DE19810810A1 - Ätzvorrichtung - Google Patents
ÄtzvorrichtungInfo
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- G02F1/1333—Constructional arrangements; Manufacturing methods
- G02F1/133302—Rigid substrates, e.g. inorganic substrates
Description
Die Erfindung betrifft eine Ätzvorrichtung und insbesondere
eine Ätzvorrichtung für die Herstellung einer
Flüssigkristallanzeige (LCD, liquid crystal display).
Für eine LCD wird ein Flüssigkristallbildschirm verwendet, der
durch Zusammenfügung eines ersten, Anzeigeelemente oder
Schaltelemente aufweisenden Glassubstrats mit einem zweiten,
Farbfilter aufweisenden Glassubstrats gebildet wird. Um
Anzeigeelemente oder Schaltelemente auf dem ersten Glassubstrat
auszubilden, werden Metallschichten, Isolierschichten und
Schichten aus amorphem Silizium auf das erste Glassubstrat
aufgebracht und mehrfach strukturiert. Bei der Mehrzahl der
LCDs werden Glassubstrate verwendet, da diese transparent sind,
bei Temperaturen von bis zu 400°C verarbeitet werden können
und einfach verfügbar sind. Glassubstrate weisen jedoch eine
hohe Dichte auf und sind leicht zerbrechlich. Bei dem oben
angesprochenen Herstellungsverfahren für die Glassubstrate
werden diese Temperaturen ausgesetzt, die zwischen
Raumtemperatur und bis zu 300°C variieren. Dabei können die
Glassubstrate aufgrund auftretender mechanischer und/oder
thermischer Spannungen beschädigt werden.
LCDs sollten so dünn und leicht wie möglich ausgebildet werden.
Die oben beschriebenen Faktoren beschränken jedoch die minimal
mögliche Dicke der Glassubstrate (derzeit ist es z. B. möglich,
die Dicke eines einzelnen Glassubstrates auf 0,7 mm zu
verringern). Ferner ist die Frage einer möglichen weiteren
Verringerung der minimalen Dicke der Glassubstrate besonders
deshalb sehr wichtig, da die minimale Dicke der Glassubstrate
mit größer werdender Fläche derselben steigt und der Trend
immer stärker zu Glassubstraten mit größeren Abmessungen geht
(bis jetzt sind die Abmessungen typischer Glassubstrate von 300
mm×400 mm auf 370 mm×470 mm und weiter auf 550 mm×650 mm
gestiegen).
Kürzlich wurde folgendes Verfahren zur Lösung dieses Problems
vorgeschlagen: Am Anfang des Herstellungsverfahrens wird ein
dickes Glassubstrat verwendet, um das Substrat auf diese Weise
vor Bruch während des Herstellungsverfahrens zu schützen, und
in einem späteren Herstellungsschritt wird das Substrat dünner
gemacht. Das heißt, daß das obere Substrat und das untere
Substrat, nachdem sie vorbereitet wurden, indem z. B.
Schaltelemente bzw. Farbfilter auf die Glassubstrate
aufgebracht wurden, und sie dann zusammengefügt wurden, als
zusammengefügtes Paneel dünner gemacht werden, indem eine
vorbestimmte Dicke von der jeweiligen Außenseite der Substrate
her abgetragen wird. Da bei dem oben beschriebenen Verfahren
der Bruchverlust der Glassubstrate und die
Defektwahrscheinlichkeit der Elemente verringert sind, ist es
so möglich, die Herstellungsausbeute der LCDs zu vergrößern.
Es gibt zwei mögliche Verfahren, um die Dicke der Glassubstrate
zu verringern: ein Verfahren unter Verwendung eines
Polierpulvers zum mechanischen Abschleifen des Substrats und
ein Verfahren unter Verwendung von säurehaltigen Lösungen zum
Abätzen des Substrats.
Eine Ätzvorrichtung zum Naßätzen weist eine Ladevorrichtung zum
Laden einer Kassette, in deren Schlitze eine Mehrzahl
zusammengefügter und abgedichteter Paneele vertikal eingesetzt
werden kann, um somit den Transport der Paneele zu erleichtern,
und ein Ätzbecken auf, das für das Abätzen der Paneele unter
Verwendung eines Ätzmittels verwendet wird, nachdem die
Kassette von der Ladevorrichtung in das Becken gebracht wurde.
Die Ätzvorrichtung weist ferner ein Spülbecken für das Reinigen
der Substrate, nachdem die Kassette vom Ätzbecken in das
Spülbecken gebracht wurde, ein Trockenbecken zum Trocknen der
Substrate, nachdem die gereinigte Kassette vom Spülbecken in
das Trockenbecken gebracht wurde, eine Entladevorrichtung zum
Entladen der getrockneten Kassette aus dem Trockenbecken und
eine Vorrichtung auf, mit der die Substrate zu anderen
Vorrichtungen für nachfolgende Herstellungsschritte
transportiert werden. Bei der Ätzvorrichtung wird der Transport
der Kassette automatisch von einem automatischen
Transportsystem durchgeführt.
Aus Fig. 1 ist eine herkömmliche Ätzvorrichtung ersichtlich,
bei der nur ein Ätzbecken und solche Teile gezeigt sind, die
direkt mit dem Naßätzverfahren für die Substrate
zusammenhängen.
Bei der herkömmlichen, aus Fig. 1 ersichtlichen Ätzvorrichtung
weist das Ätzbecken 20 einen Innenraum auf, in den die Kassette
eingebracht werden kann, und der mit einem
Ätzmittelverdünnungsbecken 12 verbunden ist, von dem aus ein
Ätzmittel mittels einer Ätzmitteleinlaßleitung 21
bereitgestellt wird. Eine Lochplatte 27 zur Erzeugung von
Stickstoffgasblasen zum gleichmäßigen Durchmischen des
Ätzmittels ist auf dem Boden des Ätzbeckens 20 angeordnet und
mittels einer Stickstoffeinlaßleitung 22 mit einer
Stickstoffversorgungsleitung 52 verbunden.
Ein HF-Vorratsbehälter 11 für die Bereitstellung unverdünnter
HF-Lösung als Ätzmittel ist mit dem Ätzmittelverdünnungsbecken
12 mittels einer HF-Einlaßleitung 16 verbunden. Eine
Versorgungsleitung für ionenfreies Wasser ist mit dem
Ätzmittelverdünnungsbecken 12 mittels einer Wassereinlaßleitung
17 verbunden.
Eine Auslaßleitung 19 des Ätzmittelverdünnungsbeckens 12 und
eine Auslaßleitung 2 des Ätzbeckens 20 sind mit einer
Entsorgungsleitung 53 zur Entsorgung der Flüssigkeiten
verbunden. Absperrventile V1, V2, V3, V4 und V5 sind jeweils an
einer Auslaßleitung bzw. an einer Einlaßleitung angeordnet, so
daß der Fluß z. B. des ionenfreien Wassers bzw. des Ätzmittels
gesteuert werden kann. Eine Konzentrationsmeßvorrichtung 15 ist
zum Messen der Konzentration des Ätzmittels im
Ätzmittelverdünnungsbecken 12 angeordnet.
Im folgenden wird das Ätzverfahren unter Verwendung der oben
beschriebenen Ätzvorrichtung beschrieben. Zuerst wird eine
Kassette auf der Ladevorrichtung (nicht gezeigt) angeordnet.
Das Ventil V1 an der HF-Einlaßleitung 16 wird geöffnet, und
dann wird eine Pumpe in Gang gesetzt, um die unverdünnte
HF-Lösung aus dem HF-Vorratsbehälter 11 in das
Ätzmittelverdünnungsbecken 12 zu bringen. Gleichzeitig wird das
Ventil V3 an der Einlaßleitung 17 für das ionenfreie Wasser
geöffnet, um von der Versorgungsleitung 51 für ionenfreies
Wasser kommendes ionenfreies Wasser in das
Ätzmittelverdünnungsbecken einzuleiten. Dabei wird durch
Steuern der jeweiligen Menge der HF-Lösung bzw. des ionenfreien
Wassers ein Ätzmittel mit einer vorbestimmten Konzentration
hergestellt. Die Konzentration des Ätzmittels wird mittels der
Konzentrationsmeßvorrichtung 15 in dem
Ätzmittelverdünnungsbecken gemessen.
Wenn das Ätzmittel fertig hergestellt ist, werden die Zufuhr
der HF-Lösung sowie die Zufuhr des ionenfreien Wassers beendet,
und das Ventil V2 an der Ätzmitteleinlaßleitung wird geöffnet.
Dann wird eine Pumpe P2 in Gang gesetzt, um das Ätzbecken 20
mit dem Ätzmittel zu befüllen. Danach wird die auf der
Ladevorrichtung angeordnete Kassette in das Ätzbecken 20
eingetaucht, so daß der Naßätzvorgang für die Glassubstrate in
der Kassette beginnt. Gleichzeitig wird Stickstoffgas in das
Ätzbecken 20 durch die Lochplatte 27 hindurch eingelassen, um
die Effizienz des Ätzvorgangs zu erhöhen. Von der Lochplatte 27
werden Stickstoffgasblasen in dem Ätzmittel erzeugt, die
dasselbe gut durchmischen. Das Stickstoffgas wird dem Ätzmittel
ununterbrochen durch die mit der Stickstoffversorgungsleitung
52 verbundene Stickstoffeinlaßleitung hindurch zugeführt, so
daß während des gesamten Ätzvorgangs ein gleichmäßiges
Durchmischen des Ätzmittels stattfindet. Wenn die an der
Ätzvorrichtung voreingestellte Zeitdauer für das Ätzen der
Glassubstrate vorüber ist, wird das Ätzen derselben beendet.
Die Zeitdauer für das Ätzen der Glassubstrate wird gemäß der
Konzentration des Ätzmittels und gemäß der Dicke der
Glassubstrate eingestellt.
Danach wird eine andere Kassette (nicht gezeigt) mit
Glassubstraten in das Ätzbecken eingebracht, und das oben
beschriebene Verfahren wird wiederholt. Das bei jedem
Ätzvorgang verbleibende Ätzmittel wird durch die Auslaßleitung
2 des Ätzbeckens 20 hindurch in die Entsorgungsleitung 53
geleitet und dann nach außen abgepumpt.
Das von dem Ätzmittel abgeätzte Glassubstrat weist Oxide, wie
z. B. SiO2, BaO, CaO, oder amorphes Al2O3 auf. Die als Ätzmittel
verwendete HF-Lösung löst bei der Reaktion mit dem Glassubstrat
nur SiO2, eine Hauptkomponente des Glassubstrats. Die
entsprechende Reaktionsgleichung ist folgende:
SiO2+4 HF→SiF2↑+2 H2O.
Da die restlichen Oxide von der HF-Lösung nicht gelöst werden,
verbleiben sie als kleine Teilchen in der Ätzlösung. Daher
weist die vom Ätzbecken abgepumpte Ätzlösung aufgrund der
chemischen Reaktion desselben mit dem SiO2 der Glassubstrate
eine gering konzentrierte HF-Lösung und viele Oxidteilchen auf.
Bei der herkömmlichen Ätzvorrichtung wird das gesamte nach dem
Ätzvorgang verbleibende Ätzmittel durch die Entsorgungsleitung
hindurch abgepumpt und nicht wiederverwendet. Da ferner die
HF-Lösung nicht in die Umwelt gelangen darf, muß sie gewissenhaft
entsorgt werden. Es ist wünschenswert, das verbleibende
Ätzmittel wiederzuverwenden (zu recyclen), um die Menge der zu
entsorgenden HF-Lösung zu verringern.
Da bei der herkömmlichen Ätzvorrichtung eine
Konzentrationsänderung der HF-Ätzlösung bei der Festlegung des
Endes des Ätzens nicht berücksichtigt wird (die Ätzdauer wird
mittels anfänglicher Ätzparamter festgelegt), werden die
Glassubstrate nicht alle gleich abgeätzt. Da ein gleichmäßiges
Ätzen der Glassubstrate von der veränderlichen Konzentration
des Ätzmittels als auch von der jeweiligen Dicke der
Glassubstrate abhängt, ist es erforderlich, die HF-Konzentration
der für das Ätzen verwendeten Ätzlösung richtig zu messen und
die Ätzdauer gemäß der gemessenen HF-Konzentration anzupassen,
um die erzielte Dicke der Glassubstrate zu steuern. Es ist
jedoch schwierig, die HF-Konzentration regelmäßig und
verläßlich zu messen. Da die herkömmliche Ätzvorrichtung ferner
nicht verwendet werden kann, um große Mengen von Glassubstraten
übereinstimmend abzuätzen, kann die herkömmliche Ätzvorrichtung
nicht für eine Massenproduktion verwendet werden.
Es ist die Aufgabe der Erfindung, eine Ätzvorrichtung
bereit zustellen, bei der die Ätzlösung in dem nach dem Ätzen
verbleibenden Ätzmittel nicht vollständig entsorgt werden muß,
so daß der größte Teil der Ätzlösung wiederverwendet werden
kann, und bei welcher Ätzvorrichtung das Ende des Ätzens
automatisch bestimmt wird.
Um dies zu erreichen, wird erfindungsgemäß eine Ätzvorrichtung
zum Ätzen von Substraten bereitgestellt, die aufweist: einen
ersten Behälter mit einem ersten Ätzmittel; ein mit dem ersten
Vorratsbehälter verbundenes Ätzbecken, in das das erste
Ätzmittel eingeleitet wird, wobei das Ätzbecken nach dem Ätzen
verbliebenes Ätzmittel mit verdünnter Ätzlösung und
Restmaterial aufweist; einen zweiten Behälter, in den das im
ersten Ätzbecken verbliebene Ätzmittel eingeleitet wird, und in
dem die verdünnte Ätzlösung von dem Restmaterial getrennt wird;
eine Verbindungsleitung, die den ersten Behälter mit dem
zweiten Behälter verbindet, so daß die von dem Restmaterial
abgetrennte verdünnte Ätzlösung von dem zweiten Behälter in den
ersten Behälter geleitet werden kann; und eine an den zweiten
Behälter angeschlossene Auslaßleitung zum Entsorgen des
Restmaterials.
Gemäß eines anderen Gesichtspunktes der Erfindung wird eine
Ätzvorrichtung zum Ätzen von Substraten bereitgestellt, die
aufweist: ein erstes Ätzbecken, das mit Ätzmittel befüllt wird
und in das die Substrate zum Abätzen eingebracht werden; ein in
dem Ätzbecken angeordneter Temperatursensor, mit dem die
Temperatur des Ätzmittels überwacht wird, während die Substrate
in dem Ätzbecken abgeätzt werden; und eine Steuereinheit, die
von dem Temperatursensor ein Signal erhält, das die Temperatur
des Ätzmittels angibt, und die ein Signal für das Ätzende an
das Ätzbecken überträgt, wenn die Temperatur einen
vorbestimmten Wert erreicht.
Gemäß eines anderen Gesichtspunktes der Erfindung wird eine
Ätzvorrichtung zum Abätzen von Substraten bereitgestellt, die
aufweist: einen ersten Behälter mit einem ersten Ätzmittel; ein
mit dem ersten Behälter verbundenes Ätzbecken, in das das erste
Ätzmittel eingeleitet wird, und in dem die Substrate mit dem
ersten Ätzmittel abgeätzt werden, wobei bei dem Ätzen
verbleibendes Ätzmittel erzeugt wird, das eine verdünnte
Ätzlösung sowie Restmaterial aufweist; einen Abtrennbehälter
zum Abtrennen der verdünnten Ätzlösung vom Restmaterial, wobei
der Abtrennbehälter das verbleibenden Ätzmittel vom Ätzbecken
aus empfängt und die abgetrennte verdünnte Ätzlösung an den
ersten Behälter zurückgeführt wird; ein Spülbecken zum Reinigen
der im Ätzbecken abgeätzen Substrate; eine
Lösungsmittelversorgung zum Zuführen von Wasser als
Lösungsmittel in den ersten Behälter; und eine Steuereinheit
zum Steuern des Betriebs des Ätzebeckens, des Spülbeckens, des
Trockenbeckens, des ersten Behälters und des Trennbehälters.
Gemäß eines anderen Gesichtspunktes der Erfindung wird eine
Ätzvorrichtung bereitgestellt, die aufweist: einen ersten
Behälter zum Herstellen eines Ätzmittels; ein Ätzbecken für den
Ätzvorgang, das das Ätzmittel von dem ersten Behälter empfängt;
einen zweiten Behälter, der das verbleibende Ätzmittel
empfängt, das beim Ätzvorgang entstandendes Restmaterial
aufweist, wobei der zweite Behälter das verbleibende Ätzmittel
in die niederkonzentrierte Ätzlösung und das Restmaterial
trennt; eine den ersten Behälter mit dem zweiten Behälter
verbindende Verbindungsleitung, um die niederkonzentrierte
Ätzlösung von dem zweiten Behälter in den ersten Behälter zu
leiten; und eine an dem zweiten Behälter angebrachte
Entsorgungsleitung zum Abpumpen des abgetrennten Restmaterials.
Gemäß eines anderen Gesichtspunktes der Erfindung wird eine
Ätzvorrichtung bereitgestellt, die aufweist: ein Ätzbecken zum
Abätzen von in eine Ätzlösung eingetauchter Substrate; einen in
dem Ätzbecken angeordneten Temperatursensor zum Messen einer
ersten Temperatur der Ätzlösung während des Ätzvorgangs; und
eine zentrale Steuereinheit zum Auslesen der ersten Temperatur
von dem Temperatursensor, Vergleichen der ersten Temperatur mit
einer voreingestellten zweiten Temperatur und Übertragen eines
Signals an das Ätzbecken, das Abätzen zu beenden, sobald die
erste Temperatur gleich der zweiten Temperatur ist.
Aus der Zeichnung, die zusammen mit der folgenden ausführlichen
Beschreibung zur detaillierten Erläuterung der Erfindung dient,
ist ein bevorzugte Ausführungsform der Erfindung ersichtlich.
In der Zeichnung zeigen:
Fig. 1 eine schematische Darstellung einer herkömmlichen
Ätzvorrichtung;
Fig. 2 ein schematische Darstellung einer Ätzvorrichtung gemäß
einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung; und
Fig. 3 ein Flußdiagramm, aus der der Ablauf des mit der
Ätzvorrichtung gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der
Erfindung durchgeführten Verfahrens ersichtlich ist.
Im folgenden wird auf die aus der Zeichnung ersichtliche
bevorzugte Ausführungsform der Erfindung detailliert
eingegangen.
Aus Fig. 2 ist schematisch eine Ätzvorrichtung gemäß einer
bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ersichtlich. Die aus
Fig. 2 ersichtliche Ätzvorrichtung weist ein Ätzbecken 20, ein
Spülbecken 30 und ein Trockenbecken 40 auf. Ein
Oxidabtrennbehälter 13 und ein Ätzmittelverdünnungsbehälter 12
sind mit dem Ätzbecken 20 verbunden. Das Ätzbecken 20, das
Spülbecken 30, das Trockenbecken 40, der Oxidabtrennbehälter 13
und der Ätzmittelverdünnungsbehälter 12 sind jeweils bevorzugt
aus einem ein Teflonharz aufweisenden Material ausgebildet, das
z. B. säurebeständig ist. Jedes Becken bzw. jeder Behälter ist
jeweils mit einer zentralen Steuereinheit verbunden, so daß
jedes Becken bzw. jeder Behälter separat betrieben werden kann.
Das für das Ätzverfahren verwendete Ätzbecken 20 weist eine
Aufnahmevorrichtung (nicht gezeigt) auf, die eine Schlitze
aufweisende Kassette aufnimmt, in die Substrate, wie
zusammengefügte und abgedichtete Glaspaneele, eingesetzt sind.
Eine Lochplatte 27 zum Erzeugen von Stickstoffgasblasen ist auf
dem Boden des Ätzbeckens 20 angeordnet und mit einer ersten
Stickstoffeinlaßleitung 22 verbunden, die wiederum mit einer
Stickstoffversorgungsleitung 52 verbunden ist. Ein
Temperatursensor 60, der mit der zentralen Steuereinheit
verbunden ist und die Temperatur des Ätzmittels mißt, ist
ebenfalls im Ätzbecken 20 vorgesehen. Die zentrale
Steuereinheit empfängt Daten von dem Temperatursensor 60, um
die Temperaturveränderung während des Ätzverfahrens zu
überwachen und somit das Ende des Ätzens zu bestimmen.
Das Ätzbecken 20 ist mit dem Ätzmittelverdünnungsbehälter
mittels einer Ätzmitteleinlaßleitung 21 und mit dem
Oxidabtrennbehälter 13 mittels einer Ätzmittelauslaßleitung 23
verbunden. Der Ätzmittelverdünnungsbehälter 12 und der
Oxidabtrennbehälter 13 sind miteinander mittels einer
Verbindungsleitung 17 verbunden, die ein Pumpe P3 aufweist, mit
der das Ätzmittel von dem Oxidabtrennbehälter 13 zum
Ätzmittelverdünnungsbehälter 12 gepumpt werden kann. Dieser ist
mit einem unverdünnte HF-Lösung aufweisenden HF-Behälter 11
mittels einer HF-Lösungseinlaßleitung 16 und mit einer
Wasserversorgungsleitung 51 für ionenfreies Wasser mittels
einer ersten Wassereinlaßleitung 14 verbunden. Die
Auslaßleitung 19 des Ätzmittelverdünnungsbehälters 12 und die
Auslaßleitung des Oxidabtrennbehälters 13 sind jeweils mit
einer Entsorgungsleitung 13 verbunden.
Das Spülbecken 30 dient zum Abspülen der naßgeätzen Substrate
und weist eine Aufnahmevorrichtung zur Aufnahme einer Kassette
(nicht gezeigt) auf. Eine Lochplatte 37 zum Erzeugen von
Stickstoffgasblasen dient zum Umwälzen des Ätzmittels und ist
auf dem Boden des Spülbeckens 30 angeordnet und mittels einer
zweiten Stickstoffeinlaßleitung 34 mit der
Stickstoffversorgungsleitung 52 verbunden. Die
Wasserversorgungsleitung 51 ist mit dem Spülbecken 30 mittels
einer zweiten Wassereinlaßleitung 34 verbunden. Eine
Entsorgungsleitung 39 zum Abpumpen des beim Ätzverfahrens
verwendeten Ätzmittels ist ebenfalls mit dem Spülbecken 30
verbunden. Die Entsorgungsleitung 39 des Spülbeckens 30 ist mit
der Entsorgungsleitung 53 zum Abpumpen des Ätzmittels
verbunden.
Das Trockenbecken 40, das verwendet wird, um die Substrate nach
dem Ätzvorgang und dem Spülvorgang zu trocknen, weist eine
Aufnahmevorrichtung für die Aufnahme der Kassette auf. Eine
Heizvorrichtung 48 zum Heizen und damit zum schnelleren
Trocknen der Kassette ist an den Seitenwänden des
Trockenbeckens 40 angebracht. Eine IPA-Versorgungsleitung 45
(IPA: Isopropylalkohol) für bei dem Trockenverfahren
verwendeten IPA ist mit dem Trockenbecken 40 verbunden. Wie aus
Fig. 2 ersichtlich, sind Absperrventile V1 bis V10 an den
jeweiligen Einlaßleitungen und an den jeweiligen Auslaßleitung
zur Steuerung des Flüssigkeitsflusses angebracht. Eine
Konzentrationsmeßeinheit 15 ist vorgesehen, um die
Konzentration des Ätzmittels in dem
Ätzmittelverdünnungsbehälter 12 zu messen.
Im folgenden wird der Betrieb der oben beschriebenen
Ätzvorrichtung beschrieben. Wie kurz bei der Beschreibung des
Standes der Technik angesprochen, wird das SiO2 (das z. B. 60%
des Glassubstrats ausmacht) von der HF-Lösung in dem Ätzbecken
gelöst, und der Rest der Oxide des Glassubstrates zerfällt in
kleine Festkörperteilchen. Daher wird bei dem Abätzen die Dicke
der Glassubstrate verringert. HF und SiO2 reagieren miteinander
wie folgt:
SiO2+4HF→SiF4↑+2 H2O+(erzeugte Reaktionswärme).
Diese exotherme Reaktion ist die Reaktion, die beim Naßätzen
von Glas in einer HF-Lösung hauptsächlich auftritt. Im
allgemeinen ist die Reaktionsenergie einer chemischen Reaktion
proportional zur Anzahl der Mole der bei der Reaktion
beteiligten Stoffe. Aus diesem Grund ist, falls eine
ausreichende Menge HF-Lösung bereitgestellt wird, die
Stoffmenge von gelöstem SiO2 proportional zur Reaktionsenergie
Q. Deshalb kann die gesamte Reaktionsenergie des
Naßätzprozesses der Glassubstrate als Bezugsgröße verwendet
werden, um die gelöste Menge SiO2 zu bestimmen.
Die Anwendung des oben beschriebenen Konzeptes auf das mit der
Ätzvorrichtung gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der
Erfindung durchgeführte Ätzverfahren wird im folgenden
beschrieben.
Die Temperatur des Ätzmittels wird von der Reaktionsenergie
beeinflußt, da die Temperatur des Ätzmittels darstellbar ist
durch:
Q = M × C × Δt,
wobei
Q die Reaktionsenergie ist,
M die Masse des Ätzmittels ist,
C die Wärmekapazität des Ätzmittels ist, und
Δt die Temperaturänderung des Ätzmittels ist.
Q die Reaktionsenergie ist,
M die Masse des Ätzmittels ist,
C die Wärmekapazität des Ätzmittels ist, und
Δt die Temperaturänderung des Ätzmittels ist.
Da sich die Werte von m und C während des Ätzvorgangs für
gegebene Anfangsbedingungen nicht wesentlich ändern, wird die
Temperatur des Ätzmittels im wesentlichen nur von der durch die
Ätzreaktion erzeugten Reaktionsenergie verändert. Somit kann
die Reaktionsenergie bestimmt werden, falls die
Temperaturänderung Δt des Ätzmittels bekannt ist. Damit kann
die Abnahme der Dicke der Glassubstrate, d. h. die abgeätze
Dicke der Glassubstrate, von der Temperaturänderung des
Ätzmittels abgeleitet werden.
Um die Glassubstrate jeweils um eine vorbestimmte Dicke
abzuätzen, werden zuerst die der vorbestimmten Dicke
entsprechende Reaktionsenergie und die erwartete
Temperaturänderung des Ätzmittels bestimmt. Unter Verwendung
der erwarteten Temperaturänderung wird die Temperatur für das
Ende des Abätzens als Endtemperatur bestimmt. Wenn während des
Abätzens die Temperatur des Ätzmittels diese Endtemperatur
erreicht, überträgt die zentrale Steuereinheit ein Signal an
das Ätzbecken, den Ätzvorgang zu beenden. Dabei wird die
tatsächliche Endtemperatur im Ätzbecken gemessen. Alternativ
dazu kann die Temperaturänderung basierend auf der
Anfangstemperatur und der gegenwärtigen Temperatur gemessen
werden. Somit wird ohne direkte Bezugnahme auf die
Konzentration des Ätzmittels, wie z. B. der HF-Lösung, das Ende
des Abätzens durch Überwachen der Temperatur des Ätzmittels
genau bestimmt.
Der Betrieb der Ätzvorrichtung gemäß einer bevorzugten
Ausführungsform der Erfindung sowie das entsprechende
Ätzverfahren werden unter Bezugnahme auf die Fig. 2 und 3 im
folgenden beschrieben. Aus Fig. 3 ist ein Flußdiagramm
ersichtlich, das den Ablauf des in der aus Fig. 2 ersichtlichen
Ätzvorrichtung durchgeführten Ätzverfahrens zeigt.
Zuerst wird eine Kassette in die Ladevorrichtung (nicht
gezeigt) eingebracht. Dann wird das Ventil V1 an der
HF-Lösungseinlaßleitung 16 geöffnet und die Pumpe P1 in Gang
gesetzt, so daß unverdünnte HF-Lösung aus dem HF-Behälter 11 in
den Ätzmittelverdünnungsbehälter 12 geleitet wird. Gleichzeitig
wird das Ventil V3 an der ersten Wassereinlaßleitung 14
geöffnet, um ionenfreies Wasser von der
Wasserversorgungsleitung 51 in den Ätzmittelverdünnungsbehälter
12 zu leiten. Dadurch wird die unverdünnte HF-Lösung mit
ionenfreiem Wasser verdünnt. Die jeweilige Menge der HF-Lösung
bzw. des ionenfreien Wassers werden derart gesteuert, daß ein
Ätzmittel mit einer vorbestimmten Konzentration erhalten wird.
Typischerweise beträgt die HF-Konzentration in dem
vorbereiteten Ätzmittel zwischen 5% und 30%, und die
unverdünnte HF-Lösung weist eine Konzentration von 40% bis 60%
auf. Die HF-Konzentration in dem vorbereiteten Ätzmittel wird
von der in dem Ätzmittelverdünnungsbehälter 12 angeordneten
Konzentrationsmeßeinheit 15 gemessen. Dann wird das Ventil V9
an der zweiten Wassereinlaßleitung 34 des Spülbeckens 30
geöffnet, um dieses mit ionenfreiem Wasser aus der
Wasserversorgungsleitung 51 zu befüllen, um das Ätzverfahren
vorzubereiten. Danach erzeugt die in dem Trockenbecken 40
angeordnete Heizung 48 Wärme, und der IPA wird in das
Trockenbecken 40 eingelassen, um die Voraussetzungen für den
Trockenvorgang zu schaffen.
Wenn die Vorbereitung des Ätzmittels beendet ist, wird die
Zufuhr von HF-Lösung bzw. ionenfreiem Wasser beendet, und das
Ventil V2 an der Ätzmitteleinlaßleitung 21 wird geöffnet.
Danach wird eine Pumpe P2 in Gang gesetzt, um das Ätzbecken 20
mit dem Ätzmittel zu befüllen. Die auf der Ladevorrichtung
angeordnete Kassette wird dann in das Ätzbecken 20 eingetaucht,
wodurch das Abätzen der Glassubstrate in der Kassette beginnt.
Während des Ätzvorgangs wird Stickstoffgas in die Lochplatte 27
geleitet, um den Ätzprozeß zu unterstützen und zu verbessern.
Das durch die Lochplatte 27 hindurch dem Ätzmittel zugeführte
Stickstoffgas durchmischt das Ätzmittel. Das Stickstoffgas wird
dem Ätzmittel ununterbrochen durch die erste
Stickstoffeinlaßleitung 22 hindurch zugeführt, indem das Ventil
V4 an der Stickstoffversorgungsleitung 52 geöffnet bleibt, so
daß das Durchmischen des Ätzmittels während des gesamten
Ätzvorgangs stattfindet. Da durch das Durchmischen des
Ätzmittels ununterbrochen die auf der Oberfläche der
Glassubstrate verbleibenden Oxide entfernt werden, die von dem
Naßätzvorgang her resultieren, wird die Gleichmäßigkeit der
erzielten Oberfläche der jeweiligen Substrate verbessert.
Beim dem Naßätzvorgang reagieren das Ätzmittel (HF-Lösung) und
das SiO2 miteinander, wodurch Reaktionswärme entsteht. Somit
erhöht sich die Temperatur des Ätzmittels im Ätzbecken 20. Die
von dem Temperatursensor gemessenen Temperaturdaten werden
ununterbrochen an die zentrale Steuereinheit übertragen. Da die
Temperatur des Ätzmittels mit steigender, durch das Ätzen
erzeugter Reaktionswärme steigt, entspricht die Temperatur des
Ätzmittels der Abnahme der Dicke der Substrate, d. h. der
Zunahme der abgeätzen Dicke der Substrate. Wenn die Temperatur
des Ätzmittels die vorbestimmte Endtemperatur erreicht,
überträgt die zentrale Steuereinheit ein Signal an das
Ätzbecken 20, das Abätzen zu beenden.
Falls Substrate mit gleichen Materialeigenschaften (wie für
LCDs verwendete Glassubstrate mit gleicher Dicke) in das
Ätzmittel (HF-Lösung) eingetaucht werden, und die während des
Abätzens erwarteten Temperaturänderungen, wie oben beschrieben,
vorbestimmt sind, wird ein gleichmäßiges Abätzen erreicht, ohne
die Konzentration der HF-Lösung direkt zu überwachen oder zu
steuern. Ferner kann die von dem Ätzvorgang erzeugte Energie
(die von der Größe und der Zusammensetzung der Glassubstrate
abhängt) bestimmt werden, die erforderlich ist, um eine
bestimmte Dicke des Substrates abzuätzen. Auf diese Weise kann
die Dicke der Substrate einfach gesteuert werden, falls die
Anzahl der in einem Ätzvorgang abzuätzenden Substrate variiert.
Wenn der Ätzvorgang beendet ist, werden die Glassubstrate in
das Spülbecken 30 gebracht und abgespült, so daß sie gesäubert
werden. Bei dem Abspülen der Substrate werden verbliebenes
Ätzmittel und Restmaterial von den Substraten durch Abspritzen
und/oder mit Hilfe einer Ultraschalleinheit entfernt.
Gleichzeitig wird das Ventil V6 auf der Auslaßleitung 23 des
Ätzbeckens 20 geöffnet, und das in demselben verbliebene
Ätzmittel wird in den Oxidabtrennbehälter 13 gepumpt. Das
Ätzmittel verbleibt in dem Oxidabtrennbehälter 13 für etwa 30
min, wodurch Oxidpartikel in der verbleibenden Ätzlösung von
der verbliebenen, niederkonzentrierten HF-Lösung abgetrennt
werden, indem sie in dem unteren Bereich des
Oxidabtrennbehälters 13 ausgefällt werden. Dann wird die Pumpe
P3 in Gang gesetzt, um die niederkonzentrierte HF-Lösung in dem
oberen Bereich des Oxidabtrennbehälters 13 durch die
Verbindungsleitung 17 hindurch in den
Ätzmittelverdünnungsbehälter 12 zu pumpen. Danach wird das
Ventil V10 an dem Oxidabtrennbehälter 13 geöffnet, und die
Oxidteilchen in dem unteren Bereich desselben werden durch die
Auslaßleitung 18 und die Entsorgungsleitung 53 hindurch
abgepumpt. Dabei wird das Abpumpen der Oxidteilchen
erleichtert, falls der Bodenbereich des Oxidabtrennbehälters 13
kegelförmig oder pyramidenförmig ist.
Um die niederkonzentrierte HF-Lösung wiederverwenden zu können,
wird sie von dem Oxidabtrennbehälter 13 zum
Ätzmittelverdünnungsbehälter 12 geleitet, und die unverdünnte
HF-Lösung und das ionenfreie Wasser werden mit der
niederkonzentrierten HF-Lösung derart vermischt, daß ein
Ätzmittel mit der vorbestimmten Konzentration erhalten wird.
Dieses Ätzmittel wird in das Ätzbecken 20 geleitet, um dasselbe
zu befüllen. Dann wird eine neue Kassette in das Ätzbecken 20
gebracht, und ein neuer Naßätzvorgang unter Verwendung des
wiederverwerteten Ätzmittels wird begonnen.
Mittlerweile ist die in dem Spülbecken 30 behandelte Kassette
in das Trockenbad 40 gebracht worden, in dem ein
Trockenverfahren durchgeführt wird. Das bei dem Abspülen der
Substrate entfernte überschüssige Ätzmittel wird durch die
Auslaßleitung 39 und die Entsorgungsleitung 53 hindurch
abgepumpt. Dabei erleichtert das Abpumpen des Ätzmittels vom
Spülbecken 30 durch die Entsorgungsleitung 53 hindurch das
Abpumpen der Oxidpartikel von dem Oxidabtrennbehälter 13, da
das abgepumpte Ätzmittel das gleiche Volumen aufweist, wie das
Ätzmittel im Spülbecken, und das Abpumpen er Oxidpartikel somit
durch das Abpumpen des Ätzmittels quasi erzwungen wird.
Wenn das Trocknen beendet ist, wird die Kassette von dem
Trockenbecken in die Entladevorrichtung (nicht gezeigt) gebracht
und dann aus dieser entfernt.
Wie oben beschrieben, werden verschiedene Vorgänge, wie
Abätzen, Abspülen und Trocknen, nacheinander durchgeführt, und
die an den entsprechenden Einlaßleitungen, Auslaßleitungen und
Verbindungsleitungen angeordneten Ventile und Pumpen werden
automatisch betrieben.
Erfindungsgemäß wird die in dem verwendeten Ätzmittel
verbliebene Ätzlösung nicht vollständig entsorgt, sondern
größtenteils wiederverwertet, indem eine Vorrichtung zum
Reinigen des für das Abätzen verwendeten Ätzmittels
bereitgestellt wird. Somit wird der Verbrauch der unverdünnten
Ätzlösung zum Herstellen des Ätzmittels deutlich verringert.
Ferner ist es durch Bestimmen des Endes des Ätzens mittels der
Temperaturänderung in dem Ätzmittel möglich, die Glassubstrate
unabhängig von der Konzentration des Ätzmittels gleichmäßig und
übereinstimmend abzuätzen.
Claims (18)
1. Ätzvorrichtung zum Abätzen von Substraten mit
einem ersten Behälter (12) mit einem ersten Ätzmittel;
einem mit dem ersten Behälter (12) verbundenen Ätzbecken (20), in das das erste Ätzmittel eingeleitet wird, wobei das Ätzbecken (20) nach Abätzen der Substrate mit dem ersten Ätzmittel verbliebenes Ätzmittel mit verdünnter Ätzlösung und Restmaterial aufweist;
einem zweiten Behälter (13), in den das verbliebene Ätzmittel aus dem Ätzbecken (20) eingeleitet wird, und in dem die verdünnte Ätzlösung von dem Restmaterial abgetrennt wird;
einer Verbindungsleitung (17), die den ersten Behälter (12) mit dem zweiten Behälter (13) verbindet, und zum Übertragen der abgetrennten verdünnten Ätzlösung vom zweiten Behälter (13) zum ersten Behälter (12) dient; und
einer an den zweiten Behälter (13) angeschlossenen Auslaßleitung (18) zum Entsorgen des Restmaterials.
einem ersten Behälter (12) mit einem ersten Ätzmittel;
einem mit dem ersten Behälter (12) verbundenen Ätzbecken (20), in das das erste Ätzmittel eingeleitet wird, wobei das Ätzbecken (20) nach Abätzen der Substrate mit dem ersten Ätzmittel verbliebenes Ätzmittel mit verdünnter Ätzlösung und Restmaterial aufweist;
einem zweiten Behälter (13), in den das verbliebene Ätzmittel aus dem Ätzbecken (20) eingeleitet wird, und in dem die verdünnte Ätzlösung von dem Restmaterial abgetrennt wird;
einer Verbindungsleitung (17), die den ersten Behälter (12) mit dem zweiten Behälter (13) verbindet, und zum Übertragen der abgetrennten verdünnten Ätzlösung vom zweiten Behälter (13) zum ersten Behälter (12) dient; und
einer an den zweiten Behälter (13) angeschlossenen Auslaßleitung (18) zum Entsorgen des Restmaterials.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, bei der das Ätzbecken (20)
einen Temperatursensor (60) aufweist.
3. Vorrichtung nach Anspruch 1, die aufweist:
ein Spülbecken (30) zum Reinigen der in dem Ätzbecken (20) abgeätzen Substrate; und
ein Trockenbecken (40) zum Trocknen der im Spülbecken (30) gereinigten Substrate.
ein Spülbecken (30) zum Reinigen der in dem Ätzbecken (20) abgeätzen Substrate; und
ein Trockenbecken (40) zum Trocknen der im Spülbecken (30) gereinigten Substrate.
4. Vorrichtung nach Anspruch 1, die aufweist:
eine Ätzlösungseinlaßleitung (16) zum Einleiten einer Ätzlösung in den ersten Behälter (12); und
eine Wassereinlaßleitung (14) zum Einleiten von Wasser in den ersten Behälter (12).
eine Ätzlösungseinlaßleitung (16) zum Einleiten einer Ätzlösung in den ersten Behälter (12); und
eine Wassereinlaßleitung (14) zum Einleiten von Wasser in den ersten Behälter (12).
5. Vorrichtung nach Anspruch 4, wobei der erste Behälter (12)
eine erste Menge des ersten Ätzmittels mit einer vorbestimmten
Konzentration der Ätzlösung, eine zweite Menge Wasser und eine
dritte Menge verdünnter Ätzlösung aufweist.
6. Vorrichtung nach Anspruch 4, wobei die Ätzlösung HF-Lösung
aufweist.
7. Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei der erste Behälter (12)
eine Konzentrationsmeßvorrichtung (15) aufweist, die die
Konzentratin des hergestellten Ätzmittels mißt.
8. Vorrichtung nach Anspruch 1, die eine Pumpe (P3) aufweist,
die mit der Verbindungsleitung (17) verbunden ist und zum
Pumpen der verdünnten Ätzlösung vom zweiten Behälter (13) in
den ersten Behälter (12) dient.
9. Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Auslaßleitung (18)
mit dem Boden des zweiten Behälters (13) verbunden ist und der
Bodenbereich des zweiten Behälters (13) kegelförmig ist.
10. Ätzvorrichtung zum Abätzen von Substraten mit einem
Ätzmittel, die aufweist:
ein Ätzbecken (20) zum Aufnehmen der Substrate zum Abätzen derselben in einem Ätzmittel;
einen in dem Ätzbecken (20) angeordneten Temperatursensor (60) zum Überwachen der Temperatur des Ätzmittels während des Abätzens der Substrate in dem Ätzbecken (20); und
einer Steuereinheit zum Empfangen von Signalen von dem Temperatursensor (60), die die Temperatur des Ätzmittels angeben, und zum Übertragen eines Endsignals an das Ätzbecken (20), wenn die Temperatur des Ätzmittels einen vorbestimmten Wert erreicht.
ein Ätzbecken (20) zum Aufnehmen der Substrate zum Abätzen derselben in einem Ätzmittel;
einen in dem Ätzbecken (20) angeordneten Temperatursensor (60) zum Überwachen der Temperatur des Ätzmittels während des Abätzens der Substrate in dem Ätzbecken (20); und
einer Steuereinheit zum Empfangen von Signalen von dem Temperatursensor (60), die die Temperatur des Ätzmittels angeben, und zum Übertragen eines Endsignals an das Ätzbecken (20), wenn die Temperatur des Ätzmittels einen vorbestimmten Wert erreicht.
11. Ätzvorrichtung zum Abätzen eines Substrates mit:
einem ersten Behälter (12) mit einem ersten Ätzmittel;
einem mit dem ersten Behälter (12) verbundenen Ätzbecken (20) zum Empfangen des ersten Ätzmittels und zum Abätzen der Substrate mit dem ersten Ätzmittel, wobei das Abätzen der Substrate zu verbleibendem Ätzmittel führt, das als Resultat des Abätzens des Substrates verdünntes Ätzmittel und Restmaterial aufweist;
einem Abtrennbehälter (13) zum Empfangen des verbliebenen Ätzmittels von dem Ätzbecken (20) zum Abtrennen der verdünnten Ätzlösung von dem Restmaterial, wobei die abgetrennte verdünnte Ätzlösung von dem Abtrennbehälter (13) zum ersten Behälter (12) geleitet wird;
einem Spülbecken (30) zum Reinigen des in dem Ätzbecken (20) abgeätzen Substrates;
einem Trockenbecken (40) zum Trocknen des in dem Spülbecken (30) gereinigten Substrates;
einer Wassereinlaßleitung (14) zum Zuführen von Wasser in den ersten Behälter (12);
einer Ätzmitteleinlaßleitung (16) zum Zuführen einer Ätzlösung in den ersten Behälter (12); und
einer Steuereinheit zum Steuern des Betriebs des Ätzbeckens (20), des Spülbeckens (30), des Trockenbeckens (40), des ersten Behälters (12) bzw. des Abtrennbehälters (13).
einem ersten Behälter (12) mit einem ersten Ätzmittel;
einem mit dem ersten Behälter (12) verbundenen Ätzbecken (20) zum Empfangen des ersten Ätzmittels und zum Abätzen der Substrate mit dem ersten Ätzmittel, wobei das Abätzen der Substrate zu verbleibendem Ätzmittel führt, das als Resultat des Abätzens des Substrates verdünntes Ätzmittel und Restmaterial aufweist;
einem Abtrennbehälter (13) zum Empfangen des verbliebenen Ätzmittels von dem Ätzbecken (20) zum Abtrennen der verdünnten Ätzlösung von dem Restmaterial, wobei die abgetrennte verdünnte Ätzlösung von dem Abtrennbehälter (13) zum ersten Behälter (12) geleitet wird;
einem Spülbecken (30) zum Reinigen des in dem Ätzbecken (20) abgeätzen Substrates;
einem Trockenbecken (40) zum Trocknen des in dem Spülbecken (30) gereinigten Substrates;
einer Wassereinlaßleitung (14) zum Zuführen von Wasser in den ersten Behälter (12);
einer Ätzmitteleinlaßleitung (16) zum Zuführen einer Ätzlösung in den ersten Behälter (12); und
einer Steuereinheit zum Steuern des Betriebs des Ätzbeckens (20), des Spülbeckens (30), des Trockenbeckens (40), des ersten Behälters (12) bzw. des Abtrennbehälters (13).
12. Vorrichtung nach Anspruch 11, wobei die Steuereinheit das
Ätzbecken (20), das Spülbecken (30), das Trockenbecken (40),
den ersten Behälter (12) und den Abtrennbehälter (13) derart
steuert, daß gleichzeit im Ätzbecken (20), im Spülbecken (30)
und im Trockenbecken (40) jeweils ein dem jeweiligen Becken
entsprechender Vorgang durchgeführt wird.
13. Vorrichtung nach Anspruch 11, die aufweist:
einen in dem Ätzbecken (20) angeordneten Temperatursensor (60) zum Überwachen der Temperatur des Ätzmittels während des Abätzens der Substrate in dem Ätzbecken (20), wobei die Steuereinheit von dem Temperatursensor (60) Signalen empfängt, die die Temperatur des Ätzmittels angeben, und ein Endsignal an das Ätzbecken (20) überträgt, wenn die Temperatur des Ätzmittels einen vorbestimmten Wert erreicht.
einen in dem Ätzbecken (20) angeordneten Temperatursensor (60) zum Überwachen der Temperatur des Ätzmittels während des Abätzens der Substrate in dem Ätzbecken (20), wobei die Steuereinheit von dem Temperatursensor (60) Signalen empfängt, die die Temperatur des Ätzmittels angeben, und ein Endsignal an das Ätzbecken (20) überträgt, wenn die Temperatur des Ätzmittels einen vorbestimmten Wert erreicht.
14. Vorrichtung nach Anspruch 13, wobei die Steuereinheit am
Anfang des Abätzens der Substrate Signale empfängt, die die
Temperatur des Ätzmittels im Ätzbecken (20) angeben, und die
Signale derart verarbeitet, daß die vorbestimmte Endtemperatur
des Ätzmittels bestimmt wird.
15. Vorrichtung nach Anspruch 11, wobei der erste Behälter (12)
das erste Ätzmittel aufweist, das eine vorbestimmte
Zusammensetzung bestehend aus der unverdünnten Ätzlösung, des
Wassers und der verdünnten Ätzlösung aufweist.
16. Vorrichtung nach Anspruch 11, die eine in dem ersten
Behälter (12) angeordnete Konzentrationsmeßvorrichtung (15) zum
Messen der Konzentration des ersten Ätzmittel aufweist.
17. Vorrichtung nach Anspruch 11, wobei die Ätzlösung HF-Lösung
aufweist.
18. Vorrichtung nach Anspruch 11, die eine mit dem ersten
Behälter (12), dem Ätzbecken (20), dem Abtrennbehälter (13) und
dem Spülbecken (30) verbunden Entsorgungsleitung aufweist.
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