CN110426451B - 蚀刻速率量测装置及侧向蚀刻速率的量测方法 - Google Patents

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Abstract

一种蚀刻速率量测装置及侧向蚀刻速率量测方法被提供,所述蚀刻速率量测装置包括:石英晶体振荡片,用于输出一振荡频率；集流体层,均匀地形成于所述石英晶体振荡片上,作为一电极；薄膜金属层,形成于所述集流体层上；遮蔽层,形成于所述薄膜金属层上,用于遮蔽所述薄膜金属层中不被蚀刻的部分；以及外接电路,与所述集流体层电连接；其中,所述集流体层汇集来自所述外接电路的电流,对所述石英晶体振荡片施加一电场,所述石英晶体振荡片根据所述薄膜金属层的质量输出一相对应的振荡频率。所述侧向蚀刻速率量测方法经由所述蚀刻速率量测装置并根据方程式(1)获得一待量测薄膜金属层的侧向蚀刻速率:
Figure DDA0002129786350000011

Description

蚀刻速率量测装置及侧向蚀刻速率的量测方法
【技术领域】
本发明涉及显示面板制造技术领域,具体涉及显示面板金属层的侧向蚀刻速率量测方法。
【背景技术】
薄膜电晶体(thin-film transistor,TFT)面板的玻璃基版/金属层结构中,金属层厚度薄(约400-800nm),其蚀刻过程通常可简单地分为二个阶段,即纵向蚀刻阶段和侧向蚀刻阶段。由于纵向蚀刻阶段参与蚀刻的面积大,蚀刻速率快,而侧向蚀刻阶段参与蚀刻的面积小,因此蚀刻速率与纵向蚀刻阶段相比,显著骤降。
目前金属层的侧向蚀刻速率主要经由烧杯实验确定蚀刻时间并结合扫描电子显微镜(scanning electron microscope,SEM)进行侧向蚀刻深度的量测,并估算侧向蚀刻速率；在扫描电子显微镜量测中,由于切片取向通常不是和蚀刻截面刚好平行,往往有一定的角度,故其蚀刻深度的量测结果通常并不精确且耗时费力。
石英晶体微天平(quartz crystal microbalance)利用石英晶体的压电效应,将石英晶体电极表面质量变化转化为石英晶体振荡电路输出电信号的频率变化,进而经由计算机等其他辅助设备获得高精度的数据。
根据Sauerbrey方程式,附着在石英晶体上的物质质量可以和频率的改变建立以下关系：
Figure BDA0002129786330000021
石英晶体振荡频率变化△f正比于石英晶体的电极上沉积物的质量变化△m。其中f0是指石英晶体的固有振荡频率,A和m是电极的有效工作面积和质量,ρq和μq是石英晶体的密度和剪切模量。由于石英晶体的固有振荡频率、工作面积、密度和剪切模量都是已知值,可以直接算出沉积物的质量。
在薄膜电晶体结构中，参与蚀刻反应的金属层长度为a，参与反应的金属层厚度为h,若侧向蚀刻速率为Re,则单位时间消耗的金属体积为Δv＝a*h*Re*Δt,而Δm＝ρm×Δv,故金属层侧向蚀刻速率Re为:
Figure BDA0002129786330000022
【发明内容】
为解决上述问题,本发明提出一种蚀刻速率量测装置,其特征在于,包括:石英晶体振荡片,用于输出一振荡频率；集流体层,均匀地形成于所述石英晶体振荡片上,作为一电极；薄膜金属层,形成于所述集流体层上；遮蔽层,形成于所述薄膜金属层上,用于遮蔽所述薄膜金属层中不被蚀刻的部分；以及外接电路,与所述集流体层电连接；其中,汇集一来自所述外接电路的电流的所述集流体层对所述石英晶体振荡片施加一电场,所述石英晶体振荡片根据所述薄膜金属层的质量输出一相对应的振荡频率。
较佳地,所述集流体层为一铂金属层。
较佳地,所述集流体层以电镀方式形成。
较佳地,所述薄膜金属层以溅镀方式沉积形成。
较佳地,所述遮蔽层由光刻胶所组成。
本发明亦提出一种侧向蚀刻速率量测方法,其特征在于,包括:
提供一石英晶体振荡片；在所述石英晶体振荡片上沉积一厚度均匀的集流体层；在所述集流体层上形成一薄膜金属层；在所述薄膜金属层上形成一遮蔽层；在所述遮蔽层上形成一薄膜金属层的蚀刻目标区域；对所述蚀刻目标区域进行蚀刻,同时通电经由所述集流体层对所述石英晶体振荡片施加电场,于数个时间点量测所述石英晶体振荡片的数个相对应的振荡频率；以所述数个时间点为横坐标,数个相对应的振荡频率为纵坐标作图得到一弯折线,所述弯折线具有一拐点(t1,f1)；取前述拐点(t1,f1)和所述拐点出现后的另一座标点(t2,f2),带入方程式(1)计算所述薄膜金属层的侧向蚀刻速率:
Figure BDA0002129786330000041
其中,f0为所述石英晶体振荡片的固有振荡频率,f1和f2分别为时间点t1和t2所对应的振荡频率,a为所述蚀刻目标区域的薄膜金属层长度，h为蚀刻目标区域的薄膜金属层厚度,A为所述集流体层和所述石英晶体振荡片的接触面积,ρq为所述石英晶体振荡片的密度,μq为所述石英晶体振荡片的剪切模量,ρm为所述薄膜金属层的密度。
可替代地,取介于前述拐点(t1,f1)和前述另一座标点(t2,f2)之间的一座标点(t11,f11)和所述座标点(t2,f2),带入方程式(2)计算所述薄膜金属层的侧向蚀刻速率:
Figure BDA0002129786330000051
较佳地,所述集流体层为铂金属层。
较佳地,所述薄膜金属层以电镀方式形成。
较佳地,所述蚀刻目标区域经由光罩曝光及显影方式形成。
【附图说明】
图1为本发明的蚀刻速率量测装置的截面示意图；
图2为本发明的侧向蚀刻速率量测方法的流程图；
图3为本发明的蚀刻速率量测装置的的实施方式示意图；
图4为本发明的蚀刻速率量测装置在对蚀刻目标区域蚀刻的过程中,所述装置的俯视及截面示意图；
图5为本发明的侧向蚀刻速率量测方法所使用的频率(frequency)对时间(time)的关系图。
【具体实施方式】
以下将结合本发明实施例中的附图,对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。显然,所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例,而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例,都属于本申请保护的范围。
以下实施例的说明是参考附加的图示，用以例示本发明可用以实施的特定实施例。本发明所提到的方向用语，例如[上]、[下]、[前]、[后]、[左]、[右]、[内]、[外]、[侧面]等，仅是参考附加图式的方向。因此，使用的方向用语是用以说明及理解本发明，而非用以限制本发明。
本发明一较佳实施例的蚀刻速率量测装置,如图1所示,包括:
石英晶体振荡片100上,用于输出一振荡频率；集流体层200,所述集流体层200为一以电镀方式均匀地形成于所述石英晶体振荡片100上的铂金属层,作为一电极；薄膜金属层300,所述薄膜金属层300为一以溅镀沉积方式形成于所述集流体层200上的氧化铟镓锌(indium gallium zinc oxide)薄膜；以及遮蔽层400,所述遮蔽层400以涂布一光刻胶方式形成于所述薄膜金属层300上,用于遮蔽所述薄膜金属层中不被蚀刻的部分；以及外接电路500,与所述集流体层200电连接；其中,所述集流体层200汇集来自所述外接电路500的电流,对所述石英晶体振荡片100施加一电场,所述石英晶体振荡片100根据所述薄膜金属层300在其上的质量输出一相对应的振荡频率。
图2为本发明较佳实施例的侧向蚀刻速率量测方法的流程图,请一并参考图3所示的蚀刻速率量测方法的实施方式示意图:
提供一石英晶体振荡片100；在所述石英晶体振荡片100上以电镀方式均匀地镀上一集流体层200,所述集流体层200由铂所组成；在所述集流体层200上以溅镀方式沉积一待量测的薄膜金属层300,所述薄膜金属层300由氧化铟镓锌(indium gallium zinc oxide)所组成；接着在所述薄膜金属层300上涂布光刻胶以形成一遮蔽层400；然后在所述遮蔽层400上经由光罩曝光以及显影等程序形成一待量测的薄膜金属层300的蚀刻目标区域301；对所述蚀刻目标区域301上的薄膜金属层300进行蚀刻,同时将接有电路500的所述蚀刻速率量测装置通电,经由铂所组成的集流体层200对所述石英晶体振荡片100施加电场,并以一频率计数器600分别量测所述石英晶体振荡片100于多个时间点所输出的多个相对应的的振荡频率。
图4为本发明的蚀刻速率量测装置对蚀刻目标区域301的薄膜金属层300蚀刻的过程中,所述装置的俯视及截面示意图,a为所述蚀刻目标区域301的薄膜金属层300参与蚀刻反应的长度,h为所述蚀刻目标区域301的薄膜金属层300的厚度,A为所述集流体层200和所述石英晶体振荡片100的接触面积(以虚线表示)。
接着请参考图5,以所述多个时间点为横坐标,所量测的多个相对应的振荡频率为纵坐标作图,得到一弯折线,所述弯折线具有一拐点(t1,f1)；取前述拐点(t1,f1)和所述拐点出现后的另一座标点(t2,f2),带入方程式(1)中以获得所述薄膜金属层的侧向蚀刻速率:
Figure BDA0002129786330000081
其中,f0为石英晶体振荡片100的固有振荡频率,f1和f2分别为所述石英晶体振荡片100于时间点t1和t2分别对应的振荡频率,a为所述蚀刻目标区域的薄膜金属层300参与蚀刻反应的长度，h为所述蚀刻目标区域的薄膜金属层300的厚度,A为所述集流体层200和所述石英晶体振荡片100的接触面积,ρq为所述石英晶体振荡片100的密度,μq为所述石英晶体振荡片100的剪切模量,以及ρm为所述薄膜金属层300的密度。
可替换地,可取介于前述拐点(t1,f1)和另一座标点(t2,f2)之间的一座标点(t11,f11)和所述座标点(t2,f2),带入方程式(2)获得所述薄膜金属层的侧向蚀刻速率:
Figure BDA0002129786330000091
如图5所示,所述弯折线在座标点(t1,f1)之后其斜率急剧平缓,这是由于从纵向蚀刻阶段转至侧向蚀刻阶段,参与蚀刻反应的蚀刻面积急剧减少所致,本发明根据Sauerbrey方程式推导的式(1)或式(2),以所提出的蚀刻速率量测装置结合侧向蚀刻速率量测方法以获得待量测的薄膜金属层300的侧向蚀刻速率,可以解决传统方式费时费力的问题,且提升侧向蚀刻速率量测的精确度。
综上所述,虽然本发明已以优选实施例揭露如上,但上述优选实施例并非用以限制本申请,本领域的普通技术人员,在不脱离本申请的精神和范围内,均可作各种更动与润饰,因此本申请的保护范围以权利要求界定的范围为准。

Claims (10)

1.一种蚀刻速率量测装置，其特征在于，包括:
石英晶体振荡片，用于输出一振荡频率；
集流体层，均匀地形成于所述石英晶体振荡片上，作为一电极；
薄膜金属层，形成于所述集流体层上；
遮蔽层，形成于所述薄膜金属层上，所述遮蔽层有一沟道开口，且在所述遮蔽层上形成一薄膜金属层的蚀刻目标区域；
外接电路，与所述集流体层电连接；所述集流体层汇集来自所述外接电路的电流，对所述石英晶体振荡片施加一电场，所述石英晶体振荡片根据所述薄膜金属层的质量输出一相对应的振荡频率；以及
频率计数器，用于分别量测所述石英晶体振荡片于多个时间点所输出的多个所述相对应的振荡频率；
其中，以所述数个时间点为横坐标，所述数个相对应的振荡频率为纵坐标，作图得到一弯折线，所述弯折线具有一拐点(t1，f1)；取前述拐点(t1，f1)和所述拐点出现后的另一座标点(t2，f2)，带入方程式(1)获得所述薄膜金属层的侧向蚀刻速率:
Figure FDA0003322173070000011
其中，f0为所述石英晶体振荡片的固有振荡频率，f1和f2分别为时间点t1和t2所对应的振荡频率，a为所述蚀刻目标区域的薄膜金属层长度，h为所述蚀刻目标区域的薄膜金属层厚度，A为所述集流体层和所述石英晶体振荡片的接触面积，ρq为所述石英晶体振荡片的密度，μq为所述石英晶体振荡片的剪切模量，ρm为所述薄膜金属层的密度。
2.如权利要求1所述的蚀刻速率量测装置，其特征在于，所述集流体层为一铂金属层。
3.如权利要求2所述的蚀刻速率量测装置，其特征在于，所述集流体层以电镀方式形成。
4.如权利要求1所述的蚀刻速率量测装置，其特征在于，所述薄膜金属层以溅镀方式沉积形成。
5.如权利要求1所述的蚀刻速率量测装置，其特征在于，所述遮蔽层由光刻胶所组成。
6.一种侧向蚀刻速率量测方法，其特征在于，包括:
提供一石英晶体振荡片；
在所述石英晶体振荡片上形成一厚度均匀的集流体层；
在所述集流体层上形成一薄膜金属层；
在所述薄膜金属层上形成一遮蔽层；
在所述遮蔽层上形成一薄膜金属层的蚀刻目标区域；
对所述蚀刻目标区域进行蚀刻，同时通电经由所述集流体层对所述石英晶体振荡片施以电场，于数个时间点量测所述石英晶体振荡片的数个相对应的振荡频率；
以所述数个时间点为横坐标，数个相对应的振荡频率为纵坐标，作图得到一弯折线，所述弯折线具有一拐点(t1，f1)；
取前述拐点(t1，f1)和所述拐点出现后的另一座标点(t2，f2)，带入方程式(1)获得所述薄膜金属层的侧向蚀刻速率：
Figure FDA0003322173070000021
其中，f0为所述石英晶体振荡片的固有振荡频率，f1和f2分别为时间点t1和t2所对应的振荡频率，a为所述蚀刻目标区域的薄膜金属层长度，h为蚀刻目标区域的薄膜金属层厚度，A为所述集流体层和所述石英晶体振荡片的接触面积，ρq为所述石英晶体振荡片的密度，μq为所述石英晶体振荡片的剪切模量，ρm为所述薄膜金属层的密度。
7.如权利要求6所述的蚀刻速率量测方法，其特征在于，取介于前述拐点(t1，f1)和前述另一座标点(t2，f2)之间的一座标点(t11，f11)和所述座标点(t2，f2)，带入方程式(2)计算所述薄膜金属层的侧向蚀刻速率:
Figure FDA0003322173070000031
其中，f11为时间点t11所对应的振荡频率。
8.如权利要求6所述的蚀刻速率量测方法，其特征在于，所述集流体层以电镀方式形成。
9.如权利要求6所述的蚀刻速率量测方法，其特征在于，所述薄膜金属层以溅镀沉积方式形成。
10.如权利要求6所述的蚀刻速率量测方法，其特征在于，所述蚀刻目标区域经由光罩曝光及显影方式形成。
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