JP2020523277A - ガラス基板の表面を処理する方法 - Google Patents

Abstract

上側と下側の主面を有する、フラットパネルディスプレイに適したガラス基板の製造方法が開示されている。このガラス基板が搬送されている間、下面は、２つの連続工程ステップ：ｉ）乾燥ＨＦガスとの接触（乾燥ＨＦガスは、大気圧プラズマ支援により生成することができる）、およびｉｉ）ＨＦを含む湿潤水溶液との接触：により処理されて、ＡＦＭで測定して、０．５から１．５ｎｍの範囲の平均表面粗さが達成される。

Description

優先権

本出願は、その内容が依拠され、ここに全て引用される、２０１７年６月１６日に出願された米国仮特許出願第６２／５２０９２８号の米国法典第３５編第１１９条の下での優先権の恩恵を主張するものである。

本開示は、広く、ガラス基板の表面を処理する方法に関し、より詳しくは、大気圧プラズマ支援およびウェットエッチングの組合せを使用してガラス基板の表面を処理する方法に関する。

フラットパネルディスプレイにガラス基板が広く使用されている。例えば、液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）は、２つのガラス製バックプレーン、いわゆる、薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）バックプレーンおよびカラーフィルタ（ＣＦ）バックプレーンに挟まれた液晶の非常に薄い層から作られている。ＬＣＤ用途に通常使用されるガラスの部類の１つに、無アルカリガラスがある。無アルカリガラスは、アルカリ金属酸化物を概して含まず、ＬＣＤおよび有機発光ダイオード（ＯＬＥＤ）用途のバックプレーンとして一般に使用される。これらのバックプレーンは、成膜過程中または徐冷中に数百℃の温度に加熱されるので、これらのガラスは高い歪み点を有する必要があり、ＴＦＴ形成過程中のその形状または寸法の変化を最小にすべきである。ＬＣＤバックプレーンに関する他の検討事項に：（１）ガラスの不活性、フォトリソグラフィー・エッチング過程中に使用される酸性溶液などの化学薬品に対する安定性、（２）ガラス表面上に異物または粒子がない表面清浄度、および使用前の長期の貯蔵中のガラスの安定性、および（３）静電帯電（ＥＳＣ）または静電放電（ＥＳＤ）および基板プレート上の粘着性がある。そのような検討事項は、高温ＴＦＴ過程の最中と後に特に重要である。これらの検討事項に対処するために、Ｂ面ガラス面、すなわち、ガラスが水平に搬送されている場合の下向き表面またはガラスが垂直に供給されている場合に加工される表面を粗面化して、ガラスシートと基板プレートとの間の接触面積を減少させることができる。すなわち、高温ＴＦＴ過程において、基板プレートとのＢ面ガラス面の接触により生じるＥＳＣは、誘導によって、Ａ面ガラス面にまで広がり得、Ａ面ガラス面上のＴＦＴ内にＥＳＤが生じ得る。そのようなＥＳＣは、Ｂ面ガラス面を粗面化することによって、最小にすることができる。これは、Ｂ面ガラス面の湿式化学エッチングによって達成することができ、原子間力顕微鏡（ＡＦＭ）によって、表面粗さ（Ｒａ）を得ることができる。

しかしながら、速いライン速度、より短い処理時間とゾーン長さ、および相対的均一性で、高い表面粗さ（ここではＲａ＞０．５ｎｍと定義される）を有するガラス基板が引き続き必要とされている。

本開示は、片側に第一面を、その反対側に第二面を有するフラットパネルディスプレイ用ガラス基板を製造する方法において、
そのガラス基板を搬送ローラ上に、第二面がその搬送ローラと接触するように配置する工程と、
そのガラス基板を搬送しながら、
（ｉ）その第二面を、大気圧プラズマ（ＡＰＰＥ）により生じるＨＦガスを含むプロセスガスと接触させるステップ、および
（ｉｉ）その第二面を、ＨＦを含有する水溶液と接触させるステップ、
を行う工程であって、ステップ（ｉ）と（ｉｉ）が、特に順序なく、連続して行われ、０．５ｎｍ以上かつ１．５ｎｍ以下の表面粗さを有する第二面がもたらされる工程と、
を有してなる方法を提供する。

この方法は、その第二面を脱イオン水で洗浄する工程、その第二面を濯ぐ工程、およびその第二面を乾燥させる工程をさらに含むことがある。

その結果、ＡＰＰＥおよび湿式エッチングの組合せを使用することにより、速いライン速度、より短い処理時間とゾーン長さ、および相対的均一性で、Ｒａ＞０．５ｎｍの表面粗さを達成することが可能である。具体的には、利点には、ｉ）１０メートル毎分から２０メートル毎分など、５メートル毎分から２０メートル毎分の範囲の速いライン速度；ｉｉ）０．５ｎｍから１．５ｎｍの範囲の表面粗さＲａ；およびｉｉｉ）０．３から２．０ｎｍのＲａの変動量があるであろう。

搬送速度は、５メートル毎分以上かつ２０メートル毎分以下であることが好ましい。

そのガラス基板は、フュージョンドロー法で製造されることがある。

そのガラス基板が無アルカリガラスから作られることが好ましい。

そのガラス基板は、ステップ（ｉ）の前に、２５℃以上かつ７０℃以下の温度に加熱されることがある。

ＨＦガスを含有するプロセスガスは、搬送ガスとして、窒素およびアルゴンの少なくとも一方を含有することがある。

脱イオン水で第二面を洗浄する工程は、第一面を同時に洗浄し、それによって、０．１５ｎｍ以上かつ０．３ｎｍ以下の表面粗さを有する第一面を提供する工程を含むことがある。

その第一面が、０．２ｎｍ以上かつ０．３ｎｍ以下の表面粗さを有することが好ましい。

追加の特徴および利点は、以下の詳細な説明に述べられており、一部は、その説明から当業者に容易に明白となるか、または以下の詳細な説明、特許請求の範囲、並びに添付図面を含む、ここに記載されたような実施の形態を実施することによって認識されるであろう。

先の一般的な説明および以下の詳細な説明の両方とも、例示に過ぎず、請求項の性質および特徴を理解するための概要または骨子を提供する意図があることを理解すべきである。添付図面は、さらなる理解を与えるために含まれ、本明細書に包含され、その一部を構成する。図面は、実施の形態を示しており、説明と共に、様々な実施の形態の原理および操作を説明する働きをする。ここに用いられているような方向を示す用語−例えば、上、下、右、左、前、後ろ、上部、底部−は、描かれた図に関してのみ有効であり、絶対的な向きを暗示する意図はない。

大気圧プラズマにより支援された乾燥ＨＦガスとの接触という工程ステップｉ）の例示の概略図 ＨＦを含有する湿潤水溶液との接触という工程ステップｉｉ）の例示の概略図

ここで、その例が添付図面に示されている、本開示を詳しく参照する。できるときはいつでも、同じまたは同様の部分を称するために、図面に亘り同じ参照番号が使用される。範囲は、ある特定値から、および／または別の特定値まで、とここに表現することができる。そのような範囲が表現された場合、別の実施の形態は、その一方の特定値から、および／または他方の特定値までを含む。範囲の各々の端点は、他方の端点に関係してと、他方の端点に関係なくの両方で有意であることがさらに理解されよう。

図１および２を参照すると、ガラス基板１は、第１の主面（ここでは他に上面Ａと称される）および第２の主面（ここでは他に下面Ｂと称される）を有する。上面Ａ（「Ａ面ガラス面」）は、電極線および様々な電子デバイスなどの構成部材に近接することが最終的に意図された表面であり、一方で、下面Ｂ（「Ｂ面ガラス面」）は、ガラス基板１の、上面Ａと反対側にあり、図１に示されるように、搬送装置、具体的に搬送ローラ３と接触している。Ｂ面ガラス面は、ガラス基板１が水平に搬送されている場合の下向き表面またはガラス基板１が垂直に供給されている場合の加工表面と定義される。

ガラス基板１が、ノズルユニット５（図１）および湿式エッチング区域７（図２）を通るように搬送ローラ３により動かされている間、その搬送速度は、例えば、５メートル毎分から２０メートル毎分に及ぶことがある。５メートル毎分より低い搬送速度は、経済的に望ましくないであろう。２０メートル毎分より速い搬送速度では、ガラスシートに損傷を与える虞が増すであろう。一方で、Ｂ面ガラス面は、２つの連続工程ステップ：
（ｉ）乾式エッチングノズルユニット５を使用した乾燥フッ化水素酸（ＨＦ）ガスエッチング、ここで、乾燥ＨＦガス４は、大気圧プラズマ支援ユニット６により生成することができる；および
（ｉｉ）ガラス基板１の経路に沿って配置されたノズル１２から噴出されるＨＦを含有する水溶液１０を使用する湿式エッチング、ここで、ステップ（ｉ）および（ｉｉ）は、特に順序なく、連続して行われる。すなわち、湿式エッチング区域７は、乾式エッチングノズルユニット５の上流または下流に位置していてよい。上記工程ステップの実施により、ここに記載されるように、ＡＦＭで決定される、０．５ｎｍから１．５ｎｍの範囲の平均表面粗さを達成することができる；
により処理される。

ステップ（ｉ）および（ｉｉ）の実施後、その基板には、少なくとも下面Ｂの脱イオン（ＤＩ）水による洗浄、濯ぎおよび乾燥を含むさらなる処理が行われる（図示せず）。

図１および２に示された実施の形態において、乾燥ＨＦガス４は、ガラス基板１に沿って動く一方で、上面Ａは、上面Ａの上の空間に流れ込む気流１４および１５によって、ＨＦガス４に暴露されるのが防がれ、その気流１４および１５は、ノズルユニット５の流出口１６から排出される。

図２にさらに示されるように、湿式エッチング区域７において、ガラス基板１は、ノズル１２から噴出されたＨＦ水溶液１０によって濡れたスポンジ搬送ローラ３により搬送され、それによって、下面ＢはＨＦ水溶液１０によって濡れて、湿式エッチング（ｉｉ）が行われる。

そのガラス基板は、例えば、フュージョンドロー法によって製造することができる。そのガラス基板は、いくつか例を挙げると、フロート法、スロットドロー法、アップドロー法、およびプレスロール法などの他の過程によって製造されてもよい。

そのガラス基板の例としては、例えば、Ｃｏｒｎｉｎｇ Ｅａｇｌｅ（登録商標）ＸＧまたはＬｏｔｕｓ（登録商標）ＮＸＴガラスから作られた基板を含む無アルカリガラスを挙げることができる。そのガラスの厚さは、例えば、０．１ｍｍから１．０ｍｍであることがある。そのガラスのサイズは、例えば、１平方メートル以上であることがある。

図１および２に示されたこの製造方法において、そのガラス基板は、５メートル毎分から２０メートル毎分の範囲の搬送速度で、搬送ローラ３により動かされ、２つの連続工程ステップ（ｉ）および（ｉｉ）により処理される。

このプロセスにおいて、ステップ（ｉ）は、乾燥ＨＦガスエッチングを含み、この乾燥ＨＦガスは、大気圧プラズマ支援によって生成することができる。下面Ｂを処理するために、ここに開示された実施の形態に、市販の大気圧プラズマエッチング支援装置を使用することができる。例示の大気圧プラズマエッチング支援装置に、積水化学工業株式会社により供給されるＡＰ−Ｅシリーズの装置が挙げられる。

大気圧プラズマ装置について、ＣＦ_４などのフッ素含有ガスを水、水蒸気と共に使用することができる。プラズマ区域を通過した後、ガス混合物は、気体ＨＦ_４を含むプロセスガスを生じる。プロセスガスまたは搬送ガスの一部として、アルゴン（Ａｒ）または窒素（Ｎ）を使用してもよい。特定の例示の実施の形態において、ガラス基板１は、２５〜７０℃で最初に予熱され、次に、大気圧プラズマ装置６により生成された乾燥ＨＦガス４によって処理されることがある。この熱前処理によって、Ｒａの変動量は、０．２ｎｍから０．３ｎｍの範囲内に制御することができる。対照的に、温度が２５℃未満の場合、Ｒａの変動量は大きくなり得る。逆に、温度が７０℃を超えると、ガラス表面に望ましくないピットおよび穴が現れることがある。プラズマエッチング過程によるガラスの処理時間は、例えば、０．１秒から５分の範囲にあり得る。ライン速度は、例えば、１０メートル毎分から２０メートル毎分など、５メートル毎分から２０メートル毎分の範囲にあり得る。

このプロセスにおいて、ステップ（ｉｉ）は、ＨＦを含む湿潤水溶液１０による処理を含む。そのＨＦ濃度は、例えば、０．１質量％から５質量％の範囲にあることがある。そのガラス基板は、例えば、ローラ搬送中に、２５〜７０℃の温度範囲に維持されることがある。

ＨＦ水溶液１０は、例えば、Ｈ_２ＳＯ_４、ＨＣｌ、およびＨ_３ＰＯ_４の内の少なくとも１つなどの他の酸を含むことがある。その水溶液は、緩衝されることもある。すなわち、ＮａＦとＨ_３ＰＯ_４または酢酸の混合物などの緩衝液を使用して、生じたＨＦを平衡状態に維持してもよい。

ここに開示された実施の形態は、ここに記載されたように、ＡＦＭで測定して、０．５ｎｍから１．５ｎｍの下面Ｂの平均表面粗さＲａを達成することができる。

ここに開示された実施の形態は、０．２ｎｍから０．３ｎｍなど、０．１５ｎｍから０．３ｎｍの上面Ａの平均表面粗さＲａも達成することができる。それは、例えば、その表面をＤＩ水またはアルカリ含有洗浄剤で洗浄することによって、行うことができる。洗浄工程と乾燥工程により、下面Ｂを浄化して、下面Ｂの表面処理過程から、いくらかの固体粒子およびＨＦを含むエッチング蒸気残留物を除去することができる。

先に記載した実施の形態において、ガラス基板１は水平に搬送されているが、部分的にまたは完全に、垂直または傾斜経路で搬送されてもよい。そのような場合、Ｂ面ガラス面は、下向きではないことがあり、この面は、ステップ（ｉ）において乾燥ＨＦガス４に、ステップ（ｉｉ）においてＨＦ水溶液１０に暴露される。

実施例
各々が、０．５ｍｍの厚さおよび約３００ｍｍ×４００ｍｍの主表面積を有する、ガラスＡとして、「Ｃｏｒｎｉｎｇ Ｅａｇｌｅ」ＸＧガラス、およびガラスＢとして、「Ｃｏｒｎｉｎｇ Ｌｏｔｕｓ」ＮＸＴガラスに、表１に示された条件を施した。ステップ（ｉ）および（ｉｉ）として下記に述べた処理の前に、各ガラスを約４０℃に予熱し、ガラスが表１に示されたライン速度で搬送されている間に、ステップ（ｉ）および（ｉｉ）を行った。

ステップ（ｉ）において、１０リットル毎分のアルゴン、０．８リットル毎分のＣＦ_４、および１８０ミリグラム毎分の水蒸気の供給量を有するガスの混合物を使用した。大気圧プラズマを４ＫＷで印加して、乾燥ＨＦガスを生成した。気流を約２００リットル毎分で使用して、プロセスガスが、排ガス流と共に、装置から漏れるのを防いだ。ＨＦガスを含む得られた乾燥プロセスガスを各試料の下面Ｂに施した。

ステップ（ｉｉ）において、０．０９ＭのＮａＦおよび０．１１ＭのＨ_３ＰＯ_４を含む溶液を使用した。その溶液を、スポンジ搬送ローラ３を通じて、搬送されているガラスに施した。

ステップ（ｉ）および（ｉｉ）の後、ガラスを洗浄区域に搬送し、水道水で洗浄した。上面Ａおよび下面Ｂの両方を洗浄区域で洗浄した。その後、両方のガラス面をＤＩ水で濯ぎ、気流で乾燥させた。

比較例
比較例１および２（Ｃ１およびＣ２）を、ステップ（ｉ）を行わずに、上述したように行った。比較例３（Ｃ３）は、ステップ（ｉｉ）を行わずに、上述したように行った。

表面粗さの決定
ここに開示された実施の形態に関するＲａは、日立ハイテクノロジーズ製ＡＦＭ５４００Ｌによって得た。ＡＦＭの表面モルホロジー画像は、Ｄｙｎａｍｉｃ Ｆｏｒｃｅ Ｍｏｄｅ（ＤＦＭ）で走査した。Ｃａｎｔｉｌｅｖｅｒ ＳＩ−ＤＦ２０Ｐ２（バネ定数＝９Ｎ／ｍ、共振周波数：１００〜２００ｋＨｚ、先端の半径：７ｎｍ、先端の高さ：１４μｍ、レバー長さ：１６０μｍ、レバー幅：４０μｍ、レバー厚：３．５μｍ）を使用した。ガラス表面の放電に関する測定中に、ガラス表面に軟Ｘ線を照射した。

表２は、ＡＦＭ測定のパラメータを示している。平均Ｒａは、１８の測定値から得た。

本開示の精神および範囲から逸脱せずに、様々な改変および変更を行えることが、当業者に明白であろう。それゆえ、本開示は、そのような改変および変更を、それらが、付随の特許請求の範囲およびその等価物の範囲内に入るという条件で、含むことが意図されている。

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
その互いに反対側に第１と第２の主面を有するガラス基板を製造する方法において、
前記ガラス基板を搬送装置上に、前記第１の主面を上向きにして配置する工程と、
前記ガラス基板を搬送しながら、
（ｉ）前記第２の主面を、大気圧プラズマにより生じるフッ化水素酸（ＨＦ）ガスを含むプロセスガスと接触させるステップ、および
（ｉｉ）前記第２の主面を、ＨＦを含む水溶液と接触させるステップ、
を行う工程であって、ステップ（ｉ）と（ｉｉ）が、特に順序なく、連続して行われ、０．５ｎｍ以上かつ１．５ｎｍ以下の表面粗さ（Ｒａ）を有する第２の主面がもたらされる工程と、
を有してなる方法。

実施形態２
前記第２の主面を脱イオン水で洗浄する工程、該第２の主面を濯ぐ工程、および該第２の主面を乾燥させる工程をさらに含む、実施形態１に記載の方法。

実施形態３
搬送速度が、５メートル毎分以上かつ２０メートル毎分以下である、実施形態１または２に記載の方法。

実施形態４
前記ガラス基板がフュージョンドロー法により製造される、実施形態１から３のいずれか１つに記載の方法。

実施形態５
前記ガラス基板が無アルカリガラスから作られている、実施形態１から４のいずれか１つに記載の方法。

実施形態６
前記ガラス基板が、ステップ（ｉ）の前に、２５℃以上かつ７０℃以下の温度に加熱される、実施形態１から５のいずれか１つに記載の方法。

実施形態７
前記ＨＦガスを含有するプロセスガスが、搬送ガスとして、窒素およびアルゴンの少なくとも一方を含む、実施形態１から６のいずれか１つに記載の方法。

実施形態８
前記脱イオン水で第２の主面を洗浄する工程が、前記第１の主面を同時に洗浄する工程を含み、ステップ（ｉ）および（ｉｉ）の実施によって、０．２ｎｍ以上かつ０．３ｎｍ以下の表面粗さを有する該第１の主面がもたらされる、実施形態１から７のいずれか１つに記載の方法。

１ ガラス基板
３ 搬送ローラ
４ 乾燥ＨＦガス
５ ノズルユニット
６ 大気圧プラズマ装置、大気圧プラズマ支援ユニット
７ 湿式エッチング区域
１０ ＨＦ水溶液
１２ ノズル
１４、１５ 気流
Ａ 上面
Ｂ 下面

Claims (8)

1. その互いに反対側に第１と第２の主面を有するガラス基板を製造する方法において、
   前記ガラス基板を搬送装置上に、前記第１の主面を上向きにして配置する工程と、
   前記ガラス基板を搬送しながら、
   （ｉ）前記第２の主面を、大気圧プラズマにより生じるフッ化水素酸（ＨＦ）ガスを含むプロセスガスと接触させるステップ、および
   （ｉｉ）前記第２の主面を、ＨＦを含む水溶液と接触させるステップ、
   を行う工程であって、ステップ（ｉ）と（ｉｉ）が、特に順序なく、連続して行われ、０．５ｎｍ以上かつ１．５ｎｍ以下の表面粗さ（Ｒａ）を有する第２の主面がもたらされる工程と、
   を有してなる方法。
2. 前記第２の主面を脱イオン水で洗浄する工程、該第２の主面を濯ぐ工程、および該第２の主面を乾燥させる工程をさらに含む、請求項１記載の方法。
3. 搬送速度が、５メートル毎分以上かつ２０メートル毎分以下である、請求項１または２記載の方法。
4. 前記ガラス基板がフュージョンドロー法により製造される、請求項１から３いずれか１項記載の方法。
5. 前記ガラス基板が無アルカリガラスから作られている、請求項１から４いずれか１項記載の方法。
6. 前記ガラス基板が、ステップ（ｉ）の前に、２５℃以上かつ７０℃以下の温度に加熱される、請求項１から５いずれか１項記載の方法。
7. 前記ＨＦガスを含有するプロセスガスが、搬送ガスとして、窒素およびアルゴンの少なくとも一方を含む、請求項１から６いずれか１項記載の方法。
8. 前記脱イオン水で第２の主面を洗浄する工程が、前記第１の主面を同時に洗浄する工程を含み、ステップ（ｉ）および（ｉｉ）の実施によって、０．２ｎｍ以上かつ０．３ｎｍ以下の表面粗さを有する該第１の主面がもたらされる、請求項１から７いずれか１項記載の方法。

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