JP2007149968A - エッチング後処理方法及びエッチング装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 設備の大型化を招くことなく、基板に残存する塩素系ガスを効率良く取り除くことが可能なエッチング後処理方法及びエッチング装置を提供する。
【解決手段】 塩素系ガスによりエッチングを行い基板上の信号線加工を行った後、ランプヒータにより基板を加熱し、残存する塩素系ガスを除去する。ランプヒータによる加熱は、エッチング後の基板の搬送の際に行う。あるいは、高温ガスを導入して基板に残存する塩素系ガスを除去する。高温ガスの導入により、レジストのアッシングと残存する塩素系ガスの除去を同時に行う。高温ガスは、例えば酸素ガスである。
【選択図】 図１

Description

本発明は、エッチングによる信号線加工の後に行われるエッチング後処理方法、及び前記エッチング後処理方法を実現するためのエッチング装置に関するものであり、特に、液晶パネル用基板等のような大型の基板のエッチング後処理に適用して好適なエッチング後処理方法及びエッチング装置に関する。

例えば液晶表示素子においては、各画素に対応して薄膜トランジスタアレイを配列形成することにより画像表示を行う表示部を構成するとともに、その周辺に駆動回路部を一体に形成することが行われており、したがって、ガラス基板等の透明絶縁基板上に画素トランジスタや駆動回路トランジスタとして機能する薄膜トランジスタを作り込んだアレイ基板が用いられている。液晶表示素子では、前記アレイ基板と対向基板の間に液晶層を挟み込み、画素電極の電位を前記画素トランジスタによって制御し、液晶層の分子配向を制御することで画像表示が行われる。

前述のアレイ基板の作製に際しては、先ず、表示部において、１画素の液晶を駆動するのに１つの薄膜トランジスタが必要であり、広範な領域に薄膜トランジスタの活性層を形成する必要がある。そこで、これに対応するため、多結晶シリコン（ポリシリコン）層を活性層に使用した多結晶薄膜トランジスタをガラス基板上に形成する技術が開発されている。そして、近年のプロセス技術の進歩により、低いプロセス温度でガラス基板上に高性能な多結晶薄膜トランジスタを形成することが可能になっている。

一方、前記のように多結晶シリコン層を用いて表示部の薄膜トランジスタを形成したアレイ基板には、前記の通りドライバー回路や電源回路等、駆動回路を構成する薄膜トランジスタを併せて基板上に形成することが行われており、これら駆動回路と各画素の薄膜トランジスタを接続する信号線の形成も行われている。

ここで、前記アレイ基板上の信号線は、例えばアルミニウム（Ａｌ）をエッチング加工することにより形成され、エッチングにはＢＣｌ_３やＣｌ_２等の塩素系ガスが用いられている。この場合、信号線のエッチング加工後に、基板に付着する塩素系ガスが大気中の水分と反応し、アルミニウムの信号線を腐食するという問題がある。信号線の腐食は、断線等の不良に繋がり、デバイス不良の原因となる。

これに対する対策としては、エッチング後の基板を加熱したり、あるいはエッチング後の基板を水洗する等、何らかの後処理が一般的に実施されている（例えば、特許文献１等を参照）。

特許文献１は、エッチング処理によって生じた腐食性物質を十分に除去することにより、エッチング処理後の腐食を防止することを目的に案出されたものであり、試料をエッチング処理する処理室と、エッチング処理済み試料をアッシングするプラズマ後処理装置と、アッシング処理済み試料の表面に残留した腐食性物質を除去する湿式処理室と、湿式処理済み試料を乾燥処理する乾燥処理装置とを具備した試料処理装置が開示されている。
特開平５−２１７９６６号公報

ところで、エッチング後に後処理を行う場合、従来技術では後処理を行うための後処理室が必要となる。例えば、基板加熱による後処理を行うためにはヒータを設置した加熱チャンバが必要であり、基板の水洗による後処理を行うためには洗浄装置が必要である。前記特許文献１記載の資料処理装置においても、湿式処理室や乾燥処理室等が必要になっている。

しかしながら、これら後処理室の設置は、装置の大型化を招き、設置のために必要な敷地面積が増大するという問題がある。特に、液晶パネル基板のエッチング後処理に適用する場合、基板サイズが大きいため加熱チャンバや洗浄装置等の後処理室も大きくせざるを得ず、敷地面積の著しい増加を招く。近年、液晶パネルにおいては、一層の大型化が進められており、前記問題は深刻になっている。

本発明は、前述のような従来の実情に鑑みて提案されたものであり、設備の大型化を招くことなく、基板に残存する塩素系ガスを効率良く取り除くことが可能なエッチング後処理方法、及びこれを実現するためのエッチング装置を提供することを目的とする。

前述の目的を達成するために、本願の第１の発明に係るエッチング後処理方法は、塩素系ガスによりエッチングを行い基板上の信号線加工を行った後、ランプヒータにより前記基板を加熱し基板に残存する塩素系ガスを除去することを特徴とする。また、エッチング装置の構成としては、塩素系ガスによりエッチングを行うエッチング室と、前記エッチング室に基板を搬入し、エッチング後にエッチング室から基板を搬出する搬送経路とを備え、前記搬送経路にランプヒータが設置されていることを特徴とする。

ランプヒータによれば、短時間での基板加熱が可能であり、例えば基板の搬送経路に設置する等、その設置に際して特別な後処理室も不要である。したがって、装置の大型化を招くことがなく、基板に付着している塩素系ガスが効率的に取り除かれる。

一方、本願の第２の発明に係るエッチング処理方法は、塩素系ガスによりエッチングを行い基板上の信号線加工を行った後、高温ガスを導入して基板に残存する塩素系ガスを除去することを特徴とする。また、エッチング装置の構成としては、塩素系ガスによりエッチングを行うエッチング室を備え、当該エッチング室に高温ガスを導入するガス導入機構が設置されていることを特徴とする。

信号線の加工の後、不要となったレジストを除去するアッシング工程において、加熱された高温ガス（例えば酸素ガス）を導入すると、レジストの除去と同時に、高温ガスの基板衝突により基板が加熱され、基板に付着している塩素系ガスが効率良く取り除かれる。前記高温ガスの導入は、エッチング室において行えばよく、後処理のための後処理室（例えば加熱チャンバーや洗浄装置、湿式処理室、乾燥処理室等）は不要である。

本発明によれば、ランプヒータや高温ガスによる基板加熱により、基板に残存する塩素系ガスを効率良く取り除くことが可能である。また、余分な後処理室の設置が不要であるので、敷地面積は従来と変わらず、基板サイズが大型化してもエッチング装置設置のための敷地面積の増加は必要最小限に抑えることができる。

以下、本発明を適用したエッチング後処理方法及びエッチング装置について、図面を参照して詳細に説明する。

（第１の実施形態）
本実施形態は、ランプヒータを利用したエッチング後処理方法及びエッチング装置に関するものである。図１に、本実施形態のエッチング装置の概略構成を示す。

図１に示すエッチング装置は、エッチング処理を行う２つのプロセスチャンバ（エッチング室）１，２と、前記２つのプロセスチャンバ１，２に被処理基板を振り分けるトランスファーチャンバ３、前記プロセスチャンバ１，２を外気から遮断するロードロック室４、基板を搬送する搬送ロボット５、基板を一時的にストックしておくカセットステーション６，７とから構成されている。

前記プロセスチャンバ１，２では、基板上に形成されたＡｌ薄膜に対してエッチングを行い、例えば信号線を形成する。エッチングガスとしては、ＢＣｌ_３やＣｌ_２等の塩素系ガスである。なお、ここでプロセスチャンバ１，２を２室設けたのは、効率的なエッチングを目的としてのことで、プロセスチャンバを１室のみ設けてもよい。あるいは、例えばトランスファーチャンバ３の３辺に沿って３室設置する等、３室以上設置するようにしてもよい。

前記ロードロック室４は、前記の通りプロセスチャンバ１，２への外気の侵入、及びプロセスチャンバ１，２内の雰囲気の外部への漏洩を防止するためのものであり、プロセスチャンバ１，２側、及び搬送ロボット５側の２箇所にゲート部４ａ，４ｂが設けられている。ゲート部４ａ，４ｂは、開閉扉に相当するものであり、これらを開閉操作することにより、プロセスチャンバ１，２を外気に曝すことなく、基板の搬入、あるいは搬出が可能になる。

本実施形態においては、前記ロードロック室４の搬送ロボット５側のゲート部４ｂにランプヒータ８が設置されている。ランプヒータ８には、例えばハロゲンランプ等を用いることができ、搬送される基板に向けてランプ照射を行うことで、速やかに基板加熱を行うことができる。

前記ランプヒータ８の設置に際しては、特別な処理室等を設ける必要はなく、搬送経路の任意の位置に設置することができる。本実施形態では、前記の通りロードロック室４のゲート部４ｂに設置しているので、基板を搬送しながら加熱することが可能である。

搬送ロボット５は、カセットステーション６，７にストックされた基板を前記ロードロック室４へと移送し、あるいはロードロック室４から基板を搬出してカセットステーション６，７へと移送する機能を有するものである。本実施形態の場合、搬送ロボット５は、基板の搬送速度を自由に調整（可変）できる機構（動作速度制御機構）を有しており、搬送ロボット５の動作速度を制御することで基板の搬送速度を制御し、前記ランプヒータ８により所定の基板温度となるように基板を加熱しながら、ロードロック室４からカセットステーション６，７へと基板を搬出することが可能である。

以上の構成のエッチング装置では、エッチングの後処理（残存する塩素系ガスの除去）のための後処理室が不要であり、フットプリント（装置面積）を縮小することが可能である。例えば、ホットプレートによる基板加熱によりエッチング後処理を行う場合、図２に示すように、前記構成に加えて基板加熱チャンバ９を設置する必要が生ずる。この場合には、前記基板加熱チャンバ９の分だけ装置面積が増大し、設置に必要な設置面積も拡大せざるを得ない。例えば液晶パネル用基板においては、基板サイズが大型化しており、前記問題が顕著であり、本発明を適用することの効果が大きい。

次に、前記エッチング装置を用いたエッチング方法、エッチング後処理方法について説明する。

例えば、液晶パネル用基板において、エッチングにより信号線加工を行う場合、カセットステーション６、あるいはカセットステーション７にストックされた基板をプロセスチャンバ１、あるいはプロセスチャンバ２へ移送する。移送に際しては、先ず、搬送ロボット５によってカセットステーション６，７から基板を取り出し、ロードロック室４へと搬送する。このとき、ロードロック室４のゲート部４ａは閉じておき、ゲート部４ｂを開けておく。

基板をロードロック室４に移送した後、ゲート部４ｂを閉じ、ゲート部４ｂが閉じるのを確認した後、ゲート部４ａを開けてトランスファーチャンバ３へと移送する。トランスファーチャンバ３では、移送された基板をプロセスチャンバ１、あるいはプロセスチャンバ２に振り分けて搬入する。

プロセスチャンバ１，２内においては、基板表面に形成された金属膜（例えばＡｌ薄膜）をエッチングして所定の信号線に加工する。エッチングは、プロセスチャンバ１，２内にプロセスガス（エッチングガス）を導入することで行われ、いわゆるドライエッチングにより前記Ａｌ薄膜が所定のパターンにパターニングされる。プロセスガスとしては、前記ＢＣｌ_３やＣｌ_２等の塩素系ガスである。

前記エッチングの後、基板にはエッチングに用いた塩素系ガスが残存し、これをそのままにすると信号線が腐食する等の問題が生ずる。そこで、残留する塩素系ガスを基板から除去するエッチング後処理工程を行うが、本実施形態においては、このエッチング後処理工程を基板の搬出過程において行う。

すなわち、前記エッチングが終了したら、プロセスチャンバ１，２内の基板をトランスファーチャンバ３、ロードロック室４、及び搬送ロボット５を介してカセットステーション６，７へと搬出する。ロードロック室４では、トランスファーチャンバ３側のゲート部４ａを開き、搬送ロボット５側のゲート部４ｂを閉じた状態で、トランスファーチャンバ３からロードロック室４へと基板を移送し、次いでゲート部４ａを閉じるとともにゲート部４ｂを開け、基板をロードロック室４から搬送ロボット５によりカセットステーション６，７へと移送する。

前記基板の搬出に際しては、ロードロック室４のゲート部４ｂ近傍に設けられたランプヒータ８の直下を基板が通過することになり、この間に基板が加熱されて、基板に残存する塩素系ガスが取り除かれる。

図３は、ホットプレート加熱による基板温度推移を示すものである。ホットプレート加熱の場合、ホットプレート温度を１６０℃に設定すると、設定から約３０秒で基板温度が７５℃になり、６０秒で基板温度が９０℃になる。また、ホットプレート温度を２２０℃に設定すると、６０秒後には基板温度が１３０℃になる。これら加熱条件での腐食（コロージョン）発生の様子を調べると、基板温度９０℃以上でコロージョンの発生が無くなることが確認された。

一方、図４は、ランプヒータ８によるランプ加熱の際の温度上昇特性を示すものである。ランプヒータ８によるランプ加熱を行った場合、およそ１５秒で基板温度が９０℃以上になる。したがって、基板の搬出の際に、ロードロック室４のゲート部４ｂの通過に要する時間が前記１５秒となるように搬送ロボット５の動作速度を制御すれば、基板搬出時に基板温度９０℃以上に加熱され、塩素系ガスが効率的に取り除かれる。

前記の通り、本実施形態では、ランプヒータ８により基板を加熱し塩素系ガスを除去するようにしているので、短時間での後処理が可能であり、例えばホットプレートを備えた加熱チャンバ等を設置する必要がない。また、搬送経路において、基板を搬送しながら絵と処理が行われるので、エッチングから後処理までの一連のプロセスを短時間に行うことが可能である。

（第２の実施形態）
本実施形態は、高温ガスの導入によるエッチング後処理方法及びエッチング装置に関するものである。本実施形態においては、塩素系ガスによりエッチングを行い基板上の信号線加工を行った後、高温ガスを導入して残存する塩素系ガスを除去する。

図５は、高温ガスの導入によるエッチング後処理方法を実施するためのエッチング装置の構成を示すものである。エッチング装置の基本構成については、先の第１の実施形態のエッチング装置と同様であり、第１の実施形態のエッチング装置と同一の構成については同一の符号を付し、その説明は省略する。

図５に示すエッチング装置は、第１の実施形態のエッチング装置と同様、エッチング処理を行う２つのプロセスチャンバ（エッチング室）１，２と、前記２つのプロセスチャンバ１，２に被処理基板を振り分けるトランスファーチャンバ３、前記プロセスチャンバ１，２を外気から遮断するロードロック室４、基板を搬送する搬送ロボット５、基板を一時的にストックしておくカセットステーション６，７とから構成されている。ただし、本実施形態のエッチング装置では、基板加熱のためのランプヒータ８は設置されていない。

その代わりに、前記各プロセスチャンバ１，２に、プロセスガスを導入するプロセスガス導入口１１に加えて、加熱ヒータを内蔵したアッシングガス導入口１２が設置されている。なお、図５においては、プロセスチャンバ２についてのみ前記プロセスガス導入口１１及びアッシングガス導入口１２を図示してあるが、プロセスチャンバ１についても、図示は省略するが、同様にプロセスガス導入口１１及びアッシングガス導入口１２が設置されている。

本実施形態では、前記プロセスガス導入口１１からのプロセスガス（エッチングガス）の導入によりエッチング（信号線加工）を行い、その後、前記エッチングの際にマスクとして機能したレジストの除去と同時にエッチング後処理（塩素系ガスの除去）を行う。

前記レジストの除去及びエッチング後処理は、前記アッシングガス導入口１２から導入される高温ガス、例えば高温酸素ガスによって同時に行う。アッシングガス導入口１２には加熱ヒータが内蔵されており、導入されるガスを高温に加熱することが可能である。導入するガスの温度は、１８０℃以上とすることが好ましい。不要となったレジストを除去するアッシング工程において、加熱された高温ガスを導入することで、レジストの除去と同時に、高温ガスの基板衝突により基板が加熱され、基板に付着している塩素系ガスを効率良く取り除くことが可能となる。

図６は、高温酸素ガスの導入によるレジスト除去（アッシング）とエッチング後処理（塩素系ガス除去）のメカニズムを説明する図である。図６に示すように、基板２１上に信号線２２が形成され、その表面にレジスト２３が残存している場合、高温酸素ガスを導入すると、酸素ラジカル（Ｏラジカル／Ｏ_２ラジカル）がレジスト２３と反応し（図中、矢印Ａ）、ＣＯとＨ_２Ｏに分解する。この反応によってレジスト２３が信号線上から分解除去される。

一方、導入した高温酸素ガスは、ヒータで加熱された酸素（Ｏ原子／Ｏ_２分子）と酸素イオン（Ｏイオン／Ｏ_２イオン）とを含んでおり、アッシングに関係のないこれら中性原子及び分子が基板２１に衝突し（図中、矢印Ｂ及び矢印Ｃ）、これを加熱する。この基板加熱の結果、基板２１に付着している塩素系ガスが効率的に除去される。

本実施形態においてもエッチング後処理のための後処理室等を設置する必要がなく、装置面積の増加を抑えることが可能である。また、レジストのアッシングと同時に残存する塩素系ガスの除去が行われるので、工程の追加も不要であり、処理時間を短縮する上でも有利である。

なお、図５に示すエッチング装置では、プロセスガス導入口１１とアッシングガス導入口１２とを別々に設けているが、例えば図７に示すように、プロセスガス／アッシングガス導入口１３を設け、プロセスガスの導入とアッシングガス（高温ガス）の導入の双方を同系統（プロセスガス／アッシングガス導入口１３）から行うようにしてもよい。この場合、エッチング開始時には、加熱ヒータのスイッチをオフし、プロセスガス／アッシングガス導入口１３からプロセスガスを導入する。エッチング終了後、アッシング開始時には、前記加熱ヒータのスイッチをオンし、導入するアッシングガス（酸素ガス）を加熱し、高温状態で導入する。アッシング終了後には、加熱ヒータのスイッチをオフにする。

第１の実施形態のエッチング装置の構成例を示す模式図である。 加熱チャンバを設置したエッチング装置の構成例を示す模式図である。 ホットプレートによる基板温度推移を示す特性図である。 ランプ加熱による基板温度上昇特性を示す特性図である。 第２の実施形態のエッチング装置の構成例を示す模式図である。 高温の酸素ガス導入によるアッシング及び基板加熱の原理を説明する図である。 第２の実施形態のエッチング装置の他の構成例を示す模式図である。

符号の説明

１，２ プロセスチャンバ、３ トランスファーチャンバ、４ ロードロック室、４ａ，４ｂ ゲート部、５ 搬送ロボット、６，７ カセットステーション、８ ランプヒータ、１１ プロセスガス導入口、１２ アッシングガス導入口、１３ プロセスガス／アッシングガス導入口、２１ 基板、２２ 信号線、２３ レジスト

Claims (17)

1. 塩素系ガスによりエッチングを行い基板上の信号線加工を行った後、ランプヒータにより前記基板を加熱し基板に残存する塩素系ガスを除去することを特徴とするエッチング後処理方法。
2. 前記エッチング後の基板の搬送の際に、前記ランプヒータにより基板を加熱することを特徴とする請求項１記載のエッチング後処理方法。
3. 前記基板の搬送速度を調整することにより前記ランプヒータによる加熱時間を調整することを特徴とする請求項２記載のエッチング後処理方法。
4. 塩素系ガスによりエッチングを行うエッチング室と、
   前記エッチング室に基板を搬入し、エッチング後にエッチング室から基板を搬出する搬送経路とを備え、
   前記搬送経路にランプヒータが設置されていることを特徴とするエッチング装置。
5. 前記搬送経路は、エッチング室を外気から遮断するロードロック室を備え、当該ロードロック室に前記ランプヒータが設置されていることを特徴とする請求項４記載のエッチング装置。
6. 前記ロードロック室と接して搬送ロボットが設置されるとともに、基板を一時的にストックするカセットステーションが設置され、
   前記搬送ロボットは、基板の搬送速度を調整する動作速度制御機構を有することを特徴とする請求項５記載のエッチング装置。
7. 塩素系ガスによりエッチングを行い基板上の信号線加工を行った後、高温ガスを導入して基板に残存する塩素系ガスを除去することを特徴とするエッチング後処理方法。
8. レジストのアッシングと同時に残存する塩素系ガスの除去を行うことを特徴とする請求項７記載のエッチング後処理方法。
9. 前記高温ガスが酸素ガスであることを特徴とする請求項７または８記載のエッチング後処理方法。
10. 導入する高温ガスの温度が１８０℃以上であることを特徴とする請求項７から９のいずれか１項記載のエッチング後処理方法。
11. 塩素系ガスによりエッチングを行うエッチング室を備え、当該エッチング室に高温ガスを導入するガス導入機構が設置されていることを特徴とするエッチング装置。
12. 前記ガス導入機構は、導入するガスを高温化するためのガスヒータを備えることを特徴とする請求項１１記載のエッチング装置。
13. 前記エッチング室には、前記ガス導入機構とは別に、エッチングガスを導入するプロセスガス導入機構が設置されていることを特徴とする請求項１１または１２記載のエッチング装置。
14. 前記ガス導入機構は、エッチングガスを導入するプロセスガス導入機構を兼ねていることを特徴とする請求項１１または１２記載のエッチング装置。
15. 前記エッチング室に基板を搬入し、エッチング後にエッチング室から基板を搬出する搬送経路を備えることを特徴とする請求項１１から１４のいずれか１項記載のエッチング装置。
16. 前記搬送経路は、エッチング室を外気から遮断するロードロック室を備えていることを特徴とする請求項１５記載のエッチング装置。
17. 前記ロードロック室と接して搬送ロボットが設置されるとともに、基板を一時的にストックするカセットステーションが設置されていることを特徴とする請求項１６記載のエッチング装置。

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