CN1908793A - 一种刻蚀液浓度的监控方法 - Google Patents
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Abstract
一种刻蚀液浓度的监控方法，用以监控一持续反应的刻蚀液浓度，其步骤包括：首先在第一时间利用一循环泵抽取一定量的刻蚀液样本，采用滴定法测量所述刻蚀液样本的酸碱值变化量，依据酸碱当量点判断所述刻蚀液在第一时间的消耗量，最后回补所述消耗量的刻蚀液成分使其浓度维持稳定。本发明可以将刻蚀液有效浓度维持在精准的范围内以提高刻蚀品质，以及在不汰换所述刻蚀液的状况下持续作业以提高制备工艺效率。
Description
技术领域
本发明涉及一种刻蚀液浓度的监控方法，特别是指一种可以使刻蚀液在反应过程中浓度维持稳定的监控方法。
背景技术
液晶显示器主要利用制作在玻璃基板的阵列电路(Array)，利用所述阵列电路内部的多个薄膜晶体管(TFT)做为控制像素(Pixel)明亮的开关元件，使液晶显示器达到图像显示的效果。
请参阅图1所示，其为现有薄膜晶体管的结构示意图，图中薄膜晶体管包括一栅极5形成在一玻璃基板1之上，一栅绝缘层2形成在所述栅极5之上，在所述绝缘层2的上方则形成有一非晶硅沟道3，又在所述非晶硅沟道3的二侧则分别形成有一掺杂半导体层4，在其中一侧的掺杂半导体层上方则形成一源极111，在另一侧的掺杂半导体层上方则形成一漏极112。
在薄膜晶体管的制作工艺中，栅极一般称为第一金属层，其使用的材质通常为铝或其合金，其形成方式主要是先利用等离子体化学气相沉积方式在玻璃基板表面形成第一金属层，再通过光刻工艺定义出栅极结构，其中铝(第一金属层)的刻蚀方式主要是通过刻蚀液进行湿式刻蚀，在各种不同的刻蚀液当中，以硝酸、磷酸及醋酸三种酸所组成的混合溶液(俗称：铝酸)刻蚀速率最为稳定，目前已广泛地应用在薄膜晶体管的第一金属层的刻蚀工艺中。
第一金属层在刻蚀的过程中，铝酸中所含的硝酸与醋酸会和铝产生化学作用而造成浓度下降，由于铝酸浓度与刻蚀的速率有密切的关联，铝酸浓度的改变也会影响到第一金属层的刻蚀品质，然而，现有技术在刻蚀的过程中，并没有针对铝酸的浓度监控提出一套有效的解决方案，而是从刻蚀后的结果中发现铝酸已达到失效浓度之后，才进行铝酸的汰换(如图2所示)。其结果将导致第一金属层刻蚀的品质不佳，而影响TFT-LCD整体制备工艺的良品率，并且会产生以下缺点：
因为所述第一金属层刻蚀的品质不佳导致金属薄膜的形状不均匀故造成所述玻璃基板必须报废，从而造成成本浪费。为避免铝酸浓度达到失效浓度，造成产品大量报废，必须在浓度失效前进行铝酸药液的汰换，除了资源的浪费也影响到环保的问题。
因此，如何针对现有的缺点，在刻蚀的过程中对铝酸的浓度监控提出一个有效果方法，是一个急待解决的问题。
发明内容
本发明的主要目的在于提供一种刻蚀液浓度的监控方法，其可以使刻蚀液在刻蚀的过程中，维持在有效的浓度范围内以提高刻蚀品质，大幅延长药液的使用寿命。
为了实现所述的目的，本发明的技术方案为：
一种刻蚀液浓度的监控方法，适用于一持续反应的刻蚀液的监控，其包括如下步骤：
A.在第一时间抽取一定量的刻蚀液样本；
B.使用乙二醇稀释刻蚀液；
C.采用滴定法测量所述刻蚀液样本的酸碱值当量点；
D.依据酸碱值当量点的滴定量，计算第一时间的刻蚀液浓度；
E.在第二时间抽取一定量的刻蚀液样本；
F.使用乙二醇稀释刻蚀液；
G.采用滴定法测量所述刻蚀液样本的酸碱值当量点；
H.依据酸碱值当量点的滴定量，计算第二时间的刻蚀液浓度；
I.依据第二时间与及第一时间的浓度差值，补充刻蚀液消耗自由基的成分，使刻蚀液恢复到第一时间的刻蚀能力。
所述刻蚀液在第一时间的消耗量是通过一浓度测量装置进行测量。
所述浓度测量装置还包括一补酸泵用以回补所述消耗量的刻蚀液成份使其浓度维持稳定。
一种刻蚀液浓度的监控方法，适用于一持续反应的刻蚀液的监控，其包括如下步骤：
A.在第一时间抽取一定量的刻蚀液样本；
B.使用乙二醇稀释刻蚀液；
C.采用滴定法测量所述刻蚀液样本的酸碱值当量点；
D.依据酸碱值当量点的滴定量，计算第一时间的刻蚀液浓度；
E.在第二时间抽取一定量的刻蚀液样本；
F.使用乙二醇稀释刻蚀液；
G.采用滴定法测量所述刻蚀液样本的酸碱值当量点；
H.依据酸碱值当量点的滴定量，计算第二时间的刻蚀液浓度；
I.根据第一时间与第二时间的浓度变化与及药液的刻蚀时间，预估药液的正常消耗速度；
J.依据第二时间与及第一时间的浓度差值与及预估的药液消耗速度，补充刻蚀液消耗自由基的成分，使刻蚀液稳定维持在第一时间的刻蚀能力。
所述刻蚀液在第一时间的消耗量是通过一浓度测量装置进行测量。
所述浓度测量装置还包括一补酸泵用以回补所述消耗量的刻蚀液使其浓度维持稳定。
一种刻蚀液浓度的监控方法，适用于一持续反应的刻蚀液的监控，其包括如下步骤：
A.预设一刻蚀液的消耗速度；
B.在刻蚀液第一时间反应的同时，以所述预设消耗速度回补化学药液；
C.在第一时间抽取一定量的刻蚀液样本；
D.使用乙二醇稀释刻蚀液；
E.采用滴定法测量所述刻蚀液样本的酸碱值当量点；
F.依据酸碱值当量点的滴定量，计算第一时间的刻蚀液浓度；
G.在第二时间抽取一定量的刻蚀液样本；
H.使用乙二醇稀释刻蚀液；
I.采用滴定法测量所述刻蚀液样本的酸碱值当量点；
J.依据酸碱值当量点的滴定量，计算第二时间的刻蚀液浓度；
K.根据第一时间与第二时间的浓度变化与及药液的刻蚀时间，修正药液的消耗速度；
L.依据第二时间与及第一时间的浓度差值与及修正的药液消耗速度，补充刻蚀液消耗自由基的成分，使刻蚀液稳定维持在第一时间的刻蚀能力。
预设一消耗速度回补刻蚀液是根据100％的预测值或是其它比例的预测值。
所述刻蚀液在第一时间的消耗量是通过一浓度测量装置进行测量。
所述浓度测量装置还包括一补酸泵用以回补消耗量的刻蚀液使其浓度维持稳定。
本发明的刻蚀液浓度的监控方法，第一实施例是以薄膜晶体管的制备工艺中利用铝酸对第一金属层的铝薄膜进行刻蚀为例，其步骤包括：首先利用一循环泵(Pump)在第一时间T1抽取一定量的刻蚀液样本，利用搅拌方式调整所述刻蚀液样本使其浓度均匀，再通过乙二醇稀释刻蚀液样品，通过pH值计量器及碱液当量滴定装置，测量所述刻蚀液样本的硝酸、醋酸与及磷酸自由基的比例，依据所述自由基的变化量判断所述刻蚀液在第一时间T1自由基的消耗量，在第二时间T2利用补酸泵回补自由基的消耗量，以维持药液的刻蚀能力，而后重复测量与及补酸的动作。
第二实施例，其步骤包括：首先利用一循环泵(Pump)在第一时间T1抽取一定量的刻蚀液样本，利用搅拌方式调整所述刻蚀液样本使其浓度均匀，再通过乙二醇稀释刻蚀液样品，通过pH值计量器及碱液当量滴定装置，测量所述刻蚀液样本的硝酸、醋酸与及磷酸自由基的比例，依据所述自由基的变化量判断所述刻蚀液在第一时间T1自由基的消耗量，在第二时间T2利用补酸泵回补自由基的消耗量，以维持药液的刻蚀能力，而后以上一时间的酸液自由基消耗量，估算酸液消耗量，补酸、刻蚀与及测量同时进行，降低刻蚀液自由基的变化量，提升药液刻蚀的稳定性。
第三实施例，其步骤包括：首先由计算机依据多次量测的归纳值或是经验的归纳值(预测值)预设刻蚀液一开始的消耗速度，所述刻蚀液在反应开始时，即以所述预测值回补刻蚀液以及预测所述消耗速度，持续添加刻蚀液至第一时间T1为止，在第一时间T1抽取一定量的刻蚀液样本，利用搅拌方式调整所述刻蚀液样本使其浓度均匀，再通过乙二醇稀释刻蚀液样品，通过pH值计量器及碱液当量滴定装置，测量所述刻蚀液样本的硝酸、醋酸与及磷酸自由基的比例，依据所述自由基的变化量判断所述刻蚀液在第一时间T1自由基的消耗量，第二时间T2利用补酸泵回补自由基的消耗量，以维持药液的刻蚀能力，而后以上一时间的酸液自由基消耗量及修正参数(例如Proportional-Integral-Derivative control或是依据之前的修正经验)，进行酸液消耗量的预估，补酸、刻蚀与及量测同时进行，降低刻蚀液自由基的变化量，提升药液刻蚀的稳定性。
本发明可以将刻蚀液有效浓度维持在精准的范围内以提高刻蚀品质，以及在不汰换所述刻蚀液的状况下持续作业以提高制备工艺效率，并大幅延长药液的使用寿命。
附图说明
图1为现有薄膜晶体管的结构示意图；
图2为现有技术的铝酸随时间下降的曲线图标意图；
图3为本发明的刻蚀液浓度的监控装置示意图；
图4为本发明的浓度测量装置示意图；
图5A为本发明的测量后调整药液浓度差值型流程图；
图5B为本发明的测量后调整药液浓度差值型示意图；
图6A为本发明的多次测量的归纳值型流程图；
图6B为本发明的多次测量的归纳值型示意图；
图7A为本发明的预测添加值与测量修正值混用型流程图；
图7B为本发明的预测添加值与测量修正值混用型示意图。
主要附图标号说明：
1-玻璃基板 2-绝缘层
3-非晶硅沟道 4-掺杂半导体层
5-栅极 111-源极
112-漏极 21-刻蚀液槽
22-循环泵 23-工艺泵
211-药液管路 25-浓度调整装置
26-浓度测量装置 27-浓度控制器
31-搅拌装置 32-酸碱值计量器
33-取样管路 34-补酸泵及碱液当量滴定装置
221-循环管路 231-工艺管路
具体实施方式
本发明揭露一种刻蚀液浓度的监控方法，其可以将刻蚀液有效浓度维持在精准的范围内以提高刻蚀品质，以及在不汰换所述刻蚀液的状况下持续作业以提高制备工艺效率，本发明的较佳实施例以及其相关实施方式将通过以下内容做一详细说明。
请参阅图3所示，其为本发明的刻蚀液浓度的监控装置示意图，其包括：一刻蚀液槽21、一工艺泵23、一循环泵22、一浓度调整装置25、一浓度测量装置26以及一浓度控制器27。
刻蚀液槽21中储存有一定量的刻蚀液，本发明是以铝酸为例，铝酸中包含磷酸、硝酸、醋酸，可用以刻蚀薄膜晶体管制备工艺中第一金属层的铝薄膜。
工艺泵23是利用一工艺管路231与刻蚀液槽21相连接，并抽取其中的刻蚀液(铝酸)对铝薄膜进行刻蚀反应，反应后的刻蚀液则通过循环泵22抽回，经过循环管路221送回刻蚀液槽21中回收再利用。
浓度调整装置25与刻蚀液槽21之间利用一药液管路211相连接，所述浓度调整装置25可利用循环泵22抽取一定量的刻蚀液样本，利用搅拌方式调整所述刻蚀液样本使其浓度均匀，再通过乙二醇稀释刻蚀液样品，经过浓度控制器27将样本维持在稳定的浓度下，输送至浓度量测装置26进行浓度量测。
请参阅图4所示，其为浓度量测装置的示意图，其包括一搅拌装置31、一PH值计量器32、一碱液当量滴定装置及补酸泵34以及一取样管路33。
搅拌装置31的主要功能在于保持刻蚀液样本浓度的均匀性，PH值计量器32及碱液当量滴定装置34可以测量刻蚀液中酸性自由基的当量浓度(硝酸、醋酸及磷酸)，取样管路33可抽取一定量的刻蚀液样本输送至一计算机进行测量，再通过补酸泵回补当量的酸液，输送回刻蚀液槽中，以维持刻蚀液浓度的稳定。
请参阅图5A所示，其为本发明的刻蚀液浓度的监控方法的第一实施例流程图(量测后调整刻蚀液浓度差值型)。本实施例中是以利用铝酸对第一金属层的铝薄膜进行刻蚀为例，其步骤包括如下：首先利用一循环泵(Pump)在第一时间T1抽取一定量的刻蚀液样本(步骤S51)，利用搅拌方式调整所述刻蚀液样本使其浓度均匀，再通过乙二醇稀释刻蚀液样品，通过pH值计量器及碱液当量滴定装置，测量所述刻蚀液样本的硝酸、醋酸与及磷酸自由基的比例(步骤S52)，依据自由基的变化量判断所述刻蚀液在第一时间T1自由基的消耗量(步骤S53)，在第二时间T2利用补酸泵回补自由基的消耗量，以维持药液的刻蚀能力，而后重复量测与及补酸的动作(步骤S54)。
请参阅图5B所示(量测后调整刻蚀液浓度差值型)，其为依据本发明的第一实施例所获得的刻蚀液浓度监控的结果示意图，由图中可以看出，本实施例只要定时的监控刻蚀液浓度，和回补所消耗的刻蚀液，便可以将刻蚀液的浓度维持在有效范围内，以获得较佳的刻蚀品质，又刻蚀液中所消耗的酸液主要为硝酸和醋酸，因此所回补的酸液也以硝酸和醋酸为主。
请参阅图6A所示，其为本发明的刻蚀液浓度的监控方法的第二实施例流程图(多次量测的归纳值型)。其步骤包括：首先利用一循环泵(Pump)在第一时间T1抽取一定量的刻蚀液样本(步骤S61)，利用搅拌方式调整所述刻蚀液样本使其浓度均匀，再通过乙二醇稀释刻蚀液样品，通过pH值计量器及碱液当量滴定装置，测量所述刻蚀液样本的硝酸、醋酸与及磷酸自由基的比例(步骤S62)，依据自由基的变化量判断所述刻蚀液在第一时间T1自由基的消耗量(步骤S63)，在第二时间T2利用补酸泵回补自由基的消耗量(步骤S64)，以维持药液的刻蚀能力，而后以上一时间的酸液自由基消耗量，估算酸液消耗量，补酸、刻蚀与及量测同时进行，降低刻蚀液自由基的变化量，提升药液刻蚀的稳定性(步骤S65)。
请参阅图6B所示(多次量测的归纳值型)，其为依据本发明的第二实施例所获得的刻蚀液浓度监控的结果示意图，由图中可以看出，本实施例只要监控刻蚀液浓度，回补所消耗的刻蚀液以及依据所述消耗速度持续添加刻蚀液，便可以将刻蚀液的浓度维持在目标值内，以获得较佳的刻蚀品质，又刻蚀液中所消耗的酸液主要为硝酸和醋酸，因此所回补的酸液也以硝酸和醋酸为主。
请参阅图7A所示，其为本发明的刻蚀液浓度的监控方法的第三实施例流程图(预测添加值与量测修正值混用型)。其步骤包括：首先由计算机依据多次量测的归纳值或是经验的归纳值(预测值)预设刻蚀液一开始的消耗速度，所述刻蚀液在反应开始时，即以所述预测值回补刻蚀液以及预测所述消耗速度，持续添加刻蚀液至第一时间T1为止(步骤S71)，在第一时间T1抽取一定量的刻蚀液样本(步骤S72)，利用搅拌方式调整所述刻蚀液样本使其浓度均匀，再通过乙二醇稀释刻蚀液样品(S73)，通过pH值计量器及碱液当量滴定装置，测量所述刻蚀液样本的硝酸、醋酸与及磷酸自由基的比例(步骤S74)，依据自由基的变化量判断所述刻蚀液在第一时间T1自由基的消耗量(步骤S75)，第二时间T2利用补酸泵回补自由基的消耗量(步骤S76)，以维持药液的刻蚀能力，而后以上一时间的酸液自由基消耗量及修正参数(例如Proportional-Integral-Derivative control或是依据之前的修正经验)，进行酸液消耗量的预估，补酸、刻蚀与及测量同时进行，降低刻蚀液自由基的变化量，提升药液刻蚀的稳定性(步骤S77)。
请参阅图7B所示(预测添加值与测量修正值混用型)，其为依据本发明的第三实施例所获得的刻蚀液浓度监控的结果示意图。
由图中可以看出，本实施例只要预测一开始的刻蚀液下降浓度并回补所述下降的浓度以及预测消耗速度，持续添加刻蚀液至第一时间T1，并由第一时间T1定时的监控刻蚀液浓度，和回补所消耗的刻蚀液以及依据所述消耗速度持续添加刻蚀液，便可以将刻蚀液的浓度从一开始就维持在目标值内，以获得绝佳的刻蚀品质，又刻蚀液中所消耗的酸液主要为硝酸和醋酸，因此所回补的酸液也以硝酸和醋酸为主。
当然，以上所述仅为本发明的刻蚀液浓度的监控方法的较佳实施例，并非用以限制本发明的实施范围，任何熟悉本技术的人员在不违背本发明的精神所做的修改，均应属于本发明的范围，因此本发明的保护范围当以权利要求书请求保护的范围作为依据。
Claims (16)
1.一种刻蚀液浓度的监控方法，适用于一持续反应的刻蚀液的监控，其特征在于包括如下步骤：
A.在第一时间抽取一定量的刻蚀液样本；
B.采用滴定法测量所述刻蚀液样本的酸碱值当量点；
C.依据酸碱值当量点的滴定量，计算第一时间的刻蚀液浓度；
D.在第二时间抽取一定量的刻蚀液样本；
E.采用滴定法测量所述刻蚀液样本的酸碱值当量点；
F.依据酸碱值当量点的滴定量，计算第二时间的刻蚀液浓度；
G.依据第二时间与及第一时间的浓度差值，补充刻蚀液消耗自由基的成分，使刻蚀液恢复到第一时间的刻蚀能力。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述刻蚀液为磷酸、硝酸和醋酸的混合液。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述刻蚀液使用乙二醇稀释。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述刻蚀液在第一时间的消耗量是通过一浓度测量装置进行测量。
5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于：所述浓度测量装置还包括一补酸泵用以回补所述消耗量的刻蚀液成份使其浓度维持稳定。
6.一种刻蚀液浓度的监控方法，适用于一持续反应的刻蚀液的监控，其特征在于包括如下步骤：
A.在第一时间抽取一定量的刻蚀液样本；
B.采用滴定法测量所述刻蚀液样本的酸碱值当量点；
C.依据酸碱值当量点的滴定量，计算第一时间的刻蚀液浓度；
D.在第二时间抽取一定量的刻蚀液样本；
E.采用滴定法测量所述刻蚀液样本的酸碱值当量点；
F.依据酸碱值当量点的滴定量，计算第二时间的刻蚀液浓度；
G.根据第一时间与第二时间的浓度变化与及药液的刻蚀时间，预估药液的正常消耗速度；
H.依据第二时间与及第一时间的浓度差值与及预估的药液消耗速度，补充刻蚀液消耗自由基的成分，使刻蚀液稳定维持在第一时间的刻蚀能力。
7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于：所述刻蚀液为磷酸、硝酸和醋酸的混合液。
8.根据权利要求6所述的方法，其特征在于：所述刻蚀液使用乙二醇稀释。
9.根据权利要求6所述的方法，其特征在于：所述刻蚀液在第一时间的消耗量是通过一浓度测量装置进行测量。
10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于：所述浓度测量装置还包括一补酸泵用以回补所述消耗量的刻蚀液使其浓度维持稳定。
11.一种刻蚀液浓度的监控方法，适用于一持续反应的刻蚀液的监控，其特征在于包括如下步骤：
A.预设一刻蚀液的消耗速度；
B.在刻蚀液第一时间反应的同时，以所述预设消耗速度回补化学药液；
C.在第一时间抽取一定量的刻蚀液样本；
D.采用滴定法测量所述刻蚀液样本的酸碱值当量点；
E.依据酸碱值当量点的滴定量，计算第一时间的刻蚀液浓度；
F.在第二时间抽取一定量的刻蚀液样本；
G.采用滴定法测量所述刻蚀液样本的酸碱值当量点；
H.依据酸碱值当量点的滴定量，计算第二时间的刻蚀液浓度；
I.根据第一时间与第二时间的浓度变化与及药液的刻蚀时间，修正药液的消耗速度；
K.依据第二时间与及第一时间的浓度差值与及修正的药液消耗速度，补充刻蚀液消耗自由基的成分，使刻蚀液稳定维持在第一时间的刻蚀能力。
12.根据权利要求11所述的方法，其特征在于：所述刻蚀液使用乙二醇稀释。
13.根据权利要求11所述的方法，其特征在于：预设一消耗速度回补刻蚀液是根据100％的预测值或是其它比例的预测值。
14.根据权利要求11所述的方法，其特征在于：所述刻蚀液为磷酸、硝酸和醋酸的混合液。
15.根据权利要求11所述的方法，其特征在于：所述刻蚀液在第一时间的消耗量是通过一浓度测量装置进行测量。
16.根据权利要求15所述的方法，其特征在于：所述浓度测量装置还包括一补酸泵用以回补消耗量的刻蚀液使其浓度维持稳定。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C02 | Deemed withdrawal of patent application after publication (patent law 2001) | ||
| WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication |