专利名称：一种基于紫外光的干式清洗方法
技术领域：
本发明涉及TFT-1XD薄膜晶体管液晶显示器(Thin Film Transistor-LiquidCrystal Display)领域，特别涉及一种用于清洗TFT-1XD玻璃基板表面上有机污染物的紫外光清洗方法。
背景技术：
众所周知，随着光电子产业的迅猛发展，清洗工艺在光电产品中是必不可少的工艺，清洗对产品的质量、精度、外观等方面的影响也越来越重要。在液晶显示器的生产过程中多次涉及清洗工艺，整个制备工艺中清洗工艺的工作量占总工作量的30%—40%，而且随着液晶显示技术的不断进步，对工件的表面洁净度要求极高。目前，精细洗净技术中主要有两种，一种是干式洗净技术，一种是湿式洗净技术。湿式洗净中又分为化学式洗净和物理式洗净。传统工艺中的化学清洗已经不能满足要求，湿式洗净技术的不足之处是在清洗过程中需要用到大量的纯水和有毒化学溶剂，易造成作业人员危害及环境污染的问题，所需要的高纯度化学药品及去离子水费用昂贵，也形成废水处理及安全问题。细微部的清洗困难，清洗效率降低。此外，湿式清洗的超纯水用量约占TFT-LCD玻璃基板加工厂超纯水用量的60%，利用干式清洗技术代替湿式清洗，则可节省许多经费。紫外光表面清洗技术是非接触式高清洁干法表面处理技术。其特点是清洗后的洁净度能够达到原子级，它借助光和气的作用把玻璃表面粘附的各类有机物彻底清除干净，由于它不直接触及表面就不会造成玻璃基板表面的损伤，以此同时也不污染环境。紫外光清洗的基本原理UV (Ultraviolet)光源发射波长为185nm和254nm的光波，具有很高的能量，当这些光子作用到被清洗物体表面时，由于大多数碳氢化合物对185nm波长的紫外光具有较强的吸收能力，并在吸收185nm波长的紫外光的能量后分解成离子、游离态原子、受激分子和中子，这就是所谓光敏作用。空气中的氧气分子在吸收了185nm波长的紫外光后也会产生臭氧和原子氧。臭氧对254nm波长的紫外光同样具有强烈的吸收作用，臭氧又分解为原子氧和氧气。其中原子氧是极活泼的，在它作用下，物体表面上的有机化合物的分解物可化合成可挥发的气体，二氧化碳和水蒸气等逸出表面，从而彻底清除了黏附在物体表面上的碳和有机污染物。现有的TFT-LCD行业采用洗净玻璃基板的工艺流程为首先刷洗，其次浸泡式低频超声波清洗或超高压MICRO JET清洗，再次DI水(去离子水)喷淋或高压水喷淋、DI水喷淋或高压水喷淋、流动式高频超声波清洗、DI水喷淋，最后气刀吹干、红外烘干、涂胶。其中刷洗、超声波清洗和高压水喷淋这些湿式清洗方法主要用于清除附着粒子，洗净效果比较好，当清洗液是化学溶剂时，洗掉附着粒子的同时也将有机污染物去除，但是整个过程都是利用湿式清洗方法，一方面清洗时间过长，能源、人力消耗量非常大，玻璃基板还易被化学试剂腐蚀，影响液晶显示屏的质量，从而降低成品率；另一方面需要进行废液处理，环境负荷大，不符合加速构建资源节约型、环境友好型社会的要求。本发明方法就是针对湿式清洗方法的缺陷，将干式紫外光清洗技术运用到TFT-LCD玻璃基板清洗的工艺中，经过干式清洗的复合处理后，在很大程度上提高了TFT-LCD玻璃基板的清洗效果，同时洗净后不需烘干，避免烘干过程中的二度污染，提高了产品的合格率。目前，国内外在制造液晶显示屏的工艺过程中，所采用的主流方法是刷洗除去有机物，原理是在加化学药液的同时，利用刷子和基板的相对运动和摩擦将污染物分离。刷子和基板之间的力会破坏表面的各种膜层、电路的中断，从而影响显示屏的驱动效果和合格率。随着科技不断的进步，LCD产品趋于高像素化、高精细化，高轻型化，新型干式UV清洗是洗净无机污染物的最佳手段，满足加工精度的新要求，它是非接触的，从根本上解决了上述问题，是其他清洗方法遥不可及的。该方法不仅不会损坏表面的膜层，而且紫外光还具有表面改质的特点，能够改善TFT-LCD玻璃基板膜与膜之间的密接性，保证电路连接的稳固性，一举两得。这种新型的清洗方法还能扩展到半导体器件、液晶器件印刷电路板等高密度基片类部件的加工领域，因此，本发明方法具有广泛的实用性和影响力。
发明内容
本发明的目的是将湿式清洗方法与基于紫外光的干式清洗方法有效结合起来实现对TFT-LCD玻璃基板的清洗，除去表面的有机污染物(主要是油性薄膜)，其清洗范围广，且清洗能力强。为实现上述目的，本发明所采取的技术方案是对TFT-LCD玻璃基板先后利用湿式清洗方法超声波清洗、高压水喷淋，基本除去了玻璃基板表面的附着粒子；再对其进行气刀吹干、红外烘干，达到玻璃基板干燥的效果；最后对其进行基于紫外光的干式清洗。整个清洗过程结合了湿式清洗技术和干式清洗技术，其中基于紫外光的干式清洗方法在清洗工艺流程占有极其重要的地位，改善基板表面的亲和性，降低表面的接触角(本发明的判定标准是接触角不超过2° )，提高玻璃表面的洁净度，提高涂膜效果。具体方法如下1.超声波清洗将待清洗的TFT-LCD玻璃基板经输入传送机传送到超声波清洗装置内，当玻璃基板从清洗槽中通过并在清洗液(纯水)中浸泡时，玻璃基板上下表面就可以同时被清洗。这是由于清洗槽的底部装有超声波振板，超声波频率控制在28KHz-40KHz范围内，利用该频率范围内的超声波在水中产生的空穴的空化作用对玻璃基板上的污垢进行清除，在空穴破裂的瞬间会放出巨大能量对空穴周围形成冲击，把玻璃基板表面的污垢薄膜击破而达到去污的效果。实践证明用这种方法清除大中尺寸附着粒子很有效。2.高压水喷淋为了进一步洗去玻璃基板表面的中小尺寸附着粒子，使玻璃基板通过高压水喷淋装置，利用高压水泵把清洗用水(纯水)加压到O. 5MPa-l. 5MPa，再通过喷嘴把高压低流速的水转化成低压高流速的水喷射到玻璃基板表面进行清洗，在清洗过程中，为了有效去除污染物的同时又不损害玻璃基板表面形成的各种薄膜，要严格控制高压水的喷射压力和喷射距离。3.气刀吹干湿式清洗以后，必须对TFT-1XD玻璃基板进行干燥处理。利用从夹缝中吹出的高速气体将玻璃基板表面的水分清除掉，干燥效果主要受到气刀与玻璃基板表面的距离、气刀吐出压力、吐出气体温度、气刀角度等因素的影响。气刀吹干的不足之处在于玻璃基板接触了高速气流，使玻璃基板表面二次污染的概率大大增加，较低洁净度。这也是湿式清洗方法存在的弊端，因此在干燥冷却以后，加入了基于紫外光的干式清洗方法。4.红外烘干气刀干燥以后，采用红外干燥法对TFT-1XD玻璃基板进行二次干燥，它作为气刀干燥技术的辅助干燥手段，目的是将气刀干燥时没有完全除去、可能残留的水分进行彻底清除。该技术是利用红外线加热原理，被照射物质吸收红外线的能量，被吸收的能量会使物质的分子或原子发生振动，从而可以对物质内部进行较彻底的干燥。为了避免玻璃基板表面薄膜的过烧现象，必须对玻璃基板表面温度进行精确控制。5.冷却用气刀烘干和红外烘干处理过的玻璃基板，温度会高于常温，在进行下一道工序之前玻璃基板必须经过冷却，采用缓冲收纳装置对玻璃基板进行冷却。若缓冲收纳装置的排气和灰尘管理效果不好，也可能造成玻璃基板的再次污染。6.基于紫外光干式清洗清洗时使基板位于低压水银灯的下方，低压水银灯产生253.7nm和184. 9nm波长的紫外线同时照射玻璃基板。这两种波长的紫外线所携带的能量能够将大多数有机化合物的化学键分解。首先，在184. 9nm的紫外线作用下将空气中的游离氧元素生成臭氧；然后，在253. 7nm的紫外线作用下将空气中的臭氧分解生成游离的氧原子，与此同时，有机污染物在紫外线的作用下分解，分解的游离态原子与紫外线照射生成的氧原子结合，形成易挥发的C02、H2O, O2等小分子化合物。紫外线波长越短，紫外光能量越高，有机物的分解效率和速度越高，洗净效果更好。本发明中采用受激准分子紫外灯(Excimer),其产生的波长为172nm,照射能量更大,能够更容易对化学键起到破坏作用，洗净效率更高。基于紫外光的干式清洗的洗净能力主要与紫外光的照射时间以及紫外光和玻璃基板反应腔室内的排气量等有关，反应腔室内有机物被照射后生成的反应物被迅速排出，使腔室内的反应生成物浓度降低，进而促进了有机物分解反应进程。实验证明在受激准分子紫外灯的照射下，照射时间保持在20秒、反应腔室排气压力是O.1KPa时，洗净效果最优，如图2所示。本发明清洗方法的创新，在于利用了紫外光干式清洗，低压水银灯产生253. 7nm和184. 9nm波长的紫外线同时照射玻璃基板。这两种波长的紫外线所携带的能量能够将大多数有机化合物的化学键分解。首先，在184. 9nm的紫外线作用下将空气中的游离氧元素生成臭氧；然后，在253. 7nm的紫外线作用下将空气中的臭氧分解生成游离的氧原子。TFT-LCD玻璃基板的制造工艺流程中，光刻工艺是其中重要工艺之一，在光刻胶涂布前、刻蚀后、光刻胶玻璃后都需要对玻璃基板进行清洗，UV干式清洗不需要使用化学液，避免湿式清洗时间长光刻胶的溶解和腐蚀膜层，有利于更好的曝光(此过程也需要紫外光)和刻蚀。与传统湿式清洗相比避免了二次污染，改善了清洗效果，也一定程度上节约了水资源，符合当今社会提倡的环保主题。这种处理方法的应用可以较大幅度的提高整体洗净效果，不损伤洗净表面，无需干燥冷却，冷却过程是一个热胀冷缩的过程，不可避免的会使玻璃基板发生变形，尤其是未来显示屏的尺寸越来越大，变形后引起翘曲和折断，增加了生产企业损失。此外，紫外线具有杀菌消毒的作用，能有效的除去玻璃基板表面的微生物。本发明的优点1.随着LCD制造的高像素化、高精细化，该方法保证TFT-LCD玻璃基板的高可靠性、高品质性和高成品率，在未来的液晶显示屏制造领域将得到广泛应用。2.该方法具有对玻璃基板表面清洗处理均匀度一致且不损伤洗净表面的优势。3.基于紫外光的清洗方法是一种干式洗净方式，洗净效果好，可在空气中进行并且在清洗后不必进行干燥，产生的气体不污染环境，绿色环保。
4.该方法利用紫外光的能量可彻底清除物体表面的碳和有机污染物及微生物，是一种高效、节能的洗净方式。5.无溶剂挥发及废弃溶剂的处理回收问题。 6.该方法清洗后，不需要进行干燥，避免了二次污染的可能。
图1为TFT-1XD玻璃基板基于紫外光的干式清洗方法的工艺流程图。图2为TFT-1XD玻璃基板的UV处理时间与接触角的关系图。
具体实施例方式以TFT-1XD玻璃基板为例，本方法工艺流程图如图1所示，具体步骤为第一步，超声波清洗，将待清洗的TFT-LCD玻璃基板经输入传送机传送到超声波清洗装置内，超声波频率控制在28KHz-40KHz，搬运速度为3m/min，纯水流量为30L/min，此时，洗净效果最佳。第二步，高压水喷淋，超声波清洗结束后，使玻璃基板仍以3m/min的速度通过高压水喷淋装置，高压水泵把清洗用水(纯水)加压到1.5MPa。第三步，气刀吹干，湿式清洗全部完成后，为了后续的工艺流程，需要对玻璃基板进行干燥，利用从夹缝中吹出的高速气体将玻璃基板表面的水分清除掉，气刀的气体吐出口与玻璃基板表面之间距离在5mm左右，气刀的吐出压力设置为O.1MPa左右，吐出气体温度为50°C，气刀与玻璃基板搬送方向的角度设置为20°C。第四步，红外烘干，用红外线照射玻璃基板，使其吸收红外线的能量，将气刀干燥时没有完全除去、可能残留的水分进行彻底清除。第五步，基于紫外光干式清洗，最后采用受激准分子紫外灯(Excimer)照射玻璃基板，紫外光的波长为172nm，在紫外光照度为70%的前提下，照射时间保持在20秒、反应腔室排气压力是O. lKPa，洗净效果达到最优化。研究结果表明，TFT-LCD玻璃基板经过基于紫外光的干式清洗后，有机污染物被除去，玻璃基板的洁净度达到原子级，结合湿式清洗方法，有效的去除了表面的大中小型附着粒子。合理高效的清洗方法为玻璃基板的后续加工工艺流程奠定良好的基础，这对提高玻璃基板的成品率和广品质量具有重要意义。
权利要求
1.一种基于紫外光的干式清洗方法，其特征在于先利用超声波清洗、高压水喷淋湿式洗净方法除去玻璃基板表面的附着粒子；再对其进行基于紫外光的干式清洗；具体包括以下步骤(A)超声波清洗，将待清洗的TFT-LCD玻璃基板经输入传送机传送到超声波清洗装置内，当玻璃基板从清洗槽中通过并在清洗液中浸泡时，玻璃基板上下表面同时被清洗；(B)高压水喷淋，使玻璃基板通过高压水喷淋装置，利用高压水泵把清洗用水加压到O.5MPa-l. 5MPa，再通过喷嘴把高压低流速的水转化成低压高流速的水喷射到玻璃基板表面进行清洗；(C)气刀吹干，利用从夹缝中吹出的高速气体将玻璃基板表面的水分清除掉；(D)红外烘干，采用红外干燥法对TFT-1XD玻璃基板进行二次干燥，红外线照射玻璃基板，将气刀干燥时没有完全除去的残留水分彻底清除；(E)冷却，采用缓冲收纳装置对玻璃基板进行冷却； (F)基于紫外光干式清洗，清洗时使基板位于低压水银灯的下方，低压水银灯产生 253. 7nm和184. 9nm波长的紫外线同时照射玻璃基板；首先，在184. 9nm的紫外线作用下将空气中的游离氧元素生成臭氧；然后，在253. 7nm的紫外线作用下将空气中的臭氧分解生成游离的氧原子，与此同时，有机污染物在紫外线的作用下分解，分解的游离态原子与紫外线照射生成的氧原子结合，形成易挥发的C02、H20、02小分子化合物。
2.根据权利要求1所述的一种基于紫外光的干式清洗方法，其特征在于是不是修改为所述步骤(F)中，低压水银灯替换为受激准分子紫外灯(Excimer)，其产生紫外线的波长为172nm、照射时间保持在18 — 22秒，反应腔室排气压力是O. 08 KPa—0. 12KPa。
3.根据权利要求1或2所述的一种基于紫外光的干式清洗方法，其特征在于所述步骤(C)中，气刀的气体吐出口与玻璃基板表面之间距离在3— 6mm，气刀的吐出压力设置为O.08MPa—O. 12MPa，吐出气体温度为45°C — 55°C，气刀与玻璃基板搬送方向的角度设置为 18。。一 22。。。
4.根据权利要求1或2所述的一种基于紫外光的干式清洗方法，其特征在于所述步骤(A)中，超声波频率控制在28KHz — 40KHz，搬运速度为3m/min，清洗液流量为30L/min。
5.根据权利要求1或2所述的一种基于紫外光的干式清洗方法，其特征在于所述步骤(A)的清洗液和所述步骤(B)的清洗用水为纯水。
全文摘要
本发明公开了一种基于紫外光的干式清洗方法，特别涉及一种用于清洗TFT-LCD玻璃基板表面上有机污染物的紫外光清洗方法。将该干式清洗方法与湿式清洗方法这两种技术有效结合起来,TFT-LCD玻璃基板表面经过超声波清洗、高压水喷淋两种不同类型的湿式清洗后再对其表面进行基于紫外光的干式清洗，使其表面的附着粒子、有机污染物均被除去,洁净度达到原子级。该方法具有清洗效果好、速率快、绿色环保、无二次污染和均匀性好等特点。经过本发明清洗的TFT-LCD玻璃基板，成品率高和产品质量好，为玻璃基板的后续加工工艺流程奠定良好的基础。
文档编号B08B11/04GK103008311SQ20121055026
公开日2013年4月3日 申请日期2012年12月18日 优先权日2012年12月18日
发明者任乃飞, 刘丹, 吴迪富, 任旭东, 葛小兵, 孙玉娟, 孙兵 申请人:江苏宇迪光学股份有限公司, 江苏大学