WO2010128673A1 - ガラス基板及びその製造方法 - Google Patents

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晋吉 三和
智基 柳瀬
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Definitions

  • the present invention provides a glass substrate that is less likely to cause electrostatic charge even after contact peeling and a method for manufacturing the same, or a glass substrate that is less likely to stick even if contact is made between the glass substrates or a member such as a plate (surface plate, stage). And a manufacturing method thereof.
  • Glass substrates are widely used as substrates for flat panel displays such as liquid crystal displays (LCDs).
  • LCDs liquid crystal displays
  • an alkali-free glass substrate that does not substantially contain an alkali metal oxide is used for flat panel displays, particularly LCDs and organic EL displays (OLEDs).
  • the alkali-free glass substrate is required to have the following characteristics. (1) Excellent chemical resistance, specifically, excellent resistance to chemicals such as various acids and alkalis used in the photolithography-etching process, and (2) glass substrate does not shrink by heat.
  • the strain point is high, specifically, the strain point is 600 ° C. or higher.
  • the glass substrate is heated to several hundred degrees Celsius in processes such as film formation of flat panel display and annealing.
  • the current polycrystalline silicon TFT-LCD has a process temperature of about 400 to 600 ° C.
  • the glass substrate is required to have a high strain point, specifically, a strain point of 600 ° C. or higher.
  • JP 2001-343632 A Japanese Patent Laid-Open No. 2002-72922
  • Charging due to contact and peeling between the glass substrate and the plate occurs in a vacuum process such as a step of etching a thin film on the surface of the glass substrate or a film forming step as well as a step in atmospheric pressure.
  • a vacuum process such as a step of etching a thin film on the surface of the glass substrate or a film forming step as well as a step in atmospheric pressure.
  • a glass substrate with a smooth surface is likely to stick to a metal or ceramic plate, and there are cases where the glass substrate is damaged when it is peeled off.
  • the charging of the glass substrate and the plate also affects the sticking.
  • the priority guarantee surface of the glass substrate is generally referred to as the priority guarantee surface of the glass substrate, or simply the “front surface”.
  • the priority guarantee surface of the glass substrate is scratched or soiled, or if the surface has large irregularities, disconnection of the wiring film, defective TFT formation, etc. occur, causing display defects.
  • the technical problem of the present invention is to provide a glass substrate that is difficult to cause charging in the manufacturing process of various displays, is difficult to stick to a plate, and is less likely to cause disconnection of a wiring film or poor TFT formation. It is.
  • a method of microscopically reducing the contact area between the glass substrate and the plate is the most effective.
  • the glass substrate and the plate come into contact with each other with a strong force, electrons are exchanged at the interface between the two. Then, when both are peeled off, charging occurs. Therefore, by regulating the average surface roughness Ra of the second surface of the glass substrate within an appropriate range, the contact area between the glass substrate and the plate can be reduced, and as a result, the charge amount can be reduced.
  • a glass substrate that is easily charged and has a very high surface smoothness has a characteristic that it is very likely to stick to the plate when adsorbed on the plate. Therefore, by restricting the average surface roughness Ra of the second surface of the glass substrate to an appropriate range, the contact area between the glass substrate and the plate can be reduced, and as a result, sticking of the glass substrate can be prevented. Can do.
  • the “average surface roughness Ra” may be such that 70% or more of the second surface of the glass substrate has a predetermined average surface roughness Ra.
  • An average value is desirable. In other words, even if a specific location on the surface of the glass substrate (for example, a peripheral portion or corner portion of the glass substrate) is larger than 1.5 nm, or conversely smaller than 0.3 nm, the second (or first) of the glass substrate. If the average surface roughness Ra is 70% or more, preferably 80% or more of the surface, the effect of the present invention can be obtained in accordance with the gist of the present invention.
  • the glass substrate of the present invention regulates the average surface roughness Ra of the first surface to 0.2 nm or less. In this way, devices for driving various wiring films and pixels can be formed on the surface of the glass substrate with high precision, and as a result, disconnection of the thin film wiring film, TFT formation failure, etc. can be prevented accurately. can do.
  • the glass substrate of the present invention is formed by a downdraw method.
  • the glass substrate of the present invention is characterized in that the area of the first surface and the area of the second surface exceed 0.2 m 2 .
  • the glass substrate of the present invention has a thickness of 0.5 mm or less.
  • the glass substrate of the present invention has a glass composition of the following oxide equivalent mass%: SiO 2 50 to 70%, Al 2 O 3 10 to 20%, B 2 O 3 0 to 15%, MgO + CaO + SrO + BaO. 1-30%, MgO 0-10%, CaO 0-20%, SrO 0-20%, BaO 0-20% and substantially no alkali metal oxide.
  • substantially no alkali metal oxide refers to a case where the content of the alkali metal oxide in the glass composition is 1000 ppm or less.
  • the method for producing a glass substrate of the present invention is a method for producing a glass substrate having a first surface and a second surface, wherein the average surface roughness Ra of the first surface is 0.2 nm or less,
  • the second surface is chemically treated by an atmospheric pressure plasma process so that the average surface roughness Ra of the second surface is 0.3 to 1.5 nm.
  • the glass substrate manufacturing method of the present invention is characterized by using a gas containing F as a source of an atmospheric pressure plasma process. In this way, plasma containing HF gas can be generated, and the surface of the glass substrate can be etched by this plasma.
  • a method of manufacturing a glass substrate of the present invention is characterized by using a CF 4 gas or SF 6 gas.
  • plasma containing HF gas can be generated efficiently, and the surface of the glass substrate can be appropriately etched by this plasma.
  • the method for producing a glass substrate of the present invention is characterized in that the average surface roughness Ra of the second surface before chemical treatment is 0.2 nm or less. In this way, the second surface of the glass substrate can be chemically treated uniformly.
  • the first surface is a surface on which electrode wires and various devices are formed
  • the second surface is a surface on which electrode wires and various devices are not formed. It is characterized by that.
  • the surface of the glass substrate can be chemically treated with plasma, and as a result, the average surface roughness Ra of the glass substrate can be increased.
  • the atmospheric pressure plasma process is preferably used as a processing gas (+ plasma) by mixing these F-containing gases with a carrier gas such as Ar.
  • the treatment time of the atmospheric pressure plasma process is desirably 0.5 seconds or more and within 5 minutes, and the treatment speed is preferably 0.5 to 10 m / min. If it does in this way, it will become easy to make average surface roughness Ra of a glass substrate into the predetermined range in a short time.
  • the surface of the glass substrate is contaminated with molten tin, and the minute surface irregularities called undulations degrade the display performance of the TFT-LCD, so the priority guarantee surface must be polished. It will not be a product.
  • the overflow downdraw method is less likely to cause the above-described problems, so that the polishing step can be omitted, and as a result, the manufacturing cost of the glass substrate can be reduced.
  • the area of the first surface and the area of the second surface are preferably 0.2 m 2 or more, 0.5 m 2 or more, 0.6 m 2 or more, particularly 1.0 m 2 or more.
  • the plate thickness is preferably 0.7 mm or less, 0.6 mm or less, 0.5 mm or less, particularly 0.4 mm or less.
  • the content of SiO 2 is 50 to 70%, preferably 55 to 65%.
  • the content of SiO 2 is small, heat resistance, acid resistance and the like is reduced.
  • the content of SiO 2 is large, the high-temperature viscosity is increased and the meltability is lowered.
  • defects such as devitrified crystals (cristobalite) are likely to occur in the glass.
  • the content of Al 2 O 3 is 10 to 25%, preferably 12% to 23%, more preferably 13% to 20%.
  • the content of Al 2 O 3 is less than 10%, it is difficult to improve heat resistance.
  • Al 2 O 3 has a function of increasing the Young's modulus and the specific Young's modulus, but if the Al 2 O 3 content is less than 10%, the Young's modulus and the specific Young's modulus are likely to be lowered.
  • the specific Young's modulus decreases, the amount of bending of the glass substrate increases, and in particular, the amount of bending of a large-area glass substrate increases remarkably.
  • B 2 O 3 is a component that acts as a flux, lowers the viscosity at high temperature, and increases the meltability, and its content is 0 to 15%, preferably 1 to 13%.
  • the content of B 2 O 3 is small, the function as a flux becomes insufficient, the high-temperature viscosity becomes high, and the bubble quality of the glass substrate tends to be lowered.
  • the content of B 2 O 3 is large, it becomes difficult to chemically treat the surface of the glass substrate by the atmospheric pressure plasma process. If the content of B 2 O 3 is large, heat resistance, Young's modulus is reduced.
  • MgO is a component that lowers the viscosity at high temperature and improves the meltability without lowering the strain point, and is the component that has the effect of reducing the density most among the alkaline earth metal oxides, and its content is 0 It is ⁇ 10%, preferably 0 to 8%, more preferably 0 to 6%, still more preferably 0 to 5%, and most preferably 0 to 3%.
  • MgO liquidus temperature will rise and devitrification resistance will fall easily.
  • CaO is a component that lowers the viscosity at high temperature and significantly increases the meltability without reducing the strain point, and has a high effect of suppressing devitrification in the glass composition system according to the present invention, and is an alkaline earth metal. If the content of the oxide is relatively increased, the density can be easily reduced. When there is much content of CaO, a thermal expansion coefficient and a density will rise too much, the balance of a glass composition will be impaired, and devitrification resistance will fall easily conversely. Therefore, the content of CaO is 0 to 20%, preferably 0 to 15%, more preferably 1 to 10%.
  • Halogens such as F and Cl have the effect of accelerating the melting of the alkali-free glass, and if these components are added, the melting temperature can be lowered and the action of the fining agent is promoted, resulting in the melting of the glass. The lifetime of the glass manufacturing kiln can be extended while reducing the cost.
  • Table 1 shows preferred glass compositions and their properties as the glass substrate of the present invention.
  • Each sample in the table was prepared as follows. First, glass raw materials were prepared so as to have the glass composition in the table, and were melted using a platinum pot at 1600 ° C. for 24 hours. Next, the obtained molten glass was poured onto a carbon plate and formed into a flat plate shape. About the obtained glass, the characteristic in a table
  • the thermal expansion coefficient is a value measured with a dilatometer, and is an average value in a temperature range of 30 to 380 ° C.
  • Softening point is a value measured based on the method of ASTM C338.
  • the Young's modulus is a value measured by the resonance method.
  • the liquid phase temperature is obtained by crushing glass, passing through a standard sieve 30 mesh (a sieve opening of 500 ⁇ m), putting the glass powder remaining in 50 mesh (a sieve opening of 300 ⁇ m) into a platinum boat, and keeping it in a temperature gradient furnace for 24 hours. Then, the temperature at which the crystal is deposited is measured.
  • Liquid phase viscosity is a value obtained by measuring the viscosity of glass at the liquid phase temperature TL by a platinum ball pulling method.
  • a surface potential meter 4 is installed at a position 10 mm above the glass substrate G, whereby the amount of charge generated at the center of the glass substrate G can be continuously measured. Further, an air gun 5 with an ionizer is installed above the glass substrate G, whereby the charging of the glass substrate G can be gradually reduced.
  • the plate size of this apparatus is 350-450 mm.
  • a method of measuring the peel charge amount using this apparatus will be described.
  • the experiment is performed in an environment of 20 ° C. ⁇ 1 ° C. and humidity 40% ⁇ 1%. Since this amount of charge changes greatly under the influence of humidity in the atmosphere, particularly in the atmosphere, it is necessary to pay particular attention to the management of humidity.
  • (1) Place the glass substrate on the support table 1 with the chemically treated surface facing down.
  • (2) The glass substrate is neutralized to 10 V or less by the air gun 5 with an ionizer.
  • the plate is raised and brought into contact with the glass substrate and vacuum-adsorbed to bring the plate and the glass substrate into close contact for 30 seconds.

Abstract

本発明のガラス基板は、第一の表面と第二の表面を有するガラス基板において、第一の表面の平均表面粗さＲａが０.２ｎｍ以下であり、少なくとも第二の表面が大気圧プラズマプロセスで化学処理されており、且つ平均表面粗さＲａが０.３～１.５ｎｍであることを特徴とする。

Description

ガラス基板及びその製造方法
　本発明は、接触剥離しても静電気の帯電を引き起こし難いガラス基板及びその製造方法、或いはガラス基板同士の接触やプレート（定盤、ステージ）等の部材と接触しても、はり付き難いガラス基板及びその製造方法に関する。
　ガラス基板は、液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）等のフラットパネルディスプレイの基板として広く使用されている。また、フラットパネルディスプレイ、特にＬＣＤや有機ＥＬディスプレイ（ＯＬＥＤ）には、実質的にアルカリ金属酸化物を含有しない無アルカリガラス基板が用いられる。
　上記したような用途において、無アルカリガラス基板は以下の特性が要求される。（１）耐薬品性に優れていること、具体的にはフォトリソ－エッチング工程で使用される種々の酸、アルカリ等の薬液に対する耐性に優れていること、（２）ガラス基板が熱収縮しないように歪点が高いこと、具体的には歪点が６００℃以上であること。
　フラットパネルディスプレイの製膜、アニール等の工程で、ガラス基板は数百℃に加熱される。現在の多結晶シリコンＴＦＴ－ＬＣＤは、その工程温度が約４００～６００℃である。この場合、ガラス基板は、高歪点、具体的には６００℃以上の歪点が要求される。
　大面積で板厚が小さい無アルカリガラス基板を効率良く製造するために、以下の特性も必要になる。（３）ガラス中に泡、ぶつ、脈理等の溶融欠陥が発生し難いように、溶融性に優れていること、（４）溶融、或いは成形中に発生する異物がガラス基板中に混入しないように、耐失透性に優れていること。
特開２００１－３４３６３２号公報 特開２００２－７２９２２号公報
　ところで、無アルカリガラス基板は、静電気の帯電が問題になることが多い。もともと絶縁体であるガラスは非常に帯電しやすいが、実質的にアルカリ金属酸化物を含有しない無アルカリガラスはその中でも特に帯電しやすく、一旦帯電した静電気が逃げずに維持される傾向がある。ＬＣＤやＯＬＥＤ等の製造工程において、ガラス基板の帯電は様々な工程で引き起こされる。特に、製膜工程等における金属や絶縁体のプレートとの接触剥離で起こるいわゆる剥離帯電が大きな問題となっている。ガラス基板とプレートの接触、剥離による帯電は常圧の大気中の工程はもちろんのこと、ガラス基板の表面に薄膜のエッチングを行う工程、製膜工程等の真空工程でも発生し問題となる。これらの工程中で帯電したガラス基板に導電性の物質が近づくと放電が起こる。帯電している静電気の電圧は数１０ｋＶにも達するため、放電によってガラス基板の表面上の素子や電極線、或いは場合によってはガラスそのものの破壊（絶縁破壊または静電破壊）が起こり、表示不良の原因となる。ＬＣＤの中でもＴＦＴ－ＬＣＤに代表されるアクティブマトリクスタイプのＬＣＤは、ガラス基板の表面に薄膜トランジスタ等の微細な半導体素子や電子回路が形成されるが、この素子や回路は静電破壊に非常に弱いため特に問題となる。また、帯電したガラス基板は、環境中に存在するダストを引き寄せるため、ガラス基板の表面汚染の原因にもなる。
　更に、副次的な問題として、表面が平滑なガラス基板は金属やセラミックスのプレートにはり付きやすく、これを引き剥がす際に、ガラス基板が破損する等の問題が発生することがある。ガラス基板やプレートの帯電もこのはり付きに影響を与える。
　ガラス基板の帯電防止策として、イオナイザを用いて電荷を中和する、或いは環境中の湿度を上げ、貯まった電荷を空中に放電させる方法等がよく用いられている。しかし、これらの帯電防止策は、コストアップの要因になる他、工程中に帯電を引き起こす場所が多岐に亘るため、効果的な対策を講じることが難しいという問題が残る。さらに、これらの帯電防止策は、プラズマエッチング工程や製膜工程等の真空工程では適用することができない。よって、ＬＣＤ、ＯＬＥＤ等のフラットパネルディスプレイ用途には、真空工程でも帯電し難いガラス基板が強く求められている（特許文献１、２参照）。
　一方、各種プレートと接触しない側のガラス基板の表面は、高い表面精度が望まれる。この表面は、一般的にガラス基板の優先保証面、または単に「おもて面」と呼ばれる。例えば、薄膜トランジスタタイプのＬＣＤの製造工程において、各種の配線膜や画素を駆動するデバイスが薄膜でガラス基板の優先保証面に形成される。仮にガラス基板の優先保証面にキズや汚れがあったり、表面の凹凸が大きいと、配線膜の断線やＴＦＴの形成不良等が発生し、表示不良の原因となる。このため、ＴＶ用の広視野角技術として着目されているＩＰＳ方式や超高精細のＬＣＤは、ガラス基板の優先保証面のキズや汚れに対する要求基準が非常に厳しい。また、次世代のディスプレイとして注目されているＯＬＥＤでは、低温ｐ－Ｓｉ（ＬＴＰＳ）を用いた高精細な駆動回路がガラス基板の優先保証面上に形成されるため、ガラス基板の優先保証面の平滑性は非常に重要になってきている。
　そこで、本発明の技術的課題は、各種ディスプレイの製造工程において、帯電を引き起こし難いとともに、プレートにはり付き難く、しかも配線膜の断線やＴＦＴの形成不良等が発生し難いガラス基板を提供することである。
　本発明者等は、鋭意検討の結果、端面を除いたガラス基板の両表面の平均表面粗さＲａを所定範囲に規制するとともに、ガラス基板の一方の表面を大気圧プラズマプロセスで化学処理することにより、上記技術的課題を解決できることを見出し、本発明として、提案するものである。すなわち、本発明のガラス基板は、第一の表面と第二の表面を有するガラス基板において、第一の表面の平均表面粗さＲａが０．２ｎｍ以下であり、少なくとも第二の表面が大気圧プラズマプロセスで化学処理されており、且つ平均表面粗さＲａが０．３～１．５ｎｍであることを特徴とする。なお、「第一の表面」は、端面を除いたガラス基板の一方の面を指し、「第二の表面」は端面を除いたガラス基板の他方の面を指す。
　ガラス基板の帯電、特に剥離帯電やプレートとのはり付きを減少させる方法として、微視的にガラス基板とプレートの接触面積を減少させる方法が最も効果的である。ガラス基板とプレートが強い力で接触すると、両者の界面で電子のやり取りが起こる。次いで両者が引き剥がされると、帯電が生じる。そこで、ガラス基板の第二の表面の平均表面粗さＲａを適正範囲に規制することにより、ガラス基板とプレートの接触面積を減少させることができ、その結果、帯電量を低減することができる。また、帯電しやすく、且つ表面平滑性が非常に高いガラス基板は、プレートに吸着する際、プレートに非常にはり付きやすい特徴を有している。そこで、ガラス基板の第二の表面の平均表面粗さＲａを適正範囲に規制することにより、ガラス基板とプレートの接触面積を減少させることができ、その結果、ガラス基板のはり付きを防止することができる。
　ガラス基板の第二の表面の平均表面粗さＲａが大きい程、接触剥離による帯電、プレートとのはり付きを防止しやすくなる。しかし、ガラス基板の第二の表面の平均表面粗さＲａが大き過ぎると、ガラス基板の面強度が損なわれるおそれがある他、各種ディスプレイの製造工程内の薬液処理工程で更にガラス基板の表面が侵食され、その結果、各種ディスプレイの表示に不具合が発生するおそれがある。また、ガラス基板の第二の表面の平均表面粗さＲａが大き過ぎると、化学処理のプロセスコストが高騰する上、ガラス基板の汚染等の副次的な不具合が生じやすくなる。そこで、ガラス基板の第二の平均表面粗さＲａを０．３～１．５ｎｍを規制すれば、剥離帯電やガラス基板のはり付き等を効果的に防止しながら、プロセスコストを不当に高騰させずに、ガラス基板の強度等の低下を抑制することができる。ここで、「平均表面粗さＲａ」は、ガラス基板の第二の表面の内、７０％以上が所定の平均表面粗さＲａを有していればよく、ガラス基板の面内の複数個所の平均値であることが望ましい。つまり、ガラス基板の表面の特定箇所（例えば、ガラス基板の周辺部やコーナー部等）が１．５ｎｍより大きかったり、逆に０．３ｎｍより小さくても、ガラス基板の第二（または第一）の表面の内、７０％以上、好ましくは８０％以上が所定の平均表面粗さＲａであれば、本発明の主旨に沿い、本発明の効果を得ることができる。
　本発明のガラス基板は、ガラス基板の表面を大気圧プラズマプロセスで化学処理することを特徴とする。ガラス基板の表面を荒らす方法として、大気圧プラズマプロセス以外にもフッ酸等の薬液で化学処理する方法等が考えられる。この化学処理は、比較的低コスト、簡単なプロセスで化学処理が可能であるが、化学処理時に薬液の飛散等によるガラス基板の優先保障面への影響や作業環境の安全上の問題について注意する必要がある。また、近年、ＬＣＤ用ガラス基板のサイズは２ｍ角を超えるようになってきている。しかし、薬液処理等のウェットプロセスは、大面積のガラス基板を均一に化学処理することが非常に困難である。一方、大気圧プラズマプロセスは、ドライプロセスであるため、装置のイニシャルコストが高くなる可能性があるが、大面積、且つ薄肉のガラス基板を均一、且つ効率良く化学処理することができ、このようなガラス基板に最適なプロセスである。また、大気圧プラズマプロセスは、化学処理時に薬液の飛散等によるガラス基板の優先保障面への影響を軽減できるとともに、作業環境の安全上の問題を解消することができる。なお、一般的な物理研磨は、ガラス基板の表面の平均表面粗さＲａが大きくなるだけでなく、ガラス基板の表面に潜傷と呼ばれる微細なクラックが発生し、これが断線の原因となったり、ガラス基板の強度低下の原因となるが、大気圧プラズマプロセスでは、このような問題が生じないため、ガラス基板の強度低下を可及的に防止することができる。
　本発明のガラス基板は、第一の表面の平均表面粗さＲａを０．２ｎｍ以下に規制している。このようにすれば、ガラス基板の表面に、各種の配線膜や画素を駆動するデバイスを高精度に形成することができ、その結果、薄膜配線膜の断線やＴＦＴの形成不良等を的確に防止することができる。
　第二に、本発明のガラス基板は、大気圧プラズマプロセスのソースがＦを含有するガスであることを特徴とする。このようにすれば、ＨＦ系ガスを含有したプラズマを発生させることができ、このプラズマによりガラス基板の表面をエッチングすることができる。
　第三に、本発明のガラス基板は、ダウンドロー法で成形されてなることを特徴とする。
　第四に、本発明のガラス基板は、第一の表面の面積および第二の表面の面積が０．２ｍ２を超えることを特徴とする。
　第五に、本発明のガラス基板は、板厚が０．５ｍｍ以下であることを特徴とする。
　第六に、本発明のガラス基板は、ガラス組成として、下記酸化物換算の質量％で、ＳｉＯ２　５０～７０％、Ａｌ２Ｏ３　１０～２０％、Ｂ２Ｏ３　０～１５％、ＭｇＯ＋ＣａＯ＋ＳｒＯ＋ＢａＯ　１～３０％、ＭｇＯ　０～１０％、ＣａＯ　０～２０％、ＳｒＯ　０～２０％、ＢａＯ　０～２０％含有し、且つ実質的にアルカリ金属酸化物を含有しないことを特徴とする。ここで、「実質的にアルカリ金属酸化物を含有しない」とは、ガラス組成中のアルカリ金属酸化物の含有量が１０００ｐｐｍ以下の場合を指す。
　第七に、本発明のガラス基板は、第一の表面が電極線や各種デバイスが形成される面であり、且つ第二の表面が電極線や各種デバイスが形成されない面であることを特徴とする。このようにすれば、工程中での帯電、或いはプレートとのはり付きを防止しつつ、ガラス基板の表面に各種の配線膜や画素を駆動するデバイスを高精度に形成することができる。
　第八に、本発明のガラス基板の製造方法は、第一の表面と第二の表面を有するガラス基板の製造方法において、第一の表面の平均表面粗さＲａを０．２ｎｍ以下とし、第二の表面の平均表面粗さＲａが０．３～１．５ｎｍになるように、第二の表面を大気圧プラズマプロセスで化学処理することを特徴とする。
　第九に、本発明のガラス基板の製造方法は、大気圧プラズマプロセスのソースとして、Ｆを含有するガスを用いることを特徴とする。このようにすれば、ＨＦ系ガスを含有したプラズマを発生させることができ、このプラズマによりガラス基板の表面をエッチングすることができる。
　第十に、本発明のガラス基板の製造方法は、Ｆを含有するガスとして、ＣＦ４ガスまたはＳＦ６ガスを用いることを特徴とする。このようにすれば、ＨＦ系ガスを含有したプラズマを効率良く発生させることができ、このプラズマによりガラス基板の表面を適正にエッチングすることができる。
　第十一に、本発明のガラス基板の製造方法は、大気圧プラズマプロセスの処理速度を０．５～１０ｍ／分にすることを特徴とする。このようにすれば、ガラス基板の第二の表面を適正に化学処理しつつ、ガラス基板の製造効率を高めることができる。
　第十二に、本発明のガラス基板の製造方法は、化学処理前の第二の表面の平均表面粗さＲａが０．２ｎｍ以下であることを特徴とする。このようにすれば、ガラス基板の第二の表面を均一に化学処理することができる。
　第十三に、本発明のガラス基板の製造方法は、第一の表面が電極線や各種デバイスが形成される面であり、且つ第二の表面が電極線や各種デバイスが形成されない面であることを特徴とする。
　本発明のガラス基板は、剥離帯電量が低く、ＬＣＤやＯＬＥＤ等の製造工程で生じる静電気の帯電を抑制することができるため、ガラス基板上の素子や配線の破壊を防ぐことができ、その結果、ＬＣＤやＯＬＥＤ等の製造効率を高めることができる。また、本発明のガラス基板は、ＬＣＤやＯＬＥＤ等の製造工程でガラス基板がプレートにはり付き難く、ガラス基板が破損する不具合を回避することができる。したがって、本発明のガラス基板は、ＬＣＤ、ＯＬＥＤ等のフラットパネルディスプレイ用基板等の各種電子機器用基板として好適である。
剥離帯電量の測定に用いる装置にガラス基板を載置した状態を示す説明図である。 剥離帯電量の測定に用いる装置において、ガラス基板とプレートを密着させた状態を示す説明図である。
　本発明のガラス基板において、ガラス基板の第二の表面の平均表面粗さＲａは０．３～１．５ｎｍ、好ましくは０．４～１．２ｎｍ、より好ましくは０．５～１．０ｎｍ、更に好ましくは０．５～０．８ｎｍ未満である。ガラス基板の第二の表面の平均表面粗さＲａが大きい程、帯電量が小さくなる傾向にあるが、平均表面粗さＲａが大き過ぎると、ガラス基板の表面に大きな欠陥が発生しやすくなり、ガラス基板の強度が低下しやすくなる。また、平均表面粗さＲａが大きい程、化学処理にコストや時間がかかり、ガラス基板の製造コストが高騰してしまう。よって、ガラス基板の第二の表面の平均表面粗さＲａを適正範囲に規制し、ガラス基板の強度低下を防止した上で、生産性を低下させることなく、ガラス基板の帯電やはり付きを防止する必要がある。
　本発明のガラス基板において、大気圧プラズマプロセスはＣＦ４ガス、ＳＦ６ガス等のＦを含有するガスをソースに用いることが好ましい。このようにすれば、ガラス基板の平均表面粗さＲａを所定範囲に規制しやすくなる。大気圧プラズマプロセスは、有機フィルムの表面改質やディスプレイ用ガラス基板等の表面の有機汚れの除去等に用いられているが、従来の大気圧プラズマプロセスはＡｒガスやＮ２ガスをソースとして用いており、ガラス基板の平均表面粗さＲａを大きくすることは不可能であった。しかし、ソースとしてＣＦ４ガス、ＳＦ６ガス等のＦを含有するガスを用い、これらのガスとＨ２Ｏを混合し、プラズマと反応させると、ＨＦ系ガスを含有したプラズマが発生し、このプラズマによりガラス基板の表面を化学処理することができ、その結果、ガラス基板の平均表面粗さＲａを大きくすることができる。なお、大気圧プラズマプロセスは、実生産上、これらのＦを含有するガスをＡｒ等のキャリアガスと混合させて、処理ガス（＋プラズマ）として用いることが好ましい。
　大気圧プラズマプロセスの処理時間は０．５秒以上５分以内が望ましく、処理速度は０．５～１０ｍ／分が好ましい。このようにすれば、ガラス基板の平均表面粗さＲａを短時間で所定範囲にしやすくなる。
　本発明のガラス基板は、ダウンドロー法、特にオーバーフローダウンドロー法で成形されてなることが好ましい。このようにすれば、大面積で表面精度が良好なガラス基板を効率良く成形することができる。また、本発明のガラス基板は、ガラス基板の第一の表面および化学処理前の第二の表面がアズフォーム面（火造り面）であることが好ましい。このようにすれば、ガラス基板の製造工程を簡略化することができ、ガラス基板の製造コストを低廉化することができる。現在、ダウンドロー法の内、上記観点から最も好適な方法はオーバーフローダウンドロー法である。その他の成形方法、例えばフロート法では、ガラス基板の表面が溶融スズによって汚染されるとともに、うねりと呼ばれる微小な表面の凹凸がＴＦＴ－ＬＣＤの表示性能を低下させるため、優先保証面を研磨しなければ製品にならない。一方、オーバーフローダウンドロー法は、上記不具合が生じ難いため、研磨工程を省略することができ、その結果、ガラス基板の製造コストを低廉化することができる。
　本発明のガラス基板は、面積が大きい程、その効果が大きくなる。なぜなら大面積のガラス基板は、静電気を貯めやすく、帯電を引き起こしやすい上、吸着によりプレートにはり付いた場合に、その後のリフトアップ等の工程でガラス基板が破損しやすいからである。よって、本発明のガラス基板において、第一の表面の面積および第二の表面の面積は０．２ｍ２以上、０．５ｍ２以上、０．６ｍ２以上、特に１．０ｍ２以上が好ましい。
　本発明のガラス基板は、板厚が小さい程、その効果が大きくなる。なぜなら板厚が小さいガラス基板は、吸着によりガラス基板がプレートにはり付いた場合に、その後のリフトアップ等の工程でガラス基板が破損しやすいからである。よって、本発明のガラス基板において、板厚は０．７ｍｍ以下、０．６ｍｍ以下、０．５ｍｍ以下、特に０．４ｍｍ以下が好ましい。
　本発明のガラス基板は、ガラス組成として、下記酸化物換算の質量％で、ＳｉＯ２　５０～７０％、Ａｌ２Ｏ３　１０～２０％、Ｂ２Ｏ３　０～１５％、ＭｇＯ＋ＣａＯ＋ＳｒＯ＋ＢａＯ　１～２５％、ＭｇＯ　０～１０％、ＣａＯ　０～２０％、ＳｒＯ　０～２０％、ＢａＯ　０～２０％含有し、実質的にアルカリ金属酸化物を含有しないことが好ましい。ガラス組成中の各成分の含有量を上記のように限定した理由を以下に示す。
　ＳｉＯ２の含有量は５０～７０％、好ましくは５５～６５％である。ＳｉＯ２の含有量が少ないと、耐熱性、耐酸性等が低下する。一方、ＳｉＯ２の含有量が多いと、高温粘度が高くなり、溶融性が低下することに加えて、ガラス中に失透結晶（クリストバライト）等の欠陥が生じやすくなる。
　Ａｌ２Ｏ３の含有量は１０～２５％、好ましくは１２％～２３％、より好ましくは１３％～２０％である。Ａｌ２Ｏ３の含有量が１０％より少ないと、耐熱性を高めることが困難になる。また、Ａｌ２Ｏ３にはヤング率、比ヤング率を高める働きがあるが、Ａｌ２Ｏ３の含有量が１０％より少ないと、ヤング率、比ヤング率が低下しやすくなる。なお、比ヤング率が低下すると、ガラス基板の撓み量が大きくなり、特に大面積のガラス基板の撓み量が顕著に大きくなる。一方、Ａｌ２Ｏ３の含有量が２５％より多いと、大気圧プラズマプロセスにより、ガラス基板の表面に反応生成物が生じやすくなり、その結果、大気圧プラズマプロセスを行う際に、ガラス基板の表面に粗さのばらつきが発生しやすくなる。
　Ｂ２Ｏ３は、融剤として働き、高温粘性を下げ、溶融性を高める成分であり、その含有量は０～１５％、好ましくは１～１３％である。Ｂ２Ｏ３の含有量が少ないと、融剤としての働きが不十分になり、また高温粘性が高くなり、ガラス基板の泡品位が低下しやすくなる。一方、Ｂ２Ｏ３の含有量が多いと、大気圧プラズマプロセスによりガラス基板の表面を化学処理し難くなる。また、Ｂ２Ｏ３の含有量が多いと、耐熱性、ヤング率が低下する。
　ＭｇＯ＋ＣａＯ＋ＳｒＯ＋ＢａＯは、液相温度を下げ、ガラス中に結晶異物を生じさせ難くする成分であり、また溶融性や成形性を高める成分であり、その含有量は１～２５％、好ましくは５～２０％、より好ましくは１０～２０％である。ＭｇＯ＋ＣａＯ＋ＳｒＯ＋ＢａＯの含有量が少ないと、大気圧プラズマプロセスによりガラス基板の表面を化学処理し難くなり、また融剤としての働きを十分に発揮できず、溶融性が低下する。一方、ＭｇＯ＋ＣａＯ＋ＳｒＯ＋ＢａＯの含有量が多過ぎると、密度が上昇し、比ヤング率が低下する。
　ＭｇＯは、歪点を低下させずに、高温粘性を下げ、溶融性を高める成分であり、またアルカリ土類金属酸化物の中では最も密度を下げる効果がある成分であり、その含有量は０～１０％、好ましくは０～８％、より好ましくは０～６％、更に好ましくは０～５％、最も好ましくは０～３％である。しかし、ＭｇＯの含有量が多いと、液相温度が上昇し、耐失透性が低下しやすくなる。
　ＣａＯは、歪点を低下させずに、高温粘性を下げ、溶融性を顕著に高める成分であるとともに、本発明に係るガラス組成系において、失透を抑制する効果が高く、且つアルカリ土類金属酸化物の中で、その含有量を相対的に増加させると、低密度化を図りやすくなる。ＣａＯの含有量が多いと、熱膨張係数や密度が上昇し過ぎたり、ガラス組成のバランスが損なわれて、逆に耐失透性が低下しやすくなる。よって、ＣａＯの含有量は０～２０％、好ましくは０～１５％、より好ましくは１～１０％である。
　ＳｒＯ、ＢａＯは、歪点を低下させずに、高温粘性を下げ、溶融性を高める成分であるが、ＳｒＯ、ＢａＯの含有量が多いと、密度や熱膨張係数が高くなりやすい。ＳｒＯ含有量は０～２０％、好ましくは０～１５％、より好ましくは０～１０％である。また、ＢａＯの含有量は０～２０％、好ましくは０～１５％である。
　上記成分以外にも、他の成分を合量で１０％、好ましくは５％までガラス組成中に添加することができる。
　ＺｒＯ２は、ヤング率を高める成分であり、その含有量は０～５％、０～３％、０～０．５％、特に０～０．２％が好ましい。ＺｒＯ２の含有量が多いと、液相温度が上昇し、ジルコンの失透結晶が析出しやすくなる。
　ＴｉＯ２は、高温粘性を下げて、溶融性を高める成分であるとともに、ソラリゼーションを抑制する成分であるが、ガラス組成中に多く含有させると、ガラスが着色し、透過率が低下する。よって、ＴｉＯ２の含有量は０～５％、０～３％、０～１％、特に０～０．０２％が好ましい。
　Ｐ２Ｏ５は、耐失透性を高める成分であるが、ガラス組成中に多く含有させると、ガラス中に分相、乳白が生じることに加えて、耐水性が著しく低下する。よって、Ｐ２Ｏ５の含有量は０～５％、０～１％、特に０～０．５％が好ましい。
　Ｙ２Ｏ３、Ｎｂ２Ｏ５およびＬａ２Ｏ３は、歪点、ヤング率等を高める働きがある。しかし、これらの成分の含有量が５％より多いと、密度が上昇しやすくなる。
　清澄剤として、ＳｎＯ２、Ｆ、Ｃｌ、ＳＯ３、Ｃ、或いはＡｌやＳｉ等の金属粉末を２％程度まで添加することができる。また、清澄剤として、ＣｅＯ２等も２％程度まで添加することができる。
　Ｆ、Ｃｌ等のハロゲンは、無アルカリガラスの溶融を促進する効果があり、これらの成分を添加すれば、溶融温度を低温化できるとともに、清澄剤の作用を促進し、結果として、ガラスの溶融コストを低廉化しつつ、ガラス製造窯の長寿命化を図ることができる。
　本発明のガラス基板の製造方法は、第一の表面と第二の表面を有するガラス基板の製造方法において、第一の表面の表面粗さＲａを０．２ｎｍ以下とし、第二の表面の表面粗さＲａが０．３～１．５ｎｍになるように、第二の表面を大気圧プラズマプロセスで化学処理することを特徴とする。なお、本発明のガラス基板の製造方法の技術的特徴（好適な態様）は、本発明のガラス基板の説明の欄に記載されているため、ここでは、その記載を省略する。
［試料の調製］
　本発明のガラス基板として、好適なガラス組成およびその特性を表１に示す。表中の各試料を次のようにして作製した。まず表中のガラス組成となるように、ガラス原料を調合し、白金ポットを用いて１６００℃－２４時間溶融した。次に、得られた溶融ガラスをカーボン板の上に流し出し、平板形状に成形した。得られたガラスについて、表中の特性を評価した。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000001
　密度は、周知のアルキメデス法によって測定した値である。
　熱膨張係数は、ディラトメーターで測定した値であり、３０～３８０℃の温度範囲における平均値である。
　歪点は、ＡＳＴＭ　Ｃ３３６の方法に基づいて測定した値である。
　軟化点は、ＡＳＴＭ　Ｃ３３８の方法に基づいて測定した値である。
　高温粘度１０２．５ｄＰａ・ｓに相当する温度は、白金球引き上げ法で測定した値である。
　ヤング率は、共振法で測定した値である。
　液相温度は、ガラスを粉砕し、標準篩３０メッシュ（篩目開き５００μｍ）を通過し、５０メッシュ（篩目開き３００μｍ）に残るガラス粉末を白金ボートに入れ、温度勾配炉中に２４時間保持して、結晶の析出する温度を測定した値である。
　液相粘度は、液相温度ＴＬにおけるガラスの粘度を白金球引き上げ法で測定した値である。
　次に、表１の試料Ｎｏ．３について、実生産の製造設備で溶融し、オーバーフローダウンドロー法で厚さ０．４ｍｍの平板形状に成形し、得られたガラスを４００－５００ｍｍサイズに切断、洗浄して、ＬＣＤ用ガラス基板として適切な品位のガラス基板を得た。このガラス基板を剥離帯電評価およびはり付き性評価に用いた。
　剥離帯電評価およびはり付き性評価の結果を表２に示す。なお、表２の試料Ｎｏ．３－１～３－６の表面は両面（第一の表面および第二の表面）とも火造り面であり、平均表面粗さＲａは０．１５ｎｍであった。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000002
　次に、試料Ｎｏ．３－２～３－６について、ガラス基板の一方の表面（第二の表面）をＣＦ４ガスまたはＳＦ６ガスを用いた大気圧プラズマプロセスにより化学処理した。化学処理の条件は表中の通りである。化学処理後の試料Ｎｏ．３－２～３－６を純水にて洗浄、乾燥して、以下の評価に用いた。なお、試料Ｎｏ．３－２～３－６の他方の面（第一の表面）は火造り面のままであり、平均表面粗さＲａは０．１５ｎｍであった。
［平均表面粗さＲａの測定］
　ＡＦＭ（Ｖｅｅｃｏ社製Ｄ３０００、カンチレバー：Ｓｉ）を用いて、１０μｍ角の範囲を測定し、面内の平均表面粗さＲａを算出した。具体的には、ガラス基板内の中央部と周辺部（基板端部から５０ｍｍ内側）の９ヶ所について、表面粗さＲａを測定し、その平均値を算出した。
［剥離帯電評価］
　剥離帯電評価には、図１に示すような装置を用いた。この装置は以下の構成を有している。
　ガラス基板Ｇの支持台１は、ガラス基板４隅を支持するテフロン（登録商標）製のパッド２を備えている。また、支持台１には、昇降自在な金属アルミニウム製のプレート３が設けられており、プレート３を上下させることによって、ガラス基板Ｇとプレート３を接触、剥離させ、ガラス基板Ｇを帯電させることができる。なお、プレート３はアースされている。また、プレート３には孔（図示せず）が形成されており、この孔がダイアフラム型の真空ポンプ（図示せず）に接続されている。真空ポンプを駆動させると、プレート３の孔から空気が吸引され、これによってガラス基板Ｇをプレート３に真空吸着させることができる。また、ガラス基板Ｇの上方１０ｍｍの位置には表面電位計４が設置され、これによってガラス基板Ｇ中央部に発生する帯電量を連続測定することができる。また、ガラス基板Ｇの上方にはイオナイザ付きエアーガン５が設置されており、これによってガラス基板Ｇの帯電を徐電することができる。なお、この装置のプレートのサイズは３５０－４５０ｍｍである。
　この装置を用いて剥離帯電量を測定する方法を説明する。なお、実験は２０℃±１℃、湿度４０％±１％の環境で行う。この帯電量は雰囲気、特に大気中の湿度の影響を受けて大きく変化するので、特に湿度の管理に留意する必要がある。
（１）ガラス基板の化学処理面を下側にして支持台１に載置する。
（２）イオナイザ付きエアーガン５により、ガラス基板を１０Ｖ以下に除電する。
（３）プレートを上昇させてガラス基板に接触させるとともに真空吸着させて、プレートとガラス基板を３０秒間密着させる。
（４）プレートを下降させることでガラス基板を剥離し、ガラス基板中央部に発生する帯電量を表面電位計で連続的に測定する。
（５）（３）と（４）を繰り返し、計５回の剥離帯電評価を連続して行う。
（６）各測定における最大帯電量を求め、これらを積算して剥離帯電量とする。
［はり付き性評価］
　未化学処理のガラス基板（試料Ｎｏ．３－１と同等品）と化学処理後のガラス基板（試料Ｎｏ．３－２～３－６）について、未化学処理面と化学処理面が向かい合うようにして重ね合わせた後、平坦なプレートの上に載置して１０ｋｇの加重を均等にかけ、３０分放置した。また、比較のために、試料Ｎｏ．３－１についても同様の方法で評価を行った。次に、両ガラス基板を引き剥がし、すぐに剥がれたものを「○」、剥がれ難かったものを「△」、ガラス基板の破損なしに剥がすことができなかったものを「×」とした。
［評価結果］
　表２から明らかなように、試料Ｎｏ．３－２～３－６は、ガラス基板の一方の表面（第一の表面）の平均表面粗さＲａが０．５～１．０ｎｍであるため、剥離帯電量が低く、はり付き性評価でガラス基板が破損しなかった。一方、試料Ｎｏ．３－１は、剥離帯電量が高く、はり付き性評価でガラス基板が破損した。なお、今回は、表１のＮｏ．３の試料を用いて、各種評価を行ったが、その他の試料（Ｎｏ．１、２、４～８）でも同様の評価結果が得られると考えられる。

Claims (13)

  1. 　第一の表面と第二の表面を有するガラス基板において、
    　第一の表面の平均表面粗さＲａが０．２ｎｍ以下であり、
    　少なくとも第二の表面が大気圧プラズマプロセスで化学処理されており、且つ平均表面粗さＲａが０．３～１．５ｎｍであることを特徴とするガラス基板。
  2. 　大気圧プラズマプロセスのソースがＦを含有するガスであることを特徴とする請求項１に記載のガラス基板。
  3. 　ダウンドロー法で成形されてなることを特徴とする請求項１または２に記載のガラス基板。
  4. 　第一の表面の面積および第二の表面の面積が０．２ｍ２を超えることを特徴とする請求項１～３のいずれかに記載のガラス基板。
  5. 　板厚が０．５ｍｍ以下であることを特徴とする請求項１～４のいずれかに記載のガラス基板。
  6. 　ガラス組成として、下記酸化物換算の質量％で、ＳｉＯ２　５０～７０％、Ａｌ２Ｏ３　１０～２０％、Ｂ２Ｏ３　０～１５％、ＭｇＯ＋ＣａＯ＋ＳｒＯ＋ＢａＯ　１～３０％、ＭｇＯ　０～１０％、ＣａＯ　０～２０％、ＳｒＯ　０～２０％、ＢａＯ　０～２０％含有し、且つ実質的にアルカリ金属酸化物を含有しないことを特徴とする請求項１～５のいずれかに記載のガラス基板。
  7. 　第一の表面が電極線や各種デバイスが形成される面であり、且つ第二の表面が電極線や各種デバイスが形成されない面であることを特徴とする請求項１～６のいずれかに記載のガラス基板。
  8. 　第一の表面と第二の表面を有するガラス基板の製造方法において、
    　第一の表面の平均表面粗さＲａを０．２ｎｍ以下とし、第二の表面の平均表面粗さＲａが０．３～１．５ｎｍになるように、少なくとも第二の表面を大気圧プラズマプロセスで化学処理することを特徴とするガラス基板の製造方法。
  9. 　大気圧プラズマプロセスのソースとして、Ｆを含有するガスを用いることを特徴とする請求項８に記載のガラス基板の製造方法。
  10. 　Ｆを含有するガスとして、ＣＦ４ガスまたはＳＦ６ガスを用いることを特徴とする請求項９に記載のガラス基板の製造方法。
  11. 　大気圧プラズマプロセスの処理速度を０．５～１０ｍ／分にすることを特徴とする請求項８～１０のいずれかに記載のガラス基板の製造方法。
  12. 　化学処理前の第二の表面の平均表面粗さＲａが０．２ｎｍ以下であることを特徴とする請求項８～１１のいずれかに記載のガラス基板の製造方法。
  13. 　第一の表面が電極線や各種デバイスが形成される面であり、且つ第二の表面が電極線や各種デバイスが形成されない面であることを特徴とする請求項８～１２のいずれかに記載のガラス基板の製造方法。
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