湿法刻蚀系统及湿法刻蚀方法与流程

本发明涉及半导体显示领域，具体地，涉及湿法刻蚀系统及湿法刻蚀方法。

背景技术：

在半导体显示领域中，常见的阵列基板所用的金属导线为Mo、Al或其合金。阵列基板的性能与其所用的导线材料有很大相关性。随着显示终端大尺寸，高分辨率及驱动频率高速化的发展及要求，常规金属导线(如Mo、Al或其合金)因电阻率较高，已无法满足电路设计需求。而Cu导线由于相对于常规金属导线具有较低的电阻率及良好的抗电迁移能力，因此吸引了越来越多的关注。目前在制备基于Cu导线的阵列基板时，多采用湿法刻蚀的方法，刻蚀Cu以形成阵列基板的导线等结构。

然而，目前的湿法刻蚀系统以及湿法刻蚀方法仍有待改进。

技术实现要素：

本发明是基于发明人的以下发现而做出的：

目前采用刻蚀液对Cu进行湿法刻蚀时，常出现不同刻蚀批次的刻蚀效果不一致，刻蚀系统的稳定性较差，进而对最终获得的阵列基板的电学性能造成负面影响。发明人经过深入研究以及大量实验发现，这主要是由于目前常用的Cu刻蚀液，多为双氧水系刻蚀液，其与Cu反应进行刻蚀的原理如下：

Cu+H₂O₂+2H⁺→Cu²⁺+2H₂O

出于节约成本的考虑，刻蚀后的刻蚀液多被回收循环利用。此时刻蚀后形成的铜离子(Cu²⁺)混入刻蚀后的刻蚀液中，而铜离子在未达到饱和浓度之前，会催化加速双氧水与Cu反应的速率，因此造成刻蚀过程中Cu刻蚀速率的加快，导致不同批次的刻蚀产品刻蚀程度不能统一。虽然这一问题可以通过在刻蚀过程中，人工向刻蚀液中添加铜粉(刻蚀液溶解Cu以提高铜离子浓度至饱和)得到一定程度的缓解，然而人工添加铜粉不仅耗时耗力，且不利于湿法刻蚀系统实现全自动化。并且，添加铜粉之后，生产的铜离子会催化双氧水的分解，生成氧气，因此造成储液罐中的气压增加，也不利于安全生产。

本发明旨在至少一定程度上缓解或解决上述提及问题中的至少之一。

有鉴于此，在本发明的一个方面，本发明提出了一种湿法刻蚀系统。根据本发明的实施例，该系统包括：刻蚀液储存装置，所述刻蚀液储存单元包括刻蚀液储罐、刻蚀液出口以及刻蚀液回收口，所述刻蚀液出口以及所述刻蚀液回收口设置在所述刻蚀液储罐上；刻蚀装置，所述刻蚀单元分别与所述刻蚀液出口以及所述刻蚀液回收口相连，用于利用所述刻蚀液储罐中的刻蚀液对待刻蚀件进行刻蚀处理；以及金属离子调节装置，所述金属离子调节装置与所述刻蚀液储存装置相连，用于调节所述刻蚀液中的金属离子浓度。该系统可以实现刻蚀液中金属离子(如Cu离子)浓度的自动调节，可以实现湿法刻蚀的全程自动化处理，且对于不同批次的待处理件的刻蚀效果可以保持统一，进而有利于提高利用该系统进行湿法刻蚀的效率以及效果。

根据本发明的实施例，所述刻蚀装置包括：喷淋单元，所述喷淋单元与所述刻蚀液出口相连，所述喷淋单元包括多个喷嘴，所述多个喷嘴用于喷淋所述刻蚀液；传输单元，所述传输单元设置在所述喷淋单元的下方，所述传输单元用于放置并输送待刻蚀件；以及刻蚀液回收单元，所述刻蚀液回收单元设置在所述传输单元下方且与所述刻蚀液回收口相连，用于回收所述刻蚀液。由此，可以实现刻蚀后剩余刻蚀液的回收，有利于降低生产成本。

根据本发明的实施例，所述刻蚀装置进一步包括：刻蚀液供给管路，所述刻蚀液供给管路分别与所述喷淋单元以及所述刻蚀液储存装置相连，所述刻蚀液供给管路上设置有泵、阀门、流量计以及温度计。由此，可以为刻蚀液供给提供动力，并对供给至刻蚀装置中的刻蚀液的流量、温度进行调节，从而有利于进一步提高利用该系统进行湿法刻蚀的效率以及效果。

根据本发明的实施例，所述金属离子调节装置包括：金属离子检测器，所述金属离子检测器与所述刻蚀液储罐相连，用于检测所述刻蚀液储罐中所述刻蚀液的所述金属离子浓度；刻蚀液循环管路，所述刻蚀液循环管路的两端分别与所述刻蚀液储罐相连；金属离子添加单元，所述金属离子添加单元设置在所述刻蚀液循环管路上；控制单元，所述控制单元分别与所述金属离子检测器以及所述刻蚀液循环管路相连，用于基于所述金属离子检测器的检测结果，控制所述刻蚀液循环管路与所述刻蚀液储罐之间的液体连通或断开。由此，可以实现对刻蚀液中金属离子浓度的自动化调节，从而有利于进一步提高利用该系统进行刻蚀的效率以及效果。

根据本发明的实施例，所述金属离子添加单元包括涂覆有金属粉的滤膜。由此，可以在刻蚀液流经该滤膜时实现铜离子的添加，有利于简化金属离子添加单元。

根据本发明的实施例，所述金属离子添加单元可拆卸地设置在所述刻蚀液循环管路上。由此，可以简便地实现对金属离子添加单元的维护保养。

根据本发明的实施例，所述刻蚀液储存装置进一步包括：加热单元，所述加热单元与所述刻蚀液储罐相连，用于加热所述刻蚀液；以及排气口，所述排气口设置在所述刻蚀液储罐上。由此，可以进一步提高金属粉在刻蚀液中的溶解速度，且可以及时将产生的气体排出该系统，从而有利于提高该系统的安全程度。

在本发明的另一方面，本发明提出了一种利用前面所述的系统进行湿法刻蚀的方法。根据本发明的实施例，该方法包括：将待刻蚀件置于刻蚀装置中，利用刻蚀液储存装置中的刻蚀液对所述刻蚀件进行所述湿法刻蚀，其中，进行所述湿法刻蚀之前，预先利用所述金属离子调节装置，将用于所述湿法刻蚀的所述刻蚀液中的金属离子浓度调节至所述金属离子的饱和浓度。由此，可以缓解在湿法刻蚀过程中，由于金属离子浓度变化而导致的刻蚀速率变化的问题。

根据本发明的实施例，所述湿法刻蚀包括：将所述待刻蚀件置于传送带上，通过所述刻蚀液供给管路，将所述刻蚀液由所述刻蚀液储存装置中供给至所述喷淋单元的多个喷嘴中，并喷淋至所述待刻蚀件上；以及利用所述刻蚀液回收单元回收剩余的所述刻蚀液，并供给回所述刻蚀液储存装置中。由此，可以实现刻蚀后剩余刻蚀液的回收利用，从而有利于节省生产成本。

根据本发明的实施例，所述金属离子浓度的调节是通过以下步骤实现的：利用所述金属离子检测器，检测所述刻蚀液储存装置中的所述刻蚀液的金属离子浓度；当所述金属离子浓度小于所述饱和浓度时，通过控制单元使所述刻蚀液循环管路以及所述刻蚀液储罐之间液体连通，以便利用所述金属离子添加单元增加所述刻蚀液中的所述金属离子浓度。由此，可以进一步提高利用该方法进行湿法刻蚀的效率以及效果。

根据本发明的实施例，该方法进一步包括：开启所述刻蚀液储存装置中的所述排气口；以及利用加热单元对所述刻蚀液进行加热。由此，可以进一步提高利用该方法进行湿法刻蚀的安全性。

附图说明

本发明的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：

图1显示了根据本发明一个实施例的湿法刻蚀系统的结构示意图；

图2显示了根据本发明另一个实施例的湿法刻蚀系统的结构示意图；

图3显示了根据本发明有一个实施例的湿法刻蚀系统的结构示意图；

图4显示了根据本发明有一个实施例的湿法刻蚀系统的结构示意图；以及

图5显示了根据本发明一个实施例的湿法刻蚀方法的流程示意图。

附图标记说明：

100：刻蚀液储存装置；110：刻蚀液储罐；120：刻蚀液出口；130：刻蚀液回收口；140：加热单元；150：排气口；

200：刻蚀装置；210：喷淋单元；10：喷嘴；220：传输单元；21：传送基板；22：传送件；230：刻蚀液回收单元；240：刻蚀液供给管路；41：泵；42：温度计；43：阀门；44：流量计；250：刻蚀液回收管路；

300：金属离子调节装置；310：金属离子检测器；320：刻蚀液循环管路；330：金属离子添加单元；340：控制单元；50：控制阀；60：循环泵。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

在本发明的一个方面，本发明提出了一种湿法刻蚀系统。根据本发明的实施例，参考图1，该系统包括：刻蚀液储存装置100、刻蚀装置200以及金属离子调节装置300。刻蚀液储存单元100包括刻蚀液储罐110、刻蚀液出口120以及刻蚀液回收口130，其中，刻蚀液出口120以及刻蚀液回收口130设置在刻蚀液储罐110上，刻蚀单元200分别与刻蚀液出口120以及刻蚀液回收口130相连，以便利用刻蚀液储罐110中的刻蚀液，对待刻蚀件进行湿法刻蚀处理。处理后的剩余刻蚀液，经刻蚀液回收口130回收至刻蚀液储罐110中。金属离子调节装置300与刻蚀液储存装置100相连，用于调节刻蚀液中的金属离子浓度。该系统可以实现刻蚀液中金属离子(如Cu离子)浓度的自动调节，可以实现湿法刻蚀的全程自动化处理，且对于不同批次的待处理件的刻蚀效果可以保持统一，进而有利于提高利用该系统进行湿法刻蚀的效率以及效果。

下面根据本发明的具体实施例，对该湿法刻蚀系统的各个装置、单元等进行详细说明。

根据本发明的实施例，参考图2，刻蚀装置200包括：喷淋单元210、传输单元220以及刻蚀液回收单元230。具体的，喷淋单元210与刻蚀液出口120相连，喷淋单元210中设置有多个喷嘴10，以便喷淋刻蚀液。传输单元220用于放置并输送待刻蚀件。喷嘴10可以被设置为向下喷淋刻蚀液，进而可以利用刻蚀液的重力作用，实现喷淋。本领域技术人员能够理解的是，由于喷嘴10向下喷淋供给刻蚀液，因此传输单元220可以设置在喷淋单元210的下方。刻蚀液回收单元230可以设置在传输单元220下方，以便承接剩余的刻蚀液。刻蚀液回收单元230与刻蚀液回收口130相连，进而可以将回收的剩余刻蚀液供给回刻蚀液储罐110中。由此，可以实现刻蚀后剩余刻蚀液的回收，有利于降低生产成本。

需要说明的是，在本发明中，传输单元220的具体类型不受特别限制，只要能够实现待刻蚀件的输送即可。例如，传输单元220可以包括传送基板21以及传送件22。待刻蚀件可以放置于传送基板21上，通过传送件22带动传送基板21运动，实现待刻蚀件的传输。例如，传送件22可以包括传送轴、传送齿轮、传送马达等。或者，根据本发明的另一个实施例，也可以不设置传送基板21，直接将待刻蚀件置于传送件22上，利用传送件22直接带动待刻蚀件运动。由此，可以避免喷头10喷淋出的刻蚀液腐蚀传送基板。

根据本发明的实施例，刻蚀装置200还可以进一步包括刻蚀液供给管路240以及刻蚀液回收管路250。刻蚀液供给管路240可以分别与喷淋单元210以及刻蚀液储存装置100相连，刻蚀液供给管路240上可以设置有泵41、阀门43、流量计44以及温度计42。泵41可以为刻蚀液的供给提供动力，并利用流量计44以及温度计42对供给至喷淋单元210中的刻蚀液的流量、温度进行检测或控制，在必要时，可以利用阀门43控制刻蚀液供给管路240与喷淋单元210之间液体的连通或断开。刻蚀液回收管路250一端与刻蚀液回收单元230相连，另一端与刻蚀液回收口130相连。由此，有利于进一步提高利用该系统进行湿法刻蚀的效率以及效果。

根据本发明的实施例，刻蚀液回收单元230的具体类型不受特别限制，只要能够实现剩余刻蚀液的回收即可。例如，根据本发明的一个实施例，刻蚀液回收单元230可以为设置在传输单元下方的回收槽。回收槽下端设置有开口，开口处与刻蚀液回收管路250相连。由此，可以简便地依靠重力作用，实现剩余刻蚀液的回收。

根据本发明的实施例，参考图3，金属离子调节装置300包括：金属离子检测器310、刻蚀液循环管路320、金属离子添加单元330以及控制单元340。具体的，金属离子检测器310与刻蚀液储罐110相连，用于检测刻蚀液储罐110中刻蚀液的述金属离子(如Cu离子)浓度。刻蚀液循环管路320的两端分别与刻蚀液储罐110相连，金属离子添加单元330设置在刻蚀液循环管路320上。控制单元分别与金属离子检测器310、刻蚀液循环管路320相连，以便基于金属离子检测器310的检测结果，控制刻蚀液循环管路320与刻蚀液储罐110之间的液体连通或断开。由此，可以实现对刻蚀液中金属离子浓度的自动化调节，从而有利于进一步提高利用该系统进行刻蚀的效率以及效果。

具体的，在刻蚀装置200中，由于湿法刻蚀过程中金属(如Cu)被溶解至剩余的刻蚀液中，因此剩余刻蚀液中金属离子的浓度较湿法处理刻蚀之前有一定的升高。如前所述，在刻蚀液中金属离子(Cu离子)未达到饱和时，金属离子浓度的升高，将导致刻蚀幅度的加快，进而影响不同刻蚀批次的刻蚀效果。因此，可以利用金属离子检测器310实时检测刻蚀液储罐110中储存的刻蚀液的金属离子浓度。当该浓度未达到金属离子在该刻蚀液中的饱和浓度时，由控制单元340使得刻蚀液循环管路320以及刻蚀液储罐110之间液体连通，例如，在刻蚀液循环管路320以及刻蚀液储罐110之间设置阀门，并利用控制单元340打开该阀门。此时，储存在刻蚀液储罐110中的刻蚀液，进入刻蚀液循环管路320中进行循环。循环过程中，刻蚀液经过金属离子添加单元330。由此，实现向刻蚀液中自动添加金属离子。随着上述循环过程的进行，刻蚀液中的金属离子浓度不断增加。当金属离子检测器310检测到该金属离子浓度增加至饱和浓度时，控制单元340可以控制断开刻蚀液循环管路320以及刻蚀液储罐110之间的液体连通。

需要说明的是，在本发明中，金属离子添加单元330、金属离子检测器310的具体类型不受特别限制，只要能够满足上述功能即可。例如，根据本发明的具体实施例，金属离子添加单元330可以为涂覆有金属粉的滤膜。如，金属离子添加单元330可以为一侧涂覆有铜粉的过滤膜。如前所述，由于刻蚀液能够与铜反应生成铜离子，因此，上述金属离子添加单元330可以在刻蚀液流经该滤膜时，实现金属离子的添加。根据本发明的另一个实施例，金属离子添加单元330可以是可拆卸地设置在刻蚀液循环管路320上的。由此，可以简便地实现对金属离子添加单元的维护保养。例如，可以定期拆卸金属离子添加单元330，更换涂覆有金属粉的滤膜。

根据本发明的具体实施例，参考图4，金属离子检测器310的一端与刻蚀液储罐110相连，另一端通过一根连接有循环泵60的管路，与刻蚀液储罐110循环连接。由此，可以实现对刻蚀液中金属离子浓度的实时监测。刻蚀液循环管路320的一端与金属离子检测器310相连，另一端与循环泵60相连。刻蚀液循环管路320上设置有金属离子添加单元330以及控制阀50。当金属离子检测器310检测到的金属离子浓度小于饱和浓度时，由控制单元340打开控制阀50，此时刻蚀液循环管路320参与刻蚀液的循环，进而利用设置在其上的金属离子添加单元330实现金属离子的添加。当金属离子检测器310检测到的金属离子浓度等于其饱和浓度时，仅需关闭控制阀50即可。

根据本发明的实施例，为了进一步提高金属粉溶解的速率，并提高该系统的安全性能，该刻蚀液储存装置100还可以进一步包括：加热单元150以及排气口140。加热单元150与刻蚀液储罐110相连，用于加热刻蚀液。例如，加热单元150可以为设置在刻蚀液储罐110中的加热棒。排气口140设置在刻蚀液储罐110上。本领域技术人员能够理解的是，金属溶于刻蚀液的过程中通常会产生气体，因此，可以利用排气口150维持刻蚀液储罐110中保持压力的相对稳定。

综上所述，根据本发明的湿法刻蚀系统具有以下优点的至少之一：

(1)可实现稳定的刻蚀效果，对于不同批次的待刻蚀件，能够以较为均一的刻蚀速率进行刻蚀；

(2)可实现自动化添加金属粉，且金属粉的添加可调控，避免人工操作费时费力，且加入的金属粉不能够准确控制的缺陷；

(3)金属粉溶解更加有效，进而具有较高的生产效率；

(4)安全性能较高，刻蚀液储罐中可以保持相对稳定的压力。

在本发明的另一方面，本发明提出了一种利用前面所述的系统进行湿法刻蚀的方法。根据本发明的实施例，该方法包括：将待刻蚀件置于刻蚀装置中，利用刻蚀液储存装置中的刻蚀液对刻蚀件进行所述湿法刻蚀。并且，在进行上述湿法刻蚀之前，预先利用金属离子调节装置，将用于湿法刻蚀的刻蚀液中的金属离子浓度，调节至该金属离子在刻蚀液中的饱和浓度。由此，可以缓解在湿法刻蚀过程中，由于金属离子浓度变化而导致的刻蚀速率变化的问题。

根据本发明的具体实施例，上述湿法刻蚀可以包括：将待刻蚀件置于传输单元上，通过刻蚀液供给管路，向喷淋单元供给刻蚀液，并通过喷淋单元的多个喷嘴将刻蚀液喷淋至待刻蚀件上。剩余的刻蚀液经过刻蚀液回收单元进行回收，并供给回刻蚀液储存装置中。由此，可以实现刻蚀后剩余刻蚀液的回收利用，从而有利于节省生产成本。

根据本发明的实施例，将金属离子浓度调节至饱和浓度可以通过以下步骤实现：利用金属离子检测器，检测刻蚀液储存装置中的刻蚀液金属离子浓度。当金属离子浓度小于饱和浓度时，通过控制单元使刻蚀液循环管路以及刻蚀液储罐之间液体连通，以便利用金属离子添加单元增加刻蚀液中的所述金属离子浓度。由此，可以进一步提高利用该方法进行湿法刻蚀的效率以及效果。为了进一步提高金属粉溶解的效率并提高该系统的安全性能，此时可以开启刻蚀液储存装置中的排气口，或是利用加热单元对刻蚀液进行加热。由此，可以进一步提高利用该方法进行湿法刻蚀的安全性。

根据本发明的具体实施例，参考图5，该利用前面所述的系统进行湿法刻蚀的方法可以包括以下步骤：

S100：利用刻蚀液对待刻蚀件进行湿法刻蚀

具体的，将待刻蚀件置于刻蚀单元中，利用刻蚀液对待刻蚀件进行湿法刻蚀。刻蚀液与待刻蚀件中的金属发生反应，实现待刻蚀件的刻蚀的同时，刻蚀后的剩余刻蚀液中金属离子的浓度增加。

S200：利用刻蚀液回收单元回收剩余刻蚀液

在该步骤中，回收剩余的刻蚀液。

S300：检测金属离子浓度是否达饱和

如前所述，由于回收的剩余刻蚀液中金属离子浓度增加，而在刻蚀液中金属离子浓度未达到饱和的前提下，上述增加将会导致刻蚀速率的加快，进而影响湿法刻蚀的效果，依次，在利用包含剩余刻蚀液的刻蚀液对下一批待刻蚀件仅刻蚀之前，首先对刻蚀液中的金属离子浓度进行检测。如刻蚀液中金属离子浓度已达到饱和，则可以直接将该刻蚀液重新供给至刻蚀单元中，进行下一批次的湿法刻蚀。当刻蚀液中金属离子浓度未达到饱和时，该方法进一步包括：

S400：利用金属离子装置调节

在该步骤中，利用金属离子调节装置，调节刻蚀液中的金属离子浓度，使其增加至金属离子的饱和浓度，再将该刻蚀液供给至刻蚀装置中。

关于金属离子浓度的检测、金属离子调节装置工作的原理以及过程，前面已经进行了详细的描述，在此不再赘述。

综上所述，根据本发明的刻蚀方法具有以下优点的至少之一：

(1)可实现稳定的刻蚀效果，对于不同批次的待刻蚀件，能够以较为均一的刻蚀速率进行刻蚀；

(2)可实现自动化添加金属粉，且金属粉的添加可调控，避免人工操作费时费力，且加入的金属粉不能够准确控制的缺陷；

(3)金属粉溶解更加有效，进而具有较高的生产效率；

(4)安全性能较高，刻蚀液储罐中可以保持相对稳定的压力。

在本发明的描述中，术语“上”、“下”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明而不是要求本发明必须以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“另一个实施例”等的描述意指结合该实施例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。另外，需要说明的是，本说明书中，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。

尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。