JP5705040B2 - 携帯機器用カバーガラスの製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、携帯電話やスマートフォン、ＰＤＡ（Personal Digital Assistant）などの携帯機器の表示画面の保護に用いられる携帯機器用カバーガラスの製造方法に関する。

携帯電話やスマートフォン、ＰＤＡなどの携帯機器においては、液晶などの表示装置を保護するために、表示装置の外側に透明な保護板が配置される。保護板としてはアクリルなどの樹脂が多く用いられているが、樹脂の保護板はたわみやすいため、板厚を厚くしたり、表示装置との間隙を多く取ったりする必要がある。

そこで、上記の表示装置の保護板として、ガラス素材からなるカバーガラスが普及し始めている。ガラスは硬度が高いためにたわみが少なく、薄型化に寄与することができる。一般に、カバーガラスは、板状ガラスからカバーガラスの形状のガラス基板を複数枚抜き出し製造される。

板状ガラスからガラス基板を抜き出す方法としては、従来では機械加工が主流であったが、近年では特許文献１のようにエッチングを用いた方法が開発されている。特許文献１では、マスクとなるレジストパターンを主表面に形成した板状ガラスをエッチャントでエッチングすることにより、かかる板状ガラスからカバーガラスの形状のガラス基板を抜き出している。このようにエッチングで外形を形成することにより、端面は非常に高い平滑性を有し、機械加工で生じるマイクロクラックが生じない。このため、携帯機器用カバーガラスに求められる高い強度を得ることができる。また、機械加工では困難な複雑な形状であっても、エッチングであれば容易に加工することができるという利点もある。

特開２００９−１６７０８６号公報

エッチングによるガラス基板の抜き出しでは、上述したように板状ガラスの主表面にレジストパターンを形成する。このレジストパターンの形成では、まず板状ガラスの主表面にレジスト材をコーティングする。次に、所望のマスクパターンを有するフォトマスクを、レジスト材がコーティングされた板状ガラスの両主表面と平行に配置して板状ガラスの両面から露光し、露光後の板状ガラスを現像液に浸漬して現像することによりレジストパターンが形成される。

このとき、フォトマスクを、抜き出したい領域すなわち複数のガラス基板に対応する領域を露光し、且つその露光される領域以外を遮光するマスクパターンとする（以下、板状ガラスにおいて、露光される領域を露光領域、遮光される領域を遮光領域と称する）。すると、露光時には、板状ガラスにおいて、露光領域にのみ光が照射されてレジスト材が変質し、現像液に溶解しないようになる。フォトマスクによって覆われて光が照射されなかった遮光領域にコーティングされていたレジスト材は、現像時に現像液に溶解する。これにより、板状ガラスに、ガラス基板に対応する領域（露光領域）にのみマスク（レジスト）を有するレジストパターンが形成される。

そして、レジストパターン形成後の板状ガラスをエッチングすると、板状ガラスにおいて、レジストパターンによってマスキングされている露光領域はエッチャントから保護され、レジストが形成されていない遮光領域はエッチャントによりエッチングされる。これにより、複数のガラス基板に対応する露光領域が分離し、複数のカバーガラスの形状のガラス基板が抜き出される。

上記ガラス基板の抜き出しは、製造効率および製品品質を向上させるため、板状ガラスを両面からエッチングする。このため、板状ガラスの両面にレジストパターンを形成して両面同時に露光する必要がある。故に、露光工程では板状ガラスを把持する必要がある。

ここで、従来のエッチング方法では、板状ガラスにおいて遮光領域以外の領域もエッチャントによりエッチングされる。詳細には、板状ガラスの露光では、その両主表面に各々対向する位置に配置された照射装置の間にかかる板状ガラスが配置され、周囲の縁部を把持された状態で露光される。このため、板状ガラスにおいて把持されている縁部には光は照射されない（以下、この照射を受けない縁部を非露光領域と称する）。したがって、その非露光領域にコーティングされたレジスト材は、現像時に、遮光領域にコーティングされていたレジスト材とともに現像液に溶解する。その結果、板状ガラスの非露光領域は、エッチング工程時に、遮光領域と同様にエッチャントにエッチングされる。

上述したように、板状ガラスのエッチングにおいて、遮光領域のエッチングは、露光領域を分離してガラス基板を抜き出すために必須であるものの、非露光領域はガラス基板の抜き出しに関与しない領域であるため、かかる非露光領域はエッチングする必要はない。むしろ、非露光領域までもがエッチングしてしまうと、エッチャントの寿命が短くなるためエッチャントを無駄に消費することとなり、その消費量ひいては製造コストの増大を招いてしまう。

また、板状ガラスにレジスト材をコーティングする際、一方の片面をコーティングしてその面を乾燥した後に、他方の片面をコーティングしてその面を乾燥するよりも、両面を同時にコーティングし、その両面を同時に乾燥する方が製造効率および製品品質が向上する。そこで、レジスト材を両面同時にコーティングする場合には、板状ガラスを把持する必要がある。

上記のように両面同時にコーティングする際、板状ガラスにはレジスト材を塗れない部分が生じる。このため、やはり板状ガラスの縁部に板状ガラスの主表面が露出している部分が形成される。この場合にも同様に、エッチャントの消費量および製造コストの増大を招くという問題がある。

本発明は、このような課題に鑑み、エッチング工程時に板状ガラスの縁部の主表面が露出した部分のエッチングを防ぎ、エッチャントの消費量ひいては製造コストの削減を図ることが可能な携帯機器用カバーガラスの製造方法を提供することを目的としている。

上記課題を解決するために、本発明の代表的な構成は、板状ガラスから、携帯機器用カバーガラス形状のガラス基板をエッチングにより抜き出すエッチング工程を含む、携帯機器用カバーガラスの製造方法であって、板状ガラスの両主表面上に形成されているネガ型のレジスト材に対してガラス基板に対応する領域を露光するマスクパターンを有するフォトマスクを用いて、板状ガラスの主表面の縁部を把持した状態で板状ガラスの両主表面側から露光する露光工程と、露光工程後の板状ガラスを現像してレジストパターンを形成する現像工程と、現像工程によって板状ガラスの主表面が露出した縁部を除去する除去工程と、現像工程によって、板状ガラスの主表面が露出した領域をエッチングすることにより板状ガラスからガラス基板を抜き出すエッチング工程と、を含むことを特徴する。

上記構成によれば、エッチング工程前の除去工程において、板状ガラスの縁部に板状ガラスの主表面が露出している部分（非露光領域）が除去される。これにより、エッチング工程における非露光領域のエッチングが生じないため、エッチャントの消費量ひいては製造コストの削減を図ることが可能となる。

本発明の他の代表的な構成は、板状ガラスから、携帯機器用カバーガラス形状のガラス基板をエッチングにより抜き出すエッチング工程を含む、携帯機器用カバーガラスの製造方法であって、板状ガラスの主表面の縁部を把持した状態で両主表面上にネガ型またはポジ型のレジスト材をコーティングするコーティング工程と、板状ガラスの両主表面上においてガラス基板に対応する領域を露光するマスクパターンを有するフォトマスクを用いて、板状ガラスの両主表面側からレジスト材を露光する露光工程と、露光工程後の板状ガラスを現像してレジストパターンを形成する現像工程と、板状ガラスの主表面が露出した縁部を除去する除去工程と、現像工程によって、板状ガラスの主表面が露出した領域をエッチングすることにより板状ガラスからガラス基板を抜き出すエッチング工程と、を含むことを特徴する。

上記のように、コーティング工程においてレジスト材を塗れない部分があった場合にも、やはり板状ガラスの縁部に板状ガラスの主表面が露出している部分が形成される。そして、これをエッチング工程前の除去工程において除去することにより、板状ガラスの主表面が露出している部分の溶解が生じないため、エッチャントの消費量ひいては製造コストの削減を図ることが可能となる。

本発明によれば、エッチング工程時に板状ガラスの縁部の主表面が露出した部分のエッチングを防ぎ、エッチャントの消費量ひいては製造コストの削減を図ることが可能な携帯機器用カバーガラスの製造方法を提供することができる。

本実施形態にかかる携帯機器用カバーガラスの製造方法を説明する概略図である。 本実施形態にかかる製造方法を適用した板状ガラスの断面図である。 本実施形態にかかる製造方法を適用した板状ガラスの断面図である。

以下に添付図面を参照しながら、本発明の好適な実施形態について詳細に説明する。かかる実施形態に示す寸法、材料、その他具体的な数値などは、発明の理解を容易とするための例示に過ぎず、特に断る場合を除き、本発明を限定するものではない。なお、本明細書及び図面において、実質的に同一の機能、構成を有する要素については、同一の符号を付することにより重複説明を省略し、また本発明に直接関係のない要素は図示を省略する。

図１は、本実施形態にかかる携帯機器用カバーガラスの製造方法を説明する概略図である。図２および図３は、本実施形態にかかる製造方法を適用した板状ガラス１０２の断面図であり、図１の板状ガラス１０２の水平方向の断面が図示されている。

本実施形態にかかる携帯機器用カバーガラス（以下、単にカバーガラスと称する）の製造方法では、まず、図２（ａ）に示す板状ガラス１０２の主表面１０２ａおよび１０２ｂに、後述するレジストパターン１０６（図３（ａ）参照）を形成し、エッチャントでエッチングすることによりカバーガラスの形状に抜き出して、不図示の携帯機器用のカバーガラスの形状のガラス基板１００（図３（ｅ）参照）を製造する。このようにして製造されたガラス基板１００を用いたカバーガラスは、エッチングにより外形を形成しているので、端面はエッチング面となって非常に高い平滑性を有し、機械加工で生じるマイクロクラックが生じないため、携帯端末用カバーガラスに求められる高い強度を得ることができる。また、機械加工では困難な複雑な形状であっても、容易に加工することができる。

図１（ａ）は板状ガラス１０２の平面図である。本実施形態では、図１（ａ）において破線にて囲った領域を抜き出し、カバーガラスに用いられるガラス基板１００を製造する。このように本実施形態では板状ガラス１０２から２７個のガラス基板１００を抜き出す場合を説明するが、この数は例示であり、これに限定するものではない。

板状ガラス１０２は、溶融ガラスから直接シート状に成型したもの、あるいは、ある厚さに成型されたガラス体を所定の厚さに成型し、主表面を研磨して所定の厚さに仕上げたものを使用することができる。特に、溶融ガラスから直接シート状に成型した場合には、板状ガラス１０２の主表面１０２ａおよび１０２ｂ（以下、主表面１０２ａおよび１０２ｂを総称するときは単に両主表面と称する。）がマイクロクラックのない表面状態を有するため好ましい。溶融ガラスから直接シート状に成型する方法としては、ダウンドロー法、フロート法などが挙げられる。

板状ガラス１０２は、アルミノシリケートガラス、ソーダライムガラス、ボロシリケートガラス、結晶化ガラスなどで構成されていることが好ましい。中でも、ＳｉＯ_２、Ａｌ_２Ｏ_３、Ｌｉ_２Ｏ及び／又はＮａ_２Ｏを含有したアルミノシリケートガラスであることが好ましい。Ａｌ_２Ｏ_３は、後述する化学強化においてイオン交換性能を向上させるため有用である。Ｌｉ_２Ｏは、化学強化においてＮａイオンとイオン交換させるための成分である。Ｎａ_２Ｏは、化学強化においてＫイオンとイオン交換させるための成分である。ＺｒＯ_２は、機械的強度を高めるために有用である。

上記の板状ガラス１０２へのレジストパターン形成では、まず図２（ｂ）に示すように、板状ガラス１０２の両主表面上にレジスト材１０４をコーティングする（コーティング工程）。レジスト材１０４としては、エッチングする際に使用するエッチャントに対して耐性を有する材料であればよい。ガラスは大抵、フッ酸を含む水溶液のウェットエッチングや、フッ素系ガスのドライエッチングにより食刻されるので、例えば、フッ酸耐性に優れたレジスト材などを用いることができる。

次に、図２（ｃ）に示すように、板状ガラス１０２の両主表面上において複数のガラス基板１００に対応する領域を露光するマスクパターンを有するフォトマスク１１０を、コーティング工程後の板状ガラス１０２の両主表面と平行に配置する。そして、板状ガラス１０２の両主表面上に形成されているネガ型のレジスト材１０４に対して、板状ガラス１０２の主表面の縁部を把持した状態で、板状ガラス１０２の両主表面側からＵＶランプ等の照射装置１１２によって光（ＵＶ）を照射して露光する（露光工程）。

図１（ｂ）は板状ガラス１０２の各領域を説明する平面図である。図１（ｂ）に示すように、本実施形態の板状ガラス１０２では、斜線にてハッチングされる領域（図１（ａ）にて破線にて囲った領域）が、複数のガラス基板１００に対応する領域（抜き出したい領域）である。このため、かかる領域を露光してレジスト材１０４によるレジストマスク（以下、マスク１０４ａ（図２（ｄ）参照）と称する）を形成する。以下、このハッチングの領域を露光領域１０３ａと称する。

一方、上記の露光領域１０３ａに対し、図１（ｂ）にて黒塗りで示される領域は、複数のガラス基板１００に対応する領域（露光領域１０３ａ）を分離させるためにマスク１０４ａを形成しない領域であるため、この領域は遮光する必要がある。以下、この黒塗りの領域を遮光領域１０３ｂと称する。

そこで、本実施形態では、光（図２（ｃ）では矢印で図示）を透過可能なガラス板等によりフォトマスク１１０を構成し、かかるフォトマスク１１０において、上述した遮光領域１０３ｂに対応する遮光部１１０ａを設けている。これにより、板状ガラス１０２において、遮光部１１０ａに対応する領域すなわち遮光領域１０３ｂは遮光され、それ以外の領域すなわち露光領域１０３ａは露光される。すると、露光領域１０３ａは、図２（ｄ）に示すようにレジスト材１０４が変質し、現像液で溶解しないようになる。遮光領域１０３ｂは変質しないレジスト材１０４のコーティングが残った状態となる。

露光工程後の板状ガラス１０２は、現像液に浸漬されることにより現像され、レジストパターン１０６が形成される（現像工程）。詳細には、露光工程後の板状ガラス１０２（図２（ｄ）参照）を現像液（不図示）に浸漬すると、フォトマスク１１０によって覆われて光が照射されなかった遮光領域１０３ｂのレジスト材１０４（図２（ｄ）において残存しているレジスト材１０４）が現像液に溶解する。これにより、図３（ａ）に示すように、板状ガラス１０２には露光領域１０３ａのレジスト材１０４がマスク１０４ａとして残り、ガラス基板１００に対応する領域（露光領域）にのみ複数のマスク１０４ａを有するレジストパターン１０６が形成される（ネガ型）。

ここで、図１（ｂ）に示すように、板状ガラス１０２では、意図的に遮光される遮光領域１０３ｂに加えて、工程の都合上、露光がなされなかった（遮光された）ために主表面が露出した部分（以下、「非露光領域１０３ｃ」という。）が存在する。詳細には、図２（ｃ）に示すように、露光工程において、レジスト材１０４をコーティングされた板状ガラス１０２の両側の縁部は冶具１１４によって把持されている。このため、照射装置１１２から照射された光が冶具１１４によって遮られ、縁部には光は照射されず、かかる縁部が非露光領域１０３ｃとなる。したがって、その非露光領域１０３ｃにコーティングされたレジスト材１０４（図２（ｄ）参照）は、図３（ａ）に示すように、現像工程において、遮光領域１０３ｂにコーティングされていたレジスト材１０４とともに現像液に溶解して剥離される。

図３（ａ）に示す板状ガラス１０２を後述するエッチング工程においてエッチングすると、板状ガラス１０２の非露光領域１０３ｃは、レジスト材１０４が剥離されて露出した状態であるため遮光領域１０３ｂと同様にエッチャントにエッチングしてしまう。このように、ガラス基板１００（露光領域１０３ａ）を抜き出すための遮光領域１０３ｂだけでなく、その抜き出しに不要な非露光領域１０３ｃまでもがエッチャントにエッチングすると、エッチャントの寿命が短くなってそれを無駄に消費することとなり、その消費量ひいては製造コストの増大を招いてしまう。またエッチャントへのエッチング量が増えると、エッチング時に生じるスケールの量が増すため、そのスケールを除去するための清掃頻度の増加を招くこととなる。

そこで本実施形態では、エッチング工程を行う前に、現像工程後の板状ガラス１０２の主表面が露出した縁部であってレジストパターン１０６が形成されていない非露光領域１０３ｃを除去する（除去工程）。除去する方法自体は公知の様々な方法を用いることができ、例えばガラス切りでカッティングすることが簡単かつ迅速であるため好ましい。ただしカッティング以外にも、機械研削、溶融切断など、他の方法を用いてもよい。

除去工程を終えると、板状ガラス１０２は、図３（ｂ）に示す状態となる。これにより、後述するエッチング工程における非露光領域１０３ｃのエッチングが生じないため、エッチャントの消費量ひいては製造コストの削減を図ることが可能となる。

なお、当業者には周知であるため説明を省略するが、上記のコーティング工程の後に、かかるコーティング工程においてコーティングされたレジスト材１０４を乾燥させるプリベーク工程を設けてもよいし、現像工程や除去工程の後に、板状ガラス１０２を乾燥させるポストベーク工程を設けてもよい。

除去工程を終えたら、図３（ｂ）に示す板状ガラス１０２上に残存したレジストをマスク１０４ａとして用い、露出された板状ガラス１０２の主表面に対してエッチャントでエッチングすることにより、板状ガラス１０２からガラス基板１００を抜き出す（エッチング工程）。エッチング方法は、湿式エッチング（ウェットエッチング）、乾式エッチング（ドライエッチング）のいずれであってもよい。ウェットエッチングに使用するエッチャントは、板状ガラスを食刻できるものであればよい。例えば、フッ酸を主成分とする酸性溶液や、フッ酸に硫酸、硝酸、塩酸、ケイフッ酸のうち少なくとも一つの酸を含む混酸などを用いることができる。ドライエッチングに使用するエッチャントは、板状ガラスを食刻できるものであればよいが、例えばフッ素系ガスを使用することができる。

ウェットエッチングでは、ガラスは等方的にエッチングされる。したがって、板状ガラス１０２において、マスク１０４ａ（レジストパターン１０６）によってマスクされていない領域、すなわち露出している遮光領域１０３ｂは、図３（ｃ）に示すように両面から溝が掘り下げられるようにエッチングし、一方、マスク１０４ａによってマスクされている露光領域１０３ａはエッチャントから保護されるためエッチングしない。そして、エッチングを継続すると遮光領域１０３ｂが完全にエッチングし、やがて板厚のほぼ中央部で溝が連続することによって、図３（ｄ）に示すように露光領域１０３ａが分離し、板状ガラス１０２から所望の形状のガラス基板１００が抜き出される。

上記のように板状ガラス１０２から抜き出されたガラス基板１００は、剥離液（不図示）によってマスク１０４ａが剥離される（レジスト剥離工程）。かかる剥離液としては、ＫＯＨやＮａＯＨなどのアルカリ溶液を好適に用いることができる。このレジスト剥離工程により、ガラス基板１００は図３（ｅ）に示す状態となる。そして、必要に応じて、イオン交換処理による化学強化工程等の工程を経た後、所定の印刷パターンを印刷する印刷工程を行うことにより、製品としてのカバーガラスとなる。

以上説明したように、本実施形態にかかる携帯機器用カバーガラスの製造方法によれば、エッチング工程前の除去工程において、板状ガラス１０２の縁部である非露光領域１０３ｃが除去される。これにより、エッチング工程における非露光領域１０３ｃのエッチングが生じないため、エッチャントの消費量ひいては製造コストの削減、および清掃頻度の低下を図ることが可能となる。

なお、上記実施形態においては、露光工程で露光されなかったために現像工程によって板状ガラス１０２の主表面が露出した部分（非露光領域）が形成されると説明した。しかし、コーティング工程においてレジスト材がコーティングされなかった場合にも、同様に板状ガラス１０２の縁部において主表面が露出した部分が形成される。この場合においても、上記実施形態と同様に除去工程において当該部分を除去することにより、エッチャントの消費量ひいては製造コストの削減を図ることが可能となる。

以上、添付図面を参照しながら本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明は係る例に限定されないことは言うまでもない。当業者であれば、特許請求の範囲に記載された範疇内において、各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、それらについても当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。

本発明は、携帯電話やスマートフォン、ＰＤＡ（Personal Digital Assistant）などの携帯機器の表示画面の保護に用いられる携帯機器用カバーガラスの製造方法に利用することができる。

１００…ガラス基板、１０２…板状ガラス、１０２ａ…主表面、１０２ｂ…主表面、１０３ａ…露光領域、１０３ｂ…遮光領域、１０３ｃ…非露光領域、１０４…レジスト材、１０４ａ…マスク、１０６…レジストパターン、１１０…フォトマスク、１１０ａ…遮光部、１１２…照射装置、１１４…冶具

Claims (2)

1. 板状ガラスから、携帯機器用カバーガラス形状のガラス基板をエッチングにより抜き出すエッチング工程を含む、携帯機器用カバーガラスの製造方法であって、
   前記板状ガラスの両主表面上に形成されているネガ型のレジスト材に対して前記ガラス基板に対応する領域を露光するマスクパターンを有するフォトマスクを用いて、該板状ガラスの主表面の縁部を把持した状態で該板状ガラスの両主表面側から露光する露光工程と、
   前記露光工程後の板状ガラスを現像してレジストパターンを形成する現像工程と、
   前記現像工程によって前記板状ガラスの主表面が露出した領域をエッチングすることにより該板状ガラスから前記ガラス基板を抜き出すエッチング工程とを含み、
   前記エッチング工程の前に、前記現像工程によって前記板状ガラスの主表面が露出した縁部を、カッティング、機械研削または溶解切断のいずれかによって除去する除去工程を更に含むことを特徴する携帯機器用カバーガラスの製造方法。
2. 板状ガラスから、携帯機器用カバーガラス形状のガラス基板をエッチングにより抜き出すエッチング工程を含む、携帯機器用カバーガラスの製造方法であって、
   前記板状ガラスの主表面の縁部を把持した状態で両主表面上にネガ型またはポジ型のレジスト材をコーティングするコーティング工程と、
   前記板状ガラスの両主表面上において前記ガラス基板に対応する領域を露光するマスクパターンを有するフォトマスクを用いて、該板状ガラスの両主表面側から前記レジスト材を露光する露光工程と、
   前記露光工程後の板状ガラスを現像してレジストパターンを形成する現像工程と、
   前記現像工程によって前記板状ガラスの主表面が露出した領域をエッチングすることにより該板状ガラスから前記ガラス基板を抜き出すエッチング工程とを含み、
   前記エッチング工程の前に、前記板状ガラスの主表面が露出した縁部を、カッティング、機械研削または溶解切断のいずれかによって除去する除去工程を更に含むことを特徴する携帯機器用カバーガラスの製造方法。

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