a)는 습식에칭 시간을 2시간으로 한 경우로 하중 5kg 정도에서 셀분리가 가능하였으며, 도 9(b)는 습식에칭 시간을 4시간으로 한 경우로 하중 2kg 정도에서 셀분리가 가능하였으며, 셀분리가 부드럽게 양호한 수준으로 가능하였고, 도 9(c)는 습식에칭 시간을 6시간으로 한 경우로 하중 1kg 정도에서 셀분리가 가능하였으며, 셀분리가 부드럽게 양호한 수준으로 가능하였다. 도 9(d)는 습식에칭 시간을 8시간으로 한 경우로, 저절로 셀분리가 발생되어 웨이퍼 레벨 프로세스 공정이 불가능하다. 즉, 후속 공정 진행시 셀이 빠지게 된다.

도 10은 본 발명의 일실시예(상기 실시예 3에서 NaOH 수용액(80%, 190℃, 4시간), 기능층 형성)에 따라 제조된 사파이어 커버 윈도우에 대한 사진을 나타낸 것으로, 지름 10mm의 원형 셀로 제조하였다. 도 10(a)의 붉은색 표시한 부분(정면)과 도 10(b)의 붉은색 표시한 부분(측면)을 전자현미경으로 촬영하였다.

도 11은 종래의 셀공정(Cell Process)(상기 실시예 3에서 레이저에 의해 셀을 완전분리하여 셀을 제조하고 기능층을 형성한 경우)에 따른 셀의 정면에 대한 전자현미경 사진을 나타낸 것이다..

도 11은 종래의 셀공정에 따른 정면 사진을 나타낸 것으로, 표면에 칩핑이나 크랙, 모서리 표면이 매우 거칠고 날카로움과 같은 부정적인 요소가 관찰되었다. 즉, 기존 셀공정은 레이저 공정이 셀 측면에 대한 마지막 공정이라서 모서리가 잘 깨지고, 칩핑이 많이 발생한 것을 확인할 수 있었다.

도 12는 웨이퍼 레벨 프로세스를 진행하면서 습식에칭 공정을 충분히 실시하지 않은 경우(상기 실시예 3에서, 1시간 이하의 습식에칭을 진행한 경우), 셀의 외곽 부분을 광학현미경으로 확대한 사진을 나타낸 것으로, 습식에칭이 적게 되어 챔퍼의 형성이 미흡하여 모서리부분에 칩핑이 발생한 것을 확인할 수 있었다.

도 13은 본 발명의 일실시예(상기 실시예 3에서 NaOH 수용액(80%, 190℃, 4시간), 기능층 형성)에 따른 셀의 정면에 대한 전자현미경 사진을 나타낸 것이다.

도 13(a),(b),(c)는 본 발명의 일실시예를 배율에 따른 정면 사진을 나타낸 것으로, 표면에서의 습식에칭 영역이 관찰되었으며, 셀의 모서리에 챔퍼가 잘 형성되었고, 칩핑이 발생하지 않는 등, 표면(테두리)이 종래의 셀공정에 비해 훨씬 스무딩하게 형성되었음을 확인할 수 있었다.

도 14는 본 발명의 다양한 실시예에 따른 셀의 측면(상부)에 대한 전자현미경 사진을 나타낸 것으로, 상기 실시예 3에서 NaOH 수용액(80%, 190℃), 에칭 시간 별(2시간, 4시간, 6시간, 기능층 형성) 셀의 측면에 대한 사진이다.

도 14에 도시된 바와 같이, 습식에칭에 의한 에칭부를 관찰할 수 있으며, 에칭 시간이 늘어남에 따라 에칭부의 면적이 증가하였고, 갭의 간격이 늘어남을 확인할 수 있었다.

도 15는 본 발명의 일실시예에 따른 각 공정 완료 후 웨이퍼 및 제품에 대한 실사진을 나타낸 것으로, 도 15(a)는 사파이어 웨이퍼를 나타낸 것이고, 도 15(b)는 본 발명의 일실시예에 따라 레이저를 이용하여 사파이어 웨이퍼에 셀외곽 가공부를 형성한 상태를 나타낸 것이고, 도 15(c)는 본 발명의 일실시예에 따라 셀외곽 가공부가 형성된 사파이어 웨이퍼를 습식에칭하여 셀외곽 가공부를 중심으로 에칭부가 형성된 상태를 나타낸 것이고, 도 15(d)는 사파이어 웨이퍼 상태를 여전히 유지한 채로 각 셀에 인쇄층을 형성한 상태를 나타낸 것이고, 도 15(e)는 사파이어 웨이퍼로부터 각 셀을 분리한 상태를 나타낸 것이다.

도 16은 도 15에 따른 셀 분리가 완료된 후 남은 더미 사진을 나타낸 것으로, 셀만 깨끗하게 분리가 되었으며, 셀 분리 완료 후에도 웨이퍼 상태로 유지가 되었다.

이와 같이 본 발명은 사파이어 웨이퍼(Sapphire Wafer)를 이용하여 셀의 제조시에 웨이퍼 상태에서 전체 공정이 가능한 사파이어 커버 윈도우의 제조방법 및 이에 의해 제조된 커버 윈도우를 제공하여, 양산성 및 수율을 획기적으로 개선시킨 것이다.

특히, 본 발명에서는 셀외곽 가공부 즉, 레이저의 에너지를 흡수하여 변형(관통부, 크랙)되거나 약해진 부분인 변질부를 중심으로 습식에칭이 선택적으로 이루어지게 되는 것으로, 기존의 사파이어 웨이퍼의 습식에칭의 어려운 문제를 해결하여, 사파이어 웨이퍼를 이용한 웨이퍼 레벨 프로세스(Wafer Level Process, WLP)가 가능하도록 한 것이다.

이에 따라 제조된 사파이어 커버 윈도우는 셀외곽을 따라 에칭부가 형성되어 모서리에서 챔퍼를 형성하여, 셀분리시 칩핑이나 크랙의 발생을 최소화하고, 내구성 및 내스크래치성이 개선된 사파이어 커버 윈도우로 적용할 수 있다.

특히 본 발명에 따른 웨이퍼 레벨 공정을 통하여 카메라 커버 윈도우 또는 스마트워치(Smart Watch)용 커버 윈도우와 같은 30mm 이하의 소형 제품의 제조시에 획기적으로 생산성을 높이고 고품질의 제품을 제공할 수 있게 된다.

100 : 사파이어 웨이퍼 200 : 셀
210 : 셀외곽 300 : 셀외곽 가공부
310 : 관통부 320 : 크랙
400 : 에칭부 410 : 챔퍼
510 : 인쇄층 520 : AR 코팅층
530 : AF 코팅층 600 : 더미

Claims (16)

1. 사파이어 웨이퍼를 준비하는 단계;
   레이저를 이용하여 상기 사파이어 웨이퍼에 셀외곽 가공부를 형성하는 단계;
   상기 셀외곽 가공부를 선택적으로 습식에칭하여 상기 사파이어 웨이퍼에 에칭부를 형성하는 단계; 및
   상기 에칭부가 형성된 사파이어 웨이퍼를 가압하여 상기 사파이어 웨이퍼로부터 셀을 분리하는 단계;를 포함하는 사파이어 커버 윈도우의 제조방법.
2. 제 1항에 있어서, 상기 셀외곽 가공부를 형성하는 단계는,
   피코초 레이저(Pico Second Laser) 또는 펨토초 레이저(Femto Second Laser)를 사용하는 것을 특징으로 하는 사파이어 커버 윈도우의 제조방법.
3. 제 2항에 있어서, 상기 셀외곽 가공부는,
   상기 레이저에 의한 에너지가 상기 사파이어 웨이퍼에 수직 방향으로 전달되어 셀외곽을 따라 형성되는 변질부를 포함하는 것을 특징으로 하는 사파이어 커버 윈도우의 제조방법.
4. 제 3항에 있어서, 상기 변질부는,
   상기 사파이어 웨이퍼에 수직방향으로 형성되며 셀외곽을 따라 형성되며, 1 ~ 5㎛ 간격의 복수개의 관통부를 포함하는 것을 특징으로 하는 사파이어 커버 윈도우의 제조방법.
5. 제 4항에 있어서, 상기 변질부는,
   상기 관통부 형성시 전파되는 충격에 의해 상기 관통부 주변부에 형성되는 크랙을 포함하는 것을 특징으로 하는 사파이어 커버 윈도우의 제조방법.
6. 제 1항에 있어서, 상기 에칭부를 형성하는 단계는,
   에칭액으로 NaOH 수용액 또는 KOH 수용액을 사용하거나, 이들을 혼합하여 사용하는 것을 특징으로 하는 사파이어 커버 윈도우의 제조방법.
7. 제 6항에 있어서, 상기 에칭액으로 NaOH 수용액을 사용하는 경우,
   NaOH 수용액의 농도 50 ~ 95%, 130 ~ 220℃의 온도에서, 1 ~ 48시간 동안 습식에칭이 진행되는 것을 특징으로 하는 사파이어 커버 윈도우의 제조방법.
8. 제 6항에 있어서, 상기 에칭액으로 KOH 수용액을 사용하는 경우,
   KOH 수용액의 농도 40 ~ 90%, 130 ~ 220℃의 온도에서, 10분 ~ 20시간 동안 습식에칭이 진행되는 것을 특징으로 하는 사파이어 커버 윈도우의 제조방법.
9. 제 1항에 있어서, 상기 에칭부는,
   셀외곽을 따라 형성되는 셀 간 또는 셀과 더미 간의 갭을 포함하는 사파이어 커버 윈도우의 제조방법.
10. 제 9항에 있어서, 상기 갭은,
    셀의 표면으로부터 일정 깊이 및 셀의 측면으로부터 일정 폭을 갖는 챔퍼를 포함하는 것을 특징으로 하는 사파이어 커버 윈도우의 제조방법.
11. 제 10항에 있어서, 상기 챔퍼의 깊이는 상기 사파이어 웨이퍼의 두께 대비 10 ~ 50%로 형성되고,
    상기 챔퍼의 폭은 1 ~ 50㎛로 형성된 것을 특징으로 하는 사파이어 커버 윈도우의 제조방법.
12. 제 1항에 있어서, 상기 셀외곽 가공부를 형성하는 단계는,
    셀의 크기 L과 셀 간의 간격인 셀스페이싱(Cell Spacing) S는,
    0 ≤ S ≤ L을 만족하도록 셀외곽 가공부를 형성하는 것을 특징으로 하는 사파이어 커버 윈도우의 제조방법.
13. 제 1항에 있어서, 상기 에칭부를 형성하는 단계 이후에,
    상기 사파이어 웨이퍼 상에 BM 인쇄층, AR 코팅층 및 AF 코팅층 중 어느 하나 또는 둘 이상 형성하는 것을 특징으로 하는 사파이어 커버 윈도우의 제조방법.
14. 제 1항에 있어서, 셀의 크기 L과 사파이어 웨이퍼 두께 T는,
    10T ≤ L ≤ 250T를 만족하는 것을 특징으로 하는 사파이어 커버 윈도우의 제조방법.
15. 제 1항 내지 제 14항 중 어느 한 항의 제조방법은,
    전체 공정을 사파이어 웨이퍼 상태에서 구현한 후, 셀단위로 분리하는 것을 특징으로 하는 사파이어 커버 윈도우의 제조방법.
16. 제 15항에 있어서, 상기 제조방법에 의해 제조된 30mm 이하 크기를 갖는 사파이어 커버 윈도우.

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