(57)【要約】【課題】押圧とエッチングによるガラス表面の凹凸形成方法を改良し、段差を有する凸部、高さの異なる凸部といった、高さの異なる隆起のある表面形状を有するガラス基板の製造方法を提供する。【解決手段】ガラス基板の表面の第１領域を押圧して第１圧縮応力部を形成し、前記第１圧縮応力部の少なくとも一部が残留するように前記表面をエッチングして、前記表面に第１凸部を形成する工程と、前記第１凸部以外の前記表面の第２領域を押圧して第２圧縮応力部を形成し、前記表面をエッチングして、前記第１凸部の側部に段差部を形成する、または前記第１凸部から離間した第２凸部を前記表面に形成する工程とを実施する、凸部を有するガラス基板の製造方法。【選択図】図２
2008115028.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ガラス基板の表面の第１領域を押圧して第１圧縮応力部を形成し、前記第１圧縮応力部の少なくとも一部が残留するように前記表面をエッチングして、前記表面に第１凸部を形成する工程と、
前記第１凸部以外の前記表面の第２領域を押圧して第２圧縮応力部を形成し、前記表面をエッチングして、前記第１凸部の側部に段差部を形成する、または前記第１凸部から離間した第２凸部を前記表面に形成する工程とを実施する、凸部を有するガラス基板の製造方法。
【請求項２】
ガラス基板の表面の所定領域を押圧して第１圧縮応力部を形成し、前記第１圧縮応力部の少なくとも一部が残留するように前記表面をエッチングして、前記表面に凸部を形成する工程と、
前記凸部の頂部を研磨して残留した第１圧縮応力部を除去し、前記凸部の頂部の一部を押圧して第２圧縮応力部を形成し、前記表面をエッチングして、前記凸部の側部に段差部を形成する工程とを実施する、凸部を有するガラス基板の製造方法。
【請求項３】
請求項１または２に記載の製造方法により製造された、凸部を有するガラス基板。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、表面に凸部を有するガラス基板の製造方法に関し、詳しくは、ガラス基板の表面に圧縮応力部を形成し、圧縮応力部と圧縮応力部以外の領域とのエッチングレートの差を利用して凸部を形成するガラス基板の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年では、磁気記録媒体用基板、光学素子等において、表面に微小な凹凸を有するガラス材料が用いられており、表面が高精密に加工されたガラス材料の製造技術が高い注目を集めている。これまでに、本出願人は、特開２００２−１６０９４３号公報などに、表面に凹凸を有するガラス基材の製造方法を提案してきた。
【０００３】
特開２００２−１６０９４３号公報に記載の方法は、応力を印加（押圧）することにより、ガラスの表面に高密度化された圧縮応力部を形成し、圧縮応力部のエッチングレートが圧縮応力部以外の領域に比べて低下する現象を利用してガラスの表面に凸部を形成するものである。当該方法は、押圧した後、エッチングするだけという単純なプロセスで微細加工が可能であり、フォトマスクを使用することなく任意のパターンを形成できるといった利点がある。
【特許文献１】特開２００２−１６０９４３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、上記従来方法では以下の課題が残されていた。
【０００５】
表面が高精密に加工されたガラス材料に関しては、段差を有する凸部、高さの異なる凸部といった、高さの異なる隆起のある表面形状が求められる場合がある。しかし、上記特開２００２−１６０９４３号公報の開示では、高さの異なる隆起のある表面形状を有するガラス基板を作製するまでに至っていない。
【０００６】
本発明は、このような従来技術の問題点に着目してなされたもので、その目的は、押圧とエッチングによるガラス表面の凹凸形成方法を改良し、段差を有する凸部、高さの異なる凸部といった、高さの異なる隆起のある表面形状を有するガラス基板の製造方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の第１の実施態様は、ガラス基板の表面の第１領域を押圧して第１圧縮応力部を形成し、前記第１圧縮応力部の少なくとも一部が残留するように前記表面をエッチングして、前記表面に第１凸部を形成する工程（以下、最初の工程ともいう。）と、前記第１凸部以外の前記表面の第２領域を押圧して第２圧縮応力部を形成し、前記表面をエッチングして、前記第１凸部の側部に段差部を形成する、または前記第１凸部から離間した第２凸部を前記表面に形成する工程とを実施する、凸部を有するガラス基板の製造方法である。
また、本発明の第２の実施態様は、ガラス基板の表面の所定領域を押圧して第１圧縮応力部を形成し、前記第１圧縮応力部の少なくとも一部が残留するように前記表面をエッチングして、前記表面に凸部を形成する工程と、前記凸部の頂部を研磨して残留した第１圧縮応力部を除去し、前記凸部の頂部の一部を押圧して第２圧縮応力部を形成し、前記表面をエッチングして、前記凸部の側部に段差部を形成する工程とを実施する、凸部を有するガラス基板の製造方法である。
さらに本発明は、これらの製造方法により製造された、凸部を有するガラス基板である。
【発明の効果】
【０００８】
本発明の製造方法によれば、フォトマスクを使用することなく、押圧およびエッチング、または押圧、エッチング、および研磨という単純なプロセスによって、表面に段差を有する凸部のある、または高さの異なる凸部のあるガラス基板を製造することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
図１は、本発明に係るガラス基板の製造方法の工程を示すフロー図である。Ａに示す例は、本発明の第１の実施態様の例であり、ガラス基板の表面の押圧による第１圧縮応力部の形成、エッチングによる第１凸部の形成、第１凸部のサイド（第１凸部以外のガラス基板の表面の、第１凸部に隣接する第２領域）を押圧することによる第２圧縮応力部の形成、エッチングによる段差を有する凸部の形成、という工程を含む。Ｂに示す例は、本発明の第２の実施態様の例であり、ガラス基板の表面の押圧による第１圧縮応力部の形成、エッチングによる凸部の形成、研磨による凸部の頂部に残留する第１圧縮応力部の除去、凸部の頂部の押圧による第２圧縮応力部の形成、エッチングによる段差を有する凸部の形成、という工程を含む。ＡとＢのプロセスの違いは、段差を有する凸部を形成する手法の差である。
【００１０】
本発明において、圧縮応力部とは、押圧により高密度化された領域であって、所定のエッチングにおいて、エッチングレートが、押圧されていない領域（すなわち、圧縮応力部以外の領域。以下、非圧縮応力部ともいう。）のエッチングレートよりも低くなる程度にまで高密度化された領域をいう。本発明において、非圧縮応力部は、押圧されていない領域であるが、圧縮応力部とのエッチングレートの差がなくならない程度に弱く圧力が印加されてあってもかまわない。
【００１１】
本発明の製造方法に使用されるガラス基板は、圧縮応力部と非圧縮応力部とでエッチングレートに差が出るものであれば、いかなる組成のものでもよい。例示すると、アルミノシリケート系ガラス、ホウ珪酸系ガラス、無アルカリガラス、石英ガラスなどがある。
【００１２】
本発明において、ガラス基板の好ましいガラス組成は、以下の通りである：
ＳｉＯ2：５５mol％〜７２mol％、
Ａｌ2Ｏ3：１mol％〜１２．５mol％、
アルカリ土類金属酸化物（例、ＭｇＯ、ＣａＯ、ＳｒＯおよびＢａＯ）：総計で２mol％〜１６mol％、
Ｌｉ2Ｏ：５mol％〜２０mol％、
Ｎａ2Ｏ：１２mol％以下。
【００１３】
上記ガラス基板は、表面の平滑性および平坦性の向上、または火造り面の除去などを目的とした前処理がなされたものを使用することが好ましい。当該前処理には、酸化セリウム系研磨剤による研磨が、研磨レートが高く経済性にも優れることから好適である。酸化セリウム系研磨剤による研磨について、当該研磨の後の洗浄方法は、特に限定はなく、公知の手法を用いることができ、例えば、１質量％ＫＯＨなどの強アルカリ性の薬液を用いて洗浄すればよい。また、ビルダーなどの洗剤成分を添加してもよい。
【００１４】
本発明の製造方法の第１の実施態様の最初の工程では、まずガラス基板の表面の所定領域（第１領域）を押圧して第１圧縮応力部を形成する。ここで、押圧する第１領域は、段差を有する凸部の最も高さの大きい部分、または最も高さの大きい凸部を形成させる領域である。
【００１５】
ガラス基板の表面の第１領域の押圧は、任意の手法を用いて行うことができる。典型的には、例えば、図２（ａ）に示すように、ガラス基板１０の表面の所定領域を、圧子１１を回転させながら圧力を印加しつつ掃引することにより押圧する手法がある（図２（ａ）、（ｃ）および図３（ａ）、（ｄ）の矢印は押圧することを示す。）。圧子１１は、例えば、ダイアモンド；炭化タングステン（ＷＣ）および炭化ケイ素（ＳｉＣ）などの超硬合金；または立方晶窒化ホウ素（ｃＢＮ）などからなる。
【００１６】
上記のようにして第１圧縮応力部１２が形成された、ガラス基板の凹凸が形成される表面を、第１圧縮応力部１２の少なくとも一部が残留するようにエッチングして凸部１３を形成する（図２（ｂ））。
【００１７】
第１圧縮応力部１２の少なくとも一部が残留するように前記表面をエッチングするには、圧縮応力部のエッチングレートが、非圧縮応力部のエッチングレートよりも低くなる条件でエッチングを行えばよい。そのようなエッチングは、例えば、化学的エッチングにおいては、エッチング液にフッ化水素酸を用いればよい。フッ化水素酸の濃度は、０．０１〜１．０質量％程度でよく、また、エッチング液には、ｐＨ調整剤（フッ化アンモニウム等）、強酸（硫酸等）、キレート剤（ＥＤＴＡ等）などが添加されていてもよい。なお、ガラス基板が石英ガラスであった場合には、フッ化水素酸の濃度は高めに設定するのがよい。
【００１８】
以上のようにして最初の工程を実施することにより、ガラス基板の表面に第１凸部が形成される。次に、本発明の製造方法の第１の実施態様では、前記第１凸部以外の前記表面の第２領域を押圧して第２圧縮応力部を形成し、前記表面をエッチングして、前記第１凸部の側部に段差部を形成する、または前記第１凸部から離間した第２凸部を前記表面に形成する工程が行われる。
【００１９】
まず、前記第１凸部以外のガラス基板の表面の所定領域（第２領域）が押圧されるが、ここで、第２領域は、第１凸部以外のガラス基板の表面の一部であって、凸部の側部の段差部を、または第１凸部より低い高さの第２凸部を形成させる領域である。第２領域を、第１凸部に隣接する領域とすれば、段差を有する凸部を形成することができ、第２領域を第１凸部に隣接していない領域とすれば、第１凸部から離間した、第１凸部と異なる高さの第２凸部を形成することができる。
【００２０】
第２領域を押圧する手法は、上記と同様であり、当該押圧により、第２圧縮応力部１４が形成される（図２（ｃ））。
【００２１】
次に、ガラス基板の表面をエッチングするが、当該手法も上記と同様である。当該エッチングにより、第１凸部の側部に段差部が、または第１凸部から離間した第２凸部が形成される。図２は、第２領域を、第１凸部のサイド（第１凸部１３に隣接する領域）にした場合であり、段差を有する凸部１５が形成されている（図２（ｄ））。
【００２２】
このようにしてガラス基板の表面に段差を有する凸部（２段の段差を有する凸部）または、高さの異なる凸部（２種の高さの凸部）を形成することができるが、３段以上の段差を有する凸部、または３種以上の高さの凸部を形成したい場合には、圧縮応力部が凸部に残留するようにしておき、上述の、前記第１凸部の側部に段差部を形成する、または前記第１凸部から離間した第２凸部を前記表面に形成する工程と同様の工程（凸部以外の前記表面の所定領域を押圧して新たに圧縮応力部を形成し、前記表面をエッチングする工程）を、必要な回数実施すればよい。
【００２３】
以上説明したように、本発明の製造方法の第１の実施態様によれば、フォトマスクを使用することなく、押圧およびエッチングという単純なプロセスによって、表面に２段の段差（さらには３段以上の段差）を有する凸部が形成されたガラス基板、または表面に高さの異なる（２種さらには３種以上の高さの）凸部が形成されたガラス基板を製造することができる。さらに、一部の凸部のみが段差を有し、高さの異なる凸部がいくつも形成されているような表面凹凸形状を有するガラス基板も容易に製造可能であり、ガラス基板の表面形状の設計の自由度が高い。
【００２４】
次に本発明の製造方法の第２の実施態様について説明する。第２の実施態様では、まず、上記した第１の実施態様の最初の工程と同様の工程が行われる。すなわち、例えば、図３に示すように、上記と同様にして圧子２１を用いて押圧を行い、ガラス基板２０の表面に第１圧縮応力部２２を形成する（図３（ａ））。その後、ガラス基板２０の表面を、第１圧縮応力部２２の少なくとも一部が残留するようにエッチングして凸部２３を形成する（図３（ｂ））。
【００２５】
次に、前記凸部の頂部を研磨して残留した第１圧縮応力部を除去し、前記凸部の頂部の一部を押圧して第２圧縮応力部を形成し、前記表面をエッチングして、前記凸部の側部に段差部を形成する工程が行われる。
【００２６】
まず、凸部２３の頂部に残留する圧縮応力部２２を研磨により除去するが（図３（ｃ））、この際、圧縮応力部２２の除去は、圧縮応力部２２の下の非圧縮応力部が露出するまで行い、また、ガラス基板の表面に凸形状が残るように行う。当該研磨において、研磨剤には特に限定はなく、公知の研磨剤を用いることができる。例えば、コロイダルシリカ系の研磨剤を用いることができる。当該研磨による圧縮応力部の除去によって、図３（ｃ）に示すように、頂部に圧縮応力部のない凸部２４が形成される。
【００２７】
次に、凸部２４の頂部の一部（凸部２４の頂部に露出した非圧縮応力部の表面の一部の領域）を押圧して第２圧縮応力部２５を形成する（図３（ｄ））。本発明の第１の実施態様では、第２圧縮応力部は、第１凸部以外の領域に設けられ、第１圧縮応力部が、凸部の最も高さの大きい部分に変わるが、本発明の第２の実施態様では、第２圧縮応力部は、第１圧縮応力部が設けられていた領域の下に設けられ、第２圧縮応力部が、凸部の最も高さの大きい部分に変わる。従って、ここで、押圧する領域は、段差を有する凸部の頂部となる領域である。
【００２８】
押圧は、上記と同様の手法で行えばよく、これにより、凸部２４の頂部より幅の細い第２圧縮応力部２５が形成される。その後、上記と同様の手法により、ガラス基板の表面をエッチングする（図３（ｅ））。ここで、第１圧縮応力部が形成されなかった領域および、第１圧縮応力部の下にあって、第２圧縮応力部が形成されなかった領域が優先的にエッチングされる。
【００２９】
このようにして、図３（ｅ）に示すような２段の段差（段差を有する凸部２６）を形成することができる。３段以上の段差を形成したい場合には、段差を有する凸部の頂部に圧縮応力部が残留するようにエッチングしておき、上述の、凸部の側部に段差部を形成する工程と同様の工程（段差を有する凸部の頂部を研磨して残留した圧縮応力部を除去し、凸部の頂部の一部を押圧して新たな圧縮応力部を形成し、ガラス基板の表面をエッチングする工程）を、必要な回数実施すればよい。
【００３０】
以上説明したように、本発明の製造方法の第２の実施態様によれば、フォトマスクを使用することなく、押圧、エッチング、および研磨という単純なプロセスによって、表面に段差を有する凸部のあるガラス基板を製造することができる。
【実施例】
【００３１】
以下、実施例により本発明をより詳細に説明する。
【００３２】
実施例１
ＳｉＯ2：６４．７ｍｏｌ％、Ａｌ2Ｏ3：１０．２ｍｏｌ％、Ｎａ2Ｏ：１０．６ｍｏｌ％、Ｌｉ2Ｏ：７．５ｍｏｌ％、ＣａＯ：４．０ｍｏｌ％、ＭｇＯ：２．８ｍｏｌ％、Ｋ2Ｏ：０．２ｍｏｌ％という組成を有するガラス基板を使用した。このガラス基板の表面の平滑性を向上させるべく、表面を片面研磨機により酸化セリウム系研磨剤で研磨した後、研磨剤を除去するために洗浄を行った。
【００３３】
このガラス基板の表面の所定領域を、先端Ｒが１．０ｍｍのｃＢＮ製圧子を用い、当該圧子を５０回転／秒（3,000rpm）の速度で回転させつつ、約１００ｇｆ（０．９８Ｎ）の荷重を加えながらＸＹステージを用いて所定方向に掃引して押圧し、圧縮応力部を形成させた。その後、このガラス基板を４０℃の０．１質量％フッ酸水溶液に４０分間浸漬してエッチングし、凸部を形成した。次に、該凸部のサイドに、再び先端Ｒが１．０ｍｍのｃＢＮ製圧子を用い、当該圧子を５０回転／秒（3,000rpm）の速度で回転させつつ、約１００ｇｆ（０．９８Ｎ）の荷重を加えながら、該凸部と平行するように押圧を行った。その後、このガラス基板を４０℃の０．１質量％フッ酸水溶液に４０分間浸漬してエッチングし、試験片を作製した。
【００３４】
試験片に形成された凸部形状を、走査電子顕微鏡（ＳＥＭ）および三次元形状測定機（三鷹光器社製ＮＨ−３）で観察した。図４にＳＥＭ写真を、図５に三次元形状測定機で測定した凸部形状の断面プロファイルを示した。これらの結果より、高さが４μｍと２μｍの２段の段差があるガラス基板を製造できたことが確認できた。
【００３５】
実施例２
ＳｉＯ2：６３．４ｍｏｌ％、Ａｌ2Ｏ3：１１．５ｍｏｌ％、Ｎａ2Ｏ：１０．６ｍｏｌ％、Ｌｉ2Ｏ：７．５ｍｏｌ％、ＣａＯ：４．０ｍｏｌ％、ＭｇＯ：２．８ｍｏｌ％、Ｋ2Ｏ：０．２ｍｏｌ％という組成を有するガラス基板を使用し、実施例１と同様にして前処理を行った。
【００３６】
圧縮応力部を形成させるまでのプロセスを、実施例１と同様にして行った後、このガラス基板を、４０℃に保持した０．１質量％フッ酸水溶液に４０分間浸漬してエッチングし、凸部を形成した。該凸部の頂部に残留する圧縮応力部を除去すべく、凸部上層を片面研磨機によりコロイダルシリカで研磨して除去した後、研磨剤を除去するために洗浄を行った。次いで、凸部の頂部の一部である所定領域を、先端Ｒが１．０ｍｍのｃＢＮ製圧子を用い、当該圧子を５０回転／秒（3,000rpm）の速度で回転させつつ、約１００ｇｆ（０．９８Ｎ）の荷重を加えながらＸＹステージを用いて所定方向に掃引して押圧し、圧縮応力部を形成させた。その後このガラス基板を、４０℃に保持した０．１質量％フッ酸水溶液に４０分間浸漬してエッチングし、試験片を作製した。
【００３７】
試験片に形成された凸部形状を、ＳＥＭおよび三次元形状測定機（三鷹光器社製ＮＨ−３）で観察した。図６にＳＥＭ写真を、図７に三次元形状測定機で測定した凸部形状の断面プロファイルを示した。これらの結果より、表面に高さが４０μｍと２０μｍの２段の段差を有するガラス基板を製造できたことが確認できた。
【００３８】
なお、本発明の技術範囲は、これら実施例に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において種々の変更を加えることも可能である。
【００３９】
前記各実施例では、圧子の先端を１．０ｍｍのＲのものとしたが、Ｒはこれらに限られるものではなく、先端の形状は、角錐、円錐、ドリル状に変えても構わない。圧子はｃＢＮ製としたが、これに限られるものではない。また、圧子のｃＢＮの部分は、少なくともガラス基板の表面と接触する部分がｃＢＮ製であればよい。さらに、圧子を回転させながら掃引を行ったが、圧子を回転させることなく掃引を行ってもよい。
【産業上の利用可能性】
【００４０】
本発明の製造方法は、表面に凸部を有するガラス基板の製造方法として有用であり、当該製造方法で得られたガラス基板は、磁気記録媒体用基板、光学素子等の用途において有用である。
【図面の簡単な説明】
【００４１】
【図１】本発明の製造方法のプロセスを示すフロー図である。
【図２】本発明の製造方法の第１の実施態様の一例を示す図である。
【図３】本発明の製造方法の第２の実施態様の一例を示す図である。
【図４】実施例１で作製した試験片のＳＥＭ写真である。
【図５】実施例１で作製した試験片の断面プロファイルである。
【図６】実施例２で作製した試験片のＳＥＭ写真である。
【図７】実施例２で作製した試験片の断面プロファイルである。
【符号の説明】
【００４２】
１０、２０              ガラス基板
１１、２１              圧子
１２、１４、２２、２５  圧縮応力部
１３、１５、２３、２６  凸部
【図１】
2008115028.tif 000003
【図２】
2008115028.tif 000004
【図３】
2008115028.tif 000005
【図５】
2008115028.tif 000006
【図７】
2008115028.tif 000007
【図４】
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【図６】
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