JP2003273054A - 液晶表示装置の製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】処理液量を削減することにより、液晶表示装置
の製造コストを抑制する。 【解決手段】基板の外形とほぼ同じ外形を有す枠を処理
対象の基板に対して僅かなギャップを設け対向配置し、
基板上に処理液を供給し、該枠の外形と基板間で形成さ
れる処理液のメニスカスによって処理液を保持する。こ
れにより基板の表面状態の変化に左右されずに基板上に
処理液を保つことが可能であるので、不要な処理液を使
用しないで半導体装置や液晶表示装置を製造することが
可能になる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は液晶用ガラス基板、
半導体ウェハ等に対し基板を水平に保ち処理液をかけて
洗浄、エッチング等を行う液晶表示装置や半導体装置の
製造方法及びそれらの製造装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】半導体装置の製造工程、或いは液晶用表
示装置の製造工程において回路パターンを形成するため
の成膜プロセスでは処理液を用いてエッチングと洗浄が
繰り返し行われる。

【０００３】処理液を用いて洗浄、ウェットエッチング
を行う方法としては基板の処理形態から代表的なものと
して次の２方式がある。ガラス基板の処理装置を例にし
て従来技術を説明する。

【０００４】第１の方式は基板を回転させながら処理液
を掛けるスピン処理方式である。図２０にスピン処理方
式の装置例を示す。図２０において１０１はガラス基
板、１０２はガラス基板１０１を乗せるチャック、１０
３はチャック１０２に搭載されたガラス基板１０１を内
部に収めるためのスピンカップ。１０４は、処理液１０
５を供給するためのノズルである。このような構成でガ
ラス基板１はスピンカップ１０３の内部で基板を回転さ
せながら処理液１０５を掛けエッチング、洗浄等の処理
を行う。薬液による処理が終了すると図示しない別のノ
ズルにより純水等のリンス液を掛ける。リンスが終了す
るとガラス基板１０１を高速回転させ基板上の水分を振
り切り乾燥する。従来のスピン処理方式の例としては
は、特開２０００−２６０７４３等に記載のものがあ
る。

【０００５】第２の方式は基板を駆動ローラ等で水平に
ダイレクト搬送しながら、同時に処理液を掛ける平流し
方式である。図２１に平流し方式の装置例を示す。図２
１において１０６はガラス基板１０５を搬送するための
移送手段である。１０７は、ローラ１０８が複数固定さ
れたローラ軸であり図示しない駆動源により回動する。
移送手段１０５にはローラ軸１０７が所定間隔に複数本
設置されている。１１０は処理液１０９を供給するため
のノズルであり所定本数並べられている。このような構
成でガラス基板１０５を所定速度で送りながらノズル１
１０より処理液１０９を掛け処理を行う。平流し方式で
は基板を連続移送しながら処理を続けるため薬液による
処理が終了すると次のポジションでノズルから純水等を
掛けリンスをおこなう。基板の乾燥は移送しながら上下
両面にスリット状に絞ったエアを吹き付けて行う。従来
の平流し方式の例としては、特開２０００−２２３４５
８に記載のものがある。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】成膜プロセスにおける
ウェットエッチング、洗浄工程では処理対象である基板
表面は工程毎に接触角の異なる金属膜、酸化膜、有機膜
等で覆われる。これらの各種表面は処理液との接触角に
よって決まる濡れ性が基板表面膜の種類によって異な
る。処理面に対する処理液の濡れ性は洗浄、エッチング
等の薬液処理において大きな影響を及ぼし濡れ性が悪い
と処理液が基板を濡らさず処理むら、洗浄能力低下等の
原因となる。

【０００７】特にシリコン膜が成膜された基板上の自然
酸化膜を除去する工程においてはフッ酸により自然酸化
膜をエッチングし除去するとシリコン酸化膜の接触角で
ある１０°以下からシリコン面の接触角である４０°以
上に変化する。このため処理中に表面状態が変化し表面
が濡れ難くなり基板表面が露出しやすくなる。

【０００８】基板が疎水状態になると、基板上の処理液
は分散した液塊になりやすく液塊は表面が疎水化するに
つれて移動する。この様な状態になると基板表面は異物
が非常に付着し易い状態となる。特にフッ酸などの処理
液においてｐＨが高い液の場合表面が現れるとより一層
液と表面の境界において異物が付着し易くなる。

【０００９】上記スピン処理装置においては、基板表面
を露出せず処理液により安定して濡らし続けるために、
基板を回転させながら所定量以上の処理液を供給し続け
る必要があり処理液を大量に消費するという問題があっ
た。

【００１０】また、平流し処理方式においても基板表面
を液で覆い濡らし続けるには複数のスプレー等を用いて
処理液を掛け続ける必要があり処理液を大量に消費する
という問題があった。

【００１１】さらに近年液晶用ガラス基板においては、
モニタの大形化、低価格化に伴ってますます大面積化の
傾向にありこれに伴い処理液の使用量は膨大なものとな
りコストの上昇、廃液処理に必要なエネルギ消費量の上
昇等環境に対する負荷も課題となっている。

【００１２】本願は、これらの課題を解決する製造方法
やその製造方法を利用する製造装置を含むものである。

【００１３】つまり、基板を回転することなくかつ、基
板全面を濡らす処理液量を供給するだけで基板上の処理
液を処理終了まで安定に保持することにより処理液の使
用量を削減することが可能な製造方法や、処理液からリ
ンス液への置換効率を高めることにより処理効率を高め
ることが可能な製造方法や、ウォータマークの発生、異
物付着の原因となるミストの発生を抑制可能な製造方法
や、基板上の処理液を流動させることによって処理液の
反応を促進し処理能力を高めることが可能な製造方法
や、基板を回転することなく基板全面を濡らす処理液量
を供給するだけで基板上の処理液を処理終了まで安定に
保持可能な処理装置を提供するものである。

【００１４】

【課題を解決するための手段】本願発明の目的を解決す
る手段としては、次のような手段がある。

【００１５】その一つとして、基板に対して液体をかけ
て処理を行うプロセスを有する液晶表示装置の製造方法
において、処理対象の基板に対して僅かなギャップを開
けて設けた状態で対向配置し、処理液を供給するものが
ある。

【００１６】この枠として、処理対象となる領域より大
きい領域を囲む内壁を有する枠や、基板の外形とほぼ同
じ外形を有し基板に対向する面に複数の溝を設けた枠を
用いることが好ましい。

【００１７】また、基板の周囲に処理液の落下を防止す
る部材を設けることも好ましい。

【００１８】また、基板上枠内に満たされた処理液表面
で気流を作ることも好ましい。

【００１９】また、基板上の枠内に満たされた処理液に
対して液表面と基板上面で温度差を設けることも好まし
い。

【００２０】また、これらの製造方法を実現するために
は、基板を水平に保持する手段と基板上に処理液をかけ
る手段と、基板の外形とほぼ同じ外形を有す枠を処理対
象の基板に対して僅かなギャップを設け対向配置する手
段を有する液晶表示装置の製造装置を用いるのが好まし
い。

【００２１】

【発明の実施の形態】以下本発明の実施例を、ガラス基
板の処理を例に図を用いて説明する。図１は本発明の第
１の実施例を表す斜視図であり、図２は断面図を示す。
図１において１は表面にSiが成膜されたガラス基板であ
り図示しない手段によって平坦に保持されている。２は
ガラス基板１の外形と同じ外形を有する枠である。枠２
は図示しない手段によってガラス基板１に対し所定のギ
ャップｄ（１ｍｍ前後）離し平行に対向保持されてい
る。枠２の材質は処理液に侵されない材質で形成してい
る。３は処理液を基板上に吐出するためのノズルであ
る。４はリンス用ノズルである。図１、図２は基板上に
処理液５を吐出している状態を表す。ガラス基板１と枠
２がギャップｄ離れた状態で基板１上に液を吐出すると
図２に示す様に基板上で広がり、枠内は処理液５で満た
される。さらに処理液５は枠２とガラス基板１で形成さ
れるギャップ部６に入り込む。図３にギャップ部６近傍
の拡大図を示す。基板１上に処理液を供給しギャップ６
内に液が入り込むと枠のエッジ７と基板のエッジ８間で
メニスカス９が形成され、このメニスカス９の表面張力
によって処理液は保持される。

【００２２】ここで、本発明のポイントとなる枠とガラ
ス基板で形成されたメニスカス９による液保持の特性に
ついて、実験結果を基に説明する。

【００２３】実験には、基板表面の接触角が３０°と１
１０°の2種類のものを用いた。液は水を用い、基板１
と枠２のギャップｄは1ｍｍとした。

【００２４】実験に用いた枠の内寸は３５０ｍｍ×４５
０ｍｍの物を用いた。まず°の接触角１１０°の基板上
１０に水を滴下すると図４に示す様に１１０°の接触角
θで表面に液塊を作る。液塊の高ｈ１は水１１と基板表
面間の接触角θによって決まり、図５のグラフ１２に示
す関係となる。図５において横軸に接触角θ、縦軸は液
塊の高さｈ１を表す。１１０°の接触角を有する表面で
は液塊高さは４．２ｍｍとなる。従って１１０°の接触
角を有する表面の枠内を水で覆うにはまず液深さが４．
２ｍｍ以上必要となる。基板表面が水で覆われると枠の
エッジ７と基板のエッジ８間で水によるメニスカスが形
成され溜め池状態になる。この状態から枠内の水を追加
或いは減らしたときの枠内の液量と液深さの関係は図６
の直線１３に示す関係となる。

【００２５】図６において横軸は基板上の水量、縦軸は
液深さｈを表す。1４の点で示される４．２ｍｍの液深
さから枠内の水を減らして行くと液深さ１．６ｍｍで液
膜が破れ、１５の点で示す高さ４．２の液塊が生ずると
共に表面が露出する。

【００２６】逆に１４の点から水を追加して行くと点１
６で示される液深さ５．２ｍｍでメニスカスの一部が破
れ漏れ出すが、点１７で示される液深さ３．８ｍｍで液
漏れは止まる。

【００２７】接触角が３０°の場合は接触角で決まる液
深さは図５で示される１．３ｍｍ以上で枠内は水に満た
される。

【００２８】図７に接触角が３０°の場合の給水量と液
深さの関係を示す。１８の点で示される１．３ｍｍの液
深さから枠内の水を減らして行くと液深さ0.8ｍｍで液
膜が破れ、１９で示される高さ１．３ｍｍの液塊が生ず
ると共に表面が露出する。液深さが１．３ｍｍの点１８
から液を追加して行くと２０の点である５ｍｍの液深さ
でメニスカスの一部が破れ漏れ出すが、点２１で示され
る液深さ４．２ｍｍで漏れは止まる。

【００２９】以上の結果から接触角が３０°、１１０°
と大きく異なる表面でも枠との間でメニスカスが形成さ
れれば液深さ１．６ｍｍと５ｍｍの間で枠内に液を溜め
ることが可能である。上記実験では小さい接触角が３０
°の場合で説明したが上記現象は１０°以下の接触角で
もほぼ同様な結果が得られている。

【００３０】以上の結果から本方式を用いれば基板表面
の接触角に影響されない処理が可能となる。

【００３１】図１、図２の構成で処理液としてフッ酸を
用い、ガラス基板上に成膜されたシリコン膜上のシリコ
ン酸化膜を除去するプロセスを例として処理方法を述べ
る。

【００３２】図８〜図１１により処理動作を説明する。
図８においてガラス基板１は図示しない保持手段によっ
て平坦に保持されている。ガラス基板１の表面はＳｉ膜
が成膜されておりその上には自然酸化膜が存在する。基
板を処理薬液によって処理する場合処理液に対する濡れ
性を向上するために予め基板表面を親水化し基板処理面
の接触角を下げる。図８に示すガラス基板１は表面が親
水化処理された基板である。ガラス基板１に対し同じ外
形を有する枠２をガラス基板２に対し１ｍｍ程度の隙間
を設け対向させる。ガラス基板上部には希フッ酸、リン
ス液を供給するノズル３、４を配置する。次に図９に示
す様にノズル３より稀フッ酸液２２をガラス基板１上に
吐出する。希フッ酸液２２をガラス基板上に所定量塗布
し枠２内のガラス基板１の上に溜まった状態を図１０に
示す。ガラス基板１と枠３の間は図３に示す状態になっ
ておりガラス基板１と枠２によって希フッ酸液のメニス
カス９が形成され液が保持されている。この時ガラス基
板１表面では酸化膜がエッチングされＳｉ面が表れる変
化が生じる。酸化膜の接触角は１０°以下でありＳｉ面
の接触角は４０°以上であるがメニスカス９により希フ
ッ酸液が保持された状態では接触角の変化は基板上の液
には影響せず希フッ酸液を保持しつづける。次に図１１
に示すようにリンス用ノズル４を基板上に配置し純水２
３を吐出する。純水２３を枠２内の希フッ酸液２２の液
溜め中に吐出すると枠内の液深さが上昇する。液深さが
５ｍｍ以上になると基板周囲のメニスカス９破れるため
枠内の希フッ酸液２２は基板の外部に流れ出し基板表面
の液は純水で置換されリンスが終了する。後は枠を上昇
させ基板上の純水をスリットエア等で除去すれば処理は
終了する。ここで基板上の液はｐＨの中性な純水である
ため異物が付着し難くい状態になっている。第２の実施
例を、図１２を用いて説明する。図１２は基板２枠１処
理液５の関係を示す図３に対応するもので図１２におい
ては基板１に対して枠２を接触させる構成とする。この
場合接触角が影響するのは処理液５と枠１との接触線２
４である。この接触線は基板とは関係しないため基板上
の接触角の変化に対しても影響を受けない。この場合処
理後のリンスは枠２をオーバーフローさせる方法或いは
リンスと同時にガラス基板１から枠２を僅かに浮かしギ
ャップを設けてもよい。第３の実施例について図１３〜
１５を用いて説明する。図１３はガラス基板１に対して
枠２５を僅かなギャップを設けて対抗配置した部分図で
ある。枠２５には溝２６を設けている。図１４は溝２６
部分の拡大断面図である。枠２５に溝２６が存在するこ
とにより溝部以外の枠面２７と溝２６の部分で長さの異
なるメニスカス２８，２９が発生する。枠内の液量が多
くなると水圧が上昇しメニスカスは膨れて曲率を持ち、
ある曲率以上になるとメニスカスが破れて液が漏れ出
す。メニスカスの曲率は小さい方が高い圧力に耐える。
従ってメニスカスの長さが長い方が、水圧が加わった時
の曲率が大きくなるためガラス基板１上の液量が増えた
場合溝の存在する部分から液は排出される。ノズル４よ
りリンス液２３を吐出する状態を図１５に示す。この状
態では溝２６からガラス基板１上の液を流すことが出来
る為ガラス基板上に液流を作り出すことが可能となり溝
２６の位置を選ぶことによりガラス基板１上の液の流れ
を制御することが可能である。さらに流れを制御するこ
とによりガラス基板１上でのよどみを少なくできるため
希フッ酸液とリンス液の置換効率を上げることが可能と
なる。第４の実施例図について図１６を用いて説明す
る。図１６は、枠２５と基板１間のギャップを無くした
ものである。溝を設けた枠２５においては基板１と枠２
５との間に隙間が無くても溝２６が有るために液量が少
ない間はメニスカスにより処理液は基板上で保持され、
リンス時に枠２５内の液量が増えた場合にはメニスカス
９が破れ、枠２５の溝２６から排液されリンス液と置換
される。また枠２５の溝により枠内に流れ３１が形成さ
れる。従って基板１と枠２５間にギャップを設けた場合
と同様な効果が得られる。第５の実施例について図１７
を用いて説明する。図１７は、基板１からの液滴の落下
を防止すること目的としたスカート３２を設け、さらに
給液ノズル３３、３４には３５に示すような棒流状に液
を吐出する構造のノズルを設ける。棒流は吐出条件によ
って基板表面で跳水現象を生じるが、この場合ミストは
殆ど生じない。図１７は希フッ酸液を純水に置換するリ
ンスの過程を表しており、枠２５からの排液は溝２６か
ら排出され、スカート３２に沿って排液されるため、液
滴落下によるミストを生じない。さらに給液ノズル３４
からの液供給においてもミストを生じ難い。ミストが多
量に発生すると洗浄、エッチング工程においてウォータ
マーク、異物付着等の原因となる。本実施例に拠ればミ
ストを発生させることなく処理を行うことが可能とな
る。第６の実施例について図１８を用いて説明する。図
１８において３７は気流を基板１の処理液５に吹き付け
るためのエアノズルである。基板１上の処理液は枠２内
では処理液が溜まった状態であり液流は殆ど無い状態で
ある。処理液の種類によっては基板表面における液流が
処理結果に大きく影響する。エアノズル３７は、処理液
表面で気流３８を発生させこれにより処理液表面で液流
３９を発生させるものである。これにより液流が必要な
処理においても本方式を適用することが可能となる。第
７の実施例について図１９を用いて説明する。実施例の
目的は実施例６と同様に枠２内の処理液５に液流を生じ
させるものである。図において４１はヒータであり基板
１の下部近傍に配置されている。ヒータ４１は薬液によ
る処理時に、基板１の下面より熱放射し基板の温度を上
昇させる。これにより基板上の処理液では対流４２が生
じる。

【００３３】

【発明の効果】本願に含まれる発明によれば、基板上を
満たす処理液量で基板表面を安定に覆うことが可能なた
め処理液を削減する効果が有る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明第１実施例の斜視図

【図２】本発明第１実施例の断面図

【図３】本発明第１実施例図２の部分拡大断面

【図４】本発明第１実施例の効果説明部分断面図

【図５】本発明第１作用説明グラフ

【図６】本発明第１作用説明実験結果グラフ

【図７】本発明第１作用説明実験結果グラフ

【図８】本発明第１実施例の斜視図

【図９】本発明第１実施例の斜視図

【図１０】本発明第１実施例の斜視図

【図１１】本発明第１実施例の斜視図

【図１２】本発明第２実施例の部分断面拡大図

【図１３】本発明第３実施例の部分切断図

【図１４】本発明第３実施例の部分断面拡大図

【図１５】本発明第３実施例の射視図

【図１６】本発明第４実施例の部分切断射視図

【図１７】本発明第５実施例の射視図

【図１８】本発明第６実施例の射視図

【図１９】本発明第７実施例の部分断面拡大図

【図２０】従来例の射視図

【図２１】従来例の射視図

【符号の説明】

１ 基板 ２ 枠 ３，４ ノズル ５ 処理液 ９ メニスカス １１ 液塊 ２５ 枠 ２６ 溝 ３１ 液流 ３２ スカート ３４ 棒流ノズル ３７ エアノズル ４０ ヒータ

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】基板に対して液体をかけて処理を行うプロ
   セスを有する液晶表示装置の製造方法において、 処理対象の基板に対して僅かなギャップを開けた状態で
   枠を対向配置し、処理液を供給することを特徴とする液
   晶表示装置の製造方法
2. 【請求項２】請求項１において、 処理対象となる領域より大きい領域を囲む内壁を有する
   枠を用いることを特徴とする液晶表示装置の製造方法。
3. 【請求項３】請求項１において、 基板の外形とほぼ同じ外形を有し、基板に対向する面に
   複数の溝を設けた枠を用いることを特徴とする液晶表示
   装置の製造方法。
4. 【請求項４】請求項１において、 基板の周囲に処理液の落下を防止する部材を設けた事を
   特徴とする液晶表示装置の製造方法。
5. 【請求項５】請求項１において、 基板上枠内に満たされた処理液表面で気流を作ることに
   より基板上の処理液に液流を生じさせることを特徴とす
   る液晶表示装置の製造方法。
6. 【請求項６】請求項１において、 基板上の枠内に満たされた処理液に対して液表面と基板
   上面で温度差を設けることを特徴とする液晶表示装置の
   製造方法。
7. 【請求項７】基板を水平に保持する手段と基板上に処理
   液をかける手段と、 基板の外形とほぼ同じ外形を有す枠を処理対象の基板に
   対して僅かなギャップを設け対向配置する手段を有する
   ことを特徴とする液晶表示装置の製造装置。