JP4019656B2 - 板状基板の流体処理方法および処理装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本願発明は、液晶ディスプレイの用いられる板状基板等の流体によるエッチング処理に係り、特に基板裏面における異物の発生を防止する流体処理方法及びその処理装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般に液晶基板等、薄膜をパターンニングするための流体によるエッチング処理工程は、レジストや窒化膜等をマスクとして、薄膜を薬液でエッチング除去する工程である。例えば、コンタクトホールは、絶縁膜としての珪酸薄膜を成膜し、レジストでパターンニングし、フッ化水素酸とフッ化アンモニウムの混合液により珪酸膜をエッチングすることで形成される。
【０００３】
上記エッチング工程は流体処理工程であるため、被処理基板を回転させながら、薬液、純水、窒素等を順次スプレーして処理するスピン方式（１）や、平流方式で被処理基板を搬送しながら薬液、純水等を順次スプレーし、エアナイフ等で乾燥して上記処理を行う方法（２）が用いられている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
上記した従来技術において、基板表面を薬液処理する際、裏面は成膜されていないためガラス面であり、薬液が回りこむことにより、部分的にエッチングされる。特に、珪酸膜のエッチングにフッ化水素酸やフッ化アンモニウムを含有する薬液で処理した場合、基板裏面も珪酸を含有する化合物であるため、表面の珪酸膜と同様にエッチングされる。そのため、薬液が回り込んだ部分だけがエッチングされ、基板に段差が出来てしまう。基板裏面に回り込まないようにすることは装置構造上複雑となり、実用的でないため、強制的に基板裏面全面に薬液を照射し、裏面全面を均一にエッチングする方法が採用されている。
【０００５】
しかしながら、基板には珪酸以外に、アルミニウム、マグネシウム、カルシウム、ストロンチウム等のフッ化物を生成しやすい成分元素が含有されており、これらのフッ化物は溶解度が小さく析出しやすい。そのため、エッチング直後にフッ化物の析出物が発生し、異物として裏面に付着するという問題がある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上記課題を解決するために、異物の発生原因を調査し、その発生メカニズムを解明し、発生防止方法を発明したものである。
【０００７】
まず、裏面のエッチングによる異物発生のメカニズムについて説明する。図１に異物発生のフローを示す。レジストでパターンニングされた基板の表面は塗れ性を浴するために紫外線照射等により親水化処理がなされる。紫外線照射により基板表面の有機物は除去されるが、基板の裏面は紫外線が照射されないため有機物は除去されず、撥水面である。
【０００８】
次いで、エッチング液が基板の両面に照射されると、基板裏面には気泡が付着する。気泡の内部の基板面は撥水面であり、気泡の外部の基板面は、エッチングが進行し下地と共に有機物が除去されるため、親水面となる。基板がエッチングされると、珪素は液中に溶解するが、マグネシウム、カルシウム、ストロンチウムなどの成分はフッ化物となり、これらは溶解度が小さいため析出し始める。これらは疎水性であるため、エッチングの進んだ親水性の部分には付着しにくく、撥水面に接している気泡の界面に集中しやすくなり、気泡の基板に接している界面部分に析出するため、リング状になる。
【０００９】
さらにエッチングが進行すると共に、リング状に析出した部分を核としてフッ化物が析出し、エッチング処理が終了した段階では、投光機による斜光を用いて観察できる程度の異物となる。
【００１０】
上記発生メカニズムから、リング状に析出した異物の発生防止には、基板投入時の気泡の発生を防止する必要がある。従って、被処理基板の裏面を親水化した後に、エッチング処理を行うことで裏面異物の発生を防止できる。
【００１１】
また、被処理基板の裏面を親水化する手法として、フッ化水素又はフッ化アンモニウムの少なくとも１成分以上を含有する水溶液を、被処理基板の裏面に照射することで達成できる。上記水溶液の濃度はフッ化水素の場合１％以下で十分であり、エッチングレートが早い濃度では効果が無い。析出物が発生しない程度の濃度以下にする必要がある。
【００１２】
また、被処理基板の裏面を親水化する手法として、裏面の有機物を除去することで達成でき、硫酸または塩酸または硝酸または過酸化水素またはオゾンの少なくとも１成分以上を含有する水溶液を照射することにより達成できる。
【００１３】
また、被処理基板の裏面を親水化する手法として、被処理基板の裏面に紫外線を照射する事でも達成できる。
【００１４】
被処理基板の親水化の程度は、純水を用いたときの接触角として１０度以下にする必要がある。望ましくは、５度以下が良い。上記裏面の親水化の手法または、有機物の除去手法は、上記手法に限定される物ではない。他の方法により親水化または有機物を除去する事でも目的は達成できる。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下本発明の実施形態を、図面を用いて説明する。
（実施例１）
図２に本実施例で用いた装置の概略を示す。装置は平流し方式で、第１槽はエキシマＵＶランプにより基板表面に紫外線照射し、低圧水銀ランプにより基板裏面に紫外線を照射する構造となっている。第２槽は第１槽の紫外線照射領域と第３槽のエッチングを行うウェット領域とを離すためのバッファ領域である。第３槽はエッチング液を基板の両面に照射する槽であり、デバイス面の加工を行う。第４槽は第３槽での薬液を除去するための純水照射領域であり、ここでは、洗浄を行うために両面にバブルジェットスプレーを行った。第５槽は乾燥のためのエアナイフ槽である。
【００１６】
上記装置を用いてエッチング処理を行い、処理後の基板裏面に発生したリング状異物の個数を従来処理と比較し表１にまとめた。本発明による方法によりリング状異物は全く発生しなかった。
【００１７】
【表１】

【００１８】
（実施例２）
図３に本実施例で用いた装置の概略を示す。装置は平流し方式で、第１槽は表面をエキシマＵＶにより紫外線する構造となっている。第２槽は紫外線照射領域とエッチングのウェット領域を離すためのバッファ領域である。第３槽は、基板の裏面に０．５ｗｔ％のフッ酸水溶液を照射する槽であり、裏面の親水化を行う。第４槽はエッチング液を基板の両面に照射する槽であり、デバイス面の加工を行う。第５槽は第４槽での薬液を除去するための純水照射領域であり、ここでは、洗浄を行うために両面にバブルジェットスプレーを行った。第５槽は乾燥のためのエアナイフ槽である。
【００１９】
上記装置を用いてエッチング処理を行い、処理後の基板裏面に発生したリング状異物の個数を従来処理と比較し表１にまとめた。本発明による方法によりリング状異物は全く発生しなかった。
【００２０】
（実施例３）
図４に本実施例で用いた装置の概略を示す。装置は平流し方式で、第１槽はローダであり、第２槽は表面をエキシマＵＶにより親水化する構造となっている。本実施例ではエキシマＵＶを用いたが、ここで表または裏または両方のＵＶはエキシマＵＶでなく低圧水銀の紫外線ランプでも同様の効果が得られる。また第２槽は必須ではなく、省略することも可能である。第３槽は紫外線領域とエッチングのウエット領域を離すためのバッファ領域である。第４槽は基板の裏面に薬液を接触させて親水化する領域である。
【００２１】
本実施例では希フッ酸を用いた。ここで基板が有機物等の疎水性物質で汚れていると十分な親水化が行われないので、何らかの薬液を使用することが望ましいが、事前のＵＶ処理があった場合などは純水だけでも十分に親水化が為される。薬液としては、硝酸、過酸化水素、硫酸、オゾン水を用いて有機物を酸化除去する方法や、希フッ酸、薄いバッファードフッ酸を用いて基板であるガラスを溶解してエッチングリフトオフにより有機物を除く方法、またアンモニア水、テトラメチルアンモニウムハイドロオキサイド、モノエタノールアミン（２−アミノエタノール）などのアルカリ性水溶液を用いて有機物とガラスの両方を溶解する方法、エタノール、メタノール、イソプロピルアルコール、メトキシメチルブタノール等のアルコールや酢酸、蓚酸、界面活性剤等を用いて有機物を除去する方法、炭酸アンモニウムなどの揮発性塩を添加して表面張力を下げる方法も同様の効果を上げることは言うまでもない。
【００２２】
親水化した後、溶液は乾燥除去しても良いし、濡れたままエッチングを開始しても良い。本実施例では乾燥せず、濡れたままエッチングを開始した。乾燥させるために、第４槽にはエアナイフを設置することも有効である。エアナイフは、液切りローラや液除去板でも同様な効果を生むことは言うまでもない。
【００２３】
裏面に薬液を塗布するための機構は、スリット状のノズルを使う方法、液溜まりに接触させる方法、基板全体を液浴に浸す方法、スプレーで吹き付ける方法などがあるが、いずれを使用しても同じである。本実施例では基板裏面を液溜まりに接触させる方法を採用した。上記の薬液処理は単一で行うのみならず、組み合わせて使用することもできる。例えばアルカリ溶液で処理した後、水洗してからエッチング処理を始めることや、純水で事前に濡らしておいてから希フッ酸で処理するなどの方法が考えられる。
【００２４】
エッチング槽は使用に応じて薬液濃度が変化することになるため、濃度コントローラを設置することが望ましい。ただし裏面親水化処理槽からエッチング槽への薬液持ち込み量が十分正確に一定であればこれは必要ない。上記装置を用いてエッチングを行い、処理後の基板裏面に生じた異物を観察したところ、異物はまったく生じなかった。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は、基板裏面における異物発生のメカニズムを説明するための図である。
【図２】第１の実施例である液体を用いた板状基板の処理を説明するための装置構成を示す図である。
【図３】第２の実施例である液体を用いた板状基板の処理を説明するための装置構成を示す図である。
【図４】第３の実施例である液体を用いた板状基板の処理を説明するための装置構成を示す図である。
【符号の説明】
１…ガラス基板、２…レジストパターン、３…裏面、４…裏面に付着した有機物、５…表面に付着した有機物、６…裏面に付着した気泡、７…裏面に析出した異物、８…ＵＶランプ、９…表面薬液照射ノズル、１０…裏面薬液照射ノズル、１１…表面薬液、１２…裏面薬液、１３…表面リンスノズル、１４…裏面リンスノズル、１５…表面エアナイフ、１６…裏面エアナイフ

Claims (8)

1. レジストパターンが形成されたデバイス面とその裏側の裏面とを有し且つガラスから成る板状基板を流体によりエッチングする流体処理方法であって、
   フッ化水素またはフッ化アンモニウムの少なくとも１種類以上を含有する水溶液を前記板状基板の前記裏面に供給して該裏面を親水化させる親水化工程と、
   フッ化水素酸やフッ化アンモニウムを含む前記流体で前記板状基板の前記デバイス面をエッチングするエッチング工程とをこの順に行うことを特徴とする板状基板の流体処理方法。
2. 前記親水化工程において、前記板状基板の前記裏面の有機物を前記水溶液により除去処理することを特徴とする請求項１に記載の板状基板の流体処理方法。
3. 前記エッチング工程において、前記流体としてフッ化水素酸とフッ化アンモニウムの混合液を用いて、前記板状基板の前記デバイス面の珪酸膜をエッチングすることを特徴とする請求項１または２に記載の板状基板の流体処理方法。
4. 前記親水化工程は、前記板状基板の前記裏面を前記水溶液に接触させて行われることを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の板状基板の流体処理方法。
5. 前記親水化工程の前に、前記板状基板の前記裏面に紫外線を照射する工程を更に含むことを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載の板状基板の流体処理方法。
6. 前記親水化工程は、その処理終了後の前記板状基板の前記裏面における純水による接触角が１０度以下になるように行われることを特徴とする請求項１または２に記載の板状基板の流体処理方法。
7. 前記水溶液として、フッ化水素の濃度が１％以下のフッ酸水溶液を用いることを特徴とする請求項１乃至６のいずれかに記載の板状基板の流体処理方法。
8. レジストパターンが形成されたデバイス面とその裏側の裏面とを有し且つガラスから成る板状基板の処理装置であって、
   前記板状基板の搬送方向に対して、
   前記板状基板の前記デバイス面が紫外線で照射される第１槽、
   バッファ領域である第２槽、
   前記板状基板の前記裏面が親水化処理される第３槽、
   前記板状基板の前記デバイス面及び前記裏面にエッチング液が供給される第４槽、
   前記板状基板への純水の照射で該板状基板から前記エッチング液が除去される第５槽、及び
   前記板状基板が乾燥処理される第６槽がこの順に配置され、
   前記第３槽では、フッ化水素またはフッ化アンモニウムの少なくとも１種類以上を含有する水溶液が前記板状基板の前記裏面に供給されて、該水溶液による該裏面からの有機物の除去と該裏面の親水化とが行われ、
   前記第４槽では、フッ化水素酸やフッ化アンモニウムを含む前記エッチング液で前記板状基板の前記デバイス面がエッチングされることを特徴とする板状基板の処理装置。

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