JP5961719B2 - ディスプレイ用ガラス基板の製造方法およびガラス基板 - Google Patents
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Description
これに対して、接触状態からガラス基板を剥離したときに生じる帯電を抑制できるディスプレイ用ガラス基板が知られている(特許文献3)。具体的には、当該ガラス基板は、板厚が0.3〜6mmのディスプレイ用ガラス基板であって、測定長さを200mmとし、カットオフ値を0.8〜25mmとする位相補償2RC帯域フィルタを用いた触針式表面粗さ測定器で測定されるWCA(ろ波中心線うねり )の平均値が0.03〜0.5μmである。当該ガラス基板は、載置テーブルとの間の接触面積を低減し、しかも帯電を抑制することができる、とされている。
さらに、算術平均粗さRaが0.3〜1.5nmになるようにガラス表面を化学処理することも知られている(特許文献4)。具体的には、ガラス基板の算術平均粗さRaを0.3〜1.5nmとすることにより、ガラス基板と載置テーブルとの間の接触面積を減少させることができ、その結果、帯電量を低減することができるとされている。
うねり )の平均値を0.03〜0.5μmとしても、また、算術平均粗さRaが0.3〜1.5nmになるようにガラス表面を化学処理しても、帯電防止の効果を十分に得ることができない場合がある。特に、線幅やピッチが狭い配線パターンと共に用いられる高精細・高解像度ディスプレイ向けの、例えば、酸化物半導体や低温ポリシリコン半導体が形成されるガラス基板について、従来の上記パラメータを用いた管理では、高精細・高解像度ディスプレイ向けのガラス基板の品質要求に応えることは十分でなかった。例えば、高精細・高解像度ディスプレイ向けのガラス基板では、形成される配線パターンに微小欠陥が生じただけでディスプレイとして不適とされる。また、配線パターンの線幅や配線パターンのピッチ間隔が狭いと、帯電に起因した放電によって、たとえ低いレベルの放電であっても、半導体素子の静電破壊が発生しやすい、という問題もある。
前記ガラス基板の主表面のうち一方のガラス表面が粗面化処理面であり、
前記粗面化処理面は、前記粗面化処理面の表面凹凸を原子間力顕微鏡で計測したとき、前記粗面化処理面の1μm×1μmの領域における、表面凹凸の面粗さ中心面から1nm以上の高さを有する凸部の前記1μm×1μmの領域の面積に占める面積比率が1.2〜4.0%である面であり、
前記ガラス基板の主表面のうち前記粗面化処理面と反対側の他方のガラス表面はデバイス面として用いられる、ことを特徴とする。
また、前記ガラス基板は、
SiO2 50〜70質量%、
B2O3 5〜18質量%、
Al2O3 10〜25質量%、
MgO 0〜10質量%、
CaO 0〜20質量%、
SrO 0〜20質量%、
BaO 0〜10質量%、
RO 5〜20質量%(ただしRはMg、Ca、SrおよびBaから選ばれる少なくとも1種)、
R’2O 0〜2.0質量%(ただしR’はLi、NaおよびKから選ばれる少なくとも1種)、
酸化スズ、酸化鉄および酸化セリウムから選ばれる少なくとも1種の金属酸化物を合計で0.05〜1.5質量%、
を含有するガラスからなることが好ましい。
前記ガラス基板は、
表面凹凸の面粗さ中心面から1nm以上の高さを有する凸部が設けられた第1の主表面と、
前記第1の主表面と反対側にあり、半導体素子が形成される、前記ガラス基板の第2の主表面と、を有し、
前記第1の主表面は、前記第1の主表面の表面凹凸を原子間力顕微鏡で計測したとき、前記第1の主表面の1μm×1μmの領域における、表面凹凸の面粗さ中心面から1nm以上の高さを有する凸部の前記1μm×1μmの領域の面積に占める面積比率が1.2〜4.0%である面であり、
前記ガラス基板の前記第2の主表面にCu系電極材料が形成される、
ことを特徴とする。
ガラス基板を作製する工程と、
前記ガラス基板の主表面のうち一方のガラス表面に表面処理をして表面凹凸を形成する工程と、を有し、
前記表面凹凸を形成する工程は、前記ガラス表面から有機物を除去する表面洗浄処理と、洗浄された前記ガラス表面をエッチングするエッチング処理とを含み、
前記表面洗浄処理は、搬送される前記ガラス基板のガラス表面に対して幅方向一杯に行うことで、前記ガラス表面から有機物を除去し、
前記表面凹凸が形成されたガラス表面を原子間力顕微鏡で計測したとき、前記表面凹凸が形成されたガラス表面の1μm×1μmの領域における、表面凹凸の面粗さ中心面から1nm以上の高さを有する凸部の前記1μm×1μmの領域の面積に占める面積比率が0.5〜10%となるように前記表面処理が行われる、ことを特徴とする。
ガラス基板を作製する工程と、
前記ガラス基板の主表面のうち一方のガラス表面に表面処理をして表面凹凸を形成する工程と、を有し、
前記表面凹凸を形成する工程は、前記ガラス表面から有機物を除去する表面洗浄処理と、洗浄された前記ガラス表面をエッチングするエッチング処理とを含み、
前記エッチング処理は、搬送される前記ガラス基板のガラス表面に対して幅方向一杯に行うことで、前記ガラス表面をエッチングし、
前記表面凹凸が形成されたガラス表面を原子間力顕微鏡で計測したとき、前記表面凹凸が形成されたガラス表面の1μm×1μmの領域における、表面凹凸の面粗さ中心面から1nm以上の高さを有する凸部の前記1μm×1μmの領域の面積に占める面積比率が0.5〜10%となるように前記表面処理が行われる、ことを特徴とするディスプレイ用ガラス基板の製造方法。
また、洗浄された前記ガラス表面における水の接触角が5度以下となるよう前記表面洗浄処理が行われることが好ましい。
また、前記ガラス基板は、
SiO2 50〜70質量%、
B2O3 5〜18質量%、
Al2O3 10〜25質量%、
MgO 0〜10質量%、
CaO 0〜20質量%、
SrO 0〜20質量%、
BaO 0〜10質量%、
RO 5〜20質量%(ただしRはMg、Ca、SrおよびBaから選ばれる少なくとも1種)、
R’2O 0〜2.0質量%(ただしR’はLi、NaおよびKから選ばれる少なくとも1種)、
酸化スズ、酸化鉄および酸化セリウムから選ばれる少なくとも1種の金属酸化物を合計で0.05〜1.5質量%、
を含有するガラスからなることが好ましい。
本発明におけるガラス表面の表面凹凸は、原子間力顕微鏡(ParkSystems社製、モデルXE-100)を、適切な校正がされた状態でノンコンタクトモードで計測されたものをいう。また、計測では、算術平均粗さRaが1nm未満のような面粗さの小さい表面を測定するために、原子間力顕微鏡が調整される。
計測条件としては、
・スキャンエリアは1μm角、
・スキャンレートは0.8Hz、
・サーボゲインは1.5、
・サンプリングは256ポイント×256ポイント、
・セットポイントは自動設定(手動設定でもよい)、である。
ガラス基板10は、液晶ディスプレイパネル、プラズマディスプレイパネル、有機ELディスプレイパネル等のフラットパネルディスプレイに用いられる。ガラス基板10は、さらに、太陽電池パネルのガラス基板として用いることもできる。例えば、厚さが0.1〜0.8mmで、サイズが550mm×650mm〜2200mm×2500mmのガラス基板である。ガラス基板には、ガラス基板の製造後、ガラス基板の主表面に半導体素子が形成される。ガラス基板10の一方のガラス表面12は、TFT等の半導体素子を形成する面(半導体素子形成面)であり、低温ポリシリコン薄膜やITO(Indium Thin Oxide)薄膜等の複数層の薄膜を形成する半導体素子形成面(低温ポリシリコン半導体あるいは酸化物半導体が形成される面)である。TFTには、例えば、膜厚が20nm未満のゲート絶縁膜を備えるものが含まれる。高精細・高解像度向けのディスプレイ用パネルでは、ゲート絶縁膜は、例えば、5nm以上20nm未満に形成される。また、このような膜厚のゲート絶縁膜を備えるTFTでは、ゲート絶縁膜のほか、半導体素子を形成する各層の膜厚も薄く形成されてきている。したがって、ガラス表面12では、Ra(算術平均粗さ:JIS B 0601:2001)が0.2(nm)以下に抑えられて極めて滑らかな面になっている。
一方、ガラス表面12と反対側で、ガラス表面12に対向するガラス表面14は、エッチングにより粗面化処理面となっている。具体的には、ガラス表面14の表面凹凸の面粗さ中心面から1nm以上の高さを有する凸部が分散して設けられ、かつ、その凸部のガラス表面14の全面積に占める面積比率が0.5〜10%となっている。なお、本実施形態では、エッチング処理により表面凹凸が形成されるが、エッチング処理に限定されない。表面凹凸を形成することができる表面処理であればよい。表面処理には、エッチング処理の他に、テープ研磨、ブラシ研磨、砥粒研磨、CMP(Chemical Mechanical Polishing
)等の物理研磨が含まれる。
図2(a)では、ガラス表面の面粗さ中心面(図中では平均基準線mに対応)から1nm以上の高さを有する凸部(斜線の領域)の領域を領域Zで示している。ここで、ガラス表面の面粗さ中心面とは、この中心面を基準とする上記表面プロファイル形状(2次元の表面プロファイル形状)の各位置での高さ(高い場合は正、低い場合は負)を合計(あるいは積分)したとき、合計値(積分値)が0となる高さに位置する平面をいう。
また、Rzは、表面プロファイル形状の中で、ガラス表面14の表面凹凸の面粗さ中心面(図中では平均基準線m)に対する最大ピーク高さをRpと定め、最大谷深さをRvと定めたとき、RpとRvの合計値、すなわち、Rp+Rvをいう。なお、Rzは、JIS B 0601:2001に定義されている。
図3Aは、上記原子間力顕微鏡を用いて計測した1μm×1μm(256ポイント×256ポイント)のサイズの表面プロファイル形状の一例とその表面凹凸のヒストグラムを示す図である。高さ0nmの位置がガラス表面の面粗さ中心面の位置である。図3B〜図3Dはそれぞれ、ガラス表面の面粗さ中心面から0nm以上、1nm以上、及び1.5nm以上の高さを有する凸部の分散する分布とヒストグラムを示している。図3B〜図3Dでは、高さ0nm以上の凸部、高さ1.0nm以上の凸部、高さ1.5nm以上の凸部のそれぞれが白く示されている。凸部の高さが0nm、1nm、1.5nm以上の面積は、算出されるヒストグラムから、0nm、1nm、1.5nmの高さでスライスを行い、0nm、1nm、1.5nm以上の画像中の画素数をカウントすることにより各凸部の面積が求められる。
本実施形態のガラス基板では、図3Cに示す白い領域で表された高さが1nm以上の、ガラス表面14の全領域に含まれる凸部が、ガラス表面14全領域に占める面積比率が0.5〜10%の範囲内にある。図3Dでは、白い領域は0.5%未満であり、1.5nm以上の高さの凸部の領域が小さいことがわかる。
このため、本発明者は、ガラス表面14の表面凹凸の面粗さ中心面から1nm以上の高さを有する凸部に注目している。このとき、1nm以上の高さを有する凸部のガラス表面14の面積に占める面積比率が0.5%以上となっていることが、帯電を生じさせない点で有効であることを知見した。面積比率が0.5%未満の場合には、ガラス基板を載置テーブルに載置した際、又は載置してガラス基板を吸着した際に、ガラス基板の表面凹凸の凸部の周囲の部分と載置テーブルの表面との間において、凸部がガラス基板を支持することができず、ガラス基板と載置テーブルの表面の距離を十分に保持できず、帯電を起こしてしまうものと考えられる。一方、面積比率が10%を超える場合、上記凸部と載置テーブルとの間の接触部分の面積が多くなるため最大帯電量が増加する。また、面積比率が10%を超えるようにエッチングを行う場合、ガラス表面14の表面凹凸を目標どおりに調整することは難しく、表面品質が確保できず、ガラス表面14にキズ欠陥をつくり易い。例えば、潜在的な微小キズが、表面処理により増幅され、キズ欠陥になるおそれがある。したがって、上記面積比率は0.5〜10%であり、上記面積比率は0.75〜7.0%であることが好ましく、1.2〜4.0%であることがより好ましい。
一方、Rzは2nm以上であることが、帯電を抑制する上で好ましい。Rzは3nm以上であることが帯電を抑制する上でより好ましい。しかし、Rzは所定値を超えると、ガラス基板の面強度が大きく低下し、さらに表面凹凸が大きくなって上記キズ欠陥が発生し易くなる。
本実施形態では、例えば、ガラス基板10の帯電あるいはその帯電量を抑制するために、ガラス表面14において高さが1nm以上となる凸部の面積比率を0.5〜10%とする。このため、ガラス表面14には表面凹凸を粗面化処理により多数形成させることになる。したがって、ガラス基板10の帯電あるいは帯電量を抑制する場合、ガラス表面14のRaは粗面化処理により一般的に大きくなると考えられる。しかし、このRaは、ガラス表面14に形成する表面凹凸の凸部の分布によって大きく変化する。例えば、凸部における最大高さ(周囲の凹部からの最大突出高さ)が同じである図4(a),(b)に示す2例を想定する。図4(a)に示す例は、複数の凸部のうち、大部分の凸部の高さが低い高さで略揃っており、極一部の凸部の高さが周りの凸部に比べて突出している例である。図4(b)に示す例は、複数の凸部の略全部の高さが略揃っている例である。このとき、算術平均粗さRaは、Ra2>Ra1である。そして、図4(a)に示す例の方が、図4(b)に示す例に比べて、凸部が載置テーブルと接触する面積が小さいので、図4(a)に示す例の方がガラス基板10の帯電あるいは帯電量を大きく抑制する。このため、図4(a),(b)に示す例によれば、帯電あるいは帯電量を抑制するには、ガラス表面14のRaが小さい方がよいことになる。この点は、上述した帯電あるいは帯電量を抑制するためにガラス表面14のRaを大きくするといった一般的な考えと矛盾することになる。
このように、Raは、ガラス基板10の帯電あるいは帯電量を抑制するための指標として十分でない。本実施形態では、この点を考慮して、ガラス表面14において高さが1nm以上の凸部の面積比率が0.5〜10%となるように、ガラス表面14の粗面化処理を行う。
本実施形態のガラス基板10では、ガラス基板の帯電あるいはその帯電量が抑制されるので、半導体製造装置を用いて成膜等の処理を行うガラス基板に好適に用いることができる他、ガラス基板に塵や埃が付着しないことが望ましいカラーフィルタ形成用ガラス基板にも好適に用いることができる。
このようなガラス基板10の主表面に半導体素子が形成されて、ディスプレイ用パネルが作製される。
具体的には、ディスプレイ用パネルのガラス基板10は、第1の主表面と第2の主表面を有する。
第1の主表面は、表面凹凸の面粗さ中心面から1nm以上の高さを有する凸部が分散して設けられた上記ガラス表面14となっており、上記凸部のガラス表面14の面積に占める面積比率が0.5〜10%である。
第2の主表面は、第1の主表面(ガラス表面14)と反対側の面であって、第2の主表面は上記ガラス表面12となっており、半導体素子が形成されている。例えば、第2の主表面において、電極、配線パターン等のパターニングされた導体薄膜や半導体素子が形成されている。すなわち、第2の主表面において、電極用導体薄膜の形成や半導体薄膜の形成に加え、レジスト膜の形成、エッチング、レジスト剥離などのフォトリソグラフィ工程を経て、ディスプレイ用パネルが形成される。このようなディスプレイ用パネルにおいては、パネル作製工程中、ガラス基板10の帯電あるいは帯電量が抑制されるので、半導体素子の静電破壊は抑制され得る。
特に、低温ポリシリコン半導体あるいは酸化物半導体がガラス基板10に形成される場合、従来形成されていたアモルファスシリコン半導体に比べて半導体素子の厚さが薄くなり、しかも、半導体素子へ接続される配線の幅及びピッチ間隔は狭くなっており、ピッチ間隔は例えば5μmから、1.5〜3μm程度に狭くなっている。このため、帯電による破損防止の要求は従来に比べてより高くなっている。このため、低温ポリシリコン半導体あるいは酸化物半導体がガラス基板10に形成される場合、帯電及びその帯電量を抑制することができるガラス基板10の効果は大きい。
また、ガラス基板10は、上述の膜厚が20nm未満のゲート絶縁膜を備えるTFTが形成されたディスプレイ用パネルに好適に用いられる。このような膜厚の小さいゲート絶縁膜は放電が起きやすく損傷しやすいが、ガラス基板10を用いることでガラス基板の帯電およびその帯電量が抑制されているため、このようなTFTの静電破壊が有効に抑えられる。したがって、ゲート絶縁膜等の薄膜化を図りつつ、帯電による問題を抑えられる高精細・高解像度ディスプレイ用パネルが得られる。
ガラス基板10のガラスの組成として、以下の成分を含むガラスが例示される。
(a)SiO2:50〜70質量%、
(b)B2O3:5〜18質量%、
(c)Al2O3:10〜25質量%、
(d)MgO:0〜10質量%、
(e)CaO:0〜20質量%、
(f)SrO:0〜20質量%、
(o)BaO:0〜10質量%、
(p)RO:5〜20質量%(ただしRはMg、Ca、SrおよびBaから選ばれる少なくとも1種である)、
(q)R’2O:0〜2.0質量%(ただしR’はLi、NaおよびKから選ばれる少なくとも1種である)、
(r)酸化スズ、酸化鉄および酸化セリウムから選ばれる少なくとも1種の金属酸化物を合計で0.05〜1.5質量%。
熔解炉の熔融ガラスの加熱は、熔融ガラス自身に電気が流れて自ら発熱し加熱する方法に加えて、バーナーによる火焔を補助的に与えてガラス原料を熔解することもできる。なお、ガラス原料には清澄剤が添加される。清澄剤として、SnO2,As2O3,Sb2O3
等が知られているが、特に制限されない。しかし、環境負荷低減の点から、清澄剤としてSnO2(酸化錫)を用いることが好ましい。
次に、採板工程が行われる(ステップS60)。具体的に、連続的に生成されるシートガラスは一定の長さ毎に採板されガラス基板が得られる。この後、切断工程(ステップS70)において、所定のサイズにガラス基板が切断される。
表面洗浄処理では、例えば、図示されない大気圧プラズマ洗浄処理装置が用いられ、エッチング処理では、大気圧プラズマを用いたエッチング装置が用いられる。
をガラス基板10の幅方向一杯に延びたスリット状のノズルから吹き付ける。
大気圧プラズマ洗浄処理装置は、N2,O2の供給路と、供給路途中の両側に設けられた
一対の対向電極と、この一対の対向電極のそれぞれの表面を覆う誘電体と、を有し、上記供給路の端部がプラズマ照射口となってガラス基板10に向いている。
このようなプラズマにより活性化されたガス(ラジカル)をガラス表面14に吹き付けることにより、ガラス表面14に付着する不要な有機物からなる薄膜を酸化して除去する。有機物からなる薄膜を除去するのは、有機物からなる薄膜が、後述するエッチング処理におけるマスクとして機能しないようにするためである。
したがって、プラズマにより洗浄されたガラス表面14は、有機物が除去されて親水性を呈する。このときガラス表面14における水の接触角は10度以下になることが好ましく、5度以下になることがより好ましい。このような好ましい形態は、活性化されたガスによる洗浄時間あるいはガスの流量を調整することで達成することができる。すなわち、表面洗浄の条件として、洗浄時間および活性化されたガスの流量を調整することにより、水の接触角が10度以下になるようにすることが好ましい。
大気圧プラズマを用いたエッチング装置30は、エッチングヘッド34と、図示されないガス排気ユニットと、を有する。エッチング装置30は、搬送ローラ32により搬送されるガラス基板の一方のガラス表面14(搬送ローラ32と接触する面)に、エッチングガスをエッチングヘッド34のガラス基板の幅方向一杯に延びたスリット状のノズルからガラス表面に吹き付ける。エッチングガスは、CF4およびH2Oの混合ガスをプラズマ状
態とすることで生成される活性化したHF成分を有するガスである。これにより、ガラス表面は、エッチングガスにより粗面化される。
なお、ガラス基板10のガラス表面14には、エッチング処理された後の表面凹凸の面粗さ中心面から1nm以上の高さを有する凸部が分散して設けられている。この凸部のガラス表面14の全面積に占める面積比率が0.5〜10%となるように、上記エッチング処理が行われる。具体的には、粗面化処理の条件(表面洗浄の条件およびエッチング条件)が設定される。例えば、エッチング条件では、ガラス基板10の搬送速度を調整することでエッチングの処理時間を調整し、あるいは、ガラス表面14に吹き付けるエッチングガスの流量、ガスの種類や濃度を調整する。
エッチング液MSは容器28に貯留されている。ガラス基板10と容器28の間には、ガラス表面14がエッチング液MSと接触して搬送されるように、搬送ローラ22及び搬送塗布ローラ24が設けられている。搬送塗布ローラ24の外周面はスポンジ材で構成されている。また、搬送塗布ローラ24の外周面の一部がエッチング液MS中に浸っている。したがって、搬送塗布ローラ24の表面にはエッチング液MSが吸収されている。搬送塗布ローラ24に吸収されたエッチング液MSは、ガラス基板10のガラス表面14と接触してエッチング液MSがガラス表面14に塗布される。その際、ガラス基板10に塗布されるエッチング液MSの塗布量を調整するために、搬送塗布ローラ24に吸収されたエッチング液MSの一部が回転する接触ローラ26の押圧によって絞られる。すなわち、装置には、搬送塗布ローラ24の表面を押圧する接触ローラ26が設けられている。なお、エッチング液MSを用いた粗面化処理に際しては、このような塗布量の調整のほか、エッチング液MSに用いられるフッ酸の濃度や、エッチング時間の調整が行われてもよい。例えば、4000ppm〜5000ppmの比較的高濃度のフッ酸を用いた上で、塗布量およびエッチング時間を調整して、所望の形状に粗面化することができる。
図7に示す装置では、接触ローラ26が搬送塗布ローラ24の表面を押圧する程度を調整することにより、ガラス表面14に塗布するエッチング液MSの塗布量を調整することができる。すなわち、エッチング処理された後のガラス表面14において、表面凹凸の面粗さ中心面から1nm以上の高さを有する凸部が分散して設けられ、かつ、この凸部のガラス表面の面積に占める面積比率が0.5〜10%となるようにエッチング処理の条件が調整される。エッチング液MSの塗布によりエッチング処理されたガラス基板10は水等によりすすぎ処理が行われる。
こうして、ドライエッチングにより、あるいはウェットエッチングにより粗面化処理工程が行われる。ドライエッチングにより、あるいはウェットエッチングの代わりに、テープ研磨やブラシ研磨、砥粒研磨、CMP(Chemical Mechanical Polishing)等の物理研磨が行われてもよい。
ディスプレイ用ガラス基板の製造方法は、この他に、洗浄工程及び検査工程を有するが、これらの工程の説明は省略する。
特に、表面凹凸におけるRz(Rzは、原子間力顕微鏡により測定される表面凹凸の最大
高さである)は、2(nm)以上であることが、帯電が生じ難くする点で好ましい。
本実施形態の効果を調べるために、ボロアルミノシリケートガラスを用いた液晶表示装置用ガラス基板を作製した。
作製したガラス基板に対して、上述した大気圧プラズマ洗浄を行った。すなわち、プラズマ状態のN2,O2の混合ガスを、毎分所定の量、ガラス基板の幅一杯に流し、ガラス基
板のガラス表面を洗浄した。
せることにより得られたラジカル化されたエッチングガスHFをガラス基板の幅一杯に流してエッチングを行った。
下記表1に示す試料1〜8は、CF4,H2Oの供給量、さらには、CF4,H2Oの混合
ガスに加えるキャリアガスの種類(N2あるいはArガス)を種々変化させることにより、粗面化処理により形成される表面凹凸の形態を種々変えた例である。試料0は、ドライエッチングを全く行わない例である。
ガラス基板10のガラス表面14の表面凹凸は、作製したガラス基板10から試料(長さ50mm、幅50mm)を切り出し、この試料それぞれを原子間力顕微鏡(ParkSystems社製、モデルXE-100)を用いてノンコンタクトモードで計測した。計測の前に、算術平均粗さRaが1nm未満のような面粗さの小さい表面凹凸を計測するために、装置は調整された。計測の際、スキャンエリアを1μm×1μm(サンプリング数は256ポイント×256ポイント)、スキャンレートを0.8Hzとした。また、当該原子間力顕微鏡のノンコンタクトモードにおけるサーボゲインを1.5とした。セットポイントは自動設定とした。この計測により、表面凹凸に関する2次元の表面プロファイル形状を得た。この表面プロファイル形状から、表面凹凸のヒストグラムを得、面粗さ中心面からの高さが1nmの高さでスライスを行い、高さが1nm以上の画像中の画素数をカウントして凸部の面積を求めることにより、凸部の面積比率(%)を求めた。同時にRz(nm)を求めた。
ガラス基板の帯電の評価は、730mm×920mmのサイズで厚さが0.5mmのガラス基板10を用いた。図8に示すようにガラス基板10を基板テーブル40に載せて昇降ピン42で支持した状態から、基板テーブル40の載置面に対して昇降ピン42を下降させることにより、ガラス基板10を下降して基板テーブル40に載置した。基板テーブルは、アルミニウム製テーブルをアルマイト処理した表面を有する。
さらに、図示されない吸引装置で基板テーブル40の載置面に設けられた吸引口からガラス基板10を50kPaで吸引した後、吸引を終了して昇降ピン42を上昇させた。このようにガラス基板10の下降、吸引、吸引終了、上昇を1サイクルとして、帯電量が飽和するまで複数サイクル繰り返した。1サイクルは10秒とした。また、サイクル毎に帯電量を計測した。帯電量の計測は、ガラス中央部のガラス表面の電位を計測することで代用した。計測は、表面電位計(オムロン社製ZJ−SD)を用いた。表面電位計の設置高さは10mmとした。帯電測定環境は、温湿度計による実測値で23.5℃、74〜75%であった。この計測結果から最大帯電量を表す最大電位と帯電速度を得た。測定は、ガラス基板の基板テーブル側と反対側の面の電位を測定した。
最大電位は、ガラス基板10の帯電量が飽和状態になるまで上記サイクルを複数回繰り返し、飽和したときの電位である。帯電速度は、電位の絶対値が100Vを超えるまでのサイクルの回数である。なお、測定した側のガラス基板表面の電位はマイナスであった。表1には、絶対値を用いて示した。
表1の評価結果からわかるように、帯電速度(回数)が10回を超えるもの(帯電速度が低く、許容されるもの)であって、最大電位の絶対値が17kV未満のものは、試料3〜8であり、いずれも面積比率が0.5〜10%であった。
さらに、面積比率が0.75〜7.0%の場合、最大電位が16.2kV(帯電量が許容範囲の条件)より低く、帯電の問題が生じ難いことがわかる。面積比率は1.2〜4.0%の範囲に含まれる試料5〜7の最大電位は16kVより低く、帯電速度も低い点でより好ましい。すなわち、凸部の面積比率は1.2〜4.0%であることがより好ましい。
特に、線幅やピッチが狭い配線パターンと共に用いられる高精細・高解像度向けの、例えば、酸化物半導体や低温ポリシリコン半導体素子形成用のガラス基板について、従来のパラメータを用いた管理では、これらのガラス基板の品質要求に十分に応えることができなかった。本発明によれば、ガラス基板上に形成される配線電極の線幅が狭く、小さな欠陥でも許されない高精細・高解像度ディスプレイ向けのガラス基板において、帯電の問題を抑制することができる。
また、放電による問題を解消させるだけでなく、静電気によるガラス基板への異物の付着量を低減することで、ガラスとの密着性の低いCu系の電極配線の歩留まりを上げることができる。つまり、本発明のガラス基板を用いることで、線幅が狭くても、ガラスとの密着性の低い配線・電極材料の使用も可能になる。例えば、Al系電極やCr、Mo電極などに比して密着性は低いが、低抵抗であるTi−Cu合金などのCu系電極材料を使用することができる。このように電極材料の選択幅が広がることで、テレビ向けなどの大型パネルにおいて問題になりやすいRC遅延(配線遅延)の問題を解消することができる。また、今後さらに高精細化が進むと予想される携帯端末向けの小型パネルにおいて生じうるRC遅延の問題を解消することができるガラス基板を提供することができる。
また、上記説明では、デバイスとして半導体素子が設けられるガラス基板を用いて、帯電の問題を説明したが、本発明は、デバイスとしてカラーフィルタなどが形成されるディスプレイ向けのガラス基板における帯電対策としても有効である。例えば、カラーフィルタ(CF)パネルにおいて、ブラックマトリックス(BM)の細線化が進んでいるが、本発明によれば、液晶ディスプレイ用のCFパネルにおけるBM線幅が20μm以下、例えば、5〜10μmに細線化された液晶用パネルであっても、異物起因によるBM剥がれは生じなかった。
12,14 ガラス表面
22 搬送ローラ
24 搬送塗布ローラ
26 接触ローラ
28 容器
30 エッチング装置
34 エッチングヘッド
40 基板テーブル
42 昇降ピン
Claims (12)
- ボロアルミノシリケートガラスからなるガラス基板であって、
前記ガラス基板の主表面のうち一方のガラス表面が粗面化処理面であり、
前記粗面化処理面は、前記粗面化処理面の表面凹凸を原子間力顕微鏡で計測したとき、前記粗面化処理面の1μm×1μmの領域における、表面凹凸の面粗さ中心面から1nm以上の高さを有する凸部の前記1μm×1μmの領域の面積に占める面積比率が1.2〜4.0%である面であり、
前記ガラス基板の主表面のうち前記粗面化処理面と反対側の他方のガラス表面はデバイス面として用いられる、ことを特徴とするガラス基板。 - 前記粗面化処理面の1μm×1μmの領域における、前記面粗さ中心面から1.5nm以上の高さを有する凸部の前記1μm×1μmの領域の面積に占める面積比率が0.5%未満である、
請求項1に記載のガラス基板。 - 前記ガラス基板のガラス組成において、R’2O(R’は、Li、Na及びKから選ばれる少なくとも1種)の含有率は、0〜2.0質量%であり、RO(Rは、Mg,Ca,Sr及びBaから選ばれる少なくとも1種)の含有率は、5〜20質量%である、
請求項1または2に記載のガラス基板。 - 前記表面凹凸におけるRz(Rzは、原子間力顕微鏡により測定される表面凹凸の最大高さである)は、2(nm)以上、4.79(nm)以下である、
請求項1から3のいずれかに記載のガラス基板。 - ボロアルミノシリケートガラスからなるガラス基板に半導体素子を形成するディスプレイ用パネルの製造方法であって、
前記ガラス基板は、
表面凹凸の面粗さ中心面から1nm以上の高さを有する凸部が設けられた第1の主表面と、
前記第1の主表面と反対側にあり、半導体素子が形成される、前記ガラス基板の第2の主表面と、を有し、
前記第1の主表面は、前記第1の主表面の表面凹凸を原子間力顕微鏡で計測したとき、前記第1の主表面の1μm×1μmの領域における、表面凹凸の面粗さ中心面から1nm以上の高さを有する凸部の前記1μm×1μmの領域の面積に占める面積比率が1.2〜4.0%である面であり、
前記ガラス基板の前記第2の主表面にCu系電極材料を形成する、
ことを特徴とするディスプレイ用パネルの製造方法。 - ボロアルミノシリケートガラスからなるディスプレイ用ガラス基板の製造方法であって、
ガラス基板を作製する工程と、
前記ガラス基板の主表面のうち一方のガラス表面に表面処理をして表面凹凸を形成する工程と、を有し、
前記表面凹凸を形成する工程は、前記ガラス表面から有機物を除去する表面洗浄処理と、洗浄された前記ガラス表面をエッチングするエッチング処理とを含み、
前記表面洗浄処理は、搬送される前記ガラス基板のガラス表面に対して幅方向一杯に行うことで、前記ガラス表面から有機物を除去し、
前記表面凹凸が形成されたガラス表面を原子間力顕微鏡で計測したとき、前記表面凹凸が形成されたガラス表面の1μm×1μmの領域における、表面凹凸の面粗さ中心面から1nm以上の高さを有する凸部の前記1μm×1μmの領域の面積に占める面積比率が0.5〜10%となるように前記表面処理が行われる、ことを特徴とするディスプレイ用ガラス基板の製造方法。 - ボロアルミノシリケートガラスからなるディスプレイ用ガラス基板の製造方法であって、
ガラス基板を作製する工程と、
前記ガラス基板の主表面のうち一方のガラス表面に表面処理をして表面凹凸を形成する工程と、を有し、
前記表面凹凸を形成する工程は、前記ガラス表面から有機物を除去する表面洗浄処理と、洗浄された前記ガラス表面をエッチングするエッチング処理とを含み、
前記エッチング処理は、搬送される前記ガラス基板のガラス表面に対して幅方向一杯に行うことで、前記ガラス表面をエッチングし、
前記表面凹凸が形成されたガラス表面を原子間力顕微鏡で計測したとき、前記表面凹凸が形成されたガラス表面の1μm×1μmの領域における、表面凹凸の面粗さ中心面から1nm以上の高さを有する凸部の前記1μm×1μmの領域の面積に占める面積比率が0.5〜10%となるように前記表面処理が行われる、ことを特徴とするディスプレイ用ガラス基板の製造方法。 - 前記表面凹凸が形成されたガラス表面の1μm×1μmの領域における、前記面粗さ中心面から1.5nm以上の高さを有する凸部の前記1μm×1μmの領域の面積に占める面積比率が0.5%未満となるように前記表面処理が行われる、
請求項6又は7に記載のディスプレイ用ガラス基板の製造方法。 - 洗浄された前記ガラス表面における水の接触角が5度以下となるよう前記表面洗浄処理が行われる、
請求項6〜8のいずれか一項に記載のディスプレイ用ガラス基板の製造方法。 - 前記エッチング処理は、エッチング液を前記ガラス表面に塗布して行われるウェットエッチングである、請求項6〜9のいずれか一項に記載のディスプレイ用ガラス基板の製造方法。
- R’2O(R’は、Li、Na及びKから選ばれる少なくとも1種)の含有率が0〜2.0質量%であり、RO(Rは、Mg,Ca,Sr及びBaから選ばれる少なくとも1種)の含有率が5〜20質量%であるガラス組成のガラス基板を、前記ガラス基板として用いる、請求項6〜10のいずれか一項に記載のディスプレイ用ガラス基板の製造方法。
- R’ 2 O(R’は、Li、Na及びKから選ばれる少なくとも1種)の含有率が0〜2.0質量%であり、RO(Rは、Mg,Ca,Sr及びBaから選ばれる少なくとも1種)の含有率が5〜20質量%であるガラス組成のガラス基板を、前記ガラス基板として用いる、請求項5に記載のディスプレイ用パネルの製造方法。
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