JP3972015B2

JP3972015B2 - 薬液装置

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Publication number: JP3972015B2
Application number: JP2003107590A
Authority: JP
Inventors: 隆吉澤
Original assignee: Sharp Corp
Current assignee: Sharp Corp
Priority date: 2003-04-11
Filing date: 2003-04-11
Publication date: 2007-09-05
Anticipated expiration: 2023-04-11
Also published as: JP2004319568A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、複数の成分からなるエッチング液などの薬液の濃度を管理する技術に関し、特に成分毎の濃度を管理する対策に関する。
【０００２】
【従来の技術】
例えば、エッチング液の濃度が一定になるように管理する技術として、特許文献１に記載されたものが知られている。
【０００３】
このものでは、エッチング液の下限値と上限値とを予め設定しておき、エッチング液を用いてエッチング処理を行う処理槽と、エッチング液を濾過するフィルタとを結ぶ循環回路の途中で、エッチング液の濃度をセンサにより検出し、その濃度が下限値になったときには電磁バルブを開いて、所定の濃度に調合されてなるエッチング新液を薬液補充槽から処理槽に供給する一方、濃度が上限値になったときには電磁バルブを閉じて薬液補充槽から処理槽へのエッチング新液の上記供給を停止し、これらのことで、処理槽内のエッチング液の濃度を略一定に保つことができるようになされている。
【０００４】
【特許文献１】
特開平７−２７８８４７号公報（第３頁，図２）
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、例えば、エッチング対象が複数類の材料からなっていて、各材料に対するエッチング量を異ならせるなど場合には、エッチング液として、複数の成分が混合されてなるものが用いられる。
【０００６】
したがって、このような場合には、特定のエッチング対象部位のエッチング量を大きくするための成分の濃度が、他の成分よりも早く低下することになる。
【０００７】
また、同じエッチング液を用いていても、エッチング対象が変わると、濃度の低下量も成分毎に異なるようになる。
【０００８】
さらに、各成分の濃度の変化の程度は、その成分が蒸発しやすいものであるか否かによっても異なる。
【０００９】
しかしながら、上記従来の場合には、成分毎の濃度変化に対応することができず、このために、エッチング液成分の濃度変化に起因するエッチング性能の劣化を招きやすく、よって、安定したエッチング処理を行うことが困難であるという問題がある。
【００１０】
尚、上記のエッチング性能の劣化を嫌うならば、下限値と上限値との間の許容範囲を狭く設定すればよいことになるが、そのようにすると、今度は、頻繁にエッチング新液を補充せざるを得なくなり、実質的に、エッチング液の交換サイクルを縮めることになる。
【００１１】
本発明は斯かる諸点に鑑みてなされたものであり、その主な目的は、複数の成分からなるエッチング液などの薬液の濃度が一定になるように管理する際に、各成分の濃度変化に対応できるようにすることで、薬液の交換サイクルを短くすることなく、安定した薬液処理が行えるようにすることにある。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成すべく、本発明では、薬液の濃度を成分毎に検出し、その検出結果に基づき、必要な成分だけ上記薬液に添加するようにした。
【００１３】
具体的には、本発明では、複数の成分からなる薬液を用いた薬液処理を行うとともに該薬液の濃度を管理するようにした薬液装置として、上記の薬液を貯留するための薬液部と、上記薬液の複数の成分のうち、上記の薬液処理に伴って濃度の変化する成分を有する原液を個別に貯留するための複数の原液部と、これら複数の原液部の各原液を上記薬液部に添加する添加手段と、上記薬液部の薬液の成分毎の濃度を検出する検出手段と、この検出手段の検出結果に基づいて、上記薬液部の薬液の各成分の濃度が該成分以外の成分を有する原液の添加量を勘案してそれぞれ所定値になるような添加量を原液毎に演算し、各原液が該原液の上記添加量の分だけ添加されるように上記添加手段を制御する制御手段とを備えるようにする。
【００１４】
そして、上記の薬液が、少なくともリン酸，硝酸および酢酸の各成分からなるものである場合に、上記制御手段は、上記薬液処理に伴って濃度の上昇するリン酸を基準にして、上記硝酸および酢酸の成分のうち、上記リン酸に対して相対的に濃度の低下する成分を有する原液の添加量を演算し、該添加量に基づいて上記添加手段を制御するように構成されているものとする。
【００１５】
尚、上記の構成において、制御手段を、リン酸に対して相対的に濃度の低下する成分の該リン酸に対する相対濃度比が該成分の所定濃度のリン酸の所定濃度に対する比率になるように、該成分を有する原液の添加量を演算する構成とすることができる。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態を、図面に基づいて説明する。
【００１７】
図１は、本発明の実施形態に係るエッチング装置の全体構成を、ブロック図として示しており、このエッチング装置は、液晶表示パネルに使用する電極基板のエッチング工程において、リン酸と硝酸と酢酸と純水とを混合してなるエッチング液を用いて行うエッチング処理に使用される。
【００１８】
本エッチング装置は、図２に示すように、エッチング液を用いてエッチング処理を行うエッチング部１０と、このエッチング部１０で用いられるエッチング液の濃度管理を行う制御ユニット５０とを備えており、エッチング部１０は、図１に示したように、エッチング液を循環使用してエッチング処理を行う複数の処理部２０（図１には、処理部として第１処理部（第１槽）のみを示し、第２処理部（第２槽）は図示を省略する）からなっている。
【００１９】
上記各処理部２０は、エッチング液を貯留する薬液槽２１と、この薬液槽２１のエッチング液を用いて実際のエッチング処理を行う処理槽２２とを有する。処理槽２２には、該処理槽２２内において、エッチング対象物Ｗを支承する支承部２３と、この支承部２３上のエッチング対象物Ｗにエッチング液を散布するための複数のノズル２４，２４，…とが配置されている。また、薬液槽２１と処理槽２２との間には、薬液槽２１のエッチング液を処理槽２２のノズル２４，２４，…に供給するための供給配管２５と、処理槽２２から排出されたエッチング液を薬液槽２１に戻すための戻し配管２６とが設けられており、これらにより、薬液槽２１のエッチング液が処理槽２２に供給される一方、処理槽２２から排出されたエッチング液が薬液槽２１に戻されるようになっている。
【００２０】
また、上記の供給配管２５には、薬液槽２１から処理槽２２に向かって、薬液槽２１のエッチング液を吸引して処理槽２２側に送り出すポンプ２７と、エッチング液を濾過して異物を除去するフィルタ２８と、開閉バルブ２９とが介設されている。尚、供給配管２５における開閉バルブ２９の上流側部位からは、処理槽２２を経由しないで直接に薬液槽２１にエッチング液を戻すためのバイパス配管３０が分岐して設けられている。
【００２１】
上記のエッチング処理部１０には、所定の濃度に調整されたエッチング液、つまり、上記の各成分（リン酸，硝酸，酢酸，純水）が所定の混合比に混合されてなる未使用のエッチング新液を貯留する新液補充槽４０が設けられている。この新液補充槽４０と、各処理部２０の薬液槽２１との間には、それぞれ、補充配管４１が設けられている。各補充配管４１の途中には開閉バルブ４２が介設されており、この開閉バルブ４２を開くことで、新液補充槽４０のエッチング新液が各薬液槽２１に補充される一方、開閉バルブ４２を閉じることで薬液槽２１に対するエッチング新液の補充が停止するようになっている。また、各薬液槽２１には、下限用センサ４３と、上限用センサ４４と、オーバフロー用センサ４５とが設けられている
本実施形態では、上記の制御ユニット５０は、エッチング液の各成分を一定割合の純水が混合されてなる原液の状態で貯留する複数の原液槽と、純水を供給する純水供給部５４とを備えている。尚、図示する例では、上記複数の原液槽とは、成分がリン酸である原液を貯留する原液槽５１と、成分が硝酸である原液を貯留する原液槽５２と、成分が酢酸である原液を貯留する原液槽５３との３つであるが、以下の説明では、純水供給部５４の純水も原液の１つとし、その純水供給部５４も原液槽の１つとして扱っている。
【００２２】
上記原液槽５１〜５３および純水供給部５４と薬液槽２１との各間には、それぞれ、各原液（便宜的に、純水も原液という）を薬液槽２１に添加するための添加配管５５が設けられている。各添加配管５５の途中には、薬液槽２１に向かって、添加配管５５を流れる原液の流量が調整されるようにその流路面積を絞るオリフィス５６と、流量を計測してその積算値を出力する流量計５７と、開閉バルブ５８とが順に介設されている。一方、原液槽５１〜５３は気密状に設けられており、各原液槽５１〜５３には、該原液槽５１〜５３の内圧が高くなるように原液槽５１〜５３に不活性ガス（ここでは、Ｎ_２ガス）を供給するためのガス配管５９が接続されている。各ガス配管５９の途中には、開閉バルブ６０が介設されている。このことで、対応する添加配管５５の開閉バルブ５８が開いたときに、原液槽５１〜５３の原液が各々の添加配管５５を経由して薬液槽２１側に圧送されるようになっている。また、純水供給部５４についても、開閉バルブ５８が開くことで、該純水供給部５４の純水が添加配管５５を経由して薬液槽２１に添加されるようになっている。
【００２３】
また、上記の制御ユニット５０には、薬液槽２１のエッチング液の各成分毎の濃度を測定する光学式の濃度計７０が設けられている。この濃度計７０には、各処理部２０の供給配管２５におけるポンプ２７とフィルタ２８との間からエッチング液の一部を取り出すために設けられた取出配管７１が接続されている。さらに、濃度計７０の入口側には、取出配管７１の他、新液補充槽４０のエッチング新液を該濃度計７０に供給する新液配管７２と、純水を濃度計７０に供給する純水配管７３とが接続されている。これら取出配管７１，新液配管７２および純水配管７３には、それぞれ、開閉バルブ７４，７５，７６が介設されている。一方、濃度計７０の出口側には、該濃度計７０により濃度の測定されたエッチング液を廃液として排出する排出配管７７が接続されている。
【００２４】
上記の濃度計７０の内部では、取出配管７１，新液配管７２および純水配管７３の濃度計７０側の各端部は互いに接続されており、その接続部の下流側には、該接続部から流れてきた液を冷却する冷却部７８と、この冷却部７８にて冷却された液の成分濃度を測定する測定部７９とが設けられている。
【００２５】
上記の測定部７９は、図示は省略するが、液を通過させるサンプリング管と、このサンプリング管に向かって近赤外線を照射する光源と、この光源からの近赤外線を濾波する干渉フィルタと、この干渉フィルタを通過した近赤外線の周波数分布を検出するセンサとからなっており、その周波数分布に基づいて、液成分の濃度を検出するようになされている。尚、このような測定部７９としては、例えば、倉敷紡績株式会社製の「ケミカライザー（登録商標）」が挙げられる。
【００２６】
また、本実施形態では、上記測定部７９による各成分の濃度検出を、新液およびエッチング液の両方に対して行い、その差分値に基づいて、エッチング液の各成分の濃度を管理するようになされており、このことで、エッチング液の成分毎の濃度のみを測定してその測定結果を濃度として出力する場合に比べて、測定精度の向上を図っている。さらに、測定対象を切り換える際には、純水をサンプリング管に導入して濃度計７０を校正するようになされている。
【００２７】
そして、本実施形態では、上記のエッチング処理装置は、上記濃度計７０の測定部７９の測定結果と、各流量計５７による各原液の流量とに基づいて、エッチング液の成分毎の濃度が所定値になるように原液槽５１〜５３および純水供給部５４の対応する開閉バルブ５８，５８，…を開閉制御する制御手段としてのコントローラ８０を備えている。
【００２８】
具体的には、コントローラ８０は、所定時間（例えば、２時間）毎に、新液配管７２の開閉バルブ７５を開いてエッチング新液の成分濃度を検出した後、各処理部２０の取込配管７１の開閉バルブ７４を開いてエッチング液を順に濃度計７０に取り込む。そして、濃度計７０により、上記エッチング液の各成分の濃度が差分値として出力されると、その差分値に基づいて各原液の添加量を演算し、その添加量だけ原液が薬液槽２１に添加されるようになっている。尚、一般には、上記の添加は、１日に１回程度で収まる。
【００２９】
ここで、図３のフローチャート図に基づいて、制御ユニット５０におけるエッチング液の濃度管理の処理を説明する。
【００３０】
ステップＳ１は、純水により濃度計７０を校正するステップであり、このステップでは、純水配管７３の開閉バルブ７６がコントローラ８０により所定時間だけ開かれ、これにより、所定量の純水が濃度計７０に導入される。その後、ステップＳ２に移る。
【００３１】
ステップＳ２では、新液配管７２の開閉バルブ７５がコントローラ８０により所定時間だけ開かれる。これにより、新液補充槽４０のエッチング新液が濃度計７０に所定量だけ導入され、そのエッチング新液により濃度計７０を校正する。つまり、基準値を得るために、エッチング新液の成分濃度測定を測定する。そして、次の、ステップＳ３に移る。
【００３２】
このステップＳ３では、第１処理部（第１槽）２０の取出配管７１の開閉バルブ７４がコントローラ８０により所定時間だけ開かれる。これにより、第１処理部２０のエッチング液が所定量だけ濃度計７０に導入され、そのエッチング液の各成分の濃度を測定部７９により測定する。その後、ステップＳ４に移る。
【００３３】
ステップＳ４では、エッチング新液の各成分の測定濃度値を基準値としてエッチング液の各成分の濃度の差分値を演算し、次いで、各成分の差分値について、それぞれ、所定値に達しているか否かを判定する。そして、判定がＹＥＳであるとき、つまり、濃度が所定値に達せず添加が必要な濃度（要添加濃度）であるときには、原液を添加する必要があると見做し、ステップＳ５に移る。一方、判定がＮＯであるときには、原液を添加する必要はないと見做し、ステップＳ７に移る。
【００３４】
上記のステップＳ５では、各成分の差分値に基づき、各原液の添加量を演算する。そして、次のステップＳ６では、添加すべき原液に対応する添加配管５５の開閉バルブ５８が開かれて原液を添加する。そして、流量計５７からの信号に基づき、添加量が上記演算値に達したときに開閉バルブ５８を閉じる。これで、第１処理部２０のエッチング液に対する濃度管理の処理は終了する。
【００３５】
次いで、第２処理部（第２槽）２０のエッチング液に対する濃度管理に移り、ステップＳ７〜Ｓ１０の処理を行う。尚、これらステップＳ７〜Ｓ１０は、それぞれ、上記したステップＳ４〜Ｓ６の処理と同じであるので、説明は省略する。
【００３６】
以上のようにして、第１および第２処理部２０，２０の各エッチング液の濃度管理が行われる。尚、ここでは、処理部２０が２つである場合について説明したが、処理部２０が３つ以上である場合には、ステップＳ４〜Ｓ６の処理をその都度繰り返して行うことになる。また、その繰返しの都度に、ステップＳ１〜Ｓ３の処理を行うようにしてもよい。さらに、上記の例では、全ての処理部２０，２０，…に対し、順に原液を添加するようにしているが、一斉に添加するようにしてもよい。
【００３７】
ここで、上記ステップＳ５で行われる添加量の演算の一例を、次表に基づいて詳細に説明する。尚、本例では、エッチング液の全成分（リン酸，硝酸，酢酸，純水）のうち、エッチング処理に伴って濃度が上昇しかつその上昇率の最も高くなる成分であるリン酸を基準にして、つまり、リン酸の濃度が所定値になるように、硝酸，酢酸，純水の各原液の添加量を演算することとする。つまり、本例では、エッチング液の全成分のうち、本発明における要添加成分に該当するのは、硝酸，酢酸，純水であり、したがって、この場合には、リン酸原液の添加は不要であり、よって、リン酸の原液槽５１を省略することもできる。
【００３８】
【表１】

【００３９】
先ず、リン酸，硝酸，酢酸，純水の各比重が、それぞれ、１．６９２，１．４１５９，１．０５１７，１であり、処理部２０におけるエッチング液のリン酸，硝酸，酢酸，純水の各成分の濃度（ｗ％）の初期比率が、
６０．００：１０．００：１０．００：２０．００
であり、そのエッチング液の総量が、２００リットルであるとする。
【００４０】
このとき、リン酸，硝酸，酢酸の各成分の濃度を各々の比重で割って（残りは純水）得られる各成分の体積（リットル）の比率は、
４９．２３：９．８０：１３．２０：２７．７７
であるので、各成分の体積は、それぞれ、９８．４６リットル，１９．６１リットル，２６．４０リットル，５５．５３リットルである。
【００４１】
一方、原液槽５１〜５４での各成分の濃度を、それぞれ、８５ｗ％，７０ｗ％，９９ｗ％，１００ｗ％である（残りは純水）とすると、原液中における各成分の体積の比率は、それぞれ、７７％，６２％，９９％，１００％である。
【００４２】
そして、１日後のエッチング液の各成分の濃度の変化量が、それぞれ、＋１．８０％，−０．３０％，−１．６０％，＋０．１０％であったとすると、このときの各成分の濃度の比率は、
６１．８０：９．７０：８．４０：２０．１０
である。
【００４３】
これを、体積の比率にすると、
５１．１１：９．５９：１１．１８：２８．１３
となり、このときの各体積は、それぞれ、１０２．２２リットル，１９．１７リットル，２２．３５リットル，５６．２５リットルである。
【００４４】
ここで、体積の比率が、エッチング新液のとき（各成分の体積が、それぞれ、９８．４６リットル，１９．６１リットル，２６．４０リットル，５５．５３リットルであるとき）と同じになるように、リン酸を基準にして、その他の各成分の体積を演算すると、硝酸については、
１９．６１×１０２．２２÷９８．４６＝２０．３６
酢酸については、
２６．４０×１０２．２２÷９８．４６＝２７．４１
純水については、
５５．５３×１０２．２２÷９８．４６＝５７．６５
となる。
【００４５】
次に、上記を実現するために必要な各成分の添加量（リットル）を演算すると、硝酸については、
２０．３６−１９．１７＝１．１９
酢酸については、
２７．４１−２２．３５＝５．０６
純水については、
５７．６５−５６．２５＝１．４０
となる。
【００４６】
ここで、原液中での各成分の体積比率を考慮して、各原液の体積を演算すると、硝酸原液については、
１．１９÷０．６２＝１．９１
酢酸原液については、
５．０６÷０．９９＝５．１１
純水原液については、
１．４０÷１＝１．４０
となる。
【００４７】
但し、純水については、硝酸および酢酸の各原液にも含まれているので、その分だけ、差し引く必要がある。
【００４８】
つまり、各原液に含まれる純水の体積は、硝酸原液では、
１．９１−１．１９＝０．７２
酢酸原液では、
５．１１−５．０６＝０．０５
である。
【００４９】
したがって、原液としての純水の添加量は、
１．４０−（０．７２＋０．０５）＝０．６３
である。
【００５０】
これらにより、原液添加後の各成分の体積は、それぞれ、１０２．２２リットル，２０．３６リットル，２７．４１リットル，５７．６５リットル（総量は２０７．６４リットル）となり、その体積の比率は、
４９．２３：９．８０：１３．２０：２７．７７
であるので、各成分の濃度の比率は、エッチング新液の場合と同じく、
６０．００：１０．００：１０．００：２０．００
となる。
【００５１】
すなわち、この場合には、２００リットルのエッチング液に対し、硝酸，酢酸，純水の各原液を、それぞれ、１．９１リットル，５．１１リットル，０．６３リットルずつ（合計で７．６４リットル）添加することにより、エッチング液の各成分の濃度の比率は、エッチング新液と同じになる。
【００５２】
因みに、エッチング液の寿命は、最長で、該エッチング液により溶解した被エッチング材が析出するまでであり、被エッチング材料がＡｌである場合には、その濃度が３０００ｐｐｍに達するまでであるが、図４（ａ）に示すように、例えば、エッチング処理の基本となる硝酸成分の濃度がその下限値に達する（例えば、１０ｗ％から９．２ｗ％へ０．８ｗ％低下）まで使用したとすると、一般には、Ａｌの濃度は２００ｐｐｍ程度であるにも拘わらず、所定のエッチング性能が得られなくなるため、エッチング液を交換する必要がある。これに対し、本実施形態の場合には、同図（ｂ）に示すように、１日毎に各成分の濃度がそれぞれ所定値に再調整されるので、硝酸成分の濃度を１０ｗ％から９．７ｗ％程度へ０．３ｗ％程度の低下に止めることができる。このため、図４（ａ）の場合でエッチング液の交換サイクルが６日であるとすれば、Ａｌの析出濃度についての安全率を３分の２（２０００ｐｐｍ）に見込んだとしても、交換サイクルを、その１０倍の６０日程度に延ばすことができ、しかも、エッチング性能を高いレベルに維持することができる。
【００５３】
尚、上記の演算例において、純水を、その濃度がエッチング処理に伴って上昇するにも拘わらず添加するようにしているのは、基準としているリン酸に比べると、相対的には濃度が低下するからである。また、本演算例では、リン酸の濃度を基準にして、他の成分原液の添加量を算出するようにしているが、任意の成分を基準にして各成分原液の添加量を演算するようにしてもよい。
【００５４】
したがって、本実施形態によれば、リン酸と硝酸と酢酸と純水とが混合されてなるエッチング液を用いてエッチング処理を行うようにしたエッチング装置において、所定時間毎に各処理部２０のエッチング液の各成分の濃度を測定し、その測定結果に基づいて、それら各成分の原液の添加量を演算し、各処理部２０の薬液槽２１に添加するようにしたので、高いレベルのエッチング処理を安定して行うことができ、しかも、エッチング液の交換サイクルを実質的に長くすることができる。
【００５５】
尚、上記の実施形態では、薬液がエッチング液である場合について説明したが、本発明は、エッチング液以外の薬液の濃度管理に適用することもできる。
【００５６】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、複数の成分からなるエッチング液などの薬液の濃度を管理する際に、その薬液の各成分の濃度を測定し、該測定結果に基づいて、該当する成分の原液を添加することで、各成分の濃度を所定値にすることができるので、薬液の交換サイクルを短くすることなく、安定したエッチング処理などの薬液処理を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態に係るエッチング装置の全体構成を示すブロック図である。
【図２】エッチング装置の基本構成を示す説明図である。
【図３】制御ユニットにおけるエッチング液の濃度管理の処理を示すフローチャート図である。
【図４】本実施形態の濃度管理を行わない場合（ａ）の各成分の変化を本実施形態の濃度管理を行う場合（ｂ）と対比して示す特性図である。
【符号の説明】
２１薬液槽（薬液部）
５１，５２，５３原液槽（原液部）
５４純水供給部（原液部）
５５添加配管（添加手段）
５６開閉バルブ（添加手段）
７０濃度計（検出手段）
８０コントローラ（制御手段）

Claims

複数の成分からなる薬液を用いた薬液処理を行うとともに該薬液の濃度を管理するようにした薬液装置であって、
上記薬液を貯留するための薬液部と、
上記薬液の複数の成分のうち、上記薬液処理に伴って濃度の変化する成分である複数の要添加成分に対応するように設けられ、該要添加成分を有する原液を個別に貯留するための複数の原液部と、
上記複数の原液部の各原液を上記薬液部に添加する添加手段と、
上記薬液部の薬液の成分毎の濃度を検出する検出手段と、
上記検出手段の検出結果に基づき、上記薬液部の薬液の各成分の濃度が該成分以外の成分を有する原液の添加量を勘案してそれぞれ所定値になるような添加量を原液毎に演算し、各原液が該原液の上記添加量の分だけ添加されるように上記添加手段を制御する制御手段とを備え、
上記薬液は、少なくともリン酸，硝酸および酢酸の各成分からなり、
上記制御手段は、上記薬液処理に伴って濃度の上昇するリン酸を基準にして、上記硝酸および酢酸の成分のうち、上記リン酸に対して相対的に濃度の低下する成分を有する原液の添加量を演算し、該添加量に基づいて上記添加手段を制御するように構成されている
ことを特徴とする薬液装置。
制御手段は、リン酸に対して相対的に濃度の低下する成分の該リン酸に対する相対濃度比が該成分の所定濃度のリン酸の所定濃度に対する比率になるように、該成分を有する原液の添加量を演算する構成とされている
ことを特徴とする請求項１に記載の薬液装置。