第五章 WET工序
5.1 WET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PP box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。
5.2 WET 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(Initial Clean)和成膜前清洗(Pre-deposition Clean)。相应的设备也分为初清洗机(Initial Cleaner)和成膜前清洗机(Pre-deposition Cleaner)。
Initial Clean：在将玻璃基板从PP Box拆包装之后(通常是由Unpack设备来完成)的第一道清洗。Initial Clean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-deposition Clean：在每一次成膜之前进行的清洗。所以又可以细分为Pre-PVD Clean和
Pre-CVD Clean。Pre-deposition Clean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（Entangle polymer）
图5-3 渗透（Stripper penetrate into free volume of polymer）
图5-4 膨胀（Swelling of Photo resist ）
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） ⇒ Ａｌarray工艺详解２Ｏ３ ・・・・・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
5.3 WET 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Eximer UV，是波长为172nm的紫外线。是由专门的EUV Lamp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：EUV Lamp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=Cavitations Jet，BJ=Bubble Jet。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Hyper Mix以及Hyper Jet，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，Hyper Jet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。
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