JP2014089111A - ディスプレイ用ガラス基板の形状測定装置、および、ガラス基板の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】ガラス基板の推定無重力下における形状を効率的に測定することができるディスプレイ用ガラス基板の形状測定装置、および、ガラス基板の製造方法を提供する。
【解決手段】ディスプレイ用ガラス基板の形状測定装置１００は、基板浮上ユニット２０と、形状測定ユニット３０と、形状算出ユニット４０とを備える。基板浮上ユニット２０は、ガラス基板１０の下面に気体を吹き付けてガラス基板１０を浮上させる。形状測定ユニット３０は、浮上しているガラス基板１０の形状を測定する。形状算出ユニット４０は、仮想ガラス基板の形状を算出し、かつ、形状測定ユニット３０によって測定されたガラス基板１０の形状と、仮想ガラス基板の形状とに基づいて、ガラス基板１０の推定無重力下における形状を算出する。仮想ガラス基板は、平面度がゼロである表面を有する仮想的なガラス基板である。
【選択図】図２

Description

本発明は、ディスプレイ用ガラス基板の形状測定装置、および、ガラス基板の製造方法に関する。

液晶ディスプレイおよびプラズマディスプレイ等のフラットパネルディスプレイ（ＦＰＤ）に用いられるガラス基板は、例えば、オーバーフローダウンドロー法によって製造される。オーバーフローダウンドロー法では、成形体に流し込まれてオーバーフローした熔融ガラスが、成形体の表面を伝って流下し、成形体の下端の近傍で合流して、ガラスシートに成形される。成形されたガラスシートは、下方に引き延ばされながら冷却され、所定のサイズに切断されてガラス基板が製造される。ガラス基板は、端面加工工程、表面洗浄工程および検査工程等を経て、梱包されて出荷される。

オーバーフローダウンドロー法によって製造されるガラス基板の表面には、位置に応じて、様々な方向および大きさを有する応力が作用している。そのため、ガラス基板は、その表面に作用する応力によって生じるガラス基板の反りおよび歪みに起因する固有の形状を有している。平面度がゼロの仮想的な水平面上にガラス基板を載置した場合、ガラス基板は、その固有の形状により、周辺領域よりも高さ位置が高い凸状部、および、周辺領域よりも高さ位置が低い凹状部を有することがある。そして、凸状部および凹状部に起因するガラス基板の固有の反りは、小さいほど好ましい。ガラス基板の固有の反りが大きい場合、例えば、検査工程等においてガラス基板を水平方向に搬送する際に、ガラス基板の垂れ下がった端部が搬送装置と接触して、ガラス基板が破損してしまうおそれがある。また、大型のガラス基板から小型のガラス基板を得る場合において、反りが大きい領域から小型のガラス基板を切り出すと、切り出されたガラス基板は、切り出された領域の周囲の領域に作用する応力から解放されるため、ガラス基板の表面の単位面積当たりの形状変化率が変化する。そのため、切り出されたガラス基板の形状を予測することは困難である。

そのため、ガラス基板の製造工程において、ガラス基板の固有の反りを、短時間かつ簡便に測定する方法が求められている。ガラス基板の固有の反りを測定するためには、ガラス基板自体の形状を、重力の影響ができるだけ少ない状態で測定することが好ましい。例として、特許文献１（特開２０１２−４７７４５号公報）には、高さ位置が調節可能な多数の細いピンでガラス基板を支持して、ガラス基板の推定無重力下における形状を測定するガラス基板の形状測定方法が開示されている。この方法では、各ピンがガラス基板から受ける荷重が測定され、測定された荷重に基づいて各ピンの高さ位置が調節されて、ガラス基板の形状が測定される。また、この方法では、高さ位置が調節されたピンに支持される仮想的な平坦物体の形状が算出される。そして、ガラス基板の測定された形状と、仮想的な平坦物体の算出された形状とに基づいて、ガラス基板の推定無重力下における形状が算出される。

しかし、特許文献１に開示されるガラス基板の形状測定方法では、多数のピンのそれぞれの高さ位置を調節する必要があるため、ガラス基板の形状の測定に必要な時間が長い。そのため、大量生産されるガラス基板のそれぞれについて、推定無重力下における形状を効率的に測定することは困難である。また、大量生産されるガラス基板から検査用のガラス基板を抜き取って形状を測定して、特定の生産ロットにおけるガラス基板の反りの傾向を予測しようとしても、ガラス基板の形状はある程度の範囲で変化してしまう。そのため、ガラス基板の推定無重力下における形状を効率的に測定する方法が求められている。

本発明の目的は、ガラス基板の推定無重力下における形状を効率的に測定することができるディスプレイ用ガラス基板の形状測定装置、および、ガラス基板の製造方法を提供することである。

本発明に係るディスプレイ用ガラス基板の形状測定装置は、基板浮上ユニットと、形状測定ユニットと、形状算出ユニットとを備える。基板浮上ユニットは、ディスプレイ用のガラス基板の下面に気体を吹き付けてガラス基板を浮上させるユニットである。形状測定ユニットは、基板浮上ユニットによって浮上しているガラス基板の形状を測定するユニットである。形状算出ユニットは、仮想ガラス基板の形状を算出し、かつ、形状測定ユニットによって測定されたガラス基板の形状と、仮想ガラス基板の形状とに基づいて、ガラス基板の推定無重力下における形状を算出するユニットである。仮想ガラス基板は、平面度がゼロである表面を有する仮想的なガラス基板であって、基板浮上ユニットによって浮上していると仮定されたガラス基板である。

このディスプレイ用ガラス基板の形状測定装置は、浮上しているガラス基板の形状の測定値と、浮上している仮想ガラス基板の形状の理論値とから、推定無重力下におけるガラス基板の形状を算出する。ガラス基板は、ガラス基板の下面に吹き付けられる気体の圧力を受けて浮上する。浮上しているガラス基板には、ガラス基板にかかる重力と、ガラス基板を浮上させる力であって、重力の向きと反対方向の力が作用している。しかし、ガラス基板の下面にかかる圧力は、ガラス基板の下面内において均一でない。そのため、浮上しているガラス基板の形状は、ガラス基板の下面における不均一な圧力分布の影響を受ける。

このディスプレイ用ガラス基板の形状測定装置は、浮上している仮想ガラス基板の下面にかかる圧力が均一でないと仮定した場合における、浮上している仮想ガラス基板の形状を算出する。そして、不均一な圧力分布に起因する、仮想ガラス基板の形状の変化を加味して、不均一な圧力分布の影響が除去された、浮上しているガラス基板の形状を算出する。また、浮上しているガラス基板の形状を非接触測定することにより、ガラス基板の破壊を伴わない測定が可能となる。この場合、ガラス基板の形状の測定が、ガラス基板の歩留まりに与える影響は小さい。従って、このディスプレイ用ガラス基板の形状測定装置は、ガラス基板の推定無重力下における形状を効率的に測定することができる。

また、形状測定ユニットは、ガラス基板の上面に存在する複数の測定ポイントの高さ位置を測定することが好ましい。形状算出ユニットは、仮想ガラス基板の下面が受ける気体の圧力の分布に基づいて、仮想測定ポイントの高さ位置を算出することが好ましい。仮想測定ポイントは、形状測定ユニットによって測定される測定ポイントのそれぞれに対応するポイントであって、仮想ガラス基板の上面に存在する複数のポイントである。形状算出ユニットは、ガラス基板の測定ポイントの高さ位置、および、仮想ガラス基板の仮想測定ポイントの高さ位置に基づいて、ガラス基板の推定無重力下における形状を算出することが好ましい。

また、基板浮上ユニットは、フロートパネルおよび排気空間を有することが好ましい。フロートパネルは、気体を噴出する気体噴出孔が形成される面であって、浮上しているガラス基板の下面と対向する面である基板対向面を有する。排気空間は、基板対向面より上方、かつ、ガラス基板の下面より下方の空間と連通する空間である。気体噴出孔から噴出された気体の一部は、排気空間を流れて基板浮上ユニットから排出される。

このガラス基板の形状測定装置では、ガラス基板の下面に吹き付けられる気体の一部は、排気空間を流れて、基板浮上ユニットから排気される。これにより、ガラス基板の下面にかかる圧力をできるだけ均一にすることができる。そのため、浮上しているガラス基板の下面における不均一な圧力分布に起因する、ガラス基板の形状の変化が抑制される。

また、基板浮上ユニットは、間隔を空けて配置される複数のフロートパネルを有し、排気空間は、隣り合うフロートパネルの間の空間であることが好ましい。

また、本発明に係るディスプレイ用ガラス基板の形状測定装置は、基板浮上ユニットによって浮上しているガラス基板を搬送する基板搬送ユニットをさらに備えることが好ましい。基板搬送ユニットは、基板浮上ユニットによって浮上しているガラス基板の端部を保持する基板保持部と、基板保持部を移動させてガラス基板を搬送する搬送動力部とを有する。形状測定ユニットは、基板搬送ユニットによってガラス基板が搬送されている状態で、ガラス基板の形状を測定する。形状算出ユニットは、基板搬送ユニットによってガラス基板が搬送されている状態で、ガラス基板の推定無重力下における形状を算出する。

このディスプレイ用ガラス基板の形状測定装置は、ガラス基板を搬送しながら、ガラス基板の推定無重力下における形状を効率的に測定することができる。

本発明に係るガラス基板の製造方法は、基板成形工程と、基板浮上工程と、形状測定工程と、形状算出工程とを備える。基板成形工程は、ダウンドロー法によりガラス基板を成形する工程である。基板浮上工程は、ガラス基板の下面に気体を吹き付けてガラス基板を浮上させる工程である。形状測定工程は、基板浮上工程によって浮上しているガラス基板の形状を測定する工程である。形状算出工程は、仮想ガラス基板の形状を算出し、かつ、形状測定工程によって測定されたガラス基板の形状と、仮想ガラス基板の形状とに基づいて、ガラス基板の推定無重力下における形状を算出する工程である。仮想ガラス基板は、平面度がゼロである表面を有する仮想的なガラス基板であって、基板浮上工程によって浮上していると仮定されたガラス基板である。

本発明に係るディスプレイ用ガラス基板の形状測定装置、および、ガラス基板の製造方法は、ガラス基板の推定無重力下における形状を効率的に測定することができる。

実施形態に係るガラス基板の製造工程のフローチャートである。 実施形態に係るガラス基板形状測定装置の外観図である。 基板浮上ユニットの上面図である。 基板浮上ユニットの側面図である。 ガラス基板の下面における圧力分布が示された、基板浮上ユニットの側面図である。 ガラス基板の形状を測定する過程のフローチャートである。 浮上している仮想ガラス基板の形状を表す図である。 変形例Ａに係る、ガラス基板形状測定装置の外観図である。 基板保持部の一例を示す概略構成図である。 変形例Ｂに係る、ガラス基板形状測定装置の外観図である。

（１）ガラス基板の製造工程の概略
本発明に係るガラス基板の形状測定装置の実施形態について、図面を参照しながら説明する。最初に、本実施形態で用いられるガラス基板形状測定装置１００によって検査されるガラス基板１０の製造工程について説明する。ガラス基板１０は、液晶ディスプレイ、プラズマディスプレイおよび有機ＥＬディスプレイ等のフラットパネルディスプレイ（ＦＰＤ）や、電子デバイスの製造に用いられる。ガラス基板１０は、例えば、０.２ｍｍ〜０.８ｍｍの厚みを有し、かつ、縦６８０ｍｍ〜２２００ｍｍおよび横８８０ｍｍ〜２５００ｍｍのサイズを有する。

ガラス基板１０の一例として、以下の組成を有するガラスが挙げられる。

（ａ）ＳｉＯ₂：５０質量％〜７０質量％、
（ｂ）Ａｌ₂Ｏ₃：１０質量％〜２５質量％、
（ｃ）Ｂ₂Ｏ₃：５質量％〜１８質量％、
（ｄ）ＭｇＯ：０質量％〜１０質量％、
（ｅ）ＣａＯ：０質量％〜２０質量％、
（ｆ）ＳｒＯ：０質量％〜２０質量％、
（ｇ）ＢａＯ：０質量％〜１０質量％、
（ｈ）ＲＯ:５質量％〜２０質量％（Ｒは、Ｍｇ、Ｃａ、ＳｒおよびＢａから選択される少なくとも１種である。）、
（ｉ）Ｒ’ ₂Ｏ:０質量％〜２．０質量％（Ｒ’は、Ｌｉ、ＮａおよびＫから選択される少なくとも１種である。）、
（ｊ）ＳｎＯ₂、Ｆｅ₂Ｏ₃およびＣｅＯ₂から選ばれる少なくとも１種の金属酸化物。

なお、上記の組成を有するガラスは、０．１質量％未満の範囲で、その他の微量成分の存在が許容される。

図１は、ガラス基板１０の製造工程を表すフローチャートの一例である。ガラス基板１０の製造工程は、主として、成形工程（ステップＳ１）と、採板工程（ステップＳ２）と、切断工程（ステップＳ３）と、粗面化工程（ステップＳ４）と、端面加工工程（ステップＳ５）と、洗浄工程（ステップＳ６）と、検査工程（ステップＳ７）と、梱包工程（ステップＳ８）とからなる。

成形工程Ｓ１では、ガラス原料を加熱して得られた熔融ガラスから、ダウンドロー法またはフロート法によって、ガラスシートが連続的に成形される。成形されたガラスシートは、歪みおよび反りが発生しないように温度制御されながら、ガラス徐冷点以下まで冷却される。

採板工程Ｓ２では、成形工程Ｓ１で成形されたガラスシートが切断されて、所定の寸法を有する素板ガラスが得られる。

切断工程Ｓ３では、採板工程Ｓ２で得られた素板ガラスが切断されて、製品サイズのガラス基板１０が得られる。一般的に、素板ガラスは、カッターまたはレーザを用いて切断される。

粗面化工程Ｓ４では、切断工程Ｓ３で得られたガラス基板１０の表面粗さを増加させる粗面化処理が行われる。ガラス基板１０の粗面化処理は、例えば、フッ化水素を含むエッチャントを用いるウエットエッチングである。

端面加工工程Ｓ５では、粗面化工程Ｓ４で粗面化処理が行われたガラス基板１０の端面加工が行われる。端面加工は、例えば、ガラス基板１０の端面の研磨および研削、ガラス基板１０のコーナーカットである。

洗浄工程Ｓ６では、端面加工工程Ｓ５で端面加工処理が行われたガラス基板１０が洗浄される。ガラス基板１０には、素板ガラスの切断、および、ガラス基板１０の端面加工によって生じた微小なガラス片や、雰囲気中に存在する有機物等の異物が付着している。ガラス基板１０の洗浄によって、これらの異物が除去される。

検査工程Ｓ７では、洗浄工程Ｓ６で洗浄されたガラス基板１０が検査される。具体的には、ガラス基板１０の形状が測定され、ガラス基板１０の欠陥が光学的に検知される。ガラス基板１０の欠陥は、例えば、ガラス基板１０の表面に存在する傷およびクラック、ガラス基板１０の表面に付着している異物、および、ガラス基板１０の内部に存在している微小な泡等である。

梱包工程Ｓ８では、検査工程Ｓ７における検査に合格したガラス基板１０が、ガラス基板１０を保護するための合紙と交互にパレット上に積層されて、梱包される。梱包されたガラス基板１０は、ＦＰＤの製造業者等に出荷される。

（２）ガラス基板形状測定装置の構成
図２は、ガラス基板形状測定装置１００の外観図である。ガラス基板形状測定装置１００は、検査工程Ｓ７においてガラス基板１０の形状を測定するために用いられる。具体的には、ガラス基板形状測定装置１００は、製造された各ガラス基板１０の固有の形状を測定して、例えば、ガラス基板の面内の反りを検出するために用いられる。

ガラス基板検査装置１００は、水平状態のガラス基板１０を浮上させた状態でガラス基板１０の形状を測定することで、ガラス基板１０の推定無重力下における形状を算出する。ガラス基板検査装置１００は、基板浮上ユニット２０と、形状測定ユニット３０と、形状算出ユニット４０とからなる。以下、図２に示されるＸ軸に平行な方向を「Ｘ軸方向」と呼び、図２に示されるＹ軸に平行な方向を「Ｙ軸方向」と呼ぶ。Ｘ軸およびＹ軸は、水平面内において互いに直交している。

（２−１）基板浮上ユニット
図３は、基板浮上ユニット２０の上面図である。図４は、基板浮上ユニット２０の側面図である。基板浮上ユニット２０は、水平状態のガラス基板１０の下面１０ａに気体を吹き付けてガラス基板１０を浮上させるユニットである。基板浮上ユニット２０は、主として、複数のフロートパネル２２と、４つの端面支持部材２８とから構成される。また、基板浮上ユニット２０は、製造されたガラス基板１０を、フロートパネル２２の上に搬送するための基板搬送装置（図示せず）を備えている。なお、図３に示されるように、以下、ガラス基板１０は長方形の形状を有し、かつ、ガラス基板１０の長辺はＸ軸方向に平行であり、ガラス基板１０の短辺はＹ軸方向に平行であるとする。

フロートパネル２２は、図３に示されるように、上面視において、Ｙ軸方向に延びている形状を有している。フロートパネル２２は、気体噴出機構２２ａと、基板対向面２２ｂとを有する。ガラス基板１０は、基板搬送装置によって、基板対向面２２ｂ上に載置され、気体噴出機構２２ａによって、基板対向面２２ｂの上方において浮上させられる。

基板対向面２２ｂは、図４に示されるように、フロートパネル２２の上端面であって、浮上しているガラス基板１０の下面１０ａと対向する面である。フロートパネル２２は、その基板対向面２２ｂが水平面と平行になるように、設置される。フロートパネル２２は、Ｘ軸方向に沿って一定の間隔を空けて配置される。すなわち、図３および図４に示されるように、各フロートパネル２２と、Ｘ軸方向に沿って隣り合うフロートパネル２２との間には、隙間２３が形成されている。

気体噴出機構２２ａは、基板対向面２２ｂから上方に向かって、圧縮空気等の気体を噴出するための機構である。気体噴出機構２２ａは、基板対向面２２ｂの全面に均一に形成されている多数の微小孔である。微小孔の径は、例えば、２０μｍである。基板対向面２２ｂから上方に向かって噴出される気体は、基板対向面２２ｂ上に載置されているガラス基板１０の下面１０ａに衝突する。これにより、ガラス基板１０は、上向きの力を受ける。この上向きの力は、基板対向面２２ｂからガラス基板１０を浮上させる。浮上しているガラス基板１０の下面１０ａと、フロートパネル２２の基板対向面２２ｂとの間の距離は、例えば、２５μｍ〜３５μｍである。図４では、ガラス基板１０とフロートパネル２２との間の空間が、鉛直方向に誇張して描かれている。浮上しているガラス基板１０と基板対向面２２ｂとの間の距離は、気体噴出機構２２ａから噴出される気体の流量および流速によって決定される。

浮上しているガラス基板１０は、ガラス基板１０の自重および大気圧により作用する下向きの力と、気体噴出機構２２ａから噴出される気体により作用する上向きの力とが釣り合った状態にある。また、ガラス基板１０の下面１０ａの近傍の空間では、気体噴出機構２２ａから噴出される気体による乱流が発生する。この気体の乱流によって、ガラス基板１０の下面１０ａは粘性抵抗を受けやすく、ガラス基板１０の下面１０ａの近傍の空間では気体が自由に拡散できない状態にあるので、ガラス基板１０は、その下面１０ａにおいて、気流に対する抵抗力を受けていると考えられる。

従って、ガラス基板１０の水平面内における位置は安定的に維持される。さらに、基板対向面２２ｂからガラス基板１０の下面１０ａに向かって吹き付けられた気体は、ガラス基板１０の下面１０ａの端部と基板対向面２２ｂとの間から、ガラス基板１０の自重と、ガラス基板１０の上面１０ｂにかかる大気圧とによって、押し出されるように放出される。これにより、気体噴出機構２２ａから噴出される気体がガラス基板１０の下面１０ａに加える力の大きさは、ガラス基板１０の自重による重力と、ガラス基板１０の上面１０ｂにかかる大気圧による力との合力の大きさを上回ることがない。そのため、ガラス基板１０の下面１０ａと基板対向面２２ｂとの間の空間の圧力は水平面内において安定しているので、浮上しているガラス基板１０の高さは安定的に維持される。

また、ガラス基板１０が自身の固有の形状によって湾曲している場合、ガラス基板１０の下面１０ａと基板対向面２２ｂとの間の空間において、ガラス基板１０の下面１０ａと基板対向面２２ｂとの間の距離（すなわち、ガラス基板１０の下面１０ａの高さ位置）が大きいほど、ガラス基板１０の高さを安定的に維持するために必要である気体であって、ガラス基板１０の下面１０ａに吹き付けられる気体の量が多い。そのため、ガラス基板１０が湾曲している場合において、ガラス基板１０の下面１０ａの全体に向かって気体噴出機構２２ａが気体を均一に噴出し始めた段階では、ガラス基板１０の下面１０ａにかかる圧力は不均一になる。しかし、ガラス基板１０の下面１０ａと基板対向面２２ｂとの間の空間において、圧力が高い領域から圧力が低い領域に向かって気体が流れるので、ある程度の時間が経過することにより、ガラス基板１０の下面１０ａにかかる圧力は均一になる。従って、時間の経過によって、浮上しているガラス基板１０の高さは安定的に維持される。

また、全てのフロートパネル２２の全ての気体噴出機構２２ａは、同じ流量の気体を噴出する。すなわち、フロートパネル２２は、気体噴出機構２２ａによって、基板対向面２２ｂの全面から、ガラス基板１０の下面１０ａに向かって気体を均一に吹き付ける。浮上しているガラス基板１０の下面１０ａは、基板対向面２２ｂに形成されている多数の気体噴出機構２２ａから噴出される気体を受けている。すなわち、浮上しているガラス基板１０は、気体噴出機構２２ａの数と同じ数の多数のエアースプリングで支持されている状態にある。このように、浮上しているガラス基板１０は、多数の弾性部材によって支持されている状態にあると近似できるので、少数の弾性部材によってガラス基板１０が支持されている状態と比べて、浮上しているガラス基板１０の自由形状は良好に維持される。そのため、ダウンドロー法により製造されるガラス基板１０が、面内における歪みの影響によって微小かつ複雑な固有の形状および反りを面内に有していても、ガラス基板１０の固有の形状を維持しつつ、ガラス基板１０の形状の測定が可能となる。

端面支持部材２８は、浮上しているガラス基板１０の各端面を支持する。具体的には、端面支持部材２８は、浮上しているガラス基板１０が水平方向に移動することを阻止する。４つの端面支持部材２８のそれぞれは、図３に示されるように、ガラス基板１０の各辺の中間部に配置されている。端面支持部材２８がガラス基板１０の端面に与える力は、ロードセルを用いて所定値以下になるように管理されている。

上述したように、浮上しているガラス基板１０の下面１０ａには、フロートパネル２２の基板対向面２２ｂに形成される気体噴出機構２２ａから、気体が均一に吹き付けられている。しかし、浮上しているガラス基板１０を支持している気体の力、すなわち、ガラス基板１０の下面１０ａにかかる気体の圧力は、下面１０ａ内において均一でない。具体的には、ガラス基板１０を上面視した場合において、ガラス基板１０の下面１０ａにかかる圧力は、各フロートパネル２２の基板対向面２２ｂのＸ軸方向の中央部と、その周辺部との間で異なっている。

図５は、図４の一部の拡大図である。図５は、ガラス基板１０の下面１０ａとフロートパネル２２の基板対向面２２ｂとの間の空間における圧力分布を示す、基板浮上ユニット２０の側面図である。図５において、ガラス基板１０とフロートパネル２２との間の空間は、圧力が高いほど、濃いハッチングの領域として描かれている。各フロートパネル２２は、隙間２３を空けて配置されているので、気体噴出機構２２ａから噴出された気体の一部は、隙間２３に流入して、基板浮上ユニット２０から排出される。そのため、図５に示されるように、ガラス基板１０の下面１０ａにかかる圧力は、各フロートパネル２２の基板対向面２２ｂのＸ軸方向の中央部の上方において最も高く、かつ、フロートパネル２２間の隙間２３の上方において最も小さくなる。すなわち、ガラス基板１０を上面視した場合において、基板対向面２２ｂのＸ軸方向の中央部から、基板対向面２２ｂのＸ軸方向の両端部に向かうに従って、ガラス基板１０の下面１０ａにかかる圧力は次第に減少する。なお、図５において、ガラス基板１０とフロートパネル２２との間の空間の圧力分布は、複数種類のハッチングによって段階的に描かれているが、実際の圧力分布の圧力は、連続的に変化している。ガラス基板１０の下面１０ａにかかる不均一な圧力は、後述するように、気体噴出機構２２ａによって浮上しているガラス基板の形状に影響を与える。

（２−２）形状測定ユニット
形状測定ユニット３０は、基板浮上ユニット２０によって浮上しているガラス基板１０の形状、および、フロートパネル２２の基板対向面２２ｂの形状を測定するユニットである。形状測定ユニット３０は、センサヘッド３２と、センサコントローラ３４とからなるレーザ変位計である。レーザ変位計は、例えば、キーエンス株式会社製の共焦点レーザ変位計である。

センサヘッド３２は、基板浮上ユニット２０の上方に位置し、Ｘ軸方向およびＹ軸方向に沿って水平面内を移動可能なユニットである。センサヘッド３２は、下方の測定対象物に向かって半導体レーザの光線を照射し、測定対象物から反射された光線を受光する。

センサコントローラ３４は、センサヘッド３２に接続され、センサヘッド３２を制御するユニットである。センサコントローラ３４は、センサヘッド３２の位置をＸ軸方向およびＹ軸方向に沿って調節し、かつ、センサヘッド３２から測定対象物までの変位量を測定する。

本実施形態において、形状測定ユニット３０は、浮上しているガラス基板１０の上面１０ｂに設定されている多数の測定ポイントにおける高さ位置を測定する。これにより、形状測定ユニット３０は、浮上しているガラス基板１０の形状を測定することができる。

また、形状測定ユニット３０は、基板浮上ユニット２０の上方にガラス基板１０が存在していない状態において、ガラス基板１０の上面１０ｂの各測定ポイントに対応するポイントにおける、フロートパネル２２の基板対向面２２ｂの高さ位置を測定する。これにより、形状測定ユニット３０は、フロートパネル２２の基板対向面２２ｂの形状を測定することができる。

（２−３）形状算出ユニット
形状算出ユニット４０は、例えば、形状測定ユニット３０に接続されるコンピュータである。形状算出ユニット４０は、基板浮上ユニット２０によって浮上している仮想ガラス基板１２の形状を算出する。仮想ガラス基板１２は、ガラス基板１０と同じサイズを有し、平面度がゼロである表面を有する仮想的なガラス基板である。形状算出ユニット４０は、形状測定ユニット３０によって測定されたガラス基板１０の形状と、仮想ガラス基板１２の算出された形状とに基づいて、ガラス基板１０の推定無重力下における形状を算出する。

（３）ガラス基板形状測定装置の動作
次に、図６のフローチャートを参照しながら、ガラス基板形状測定装置１００が、ガラス基板１０の推定無重力下における形状を算出する過程について説明する。なお、ガラス基板１０の上面１０ｂには、形状測定ユニット３０による測定の対象である、多数の測定ポイントが予め設定されている。仮想ガラス基板１２の上面１２ｂにも、ガラス基板１０の各測定ポイントに対応する仮想測定ポイントが予め設定されている。ガラス基板１０と仮想ガラス基板１２とを重ね合わせた場合、上面視において、各仮想測定ポイントは、対応する測定ポイントと同じ位置にある。測定ポイントおよび仮想測定ポイントは、Ｘ軸方向およびＹ軸方向に沿って等間隔に配置されている。なお、ガラス基板１０の形状を精密に測定するためには、測定ポイントおよび仮想測定ポイントの数が多いほど好ましい。測定ポイントおよび仮想測定ポイントの間隔の最小値は、例えば、形状測定ユニット３０のセンサ分解能によって決定される。本実施形態では、測定ポイントおよび仮想測定ポイントの間隔は、３０ｍｍ〜５０ｍｍである。なお、小型ディスプレイおよび携帯端末向けにガラス基板１０から切り出されるディスプレイ用ガラス基板の形状測定においても、測定ポイントおよび仮想測定ポイントの間隔は、本実施形態と同様に、３０ｍｍ〜５０ｍｍで十分である。

最初に、ステップＳ１１において、形状測定ユニット３０が、仮想平面を構築する。仮想平面は、ガラス基板１０の上面１０ｂの平面度がゼロであると仮定した場合において、上面１０ｂが有するべき平面である。仮想平面は、形状測定ユニット３０がガラス基板１０の上面１０ｂの形状、および、仮想ガラス基板１２の上面１２ｂの形状を測定する際に、測定の基準となる平面である。仮想平面を構築するために、形状測定ユニット３０は、最初に、センサヘッド３２がＸ軸方向およびＹ軸方向に沿って水平面内を移動することによる、センサヘッド３２自身の鉛直方向の変位量を予め計測する。次に、形状測定ユニット３０は、測定対象であるガラス基板１０の上面１０ｂにある一の測定ポイントを基準点と定める。そして、形状測定ユニット３０は、ガラス基板１０の上面１０ｂにある他の測定ポイントにおける仮想平面の高さ位置を、先に定めた基準点に、予め計測したセンサヘッド３２の変位量を加味することによって求める。これにより、形状測定ユニット３０は、全ての測定ポイントにおける仮想平面の高さ位置を算出して、仮想平面を構築する。ガラス基板１０の形状は、仮想平面に対する、ガラス基板１０の上面１０ｂの変位量によって測定される。なお、ガラス基板１０の面内の反りを測定する場合、仮想平面に対する、ガラス基板１０の上面１０ｂの変位量の最大値と最小値との差を、反りを表すパラメータとして用いてもよい。また、ガラス基板１０の上面１０ｂおよび下面１０ａの両面について、上述した仮想平面を構築する処理を行い、ガラス基板１０の厚みを考慮して各面の仮想平面の平均を求めることで、仮想平面の構築の精度の向上を図ってもよい。また、形状測定ユニット３０は、センサヘッド３２の変位量を、ステップＳ２の後、かつ、ステップＳ３の前に計測してもよく、また、より精度が高い測定を行うために常に計測してもよい。なお、仮想ガラス基板１２の形状も、仮想平面に対する、仮想ガラス基板１２の上面１２ｂの変位量によって測定される。

次に、ステップＳ２において、形状算出ユニット４０が、基板浮上ユニット２０によって浮上している仮想ガラス基板１２の形状を算出する。図７は、浮上している仮想ガラス基板１２の形状を、鉛直方向に誇張して描いた図である。図７において、ガラス基板１０とフロートパネル２２との間の空間は、圧力が高いほど、濃いハッチングの領域として描かれている。仮想ガラス基板１２の下面１２ａにかかる圧力は、図５に示されるガラス基板１０と同様に、各フロートパネル２２の基板対向面２２ｂのＸ軸方向の中央部の上方において最も高く、かつ、隙間２３の上方において最も小さい。仮想ガラス基板１２は、その下面１２ａにかかる圧力がより高い部分において、より大きな上向きの力が与えられる。そのため、図７に示されるように、浮上している仮想ガラス基板１２は、部分的に変形して、その上面１２ｂに凸部が形成される。仮想ガラス基板１２の凸部は、その下面１２ａにかかる圧力が周囲より高い部分に相当する。形状算出ユニット４０は、ガラス基板１０とフロートパネル２２との間の空間における圧力分布を算出し、その圧力分布に基づいて、各仮想測定ポイントにおいて、仮想平面に対する、仮想ガラス基板１２の上面１２ｂの変位量を求める。これにより、形状算出ユニット４０は、浮上している仮想ガラス基板１２の形状を算出することができる。

次に、ステップＳ３において、形状測定ユニット３０が、基板浮上ユニット２０によって浮上しているガラス基板１０の形状を測定する。形状測定ユニット３０は、各測定ポイントにおいて、仮想平面に対する、ガラス基板１０の上面１０ｂの変位量を求めて、ガラス基板１０の形状を測定する。測定されたガラス基板１０の形状は、その下面１０ａにかかる不均一な圧力に起因する形状の変位量、および、ガラス基板１０の固有の形状に由来する変位量の影響を受けている。

次に、ステップＳ４において、形状算出ユニット４０が、ステップＳ３で測定したガラス基板１０の形状、および、ステップＳ２で算出した仮想ガラス基板１２の形状に基づいて、推定無重力下におけるガラス基板１０の形状を算出する。浮上している仮想ガラス基板１２は、仮想ガラス基板１２の下面１２ａにかかる不均一な圧力によって変形している。また、仮想ガラス基板１２とフロートパネル２２との間の空間における圧力分布は、ガラス基板１０とフロートパネル２２との間の空間における圧力分布に等しいと近似することができる。そのため、ステップＳ３で測定されたガラス基板１０の上面１０ｂの、各測定ポイントにおける仮想平面に対する変位量から、ステップＳ２で算出された仮想ガラス基板１２の上面１２ｂの、各仮想測定ポイントにおける仮想平面に対する変位量を減じることによって、ガラス基板１０の下面１０ａにかかる不均一な圧力の影響が除去された、浮上しているガラス基板１０の形状が算出される。これにより、ガラス基板形状測定装置１００は、ガラス基板１０の推定無重力下における形状を算出することができる。

（４）特徴
（４−１）
本実施形態に係るガラス基板形状測定装置１００は、浮上しているガラス基板１０の形状の測定値と、浮上している仮想ガラス基板１２の形状の算出値とから、推定無重力下におけるガラス基板１０の形状を算出する。

ガラス基板形状測定装置１００は、浮上している仮想ガラス基板１２の下面１２ａとフロートパネル２２の基板対向面２２ｂとの間の空間における圧力分布を求め、浮上している仮想ガラス基板１２の上面１２ｂの、各仮想測定ポイントにおける変位量を算出する。また、ガラス基板形状測定装置１００は、浮上しているガラス基板１０の上面１０ｂの、各測定ポイントにおける変位量を測定する。そして、ガラス基板形状測定装置１００は、算出された仮想ガラス基板１２の形状に基づいて、ガラス基板１０の下面１０ａにかかる不均一な圧力の影響が除去された、浮上しているガラス基板１０の形状を算出する。これにより、ガラス基板形状測定装置１００は、ガラス基板１０の推定無重力下における形状を算出することができる。

ガラス基板形状測定装置１００は、従来のガラス基板１０の製造装置に用いられている基板浮上ユニット２０を用いることができる。従って、ガラス基板形状測定装置１００は、その製造に必要なコストを抑えることができる。

また、浮上している仮想ガラス基板１２とフロートパネル２２との間の空間における圧力分布、および、浮上している仮想ガラス基板１２の形状を予め算出しておくことによって、ガラス基板形状測定装置１００は、基板浮上ユニット２０によって浮上しているガラス基板１０の形状を測定するだけで、ガラス基板１０の推定無重力下における形状を算出することができる。従って、ガラス基板形状測定装置１００は、ガラス基板１０の推定無重力下における形状を効率的に算出することができる。

（４−２）
本実施形態に係るガラス基板形状測定装置１００は、所定の間隔を空けてＸ軸方向に沿って配置されている複数のフロートパネル２２を有する基板浮上ユニット２０を備えている。フロートパネル２２の基板対向面２２ｂから、気体噴出機構２２ａによって噴出された気体は、ガラス基板１０とフロートパネル２２との間の空間において、ガラス基板１０の下面１０ａに吹き付けられる。ガラス基板１０の下面１０ａに吹き付けられた気体は、基板対向面２２ｂの上方において、ガラス基板１０の下面１０ａの端部に向かって流れるか、または、隙間２３を流れることによって、排出される。すなわち、フロートパネル２２間の隙間２３は、気体噴出機構２２ａによって噴出された気体の逃げ道として機能する。

ここで、所定の間隔を空けずにＸ軸方向に沿って配置されている複数のフロートパネル２２を有する基板浮上ユニット２０について考える。この場合、気体噴出機構２２ａによって噴出された気体は、ガラス基板１０とフロートパネル２２との間の空間において、ガラス基板１０の下面１０ａの端部に向かって流れることによってのみ、排出される。そのため、ガラス基板１０の下面１０ａの中央部において、気体噴出機構２２ａによって噴出された気体が溜まりやすく、その結果、ガラス基板１０の下面１０ａの中央部にかかる圧力は、本実施形態においてガラス基板１０の下面１０ａにかかる圧力の最大値よりも高くなりやすい。ガラス基板１０の下面１０ａにかかる圧力に関して、圧力の最大値と最小値との差が大きいほど、浮上しているガラス基板１０の変形の程度が大きくなり、ガラス基板１０の固有の形状、および、その測定に影響を与えるおそれがある。また、この場合、浮上しているガラス基板１０は、実質的に１本のエアースプリングで支持されている状態にあるので、浮上しているガラス基板１０が不安定になるおそれがある。そのため、ガラス基板１０の下面１０ａにかかる圧力は、できるだけ均一であることが好ましい。

本実施形態に係るガラス基板形状測定装置１００は、気体噴出機構２２ａによって噴出された気体の一部は、フロートパネル２２間の隙間２３を流れて排出される。そのため、ガラス基板１０の下面１０ａの中央部に高い圧力がかかることが防止される。具体的には、ガラス基板形状測定装置１００では、図５に示されるように、各フロートパネル２２の基板対向面２２ｂのＸ軸方向の中央部の上方において、ガラス基板１０の下面１０ａに、周囲より大きい圧力がかかる。しかし、各フロートパネル２２間の隙間２３から、気体噴出機構２２ａによって噴出された気体の一部が排出されるので、ガラス基板１０の下面１０ａにかかる圧力が均一化される。

（５）変形例
以上、本発明に係るガラス基板の製造方法について説明したが、本発明は上記の実施形態に限定されず、本発明の主旨を逸脱しない範囲において、種々の改良および変更が施されてもよい。

（５−１）変形例Ａ
本実施形態に係るガラス基板形状測定装置１００では、ガラス基板１０は、基板浮上ユニット２０の基板搬送装置によって、フロートパネル２２の上に一枚ずつ搬送されて、その形状が測定される。しかし、本発明に係るガラス基板の形状測定装置は、ガラス基板１０を搬送しながら、ガラス基板１０の形状を測定する装置に用いられてもよい。次に、このようなガラス基板形状測定装置２００について説明する。図８は、ガラス基板形状測定装置２００の外観図である。ガラス基板形状測定装置２００は、例えば、ガラス基板１０の出荷前の最終検査工程、および、ガラス基板１０を小型デバイス用のガラス基板に切り出す前の形状検査工程に用いられる。

ガラス基板形状測定装置２００は、主として、基板浮上ユニット１２０と、基板搬送ユニット１５０と、形状測定ユニット１３０と、形状算出ユニット１４０とから構成される。形状測定ユニット１３０および形状算出ユニット１４０は、それぞれ、本実施形態のガラス基板形状測定装置１００の形状測定ユニット３０および形状算出ユニット４０と同じである。ガラス基板形状測定装置２００は、基板搬送ユニット１３０によってガラス基板１０を所定の搬送方向Ｄ１に搬送しながら、ガラス基板１０の推定無重力下における形状を測定する。なお、搬送方向Ｄ１は、Ｘ軸方向と平行である。

基板浮上ユニット１２０は、ガラス基板１０を浮上させるユニットである。基板浮上ユニット１２０は、ガラス基板１０の搬送方向Ｄ１に沿って、所定の間隔を空けて配置されている複数のフロートパネル１２２を有する。隣り合うフロートパネル１２２の間には、隙間１２３が形成されている。基板浮上ユニット１２０は、本実施形態のガラス基板形状測定装置１００の基板浮上ユニット２０と同じ基本的構成を有している。

基板搬送ユニット１５０は、基板浮上ユニット１２０によって浮上させたガラス基板１０を、搬送方向Ｄ１に沿って搬送するユニットである。基板搬送ユニット１５０は、主として、基板保持部１５２と、基板搬送部１５４とを備える。

基板保持部１５２は、搬送方向Ｄ１に平行な、ガラス基板１０の側端部の一方を保持する。基板保持部１５２は、例えば、ガラス基板１０の側端部の表面を吸着して保持する機構である。図９は、基板保持部１５２の一例を示す概略構成図である。図９において、基板保持部１５２は、吸着ピン１５２ａと、ボトムストッパ１５２ｂと、ピン支持部１５２ｃとを有する。吸着ピン１５２ａは、バキュームポンプ（図示せず）に接続される吸引通路１５２ｄを内部に有する細管である。吸着ピン１５２ａは、ガラス基板１０の側端部の下面１０ａを支持している状態で、バキュームポンプによる吸引力によって、下面１０ａに吸着する。基板保持部１５２は、少なくとも２本以上の吸着ピン１５２ａによって、ガラス基板１０の側端部の下面１０ａを吸着する。吸着ピン１５２ａによって吸着される領域は、小さいほど好ましい。ボトムストッパ１５２ｂは、吸着ピン１５２ａに固定され、吸着ピン１５２ａの自重と同じ弾性定数を有する、バネ等の弾性部材である。吸着ピン１５２ａがガラス基板１０の下面１０ａに吸着している状態において、ボトムストッパ１５２ｂが吸着ピン１５２ａを支持することによって、ガラス基板１０は、吸着ピン１５２ａをぶら下げている状態になる。ピン支持部１５２ｃは、吸着ピン１５２ａを支持し、ボトムストッパ１５２ｂを載置するための基部である。ピン支持部１５２ｃは、吸着ピン１５２ａと軸受（図示せず）を介して接触している。なお、吸着ピン１５２ａの上端の高さ位置は、浮上しているガラス基板１０の下面１０ａの高さ位置よりも上方に設定される。ガラス基板１０が吸着ピン１５２ａの上端面に載置されることによって、吸着ピン１５２ａの高さ位置が調節される。基板搬送部１５４は、基板保持部１５２を搬送方向Ｄ１に沿って移動させるリニア駆動機構を備える。

ガラス基板形状測定装置２００は、例えば、基板搬送ユニット１５０によって、ガラス基板１０を搬入して所定の位置まで搬送し、次に、形状測定ユニット１３０および形状算出ユニット１４０によって、搬送されたガラス基板１０の推定無重力下における形状を算出し、次に、基板搬送ユニット１５０によって、形状が算出されたガラス基板１０を搬出して、次の測定対象であるガラス基板１０を搬入する。従って、ガラス基板形状測定装置２００は、量産されるガラス基板１０を搬送しながら、ガラス基板１０の推定無重力下における形状を算出することができる。

（５−２）変形例Ｂ
変形例Ａに係るガラス基板形状測定装置２００は、形状測定ユニット１３０を備えている。形状測定ユニット１３０は、本実施形態のガラス基板形状測定装置１００の形状測定ユニット３０と同様に、基板浮上ユニット１２０の上方に位置している一のセンサヘッド３２をＸ軸方向およびＹ軸方向に沿って移動させて、ガラス基板１０の上面１０ｂの各測定ポイントにおける、センサヘッド３２とガラス基板１０との間の距離を測定する。

しかし、形状測定ユニット１３０は、ガラス基板１０の幅方向Ｄ２に沿って配置された、複数のセンサヘッド３２を有してもよい。図１０は、ガラス基板形状測定装置２００の外観図である。図１０において、基板搬送ユニット１５０は省略されている。幅方向Ｄ２は、水平面内において搬送方向Ｄ１に直交する方向であり、Ｙ軸方向に平行な方向である。各センサヘッド３２は、ガラス基板１０の上面１０ｂの異なる領域を測定する。これにより、ガラス基板１０の上面１０ｂの全体を測定する時間が短縮される。従って、形状測定ユニット１３０は、変形例Ａと比べて、ガラス基板１０の推定無重力下における形状を算出するために必要な時間を抑えることができる。

なお、本実施形態に係るガラス基板形状測定装置１００も、形状測定ユニット１３０と同様の構成を有する形状測定ユニットを備えてもよい。すなわち、ガラス基板形状測定装置１００の形状測定ユニット３０は、複数のセンサヘッド３２を有してもよい。これにより、ガラス基板形状測定装置１００は、ガラス基板１０の推定無重力下における形状を算出するために必要な時間を抑えることができる。

１０ ガラス基板
２０ 基板浮上ユニット
２２ フロートパネル
２２ａ 気体噴出機構
２２ｂ 基板対向面
３０ 形状測定ユニット
４０ 形状算出ユニット
１００ ガラス基板形状測定装置

特開２０１２−４７７４５号公報

Claims (6)

1. ディスプレイ用ガラス基板の下面に気体を吹き付けて前記ディスプレイ用ガラス基板を浮上させる基板浮上ユニットと、
   前記基板浮上ユニットによって浮上している前記ディスプレイ用ガラス基板の形状を測定する形状測定ユニットと、
   平面度がゼロである表面を有する仮想的なガラス基板であって、前記基板浮上ユニットによって浮上していると仮定されたガラス基板である仮想ガラス基板の形状を算出し、かつ、前記形状測定ユニットによって測定された前記ディスプレイ用ガラス基板の形状と、前記仮想ガラス基板の形状とに基づいて、前記ディスプレイ用ガラス基板の推定無重力下における形状を算出する形状算出ユニットと、
   を備える、ディスプレイ用ガラス基板の形状測定装置。
2. 前記形状測定ユニットは、前記ディスプレイ用ガラス基板の上面に存在する複数の測定ポイントの高さ位置を測定し、
   前記形状算出ユニットは、前記仮想ガラス基板の下面が受ける前記気体の圧力の分布に基づいて、前記形状測定ユニットによって測定される前記測定ポイントのそれぞれに対応するポイントであって、前記仮想ガラス基板の上面に存在する複数の仮想測定ポイントの高さ位置を算出し、
   前記形状算出ユニットは、前記ディスプレイ用ガラス基板の前記測定ポイントの高さ位置、および、前記仮想ガラス基板の前記仮想測定ポイントの高さ位置に基づいて、前記ディスプレイ用ガラス基板の推定無重力下における形状を算出する、
   請求項１に記載のディスプレイ用ガラス基板の形状測定装置。
3. 前記基板浮上ユニットは、前記気体を噴出する気体噴出孔が形成される面であって、浮上している前記ディスプレイ用ガラス基板の下面と対向する面である基板対向面を有するフロートパネルを有し、前記基板対向面より上方、かつ、前記ディスプレイ用ガラス基板の下面より下方の空間と連通する排気空間を有し、
   前記気体噴出孔から噴出された前記気体の一部は、前記排気空間を流れて前記基板浮上ユニットから排出される、
   請求項１または２に記載のディスプレイ用ガラス基板の形状測定装置。
4. 前記基板浮上ユニットは、間隔を空けて配置される複数の前記フロートパネルを有し、
   前記排気空間は、隣り合う前記フロートパネルの間の空間である、
   請求項３に記載のディスプレイ用ガラス基板の形状測定装置。
5. 前記基板浮上ユニットによって浮上している前記ディスプレイ用ガラス基板を搬送する基板搬送ユニットをさらに備え、
   前記基板搬送ユニットは、前記基板浮上ユニットによって浮上している前記ディスプレイ用ガラス基板の端部を保持する基板保持部と、前記基板保持部を移動させて前記ディスプレイ用ガラス基板を搬送する搬送動力部とを有し、
   前記形状測定ユニットは、前記基板搬送ユニットによって前記ディスプレイ用ガラス基板が搬送されている状態で、前記ディスプレイ用ガラス基板の形状を測定し、
   前記形状算出ユニットは、前記基板搬送ユニットによって前記ディスプレイ用ガラス基板が搬送されている状態で、前記ディスプレイ用ガラス基板の推定無重力下における形状を算出する、
   請求項１から４のいずれか１項に記載のディスプレイ用ガラス基板の形状測定装置。
6. ダウンドロー法によりガラス基板を成形する基板成形工程と、
   前記ガラス基板の下面に気体を吹き付けて前記ガラス基板を浮上させる基板浮上工程と、
   前記基板浮上工程によって浮上している前記ガラス基板の形状を測定する形状測定工程と、
   平面度がゼロである表面を有する仮想的なガラス基板であって、前記基板浮上工程によって浮上していると仮定されたガラス基板である仮想ガラス基板の形状を算出し、かつ、前記形状測定工程によって測定された前記ガラス基板の形状と、前記仮想ガラス基板の形状とに基づいて、前記ガラス基板の推定無重力下における形状を算出する形状算出工程と、
   を備える、ガラス基板の製造方法。

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