专利名称：蚀刻液浓度控制方法
技术领域：
本发明是指一种浓度控制方法，尤指一种蚀刻液浓度控制方法。
背景技术：
利用酸性或碱性溶液的湿式蚀刻法，在当前电子产品的制造过程中已经成为相当 普遍的制造方式，其应用于包括显示器面板、半导体、电路板等技术领域。由于采用蚀刻法 必须要维持蚀刻液浓度在一定的范围内不产生过大变动，才能确保蚀刻速率的稳定，使制 品品质能获得控制。因此，蚀刻液浓度的控制方法成为制造过程中不可或缺的关键技术。
常用的浓度控制方法，例如台湾专利证书号1297517，是在固定时间间隔内将蚀刻 液采样进行浓度分析，然后比对两次分析所得到蚀刻液浓度的变化量后，补充一定量的酸 碱药液，使蚀刻液浓度维持稳定。但这种方法却有缺点尚待克服，例如
( — )初始蚀刻液的浓度不易控制。开始进行蚀刻时，蚀刻液的浓度优选要先调整 到适当浓度。而常用技术只能根据两次测量结果，将蚀刻液浓度补充至"上次测量浓度"，但 如果上次测量浓度不是初始的适当浓度，那么就算补充药液也永远无法补充到适当浓度。
( 二 )补充药液的管路所造成的补酸延迟因素未考虑进去。本领域技术人员应当 知道，蚀刻液容易使管路产生阻塞导致流动速度受影响，连带造成补药的误差，且管路的长 度也会影响补药的速度。尽管常用技术采用预估蚀刻液消耗速率来补充药液，试图防止补 药误差，但实际运用上因其浓度控制方式过于简单，依旧无法达到稳定控酸的目的。因此更 容易发生补充不足或过多的状况，难以达到稳定补药的要求。 上述这些问题点，都使蚀刻液浓度控制要耗费相当时间与成本却无法提高产品品 质。因此，发明一种更精确的蚀刻液浓度控制方法，在本领域已属刻不容缓。
发明内容
申请人:鉴于已有技术中所产生的缺失，经过悉心试验与研究，并本着锲而不舍的 精神，终得出本发明"蚀刻液浓度控制方法"，能够克服上述缺点，以下是本发明的简要说 明。 本发明的发明人在反复思考后提出本发明的蚀刻液浓度控制方法。当依本发明所 揭示的方法进行蚀刻液的浓度控制时，需要在制造过程中持续测量蚀刻液浓度，然后根据 测量的浓度值与使用者期望的理想浓度值的差异，进行积分、微分以及比例化等计算方式 得到酸碱药液的补充量以进行补药维持蚀刻液浓度。由于本发明随时监控浓度变化，且能 随浓度变化状况调整计算公式的相关参数，因此能即时提供回馈控制信息，使药液准确且 持续地补充，维持蚀刻液浓度的稳定。本发明具有提高生产效率与产品品质的优点。
根据本发明的构想，提出一种蚀刻液浓度控制方法，包括下列步骤设定蚀刻液的 目标浓度值；测量该蚀刻液得到测量浓度值；根据该目标浓度值与该测量浓度值，而计算 出差值；比例化该差值而得比例值；比例化该差值的时间积分值而得比例积分值；比例化 该差值的时间微分值而得比例微分值；以及根据该比例值、该比例积分值及该比例微分值，
4补充该蚀刻液浓度至该目标浓度值。 优选地，本发明所提供的蚀刻液浓度控制方法，还包含采用离子层析法、滴定法以及光谱分析法中的任一种方式测量蚀刻液浓度。 优选地，本发明所提供的蚀刻液浓度控制方法，其中所述滴定法用微泵(micropump)自所述蚀刻液中抽取蚀刻液样本。 优选地，本发明所提供的蚀刻液浓度控制方法，还包含从醇中选出稀释液，以稀释所述蚀刻液样本。 优选地，所述醇包括乙二醇、丙二醇、甘油和异丙醇等醇类。 优选地，本发明所提供的蚀刻液浓度控制方法，还包含当所述时间微分值落入第一范围内时，则该比例积分值是零。 优选地，本发明所提供的蚀刻液浓度控制方法，还包含当所述时间微分值落入第二范围内时，则该比例微分值是零。 优选地，本发明所提供的蚀刻液浓度控制方法，还包含当所述时间微分值落入第三范围内时，则该比例微分值是负值。 优选地，本发明所提供的蚀刻液浓度控制方法，其中所述蚀刻液是酸或碱。 优选地，所述酸可以是盐酸、氢氟酸、硝酸、醋酸、磷酸、或硫酸等酸或其混合物。所
述碱可以是氢氧化钠、氢氧化钾、或氨等碱或其混合物。 优选地，本发明所提供的蚀刻液浓度控制方法，还包含当所述目标浓度值大于所
述测量浓度值时，则根据所述差值增加所述蚀刻液浓度至所述目标浓度值。 优选地，本发明所提供的蚀刻液浓度控制方法，还包含当所述目标浓度值小于所
述测量浓度值时，则根据所述差值减少所述蚀刻液浓度至所述目标浓度值。 又根据本发明的构想，提出一种蚀刻液浓度控制方法，包括下列步骤监控蚀刻液
的浓度变化值；比例化该浓度变化值而得比例值；比例化该浓度变化值的时间积分值而得
比例积分值；比例化该浓度变化值的时间微分值而得比例微分值；以及根据该比例值、该
比例积分值及该比例微分值，补充该蚀刻液。 优选地，本发明所提供的蚀刻液浓度控制方法，还包含设定所述蚀刻液的第一浓度值，测量该蚀刻液得到第二浓度值，并根据该第一浓度值与该第二浓度值，得到所述浓度变化值。 优选地，本发明所提供的蚀刻液浓度控制方法，还包含采用离子层析法、滴定法以及光谱分析法中的任一种方式测量蚀刻液浓度。 优选地，本发明所提供的蚀刻液浓度控制方法，其中所述滴定法用微泵(micropump)自所述蚀刻液中抽取蚀刻液样本。 优选地，本发明所提供的蚀刻液浓度控制方法，还包含从醇中选出稀释液，以稀释所述蚀刻液样本。 优选地，所述醇包括乙二醇、丙二醇、甘油和异丙醇等醇类。 优选地，本发明所提供的蚀刻液浓度控制方法，还包含当所述时间微分值落入第一范围内时，则所述比例积分值是零。 优选地，本发明所提供的蚀刻液浓度控制方法，还包含当所述时间微分值落入第二范围内时，则所述比例微分值是零。
优选地，本发明所提供的蚀刻液浓度控制方法，还包含当所述时间微分值落入第三范围内时，则所述比例微分值是负值。 优选地，本发明所提供的蚀刻液浓度控制方法，其中所述蚀刻液是酸或碱。 优选地，所述酸可以是盐酸、氢氟酸、硝酸、醋酸、磷酸、或硫酸等酸或其混合物。所
述碱可以是氢氧化钠、氢氧化钾、或氨等碱或其混合物。 优选地，本发明所提供的蚀刻液浓度控制方法，其中所述比例值是所述浓度变化值与第一定值的乘积，所述比例积分值是所述时间积分值与第二定值的乘积，所述比例微分值是所述时间微分值与第三定值的乘积。 又根据本发明的构想，提出一种能实施上述方法的装置。
图1是与本发明蚀刻液浓度控制方法配套的蚀刻液浓度分析及控制装置示意 图2是本发明蚀刻液浓度控制方法的一个实施例的流程图；及
图3是本发明蚀刻液浓度控制方法的一个实施例的控酸状况折线图。
具体实施例方式
本发明将可由以下的实施例说明而得到充分了解，使得本领域技术人员可以据以实施，然而本发明的实施并非可由下列实施例而被限制其实施。 请参阅图1，其为本发明的方法所搭配的蚀刻液浓度分析及控制装置示意图。蚀刻机部分1大致上为常用的蚀刻机结构，其包括蚀刻液槽10、循环泵11、循环管路12。蚀刻液槽IO用来储存蚀刻液以进行蚀刻反应，蚀刻液槽10内的蚀刻液则包含例如氢氧化钠、氢氧化钾、氨等常用的碱性溶液及其混合溶液，以及例如盐酸、氢氟酸、硝酸、醋酸、磷酸、硫酸等常用的酸性溶液及其混合溶液。循环泵11用来将蚀刻反应后的蚀刻液抽回，经过循环管路12送回蚀刻液槽10以重复进行蚀刻反应。 浓度分析及控制部分2则包括药液桶20、加药机21、分析仪22。分析仪22连接分析管路23，分析管路23则连接循环管路12，使循环管路12内流动的蚀刻液能被分析仪22用微泵(micro pump，图未显示)抽取，并在分析仪22内对抽取出来的蚀刻液样本进行分析。药液桶20内配备用来补充蚀刻液槽10内蚀刻液的药液，加药机21则根据分析仪22的指示送出该药液，通过加药机21与蚀刻液槽10相连的控制管路24，将该药液补充至蚀刻液槽10。 需要特别指出的是，加药机21可连接多个药液桶20 (图未显示)，能视情况需要进行不同种类药液的补充，例如当蚀刻液浓度过高时还可以补充水，用以降低蚀刻液浓度。
由于循环管路12内的蚀刻液流动速度较慢，因此分析仪22内需要配置微泵，才能通过分析管路23更有效率的抽取蚀刻液样本，并减少气泡产生而便于进行分析。分析仪22可向抽取到的蚀刻液样本中，再加入乙二醇、丙二醇、甘油、异丙醇等醇类作为稀释液进行稀释，其中因丙二醇无毒，属于较佳选择。以非水性的酸碱中和滴定法，测量例如由酸性或碱性混合溶液所构成的蚀刻液样本中各酸性自由基的当量浓度，得到测量浓度值。当然，分析仪除了使用滴定法测量浓度外，还可以使用离子层析法或光谱分析法，来测量蚀刻液中各主要成分的浓度值。
在本发明中，分析仪22可以预先设定，并可随需要改变蚀刻液的目标浓度值，但通常是在蚀刻制造过程开始前或首次测量蚀刻液浓度前要设定好。本领域技术人员会经过多次的实验与制造过程，通过适当选择而决定较佳反应的目标浓度值的大致范围，也因此目标浓度值也可以设定为一个范围区间，但本发明实施例将目标浓度值以一个定值来说明。该目标浓度值为进行蚀刻反应时，作为与该测量浓度值比对的依据。
此外，当分析仪22获得该测量浓度值后，则将该测量浓度值与该目标浓度值做比对，若该测量浓度值大于该目标浓度值，则分析仪22会根据该测量浓度值与该目标浓度值的差值P，指示加药机21补充水或停止补药程序，以降低蚀刻液槽10内的蚀刻液浓度，使槽内的蚀刻液浓度稀释至目标浓度值。若该测量浓度值小于该目标浓度值，则分析仪22会根据该测量浓度值与该目标浓度值的差值P，指示加药机21补充特定种类的酸性或碱性药液，以增加蚀刻液槽10内的蚀刻液浓度，使槽内的蚀刻液浓度增加至目标浓度值。
请参见图2，其为本发明所提出的蚀刻液浓度控制方法的一个实施例的流程图。其步骤包括(Sl)设定蚀刻液的目标浓度值；(S2)测量蚀刻液得到测量浓度值；(S3)根据该目标浓度值与该测量浓度值，而计算出浓度差值P ;(S4)计算差值P的时间积分值I与时间微分值D ; (S5)根据时间微分值D，决定积分系数Ki与微分系数Kd ; (S6)根据比例系数Kp、积分系数Ki与微分系数Kd，分别比例化差值P、时间积分值I与时间微分值D ; (S7)根据S6结果计算补药量U以补充药液。 需要特别指出，图2所示的实施例并不限定要以图1的装置进行，本实施方法仅列出优选实施方式，因此只要能符合本发明权利要求所述的方法，都属于本发明的范围。此外，上述步骤S1并不限定为必须要第一个进行的步骤，实际上也可以与S2步骤同时进行，且每次测量到补药完毕仍可重复这些测量补药步骤。 本发明所采用的比例、积分、微分控制方法，简单来说是如上述根据浓度差值P决定补药量U，但其细节则如下所述。首先，计算出蚀刻液目标浓度值与测量浓度值的差值P，再求得该差值P的时间微分D与时间积分1，根据差值P、时间积分1、时间微分D，分别乘上比例系数Kp、积分系数Ki、微分系数Kd、而计算出补酸量。其简单公式如下述公式1 :
〈公式1>
<formula>formula see original document page 7</formula>
公式1是简化公式，实际上是由下述公式2而来。
〈公式2> <formula>formula see original document page 7</formula>
在公式2中，Ti是积分时间，Td是微分时间，且<formula>formula see original document page 7</formula>通常仅有比例控制时，若在t时间的输入值是U(t)以及输出值是P(t)，且U。是维持P(t) =P。所必要的输入值(P。为目标浓度值)，因此在<formula>formula see original document page 7</formula>的关系成立的前提下，比例控制应满足<formula>formula see original document page 7</formula>的公式。 上述公式比例控制的概念就是消除目前的浓度差值P，即浓度差值P越大，需要的补药量U也越大，两者必然成一比例关系。积分控制的概念是平均过去的浓度差，用来消除目标浓度值与测量浓度值的固定偏差，微分控制则是通过浓度差的变化趋势来预测将来的浓度差，用来修正补酸量在目标值上下来回波动的现象，综合三个方向给予比已有技术更细致完整的浓度控制，而通常已有技术最多只能做到比例控制。
在本发明的蚀刻液浓度控制方法中，仅有比例控制时，由于药液的补充与蚀刻液浓度的测量需要时间，这段时间浓度的变化需要积分控制来增加补药量，而补药时考虑到控制管路的阻塞程度，使得药液补充可能会有延迟的现象。因此，为防止之后的测量浓度值又错估了实际的状况，最后导致补充过多的药液。因此需要加入微分控制，且微分系数Kd应优选为负值。 但只是以比例、积分、微分来控制蚀刻液浓度其实仍有不足之处，受到蚀刻液的物理性质较为浓稠的限制，药液槽通往蚀刻槽的补药管路也容易随着蚀刻时间而产生相当程度的迟滞阻塞，因此上述公式应增加根据蚀刻状况改变补药量U的调整。
由于补药延迟的状况能以测量蚀刻液浓度差值变化得到依据，因此本发明可随着所述D值的大小变化，例如当D值落入第一范围内时，调整三种控制方式所采用的比例系数Kp、积分系数Ki、微分系数Kd的值，或任选一种上述系数值来调整，使比例值Kp XP、比例积分值Ki X I、比例微分值KdXD产生相对应的改变，进而计算出根据D值改变的补药量U (输出量)。 在本发明的控制方法中，时间积分I与时间微分D需要累计多次测量结果，才能得到可充分利用的数据，因此尽管Kp、Ki、Kd通常是适当选择而设定的定值，但仍可在蚀刻制造过程开始后的前两 三次浓度测量步骤时(蚀刻初期，该时段的D值以落入区间[a。，b。]来定义)，而当D值落入该区间[a。，b。]时，则让Ki与kd设为零，使比例积分值与比例微分值无效化。也就是说，初期可仅以比例控制来维持蚀刻液浓度，Ki与Kd的数值则可在D值计算出来并落入适当选择的预定区间[a。，b。]后开始变化，当然仅让Ki或Kd分别在D值落入区间[a。，b。]或区间[a' 。，b'。]内时而设为零，也属于本发明的范围。
如果在浓度差值P较大的情况下(通常为蚀刻初期)，表示浓度的变化趋势的时间微分D值通常也会增加(因补药量大使浓度变化大)，这时可设定当D值落入区间[a，b]或未落入区间[A，bJ内时，Kd为负值，连带使得比例微分值KdXD成为较大的负值，可抑制补药过量的问题，一旦浓度进入稳定状态，即浓度变化量小(D变小)，则比例微分值KdXD的影响相对变小。 当然，除了微分系数Kd外，积分系数Ki也可以根据D值作出相应的变化设定。由于以本发明方法在进行蚀刻制造过程时，在蚀刻液浓度逐渐趋于稳定值后，目标浓度值与测量浓度值产生一个固定偏差。因此还可针对Ki值作出变化条件的设定。例如可针对特定状况，在蚀刻初期积分控制还不需要运作时，或蚀刻液浓度逐渐趋于稳定时，或蚀刻制造过程持续过长时间，导致管路阻塞程度逐渐严重时，分别针对D值设定第一区间[a2，b2]与第二区间[a3， b3]，使D值在落入该第一区间内时Ki为第一定值，落入该第二区间时Ki为第二定值，未落入该第一区间与该第二区间时则Ki为零，以三种可变的Ki值来对应上述的三种状况。 请参阅图3，其为本发明提出的蚀刻液浓度控制方法的一个实施例的控酸状况折线图。依据本发明所提出的蚀刻液浓度控制方法，设定前两次控酸的Kp = 0. 5、Ki = 0、Kd=0，从第三次控酸后设定Kd = -0. 25，且当D小于0. 01时Ki = 0. 25 ;D超过0. 01时Ki=0。至于目标浓度则设定为1. 79%，蚀刻液初始浓度为1. 60%。在图3中，左侧Y座标为控酸后的浓度，右侧Y座标为补酸量，该补酸量若为0. l，则代表添加的补酸量可使药液浓度增加0. 1%的浓度。其控酸结果如图3所示，由图3可知在蚀刻液消耗速率不变的前提下，蚀刻液浓度会逐渐趋于稳定。 通过以上所揭示的技术内容，当依照本发明所揭示的方法进行蚀刻液的浓度控制时，需要在制造过程中持续测量蚀刻液浓度，然后根据测量的浓度值与使用者期望的理想浓度值的差异，进行积分、微分以及比例化等计算方式得到酸碱药液的补充量以进行补药维持蚀刻液浓度。由于本发明随时监控浓度变化，且能随浓度变化状况调整计算公式的相关参数，因此能即时提供回馈控制信息，使药液准确且持续地补充，维持蚀刻液浓度的稳定。本发明具有提高生产效率与产品品质的优点。 本发明以上所述内容，仅是本发明的最佳实施例，不能用来限定本发明所实施的范围。即只要是依照本发明权利要求所作的同等变化与修改，都应仍属于本发明专利涵盖的范围内。
权利要求
一种蚀刻液浓度控制方法，其步骤包括设定蚀刻液的目标浓度值；测量所述蚀刻液得到测量浓度值；根据所述目标浓度值与所述测量浓度值，而计算出差值；比例化所述差值而得比例值；比例化所述差值的时间积分值而得比例积分值；比例化所述差值的时间微分值而得比例微分值；及根据所述比例值、所述比例积分值及所述比例微分值，补充所述蚀刻液浓度至所述目标浓度值。
2. 如权利要求1所述的方法，其步骤还包括采用离子层析法、滴定法以及光谱分析法中的任一种方式测量蚀刻液浓度。
3. 如权利要求2所述的方法，其中所述滴定法用微泵自所述蚀刻液中抽取蚀刻液样本。
4. 如权利要求3所述的方法，其步骤还包括从醇中选出稀释液，以稀释所述蚀刻液样本。
5. 如权利要求4所述的方法，其中所述醇包括乙二醇、丙二醇、甘油和异丙醇。
6. 如权利要求1所述的方法，其中当所述时间微分值落入第一范围内时，所述比例积分值是零；当所述时间微分值落入第二范围内时，所述比例微分值是零；或当所述时间微分值落入第三范围内时，所述比例微分值是负值。
7. 如权利要求1所述的方法，所述蚀刻液是酸或碱。
8. 如权利要求7所述的方法，其中所述酸包括盐酸、氢氟酸、硝酸、醋酸、磷酸、硫酸或其混合物；所述碱包括氢氧化钠、氢氧化钾、氨或其混合物。
9. 如权利要求1所述的方法，其中当所述目标浓度值大于所述量测浓度值时，则根据所述差值增加所述蚀刻液浓度至所述目标浓度值；或当所述目标浓度值小于所述量测浓度值时，则根据所述差值减少所述蚀刻液浓度至所述目标浓度值。
10. —种蚀刻液浓度控制方法，其步骤包括监控蚀刻液的浓度变化值；比例化所述浓度变化值而得比例值；比例化所述浓度变化值的时间积分值而得比例积分值；比例化所述浓度变化值的时间微分值而得比例微分值；及根据所述比例值、所述比例积分值及所述比例微分值，补充所述蚀刻液。
11. 如权利要求10所述的方法，其步骤还包括设定所述蚀刻液的第一浓度值，测量所述蚀刻液得到第二浓度值，并根据所述第一浓度值与所述第二浓度值，得到所述浓度变化值。
12. 如权利要求IO所述的方法，其中所述比例值是所述浓度变化值与第一定值的乘积，所述比例积分值是所述时间积分值与第二定值的乘积，所述比例微分值是所述时间微分值与第三定值的乘积c
全文摘要
本发明提出一种蚀刻液浓度控制方法，其步骤包括监控蚀刻液的浓度变化值；比例化该浓度变化值而得比例值；比例化该浓度变化值的时间积分值而得比例积分值；比例化该浓度变化值的时间微分值而得比例微分值；以及根据该比例值、该比例积分值及该比例微分值，补充该蚀刻液。本发明采用积分、微分以及比例化等计算方式得到酸碱药液的补充量，以进行补药维持蚀刻液浓度。
文档编号G01N31/16GK101727023SQ20081017204
公开日2010年6月9日 申请日期2008年10月28日 优先权日2008年10月28日
发明者陈志行 申请人:浩硕科技股份有限公司