JP7028418B2 - 貫通孔を有するガラス基板製造方法および表示装置製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、貫通孔が形成された薄型ガラス基板および表示装置の製造方法に関する。

近年、ガラス基板に微細孔を形成する方法が盛んに研究されている。貫通孔が形成されたガラス基板の用途として、インターポーザ基板がある。インターポーザ基板は、半導体チップ等のICチップを実装するための基板である。ガラスインターポーザは、従来のシリコン基板等のインターポーザ基板よりも放熱性が高い等の利点があるため、近年積極的に採用されている。

また、貫通孔を有するガラス基板の他の用途としては、液晶パネルがある。アレイ基板として使用されるガラス基板に貫通孔を形成することで、アレイ基板にICチップを直接配置することが可能になり、液晶パネルの狭額縁化が可能になるとされている（例えば、特許文献１参照）。

ガラス基板に貫通孔を形成する方法としては、レーザ処理とエッチング処理を組み合わせる方法があった（例えば、特許文献２参照）。ガラス基板にレーザを照射し、貫通孔を形成するか、ガラス基板の内部に改質領域を形成した後にガラス基板をエッチングすることにより貫通孔を形成することができるとされている。

特開２０１８－０１７９８４ 特開２０１６－０４９５４２

しかしながら、３００μm以下の板厚の薄型ガラス基板に貫通孔を形成する場合、ガラス基板の取り扱いが困難であった。これは、薄型ガラス基板の強度が低いため、貫通孔の形成プロセスや後工程の成膜プロセス等において破損することがあるためである。ガラス基板や液晶パネルの製造は、大型基板を用いた方が製造効率が良いことが多いが、薄型ガラス基板は、前述のように取り扱いが難しいため、小型のガラス基板を使用せざるを得なかった。

また、液晶パネルへの貫通孔の形成においてエッチング処理が行われているが、貫通孔の形成時にエッチング液が液晶パネルの内部に侵入するおそれがあった。また、エッチング液が液晶パネル内部に侵入すると、薄膜トランジスタや液晶が汚損してしまうため、保護層を形成する等のプロセスが必要になる。このため、製造プロセスが一層複雑になっていた。

本発明の目的は、貫通孔が形成されたガラス基板の製造方法および表示装置の製造方法を提供することである。

本発明に係る貫通孔を有するガラス基板の製造方法は、凹部形成ステップおよび薄型化ステップを含む。凹部形成ステップは、ガラス基板よりも板厚が厚いガラス母材の第１の主面において、貫通孔形成予定領域に凹部を形成する工程である。薄型化ステップは、凹部が、第１の主面と対向する第２の主面まで貫通するようにガラス母材の第２の主面をエッチングする工程である。

この製造方法は、ガラス母材に一方の主面に有底孔である凹部を形成した後に、凹部が貫通するまでガラス母材の他方の主面を薄型化することによって貫通孔を形成している。製造すべきガラス基板の目標板厚よりも板厚が厚いガラス母材を使用しているため、製造プロセス中にガラス母材が破損することが防止される。また、エッチング処理で貫通孔が形成されているため、ガラス基板の主面および貫通孔内の微小な傷も消失させることが可能になる。

また、薄型化ステップの前に、少なくとも凹部を被覆する保護層を形成する基板処理ステップを含むことが好ましい。さらに、薄型化ステップは、保護層が第２の主面側に露出するようにエッチング処理を行う。薄型化ステップの前に、凹部を保護層で被覆することにより、凹部の寸法が薄型化ステップのエッチング中に変化することが防止され、貫通孔の寸法制御が容易になる。凹部の被覆は、第１の主面上に保護層を設けたり、凹部内にエッチング液に耐性を有する物質を充填したりすれば良い。また、ここでの露出とは、第２の主面側から保護層を確認できることを意味する。

また、凹部形成ステップは、改質ステップおよびエッチングステップを含むことが好ましい。改質ステップは、第１の主面から所定の深さまでエッチング液でエッチングされやすい性質を有する改質領域を形成する工程である。エッチングステップは、改質領域をエッチングする工程である。改質領域を形成した後に、エッチングすることにより、微細で、かつ、孔径が深さ方向においてほとんど変化のない凹部を形成することが可能になる。

また、本発明に係る表示装置の製造方法は、凹部形成ステップ、導電層形成ステップ、積層ステップおよび薄型化ステップを含んでいる。なお、本発明に係る表示装置は、ガラス基板およびガラス基板と対向する対向基板を有している。凹部形成ステップは、ガラス基板の第１の主面に凹部を形成する工程である。導電層形成ステップは、少なくとも凹部に導電層を形成する工程である。積層ステップは、導電層形成ステップの後に、ガラス基板の第１の主面が対向基板と対向するようにガラス基板と対向基板を貼り合わせる工程である。薄型化ステップは、導電層がガラス基板の第２の主面側に露出するようにガラス基板をエッチングする工程である。

この発明によれば、貫通孔が形成されたガラス基板の製造方法および表示装置の製造方法を提供することが可能になる。

本発明の一実施形態に係るガラス基板の構成を示す図である。 ガラス母材に貫通孔を形成するプロセスを示す図である。 ガラス基板をエッチングするエッチング装置を示す図である。 本発明の他の実施形態に係るガラス母材の薄型化プロセスを示す図である。 本発明の他の実施形態に係るガラス母材の薄型化プロセスを示す図である。 本発明の一実施形態に係る液晶パネルおよび製造工程を示す図である。

ここから、図面を用いて本発明の一実施形態に係るガラス基板の製造方法について説明する。図１（A）および図１（B）は、本発明の一実施形態に係るガラス基板１０の構成を示す図である。ガラス基板１０は、複数の貫通孔１２を備えたガラスインターポーザ基板である。ガラス基板１０としては、ソーダガラス、ほうけい酸ガラス、無アルカリガラス、アルミノシリケートガラス等の各種ガラス基板を使用することが可能である。ガラス基板１０の寸法は、特に限定されないが、例えば縦横が１００～９２０ｍｍ程度であり、板厚が５０～３００μm程度に設定される。

貫通孔１２は、ガラス基板１０の第１の主面２０から第２の主面２２に貫通するように形成された微細孔である。貫通孔１２は、ガラス基板１０の全域にマトリクス状に形成されているが、貫通孔１２の形成位置は、特に限定されない。貫通孔１２の孔径としては、２０～３００μｍ程度に調整される。貫通孔１２は、図１（B）に示すように、ガラス基板１０の板厚方向にわたってほぼ均一な孔径であり、平面視略円形形状である。

ここから、ガラス基板１０の製造方法について説明する。ガラス基板１０の製造方法は、凹部形成ステップおよび薄型化ステップを含む。凹部形成ステップは、ガラス母材１００の第１の主面２０に有底孔である凹部を形成する工程である。ガラス母材１００は、ガラス基板１０となる矩形状のガラス板であり、少なくともガラス基板１０よりも板厚が厚いものが選択される。ガラス母材１００の板厚は、３００～１１００μm程度であり、目標とするガラス基板の板厚に応じて調整される。

凹部形成ステップは、改質ステップおよびエッチングステップを含む。改質ステップは、図２（A）および図２（B）に示すように、貫通孔が形成される領域にエッチング液でエッチングされやすい性質の改質領域２４を形成する工程である。

改質領域２４は、ガラス母材１００の板厚方向に沿って複数のフィラメント２４１が形成された領域である。改質領域２４は、レーザビームによって形成することが可能である。レーザビームを照射するレーザ装置としては、ガラス母材１００の板厚方向に沿って複数の焦点を同時に形成することが可能なパルスレーザ装置が使用される。フィラメント２４１は、レーザ装置から照射されたレーザビームが、ガラス基板２０の内部で焦点を結ぶことによって形成される。レーザビームの焦点は、対物レンズ等のレーザ装置の光学部材により形成位置が調整される。フィラメント２４１は、ガラス母材１０１の板厚方向において所定の間隔で複数形成される。

改質領域２４は、少なくともガラス基板１０の設定板厚以上の長さになるように形成されることが好ましく、設定板厚と同程度に形成することがさらに好ましい。本実施形態の改質領域２４は、第１の主面２０から垂直方向に１００μmの深さまで形成される。改質領域２４の深さやフィラメント２４１の形成数は、ガラス基板１０の板厚や貫通孔の寸法に応じて適宜調整される。

エッチングステップは、改質領域２４をエッチングすることにより、凹部を形成する工程である。エッチング処理は、ガラス母材１００にエッチング液を接触させることにより行われる。エッチング処理は、例えば、図３（A）および図３（B）に示すエッチング装置４０により行われる。

エッチング装置４０は、搬送ローラで搬送されているガラス母材１００に対してエッチング液を噴射するように構成されるスプレイエッチング装置である。エッチング装置４０は、エッチング液を噴射する複数のエッチングチャンバ４２を備えている。エッチングチャンバ４２は、水平方向に搬送されているガラス母材１００に対して上下方向からエッチング液を噴射するように構成される。なお、エッチングチャンバ４２の後段には、ガラス母材１００に付着したエッチング液を洗い流すための洗浄チャンバ４４が設けられているため、ガラス母材１００はエッチング液が取り除かれた状態でエッチング装置４０から排出される。エッチング液は、少なくともフッ酸が含まれており、塩酸や硫酸等の無機酸や界面活性剤が含まれていても良い。

また、上述のスプレイエッチング方式以外にも、エッチング液が収容されたエッチング槽にカセットに保持されたガラス基板を浸漬する浸漬エッチング方式を採用しても良い。

ガラス母材１００がエッチング液と接触することにより、フィラメント２４１が形成された改質領域２４では、周辺領域よりも板厚方向にエッチングが進行しやすくなり、図２（C）に示すように、凹部２６が形成される。凹部２６は、平面視円形の有底孔である。また、凹部２６の深さは、少なくとも目標とするガラス基板１０の板厚以上に形成することが好ましく、本実施形態では、凹部２６の深さが１００μmになるようにエッチング処理を行った。

なお、凹部の形成方法は、上述には限定されない。例えば、ガラス母材にレーザビームを照射して凹部を形成することも可能である。このレーザビームは、ガラス母材を改質するのではなく、ガラス母材を溶融して凹部を形成するように構成される。また、レーザビームで凹部を形成した後にエッチング処理を行っても良い。

薄型化ステップは、ガラス母材１００の第２の主面２２にエッチング液を接触させ、凹部２６が板厚方向に貫通するまでガラス母材１００を薄型化する工程である（図２（D）参照）。第２の主面２２が凹部２６の底面まで薄型化されると、凹部２６が第２の主面２２まで貫通して、貫通孔１２となる。薄型化ステップは、前述のエッチングステップと同様にエッチング装置４０を使用することが可能である。また、薄型化ステップは、エッチングステップと連続して行うことも可能である。この場合は、凹部２６の孔径が薄型化ステップ中に拡大してしまうため、貫通孔の目標寸法よりも凹部２６の開口径を小さく形成しておくが好ましい。本実施形態では、ガラス母材１００の板厚が１００μmになるまでエッチングすることにより、凹部２６を板厚方向に貫通させて、貫通孔１２を形成した。

この製造方法は、目標とする板厚よりも板厚が厚いガラス母材１００を薄型化しながら貫通孔１２を形成している。このため、貫通孔の形成プロセスにおいてガラス基板が破損することが防止される。さらに、板厚が比較的厚いガラス母材１００を使用することによって、大判ガラスでの製造が可能になり、ガラス基板１０の生産効率が向上する。なお、大判ガラスは、貫通孔形成後に、所望の寸法にカットしても良い。

また、凹部２６や第１の主面２０をエッチングしたくない場合は、図４（A）～図４（C）に示すように、エッチング液に耐性を有する保護層２８を第１の主面２０に被覆しても良い。保護層２８は、例えば自己粘着型フィルムやレジスト材を使用することが可能である。第１の主面２０の全域に保護層２８を被覆（必要に応じて、ガラス母材１００の端面にも被覆）することにより、第２の主面２２側からのみガラス母材１００をエッチングすることが可能になる。これにより、凹部２６の寸法に影響を与えることなく貫通孔１２が形成されるので、貫通孔１２の寸法制御が容易になる。

また、本発明の他の実施形態を図５（A）～図５（C）を用いて説明する。この実施形態は、薄型化ステップの前に導電層形成ステップを含むものである。導電層形成ステップは、ガラス母材１００の第１の主面２０側に導電層３０を形成する工程である。

ガラス母材１００に形成される導電層３０は、第１の主面２０および凹部２６に形成される金属層である。導電層３０は、図５（A）に示すように、所望の厚みで第１の主面２０上に形成されるとともに、凹部２６内に充填される。この際、凹部２６の深さは、目標とするガラス基板の板厚と同程度になるように、凹部形成ステップにて調整して形成される。本実施形態では、導電層３０として銅を含む金属層が形成されるが、導電層３０は銅以外にも銀、ニッケル、モリブデン合金、タングステンまたは白金等の金属材料やカーボンナノチューブ等の導電材料を使用することが可能である。導電層３０は、めっき処理やスパッタリング処理で形成したり、金属ペーストを塗布したりすることで形成される。また、導電層３０を第１の主面２０上には形成せずに、凹部２６内のみに形成しても良い。また、主面間の導通が取れるのであれば貫通孔全体に金属が充填されている構成だけでなく、貫通孔の内周面全体に金属層が形成されている構成を採用しても良い。

導電層３０を形成した後に、ガラス母材１００をエッチング処理により薄型化する。銅を含む導電層３０は、エッチング液による影響をほとんど受けないため、第１の主面２０側に保護層等を設けずにエッチングすることが可能である。なお、導電層がエッチング処理により汚損する場合には、保護層等で導電層３０を被覆すれば良い。薄型化処理は、図５（C）に示すように、第２の主面２２側に導電層３０が露出するまで行われる。

導電層３０をあらかじめ形成しておくことにより、貫通孔１２内に導電層３０が充填された状態のガラス基板１０を製造することが可能になる。さらに、導電層３０を形成することにより、凹部２６の寸法の拡大が防止される。また、凹部２６をガラス基板の目標板厚となるように形成しておくことで、導電層３０が露出すると同時にエッチング処理を完了させることが可能になる。導電層３０を設けることにより、第１の主面２０と第２の主面２２を電気的に接続することが可能になるため、インターポーザのような電子部品としてガラス基板１０を使用することができる。

また、ここから本発明の一実施形態に係る液晶パネルの製造方法を図６（A）～図６（C）を用いて説明する。本実施形態に係る液晶パネル５０は、アレイ基板５２、カラーフィルタ基板５４および液晶層５６を備えている。液晶パネル５０は、公知のアクティブマトリクス方式の液晶パネルであり、アレイ基板５２およびカラーフィルタ基板５４で液晶層５６を挟持するように構成される。アレイ基板５２およびカラーフィルタ基板６４は、シール材６８を介して接合されている。シール材６８は、液晶パネル１０の周縁部に設けられており、液晶層５６を保持するように構成される。

アレイ基板５２は、カラーフィルタ基板５４と対向する第１の主面２０に電極層６０を備えている。電極層６０は、ゲート電極、ソース電極等の駆動電極や薄膜トランジスタ等を有するアクティブマトリクス方式の電極層である。また、アレイ基板５２は、板厚方向に貫通する貫通孔６２を備えている。貫通孔６２内は、銅を含む導電層６４が充填されている。導電層６４は、電極層６０とアレイ基板５２の第２の主面２２に設けられたICチップ６６を電気的に接続するように構成される。ＩＣチップ６６は、外部からの信号を制御し、液晶パネルに伝達するように構成される。

ここから、液晶パネル５０の製造方法について説明する。液晶パネル５０の製造方法は、凹部形成ステップ、配線ステップ、貼り合わせステップおよび薄型化ステップを含んでいる。なお、本実施形態において特に言及のない製造プロセスは、公知の液晶パネルの製造方法が適用される。

凹部形成ステップは、アレイ基板５２となるガラス母材１０１の第１の主面２０に凹部２６を形成する工程である。ガラス母材１０１は、アレイ基板５２となるガラス基板であり、アレイ基板５２の目標板厚よりも板厚が厚いものが使用される。凹部２６は、上述の実施形態と同様にレーザ処理およびエッチング処理によって形成される。凹部２６の深さは、アレイ基板５２の目標板厚と同程度になるように形成される。本実施形態では、凹部２６の深さが１００μmになるように形成した。

配線ステップは、ガラス母材１０１に電極層６０および導電層６４を形成する工程である。導電層６４は、凹部２６内に導電部材を充填することによって形成される。本実施形態では、無電解めっきによって銅を含む導電層６４を凹部２６内に形成した。導電層６４を形成した後に、第１の主面２０に電極層６０を形成する。電極層６０は、スパッタリングやパターニング処理等を用いた公知の方法で形成することが可能である。

貼り合わせステップは、ガラス母材１０１とカラーフィルタ基板５４を貼り合わせる工程である。なお、カラーフィルタ基板５４は、あらかじめカラーフィルタ層が形成される。貼り合わせ工程では、ガラス母材１０１の周縁部にシール材６８を設けて、ガラス母材１０１の第１の主面２０がカラーフィルタ基板５４と対向するように貼り合わせる。ガラス母材１０１およびカラーフィルタ基板５４が積層された状態で、両基板の間隙に液晶を注入し、液晶層５６を形成する。

薄型化ステップは、ガラス母材１０１の第２の主面２２にエッチング液を接触させて、ガラス母材１０１を薄型化するステップである。エッチング処理は、図３に示すエッチング装置４０で行うことが可能である。なお、本実施形態では、カラーフィルタ基板５４をガラス母材１０１と同時に薄型化したが、カラーフィルタ基板５４をエッチングする必要がない場合は、カラーフィルタ基板５４の主面に保護層を被覆すれば良い。保護層によりカラーフィルタ基板５４がエッチング液から保護され、ガラス母材１０１のみをエッチングすることが可能になる。

ガラス母材１０１は、エッチング液と接触することにより、図６（C）に示すように、第２の主面２２側が薄型化されていく。ガラス母材１０１の板厚が薄くなると、凹部２６内に形成された導電層６４が第２の主面２２側に露出することによって貫通孔６２が形成される。導電層６４が露出したタイミングでエッチング処理を終了することにより、アレイ基板５２の板厚の制御が容易になる。

貫通孔６２内に充填された導電層６４は、フッ酸を含むエッチング液では短時間では溶解されにくいため、貫通孔６２が形成されてもエッチング液が液晶パネル５０の内部に侵入することが防止される。さらに、電極層６０等を保護する構成を別途設ける必要がないため、製造工程の簡略化が図れる。

ガラス母材１０１を薄型化した後に、第２の主面側２２にICチップ６６を配置すれば良い。ICチップ６６を第２の主面２２に直接配置することにより、液晶パネルの狭額縁化や構造の簡素化を図ることが可能になる。

また、本実施形態は、液晶パネルを例に説明したが、本発明に係る表示装置の製造方法は、例えば、有機ELディスプレイやマイクロＬＥＤディスプレイ等のガラス基板が使用される貼り合わせパネルに適用することが可能である。この場合、導電層が設けられるガラス基板と対向する基板は、ガラス基板以外にも樹脂基板等が使用されても良い。

上述の実施形態の説明は、すべての点で例示であって、制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上述の実施形態ではなく、特許請求の範囲によって示される。さらに、本発明の範囲には、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

１０－ガラス基板
１２－貫通孔
２０－第１の主面
２２－第２の主面
２４－改質領域
２６－凹部
３０－導電層
４０－エッチング装置
５０－液晶パネル
５２－アレイ基板
５４－カラーフィルタ基板
６２－貫通孔

Claims (3)

1. 貫通孔を有するガラス基板製造方法であって、
   前記ガラス基板よりも板厚が厚いガラス母材の第１の主面において、貫通孔形成予定領域に、前記ガラス基板の板厚以上の深さの有底孔である凹部を形成する凹部形成ステップと、
   前記凹部が、前記第１の主面と対向する第２の主面まで貫通するように前記ガラス母材の前記第２の主面を前記凹部の底面までエッチングする薄型化ステップと、
   を少なくとも含み、
   前記凹部形成ステップは、
   レーザビームを照射することによって、前記第１の主面から前記深さまでエッチング液でエッチングされやすい性質を有する改質領域を形成する改質ステップと、
   前記改質領域をエッチングするエッチングステップと、
   を含むことを特徴とする貫通孔を有するガラス基板製造方法。
2. 前記薄型化ステップの前に、少なくとも前記凹部を被覆する保護層を形成する基板処理ステップと、
   をさらに含み、
   前記薄型化ステップは、前記保護層が前記第２の主面側に露出するようにエッチングすることを特徴とする請求項１に記載の貫通孔を有するガラス基板製造方法。
3. ガラス基板および前記ガラス基板と対向する対向基板を備える表示装置製造方法であって、
   前記ガラス基板の第１の主面に凹部を形成する凹部形成ステップと、
   少なくとも前記凹部に導電層を形成する導電層形成ステップと、
   前記導電層形成ステップの後に前記ガラス基板の前記第１の主面が前記対向基板と対向するように前記ガラス基板と前記対向基板を貼り合わせる積層ステップと、
   前記導電層が前記ガラス基板の第２の主面側に露出するように前記ガラス基板をエッチングする薄型化ステップと、
   を含む表示装置製造方法。

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