CN104894562A - 一种延长Mo/Al蚀刻药液的使用寿命方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种延长Mo/Al蚀刻药液的使用寿命方法，通过实时检测药液槽中的金属离子含量，根据实时测得金属离子的浓度与设定的最高浓度值进行比较，判断采用哪一方式进行，如果金属离子含量超过预设值，则药液先通过交换系统把金属离子置换掉再进入药液监控系统，反之，则直接进入药液监控系统。本发明提高了检测精度，提高了自动化程度，提高了药液的检测精度，增加药液对金属的蚀刻能力，提高了蚀刻效率；同时，药液内硝酸盐中的硝酸根能够再度利用，成倍地延长了蚀刻药液在蚀刻过程中的使用寿命，无需频繁更换蚀刻药液，缩短了蚀刻时间，大大减少了药液的使用量，节约了生产成本，优化了蚀刻工艺，提高生产效益。

Description

一种延长Mo/Al蚀刻药液的使用寿命方法

技术领域

本发明属于Mo/Al金属蚀刻技术领域，具体涉及一种延长Mo/Al蚀刻药液的使用寿命方法。

背景技术

    在金属Mo/Al蚀刻中，金属Mo/Al通常使用混酸对其进行蚀刻，该混酸包括磷酸、醋酸、硝酸、去离子水。蚀刻时，金属Mo/Al先由HNO₃将金属氧化成为金属氧化物，再用CH₃COOH将金属Mo/Al软化并分解，接着再利用H₃PO₄将氧化物予以溶解去除。如此反复进行以达到刻蚀的效果。由于硝酸的浓度比较低，不断地被消耗，加上很多种药液监控系统只能监控硝酸根的浓度，却不是硝酸的准确浓度。而在金属Mo/Al的蚀刻过程中不断产生Al³⁺，使得蚀刻Al³⁺的浓度上升，也极大影响了蚀刻药液的刻蚀能力，这些是蚀刻药液使用寿命不长的原因之一。

在金属Mo/Al蚀刻过程中，主要采取非水滴定法和光度测量法这两种对蚀刻药液进行监控。其中非水滴定系高精度但非常昂贵，而光度测量系便宜却精度不高的缺陷；而且这两种监控方法都有一个共同的缺陷是Mo/Al蚀刻药液的使用寿命均在15天以内。然而在Mo/Al蚀刻药液中，起主导作用的是硝酸。金属钼和铝在蚀刻过程中，药液中的硝酸浓度的下降，生产硝酸盐的积累，使得药液的刻蚀能力下降，疲劳液增加；降低了反应效率。

目前，对于NIR & UV等光度测量法来说，由于NO₃ ^-能够特定吸收光谱于紫外线300nm之处，所以能测定药液中的NO₃- 的浓度。如在铝膜蚀刻中采用光度测量法对药液进行监控时，由于光度测量法只能测量下面离子反应式①，②中的NO₃-的总量，但是测量出来的浓度并不是在蚀刻过程中全部起到刻蚀作用的硝酸浓度，从而造成药液补给时出现较大的误差，有效蚀刻的硝酸的浓度测量不准确，导致蚀刻药液频繁更换。另外，在如果蚀刻药液中的游离的硝酸浓度在5%以上时使用NIR法是可以监测和控制的，但是当蚀刻药液中的游离的硝酸浓度在2%以下的浓度时，则无法起到控制作用。

而对于非水滴定法来说，虽然能相对准确滴定硝酸的浓度，却无法摆脱Al³⁺ 的ppm升高的问题，当Al³⁺ 的ppm达到1000ppm,时，药液则需要更换。这是第二个原因。所述的ppm为药液浓度的重量百分比。

Al蚀刻液中，硝酸的离子反应式为：

发明内容

有鉴于此，本发明要解决的技术问题是一种延长Mo/Al蚀刻药液的使用寿命方法，可以有效减少药液的使用量，节约生产成本，延长药液的使用寿命。

为了解决上述技术问题，本发明采用如下方案实现：一种延长Mo/Al蚀刻药液的使用寿命方法，包括盛放酸性药液的药液槽，与药液槽连通且用于抽取药液槽中药液的循环泵，循环泵的输出端与用于监控药液中金属离子浓度的金属离子浓度感应器连通，金属离子浓度感应器的输出端分别与药液监控系统和离子交换系统连通，离子交换系统的输出端与药液监控系统连通，药液监控系统的输出端与药液槽连通；在金属离子浓度感应器的输出端与离子交换系统之间设有第一自动阀门开关；在金属离子浓度感应器的输出端与药液监控系统之间设有第二自动阀门开关；药液监控系统的输出端与药液槽之间设有手动阀门开关；所述的药液监控系统内设有PPC，PPC与金属离子浓度感应器、第一自动阀门开关、第二自动阀门开关连接，具体步骤如下：

S1.在药液槽中注入酸性药液，在交换系统中注入阳离子树脂；

S2.在药液监控系统中的PPC设定金属离子的最高浓度值为N1;

S3. 打开手动阀门开关；药液流向药液监控系统，通过补药液或更换药液流回药液槽；

S4.监控系统中的PPC控制第一自动阀门开关闭合、第二自动阀门开关打开；

S5.不断的抽取药液槽中的酸性药液与金属反应，反应后产生金属离子，且反应后的药液重新回流至药液槽内；同时，循环泵和药液监控系统工作，药液监控系统实时监控和管理药液的浓度；

S6.被循环泵抽取的药液经过金属离子浓度感应器，金属离子浓度感应器实时检测流过的药液的金属离子的浓度，记录检测的实时金属离子的浓度值N2并数据发送至药液监控系统中的PPC内；

S7.药液监控系统中的PPC接收到金属离子的浓度值为N2的数据后，药液监控系统中的PPC根据其预先设定金属离子的最高浓度值为N1和实时检测的金属离子的浓度值N2的大小进行比较；若金属离子的最高浓度值为N1小于实时检测的金属离子的浓度值N2时，执行下一步；否则，返回步骤S5；

S8. 监控系统中的PPC控制第一自动阀门开关打开、第二自动阀门开关闭合，此时，药液槽中的药液流入交换系统内，药液中金属离子与阳离子树脂中的氢离子进行离子交换，置换出阳离子树脂中的氢离子；药液中的金属离子从药液中分离出来，氢离子重新补充在药液中，电荷恢复平衡，药液从交换系统中流出来；

S9.执行步骤S5；

S10. 药液监控系统中的PPC接收到金属离子的浓度值为N2的数据后，药液监控系统中的PPC根据药液监控系统中设定金属离子的最高浓度值为N1和实时检测的金属离子的浓度值N2的大小进行比较；若设定金属离子的最高浓度值为N1大于实时检测的金属离子的浓度值N2时，执行下一步；否则，执行步骤S5；

S11. 返回步骤4；

S12.重复步骤S4至步骤S9，直至药液槽中的酸性药液被消耗;

所述的金属为金属铝或金属钼。

其中，步骤S1中的酸性药液为硝酸、醋酸、磷酸和去离子水的混合溶液。

其中，步骤S1中的阳离子树脂为弱酸性阳离子树脂。

其中，步骤S2中的金属离子最高浓度值N1为500ppm。

其中，步骤  S8中进行离子交换的反应式为:。

与现有技术相比，本发明增加了一项交换金属离子的交换系统，通过金属离子感应器检测金属离子的浓度并经过监控系统作出实时处理，有效缓解硝酸在反应过程中的浓度下降问题，减少疲劳液，采用监控系统对药液中的硝酸的浓度进行测量和控制，提高了反应效率，在药水监控系统中设置一个PPC，通过PPC进行处理，有效提高了自动化程度，无需采用人工检测或采用监控系统定时检测金属离子浓度，提高了药液的检测精度，提高了蚀刻效率；同时，药液内硝酸盐中的硝酸根能够再度利用，成倍地延长了蚀刻药液在蚀刻过程中的使用寿命，无需频繁更换蚀刻药液，缩短了蚀刻时间，大大减少了药液的使用量，节约了生产成本，优化了蚀刻工艺，提高生产效益。

附图说明

图1 为本发明的结构示意图。

药液槽1，离子交换系统2，金属离子感应器3，第一自动阀门开关4，药液监控系统5，循环泵6，手动阀门开关7，第二自动阀门开关8。

具体实施方式

为了让本领域的技术人员更好地理解本发明的技术方案，下面结合附图对本发明作进一步阐述。

如图1所示，一种延长Mo/Al蚀刻药液的使用寿命方法，包括盛放酸性药液的药液槽1，与药液槽连通且用于抽取药液槽中药液的循环泵6，通过循环泵6工作使得药液槽中1酸性药液能够循环流动，方便对药液槽1内的药液浓度进行检测。循环泵6的输出端与用于监控药液中金属离子浓度的金属离子浓度感应器3连通，通过金属离子感应器3实时检测、采集流经金属离子感应器3中的药液中的金属离子的浓度，从而实时掌握盛放在药液槽1内的药液中的金属离子的浓度。金属离子浓度感应器3的输出端分别与药液监控系统5和离子交换系统2连通，离子交换系统2的输出端与药液监控系统5连通。药液监控系统的输出端与药液槽1连通，将药液引回药液槽1内。为了方便控制药液的流动路线，在金属离子浓度感应器3的输出端与离子交换系统2之间设有第一自动阀门开关4；在金属离子浓度感应器3的输出端与药液监控系统5之间设有第二自动阀门开关8；药液监控系统的输出端与药液槽1之间设有手动阀门开关7。为了提高蚀刻的效率，节约药液，降低生产成本，在药液监控系统5内设有PPC，所述的PPC为小型控制电脑，PPC与金属离子浓度感应器3、第一自动阀门开关4、第二自动阀门开关8连接，通过PPC实时记录并分析金属离子浓度感应器3实时检测、采集的金属离子的浓度数据，并且根据分析的结果控制第一自动阀门开关4和第二自动阀门开关8的通断。

一种延长Mo/Al蚀刻药液的使用寿命方法，具体步骤如下：

S1.在药液槽1中注入由硝酸、醋酸、磷酸和去离子水的混合溶液混合而成的酸性药液，在交换系统2中注入阳离子树脂溶液。所选用的阳离子树脂为弱酸性阳离子树脂。所述的金属选用金属铝进行测试。

S2. 在药液监控系统5中的PPC内设定药液槽1中含Al³⁺的最高浓度值N1，设定最高浓度值N1的值为N1=500ppm。

S3. 打开手动阀门开关7；药液流向药液监控系统5，通过药液监控系统5检测药液中的酸性浓度，判断是否需要向药液槽1补充药液或更换药液槽内的药液。

S4.监控系统中的PPC控制第一自动阀门开关4闭合、第二自动阀门开关8打开，使得药液槽1内的药液经过循环泵6抽取，流经金属离子浓度感应器3、药液监控系统5后返回药液槽1内；

S5.将药液槽1中的酸性药液抽取至刻蚀单元与基板上的金属铝膜层反应，反应后产生Al^3+,；且反应后的药液重新回流到药液槽1内，随着反应的继续，药液中的酸性药液不断被消耗，药液中的Al^3+,浓度不断增加。在不断抽取药液槽中的药液进行反应时，循环泵也工作，循环泵6将药液槽中的药液抽取进入金属离子浓度感应器3进行实时检测和记录，然后经过第二自动阀门开关8，再经过药液监控系统5进行检测后流回至药液槽1内。同时，药液监控系统5实时检测和管理药液中的浓度，实时掌握药液的浓度，使得金属铝膜层与药液能够正常反应，提高了蚀刻效率。

S6.被循环泵6抽取的药液经过金属离子浓度感应器3进入循环流动，流回药液槽1内，使得金属离子浓度感应器3能够实时检测药液槽内的Al^3+,的浓度。当药液流经金属离子浓度感应器3时，金属离子浓度感应器3实时检测Al^3+,浓度值为N2=499ppm，并记录该检测的Al^3+,的浓度值N2=499ppm;同时将测得此时的Al^3+,的浓度值N2=499ppm的浓度数据发送至药液监控系统5中的PPC内。

S7.药液监控系统中的PPC接收到Al^3+,的浓度值为N2=499ppm的数据后，药液监控系统中的PPC根据其预先设定Al^3+,的最高浓度值N1=500ppm和实时检测的Al^3+,的浓度值N2=499ppm的大小进行比较；此时，监控系统中的PPC对两个数据进行对比，对比可得Al^3+,的最高浓度值N1大于实时检测的Al^3+,的浓度值N2，则返回步骤S5，将药液槽1中的酸性药液继续抽取至刻蚀单元与基板上的金属铝膜层反应，同时金属离子浓度感应器3继续实时检测药液中的Al³⁺浓度。

S8. 当药液流经金属离子浓度感应器3时，金属离子浓度感应器3实时检测Al^3+,浓度值为N2=501ppm，并记录该检测的Al^3+,的浓度值N2=501ppm;同时将测得此时的Al^3+,的浓度值N2=501ppm的浓度数据发送至药液监控系统5中的PPC内。

S9. 药液监控系统中的PPC接收到Al^3+,的浓度值为N2=501ppm的数据后，药液监控系统中的PPC根据其预先设定Al^3+,的最高浓度值N1=500ppm和实时检测的Al^3+,的浓度值N2=501ppm的大小进行比较；此时，监控系统中的PPC对两个数据进行对比，对比可得Al^3+,的最高浓度值N1小于实时检测的Al^3+,的浓度值N2，执行下一步。

S10. 监控系统中的PPC对比分析得出Al^3+,的最高浓度值N1小于实时检测的Al^3+,的浓度值N2时，此时,监控系统中的PPC控制第一自动阀门开关4打开、第二自动阀门开关8闭合，此时，药液槽中的药液流入交换系统2内，药液中的金属Al^3+,与阳离子树脂中的H^+,进行离子交换，置换出阳离子树脂中的H^+,，离子交换的反应式为。药液中的Al^3+,从药液中分离出来，H⁺重新补充在药液中，电荷恢复平衡，药液从交换系统2中流入药液浓度监控系统5中。由于反应过程中，药液中的NO₃ ^-  和 H⁺被消耗，使得药液浓度发生变化，此时药液流经药液监控系统时，药液监控系统检测并判断是否需要向药液槽1补充药液或更换药液槽内的药液。

S11. 药液监控系统检测药液中的酸性浓度后，发现不需要药液槽1补充药液或更换药液槽内的药液时，执行步骤S5和步骤S6,继续实时检测药液中的Al^3+,的浓度值N2，记录检测的实时金属离子的浓度值N2并数据发送至药液监控系统中的PPC内。

S12. 当药液监控系统中的PPC接收到金属离子的浓度值为N2=499ppm的数据后，药液监控系统中的PPC根据其预先设定Al^3+,的最高浓度值N1=500ppm和实时检测的Al^3+,的浓度值N2=499ppm的大小进行比较；此时，监控系统中的PPC对两个数据进行对比，对比可得Al^3+,的最高浓度值N1大于实时检测的Al^3+,的浓度值N2，返回步骤4。

S13.重复步骤S4至步骤S9，直至药液槽中的酸性药液被消耗或浓度降低至不能与金属铝膜层反应，则更换药液槽中的药液。

上述实施例中，除了使用金属铝外，还可以采用酸性药液对金属钼进行蚀刻，也能实现相同的效果，实时方式与金属铝的蚀刻相同，在此不作具体阐述。同时这种延长使用寿命方法的方法还可以应用到铜等蚀刻中，也能等到相应的效果，再次不作展开阐述。

本发明所使用的药液监控系统为蚀刻中常用的监控系统，本发明在先用的监控系统的基础上进行改进，优化了蚀刻的生产工艺和监控系统。本发明所使用的PPC为是现有的小型控制电脑，所使用的金属离子浓度感应器为现有的感应器，所使用的酸性药液为蚀刻工艺的技术人员所经常使用的，再此不作进一步阐述。

上述实施例仅为本发明的其中具体实现方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些显而易见的替换形式均属于本发明的保护范围。

Claims (5)

1.一种延长Mo/Al蚀刻药液的使用寿命方法，包括盛放酸性药液的药液槽（1），与药液槽连通且用于抽取药液槽中药液的循环泵（6），循环泵（6）的输出端与用于监控药液中金属离子浓度的金属离子浓度感应器（3）连通，金属离子浓度感应器（3）的输出端分别与药液监控系统（5）和离子交换系统（2）连通，离子交换系统（2）的输出端与药液监控系统（5）连通，药液监控系统的输出端与药液槽（1）连通；在金属离子浓度感应器（3）的输出端与离子交换系统（2）之间设有第一自动阀门开关（4）；在金属离子浓度感应器（3）的输出端与药液监控系统（5）之间设有第二自动阀门开关（8）；药液监控系统的输出端与药液槽（1）之间设有手动阀门开关（7）；所述的药液监控系统（5）内设有PPC，PPC与金属离子浓度感应器（3）、第一自动阀门开关（4）、第二自动阀门开关（8）连接，其特征在于，具体步骤如下：

S1.在药液槽（1）中注入酸性药液，在交换系统（2）中注入阳离子树脂；

S2.在药液监控系统（5）中的PPC设定金属离子的最高浓度值为N1;

S3. 打开手动阀门开关（7）；药液流向药液监控系统（5），通过补药液或更换药液流回药液槽（1）；

S4.监控系统中的PPC控制第一自动阀门开关（4）闭合、第二自动阀门开关（8）打开；

S5.不断的抽取药液槽中的酸性药液与金属反应，反应后产生金属离子，且反应后的药液重新回流至药液槽（1）内；同时，循环泵（6）和药液监控系统（5）工作，药液监控系统实时监控和管理药液的浓度；

S6.被循环泵（6）抽取的药液经过金属离子浓度感应器（3），金属离子浓度感应器（3）实时检测流过的药液的金属离子的浓度，记录检测的实时金属离子的浓度值N2并数据发送至药液监控系统中的PPC内；

S7.药液监控系统中的PPC接收到金属离子的浓度值为N2的数据后，药液监控系统中的PPC根据其预先设定金属离子的最高浓度值为N1和实时检测的金属离子的浓度值N2的大小进行比较；若金属离子的最高浓度值为N1小于实时检测的金属离子的浓度值N2时，执行下一步；否则，返回步骤S5；

S8. 监控系统中的PPC控制第一自动阀门开关（4）打开、第二自动阀门开关（8）闭合，此时，药液槽中的药液流入交换系统（2）内，药液中金属离子与阳离子树脂中的氢离子进行离子交换，置换出阳离子树脂中的氢离子；药液中的金属离子从药液中分离出来，氢离子重新补充在药液中，电荷恢复平衡，药液从交换系统（2）中流出来；

S9.执行步骤S5；

S10. 药液监控系统中的PPC接收到金属离子的浓度值为N2的数据后，药液监控系统中的PPC根据药液监控系统（5）中设定金属离子的最高浓度值为N1和实时检测的金属离子的浓度值N2的大小进行比较；若设定金属离子的最高浓度值为N1大于实时检测的金属离子的浓度值N2时，执行下一步；否则，执行步骤S5；

S11. 返回步骤4；

S12.重复步骤S4至步骤S9，直至药液槽中的酸性药液被消耗;

所述的金属为金属铝或金属钼。

2.根据权利要求1所述的延长Mo/Al蚀刻药液的使用寿命方法，其特征在于，步骤S1中的酸性药液为硝酸、醋酸、磷酸和去离子水的混合溶液。

3.根据权利要求1所述的延长Mo/Al蚀刻药液的使用寿命方法，其特征在于，步骤S1中的阳离子树脂为弱酸性阳离子树脂。

4.根据权利要求1所述的延长Mo/Al蚀刻药液的使用寿命方法，其特征在于，步骤S2中的金属离子最高浓度值N1为500ppm。

5.根据权利要求1所述的延长Mo/Al蚀刻药液的使用寿命方法，其特征在于，步骤S8中进行离子交换的反应式为:                                                。