DE19810810B4 - Verfahren zum Nassätzen eines LCD-Glassubstrats sowie Ätzvorrichtung zur Durchführung des Verfahrens - Google Patents

Verfahren zum Nassätzen eines LCD-Glassubstrats sowie Ätzvorrichtung zur Durchführung des Verfahrens Download PDF

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Abstract

Verfahren zum Nassätzen eines LCD-Glassubstrats zu dessen Dickenreduzierung, wobei
– das Glassubstrat in ein Ätzmittelbad getaucht wird und
– das Ausmaß der Dickenreduzierung des Glassubstrats aus der Veränderung der Temperatur des Ätzmittelbades während des Ätzens bestimmt wird.

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Nassätzen eines LCD-Glassubstrats sowie eine Ätzvorrichtung zur Durchführung des Verfahrens.
  • Für eine LCD wird ein Flüssigkristallbildschirm verwendet, der durch Zusammenfügung eines ersten, Anzeigeelemente oder Schaltelemente aufweisenden Glassubstrats mit einem zweiten, Farbfilter aufweisenden Glassubstrat 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 worden sind, indem z.B. Schaltelemente bzw. Farbfilter auf die Glassubstrate aufgebracht und diese dann zusammengefügt worden sind, 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 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 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 + 4HF → SiF2 ↑ + 2H2O.
  • 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 Ensorgungsleitung 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.
  • In der Zeitschrift "Technische Rundschau" Ausgabe 37/90, Seiten 104 bis 109 sowie in der DE 36 11 387 A1 sind Recyclingtechniken und Abwasserbehandlungsmethoden für Ätzmittel offenbart.
  • Aus der DE 38 53 904 T2 ist ein Verfahren zum Abtrag einer Verunreinigungsschicht beim Reinigen der Prozesskammer einer Vorrichtung zum Herstellen von Halbleiterbauelementen durch Trockenätzen bekannt. Bei diesem Verfahren wird der vollständige Abtrag über eine abrupte Absenkung der Temperatur in der Prozesskammer bestimmt.
  • Aus der DE 39 23 254 A1 ist ein Verfahren zur Herstellung von Trägerplatten für eine Flüssigkristallenzeigevorrichtung bekannt, bei welcher ein LCD-Glassubstrat mittels einer wässrigen Flusssäurelösung geätzt wird bis eine definierte Schichtdicke erreicht ist, woraufhin der Ätzprozess beendet wird.
  • Aus der DE 43 31 666 A1 ist ein Verfahren zur Herstellung von LCD-Glassubstraten bekannt.
  • Die DE 38 85 044 T2 offenbart ein Ätzverfahren für Metallgegenstände aus Zirkonium, bei dem ein kalorimetrisches Verfahren angewandt wird, um den Zirkoniumgehalt im Ätzbad zu ermitteln und um somit eine Anzeige zu liefern, wann das Ätzbad regeneriert oder ersetzt werden sollte. Das Verfahren schafft somit eine Methode zur Bestimmung des aufgelösten Zirkoniumgehalts bzw, der Zirkoniumbelastung von wässrigen Fluorwasserstoffsäure-Salpetersäure-Ätzbädern.
    •
  • Es ist die Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren zum Nassätzen eines LCD-Glassubstrats sowie eine Ätzvorrichtung zum Abätzen von LCD-Glassubstanzen zur Dickenreduzierung der Glassubstrate zu schaffen, wobei der Endpunkt des Ätzvorgangs automatisch bestimmt wird.
  • Um dies zu erreichen, wird erfindungsgemäß eine Ätzvorrichtung zum Ätzen von Substraten bereitgestellt, die aufweist: einen ersten Behälter 12 mit einem ersten Ätzmittel; ein mit dem ersten Behälter 12 verbundenes Ätzbecken 20, in das das erste Ätzmittel eingeleitet wird, wobei das Ätzbecken nach dem Ätzen verbliebenes Ätzmittel mit verdünnter Ätzlösung und Restmaterial aufweist; einen zweiten Behälter 13, 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 13 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 verbleibende 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 weiten 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:
  • 1 eine schematische Darstellung einer herkömmlichen Ätzvorrichtung;
  • 2 ein schematische Darstellung einer Ätzvorrichtung gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung; und
  • 3 ein Flußdiagramm, aus dem 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 2 ist schematisch eine Ätzvorrichtung gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ersichtlich. Die aus 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 seperat 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 eine 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 18 des Oxidabtrennbehälters 13 sind jeweils mit einer Entsorgungsleitung 53 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 Stickstoffvesorgungsleitung 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 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 ↑ + 2H2O + (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.
  • 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 abgeätzte 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 Steuerheinheit 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 2 und 3 im folgenden beschrieben. Aus 3 ist ein Flußdiagramm ersichtlich, das den Ablauf des in der aus 2 ersichtlichen Ätzvorrichtung durchgeführten Ätzverfahrens zeigt.
  • Zuerst wird eine Kassette in die Ladevorrichtung (nicht in dem Figuren 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 an 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.
  • Bei 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, enspricht 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 der Oxidpartikel somit durch das Abpumpen des Ätzmittels quasi erzwungen wird.
  • Wenn das Trocknen beendet ist, wird die Kassette von dem Trockenbecken in die Entladevorrichtun (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 zur Herstellung 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 (6)

  1. Verfahren zum Nassätzen eines LCD-Glassubstrats zu dessen Dickenreduzierung, wobei – das Glassubstrat in ein Ätzmittelbad getaucht wird und – das Ausmaß der Dickenreduzierung des Glassubstrats aus der Veränderung der Temperatur des Ätzmittelbades während des Ätzens bestimmt wird.
  2. Verfahren gemäß Anspruch 1, wobei – die Anfangstemperatur des Ätzmittelbades vor dem Tauchen des Glassubstrats in das Ätzmittelbad und die Ätzmitteltemperatur während des Ätzens gemessen werden, und – das Ausmaß der Dickenreduzierung des Glassubstrats aus der Temperaturdifferenz der Ätzmitteltemperatur gegenüber der Anfangstemperatur bestimmt wird.
  3. Verfahren gemäß Anspruch 1, wobei das Ausmaß der Dickenreduzierung des Glassubstrats dadurch bestimmt wird, dass die Temperatur des Ätzmittelbades einen vorbestimmten Temperaturwert erreicht.
  4. Verfahren gemäß einem der vorangehenden Ansprüche, wobei – ein Ätzmittel mit einer vorbestimmten Konzentration von HF zubereitet wird; – das Glassubstrat zu seiner Dickenreduzierung in das Ätzmittel eingebracht wird, wodurch das Glassubstrat durch das Ätzmittel geätzt wird, und aus den abgeätzten Teilen des Glassubstrats und dem Ätzmittel eine Restätzlösung mit Ätzrückständen und verbliebener HF-Lösung erzeugt wird, – das Ätzen des Glassubstrats beendet wird, sobald die Temperaturerhöhung einen vorbestimmten Wert erreicht hat, – die Ätzrückstände von der verbliebenen HF-Lösung getrennt werden, und – die verbliebene HF-Lösung bei der Zubereitung des Ätzmittels wieder verwendet wird.
  5. Ätzvorrichtung zum Abätzen von LCD-Glassubstraten zur Dickenreduzierung der Glassubstrate, – mit einem Ätzmittelverdünnungsbehälter (12) zur Zubereitung eines Ätzmittels vorbestimmter Konzentration, wobei der Ätzmittelverdünnungsbehälter (12) mit einer Einlassleitung (16) für unverdünnte Ätzlösung und einer Wassereinlassleitung (14) für Verdünnungsmittel und einer Konzentrationsmesseinheit (15) versehen ist; – mit einem mit dem Zubereitungsbehälter (12) verbundenen Ätzbecken (20) zur Aufnahme eines Ätzmittelbades, wobei das Ätzbecken (20) mit einem die Temperatur des Ätzmittelbades messenden Temperatursensor (60) versehen ist und über ein Ablaufventil (V6) mit einem Oxidabtrennbehälter (13) verbunden ist, – wobei zur Abtrennung der Ätzrückstände von den aus dem Ätzbecken (20) abgeleiteten Restätzlösung der Oxidabtrennbehälter (13) einerseits über eine Verbindungsleitung (17) mit dem Ätzmittelverdünnungsbehälter (12) zum Überführen der abgetrennten Ätzlösung verbunden ist und andererseits mit einer an den Oxidabtrennbehälter (13) angeschlossenen Auslassleitung (18) zum Abführen der abgetrennten Rückstände in eine Entsorgungsleitung (53) versehen ist; und – mit einer Steuereinheit zum Steuern des Betriebs des Ätzbeckens (20), des Ätzmittelverdünnungsbehälters (12) und des Abtrennbehälters (13), von welcher Steuereinheit ein Endsignal an das Ätzbecken (20) ausgebbar ist, wenn die gemessene Temperatur des Ätzmittels einen vorbestimmten Wert erreicht.
  6. Ätzvorrichtung gemäß Anspruch 5, die weiter eine am Boden des Ätzbeckens angeordnete Lochplatte (27) zum Erzeugen von Stickstoffgasblasen aufweist, wobei die Lochplatte über eine durch ein Ventil (V4) gesteuerte Stickstoffeinlassleitung (22) mit einer Stickstoffversorgungsleitung (52) verbunden ist.
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