CN104681471B - 湿法刻蚀设备 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种湿法刻蚀设备。该湿法刻蚀设备具有去除刻蚀腔外刻蚀液结晶的功能，其包括：刻蚀腔，其内部通过刻蚀液对基片上的待刻蚀薄膜进行刻蚀，在其前端具有刻蚀腔入口，在其后端具有刻蚀腔出口；喷淋管，设置于所述刻蚀腔入口和/或刻蚀腔出口的下方，该喷淋管可朝向上方喷射液体，以清洗在刻蚀腔入口和/或刻蚀腔出口处形成的刻蚀液结晶。本发明通过喷淋管对刻蚀腔入口、刻蚀腔出口处进行喷淋，可有效去除在刻蚀腔入口、刻蚀腔出口处产生的大量刻蚀液结晶，提高设备稼动率，洁净度及产品质量，解决了TFT基板制作工艺中的一大难题。

Description

湿法刻蚀设备
技术领域
本发明涉及微电子加工设备技术领域，尤其涉及一种湿法刻蚀设备。
背景技术
目前，在平板显示(Flat Panel Display，简称FPD)技术中，由于液晶显示器(Liquid Crystal Display，简称LCD)具有轻薄短小，节省摆放空间等优点，已经逐渐取代阴极射线管(Cathode Ray Tube，简称CRT)，成为主流的显示器。在各种类型的LCD中，薄膜场效应晶体管液晶显示器(Thin Film Transistor-Liquid Crystal Display，简称TFT-LCD)具有性能优良，适合大规模自动化生产等优点，已经成为主流的LCD产品。
在TFT-LCD制造工艺中，ITO(Indium Tin Oxide，氧化铟锡)凭借其自身优良的特性，被广泛用于制作透明显示电极。在ITO透明显示电极制作过程中，首先通过磁控溅射(sputter)形成ITO薄膜，再经过光刻形成光刻胶图形，最后通过湿法刻蚀将ITO薄膜图案化，形成最终的透明显示电极。
图1为现有技术用于ITO薄膜图案化的湿法刻蚀设备的结构示意图。请参照图1，表面覆盖ITO薄膜的基板由入口单元(IN CV)进入，在清洗腔(EUV)中去除表面的有机物，而后进入过渡单元(NEU)，再后，通过前缓冲腔(BUF1)进入刻蚀腔(ETCH)。在刻蚀腔中，通过刻蚀液将基板上不需要保留的ITO薄膜(即未被光刻胶图形覆盖的ITO薄膜)去除。而后，基板由后缓冲腔(BUF2)送出，经由第一水洗单元(SWR1)、第二水洗单元(SWR2)、第三水洗单元(SWR3)、第四水洗单元(SWR4)和最终水洗单元CFR)进行清洗，去除基板表面残留的刻蚀液，再后，经由风刀单元(AK)进行干燥，最后由传送单元(NT)和出口单元(OUT CV)被传送出湿法刻蚀设备。
图2A为图1所示湿法刻蚀设备中刻蚀腔及前、后缓冲腔的俯视图。图2B为图1所示湿法刻蚀设备中刻蚀腔及前、后缓冲腔的侧视图。如图2A和图2B所示，在刻蚀腔200前后各有一缓冲腔-前缓冲腔100和后缓冲腔300。传送轮(101、201、301等)将基片400由前缓冲腔100传送至刻蚀腔200进行刻蚀，而后又可将完成刻蚀的基片由刻蚀腔200传送至后缓冲腔300。
在前缓冲腔100靠近刻蚀腔200的刻蚀腔入口处安装有前遮蔽门(shutter)203。该前遮蔽门203的下部安装有转轴(shaft)203a。该转轴203a与气缸相连，通过气缸的上下作动，可以驱动前遮蔽门进行上/下翻转完成开/关动作。在基片400由前缓冲腔100进入刻蚀腔200前，该前遮蔽门203打开。在基片400完全进入刻蚀腔200后，前遮蔽门203闭合。
同样，在后缓冲腔300靠近刻蚀腔200的出口处安装有后遮蔽门(shutter)204。该后遮蔽门204的结构和工作方式与前遮蔽门203相同，其下部同样安装有转轴(shaft)204a。在基片400进入后缓冲腔300前，该后遮蔽门204打开。在基片400完全进入后缓冲腔300后，后遮蔽门204闭合。
可见，除了基片进入和流出的时间之外，刻蚀腔200保持相对封闭，从而为基片的刻蚀营造一个稳定的刻蚀环境。
基片刻蚀一般采用喷淋模式，即喷淋装置202向下方的基片喷出刻蚀液，从而将未被光刻胶图形覆盖的ITO薄膜去除。草酸(又叫乙二酸)，因其成本低廉，且可完全满足整个TFT基板工艺需求，因而被广泛使用在ITO湿法刻蚀当中。在TFT基板工艺中，ITO湿法刻蚀所用的草酸一般为浓度在3.4％～3.8％的水溶液，工艺温度在40℃～45℃。然而，草酸有一特点，其遇冷后极易形成白色结晶。且该白色结晶溶于水。
在ITO湿法刻蚀过程中，前遮蔽门203和后遮蔽门204不断的开合，刻蚀腔200内的草酸会从处于打开状态的遮蔽门挥发出来。由于前、后缓冲腔的温度均低于刻蚀腔的温度，草酸遇冷结晶，会在刻蚀腔的入口、出口和遮蔽门处形成大量结晶601，如图3所示。时间久了，可以覆盖整个刻蚀腔的入口及出口，如不及时清洁，将造成机台内部环境的污染，甚至造成基板的划伤，严重影响产品质量。然而，频繁的清洁，会占用设备大量的工作时间(uptime)，降低设备稼动率。
此外，对于半导体相关行业湿法刻蚀中用到的其他易于产生结晶的刻蚀液(例如：以HNO3、CH3COOH或H3PO4为主要成分的、用于AL、MO、Ag、氧化物(如ITO、IGZO等)刻蚀的刻蚀液；以H2O2为主要成分的Cu刻蚀液等)，也存在上述结晶问题。因此，如何解决使用易于产生结晶的刻蚀液进行湿法刻蚀时产生大量结晶的问题，已成为半导体相关行业湿法刻蚀工艺中的一大难题。
发明内容
(一)要解决的技术问题
鉴于上述技术问题，本发明提供了一种湿法刻蚀设备，以去除刻蚀腔的入口、出口处的刻蚀液结晶，提高生产效率和产品质量。
(二)技术方案
本发明具有去除刻蚀腔外刻蚀液结晶功能的湿法刻蚀设备包括：刻蚀腔，其内部通过刻蚀液对基片上的待刻蚀薄膜进行刻蚀，在其前端具有刻蚀腔入口，在其后端具有刻蚀腔出口；喷淋管，设置于所述刻蚀腔入口和/或刻蚀腔出口的下方，该喷淋管可朝向上方喷射液体，以清洗在刻蚀腔入口和/或刻蚀腔出口处形成的刻蚀液结晶。
(三)有益效果
从上述技术方案可以看出，本发明湿法刻蚀设备具有以下有益效果：
(1)通过对刻蚀腔入口、刻蚀腔出口处进行喷淋，可有效去除在刻蚀腔入口、刻蚀腔出口处产生的大量刻蚀液结晶，提高设备稼动率，洁净度及产品质量；
(2)供液管路可以循环使用湿法刻蚀设备排放的废水，无需消耗额外的水资源，降低了生产成本。
附图说明
图1为现有技术用于ITO薄膜图案化的湿法刻蚀设备的结构示意图；
图2A为图1所示湿法刻蚀设备中刻蚀腔及前、后缓冲腔的俯视图；
图2B为图1所示湿法刻蚀设备中刻蚀腔及前、后缓冲腔的侧视图；
图3为图1所示湿法刻蚀设备在遮蔽门处形成草酸结晶的示意图；
图4A为根据本发明第一实施例湿法刻蚀设备的示意图；
图4B为图4A所示湿法刻蚀设备中前缓冲腔靠近刻蚀腔位置的示意图；
图5为根据本发明第二实施例湿法刻蚀设备的示意图；
图6为图5所示湿法刻蚀设备工作过程的示意图。
【主要元件】
100-前缓冲腔；
101-传送轮；
200-刻蚀腔
201-传送轮； 202-喷淋装置；
203-前遮蔽门； 204-后遮蔽门；
203a、204a-转轴；
300-后缓冲腔；
301-传送轮；
400-基片；
500-去结晶装置；
501-前喷淋管； 502-后喷淋管；
501a、502a-阀门； 501b、502b-泵
503-供液管路；504-水箱；
601-刻蚀液结晶。
具体实施方式
本发明的实施例利用草酸结晶溶于水的特点，通过在刻蚀腔入口与出口处的遮蔽门下方增加喷淋管，可有效去除在刻蚀腔入口、刻蚀腔出口及遮蔽门处产生的大量刻蚀液结晶。为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本发明进一步详细说明。
一、第一实施例
在本发明的一个示例性实施例中，提供了一种湿法刻蚀设备。图4A为根据本发明第一实施例湿法刻蚀设备的示意图。图4B为图4A所示湿法刻蚀设备中前缓冲腔靠近刻蚀腔位置的示意图。如图4A和图4B所示，本实施例湿法刻蚀设备包括：前缓冲腔100、刻蚀腔200、后缓冲腔300和去结晶装置500。该去结晶装置500包括：安装于前缓冲腔100内靠近刻蚀腔200一侧的前喷淋管501；安装于后缓冲腔300靠近刻蚀腔200的一侧的后喷淋管502；以及供液管路503。该前喷淋管501和后喷淋管502由供液管路503供液，用于清洗在刻蚀腔的入口、刻蚀腔出口和遮蔽门处形成的刻蚀液结晶。
请参照图4A，刻蚀腔200是湿法刻蚀设备主要部件。在刻蚀腔200中，喷淋装置202向下方的基片喷出预设浓度的草酸溶液，对基片上未被光刻胶覆盖的ITO薄膜进行去除。
前缓冲腔100和后缓冲腔300分别连接于刻蚀腔200的前端和后端，两者分别通过刻蚀腔入口和刻蚀腔出口与刻蚀腔200相连通。在输送通路上安装有连续的传送轮(101、201、301)。基片400在传送轮的推动下，由前缓冲腔100通过刻蚀腔入口进入刻蚀腔200进行刻蚀，又由刻蚀腔200通过刻蚀腔出口传送至后缓冲腔300。
在前缓冲腔靠近刻蚀腔入口处，安装有前遮蔽门203。该前遮蔽门203通过一转轴203a安装于刻蚀腔入口的下部。在基片400进入刻蚀腔200前，该前遮蔽门203朝向前缓冲腔100侧90°翻折，打开刻蚀腔入口。基片400由刻蚀腔入口进入刻蚀腔200。在基片400完全进入刻蚀腔200后，该前遮蔽门203朝向刻蚀腔200侧90°翻折，将刻蚀腔入口封闭，以保证刻蚀腔200内环境的相对封闭。
同样，在后缓冲腔靠近刻蚀腔出口处，安装有后遮蔽门204。该后遮蔽门204通过一转轴安装于刻蚀腔出口的下部。在基片400进入后缓冲腔300前，该后遮蔽门204朝向后缓冲腔300侧90°翻折，打开刻蚀腔出口。基片400由刻蚀腔出口进入后缓冲腔300。在基片400完全进入后缓冲腔300后，该后遮蔽门204朝向刻蚀腔200侧90°翻折，将刻蚀腔出口封闭，以保证刻蚀腔200内环境的相对封闭。
请参照图4A和图4B，在前缓冲腔100内，前遮蔽门203的下部，安装有前喷淋管501。在后缓冲腔300内，后遮蔽门204的下部，安装有后喷淋管502。该前喷淋管501和后喷淋管502由供液管路503供液，两者喷出的水柱可以对处于翻折状态的遮蔽门相应部位进行清洗，在草酸形成结晶之前，将其去除。
本实施例中，前喷淋管501和后喷淋管502均包括：喷淋管本体及分布于该喷淋管本体且方向朝上的细孔。其中，该细孔的孔径一般介于2～5mm之间。此处，由于其喷洒出的水容易溅落到基板上，故本发明不推荐采用喷嘴进行喷洒。
需要特别说明的是，前喷淋管501和后喷淋管502上细孔喷淋的水柱高度，以刚好冲洗到处于向下翻折状态的遮蔽门为好。水柱过高，水珠会溅落到基板上，影响草酸刻蚀液的浓度，导致刻蚀残留，mura(刻蚀不均产生的色差)等不良；水柱过低，则会影响去除结晶效果。
请参照图4A，前喷淋管501和后喷淋管502的两端封闭，中部分别通过阀门501a和阀门502a与供液管路503连接。其中，阀门(501a、502a)用于调节喷淋管内的水压，进而控制喷淋管上细孔喷淋的水柱高度。清洗后的废水可通过前、后缓冲腔的废水排放管路排出。供液管路503连通至厂务纯水管路。
需要说明的是，本实施例及下文几个实施例中，均采用在前缓冲腔和后缓冲腔同时设置去结晶装置的方式，但本发明并不以此为限。本发明还可以仅在前缓冲腔和后缓冲腔其中之一内设置去结晶装置，同样应当在本发明的保护范围之内。
此外，本实施例及下文几个实施例中，均采用前喷淋管和后喷淋管统一供水的方式，但本发明并不以此为限。该前喷淋管和后喷淋管还可以分别供水，同样能够实现本发明。
本实施例湿法刻蚀设备的优点在于：由喷淋管对刻蚀腔进口、刻蚀腔出口，及遮蔽门处的刻蚀液结晶一直进行清洗，去除结晶效果好，设计成本较低；缺点在于：喷淋管一直处于清洗状态，浪费水资源。
二、第二实施例
在本发明的另一个实施例中，还提供了另外一种湿法刻蚀设备。图5为根据本发明第二实施例湿法刻蚀设备的示意图。请参照图4A与图5，本实施例湿法刻蚀设备与实施例一湿法刻蚀设备的区别之处在于：供液管路的供液方式的不同。
如图5所示，本实施例湿法刻蚀设备中，喷淋去结晶装置还包括：水箱504、两个泵(501b、502b)。其中，供液管路503连接至水箱504，水箱504内的水由厂务纯水管路供应。泵501b设置于供液管路503和前喷淋管501之间。泵502b设置于供液管路503和后喷淋管502之间。
前喷淋管501通过泵501b连接至供液管路503，该泵501b的控制信号与前遮蔽门气缸的控制信号一致，即：该前遮蔽门203打开(即向前缓冲腔侧翻折)时，泵501b打开，前喷淋管501向遮蔽门203喷水进行清洗；当前遮蔽门203关闭时(即向刻蚀腔侧翻折)时，泵501b关闭，前喷淋管不再喷水。
同样，后喷淋管502通过泵502b连接至供液管路503，该泵502b的控制信号与后遮蔽门气缸的控制信号一致，此处不再重述。
图6为图5所示湿法刻蚀设备工作过程的示意图。请参照图6，本实施例湿法刻蚀设备工作过程如下：
步骤A：在输送通路上传送轮的推动下，位于前缓冲腔的基片400朝向刻蚀腔200方向运动，如图6中A所示；
步骤B：在基片400进入刻蚀腔200前，该前遮蔽门203朝向前缓冲腔侧翻折90°，将刻蚀腔入口打开，同时，泵501b打开，前喷淋管501向遮蔽门203喷水，对刻蚀腔入口及前遮蔽门203处的刻蚀液结晶进行清洗，喷水的高度由阀门501a确定，如图6中B所示；
步骤C：基片400完全进入刻蚀腔200后，前遮蔽门203朝向刻蚀腔侧翻折，将刻蚀腔入口封闭，同时泵501b同时关闭，如图6中C所示；
步骤D：在基片400靠近后缓冲腔300前，后遮蔽门204朝向后缓冲腔侧翻折90°，打开刻蚀腔出口，基片400由刻蚀腔出口进入后缓冲腔300，同时，泵502b打开，后喷淋管502向后遮蔽门204喷水，对刻蚀腔出口及后遮蔽门204处的刻蚀液结晶进行清洗，喷水的高度由阀门502a确定，如图6中D所示；
步骤E：基片400完全进入后缓冲腔300后，后遮蔽门204朝向刻蚀腔200侧翻折，将刻蚀腔出口封闭，同时泵502b关闭，如图6中E所示；
本实施例湿法刻蚀设备的优点在于：仅在基片进出刻蚀腔时，由喷淋装置对刻蚀腔入(出)口和相应遮蔽门处的刻蚀液结晶进行清洗，去除结晶效果好，节省水资源；缺点在于：结构较复杂，设计成本较高。
三、第三实施例
在本发明的另一个实施例中，还提供了另外一种湿法刻蚀设备。本实施例湿法刻蚀设备与第二实施例的区别之处在于：由湿法刻蚀设备第一水洗单元SWR1的废水排放管路引出一道管路给水箱供水。第一水洗单元SWR1水洗的流量较大，完全可以满足此去结晶装置去除草酸结晶的水量，多余的水量可以从水箱的顶部排出。
本实施例湿法刻蚀设备的其他工作原理与第二实施例相同，此处不再重述。
在通常情况下，第一水洗单元SWR1的废水是直接排掉的。本实施例的优点在于：去除结晶效果好，循环使用湿法刻蚀设备排放的废水，无需消耗水资源，减少生产成本；缺点在于：结构较复杂，设计成本较高。
从长期效益看，本发明推荐使用第三实施例。
需要说明的是，上述三个实施例均以草酸刻蚀溶液刻蚀ITO薄膜为例进行说明，但本发明并不以此为限。刻蚀液还可以为其他的易于产生结晶的刻蚀液，例如：以HNO3、CH3COOH或H3PO4为主要成分的，用于AL、MO、Ag、氧化物(如ITO、IGZO等)刻蚀的刻蚀液、以H2O2为主要成分的Cu刻蚀液等。在这种情况下，可以采用纯水对刻蚀液结晶进行清洗，也可以采用其他液体或在纯水中增加相应的效果增强成分，如NaOH，KOH等，视湿法刻蚀设备具体使用的刻蚀液情况而定。
此外，在刻蚀腔的前端，还可以是除前缓冲腔之外的其他腔室；同样，在刻蚀腔的后端，还可以是除后缓冲腔之外的其他腔室，同样能够适用本发明。
至此，已经结合附图对本发明三个实施例进行了详细描述。依据以上描述，本领域技术人员应当对本发明湿法刻蚀设备有了清楚的认识。
此外，上述对各元件和方法的定义并不仅限于实施例中提到的各种具体结构、形状或方式，本领域普通技术人员可对其进行简单地更改或替换，例如：除了上述实施例中的翻折类型的遮蔽门之外，其他类型的遮蔽门同样能够应用于本发明，此外，遮蔽门的翻折角度可以根据需要进行调整，而不严格局限于上文所述的90°。
综上所述，本发明通过对刻蚀腔的刻蚀腔入口和刻蚀腔出口处增加喷淋管，可以用较低的成本有效去除在刻蚀腔入口、出口处产生的大量刻蚀液结晶，提高设备稼动率，洁净度及产品质量，具有较高的推广应用价值。
需要说明的是，在附图或说明书描述中，相似或相同的部分都使用相同的图号。附图中未绘示或描述的实现方式，为所属技术领域中普通技术人员所知的形式。另外，虽然本文可提供包含特定值的参数的示范，但应了解，参数无需确切等于相应的值，而是可在可接受的误差容限或设计约束内近似于相应的值。实施例中提到的方向用语，例如“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”等，仅是参考附图的方向。因此，使用的方向用语是用来说明并非用来限制本发明的保护范围。
以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种湿法刻蚀设备，其特征在于，所述湿法刻蚀设备具有去除刻蚀腔外刻蚀液结晶的功能，其包括：
刻蚀腔，其内部通过刻蚀液对基片上的待刻蚀薄膜进行刻蚀，在其前端具有刻蚀腔入口，在其后端具有刻蚀腔出口；
喷淋管，设置于所述刻蚀腔入口和/或刻蚀腔出口的下方，该喷淋管可朝向上方喷射液体，以清洗在刻蚀腔入口和/或刻蚀腔出口处形成的刻蚀液结晶；
相邻腔，连接于所述刻蚀腔的前端或后端；
遮蔽门，为翻折类型的遮蔽门，通过一转轴安装于刻蚀腔入口或刻蚀腔出口，其在基片通过时打开，在其他时间关闭；
其中，所述喷淋管设置于处于打开状态的遮蔽门的下方，以清洗在遮蔽门上形成的刻蚀液结晶，所述喷淋管向上喷射液体的高度与处于打开状态的遮蔽门平齐；
其中，所述喷淋管喷射的液体为碱性溶液；
所述湿法刻蚀设备还包括：供液管路，用于为所述喷淋管供给液体；阀门，设置于所述供液管路与所述喷淋管之间，用于调节供液管路内液体的压力，进而控制喷淋管喷射液体的高度；
其中，在闭合状态下，所述遮蔽门与基片行进的方向垂直，相邻腔与刻蚀腔之间的刻蚀腔入口和/或刻蚀腔出口关闭；在打开状态下，所述遮蔽门朝向相邻腔的方向翻折90°，相邻腔与刻蚀腔之间的刻蚀腔入口和/或刻蚀腔出口打开。
2.根据权利要求1所述的湿法刻蚀设备，其特征在于：
所述喷淋管始终向向上喷射液体；或
所述遮蔽门处于打开状态时，所述喷淋管向上喷射液体，所述遮蔽门处于闭合状态时，所述喷淋管停止向上方喷射液体。
3.根据权利要求1所述的湿法刻蚀设备，其特征在于，所述喷淋管包括：
喷淋管本体；以及
多组细孔，分布于所述喷淋管本体上且方向朝向上方的遮蔽门。
4.根据权利要求3所述的湿法刻蚀设备，其特征在于，所述细孔的孔径介于2mm～5mm之间。
5.根据权利要求1或2所述的湿法刻蚀设备，其特征在于，包括：两个所述的相邻腔和两个所述的喷淋管；其中：
两个相邻腔为前缓冲腔和后缓冲腔，分别通过前遮蔽门和后遮蔽门与所述刻蚀腔相连通；
两个喷淋管包括：前喷淋管，安装于所述前缓冲腔内，所述前遮蔽门的下方；后喷淋管，安装于所述后缓冲腔内，所述后遮蔽门的下方。
6.根据权利要求1所述的湿法刻蚀设备，其特征在于，所述刻蚀液为草酸溶液、HNO3溶液、CH3COOH溶液或H3PO4溶液。
7.根据权利要求1所述的湿法刻蚀设备，其特征在于，所述供液管路与所述喷淋管之间设置有泵，该泵的控制信号与所述遮蔽门的控制信号一致：
遮蔽门打开时，泵同时打开，所述供液管路开始向喷淋管供给液体；
遮蔽门关闭时，泵同时关闭，所述供液管路停止向喷淋管供给液体。
8.根据权利要求1所述的湿法刻蚀设备，其特征在于，所述供液管路连接至水箱。
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