张小平
南京中电熊猫液晶显示科技有限公司 江苏南京 210000
摘要：液晶制造业中要使用到大量的气体、液体和固体化学品。对于湿蚀刻制程来说，常用的液态化学品很多是具有强腐蚀性并且危险的，化学品需要安全和高纯度的从存储罐中经过管道系统输送到工艺设备药液罐中。由于使用量巨大，液态化学品也是湿法制程中成本较高的消耗性材料。文章介绍了湿法制程中常用的液态化学品的种类，以及通过药液消耗途径分析入手，节约成本，实现节能减排，高效生产的目的。
关键词：湿法；化学品；节能减排
引言
液晶制造业是与化学密切相关的工艺过程，在生产过程中使用了很多超纯度的化学品。化学品生产商通过对化学原料中的化学成分进行提纯从而得到生产中可以使用的超高纯度的化学品，其中，在湿蚀刻及剥离制程中常使用到的液态工艺用化学品主要有酸、碱、溶剂等几大类，有些化学品可能还会重复使用。液态化学品作为一种消耗品，每年使用量巨大，是液晶行业成本较高的一种原材料。在保证产品质量的前提下，从一些途径入手，通过降低使用量和排放量，进而达到节约成本、提高效益、保护环境的目的，实现绿色生产，高效生产。
1.常用化学品介绍
在液晶面板生产工艺中，基板在镀膜后涂布一定图案的光刻胶，光刻胶曝光后形成特
定图案的光阻层，然后进行干式或湿式蚀刻工序来形成与光阻层一样的图案，最后使用光阻剥离液除去残留在基板表面的光刻胶。湿蚀刻工艺中湿法清洗、湿法腐蚀、湿法剥离等工艺流程常用的化学品有：
1.1酸
湿法腐蚀常用的酸分为为两大类：有机酸和无机酸。有机酸包含羟基，如用于刻蚀氧化铟锡的草酸；无机酸不含羟基，如氢氟酸、磷酸、硫酸等等。在酸中添加化学缓冲剂可以减慢并稳定腐蚀过程，比如在氢氟酸中添加氟化铵在控制蚀刻速率的同时不会影响溶液的PH值，对基板表面的光刻胶也不会产生影响。
1.2 碱
碱类是在溶液中可以电离出氢氧根离子的化合物，湿法清洗中常用的碱性物质有氢氧化钠、氢氧化钾，主要用来清洗未成膜前基板上附着的油污有机物等，这些有机物与基板表面的接触角大，去离子水不能将其去除干净，需要碱性洗剂。但是如果碱性清洗剂残留在基板表面，会腐蚀后续成膜制程造成断线等不良，因此使用碱性洗剂的机台必须要把清洗残留物去除干净。
光阻剥离液是湿法去除光刻胶中大量应用的化学品药液，显碱性。传统的有机系剥离液载体为易燃的有机溶剂，异味大，使用过程中存在火灾风险。自2014年以来，国内多家TFT公司陆续进行水系剥离液导入或评估，其成分组成为：1~20%重量的脂环醇胺；10~60%重量的醚类有机溶剂；10~50%重量的水；0.001~3%重量的金属抗蚀剂。无论在环保性、安全性、可监控性等方面，水系剥离液都具有有机系剥离液不可比拟的优势，通过对其含水率和光阻含量的监控分析，在保证产品质量的前提下，还可以实现药液的节能减排。
1.3 溶剂
去离子水（DI Water）是清洗机台广泛使用的溶剂，属于中性洗剂，它能够溶解很多物质，包括离子化合物和共价化合物。常被应用于清洗设备中成膜制程前的异物清洗、稀释清洗剂、酸碱类或光阻剥离液清洗后的残留物清洗等。
这些湿法腐蚀和剥离中所用的液体化学试剂尤其是强酸和强碱类很可能是危险和有腐蚀性的，需要与化学试剂密切接触的湿蚀刻技师和工程师们都必须经过培训并且遵守所有的安全防范规定。
2化学品消耗分析
化学品从存储罐经过管道系统输送到工艺工具罐中，然后经过药液动力泵将药液输送至设备管路中，大量喷洒到基板表面，药液中的酸碱洗剂与基板表面的膜层发生化学反应后，再回流到工艺罐中。整个循环过程药液的消耗主要包括腔室排气消耗、基板携出消耗、强制废液（包括单枚基板废液和整个工艺罐的药液废液），设备异常导致的漏液消耗等等。
3化学品节能减排
节能减排是我国的基本国策，也是企业长期可持续发展的重要保障。节能减排包括节约能源、降低能源消耗、减少污染物排放等内容。液晶行业作为工业制造业的重要组成部分，绿色制造、可持续发展一直是液晶从业人员追求的目标。液体化学品在TFT-LCD行业消耗大，由于这些液体化学品都非常危险，需要特殊的处理和销毁手段，在保证产品质量的前提下，通过化学品消耗分析，降低基板在生产过程中的使用量和排放量，对于企业降低成本，提高效益，实现社会经济的节能减排具有重要的意义。降低液态化学品的使用量和消耗量的途径主要有：
3.1延长强制废液设定
湿法腐蚀金属中常用到的化学剂有各种无机酸，比如金属铝可以被硝酸、磷酸、醋酸和去离子水的混合物刻蚀，刻蚀时先将基板表面氧化，氧化层被磷酸和水的氧化物分解。在刻蚀过程中工艺罐里的酸根离子被消耗，基板表面的金属与酸类反应得到的无机盐进入工艺罐内，在生产一段时间以后，为了保证化学品药液对金属的腐蚀性，工艺罐内的药液会被强制废液换取新药液。对于工艺条件稳定的产品生产过程，延长强制废液的枚数设定，减少废液排放，不仅可以提升设备稼动，提高效率，也可以节约化学品的使用，实现药液的节能减排。
湿法剥离中用到的水系剥离液由亲水性的伯胺MEA、醚类有机溶剂同时包含了一定量的水，相对于有机系剥离液，对光刻胶的溶解性降低，因此除了整个工艺罐的药液废液，还设置了单枚的药液废液。水系剥离液可以通过光纤测定药液的含水率和光阻浓度，较有机系剥离液而言具有可监控性。将每个工艺罐内光阻浓度控制在一定范围内，降低单枚的强制废液量，同时延长强制工艺罐的废液设定，每年可节约药液用量四十万余升。
3.2减少基板携出
基板从药液腔室传出时，表面往往携带有大量药液。同时因为追求更高的基板产能，希望有更快的刻蚀速率和剥离速率，大量的药液化学品基板在传出药液腔室还未被吹干就携带到水洗处理室，不仅造成药液携出大，消耗增加，携带出的药液还会造成水洗腔室的环境改变，造成品质异常。药液腔室的出口液切风刀可以将药液拦截在药液腔室内，回流在工艺罐中，避免造成药液使用的浪费。液切风刀的材质和压力都会影响基板携出量。聚氯乙烯PVC材质的风刀容易变形，造成风力不均，携出增加，将PVC材质的风刀更换为SUS不锈钢金属材质，不锈钢材质具有高耐蚀性，在低温、室温和高温条件下都具有较高的韧性。调大液切风刀压力，增加基板传送摩擦系数可以有效降低基板携出。
3.3减小排气
基板在腔室传送过程中，药液从液刀和喷嘴在高压状态下大量喷洒到基板表面，加上湿法刻蚀时，酸腐蚀金属的同时产生氢气，为了保持腔室内的气压平衡，需要调节各个出气口的针阀，适当的减小排气，可以降低药液消耗。
3.4设备保养维修，降低异常漏液消耗
湿法腐蚀和剥离中用的药液大多都有强烈的腐蚀性，药液在管路中流动通过高压泵的作用喷洒到基板表面，长时间生产后，设备腔室的连接处，高压泵的密封圈，泵接头等都会有不同程度磨损，一旦发生药液泄露，会污染洁净室环境，导致药液浪费，甚至造成产品损失。对设备中的密封圈、管路、泵接头等进行定期维修保养，及时更换，可以减少因为设备异常消耗造成的药液损失。
3.5合理利用药液信号数据，实现节能减排
在液晶制造工业，液态化学品都是通过批量化学材料配送（BCD）系统完成的，现代的BCD系统是一个集成了计算机和网络化的系统，可以对化学品的输送和用量进行实时监控。合理利用药液系统信号，掌握每班、每日、每周、每月及每年的基板药液用量，制定目标，实现节能减排提质增效的目的。
4结束语
在当今中国社会的发展形势下，节能减排、降本增效是各企业生产经营，持续发展所必须的趋势。湿法清洗和蚀刻的每一道工艺工序都会用到大量化学品药液，液晶生产制造行业是与能源消耗和碳排放紧密相关的行业，液晶行业的节能减排对中国工业体系的节能减排具有重要的意义。为了实现中国经济和社会的可持续发展，如何坚持节能减排，降低能耗是每个企业人应认真思考的问题。
参考文献：
[1]张雷. 中国结构节能减排的潜力分析1[J]中国软科学2011（2）：42-51.