CN111341697B - 一种清洗装置及清洗方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种清洗装置及清洗方法。清洗装置用于传送并清洗表面带有金属膜的基板，包括有机颗粒去除单元、气相还原单元、药液中和单元、无机颗粒去除单元以及风刀除水单元。所述气相还原单元的入口与所述有机颗粒去除单元的出口连接，用于通过填充还原性气体并利用气相还原方法还原所述金属膜表面的金属氧化物。本发明通过增加气相还原单元在还原性气体的作用下去除金属膜表面的金属氧化物，避免电极材料的金属膜在黄光清洗后在其表面产生的金属氧化物，使器件电学性能良好，保证了基板亮度均匀。

Description

一种清洗装置及清洗方法
技术领域
本发明涉及清洗领域，尤其涉及一种清洗装置及清洗方法。
背景技术
面板显示行业中，常规的阵列制程黄光(Photo)清洗段包括：有机颗粒去除单元(EUV)、药液单元、毛刷单元(Brush)、二流体清洗单元(AAJET)、水洗单元和风刀除水单元。
随着大尺寸及高分辨率的薄膜晶体管液晶显示器市场需求的增加，采用低电阻率的铜(Cu)取代铝(Al)作为电极材料来避免电阻电容(RC)延迟风险已成为行业的普遍做法。与Al制程相比，由于Cu易被氧化，Cu制程基板在进行常规的黄光清洗后，表面会被氧化，使器件电学性能受到影响，严重地，在整个基板上会有很多点状和纹状亮度不均匀(Mura)现象，导致产品品质不良。
面板显示行业，由于在常规黄光段清洗方法会造成电极材料的金属膜被氧化腐蚀而导致品质不良。
发明内容
本发明提供一种新的清洗装置及清洗方法，通过增加气相还原单元可有效避免电极材料的金属膜在黄光清洗后在其表面产生的金属氧化物，使器件电学性能良好，保证了基板亮度均匀。
为了实现以上目的，本发明提供了一种清洗装置，用于传送并清洗表面带有金属膜的基板，包括有机颗粒去除单元、气相还原单元、药液中和单元、无机颗粒去除单元以及风刀除水单元。具体的讲，在清洗时表面带有金属膜的基板进入所述有机颗粒去除单元，经过紫外线照射去除所述金属膜上的粒子；所述气相还原单元的入口与所述有机颗粒去除单元的出口连接，用于通过填充还原性气体并利用气相还原方法还原所述金属膜表面的金属氧化物；所述药液中和单元的入口与所述气相还原单元的出口连接，用于喷淋药液中和附着于所述金属膜表面的酸性物质或碱性物质；所述无机颗粒去除单元的入口与所述药液中和单元的出口连接，用于去除所述金属膜表面的无机粒子；所述风刀除水单元的入口与所述无机颗粒去除单元的出口连接，用于除去所述金属膜表面上含杂质的清洗液。
进一步地，所述金属膜的材料包括铜。
进一步地，所述气相还原方法包括高温高压还原法或真空等离子还原法。
进一步地，所述无机颗粒去除单元包括毛刷单元、二流体清洗单元以及水洗单元。具体的讲，所述毛刷单元的入口与所述药液中和单元的出口连接，用于去除所述金属膜表面的大颗粒和小颗粒的无机粒子；所述二流体清洗单元的入口与所述毛刷单元的出口连接，用于去除所述金属膜表面的小颗粒粒子；所述水洗单元的入口与所述二流体清洗单元的出口连接，用于再次清洗所述金属膜表面上的无机粒子。
本发明还提供了一种清洗方法，包括以下步骤：
设置清洗装置步骤，设置一清洗装置，用于传送并清洗表面带有金属膜的基板，包括依次首尾相接的有机颗粒去除单元、气相还原单元、药液中和单元、无机颗粒去除单元以及风刀除水单元；
有机颗粒去除步骤：在所述有机颗粒去除单元内通过紫外线照射去除所述金属膜上的有机粒子；
还原金属氧化物步骤：在所述气相还原单元内通过填充还原性气体还原所述金属膜表面的金属氧化物；
中和步骤：在所述药液中和单元内喷淋药液中和附着于所述金属膜表面的酸性物质或碱性物质；
无机颗粒去除步骤：在无机颗粒去除单元内去除所述金属膜表面的无机粒子；以及
除水干燥步骤：在风刀除水单元内除去所述金属膜表面上含杂质的清洗液。
进一步地，所述无机颗粒去除步骤还包括：
毛刷清理步骤，在毛刷单元内去除所述金属膜表面的大颗粒有机粒子及无机粒子；
二流体清洗步骤，在二流体清洗单元内去除所述金属膜表面的小颗粒无机粒子；以及
水洗步骤，在水洗单元内再次清洗所述金属膜表面上的无机粒子。
进一步地，所述气相还原方法包括高温高压还原法和真空等离子还原法。
进一步地，所述高温高压还原法包括如下步骤：
所述基板进入密封腔；
对所述密封腔进行第一次抽真空；
抽真空后在所述密封腔中充入还原性气体，所述基板在还原性气体的作用下进行还原反应；
对所述密封腔进行第二次抽真空；
对所述密封腔充入空气并处于常压状态；以及
所述基板离开所述密封腔。
进一步地，所述真空等离子还原法包括如下步骤：
所述基板进入密封腔；
对所述密封腔进行抽真空；
抽真空后在所述密封腔中充入还原性气体，所述还原性气体在射频电源下形成等离子体，所述基板在所述等离子体的作用下进行还原反应；
对所述密封腔充入空气并处于常压状态；以及
所述基板离开所述密封腔。
进一步地，所述还原性气体为H2、CO、H2S、NH3中的任一种。
本发明的有益效果是：通过提供一种清洗装置及清洗方法，在紫外线照射后增加气相还原单元，通过还原性气体的作用，去除金属膜表面的金属氧化物，避免电极材料的金属膜在黄光清洗后在其表面产生的金属氧化物，使器件电学性能良好，保证了基板亮度均匀。
附图说明
下面结合附图，通过对本申请的具体实施方式详细描述，将使本申请的技术方案及其它有益效果显而易见。
图1为本发明实施例中一种清洗装置的结构示意图；
图2为本发明实施例中一种清洗方法的流程图；
图3为图2中所述无机颗粒去除步骤的流程图。
其中附图中的部分标识如下：
1、有机颗粒去除单元，2、气相还原单元，3、药液中和单元，4、无机颗粒去除单元，5、风刀除水单元，10、基板，41、毛刷单元，42、二流体清洗单元，43、水洗单元，100、清洗装置。
具体实施方式
下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请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申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，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。
如图1所示，本发明实施例提供一种清洗装置100，用于传送并清洗表面带有金属膜的基板10，其包括依次首尾相接的有机颗粒去除单元1、气相还原单元2、药液中和单元3、无机颗粒去除单元4、风刀除水单元5。所述基板10依次通过所述有机颗粒去除单元1、所述气相还原单元2、所述药液中和单元3、所述无机颗粒去除单元4、所述风刀除水单元5进行清洗。其中所述无机颗粒去除单元4包括依次首尾相接的毛刷单元41、二流体清洗单元42、水洗单元43。
在生产过程中，带有金属膜的基板10表面受外部环境影响附着有机物、无机物，所述金属膜优选为铜，因此所述基板10表面还包括铜的氧化物，在下述的金属膜即为铜膜。所述基板10首先进入所述有机颗粒去除单元1，该有机颗粒去除单元1中使用紫外线照射金属膜，在紫外线的照射下金属膜表面发生如下反应：
CmHnOk+O*→CO2+H2O+H+，
其中hv代表紫外线，CmHnOk代表有机物，O*代表游离的氧原子。
在上述反应中，氧气在紫外线照射下变成臭氧和游离的氧原子，金属膜表面的有机物与游离的氧原子反应形成二氧化碳、水和酸性物质，从而去除金属膜基本表面的有机物。其中金属膜表面的氧化物为氧化亚铜和氧化铜，在紫外线照射氧气变成臭氧的过程中，金属膜表面也在发生着如下反应：
Cu2O+O*→CuO，
CuO+2H+→Cu2++H2O，
氧化亚铜与游离的氧原子反应生成氧化铜，氧化铜在酸性物质的作用下，生成游离的铜离子。
所述基板10在有机颗粒去除单元1中去除有机颗粒后，进入所述气相还原单元2，所述气相还原单元2中填充了还原性气体，并通过高温高压还原法或真空等离子还原法还原金属膜表面的氧化亚铜和氧化铜。此处发生的化学反应为CuOx→Cu+xO2-。通过在还原性气体的作用，去除所述金属膜表面的金属氧化物，避免电极材料的金属膜在黄光清洗后在其表面产生的金属氧化物。
所述基板10离开所述气相还原单元2后进入所述药液中和单元3，所述药液中和单元3喷淋药液能够中和附着于金属膜表面的酸性物质或碱性物质，并且能够使金属膜表面的铜离子形成沉淀物，沉淀物生成的化学反应如下：
Cu2++2OH-→Cu(OH)2。
所述基板10离开所述药液中和单元3后进入所述无机颗粒去除单元4，去除金属膜基板10表面的无机粒子。
所述基板10进入无机颗粒去除单元4后，依次通过所述毛刷单元41、所述二流体清洗单元42和所述水洗单元43。在所述毛刷单元41内通过毛刷刷去金属膜表面的大颗粒无机粒子。在所述二流体清洗单元42内利用二流体方式去除所述金属膜表面的小颗粒无机粒子；二流体是利用压缩空气高速流动的原理，使液体变微粒化的一种高压喷淋方式，二流体即空气与液体的混合喷淋，可大大提高蚀刻速率与均匀度，二流体喷嘴也叫双流体喷嘴，顾名思义，液体与气体共同作用于喷嘴达到好的雾化效果，所以亦称为气液混合喷嘴，利用压缩空气高速流动原理的二流体喷嘴能够使液体微粒化的达到10um以下并且调整其液体流量，因此粒径比较大的异物可以通过二流体喷嘴去除。在所述水洗单元43内通过水洗去除金属膜表面上的无机粒子。
所述基板10离开所述水洗单元43后进入所述风刀除水单元5，通过风刀的作用除去金属膜表面上含杂质的清洗液。
本实施例在紫外线照射后增加气相还原单元2，通过还原性气体的作用去除金属膜表面的金属氧化物，使器件电学性能良好，保证了基板10亮度均匀。
如图2所示，本发明还提供一种清洗方法，包括以下步骤S1-S6。
S1、设置清洗装置步骤，设置一清洗装置100，用于传送并清洗表面带有金属膜的基板10，包括依次首尾相接的有机颗粒去除单元1、气相还原单元2、药液中和单元3、无机颗粒去除单元4毛刷单元41以及风刀除水单元5。
S2、有机颗粒去除步骤，在所述有机颗粒去除单元1内通过紫外线照射去除所述金属膜上的有机粒子；在所述有机颗粒去除单元1中使用紫外线照射金属膜，在紫外线的照射下金属膜表面发生如下反应。
CmHnOk+O*→CO2+H2O+H+，
其中hv代表紫外线，CmHnOk代表有机物，O*代表游离的氧原子。
在上述反应中，氧气在紫外线照射下变成臭氧和游离的氧原子，金属膜表面的有机物与游离的氧原子反应形成二氧化碳、水和酸性物质，从而去除金属膜基本表面的有机物。
金属膜表面的氧化物为氧化亚铜和氧化铜，在紫外线照射氧气变成臭氧的过程中，金属膜表面也在发生着如下反应：
Cu2O+O*→CuO，
CuO+2H+→Cu2++H2O，
氧化亚铜与游离的氧原子反应生成氧化铜，氧化铜在酸性物质的作用下，生成游离的铜离子。
S3、还原金属氧化物步骤，在所述气相还原单元2内通过填充还原性气体还原所述金属膜表面的金属氧化物。通过在还原性气体的作用，去除金属膜表面的金属氧化物，避免电极材料的金属膜在黄光清洗后不被氧化腐蚀。
S4、中和步骤，在所述药液中和单元3内喷淋药液中和附着于所述金属膜表面的酸性物质或碱性物质，能够使金属膜表面的铜离子形成沉淀物，沉淀物生成的化学反应为：Cu2++2OH-→Cu(OH)2。
S5、无机颗粒去除步骤，在无机颗粒去除单元4内去除所述金属膜表面的无机粒子。
S6、除水干燥步骤，在风刀除水单元5内除去所述金属膜表面上含杂质的清洗液。
如图1所示，所述无机颗粒去除单元4包括依次首尾相接的毛刷单元41、二流体清洗单元42、水洗单元43。如图3所示，所述无机颗粒去除步骤S5还包括如下步骤：
S51、毛刷清理步骤，在所述毛刷单元41内去除所述金属膜表面的大颗粒有机粒子及无机粒子；
S52、二流体清洗步骤，在二流体清洗单元42内去除所述金属膜表面的小颗粒无机粒子；二流体是利用压缩空气高速流动的原理，使液体变微粒化的一种高压喷淋方式，二流体即空气与液体的混合喷淋，可大大提高蚀刻速率与均匀度。二流体喷嘴也叫双流体喷嘴，顾名思义，液体与气体共同作用于喷嘴达到好的雾化效果，所以亦称为气液混合喷嘴，利用压缩空气高速流动原理的二流体喷嘴能够使液体微粒化的达到10um以下并且调整其液体流量，因此粒径比较大的异物可以通过二流体喷嘴去除；以及
S53、水洗步骤，在水洗单元43内再次清洗所述金属膜表面上的无机粒子。
本实施例中，所述气相还原方法包括高温高压还原法和真空等离子还原法。
其中，所述高温高压还原法包括如下步骤：
所述基板10进入所述密封腔；所述密封腔的温度为150℃-250℃，优选为200℃，压力为0.5Mpa-1.5Mpa，优选为1Mpa；
对所述密封腔进行第一次抽真空；
抽真空后在所述密封腔中充入还原性气体，所述基板10在还原性气体的作用下进行还原反应；所述还原反应的反应时间为120秒-360秒；所述还原性气体为H2、CO、H2S、NH3中的任一种；以H2为例，其反应机理如下:
H2+M→H2M，2xH*+CuOx→Cu+xH2O，其中M代表金属，H*代表游离的氢原子，其总的反应式为CuOx→Cu+xO2-；
对所述密封腔进行第二次抽真空；
对所述密封腔充入空气并处于常压状态；以及
所述基板10离开所述密封腔。
本实施例中，所述真空等离子还原法包括如下步骤：
所述基板10进入所述密封腔；
对所述密封腔进行抽真空；
抽真空后在所述密封腔中充入还原性气体，所述还原性气体在射频电源下形成等离子体，所述基板10在所述等离子体的作用下进行还原反应；所述还原反应的反应时间为120秒-360秒；所述还原性气体为H2、CO、H2S、NH3中的任一种；以H2为例，其反应机理如下:
2xH*+CuOx→Cu+xH2O，其中H*代表游离的氢原子，其总的反应式为CuOx→Cu+xO2-；
对所述密封腔充入空气并处于常压状态；以及
所述基板10离开所述密封腔。
本发明的有益效果是：通过提供一种清洗装置及清洗方法，在紫外线照射后增加气相还原单元，通过还原性气体的作用，去除金属膜表面的金属氧化物，避免电极材料的金属膜在黄光清洗后不被氧化腐蚀，使器件电学性能良好，保证了基板亮度均匀。
以上对本申请实施例所提供的一种清洗装置及清洗方法进行了详细介绍，本文中应用了具体个例对本申请的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本申请的方法及其核心思想；同时，对于本领域的技术人员，依据本申请的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本申请的限制。

Claims (9)

1.一种清洗装置，用于传送并清洗表面带有金属膜的基板，其特征在于，包括：
有机颗粒去除单元，在清洗时表面带有金属膜的基板进入所述有机颗粒去除单元，经过紫外线照射去除所述金属膜上的粒子；
气相还原单元，其入口与所述有机颗粒去除单元的出口连接，用于通过填充还原性气体并利用气相还原方法还原所述金属膜表面的金属氧化物；
药液中和单元，其入口与所述气相还原单元的出口连接，用于喷淋药液中和附着于所述金属膜表面的酸性物质或碱性物质；
无机颗粒去除单元，其入口与所述药液中和单元的出口连接，用于去除所述金属膜表面的无机粒子；以及
风刀除水单元，其入口与所述无机颗粒去除单元的出口连接，用于除去所述金属膜表面上含杂质的清洗液；
其中，金属膜的材料包括铜。
2.根据权利要求1所述的清洗装置，其特征在于，所述气相还原方法包括高温高压还原法或真空等离子还原法。
3.根据权利要求1所述的清洗装置，其特征在于，所述无机颗粒去除单元包括：
毛刷单元，其入口与所述药液中和单元的出口连接，用于去除所述金属膜表面的大颗粒无机粒子；
二流体清洗单元，其入口与所述毛刷单元的出口连接，用于去除所述金属膜表面的小颗粒无机粒子；以及
水洗单元，其入口与所述二流体清洗单元的出口连接，用于再次清洗所述金属膜表面上的无机粒子。
4.一种清洗方法，其特征在于，包括以下步骤：
设置清洗装置步骤，设置一清洗装置，用于传送并清洗表面带有金属膜的基板，所述金属膜的材料包括铜，所述清洗装置包括依次首尾相接的有机颗粒去除单元、气相还原单元、药液中和单元、无机颗粒去除单元以及风刀除水单元；
有机颗粒去除步骤：在所述有机颗粒去除单元内通过紫外线照射去除所述金属膜上的有机粒子；
还原金属氧化物步骤：在所述气相还原单元内填充还原性气体通过气相还原方法还原所述金属膜表面的金属氧化物；
中和步骤：在所述药液中和单元内喷淋药液中和附着于所述金属膜表面的酸性物质或碱性物质；
无机颗粒去除步骤：在无机颗粒去除单元内去除所述金属膜表面的无机粒子；以及
除水干燥步骤：在风刀除水单元内除去所述金属膜表面上含杂质的清洗液。
5.根据权利要求4所述的清洗方法，其特征在于：所述无机颗粒去除步骤还包括：
毛刷清理步骤，在毛刷单元内去除所述金属膜表面的大颗粒无机粒子；
二流体清洗步骤，在二流体清洗单元内去除所述金属膜表面的小颗粒无机粒子；以及
水洗步骤，在水洗单元内再次清洗所述金属膜表面上的无机粒子。
6.根据权利要求4所述的清洗方法，其特征在于，所述气相还原方法包括高温高压还原法或真空等离子还原法。
7.根据权利要求6所述的清洗方法，其特征在于，所述高温高压还原法包括如下步骤：
所述基板进入密封腔；
对所述密封腔进行第一次抽真空；
抽真空后在所述密封腔中充入还原性气体，所述基板在还原性气体的作用下进行还原反应；
对所述密封腔进行第二次抽真空；
对所述密封腔充入空气并处于常压状态；以及
所述基板离开所述密封腔。
8.根据权利要求6所述的清洗方法，其特征在于，所述真空等离子还原法包括如下步骤：
所述基板进入密封腔；
对所述密封腔进行抽真空；
抽真空后在所述密封腔中充入还原性气体，所述还原性气体在射频电源下形成等离子体，所述基板在所述等离子体的作用下进行还原反应；
对所述密封腔充入空气并处于常压状态；以及
所述基板离开所述密封腔。
9.根据权利要求4所述的清洗方法，其特征在于，所述还原性气体为H2、CO、H2S、NH3中的任一种。
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