JPH10189532A - 非晶質シリコン層を形成された基板の食刻剥離装置とその運転方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 食刻装置と剥離装置を直結して、食刻後の露
出する非晶質シリコン層の剥離液に対し耐性を有する保
護層を短時間で形成しリードタイムを短縮する。 【解決手段】 ガラス基板はローダ40より１枚ずつ食刻
室２に送られ、食刻液がシャワー状に噴射されて、不要
なシリコン窒化層が溶解除去され非晶質シリコン層が露
出する。第１水洗室４′は純水で食刻液を洗い流し、第
１乾燥室５′で濡れている基板の乾燥が行われる。加熱
室42で乾燥後の基板は数個のホットプレートで加熱処理
を受け、露出している非晶質シリコン層上に100Å以下
の薄い酸化シリコン層が形成される。引き続き剥離室43
の剥離液に曝されて、感光性樹脂パターンの剥離除去と
共に薄い酸化シリコン層が除去される。その後、第２水
洗室４″の純水で剥離液を除去し、第２乾燥室５″で濡
れている基板の乾燥が行われ、最終的にはアンローダ41
でカセットに収納される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、ＬＣＤ(液晶ディ
スプレイ)デバイス、特にＴＦＴ(薄膜トランジスタ)を
内蔵したアクティブ型の液晶パネルの製造工程において
用いられる食刻剥離装置とその運転方法に関するもので
ある。

【０００２】

【従来の技術】周知のように半導体集積回路、ＰＤＰ
(プラズマディスプレイパネル)およびＬＣＤデバイス等
の表示装置の製造工程においては、複数回の食刻工程と
洗浄工程が必要である。これらの食刻工程、例えば写真
食刻時の感光性樹脂の現像プロセスや各種薄膜層の食刻
プロセスにおいては、薬液を基板上にシャワー状または
スプレー状に吹き付けるようにして１枚ずつ連続的に処
理するのが一般的であり、洗浄工程においても純水を基
板上にシャワー状またはスプレー状に吹き付けるように
して１枚ずつ連続的に処理する製造装置が量産工場では
多用されている。

【０００３】図２はこのような食刻装置の概略でありそ
の断面構成図を示している。食刻装置としての構成で
は、食刻室２，水洗室４および乾燥室５が最低限度の構
成要素であり、薬液処理時間が長くなる場合には食刻室
２を多段にしたり、食刻液の水洗室４への持ち出し量を
低下させるために食刻室２と水洗室４との間に液切り室
３を設け、薬液ミストの装置外への拡散を防止するため
に緩衝室１を食刻室２の上流側に設ける等の設計的手法
が加味される。以下に簡単に食刻装置の構成内容を説明
すると、薬液循環ポンプ６、薬液中のダストまたはパー
ティクルを除去するためのフィルタ７および流量調整用
のバルブ８よりなる循環配管９系と、食刻室２内の薬液
を噴射するノズル10、食刻室２底部に設けられた薬液回
収配管11および薬液循環タンク12とで閉ループを構成し
て食刻液13を循環使用する系とを有する。さらに、流量
調整用のバルブ14を有する供給配管15系は循環タンク12
に食刻液13を供給するための薬液供給配管であり、図示
はしないが例えば別に設置された供給タンクから加圧窒
素ガスによる圧送によって新規な薬液が循環タンク12に
供給される。同じく流量調整用のバルブ16を有する廃棄
配管17系は使用済みの食刻液13を外部に廃棄するための
薬液廃棄配管であり、図示はしないが別に設置された廃
液タンク等に移し替えてから産業廃棄物として処理する
等の手続きがなされる。また、食刻液の大気との反応に
よる食刻液の劣化や変質を回避するためには、食刻室２
内の雰囲気を窒素等の不活性ガスでパージする手法が採
用され、流量用のバルブ18を有する窒素ガス供給配管19
によりパージガスが供給される。

【０００４】次に、水洗室４では基板に付着している薬
液を洗い流すために一般的には適度な純度の純水が必要
なので、流量調整用のバルブ20を有する純水供給配管21
が設けられ、配管の先端には純水を噴射するノズル22が
配置される。基板を水洗した処理水の排水管23に通され
るが、純水洗浄の初期には微量ではあるにせよ排水中に
薬液が含まれるので、通常は公害対策のための処理を施
してから工場排水として廃棄される。また、水洗室を特
に２段構成とし、第１の水洗室の排水は前記したように
処理し、第２の水洗室の排水は純度が高いので回収して
再び他の目的の純水源として、あるいは純水製造装置へ
の原水として使用するなどの省資源の取り組みも、最近
ではしばしば取り入れられるようになってきた。

【０００５】さらに、ただ単純に純水を噴射するだけで
なく、噴射する純水に超音波エネルギーを重畳したり、
あるいは高圧の噴射ジェットにしたりして、物理的な力
で基板に付着した異物やパーティクルの除去能力が高め
られることにより、最新の洗浄機ではそれらの導入が定
着しつつある。乾燥室５では水洗後の濡れた基板を乾燥
するために、圧力計24と流量調整用のバルブ25を有する
ドライエアまたは窒素ガス等の乾燥ガス供給配管26系が
設けられ、この配管の先端には前記乾燥ガスを基板上に
シート状に噴射するノズル27が配置される。乾燥室５内
でノズル27によって凝集した水は排水管28を通り廃棄さ
れる。このように乾燥したガスを基板に吹き付けて乾燥
する方式は別名エアナイフとも呼ばれる。なお、純水ノ
ズル22および乾燥ノズル27は基板上のみならず基板下か
らも噴射する方が効率的であり、かつ一般的でもある。
図２における29は基板の搬送ライン示す仮想線である
が、基板の搬送機構、各処理室の間に設置されるゲート
バルブおよびエアカーテン等の干渉防止機構と各処理室
ごとに配置される排気系統機構も図面上では省略してあ
る。また、基板の乾燥方法は前記したエアナイフ以外に
も、基板を高速回転して基板を乾燥するスピン乾燥方式
や速乾性のＩＰＡ(イソプロピルアルコール)を用いたＩ
ＰＡ置換型乾燥方式もあるが、ここでは詳細な説明は省
略する。

【０００６】さらに、基板上に被着形成された各種の薄
膜を所定のパターンに選択的に形成するためには、各種
薄膜上に塗布された感光性樹脂(レジスト)を露光機とフ
ォトマスクとで選択的に露光し、現像液を用いて感光性
樹脂を選択的に残す写真食刻技術が用いられるが、ここ
ではその詳細な説明は省略する。前記選択的パターン形
成に用いられた感光性樹脂を除去する工程が剥離工程で
あって、薬液を用いる場合であれば有機溶剤，硫酸，発
煙硝酸等が基板や薄膜の性質によって適宜選択される。
薬液を用いなくても酸素プラズマを用いた酸素アッシャ
ー等の真空設備や紫外線を照射して、レジストの分解と
同時に発生する酸素プラズマの灰化作用で除去する方法
もあるが、その詳細な説明は省略する。

【０００７】液晶デバイスの製造工程においては、基板
サイズがシリコン単結晶基板と比較すると格別に大きく
当初から300mm角以上の大きさの基板が採用されて、露
光機の分解能を助長する意味と防災上の観点から感光性
樹脂にはノボラック樹脂を主成分とするポジレジストが
多用されてきた歴史的背景がある。加えてレジストの剥
離液は基板がガラスであることも加味され、安全面とコ
ストの観点から有機アルカリ系の剥離液を用いることが
多かった。この場合、剥離装置としては図２に示した食
刻装置と装置構成は全く同一となり、唯一の差異は食刻
液と比較すると剥離液が比較的高温の60〜100℃に加熱
されて用いられることと、図示はしないが剥離液の発火
に備えて消火設備を備えているということである。言う
までもないが剥離装置の場合には食刻室２が剥離室と呼
称される。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】生産装置として生産性
を高めたり、そのリードタイムを短縮するための措置と
しては当然であるが、食刻装置と剥離装置とを別置きし
て運転するよりも両者を直結して運転する方が望ましい
結果が得られる。前記別置きとした装置で例えば370×4
70mmの大きさを有するガラス基板上にＴＦＴ液晶ディス
プレイのデバイスを製作しようとした場合に、20枚程度
の基板の収容能力を有するカセットやマガシン等の収納
容器または冶工具が用いられることになる。このような
カセットを前記装置間で運搬する手段やスペース、およ
び前記装置の入口側と出口側とにそれぞれカセットを置
くためのローダやアンローダ等、そのプロセス(処理)に
寄与しない部位が発生することを考慮すると、食刻装置
と剥離装置とを直結する意義について多くの説明は不要
であろう。事実、最近の液晶デバイスの量産工場におい
ては、例えば絵素電極となる透明導電層，ゲート配線金
属であるＡl，Ｔa，Ｍo，Ｃr、ソース配線金属であるＡ
l，Ｔi，Ｃrさらに絶縁層であるシリコン酸化層(Ｓi
Ｏ₂)やシリコン窒化層(ＳiＮ_x)等の食刻後には直ちにレ
ジスト剥離ができるように、食刻装置と剥離装置とを直
結した装置構成が多用され始めた。

【０００９】しかしながら、食刻後に基板上に非晶質シ
リコン層が露出するような場合であって、剥離液として
有機アルカリ系の剥離液、例えば東京応化製の商品名
“剥離液106”を用いた場合には剥離液中に溶け込んで
いる水分のために剥離液が強アルカリ化(pＨ11〜12)し
てしまうので、非晶質シリコン層が剥離液で食刻されて
しまい、甚だしい場合には0.1μm程度の膜厚であれば完
全に消失してしまうことも希ではなく、特に剥離性を高
めるために行われる剥離液の加熱温度が高ければ高いほ
どこの傾向は大である。これは剥離液が剥離材であるＭ
ＥＡ(モノエタノールアミン)と基板より剥離したレジス
トを溶解するＤＭＳＯ(ジメチルスルホキシド)との混合
液からなるためで、ＭＥＡはアミノ基を有するが故に水
の存在下では簡単にイオン化してアルカリ液となるから
である。

【００１０】ここで、図３(ａ)，(ｂ)を参照しながら、
今少し詳細に非晶質シリコン層が露出する状態を説明す
る。アクティブ型の液晶パネルを構成する基板の一方に
はスイッチング素子である絶縁ゲート型トランジスタが
必要であり、このトランジスタは、例えば以下に記載す
るようなプロセスで作製される。まず、図３(ａ)に示し
たように、ガラス基板30の一主面上にゲートも兼ね走査
線となる、例えば膜厚0.1〜0.2μm程度のＣrやＭo層の
ゲート31を選択的に形成する。次にプラズマＣＶＤ装置
を用いシランガスを主成分とするプラズマ放電によりガ
ラス基板30の全面に、例えば0.4−0.1−0.2μmの膜厚
で、第１シリコン窒化層32−不純物を殆ど含まない第１
非晶質シリコン層33−第２シリコン窒化層を連続的に被
着形成する。そしてゲート31上の第２シリコン窒化層上
に感光性樹脂をリソグラフィ技術により選択的に残して
レジストパターン35とし、このレジストパターン35をマ
スクとして第２シリコン窒化層を選択的に食刻して第２
シリコン窒化層34を形成し、第１非晶質シリコン層33を
露出する。そして感光性樹脂のレジストパターン35を除
去する工程が先述した課題となる工程であり、露出して
いる第１非晶質シリコン層33が剥離液に曝されることは
明白であろう。

【００１１】この後、図３(ｂ)に示したように、全面に
不純物として燐(Ｐ)を含む第２非晶質シリコン層を例え
ば0.05μmの膜厚で全面に非着形成し、ソース，ドレイ
ン配線37，38となる金属層を全面に被着し、感光性樹脂
を用いた選択的パターン形成を行う。それは金属層、例
えば膜厚0.4μm程度のＡlをまず食刻して第２非晶質シ
リコン層を露出し、引き続き感光性樹脂のパターンとソ
ース，ドレイン配線37，38とをマスクとして第２非晶質
シリコン層と第１非晶質シリコン層33とを食刻し、第１
シリコン窒化層32と第２シリコン窒化層34とを露出す
る。この時に第２シリコン窒化層34は第２非晶質シリコ
ン層36形成の過食刻に対してチャネル部となる不純物を
含まない第１非晶質シリコン層33′を保護する機能を発
揮するので、エッチングストッパと称されることも多
い。この後、感光性樹脂のパターンを除去すればＴＦＴ
(薄膜トランジスタ)として機能する素子が得られる。ソ
ース，ドレイン配線37，38の形成後、さらにパシベーシ
ョン絶縁層や絵素電極等が付加されることが一般的であ
るが、ここでは詳細な説明は省略する。

【００１２】また、露出した非晶質シリコン層が剥離液
で損傷を受けるのを回避するため、簡易的には食刻後に
レジストが残ったままのガラス基板を一旦カセットに収
納し、クリーンストッカやクリーベンチ等の比較的ダス
トの少ない環境下に適当な時間(数乃至数十時間)保管ま
たは放置する手法が実施されたが、これではリードタイ
ムの短縮化に逆行することになり、さらに、クリーンな
環境下とは言え過度の待機によるパーティクルやダスト
の基板への付着を避け難く、歩留まりの低下は免れない
という問題があった。

【００１３】本発明は、前記従来技術の問題点を解決す
ることに指向するものであり、食刻装置と剥離装置との
直結を実現して、そのリードタイムの短縮を推進するも
のであり、食刻後の露出している非晶質シリコン層に剥
離液に対して耐性を有する保護層を短時間で形成するこ
とによって達成される非晶質シリコン層を形成された基
板の食刻剥離装置とその運転方法を提供することを目的
とする。

【００１４】

【課題を解決するための手段】この目的を達成するため
に、本発明に係る非晶質シリコン層を形成された基板の
食刻剥離装置とその運転方法は、少なくとも弗化水素を
含む食刻液を循環しながら基板にシャワー状またはスプ
レイ状に噴射もしくは基板を浸漬して処理する食刻室、
基板に付着している食刻液を洗浄する第１水洗室、およ
び洗浄後の基板を乾燥する第１乾燥室を設けてなる食刻
手段と、乾燥後の基板を加熱する複数のホットプレート
を設けた加熱手段と、有機アルカリ系の剥離液を循環し
ながら基板にシャワー状またはスプレイ状に噴射もしく
は基板を浸漬して処理する剥離室、基板に付着している
剥離液を洗浄する第２水洗室、および洗浄後の基板を乾
燥する第２乾燥室を設けてなる剥離手段を備えるように
構成したものである。

【００１５】本発明では前記の構成を有する食刻剥離装
置により、またかかる装置を用いて、食刻手段と剥離手
段との間に食刻後のレジストの付着したままの基板を加
熱する複数のホットプレートを配置し、食刻後の露出し
ている非晶質シリコン層に剥離液に対する保護層を短時
間に形成する加熱手段を付与して、非晶質シリコン層が
露出している基板を酸素を含む雰囲気中で加熱すること
により、非晶質シリコン層の表面に100Å程度の薄い酸
化シリコン層が形成され、結果有機アルカリ系の剥離液
に対して耐薬品性が向上して非晶質シリコン層が膜減り
する事態を回避できる。

【００１６】

【発明の実施の形態】以下、図面を参照して本発明にお
ける一実施の形態を詳細に説明する。図１は本発明の一
実施の形態における食刻剥離装置の概略構成図を示した
ものである。ここで、前記従来例を示す図３で説明した
構成要件と対応し実質的に同等の機能を有するものには
同一の符号を付してこれを示す。図１において、２は食
刻室、４′は第１水洗室、４″は第２水洗室、５′は第
１乾燥室、５″は第２乾燥室、40はローダ、41はアンロ
ーダ、42は、具体的に数個のホットプレートを並べるこ
とで構成され、基板の加熱手段である加熱室、43は剥離
室である。本装置は少なくともローダ40，食刻室２，第
１水洗室４′および第１乾燥室５′を備えた食刻手段で
ある食刻装置部分と、少なくとも剥離室43，第２水洗室
４″，第２乾燥室５″およびアンローダ41を備えた剥離
手段である剥離装置部分とを加熱手段の加熱室42を介し
て直結した食刻剥離装置となっている。

【００１７】このように構成される食刻剥離装置の運転
方法を以下に説明する。先述したように非晶質シリコン
層が形成され、その非晶質シリコン層上に形成されたシ
リコン窒化層を選択的に除去するために感光性樹脂のパ
ターンがシリコン窒化層上に形成されたガラス基板30
(図３(ａ)，(ｂ)参照)をローダ40より１枚ずつ食刻室２
に送り込む。食刻室２では食刻液として弗化水素を含む
溶液、例えばＨＦ：ＮＨ₄Ｆ＝１：６(容積比)の緩衝弗
酸液がシャワー状に基板に噴射され、不要なシリコン窒
化層が溶解除去されて非晶質シリコン層が露出する。食
刻終了後は第１水洗室４′にて純水で食刻液である緩衝
弗酸を洗い流し、第１乾燥室５′にて純水で濡れている
基板の乾燥が行われる。

【００１８】次に、加熱室42では乾燥後の基板が数個の
ホットプレート上で１〜２分放置されることで通算５〜
10分程度の加熱処理を受けて、露出している非晶質シリ
コン層上に薄い酸化シリコン層が形成される。また、加
熱条件としては一般的な感光性樹脂のパターンが熱変化
して剥離液での除去が困難にならない程度の加熱、すな
わち温度としては150℃以下、時間としては15分以下が
望ましい。酸化シリコン膜を形成するためには酸素が必
要であるがホットプレート周辺を酸素雰囲気で被う必要
はなく、クリーンな大気雰囲気または乾燥空気のパージ
程度で十分である。

【００１９】加熱室42内の数個のホットプレート上で加
熱された基板上では、露出している非晶質シリコン層上
に100Å以下の薄い酸化シリコン層が形成されるので、
引き続き剥離室43で高温の剥離液に曝されても剥離条件
が過酷でなければ、具体的には処理温度が100℃以下，
処理時間が10分以下，剥離液の含水率が１％以下であれ
ば薄い酸化シリコン層が除去され、その結果非晶質シリ
コン層が膜減りしたり消失する事態を回避することがで
きる。

【００２０】剥離室43で感光性樹脂のパターンを剥離除
去した後は、第２水洗室４″にて純水で剥離液を除去
し、第２乾燥室５″にて純水で濡れている基板の乾燥が
行われ、最終的にはアンローダ41でカセットに１枚ずつ
基板が収納される。

【００２１】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
食刻剥離装置は食刻処理と剥離処理が連続して行われる
ために、生産のリードタイムが著しく減少するだけでは
なく、ダストやパーティクルの付着機会が減少して歩留
まりの向上にも少なからず貢献し、さらには生産設備と
しての占有面積も減少して生産設備価格の削減も可能と
なり、クリーンルームの運用が効率的となる等、工業的
に優れた効果が得られるという効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施の形態における食刻剥離装置の
概略を示す構成図である。

【図２】従来の食刻装置の概略でありその断面を示す構
成図である。

【図３】(ａ)は液晶パネルを構成する非晶質シリコンを
チャネルとするＴＦＴのゲート上部の製造工程１，(ｂ)
はＴＦＴのソース，ドレインの製造工程２を示す断面図
である。

【符号の説明】

１…緩衝室、 ２…食刻室、 ３…液切り室、 ４…水
洗室、 ４′…第１水洗室、 ４″…第２水洗室、 ５
…乾燥室、 ５′…第１乾燥室、 ５″…第２乾燥室、
６…循環ポンプ、 ７…フィルタ、 ８，14，16，1
8，20，25…バルブ、 ９…循環配管、 10，22…ノズ
ル、 11…回収配管、 12…循環タンク、13…食刻液、
15…供給配管、 17…廃棄配管、 19…窒素ガス供給
配管、 21…純水供給配管、 23，28…排水管、 24…
圧力計、 26…乾燥ガス供給配管、27…乾燥ノズル、
29…搬送ライン、 30…ガラス基板、 31…ゲート、
32…第１シリコン窒化層、 33，33′…第１非結晶質シ
リコン層、 34，34′…第２シリコン窒化層、 35…レ
ジストパターン、 36，36′…第２非晶質シリコン層、
37…ソース配線、 38…ドレイン配線、 40…ロー
ダ、 41…アンローダ、 42…加熱室、 43…剥離室。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 少なくとも弗化水素を含む食刻液を循環
   しながら基板にシャワー状またはスプレイ状に噴射もし
   くは前記基板を浸漬して処理する食刻室、前記基板に付
   着している食刻液を洗浄する第１水洗室、および洗浄後
   の前記基板を乾燥する第１乾燥室を設けてなる食刻手段
   と、乾燥後の前記基板を加熱する複数のホットプレート
   を設けた加熱手段と、有機アルカリ系の剥離液を循環し
   ながら前記基板にシャワー状またはスプレイ状に噴射も
   しくは前記基板を浸漬して処理する剥離室、前記基板に
   付着している剥離液を洗浄する第２水洗室、および洗浄
   後の前記基板を乾燥する第２乾燥室を設けてなる剥離手
   段を備えたことを特徴とする非晶質シリコン層を形成さ
   れた基板の食刻剥離装置。
2. 【請求項２】 食刻手段は食刻室にて少なくとも弗化水
   素を含む食刻液を循環しながら基板にシャワー状または
   スプレイ状に噴射もしくは前記基板を浸漬して処理する
   工程、第１水洗室にて前記基板に付着している食刻液を
   洗浄する工程、および第１乾燥室にて洗浄後の基板を乾
   燥する工程を含み、加熱手段は複数のホットプレートに
   て乾燥後の前記基板を加熱する工程を含み、剥離手段は
   剥離室にて有機アルカリ系の剥離液を循環しながら前記
   基板にシャワー状またはスプレイ状に噴射もしくは前記
   基板を浸漬して処理する工程、第２水洗室にて前記基板
   に付着している剥離液を洗浄する工程、および第２乾燥
   室にて洗浄後の前記基板を乾燥する工程を含んでなる食
   刻剥離装置の運転方法であって、 前記ホットプレートによる加熱の工程によって前記基板
   上で露出している非晶質シリコン層に酸素を含む雰囲気
   により薄い酸化シリコン層を形成することを特徴とする
   非晶質シリコン層を形成された基板の食刻剥離装置の運
   転方法。