TW201628953A

TW201628953A - 移動玻璃片的非接觸蝕刻

Info

Publication number: TW201628953A
Application number: TW105107779A
Authority: TW
Inventors: 古德法關譚納仁達; 呂誌原; 羅葳葳; 中村嘉宏; 山田哲三
Original assignee: 康寧公司
Priority date: 2010-03-26
Filing date: 2011-03-24
Publication date: 2016-08-16
Also published as: CN102276155B; CN102276155A; KR101791692B1; TW201202116A; CN202181257U; US20130062312A1; US8535548B2; TWI589506B; JP2011207756A; KR20110108319A; JP2016029016A; TWI601678B; JP5860222B2; JP6180486B2; US9120700B2; US20110236630A1

Abstract

本案揭示用於蝕刻撓性玻璃片(13)的方法與設備，其中係以垂直或近乎垂直的方位傳送玻璃片通過多個非接觸液體噴射軸承(3)，該些非接觸液體噴射軸承施用一蝕刻溶液(例如，NaF/H3PO4水溶液)至該些玻璃片(13)的一側或兩側。在某些實施例中，最上方的液體噴射軸承在該玻璃片(13)之上邊緣上方，因而能夠施加蝕刻溶液至該玻璃片的頂部。其他實施例中，一頂部噴淋件(11)包含一組噴霧噴嘴(21)且該組噴霧噴嘴(21)設置於該設備上方並沿著該設備的長度分佈，以使用該頂部噴淋件(11)施加蝕刻溶液至該玻璃片(13)之頂部。利用本案所揭示之方法及設備，可提供以熔融製程製成且面積大於5平方公尺以及平均表面粗糙度介於0.5奈米至1.1奈米的玻璃片。

Description

移動玻璃片的非接觸蝕刻

【交互參照之相關申請案】

本申請案主張2010年3月26日所申請之美國專利申請案12/732,597號的優先權。

本案揭示內容係有關用於蝕刻玻璃片的方法及設備，該玻璃片可例如作為用以製造液晶顯示器(LCD)的基板。明確而言，本案揭示內容有關於蝕刻玻璃片之一或兩個主要表面而不與玻璃片之主要表面機械性接觸。更明確而言，本案揭示內容有關於執行此類蝕刻製程同時以實質垂直之方位傳送該玻璃片。

製造用於液晶顯示器之基板的製程包含許多步驟，在該些步驟中必需支撐與輸送玻璃片但不能損傷該些玻璃片的主要表面，特別是不能損傷該玻璃片上欲形成顯示器構件(例如，薄膜電晶體及彩色濾片)的優質表面。例如在製造基板的製程期間，玻璃片需經過尺寸裁切、邊緣打磨、清洗、封裝及運輸或其他處理以供應給顯示器製造商。

當玻璃片的尺寸從長度1公尺提高到超過2公尺但其厚度卻未相應增加時，該玻璃片的側向勁度顯著降低。同時，傳送速度要件必需保持恆定或提高。因此，目前傳送用於液晶顯示器之玻璃基板的問題在於試圖移動該些機械性質有如紙巾般的大型玻璃片而不觸及玻璃片之主要表面。

以熔融製程(見下述內容)所生產的玻璃片具有極光滑之表面。在實務上已發現極光滑的表面拋光可能是在顯示器製造製程中導致靜電放電的一項因素。在這種情況下，發現對玻璃片的表面進行蝕刻以降低其光滑度是有益的。僅需要輕微蝕刻即可實質降低靜電放電的發生機率。因此，可在不實質損害玻璃片之透光度的情況下執行蝕刻。當酸蝕刻處理用於LCD製造製程中時，除了可解決靜電放電問題之外，還可用於增進金屬膜與玻璃基板之間的結合。

過去認為若要蝕刻該移動中之玻璃片的主要表面，該玻璃片必需與滾輪實體接觸。明確而言，是認為必需使用滾輪以達到均勻蝕刻。美國專利申請案公開號2007/0271756及日本專利申請案2004-203668號中揭示這類滾輪式蝕刻法。雖然上述兩個參考文獻揭示在整體製程中於他處使用水來支撐玻璃片，但兩案皆利用滾輪來施加酸溶液。

如以下本案揭示內容所討論與說明般，驚訝地發現在蝕刻時並不需要與移動中之玻璃片的主要表面做實體接觸。特別是，發現可在傳送大型玻璃片的過程中達成極均勻的蝕刻而不與玻璃片之主要表面實體接觸。由於實體接觸可能有損傷及/或污染玻璃表面的風險，故此為重要發明成果。

根據本發明之第一態樣，揭示一種以實質垂直方位傳送一玻璃片(13)且同時提高該玻璃片至少一主要表面之表面粗糙度的方法，該方法包括：(a)提供一移動輸送帶(2)，其配置成與該玻璃片(13)之底部邊緣接觸且以一傳送速度移動該玻璃片(13)；(b)提供複數個非接觸軸承(3)，每個軸承(3)係配置用以從複數個孔(22)中噴出液體(40)；以及(c)使該玻璃片(13)之底部邊緣與該移動輸送帶(2)接觸，並以該傳送速度移動該玻璃片(13)且同時從該複數個非接觸軸承(3)噴出液體(40)；其中該液體(40)是一蝕刻溶液且該方法包括從(i)在該玻璃片(13)之頂部邊緣上方的一或多個非接觸軸承(3)、從(ii)一頂部噴淋件(11)或從(iii)在該玻璃片(13)之頂部邊緣上方的一或多個非接觸軸承(3)及一頂部噴淋件(11)施加該蝕刻溶液於該玻璃片(13)的一頂部部分。

根據第二態樣，揭示一種以實質垂直方位傳送一玻璃片(13)且同時提高該玻璃片至少一主要表面之表面粗糙度的設備，該設備包括：(a)一移動輸送帶(2)，其配置成與該玻璃片(13)之底部邊緣接觸且以一傳送速度移動該玻璃片(13)；(b)複數個非接觸軸承(3)，每個軸承係配置用以從複數個孔(22)中噴出一蝕刻液體(40)；以及(c)一頂部噴淋件(11)，其位於該複數個非接觸軸承(3)上方且配置用以施用蝕刻溶液(40)至玻璃片(13)的頂部部分。

根據第三態樣，揭示一種藉由熔融製程所製成之玻璃片(13)，該玻璃片具有第一及第二主要表面且該些主要表面各自具有大於5平方公尺之面積，其中該第一及第二主要表面之至少一者在其中央占至少90%的面積上具有範圍為0.5奈米至1.1奈米的平均表面粗糙度。

上述本案各種態樣之概要內容中所使用的元件符號僅供讀者方便閱讀，而不應用以限制本發明範圍。更廣泛而言，可明白以上概括說明及以下詳細描述內容僅用以示範本發明，且提供概要說明及整體架構以供理解本發明之本質與特性。

以下詳細內容闡述本發明之附加特徵及優點，且熟悉該項技藝者將可藉由該詳細說明或依照文中所述般實施本發明而輕易地瞭解一部份的特徵與優點。本文所含附圖係用以提供對本發明之進一步理解，該些附圖納入本文中且構成本案說明書的一部分。應理解本案說明書與圖式中揭示的各種發明特徵可任意組合或全部組合方式而使用。例如，可依據下述之額外態樣組合本發明之各種特徵。

根據第4態樣，提出如第1態樣所述之方法，其中從每個非接觸軸承噴出的該蝕刻溶液除以該軸承之該些孔所平均而得的流率係介於125-300毫升/分鐘/孔。

根據第5態樣，提出如第1或4態樣所述之方法，其中：(i)一頂部噴淋件施加蝕刻溶液至該玻璃片的一頂部部分；(ii)該頂部噴淋件包含複數個噴嘴；以及(iii)從每個噴嘴所噴出的該蝕刻溶液除以該頂部噴淋件之全部噴嘴所平均而得的流率係介於1.5-5.0公升/分鐘/噴嘴。

根據第6態樣，提出如第1或4-5態樣中之任一者所述的方法，其中噴出蝕刻溶液的該複數個非接觸軸承係設置於該玻璃片的兩側上，而得以提高該玻璃片之兩主要表面的表面粗糙度。

根據第7態樣，提出如第1或4-6態樣中之任一者所述的方法，其中該至少一個主要表面與該蝕刻溶液接觸的結果是該主要表面在其中央占至少90%的面積上具有範圍是0.5奈米至1.1奈米的平均表面粗糙度。

根據第8態樣，提出如第7態樣所述的方法，其中該至少一個主要表面在其中央占至少90%之面積上所具有之表面粗糙度的表面內部標準偏差係小於或等於0.05奈米。

根據第9態樣，提出如第1或4-8態樣中之任一者所述的方法，其中該複數個非接觸軸承每單位時間內噴在該至少一主要表面之上方部分處的蝕刻溶液比噴在該表面之下方部位處的蝕刻溶液要多。

根據第10態樣，提出如第1或4-9態樣中之任一者所述的方法，其中該蝕刻溶液包含NaF與H₃PO₄之水溶液。

根據第11態樣，提出如第2態樣所述之設備，其中該頂部噴淋件包含複數個噴嘴，每個噴嘴產生一具有介於90-120度之扇形角度的平頭(flat tip)噴霧圖案。

根據第12態樣，提出如第11態樣所述之設備，其中該平頭噴霧圖案具有在該玻璃片之頂部邊緣處的一長度，該長度在0.5公尺的等級。

根據第13態樣，提出如第3態樣所述之玻璃片，其中該第一及第二主要表面各具有大於8.5平方公尺的面積。

根據第14態樣，提出如第3或13態樣所述之玻璃片，其中該第一及第二主要表面各自在其中央占至少90%的面積上具有介於0.5奈米至1.1奈米的平均表面粗糙度。

根據第15態樣，提出如第3或13態樣所述之玻璃片，其中該第一及第二主要表面之至少一者在其中央占至少90%的面積上具有介於0.5奈米至0.9奈米之平均表面粗糙度。

根據第16態樣，提出如第3或13態樣所述之玻璃片，其中該第一及第二主要表面各自在其中央占至少90%的面積上具有介於0.5奈米至0.9奈米之平均表面粗糙度。

根據第17態樣，提出如第3、13或15態樣中之任一者所述的玻璃片，其中該第一及第二主要表面之至少一者在其中央占至少90%的面積上所具有之表面粗糙度的表面內部標準偏差係小於或等於0.05奈米。

根據第18態樣提出如第3、13、14或16態樣中之任一者所述的玻璃片，其中該第一及第二主要表面各自在其中央占至少90%的面積上所具有之表面粗糙度的表面內部標準偏差係小於或等於0.05奈米。

根據第19態樣，提出如第3或第13-18態樣中之任一者所述的玻璃片，其中該第一及第二主要表面皆無與滾輪接觸所造成的刮痕與污跡。

2‧‧‧輸送帶

3‧‧‧液體噴射軸承

7‧‧‧腳輪

10‧‧‧蝕刻設備

11‧‧‧頂部噴淋件

13‧‧‧玻璃片

14‧‧‧力轉換器

15‧‧‧位置感測器

16‧‧‧紀錄設備

17‧‧‧引線

18‧‧‧轉換器/感測器支撐件

20‧‧‧正面

21‧‧‧噴嘴

22‧‧‧孔

23、24、25‧‧‧排

31‧‧‧支撐件

33‧‧‧供應管

40‧‧‧蝕刻液體

41‧‧‧箭頭

49‧‧‧平台

51‧‧‧收集槽

53‧‧‧耐火主體

55‧‧‧底部/根部

57‧‧‧箭頭

59‧‧‧供應管

100‧‧‧高正壓區域

110‧‧‧低負壓區域

120‧‧‧低正壓區域

P‧‧‧間距

D0‧‧‧直徑

3U、3M、3L‧‧‧軸承

第1圖與第2圖是採用非接觸液體噴射軸承陣列之玻璃片蝕刻設備的概要圖。第1圖為正視圖及第2圖為側視圖。由於最上方的液體噴射軸承在玻璃片的頂部邊緣上方，故第1與2圖之設備未採用頂部噴淋件。

第3-7圖顯示針對不同的液體流率及孔至玻璃片之間隔計算出從孔流出之液體在玻璃片上產生的壓力分佈點。表1列出用於第3-7圖的特定參數。

第8與9圖是使用非接觸液體噴射軸承輸測試各種參數對於輸送玻璃片之影響的設備概要圖。第8圖為正視圖及第9圖為側視圖。

第10圖顯示一非接觸液體噴射軸承的正面。

第11圖顯示玻璃片表面處之壓力/孔(y軸，kPa)對一非接觸液體噴射軸承正面與玻璃片間之間隔(x軸，毫米)作圖所繪制之曲線圖。圖中之斜線區域說明使用該軸承的示例性操作範圍。

第12圖顯示平均水平間距為15、30、43及65毫米時玻璃片表面處之壓力/孔(y軸，kPa)對非接觸液體噴射軸承正面與玻璃片間之間隔(x軸，毫米)作圖所繪制之曲線圖。

第13圖顯示平均孔的尺寸為0.5、1.4、3.0及5.0毫米時玻璃片表面處之壓力/孔(y軸，kPa)對非接觸液體噴射軸承正面與玻璃片間之間隔(x軸，毫米)作圖所繪制之曲線圖。

第14圖顯示平均流率為80、190、350及900毫升/分鐘/孔時玻璃片表面處之壓力/孔(y軸，kPa)對非接觸液體噴射軸承正面與玻璃片間之間隔(x軸，毫米)作圖所繪制之曲線圖。

第15圖為繪示非接觸液體噴射軸承陣列中之個別軸承間之互相影響的示意圖。

第16圖顯示當流經兩個非接觸液體噴射軸承中之上方軸承的平均流率為0及200毫升/分鐘/孔時，非接觸液體噴射軸承正面與玻璃片間之間隔(y軸，毫米)對流經該兩軸承中之下方軸承的平均流率(x軸，毫升/分鐘/孔)作圖所繪制之曲線圖。

第17圖是採用非接觸液體噴射軸承陣列及一頂部噴淋件之玻璃片蝕刻設備的概要圖。該設備可用於頂部邊緣在最上方之液體噴射軸承上方的玻璃片以及頂部邊緣在最上方之液體噴射軸承下方的玻璃片。

第18圖是一正視圖，其繪示第17圖之頂部噴淋件的部分細節。

第19圖是繪示用以製造平面玻璃片之熔融製程中所使用之等靜壓管示例性結構(成形結構)的概要圖。

第20圖係一線圖，其顯示使用本案揭示之蝕刻技術所產生的表面粗糙度實質上與蝕刻溶液的溫度無關。

本案揭示用於蝕刻玻璃片的方法及設備，在該方法及設備中，以實質垂直方位傳送玻璃片通過多個非接觸液體噴射軸承，該些軸承施加蝕刻溶液(本文中亦稱為「蝕刻液體」)至玻璃片的一側或兩側上。在某些實施例中，最上方的液體噴射軸承在玻璃片之頂部邊緣上方，因此能施加蝕刻溶液至玻璃片的頂部。在其他實施例中，利用一頂部噴淋件(top shower)施加蝕刻溶液至玻璃片的頂部，該頂部噴淋件包含一組噴霧噴嘴，該些噴嘴位於該設備上方且沿著該設備的長度分佈。當最上方的液體噴射軸承位在玻璃片的頂部邊緣下方時，該頂部噴淋件係用以達到實質均勻蝕刻。雖然當最上方的液體噴射軸承位在玻璃片的頂部邊緣上方時通常並非必定需要頂部噴淋件，但也可使用頂部噴淋件。

欲蝕刻的玻璃片較佳可作為用來製造平面顯示器(例如LCD顯示器)之基板。目前已知用於製造平面顯示器製造業的最大型基板是「Gen 10」基板，其尺寸為2850毫米x 3050毫米x0.7毫米(主要表面積>8.5平方公尺)。本案中所揭露的蝕刻系統能用這些基板、未來研發的更大基板以及過去所研發的較小基板，例如該蝕刻系統可用於尺寸為2160毫米x 2460毫米x 0.7毫米(主要表面積>5.0平方公尺)的「Gen 8」基板。

以下討論內容分為四部分：(A)非接觸液體噴射軸承；(B)頂部噴淋件；(C)蝕刻溶液；以及(D)熔融製程。以下提供多個非限制性範例，以特別示範本案揭示之蝕刻系統用於Gen 10基板可達到高蝕刻均勻度的能力。

A.非接觸液體噴射軸承

第1及2圖顯示使用非接觸液體噴射軸承3蝕刻玻璃片13之設備10的代表性實施例。如圖所示，支撐件31搭載著軸承3之陣列。該等支撐件進而被平台49搭載，該平台49可包含多個腳輪7，用以將該設備搬運至製造廠房內的不同位置處。

用於任一特定應用的非接觸軸承數目及個別軸承的長度係取決於欲傳送之玻璃片的尺寸，例如用於Gen 10基板時，較佳實施例中採用具有約10個軸承的軸承陣列且每個軸承長度為1.5公尺。當然如有需要，亦能使用更多或更少以及更長或更短的軸承。例如，若欲以直向方位而非橫向方位傳送玻璃片時，可使用更多個軸承。一般而言，當使用軸承陣列時，該些軸承較佳具有範圍在50-150毫米的垂直高度，且該些軸承之間的垂直間隔較佳為200-400毫米之範圍。

支撐件31可如第1及2圖所示般於垂直方位上固定住該些軸承，或是以與垂直方向偏離一角度(例如偏離垂直方向約1-20度)的方位固定住該些軸承。在本文中，「實質垂直方位(substantially vertical orientation)」一詞意指與垂直方向偏離0-20度的方位。通常以垂直方位為佳。

如第1及2圖所示，平台49包含輸送帶2，例如V形或U形輸送帶，用以與玻璃片13的底部邊緣嚙合。藉由例如電動馬達(未示出)驅動該輸送帶以期望的傳送速度來傳送玻璃片。該傳送速度將視特定應用而有所不同。

第10圖顯示一代表性液體噴射軸承3的正面20(面向玻璃片的表面)。如圖中所見，該正面包含複數個孔22，在此例子中，該些孔22配置成3排(23、24、25)，每一排具有相同孔數並且相鄰排中的孔垂直對齊。並且在此圖中該些孔的尺寸一致，即是具有一致的直徑D₀。並發現此種配置於實務上已可成功運作，但如有需要可採用其它多種配置方式。譬如，該液體噴射軸承可包含多於或少於三排的孔，不同排可能具有不同孔數，相鄰排中的孔可交錯配置(staggered)而非垂直對齊，並且該些孔的尺寸以及在某些孔或所有孔之間的水平間隔(spacing，或節距(pitch))可能具有不同數值。此外，該些孔不一定呈圓形，在該種形況下，孔的尺寸並非是該孔直徑，而是該孔的最大截面尺寸。

使用時，軸承3的該些孔連接至一加壓蝕刻液體(蝕刻溶液)來源。例如，可使用幫浦從一儲槽輸送經加壓之液體至一空腔(plenum)中，該空腔可例如藉由多個軟管連接至位於軸承背面上的各孔之入口端而將該液體分配至各個孔。可使用該領域中熟悉該項技藝者所熟知的各種市售設備提供該經加壓之液體。或者，如有需要可建構客制化設備。

該(些)非接觸軸承可僅用於玻璃片的一側上(見第2圖中之實線)或設置在玻璃片的兩側上(見第2圖中的虛線與實線)。以在玻璃片的兩側上皆設置軸承為較佳。

使用時，從該(些)軸承噴出的蝕刻溶液形成一半透膜(membrane)或薄膜(film)，該半透膜或薄膜支撐著玻璃片，使得玻璃片不會接觸該(些)軸承的正面。更明確而言，該(些)軸承採取局部流動加速以創造出負壓，進而創造出吸力，而於傳送過程中相對於該軸承固持該玻璃片。第3-7圖顯示將採行的現象。

在這些圖中，元件符號100係指高正壓區域(液體的沖射點)，元件符號110係指液體與玻璃表面正切之局部加速作用所造成的低負壓區域，以及元件符號120係指周圍處的低正壓區域。為了說明，這些圖中所顯示的正壓及負壓區域係針對無多個孔環繞的單一個孔來計算。第3-7圖各圖中所顯示的面積為50毫米x50毫米。這些計算是透過使用ANSYS公司(Canonsburg,PA)所販售FLUENT商標系列的流體動力程式來執行。當然，亦可使用包含非商業性程式在內的其它程式來執行第3-7圖中所示之計算以及文中所討論的其它計算。

第3-7圖顯示針對(1)基板表面與孔的出口端之間的間隔(spacing)以及(2)流經該孔之流率的各種組合所繪示的正壓及負壓分佈情形。表1列出所使用的特定數值以及該基板表面處的總和壓力(總力)。正的總力代表將玻璃片推離該孔(與該軸承相斥)，同時負的總力代表將玻璃片拉向該孔(與該軸承相吸)。

如第3-7圖與表1所示，孔至玻璃片之間隔與流率的不同組合能獲得負淨力及正淨力。特別是，此數據顯示緊密的間隔可獲得正力(排斥力)，並且較大的間隔可獲得負力(吸引力)。因此，可找出玻璃片既不被拉向也不被推離該孔的平衡點(平衡間隔)。若孔至玻璃片的間隔小於該平衡間隔時，該玻璃片被推離該孔而回到該平衡點。若孔至玻璃片的間隔大於該平衡間隔時，該玻璃片則被拉回至該平衡點。如此，該孔至玻璃片的間隔將會在平衡間隔附近徘徊。

特別是，當輸送玻璃片行經該孔時，該孔至玻璃片的間隔將在平衡間隔附近徘徊。此傳送方式將造成該玻璃片與該孔之間的間隔隨著時間而變化，而造成(1)該移動中的玻璃片振動及/或(2)該玻璃片具有拱起、波浪狀起伏、翹曲或其它不平坦的表面特性。由於從該孔噴出之液體施加於玻璃片上的淨力在該平衡點處會正負變號(changes sign)，可藉著將該些孔的參數(包括液體流率)設定在可產生一平衡點且該平衡點兩側上的吸引/排斥力能將該玻璃片固持在該軸承上的數值，以調適該孔至玻璃片之間隔的變動(variation)，雖然孔至玻璃片的間隔難免有些變動。

第3-7圖中的數據是針對單個孔的數據。在實務上，單一個孔無法產生足夠的力量將移動中的玻璃片固持在液體噴射軸承上。而需要由多個孔組成一陣列。更廣泛而言，通常是使用由多個液體噴射軸承(例如兩個或更多個液體噴射軸承)以相對於彼此而堆高設置的方式組成陣列來輸送玻璃片(見第1及2圖)，特別是當玻璃片尺寸增大時更是如此。每個液體噴射軸承將具有自己的孔陣列，所有軸承的孔陣列可能相同，或者如有需要，該些軸承的孔陣列可能互不相同。

發現到孔陣列在玻璃片上的作用情形實質上比單一個孔的作用情形更為複雜。同樣地，發現一液體噴射軸承陣列表現出的行為也比單一個液體噴射軸承的行為更加複雜。為了研究這些作用，使用第8及9圖中概要繪示的設備進行實驗。這些圖中，元件符號13為玻璃片，元件符號2是用於輸送玻璃片的輸送帶，元件符號3是一液體噴射軸承，元件符號14是力轉換器(force transducer)，元件符號15是位置感測器，元件符號18是轉換器/感測器支撐件，元件符號17是連接至轉換器及感測器的引線，以及元件符號16是轉換器及感測器之輸出的紀錄設備。

第10圖顯示用於實驗中的代表性液體噴射軸承3。除該軸承的結構之外，該圖亦顯示出於實驗期間所改變的參數，例如平均水平節距參數P(即，於玻璃片移動方向上在該些孔之間從孔中心到中心的平均間隔)以及平均孔尺寸參數，特別是在此例子中，是指該些孔的平均直徑D₀。

第11圖顯示以一軸承之孔陣列中的一孔施加於玻璃片上的平均壓力(以kPa計)對該液體噴射軸承正面與該玻璃片間之間隔(以毫米計)作圖的曲線圖，且由於該些孔的出口端通常與該軸承表面齊平，因此該液體噴射軸承正面與該玻璃片間之間隔或可相當於該些孔之出口端與該玻璃片之間的間隔。在此圖及第12-14圖中，正壓力代表該軸承與該玻璃片之間的排斥作用，而負壓力代表吸引作用。此曲線圖的斜線部分說明該軸承的代表性操作範圍，即在該壓力對間隔作圖之曲線的該部分中能可靠地使用該軸承來輸送玻璃片。

透過使用第8-9圖所示類型之設備及第10圖所示類型之軸承，可針對各種可能參數測定壓力對間隔的曲線圖。從這些實驗結果發現下列關鍵參數：(1)該些孔之間的平均水平節距；(2)該些孔的平均尺寸；以及(3)流經該些孔的平均流率，在各個例子中，該些平均值是除以該軸承之總孔數而得。進一步發現這些參數的特定數值範圍產生第11圖所示之實際操作裕度(practical operating windows)。第12、13及14圖顯示代表性數據，該些數據分別說明平均水平節距、平均孔尺寸及平均流率的範圍。

如第12圖所示，當玻璃片靠近該軸承的表面時，15毫米的平均水平節距(實心三角形數據點)在該玻璃片上產生大到無法接受的排斥力。因此，既然吸引力不足以約束玻璃片時，該玻璃片可能飛出而脫離該軸承，實際上是由於玻璃片朝該軸承向內移動而造成從該軸承上彈出。另一方面，65毫米的平均水平節距(見x數據點)所產生的排斥力不足，因而無法確保該玻璃片不會在使用期間與該軸承接觸而造成損傷。

43毫米(空心方形數據點)及30毫米(空心菱形數據點)之平均水平節距兩者皆產生期望的壓力對間隔曲線，且由於30毫米之平均水平節距所產生的排斥壓力及至少一部份的吸引壓力大於43毫米之節距所產生的排斥與吸引壓力，因此30毫米之平均水平節距略優於43毫米之節距。基於此數據及類似數據，測定該平均水平節距的範圍應介於20-55毫米，較佳為25-50毫米，且更佳為30-40毫米，例如約35毫米，其中在上述各範圍中，該些範圍亦包含其範圍之末端值。

第13圖顯示該平均孔尺寸參數的數據。在此例子中，發現當處在小的軸承至玻璃片之間隔下，5毫米的平均孔尺寸(見實心三角形數據點)產生太小的排斥壓力，並發現0.5毫米的平均孔尺寸(見x數據點)產生過大的排斥壓力。

3毫米(空心方形數據點)及1.4毫米(空心菱形數據點)之平均孔尺寸兩者皆產生期望的壓力對間隔曲線，且由於1.4毫米之平均孔尺寸所產生的排斥壓力及吸引壓力兩者的量值皆大於3毫米之尺寸所產生的排斥及吸引壓力之量值，因此1.4毫米之平均孔尺寸略優於3毫米之尺寸。基於此數據及類似數據，測定該平均孔尺寸的範圍應介於1.0-4.5毫米，較佳為1.0-3.5毫米，且更佳為1.25-2.25毫米，其中在上述各範圍中，該些範圍亦包含其範圍之末端值。

第14圖顯是平均流率的數據。在此例子中，發現當處在小的軸承至玻璃片之間隔下，900毫升/分鐘/孔的平均流率(見實心三角形數據點)會產生過大的排斥壓力，並發現80毫升/分鐘/孔的平均流率(見x數據點)會產生太小的排斥壓力。

350毫升/分鐘/孔(空心方形數據點)及190毫升/分鐘/孔之平均流率兩者皆產生期望的壓力對間隔曲線，且由於平均流率較小代表消耗較少液體，進而表示用於供應液體所需之設備較小且較不昂貴，因此190毫升/分鐘/孔的平均流率略優於350毫升/分鐘/孔之平均流率。基於此數據及類似數據，測定該平均流率範圍在100-800毫升/分鐘/孔之間，較佳為125-300毫升/分鐘/孔，且更佳為150-190毫升/分鐘/孔，其中在各例子裡，該些範圍亦包含其範圍之末端值。

這三個關鍵參數(即，平均水平節距、平均孔尺寸及平均流率)各自為該系統帶來助益，因此用於某些應用時，該些參數將僅有其中一者或兩者落在上述範圍內。一般而言，以平均流率這項參數最重要，接著依序是水平節距參數與平均孔尺寸參數。

對於多數應用而言，平均水平節距、平均孔尺寸與平均流率參數較佳全部落在上述指定範圍內，更佳是全部落在上述較佳範圍內，且最佳是全部落在上述的更佳範圍內。依照此種方法，第12、13及14圖各自所顯示的數據是針對另外兩圖之空心菱形參數值所測得之數據。因此，用於第12圖的平均孔尺寸為1.4毫米且平均流率為190毫米/分鐘/孔，同時用於第13圖的平均水平節距為30毫米且平均流率為190毫米/分鐘/孔，以及用於第14圖的平均水平節距為30毫米且平均孔尺寸為1.4毫米。

除了平均水平節距、平均孔尺寸及平均流率這些參數之外，施加於玻璃片一主要表面的總力(即，該主要表面上的總和壓力)較佳在-0.6牛頓至+0.6牛頓的範圍內，其中該範圍之末端數值是該範圍的一部分。當玻璃片與軸承之間的距離改變時，該總力將隨時間而變化，但較佳保持在上述範圍內。該總力較佳是一測量值，但亦可能是根據以流體動力軟體(例如上述FLUENT程式)模擬該系統所得之計算值。此總力範圍可做為用來選擇孔之數目、配置方式、尺寸及流率的有用準則。特別是當選擇孔的流率時，在考慮到該系統之其它參數(例如，總孔數、孔間隔及孔尺寸)的情況下，以可產生負值但不會產生過大總力的流率為佳，即是總力較佳小於或等於上述範圍的上限值。

已發現上述用於平均水平節距、平均孔尺寸及平均流率等參數的範圍可在該玻璃片與軸承正面間之間隔變化量受控制的情況下有效地傳送玻璃片。特別是當使用模數為73GPa且尺寸為長2公尺、高2公尺且厚0.7毫米的玻璃片以15公尺/分鐘的傳送速度來測試該平均流率範圍為100-800毫升/分鐘/孔、平均孔尺寸範圍為1.0-4.5毫米且平均水平節距範圍為20-55毫米的非接觸液體噴射軸承時，在該軸承正面上的所有點處，該玻璃片與該些軸承正面之間的時間平均間隔範圍是500-1000微米並且該軸承正面上所有點處之間隔的時間平均峰對峰變化(time-averaged peak-to-peak variation)不大於100微米。相對於平均間隔而言如此小的變化是表示在玻璃片的傳送過程中該玻璃片之任何部位與該軸承接觸的可能性可以忽略不計。亦表示該玻璃片從該軸承脫離的機率可忽略不計。

如上述，不僅僅是當使用多個孔時會使上述現象更加複雜，當使用多個軸承組成一陣列時，亦會使上述現象更複雜。第15及16圖說明已發現軸承之間會相互影響。

第15圖中，三個軸承3U、3M及3L對玻璃片13噴出蝕刻液體40。如箭頭41所示意般，在實務上，從軸承3U噴出的液體會與從軸承3M噴出的液體互相影響(interact)，並且從軸承3M噴出的液體(以及從軸承3U噴出的一部分液體)會與從軸承3L噴出的液體互相影響。特別是發現到當三個軸承的平均流率皆相等時，玻璃片13與軸承3M及3L之正面間的間隔(spacing)大於玻璃片13與軸承3U之正面間的間隔，並且與軸承3L的間隔是三者之中最大的。再提醒這是因為玻璃片的細薄之故，玻璃片13極具撓性，使得軸承3U、3M及3L雖然可能垂直對齊，但玻璃片的下方部分可能因彎曲而偏離軸承3M與3L而創造出更大的間隔。

第16圖係將一個雙軸承系統(例如第15圖之軸承3M及3L)的效果加以定量。第16圖中的水平軸表示通過該軸承3L的平均流率，垂直軸則標示該軸承3L之正面與玻璃片之間的間隔。實心菱形數據點表示通過該軸承3M之流率是零(即F_M=0)時的間隔。如圖所示，當通過該軸承3L的平均流率提高時，至該玻璃片的間隔隨之增加。

空心方形數據點表示通過該軸承3M之平均流率是200毫升/分鐘/孔時的效果。同樣地，該軸承3L與玻璃片之間的間隔會隨著通過該軸承3L之平均流率增加，但所有數值全都向上偏移至較大間隔。因此，為了使玻璃片與一軸承陣列中的所有軸承之間都保持實質相等間隔，該些軸承的操作參數及/或物理性質必需不同。特別是該些軸承的操作參數及/或物理性質必需不同，使得該下方軸承所噴出之蝕刻液體量少於該上方軸承所噴出的蝕刻液體量。並能以各種方法達成此要求。

例如，可降低該下方軸承的平均液體流率。舉例而言，使用第16圖之數據可看到以平均流率200毫升/分鐘/孔通過軸承3M與以平均流率150毫升/分鐘/孔通過軸承3L之組合所產生的玻璃片與軸承3L間之間隔實質上與單獨以平均流率250毫升/分鐘/孔通過軸承3L所產生的間隔實質相同。使用三個或更多個軸承可產生類似的數據結果，且減小通過下方軸承的平均流率可在所有軸承處產生相對均勻一致的軸承至玻璃片之間隔。注意到在某些應用中，可能希望根據本案揭示內容藉由調整不同軸承的平均流率而獲得不相等的間隔。

當選擇使用不同流率時，該些軸承的物理性質可能不同。例如，可使該下方軸承的平均水平節距大於該上方軸承的平均水平節距，以及/或使該平均孔尺寸更小。對於許多應用而言，採取改變物理性質的方式可能比改變流率的方式要好，因為這樣可無需個別控制/監視蝕刻液體流經各個軸承的流率。雖達成該些不同流率，但應注意該些不同流率對於玻璃片之表面或主要表面的蝕刻均勻度有所貢獻(見下述內容)。

B.頂部噴淋件

如以上所討論般，對於許多應用而言，一軸承陣列足以達成實質均勻地蝕刻玻璃片。特別是當該陣列之最上方的軸承高於玻璃片的頂部邊緣時，一個軸承陣列通常是足夠的。這類軸承將蝕刻液體噴入空曠空間內，而非噴在玻璃片的主要表面上。這些液體向下墜落在玻璃片上，在該處這些液體散佈於玻璃片的整個頂部部分。

然而，在某些情況下，一特定軸承陣列之最上方軸承可能不在特定玻璃片的頂部邊緣上方。此種情況下，則使用頂部噴淋件11以提供蝕刻液體給玻璃片的頂部部分。第17和18圖顯示適用於此種頂部噴淋件的結構。如第17圖所示，頂部噴淋件11位在該軸承陣列之最上方軸承3的上方。如第18圖所示，該頂部噴淋件包含一供應管33，該供應管33供料給一組噴嘴21，且該組噴嘴21係沿著該玻璃片通過蝕刻設備10的移動方向而設置。

取自不同製造商的各種噴嘴可用來形成頂部噴淋件11。由於該些噴嘴必需能輸送蝕刻溶液，因此該些噴嘴需由耐酸材料構成，例如由不鏽鋼或耐酸性聚合物所構成。可產生平頭噴霧圖案(flat tip spray pattern)而非半圓形噴霧圖案的噴嘴通常更具效率。該些噴嘴可例如產生具有扇形角度θ範圍在90-120度的平頭噴霧圖案。並發現系統噴霧公司(Spraying Systems Co.,Wheaton,Illinois)所販售VEEJET商標系列的噴嘴可實際成功運作。

該頂部噴淋件之噴嘴的節距及流經噴嘴的流率係經選擇，以與來自該軸承陣列中該些軸承之孔的流率一致，目標是欲在該玻璃片之一或兩個主要表面占至少90%的面積上達到實質均勻一致的蝕刻。通常，針對上述類型的液體噴射軸承而言，該些噴嘴之間的節距可介於50-250毫米，且較佳介於100-150毫米，例如約115毫米。此節距約為該些液體噴射軸承之孔的節距的兩倍。

對於位在距離該最上方之液體噴射軸承上方約180-200毫米處且在玻璃片頂部邊緣處具有約500毫米之噴霧長度的噴嘴而言，當在蝕刻機台內的滯留時間為約40秒至約60秒時(例如滯留時間約50秒)，發現到該些噴嘴的流率以介於1.5-5.0公升/分鐘/噴嘴，較佳介於2.0-4.0公升/分鐘/噴嘴，最佳介於3.0-3.5公升/分鐘/噴嘴可實際成功運作。由於一個噴嘴的噴霧所涵蓋的面積通常相當於10個軸承孔，因此這些噴嘴的流率通常相當於200-500毫升/分鐘/孔的孔流率，例如約350毫升/分鐘/孔。因此來自頂部噴淋件之流率及來自該些液體噴射軸承之流率具有相同等級的量值，且實際上通常兩者流率在量值上相當接近。

當然，針對本案揭示之蝕刻技術的特殊應用可能需要不同於上述的流率。依據本案揭示內容，熟悉該項技藝者可毫無困難的對流率、滯留時間及類似參數進行調整，以成功地蝕刻具有不同組成及尺寸之玻璃片。

C.蝕刻溶液

可使用各種蝕刻溶液來提高玻璃的表面粗糙度。例如，共同受讓之美國專利案5,851,366號中所揭示的NaF/H₃PO₄溶液便可用於達成此目的。在實務上可先製備濃縮的NaF/H₃PO₄溶液(例如，含0.08M NaF及0.4M H₃PO₄之溶液)，並於使用前以去離子(DI)水稀釋該濃縮溶液，例如NaF/H₃PO₄與水的比例為4：5。

在多數情況下，玻璃片的兩側都接受蝕刻，因此蝕刻溶液會供應至所有的液體噴射軸承，若有使用頂部噴淋件，蝕刻溶液亦供應至頂部噴淋件。在某些情況下，可能期望僅在一側上進行蝕刻。當蝕刻機台僅採用液體噴射軸承且不含頂部噴淋件時，可藉著提供蝕刻溶液至面向玻璃片欲接受蝕刻之側的軸承來達成單側蝕刻，同時提供非蝕刻溶液(例如，水)至反側的軸承。類似地，當蝕刻機台採用液體噴射軸承且結合使用頂部噴淋件時，則提供蝕刻溶液至面向欲蝕刻之側的軸承以及頂部噴淋件，同時提供非蝕刻溶液至另一側(第二側)上的軸承。由於蝕刻溶液供應至頂部噴淋件的緣故，在第二側上將會發生些許蝕刻情形，但通常是可接受的程度。非蝕刻溶液以及蝕刻溶液可能含有一或多種添加劑，例如含有殺菌劑，以當回收使用該些溶液時可防止細菌生長。

待玻璃片離開蝕刻機台後，可使用高壓及/或低壓水噴霧清潔該玻璃片，並且在接受進一步處理(例如，檢查與封裝)之前，先以空氣乾燥該玻璃片。

D.熔融製程

如以上所討論般，由於熔融製程所製造的玻璃片具有異常光滑的表面，因此本案揭示之蝕刻系統對於採用熔融製程製造的玻璃基板特別有用。

眾所皆知，熔融製程是用來製造玻璃片的基本技術之一。例如參閱Varshneya,Arun K.所著且於1994年由波士頓Academic出版社所出版之《Fundamentals of Inorganic Glasses(無機玻璃基礎原理)》第20章4.2節「平面玻璃」534-540頁(Academic Press,Inc.,Boston,1994)。相較於諸如浮式法與狹孔拉引法等其它習知製程，熔融製程所生產的玻璃片表面具有優越的平坦度與光滑度。因此，熔融製程在生產用於製造液晶顯示器(LCD)的玻璃基板方面顯得特別重要。

熔融製程(特別是溢流下拉式熔融製程)是美國專利3,338,696與3,682,609號揭示之主題，且該兩案已共同讓與Stuart M.Dockerty。第19圖顯示該兩專利製程的示意圖。如圖中所示，該系統包含一供應管59，供應管59供應熔融玻璃給位於耐火主體53內的收集槽51中，耐火主體53亦稱為「等靜壓管(isopipe)」。

一但達到穩態操作，熔融玻璃從供應管流向該槽且接著從該槽頂部向兩邊溢出，因而形成兩片玻璃，該兩片玻璃向下流動且隨後沿著該等靜壓管的外表面向內流動。該兩片玻璃在等靜壓管的底部或根部55處匯合，而融合成單片玻璃。接著將該單片玻璃如箭頭57所示意般送入拉引設備(drawing equipment)中，該拉引設備藉著控制從根部拉出玻璃片的速度而控制玻璃片的厚度。該拉引設備位於該根部下游相當遠處，因此該單片玻璃在與該拉引設備接觸之前就已冷卻並變得剛硬。

依據下述之產品權利要求，應注意融合玻璃具有一融合線，沿著等靜壓管(成形結構)之外表面遞送的兩片玻璃在該融合線處匯合並結合在一起，因此以熔融製程製造的玻璃片可能與其它製程生產的玻璃片(例如，以浮式或狹縫拉引法製成之玻璃片)有所區別。因此，雖然本案揭示之蝕刻設備及方法可用於以其它製程生產的玻璃片，但當用於熔融製程所生產的玻璃片時，可藉由(1)測定產品主要表面的表面粗糙度(例如利用原子力顯微鏡(AFM)測量)以及(2)檢查產品邊緣是否出現融合線來識別最終產品。

特別是使用本案揭示之技術時，所提供以熔融製程生產的玻璃片至少有Gen 8等級(即，該玻璃片的每個主要表面具有至少5.0平方公尺的面積)，並且以原子力顯微鏡測定該玻璃片至少一個主要表面之中央部份占至少90%的面積上時可測得平均表面粗糙度範圍介在0.5-1.1奈米，較佳介於0.5-0.9奈米，最佳約0.7奈米。在某些實施例中，該玻璃片之兩個主要表面的平均表面粗糙度皆落在上述範圍內。

例如可藉由在分佈整個玻璃表面上的不同區域(例如，面積約100毫米x100毫米)內約五個點上進行採樣以獲得表面粗糙度之平均值。如一範例，該些區域可相對於Gen 10玻璃片之一角落(坐標(0,0)位置)而位於下列位置：(350,75)、(2600,75)、(345,1300)、(2575,1250)、(400,2700)、(1600,2650)、(2600,2800)、(1500,1700)、(1400,1400)。一般而言，通常是對占玻璃片總面積約30-40%的面積進行測量來獲得平均表面粗糙度。當應用相同的表面粗糙度測定程序對尚未接受本案所揭示之蝕刻處理的融合玻璃片進行測定時，所測得的表面粗糙度範圍是0.2至0.3奈米，而非0.5至1.1奈米。

除了平均表面粗糙度之外，利用本案揭示技術蝕刻後的融合玻璃片的特點亦在於該些玻璃片(特別是就該平均表面粗糙度數值的標準偏差而言)具有低變異性。在表面內部(在一個表面內)以及表面之間(在不同玻璃片的對應表面之間，例如在該些玻璃片的A面與A面之間或B面與B面之間)的數值兩者皆可納入考量。因此，在某些實施例中，在玻璃片至少一主要表面中央處占至少90%之部分上的平均表面粗糙度之表面內部標準偏差小於或等於0.05奈米(較佳小於或等於0.04奈米，例如介於0.03-0.04奈米)。在進一步實施例中，該玻璃片兩個表面所具有之平均表面粗糙度的表面內部標準偏差皆符合上述標準。在其他實施例中，在玻璃片至少一主要表面中央處占至少90%之部分上的平均粗糙度之表面間標準偏差小於或等於0.03奈米，同時在又進一步實施例中，該玻璃片之兩表面所具有的平均表面粗糙度之表面間標準偏差小於或等於0.03奈米。

下述非限制性範例進一步說明本案所揭示之蝕刻技術。

實施例1

進行多次實驗以測定蝕刻製程對於玻璃片接觸蝕刻溶液之時間長度(即，玻璃片在蝕刻機台內之滯留時間)的依賴性。該些實驗所使用之溶液溫度為30℃，傳送速度為4.2公尺/分鐘，且玻璃片在該蝕刻機台內的滯留時間為40秒、50秒及60秒。該蝕刻溶液是由5份去離子(DI)水與4份含有0.08M之NaF及0.4M之H₃PO₄的溶液混合而成，並且利用多個液體噴射軸承與一頂部噴淋件將該蝕刻溶液施加於玻璃片的兩側與頂部。通過該些軸承之該些孔的流率介於125至300毫升/分鐘/孔，例如約200毫升/分鐘/孔，同時通過該頂部噴淋件的流率介於3.0-3.5公升/分鐘/噴嘴。在康寧股份有限公司EAGLE XG^TM LCD玻璃所製成之Gen 10玻璃片上執行該蝕刻製程。

此三種滯留時間所獲得的平均表面粗糙度及玻璃片內標準偏差為：40秒--0.65±0.089奈米；50秒--0.69±0.048奈米；以及60秒--0.72±0.067奈米。此數據顯示出該蝕刻製程的穩健性(robustness)，在該蝕刻製程中這些表面粗糙度數值全部落在0.5-1.1奈米之範圍內，且實際上落在0.5-0.9奈米之較佳範圍內。

實施例2

進行多次實驗以測定蝕刻製程對蝕刻溶液之溫度的依賴性。該些實驗所使用之溶液溫度為28℃、33℃及38℃，傳送速度為4.2公尺/分鐘，且玻璃片在該蝕刻機台內的滯留時間為40秒。該蝕刻溶液是由5份去離子(DI)水與4份含0.08M之NaF及0.4M之H₃PO₄的溶液混合而成，並且利用多個液體噴射軸承與一頂部噴淋件將該蝕刻溶液施加於玻璃片的兩側與頂部。在由康寧股份有限公司EAGLE XG^TM LCD玻璃所製成之Gen 10玻璃片上執行蝕刻。通過該些軸承之該些孔的流率介於125至300毫升/分鐘/孔，即約200毫升/分鐘/孔，同時通過該頂部噴淋件的流率介於3.0-3.5升/分鐘/噴嘴。

結果顯示於第20圖。如圖所見，表面粗糙度實質上與溫度完全無關。第20圖顯示的溫度獨立性令人意外，因為根據阿瑞尼斯反應動力學(Arrhenius reaction kinetics)將預期溶液溫度越高則表面粗糙度越高。不具溫度依賴性表示能夠選擇系統操作溫度以滿足其它限制條件，例如與液體噴射軸承間之間隔有關的限制，該些間隔會因為軸承及其支撐結構的膨脹與收縮而隨溫度而改變。此外，溫度非依賴性代表無需耗費能量將該蝕刻溶液加熱至一高操作溫度，而得以降低基板製程的總成本。

由上述內容可見，已藉著使用流體軸承設計並在某些情況下使用頂部噴淋件提出一種穩健的系統，該系統能夠以垂直或近乎垂直方位對玻璃片實施化學處理而不接觸表面。特別是，該系統可避免發生因使用滾輪施加化學溶液於LCD玻璃之原始表面上而造成刮傷、污跡等問題。

該領域中具有通常知識者將可在不偏離本發明範圍及精神下由上述揭示內容做出各種修飾。後附申請專利範圍意欲涵蓋本案所列舉之具體實施例及該些實施例之修飾、變化態樣與等效實施例。