JP2019501098A - ガラスシートを担体と結合させるためのガラス物品及び方法 - Google Patents

ガラスシートを担体と結合させるためのガラス物品及び方法 Download PDF

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Abstract

基板とシートとの間のファンデルワールス結合、水素結合、及び共有結合を制御するように貼り付けることができる、残留界面活性剤を有する、基板、シート、又はその両方が、本明細書に記載される。シート及び基板は、高温処理の間の層間剥離を防止するのに十分な結合を維持しつつ、高温処理の間の永久的な結合が防止されるように、結合される。基板及びシートは、高温処理全体にわたり及びその後に、剥離可能なまま維持される。

Description

関連出願の相互参照
本出願は、その内容が依拠され、その全体がここに参照することによって本願に援用される、2015年11月19日出願の米国仮特許出願第62/257466号の米国法典第35編特許法119条に基づく優先権の利益を主張する。
本開示は、概して、基板上でシートを処理するための物品及び方法に関し、より詳細には、ガラス担体上で可撓性ガラスシートを処理するための物品及び方法に関する。
薄膜トランジスタ(TFT)製品又はタッチセンサをベースとしたデバイスは、基板としてガラスを利用する場合がある。ガラス基板の厚さは、TFTデバイスの全体の重量及び可撓性に制限を与える。このように、より薄くより軽重量の携帯電子デバイスの製造に対する関心が高まっている。コストの観点から、現在設置されている処理装置を使用して、より薄い、より軽い、又はより可撓性のデバイスを製造することは、製造業者にとって望ましいであろう。
ディスプレイ全体をより薄く、より軽く、又はより可撓性にする典型的なルートは、ガラスエッチングプロセスを利用する。エッチングプロセスは薄い基板に対して有効であるが、しかしながら、薄い基板上で直接、TFTデバイスを製作し、薄肉化の工程を排除することが望ましい。既存の装置で使用するための薄い可撓性のガラス基板に適応するため、例えば表示デバイスなどのTFTをベースとしたデバイスは、1つ以上の薄いガラス基板に積層されるガラス担体を使用して製造することができる。製造プロセスは、積層された基板−担体物品を、例えば最高で摂氏400度(400℃)などの高温に曝露し、したがって、層の永久的な結合又は材料の分解を促進してしまいかねないことから、積層された薄いガラス基板は、担体から取り外し可能又は剥離可能であることが望ましい。製作後に、分離された担体は再利用可能であり、製造コストを節約することができる。
したがって、ディスプレイパネル及びタッチセンサの製造者による使用に適した担体に一次的に結合された薄いガラスシートを有する物品を開発することが必要とされている。薄いガラスシートと担体との間の結合強度は、デバイス製造プロセス全体を通じて積層を維持するのに十分であるが、デバイスの製造及び取り出しプロセスの後に、破壊することなく、依然としてガラスシートと担体とを分離可能であるべきである。
上記観点から、高温処理の過酷さに耐えることができ、さらに薄いシートの全領域を、破壊することなく、基板から取り外すことができる(一度にすべて、又はセクションごとのいずれかで)、薄いシート及び基板物品が必要とされている。基板は、次に、別の薄いシートの処理に使用することができる。本明細書は、基板と薄いシートとの間の接着を制御して、高温処理を耐え抜くのに十分に強いが、少なくともシートを破壊することなく、好ましくはシート又は基板のいずれも破壊することなく、基板からのシートの剥離を可能にするのに十分に弱い、一時的な結合を生成する方法について記載する。このような制御された結合を利用して、再利用可能な基板を有する物品、又は代替的に、基板とシートとの間に制御された結合と共有結合とのパターン化された領域を有する物品を生成することができる。より詳細には、本開示は、薄いシートと担体との間における、室温でのファンデルワールス結合及び/又は水素結合と、高温での共有結合の両方を制御するために、結合前に、基板又はシートを洗剤で洗浄することによって供給することができる堆積された残留物質をそれらの上に含む、基板、シート、又はその両方を提供する。さらにより詳細には、室温での結合は、真空処理、湿式処理、及び/又は超音波洗浄処理の間に薄いシートと担体とをともに保持するのに十分になるように制御されうる。また同時に、高温での共有結合は、基板と薄いシートのうちのより薄い方を2片以上へと破壊することなく、薄いシートを基板から分離できるよう、高温処理の間の薄いシートと基板との間の永久的な結合を防ぐように、かつ、高温処理の間の薄いシートと基板との層間剥離を防止するのに十分な結合を維持できるように、制御することができる。幾つかの例では、2片のガラスが互いに永久的に結合される場合、それらはモノリスとして機能する。
本明細書及び図面に開示されるさまざまな特徴は、任意及びすべての組合せで用いることができることが理解されるべきである。非限定的な例として、さまざまな特徴は、以下の態様に記載されるように互いに組み合わせることができる。
第1の態様では、
基板接着面を有する基板、
シート接着面を有するシート、及び
基板接着面とシート接着面との間に配置された界面活性剤
を含むガラス物品が存在し、
シート接着面は、シートを2片以上に破壊することなく、該シートを基板から分離できるように、基板接着面に非永久的に結合されており、シート接着面と基板接着面との間の分離結合エネルギーは、ガラス物品が60℃で30日間のエイジングと、次に、空気中、300℃で2時間の焼成期間とに供された後に、800mJ/m(1平方メートル当たりのミリジュール)未満である。
態様1の一例において、シート接着面と基板接着面との間の分離結合エネルギーは、約600mJ/m以下である。
態様1の別の例では、シート接着面と基板接着面との間の分離結合エネルギーは、400mJ/m以下である。
態様1の別の例では、シートは、300μm以下の厚さを有するガラスシートである。
態様1の別の例では、基板の厚さは、シートの厚さ以上である。
態様1の別の例では、基板はガラス基板である。
態様1の別の例では、乾燥後かつ基板をシートに結合する前の基板接着面は、2.5〜3.5の範囲の酸素のケイ素に対する原子比、4〜5の範囲のケイ素の炭素に対する原子比、及び12〜14の範囲の酸素の炭素に対する原子比を含む。
第1の態様は、単独で、又は先に論じられた第1の態様の例の1つ以上と組み合わせて提供されうる。
第2の態様では、シート接着面が基板接着面に結合する前に基板接着面とシート接着面との間に配置された、スタンダード・クリーン1の洗浄プロセスに由来する残留物をさらに含む、態様1のガラス物品が提供される。
態様2の一例において、基板がシートに結合する前の基板接着面は、2.5〜3.5の範囲の酸素のケイ素に対する原子比、4〜5の範囲のケイ素の炭素に対する原子比、及び12〜14の範囲の酸素の炭素に対する原子比を含む。
態様2の別の例では、物品は、基板接着面とシート接着面との間に配置された洗剤残留物をさらに含み、該洗剤残留物は、ジエタノールアミド、ポリエチレングリコール、4−ノニルフェニル−ポリエチレングリコール、ビスフェノールAエトキシレート、オクトキシノール−9、オクチルフェノールエトキシレート、及びそれらの混合物からなる群より選択される化合物を含みうる。
態様2の別の例では、界面活性剤は、ジエタノールアミド、ポリエチレングリコール、4−ノニルフェニル−ポリエチレングリコール、ビスフェノールAエトキシレート、オクトキシノール−9、オクチルフェノールエトキシレート、及びそれらの混合物からなる群より選択されうる。
第2の態様は、単独で、又は先に論じられた第2の態様の例の1つ以上と組み合わせて、提供されうる。
第3の態様では、
基板接着面を有する基板、
シート接着面を有するシート、及び
基板接着面とシート接着面との間に配置された界面活性剤
を含むガラス物品が存在し、
シート接着面は、シートを2片以上へと破壊することなく、該シートを基板から分離できるように、基板接着面に非永久的に結合されており、シート接着面と基板接着面との間の分離結合エネルギーは、ガラス物品を空気雰囲気中、500℃の温度で10分間、オーブン内で保持した後に、400mJ/m(1平方メートル当たりのミリジュール)未満である。
態様3の一例において、基板に堆積されている界面活性剤によって形成される界面活性剤接着面の堆積されたままの表面エネルギーは、約65mJ/m〜74mJ/mである。
態様3の別の例では、界面活性剤は、ジエタノールアミド、ココナッツジエタノールアミド、ポリエチレングリコール、4−ノニルフェニル−ポリエチレングリコール、及びそれらの混合物からなる群より選択される化合物である。
態様3の別の例では、シート接着面と基板接着面との間の分離結合エネルギーは、ガラス物品を空気雰囲気中、300℃〜500℃の温度で10分間、オーブン内で保持した後に、350mJ/m以下である。
態様3の別の例では、シート接着面と基板接着面との間の分離結合エネルギーは、ガラス物品を空気雰囲気中、200℃〜300℃の範囲の温度で20分間〜2.5時間の範囲の時間、オーブン内で保持した後に、250mJ/m以下であり、ここで、ガラス物品は、該ガラス物品をオーブン内で保持する前に、前処理工程に供することができ、該前処理工程は、ガラス物品を100℃〜250℃の範囲の温度に加熱する工程、及び該物品を10〜30分間、この温度範囲で保持する工程を含む。
態様3の別の例では、界面活性剤の気泡面積のパーセント変化は、物品を窒素雰囲気中、350℃の温度で120分間、オーブン内で保持した後に、ガス放出(Outgassing)試験#1に準拠して、約5パーセント以下である。
態様3の別の例では、ガラス物品は、基板接着面とシート接着面との間に配置された、スタンダード・クリーン1の洗浄プロセスに由来する残留物をさらに含む。
第3の態様は、単独で、又は先に論じられた第3の態様の例の1つ以上と組み合わせて、提供されてもよい。
第4の態様では、ガラス物品の製造方法であって、
基板及び/又はシートの接着面を界面活性剤溶液で洗浄する工程、
基板の接着面及び/又は、シート及び/又は基板の接着面を乾燥させる工程、及び
シートを2片以上に破壊することなく、該シートを基板から分離できるように、かつ、ガラス物品が、60℃で30日間のエイジングに供され、次に、空気中、300℃で2時間の焼成期間に供された後に、シート接着面と基板接着面との間の分離結合エネルギーが約800mJ/m未満になるように、基板接着面をシート接着面に非永久的に結合する工程
を含む方法が記載される。
態様4の一例において、基板接着面及びシート接着面は、界面活性剤溶液と接触する。
態様4の一例において、界面活性剤溶液は、界面活性剤を含む洗剤である。
態様4の別の例では、洗浄工程は、基板接着面をシート接着面に結合する前に、基板接着面を界面活性剤溶液で、かつ、シート接着面をスタンダード・クリーン1のプロセスで洗浄する工程を含む。
態様4の別の例では、シートは、約300マイクロメートル以下の厚さを含むガラスシートである。
態様4の別の例では、基板は、シートの厚さより大きい厚さを含む。
態様4の別の例では、基板はガラス基板である。
態様4の別の例では、乾燥後かつ基板をシートに結合する前の基板接着面は、2.5〜3.5の範囲の酸素のケイ素に対する原子比、4〜5の範囲のケイ素の炭素に対する原子比、及び12〜14の範囲の酸素の炭素に対する原子比を含む。
態様4の別の例では、乾燥工程は、約85℃以上の温度で少なくとも約15分間、基板の接着面及びシートの接着面を乾燥させる工程を含む。
態様4の別の例では、乾燥工程は、少なくとも約110℃の温度で少なくとも約15分間、基板の接着面及びシートの接着面を乾燥させる工程を含む。
態様4の別の例では、乾燥工程は、基板の接着面及びシートの接着面を対流乾燥させる工程を含む。
態様4の別の例では、乾燥工程は、基板の接着面及びシートの接着面を対流式オーブン内で乾燥させる工程を含む、。
態様4の別の例では、乾燥工程は、約85℃以上の温度で少なくとも約30分間、基板の接着面及びシートの接着面を乾燥させる工程を含む。
態様4の別の例では、乾燥工程は、基板の接着面及びシートの接着面を対流乾燥させる工程を含む。
第4の態様は、単独で、又は先に論じられた第3の態様の例の1つ以上と組み合わせて提供されうる。
添付の図面は、本明細書に記載される原理のさらなる理解を提供するために含まれ、本明細書に取り込まれてその一部を構成する。図面は、1つ以上の態様又は実施形態を例証しており、その説明とともに、例として、それらの態様又は実施形態の原理及び動作を説明する役割を担う。
上記説明及び他の特徴、態様、及び利点は、以下の詳細な説明を、添付の図面を参照しながら読む場合に、よりよく理解される。
間に洗剤残留物を有する、シートに結合した基板を有する物品の概略的な側面図 図1の物品の分解した部分的切り欠き図 薄いガラスを基板に結合する前に、薄いガラス、基板、又はその両方を洗剤で洗浄した、基板に結合した薄いガラスについての結合エネルギーのグラフ 基板をシートに結合する前に、乾燥した基板の基板接着面から測定した元素の原子比のチャート
以下の詳細な説明では、説明の目的であって限定するわけではないが、特定の詳細を開示する例となる実施形態は、本開示のさまざまな原理及び態様の完全な理解をもたらすために記載される。しかしながら、本開示に記載される実施形態を、本明細書に開示される特定の詳細から逸脱する他の実施形態において実施することができることは、本開示の利益を得ている当業者にとって明白であろう。さらには、よく知られているデバイス、方法及び材料の説明は、本明細書に記載されるさまざまな原理についての説明を不明瞭にしないように、省略される場合がある。最後に、適用可能な場合には、同様の参照番号は同様の要素を指す。
本明細書で用いられる方向についての用語(例えば、上方、下方、右、左、前、後、頂部、底部)は、示される図に関してのみ、なされるのであって、絶対的な方向を暗示するものではない。
範囲は、「約」1つの特定の値から、及び/又は、「約」別の特定の値までとして表すことができる。このような範囲が表される場合、別の実施形態は、その1つの特定の値から、及び/又は、他の特定の値までを含む。同様に、値が先行詞「約」を使用して近似値として表される場合、その特定の値は別の実施形態を形成することが理解されよう。範囲の各々の端点は、他の端点に関連して、及び他の端点とは独立して、の両方で重要であることがさらに理解されよう。
シート上で処理されるデバイスを基板から取り外し、該基板を再利用して、別の又は第2のシートに接着させることができるように、例えばガラスシートなどの基板上の材料のシートを処理し、それによって、シートの少なくとも一部を例えば担体などの基板に「制御可能に結合」させたまま保持するための解決策が提供される。有利な表面形状特性を維持するために、基板は、典型的には、例えばディスプレイグレードのガラス基板などのガラスである。したがって、場所によっては、1回の使用の後に基板を単に廃棄することは浪費的かつ高価である。ディスプレイの製造コストを削減するためには、複数のシートを処理するために基板を再利用できることが望ましい。したがって、本開示は、加工ラインの高温又は過酷な環境でシートを処理することを可能にし、さらには、シート又は基板に損傷を与える(例えば、基板及びシートの一方が2片以上に破損又は亀裂する)ことなく、基板からシートを容易に取り外し可能にし、それによって、基板を再利用可能にする、物品及び方法について記載する。例えば、高温処理は、約300℃以上の温度で処理する工程を含んでよく、製造されるデバイスのタイプに応じて変動しうる。例えば、本明細書で用いられる高温処理は、最高で約350℃、約400℃、約450℃、又は約500℃の温度を含みうる。
図1及び2に示されるように、ガラス物品1は、厚さ18を有し、かつ、シート20(例えば、薄いガラスシート、例として、例えば300、250、200、190、180、170、160、150、140、130、120、110、100、90、80、70、60、50、40、30、20、又は10マイクロメートルなど、約10マイクロメートル〜約50マイクロメートル、約50マイクロメートル〜約100マイクロメートル、約100マイクロメートル〜約150マイクロメートル、約150マイクロメートル〜約300マイクロメートルの範囲の厚さを含むがこれらに限られない、約300μm以下の厚さ28を有する薄いガラスシートなど)、並びに、厚さ16を有する基板10(すなわち、担体)を備えている。
シート20自体は、約300マイクロメートル以下であるが、ガラス物品1は、例として、例えば0.4mm、0.5mm、0.6mm、0.7mm、0.8mm、0.9mm、1.0mm、1.1mm、1.2mm、又は1.2mm超など、およそ約0.4ミリメートル(mm)以上のものなど、より厚いシート用に設計された装置でのシート20の処理を可能にするように配置される。厚さ16と28の合計である厚さ18は、例えば、電子デバイス構成要素をシート上に置くように設計された装置など、一台の装置で処理するように設計された、より厚いシートのものと同等でありうる。ある例では、処理装置が700マイクロメートルの厚さのシート用に設計されており、かつ、シートが300マイクロメートルの実際の厚さ28を有していた場合、シート20及び/又は基板10上の残留界面活性剤を無視できると仮定して、厚さ16には、400マイクロメートルが選択されるであろう。すなわち、シート20又は基板10上の残留界面活性剤は、層でありうるが、表面の間に配置されていても顕著な追加の厚さを付与しない。再利用可能な基板を提供する場合、界面活性剤は、接着面14(及び/又は表面24)上に均一に配置されうる。残留界面活性剤の存在は、例えば、飛行時間型二次イオン質量分析法(ToF Sims)などの表面化学分析によって検出することができる。本明細書に記載されるように、接着面(すなわち、14、24)上の残留界面活性剤又は界面活性剤層は、シート又は基板に無視できる厚さをもたらす。
基板10は、第1の表面12及び接着面14を有している。基板10は、ガラスを含めた任意の適切な材料でありうる。基板は、例えば、セラミック、ガラス−セラミック、又は金属などの非ガラス材料を含みうる(表面エネルギー及び/又は結合は、ガラス担体に関連して後述されるものと同様の方法で制御することができるため)。ガラスでできている場合、基板10は、アルミノケイ酸塩、ホウケイ酸塩、アルミノホウケイ酸塩、ソーダ石灰ケイ酸塩(すなわちソーダ石灰)を含めた任意の適切な組成物のものであってよく、その最終的な用途に応じて、例えば、Gorilla(登録商標)ガラスなどのアルカリ含有、又はアルカリ非含有(すなわち、ディスプレイグレードのガラス)のいずれかであってよい。幾つかの例では、基板10は、例えばシリコンウエハなどのケイ素を含みうる。厚さ16は、例えば0.2、0.3、0.4、0.5、0.6、0.65、0.7、1.0、1.5、2.0、2.5又は3mm、若しくはそれ以上など、約0.2〜3mm、若しくはそれ以上であってよく、厚さ28と、上述のようには無視できない場合には残留界面活性剤とに応じて決まる。幾つかの実施形態では、基板10は、図示されるように一層でできていてもよく、あるいは、互いに結合した(永久的又は非永久的のいずれかで)複数の層(複数の薄いシートを含む)でできていてもよい。さらには、基板は、例えば、第2世代、第3世代、第4世代、第5世代、第8世代、又はそれを超えるなど、第1世代サイズ以上のものでありうる(例えば、100mm×100mmから3メートル×3メートルまで、又はそれより大きいシートサイズ)。基板10は、シート20未満、シート20と同等、又はシート20を超える外径又は面積を有しうる。
シート20は、第1の表面22及び、基板接着面14に結合する接着面24を有する。接着面間の結合は、例えばシートと基板をともに結合する前のいずれかの接着面上における、残留界面活性剤の存在の影響を受ける。接着面間の結合はまた、残留洗剤及び/又はSC1残留物による影響も受ける場合がある。基板及びシートの外周は、任意の適切な形状であってよく、互いに同じであっても、あるいは、上記のように互いに異なっていてもよい。さらには、シート20は、ガラス、セラミック、ガラス−セラミック、又は金属を含めた任意の適切な材料のものでありうる。基板10について上述したように、ガラスでできている場合、シート20は、アルミノケイ酸塩、ホウケイ酸塩、アルミノホウケイ酸塩、ソーダ石灰ケイ酸塩を含めた任意の適切な組成物のものであってよく、その最終的な用途に応じて、例えば、Gorilla(登録商標)ガラスなどのアルカリ含有、又はアルカリ非含有(例えばディスプレイグレードのガラス)のいずれかであってよい。一例では、シート20は、電子デバイス(例えば、ハンドヘルドデバイス)のためのガラスカバーでありうる。幾つかの例では、薄いシート20は、例えばシリコンウエハなどのケイ素を含みうる。薄いシート20の熱膨張係数は、高温での処理の間の物品の反りを減らすために、基板10のものと実質的に同じでありうる。シート20の厚さ28は、上記のように300マイクロメートル以下である。さらには、シートは、例えば、第2世代、第3世代、第4世代、第5世代、第8世代、又はそれを超えるなど、第1世代サイズ以上のものでありうる(例えば、100mm×100mmから3メートル×3メートルまで、又はそれより大きいシートサイズ)。
ガラス物品1は、既存の装置での処理に対応する厚さを有してよく、また同様に、処理が行われる過酷な環境を耐え抜くことができる。例えば、処理には、例えば、10分〜4時間、20分〜2.5時間、30分〜2時間、又は60〜90分間などの通常の時間にわたって処理する、湿式超音波、真空、及び高温(例えば、≧220℃、≧250℃、≧300℃)処理が含まれうる。一処理において、該処理は、コーティング(例えば、保護コーティング、耐引っ掻き性コーティング)を、シート20、例えば、シート20の接着面24とは反対側の表面22などに施す、蒸着又は真空蒸着を含みうる。一例において、物品は、200〜300℃の範囲の温度における真空蒸着スパッタリング処理に供されうる。幾つかの処理については、上記のように、温度は、≧300℃、≧350℃、≧400℃、≧450℃、及び最高で500℃でありうる。処理中のガラス物品の配置は任意の適切な変形を含んでもよく、例えば、物品を、水平位置で平坦に置いてもよく、あるいは、垂直方向又は略垂直方向に配置してもよい。
物品1が処理される過酷な環境を耐え抜くために、接着面14は、シート20が基板10から分離しないように、十分な強度で接着面24に結合されるべきである。また、この強度は、シート20が処理中に基板10から分離しないように、高温処理全体にわたって維持されるべきである。さらには、シート20を基板10から取り外し可能にするために(例えば、基板10を再利用できるように)、接着面14は、初期に設計された結合力、及び/又は、例えば、物品が、高温、すなわち≧300℃〜≧500℃の高温での処理を被る場合、又は物品をエイジングする場合に生じうる、初期に設計された結合力の変更から生じる結合力のいずれかによって、接着面24にあまり強力に結合されるべきではない。界面活性剤の存在を利用して、これらの目的の両方を達成するように、接着面14と接着面24との間の結合強度を制御することができ、例えば、シート20と基板10とをともに結合してガラス物品1を形成する前に、接着面14、24の一方又は両方が、それらの上に界面活性剤を有していてもよい。制御された結合力は、シート20及び基板10の極性及び非極性の表面エネルギー成分を調節することによって制御される、全結合エネルギーに対するファンデルワールス(及び/又は水素結合)エネルギー及び共有引力エネルギーの寄与を制御することによって、達成される。この制御された結合は、例えば、約300℃以上の温度、及び幾つかの事例では、約300℃以上、約350℃以上、約400℃以上、約450℃以上、及び最高で約500℃の処理温度を含む処理を耐え抜くのに十分に強く、かつ、シートを分離するのに十分な力であるが、シート20及び/又は基板10に著しい損傷を生じない力を印加することによって、剥離可能に維持されうる。例えば、この力は、シート20又は基板10のいずれをも破壊すべきではない。このような剥離は、シート20と、その上に作製される、例えばTFTデバイスなどのデバイスとを基板10から取り外し可能にし、また、担体としての又は別の目的のための基板10の再利用も可能にする。
接着面14、24のいずれか、又はその両方の上に存在する界面活性剤は、例えば洗浄浴(wash bath)中で堆積させると、均一に堆積させることができるが、このような残留界面活性剤は、幾つかの事例では均一である必要はなく、接着面14又は24の全体を完全に覆わなくてもよい。例えば、被覆率は、例えば、接着面14又は24の約1%〜約100%、約10%〜約100%、約20%〜約90%、又は約50%〜約90%など、≦100%でありうる。界面活性剤は、たとえシート10と基板20のどちらかと接触しない場合であっても、シート10と基板20との間に配置されるとみなすことができる。界面活性剤層の別の態様では、界面活性剤は、接着面14が接着面24と結合する能力を修正し、それによって、シート10と基板20との結合の強度を制御する。材料、及び界面活性剤の量、並びに結合前の接着面14、24の処理を利用して、シート10と基板20との結合の強度(接着のエネルギー)を制御することができる。
界面活性剤の適用
シート20、基板10、又はその両方を界面活性剤溶液で清浄化又は洗浄して、接着面14、24、又はその両方に界面活性剤を施すことができる。例えば洗剤溶液などの界面活性剤溶液は、1つ以上の界面活性剤を含みうる。例えば、界面活性剤は、ジエタノールアミド及びその誘導体(例えば、ココナッツジエタノールアミド)、ポリエチレングリコール、4−ノニルフェニル−ポリエチレングリコール、ビスフェノールAエトキシレート、オクトキシノール−9、オクチルフェノールエトキシレート、及びそれらの組合せから選択されうる。界面活性剤溶液は、1つ以上の界面活性剤を、濃縮した又は希釈した質量パーセンテージで含むことができ、例えば、1つ以上の界面活性剤は、約0.1又は0.5〜約99質量パーセントの範囲、又は約1〜75質量パーセントの範囲、約2〜約50質量パーセントの範囲、約5〜約30質量パーセントの範囲、例えば8、10、15、20、又は25質量パーセントなどでありうる。界面活性剤溶液は、液体担体などの当技術分野で知られている通常の成分をさらに含みうる。
1つ以上の接着面14、24に界面活性剤を施すため、シート20及び基板10を、界面活性剤溶液と接触させてもよい(例えば、リンス、浸漬又はディップコーティング、噴霧、スピンコーティング等)。幾つかの実施形態では、シート20及び基板10は、界面活性剤溶液中に沈漬又は浸漬されうる。界面活性剤溶液は、1つ以上の接着面、例えば14、24に対する界面活性剤溶液の運動を生成するように、攪拌又は混合されてもよい。界面活性剤溶液に流体流を生成するために、通常の混合方法を使用することができる。ポンプ、羽根車、加振源(例えば超音波)を使用して、流体流を生成してもよい。シート20、基板10、又はその両方を、界面活性剤溶液と、例えば、約1〜約60分間、又は少なくとも1、2、3、5、10、15又は20分間などの所定の時間、接触させてもよい。界面活性剤溶液との接触により、接着面(例えば、接着面14、24)に、界面活性剤溶液由来の界面活性剤残留物によって部分的な不動態化を生じ、したがって、シート20と基板10との結合中のヒドロキシル基からの永久的な共有結合(例えば、Si−O−Si)の形成を最小限に抑えることができると考えられる。
幾つかの実施形態では、シート20のみが界面活性剤溶液と接触して、シートの接着面24上に残留界面活性剤を付与する。基板接着面14、シート接着面24、又はその両方は、スタンダード・クリーン1(SC1)処理によって洗浄することができる。スタンダード・クリーン1は、典型的には、ベアガラス、ケイ素、又はシリコンウエハを熱成長酸化物又は堆積酸化物で洗浄するために半導体産業で用いられる、よく知られている化学的組合せである。洗浄処理は、基板を水酸化アンモニウム:水:30%の過酸化水素の1:5:1溶液中にディッピングする工程を必然的に伴いうる。SC1溶液の別の例は、水酸化アンモニウム:脱イオン水:30%の過酸化水素の1:20:4溶液を含みうる。次に、SC1処理を完了させるために、溶液の温度を70℃へと10〜30分間、上昇させてもよい。幾つかの実施形態では、基板接着面14は、基板の接着面14上に残留界面活性剤を付与するために、界面活性剤溶液と接触させてもよく、シート20はSC1処理によって洗浄される。さらに幾つかの実施形態では、シート20及び基板10はいずれも、界面活性剤溶液と接触し、表面14、24のいずれも結合前にSC1処理で洗浄されない。
シート20、基板10、又はその両方を、界面活性剤溶液と接触させた後に、1回以上リンスしてもよい。リンス液は水(例えば、脱イオン(DI)水)であってよく、シート20及び基板をリンス液にディッピングするか、あるいはそれを噴霧してもよい。幾つかの実施形態では、リンスには、シート20又は基板10のクイックダンプリンスが含まれうる。複数回のクイックダンプリンスを使用してもよい(例えば、少なくとも2、3、4又は5回のクイックダンプリンス)。
シート20及び基板10は、リンス後にさらに乾燥されうる。例えば、基板及びシートの接着面14、24を、約20分〜約5時間、又は約30分〜約2時間、例えば、35、40、45、50、55又は60分間、あるいは、接着面が乾燥し、リンス水又は他の液体を含まないように見えるまで、周囲空気または加熱空気中で空気乾燥させてもよい。空気乾燥と組み合わせて、又は空気乾燥工程を除外して、シート20及び基板10を他の方法で乾燥させてもよい。例えば、シート20又は基板10がホットプレート表面に配置されるように、ホットプレートを使用してもよい。ホットプレートは、所定の乾燥温度、例えば、約75〜約200℃の範囲、例えば少なくとも80、85、90、95、100、105、110、115、120、125、130、140、150、又は160℃に調整することができる。シート20又は基板10を、例として、例えば少なくとも約10、15、20、25、又は30分間、若しくはそれより長時間など、所定の時間、ホットプレートと接触させて、接着面を乾燥させてもよい。別の例では、シート20及び基板10は、ホットプレートについて上述した温度及び時間で、静的又は対流式オーブン内で乾燥させてもよい。必要に応じて、乾燥工程において空気の代わりに窒素を利用してもよい。
一例では、シート20と基板10との結合前に、接着面14、24を乾燥させるために、シート20、基板10、又はその両方を、少なくとも85℃の温度で少なくとも15又は30分間、乾燥させてもよい。別の例では、乾燥温度を、少なくとも110℃まで、少なくとも15又は30分間、上昇させてもよい。さらなる例では、シート及び基板は、例えば対流式オーブン内で、対流乾燥される。接着面14、24の乾燥後、シートと基板は、ともに結合されうる。例えば、シート20及び基板10は、乾燥後にそれらをともに結合する前に、接着面を処理するための追加の工程又は処理なしに、ともに結合されうる。
シートと基板とがともに結合された後、物品は、例えば予備焼成又は予備処理工程において、接着を高めるために、任意選択的にさらに処理されてもよい。例えば、物品は、該物品をしばらくの間、加熱することによって処理されうる。加熱工程は、物品を、50℃〜250℃の範囲の温度、若しくは100℃、150℃、又は200℃に、10〜60分間、20〜40分間、又は30分間、供する工程を含みうる。加熱工程は、上述の温度及び時間で静的又は対流式オーブン内で、若しくは、代替的に、例えば、ホットプレート又は加熱炉などの他の通常のデバイスにおいて、達成されうる。
界面活性剤層の表面エネルギー
界面活性剤層は、一表面(極性及び分散成分を含む)について測定して、約48〜約75mJ/mの範囲の表面エネルギーを有する接着面をもたらしうる。
概して、界面活性剤層の表面エネルギーは、適用又は堆積される際に測定されうる。さらなる表面活性化工程の前の堆積されたままの界面活性剤の表面エネルギーは、約65〜約74mJ/m、又は約68〜約72mJ/mの範囲、若しくは、約69、70又は71mJ/mであり、これは、ガラシシートとの良好な自己伝播結合をもたらし、それによって、物品を組み付けるための生産時間が妥当かつ費用対効果の高いものになる。両方の表面エネルギー範囲(堆積されたままの−界面活性剤の適用後を意味する)はまた、2つの物品が互いに永久的に結合することを防ぐように、高温での結合を制御するのに有効でありうる。界面活性剤層表面の表面エネルギーは、空気中で固体表面上に個別に堆積された3つの液体、すなわち、水、ジヨードメタン、及びヘキサデカンの静的接触角度を測定することによって、間接的に測定される。本明細書に開示される表面エネルギーは、以下に記載されるように、Wuモデルに従って決定した(S. Wu, J. Polym. Sci. C, 34, 19, 1971参照)。Wuモデルでは、全成分、極性成分、及び分散成分を含めた表面エネルギーは、3つの試験液体:水、ジヨードメタン、及びヘキサデカンの3つの接触角度に理論モデルをフィットさせることによって測定される。3つの液体の接触角度の値から、回帰分析を行って、固体表面エネルギーの極性成分及び分散成分を計算する。表面エネルギー値の計算に用いられる理論モデルには、3つの液体の3つの接触角度の値、及び固体表面の表面エネルギーの分散及び極性成分(下付き文字「S」で示される)、並びに3つの試験液体に関する、次の3つの独立した等式が含まれる:
Figure 2019501098
Figure 2019501098
Figure 2019501098
式中、下付き文字「W」、「D」、及び「H」は、それぞれ、水、ジヨードメタン、及びヘキサデカンを表し、上付き文字「d」及び「p」は、それぞれ、表面エネルギーの分散成分及び極性成分を表す。ジヨードメタン及びヘキサデカンは、本質的に非極性の液体であることから、上記等式のセットは次のように簡略化される:
Figure 2019501098
Figure 2019501098
Figure 2019501098
上記3つの等式のセット(4〜6)から、2つの未知のパラメータである、固体表面の分散及び極性表面エネルギー成分、
Figure 2019501098
を、回帰分析で計算することができる。しかしながら、この手法では、固体表面の表面エネルギーを測定することができる限界最大値が存在する。その限界最大値は、水の表面張力であり、約73mJ/mである。固体表面の表面エネルギーが水の表面張力よりも明らかに大きい場合、表面は水で完全に湿り、それによって接触角度がゼロに近づく。したがって、この表面エネルギーの値を超えると、計算される表面エネルギー値はすべて、実際の表面エネルギー値にかかわらず、約73〜75mJ/mに相当するであろう。例えば、2つの固体表面の実際の表面エネルギーが75mJ/m及び150mJ/mならば、液体接触角度を使用する計算値は、両表面について、約75mJ/mになるであろう。
したがって、本明細書に開示される接触角度はすべて、空気中で固体表面に液滴を置き、接触線における固体表面と液体−空気界面との角度を測定することによって測定される。したがって、表面エネルギー値が55mJ/m〜75mJ/mであると主張された場合、これらの値は、上述の方法に基づいて計算された表面エネルギー値に対応し、計算値が実際の表面エネルギー値に近づく場合に75mJ/mを超えうる、実際の表面エネルギー値ではないことが理解されるべきである。
基板に対するシートの結合エネルギー
概して、2つの表面間の接着のエネルギー(すなわち、結合エネルギー)は、二重片持ち梁方法又はくさび試験によって測定することができる。これらの試験は、改質層/第1のシートの界面における、接着剤結合の結合部の力及び効果を定性的方法でシミュレートするものである。くさび試験は、結合エネルギーの測定に一般に用いられる。例えば、ASTM D5041、ボンドジョイントにおける接着剤の劈開における破壊強度の標準試験法(Standard Test Method for Fracture Strength in Cleavage of Adhesives in Bonded Joints)、及びASTM D3762、アルミニウムの接着結合耐久性の標準試験法(Standard Test Method for Adhesive-Bonded Surface Durability of Aluminum)は、くさびを用いて基板の結合を測定するための標準試験法である。また、例えば、くさび試験を使用して結合強度を測定する1つの方法は、この試験を、本明細書で論じられる結合エネルギーを測定するために使用した、2015年8月5日出願の米国仮特許出願第62/201,245号明細書に記載されている。
試験方法の概要は、例えば研究室における温度及び相対湿度など、試験が行われる温度及び相対湿度を記録することを含む。シートは、シート20と基板10との間の結合を破壊するように、局所的にガラス物品の隅部で徐々に分離される。鋭い剃刀、例えば228±20μmの厚さのGEM銘柄の剃刀などを使用して、基板からのシートの局所的分離を開始することができる。最初の局所的分離の形成において、接着を疲労させるために、瞬間的な持続的圧力が必要とされうる。分離フロント(薄いシート及び基板が互いに結合したまま保持される領域から、薄いシートと基板との間の分離領域を画定する線)が、分離が増加するように伝播することが観察されうるまで、アルミニウムタブを取り外した平らな剃刀を、シートと基板との間にゆっくりと挿入することができる。局所的分離を誘起するために、平らな剃刀を大幅に挿入する必要はない。ひとたび局所的分離が形成されたら、ガラス物品は、局所的分離を安定化させるために、少なくとも5分間、休止させてよい。例えば50%を上回る相対湿度などの高湿度環境では、より長い休止時間が必要とされうる。
局所的分離が発達したガラス物品は、局所的分離の長さを記録するために、顕微鏡を用いて評価される。局所的分離の長さは、基板からのシートの末端分離点(すなわち、剃刀の先端から最も離れた分離点)と、剃刀の最も近い非テーパ部分とから測定される。局所的分離の長さは、記録されて、結合エネルギーを計算するために、次の等式に用いられる。
γ=3t w1 w2 /16L(Ew1 +Ew2
式中、γは、結合エネルギーを表し、tは、ブレード、剃刀又はくさびの厚さを表し、Eはシート20(例えば、薄いガラスシート)のヤング率を表し、tw1は、シートの厚さを表し、Eは、基板10(例えば、ガラス担体)のヤング率を表し、tw2は、基板10の厚さを表し、Lは、上述した、ブレード、剃刀、又はくさびの挿入の際のシート20と基板10との間の局所的分離の長さを表す。
結合エネルギーは、ウエハの初期水素結合対(本明細書に記載されるように処理されない)が加熱されて、シラノール−シラノール水素結合の多くまたは全てをSi−−O−−Si共有結合に変換する、シリコンウエハ結合のように挙動すると理解される。初期の室温での水素結合は、結合表面の分離を可能にする、約100〜200mJ/mほどの結合エネルギーを生じるのに対し、高温処理(およそ400〜800℃)の間に達成される完全に共有結合したウエハ対は、結合表面の分離ができない、約2000〜3000mJ/mの接着エネルギーを有し、代わりに、2つのウエハはモノリスとして機能する。他方では、両表面が、下地基板の効果を遮蔽するのに十分に大きい厚さを有する、例えばフルオロポリマーなどの表面エネルギーが低い材料で完全にコーティングされている場合、接着エネルギーは、コーティング材料のものであろうし、接着面14、24の間の接着性が低くなるか、又はなくなるほどに非常に低くなるであろう。したがって、シート20は基板10上で処理できなくなるであろう。2つの極端な事例を考慮する:(a)水素結合を介して室温でともに結合された(したがって、接着エネルギーは約100〜200mJ/mである)シラノール基で飽和された、2つのSC1で洗浄したガラス表面であって、その後に、シラノール基をSi−−O−−Si共有結合へと転換する(したがって、接着エネルギーは2000〜3000mJ/mになる)温度へと加熱した、ガラス表面。この後者の接着エネルギーは、ガラス表面の対にとって、表面のいずれも2片以上に破壊することなく取り外し可能にするには、高すぎる、すなわち、結合は、永久的である;及び、(b)室温で結合され、高温へと加熱された、低い表面接着エネルギー(1表面あたり約12−20mJ/m)を有するフルオロポリマーで完全にコーティングされた2つのガラス表面。この後者の事例(b)では、低温において表面が結合しない(約24〜40mJ/mの全接着エネルギーは、表面を重ねた場合に、低すぎるため)だけでなく、それらは、極性反応基が少なすぎるため、高温でも結合しない。これら2つの極致の間に、所望の程度の制御された結合を生成することができる、例えば約50〜約1000mJ/mなど、ある範囲の結合エネルギーが存在する。したがって、本発明者らは、約50〜約1000mJ/mの結合エネルギーをもたらし、かつ、フラットパネルディスプレイ処理の過酷さを通じて互いに結合した一対のガラス基板(例えばガラス担体10と薄いガラスシート20)を維持するのに十分であるが、処理の完了後に基板10からシート20を取り外しできる程度(例えば≧300℃〜500℃の高温処理の後でさえも)の制御された接着を生じることができるように、接着面14、24を処理するさまざまな方法を見出した。さらには、基板10からのシート20の取り外しは、機械的力によって、かつ、少なくともシート20に著しい損傷がないような方法で、好ましくは基板10にも著しい損傷がないように、行うことができる。
適切な結合エネルギーは、界面活性剤の選択使用、すなわち、接着前の表面の界面活性剤溶液処理によって達成することができる。適切な接着結合エネルギーは、接着面14及び接着面24の一方又は両方のための1つ以上の界面活性剤改質剤の選択によって得ることができ、これらの界面活性剤は、高温処理(例えば、およそ≧300℃〜500℃)の結果として得られるファンデルワールス(及び/又は水素結合、これらの用語は明細書全体を通して交換可能に用いられる)接着エネルギーを制御する。
界面活性剤層のガス放出
典型的なウエハ結合用途に用いられるポリマー接着剤は、概して、10〜100μmの厚さであり、それらの温度限界又はその付近においてそれらの質量の約5%を失い、材料及びガスの放出が低減されたより薄い層と比較して、処理装置に汚染の増加を生じる可能性がある。厚いポリマーフィルムから進化した、このようなより厚い材料については、質量分析法によって質量損失又はガス放出の量を定量化することは容易である。他方では、望ましくは、ガス放出が低減され、かつ、処理装置の汚染が減じられた、例えば、上述の界面活性剤残留物又は層などの約10〜約100nm程度又はそれ未満の厚さの薄い表面処理からのガス放出の測定は、より困難である。このような材料については、質量分析法は十分に感受性ではない。しかしながら、ガス放出を測定するための多くの他の方法が存在する。
少量のガス放出を測定する試験#1は、組み付けられた物品、すなわち、薄いガラスシートが、試験される界面活性剤層を介してガラス担体に結合されているものに基づいており、気泡又は気泡面積のパーセント変化を使用してガス放出を決定する。ガラス物品の加熱中に、担体と薄いシートとの間に、界面活性剤層のガス放出を示唆する気泡が形成された。薄いシートの下でのガス放出は、薄いシートと担体との強い接着によって制限されうる。それでもなお、≦10nmの厚さの層(例えば、界面活性剤残留物)は、絶対質量損失が小さいにもかかわらず、熱処理中に、依然として気泡を生成しうる。また、薄いシートと担体との間における気泡の生成は、パターンの生成、フォトリソグラフィ処理、及び/又は、薄いシート上へのデバイスプロセス中の位置合わせに問題を引き起こす可能性がある。加えて、薄いシートと担体との結合領域の境界における気泡発生は、1つのプロセスからのプロセス流体が、その1つのプロセスにおいて気泡に入り、気泡を下流プロセスに残して、下流プロセスを汚染するという問題を引き起こす可能性がある。≧10又は≧5の気泡面積のパーセント変化は有意であり、ガス放出が示唆され、これは望ましくない。他方では、≦3又は≦1の気泡面積のパーセント変化は有意ではなく、ガス放出がなかったことが示唆される。
手動での結合を用いた、class1000クリーンルーム内での結合したガラスシートの平均気泡面積は、約1%である。結合シートにおける気泡のパーセントは、第1のシート、第2のシート、及び表面処理の清潔さの関数である。これらの初期欠陥は、熱処理後の気泡成長のための核生成部位として作用することから、約1%未満の加熱処理の際の気泡面積の変化は、試料調製の変動性の範囲内にある。この試験を実施するために、透過ユニットを備えた市販のデスクトップスキャナ(Epson Expression 10000XL Photo)を使用して、結合直後の第1のシートと第2のシートの結合領域の第1のスキャン画像を作成した。物品を、508dpi(50μm/ピクセル)及び24ビットRGBを使用し、標準的なEpsonソフトウェアを使用してスキャンした。画像処理ソフトウェアは、最初に、必要に応じて、試料の異なるセクションの画像を単一の画像へとステッチングし、スキャナのアーチファクトを除去する(スキャナ内で試料なしで実行される、較正基準スキャンを使用することによる)ことによって画像を準備する。次に、例えば閾値処理、ホールフィリング処理、収縮/膨張処理、及びブロブ解析などの標準的な画像処理技術を使用して、結合領域を解析する。Epson Expression 11000XL Photoも、同様の方法で使用することができる。透過モードでは、結合領域の気泡がスキャン画像に表示され、気泡面積の値を決定することができる。次に、気泡面積を全結合領域(すなわち、薄いシートと担体との合計重複面積)を比較して、全結合領域に対する結合領域における気泡のパーセント面積を計算する。次いで、試料は、Modular Process Technology社(MPT、米国カリフォルニア州サンノゼに事業所を有する)から市販されるMPT−RTP600s Rapid Thermal Processingシステムで、N雰囲気下、300℃、400℃、及び500℃の試験限界温度で、最長で10分間、加熱処理される。具体的には、実行された時間−温度サイクルは次を含んでいた:室温及び大気圧において加熱チャンバ内に物品を挿入;次に、チャンバを毎分9℃の速度で試験限界温度へと加熱した;チャンバを試験限界温度で10分間、保持した;次に、チャンバを、約200℃まで約1分間にわたり加熱炉速度で冷却した;物品をチャンバから取り出し、室温へと放冷した;次に、光学スキャナを用いて、物品に2回目のスキャンを行った。次に、2回目のスキャンから得られたパーセント気泡面積を上記のように計算し、第1のスキャンから得られたパーセント気泡面積と比較して、気泡面積のパーセント変化を決定した。上記のように、≧5〜10%の気泡面積の変化は有意であり、ガス放出が示唆される。元のパーセント気泡面積のばらつきの理由から、気泡面積のパーセント変化を測定基準として選択した。すなわち、薄いシート及び担体の調製後かつそれらの結合前の取扱い及び清潔さに起因して、ほとんどのコーティング層は、第1のスキャンにおいて約2%の気泡面積を有する。しかしながら、材料間にはばらつきが生じることがある。
気泡面積のパーセント変化などの測定されたパーセント気泡面積は、第1のシート接着面と接触しない界面活性剤層接着面の総表面積のパーセントとして特徴づけることもできる。上述したように、第1のシートと接触していない界面活性剤接着面の総表面積のパーセントは、ガラス物品が、毎分9℃の速度で、それらの間の任意の範囲及び部分範囲を含めて、室温から300℃、370℃、400℃、及び最高で500℃まで循環されるチャンバ内での加熱、次に、その試験温度で10分間保持した後にチャンバを約200℃へと約1分間冷却し、物品をチャンバから取り出してガラス物品を室温へと放冷することによる、温度サイクルに供された後に、望ましくは、10%未満、5%未満、3%未満、1%未満、及び最低で0.5%未満である。本明細書に記載される界面活性剤層は、ガラス物品が上記温度サイクル及び熱試験に供された後に、第1のシートを2片以上に破壊することなく、第1のシートを第2のシートから分離可能にする。
このような処理(≧300℃〜550℃の温度での処理を含む)の後に薄いシート20を基板10から取り外すことができる(シート20及び/又は基板10を損傷することなく)と同時に、特定の接着面処理及び界面活性剤の存在によって、シート20を基板10に高温処理全体を通じて結合したまま保持できる可能性を評価するために、次の試験を行った。薄いガラスは、高い表面エネルギーと一致する非常に速い結合速度で、界面活性剤処理した接着面に非常によく接着することが観察された。また、速い結合速度は、全体の処理時間を短縮し、及び/又は、物品1の生産のスループットを向上させるという製造上の利点を有する。よって、迅速な結合速度を促進する初期の表面エネルギーは有利である。
図3は、界面活性剤で処理された、500μmの厚さを有するCorning(登録商標)Eagle XG(登録商標)担体に結合した100μmの厚さを有する薄いガラスシートについての結合エネルギーの発生を示している。担体を界面活性剤で処理し、それらを薄いガラスシートに結合するために、以下の手順を使用した。ステップ1:薄いガラスシート及び担体を、10分間、超音波処理(40KHz)を用いて室温において洗剤/界面活性剤で洗浄する。ステップ2:薄いガラスシート及び担体を両方とも、3回のクイックダンプリンス処理によって脱イオン水でリンスする。ステップ3:薄いガラスシート及び担体を両方とも、オーブン内に配置し、約15〜20分間、乾燥するまで110℃の温度で加熱する。ステップ4:薄いガラスシート及び担体試料の冷却後、薄いガラスシートを担体上に配置し、該担体に結合させる。担体と結合した薄いガラスの結合エネルギー(mJ/m)は、室温における約100mJ/m以下(試料1)から、300℃で加熱時の約350mJ/m未満へと上昇する。例えば、ダイヤモンドの形で示されたデータ点は、Fisherbrand社のVersa−Clean(商標)で処理された薄いガラスシート及び担体はいずれも剥離可能であり、ガラス物品が次の条件に供された後に、350mJ/m未満の結合エネルギーを有することを示している:空気中、200℃で1時間(試料2);空気中、200℃で1時間、かつ60℃で30日間のエイジング(試料3);空気中、200℃で1時間の後に、空気中、300℃で2時間、かつ60℃で30日間のエイジング(試料4);及び、空気中、200℃で1時間の後に、空気中、300℃で2時間、60℃で30日間のエイジング、次に、空気中、300℃で2時間のさらなる加熱処理(試料5)。同様のデータ点が、他のガラス物品の同じ4つの条件について示されている。四角のデータ点は、SC1で洗浄された薄いガラスシートとFisherbrand社のVersa−Clean(商標)で処理された担体とでできたガラス物品を表している。三角のデータ点は、両方ともSEMICLEAN KG(商標)で処理された薄いガラスシートと担体とでできたガラス物品を表しているのに対し、「×」のデータ点は、SC1で洗浄された薄いガラスシートと、SEMICLEAN KG(商標)で処理された担体とでできたガラス物品を表している。
別の例では、担体と接着した薄いガラスの結合エネルギー(mJ/m)は、室温における約135mJ/mから300℃で加熱時の約800mJ/m未満へと上昇する。第2世代サイズ(370×470×1.1mm)のCorning(登録商標)Eagle XG(登録商標)担体基板の16の試料を、上記と同様の方法でSEMICLEAN KG(商標)を用いて洗浄した。16の薄いCorning(登録商標)Willow(登録商標)ガラスシート(各340×440×0.1mm)を、それぞれ16の担体試料に接着させて、16のガラス物品を形成した。ガラス物品の加熱前の平均結合エネルギーは、室温で135mJ/mであった。8つのガラス物品を、空気中、200℃で30分間の加熱に供し、残りの8つの物品を、空気中、300℃で30分間の加熱に供した。200℃で加熱した試料についての平均結合エネルギーは575mJ/mであり、300℃で加熱した試料についての平均結合エネルギーは735mJ/mであった。試料をすべて剥離し、薄いガラスシートを損傷又は破損させることなく、担体から薄いガラスを取り外した。担体から薄いガラスを剥離させるために、金属ブレードを、薄いガラスシートと担体との間の界面に、それらの隅部において挿入した。代替的に又は加えて、ブレードを界面に挿入した後に、剥離を容易にするために、テープを使用して、薄いガラス及び担体のうちの1つ以上をしっかりとつかむことができた。当然ながら、他の例では、吸引ステージを使用して、薄いガラスシートと担体を両側から吸引し、次に、制御可能な分離速度下で2つの基板を分離することもできよう。
さらに別の例では、薄いCorning(登録商標)Willow(登録商標)ガラス(0.2mm厚)をCorning(登録商標)Eagle XG(登録商標)担体(0.4mm厚)に結合させて、ガラス物品を形成した。結合前に、薄いガラスをFisherbrand社のVersa−Clean(商標)で洗浄し、次に、脱イオン水で洗浄し、対流式オーブン内において110℃で20分間、乾燥させた。ガラス物品を空気中、450℃で1時間の熱処理に供した。薄いガラスシートを損傷又は破損することなく、薄いガラスを担体ガラスから剥離した(上記と同様の方法で)。追加の薄いWillowガラス(0.2mm厚)シートを、使用済みの担体に結合し、製造の間の担体の繰り返し使用をシミュレートした。全体で、担体を、薄いWillowガラスにさらに9回結合させ、各ガラス物品を、空気中、450℃で1時間の熱処理に供した。追加の9枚の薄いガラスシートの各々を損傷又は破損することなく、薄いガラスシートを先に論じられた方法で担体ガラスから剥離した。
上述の例に示されるように、シート、基板、又はその両方の接着面の界面活性剤処理は、最高で少なくとも500℃に至るまで、例えば、ガラス物品を空気雰囲気中、約200〜約450℃で約30分間〜約2時間保持した後、及び任意選択的に、約30日間にわたって約60℃でエイジングさせた後に、ガラスシートと基板との間の結合エネルギーを約800mJ/m未満、600mJ/m未満、500mJ/m未満、450mJ/m未満、400mJ/m未満、又は350mJ/m未満に一貫して維持する。
別の例では、Corning(登録商標)Eagle XG(登録商標)基板(0.5mm厚)をSC1で洗浄し、乾燥させた。幾つかの基板試料を、超音波処理を用いて、室温で10分間、Fisherbrand社の10%濃度のVersa−Clean(商標)(10%のココナッツジエタノールアミド)でさらに洗浄し、次に、試料を脱イオン水中のクイックダンプリンスに供した。別の試料を、超音波処理を用いて、室温で10分間、0.5%のSEMICLEAN KG(商標)(0.5%の4−ノニルフェニル−ポリエチレングリコール)で洗浄し、次に、脱イオン水中のクイックダンプリンスに供した。下記表1は、110℃で15分間にわたり、対流式オーブン内で基板を保持した後の、基板試料の測定された表面エネルギー(mJ/m)を示している。
Figure 2019501098
基板試料は、69mJ/mを上回る表面エネルギーを示しており、ガラス表面との十分な結合のための接着面の存在が示唆される。脱イオン水を用いた複数回のクイックダンプリンスは、10%濃度のVersa−Clean(商標)で洗浄した基板についての表面エネルギーにおける著しい変化を示さない。表1は、基板上の界面活性剤接着面の堆積されたままの表面エネルギーが約69〜72mJ/mの範囲内でありうることを示している。
さらなる例では、Corning(登録商標)Eagle XG(登録商標)基板(0.5mm厚)及びCorning(登録商標)Willow(登録商標)ガラス(0.1mm厚)シートを、SC1で洗浄し、乾燥させた。基板及びシート試料を、室温で10分間、Fisherbrand社の10%又は0.5%濃度のVersa−Clean(商標)(10%又は0.5%のココナッツジエタノールアミド);若しくは、0.5%のSEMICLEAN KG(商標)(0.5%の4−ノニルフェニル−ポリエチレングリコール)でさらに洗浄し、次に、試料を、脱イオン水中のクイックダンプリンスに供した。試料を20分間、オーブン乾燥し、次に、基板とシートとを結合させて物品を形成した。下記表2は、物品を、300〜400℃の範囲の温度で、10、30及び120分間にわたり、オーブン内に保持した後の物品の基板とシートとの間の測定された結合エネルギー(mJ/m)を示している。
Figure 2019501098
上記表2に示されるように、シートと基板との接着面の界面活性剤処理は、例えば、空気雰囲気中、約300〜約500℃で少なくとも10分間、約30分間、又は約120分間、ガラス物品をオーブン内で保持した後、最高で少なくとも500℃まで、ガラスシートと基板との間の結合エネルギーを、約500mJ/m未満、400mJ/m未満、350mJ/m未満、300mJ/m未満、250mJ/m未満、又は200mJ/m未満に一貫して維持する。
表2の試料17〜24について、気泡面積のパーセント変化を測定した。物品における堆積したままの界面活性剤は、ガラス物品を、空気雰囲気中、350℃〜370℃の温度で30〜120分間、オーブン内で保持した後、次のような気泡面積の変化を示した:試料17−2.2%;試料18−1.7%;試料19−3%;試料20−1.5%;試料21−0.5%、試料22−0%;試料23−1.2%;及び試料24−0.6%、これは、ガス放出が最小であるか又は全くないことと一致する。試験#1を使用して、気泡面積を決定した。図から分かるように、気泡面積のパーセント変化は5%を大きく下回っており、この界面活性剤の適用は、少なくとも約400℃の温度まで、ガラス基板とシートとの結合に有用である。
別の例では、Corning(登録商標)Gorilla(登録商標)基板(2.6mm厚)及びCorning(登録商標)Gorilla(登録商標)ガラス(0.55mm厚)シートをSC1で洗浄し、乾燥させた。基板及びシートの試料を、室温で10分間、Fisherbrand社の5%濃度のVersa−Clean(商標)(5%のココナッツジエタノールアミド)でさらに洗浄し、次に、試料を脱イオン水中のクイックダンプリンスに供した。試料を20分間、オーブン乾燥し、次に、基板とシートとをともに結合して物品を形成した。結合を高めるため、物品を200℃の温度で15分間、オーブン内での前処理工程に供した。下記表3は、物品を、それぞれ、270℃及び230℃の温度で20分間及び2.5時間にわたって、オーブン内に保持した後の該物品の基板とシートとの間の測定された結合エネルギー(mJ/m)を示している。
Figure 2019501098
上記表3に示されるように、シート及び基板の接着面の界面活性剤処理は、例えば、空気中又は窒素雰囲気中、約230〜約270℃で少なくとも20分間又は約2.5時間、ガラス物品をオーブン内で保持した後に、最高で少なくとも300℃まで、ガラスシートと基板との間の結合エネルギーを、約300mJ/m未満、275mJ/m未満、250mJ/m未満、230mJ/m未満、220mJ/m未満、210mJ/m未満、200mJ/m未満、195mJ/m未満、又は190mJ/m未満に一貫して維持する。ガラス物品をオーブン内で保持する前の前処理工程は、基板とシートとの間の結合エネルギーを高めることができ、該前処理工程は、好ましくは、ガラス物品を、例えば200℃など、100℃〜250℃の範囲の温度に加熱する工程、及び該物品を、例えば15〜20分間など、10〜30分間にわたり、この温度範囲で保持する工程を含む。代替的な方法では、乾燥工程及び前処理工程を組み合わせることができる。例えば、ガラス物品は、該物品を例えば200℃など、120℃〜250℃の範囲の温度に加熱し、該物品をこの温度範囲で、例えば30〜40分間など、20〜60分間、保持することによって、乾燥及び前処理することができる。
本明細書に記載される界面活性剤を用いた接着面処理は、シート、基板及びガラス物品を調製するための経済的かつ効率的な方法を提供する。さらには、物品は、少なくとも30日間の後に、ともに永久的に結合されてしまうことを恐れることなく、剥離することができることから、製造及びサプライチェーンは恩恵を享受する。ガラス物品を、例えば、最長で少なくとも30日間など、しばらくの間保管した後に、基板からシートを剥離する能力は、シート又は基板の将来の使用のタイミングに柔軟性を提供する。このような保管期間の柔軟性の利点には、容易な在庫と処理の調整及び、物品の緩衝在庫の蓄積を可能にすることによる、増加した又は予想外の製品ニーズに対処する能力が含まれる。
本発明者らは、高温処理に適した、シート及び基板を備えた物品を、例えば、シート及び/又は基板を界面活性剤溶液と接触させて、接着面を洗浄及び乾燥することによってなど、シート20及び/又は基板10を界面活性剤で処理することによって製造することができることをさらに見出した。上述したように、界面活性剤は、洗浄工程によって接着面上に堆積されて、剥離可能なガラス物品を達成することができる。接着面に残された残留界面活性剤は、例として、シート及び/又は基板の表面に、例えば、炭素、酸素及びケイ素など、ある特定の原子をある原子パーセント比で有することによって、シート20と基板10都の所望の結合を達成する。シートと基板とを結合する前に、X線光電子分光法(XPS)を使用して、残留界面活性剤の表面組成物及び接着面組成物を決定することができる。XPSが表面高感度技術であり、サンプリング深度がおよそ数ナノメートルであることは注目に値する。
一例において、接着面の結合前かつ乾燥後の接着面(すなわち、14、24)における原子パーセント比が図4に示されている。ココナッツジエタノールアミド及び直鎖アルコールエトキシレート界面活性剤を含むFisherbrand社のVersa−Clean洗剤中で基板を洗浄する(上記と同様の方法で)ことによって、0.4mmの厚さを有するCorning(登録商標)Eagle XG(登録商標)ガラス基板に界面活性剤を施した。基板を洗剤溶液中に浸漬し、超音波エネルギーに供した。基板を取り出し、脱イオン水を用いたクイックダンプリンスで3回洗浄し、次に、オーブン内で対流乾燥させた。1つの基板を、80℃で15分間(物品1)、1つを115℃で15分間(物品2)、及び1つを140℃で15分間(物品3)、乾燥させた。他の界面活性剤も、本明細書に示されかつ記載される結果と同様の結果を生じるであろうと考えられる。
接着面上に堆積されると、該接着面上に存在する残留界面活性剤は、約2.8の又は2.5〜3.5の範囲の酸素のケイ素に対する原子比、約4.5の又は4〜5の範囲のケイ素の炭素に対する原子比、及び約12.8の又は12〜14の範囲の酸素の炭素に対する原子比を含み、ここで、ケイ素、酸素及び炭素の間の原子比は、乾燥したままの、基板をシートに結合する前の基板の基板接着面から測定される。図4から分かるように、表面組成は80℃〜140℃の乾燥温度範囲にわたって変化しなかった。
本明細書に記載される原理の精神及び範囲から逸脱することなく、本明細書に記載される実施形態に対してさまざまな修正及び変形がなされうることは、当業者にとって明白であろう。よって、本明細書の範囲が添付の特許請求の範囲及びそれらの等価物の範囲内に入る修正及び変形にも及ぶことが意図されている。
例えば、本明細書に開示される材料及び方法は、カバーガラス上にコーティングを堆積させるために、スパッタリング(又は他の堆積方法)チャンバに取り付けた担体(又はホルダ)にカバーガラス基板を一次的に結合するために用いることができる。カバーガラスを担体に接続し、次に、担体を堆積チャンバ内に取り付けることにより、この取付構造は、より均一なコーティングがカバーガラス上に堆積されるように、コーティング処理へのより少ない干渉を達成する。例えば、担体は、両面粘着テープ又は他の固定機構を用いて堆積チャンバ壁に取り付けられうる。粘着テープの場合には、しかしながら、担体の使用により、有用な物品、すなわちカバーガラス上に絡みつく接着剤残留物の量が低減する(実際、排除されうる)。コーティング処理後、カバーガラスは、損傷することなく、担体から剥離することができる。担体は、そこからカバーガラスを剥離した後に再利用することができる。堆積処理では、担体は、例えば1ミリメートル以上などかなり厚くてもよい。
以下、本発明の好ましい実施形態を項分け記載する。
実施形態1
ガラス物品において、
基板接着面を含む基板、
シート接着面を含むシート、及び
前記基板接着面と前記シート接着面との間に配置された界面活性剤であって、前記シートを2片以上に破壊することなく、該シートを前記基板から分離できるように、かつ、前記ガラス物品が、60℃で30日間のエイジングに供され、次に、空気中、300℃で2時間の焼成期間に供された後に、前記シート接着面と前記基板接着面との間の分離結合エネルギーが、800mJ/m未満になるように、前記シート接着面が前記基板接着面に非永久的に結合される、界面活性剤
を含む、ガラス物品。
実施形態2
前記シート接着面と前記基板接着面との間の前記分離結合エネルギーが600mJ/m.以下であることを特徴とする、実施形態1に記載のガラス物品。
実施形態3
前記基板接着面と前記シート接着面との間に配置された、スタンダード・クリーン1の洗浄プロセスに由来する残留物をさらに含み、前記基板接着面が、2.5〜3.5の範囲の酸素のケイ素に対する原子比、4〜5の範囲のケイ素の炭素に対する原子比、及び12〜14の範囲の酸素の炭素に対する原子比を含み、ケイ素、酸素、及び炭素の間の原子比が、乾燥したままの、前記基板が前記シートと結合する前の前記基板の前記基板接着面から測定されることを特徴とする、実施形態1又は2に記載のガラス物品。
実施形態4
前記界面活性剤が、ジエタノールアミド、ココナッツジエタノールアミド、ポリエチレングリコール、4−ノニルフェニル−ポリエチレングリコール、ビスフェノールAエトキシレート、オクトキシノール−9、オクチルフェノールエトキシレート、及びそれらの混合物からなる群より選択される化合物を含むことを特徴とする、実施形態1又は2に記載のガラス物品。
実施形態5
前記基板接着面と前記シート接着面との間に配置された洗剤残留物をさらに含み、前記洗剤が、ジエタノールアミド、ポリエチレングリコール、4−ノニルフェニル−ポリエチレングリコール、ビスフェノールAエトキシレート、オクトキシノール−9、及びオクチルフェノールエトキシレートからなる群より選択される化合物を含むことを特徴とする、実施形態1又は2に記載のガラス物品。
実施形態6
ガラス物品において、
基板接着面を含む基板、
シート接着面を含むシート、及び
前記基板接着面と前記シート接着面との間に配置された界面活性剤であって、前記シートを2片以上に破壊することなく、該シートを前記基板から分離できるように、かつ、前記ガラス物品を、空気雰囲気中、500℃の温度で10分間、オーブン内で保持した後に、前記シート接着面と前記基板接着面との間の分離結合エネルギーが、400mJ/m未満になるように、前記シート接着面が、前記基板接着面に非永久的に結合される、界面活性剤
を含む、ガラス物品。
実施形態7
界面活性剤接着面の堆積したままの表面エネルギーが、約65mJ/m〜74mJ/mであり、前記界面活性剤が、ジエタノールアミド、ココナッツジエタノールアミド、ポリエチレングリコール、4−ノニルフェニル−ポリエチレングリコール、及びそれらの混合物からなる群より選択される化合物を含むことを特徴とする、実施形態6に記載のガラス物品。
実施形態8
前記シート接着面と前記基板接着面との間の分離結合エネルギーが、前記ガラス物品を、空気雰囲気中、300℃〜500℃の温度で10分間、オーブン内で保持した後に、350mJ/m以下であることを特徴とする、実施形態6又は7に記載のガラス物品。
実施形態9
前記界面活性剤の気泡面積のパーセント変化が、前記物品を、窒素雰囲気中、350℃の温度で120分間、オーブン内で保持した後に、ガス放出試験#1に準拠して、約5パーセント以下であることを特徴とする、実施形態6〜8のいずれかに記載のガラス物品。
実施形態10
前記基板接着面と前記シート接着面との間に配置された、スタンダード・クリーン1の洗浄プロセスに由来する残留物をさらに含むことを特徴とする、実施形態6〜9のいずれかに記載のガラス物品。
実施形態11
ガラス物品の製造方法であって、
基板及び/又はシートの接着面を界面活性剤溶液で洗浄する工程、
前記基板の前記接着面、及び/又は、前記シートの前記接着面を乾燥させる工程、
前記シートを2片以上に破壊することなく、該シートを前記基板から分離できるように、かつ、前記ガラス物品が、60℃で30日間のエイジングに供され、次に、空気中、300℃で2時間の焼成期間に供された後に、前記シート接着面と前記基板接着面との間の分離結合エネルギーが、約800mJ/m未満になるように、前記基板接着面を前記シート接着面に非永久的に結合する工程
を含む、方法。
実施形態12
前記洗浄工程が、前記基板接着面を前記シート接着面に結合する前に、前記基板接着面を洗剤溶液で、かつ、前記シート接着面をスタンダード・クリーン1のプロセスで洗浄する工程を含むことを特徴とする、実施形態11に記載の方法。
実施形態13
前記乾燥後かつ前記非永久的結合の前に、前記基板接着面が、2.5〜3.5の範囲の酸素のケイ素に対する原子比、4〜5の範囲のケイ素の炭素に対する原子比、及び12〜14の範囲の酸素の炭素に対する原子比を含むことを特徴とする、実施形態11又は12に記載の方法。
実施形態14
前記乾燥工程が、85℃以上の温度で少なくとも15分間にわたり、前記基板の前記接着面及び前記シートの前記接着面を乾燥させる工程を含むことを特徴とする、実施形態11〜13のいずれかに記載の方法。
実施形態15
前記乾燥工程が、前記基板の前記接着面及び前記シートの前記接着面を対流乾燥させる工程を含むことを特徴とする、実施形態11〜14のいずれかに記載の方法。
1 物品
10 基板
12 第1の表面
14 接着面
16 基板の厚さ
18 厚さ合計
20 シート
22 第1の表面
24 接着面
28 シートの厚さ

Claims (15)

  1. ガラス物品において、
    基板接着面を含む基板、
    シート接着面を含むシート、及び
    前記基板接着面と前記シート接着面との間に配置された界面活性剤であって、前記シートを2片以上に破壊することなく、該シートを前記基板から分離できるように、かつ、前記ガラス物品が、60℃で30日間のエイジングに供され、次に、空気中、300℃で2時間の焼成期間に供された後に、前記シート接着面と前記基板接着面との間の分離結合エネルギーが、800mJ/m未満になるように、前記シート接着面が前記基板接着面に非永久的に結合される、界面活性剤
    を含む、ガラス物品。
  2. 前記シート接着面と前記基板接着面との間の前記分離結合エネルギーが、600mJ/m以下であることを特徴とする、請求項1に記載のガラス物品。
  3. 前記基板接着面と前記シート接着面との間に配置された、スタンダード・クリーン1の洗浄プロセスに由来する残留物をさらに含み、前記基板接着面が、2.5〜3.5の範囲の酸素のケイ素に対する原子比、4〜5の範囲のケイ素の炭素に対する原子比、及び12〜14の範囲の酸素の炭素に対する原子比を含み、ケイ素、酸素及び炭素の間の原子比が、乾燥されたままの、前記基板が前記シートと結合する前の前記基板の前記基板接着面から測定されることを特徴とする、請求項1又は2に記載のガラス物品。
  4. 前記界面活性剤が、ジエタノールアミド、ココナッツジエタノールアミド、ポリエチレングリコール、4−ノニルフェニル−ポリエチレングリコール、ビスフェノールAエトキシレート、オクトキシノール−9、オクチルフェノールエトキシレート、及びそれらの混合物からなる群より選択される化合物を含むことを特徴とする、請求項1又は2に記載のガラス物品。
  5. 前記基板接着面と前記シート接着面との間に配置された洗剤残留物をさらに含み、前記洗剤が、ジエタノールアミド、ポリエチレングリコール、4−ノニルフェニル−ポリエチレングリコール、ビスフェノールAエトキシレート、オクトキシノール−9、及びオクチルフェノールエトキシレートからなる群より選択される化合物を含むことを特徴とする、請求項1又は2に記載のガラス物品。
  6. ガラス物品において、
    基板接着面を含む基板、
    シート接着面を含むシート、及び
    前記基板接着面と前記シート接着面との間に配置された界面活性剤であって、前記シートを2片以上に破壊することなく、該シートを前記基板から分離できるように、かつ、前記ガラス物品を、空気雰囲気中、500℃の温度で10分間、オーブン内で保持した後に、前記シート接着面と前記基板接着面との間の分離結合エネルギーが、400mJ/m未満になるように、前記シート接着面が、前記基板接着面に非永久的に結合される、界面活性剤
    を含む、ガラス物品。
  7. 界面活性剤接着面の堆積したままの表面エネルギーが、約65mJ/m〜74mJ/mであり、前記界面活性剤が、ジエタノールアミド、ココナッツジエタノールアミド、ポリエチレングリコール、4−ノニルフェニル−ポリエチレングリコール、及びそれらの混合物からなる群より選択される化合物を含むことを特徴とする、請求項6に記載のガラス物品。
  8. 前記シート接着面と前記基板接着面との間の分離結合エネルギーが、前記ガラス物品を、空気雰囲気中、300℃〜500℃の温度で10分間、オーブン内で保持した後に、350mJ/m以下であることを特徴とする、請求項6又は7に記載のガラス物品。
  9. 前記界面活性剤の気泡面積のパーセント変化が、前記物品を、窒素雰囲気中、350℃の温度で120分間、オーブン内で保持した後に、ガス放出試験#1に準拠して、約5パーセント以下であることを特徴とする、請求項6〜8のいずれか一項に記載のガラス物品。
  10. 前記基板接着面と前記シート接着面との間に配置された、スタンダード・クリーン1の洗浄プロセスに由来する残留物をさらに含むことを特徴とする、請求項6〜9のいずれか一項に記載のガラス物品。
  11. ガラス物品の製造方法であって、
    基板及び/又はシートの接着面を界面活性剤溶液で洗浄する工程、
    前記基板の前記接着面、及び/又は、前記シートの前記接着面を乾燥させる工程、
    前記シートを2片以上に破壊することなく、該シートを前記基板から分離できるように、かつ、前記ガラス物品が、60℃で30日間のエイジングに供され、次に、空気中、300℃で2時間の焼成期間に供された後に、前記シート接着面と前記基板接着面との間の分離結合エネルギーが、約800mJ/m未満になるように、前記基板接着面を前記シート接着面に非永久的に結合する工程
    を含む、方法。
  12. 前記洗浄工程が、前記基板接着面を前記シート接着面に結合する前に、前記基板接着面を洗剤溶液で、かつ、前記シート接着面をスタンダード・クリーン1のプロセスで洗浄する工程を含むことを特徴とする、請求項11に記載の方法。
  13. 前記乾燥後かつ前記非永久的結合の前に、前記基板接着面が、2.5〜3.5の範囲の酸素のケイ素に対する原子比、4〜5の範囲のケイ素の炭素に対する原子比、及び12〜14の範囲の酸素の炭素に対する原子比を含むことを特徴とする、請求項11又は12に記載の方法。
  14. 前記乾燥工程が、85℃以上の温度で少なくとも15分間にわたり、前記基板の前記接着面及び前記シートの前記接着面を乾燥させる工程を含むことを特徴とする、請求項11〜13のいずれか一項に記載の方法。
  15. 前記乾燥工程が、前記基板の前記接着面及び前記シートの前記接着面を対流乾燥させる工程を含むことを特徴とする、請求項11〜14のいずれか一項に記載の方法。
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