JP4582498B2 - ガラス基板 - Google Patents

Description

本発明は接触剥離しても静電気の帯電を引き起こしにくいガラス基板、特にディスプレイ用ガラス基板に関する。

ガラス基板は液晶ディスプレイ等のフラットパネルディスプレイの基板として広く使用されている。特にフラットパネルディスプレイ、中でも液晶ディスプレイにおいてはアルカリ酸化物を含有しない無アルカリガラス基板が用いられる。

上記したような用途では、以下の特性がガラス基板に求められる。（１）フォトリソ−エッチング工程で使用される種々の酸、アルカリ等の薬液に対する耐薬品性に優れていること。（２）成膜、アニール等の工程で、ガラス基板は数１００℃に加熱される。その際にガラスが熱収縮しない為に歪点が高いこと。現在の多結晶シリコンＴＦＴ−ＬＣＤでは、その工程温度は約４００〜６００℃であり、これらの用途に用いる基板用ガラスの歪点は６００℃以上の値が望ましい。

又これらを溶融し、薄い板状に成形してガラス基板を製造するためには以下の特性が要求される。（３）ガラス中に泡、ぶつ、脈理等の透明基板ガラスとして好ましくない溶融欠陥を発生しにくいように、溶融性に優れていること。（４）ガラス基板中に溶融、あるいは成形中に発生する異物を避けるため耐失透性に優れていること。
特開２００１−３４３６３２号公報 特開２００２−７２９２２号公報

ところで無アルカリガラス基板においては、ガラス基板の静電気の帯電が問題になることが多い。もともと絶縁体であるガラスは非常に帯電しやすいが、アルカリ酸化物成分をほとんど含有しない無アルカリガラスはその中でも特に帯電しやすく、かつ一旦帯電した静電気が逃げずに維持される傾向がある。液晶ディスプレイなどフラットパネルディスプレイの製造工程において、ガラス基板の帯電は様々な工程で引き起こされるが、製膜工程などにおける金属や絶縁体のプレートとの接触剥離で起こるいわゆる剥離帯電が大きな問題となっている。プレートとガラス基板の接触、剥離による帯電は常圧の大気中の工程はもちろんのこと、基板表面の薄膜のエッチングをおこなう工程や製膜工程など、真空の工程中でも発生し問題となる。このような工程中で帯電したガラス基板に導電性の物質が近づくと放電が起こる。帯電している静電気の電圧は数１０ｋＶにも達するため、放電によってガラス基板表面の素子や電極線、或いは場合によってはガラスそのものの破壊（絶縁破壊あるいは静電破壊）が起こり表示不良の原因となる。液晶ディスプレイの中でもＴＦＴ−ＬＣＤに代表されるアクティブマトリクスタイプの液晶ディスプレイは、ガラス基板表面に薄膜トランジスタなどの微細な半導体素子や電子回路を形成するが、この素子や回路は静電破壊に非常に弱いため特に問題となる。また帯電した基板は環境中に存在するダストを引き寄せ基板表面の汚染の原因ともなる。

ガラス基板の帯電防止策としてはイオナイザを用いて電荷を中和する、あるいは環境中の湿度を上げ、たまった電荷を空中に放電させる方法などがよく用いられている。しかしこれらの対策はコストアップの要因になる他、工程中に帯電を引き起こす場所が多岐にわたるため、効果的な対策を打つことが難しいという問題が残る。さらにプラズマプロセスのような真空プロセス中ではこれらの手段を用いることができない。従って液晶ディスプレイを初めとするフラットパネルディスプレイ用途には、帯電しにくいガラス基板が強く求められている。（特許文献１、２参照）
本発明の目的は、プロセス中での帯電を引き起こしにくいガラス基板を提供することである。

本発明のガラス基板は、電極線や各種デバイスが形成される第一の表面と、これらが形成されない第二の表面とを有するガラス基板において、オーバーフローダウンドロー法で成形されてなると共に、第一の表面の表面粗さＲａが０．２ｎｍ以下であり、第二の表面が化学処理されており、且つ第二の表面の表面粗さＲａが０．３ｎｍ以上１ｎｍ以下であることを特徴とする。

また第一の表面は、火造り面であることが好ましい。

また本発明のガラス基板は、基板端面の酸化セリウム付着量が５μｇ以下であることが好ましい。

また本発明のガラス基板は、アルカリ酸化物の含有量が合計０．１質量％以下であることが好ましい。

また本発明のガラス基板は、フラットディスプレイ用ガラス基板、特に液晶ディスプレイ用ガラス基板として使用されることが好ましい。

本発明のガラス基板は、剥離帯電量が低く、液晶ディスプレイ等の製造工程で生じる静電気の帯電を抑制できる。このため基板上の素子、配線の破壊を防ぐことができるので、これら電子機器を歩留まり良く製造できる。従って、本発明のガラス基板は液晶ディスプレイ、ＥＬディスプレイ等のフラットパネルディスプレイ用の基板として好適である。

ガラス基板の帯電、特に剥離帯電を減少させる方法としては微視的に見てガラス基板と相手のステージとの接触面積を減少させることが最も効果的である。ガラス基板とステージが強い力で接触した際、両者の界面で電子のやり取りが起こる。これが引き剥がされるときに帯電として現れる。そこでガラス基板のステージと接触する面（本発明では第二の表面に相当する）の表面粗さを適正範囲に調整してやることにより、接触面積を減少することができ、その結果帯電量を低減できる。

ガラス基板の剥離帯電防止に有効なガラス表面の粗さはＲａで０．３ｎｍ以上である。ガラス表面の粗さが大きければ大きいほど帯電量は小さくなる傾向があるが、大きすぎると別の問題が発生する。ガラス基板表面の粗さが大きいということはガラス表面に大きな欠陥があるということでありガラス基板の強度低下を招く恐れがあり望ましくない。

一方、各種ステージと接触しない側の面（本発明においては第一の表面に相当する）については非常な高精度の表面が望まれる。この面は一般的には基板の優先保証面、または「おもて面」と呼ばれる。基板の優先保証面には例えば薄膜トランジスタタイプの液晶ディスプレイ（ＴＦＴ−ＬＣＤ）では各種の配線膜や画素を駆動するデバイスが薄膜で形成される。もし優先保証面にキズや汚れがあったり表面粗さが大きかったりすると配線膜の断線の原因となったりＴＦＴの形成不良などが発生し、表示不良の原因となる。特に近年、ＴＶ用の広視野角技術として着目されているＩＰＳ方式の液晶ディスプレイやあるいは超高精細の液晶ディスプレイはガラス表面のキズや汚れに非常に厳しい。従って優先保証面については表面粗さＲａが０．２ｎｍ以下であることが求められる。更にこの優先保証面が例えば既知のダウンドロー成形で成形した火造り（アズフォーム）面であれば最も望ましい。既知のダウンドロー成形のうち最も適切な方法は現在ではオーバーフローダウンドロー法である。その他の板ガラス成形方法、例えばフロート法でもアズフォーム面をつくることは可能であるが、現状では板ガラス表面のスズによる汚染や微小な表面のうねりと呼ばれる凹凸がＴＦＴ−ＬＣＤの表示性能を低下させるため、優先保証面を研磨しなければ製品とはならない。

本発明を達成する方法は化学的な基板の処理である。即ち、適切な無機酸、有機酸、無機アルカリ、有機アルカリ、フッ酸系の溶液から１種類または数種類を組み合わせてガラス表面を処理する方法である。最も効果的な薬液はフッ酸を含む薬液である。フッ酸中には硫酸、硝酸などを添加することが可能である。またフッ化アンモニウム水溶液との混合溶液であるバッファードフッ酸を用いることもできる。これによればガラス端面への異物の固着の恐れ無しにガラス表面の粗度を改善することができる。また物理研磨では基板の粗さが粗くなるだけでなく基板に潜傷と呼ばれる微細なクラックが発生し、これが断線の原因となったり、ガラス基板の強度低下の原因となったりするが、化学処理による表面粗度化の方法を用いれば、このようなキズの発生を防ぐこともできる。

化学処理により基板表面を粗くする場合に問題となるのがガラスの優先保証面が侵食されることである。一般に化学処理は、「どぶ漬け」と呼ばれるガラスを処理液中に浸漬する方法によって行われるため、場合によってはガラスの優先保証面である「おもて面」が同時に侵食されて問題になることが考えられる。これを防ぐためには以下の二つの方法が考えられる。ひとつはガラス表面にコーティングを施しておく方法である。例えばフッ酸系の薬液で処理をする場合、「おもて面」に予め金属Ｃｒ膜やＩＴＯ膜、あるいはフォトレジストなどの有機膜を成膜しておけば、「おもて面」は侵食されずに済む。その後、適切な方法で膜を除去すればよい。例えばフォトレジストの場合、有機アルカリ系のフォトレジスト剥離液を用いてガラス表面からこれを除去することになる。また、この第１層をＬＣＤメーカーで成膜する第一層と共通にすることにより、膜を剥離することなく製品として出荷することもできる。またもう一つの案は装置的な工夫をして基板の片面だけを化学処理する方法である。例えば基板を垂直に立て、優先保証面は純水で、非優先保障面はフッ酸で、いずれもシャワーを用いて化学処理することにより、基板の非優先保証面のみを処理することが可能である。フッ酸系の薬液以外では強アルカリ性の薬液が比較的有効である。

また上記した化学処理以外にも、例えば第二の面のみをプラズマ処理または物理研磨することで、所定の表面粗さにする方法も考えられる。

［試料の調製］
次表に本発明のガラス基板の実施例を示す。表中のＮｏ．２、３は本発明の実施例であり、Ｎｏ．１は比較例、Ｎｏ．４は参考例である。

試料Ｎｏ．１には、市場に流通している液晶ディスプレイ用無アルカリガラス基板ＯＡ−１０（日本電気硝子株式会社製 アルカリ酸化物含有量０．１質量％以下）を使用した。基板サイズは３７０〜４７０ｍｍ、基板の肉厚は０．７ｍｍである。このガラス基板はオーバーフローダウンドロー法で成形されており、かつその基板表面は両面とも火造り面であり、表面粗さはＲａで０．１ｎｍであった。

Ｎｏ．２、３は、このガラス基板をバッファードフッ酸中に浸漬することにより作製した。バッファードフッ酸は市販の６３ＢＨＦ（ＨＦ含有量６％、ＮＨ₄Ｆ含有量３０％）を用いた。浸漬条件は２５℃、１０分（Ｎｏ．２）および３０分（Ｎｏ．３）である。処理後の基板を純水にて洗浄、乾燥して本試験の評価に用いた。

また、Ｎｏ．４は研磨により表面を処理した。オスカー型の研磨装置を用い、研磨剤として酸化セリウムおよび純水を、研磨布としてポリウレタンを用いた。３０分表面を研磨した後、洗浄、乾燥して評価に用いた。

［表面粗さの測定］
ガラス基板の表面粗さは、触針式の表面粗さ計（Ｔａｙｌｏｒ−Ｈｏｂｓｏｎ社製タリステップ）を用いてカットオフ９μｍで測定した。なお測定値は、基板内の数箇所の表面粗さを測定しその平均値で示した。

［剥離帯電評価］
本実施例における剥離帯電評価には、図１に示すような装置を用いた。この装置は以下の構成を有している。

ガラス基板Ｇの支持台１は、ガラス基板４隅を支持するテフロン（登録商標）製のパッド２を備えている。また支持台１には、昇降自在な金属アルミニウム製のテーブル３が設けられており、テーブル３を上下させることによって、ガラス基板Ｇとテーブル３を接触、剥離させ、ガラス基板Ｇを帯電させることができる。なおテーブル３はアースされている。またテーブル３には孔（図示せず）が形成されており、この孔がダイアフラム型の真空ポンプ（図示せず）に接続されている。真空ポンプを駆動させると、テーブル３の孔から空気が吸引され、これによってガラス基板Ｇをテーブル３に真空吸着させることができる。またガラス基板Ｇの上方１０ｍｍの位置には表面電位計４が設置され、これによってガラス基板Ｇ中央部に発生する帯電量を連続測定する。またガラス基板Ｇの上方にはイオナイザ付きエアーガン５が設置されており、これによってガラス基板Ｇの帯電を徐電できる。

この装置を用いて剥離耐電量を測定する方法を説明する。なお実験は２５℃、湿度４０％の環境で行う。この帯電量は雰囲気、特に大気中の湿度に影響を受けて大きく変化するので特に湿度には気を配る必要がある。

（１） ガラス基板Ｇを、物理研磨面或いは化学処理面を下側にして支持台１に載置する。

（２） 次にイオナイザ付きエアーガン５により、ガラス基板Ｇを徐電する。

（３） テーブル３を上昇させてガラス基板Ｇに接触させるとともに真空吸着させて、テーブル３とガラス基板Ｇを２０秒間密着させる。

（４） テーブル３を下降させることでガラス基板Ｇを剥離し、ガラス基板Ｇ中央部に発生する帯電量を表面電位計４で連続的に測定する。

（５） （３）（４）を繰り返すことにより、計５回の剥離評価を連続して行う。

各測定における最大帯電量を求め、これらを積算して剥離帯電量とする。

［酸化セリウム付着量］
各ガラスの基板端面に付着する研磨剤の量を評価するために、ガラス基板端面部を全て切り出し、これを加熱沸騰した硝酸＋過酸化水素水中で処理してＣｅを溶出させた。この液中のＣｅ含有量をＩＣＰ発光分光分析により分析し、ＣｅＯ_２重量に換算することで酸化セリウム付着量を求めた。なお、物理的研磨は低コストでかつ効果的に表面を荒らすことができる。その一方で、研磨剤によりガラス表面や端面、特にガラス端面が汚染されやすいという問題がある。ガラス基板端面は通常面取りという機械加工が施されており、この部分に研磨剤が固着する。この研磨剤が液晶ディスプレイの製造プロセスにおいて端面より再分離し、ガラス表面に回りこむ。これがパーティクルとなってＴＦＴや配線膜の汚染や、断線の原因となる。従って物理的研磨によってガラス表面を粗くする場合には端面を鏡面にすることによって研磨剤の付着を防ぐかもしくは端面を特殊な洗浄方法で完全に洗浄する必要がある。具体的にはガラス基板端面の酸化セリウム付着量が５μｇ以下になるように留意することが望ましい。

［評価結果］
本発明の実施例は、いずれも剥離帯電量が比較的低い値を示した。それに比べＮｏ．１の試料では、基板の帯電量が高い結果を示した。

剥離耐電量の測定に用いる装置を示す説明図であり、（ａ）はガラス基板を載置した状態を示す説明図、（ｂ）はガラス基板とテーブルを密着させた状態を示す説明図である。

符号の説明

Ｇ ガラス基板
１ 支持台
２ パッド
３ テーブル
４ 表面電位計
５ イオナイザ付きエアーガン

Claims (6)

1. 電極線や各種デバイスが形成される第一の表面と、これらが形成されない第二の表面とを有するガラス基板において、
   オーバーフローダウンドロー法で成形されてなると共に、
   第一の表面の表面粗さＲａが０．２ｎｍ以下であり、
   第二の表面が化学処理されており、且つ第二の表面の表面粗さＲａが０．３ｎｍ以上１ｎｍ以下であることを特徴とするガラス基板。
2. 基板端面の酸化セリウム付着量が５μｇ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。
3. 第一の面が火造り面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。
4. アルカリ酸化物の含有量が合計０．１質量％以下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。
5. フラットディスプレイ用ガラス基板として使用されることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載のガラス基板。
6. 液晶ディスプレイ用ガラス基板として使用されることを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載のガラス基板。