JPWO2018025883A1 - ガラス基板、半導体装置および表示装置 - Google Patents

ガラス基板、半導体装置および表示装置 Download PDF

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Abstract

ガラス基板は、コンパクションが０．１〜１００ｐｐｍであるガラス基板であり、５０〜１００℃におけるガラス基板の平均熱膨張係数α５０／１００と単結晶シリコンの平均熱膨張係数との差の絶対値｜Δα５０／１００｜、１００〜２００℃におけるガラス基板の平均熱膨張係数α１００／２００と単結晶シリコンの平均熱膨張係数との差の絶対値｜Δα１００／２００｜および２００〜３００℃におけるガラス基板の平均熱膨張係数α２００／３００と単結晶シリコンの平均熱膨張係数との差の絶対値｜Δα２００／３００｜が０．１６ｐｐｍ／℃以下である。

Description

本発明は、ガラス基板、半導体装置および表示装置に関する。
近年、仮想現実（ＶＲ；virtual reality）、拡張現実（ＡＲ；augmented reality）といった映像技術が進歩し、将来的にこの分野の市場拡大が予想される。同時に、映像へのより高い没入感を得るために、表示デバイスの高解像度化が求められている。しかしながら、本分野で一般的に用いられる接眼ディスプレイ（ニアアイディスプレイ；near-eye display）等の表示デバイスは、ディスプレイのサイズが極めて小さい。そのため、超高精細ディスプレイを得るためには非常に高い画像分解能、例えば１０００ｐｐｉや２０００ｐｐｉあるいはそれ以上の値が必要となると予想されている。
しかしながら、ＴＦＴ（thin-film transistor；薄膜トランジスタ）素子の小型化に伴い、従来使われているＬＴＰＳ（low-temperature poly-silicon；低温多結晶シリコン）では、粒界の問題によりＴＦＴ性能のばらつき問題が発生するという課題がある。一方、粒界のないアモルファスシリコンは、易動度が小さいという課題があり、実用化は困難な状況にある。
上述した事情に鑑み、単結晶シリコンウェハ上に制御用ＴＦＴを形成し、ガラス基板と貼り合わせた後、ガラス基板にデバイス部分のみを剥離転写するという技術が存在する。この方法によれば、単結晶シリコンをＴＦＴに用いるため、易動度の小ささおよびＴＦＴ特性のばらつきという課題を解決することが可能である。
日本国特開２００７−２２０７４９号公報
このような超高精細ディスプレイの製造においては、２００〜７００℃程度の温度下でのガラス基板とシリコンウェハとの貼り合わせ、貼り合わせ後の熱処理（たとえば活性化熱処理など）、薬液処理、ＴＦＴ形成後の表示素子形成工程等の種々のプロセスが存在する。本方法においては無アルカリガラスが必要とされるが、従来の無アルカリガラスを使用した場合、熱膨張率の違いによるシリコンウェハとの貼り合わせ時の反り、熱処理時のガラス基板の熱収縮によるパターンずれ、薬液処理による白濁等の問題が発生する。これらの問題を解決し得る技術は実現されていない。
本発明の一態様は、小型で高精細の表示装置を製造するのに適したガラス基板を提供するとともに、そのようなガラス基板を積層した半導体装置、表示装置をも提供する。
本発明の一態様のガラス基板は、コンパクションが０．１〜１００ｐｐｍであるガラス基板であり、５０〜１００℃における前記ガラス基板の平均熱膨張係数α５０／１００と単結晶シリコンの平均熱膨張係数との差の絶対値｜Δα５０／１００｜、１００〜２００℃における前記ガラス基板の平均熱膨張係数α１００／２００と単結晶シリコンの平均熱膨張係数との差の絶対値｜Δα１００／２００｜、および２００〜３００℃における前記ガラス基板の平均熱膨張係数α２００／３００と単結晶シリコンの平均熱膨張係数との差の絶対値｜Δα２００／３００｜が０．１６ｐｐｍ／℃以下である。
本発明の一態様の半導体装置は、ガラス基板と、当該ガラス基板上に形成された結晶性シリコン膜を有する薄膜トランジスタとを含む。また、本発明の一態様の表示装置は、半導体装置と、表示素子とを備える。
本発明の一態様によれば、半導体装置、表示装置の製造に適したガラス基板を提供することが可能となる。
図１は、シリコン基板と貼り合わせる本発明の一実施形態に係るガラス基板を表し、図１（ａ）は貼り合わせ前の断面図、図１（ｂ）は貼り合わせ後に得られる積層基板の断面図、図１（ｃ）は半導体装置の断面図、図１（ｄ）は表示装置の断面図である。 図２は、本発明のガラス基板を用いた半導体装置、表示装置を製造する製造プロセスを示すフロー図である。
以下、本発明の一実施形態について説明する。尚、本明細書において、特に明記しない限りは、ガラス基板およびその製造方法における各成分の含有量は酸化物基準のモル百分率で表す。また、本明細書において、特段の定めがない限り、数値範囲を示す「〜」とは、その前後に記載された数値を下限値および上限値として含む意味で使用される。
図１は、本発明の一態様のガラス基板を用いた半導体装置、表示装置の製造プロセスを示す図である。図１（ａ）に示す本発明の一態様に係るガラス基板Ｇ１は、シリコン基板１０と、例えば、２００℃〜７００℃の温度で貼り合わされ、図１（ｂ）に示す積層基板５０が得られる。シリコン基板１０として、単結晶シリコン基板が好ましく、例えば、原寸のシリコンウェハを用いることができる。
ガラス基板Ｇ１とシリコン基板１０は、直接貼り合わされてもよく、接合層２０を間に挟んで貼りあわされてもよい。
接合層２０は、２００℃〜７００℃の温度に耐えられるものであれば特に限定されない。接合層２０は、例えば樹脂で形成されてもよく、無機絶縁層で形成されてもよく、有機絶縁層で形成されてもよい。接合層２０は、単層でもよく、複数層でもよい。
また、シリコン基板１０が単結晶シリコン基板の場合、シリコン基板１０のガラス基板Ｇ１に貼り合わされる表面には、単結晶シリコン膜を有する薄膜トランジスタ（ＴＦＴ； thin film transistor）が形成されており、ガラス基板Ｇ１との貼り合わせにより、この薄膜トランジスタがガラス基板Ｇ１上に転写される。尚、シリコン基板１０が単結晶シリコン基板の場合、ガラス基板Ｇ１上には、単結晶シリコン膜を有する薄膜トランジスタが転写されると考えられる。しかしながら、シリコン基板１０とガラス基板Ｇ１の貼り合わせ工程やその他の工程を経ることにより、薄膜トランジスタの単結晶シリコン膜が変性して単結晶シリコン膜でなくなる可能性もある。よって、ガラス基板上に形成される薄膜トランジスタは、多結晶をも含む概念である結晶性シリコン膜を有するものであってもよい。
次に図１（ｃ）に示すように、積層基板５０のシリコン基板１０が所定の方法により（機械的研削・研磨や化学的エッチングによる薄型化、スマートカット法による薄型化など）薄膜化される。すると、図１（ａ）、図１（ｂ）の過程でガラス基板Ｇ１から薄膜トランジスタが転写しているため、ガラス基板Ｇ１上に形成された（転写した）単結晶シリコン膜を有する薄膜トランジスタ（ＴＦＴ；thin film transistor）３０を含む半導体装置５２が形成される。その後、所定の熱処理、ＢＨＦ（buffered hydrogen fluoride；バッファードフッ酸）等を用いた薬液処理が実施された後、最後に図１（ｄ）に示すように、半導体装置５２に表示セルなどの画像、映像を映し出す機能部分を含む表示素子４０を積層（形成）し、表示装置５４が形成される。表示素子４０には液晶表示素子等が使用可能であるが、小型の超高精細ディスプレイを得るためには、高い輝度を確保でき、バックライトが不要な自発光型のＯＬＥＤ（organic light emitting diode；有機ＬＥＤ）素子を適用することが好ましい。尚、表示素子４０は、図１（ｄ）に示したものとは逆側のガラス基板Ｇ１上に積層することも可能である。
図２は、製造プロセスを示すフロー図である。シリコン基板１０とガラス基板Ｇ１を貼り合わせ（ステップＳ１；図１（ａ）に相当）、シリコン基板１０を研磨などの方法により薄膜化する（ステップＳ２；図１（ｃ）に相当）。その後、熱処理（ステップＳ３）、薬液処理（ステップＳ４）を経て半導体装置５２を完成した後、半導体装置５２に表示素子４０を積層して、表示装置５４が完成する（ステップＳ５；図１（ｄ）に相当）。なお、通常表示装置を完成するには、ステップＳ２とステップＳ５までにパターニングなどの工程が入るが、便宜上説明を省略する。
各ステップにおいては次のような課題が提起されていた。
ステップＳ１：ガラス基板とシリコン基板との熱膨張係数（ＣＴＥ；coefficient of thermal expansion）の差に起因する残留歪みに伴う反りの発生。
ステップＳ３：ガラス基板の熱収縮に伴う薄膜トランジスタのパターンずれの発生（例えば、パターンの原図は熱処理前のガラス基板のサイズで設計しているのに対し、工程を流動しているガラス基板が熱処理により収縮が起きることがある。そのため、後工程で原図通りにパターニングを行うことで、パターンずれが生じてしまう。なお、後工程のパターニング工程には、露光工程や、蒸着、印刷工程などが含まれる。）。
ステップＳ４：ガラス基板の白濁化
ステップＳ１の課題に関し、本発明の一態様のガラス基板は、シリコン基板との熱膨張係数の差が小さいため、シリコン基板と貼り合わせる熱処理工程やその後の熱処理工程において、熱膨張係数の差に起因する残留歪、反りの発生を抑制することが可能である。
ステップＳ３の課題に関し、本発明の一態様のガラス基板は、コンパクションが小さい、すなわち熱収縮が小さいため、後工程でのパターンずれを抑制することが可能である。
ステップＳ４の課題に関し、本発明の一態様のガラス基板は、白濁が生じにくく、光の透過率を確保することが可能である。
以上のような特性から、本発明の一態様のガラス基板は、小型化された高精細な表示装置用のガラス基板として好適である。特に接眼ディスプレイ（ニアアイディスプレイ；near-eye display）等のサイズが極めて小さい表示装置および当該表示装置を駆動する半導体装置に好適に利用可能である。
本発明の一実施形態のガラス基板は、５０〜１００℃におけるガラス基板の平均熱膨張係数α５０／１００と単結晶シリコンの平均熱膨張係数との差の絶対値｜Δα５０／１００｜、１００〜２００℃におけるガラス基板の平均熱膨張係数α１００／２００と単結晶シリコンの平均熱膨張係数との差の絶対値｜Δα１００／２００｜、および２００〜３００℃におけるガラス基板の平均熱膨張係数α２００／３００と単結晶シリコンの平均熱膨張係数との差の絶対値｜Δα２００／３００｜が０．１６ｐｐｍ／℃以下である。尚、｜Δα５０／１００｜、｜Δα１００／２００｜、および｜Δα２００／３００｜は０．１５ｐｐｍ／℃以下が好ましく、０．１２ｐｐｍ／℃以下がより好ましく、０．１０ｐｐｍ／℃以下がさらに好ましく、０．０８ｐｐｍ／℃以下が特に好ましい。
｜Δα５０／１００｜、｜Δα１００／２００｜、および｜Δα２００／３００｜の３つ全てが０．１６ｐｐｍ／℃以下であることにより、ガラス基板と単結晶シリコン、すなわちシリコン基板との熱膨張係数の差を小さくすることができる。また、これら３つの値の各々の下限は特に制限されないが、通常０．０１ｐｐｍ／℃以上であってもよく、０．０２ｐｐｍ／℃以上であってもよく、０．０５ｐｐｍ／℃以上であってもよい。
本発明の一実施形態のガラス基板は、５０℃〜１００℃での平均熱膨張係数α５０／１００が、２．７０ｐｐｍ／℃〜３．２０ｐｐｍ／℃が好ましい。α５０／１００は２．８０ｐｐｍ／℃以上が好ましく、２．９０ｐｐｍ／℃以上がより好ましく、２．９１ｐｐｍ／℃以上がさらに好ましく、２．９２ｐｐｍ／℃以上が特に好ましい。また、α５０／１００は、３．１０ｐｐｍ／℃以下が好ましく、３．００ｐｐｍ／℃以下がより好ましく、２．９６ｐｐｍ／℃以下がさらに好ましく、２．９４ｐｐｍ／℃以下が特に好ましい。
α５０／１００が上記範囲であれば、シリコン基板との熱膨張係数の差が小さいため、プロセスマージンは確保しつつ、シリコン基板とガラス基板を貼り合わせる熱処理工程で、シリコン基板に発生する残留歪を小さくすることができる。
ここで、５０℃〜１００℃の平均熱膨張係数α５０／１００とは、ＪＩＳ Ｒ３１０２（１９９５年）で規定されている方法で測定した、熱膨張係数を測定する温度範囲が５０℃〜１００℃である平均熱膨張係数である。
本発明の一実施形態のガラス基板は、２００℃〜３００℃での平均熱膨張係数α２００／３００が３．４５ｐｐｍ／℃〜３．９５ｐｐｍ／℃が好ましい。α２００／３００は３．５５ｐｐｍ／℃以上が好ましく、３．６５ｐｐｍ／℃以上がより好ましく、３．６６ｐｐｍ／℃以上がさらに好ましく、３．６８ｐｐｍ／℃以上が特に好ましい。またα２００／３００は３．８５ｐｐｍ／℃以下が好ましく、３．７５ｐｐｍ／℃以下がより好ましく、３．７３ｐｐｍ／℃以下がさらに好ましく、３．７１ｐｐｍ／℃以下が特に好ましい。
α２００／３００が上記範囲であれば、本発明の一実施形態のガラス基板をシリコン基板と貼り合わせる際のプロセスマージンは確保しつつ、シリコン基板との熱膨張係数の差が小さい。そのため、シリコン基板との熱膨張係数差に起因する残留歪の発生などの不良を有意に抑制することができる。
また、α２００／３００が３．５５ｐｐｍ／℃〜３．８５ｐｐｍ／℃であれば、シリコン基板との熱膨張係数の差が十分に小さくなるため、熱膨張係数の差に起因する不良をより抑制することができる。
ここで、２００℃〜３００℃の平均熱膨張係数α２００／３００とは、ＪＩＳ Ｒ３１０２（１９９５年）で規定されている方法で測定した、熱膨張係数を測定する温度範囲が２００℃〜３００℃である平均熱膨張係数である。
本発明の一実施形態のガラス基板は、２００℃〜３００℃での平均熱膨張係数α２００／３００を５０℃〜１００℃での平均熱膨張係数α５０／１００で除した値α２００／３００／α５０／１００が１．１０〜１．３０であることが好ましい。α２００／３００／α５０／１００が１．１０〜１．３０であれば、シリコン基板との熱膨張係数の差が小さいため、シリコン基板とガラス基板を貼り合わせる熱処理工程で、シリコン基板に発生する残留歪が小さい。α２００／３００／α５０／１００は、１．１８〜１．２９が好ましく、１．２０〜１．２８がより好ましく、１．２４〜１．２７が特に好ましい。また、α２００／３００／α５０／１００は、１．１６〜１．２０未満であっても良い。
本発明の一実施形態のガラス基板は、コンパクションが０．１〜１００ｐｐｍである。コンパクションは、０．５ｐｐｍ以上であってもよく、１ｐｐｍ以上であってもよく、１０ｐｐｍ以上であってもよい。また、コンパクションは、８０ｐｐｍ以下が好ましく、６０ｐｐｍ以下がより好ましく、５０ｐｐｍ以下がさらに好ましく、４０ｐｐｍ以下が特に好ましい。
コンパクションは、ガラス転移温度より低い温度領域における熱処理下での熱収縮を示す指標である。後述する徐冷工程の速度を抑えることにより、低いコンパクションが得られる。コンパクションが上記範囲であれば、熱処理に起因するパターンずれを抑制することが可能である。
上記コンパクションとは、加熱処理の際にガラス構造の緩和によって発生するガラス熱収縮率である。本発明において、コンパクションとは、ガラス基板の表面に所定の間隔で圧痕を２箇所打ち、その後、ガラス基板を室温から１００℃／時間で６００℃まで加熱、昇温し、６００℃にて８０分間保持した後、１００℃／時間で室温まで冷却した場合の、圧痕間隔距離の収縮率（ｐｐｍ）を意味するものとする。
本発明におけるコンパクションは、下記方法で測定することができる。
ガラス基板の表面を研磨加工して１００ｍｍ×２０ｍｍの試料を得る。該試料の表面に点状の圧痕を長辺方向に２箇所、間隔Ａ（Ａ＝９５ｍｍ）で打つ。
次に該試料を室温から６００℃まで昇温速度１００℃／時（＝１．６℃／分）で加熱し、６００℃で８０分間保持した後、降温速度１００℃／時で室温まで冷却する。そして、再度、圧痕間距離を測定し、その距離をＢとする。このようにして得たＡ、Ｂから下記式を用いてコンパクションを算出する。なお、Ａ、Ｂは光学顕微鏡を用いて測定する。
コンパクション［ｐｐｍ］＝（Ａ−Ｂ）／Ａ×１０６
本発明の一実施形態のガラス基板は、ＢＨＦ処理時のヘイズ（以下、ＢＨＦヘイズとも記す）が４０％以下が好ましい。ヘイズは、３５％以下が好ましく、３０％以下がより好ましく、２５％以下がさらに好ましく、２０％以下が特に好ましい。
ヘイズは、ガラス基板の透明性に関する指標である。ヘイズが上記範囲であれば、薬液処理において、ガラス基板の白濁化を抑制され、光の透過率が確保できることになる。
本発明におけるＢＨＦヘイズとは、５０質量％フッ酸と４０質量％フッ化アンモニウム水溶液を１：９（体積比）で混合した液に２５℃で２０分浸漬した後、洗浄、乾燥したガラスについて、光を当てたとき、ガラスの曇りにより散乱される光の割合である。ヘイズ値は、スガ試験機社製ヘイズメーターにて測定することができる。
本発明の一実施形態のガラス基板は、アルカリ金属酸化物の含有量を抑えたいわゆる無アルカリガラス基板であって、アルカリ金属酸化物の含有量が０％〜０．１％が好ましい。ここで、アルカリ金属酸化物は、Ｌｉ２Ｏ、Ｎａ２Ｏ、Ｋ２Ｏである。アルカリ金属酸化物の含有量が０．１％以下であれば、シリコン基板とガラス基板を貼り合わせる熱処理工程において、アルカリイオンがシリコン基板に拡散しにくい。アルカリ金属酸化物の含有量は、０．０５％以下がより好ましく、０．０３％以下がさらに好ましく、実質的に含まないことが特に好ましい。ここで、アルカリ金属酸化物を実質的に含まないとは、アルカリ金属酸化物を全く含まないこと、またはアルカリ金属酸化物を製造上不可避的に混入した不純物として含んでいてもよいことを意味する。
本発明の一実施形態のガラス基板は、下記の組成であることが好ましい。
ＳｉＯ２ ：５０％〜７５％、
Ａｌ２Ｏ３ ：６％〜１６％、
Ｂ２Ｏ３ ：０％〜１５％、
ＭｇＯ ：０％〜１５％、
ＣａＯ ：０％〜１３％、
ＳｒＯ ：０％〜１１％、
ＢａＯ ：０％〜９．５％
ＳｉＯ２はガラスの骨格を形成する成分である。ＳｉＯ２の含有量が５０％以上であれば、耐熱性、化学的耐久性、耐候性が良好となる。ＳｉＯ２の含有量が７５％以下であれば、ガラス溶解時の粘性が高くなり過ぎずに溶融性が良好となる。ＳｉＯ２の含有量は、６０％以上が好ましく、６５％以上がより好ましい。またＳｉＯ２の含有量は、７０％以下が好ましく、６８％以下がより好ましく、６７％以下が特に好ましい。
Ａｌ２Ｏ３の含有量が６％以上であれば、耐候性、耐熱性、化学的耐久性が良好となり、ヤング率が高くなる。また、歪点が高くなるため、コンパクション値を低減できる。Ａｌ２Ｏ３の含有量が１６％以下であれば、ガラス溶解時の粘性が高くなり過ぎずに溶融性が良好となり、失透しにくくなる。Ａｌ２Ｏ３の含有量は、８％以上が好ましく、１１％以上がより好ましく、１２％以上が特に好ましい。またＡｌ２Ｏ３の含有量は１４％以下が好ましく、１３．５％以下がより好ましい。
Ｂ２Ｏ３は必須成分ではないが、含有することによりガラス溶解時の粘性が高くなり過ぎずに溶融性が良好となり、失透しにくくなる。Ｂ２Ｏ３の含有量が１５％以下であれば、ガラス転移温度を高くすることができ、ヤング率が高くなる。Ｂ２Ｏ３の含有量は、３％以上がより好ましく、４％以上が特に好ましい。また、コンパクション値が大きくなりすぎるのを抑制する観点で、Ｂ２Ｏ３の含有量は１２％以下が好ましく、１０％以下がより好ましく、６％以下が特に好ましい。
ＭｇＯは必須成分ではないが、含有することによりガラス溶解時の粘性が高くなり過ぎずに溶融性が良好となり、耐候性が向上し、ヤング率が高くなる。ＭｇＯの含有量が、１５％以下であれば、失透しにくくなる。ＭｇＯの含有量は、４％以上が好ましく、６％以上がより好ましい。また、ＭｇＯの含有量は、１０％以下が好ましく、９．５％以下がより好ましく、９％以下がさらに好ましい。
ＣａＯは必須成分ではないが、含有することによりガラス溶解時の粘性が高くなり過ぎずに溶融性が良好となり、耐候性が向上する。ＣａＯの含有量が１３％以下であれば、失透しにくくなる。ＣａＯの含有量は、１％以上が好ましく、２％以上がより好ましく、４％以上が特に好ましい。また、ＣａＯの含有量は、１０％以下が好ましく、８％以下がより好ましく、７％以下が特に好ましい。
ＳｒＯは必須成分ではないが、含有することによりガラス溶解時の粘性が高くなり過ぎずに溶融性が良好となり、耐候性が向上する。ＳｒＯの含有量が１１％以下であれば、失透しにくくなる。ＳｒＯの含有量は、０．５％以上が好ましく、１％以上がより好ましい。また、ＳｒＯの含有量は、８％以下が好ましく、６％以下がより好ましく、３％以下がより好ましい。
ＢａＯは必須成分ではないが、含有することによりガラス溶解時の粘性が高くなり過ぎずに溶融性が良好となり、耐候性が向上する。ＢａＯの含有量が９．５％以下であれば、失透しにくくなる。ＢａＯの含有量は、３％以下が好ましく、２％以下がより好ましく、０．５％以下が特に好ましい。
本発明の一実施形態のガラス基板は、ＣａＯ、ＳｒＯ、およびＢａＯの合計含有量が、５％以上が好ましい。ＣａＯ、ＳｒＯ、およびＢａＯの合計含有量が５％以上であれば、失透しにくくなる。ＣａＯ、ＳｒＯ、およびＢａＯの合計含有量は６％以上が好ましく、７％以上がより好ましく、７．５％以上がより好ましい。また、ＣａＯ、ＳｒＯ、およびＢａＯの合計含有量は、１５％以下であってもよく、１０％以下であってもよく、９％以下であってもよい。
本発明の一実施形態のガラス基板は、（Ａｌ２Ｏ３の含有量）≧（ＭｇＯの含有量）が好ましい。（Ａｌ２Ｏ３の含有量）≧（ＭｇＯの含有量）であれば、ガラス基板の平均熱膨張係数をシリコン基板の平均熱膨張係数に合わせやすく、シリコン基板とガラス基板を貼り合わせる熱処理工程で、シリコン基板に発生する残留歪が小さい。
本発明の一実施形態のガラス基板は、失透粘性（ηＴＬ）が、１０３．８ｄＰａ・ｓ以上が好ましい。失透粘性が１０３．８ｄＰａ・ｓ以上であれば、安定して成形をすることができる。失透粘性は１０３．９ｄＰａ・ｓ以上がより好ましく、１０４．０２ｄＰａ・ｓ以上がさらに好ましい。
本発明の一実施形態のガラス基板は、例えば画像や映像の表示用デバイスの基板として用いる場合に可視光を吸収しにくくするためには、Ｆｅ２Ｏ３の含有量が、０．０１％以下が好ましい。Ｆｅ２Ｏ３の含有量は、０．００６％以下がより好ましく、０．００４％以下がさらに好ましい。
本発明の一実施形態のガラス基板は、熱伝導率を高くし、溶融性を良好とするためには、Ｆｅ２Ｏ３を、０．００１％を超えて０．０４％以下含有することが好ましい。Ｆｅ２Ｏ３の含有量が０．００１％を超えていれば、ガラス基板の熱伝導率を高くし、溶融性を良好とすることができる。Ｆｅ２Ｏ３の含有量が０．０４％以下であれば、可視光の吸収が強くなり過ぎない。
Ｆｅ２Ｏ３の含有量は０．００１５％以上がより好ましく、０．００２％以上がさらに好ましい。Ｆｅ２Ｏ３の含有量は０．０３５％以下がより好ましく、０．０３％以下がさらに好ましく、０．０２５％以下が特に好ましい。
本発明の一実施形態のガラス基板は、清澄剤として、例えば、ＳｎＯ２、ＳＯ３、Ｃｌ、およびＦなどを含有させてもよい。
本発明の一実施形態のガラス基板は、耐候性、溶解性、失透性、紫外線遮蔽、赤外線遮蔽、紫外線透過、赤外線透過等の改善のために、例えば、ＺｎＯ、Ｌｉ２Ｏ、ＷＯ３、Ｎｂ２Ｏ５、Ｖ２Ｏ５、Ｂｉ２Ｏ３、ＭｏＯ３、Ｐ２Ｏ５、Ｇａ２Ｏ３、Ｉ２Ｏ５、Ｉｎ２Ｏ５、Ｇｅ２Ｏ５等を含有させてもよい。
本発明の一実施形態のガラス基板は、ガラスの化学的耐久性向上のため、ガラス中にＺｒＯ２、Ｙ２Ｏ３、Ｌａ２Ｏ３、ＴｉＯ２、ＳｎＯ２を合量で２％以下含有させてもよく、好ましくは１％以下、より好ましくは０．５％以下で含有させる。これらのうちＹ２Ｏ３、Ｌａ２Ｏ３およびＴｉＯ２は、ガラスのヤング率向上にも寄与する。
本発明の一実施形態のガラス基板は、環境負荷を考慮すると、Ａｓ２Ｏ３、Ｓｂ２Ｏ３を実質的に含有しないことが好ましい。また、安定してフロート成形することを考慮すると、ＺｎＯを実質的に含有しないことが好ましい。
本発明の一実施形態のガラス基板は、１００℃〜２００℃での平均熱膨張係数α１００／２００は３．１３ｐｐｍ／℃〜３．６３ｐｐｍ／℃が好ましく、３．２３ｐｐｍ／℃〜３．５３ｐｐｍ／℃がより好ましい。α１００／２００が上記範囲であれば、シリコン基板との熱膨張係数の差が小さいため、プロセスマージンは確保しつつ、シリコン基板とガラス基板を貼り合わせる熱処理工程で、シリコン基板に発生する残留歪を小さくすることができる。
α１００／２００は３．３３ｐｐｍ／℃以上が好ましく、３．３４ｐｐｍ／℃以上がより好ましく、３．３５ｐｐｍ／℃以上が特に好ましい。また、α１００／２００は３．４４ｐｐｍ／℃が好ましく、３．４３ｐｐｍ／℃以下がより好ましく、３．４１ｐｐｍ／℃以下がさらに好ましく、３．３８ｐｐｍ／℃以下が特に好ましい。
ここで、１００℃〜２００℃の平均熱膨張係数α１００／２００とは、ＪＩＳ Ｒ３１０２（１９９５年）で規定されている方法で測定した、熱膨張係数を測定する温度範囲が１００℃〜２００℃である平均熱膨張係数である。
本発明の一実施形態のガラス基板は、ヤング率が、６０ＧＰａ以上が好ましい。ヤング率が６０ＧＰａ以上であれば、ガラス基板を製造する際の徐冷工程において発生するガラス基板の反りや割れを抑制することができる。また、シリコン基板や周辺部材等との接触による破損を抑制することができる。ヤング率は６５ＧＰａ以上がより好ましく、７０ＧＰａ以上がさらに好ましく、８０ＧＰａ以上が特に好ましい。
また、ヤング率は、１００ＧＰａ以下が好ましい。ヤング率が１００ＧＰａ以下であれば、ガラスが脆くなる事を抑制し、ガラス基板の切削、ダイシング時の欠けを抑えることができる。ヤング率は９０ＧＰａ以下がより好ましく、８７ＧＰａ以下がさらに好ましい。
本発明の一実施形態のガラス基板は、厚さが、１．０ｍｍ以下が好ましい。厚さが１．０ｍｍ以下であれば、ディスプレイデバイスを薄型にすることができる。厚さは、０．８ｍｍ以下がより好ましく、０．７ｍｍ以下がさらに好ましく、０．５ｍｍ以下が特に好ましい。
また、ガラス基板の厚さは、０．０５ｍｍ以上が好ましい。厚さが０．０５ｍｍ以上であれば、シリコン基板や周辺部材等との接触による破損やハンドリングの際の破壊を抑制することができる。また、ガラス基板の自重たわみを抑えることができる。厚さは、０．１ｍｍ以上がより好ましく、０．３ｍｍ以上がさらに好ましい。
本発明の一実施形態のガラス基板は、一の主表面の面積が、０．０３ｍ２以上が好ましい。面積が０．０３ｍ２以上であれば、大面積のシリコン基板を用いることができ、一枚の積層基板から多数のディスプレイデバイスを製造することができる。面積は０．０４ｍ２以上がより好ましく、０．０５ｍ２以上がさらに好ましい。
また、本発明の一実施形態のガラス基板は、｜Δα５０／１００｜、｜Δα１００／２００｜、および｜Δα２００／３００｜が０．１６ｐｐｍ／℃以下であるため、面積が０．０３ｍ２以上であってもシリコン基板とガラス基板を貼り合わせる熱処理工程で、シリコン基板に発生する残留歪が小さい。面積は、０．１ｍ２以下が好ましい。面積が０．１ｍ２以下であればガラス基板の取り扱いが容易になり、シリコン基板や周辺部材等との接触による破損を抑制することができる。面積は、０．０８ｍ２以下がより好ましく、０．０６ｍ２以下がさらに好ましい。
本発明の一実施形態のガラス基板は、密度が２．６０ｇ／ｃｍ３以下が好ましい。密度が２．６０ｇ／ｃｍ３以下であれば、ガラス基板が軽量である。また、ガラス基板の自重によるたわみを低減する事ができる。密度は２．５５ｇ／ｃｍ３以下がより好ましく、２．５０ｇ／ｃｍ３以下がさらに好ましく、２．４８ｇ／ｃｍ３以下が特に好ましい。
また、密度は、２．２０ｇ／ｃｍ３以上が好ましい。密度が２．２０ｇ／ｃｍ３以上であれば、ガラスのビッカース硬度が高くなり、ガラス表面に傷をつき難くすることができる。密度は２．３０ｇ／ｃｍ３以上がより好ましく、２．４０ｇ／ｃｍ３以上がさらに好ましく、２．４５ｇ／ｃｍ３以上が特に好ましい。
本発明の一実施形態のガラス基板は、ガラス基板に含まれる欠点の密度が１個／ｃｍ２以下が好ましい。ガラス基板に含まれる欠点とは、ガラス基板の表面や内部に存在する泡、キズ、白金等の金属異物、および未溶融原料などであり、大きさが１ｍｍ以下、０．５μｍ以上のものを指す。欠点が１ｍｍより大きければ、目視で容易に判別でき、欠点を有する基板の除外は容易である。欠点が０．５μｍより小さければ、欠点が十分に小さいため、超高精細ディスプレイの基板として適用した場合でも素子の特性に影響を及ぼす恐れが少ない。液晶表示装置や、特にボトムエミッションのＯＬＥＤ表示装置の場合は、ガラス基板側から視認するため、高品質の欠点管理が求められる。欠点の密度は０．１個／ｃｍ２以下がより好ましく、０．０１個／ｃｍ２以下がさらに好ましい。
本発明の一実施形態のガラス基板の形状は特に限定されず、円形であっても楕円形であっても矩形であってもよい。貼り合わせるシリコン基板の形に合わせるために、ガラス基板の端にノッチやオリフラがあってもよい。ガラス基板が円形の場合、ガラス基板の外周の一部が直線であってもよい。
本発明の一実施形態のガラス基板は、歪点が、６５０℃以上が好ましい。歪点が６５０℃以上であれば、熱処理工程でガラス基板の寸法変化を少なく抑えることができる。歪点は７００℃以上が好ましく、７２０℃以上がより好ましく、７４０℃以上がさらに好ましい。
本発明の一態様の無アルカリガラスは、低熱収縮率性を向上させるための製造方法を取り入れることができる。具体的には、等価冷却速度ｑｅｑを４００℃／分以下とすることが好ましい。ここで、等価冷却速度の定義ならびに評価方法は以下のとおりである。
１０ｍｍ×１０ｍｍ×０．３ｍｍ〜２．０ｍｍの直方体に加工したガラスを、赤外線加熱式電気炉を用い、歪点＋１７０℃にて５分間保持し、その後、ガラスを室温（２５℃）まで冷却する。このとき、冷却速度を１℃／分から１０００℃／分の範囲で振った複数のガラスサンプルを作成する。
島津デバイス社製ＫＰＲ２０００を用いて、複数のガラスサンプルのｄ線（波長５８７．６ｎｍ）の屈折率ｎdを、Ｖブロック法により測定する。
得られたｎdを、前記冷却速度の対数に対してプロットすることにより、前記冷却速度に対するｎdの検量線を得る。
次に、実際に生産ラインにて溶解、成形、冷却等の工程を経て製造されたガラスのｎdを、上記測定方法により測定した。得られたｎdに対応する対応冷却速度（本実施形態において等価冷却速度という）を、前記検量線より求めた。
等価冷却速度は、４００℃／分以下が好ましい。より好ましくは３５０℃／分以下、さらに好ましくは１００℃／分以下である。一方、等価冷却速度が小さすぎる場合、ガラス基板の生産性が低下するため、０．１℃／分以上が好ましい。１℃／分以上がより好ましく、１０℃／分以上がさらに好ましい。
本発明の一実施形態のガラス基板は、粘度が１０２ｄＰａ・ｓとなる温度（Ｔ２とも記す）が、１８００℃以下が好ましい。Ｔ２は、１７５０℃以下がより好ましく、１７００℃以下がさらに好ましく、１６５０℃以下が特に好ましい。
本発明の一実施形態のガラス基板は、粘度が１０４ｄＰａ・ｓとなる温度（Ｔ４とも記す）が、１３５０℃以下が好ましい。Ｔ４は、１３００℃以下がより好ましく、１２９５℃以下がさらに好ましく、１２９０℃以下が特に好ましい。なお、他の物性確保の容易性を考慮すると、Ｔ４は１１００℃以上である。
本発明の一実施形態のガラス基板は、失透温度が、１３２５℃以下が好ましい。１３２０℃以下がより好ましく、１３１０℃以下がさらに好ましく、１２９５℃以下が特に好ましい。ガラス失透温度とは、白金製の皿に粉砕されたガラス粒子を入れ、一定温度に制御された電気炉中で１７時間熱処理を行い、熱処理後の光学顕微鏡観察によって、ガラスの内部に結晶が析出する最高温度と結晶が析出しない最低温度との平均値である。
本発明の一実施形態のガラス基板は、
０．０１７７×（ＳｉＯ２の含有量）−０．０１７３×（Ａｌ２Ｏ３の含有量）＋０．０３７７×（Ｂ２Ｏ３の含有量）＋０．０７７１×（ＭｇＯの含有量）＋０．１５４３×（ＣａＯの含有量）＋０．１８０８×（ＳｒＯの含有量）＋０．２０８２×（ＢａＯの含有量）＋０．０３４４×（ｌｏｇ１０ｑｅｑ）が２．７０〜３．２０、
０．０１８１×（ＳｉＯ２の含有量）＋０．０００４×（Ａｌ２Ｏ３の含有量）＋０．０３８７×（Ｂ２Ｏ３の含有量）＋０．０９１３×（ＭｇＯの含有量）＋０．１６２１×（ＣａＯの含有量）＋０．１９００×（ＳｒＯの含有量）＋０．２１８０×（ＢａＯの含有量）＋０．０３９１×（ｌｏｇ１０ｑｅｑ）が３．１３〜３．６３、
０．０１７７×（ＳｉＯ２の含有量）＋０．０１９５×（Ａｌ２Ｏ３の含有量）＋０．０３２３×（Ｂ２Ｏ３の含有量）＋０．１０１５×（ＭｇＯの含有量）＋０．１６８６×（ＣａＯの含有量）＋０．１９９０×（ＳｒＯの含有量）＋０．２１７９×（ＢａＯの含有量）＋０．０３１２×（ｌｏｇ１０ｑｅｑ）が３．４５〜３．９５、および
０．０１１１×（ＳｉＯ２の含有量）＋０．０２５０×（Ａｌ２Ｏ３の含有量）＋０．００７８×（Ｂ２Ｏ３の含有量）＋０．０１４４×（ＭｇＯの含有量）＋０．００５３×（ＣａＯの含有量）＋０．００５２×（ＳｒＯの含有量）＋０．００１３×（ＢａＯの含有量）−０．００４１×（ｌｏｇ１０ｑｅｑ）が１．１０〜１．３０を満たすことが好ましい。
ここで、ＳｉＯ２の含有量、Ａｌ２Ｏ３の含有量、Ｂ２Ｏ３の含有量、ＭｇＯの含有量、ＣａＯの含有量、ＳｒＯの含有量、およびＢａＯの含有量は、得られたガラスに含有される各成分の含有量、ｑｅｑは等価冷却速度である。
これらを満たせば、プロセスマージンは確保しつつ、シリコン基板とガラス基板を貼り合わせる熱処理工程で、シリコン基板に発生する残留歪を小さくしやすい。
０．０１７７×（ＳｉＯ２の含有量）−０．０１７３×（Ａｌ２Ｏ３の含有量）＋０．０３７７×（Ｂ２Ｏ３の含有量）＋０．０７７１×（ＭｇＯの含有量）＋０．１５４３×（ＣａＯの含有量）＋０．１８０８×（ＳｒＯの含有量）＋０．２０８２×（ＢａＯの含有量）＋０．０３４４×（ｌｏｇ１０ｑｅｑ）は、２．８０以上が好ましく、２．９０以上がより好ましく、２．９１以上がさらに好ましく、２．９２以上が特に好ましい。
また、０．０１７７×（ＳｉＯ２の含有量）−０．０１７３×（Ａｌ２Ｏ３の含有量）＋０．０３７７×（Ｂ２Ｏ３の含有量）＋０．０７７１×（ＭｇＯの含有量）＋０．１５４３×（ＣａＯの含有量）＋０．１８０８×（ＳｒＯの含有量）＋０．２０８２×（ＢａＯの含有量）＋０．０３４４×（ｌｏｇ１０ｑｅｑ）は、３．１０以下が好ましく、３．００以下がより好ましく、２．９６以下がさらに好ましく、２．９４以下が特に好ましい。
０．０１８１×（ＳｉＯ２の含有量）＋０．０００４×（Ａｌ２Ｏ３の含有量）＋０．０３８７×（Ｂ２Ｏ３の含有量）＋０．０９１３×（ＭｇＯの含有量）＋０．１６２１×（ＣａＯの含有量）＋０．１９００×（ＳｒＯの含有量）＋０．２１８０×（ＢａＯの含有量）＋０．０３９１×（ｌｏｇ１０ｑｅｑ）は、３．２３以上が好ましく、３．３３以上がより好ましく、３．３４以上がさらに好ましく、３．３５以上が特に好ましい。
また、０．０１８１×（ＳｉＯ２の含有量）＋０．０００４×（Ａｌ２Ｏ３の含有量）＋０．０３８７×（Ｂ２Ｏ３の含有量）＋０．０９１３×（ＭｇＯの含有量）＋０．１６２１×（ＣａＯの含有量）＋０．１９００×（ＳｒＯの含有量）＋０．２１８０×（ＢａＯの含有量）＋０．０３９１×（ｌｏｇ１０ｑｅｑ）は、３．５３以下が好ましく、３．４３以下がより好ましく、３．４１以下がさらに好ましく、３．３８以下が特に好ましい。
０．０１７７×（ＳｉＯ２の含有量）＋０．０１９５×（Ａｌ２Ｏ３の含有量）＋０．０３２３×（Ｂ２Ｏ３の含有量）＋０．１０１５×（ＭｇＯの含有量）＋０．１６８６×（ＣａＯの含有量）＋０．１９９０×（ＳｒＯの含有量）＋０．２１７９×（ＢａＯの含有量）＋０．０３１２×（ｌｏｇ１０ｑｅｑ）は、３．５５以上が好ましく、３．６５以上がより好ましく、３．６６以上がさらに好ましく、３．６８以上が特に好ましい。
また、０．０１７７×（ＳｉＯ２の含有量）＋０．０１９５×（Ａｌ２Ｏ３の含有量）＋０．０３２３×（Ｂ２Ｏ３の含有量）＋０．１０１５×（ＭｇＯの含有量）＋０．１６８６×（ＣａＯの含有量）＋０．１９９０×（ＳｒＯの含有量）＋０．２１７９×（ＢａＯの含有量）＋０．０３１２×（ｌｏｇ１０ｑｅｑ）は、３．８５以下が好ましく、３．７３以下がより好ましく、３．６５以下がさらに好ましく、３．７１以下が特に好ましい。
さらに、０．０１１１×（ＳｉＯ２の含有量）＋０．０２５０×（Ａｌ２Ｏ３の含有量）＋０．００７８×（Ｂ２Ｏ３の含有量）＋０．０１４４×（ＭｇＯの含有量）＋０．００５３×（ＣａＯの含有量）＋０．００５２×（ＳｒＯの含有量）＋０．００１３×（ＢａＯの含有量）−０．００４１×（ｌｏｇ１０ｑｅｑ）は、１．２０以上がより好ましい。
また、０．０１１１×（ＳｉＯ２の含有量）＋０．０２５０×（Ａｌ２Ｏ３の含有量）＋０．００７８×（Ｂ２Ｏ３の含有量）＋０．０１４４×（ＭｇＯの含有量）＋０．００５３×（ＣａＯの含有量）＋０．００５２×（ＳｒＯの含有量）＋０．００１３×（ＢａＯの含有量）−０．００４１×（ｌｏｇ１０ｑｅｑ）は、１．２７以下がより好ましい。
本発明の一実施形態のガラス基板は、厚さ０．５ｍｍのガラス基板における、波長３００ｎｍの光の透過率は５５％以上が好ましく、６０％以上がより好ましく、７０％以上がさらに好ましく、７５％以上が特に好ましい。波長３００ｎｍの透過率が高いと、ガラス面を通しての紫外線の照射による接合層の剥離や、液晶ディスプレイの場合の配向膜のアライメントを効率的に行うことが出来る。
本発明の一実施形態のガラス基板は、フッ酸水溶液（ＨＦ）に対する重量減少量（以下、ＨＦ重量減少量とも記す）が０．０５（ｍｇ／ｃｍ２）／分以上、０．２０（ｍｇ／ｃｍ２）／分以下が好ましい。ここで、ＨＦ重量減少量とは、ガラス基板を２５℃、５質量％フッ酸水溶液に浸漬した際の、単位面積および単位時間当たりの減少量（（ｍｇ／ｃｍ２）／分）である。
本発明の一実施形態のガラス基板は、シリコン基板と貼り合わせた後、そのままデバイスの一部として組み込まれる場合がある。例えば、ガラス基板は、ディスプレイ基板としてデバイスの中に組み込まれる。このような場合、デバイスを小型化するために、ガラス基板をスリミングすることが好ましい。そのため、本発明の一実施形態のガラス基板は、スリミングレートが高い方が好ましい。ガラス基板のスリミングレートの指標として、ＨＦ重量減少量を用いることができる。
ＨＦ重量減少量が０．０５（ｍｇ／ｃｍ２）／分以上であれば、スリミング工程の生産性が良好になり好ましい。ＨＦ重量減少量が０．２０（ｍｇ／ｃｍ２）／分以下であれば、スリミング工程でガラス基板に生じる、エッチング深さが不均一となってガラス基板表面の平滑性が損なわれるなどの不良を防止できるため好ましい。
ＨＦ重量減少量は、０．０７（ｍｇ／ｃｍ２）／分以上がより好ましく、０．０９（ｍｇ／ｃｍ２）／分以上がさらに好ましく、０．１１（ｍｇ／ｃｍ２）／分以上が特に好ましい。また、ＨＦ重量減少量は、０．１８（ｍｇ／ｃｍ２）／分以下がより好ましく、０．１６（ｍｇ／ｃｍ２）／分以下がさらに好ましく、０．１４（ｍｇ／ｃｍ２）／分以下が特に好ましい。
本発明の一実施形態のガラス基板は、光弾性定数が３３ｎｍ／（ＭＰａ・ｃｍ）以下が好ましく、３２ｎｍ／（ＭＰａ・ｃｍ）以下がより好ましく、３１ｎｍ／（ＭＰａ・ｃｍ）以下がさらに好ましく、３０ｎｍ／（ＭＰａ・ｃｍ）以下が特に好ましく、２９ｎｍ／（ＭＰａ・ｃｍ）以下が最も好ましい。光弾性定数が３３ｎｍ／（ＭＰａ・ｃｍ）以下であれば、表示装置の画質不良が起きにくい。
本発明の一実施形態の積層基板は、上記ガラス基板と、シリコン基板とが積層されて形成される。シリコン基板とガラス基板との熱膨張係数の差が小さいため、シリコン基板とガラス基板を貼り合わせる熱処理工程で、シリコン基板に発生する残留歪が小さい。また、積層基板は、例えば樹脂を間に挟んで、ガラス基板とシリコン基板を貼り合わせることで得られる。
このとき、樹脂の厚さや樹脂の熱膨張係数、貼り合わせ時の熱処理温度などが積層基板全体の反りに影響し得る。本発明の一実施形態の積層基板は、上述したような本発明の一実施形態のガラス基板のように熱膨張係数をコントロールすることで積層基板全体の反りを低減できるため、樹脂の厚さや樹脂の熱膨張係数、貼り合わせ時の熱処理温度などのプロセスマージンを広げることができる。本発明の一実施形態の積層基板には、上述した本発明の一実施形態のガラス基板を適用できる。
次に、本発明の一実施形態のガラス基板の製造方法について説明する。
本発明の一実施形態のガラス基板を製造する場合、ガラス原料を加熱して溶融ガラスを得る溶解工程、溶融ガラスから泡を除く清澄工程、溶融ガラスを板状にしてガラスリボンを得る成形工程、およびガラスリボンを室温状態まで徐冷する徐冷工程を経る。
溶解工程は、得られるガラス板の組成となるように原料を調製し、原料を溶解炉に連続的に投入し、好ましくは１４５０℃〜１６５０℃程度に加熱して溶融ガラスを得る。
原料には酸化物、炭酸塩、硝酸塩、水酸化物、塩化物などのハロゲン化物なども使用できる。溶解や清澄工程で溶融ガラスが白金と接触する工程がある場合、微小な白金粒子が溶融ガラス中に溶出し、得られるガラス板中に異物として混入してしまう場合があるが、硝酸塩原料の使用はこの白金異物の溶出を防止する効果がある。
硝酸塩としては、硝酸ストロンチウム、硝酸バリウム、硝酸マグネシウム、硝酸カルシウムなどを使用できる。硝酸ストロンチウムを使用することがより好ましい。原料粒度も溶け残りが生じない程度の数百ミクロンの大きな粒径の原料から、原料搬送時の飛散が生じない、二次粒子として凝集しない程度の数ミクロン程度の小さな粒径の原料まで適宜使用できる。造粒体の使用も可能である。原料の飛散を防ぐために原料含水量も適宜調整可能である。β−ＯＨ、Ｆｅの酸化還元度またはレドックス［Ｆｅ２＋／（Ｆｅ２＋＋Ｆｅ３＋）］などの溶解条件も適宜調整、使用できる。
次に、清澄工程は、上記溶解工程で得られた溶融ガラスから泡を除く工程である。清澄工程としては、減圧による脱泡法を適用してもよい。また、本発明におけるガラス基板は、清澄剤としてＳＯ３やＳｎＯ２を用いることができる。ＳＯ３源としては、Ａｌ、Ｍｇ、Ｃａ、ＳｒおよびＢａから選ばれる少なくとも１種の元素の硫酸塩が好ましく、アルカリ土類金属の硫酸塩がより好ましく、中でも、ＣａＳＯ４・２Ｈ２Ｏ、ＳｒＳＯ４、およびＢａＳＯ４が、泡を大きくする作用が著しく、特に好ましい。
減圧による脱泡法における清澄剤としてはＣｌやＦなどのハロゲンを使用するのが好ましい。Ｃｌ源としては、Ａｌ、Ｍｇ、Ｃａ、ＳｒおよびＢａから選ばれる少なくとも１種の元素の塩化物が好ましく、アルカリ土類金属の塩化物がより好ましく、中でも、ＳｒＣｌ２・６Ｈ２Ｏ、およびＢａＣｌ２・２Ｈ２Ｏが、泡を大きくする作用が著しく、かつ潮解性が小さいため、特に好ましい。Ｆ源としては、Ａｌ、Ｍｇ、Ｃａ、ＳｒおよびＢａから選ばれた少なくとも１種の元素のフッ化物が好ましく、アルカリ土類金属のフッ化物がより好ましく、中でも、ＣａＦ２がガラス原料の溶解性を大きくする作用が著しく、より好ましい。
次に、成形工程は、上記清澄工程で泡を除いた溶融ガラスを板状にしてガラスリボンを得る工程である。成形工程としては、溶融ガラスを溶融金属上に流して板状にしてガラスリボンを得るフロート法が適用される。
次に、徐冷工程は、上記成形工程で得られたガラスリボンを室温状態まで徐冷する工程である。徐冷工程としては、ガラスリボンを、粘度が１０１３ｄＰａ・ｓとなる温度から１０１４．５ｄＰａ・ｓとなる温度になるまでの平均冷却速度がＲとなるように室温状態まで徐冷する。徐冷したガラスリボンを切断後、ガラス基板を得る。
本発明の一実施形態のガラス基板の製造方法では、得られるガラス基板の組成は、酸化物基準のモル百分率表示で、下記の組成である。
ＳｉＯ２ ：５０％〜７５％、
Ａｌ２Ｏ３ ：６％〜１６％、
Ｂ２Ｏ３ ：０％〜１５％、
ＭｇＯ ：０％〜１５％、
ＣａＯ ：０％〜１３％、
ＳｒＯ ：０％〜１１％、
ＢａＯ ：０％〜９．５％
また、本発明の一実施形態のガラス基板の製造方法では、得られるガラス基板の組成と、徐冷工程におけるガラスリボンの粘度が１０１３ｄＰａ・ｓとなる温度から１０１４．５ｄＰａ・ｓとなる温度になるまでの平均冷却速度Ｒ（℃／分）が、次の条件（１）〜条件（４）を満たす。
条件（１）：
０．０１７７×（ＳｉＯ２の含有量）−０．０１７３×（Ａｌ２Ｏ３の含有量）＋０．０３７７×（Ｂ２Ｏ３の含有量）＋０．０７７１×（ＭｇＯの含有量）＋０．１５４３×（ＣａＯの含有量）＋０．１８０８×（ＳｒＯの含有量）＋０．２０８２×（ＢａＯの含有量）＋０．０３４４×ｌｏｇ１０Ｒが２．７０〜３．２０
条件（２）：
０．０１８１×（ＳｉＯ２の含有量）＋０．０００４×（Ａｌ２Ｏ３の含有量）＋０．０３８７×（Ｂ２Ｏ３の含有量）＋０．０９１３×（ＭｇＯの含有量）＋０．１６２１×（ＣａＯの含有量）＋０．１９００×（ＳｒＯの含有量）＋０．２１８０×（ＢａＯの含有量）＋０．０３９１×ｌｏｇ１０Ｒが３．１３〜３．６３
条件（３）：
０．０１７７×（ＳｉＯ２の含有量）＋０．０１９５×（Ａｌ２Ｏ３の含有量）＋０．０３２３×（Ｂ２Ｏ３の含有量）＋０．１０１５×（ＭｇＯの含有量）＋０．１６８６×（ＣａＯの含有量）＋０．１９９０×（ＳｒＯの含有量）＋０．２１７９×（ＢａＯの含有量）＋０．０３１２×ｌｏｇ１０Ｒが３．４５〜３．９５
条件（４）
０．０１１１×（ＳｉＯ２の含有量）＋０．０２５０×（Ａｌ２Ｏ３の含有量）＋０．００７８×（Ｂ２Ｏ３の含有量）＋０．０１４４×（ＭｇＯの含有量）＋０．００５３×（ＣａＯの含有量）＋０．００５２×（ＳｒＯの含有量）＋０．００１３×（ＢａＯの含有量）−０．００４１×ｌｏｇ１０Ｒが１．１０〜１．３０
好ましくは、次の条件（１）〜条件（４）を満たす。
条件（１）：
０．０１７７×（ＳｉＯ２の含有量）−０．０１７３×（Ａｌ２Ｏ３の含有量）＋０．０３７７×（Ｂ２Ｏ３の含有量）＋０．０７７１×（ＭｇＯの含有量）＋０．１５４３×（ＣａＯの含有量）＋０．１８０８×（ＳｒＯの含有量）＋０．２０８２×（ＢａＯの含有量）＋０．０３４４×ｌｏｇ１０Ｒが２．８０〜３．１０
条件（２）：
０．０１８１×（ＳｉＯ２の含有量）＋０．０００４×（Ａｌ２Ｏ３の含有量）＋０．０３８７×（Ｂ２Ｏ３の含有量）＋０．０９１３×（ＭｇＯの含有量）＋０．１６２１×（ＣａＯの含有量）＋０．１９００×（ＳｒＯの含有量）＋０．２１８０×（ＢａＯの含有量）＋０．０３９１×ｌｏｇ１０Ｒが３．２３〜３．５３
条件（３）：
０．０１７７×（ＳｉＯ２の含有量）＋０．０１９５×（Ａｌ２Ｏ３の含有量）＋０．０３２３×（Ｂ２Ｏ３の含有量）＋０．１０１５×（ＭｇＯの含有量）＋０．１６８６×（ＣａＯの含有量）＋０．１９９０×（ＳｒＯの含有量）＋０．２１７９×（ＢａＯの含有量）＋０．０３１２×ｌｏｇ１０Ｒが３．５５〜３．８５
条件（４）
０．０１１１×（ＳｉＯ２の含有量）＋０．０２５０×（Ａｌ２Ｏ３の含有量）＋０．００７８×（Ｂ２Ｏ３の含有量）＋０．０１４４×（ＭｇＯの含有量）＋０．００５３×（ＣａＯの含有量）＋０．００５２×（ＳｒＯの含有量）＋０．００１３×（ＢａＯの含有量）−０．００４１×ｌｏｇ１０Ｒが１．２４〜１．２７
ここで、ＳｉＯ２の含有量、Ａｌ２Ｏ３の含有量、Ｂ２Ｏ３の含有量、ＭｇＯの含有量、ＣａＯの含有量、ＳｒＯの含有量、およびＢａＯの含有量は、得られたガラスに含有される各成分の含有量である。条件（１）〜条件（４）を満たすことで、熱処理工程でシリコン基板に発生する残留歪を小さくすることができるガラス基板を製造することができる。
本発明は上記実施形態に限定されない。本発明の目的を達成できる範囲での変形や改良等は本発明に含まれる。
例えば、本発明の一実施形態のガラス基板を製造する場合、成形工程で、フュージョン法やプレス成形法などを適用して溶融ガラスを板状にしてもよい。
また、本発明の一実施形態のガラス基板を製造する場合、白金坩堝を用いてもよい。白金坩堝を用いた場合、溶解工程は、得られるガラス基板の組成となるように原料を調製し、原料を入れた白金坩堝を電気炉に投入し、好ましくは１４５０℃〜１６５０℃程度に加熱して白金スターラーを挿入し１時間〜３時間撹拌し溶融ガラスを得る。
成形工程は、溶融ガラスを例えばカーボン板上に流し出し板状にする。徐冷工程は、板状のガラスを室温状態まで徐冷し、切断後、ガラス基板を得る。
また、切断して得られたガラス基板を、例えばＴｇ＋５０℃程度となるように加熱した後、室温状態まで徐冷してもよい。このようにすることで、等価冷却速度ｑｅｑを調節することができる。
以下、実施例を挙げて本発明を具体的に説明するが、本発明はこれらの例に限定されない。
表１に示すガラス組成（目標組成）となるように、珪砂等の各種のガラス原料を調合した。原料を白金坩堝に入れ、電気炉中にて１５５０℃〜１６５０℃の温度で３時間加熱して溶融し、溶融ガラスとした。溶融にあたっては、白金坩堝に白金スターラーを挿入して１時間攪拌し、ガラスの均質化を行った。溶融ガラスをカーボン板上に流し出し、板状に成形後、板状のガラスをＴｇ＋５０℃程度の温度の電気炉に入れ、冷却速度Ｒ（℃／分）で電気炉を降温させ、ガラスが室温になるまで冷却した。
得られたガラスについて、下記式（１）〜（４）から求められる値、平均熱膨張係数（ｐｐｍ／℃）、コンパクション（ｐｐｍ）、ＢＨＦヘイズ（％）、ヤング率（ＧＰａ）、密度（ｇ／ｃｍ３）、歪点（℃）、透過率（％）、Ｔ２（℃）、Ｔ４（℃）、失透温度（℃）、失透粘性ｌｏｇ１０ηＴＬ（ｄＰａ・ｓｅｃ）、光弾性定数［ｎｍ／（ＭＰａ・ｃｍ）］を評価した。７つの例について得られた結果を表１に示す。表１には、α２００／３００／α５０／１００、｜Δα５０／１００｜、｜Δα１００／２００｜、｜Δα２００／３００｜、平均冷却速度（℃／ｍｉｎ）も示す。
式（１）：
０．０１７７×（ＳｉＯ２の含有量）−０．０１７３×（Ａｌ２Ｏ３の含有量）＋０．０３７７×（Ｂ２Ｏ３の含有量）＋０．０７７１×（ＭｇＯの含有量）＋０．１５４３×（ＣａＯの含有量）＋０．１８０８×（ＳｒＯの含有量）＋０．２０８２×（ＢａＯの含有量）＋０．０３４４×ｌｏｇ１０ｑｅｑが２．７０〜３．２０
式（２）：
０．０１８１×（ＳｉＯ２の含有量）＋０．０００４×（Ａｌ２Ｏ３の含有量）＋０．０３８７×（Ｂ２Ｏ３の含有量）＋０．０９１３×（ＭｇＯの含有量）＋０．１６２１×（ＣａＯの含有量）＋０．１９００×（ＳｒＯの含有量）＋０．２１８０×（ＢａＯの含有量）＋０．０３９１×ｌｏｇ１０ｑｅｑが３．１３〜３．６３
式（３）：
０．０１７７×（ＳｉＯ２の含有量）＋０．０１９５×（Ａｌ２Ｏ３の含有量）＋０．０３２３×（Ｂ２Ｏ３の含有量）＋０．１０１５×（ＭｇＯの含有量）＋０．１６８６×（ＣａＯの含有量）＋０．１９９０×（ＳｒＯの含有量）＋０．２１７９×（ＢａＯの含有量）＋０．０３１２×ｌｏｇ１０ｑｅｑが３．４５〜３．９５
式（４）
０．０１１１×（ＳｉＯ２の含有量）＋０．０２５０×（Ａｌ２Ｏ３の含有量）＋０．００７８×（Ｂ２Ｏ３の含有量）＋０．０１４４×（ＭｇＯの含有量）＋０．００５３×（ＣａＯの含有量）＋０．００５２×（ＳｒＯの含有量）＋０．００１３×（ＢａＯの含有量）−０．００４１×ｌｏｇ１０ｑｅｑが１．１０〜１．３０
なお、表中のかっこ書きした値は、計算値である。
以下に各物性の測定方法を示す。
（平均熱膨張係数）
ＪＩＳ Ｒ３１０２（１９９５年）に規定されている方法に従い、示差熱膨張計（ＴＭＡ）を用いて測定した。α５０／１００は測定温度範囲が５０℃〜１００℃、α１００／２００は１００℃〜２００℃、およびα２００／３００は２００℃〜３００℃である。
（シリコン基板の平均熱膨張係数）
表２に単結晶シリコンであるシリコン基板（信越化学工業製）の平均熱膨張係数を示す。シリコン基板のαＳｉ５０／１００は２．９４、αＳｉ１００／２００は３．３７ｐｐｍ／℃、αＳｉ２００／３００は３．６９、αＳｉ２００／３００／αＳｉ５０／１００は１．２５であった。シリコン基板の平均熱膨張係数は、典型的には表２に示す値である。
（コンパクション）
上述したように、試料の圧痕間距離の測定に基づき算出した。
（ＢＨＦヘイズ）
上述したように、５０％フッ酸と４０％フッ化アンモニウム水溶液の混合した液への浸漬後、スガ試験機社製ヘイズメーターを用いて測定した。
（ＨＦ重量減少率）
上述したように、２５℃、５質量％のフッ酸水溶液中にガラスを４０ｍｍ角に鏡面研磨加工したガラスを２０分間浸漬し、浸漬前後に測定したガラスの重量から重量減少量を求めた。２０分間での重量減少量を１分間当りに換算することによって、単位面積および単位時間当たりの減少量（（ｍｇ／ｃｍ２）／分）を求めた。
（ヤング率）
厚さ０．５ｍｍ〜１０ｍｍのガラスについて、超音波パルス法により測定した。
（密度）
泡を含まない約２０ｇのガラス塊を、アルキメデス法によって測定した。
（歪点）
ＪＩＳ Ｒ３１０３−２（２００１年）に規定されている方法に従い測定した。
（透過率）
厚さ０．５ｍｍのガラス基板について、波長３００ｎｍの光の透過率（％）を可視紫外分光光度計を用いて測定した。
（Ｔ２）
回転粘度計を用いて粘度を測定し、１０２ｄＰａ・ｓとなるときの温度Ｔ２（℃）を測定した。
（Ｔ４）
回転粘度計を用いて粘度を測定し、１０４ｄＰａ・ｓとなるときの温度Ｔ４（℃）を測定した。
（失透温度）
失透温度は、粉砕されたガラス粒子を白金製皿に入れ、一定温度に制御された電気炉中で１７時間熱処理を行い、熱処理後の光学顕微鏡観察によって、ガラスの表面または内部に結晶が析出する最高温度とガラスの表面または内部に結晶が析出しない最低温度との平均値とした。
（失透粘性）
ガラスの失透粘性（ガラスの失透温度におけるガラス粘度）は、回転粘度計を用いて、高温（１０００℃〜１６００℃）における溶融ガラスのガラス粘度を測定した結果から、フルチャーの式の係数を求め、該係数を用いたフルチャーの式により求めた。
（光弾性定数）
円板圧縮法（「円板圧縮法による化学強化用ガラスの光弾性定数の測定」、横田良助、窯業協会誌、８７［１０］、１９７９年、ｐ．５１９−５２２）により測定した。
表１中の例１〜３は実施例であり、例４〜７は比較例である。例１〜３の無アルカリガラス基板は、コンパクションが１００ｐｐｍ以下であるため、パターンずれが起きにくい。また、｜Δα５０／１００｜、｜Δα１００／２００｜、および｜Δα２００／３００｜が０．１６ｐｐｍ／℃以下であるため、シリコン基板とガラス基板を貼り合わせる熱処理工程において、シリコン基板に発生する残留歪が小さくなりやすい。
例４、５、７のガラス基板は、コンパクションが本願発明の一実施形態のガラス基板に関する範囲を逸脱する。そのため、パターンずれが起きやすい。また、例４〜７のガラス基板は、｜Δα５０／１００｜、｜Δα１００／２００｜、および｜Δα２００／３００｜が本願発明の一実施形態のガラス基板に関する範囲を逸脱する。そのため、シリコン基板とガラス基板を貼り合わせる熱処理工程において、シリコン基板に発生する残留歪が大きくなりやすい。
Figure 2018025883
Figure 2018025883
本出願は、２０１６年８月５日出願の日本特許出願、特願２０１６−１５４６８２に基づくものであり、その内容はここに参照として取り込まれる。
尚、本発明は、上述した実施形態に限定されるものではなく、適宜、変形、改良、等が可能である。その他、上述した実施形態における各構成要素の材質、形状、寸法、数値、形態、数、配置箇所、等は本発明を達成できるものであれば任意であり、限定されない。
本発明の一態様によれば、小型で高精細の表示装置を製造するのに適したガラス基板を提供することが可能である。また、そのようなガラス基板を用いた半導体装置、表示装置をも提供される。
本発明の一態様によれば、高精細の表示装置として、透明画像表示素子または反射型表示素子を備えた表示装置を製造するのに適したガラス基板を提供することが可能である。このような表示装置として、液晶表示装置（ＬＣＤ）、透明液晶表示装置、ＬＣＯＳ（Ｌｉｑｕｉｄ ｃｒｙｓｔａｌ ｏｎ ｓｉｌｉｃｏｎ）、ＭＥＭＳ（Ｍｉｃｒｏ Ｅｌｅｃｔｒｏ Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ Ｓｙｓｔｅｍｓ、例えばデジタルミラーデバイス）等が挙げられる。
本発明の一態様によれば、その他の表示装置として、エレクトロルミネッセンスを用いた自発光型表示素子を備えた表示装置を製造するのに適したガラス基板を提供することが可能である。このような表示装置として、有機ＥＬ表示装置、無機ＥＬ表示装置、マイクロＬＥＤ等が挙げられる。
さらに、本発明の一態様によれば、ヘッドマウントディスプレイやプロジェクタ等の表示装置を製造するのに適したガラス基板として提供することが可能である。
また、本発明の一態様によれば、高精細の表示装置として、表示素子の素子面における画素密度（画像分解能）が１０００ｐｐｉ以上の表示素子を備えた表示装置を製造するのに適したガラス基板を提供することが可能である。
１０：シリコン基板
２０：接合層
３０：薄膜トランジスタ
４０：表示素子
５０：積層基板
５２：半導体装置
５４：表示装置

Claims (20)

  1. コンパクションが０．１〜１００ｐｐｍであるガラス基板であり、
    ５０〜１００℃における前記ガラス基板の平均熱膨張係数α５０／１００と単結晶シリコンの平均熱膨張係数との差の絶対値｜Δα５０／１００｜、１００〜２００℃における前記ガラス基板の平均熱膨張係数α１００／２００と単結晶シリコンの平均熱膨張係数との差の絶対値｜Δα１００／２００｜、および２００〜３００℃における前記ガラス基板の平均熱膨張係数α２００／３００と単結晶シリコンの平均熱膨張係数との差の絶対値｜Δα２００／３００｜が０．１６ｐｐｍ／℃以下であるガラス基板。
  2. ５０℃〜１００℃での平均熱膨張係数α５０／１００が２．７０ｐｐｍ／℃〜３．２０ｐｐｍ／℃である請求項１に記載のガラス基板。
  3. ２００℃〜３００℃での平均熱膨張係数α２００／３００が３．４５ｐｐｍ／℃〜３．９５ｐｐｍ／℃である請求項１に記載のガラス基板。
  4. ２００℃〜３００℃の平均熱膨張係数α２００／３００を５０℃〜１００℃の平均熱膨張係数α５０／１００で除した値α２００／３００／α５０／１００が、１．１０〜１．３０である請求項１に記載のガラス基板。
  5. ＢＨＦヘイズが４０％以下である請求項１に記載のガラス基板。
  6. ２００℃〜３００℃での平均熱膨張係数α２００／３００が３．５５ｐｐｍ／℃〜３．８５ｐｐｍ／℃である請求項１に記載のガラス基板。
  7. 酸化物基準のモル百分率表示で、下記の組成である請求項１から６のいずれか１項に記載のガラス基板。
    ＳｉＯ２ ：５０％〜７５％、
    Ａｌ２Ｏ３ ：６％〜１６％、
    Ｂ２Ｏ３ ：０％〜１５％、
    ＭｇＯ ：０％〜１５％、
    ＣａＯ ：０％〜１３％、
    ＳｒＯ ：０％〜１１％、
    ＢａＯ ：０％〜９．５％
  8. 酸化物基準のモル百分率表示で、ＣａＯ、ＳｒＯ、およびＢａＯの合計含有量が５％以上、かつ（Ａｌ２Ｏ３の含有量）≧（ＭｇＯの含有量）であり、失透粘性が１０３．８ｄＰａ・ｓ以上である請求項１から７のいずれか１項に記載のガラス基板。
  9. １００℃〜２００℃での平均熱膨張係数α１００／２００が３．１３ｐｐｍ／℃〜３．６３ｐｐｍ／℃である、請求項１から８のいずれか１項に記載のガラス基板。
  10. ０．０１７７×（ＳｉＯ２の含有量）−０．０１７３×（Ａｌ２Ｏ３の含有量）＋０．０３７７×（Ｂ２Ｏ３の含有量）＋０．０７７１×（ＭｇＯの含有量）＋０．１５４３×（ＣａＯの含有量）＋０．１８０８×（ＳｒＯの含有量）＋０．２０８２×（ＢａＯの含有量）＋０．０３４４×（ｌｏｇ１０ｑｅｑ）が２．７０〜３．２０、
    ０．０１８１×（ＳｉＯ２の含有量）＋０．０００４×（Ａｌ２Ｏ３の含有量）＋０．０３８７×（Ｂ２Ｏ３の含有量）＋０．０９１３×（ＭｇＯの含有量）＋０．１６２１×（ＣａＯの含有量）＋０．１９００×（ＳｒＯの含有量）＋０．２１８０×（ＢａＯの含有量）＋０．０３９１×（ｌｏｇ１０ｑｅｑ）が３．１３〜３．６３、
    ０．０１７７×（ＳｉＯ２の含有量）＋０．０１９５×（Ａｌ２Ｏ３の含有量）＋０．０３２３×（Ｂ２Ｏ３の含有量）＋０．１０１５×（ＭｇＯの含有量）＋０．１６８６×（ＣａＯの含有量）＋０．１９９０×（ＳｒＯの含有量）＋０．２１７９×（ＢａＯの含有量）＋０．０３１２×（ｌｏｇ１０ｑｅｑ）が３．４５〜３．９５、および
    ０．０１１１×（ＳｉＯ２の含有量）＋０．０２５０×（Ａｌ２Ｏ３の含有量）＋０．００７８×（Ｂ２Ｏ３の含有量）＋０．０１４４×（ＭｇＯの含有量）＋０．００５３×（ＣａＯの含有量）＋０．００５２×（ＳｒＯの含有量）＋０．００１３×（ＢａＯの含有量）−０．００４１×（ｌｏｇ１０ｑｅｑ）が１．１０〜１．３０を満たす請求項１から９のいずれか１項に記載のガラス基板。（ここで、ＳｉＯ２の含有量、Ａｌ２Ｏ３の含有量、Ｂ２Ｏ３の含有量、ＭｇＯの含有量、ＣａＯの含有量、ＳｒＯ、およびＢａＯの含有量は、得られたガラスに含有される酸化物基準のモル百分率表示で表した含有量、ｑｅｑは等価冷却速度（単位：℃／分）である。）
  11. 光弾性定数３３ｎｍ／（ＭＰａ・ｃｍ）以下である、請求項１から１０のいずれか１項に記載のガラス基板。
  12. ２５℃、５質量％フッ酸水溶液に浸漬した際の、単位面積および単位時間当たりの減少量０．０７（ｍｇ／ｃｍ２）／分以上、０．１８（ｍｇ／ｃｍ２）／分以下である、請求項１〜１１のいずれか１項に記載のガラス基板。
  13. コンパクションが０．１〜１００ｐｐｍであり、
    ＢＨＦヘイズが２０％以下であり、
    光弾性定数が３３ｎｍ／（ＭＰａ・ｃｍ）以下であり、
    ２５℃、５質量％フッ酸水溶液に浸漬した際の、単位面積および単位時間当たりの減少量０．０７（ｍｇ／ｃｍ２）／分以上、０．１８（ｍｇ／ｃｍ２）／分以下である、ガラス基板。
  14. 請求項１から１３のいずれか１項に記載のガラス基板と、当該ガラス基板上に形成された結晶性シリコン膜を有する薄膜トランジスタとを含む半導体装置。
  15. 前記結晶性シリコン膜は単結晶シリコン膜である請求項１４に記載の半導体装置。
  16. 請求項１４または１５に記載の半導体装置と、表示素子とを備える表示装置。
  17. 前記表示素子は、透明画像表示素子または反射型画像表示素子である、請求項１６に記載の表示装置。
  18. 前記表示素子が、エレクトロルミネッセンスを用いた自発光型表示素子である、請求項１６に記載の表示装置。
  19. ヘッドマウントディスプレイまたはプロジェクタである、請求項１６または請求項１７に記載の表示装置。
  20. 前記表示装置に用いられる表示素子の素子面における画素密度（画像分解能）が、１０００ｐｐｉ以上である請求項１６から１８のいずれか１項に記載の表示装置。

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