JP5671436B2 - ガラス基板の製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、ガラス基材に穴を形成することで作製されるガラス基板の製造方法に関する。

近年、モバイル型電子機器が普及する中、ディスプレーの性能向上が重要視されてきており、スマートフォンやタブレット端末等のタッチパネルに用いられるカバーガラス用のガラス基板はモバイル端末の軽量・小型化のために厚みの薄いガラスが求められている。それに伴いガラス自体の強度もより強いものが求められている。一方でディスプレー面にスピーカーや入力キー等を設置することを目的として、カバーガラスに穴開け加工を行う必要が発生する場合がある。このような場合、加工方法によっては穴の内壁に微細な傷やクラックが発生し、これが原因となってカバーガラスの強度を低下させてしまう場合があった。

ガラス基材に穴を形成する方法としてはフォトリソグラフィー方式によるレジスト層のパターニング工程を行った後に、サンドブラスト法やエッチング法等の方法で穴開け工程を行う方法が一般に知られている。フォトリソグラフィー方式によるレジスト層のパターニング工程では、ガラス基材上に光架橋性樹脂からなるレジスト層を形成し、その後レジスト層に対する露光と現像を行うことにより、ガラス基材の穴開け加工位置に相当する部分のレジスト層を選択的に除去することでガラス基材上にレジスト層のパターニングを行う。その後の穴形成工程では、レジスト層が除去された部分のガラス基材のみがサンドブラストやエッチングによる処理を受けることでガラス基材に穴開け加工することができる。サンドブラスト法によるガラス基材への穴形成方法では、研磨材と呼ばれるＳｉＣやアルミナといった材料の粉末をガラス基材に吹き付けることによってガラス基材に穴開け加工を行う。また、エッチング法によるガラス基材への穴形成方法では、フッ化水素やフッ化アンモニウムといった腐食性の物質を含有する処理液を用いてガラスを溶かすことでガラス基材に穴開け加工を行う。

サンドブラスト法を用いたガラスの加工例が特許文献１に示されており、ここではガラス基材に有機ＥＬ素子を収納するための凹部を形成する方法が記載されており、この凹部の形成にサンドブラスト法が用いられている。サンドブラスト法では、研磨材をガラス基材表面に物理的に衝突させて縦穴を形成することになるため、縦穴の内壁に微細なクラックが発生しやすく、ガラス基板の強度を低下させる原因となる。

このような問題を解決するべく、サンドブラスト法に用いる研磨材の粒子をより小さなものに変更することで微細なクラックの発生を抑える手法がとられる場合がある。しかしながら、この場合にはサンドブラストによって発生するガラスの破壊片がとても小さなものになるため、それらを洗浄で取り除くのが困難となり生産性を悪化させてしまう場合があった。

特許文献２には、ガラスエッチング用紫外線硬化型レジスト組成物を使用したガラスエッチング処理方法について記載されている。エッチング法によるガラス基材の加工では、サンドブラスト法による加工で問題になった物理的な衝撃による微細な傷やクラックは発生しない。しかしながら、サンドブラスト法と比較して加工に要する時間が多く必要であるために生産性が悪く、深い穴開け加工が必要な形態のエッチング作業が難しいという問題点がある。

これらの問題を解決するためのガラス基板の製造方法として、特許文献３では、サンドブラスト処理した後にエッチング処理を行うことにより、サンドブラスト処理によって穴の内壁に生じた微細なクラックをエッチング処理によって平滑にすることにより、穴の内壁の微細なクラックが極めて少ないガラス基板を製造することが可能であるとするガラス基板の製造方法が開示されている。しかしながら、この方法ではガラス基材表面に耐フッ酸性の酸化物皮膜を形成しなくてはならず、工程が複雑であり、生産性が悪化するという問題があった。

特開２００５−５０５９６号公報 特開２００７−１２８０５２号公報 特開２００７−１４５６５６号公報

本発明の課題は、サンドブラスト法とエッチング法を用いたガラス基材の穴形成工程を含むガラス基板の製造方法において、穴の内壁に微細なクラックの無いガラス基板を生産性良く製造することを可能とするガラス基板の製造方法を提供することにある。

上記課題を解決するために鋭意検討した結果、ガラス基材の少なくとも片面に樹脂層を形成する工程、樹脂層を露光し現像する工程、サンドブラスト処理することでガラスに穴を形成する工程、樹脂層を加熱して架橋を進行させる工程、エッチング処理する工程をこの順に含むことを特徴とするガラス基板の製造方法によって、上記課題を解決できることを見出した。

本発明のガラス基板の製造方法により、サンドブラスト法とエッチング法を用いたガラス基材の穴形成工程を含むガラス基板の製造方法において、穴の内壁に微細なクラックの無いガラス基材を生産性良く製造することが可能となるガラス基板の製造方法を提供することができる。

以下、本発明のガラス基材の作製方法について詳細に説明する。

アルカリ脱脂や有機溶剤による洗浄等の前処理を施したガラス基材の少なくとも片面に樹脂層を形成する。樹脂層の形成には、例えば、１００℃以上に加熱したゴムロールを加圧して押し当てる熱圧着方式のラミネータ装置を用いることができる。樹脂層を形成した後、樹脂層のキャリアフィルムを剥がし、露光、現像を行って樹脂層のパターニング形成を行い、続いて、サンドブラスト処理を行うことで樹脂層に被覆されていないガラス基材部分が除去されることでガラス基材に穴を形成する。その後、樹脂層を加熱し、続いて、エッチング処理によりガラス基材にあけた穴の内部をエッチングすることで穴の内壁を平滑化し、微細クラックが極めて少ないガラス基材を製造する。

本発明に係わるガラス基材はガラス組成に関わらず適用可能であるが、例えばシリカガラス、ソーダ石灰シリカガラス、鉛ガラス、ホウケイ酸ガラス、アルミノケイ酸ガラス等を用いることができる。

本発明に係わる樹脂層としては、光照射部が架橋して現像液に不溶化し、サンドブラスト処理に耐性があり、サンドブラスト処理後の樹脂層を加熱処理することでエッチング処理に耐性を持つようになる特性を持つネガ型のドライフィルムレジストが挙げられる。サンドブラスト処理に耐性を持たせる方法としては、光架橋後の樹脂層にゴム弾性を付与することが有効であることが知られており、ドライフィルムレジストの成分としてウレタン（メタ）アクリレートオリゴマーを加えることが一般的である。また、樹脂層にエッチング耐性を持たせる方法としては、樹脂層の架橋を進行させることで耐水性を向上させ、エッチング液の浸透を妨げる方法が挙げられる。一般的なネガ型のドライフィルムレジストの場合、パターニングを目的とした光照射だけでは樹脂層内に未反応の架橋性成分が残っているため、パターニング後に追加の露光や加熱を行うことにより架橋を進行させることができる。さらに、加熱処理では樹脂層とガラス基材の密着性が向上させることができるので、これによりさらなるエッチング耐性を付与することができる。ドライフィルムレジストは、例えば、カルボキシル基を含むバインダーポリマー、ウレタン（メタ）アクリレートオリゴマー、分子内に少なくとも１個の重合可能なエチレン性不飽和基を有する光重合性化合物、光重合開始剤、溶剤、その他添加剤からなる樹脂層をポリエステル等のキャリアフィルム上に塗設し、場合によってはポリエチレン等の保護フィルムで被覆した構成となっている。それらの配合比率は、感度、解像度、架橋度、テンティング性等の要求される性質のバランスによって決定される。ドライフィルムレジストの配合例は「フォトポリマーハンドブック」（フォトポリマー懇話会編、１９８９年刊行、（株）工業調査会刊）や「フォトポリマー・テクノロジー」（山本亜夫、永松元太郎編、１９８８年刊行、日刊工業新聞社刊）等に記載されており、所望の配合を使用することができる。ドライフィルムレジストの厚みは、２０〜１００μｍであることが好ましく、５０〜１００μｍであることがより好ましい。この厚みが２０μｍ未満では、エッチング工程においてエッチング液が樹脂層を浸透しながら通過することにより、本来エッチング処理の必要がない部分まで処理が及んでしまう場合がある。また、１００μｍを超えると、サンドブラストとエッチングの処理に要する時間が長くなり、生産性が悪化する場合がある。

本発明に係わる樹脂層の露光方法としては、キセノンランプ、高圧水銀灯、低圧水銀灯、超高圧水銀灯、ＵＶ蛍光灯を光源とした反射画像露光、フォトツールを用いた片面、両面密着露光や、プロキシミティ方式、プロジェクション方式やレーザー走査露光が挙げられる。走査露光を行う場合には、Ｈｅ−Ｎｅレーザー、Ｈｅ−Ｃｄレーザー、アルゴンレーザー、クリプトンイオンレーザー、ルビーレーザー、ＹＡＧレーザー、窒素レーザー、色素レーザー、エキシマレーザー等のレーザー光源を発光波長に応じてＳＨＧ波長変換して走査露光する、あるいは液晶シャッター、マイクロミラーアレイシャッターを利用した走査露光によって露光することができる。

本発明に係わる現像方法としては、使用する光架橋性樹脂層に見合った現像液を用い、ガラス基材のうち樹脂層を形成した面に向かってスプレーして、レジストパターンとして不要な部分を除去し、サンドブラスト処理に対するレジスト層を形成する。一般的には、１質量％の炭酸ナトリウム水溶液が使用される。

本発明に係わるサンドブラスト処理方法としては、コンプレッサー等による圧縮空気に使用するガラス基材に見合った研磨材を混ぜ、それをガラス基材のうち樹脂層を形成した面に向かって吹き付けることで、樹脂層に覆われていないガラス部分に穴開け加工を行う。研磨材の材質としてはアルミナ、ＳｉＣ、ガーネット、ジルコン、ガラス、鉄、ステンレスを使用することができる。また、サンドブラスト法で使用する研磨材は、最大粒子径が２０〜１５０μｍであることが好ましく、２０〜１００μｍであるとさらに好ましい。研磨材の最大粒子径が２０μｍより小さいと、ガラス基板に穴を形成するための時間が長くなり、生産性が悪化する場合がある。一方、研磨材の最大粒子径が１５０μｍより大きいと、サンドブラスト処理した面の表面粗さが大きくなり、エッチング処理に要する時間が長くなり、生産性が悪化する場合がある。また、サンドブラスト処理の途中で最大粒子径の異なる研磨材に変更することも可能である。

本発明における樹脂層の加熱方法としては、送風乾燥機等の加熱装置にサンドブラスト処理後のガラス基材を投入し、約１００〜１８０℃、約１５〜６０分間の加熱を行う。加熱温度が１００℃を下回ると、加熱に必要な時間が長くなり生産性が悪化する場合がある。また、加熱温度が１８０℃を超える場合には、樹脂層の構成によっては樹脂層が変形する場合があり、この変形によりエッチング処理が必要な部分を樹脂層が覆ってしまい、エッチング不良の原因となる場合がある。

本発明に係わるエッチング方法としては、使用するガラス基材に見合ったエッチング液を用い、ガラス基材のうち樹脂層を形成した面に向かってスプレーすることで、ガラス基材にあけた穴の内壁を溶解することで平滑化し、微細クラックが極めて少ない状態にする。エッチング液はガラスを溶解除去できるものであればよく、具体例としては、フッ化水素酸、ケイフッ化水素酸などのフッ酸系水溶液やこれらの水溶液に硫酸や硝酸、塩酸とを混合した水溶液を処理液として使用することができる。エッチング液中のフッ酸含有量は１〜２０％であることが好ましい。フッ酸含有量が１％未満であると、エッチングに長時間を要することになり、生産性が悪化する場合がある。フッ酸含有量が２０％より大きいと、エッチング速度が速くなり過ぎてしまい、均一なエッチング処理を行うことが困難である場合があることに加えて、フッ酸含有量が高いため取扱上の安全性の点が問題とされる場合がある。エッチング処理条件は、ガラス基材に形成した穴の深さや径にもよるが、例えば、５〜５０℃のエッチング処理液を、０．５〜５分間スプレーすることにより行うことができる。

以下、実施例によって本発明をさらに詳しく説明するが、本発明はこの実施例に限定されるものではない。

（実施例）
面積１００×１００ｍｍ、厚み１．１ｍｍ、ノンアルカリアルミノホウケイ酸ガラスのガラス基材をアセトンで洗浄し、ドライフィルムレジスト用ラミネータを用いて、ドライフィルムレジスト（三菱製紙（株）製、商品名：ＭＳ７１００、厚み：１００μｍ）を熱圧着し、樹脂層を形成した。

次に、直径３００μｍの円形画像を有する露光原稿用フォトマスクを用いて密着露光を行った。続いて、１質量％の炭酸ナトリウム水溶液（液温度３０℃、スプレー圧０．１５ＭＰａ）を用いて現像処理を行い、レジスト層を形成した。

次に、レジスト層を形成した基板をＳｉＣ研磨材（ナニワ研磨工業（株）製、商品名：ＧＣ微粉＃３２０、最大粒子径：９８μｍ）を使用して５分間サンドブラスト処理（スプレー圧：０．２ＭＰａ）を実施し、ガラス基材への穴形成を行った。

次に、穴形成したガラス基材を送付乾燥機にて１５０℃、１０分の条件で加熱処理を実施し、樹脂層を加熱した。

次に、ガラス基材をエッチング処理液（フッ酸濃度７質量％と硫酸濃度１５質量％の水溶液、液温度：４０℃、スプレー圧０．１５ＭＰａ）を用いて２分間エッチング処理を行った。

得られたガラス基板の穴内部を走査型電子顕微鏡で観察した結果、ガラス基材には深さ平均３００μｍの穴が形成されていることが確認され、穴の内壁には微細クラックはほとんど存在していないことを確認した。

（比較例１）
エッチング処理を行わないこと以外は、実施例と同様の方法でガラス基板を作製し、得られたガラス基板の穴内部を走査型電子顕微鏡で観察した。その結果、無数の微細な傷とクラックが存在していることを確認した。このような状態では、ガラス基板の強度が著しく低下してしまう。

（比較例２）
サンドブラスト処理を行わないこと、およびエッチング時間を１００分にすること以外は実施例と同様の方法でガラス基板を作製し、得られたガラス基板の穴内部を走査型電子顕微鏡で観察した結果、ガラス基材には深さ平均３００μｍの穴が形成されていることが確認され、穴の内壁には微細クラックはほとんど存在していないことを確認した。しかしながら、比較例２の方法では、実施例と比較して穴開け工程の処理時間に４倍以上の時間がかかっているため、このような方法では生産性が悪くなってしまう。

本発明は、ガラス基材に穴を形成することで作製されるガラス基板の製造に広く利用される。例えば、スマートフォン、タブレット端末、ＰＤＡ、カーナビゲーション装置、デジタルカメラ、デジタルビデオカメラ、遊技機等といった電子機器の保護パネルに用いることのできるガラス基板の製造方法として利用することができる。

Claims (1)

1. ガラス基材の少なくとも片面に樹脂層を形成する工程、樹脂層を露光し現像する工程、サンドブラスト処理することでガラスに穴を形成する工程、樹脂層を加熱して架橋を進行させる工程、エッチング処理する工程をこの順に含むことを特徴とするガラス基板の製造方法。