第5章 Wet工艺.docx

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第5章Wet工艺

第五章WET工序

5.1WET工序的构成

TFT-LCD在Array段的制程通常会分为镀膜，曝光和蚀刻三道大的工序。

而蚀刻工序根据工艺和设备的不同又可以分为干蚀刻和湿蚀刻，即Dry工序和WET工序。

作为蚀刻工序的一种实现方式，WET工序详细来讲可以包括清洗，湿蚀刻和脱膜。

1.清洗：

包括初清洗和成膜前清洗。

初清洗即玻璃基板从PPbox中拆包之后，进行的第一道清洗，它的主要目的是为了清除玻璃基板表面本身携带的油污以及微尘颗粒。

成膜前清洗即在每一道成膜之前进行的清洗，目的虽然也是为了去除油污以及颗粒，但是这些杂质更多是由于外界污染造成，而去除这些杂质是为了成膜的顺利进行，提高成膜的品质。

2.湿蚀刻：

对于金属层和ITO导电层使用湿蚀刻进行蚀刻。

湿蚀刻是使用相应的金属蚀刻液和ITO蚀刻液对膜层进行腐蚀，可以去除掉不被光阻保护的部分，从而形成我们需要的线路结构。

3.脱膜：

无论干蚀刻还是湿蚀刻结束之后，都必须将所成线路上覆盖的光阻去除。

相应的会使用脱膜液将光阻分离出来并去除，保证下一道成膜顺利进行。

5.2WET工序（清洗.脱膜,蚀（湿）刻）的工艺原理

5.2.1清洗的工艺原理

在TFT-LCD的制程当中，清洗起到至关重要的作用。

清洗的主要目的就是去除玻璃基板表面的杂质和油污，使玻璃基板保持清洁，确保下一道制程的顺利和有效地进行。

在Array段，清洗可以分为初清洗（InitialClean）和成膜前清洗（Pre-depositionClean）。

相应的设备也分为初清洗机（InitialCleaner）和成膜前清洗机（Pre-depositionCleaner）。

InitialClean：

在将玻璃基板从PPBox拆包装之后（通常是由Unpack设备来完成）的第一道清洗。

InitialClean可以有效地去除玻璃基板拆包以后残留在表面的油污和细小的Particle。

Pre-depositionClean：

在每一次成膜之前进行的清洗。

所以又可以细分为Pre-PVDClean和Pre-CVDClean。

Pre-depositionClean可以去除玻璃基板在搬运过程当中环境造成的油污或者细小Particle，保证玻璃基板在每一次成膜之前是清洁的。

根据去除油污和颗粒的原理不同，可以分为以下几种清洗方法：

1.利用紫外线照射，去除玻璃基板表面的油污。

紫外线的发光源通常有UV灯和EUV灯等。

基本原理都是通过原子激发，放射出一定波长的紫外线，照射到玻璃基板表面，破坏油污分子结构。

同时将周围环境中的氧气转化为游离的氧离子或者臭氧分子，游离的氧离子和臭氧分子都具有很强的氧化性，也可以与油污等有机物杂质反应，从而去除油污。

2.利用毛刷的洗刷去除大颗粒的Particle。

在工作过程中，毛刷会保持一定的压入量，即玻璃基扳会压入刷毛内一定量，随着刷毛的高速旋转，再伴随着清洗剂的清洗，可以很好的去除大颗粒的Particle。

3.水洗。

水洗是清洗过程必不可少的部分。

水洗所使用的是去离子水DIW甚至是超纯水UPW。

根据清洗原理的不同，水洗又可以细分。

一种是利用二流体清洗，利用高压将通入了CDA的DIW或UPW喷出，这样会在水中形成大量的微小气泡，这种水气混合的形式称为二流体。

微小气泡接触玻璃基板迅速破裂，会在玻璃基板表面形成冲击力，从而将表面较顽固的颗粒打掉，随着高压流体冲洗掉。

另外一种是利用超声波振动源带动DIW或UPW振动，在玻璃基板表面形成水的空化气泡，就像眼镜店清洗眼镜的设备一样，随着高频振动的空化气泡不断冲刷，可以去除表面的顽固Particle。

各种去除玻璃基板表面的油污和颗粒的方法见下面的5.3节的详细叙述。

虽然清洗环节相对简单，但是对于产品的品质，以及对后续制程都是非常关键的。

5.2.1脱膜的工艺原理

图5-1

如图1所示，脱膜的主要作用就是在光刻完成后，将薄膜上面的光阻通

过化学试剂去处。

脱膜的工艺过程就是：

预湿处理（图5-2）→渗透（图5-3）→膨胀（图5-4）→分解（图5-5）

图5-2预湿处理（Entanglepolymer）

图5-3渗透（Stripperpenetrateintofreevolumeofpolymer）

图5-4膨胀（SwellingofPhotoresist）

图5-5分解（Dissolution）

图5-6

5.2.3蚀（湿）刻）的工艺原理

主要是通过将化学药液（酸）通过Spray,DIP等方式,处理已经显影坚膜的后有PR图案的Array基板，让化学药液与没有被光阻覆盖的金属膜接触并腐蚀掉这部分金属膜，保留下被PR覆盖的部分。

◇对于蚀刻反应有用的成分

　　・游离硝酸　　・游离醋酸　　・游离磷酸

AL刻蚀的反应

◇第一阶段（生成游离氧原子）

硝酸浓度偏高时，2个硝酸分子分解成２个NO2分子 1个（O）分子，一个H2O分子。

２ＨＮＯ３⇒２ＮＯ２＋（Ｏ）＋Ｈ２Ｏ　・・・・・１ （ＨＮＯ３浓度高时）

硝酸浓度偏低时，2个硝酸分子分解成２个NO分子3个（O）分子，一个H2O分子。

２ＨＮＯ３⇒２ＮＯ＋３（Ｏ）＋Ｈ２Ｏ　・・・・・２（ＨＮＯ３浓度低时）

◇第二阶段（生成中间体）

在没有醋酸的［Ｈ＋］共存的时候，2个铝原子与3个氧原子反应，形成氧化铝，

２Ａｌ＋３（Ｏ）　⇒　Ａｌ２Ｏ３　・・・・・３　（反应停止）

Ａｌ２Ｏ３会堆积在金属表面形成隔离层，使Al和O不能接触，化学反应不能继续进行，反应停止。

在有大量［Ｈ＋］存在的时，铝原子加上[H+]离子加上氧原子反应，形成[铝酸-]：

Ａｌ＋［Ｈ＋］＋２（Ｏ）　⇒　ＨＡｌＯ２－　・・・・・４　（生成中间态）

醋酸在刻蚀液中， 有［Ｈ＋］的缓冲效应，也有对金属表面起活性剂的作用。

◇第三阶段（中间体和酸的反应）

[铝酸-]与硝酸反应生成硝酸铝和水。

ＨＡｌＯ２－＋３ＨＮＯ３　⇒　Ａｌ（ＮＯ）３＋２Ｈ２Ｏ　・・・・・５

[铝酸-]与磷酸反应生成磷酸铝和水。

ＨＡｌＯ２－＋Ｈ３ＰＯ４　⇒　ＡｌＰＯ４＋２Ｈ２Ｏ　・・・・・６

◇蚀刻液中的共存成分

    ・主要成分：

硝酸・醋酸・磷酸

・反应生成物：

ＮＯ－・ＮＯ２－・ＨＡｌＯ２－・Ａｌ（ＮＯ３）３・ＡｌＰＯ４　ｅｔｃ

5.3WET工序（清洗.脱膜,蚀（湿）刻）设备构成和性能指标

5.3.1清洗的设备构成和性能指标

清洗设备根据不同的生产厂商会有不同的设计，因此清洗设备的构成差别也比较大。

但是，总的来说清洗设备基本包括以下几个单元：

1.EUV光照单元：

EUV即EximerUV，是波长为172nm的紫外线。

是由专门的EUVLamp发光产生。

作为清洗设备的一部分，EUV的主要功能是去除玻璃基板表面的有机物。

EUV的工作原理简单来讲是这样的：

EUVLamp发出172nm的紫外线，照射到玻璃基板表面。

玻璃基板表面的有机大分子会在紫外线的作用下解离成为无机小分子。

同时，环境中的O2分子会在172nm紫外线的照射下解离成为游离的氧原子或者O3分子。

无论是游离的氧原子还是O3分子都具有比较强的氧化性，可以与有机小分子反应生成水和二氧化碳。

2.Brush清洗单元：

利用旋转的毛刷清洗。

通常会使用上下两对毛刷，利用毛刷旋转的力，将玻璃基板表面附着力较强的污垢去除。

根据不同的需求，可以调整毛刷的高度，从而改变毛刷的压入量，这样可以增加或者减小去除Particle的能力。

但是需要注意的是：

用毛刷进行清洗的时候，不可以刷到镀有膜的玻璃，因为镀膜在毛刷的作用下，会受到划伤。

同时会有大量的膜层颗粒附着在毛刷表面，毛刷会成为清洗设备的Particle来源。

毛刷旋转的方向如下图。

之所以选择这种旋转方向是因为：

第一，上下毛刷的旋转方向相反，可以保证玻璃基板受力平衡，不至于错位或者滑动。

第二，这样的旋转方向，可以降低清洗剂的使用量。

第三，在设备维护保养的时候，可以让上下毛刷对刷，进行自我清洁。

3.CJ&BJ：

CJ=CavitationsJet，BJ=BubbleJet。

二者都是利用DIW或UPW和CDA混合，在较高的压力作用下喷射到玻璃基板表面，形成大量细小气泡，利用气泡破裂候产生的爆破力，将附着在玻璃基板表面的Particle去除掉。

与CJ和BJ原理类似的还有HyperMix以及HyperJet，其去除Particle的原理大同小异，都是利用高压下产生的细小气泡破裂冲击Particle，从而将其去除。

有时，HyperJet中会加入CO2，以增加UPW的导电性，避免高压冲刷下在玻璃基板表面形成静电。

4.MS：

MegaSonic。

由超声波震子震动，使通入的DIW产生同频率震动，并在出口处形成DIWCurtain，一次一次冲刷玻璃基板表面，从而去除Particle。

通常MS的频率为1.6MHz左右。

5.AirKnife单元：

在经过前序一系列清洗单元之后，最后玻璃基板需要经过风干的过程。

通常采用的是风刀的方式。

AirKnife通常分为上下部分，高压力的CDA从缝隙中吹出。

吹出的CDA可以将玻璃基板表面的水分吹干，从而起到干燥的效果。

一般上风刀的压力要比下风刀的压力大一些，防止玻璃基板被吹起，或者发生震动。

5.3.2脱膜的设备构成和性能指标

5.3.2.1入口模组（Entranceconveyormodule）

入口模组主要完成从前段工序接受基板，并将基板传输至剥离单元。

其各组成单元如下：

1）传输单元

主要动作为从前一单元接受基板，完成基板在该单元的传输并传送到下一单元。

使用传输辊轴进行传输，侧向辊轴进行排列。

2）溢出单元

在基板完成在该单元的处理动作后，将其传输到下一单元

3）辅助单元

该单元主要动作是对干燥空气的过滤处理并对干燥空气和N2的压力进行控制。

同时，利用图形传感器和振动传感器对电路板的传输进行控制。

5.3.2.2剥离前搬运轨道模组（Aircurtainconveyormodule）

本模组从入口搬运轨道模组接收基板，并滚动搬运到下一个模组。

本单元是隔离，剥离模组与外界环境的一个缓冲单元。

一般设有气帘。

组成单元：

1）传输单元

从前一单元接受基板，完成基板在该单元的传输并传送到下一单元。

使用传输辊轴进行传输，侧向辊轴进行排列。

2）辅助单元

利用图形传感器和振动传感器对基板的传输进行控制。

5.3.2.3高压剥离模组

（1）（HP-stripper1module）

该模块主要动作是用于接受前单元高速传输过来的基板，使用喷射的高压剥离液对基板进行剥离处理，从完成蚀刻的基板表面除去光阻的模组。

其各组成单元如下：

1）剥离进程单元

对经过预湿处理的基板，将剥离液喷射在它的表面，从完成蚀刻的基板表面除去光阻。

在处理过程中使用压力传感器，压力计以及过滤器对剥离液的纯度，压力进行控制。

2）温度控制单元

对剥离液的温度进行控制，温度范围为60~80℃，温差控制在3℃。

3）传输单元

接受前道工序传输过来的基板，在剥离过程中对基板进行传输处理，在剥离完成后，将其传输到下一单元。

使用传输辊轴，中间辊轴和顶部辊轴进行传输，使用侧向导向辊轴进行排列控制。

4）辅助单元

对剥离工序提供恒温的剥离液，空气纯水。

5.3.2.4高压剥离模组

（2）（HPstripper2module）

该模块主要动作是用于接受前单元高速传输过来的基板，使用喷射的高压剥离液对基板进行剥离处理，从完成蚀刻的基板表面除去光阻的模组。

搬运辊轴上部设有高压喷射嘴。

另外，还设有清洗上屏罩的内侧的纯水喷射嘴。

其组成单元与高压剥离模组

（1）单元相同。

5.3.2.5喷射剥离模组（spraystripmodule）

在接受到来自高压喷射剥离模组

（2）的基板后，该模组完成的主要动作是从设置在搬运辊轴上下的喷射嘴向基板正、反面喷射剥离液。

剥离液从设在模组下部的罐通过循环泵送入喷射嘴，使用过的处理液再次回收到罐中。

其组成部分如下：

1）进程单元

主要动作是从设置在搬运辊轴上下的喷射嘴向基板表、背面喷射剥离液。

剥离液从设在模组下部的罐通过循环泵送入喷射嘴，使用过的处理液再次回收到罐中。

2）温度控制单元

主要动作是对剥离液的温度进行控制，温度范围为60~80℃

3）传输单元

主要动作是接受前道工序传输过来的基板，在剥离过程中对基板进行传输处理，在剥离完成后，将其传输到下一单元。

使用传输辊轴，中间辊轴和顶部辊轴进行传输，使用侧向导向辊轴进行排列控制。

4）辅助单元

该单元的主要动作是对剥离工序提供恒温的剥离液，空气纯水。

5.3.2.6U型水洗模组（U-turnconveyormodule）

本单元是一个水洗功能的U型搬运轨道。

在接收侧、输送侧以及水平搬运部的上下面（水平搬运部只有上面）安装有喷嘴，一边搬运基板一边喷出纯水。

下部装有罐，通过循环泵的压力向喷嘴输送液体。

通过一系列水洗过程去除残留的剥离液。

同时使用辊轴的抬升与下降处理，完成基板的U型转弯动作。

水洗模组的组成部分如下：

1）传输单元

Ø从上一模组接收搬运来的基板，基板送入过程中用入口液体刀进行水洗处理。

传输如果采用倾斜姿势，则可以提升清洗效果，降低水使用量。

Ø提升转换辊轴并抬升基板（这时送出侧的转换辊轴上升）。

Ø旋转转换辊轴和水平搬运部的搬运辊轴，将基板搬运到送出侧。

搬运时，进行喷洗处理。

Ø降下送出侧的转换辊轴，将基板放到倾斜方式搬运辊轴上。

Ø旋转送出侧的搬运辊轴，将基板搬运到下一模组。

搬运过程中，进行喷洗

2）进程单元

在接收侧、输送侧以及水平搬运部的上下面（水平搬运部只有上面）安装有喷嘴，一边搬运基板一边喷出纯水。

下部装有罐，通过循环泵的压力向喷嘴输送液体。

通过一系列水洗过程去除残留的剥离液。

3）辅助单元

该单元的主要动作是对U-Turn清洗工序提供恒温空气，纯水。

5.3.2.7直水洗模组（HighPressure/AAJETRinseModule）

该模组主要动作是对完成剥离作用的基板进行水洗，去处剥离液的残留。

其主要单元结构如下：

1）进程单元

在相对于电路板行进方向，上游侧由循环水洗部、下游侧由直水洗部组成。

模组的下部安装了罐，罐的水洗水通过循环泵的压力送到循环水洗部的喷嘴。

使用后的液体再回到罐。

直水洗部将工厂直接供应的纯水通过上下的喷嘴喷出，对基板进行清洗。

2）传输单元

主要动作是接受前道工序传输过来的基板，在清洗过程中对基板进行传输处理，在清洗完成后，将其传输到下一单元。

使用传输辊轴，中间辊轴和顶部辊轴进行传输，使用侧向导向辊轴进行排列控制。

3）辅助单元

为进程单元提供循环纯水以及对水洗用的压力进行控制和调节。

5.3.2.8干燥模组（Airknifemodule）

该模组的主要工作是干燥水洗后的电路板。

从气刀向电路板的正反面吹出干燥空气除去水分进行干燥。

上下各安装了一台吹出干燥空气的裂缝式气刀。

5.3.2.9中性搬运轨道模组（Neutralconveyormodule）

该模组的主要动作是在单元与单元之间完成的搬运，是将从前一模组搬运过来的基板直接搬运到下一模组的搬运轨道。

5.3.2.10输出模组（Exitconveyormodule）

输出模组位于各单元后部并向下一单元运送基板的模组。

出口搬运轨道模组以倾斜方式搬运而来的基板转换为水平方式后待机。

由下游的MHU的机械臂取出在该位置的基板。

5.3.2.11供液模组（Supplytankmodule）

该模组主要是完成对脱膜用的药液进行加热处理，并将药液传输到各剥离单元。

5.3.3蚀（湿）刻）设备构成和性能指标

5.3.3.1蚀（湿）刻）设备的组成:

•INCVUNIT

•EUVUNIT

•NEUTRALUNIT

•ETCHUNIT1,2,3UNIT

•TANKUNIT

•RINSEUNIT（SWR1,2,3,4&F/R）

•A/KUNIT

•DRYUNIT1,2

•OUTCVUNIT

5.3.3.2蚀（湿）刻）设备的性能指标

●INCVUNIT:

主要作用是从Robot上接收基板。

当基板从Robot叉子上放置到INCV内搬送线上,Sensor检测到后，机械手退出。

通过Alignment机构将基板调整到Passline的位置，再通过搬送线送入下一单元。

需要注意Alignment机构的动作平稳,速度均匀,无冲击现象.

送出完毕后再向Robot发出送入要求，进行下一片基板的接收工作。

●EUVUNIT：

主要通过UVLamp照射，去除基板表面的有机物。

●NEUTRALUNIT：

该单元起到过渡作用。

入口和出口都有Shutter（遮光器）避免外部光线射入EUV和ETCH单元。

Shutter放下时，才可进行基板搬送。

●ETCHUNIT1,2,3

ETCHUNIT是对基板进行刻蚀的单元。

金属膜被药液腐蚀掉，留下被PR覆盖的部分，就是我们所需要的加工的Gate。

存放于下部TANK内的Chemical通过Pump加压，沿着管路,经过Filter过滤后,打入Bath中；Bath中又由传送带,LiquidKnife,Oscillation,Manifold,Dip等机构组成.Chemical经过多种方式接触到基板表面.通过化学反应对金属膜进行Etching。

●下部TANKUNIT：

下部tank主要用于存放Etching用的Chemical,并起温度调和槽的作用。

共有2个tank。

自动运行时通过设备参数来选择其中的一个tank工作，另一个tank用于液交换的备用。

●RINSEUNIT（SWR1,2,3,4&F/R）：

RINSEUNIT主要是清洗基板表面残余的化合物杂质。

主要由SWR1,2,3,4和F/R两部分组成：

SWRUNIT1,2,3,4是将Etching后的基板表面，经过4道循环水洗的工序进行清洗，去除基板表面残余的Chemical和化学合成物.

F/RUNIT是通过Facility直接供应的纯水对基板表面做最后一次清洗.

●A/KUNIT：

A/K风刀单元主要作用是吹去从水洗单元送过来的基板表面的积水.

●DRYUNIT1,2

DRYUNIT是在一般搬送的基础上曾加了FFU吹风单元。

能提高基板表面的的干燥效果。

入口的Ionizer装置（离子风）能去除基板表面的静电。

●EXITUNIT:

EXITUNIT基本与前面的DRY单元相同,也有FFU吹风装置干燥。

基板进入EXITUNIT的指定位置后搬送线停止并发出信号，等待LD/ULD机械手来取出基板。

5.4WET工序（清洗.脱膜,蚀（湿）刻）的主要工艺参数和工艺质量评价

5.4.1清洗的主要工艺参数和工艺质量评价

InitialCleaner工艺参数点

单元名称：

项目：

单位：

INconveyor

Dryairpressure

Mpa

EUVunit

N2pressure

Mpa

Hotexhaustpressure

Mpa

Acidexhaustpressure

Mpa

Aircurtainpressure

Mpa

Rollbrush

Showerflowrate

l/min

Brush1gaprate

Mm

Alkaliexhaustpressure

Mpa

Brush2gaprate

Mm

Alkaliexhaustpressure

Mpa

SWRunit

Showerflowrate

l/min

Wetexhaustpressure

Mpa

SBJunit

Showerflowrate

l/min

CDApressure

Mpa

Waterpressure

Mpa

Wetexhaustpressure

Mpa

F/Runit

Showerflowrate

l/min

Wetexhaustpressure

Mpa

Airknifeunit

Upperairknifepressure

Mpa

Lowerairknifepressure

Mpa

Outconveyor

CDApressure

Mpa

Pre-depoCleaner工艺参数点

单元名称：

项目：

单位：

INconveyor

Dryairpressure

Mpa

EUVunit

N2pressure

Mpa

Hotexhaustpressure

Mpa

Acidexhaustpressure

Mpa

Aircurtainpressure

Mpa

Rollbrush

Showerflowrate

l/min

Brushgaprate

Mm

Alkaliexhaustpressure

Mpa

F/Runit

Showerflowrate

l/min

Wetexhaustpressure

Mpa

Airknifeunit

Upperairknifepressure

Mpa

Lowerairknifepressure

Mpa

Outconveyor

CDApressure

Mpa

HFCleaner工艺参数点

单元名称：

项目：

单位：

INconveyor

Dryairpressure

Mpa

EUVunit

N2pressure

Mpa

Hotexhaustpressure

Mpa

Acidexhaustpressure

Mpa

Bufferunit

SEXexhaustpressure

Mpa

HFunit

HFshowerflowrate

l/min

SEXexhaustpressure

Mpa

SWRunit

Showerflowrate

l/min

Wetexhaustpressure

Mpa

Rollbrush

Showerflowrate

l/min

Brushgaprate

Mm

Waterpressure

Mpa

Wetexhaustpressure

Mpa

F/Runit

Showerflowrate

l/min

Wetexhaustpressure

Mpa

Airknifeunit

Upperairknifepressure

Mpa

Lowerairknifepressure

Mpa

Outconveyor

CDApressure

Mpa

工艺质量评估：

对于清洗设备来说，质量评估的内容有两个方面：

1.Particle数量。

检验清洗设备洗净能力的主要标准就是Particle的数量。

如果Particle的数量过多会造成成膜异常，甚至会造成线路的开路和短路。

对于4.5代生产线的玻璃基板来说，Particle通常会控制在总数100颗以内。

2.ContactAngel

ContactAngel即接触角。

在液体与固体平面接触的时候，液体的边缘会与固体平面形成一定的角度，此角度即接触角。

接触角的大小可以用来评估固体表面与此种液体的