(57)【要約】      （修正有）【課題】ガラス基板の縦穴をフッ酸含有溶液によって選択的にエッチングできる態様とし、縦穴の内壁面の平均表面粗さを２０μｍ以下とすること。また、ガラス基板に微小な縦穴を効率的に形成するとともに、縦穴の内壁面の平均表面粗さが小さいガラス基板を簡易に作製方法を提供する。【解決手段】板厚方向に縦穴を有するガラス基板において、少なくともガラス基板の一方の表面に耐フッ酸性酸化物被膜を備え、且つ前記縦穴の内壁面の平均表面粗さ（Ｒａ）が２０μｍ以下とする。また、ガラス基板の板厚方向に縦穴を形成する方法において、ガラス基板の表面上に耐フッ酸性酸化物被膜を形成した後、縦穴となる部位を開口部とする耐サンドブラスト性を有するレジストパターンを形成し、サンドブラスト法を用いて、前記開口部を通して前記ガラス基板に縦穴を形成し、フッ酸含有溶液を用いて、前記縦穴の内壁面をエッチングする。【選択図】なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
板厚方向に縦穴を有するガラス基板において、少なくともガラス基板の一方の表面に耐フッ酸性酸化物被膜を備え、且つ前記縦穴の内壁面の平均粗さ（Ｒａ）が２０μｍ以下であることを特徴とするガラス基板。
【請求項２】
前記縦穴の板幅方向の開口面積が５００μｍ2以下であることを特徴とする請求項1に記載のガラス基板。
【請求項３】
前記耐フッ酸性酸化物被膜の平均膜厚が１０〜２０００ｎｍであることを特徴とする請求項１または２に記載のガラス基板。
【請求項４】
前記耐フッ酸性酸化物被膜がＮｂ2Ｏ5、ＴｉＯ2、Ｔａ2Ｏ5のいずれかであることを特徴とする請求項1〜３のいずれかに記載のガラス基板。
【請求項５】
ガラス基板の板厚方向に縦穴を形成する方法において、
１）ガラス基板の表面上に耐フッ酸性酸化物被膜を形成した後、縦穴となる部位を開口部とする耐サンドブラスト性を有するレジストパターンを形成し、
２）サンドブラスト法を用いて、前記開口部を通して前記ガラス基板に縦穴を形成し、
３）フッ酸含有溶液を用いて、前記縦穴の内壁面をエッチングすることを特徴とするガラス基板の板厚方向に縦穴を形成する方法。
【請求項６】
前記縦穴の板幅方向の開口面積が５００μｍ2以下であることを特徴とする請求項５に記載のガラス基板の板厚方向に縦穴を形成する方法。
【請求項７】
前記レジストパターンが紫外線硬化性を有する感光性樹脂によって形成されていることを特徴とする請求項５または６に記載のガラス基板の板厚方向に縦穴を形成する方法。
【請求項８】
前記耐フッ酸性酸化物被膜がＴａ2Ｏ5、Ｎｂ2Ｏ5、ＴｉＯ2いずれかであることを特徴とする請求項５〜７のいずれかに記載のガラス基板の板厚方向に縦穴を形成する方法。
【請求項９】
前記耐フッ酸性酸化物被膜の膜厚が、１０〜２０００ｎｍであることを特徴とする請求項５〜８のいずれかに記載のガラス基板の板厚方向に縦穴を形成する方法。
【請求項１０】
前記サンドブラスト法は、最大粒径が１０〜７５μｍの切削砂を用いることを特徴とする請求項５〜９のいずれかに記載のガラス基板の板厚方向に縦穴を形成する方法。
【請求項１１】
ガラス基板全体をフッ酸含有溶液に浸漬することによって、前記縦穴の内壁面をエッチングすることを特徴とする請求項５〜１０のいずれかに記載のガラス基板の板厚方向に縦穴を形成する方法。
【請求項１２】
重量％表示で、前記フッ酸含有溶液のフッ酸濃度が１〜２０％であることを特徴とする請求項５〜１１のいずれかに記載のガラス基板の板厚方向に縦穴を形成する方法。
【請求項１３】
前記フッ酸含有溶液の溶液温度が４０℃未満であることを特徴とする請求項５〜１２のいずれかに記載のガラス基板の板厚方向に縦穴を形成する方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、板厚方向に縦穴を有するガラス基板およびその製造方法、特に板幅方向に微小な縦穴を有するガラス基板およびその製造方法に関するものである。具体的には、形成した縦穴の内部にＥＬ素子、微小レンズ、医療用マイクロポンプ、ＣＣＤ、太陽電池等を収納することが可能なガラス基板およびその製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
一般的にガラスは、透明性、化学的安定性、電気絶縁性等の特性が優れているため、基板材料として広く使用されている。基板材料は、その用途に応じて種々の加工を施して使用されており、例えばガラス基板に縦穴を形成して使用されている。
【０００３】
縦穴を形成したガラス基板は、種々の素子等を収納するためのパッケージ材、スペーサ−材として使用されている。特に、縦穴の板幅方向の開口面積が微小の場合、一枚のガラス基板に縦穴を多数形成することができ、その結果、一枚のガラス基板でＥＬ素子、小型レンズ、医療用マイクロポンプ、ＣＣＤ、太陽電池等の小型素子を多数搭載することができる。また、ガラス基板に形成した縦穴を貫通孔とし、ＰＤＰ用ガラス基板等のように真空排気を行うための排気口として使用される場合もある。
【０００４】
ガラス材料に縦穴を形成する方法として、特許文献１には、ガラスセラミック焼結体等の絶縁基板に所定の打抜き加工を施すことにより、絶縁基板に縦穴を形成できることが記載されている。
【０００５】
また、特許文献２には、ガラス基板に有機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いる。この凹部はサンドブラスト法で形成され、特許文献２によると、使用する切削砂の最大粒径を１０〜７５μｍに規制することによって、ガラス基板に微小孔を形成することが可能となる。
【０００６】
さらに、特許文献３には、ＡｕおよびＣｅを含有するＬｉ2Ｏ−Ａｌ2Ｏ3−ＳｉＯ2系感光性ガラスを基板とし、縦穴を形成する部分に紫外線を露光し、その後その部分を熱処理することにより、露光した部分を局所的に結晶化させ、更にこの結晶化した部分を化学エッチングで選択的に除去することにより、ガラス基板に縦穴を形成する方法が開示されている。
【０００７】
また、ガラス基板に縦穴を形成する方法としては、上記以外にも種々の方法があり、例えば超音波加工、レーザー加工、電子ビーム加工等が知られている。
【特許文献１】特開平１１−２４３２６７号公報
【特許文献２】特開２００５−５０５９６号公報
【特許文献３】特開２００１−４４６３９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
ガラス基板に縦穴を形成する方法は、上述の通り、種々の方法がある。しかし、以下の理由により、ガラス基板に形成した縦穴の内壁面を平滑な状態とすることは困難であった。
【０００９】
特許文献1に記載のガラス基板に所定の打抜き加工を施す方法は、縦穴の開口面積が大きい場合に有効な方法であるが、縦穴の開口面積が小さい場合、縦穴の開口面積に対して縦穴の内壁面の平均表面粗さが非常に大きな値となるため、所望の形状の縦穴を安定して形成することができなかった。
【００１０】
特許文献２に記載のサンドブラスト法によれば、ガラス基板に縦穴を形成することが可能となる。しかし、サンドブラスト法は、ＳｉＣや炭酸カルシウム等で構成される切削砂をガラス基板の表面に物理的に衝突させ、縦穴を形成することになるため、この物理的な衝突の作用として、ガラス基板の縦穴の内壁面に微細クラック等が不可避的に発生し、ガラス基板の機械強度が低下する等の問題があった。
【００１１】
さらに、サンドブラスト法は、切削砂の残渣やガラス基板の破壊片等が必然的に発生するため、それらの除去が必要であり、切削砂の残渣やガラス基板の破壊片等が微細粒であることを勘案すると、ガラス基板を入念に洗浄する必要があった。また、サンドブラスト法は、ＳｉＣや炭酸カルシウム等で構成される切削砂をガラス基板の表面に物理的に衝突させ、縦穴を形成することになるため、縦穴の内壁面の平均表面粗さは、非常に大きく、且つ先鋭な凹凸形状となる。したがって、縦穴に形成された凹凸の谷の部分に切削砂の残渣やガラス基板の破壊片等が混入しやすくなるとともに、それらを除去することも困難となる。加えて、縦穴に形成された凹凸の谷の部分に微細クラックが入りやすく、このクラックを起点として、ガラス基板の機械強度が低下し、ひいては破壊に至るといった深刻な事態を生じ得ることになる。加えて、縦穴に形成された微細クラックは、物理的衝撃等で破壊片となり得る。縦穴に精密部品等を搭載する場合、この破壊片が粗大異物となり、製品特性を劣化させる一因となり得るため、深刻な問題である。
【００１２】
特許文献２に記載のように、サンドブラスト法で用いる切削砂の平均粒子径を小さくすれば、縦穴の内壁面の平均表面粗さを低減し、ガラス基板の強度を向上させることはできるが、切削砂の平均粒子径が小さければ、発生するガラスの破壊片および切削砂の残渣も小さくなり、その分だけ、それらを洗浄によって取り除くことが困難となる。
【００１３】
また、特許文献３に記載の縦穴形成方法は、ガラス基板に感光性ガラスを使用しなければならず、同方法では、一般的に使用されているディスプレイ用ガラス基板および窓板ガラス等のガラス基板に縦穴を形成することができないばかりでなく、ＡｕおよびＣｅ等の特定の元素をガラス組成に導入しなければならず、ガラス基板の組成設計において大きな制約となる。
【００１４】
超音波加工、レーザー加工、電子ビーム加工は、ガラス基板に縦穴を形成することができる方法であるが、ガラス基板に複数の縦穴を形成する場合において、加工時間が非常に長くなり、生産効率が著しく悪化するだけでなく、サンドブラスト法と同様に縦穴の内壁面の平均表面粗さが大きくなるため、サンドブラスト法と同様の問題が生じていた。
【００１５】
以上説明した方法は、ガラス基板に縦穴を形成するためにガラス基板を物理的に加工しなければならず、必然的に縦穴の内壁面の平均表面粗さは大きくなり、具体的には縦穴の内壁面の平均表面粗さは２０μｍよりも大きくなる。その上、ガラス基板の破壊片も不可避的に発生することになり、ガラス基板の破壊片は、微細粒も一定の割合で含まれるため、ガラス基板に縦穴を形成した後に入念な洗浄を施す必要があった。
【００１６】
ガラス基板に形成された縦穴の内壁面の平均表面粗さを小さくする方法として、縦穴の内壁面をフッ酸含有溶液等で化学的にエッチングする方法も考えられるが、縦穴の内壁面を選択的にエッチングすることは困難であり、ガラス基板の一部をエッチングする虞は払拭できず、その結果、ガラス基板の表面が荒らされ、ガラス基板の品位が非常に損なわれるため、上記の方法は適用が困難となっていた。特に、ガラス基板に形成された縦穴が微小であれば、より一層縦穴の内壁面を選択的にエッチングすることは困難となっていた。
【００１７】
本発明は、上記課題に鑑みなされたものであり、ガラス基板の縦穴をフッ酸含有溶液によって選択的にエッチングできる態様とし、縦穴の内壁面の平均表面粗さを２０μｍ以下とすることを技術的課題とする。また、本発明は、ガラス基板に縦穴を効率的に形成するとともに、縦穴の内壁面の平均表面粗さが小さいガラス基板を簡易に作製することを技術的課題とする。
【課題を解決するための手段】
【００１８】
本発明者らは、種々検討を重ねた結果、板厚方向に縦穴を有するガラス基板において、少なくともガラス基板の一方の表面に耐フッ酸性酸化物被膜を備え、且つ前記縦穴の内壁面の平均表面粗さ（Ｒａ）を２０μｍ以下とすることによって、上記課題が解決することを見出し、本発明として提案するものである。
【００１９】
少なくともガラス基板の一方の表面に耐フッ酸性酸化物被膜を備えることにより、ガラス基板の板厚方向に形成された縦穴をフッ酸含有溶液でエッチングする場合、縦穴の内壁面を選択的にエッチングすることが可能となり、縦穴の内壁面の平均表面粗さを容易に２０μｍ以下とすることができる。なお、耐フッ酸性酸化物被膜は、ガラス基板の用途に応じて、必要な部分に形成すればよく、必ずしもガラス基板の全表面に形成する必要はない。
【００２０】
また、ガラス基板の板厚方向に形成された縦穴の内壁面の平均表面粗さを２０μｍ以下とすることにより、縦穴の内壁面にクラックの起点となるような部位を極めて少なくすることができ、その結果、ガラス基板の破壊強度を飛躍的に高めることが可能になるとともに、ガラス基板の衝撃破壊等の物理的破壊を可及的に抑止することとが可能となる。特に、縦穴を凹状の窪みとした場合、縦穴の内壁面のクラックは、ガラス基板の破壊強度を著しく低下させるため、縦穴の内壁面の平均表面粗さを上記のように規制する意義は大きい。加えて、縦穴に形成された微細クラックを可及的に低下させれば、物理的衝撃等でガラス基板の破壊片が発生することもなく、縦穴に精密部品等を搭載する場合、この破壊片が粗大異物となり、製品特性を劣化させる虞もなくなる。
【００２１】
また、本発明者らは、ガラス基板の板厚方向に縦穴を形成する方法において、ガラス基板の表面上に耐フッ酸性酸化物被膜を形成した後、縦穴となる部位を開口部とする耐サンドブラスト性を有するレジストパターンを形成し、サンドブラスト法を用いて、前記開口部を通して前記ガラス基板に縦穴を形成し、フッ酸含有溶液を用いて、前記縦穴の内壁面をエッチングすることによって、上記課題を解決できることを見出し、本発明として提案するものである。
【００２２】
ガラス基板の板厚方向に縦穴を形成する方法を上記のようにすることにより、ガラス基板の板厚方向に形成された縦穴の内壁面の平均表面粗さを容易に小さくすることができ、その結果、縦穴の内壁面にクラックの起点となるように部位を極めて少なくすることができるだけでなく、ガラス基板の破壊強度を飛躍的に高めることが可能になるとともに、ガラス基板の衝撃破壊等の物理的破壊を可及的に抑止することが可能となる。
【００２３】
また、サンドブラスト処理によって発生した切削砂の残渣やガラス基板の破壊片等は、大部分が微細粒であるため、容易にフッ酸含有溶液によって溶解され、洗浄工程を施すことなく微細粒を除去することができる。その結果、縦穴の内壁面に滞留した切削砂やガラスの破壊片を取り除くための入念な洗浄工程が不要となり、工程の簡略化および製造コストの低下を達成することが可能となる。なお、切削砂の残渣やガラス基板の破壊片等が粗い粒子であっても、このような粗大粒子は、フッ酸含有溶液によって完全に溶解しないが、洗浄工程で容易に除去することができる。特に、縦穴を凹状の窪みとした場合、縦穴の窪みに切削砂の残渣やガラス基板の破壊片等が滞留し易くなるため、より一層入念な洗浄が必要であり、フッ酸含有溶液により縦穴の内壁面をエッチングするメリットは大きい。
【００２４】
さらに、上記の方法は、一枚のガラス基板で複数の縦穴を一回の操作により形成することができるため、レーザー加工、電子ビーム加工等に比べて、複数の縦穴を形成する場合、製造時間を大幅に短縮することが可能となり、その結果、生産効率の向上に大きく寄与することが可能となる。
【００２５】
その上、本発明の縦穴形成方法は、ガラス基板の表面に耐フッ酸性酸化物被膜を形成しているため、ガラス基板に形成された縦穴の内壁面をフッ酸含有溶液により選択的にエッチングすることが可能となる。なお、耐フッ酸性酸化物被膜は、真空蒸着法、イオンプレーティング法、スパッタリング法、減圧ＣＶＤ法、プラズマＣＶＤ法、スプレー法、浸漬法等の周知の被膜形成手段で簡易に形成することができる。
【００２６】
具体的には、本発明のガラス基板は、板厚方向に縦穴を有するガラス基板において、少なくともガラス基板の一方の表面に耐フッ酸性酸化物被膜を備え、且つ前記縦穴の内壁面の平均表面粗さが２０μｍ以下であることに特徴付けられる。なお、本発明でいう「耐フッ酸性酸化物被膜」とは、２０℃の５重量％フッ酸水溶液に酸化物被膜を１０分間浸漬した場合、膜厚減耗率が１０％以下である酸化物被膜を指す。また、本発明でいう「縦穴」には、ガラス基板に形成させた縦穴を貫通させずに凹状の窪みとする形状のみならず、貫通孔も含んでいる。
【００２７】
第二に本発明のガラス基板は、前記縦穴の板幅方向の開口面積が５００μｍ2以下であることに特徴付けられる。なお、本発明において、「縦穴」の板幅方向の開口形状は、特に制約されるものではなく、円形、正方形、長方形、長円形等の形状が含まれる。
【００２８】
第三に本発明のガラス基板は、前記耐フッ酸性酸化物被膜の平均膜厚が１０〜２０００ｎｍであることに特徴付けられる。
【００２９】
第四に本発明のガラス基板は、前記耐フッ酸性酸化物被膜がＮｂ2Ｏ5、ＴｉＯ2、Ｔａ2Ｏ5のいずれかであることに特徴付けられる。
【００３０】
第五に本発明のガラス基板の板厚方向に縦穴を形成する方法は、ガラス基板の板厚方向に縦穴を形成する方法において、ガラス基板の表面上に耐フッ酸性酸化物被膜を形成した後、縦穴となる部位を開口部とする耐サンドブラスト性を有するレジストパターンを形成し、サンドブラスト法を用いて、前記開口部を通して前記ガラス基板に縦穴を形成し、フッ酸含有溶液を用いて、前記縦穴の内壁面をエッチングすることに特徴付けられる。
【００３１】
第六に本発明のガラス基板の板厚方向に縦穴を形成する方法は、前記縦穴の板幅方向の開口面積が５００μｍ2以下であることに特徴付けられる。
【００３２】
第七に本発明のガラス基板の板厚方向に縦穴を形成する方法は、レジストパターンが紫外線硬化性を有する感光性樹脂によって形成されていることに特徴付けられる。
【００３３】
第八に本発明のガラス基板の板厚方向に縦穴を形成する方法は、前記耐フッ酸性酸化物被膜がＴａ2Ｏ5、Ｎｂ2Ｏ5、ＴｉＯ2のいずれかであることに特徴付けられる。
【００３４】
第九に本発明のガラス基板の板厚方向に縦穴を形成する方法は、前記耐フッ酸性酸化物被膜の膜厚が、１０〜２０００ｎｍであることに特徴付けられる。
【００３５】
第十に本発明のガラス基板の板厚方向に縦穴を形成する方法は、前記サンドブラスト法は、最大粒径が１０〜７５μｍの切削砂を用いることに特徴付けられる。
【００３６】
第十一に本発明のガラス基板の板厚方向に縦穴を形成する方法は、ガラス基板全体をフッ酸含有溶液に浸漬することによって、前記縦穴の内壁面をエッチングすることに特徴付けられる。
【００３７】
第十二に本発明のガラス基板の板厚方向に縦穴を形成する方法は、重量％表示で、前記フッ酸含有溶液のフッ酸濃度が１〜２０％であることに特徴付けられる。
【００３８】
第十三に本発明のガラス基板の板厚方向に縦穴を形成する方法は、前記フッ酸含有溶液の溶液温度が４０℃未満であることに特徴付けられる。
【００３９】
以下本発明について、詳細に説明する。
【００４０】
本発明のガラス基板は、少なくともガラス基板の一方の表面に耐フッ酸性酸化物被膜を形成する。このようにすることにより、ガラス基板に形成された縦穴の内壁面を選択的にフッ酸含有溶液でエッチングすることが可能となる。耐フッ酸性酸化物被膜は、真空蒸着法、イオンプレーティング法、スパッタリング法、減圧ＣＶＤ法、プラズマＣＶＤ法、スプレー法、浸漬法等の周知の被膜形成手段で簡易に形成することができる。特に、スパッタリング法および真空蒸着法は、ガラス基板と耐フッ酸性酸化物被膜の密着性も良く、膜厚が薄い被膜を安定して作製することができるため、好ましい。また、ガラス基板の表面の一部分ではなく、全面にわたり耐フッ酸性酸化物被膜を形成すると、耐フッ酸性酸化物被膜を形成する際、マスク材等を使用する必要がなくなり、生産効率が向上するため好ましい。さらに、酸化物被膜は、耐熱性が高いため、耐熱性が要求される用途に好適である。
【００４１】
本発明のガラス基板は、板厚方向に縦穴が形成されている。縦穴の内壁面の平均表面粗さは２０μｍ以下、好ましくは１７μｍ以下、より好ましくは１５μｍ以下、さらに好ましくは１２μｍ以下、最も好ましくは１０μｍ以下である。縦穴の内壁面の平均表面粗さが２０μｍより大きいと、縦穴の内壁面にクラックの起点となるように部位が多くなり、その結果、ガラス基板の破壊強度が飛躍的に低下するとともに、ひいてはガラス基板の衝撃破壊等に代表される物理的破壊等の深刻な事態を招来し得ることとなる。特に、縦穴を凹状の窪みとした場合、縦穴の内壁面のクラックは、ガラス基板の破壊強度を著しく低下させるため、縦穴の内壁面の平均表面粗さを上記のように規制する意義は大きい。
【００４２】
本発明のガラス基板は、ガラス組成にかかわらず適用可能であるが、無アルカリガラス基板（例えば、日本電気硝子株式会社製ＯＡ−１０）、高歪点ガラス基板（例えば、日本電気硝子株式会社製ＰＰ−８Ｃ）、窓板ガラス等に適用可能であるとともに、結晶化ガラス基板（例えば、日本電気硝子株式会社製Ｎ−０）であっても適用することができる。
【００４３】
ガラス基板に縦穴を形成する方法として特に制約はないが、サンドブラスト法によれば、ガラス基板に縦穴を容易に形成することができるとともに、ガラス基板に形成する縦穴が複数の場合であっても一回の操作で形成することができるため、生産効率等を大幅に高めることが可能となり、好ましい。また、サンドブラスト法によれば、ガラス基板の縦穴を凹状の窪み、貫通孔等とすることが容易にできるため、好ましい。
【００４４】
本発明のガラス基板は、形成された縦穴の板幅方向の開口面積が５００μｍ2以下であることが好ましく、４００μｍ2以下であると更に好ましい。形成された縦穴の板幅方向の開口面積が５００μｍ2以下であれば、縦穴の内壁面の平均表面粗さが縦穴の寸法精度に影響を及ぼすため、縦穴の内壁面の平均粗さを２０μｍ以下に規制する意義は大きい。したがって、形成された縦穴の板幅方向の開口面積が５００μｍ2以下であれば、フッ酸含有溶液で縦穴の内壁面をエッチングし、縦穴の内壁面の平均表面粗さを小さくする必要性が高くなるとともに、少なくともガラス基板の一方の表面に耐フッ酸性酸化物被膜を形成する必要性が高くなり、本発明のガラス基板を上記構成とする利点が大きくなる。
【００４５】
本発明のガラス基板は、ガラス基板の表面に形成された耐フッ酸性酸化物被膜の平均膜厚が１０〜２０００ｎｍであることが好ましく、２０〜１０００ｎｍであるとより好ましく、５０〜５００ｎｍであると更に好ましい。耐フッ酸性酸化物被膜の平均膜厚が１０ｎｍより小さいと、被膜の形成欠陥が生じやすくなり、被膜の形成欠陥が生じた箇所がフッ酸含有溶液によって侵され、それが原因でフッ酸含有溶液がガラス基板にまで浸透し、ガラス基板の品位が損なわれ得る。また、耐フッ酸性酸化物被膜の平均膜厚が２０００ｎｍより大きいと、安定な膜厚を確保することが困難になるとともに、被膜を形成するための時間が長くなり、結果として生産効率を悪化させることになる。
【００４６】
本発明のガラス基板は、ガラス基板の表面に形成される耐フッ酸性酸化物被膜がＮｂ2Ｏ5、ＴｉＯ2、Ｔａ2Ｏ5のいずれかであることが好ましい。耐フッ酸性酸化物被膜がＮｂ2Ｏ5、ＴｉＯ2、Ｔａ2Ｏ5のいずれかであると、２０℃の２０重量％フッ酸水溶液に上記酸化物被膜を３０分間浸漬した場合、膜厚減耗率が１０％以下であり、良好な耐フッ酸性が得られる。また、上記耐フッ酸性酸化物被膜は、ガラス基板と被膜の密着性が良好であるとともに、被膜がガラス基板から剥がれにくいため好ましい。さらに、上記耐フッ酸性酸化物被膜は、可視光透過率が高いため、ガラス基板の表面に被膜を形成してもガラス基板を著しく着色させず、ガラス基板の透明性が維持されるため、ガラス基板に透明性が要求される用途、例えば、ディスプレイ用途においても、ガラス基板の光学的特性を損なうことがない。したがって、上記耐フッ酸性酸化物被膜を別途除去する工程を付加する必要がなくなり、ガラス基板の製造工程の簡略化に寄与することになる。なお、上記耐フッ酸性酸化物被膜は、真空蒸着法、イオンプレーティング法、スパッタリング法、減圧ＣＶＤ法、プラズマＣＶＤ法、スプレー法、浸漬法等の周知の被膜形成手段で簡易に形成することができることは言うまでもない。
【００４７】
本発明のガラス基板の板厚方向に縦穴を形成する方法は、耐フッ酸性酸化物被膜形成工程、ドライフィルム貼り付け工程、露光工程、現像工程、サンドブラスト工程及び感光性レジストパターン剥離工程、エッチング工程によって構成されることが好ましく、必要に応じて切断工程を含む。これらの工程について以下に詳細に説明する。
【００４８】
（耐フッ酸性酸化物被膜形成工程）
少なくともガラス基板の一方の表面に耐フッ酸性酸化物被膜を形成する。すなわち、耐フッ酸性酸化物被膜は、少なくともフッ酸含有溶液によって侵食されてはならないガラス基板の表面に形成する。また、耐フッ酸性酸化物被膜は、真空蒸着法、イオンプレーティング法、スパッタリング法、減圧ＣＶＤ法、プラズマＣＶＤ法、スプレー法、浸漬法等の周知の被膜形成手段を用いて形成する。特に、スパッタリング法、真空蒸着法は、ガラス基板と被膜の密着性が良好な被膜を簡易に形成することができるため、好ましい。なお、所定のパターンの酸化物被膜を形成する必要性があるときは、所定のマスク材等を使用する。
【００４９】
（ドライフィルム貼り付け工程）
ガラス基板の片面に耐サンドブラスト性の感光性樹脂からなる感光性レジスト層を形成する。感光性レジスト層は、ドライフィルム状のものをラミネートすることによって形成する。また、液状のものをスクリーン印刷、ロールコート、スピンコート等の方法によってガラス基板に塗布後乾燥させて形成することもできる。感光性レジスト層の肉厚は、３７〜８０μｍであることが好ましい。３７μｍよりも薄いと、サンドブラスト工程においてガラス基板の一部が切削砂によって損傷し、微細なガラス片が発生する。また８０μｍよりも厚いと、コストが高くなるため好ましくない。
【００５０】
（露光工程）
次に、縦穴の開口部となる部分をパターニングしたガラスマスクまたはフィルムマスクをレジスト層上に載置し、紫外線を照射して露光する。
【００５１】
（現像工程）
未露光のレジスト層を、現像液を用いて除去することによって、露光硬化したレジストパターンが形成される。尚、現像液としては、Ｎａ2ＣＯ3等の弱アルカリ性水溶液が使用可能である。
【００５２】
（サンドブラスト工程）
レジストパターンが形成されたガラス基板に切削砂を当て、レジストパターンがない部分を切削し縦穴を形成する。切削砂としては、硬度の高いシリカ、アルミナ、ジルコニア、ジルコン等の砂が使用可能である。
【００５３】
（レジストパターン剥離工程）
硬化したレジストパターンを、剥離液を用いて剥離除去する。なお、剥離液としては、ＮａＯＨ、ＫＯＨ等の強アルカリ性水溶液が使用可能である。
【００５４】
（エッチング工程）
ガラス基板をフッ酸含有溶液に浸漬等することにより、ガラス基板に形成された縦穴の内壁面を選択的にエッチングする。
【００５５】
（切断工程）
本発明のガラス基板の板厚方向に縦穴を形成する方法は、一枚のガラス基板に複数の縦穴を形成できるため生産性に優れる。複数の縦穴を形成し、縦穴に応じてガラス基板を切断すれば、一度のサンドブラスト工程で複数枚のガラス基板を形成することができる。切断方法としては、超鋼カッターまたはダイヤモンドカッターを用いて、スクライブ線を入れ折り割る方法や、マルチブレードソーを用いて切断する方法がある。
【００５６】
本発明のガラス基板の板厚方向に縦穴を形成する方法は、縦穴の板幅方向の開口面積が５００μｍ2以下であることが好ましい。形成された縦穴の板幅方向の開口面積が５００μｍ2以下であれば、縦穴を安定して形成することが極めて困難となるが、本発明の方法であれば、縦穴の板幅方向の開口面積が５００μｍ2以下であっても容易にガラス基板に縦穴を形成することができるため、本発明の利点を最大限に享受することが可能となる。また、本発明の方法は、サンドブラスト法を採用しているので、ガラス基板に縦穴を形成するに際し、微小な縦穴を一度に複数形成することが可能である。
【００５７】
本発明のガラス基板の板厚方向に縦穴を形成する方法において、レジストパターンは、紫外線硬化性を有する感光性樹脂によって形成することが好ましい。紫外線硬化性を有する感光性樹脂でレジストパターンを形成することで複雑な形状の縦穴を形成することが可能となることに加えて、微小なレジストパターンを簡易に形成することができる。
【００５８】
本発明のガラス基板の板厚方向に縦穴を形成する方法において、ガラス基板の表面に形成される耐フッ酸性酸化物被膜がＮｂ2Ｏ5、ＴｉＯ2、Ｔａ2Ｏ5のいずれかであることが好ましい。耐フッ酸性酸化物被膜がＮｂ2Ｏ5、ＴｉＯ2、Ｔａ2Ｏ5のいずれかであると、２０重量％のフッ酸水溶液に上記酸化物被膜を３０分間浸漬した場合、膜厚減耗率が１０％以下であり、良好な耐フッ酸性が得られる。また、上記耐フッ酸性酸化物被膜は、ガラス基板と被膜の密着性が良好であるとともに、被膜がガラス基板から剥がれにくいため好ましい。さらに、上記耐フッ酸性酸化物被膜は、可視光透過率が高いため、ガラス基板の表面に被膜を形成してもガラス基板を著しく着色させることがなく、ガラス基板の透明性が維持されるため、ガラス基板に透明性が要求される用途、例えば、ディスプレイ用途においても使用可能である。したがって、上記耐フッ酸性酸化物被膜を別途除去する工程を付加する必要がなくなり、ガラス基板の製造工程の簡略化に寄与することになる。
【００５９】
本発明のガラス基板の板厚方向に縦穴を形成する方法において、ガラス基板の表面に形成された耐フッ酸性酸化物被膜の平均膜厚が１０〜２０００ｎｍであることが好ましく、２０〜１０００ｎｍであるとより好ましく、５０〜５００ｎｍであると更に好ましい。耐フッ酸性酸化物被膜の平均膜厚が１０μｍより小さいと、被膜の形成欠陥が生じやすくなり、被膜の形成欠陥が生じた箇所がフッ酸含有溶液によって侵され、それが原因でフッ酸含有溶液がガラス基板にまで浸透し、ガラス基板の品位が損なわれ得る。また、耐フッ酸性酸化物被膜の平均膜厚が２０００μｍより大きいと、安定な膜厚を確保することが困難になるとともに、被膜を形成するための時間が長くなり、結果として生産効率を悪化させることになる。
【００６０】
本発明のガラス基板の板厚方向に縦穴を形成する方法において、サンドブラスト法で使用する切削砂は、最大粒子径が１０〜７５μｍであることが好ましく、１０〜５０μｍであると更に好ましい。切削砂の最大粒子径が１０μｍより小さいと、ガラス基板に縦穴を形成するための時間が長くなり、特にガラス基板の板厚が大きい場合、縦穴の形成に要する時間が長くなり、生産効率が乏しくなる。一方、切削砂の最大粒子径が７５μｍより大きいと、縦穴の内壁面の平均表面粗さが粗くなり、後にフッ酸含有溶液で縦穴の内壁面を２０μｍ以下までエッチングするのに要する時間が長くなる。特に、縦穴の開口面積が微小である場合、縦穴の開口幅と縦穴の内壁面のエッチング幅が近似してくるため、微小な縦穴を安定して形成することが困難となる。さらに、切削砂の最大粒子径が７５μｍより大きいと、縦穴に微細クラックが発生しやすくなり、ガラス基板の強度低下を招き易くなる。
【００６１】
また、サンドブラスト法で使用する切削砂は、市販の材料が使用可能であるが、特に硬度の高いシリカ、アルミナ、ジルコニア、ジルコン、ＳｉＣ等が好ましい。
【００６２】
本発明のガラス基板の板厚方向に縦穴を形成する方法において、ガラス基板全体をフッ酸含有溶液に浸漬することによって、縦穴の内壁面をエッチングすることが好ましい。ガラス基板の表面の必要な部分に耐フッ酸性酸化物被膜を形成すれば、例えばガラス基板の両表面の全体に耐フッ酸性酸化物被膜を形成すれば、ガラス基板全体を浸漬してもフッ酸含有溶液によって侵される箇所が縦穴の内壁面のみとなり、当然のことながら、ガラス基板全体をフッ酸含有溶液に浸漬すると縦穴の内壁面が選択的にエッチングされることになる。その結果、縦穴の内壁面を選択的にエッチングするために、特殊な治具等を使用する必要がなくなり、工程の簡略化に寄与することができる。
【００６３】
本発明のガラス基板の板厚方向に縦穴を形成する方法において、重量％表示で、フッ酸含有溶液のフッ酸含有量が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、ガラス基板に形成された縦穴の内壁面の平均表面粗さを２０μｍ以下とするためには、エッチングに長時間を要することになる。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、縦穴の内壁面を安定してエッチングすることが困難であることに加えて、フッ酸含有量が高いため取扱上の安全性の点で好ましくない。
【００６４】
本発明のガラス基板の板厚方向に縦穴を形成する方法において、フッ酸含有溶液の溶液温度は４０℃未満であることが好ましく、３０℃未満であると更に好ましい。フッ酸含有量が４０℃以上であると、エッチング速度が速くなり過ぎ、縦穴の内壁面を安定してエッチングすることが困難であることに加えて、フッ酸を含有した蒸気が発生するため、取扱い上の安全性の点で好ましくない。
【００６５】
（実施例）
本発明のガラス基板およびガラス基板の板厚方向に縦穴を形成する方法を実施例に基づき詳細に説明する。
【００６６】
本発明に係る実施例の製造方法は、（ａ）は耐フッ酸性酸化物被膜形成工程、（ｂ）はドライフィルム貼り付け工程、（ｃ）は露光工程、（ｄ）は現像工程、（ｅ）はサンドブラスト工程、（ｆ）はレジストパターン剥離工程、（ｇ）はエッチング工程を備えている。
【００６７】
（ａ）耐フッ酸性酸化物被膜形成工程：周知のスパッタリング法を用いて、ガラス基板（日本電気硝子株式会社製ＯＡ−１０）の両方の表面全体にＴａ2Ｏ5の被膜を形成した。Ｔａ2Ｏ5の被膜の平均膜厚は、４００ｎｍとした。
【００６８】
（ｂ）ドライフィルム貼り付け工程：耐フッ酸性酸化物被膜を形成したガラス基板の一方の表面上に、ラミネータを用いてドライフィルムを熱圧着した。なお、ドライフィルム（旭化成株式会社製ＡＰＤ−４０５、厚み４０μｍ）は、レジスト層を二枚のポリエステル樹脂系フィルムでサンドイッチした構造を有し、この工程では、耐フッ酸性酸化物被膜の表面上にレジスト層が接着するように片方のポリエステル樹脂系フィルムを剥がし、ドライフィルムを熱圧着する。
【００６９】
（ｃ）露光工程：縦穴の開口部に相当する部分にマスクを施したマスキングフィルムをドライフィルム上に載置し、露光機（株式会社大日本科研製）を用いて露光量６００ｍＪで紫外線を露光した。なお、縦穴の開口部は、寸法が２０μｍ×１５μｍの長方形であり、開口数を２０とした。
【００７０】
（ｄ）現像工程：ドライフィルムからもう一方のポリエステル樹脂系フィルムを剥がし、１質量％のＮａ2ＣＯ3水溶液からなる現像液を用いて、未露光のレジスト層を取り除き現像し、レジストパターンを形成した。
【００７１】
（ｅ）サンドブラスト工程：耐フッ酸性酸化物被膜の表面上に、最大粒径が５０．８μｍのアルミナからなる切削砂を当て、露光硬化したレジストパターンがない部分を切削し凹形状の窪み（縦穴）を形成した。この場合、ガラス基板は円盤状のステージに固定され、円盤状のステージを一定速度で回転させる。切削砂を吐出する吐出口を複数個備えたアームの支持部をステージの外側に固定し、アームを支持部を支点にしてその軌跡が扇状になるように移動させることによってガラス基板の全面に切削砂を当てた。この際、凹部の深さが一定になるように、アームがステージの中心から外側に移動するのに伴いアームの移動速度を徐々に遅くし、またアームがステージの外側から中心に移動するのに伴いアームの移動速度を徐々に速くした。
【００７２】
（ｆ）レジストパターン剥離工程：露光硬化したレジストパターンを２質量％ＫＯＨ水溶液からなる剥離液を用いて剥離除去した。
【００７３】
（ｇ）エッチング工程：ガラス基板を２０℃の５重量％フッ酸水溶液で縦穴の内壁面を１０分間エッチングした。エッチングはガラス基板全体をフッ酸水溶液に浸漬することで行った。
【００７４】
（比較例１）
ガラス基板の両方の表面全体に酸化物被膜としてＳｉＯ2の被膜を形成した以外は、実施例と同様の方法によりガラス基板に縦穴を形成した。
【００７５】
（比較例２）
ガラス基板の板厚方向に縦穴を形成する方法として、エッチング工程を施さなかった以外は、実施例と同様の方法により、ガラス基板に縦穴を形成した。
【００７６】
実施例のガラス基板は、ガラス基板の表面に耐フッ酸性酸化物被膜が形成されているため、フッ酸含有溶液によってガラス基板の表面が侵されていなかった。一方、比較例１のガラス基板は、ガラス基板の表面に形成された酸化物被膜が耐フッ酸性を有していないため、フッ酸含有溶液によって酸化物被膜が侵されるとともに、それが原因でガラス基板の表面もフッ酸含有溶液により侵されており、ガラス基板の表面の品位が著しく損なわれていた。
【００７７】
実施例のガラス基板は、縦穴の内壁面がフッ酸含有溶液によってエッチングされているため、縦穴の内壁面の平均表面粗さが６．５μｍであり、非常に滑らかであった。また、実施例のガラス基板は、フッ酸含有溶液によりエッチングされているため、微細クラックが殆ど存在しておらず、ガラス基板に縦穴を形成してもガラス基板の強度が低下していなかった。さらに、実施例のガラス基板は、フッ酸含有溶液によりエッチングしているため、縦穴に切削砂や微細なガラス基板の破壊片が殆ど存在していなかった。一方、比較例２のガラス基板は、縦穴の内壁面がフッ酸含有溶液によってエッチングされていないため、縦穴の内壁面の平均表面粗さが２１．７μｍであり、非常に粗かった。また、比較例２のガラス基板は、フッ酸含有溶液によりエッチングされていないため、微細クラックが多数存在しており、ガラス基板に縦穴を形成するでガラス基板の強度が著しく低下していた。さらに、比較例２のガラス基板は、フッ酸含有溶液によりエッチングしていないため、縦穴に切削砂や微細なガラス基板の破壊片が多数残存していた。なお、図１は縦穴の内壁面の光学顕微鏡写真であり、（ａ）は実施例、（ｂ）は比較例２を示している。また、平均表面粗さは、表面粗さ計（小坂研究所製サーフコーダＳＥ−３０Ｈ）によって測定した。
【産業上の利用可能性】
【００７８】
本発明のガラス基板は、板厚方向に縦穴を有するガラス基板において、少なくともガラス基板の一方の表面に耐フッ酸性酸化物被膜を備え、且つ前記縦穴の内壁面の平均表面粗さが２０μｍ以下である。
【００７９】
このような構成とすることにより、ガラス基板の一方の表面に耐フッ酸性酸化物被膜を備えることにより、ガラス基板の板厚方向に形成された縦穴をフッ酸含有溶液でエッチングする場合、縦穴の内壁面を選択的にエッチングすることが可能となり、縦穴の内壁面の平均表面粗さを２０μｍ以下とすることができる。
【００８０】
また、ガラス基板の板厚方向に形成された縦穴の内壁面の平均表面粗さを２０μｍ以下とすることにより、縦穴の内壁面にクラックの起点となるような部位を極めて少なくすることができ、その結果、ガラス基板の破壊強度を飛躍的に高めることが可能になるとともに、ガラス基板の衝撃破壊等の物理的破壊を可及的に抑止することとが可能となる。
【００８１】
さらに、本発明は、ガラス基板の板厚方向に縦穴を形成する方法において、ガラス基板の表面上に耐フッ酸性酸化物被膜を形成した後、縦穴となる部位を開口部とする耐サンドブラスト性を有するレジストパターンを形成し、サンドブラスト法を用いて、前記開口部を通して前記ガラス基板に縦穴を形成し、フッ酸含有溶液を用いて、前記縦穴の内壁面をエッチングするガラス基板の板厚方向に縦穴を形成する方法である。
【００８２】
ガラス基板の板厚方向に縦穴を形成する方法を上記のように行うことにより、ガラス基板の板厚方向に形成された縦穴の内壁面の平均表面粗さを容易に小さくすることができ、その結果、縦穴の内壁面にクラックの起点となるように部位を極めて少なくすることができるだけでなく、ガラス基板の破壊強度を飛躍的に高めることが可能になるとともに、ガラス基板の衝撃破壊等の物理的破壊を可及的に抑止することとが可能となる。
【００８３】
また、サンドブラスト処理によって発生した切削砂の残渣やガラス基板の破壊片等は、大部分が微細粒であるため、容易にフッ酸含有溶液によって溶解され、洗浄工程を施すことなく微細粒を除去することができる。その結果、縦穴の内壁面に滞留した切削砂やガラスの破壊片を取り除くための入念な洗浄工程が不要となり、工程の簡略化および製造コストの低下を達成することが可能となる。
【００８４】
さらに、上記の方法は、一枚のガラス基板で複数の縦穴を一回の操作により形成することができるため、レーザー加工、電子ビーム加工等に比べて、複数の縦穴を形成する場合、製造時間を大幅に短縮することが可能となり、その結果、生産効率の向上に大きく寄与することが可能となる。
【００８５】
その上、本発明の縦穴形成方法は、ガラス基板の表面に耐フッ酸性酸化物被膜を形成しているため、ガラス基板に形成された縦穴の内壁面をフッ酸含有溶液により選択的にエッチングすることが可能となる。
【００８６】
その結果、本発明のガラス基板は、ＥＬ素子、微小レンズ、ＣＣＤ、太陽電池等を縦穴の内部に収納することが可能であるため、小型素子、小型部品を収納するパッケージ材として好適に使用することができる。特に、縦穴を凹状の窪みに形成すると、小型素子等を的確に収納することが可能となるとともに、縦穴を凹型の導波路状に形成すれば医療用マイクロポンプを的確に収納することが可能となる。また、ガラス基板に形成された縦穴を貫通孔とすれば、排気口等を有するＰＤＰ等のディスプレイ用ガラス基板および小型素子等を収納するスペーサー材として好適に使用することができる。さらに、本発明の縦穴を形成する方法は、本発明のガラス基板を効率良く製造可能にするものである。
【図面の簡単な説明】
【００８７】
【図１】ガラス基板の板厚方向に形成された縦穴の内壁面の拡大写真であり、（ａ）は実施例、（ｂ）は比較例２を示す。
【図１】
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