JP2014500841A

JP2014500841A - ソーダ石灰シリカガラス基板、表面処理済みガラス基板、及び同基板を組み込んだ装置

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Publication number: JP2014500841A
Application number: JP2013533837A
Authority: JP
Inventors: ヴィー．トムセン、スコット
Original assignee: ガーディアン・インダストリーズ・コーポレーション
Priority date: 2010-10-15
Filing date: 2011-10-04
Publication date: 2014-01-16
Anticipated expiration: 2031-10-04
Also published as: CN103313950B; TWI532078B; CN103313950A; TW201222634A; WO2012050597A1; JP6013343B2; KR20130132436A; EP2627614A1; US20120091475A1; US8541792B2

Abstract

【課題】ガラス基板の表面処理方法及びガラス物品を提供する。
【解決手段】本発明のある例示的実施形態は、例えば、ソーダ石灰シリカアルカリイオンガラス基板のような、ソーダ石灰シリカガラス基板の表面処理方法と、その結果となる表面処理済みガラス物品に関する。より詳細には、本発明のある例示的実施形態は、ガラス基板の表面上部をイオン源を使用して除去する方法に関する。この部分の除去中又は除去後、キャッピング層として使用される別の層でガラスを被覆することもできる。発明のある例示的実施形態では、キャッピング層で被覆されたガラス基板を電子装置のカラーフィルタ及び／又はＴＦＴ基板として使用することもできる。発明の他の例示的実施形態では、キャッピング層がその上に成膜されたガラス基板は様々なディスプレイ装置で使用することもできる。
【選択図】図７

Description

本発明のある例示的実施形態は、例えば、ソーダ石灰シリカアルカリイオンガラス基板のような、ソーダ石灰シリカガラス基板の表面処理方法と、その結果物である表面処理済みガラス基板に関する。より詳細には、本発明のある例示的実施形態は、ガラス基板の表面部分を除去する方法に関する。発明のある例示的実施形態では、ガラス基板の表面部分をミリングにより、高エネルギーイオン源を用いて、ガラス表面上部を除去する。この部分の除去中又は除去後に、キャッピング層として使用されることになる別の層でガラスに被覆を施すことができる。発明のある例示的実施形態では、キャッピング層を、ガラス基板のミリング済み／平削り済み部分にイオンビームアシスト法（ＩＢＡＤ：ＩｏｎＢｅａｍＡｓｓｉｓｔｅｄＤｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）により成膜する。発明のある例示的実施形態では、キャッピング層で被覆されたガラス基板を、ＬＣＤ装置のカラーフィルタ及び／又はＴＦＴ基板として使用することもできる。発明の他の例示的実施形態では、キャッピング層をその上に備えたガラス基板は、様々なディスプレイ装置で使用することができる。

当技術分野ではディスプレイ装置が知られている。ディスプレイ装置には、例えば、ＬＣＤ装置、プラズマ装置、有機ＥＬ（ＯＬＥＤ）装置及びその他同種類のものが含まれる。これらディスプレイ装置の応用には、テレビ、モニター、ノートブック、業務用ディスプレイ、携帯電話、携帯ゲーム機、その他携帯式装置及びその他同種類のものが含まれる。

ディスプレイ装置には、一般的に１つ又は複数のガラス基板が含まれる。例えば、図１は典型的なＬＣＤ装置１の断面図である。ＬＣＤ装置の例については、米国特許第７，６０２，３６０号、第７，４０８，６０６号、第６，３５６，３３５号、第６，０１６，１７８号及び第５，５９８，２８５号を参照のこと。これら特許それぞれ全体を本出願に援用して本文の一部とする。ディスプレイ装置１には、一般的に第１基板４、第２基板６、及び第１基板４と第２基板６とにはさまれた液晶材料の層２が含まれ、第１基板４及び第２基板６はホウケイ酸ガラス基板であることが典型的である。第１基板４はカラーフィルタ基板と呼ばれ、第２基板６はアクティブ基板又はＴＦＴ基板と呼ばれる場合が多い。

第１基板４、即ちカラーフィルタ基板４は、例えば、ディスプレイの色品質の向上ため、その上にブラックマトリックス８を備えているのが典型的である。ブラックマトリクス形成には、まずポリマー、アクリル、ポリイミド、金属又はその他適切な基部をブランケット層として成膜し、続けてフォトリソグラフィ又はその他同種方法を用いてパターニングを実行する。個々のカラーフィルタ１０はブラックマトリクスに形成された穴に成膜する。個々のカラーフィルタには、赤緑青以外の色を代わりに又は追加で使用することはできるが、それぞれ赤１０ａ、緑１０ｂ及び青１０ｃのカラーフィルタが含まれるのが典型的である。個々のカラーフィルタは、インクジェット技術又はその他適切な技術により、フォトリソグラフィによって形成することができる。典型的には酸化インジウムスズ（ＩＴＯ）又はその他適切な導電性材料からなる共通の電極１２を、実質基板全体上又はブラックマトリクス１２と個々のカラーフィルタ１０ａ，１０ｂ，１０ｃの上に形成する。

第２又はＴＦＴ基板６は、その上にＴＦＴアレイ１４を備えている。これらＴＦＴは、液晶材料の層２の液晶光バルブ機能を制御するため、駆動電子装置（図では示さず）により選択的に作動可能である。ＴＦＴ基板と基板上に形成されるＴＦＴアレイについては、例えば、米国特許番号第７，５８９，７９９号、第７，０７１，０３６号、第６，８８４，５６９号、第６，５８０，０９３号、第６，３６２，０２８号、第５，９２６，７０２号及び第５，８３８，０３７号に記載されており、これら特許それぞれ全体を本出願に援用して本文の一部とする。

図１では示されていないが、典型的なＬＣＤ装置には１つの光源、１つ又は複数の偏光装置、配向層及び／又はその他同種類のものが含まれてもよい。

図１に示すようなディスプレイ装置には、一般的にガラス基板としてホウケイ酸ガラス（例えば、図１の基板４と基板６は一般的にはホウケイ酸ガラス製である）が含まれる。発明のある例示的実施形態では、これらガラス基板は薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）やカラーフィルタとの関連で使用することができる。慣例上は、ディスプレイ装置全体の品質を維持するためには、ホウケイ酸ガラスをガラス基板として使用しなければならない。例えば、現在のディスプレイ装置の製造技術に伴う高温のために、基板として使用可能な材料タイプが制限される（例えば、ＴＦＴアレイ製造工程等での共通電極用ＩＴＯ成膜において）ということは理解されよう。

しかしながら、ホウケイ酸は高価であり、ある事例では、ディスプレイ装置で装置品質を低下させることなく、より費用効果の高いガラス基板を使用することが望ましいであろうということは理解されよう。

残念ながら、ソーダ石灰シリカガラス（ホウケイ酸ガラスより安価であるが、アルカリ／アルカリ性イオンをより多く含んでいる）はディスプレイ装置製造に必要な高温にさらされると、ナトリウム及び／又はその他混入物質を含むアルカリ及び／又はアルカリ性イオンが、ソーダ石灰シリカガラス基板からディスプレイ装置の被覆部及び／又はその他部分へ外向きに移動する場合が多い。これらイオン及び／又は混入物質は、ディスプレイ装置全体の耐久性と品質に対しネガティブな影響を与える可能性がある。

したがって当技術分野で、ディスプレイ及び／又はその他製品で使用される改良被覆物及び／又はその製造方法に対して需要があることは理解されよう。例えば、ＬＣＤ及び／又はその他フラットパネルへの応用で、ホウケイ酸ガラスをソーダ石灰シリカガラスで交換することは有利なことになろうということは理解されよう。

発明のある例示的実施形態の一態様は、装置の品質や耐久性を低下させることなしに、ＬＣＤ、プラズマ及び／又はＯＬＥＤ装置のようなディスプレイ装置で使用可能とするためのソーダ石灰シリカガラス基板処理技術に関する。

発明のある例示的実施形態の別の態様は、これら処理済みガラス基板をディスプレイ装置で使用することに関する。

本発明のある例示的実施形態は、被覆物製造方法に関する。二酸化ケイ素（ＳｉＯ_２）を約６７−７５％、酸化ナトリウム（Ｎａ_２Ｏ）を約６−２０％及び酸化カルシウム（ＣａＯ）を約５−１５％含むガラス基板が提供される。（平削り及び／又はその他同種類のものを含む）イオンビームミリングを、基板の実質全表面に対し、基板の厚さを少なくとも約１００オングストローム薄くするために、少なくとも１つの第１イオン源を使って実行する。イオンビームミリング済み基板表面の少なくとも一部上に、前記イオンビームミリング中又はミリング後に、ケイ酸アルミニウム（ＡｌＳｉＯ_ｘ）を含む少なくとも１層を、イオンビームアシスト法（ＩＢＡＤ：ＩｏｎＢｅａｍＡｓｓｉｓｔｅｄＤｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）により形成する。前記ＩＢＡＤでは、少なくとも１つのスパッタリングターゲットと少なくとも１つの第２イオン源を使用する。

発明のある例示的実施形態により、電子ディスプレイ装置を製造することができる。第１及び第２被覆物は、この方法又は請求項１に記載の類似方法により製造することができる。カラーフィルタ基板は、第１被覆物をその基部として使用し製造することができる。ＴＦＴ基板は、第２被覆物をその基部として使用し製造することができる。液晶材料層は、カラーフィルタ基板とＴＦＴ基板の間に成膜することができる。もちろん、発明のある例示的実施形態では、ＴＦＴ基板とカラーフィルタ基板の一方又は両方にこの方法を使用することができる。

本発明のある例示的実施形態は、電子装置製造方法に関する。方法には、アルゴン（Ａｒ）及び酸素（Ｏ_２）含有環境での、ガラス基板の実質全表面に対する複数の第１イオン源を用いた、基板厚さを少なくとも約１５０オングストローム薄くするためのイオンビームミリングが含まれる。当該方法には、前記イオンビームミリング後に、イオンビームによる平削り済み又はミリング済み基板表面の少なくとも一部上に、イオンビームアシスト法（ＩＢＡＤ）により、ケイ素含有キャッピング層を少なくとも１層形成することが含まれる。また、当該方法には、平削り又はミリングがなされ、その上にケイ素含有キャッピング層が形成された基板を電子装置に組み込むことが含まれる。ＩＢＡＤはＡｒ及びＯ_２含有環境で実行され、複数のスパッタリングターゲットを伴う。前記スパッタリングターゲットはそれぞれ第２イオン源を伴う。

本発明のある例示的実施形態はまた、ＴＦＴ及び／又はカラーフィルタ基板を含む電子装置に関する。ＴＦＴ及び／又はカラーフィルタ基板には、ガラス基板、その表面部分が平削り又はミリングにて少なくとも１５０オングストローム除去されたソーダ石灰シリカガラス基板が含まれる。ＴＦＴ及び／又はカラーフィルタ基板には、ガラス基板のミリング済み表面部の上に接触する形で位置するイオンビームアシスト法により成膜されたＡｌＳｉＯ_ｘ層又はＡｌＳｉＯ_ｘ含有層が含まれる。ＡｌＳｉＯ_ｘ含有層は、屈折率１．５５以下で光学減衰係数ｋが約０である。ＡｌＳｉＯ_ｘの厚さは２００−３００オングストロームである。

本出願に記載の特徴、態様、利点、例示的実施形態は、組み合わせで更なる実施形態を実現することができる。
これらの及びその他の特徴及び利点は、以下図面と共に発明の代表的例示的実施形態の詳細な説明を参照することにより、より良くより完全に理解することができよう。

典型的なＬＣＤ装置の断面図である。発明のある例示的実施形態による、混入部最上部を含む典型的なソーダ石灰シリカガラス基板の断面図である。混入部の少なくとも部分を実質取り除き、ガラス基板のミリング及び／又は平削り済み部分にキャッピング層を成膜した、ソーダ石灰シリカガラス基板の断面図である。発明のある例示的実施形態により、図２ｂの例示的被覆基板がどのようにして作られているかを示している。この例では、基板表面をミリング及び／又は平削りするためにイオン源を用い、ガラス基板のミリング及び／又は平削り済み部分にキャッピング層を成膜するためにイオンビームアシスト法を使用している。発明のある例示的実施形態により、図２ｂの例示的被覆基板がどのようにして作られているかを示している。この例では、基板表面をミリング及び／又は平削りするためにイオン源を用い、ガラス基板のミリング及び／又は平削り済み部分にキャッピング層を成膜するためにイオンビームアシスト法を使用している。発明のある例示的実施形態により、図２ｂの例示的被覆基板がどのようにして作られているかを示している。この例では、基板表面をミリング及び／又は平削りするためにイオン源を用い、ガラス基板のミリング及び／又は平削り済み部分にキャッピング層を成膜するためにイオンビームアシスト法を使用している。発明のある例示的実施形態による例示的イオンビームミリング装置に関する。発明のある例示的実施形態による例示的イオンビームミリング装置に関する。発明のある例示的実施形態による層のイオンビームアシスト法（ＩＢＡＤ）の例を示している。発明のある例示的実施形態によるイオンビームアシスト法（ＩＢＡＤ）の例示的原理を示す図である。発明の例示的実施形態によるカラーフィルタ及び／又はＴＦＴ基板としての表面処理済みソーダ石灰シリカガラス基板を含む、電子装置製造における、図３ａ−３ｃに対応する例示的工程を示すフローチャートである。ＬＣＤ装置内のカラーフィルタ及び／又はＴＦＴ基板として、イオンビームアシスト法で成膜された層を備えたイオンビームミリング済みガラス基板を組み込んだ、ＬＣＤ装置の断面図である。

発明のある例示的実施形態は、ある種のガラスをディスプレイ装置での使用により適切な状態にするための、ガラス表面処理方法に関する。発明のある例示的実施形態は、例えば、カラーフィルタ及び／又はＴＦＴ基板として、ディスプレイ装置での使用に適切な表面処理済みガラス物品に関わる。発明のある例示的実施形態では、少なくとも１つのイオン源を使用して、ソーダ石灰シリカガラスをミリング及び／又は平削りし、ソーダ石灰シリカガラス基板のミリング／平削り済み部分の少なくとも部分上に、ケイ酸アルミニウム（例えば、ＡｌＳｉＯ_ｘ）を含むキャッピング層を成膜することができる。発明のある実施形態では、イオンビームアシスト法（ＩＢＡＤ）を用いて、ＡｌＳｉＯ_ｘの成膜が行われる。本発明のある例示的実施形態は、ガラス基板表面処理方法と、対応する表面処理済みガラス物品の両方に関する。

図２ａと図３ａは、「混入部分」５’を含むソーダ石灰シリカガラス基板５の例示的実施形態を示している。発明のある例示的実施形態では、ガラス基板５は厚さ約１から１０ｍｍで、クリアフロートガラス又は高透過ガラス（低鉄ガラス）でよい。

本発明のある実施形態による、例示的ソーダ石灰シリカ主成分のガラスには、重量パーセント基準で次の基本成分が含まれる。

発明の更なる例示的実施形態では、ガラスの主成分組成に他材料も使用することができる。

発明の他の例示的実施形態では、ガラス基板５は、厚さ約０．５から２ｍｍの、より好ましくは約０．５から１．１ｍｍの、高透過ガラスでもよい。例示的高透過ガラス基板は、例えば、米国特許出願番号第１２／３８５，３１８号の他、米国特許出願公開番号第２００６／０１６９３１６、２００６／０２４９１９９、２００７／０２１５２０５、２００９／０２２３２５２、２０１０／０１２２７２８及び２００９／０２１７９７８にも開示されており、これらそれぞれ全体を本出願に援用して本文の一部とする。

ガラス基板の部分５’には、ナトリウム（Ｎａ）、カルシウム（Ｃａ）、マグネシウム（Ｍｇ）、硫酸塩、炭酸塩及びその他同種類のもの等、多くの混入物質が含まれている。電子ディスプレイ装置の製造でよく利用される高温加工処置中、これらの混入物質はガラス基板からガラス基板上又はガラス基板付近にある被覆部へ外向きに時折移動することがある。ある事例では、これらのような混入物質が被覆部へ移動すると、被覆部の品質及び／又は耐久性が低下しうる。

被覆部成膜前にガラス基板にイオンビームミリングを施す例示的方法は米国特許番号第６，７７７，０３０号に記載されており、その特許を本出願に援用し本文の一部とする。

本発明のある例示的実施形態により、ガラス基板上への被覆組織（例えば、キャッピング層）の成膜前又は成膜中に、ガラス基板にイオンビームミリングを施す。イオンビームミリングは、ガラス基板表面を平滑化し且つ／又はガラス基板表面に元々以前から存在しうるナノクラックを除去／減少させるために、ガラス基板表面に隣接するガラス基板の一部を除去又は削り落とすという機能を果たしている。発明のある実施形態では、イオンビームミリング後又はイオンビームミリング中に、被覆組織及び／又は層を平滑化した基板表面に成膜する（例えば、イオンビーム法、イオンビームアシスト法、スパッタリング法又はその他同種方法による）。

本発明のある代表的実施形態による、層及び／又は被覆組織の基板上への成膜前又は成膜中における基板へのイオンビームミリングよって、その結果となる成膜後の層及び／又は被覆組織の基板への粘着性を、より向上させることが可能になる。

更には、イオンビームミリングにより、ソーダ含有ガラス基板（例えば、ソーダ石灰シリカガラス基板）のミリング済み表面に隣接するナトリウム（Ｎａ）やその他混入物質の含有量を減らす機能を果たすこともでき、従ってその結果となる被覆物でのナトリウムによる腐食の可能性を減らすこともできる。発明のある例示的実施形態では、基板５から部分５’を除去することにより、基板５における混入物質の量を減らすことができる、ということがわかっており有利である。

ある事例では、イオン移動の多くはガラス基板表面の最上部（例えば、ガラス基板表面の上部１５０オングストローム部分）が原因で生じる。表面部の『上部』や『最上部』とは、ガラス基板の絶対的な上部表面を指すものではなく、むしろガラス基板の絶対的な表面最上部（例えば、雰囲気と接するガラス基板表面）からガラス基板内部へ深さ数百オングストロームの部分を指す。発明のある例示的実施形態では、部分５’は、スズ側と反対の位置にある基板５’側に位置している。

ソーダ石灰シリカガラス基板５の表面上部５’を除去することで、Ｎａ、Ｃａ、Ｍｇ並びに硫酸塩及び炭酸塩を含む、アルカリ／アルカリ性イオンのような表面部に隣接する潜在的混入物質の量を減少させる。したがって、発明のある例示的実施形態では、表面部に隣接する混入物質の多くをミリング及び／又は平削りにより除去すると、高温や加工環境への曝露においてガラス基板から外向きに移動するイオンをより少なくすることも可能である。

発明のある例示的実施形態では、このガラス基板５の上部５’を、高エネルギーイオン源（例えば、リニアイオン源）により発生させたイオンビームを使って除去する。発明の異なる例示的実施形態では、１つ又は複数のイオン源を使用することができる。発明のある例示的実施形態では、ガラス基板５の上部５’を除去するために使用されるイオンビームを、リニア及び／又は高エネルギーイオン源により発生させる。上述のこの工程は『ミリング』及び／又は『平削り』と呼ばれる。

図３ｂでは、ガラス基板５の表面５’をイオンビームミリングするために、ガラス基板５の表面５’全体を、基板の表面５’全体を広く覆う１つ又は複数のリニアイオンビーム源２０（発明のある実施形態では非集束イオンビームを使用することもできるが、集束イオンビームを発するものが好ましい）の下を通している。このイオンビームミリングは、ガラス基板表面の一部を削り落とすか又は除去する。例えば、本発明のある実施形態では、工程１０１におけるイオンビームミリングは、約５０から３５０オングストローム（例えば、図３ｃの削り落とされたガラスの深さ「Ｄ」を参照のこと）、より好ましくは約１００から３００オングストローム、最も好ましくは１５０から２００オングストローム除去する。例は、基板１表面から約１５０オングストロームのガラスをミリング及び／又は平削りしているところである。

図３ｂにおける基板５のミリング実行にはアルゴン（Ａｒ）イオンを使用することが好ましい（例えば、イオンビーム源にはＡｒガスを使用し、ミリング実行のために基板表面に向けられるＡｒ^＋イオン２１のほとんどを生成している。）。基板５のミリング実行のため、代わりに又は追加で集束イオンビームに他のタイプのイオン（例えば、クリプトン（Ｋｒ）、ネオン（Ｎｅ）、キセノン（Ｘｅ）のようなその他の不活性ガスイオン）を使用することもできる。発明のある例示的実施形態では、イオン２１には酸素及び／又はアルゴンの混合物を使用することもできる。基板５との化学反応の可能性を減らすためには、少なくともいくつかの不活性ガスイオンは好ましい。イオンビームミリングは、イオンビーム源とミリングされる基板５を設置した真空チャンバで実行するのが好ましい。更には、各イオンビーム源２０は、イオンビームミリング工程中、ビームのイオンエネルギーが約３００から５，０００ｅ∨となるように作業を行うことが好ましく、約１，０００から３，０００ｅ∨となるのがより好ましく、約１，５００から２，５００ｅ∨となるのが最も好ましい。発明の異なる例示的実施形態では、ミリング工程中、１つ又は複数のイオンビーム源を使用することもできる。

図４ａと４ｂは、本発明のある例示的実施形態による、真空チャンバ１１０に備えられたイオンビームミリング装置を示している。上述の工程に関連した発明のある例示的実施形態では、図３ｂに示すイオンミリング及び／又は平削りについて、図４ａと４ｂに示すようなイオンビームミリング装置を使うことができる。

図４ａは装置を横から見た図であり、図４ｂは装置を上から見た図である。イオンビームミリング装置には、ガラス基板５を装置内『Ｆ』方向に移動させるための、少なくとも１つの駆動ロール又はギア１１２によって駆動されるコンベヤー１１１が含まれる。ガラス基板５はコンベヤー１１１上に置かれ、ガラス基板主要表面１０５（表面部分５’の最上部である主要表面１０５）の全体が、１つ又は複数のイオンビーム源２０の下を通るように、装置内『Ｆ』方向に移動させる。本発明の異なる実施形態によれば、イオン２１を含むイオンビームは、集束でも又は非集束でもよい。イオン２１を含むイオンビームを基板表面１０５上に当て（例えば、Ａｒ^＋イオンを使用して）、それにより、上述のように同表面をミリングする。上述のように、イオンビームは、発明のある例示的実施形態では、その実施結果がその表面付近でアルカリ／アルカリ性イオン及び／又は炭酸塩や硫酸塩のような混入物質がより少ない基板となるように、ガラス基板５の一部（例えば、表面部５’のいくつかの部分及び／又は実質全部）を削り落とす機能を果たす。更には、発明のある例示的実施形態では、その上にキャッピング層９が成膜される表面（図４ａと４ｂには非表示）は、より平滑且つ／又はよりナノクラック数が少ないものであってもよい。

図４ａは、イオン２１を含むイオンビームをおおよそ９０度の確度Ωで基板５の表面１０５に当てる様子を示している。しかしながら、発明の他の例示的実施形態では、基板表面に当てるため約３０から９０度の角度でイオン２１を含むイオンビームを表面１０５に向けることもでき、削り落としでより効果を上げるためは（例えば、イオンビームで基板からより容易にガラスを除去できるように）約４０から６０度の角度で向けることが好ましい。

図４ａと４ｂは３つのそれぞれ独立した固定イオンビーム源２０の使用を示している。発明の異なる例示的実施形態によれば、使用するイオン源は多くても又は少なくてもよい。更には、ガラス基板５のミリング中、１つ又は複数のイオン源を１度又は複数回使用することができる。例えば、基板５を１つ又は複数のイオンビーム２０の下を一度通過させてもよいし（例えば、基板５を各イオンビーム２０の下を一度通過させる）、１つ又は複数のイオンビーム２０の下を複数回通過させてもよい。また、図４ａ及び図４ｂの装置では、基板全表面がイオン２１を含むイオンビームの下を通過する時走査ができるように、リニアイオンビーム源２０は決まった場所に固定されている。しかしながら、本発明の別の実施形態では、固定された基板５上を前後に移動可能なイオンビーム源１つを使用することもできる。

ある例示的実例では、図４ａと４ｂのイオン源は、図２ｂや図３ｃに示す発明の例示的実施形態との関連で使用することができる。図２ｂや図３ｃは、イオン源でミリング及び／又は平削りすることで部分５’が除去された後の基板５を示している。図２ｂでは、ガラス基板５のミリング及び／又は平削り済み部分上に、キャッピング層９が既に成膜されている。図３ｃはキャッピング層が成膜される発明の例示的実施形態を示している。

発明のある例示的実施形態では、キャッピング層９にはケイ酸アルミニウム（例えば、ＡｌＳｉＯ_ｘ）が含まれる。発明の代表的実施形態では、キャッピング層は厚さ約５０から５００オングストロームであり、厚さ約１００から４００オングストロームであることがより好ましく、約２００から３００オングストロームであることが最も好ましい。発明のある例示的実施形態では、キャッピング層９の厚さは、ガラス基板表面からミリング及び／又は平削り中に削り落とされた又は除去された部分の深さと少なくとも同程度か、それより厚い。言い方を変えれば、基板５から除去された部分５’の厚さ／深さが１５０オングストロームであれば、層９の厚さは、少なくとも実質１５０オングストロームに等しいか、１５０オングストロームより厚いことが好ましいといえる。しかしながら、発明の他の例示的実施形態では、キャッピング層９はそれより薄い厚さであってもよい。

発明のある例示的実施形態では、キャッピング層にはケイ酸アルミニウムが含まれるか、ケイ酸アルミニウムからなるものでもよい。発明のある例示的実施形態では、層９は化学量論比又は準化学量論比でよい。

層９の屈折率は、約１．３から１．６であってよく、約１．４５から１．６であることがより好ましく、１．５５以下であることが最も好ましい。層９の消衰係数ｋは約０であってよい。

発明のある例示的実施形態では、層９はイオンビームアシスト法（ＩＢＡＤ）により成膜される。イオンビームアシスト法の例示的方法については、米国特許番号第７，５６３，３４７号に記載されており、それを本出願に援用し本文の一部とする。

ＩＢＡＤ型のイオンビーム処理では、イオンビーム源とスパッタリングターゲットの両方を使用する。イオンビーム源からのイオンビーム（例えば、Ａｒ^＋イオン）は、キャッピング層９の追加又は残り部分を成長させていくことになる表面に最も近いスパッタリングターゲットからスパッタリングされた材料と交錯し、それによりキャッピング層９の追加又は残り部分がイオンビーム法とスパッタリング法の両方の同時組み合わせで成長し／形成されていく。

図５は、本発明のある例示的実施形態による、層のイオンビームアシスト法（ＩＢＡＤ）を示している。本発明のある例示的実施形態では、スパッタリングターゲット２４とイオン源２２を、おおよそ等圧状態となるように（例えば、大気圧よりは低い気圧で）同じ成膜チャンバ（Ｃ）（発明の異なる例示的実施形態では真空であっても真空でなくてもよい）に設置する。発明のある例示的実施形態では、成膜チャンバのふた（Ｌ）は、スパッタリングターゲット２４（例えば、平面ターゲット及び／又は回転式ＣＭＡＧターゲット）と少なくとも１つのイオン源２２を支持している。これにより、スパッタリング法とイオンビーム処理は同じ成膜チャンバ内でおおよそ同じ気圧及び／又はガス雰囲気で行うことが可能となっている。この点では装置の占有空間もまた節約可能である。シールド（Ｓ）は、逸れてしまったターゲット材料が予定よりも早期に及び／又は誤った時期に基板に着地してしまうという事態を減らすことに役立っている。本発明のある例示的実施形態では、シールド（Ｓ）を使用しても、使用しなくともよい。

同一チャンバ内でのスパッタリングターゲットとイオンビーム源両方の使用は、基板上に様々なタイプの被覆からなるそれぞれの用途に適切な層（例えば、ケイ素（Ｓｉ）含有層又はその他それぞれの用途に適切なタイプの層）を形成する際に利用することができる。例を挙げれば、イオン源とスパッタリングターゲットの両方が成膜チャンバの同じふたにより支持され且つ／又はその両方がおおよそ等圧下で同一チャンバ内に設置されているような構造は、本出願で考察のどの発明の例示的実施形態においても利用することができる。例えば、そのような構造は、層のピーニングのための実施形態で、層形成にＩＢＡＤを用いるＩＢＡＤの実施形態で及び／又は最初にスパッタリング法により成膜しその後に本出願で考察のイオンビーム処理を施す層に関わる実施形態で、使用することができる。発明のある例示的実施形態では、ターゲットとイオンビーム源間の距離Ｄ及び／又は角度θは、ターゲット材料２５とイオン２３を含むイオンビーム間の重なり度合いと位置を制御するために、調整することができる。図５は成膜前のターゲット材料とイオンビームの重なりを描写していないが、θを大きくすることで、そのような重なりを領域２６の基板５のちょうど上で発生させることができる。

図６は更なるＩＢＡＤの例示的原理を示しており、領域２６におけるターゲット材料２５とイオン２３を含むイオンビーム間の著しい重なりのある、例示的実施形態を示している。図６の回転式の基板ホルダ１２１は、ＩＢＡＤによる層９の形成中に基板を保持及び／又は回転させる。図６には、更にＩＢＡＤの原子スケール図１２３が含まれる。

ピーニングの実施形態では、層が先にスパッタリング法又はその他同種方法によって成膜された後に、イオンビーム処理が実行される。あるＩＢＡＤの実施形態では、スパッタリング法とイオンビーム処理は、層の形成及び／又は処理のために、同時に実行することもできる。ある例示的事例では、ＩＢＡＤとピーニングの実施形態は組み合わせることもできる。

図５及び／又は図６の例示的原理は、図３ｃに関連し呈示記載されている例示的実施形態との関連で用いることができる。図３ｃは、イオンビーム処理／形成のＩＢＡＤタイプで、イオンビーム源２２とスパッタリングターゲットを含むスパッタリング装置２４の両方を使用することができることを示している。発明のある例示的実施形態では、イオンビーム源２２からのイオン２３を含むイオンビームは、キャッピング層９の追加又は残り部分を成長させていく基板表面５に最も近いスパッタリングターゲット２４からスパッタリングされた材料２５と交錯し、それによりキャッピング層９の追加又は残り部分が、イオンビーム法とスパッタリング法の両方の同時組み合わせにより成長し／形成されていく。本発明のある例示的実施形態では、Ｓｉ及び／又はアルミニウム（Ａｌ）含有スパッタリングターゲットを、キャッピング層のスパッタリング成膜に使用することもでき、アルゴンイオンを含む少なくとも１つのイオン源も使用される。しかしながら、本発明は前述のように限定されるものではなく、クリプトン、キセノン及びその他同種類のもののような他タイプのイオンを代わりに使用することもできる。ＩＢＡＤを用いて成長させていく層には、イオン源で使用されているガス由来の粒子が含まれるかもしれない、ということには特に注意されたい。

発明のある例示的実施形態では、成膜環境に、１つのスパッタリング装置（例えば、カソード）と１つのイオン源を含まれてもよい。発明の他の例示的実施形態では、複数のスパッタリング装置及び／又はイオン源を使用することもできる。発明の更なる例示的実施形態では、各装置において複数の種類を使用することもできる。

発明の代表的例示的実施形態では、キャッピング層９は、シングル回転式のＳｉＡｌカソード及び冷陰極、並びに閉鎖型ドリフトリニアイオン源を使用して成膜するができる。発明の異なる例示的実施形態では、酸素、アルゴン、クリプトン及び／又はキセノンをイオンとしてイオン源で使用することができ且つ／又はガス供給システムを通して供給することができる。発明のある例示的実施形態では、アルゴンと酸素の混合気体を使用することもできる。例えば、アルゴンをイオン源に導入し、酸素はガス供給システムを通して供給することもできる。いくつかの事例では、このやり方で層を成膜すると、層は最終的にその他のスパッタリング材料と酸素に加えて少量のアルゴンを含んだものになりうる。

発明のある例示的実施形態では、ＩＢＡＤ利用は、異なる成膜技術（例えば、従来のマグネトロンスパッタリング法）で達成可能なレベルよりもはるかに密度の濃い膜を生成するという点で特に有利である。しかしながら、本発明の異なる例示的実施形態によれば、他の技術を使用することもできる。

図７は、本出願に記載のソーダ石灰シリカガラス基板の表面処理の代表的実施方法を示している。最初に、工程１（Ｓ１）ではソーダ石灰シリカガラス基板を提供している。工程２（Ｓ２）では、ソーダ石灰シリカガラス基板の表面部分を、１つ又は複数のイオン源を使用して、ミリング及び／又は平削りしている。工程３（Ｓ３）では、ガラス基板のミリング及び／又は平削り済み部分に、ＡｌＳｉＯ_ｘを含む層を形成している。Ｓ３では、この層を、イオンビームアシスト法を用いて形成している。この方法では、イオン源（例えば、Ａｒ＋イオンを含む）からのイオンビームは、キャッピング層の追加又は残り部分を成長させていく表面に最も近いスパッタリングターゲットからスパッタリングされた材料と交錯し、それによりキャッピング層の追加又は残り部分を、イオンビーム法とスパッタリング法の両方の同時組み合わせにより成長させ／形成していく。工程４（Ｓ４）では、その上に少なくともキャッピング層を備えたソーダ石灰シリカガラス基板を、電子ディスプレイ装置のカラーフィルタ及び／又はＴＦＴ基板として使用している。

図８は、その上に層９を備えたミリング及び／又は平削り済みのガラス基板５を組み込んだ、例示的ＬＣＤ装置を示している。本発明のある例示的実施形態では、キャッピング層９をその上に備えたガラス基板５は、図８に示すように、ＬＣＤ装置でカラーフィルタ基板４及び／又はＴＦＴ基板６として使用することができる。

本出願に記載の方法によるガラス基板処理は、装置の品質及び／又は耐久性を低下させることなく、有利に電子ディスプレイ装置（例えば、ＬＣＤ）での使用に適したガラス基板にするという結果をもたらすことができる。

本発明のある代表的実施形態では、イオンビームミリングは、ソーダ石灰シリカ含有ガラス基板のミリング済み表面に隣接するナトリウム、その他アルカリ／アルカリ性イオン及びその他混入物質の含有量を減らすための機能を果たすことができる。発明のある実施形態では、ガラス基板からその上に施した被覆部に移動する潜在的混入物質の多くは、ガラス基板表面付近の上部に位置している。したがって、ガラス基板表面のこの上部を除去することで、多くの潜在的混入物質の存在可能性をガラス基板から減らすことが（時には可能性を皆無にすることすら）できる。したがって、ある例では、このミリングにより、電子装置製造にしばしば伴う高温及び／又は加工処置の結果として生じるナトリウム及び／又はその他混入物質のガラス基板から被覆部への外向きの移動による、発明の実施結果としての、被覆物へのナトリウム（及びその他混入物質）による腐食やその他被害の可能性を減らすこともできる。硫酸塩や炭酸塩のようなその他混入物質も同様に、基板に近接する被覆部及び／又は層へ被害をもたらしうる。これらの影響は電子装置では特に有害となりうる。したがって、発明のある例示的実施形態では、ガラス基板表面の上部を除去することで、加工中の被覆部／被覆物への被害の可能性を減らしている。

更には、ミリング及び／又は平削り済み部分にキャッピング層を成膜することで、ミリング及び／又は平削り後に残る混入物質の多くの移動を減らし且つ／又は阻害することになる。ＩＢＡＤを用いることで、はるかに密度の濃い層を形成することができることがわかっていることは有利である。発明のある例示的実施形態では、この高い密度がガラスからガラス基板付近の層及び／又は被覆部への混入物質の移動を減らすことに役立っているといえよう。発明のある実施形態では、より高い密度を持つ層は、層を通って移動したり他の層へ浸透したりする粒子の数をより減らすことができる。

発明のある例示的実施形態では、イオンビームアシスト法によりガラス基板のミリング済み部分にキャッピング層９を形成することで、ガラス基板から被覆部への混入物質の移動を更に減らすことができる。発明のある例示的実施形態では、ＩＢＡＤは、従来のスパッタリング法により形成した場合よりも、又はイオンビーム成膜（例えば、スパッタリングターゲットを使用すること無しにイオン源を使って）により形成した場合よりさえ、高密度の層を生成することに役立つ。したがって、ソーダ石灰シリカガラス基板表面の約１００から３００オングストローム分のガラスをミリングし取り除くことと、ＩＢＡＤによりミリング済み部分への更なるキャッピング層の形成は、組み合わせで用いることで、驚くべきことに混入物質の被覆部への移動を大きく減らすことが既にわかっており、それによりソーダ石灰シリカガラス基板を電子ディスプレイ装置での使用に適切なものとすることができる、ということは理解されよう。その他例示的利点には、キャッピング層９とガラス基板５の表面間の粘着性の向上や、ガラス基板表面５がミリングを施された後での平滑さの向上が含まれる。

イオンビームミリング及び／又はイオンビームアシスト法を説明する米国特許の更なる例としては、第７，０４９，００３号、第７，１８３，５５９号、第７，１９８，６９９号、第７，２２９，５３３号、第７，３１１，９７５号、第７，３８７，８１６号、第７，４０５，４１１号、第７，４４５，２７３号、第７，５５０，０６７号、第７，５６６，４８１号、第７，５６３，３４７号、第７，５８５，３９６号、第７，６４１，９７８号及び第７，６２２，１６１号があり、それら全てを本出願に援用し本文の一部とする。イオンビームミリング及び／又はイオンビームアシスト法を説明する米国特許出願公開の更なる例としては、第２００５／０１７８６５２号、第２００６／０２６９６６１号、第２００８／０２２６９２６号、第２００９／０２２６７１４号、第２００９／０２６３６６７号、第２０１０／００３２２８７号、第２０１０／００７５１５５号及び第２０１０／００７５１５７号があり、それら全てを本出願に援用し本文の一部とする。

発明のある例示的実施形態では、ソーダ石灰シリカガラスが本出願に記載の方法により処理される場合、現在ＬＣＤ産業で使用されているアルミナホウケイ酸ガラスよりもむしろ、ソーダ石灰シリカ主成分のガラス基板をＬＣＤのようなディスプレイ装置で使用することができる。これは、ソーダ石灰シリカガラスはホウケイ酸ガラスよりも安価であるという点で有利であり、いくつかのケースではソーダ石灰シリカガラスはホウケイ酸ガラスのほぼ半値（平方フィート当たり）である。したがって、表面処理のこれら方法は特に有利であるということが理解されよう。

更には、発明のある例示的実施形態では、カラーフィルタ及び／又はＴＦＴ基板としての使用に適したガラス基板の大量生産は有利に達成可能である。発明のある例示的実施形態では、ディスプレイ装置サイズの大型化のため、電子ディスプレイ装置でカラーフィルタ及び／又はＴＦＴガラス基板としての使用に適切な大型ガラス基板を手に入れることは有利となろう。ソーダ石灰シリカガラス基板は、ホウケイ酸ガラス基板より大きなサイズでも、商業的により入手しやすく且つ／又はより経済的であり、したがって、大型ディスプレイ装置の製造を実現しやすくしよう。

発明のある例示的実施形態では、イオンビーム平削り又はミリングとキャッピング層成膜は、基板がイオンビーム平削り又はミリングされておらずキャッピング層が成膜されていない状況と比較して、アルカリ及びアルカリ性イオン並びに硫酸塩、炭酸塩の少なくとも約７５％、好ましくは少なくとも９０％、より好ましくは少なくとも９５％、更により好ましくは少なくとも９９％の基板から装置の機能層への移動を防ぐという結果をもたらすことができる。

いくつかの事例では、例示されている層９の下、内部又は上に他層を形成することもできる。このように、層組織や被覆部は（直接又は間接的に）基板５「上にある」又は基板５「に支持されている」一方で、その間に他層を形成することもできる。したがって、例えば、たとえ他層を特にある層と基板５間に形成することがあっても、本出願に記載の個々の層は基板５「上にある」又は基板５「に支持されている」とみなすことができる。更には、発明のある実施形態では、層９を除去することもでき、本発明の他の実施形態では、本発明のある実施形態の全体的趣旨から逸脱することなく、他層を追加することもできる。

本発明の異なる実施形態による被覆物は、異なる事例では熱処理（ＨＴ）することも、しないこともできる。本出願で使われている『熱処理（「ｈｅａｔｔｒｅａｔｍｅｎｔ」ａｎｄ「ｈｅａｔｔｒｅａｔｉｎｇ」）』という言葉は、ガラス含有物の加熱焼戻し、加熱曲げ加工及び／又は加熱強化を行うに十分な温度に対象物を加熱することを意味する。この定義には、例えば、焼戻し、曲げ加工及び／又は加熱強化を可能とするため、被覆物をオーブンや炉で少なくとも約５８０℃で、より好ましくは少なくとも約６００℃で、十分な期間加熱することが含まれる。ある事例では、ＨＴは少なくとも約４分間又は５分間実施できる。発明のある例示的実施形態では、熱処理は、ガラス基板のミリング前、ガラス基板のミリング後で層の成膜前に、及び／又は、ガラス基板のミリング後でいくつかの層又は全層の成膜後に、実行することができる。他の例示的実施形態では、ガラス基板／被覆物を圧縮及び／又は再アニール処理をすることもできる。

本発明は現在最も実用的で好ましい実施形態と考えられているものとの関連で説明されているものの、本発明は開示された実施形態に限定されるものではなく、逆に添付請求項の趣旨と範囲に含まれる様々な変更や同等とみなされる配置を含むことが意図されているということは理解されるべきである。

Claims

被覆物製造方法であって、
ＳｉＯ_２を約６７から７５％、Ｎａ_２Ｏを約６から２０％、及びＣａＯを約５から１５％含むガラス基板実質全表面に対し、少なくとも１つの第１イオン源を使用して、前記基板の厚さを少なくとも約１００オングストローム薄くするために、イオンビームミリングを行い、
前記イオンビームミリングの間に、又は前記イオンビームミリングの後に、イオンビームミリング済みの前記基板表面の少なくとも一部分上に、少なくとも１つのスパッタリングターゲットと少なくとも１つの第２イオン源を使用して、イオンビームアシスト法（ＩＢＡＤ：ＩｏｎＢｅａｍＡｓｓｉｓｔｅｄＤｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）により、ＡｌＳｉＯ_ｘを含む層を少なくとも１層形成する、
被覆物製造方法。
ＡｌＳｉＯ_ｘを含む前記層をＡｌとＳｉを含むターゲットから成膜する、
請求項１に記載の被覆物製造方法。
ＡｌＳｉＯ_ｘを含む前記層の厚さが約２００から３００オングストロームである、
請求項１又は請求項２に記載の被覆物製造方法。
ＡｌＳｉＯ_ｘを含む前記層の屈折率が約１．５５以下である、
請求項１から３のいずれか１項に記載の被覆物製造方法。
ＡｌＳｉＯ_ｘを含む前記層の光学的消衰係数ｋが約０である、
請求項１から４のいずれか１項に記載の被覆物製造方法。
前記イオンビームミリングにより基板の厚さを約１５０オングストロームから２５０オングストローム薄くする、
請求項１から５のいずれか１項に記載の被覆物製造方法。
ＡｌＳｉＯ_ｘを含む前記層の厚さが、前記イオンビームミリングの結果として薄くなる前記基板の厚さと実質的に同じである、
請求項１から６のいずれか１項に記載の被覆物製造方法。
ＡｌＳｉＯ_ｘを含む前記層の厚さが、前記イオンビームミリング処理の結果として薄くなる前記基板の厚さよりも厚い、
請求項１から７のいずれか１項に記載の被覆物製造方法。
前記ＩＢＡＤがアルゴンイオンを伴う、
請求項１から８のいずれか１項に記載の被覆物製造方法。
前記ガラス基板がソーダ石灰シリカ高透過ガラス基板である、
請求項１から９のいずれか１項に記載の被覆物製造方法。
電子ディスプレイ装置の製造方法であって、
請求項１から１０のいずれか１項に記載の方法により被覆物を製造し、
前記被覆物をその基部として使用するＴＦＴ基板を製造し、
カラーフィルタ基板を提供し、
前記カラーフィルタ基板と前記ＴＦＴ基板との間に液晶材料の層を成膜する、
電子ディスプレイ装置の製造方法。
電子ディスプレイ装置の製造方法であって、
請求項１から請求項１０のいずれか１項に記載の方法により被覆物を製造し、
前記被覆物をその基部として使用するカラーフィルタ基板を製造し、
ＴＦＴ基板を提供し、
前記カラーフィルタ基板と前記ＴＦＴ基板との間に液晶材料の層を成膜する、
電子ディスプレイ装置の製造方法。
電子ディスプレイ装置の製造方法であって、
請求項１から１０のいずれか１項に記載の方法により第１被覆物を製造し、
前記第１被覆物をその基部として使用するカラーフィルタ基板を製造し、
請求項１から１０のいずれか１項に記載の方法により第２被覆物を製造し、
前記第２被覆物をその基部として使用するＴＦＴ基板を製造し、
前記カラーフィルタ基板と前記ＴＦＴ基板との間に液晶材料の層を成膜する、
電子ディスプレイ装置の製造方法。
電子装置の製造方法であって、
Ａｒ及びＯ_２含有環境で、複数の第１イオン源を使用したガラス基板実質全表面に対し、前記基板の厚さを少なくとも約１００オングストローム薄くするために、イオンビームミリングを行い、
前記イオンビームミリングの後に、前記イオンビームミリング済み基板表面の少なくとも一部分上に、イオンビームアシスト法（ＩＢＡＤ）により、ケイ素含有層を少なくとも１層形成し、
前記イオンビームミリングを行い、その上にケイ素含有層を形成した基板を、電子装置に組み込み、
前記ＩＢＡＤは、Ａｒ及びＯ_２含有環境で実行され、それぞれに付随する第２イオン源を備えている複数のスパッタリングターゲットを含む、
電子装置の製造方法。
前記ケイ素含有層が、ＡｌＳｉＯ_ｘを含み、約１．５５以下の屈折率と約０の光学的消衰係数ｋを持ち、前記ＡｌＳｉＯ_ｘ主成分の層が２００−３００オングストロームの厚さである、
請求項１４に記載の電子装置の製造方法。
前記イオンビームミリングと前記ケイ素含有層の成膜が、前記基板がイオンビームミリングされておらずケイ素含有層が成膜されていない状況と比較して、アルカリ及びアルカリ性イオン並びに硫酸塩、炭酸塩の少なくとも約９０％の、前記基板から前記装置の機能層への移動を妨げるという結果をもたらす、
請求項１４又は１５に記載の電子装置の製造方法。
前記イオンビームミリングと前記ケイ素含有層の成膜が、前記基板がイオンビームミリングされておらずケイ素含有層が成膜されていない状況と比較して、アルカリ及びアルカリ性イオン並びに硫酸塩、炭酸塩の少なくとも約９５％の、前記基板から前記装置の機能層への移動を妨げるという結果をもたらす、
請求項１４から１６のいずれか１項に記載の電子装置の製造方法。
前記ガラス基板が高透過ガラス基板である、
請求項１４から１７のいずれか１項に記載の電子装置の製造方法。
基板が前記電子装置用ＴＦＴ基板として使用されている、
請求項１４から１８のいずれか１項に記載の電子装置の製造方法。
ＴＦＴ及び／又はカラーフィルタ基板を含む電子装置であって、
前記ＴＦＴ及び／又はカラーフィルタ基板が、
ＳｉＯ_２を約６７から７５％、Ｎａ_２Ｏを約６から２０％及びＣａＯを約５から１５％含み、その表面部分がミリングされ少なくとも約１５０オングストローム除去されているガラス基板と、
前記ガラス基板のミリング済み表面部分上に接触するように配置され、イオンビームアシスト法により成膜され、１．５５以下の屈折率、約０の光学的消衰係数を持ち、ＡｌＳｉＯ_ｘが２００−３００オングストロームの厚さであるＡｌＳｉＯ_ｘの又はＡｌＳｉＯ_ｘ含有層と、
を含む電子装置。