本发明涉及微电子加工，具体为一种用于pan型刻蚀液的湿法刻蚀装置。
背景技术：
1、薄膜晶体管液晶显示器(tft-lcd)由背光源(backlinght)和显示屏(panel)构成，显示屏又由上下偏振片(upper or lower polarizer)、阵列基板(array)、彩膜(colorfilter，简称cf)、液晶(liquid crystal)组成。tft-lcd的结构和显示原理如图1(a)所示，背光源发光，光通过下偏振片达到array基板。array基板上的tft(thin film transistor)器件开启并产生电场，电场驱动液晶偏转，光随着液晶偏转并照射到彩膜上。彩膜阵列由红(r)、绿(g)、蓝(b)亚像素组成，光照射到亚像素后发出r、g、b单色光，单色管透过上偏振片到达人眼，单色管叠加最终实现彩色显示。tft-lcd中，array基板是技术难度最大、工艺最复杂的组件。array基板结构布局如图1(b)所示，active area(aa区)是显示区域，左右两边是驱动器件区域(gate drive on array，简称goa)，下部是布线密集的外围引线fanout区域。aa区的布线如图1(c)所示，gate走线水平排列，sd走线竖直排列。gate和sd线交叉位置为tft器件，该器件结构如图1(d)所示：在玻璃基板上依次制备栅极(gate)、栅极绝缘层(gate insulator，简称gi)、有源层(a-si)、像素电极(1ito)、源漏极(sd)、钝化层(pvx，sinx材料)、公共电极(2ito)。gate、栅极绝缘层、a-si和sd电极形成晶体管器件，器件的漏极(drain，简称d电极)和像素电极(1ito)相连，器件的电信号因此传输给像素电极(1ito)。pvx覆盖器件，起到保护作用。公共电极(2ito)起到参考电位的作用，像素电极(1ito)和公共电极(2ito)之间的电势差驱动液晶偏转。gate、sd电极通常采用mo/al/mo膜层。图1(e)显示了gate或sd工艺制程，首先进行清洗(substrate clean)，然后通过磁控溅射沉积mo/al/mo膜层(al deposition)，接着进行光刻形成图案化的光刻胶(mask)并测试其尺寸dicd(develop inspection critical dimension)，光刻后采用pan刻蚀液(h3po4、ch3cooh、hno3)进行湿法刻蚀(wet etch)形成电极图案，紧接着对光刻胶进行剥离(pr strip)，最后进行电极关键尺寸测试(final inspection critical dimension，dicd)。dicd和ficd之差在tft行业被称作cd bias，表征刻蚀程度。
2、现有的湿法刻蚀设备一般由等离子体清洗腔、刻蚀腔、水洗腔和风干腔组成，每个腔室分别设有用于传输基板的传输辊，基板在传输辊上传输，依次经过上述腔室即可完成湿法刻蚀。如图2所示，在刻蚀腔1，刻蚀液槽2通过喷淋泵3与喷淋管4连通，喷淋管4向基板5喷淋刻蚀液，刻蚀液与金属反应后回流至刻蚀液槽2。
3、在湿法刻蚀过程中，mo/al/mo刻蚀采用hno3、ch3cooh、h3po4组成的pan型刻蚀液，hno3将金属氧化，逐渐消耗；h3po4将金属氧化物溶解；ch3cooh调节ph值，稳定刻蚀速率，但该酸易挥发。实际刻蚀过程中，hno3、ch3cooh含量逐渐下降。单酸补给装置测量管道中hno3、ch3cooh含量，并对hno3、ch3cooh进行单酸补给，确保刻蚀液中hno3和ch3cooh浓度稳定。然而，参与单酸补给过程中的单酸，hno3的有效浓度为70％，而ch3cooh的有效浓度为99％，单酸补给会将刻蚀液引入额外的h2o。如图3所示，在开启hno3和ch3cooh单酸补给后，虽然hno3和ch3cooh浓度保持稳定，但h3po4浓度却逐渐下降。h3po4浓度下降，刻蚀液对金属氧化物的溶解速率下降，最终表现为刻蚀速率下降，容易出现刻蚀残留的风险。目前，tft-lcd行业未有有效方案解决pan刻蚀液h3po4浓度逐渐下降的问题。
4、pan型刻蚀液的刻蚀温度为40℃，因含有h3po4，其黏度较大，为16mpa·s。对于array基板，如图4(a)所示，fanout区域引线间距更小，即是布线密度越大，需刻蚀的面积小；而aa区引线间距大，即是布线密度小，需刻蚀的面积大。由此引发刻蚀负载效应，fanout区域刻蚀速率大而aa区刻蚀速率小，即是相同刻蚀时间下fanout区域cd bias大而aa区cdbias小，如图4(b)所示。如果缩短刻蚀时间，fanout区域尺寸合适但aa区存在刻蚀残留风险；如果增加刻蚀时间，aa区无刻蚀残留风险但fanout区由过刻蚀导致的断线风险。如果采用同样的掩模版(mask)，将mo/al/mo更换为cu膜层，cu刻蚀液采用h2o2的水溶液，h2o2刻蚀液黏度为1mpa·s，cu药液流动和置换速率高于pan型al刻蚀液。相同刻蚀条件下，cu刻蚀液对应的aa区和fanout区cd bias如图4(b)所示，两个区域的数值持平，即是两个区域的刻蚀速率趋于一致。降低刻蚀液的黏度，有利于刻蚀液流动和置换，有益于抑制刻蚀负载效应。但是，目前tft-lcd行业没有有效的方案降低pan型刻蚀液黏度。
5、此外，为了让便于刻蚀液流动，如图5所示，刻蚀腔内的传输辊倾斜设置使基板左右两侧高低不同，基板在刻蚀腔内呈倾斜状；但是，由于pan型刻蚀液黏度大，存在水池效应，高侧残留的液膜厚度薄，而低侧残留的液膜厚度较厚；进行湿法刻蚀过程，喷头喷出的刻蚀液需穿透液膜与金属接触，发生化学反应进而完成刻蚀；然而，低侧液膜厚度较厚，刻蚀液穿透残留液膜后流速下降，即是刻蚀液置换速率下降，刻蚀速率下降；最终形成低侧刻蚀速率小，而高侧刻蚀速率大的情况，进而造成刻蚀均一性恶化。对于该问题，目前tft行业也未有解决方案。
6、综合上述，目前应用于pan型刻蚀液的al电极湿法刻蚀设备面临着刻蚀液h3po4浓度下降(刻蚀能力下降)、刻蚀均一性恶化等问题，长期存在良率损失和品质风险。tft产线急需一种可以确保刻蚀液浓度稳定、刻蚀均一性优化的湿法刻蚀设备。
技术实现思路
1、有鉴于此，本发明的目的在于提供一种用于pan型刻蚀液的湿法刻蚀装置，能够确保刻蚀负载效应被抑制，刻蚀均一性提升，刻蚀液h3po4浓度稳定。
2、为达到上述目的，本发明提供如下技术方案：
3、一种用于pan型刻蚀液的湿法刻蚀装置，所述湿法刻蚀装置包括刻蚀腔、刻蚀液槽、喷淋系统，所述刻蚀腔用于容纳并刻蚀基板，所述刻蚀液槽用于储存刻蚀液，所述喷淋系统用于将刻蚀液槽内的刻蚀液喷入刻蚀腔内，所述刻蚀液槽与刻蚀腔底部连通；
4、所述湿法刻蚀装置还包括降黏循环系统和控酸循环系统；
5、所述降黏循环系统包括降黏循环管和降黏循环泵，所述降黏循环管通过降黏循环泵将刻蚀液槽内的刻蚀液引出后又送回刻蚀液槽，所述降黏循环管上按照刻蚀液流动的方向依次缠绕有第一超导螺线圈和第二超导螺线圈，所述第一超导螺线圈和第二超导螺线圈中分别通入交流电并产生交变磁场；
6、所述控酸循环系统包括控酸循环管、控酸循环泵、加热容器、冷却容器和涡流管，所述控酸循环管通过控酸循环泵将刻蚀液槽内的刻蚀液引出后又送回刻蚀液槽，所述加热容器和冷却容器按照刻蚀液流动的方向依次连接在控酸循环管上，所述涡流管的热气支管与加热容器连通，所述涡流管的冷气支管与冷却容器连通，所述加热容器顶部设有排气管和排气泵。
7、作为优选的技术方案，所述喷淋系统包括喷淋泵和喷淋管，所述喷淋管设置在刻蚀腔内，所述刻蚀液槽通过喷淋泵与喷淋管连通。
8、作为优选的技术方案，所述第一超导螺线圈和第二超导螺线圈由nbti合金芯以及从内向外的液氦层、第一真空层、液氮层、第二真空层组成。
9、作为优选的技术方案，所述降黏循环泵包括电机、泵轴和叶轮，所述电机通过泵轴带动叶轮转动；所述降黏循环泵还包括发电组件，所述发电组件包括一块实心圆盘和设置在实心圆盘左右两侧的两块中空圆盘，所述实心圆盘上安装有多个呈圆环状排列的柱状磁铁，相邻柱状磁铁的南极和北极方向相反，所述中空圆盘上安装有多个呈圆环状排列的线圈，线圈与相邻柱状磁铁一一对应；所述发电组件设置在泵轴上，泵轴穿过中空圆盘并且泵轴与实心圆盘固定连接，所述线圈通过导线分别与第一超导螺线圈和第二超导螺线圈连接。
10、作为优选的技术方案，所述降黏循环管内正对第一超导螺线圈设有铁芯，所述铁芯通过圆柱状支座安装在降黏循环管内壁上。
11、作为优选的技术方案，所述降黏循环管内正对第二超导螺线圈设有用于分流的导引头，所述导引头将该部分降黏循环管分为两部分管道，两部分管道之间设有块状超导体，所述块状超导体由nbti合金芯以及从内向外的液氦层、第一真空层、液氮层、第二真空层组成。
12、作为优选的技术方案，所述涡流管的热气支管和冷气支管上还分别连接有常温气管。
13、作为优选的技术方案，所述刻蚀腔内设有用于传输基板的传输辊，所述传输辊倾斜设置使基板左右两侧高低不同，所述刻蚀腔内正对基板的低侧设有超声波发生器。
14、本发明的有益效果在于：
15、1、本发明针对pan型刻蚀液黏度较大的特点，设置了降黏循环系统，降低刻蚀液的黏度，提高刻蚀液流速和置换效率，抑制刻蚀负载效应，有效降低基板上残留刻蚀液的液膜厚度进而抑制水池效应，抑制刻蚀腔室低侧和高侧的刻蚀速率差异。
16、2、本发明在刻蚀腔低侧安装超声波发生器，该发生器发出的超声波作用于低侧刻蚀液，降低其黏度并产生气泡，促进低侧刻蚀液流动，减少低侧和高侧刻蚀速率差异，提升刻蚀均一性。
17、3、本发明还针对pan型刻蚀液h3po4浓度逐渐下降的问题，设置了控酸循环系统，通过循环管路将刻蚀液槽、加热容器和冷却容器连接成回路；通过涡流管引出热气体和冷气体，热气体在加热容器对刻蚀液加热，促进h2o挥发，使得刻蚀液h3po4浓度逐步回升并趋于稳定；刻蚀液随后进入冷容器与冷气体热交换，冷却至常规刻蚀温度后回流刻蚀液槽，如此可以保证刻蚀液中hno3、ch3cooh和h3po4浓度均保持稳定，避免h3po4浓度下降造成的刻蚀残留风险。
1.一种用于pan型刻蚀液的湿法刻蚀装置，所述湿法刻蚀装置包括刻蚀腔、刻蚀液槽、喷淋系统，所述刻蚀腔用于容纳并刻蚀基板，所述刻蚀液槽用于储存刻蚀液，所述喷淋系统用于将刻蚀液槽内的刻蚀液喷入刻蚀腔内，所述刻蚀液槽与刻蚀腔底部连通；
2.根据权利要求1所述的用于pan型刻蚀液的湿法刻蚀装置，其特征在于：所述喷淋系统包括喷淋泵和喷淋管，所述喷淋管设置在刻蚀腔内，所述刻蚀液槽通过喷淋泵与喷淋管连通。
3.根据权利要求1所述的用于pan型刻蚀液的湿法刻蚀装置，其特征在于：所述第一超导螺线圈和第二超导螺线圈由nbti合金芯以及从内向外的液氦层、第一真空层、液氮层、第二真空层组成。
4.根据权利要求1所述的用于pan型刻蚀液的湿法刻蚀装置，其特征在于：所述降黏循环泵包括电机、泵轴和叶轮，所述电机通过泵轴带动叶轮转动；所述降黏循环泵还包括发电组件，所述发电组件包括一块实心圆盘和设置在实心圆盘左右两侧的两块中空圆盘，所述实心圆盘上安装有多个呈圆环状排列的柱状磁铁，相邻柱状磁铁的南极和北极方向相反，所述中空圆盘上安装有多个呈圆环状排列的线圈，线圈与相邻柱状磁铁一一对应；所述发电组件设置在泵轴上，泵轴穿过中空圆盘并且泵轴与实心圆盘固定连接，所述线圈通过导线分别与第一超导螺线圈和第二超导螺线圈连接。
5.根据权利要求1所述的用于pan型刻蚀液的湿法刻蚀装置，其特征在于：所述降黏循环管内正对第一超导螺线圈设有铁芯，所述铁芯通过圆柱状支座安装在降黏循环管内壁上。
6.根据权利要求1所述的用于pan型刻蚀液的湿法刻蚀装置，其特征在于：所述降黏循环管内正对第二超导螺线圈设有用于分流的导引头，所述导引头将该部分降黏循环管分为两部分管道，两部分管道之间设有块状超导体，所述块状超导体由nbti合金芯以及从内向外的液氦层、第一真空层、液氮层、第二真空层组成。
7.根据权利要求1所述的用于pan型刻蚀液的湿法刻蚀装置，其特征在于：所述涡流管的热气支管和冷气支管上还分别连接有常温气管。
8.根据权利要求1至7任意一项所述的用于pan型刻蚀液的湿法刻蚀装置，其特征在于：所述刻蚀腔内设有用于传输基板的传输辊，所述传输辊倾斜设置使基板左右两侧高低不同，所述刻蚀腔内正对基板的低侧设有超声波发生器。
