CN105088242A - 一种降低铜工艺成本的方法 - Google Patents

Abstract

本申请涉及一种降低铜工艺成本的方法，包括：将含过氧化氢的刻蚀液的一部分作为第一液流I通入刻蚀装置进行刻蚀；刻蚀后含铜离子的第二液流II返回至所述刻蚀液；将所述刻蚀液的一部分作为第三液流III流经强酸性阳离子交换树脂进行离子交换，其中，在所述离子交换的过程中，所述刻蚀液中的铜离子被吸附置换；离子交换后的第四液流IV返回至所述刻蚀液。本申请还涉及实施上述方法的装置。通过本发明提供的方法和装置，能够低成本地控制刻蚀液铜离子的浓度，从而降低了刻蚀工序中铜工艺的成本。

Description

一种降低铜工艺成本的方法

技术领域

本发明涉及液晶显示技术领域，具体涉及一种液晶显示技术中所用的铜刻蚀工艺中降低铜工艺成本的方法。

背景技术

随着信息社会的发展，人们对显示设备的需求得到了增长。为了满足这种需求，最近几种平板显示设备，比方说：液晶显示器件(LCD)，等离子体显示器件(PDP),OLED显示器件都得到了迅猛的发展。在平板显示器件当中，液晶显示器件由于其重量低、体积小、能耗低的优点，已经基本取代了冷阴极显示设备。

现有的TFT-LCD技术中有着更成熟和稳定的供应链，有更具有竞争力的成本优势，所以在后面相当长的时间内，TFT-LCD还是显示技术的主流，目前在TFT-LCD中，使用铜配线，但是铜配线在具体生产使用过程中，也存在一些问题。比如，目前使用的铜的腐蚀溶液为过氧化氢溶液，当铜离子浓度高时，会催化过氧化氢分解，造成爆炸等事故，所以实际使用中，要控制铜的浓度，但这会造成生产成本上升。本文希望通过一些改进，通过低成本的方法来控制铜离子的浓度。

发明内容

根据本发明的一个方面，提供了一种降低铜工艺成本的方法。通过本发明的方法，通过简单的工艺就能够控制刻蚀液中铜离子的浓度，控制成本低，同时，还具有促进铜刻蚀液稳定性的效果。

根据本发明，提供了一种降低铜工艺成本的方法，包括：将刻蚀液的一部分作为第一液流I通入刻蚀装置进行刻蚀；刻蚀后含铜离子的第二液流II返回至所述刻蚀液；将所述刻蚀液的一部分作为第三液流III流经强酸性阳离子交换树脂进行离子交换，其中，在所述离子交换的过程中，所述刻蚀液中的铜离子被吸附置换；离子交换后的第四液流IV返回至所述刻蚀液。

根据本发明提供的方法，在所述离子交换的过程中，所述刻蚀液中的铜离子被吸附置换，能够控制所述刻蚀液中的铜离子的浓度，防止其铜离子浓度的累积增加，有利于稳定所述刻蚀液；同时，在所述离子交换过程中，获得的氢离子反过来促成过氧化氢的稳定状态，使所述刻蚀液稳定，从而实现良性循环。进而，本发明提供了一种低成本地、简单地控制刻蚀液中铜离子浓度的方法，能够降低刻蚀工序中铜工艺的成本。

根据本发明提供的方法的一个具体实施例，所述强酸性阳离子交换树脂为凝胶型强酸性阳离子交换树脂。本发明所用的凝胶型强酸性阳离子交换树脂，如可为001X7FC，但本领域技术人员可以理解，其他的凝胶型强酸性阳离子交换树脂也能够用于本发明，且具有与001X7FC相同或相似的技术效果。离子交换树脂分为凝胶型和大孔型两类。凝胶型树脂的高分子骨架，在干燥的情况下内部没有毛细孔。它在吸水时润胀，在大分子链节间形成很微细的孔隙，通常称为显微孔(micro-pore)。湿润树脂的平均孔径为2～4nm(2×10-6-4×10-6mm)。凝胶型树脂适合用于吸附无机离子，它们的直径较小，一般为0.3-0.6nm。这类树脂不能吸附大分子有机物质，因后者的尺寸较大，如蛋白质分子直径为5-20nm，不能进入这类树脂的显微孔隙中，但适合用来吸附置换铜离子。树脂中化学活性基团的种类决定了树脂的主要性质和类别，首先区分为阳离子树脂和阴离子树脂两大类，它们可分别与溶液中的阳离子和阴离子进行离子交换。阳离子树脂又分为强酸性和弱酸性两类。所述强酸性阳离子交换树脂大都含有磺酸基(—SO₃H)、羧基(—COOH)或苯酚基(—C6H4OH)等酸性基团，其中的氢离子能与溶液中的金属离子进行交换。例如苯乙烯和二乙烯苯的高聚物经磺化处理得到强酸性阳离子交换树脂，其结构式可简单表示为R—SO₃H，式中R代表树脂母体。采用所述凝胶型强酸性阳离子交换树脂。能够更好地吸附无机离子(铜离子)，从而更好地进行吸附置换，控制铜离子的浓度稳定，避免铜离子的累积。

根据本发明，所述第三液流III流经强酸性阳离子交换树脂进行离子交换，在所述离子交换的过程中，所述刻蚀液中的铜离子被吸附置换，而释放的氢离子则随第四液流IV返回至所述刻蚀液。由于过氧化氢是一种弱酸性的无色透明液体，沸点150度左右，极不稳定，遇热，光，重金属容易引发分解，释放出氧气和大量热量。在温度较高时，高浓度的过氧化氢会造成有机物质燃烧。但在酸性条件下，过氧化氢相对稳定。由于刻蚀液中的铜离子浓度高时，会催化过氧化氢分解，造成爆炸等事故。根据本发明提供的方法，在所述离子交换的过程中，所述刻蚀液中的铜离子被吸附置换，能够控制所述刻蚀液中的铜离子的浓度，防止其铜离子浓度的累积增加，有利于稳定所述刻蚀液；同时，在所述离子交换过程中，获得的氢离子反过来促成过氧化氢的稳定状态，使所述刻蚀液稳定，从而实现良性循环。

根据本发明，随着刻蚀的进行，刻蚀后携带铜离子的第二液流II返回至刻蚀液，导致所述刻蚀液中的铜离子累积。容易理解到，刻蚀后的第二液流II中的铜离子浓度肯定高于刻蚀前的第一液流I中的铜离子浓度。在一个具体的实施例中，刻蚀后返回的第二液流II中的铜离子的浓度比第一液流I中的铜离子的浓度要高约1000ppm。

根据本发明所述方法的另外一个具体实施例，所述第三液流III中的铜离子的浓度为3000-6000ppm。经所述强酸性阳离子交换树脂的吸附置换后，铜离子的浓度降低。根据本发明所述方法的另外一个具体实施例，所述第四液流IV中铜离子的浓度在1500ppm以下，优选控制在1300ppm以下。

根据本发明的另一个具体实施例，通过本发明提供的方法，使得所述刻蚀液中铜离子的平均浓度控制在3000ppm以下，优选控制在1500～2000ppm。进而，所述刻蚀液能够继续使用。

本发明采用强酸性阳离子交换树脂吸附置换所述刻蚀液中的铜离子，置换后产生氢离子，利用铜离子的减少和氢离子的增加来共同促进刻蚀液的稳定。此外，所述强酸性阳离子交换树脂吸附的铜离子还可以用其他方法置换出来，比如用酸洗涤的方法，从而一方面，将所述强酸性阳离子交换树脂再生，另外一方面，可以回收利用铜离子，降低成本。

根据本发明的另外一个方面，还提供了一种实施上述方法的装置，包括：

容纳刻蚀液的容器，其设有第一出料口和第一进料口，分别用于将第一液流I从所述容器中流出和将刻蚀后的第二液流II流入所述容器；

与容器相连的强酸性阳离子交换树脂交换塔，第三液流III从容器中流出，进入所述交换塔，第四液流IV从所述交换塔流出，返回至所述容器。

根据本发明提供的装置，有利于利用强酸性阳离子交换树脂的吸附置换功能，有利地吸附铜离子，能够控制所述刻蚀液中的铜离子的浓度，防止其铜离子浓度的累积增加，有利于稳定所述刻蚀液；同时，在所述离子交换过程中，获得的氢离子反过来促进过氧化氢的稳定状态，使所述刻蚀液稳定，从而实现良性循环，从而通过一种低成本地控制铜离子的浓度，降低刻蚀工艺中铜工艺的成本。

根据本发明所述装置的一个具体实施例，所述强酸性阳离子交换树脂为凝胶型强酸性阳离子交换树脂，也即所述强酸性阳离子交换树脂交换塔为凝胶型强酸性阳离子交换树脂交换塔。本发明中，将所述交换塔的上下两端设置有玻璃棉层或分子筛层，可以去除在药液回流、刻蚀过程以及在刻蚀液存放过程中从环境进入体系的大颗粒物质，以及去除刻蚀过程中各种副反应导致的异物。这些物质如果不经去除而沉积到基板上，会导致断线、短路等一系列异常。

根据本发明所述装置的另一个具体实施例，所述第三液流III从所述交换塔的底部进入所述交换塔，所述第四液流IV从所述交换塔的顶部流出。通过此种设置，可以使所述液流在所述交换塔内停留较长的时间，从而有利于铜离子的吸附置换。

在一个具体的实施例中，所述交换塔在所述容器的底部与其相连；和/或所述第一出口和第二进口位于所述容器的顶部。

根据本发明所述装置的另一个具体实施例，所述交换塔连接有过滤器，从所述交换塔流出的第四液流IV先流经所述过滤器后，返回至所述容器。通过设置过滤器，用于进一步去除在药液回流、刻蚀过程以及在刻蚀液存放过程中从环境进入体系的大颗粒物质，以及去除刻蚀过程中各种副反应导致的异物。

根据本发明所述装置的另一个具体实施例，所述装置中还包括循环泵，用于将所述第三液流III泵入所述交换塔。通过此种设置，从而加快第三液流III的速率，进而加快离子交换的速率，使所述容器内的液体进行快速混合，促进刻蚀液稳定性的控制。

其中，根据本发明所述装置的另外一个具体实施例，所述刻蚀液中铜离子的平均浓度控制在3000ppm以下，优选控制在1500-2000ppm。所述第三液流III中的铜离子的浓度为3000-6000ppm。经所述强酸性阳离子交换树脂的吸附置换后，铜离子的浓度降低。所述第四液流IV中铜离子的浓度在1500ppm以下，优选控制在1300ppm以下。

根据本发明，所述离子交换塔还可进行再生，比如通过用酸液洗涤再生，从而一方面，将所述强酸性阳离子交换树脂再生，另外一方面，可以回收利用铜离子，降低成本。

根据本发明提供的装置，采用强酸性阳离子交换树脂交换塔，吸附置换铜离子后产生氢离子，能够促进刻蚀液的稳定，且能够有效地对容器内的刻蚀液的铜离子浓度进行控制，从而能够降低刻蚀工序中铜工艺的成本。

根据本发明的一个具体实施例，所述装置包括：容纳刻蚀液的容器，其设有第一出口和第一进口，分别用于将第一液流I从所述容器中流出和将刻蚀后的第二液流II流入所述容器；与容器相连的强酸性阳离子交换树脂交换塔，所述交换塔连接有过滤器，以及循环泵，所述第三液流III从容器中流出，通过所述循环泵泵入所述交换塔，进行离子交换后，作为第四液流IV从所述交换塔流出流经所述过滤器，然后返回至所述容器。

根据本发明提供的方法和装置，能够有利于控制铜离子的浓度和刻蚀液的稳定性；通过离子交换树脂对铜离子的吸附置换，降低铜离子的浓度，增加氢离子的浓度，从而使所述刻蚀液处于动态平衡过程中，有利于刻蚀液的稳定。进而，通过本发明提供的方法和装置，能够低成本地控制刻蚀液铜离子的浓度，降低了刻蚀工序中铜工艺的成本。

附图说明

图1为根据本发明一个实施例的装置图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明做进一步说明，但并不构成对本发明的任何限制。

如图1所示，所述第一液流I通过第一出料口4从容器1(如刻蚀液槽)流出，通入刻蚀装置进行刻蚀；刻蚀铜后的得到的第二液流II通过第一进料口5返回至所述容器1。其中，所述容器1还通过管道依次与循环泵2以及所述离子交换树脂塔3相连，所述第三液流III从容器1流出通过循环泵2泵入所述离子交换树脂塔3的底部，在所述离子交换树脂塔3中通过离子交换，所述第三液流III中的铜离子被吸附置换，作为第四液流IV从所述离子交换树脂塔3的顶部流出，返回至所述容器1，其中，所述第四液流IV中铜离子的浓度相对于第三液流III大大降低。进而，所述容器1内的所述刻蚀液的铜离子浓度处于动态平衡中，保证了所述刻蚀液的稳定性，以及降低了控制铜离子浓度的成本。

采用凝胶型强酸性阳离子交换树脂(001X7FC)，如图1所示进行操作。刻蚀后的第二液流II中的铜离子浓度比刻蚀前的第一液流I中的浓度增加了约1000ppm。通入所述离子交换树脂塔的第三液流III中的铜离子浓度为3000-6000ppm，经所述离子交换树脂塔交换后，第四液流IV中的铜离子浓度降低为1500ppm以下，优选降低至1300ppm以下。可以看出，经所述的离子交换树脂交换后，铜离子的浓度得到大大降低，从而将整个容器内铜离子的浓度控制所述容器内的刻蚀液的平均浓度为3000ppm以下，优选控制在1500-2000ppm。进而，本发明提供了一种低成本地、通过简单方法控制刻蚀工序中的刻蚀液中的铜离子的浓度，从而能够提供了一种降低刻蚀工序中铜工艺的成本的方法。

应当注意的是，以上所述的实施例仅用于解释本发明，并不构成对本发明的任何限制。通过参照典型实施例对本发明进行了描述，但应当理解为其中所用的词语为描述性和解释性词汇，而不是限定性词汇。可以按规定在本发明权利要求的范围内对本发明作出修改，以及在不背离本发明的范围和精神内对本发明进行修订。尽管其中描述的本发明涉及特定的方法、材料和实施例，但是并不意味着本发明限于其中公开的特定例，相反，本发明可扩展至其他所有具有相同功能的方法和应用。

Claims (10)

1.一种降低铜工艺成本的方法，包括：将刻蚀液的一部分作为第一液流I通入刻蚀装置进行刻蚀；刻蚀后含铜离子的第二液流II返回至所述刻蚀液；将所述刻蚀液的一部分作为第三液流III流经强酸性阳离子交换树脂进行离子交换；离子交换后的第四液流IV返回至所述刻蚀液，其中，在所述离子交换的过程中，所述第三液流III中的铜离子被吸附置换。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述强酸性阳离子交换树脂为凝胶型强酸性阳离子交换树脂。

3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述第三液流III中的铜离子的浓度为3000-6000ppm。

4.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述第四液流IV中铜离子的浓度在1500ppm以下。

5.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述刻蚀液中铜离子的平均浓度控制在3000ppm以下。

6.一种用于权利要求1-5中任意一项所述方法的装置，包括：

容纳刻蚀液的容器，其设有第一出料口和第一进料口，分别用于将第一液流I从所述容器中流出和将刻蚀后的第二液流II流入所述容器；

与容器相连的强酸性阳离子交换树脂交换塔，第三液流III从容器中流出，进入所述交换塔，第四液流IV从所述交换塔流出，返回至所述容器。

7.根据权利要求6所述的装置，其特征在于，所述强酸性阳离子交换树脂为凝胶型强酸性阳离子交换树脂。

8.根据权利要求6所述的装置，其特征在于，所述第三液流III从所述交换塔的底部进入所述交换塔，所述第四液流IV从所述交换塔的顶部流出。

9.根据权利要求6-8中任意一项所述的装置，其特征在于，所述交换塔连接有过滤器，从所述交换塔流出的第四液流IV先流经所述过滤器后，返回至所述容器。

10.根据权利要求6-8中任意一项所述的装置，其特征在于，所述装置中还包括循环泵，用于将所述第三液流III泵入所述交换塔。