KR101543832B1 - 글래스 기판 및 글래스 기판의 제조 방법 - Google Patents

글래스 기판 및 글래스 기판의 제조 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명의 목적은, 표면의 대전이 효과적으로 억제되는 글래스 기판 및 글래스 기판의 제조 방법을 제공하는 것이다. 글래스 기판(10)은 소자 형성 표면(12a)과, 조면화 표면(12b)을 구비한다. 소자 형성 표면(12a)은 반도체 소자 또는 컬러 필터가 형성되는 표면이다. 조면화 표면(12b)은 소자 형성 표면(12a)의 반대측의 표면이다. 조면화 표면(12b)은 제로보다 작은 Rsk를 갖는다. Rsk는 원자간력 현미경에 의해 측정되는 표면의 요철 형상을 나타내는 파라미터의 일종이며, 표면의 거칠기 곡선의 스큐니스이다.

Description

글래스 기판 및 글래스 기판의 제조 방법{GLASS SUBSTRATE AND GLASS SUBSTRATE PRODUCTION METHOD}
본 발명은, 글래스 기판 및 글래스 기판의 제조 방법에 관한 것이다.
종래, 액정 표시 장치 등의 플랫 패널 디스플레이의 제조에 글래스 기판이 사용되고 있다. 플랫 패널 디스플레이의 제조 공정에서, 글래스 기판 표면에 TFT(Thin Film Transistor) 등의 반도체 소자를 형성하기 위해, 글래스 기판은 반도체 제조 장치의 반응 용기 내의 서셉터에 적재되어, 성막 처리된다. 글래스 기판에 복수 종류의 박막을 형성하기 위해, 성막 처리는, 복수의 반도체 제조 장치에 의해 복수회 행해진다. 성막 처리가 행해질 때에, 글래스 기판은 서셉터로부터 제거된다. 이때, 글래스 기판을 재치하는 서셉터의 금속 표면과, 글래스 기판 표면 사이에 있어서, 마찰에 의한 정전기, 즉, 박리 대전이 발생하여, 글래스 기판에 정전기가 축적된다. 이로 인해, 복수회의 성막 처리가 행해진 글래스 기판은, 대량의 정전기를 축적한다. 특히, 액정 표시 장치에 사용되는 무알카리 글래스로 이루어지는 글래스 기판은, 그 표면이 대전되기 쉽고, 정전기가 제거되기 어렵다. 그리고, 박리 대전의 발생이 반복되면, 글래스 기판은 서셉터의 금속 표면에 대하여, 정전기에 의해 부착되기 쉬워진다. 이에 의해, 글래스 기판을 서셉터로부터 제거할 때에, 글래스 기판에 과도한 힘을 부여함으로써 글래스 기판을 파손시켜 버리는 경우가 있다. 또한, 박리 대전에 의해 축적된 정전기에 기인하는 전압은, 글래스 기판 표면에 형성된 반도체 소자를 파괴해 버리는 경우가 있다. 또한, 글래스 기판의 정전기의 대전에 의해, 글래스 기판의 표면에 파티클이 부착되어 버리는 경우가 있다.
이와 같은 상황 하에, 플랫 패널 디스플레이의 제조 공정에서의, 표면의 대전이 발생하기 어려운 글래스 기판의 제조가 제안되어 있다. 예를 들어, 특허문헌 1(일본 특허 출원 공개 제2005-255478호 공보)에 개시되는 글래스 기판은, 전극선이나 각종 디바이스가 형성되는 제1 표면과, 제1 표면의 반대측의 제2 표면을 갖는다. 제2 표면은, 물리적 연마 또는 화학 처리된 면이고, 0.3㎚ 내지 10㎚의 산술 평균 거칠기(Ra)를 갖는다. 제2 표면의 조면화 처리에 의해, 글래스 기판의 대전이 억제된다.
일본 특허 출원 공개 제2005-255478호 공보
글래스 기판의 조면화된 표면은, 미소한 요철 형상을 갖고 있다. 또한, 글래스 기판과, 글래스 기판이 적재되는 테이블과의 접촉 면적이 작을수록, 박리 대전이 발생하기 어렵다. 그 때문에, 글래스 기판 표면의 거칠기 곡선의 볼록부의 수가 많을수록, 글래스 기판과 테이블과의 접촉 면적이 보다 작아지므로, 글래스 기판의 대전이 보다 효과적으로 억제된다. 그러나, 글래스 기판 표면의 조면화의 정도를 나타내는 파라미터의 일종인 Ra는, 글래스 기판 표면의 거칠기 곡선의 볼록부의 수와 상관 관계를 갖지 않는다. 그 때문에, Ra가 소정의 범위로 되도록 글래스 기판 표면을 조면화한 경우라도, 글래스 기판의 대전이 충분히 억제되지 않을 가능성이 있다.
본 발명의 목적은, 표면의 대전이 효과적으로 억제되는 글래스 기판 및 글래스 기판의 제조 방법을 제공하는 것이다.
본 발명에 관한 글래스 기판은, 반도체 소자 또는 컬러 필터가 형성되는 플랫 패널 디스플레이용의 글래스 기판이다. 글래스 기판은, 제1 표면과, 제2 표면을 구비한다. 제1 표면은, 반도체 소자 또는 컬러 필터가 형성되는 표면이다. 제2 표면은, 제1 표면의 반대측의 표면이다. 제2 표면은, 제로보다 작은 Rsk를 갖는다. Rsk는, 원자간력 현미경에 의해 측정되는 표면의 요철 형상을 나타내는 파라미터의 일종이며, 표면의 거칠기 곡선의 스큐니스이다.
이 글래스 기판은, 연마 및 에칭 등에 의한 표면 처리가 행해진 제2 표면을 갖는다. 제2 표면의 거칠기 곡선의 스큐니스를 나타내는 파라미터(Rsk)는, 제로보다 작다. 그 때문에, 제2 표면의 거칠기 곡선은, 제2 표면의 면 거칠기 중심면에 대한 골부보다도, 마루부가 많은 형상을 갖고 있다. 즉, 제2 표면에 형성되는 볼록부의 비율은, 오목부의 비율보다도 크다. 그 때문에, 글래스 기판을 테이블 위에 재치한 경우에서, 테이블 표면과 접촉하는 제2 표면의 면적은 표면 처리에 의해 저감되어 있다. 글래스 기판과 테이블과의 접촉 면적이 작을수록, 글래스 기판의 대전이 보다 효과적으로 억제된다. 따라서, 이 글래스 기판은 대전이 효과적으로 억제된다.
또한, 제2 표면은, -0.3보다 작은 Rsk를 갖는 것이 바람직하다.
또한, 제2 표면은, -1.5보다 크고, 또한, -0.5보다 작은 Rsk를 갖는 것이 보다 바람직하다.
본 발명에 관한 글래스 기판의 제조 방법은, 반도체 소자 또는 컬러 필터가 형성되는 플랫 패널 디스플레이용의 글래스 기판의 제조 방법이다. 글래스 기판의 제조 방법은, 표면 처리 공정을 구비한다. 표면 처리 공정은, 반도체 소자 또는 컬러 필터가 형성되는 글래스 기판의 표면인 제1 표면의 반대측의 표면인 제2 표면을 표면 처리한다. 표면 처리 공정에서 표면 처리된 제2 표면이, 제로보다 작은 Rsk를 갖도록, 제2 표면은 표면 처리 공정에서 표면 처리된다. Rsk는, 원자간력 현미경에 의해 측정되는 표면의 요철 형상을 나타내는 파라미터의 일종이며, 표면의 거칠기 곡선의 스큐니스이다.
이 글래스 기판의 제조 방법에서는, 글래스 기판의 제2 표면은, 연마 및 에칭 등에 의한 표면 처리가 행해진다. 표면 처리가 행해진 제2 표면의 거칠기 곡선의 스큐니스를 나타내는 파라미터(Rsk)는, 제로보다 작다. 그 때문에, 제2 표면의 거칠기 곡선은, 제2 표면의 면 거칠기 중심면에 대한 골부보다도, 마루부가 많은 형상을 갖고 있다. 즉, 제2 표면에 형성되는 볼록부의 비율은, 오목부의 비율보다도 크다. 그 때문에, 글래스 기판을 테이블 위에 재치한 경우에서, 테이블 표면과 접촉하는 제2 표면의 면적은 표면 처리에 의해 저감되어 있다. 글래스 기판과 테이블과의 접촉 면적이 작을수록, 글래스 기판의 대전이 보다 효과적으로 억제된다. 따라서, 이 글래스 기판의 제조 방법에 의해 제조되는 글래스 기판은 대전이 효과적으로 억제된다.
또한, 표면 처리 공정에서 표면 처리된 제2 표면이, -0.3보다 작은 Rsk를 갖도록, 제2 표면은 표면 처리 공정에서 표면 처리되는 것이 바람직하다.
또한, 표면 처리 공정에서 표면 처리된 제2 표면이, -1.5보다 크고, 또한, -0.5보다 작은 Rsk를 갖도록, 제2 표면은 표면 처리 공정에서 표면 처리되는 것이 보다 바람직하다.
또한, 표면 처리 공정에서, 제2 표면은 불화 수소를 포함하는 에칭액을 사용하여 에칭되는 것이 바람직하다.
또한, 표면 처리 공정에서 표면 처리된 제2 표면에 있어서, 제2 표면의 면 거칠기 중심면으로부터 1㎚ 이상의 높이를 갖는 볼록부가 분산되어 형성되고, 또한, 볼록부의 제2 표면의 면적에 차지하는 면적 비율이 소정의 범위 내로 되도록, 제2 표면은 표면 처리 공정에서 표면 처리되는 것이 바람직하다. 이에 의해, 글래스 기판을 테이블 위에 재치한 경우에서, 테이블 표면과 접촉하는 제2 표면의 볼록부의 면적은, 표면 처리에 의해 증가한다. 따라서, 이 글래스 기판의 제조 방법에 의해 제조되는 글래스 기판은 대전이 효과적으로 억제된다.
본 발명에 관한 글래스 기판 및 글래스 기판의 제조 방법에 의해 제조된 글래스 기판은, 표면의 대전이 효과적으로 억제된다.
도 1은 실시 형태에 따른 글래스 기판의 단면도이다.
도 2는 실시 형태에 따른 글래스 기판의 제조 방법을 도시하는 플로우차트이다.
도 3은 드라이 에칭 장치의 일례를 도시하는 도면이다.
도 4는 웨트 에칭 장치의 일례를 도시하는 도면이다.
(1) 글래스 기판의 제조 방법의 개략
본 발명의 실시 형태에 대해서, 도면을 참조하면서 설명한다. 본 실시 형태에서 사용되는 글래스 기판의 제조 방법에 의해 제조되는 글래스 기판(10)은, 액정 디스플레이, 플라즈마 디스플레이 및 유기 EL 디스플레이 등의 플랫 패널 디스플레이(FPD)의 제조에 사용된다. 글래스 기판(10)은, 예를 들어, 0.2㎜ 내지 0.8㎜의 두께를 갖고, 또한, 세로 680㎜ 내지 2200㎜ 및 가로 880㎜ 내지 2500㎜의 사이즈를 갖는다.
도 1은, 글래스 기판(10)의 단면도이다. 글래스 기판(10)은, 한쪽의 주표면인 소자 형성 표면(12a)과, 다른 쪽의 주표면인 조면화 표면(12b)을 갖는다. 소자 형성 표면(12a)은 FPD의 제조 공정에서, TFT 등의 반도체 소자, 폴리실리콘 박막, ITO(Indium Thin Oxide) 박막 및 컬러 필터 등으로 이루어지는 복수층의 박막이 형성되는 면이다. 그 때문에, 일반적으로, 소자 형성 표면(12a)은 산술 평균 거칠기(Ra)가 0.2㎚ 이하인 매우 원활한 면이다. 한편, 조면화 표면(12b)은, 후술하는 바와 같이, 글래스 기판(10)의 제조 공정에서, 에칭 처리에 의해 미소한 요철이 형성되는 면이다. 본 실시 형태에 있어서, 글래스 기판(10)의 조면화 표면(12b)은 드라이 에칭, 웨트 에칭, 패드 연마, CMP 연마 및 테이프 연마 등에 의해 표면 처리된다.
글래스 기판(10)의 일례로서, 이하의 조성을 갖는 글래스를 들 수 있다.
(a) SiO2 : 50 질량％ 내지 70 질량％,
(b) Al2O3 : 10 질량％ 내지 25 질량％,
(c) B2O3 : 5 질량％ 내지 18 질량％,
(d) MgO : 0 질량％ 내지 10 질량％,
(e) CaO : 0 질량％ 내지 20 질량％,
(f) SrO : 0 질량％ 내지 20 질량％,
(g) BaO : 0 질량％ 내지 10 질량％,
(h) RO : 5 질량％ 내지 20 질량％(R은, Mg, Ca, Sr 및 Ba로부터 선택되는 적어도 1종임),
(i) R'2O : 0 질량％ 내지 2.0 질량％(R'는, Li, Na 및 K로부터 선택되는 적어도 1종임),
(j) SnO2, Fe2O3 및 CeO2로부터 선택되는 적어도 1종의 금속 산화물.
또한, 상기의 조성을 갖는 글래스는 0.1 질량％ 미만의 범위에서, 그 밖의 미량 성분의 존재가 허용된다.
글래스 기판(10)은 플로트법 및 다운드로우법 등에 의해 성형된다. 본 실시 형태에서는, 오버플로우 다운드로우법을 사용하는 FPD용의 글래스 기판(10)의 제조 공정에 대해서 설명한다. 도 2는, 글래스 기판(10)의 제조 공정을 나타내는 플로우차트의 일례이다. 글래스 기판(10)의 제조 공정은, 주로, 용해 공정(스텝 S10)과, 청징 공정(스텝 S20)과, 교반 공정(스텝 S30)과, 성형 공정(스텝 S40)과, 서냉 공정(스텝 S50)과, 채판 공정(스텝 S60)과, 절단 공정(스텝 S70)과, 조면화 공정(스텝 S80)과, 끝면 가공 공정(스텝 S90)으로 이루어진다. 용해 공정 S10과, 청징 공정 S20과, 교반 공정 S30과, 성형 공정 S40과, 서냉 공정 S50과, 채판 공정 S60과, 절단 공정 S70은, 글래스 원료로부터 글래스 기판(10)이 제조되는 기판 제조 공정이다. 조면화 공정 S80은, 글래스 기판(10)의 조면화 표면(12b)이 드라이 에칭 처리, 웨트 에칭 처리, 패드 연마 처리, CMP 연마 처리 및 테이프 연마 처리 등에 의해 조면화되는 표면 처리 공정이다. 다음에, 각 공정의 개략의 일례를 설명한다.
용해 공정 S10에서는, 용해조에 있어서, 버너 등의 가열 수단에 의해 글래스 원료가 용해되고, 1500℃ 내지 1600℃의 고온의 용융 글래스가 생성된다. 글래스 원료는, 원하는 조성의 글래스를 실질적으로 얻을 수 있게 조제된다. 여기서, 「실질적으로」란, 0.1 질량％ 미만의 범위에서, 그 밖의 미량 성분의 존재가 허용되는 것을 의미한다. 용융 글래스는, 용해조의 저부에 설치된 유출구로부터 하류 공정에 보내진다.
청징 공정 S20에서는, 청징조에 있어서, 용해 공정 S10에서 생성된 용융 글래스를 더욱 승온시킴으로써, 용융 글래스의 청징이 행해진다. 청징조에 있어서, 용융 글래스의 온도는, 1600℃ 내지 1800℃, 바람직하게는 1650℃ 내지 1750℃로 상승된다. 청징조에서는, 용융 글래스에 포함되는 O2, CO2 및 SO2의 미소한 거품이, 글래스 원료에 포함되는 SnO2 등의 청징제의 환원에 의해 생긴 O2를 흡수하여 성장하고, 용융 글래스의 액면에 부상한다.
교반 공정 S30에서는, 교반조에 있어서, 청징 공정 S20에서 청징된 용융 글래스가 교반되어, 화학적 및 열적으로 균질화된다. 교반조에서는, 용융 글래스는 연직 방향으로 흐르면서, 축 회전하는 스터러에 의해 교반되고, 교반조의 저부에 설치된 유출구로부터 하류 공정에 보내진다. 또한, 교반 공정 S30에서는, 지르코니아 리치의 용융 글래스 등, 용융 글래스의 평균적인 비중과 다른 비중을 갖는 글래스 성분이 교반조로부터 제거된다.
성형 공정 S40에서는, 오버플로우 다운드로우법에 의해, 교반 공정 S30에서 교반된 용융 글래스로부터 글래스 리본이 성형된다. 구체적으로는, 성형 셀의 상부로부터 넘쳐서 분류한 용융 글래스가, 성형 셀의 측벽을 따라서 하방으로 흐르고, 성형 셀의 하단에서 합류함으로써 글래스 리본이 연속적으로 성형된다. 용융 글래스는, 성형 공정 S40에 유입되기 전에, 오버플로우 다운드로우법에 의한 성형에 적합한 온도, 예를 들어, 1200℃까지 냉각된다.
서냉 공정 S50에서는, 성형 공정 S40에서 연속적으로 생성된 글래스 리본이, 왜곡 및 휨이 발생하지 않도록 온도 제어되면서, 서냉점 이하까지 서냉된다.
채판 공정 S60에서는, 서냉 공정 S50에서 서냉된 글래스 리본이, 소정의 길이마다 절단된다.
절단 공정 S70에서는, 채판 공정 S60에서 소정의 길이마다 절단된 글래스 리본이, 소정의 크기로 절단되어, 글래스 기판(10)이 얻어진다.
조면화 공정 S80에서는, 후술하는 바와 같이, 절단 공정 S70에서 얻어진 글래스 기판(10)의 조면화 표면(12b)의 표면 거칠기를 증가시키는 표면 처리가 행해진다. 조면화 공정 S80은, 주로, 글래스 기판(10)의 조면화 표면(12b)을 세정하는 세정 공정과, 세정 공정에서 세정된 조면화 표면(12b)을 에칭하는 에칭 공정으로 이루어진다.
끝면 가공 공정 S90에서는, 조면화 공정 S80에서 조면화 표면(12b)이 표면 처리된 글래스 기판(10)의 단부를 연마 및 연삭한다.
또한, 끝면 가공 공정 S90 이후에, 글래스 기판(10)의 세정 공정 및 검사 공정이 행해진다. 세정 공정 및 검사 공정의 상세 내용은 생략한다. 최종적으로, 글래스 기판(10)은 포장되어, FPD의 제조업자에게 출시된다. FPD 제조업자는, 글래스 기판(10)의 소자 형성면(12a)에 TFT 등으로 이루어지는 박막을 형성하여, FPD를 제조한다.
(2) 조면화 공정의 상세
다음에, 조면화 공정 S80에서 행해지는, 조면화 표면(12b)의 세정 공정 및 에칭 공정에 대해서, 각각 설명한다.
(2-1) 세정 공정
세정 공정에서는, 조면화 표면(12b)의 세정 처리가 행해진다. 세정 처리는, 예를 들어, 플라즈마 세정 처리이다. 플라즈마 세정 처리에서는, 예를 들어, 질소 및 산소의 혼합 가스인 공기 및 아르곤으로부터 생성되는, 플라즈마 상태로 활성화된 가스가 사용된다.
플라즈마 세정 처리에서는, 플라즈마 상태로 활성화된 가스를, 글래스 기판(10)의 조면화 표면(12b)에 분사함으로써, 조면화 표면(12b)에 부착되어 있는 유기물의 박막이 제거된다. 유기물의 박막은, 이후의 에칭 처리에 있어서, 마스크로서 기능한다. 그 때문에, 에칭 처리 전에, 조면화 표면(12b)으로부터 유기물의 박막을 제거하는 세정 처리를 행한다.
또한, 조면화 표면(12b)의 세정 공정에서, 플라즈마 세정 처리를 행하는 대신에, 오존 가스의 분사 처리 및 자외선의 조사 처리를 행함으로써, 유기물의 박막을 제거할 수도 있다. 세정 공정에서는, 적어도, 유기물을 산화 또는 개질시킴으로써, 유기물의 박막이 제거되면 된다. 또한, 에칭 공정에서의 표면 처리 전에 행하는 세정 공정은, 필수의 공정이 아니라, 표면 처리되는 조면화 표면(12b)의 청정도가 높으면 행할 필요는 없다.
(2-2) 에칭 공정
에칭 공정에서는, 조면화 표면(12b)의 에칭 처리가 행해진다. 에칭 처리는, 예를 들어, 드라이 에칭 처리 및 웨트 에칭 처리이다. 에칭 처리에서는, 불소계의 에천트가 사용되고, 특히, 불화 수소를 포함하는 에천트가 사용되는 것이 바람직하다.
도 3은, 드라이 에칭 장치의 일례를 도시하는 도면이다. 드라이 에칭 장치(30)는, 주로, 에칭 노즐(31)과 반송 롤러(32)를 구비한다. 글래스 기판(10)은, 반송 롤러(32)에 의해 반송된다. 글래스 기판(10)의 조면화 표면(12b)은, 반송 롤러(32)와 접촉하는 표면이다. 에칭 노즐(31)은, 글래스 기판(10)의 폭 방향으로 연장되는 슬릿 형상의 노즐이다. 에칭 노즐(31)은, 반송되는 글래스 기판(10)의 조면화 표면(12b)에, 에천트를 분사한다. 에천트는, 예를 들어, 플라즈마 상태의 캐리어 가스 중에, 4불화 탄소 및 물의 혼합 가스를 통과시킴으로써 생성되는 기체의 불화 수소이다. 캐리어 가스로서는, 질소 및 아르곤 등이 사용된다.
도 4는, 웨트 에칭 장치의 일례를 도시하는 도면이다. 웨트 에칭 장치(40)는, 주로, 반송 롤러(42)와, 조면화 롤러(44)와, 접촉 롤러(46)와, 에천트조(48)를 구비한다. 글래스 기판(10)은, 반송 롤러(42) 및 조면화 롤러(44)에 의해 반송된다. 글래스 기판(10)의 조면화 표면(12b)은, 반송 롤러(42) 및 조면화 롤러(44)와 접촉하는 표면이다. 조면화 롤러(44)의 외주면은, 스펀지로 구성된다. 조면화 롤러(44)의 외주면의 일부는, 에천트조(48)에 저류되어 있는 에칭액(49)에 침지되어 있다. 에칭액(49)은, 예를 들어, 불화 수소산이다. 조면화 롤러(44)의 표면은, 에칭액(49)을 흡수한다. 그 때문에, 조면화 롤러(44)에 흡수된 에칭액(49)은, 글래스 기판(10)의 조면화 표면(12b)과 접촉하므로, 에칭액(49)이 조면화 표면(12b)에 도포된다. 조면화 표면(12b)에 도포되는 에칭액(49)의 양을 조절하기 위해, 조면화 롤러(44)에 흡수된 에칭액(49)의 일부는, 조면화 롤러(44)의 표면을 압압하는 접촉 롤러(46)에 의해 착취된다. 또한, 글래스 기판(10)의 소자 형성 표면(12a)에 에어 등을 분사함으로써, 글래스 기판(10)의 조면화 표면(12b)과 조면화 롤러(44)의 접촉하는 압력을 높게 유지할 수 있다.
에칭 공정에서는, 글래스 기판(10)의 반송 속도를 조정함으로써, 에칭 처리에 필요로 하는 시간을 조정하고, 또한, 조면화 표면(12b)에 부착되는 에천트의 양을 조정할 수 있다. 에칭 공정이 행해지기 전에, 글래스 기판(10)의 조면화 표면(12b)은, 세정 공정에서 유기물의 박막이 제거되어 있으므로, 조면화 표면(12b)은 균일하게 에칭된다.
에칭 공정 후의 조면화 표면(12b)의 Rsk는, 제로보다 작다. 또한, 에칭 공정 후의 조면화 표면(12b)의 Rsk는, 바람직하게는, -0.3보다 작고, 더욱 바람직하게는, -1.5보다 크고, 또한, -0.5보다 작다. Rsk는, 원자간력 현미경에 의해 측정되는 표면의 요철 형상을 나타내는 파라미터의 일종이며, 표면의 거칠기 곡선의 스큐니스이다. 구체적으로는, Rsk는, JIS B 0601-2001에 준거한 스큐니스이다. Rsk를 산출하기 위해서는, 최초로, 표면의 거칠기 곡선의 제곱 평균 평방근 높이 Rq를, 다음 식에 따라서 산출한다.
Figure 112013047697461-pat00001
여기서, L은 기준 길이, Z(x)는 거칠기 곡선이다. Rsk는, 기준 길이에 있어서의 거칠기 곡선 Z(x)의 세제곱 평균을, 제곱 평균 평방근 높이 Rq의 세제곱으로 나눈 값이며, 다음 식에 따라서 산출된다.
Figure 112013047697461-pat00002
Rsk는, 글래스 기판(10)의 면 거칠기 중심면에 대한 거칠기 곡선 분포의 치우침을 나타내는 파라미터이다. Rsk가 제로인 경우, 거칠기 곡선 분포는, 면 거칠기 중심면에 대하여 대칭이다. Rsk가 제로보다 큰 경우, 거칠기 곡선 분포는, 면 거칠기 중심면으로부터 하측으로 치우친다. Rsk가 제로보다 작은 경우, 거칠기 곡선 분포는, 면 거칠기 중심면으로부터 상측으로 치우친다.
글래스 기판(10)의 조면화 표면(12b)의 Rsk가 제로보다 작은 경우, 조면화 표면(12b)의 거칠기 곡선은, 조면화 표면(12b)의 면 거칠기 중심면에 대한 골부보다도, 마루부가 많은 형상을 갖고 있다. 즉, 글래스 기판(10)의 조면화 표면(12b)에 형성되는 볼록부의 비율은, 오목부의 비율보다도 커진다.
(3) 특징
본 실시 형태에 따른 글래스 기판의 제조 방법에 의해 제조되는 글래스 기판(10)은, 에칭 처리에 의해 조면화된 조면화 표면(12b)을 갖고 있다. 조면화 표면(12b)의 Rsk를 제로보다 작게 하는 에칭 처리에 의해, 조면화 표면(12b)은 볼록부의 비율이 오목부의 비율보다도 큰 형상을 갖고 있다. 그 때문에, 글래스 기판(10)을 테이블 위에 재치한 경우에서, 테이블 표면과 접촉하는 조면화 표면(12b)의 면적은, 에칭 처리에 의해 저감되어 있다. 그리고, 글래스 기판(10)과 테이블과의 접촉 면적이 작을수록, 글래스 기판(10)의 대전이 보다 효과적으로 억제된다. 따라서, Rsk를 제로보다 작게 하는 조면화 처리에 의해, 글래스 기판(10)의 조면화 표면(12b)의 대전이 효과적으로 억제된다.
또한, 조면화 표면(12b)의 Rsk가 작을수록, 조면화 표면(12b)의 대전은, 보다 효과적으로 억제된다. 조면화 표면(12b)의 Rsk는, -0.3보다 작은 것이 바람직하고, 또한, -1.5보다 크고, 또한, -0.5보다 작은 것이 보다 바람직하다. 또한, 조면화 표면(12b)의 Rsk를 -1.3 이하로 하기 위해서는, 에칭 처리 외에, 예를 들어, 조면화 표면(12b)의 연마 공정이 필요하게 되어, 표면 상태의 컨트롤이 어렵게 된다. 그 때문에, 조면화 표면(12b)의 표면 처리의 공정이 길어지는 경우가 있다. 또한, 조면화 표면(12b)의 표면 처리의 공정의 관리가 복잡해질 우려가 있다.
또한, 조면화 표면(12b)의 Rsk가 -1.5 이하인 경우, 조면화 표면(12b)에 형성되는 볼록부의 수가 늘어남으로써, 글래스 기판(10)과 테이블과의 접촉 면적이 커져, 글래스 기판(10)의 대전성이 떨어지기 어려운 경향이 보인다.
플랫 패널 디스플레이의 제조 공정에서, 글래스 기판(10)의 소자 형성 표면(12a)에는 TFT 등의 반도체 소자, 폴리실리콘 박막 및 ITO 박막 등으로 이루어지는 복수층의 박막이 형성된다. 소자 형성 표면(12a)에 성막 처리가 행해질 때에, 글래스 기판(10)은 반도체 제조 장치의 반응 용기 내의 서셉터로부터 제거된다. 이때, 글래스 기판(10)을 재치하는 서셉터의 금속 표면과, 글래스 기판(10)의 조면화 표면(12b) 사이에 있어서, 박리 대전이 발생한다. 박리 대전에 의해 글래스 기판(10)에 정전기가 축적되면, 글래스 기판(10)의 조면화 표면(12b)은 서셉터의 금속 표면에 대하여, 정전기에 의해 부착되기 쉬워진다. 이에 의해, 글래스 기판(10)을 서셉터로부터 제거할 때에, 글래스 기판(10)에 과도한 힘을 부여함으로써 글래스 기판(10)을 파손시켜 버리는 경우가 있다. 또한, 박리 대전에 의해 축적된 정전기에 기인하는 전압은, 글래스 기판(10)의 소자 형성 표면(12a)에 형성된 반도체 소자 등을 파괴해 버리는 경우가 있다.
본 실시 형태에 따른 글래스 기판의 제조 방법에서는, 글래스 기판(10)의 조면화 표면(12b)의 대전이 효과적으로 억제된다. 따라서, 플랫 패널 디스플레이의 제조 공정에서, 글래스 기판(10)의 파손 및 글래스 기판(10)의 표면에 형성된 반도체 소자 등의 파괴를 효과적으로 억제할 수 있다. 또한, 글래스 기판(10)의 정전기의 대전에 기인하여 글래스 기판(10)의 표면에 파티클이 부착되는 것이 방지되어, 파티클의 부착에 의한 컬러 필터 박리 및 배선 전극 박리를 억제할 수 있다.
(4) 변형예
이상, 본 발명에 관한 글래스 기판의 제조 방법에 대해서 설명하였지만, 본 발명은 상기의 실시 형태에 한정되지 않고, 본 발명의 주지를 일탈하지 않는 범위에서, 다양한 개량 및 변경이 실시되어도 좋다. 당연, 본 발명은, 반도체 소자가 표면에 형성되는 글래스 기판뿐만 아니라, 컬러 필터가 표면에 형성되는 글래스 기판에도 효과를 발휘한다.
(4-1) 변형예 A
본 실시 형태에서는, 글래스 기판(10)의 조면화 표면(12b)은 제로보다 작은 Rsk를 갖도록, 에칭에 의한 표면 처리가 행해진다. 그러나, 글래스 기판(10)의 조면화 표면(12b)은 다른 표면 처리가 행해져도 좋다. 예를 들어, 조면화 표면(12b)은, 최초로, 산화 세륨 연마제를 사용하여 조면화 표면(12b)을 연마하는 연마 처리를 행하고, 다음에, 불화 수소산을 사용하여, 조면화 표면(12b)에 부착되어 있는 산화 세륨 연마제를 제거하는 제거 처리가 행해져도 좋다. 연마 처리 및 제거 처리로 이루어지는 표면 처리에 의해, 조면화 표면(12b)은 에칭되므로, 표면 처리가 행해진 조면화 표면(12b)은 제로보다 작은 Rsk를 갖는다.
(4-2) 변형예 B
본 실시 형태에서는, 글래스 기판(10)의 조면화 표면(12b)만이, 에칭에 의한 조면화 처리가 행해진다. 그러나, 글래스 기판(10)의 소자 형성 표면(12a) 및 조면화 표면(12b)이, 에칭에 의한 조면화 처리가 행해져도 좋다. 이에 의해, 조면화 표면(12b)의 대전뿐만 아니라, 소자 형성 표면(12a)의 대전도 효과적으로 억제된다.
또한, 글래스 기판(10)의 소자 형성 표면(12a)에는, TFT(Thin Film Transistor) 등의 반도체 소자가 형성되므로, 소자 형성 표면(12a)은 반도체 소자의 형성이 저해되지 않을 정도로 조면화되는 것이 바람직하다. 구체적으로는, 조면화된 소자 형성 표면(12a)은 2.0㎚ 미만의 산술 평균 거칠기(Ra)를 갖는 것이 바람직하다.
(4-3) 변형예 C
본 실시 형태에서는, 글래스 기판(10)의 조면화 표면(12b)의 웨트 에칭 처리의 예로서, 조면화 롤러(44)를 사용하여 조면화 표면(12b)에 에칭액을 도포하는 롤러 에칭 처리에 대해서 설명하였다. 그러나, 조면화 표면(12b)의 웨트 에칭 처리는, 예를 들어, 샤워 에칭 처리 및 딥 에칭 처리이어도 좋다.
샤워 에칭 처리에서는, 글래스 기판(10)의 조면화 표면(12b)에, 에칭액의 미소한 액적이 분사된다. 이에 의해, 에칭액이 조면화 표면(12b)에 균일하게 부착되어, 조면화 표면(12b)이 조면화된다.
딥 에칭 처리에서는, 글래스 기판(10) 전체를, 에칭액이 저류되어 있는 에칭 액조에 침지한다. 이에 의해, 글래스 기판(10)의 소자 형성 표면(12a) 및 조면화 표면(12b)이 조면화된다.
(5) 실시예
본 발명에 관한 글래스 기판의 제조 방법의 실시예로서, 복수의 글래스 기판에 대하여, 서로 다른 조건 하에서 표면 처리를 행하고, 표면 처리된 표면의 표면 거칠기 및 대전성을 측정하였다. 글래스 기판으로서, 보로알루미노실리케이트 글래스를 사용한 액정 표시 장치용의 글래스 기판을 사용하였다. 글래스 기판의 대전성의 평가는, 730㎜×920㎜의 사이즈를 갖고, 두께가 0.5㎜의 글래스 기판을 사용하였다.
최초로, 글래스 기판의 한쪽의 주표면을, 플라즈마 세정 장치를 사용하여 세정하였다. 세정 공정에서는, 플라즈마 상태의 아르곤 가스를, 매분 소정의 양, 글래스 기판의 표면에 분사하여, 글래스 기판의 표면을 세정하였다.
다음에, 세정한 글래스 기판의 표면을, 드라이 에칭 처리 또는 웨트 에칭 처리에 의해 조면화하였다. 드라이 에칭 처리에서는, 플라즈마 상태의 아르곤으로 이루어지는 캐리어 가스 중에, 4불화 탄소 및 물의 혼합 가스를 통과시킴으로써, 에칭 가스인 불화 수소를 생성하였다. 그리고, 생성된 에칭 가스를 글래스 기판의 표면에 분사하여, 글래스 기판의 표면을 에칭하였다. 웨트 에칭 처리에서는, 샤워 에칭 처리가 행해졌다.
다음에, 표면 처리된 글래스 기판으로부터, 1변이 50㎜인 정사각형의 시료를 잘라내어, 에칭된 글래스 기판 표면의 평가를 행하였다.
첫째로, 에칭 처리된 글래스 기판 표면의 Rsk를 산출하였다. 구체적으로는, 원자간력 현미경을 사용하여, 글래스 기판 시료의 1㎛×1㎛의 스캔 범위를, 256포인트×256포인트 측정하여 얻어진 3차원 데이터로부터, 시료 표면의 요철 형상을 측정하였다. 그리고, 표면의 요철 형상으로부터, 표면의 거칠기 곡선을 구하고, 상기의 식을 사용하여 Rsk를 산출하였다. 또한, 표면의 거칠기 곡선으로부터, 시료 표면의 산술 평균 거칠기(Ra)를 산출하였다. Ra는, 기준 길이(L)에 있어서의 거칠기 곡선[Z(x)]의 절대값의 평균이고, 다음 식에 따라서 산출된다.
Figure 112013047697461-pat00003
둘째로, 글래스 기판 표면의 대전성을 평가하였다. 대전성의 평가는, 온도 25℃, 습도 50％의 환경 하에서 행하였다. 구체적으로는, 최초로, 글래스 기판을 테이블에 재치하여, 진공 흡착에 의해, 소정의 시간, 글래스 기판과 테이블 표면을 밀착시켰다. 다음에, 핀을 사용하여, 글래스 기판을 들어올려 테이블 표면으로부터 박리하였다. 다음에, 표면 전위계(오므론 가부시끼가이샤제)를 사용하여, 글래스 기판 표면의 대전량을 측정하였다. 이상의 공정을, 소정의 인터벌을 두고 4회 반복하여, 글래스 기판 표면의 최대 대전량을 측정하였다. 그리고, 글래스 기판 표면의 최대 대전량의 절대값이 작을수록, 글래스 기판 표면의 대전성이 낮다고 판정하였다.
하기의 표 1에는, 제1 내지 제5 실시예, 제1, 제2 비교예로 이루어지는 7매의 글래스 기판에 관하여, 에칭 처리의 방법, Rsk 및 Ra의 측정 결과가 표시되어 있다. 표 1에 있어서, 「처리 방법」은 글래스 기판 표면의 에칭 처리의 방법을 나타낸다. 또한, 에칭 처리에 사용된 에천트는, 불화 수소이다. 표 1에 있어서, 「대전성」은 글래스 기판 표면의 대전량의 평가에 있어서, 글래스 기판 표면의 최대 대전량의 절대값이 작은 순서대로, 「◎」, 「○」, 「△」 및 「×」로 표시된다.
제1 실시예에서는, 드라이 에칭 처리를 행하고, 제2 내지 제5 실시예에서는, 웨트 에칭 처리를 행하였다. 제2 내지 제5 실시예에서 사용된 에칭액의 농도는, 모두 동일하였다. 제4, 제5 실시예에서는, 에칭 처리 전에, 산화 세륨 연마제를 사용하여 글래스 기판의 표면을 브러시로 연마하는 처리를 행하였다. 제5 실시예의 샤워 에칭 처리의 시간은, 제4 실시예의 샤워 에칭 처리의 시간보다 길게 하였다. 제1 비교예에서는, 지립에 의한 패드 연마 처리를 행하였다. 제2 비교예에서는, 글래스 기판 표면의 에칭 처리를 행하지 않았다.
Figure 112013047697461-pat00004
표 1에 따르면, 제1 내지 제5 실시예에 나타내어져 있는 바와 같이, Rsk가 제로보다 작은 표면을 갖는 글래스 기판은 대전성이 억제되어 있는 것이 확인되었다. 또한, 제4, 제5 실시예에 나타내어져 있는 바와 같이, 최초로, 글래스 기판의 연마 처리를 행하고, 다음에, 불산에 의한 연마면의 세정 처리를 행함으로써, 연마면이 에칭되어, 연마면의 Rsk가 큰 마이너스의 값으로 이루어지는 것이 확인되었다. 한편, 제5 실시예보다도 샤워 에칭 처리 시간을 더 길게 하면, 연마면의 Rsk가 제5 실시예보다도 커지는 것이 확인되었다. 이것은, 연마 처리와 에칭 처리에 의해, 글래스 기판의 연마면에 볼록부가 형성되지만, 과잉인 에칭 처리에 의해, 형성된 볼록부가 감소하였기 때문이라고 생각된다.
제1 내지 제5 실시예의 표면 처리가 행해진 글래스 기판은, 정전기가 축적되는 문제를 갖지 않는 것이 확인되었다. 또한, 표 1에 나타내어지는 바와 같이, Rsk와 Ra 사이에는 상관 관계가 확인되지 않았다.
또한, 제1 비교예에서는, 제1 실시예와 마찬가지로, 글래스 기판의 대전성이 낮아지는 것이 확인되었다. 그러나, 연마면에 연마 얼룩이 생기기 쉬워, 글래스 기판의 표면 내에 있어서 대전성에 얼룩이 생긴다고 하는 문제가 생겼다.
이상으로, 글래스 기판의 Rsk가 제로보다 작아지도록, 글래스 기판의 표면 처리를 행함으로써, 글래스 기판 표면의 대전이 효과적으로 억제되는 것이 확인되었다.
또한, 원자간력 현미경에 의한 측정 결과로부터 얻어진 시료 표면의 요철 형상으로부터, 시료 표면 전체에 차지하는 볼록부의 면적 비율을 산출하였다. 여기서, 볼록부는 표면 처리된 시료 표면의 면 거칠기 중심면으로부터 1㎚ 이상의 높이를 갖는 부분이다. 이하, 볼록부의 면적 비율을 산출하는 방법에 대해서 설명한다.
최초로, 글래스 기판으로부터, 50㎜×50㎜의 시료를 제작하였다. 다음에, 제작한 각 시료의 요철 형상을, 원자간력 현미경(ParkSystems사제, 모델 XE-100)을 사용하여, 비접촉 모드에서 계측하였다. 계측 전에, 산술 평균 거칠기(Ra)가 1㎚ 미만과 같은 면 거칠기의 작은 표면 요철을 계측할 수 있도록, 원자간력 현미경을 조정하였다. 계측시, 스캔 에어리어를 1㎛×1㎛(샘플링수는 256포인트×256포인트) 및 스캔 레이트를 0.8㎐로 하였다. 또한, 원자간력 현미경의 비접촉 모드에서의 서보 게인을 1.5로 하여, 세트 포인트를 자동 설정으로 하였다. 이 계측에 의해, 시료의 표면 요철에 관한 2차원의 표면 프로파일 형상을 얻었다. 다음에, 이 표면 프로파일 형상으로부터, 표면 요철의 히스토그램을 얻어, 면 거칠기 중심면으로부터의 높이가 1㎚의 높이로 슬라이스를 행하고, 높이가 1㎚ 이상인 화상 중의 화소수를 카운트하여 볼록부의 면적을 구하였다. 다음에, 구한 볼록부의 면적으로부터, 볼록부의 면적 비율(％)을 산출하였다.
그 결과, 제1 내지 제5 실시예에서는, 1㎚ 이상의 높이를 갖는 볼록부는, 표면 전체에 분산되어 형성되고, 또한, 볼록부의 면적 비율이 적어도 2％인 것이 확인되었다. 또한, 볼록부의 면적 비율이 클수록, 글래스 기판 표면의 대전은, 보다 효과적으로 억제된다. 제1 내지 제5 실시예에 나타내어지는 바와 같이, 글래스 기판의 Rsk가 제로보다 작아지도록 글래스 기판의 표면 처리를 행함으로써, 글래스 기판 표면의 대전이 효과적으로 억제되는 정도까지, 볼록부가 분산되어 형성되고, 또한, 볼록부의 면적 비율이 증가하는 것이 확인되었다. 또한, 볼록부의 면적 비율에 대해서 더 확인한 바, Rsk가 제로보다 작고, 또한, 면적 비율이 0.5％ 내지 10％인 경우에서, 글래스 기판의 표면 내의 대전이 효과적으로 억제되는 것이 확인되었다.
10 : 글래스 기판
12a : 소자 형성 표면(제1 표면)
12b : 조면화 표면(제2 표면)

Claims (10)

  1. 반도체 소자 또는 컬러 필터가 형성되는 플랫 패널 디스플레이용의 글래스 기판으로서,
    반도체 소자 또는 컬러 필터가 형성되는 표면인 제1 표면과,
    상기 제1 표면의 반대측의 표면인 제2 표면
    을 구비하고,
    상기 제2 표면은, -1.5보다 크고 -0.5보다 작은 Rsk(원자간력 현미경에 의해 측정되는 표면의 요철 형상을 나타내는 파라미터의 일종이며, 표면의 거칠기 곡선의 스큐니스임)를 갖고,
    상기 글래스 기판은 보로알루미노실리케이트 글래스를 이용하는 것인,
    글래스 기판.
  2. 삭제
  3. 반도체 소자 또는 컬러 필터가 형성되는 플랫 패널 디스플레이용의 글래스 기판의 제조 방법으로서,
    반도체 소자 또는 컬러 필터가 형성되는 글래스 기판의 표면인 제1 표면의 반대측의 표면인 제2 표면을 표면 처리하는 표면 처리 공정을 구비하고,
    상기 표면 처리 공정에서 표면 처리된 상기 제2 표면이, -1.5보다 크고 -0.5보다 작은 Rsk(원자간력 현미경에 의해 측정되는 표면의 요철 형상을 나타내는 파라미터의 일종이며, 표면의 거칠기 곡선의 스큐니스임)를 갖도록, 상기 제2 표면은, 상기 표면 처리 공정에서 표면 처리되고,
    상기 글래스 기판은 보로알루미노실리케이트 글래스를 이용하는 것인,
    글래스 기판의 제조 방법.
  4. 삭제
  5. 제3항에 있어서,
    상기 표면 처리 공정에서, 상기 제2 표면은, 롤러 에칭 처리에 의해 표면 처리되는 글래스 기판의 제조 방법.
  6. 제3항에 있어서,
    상기 표면 처리 공정에서, 상기 제2 표면은, 브러시 연마 처리된 후에, 샤워 에칭 처리에 의해 표면 처리되는 글래스 기판의 제조 방법.
  7. 제3항에 있어서,
    상기 표면 처리 공정에서, 상기 제2 표면은, 불화 수소를 포함하는 에칭액을 사용하여 에칭되는 글래스 기판의 제조 방법.
  8. 제3항에 있어서,
    상기 표면 처리 공정에서 표면 처리된 상기 제2 표면에 있어서, 상기 제2 표면의 면 거칠기 중심면으로부터 1㎚ 이상의 높이를 갖는 볼록부가 분산되어 형성되고, 또한, 상기 볼록부의 상기 제2 표면의 면적에 차지하는 면적 비율이 0.5％ 내지 10％가 되도록, 상기 제2 표면은, 상기 표면 처리 공정에서 표면 처리되는 글래스 기판의 제조 방법.
  9. 제5항에 있어서,
    상기 표면 처리 공정에서, 상기 제2 표면은, 불화 수소를 포함하는 에칭액을 사용하여 에칭되는 글래스 기판의 제조 방법.
  10. 제6항에 있어서,
    상기 표면 처리 공정에서, 상기 제2 표면은, 불화 수소를 포함하는 에칭액을 사용하여 에칭되는 글래스 기판의 제조 방법.
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