專利名稱：一種基于紫外光的干式清洗方法
技術領域：
本發明涉及TFT-1XD薄膜晶體管液晶顯示器(Thin Film Transistor-LiquidCrystal Display)領域，特別涉及一種用于清洗TFT-1XD玻璃基板表面上有機污染物的紫外光清洗方法。
背景技術：
眾所周知，隨著光電子產業的迅猛發展，清洗工藝在光電產品中是必不可少的工藝，清洗對產品的質量、精度、外觀等方面的影響也越來越重要。在液晶顯示器的生產過程中多次涉及清洗工藝，整個制備工藝中清洗工藝的工作量占總工作量的30%—40%，而且隨著液晶顯示技術的不斷進步，對工件的表面潔凈度要求極高。目前，精細洗凈技術中主要有兩種，一種是干式洗凈技術，一種是濕式洗凈技術。濕式洗凈中又分為化學式洗凈和物理式洗凈。傳統工藝中的化學清洗已經不能滿足要求，濕式洗凈技術的不足之處是在清洗過程中需要用到大量的純水和有毒化學溶劑，易造成作業人員危害及環境污染的問題，所需要的高純度化學藥品及去離子水費用昂貴，也形成廢水處理及安全問題。細微部的清洗困難，清洗效率降低。此外，濕式清洗的超純水用量約占TFT-LCD玻璃基板加工廠超純水用量的60%，利用干式清洗技術代替濕式清洗，則可節省許多經費。紫外光表面清洗技術是非接觸式高清潔干法表面處理技術。其特點是清洗后的潔凈度能夠達到原子級，它借助光和氣的作用把玻璃表面粘附的各類有機物徹底清除干凈，由于它不直接觸及表面就不會造成玻璃基板表面的損傷，以此同時也不污染環境。紫外光清洗的基本原理UV (Ultraviolet)光源發射波長為185nm和254nm的光波，具有很高的能量，當這些光子作用到被清洗物體表面時，由于大多數碳氫化合物對185nm波長的紫外光具有較強的吸收能力，并在吸收185nm波長的紫外光的能量后分解成離子、游離態原子、受激分子和中子，這就是所謂光敏作用?？諝庵械难鯕夥肿釉谖樟?85nm波長的紫外光后也會產生臭氧和原子氧。臭氧對254nm波長的紫外光同樣具有強烈的吸收作用，臭氧又分解為原子氧和氧氣。其中原子氧是極活潑的，在它作用下，物體表面上的有機化合物的分解物可化合成可揮發的氣體，二氧化碳和水蒸氣等逸出表面，從而徹底清除了黏附在物體表面上的碳和有機污染物。現有的TFT-LCD行業采用洗凈玻璃基板的工藝流程為首先刷洗，其次浸泡式低頻超聲波清洗或超高壓MICRO JET清洗，再次DI水(去離子水)噴淋或高壓水噴淋、DI水噴淋或高壓水噴淋、流動式高頻超聲波清洗、DI水噴淋，最后氣刀吹干、紅外烘干、涂膠。其中刷洗、超聲波清洗和高壓水噴淋這些濕式清洗方法主要用于清除附著粒子，洗凈效果比較好，當清洗液是化學溶劑時，洗掉附著粒子的同時也將有機污染物去除，但是整個過程都是利用濕式清洗方法，一方面清洗時間過長，能源、人力消耗量非常大，玻璃基板還易被化學試劑腐蝕，影響液晶顯示屏的質量，從而降低成品率；另一方面需要進行廢液處理，環境負荷大，不符合加速構建資源節約型、環境友好型社會的要求。本發明方法就是針對濕式清洗方法的缺陷，將干式紫外光清洗技術運用到TFT-LCD玻璃基板清洗的工藝中，經過干式清洗的復合處理后，在很大程度上提高了TFT-LCD玻璃基板的清洗效果，同時洗凈后不需烘干，避免烘干過程中的二度污染，提高了產品的合格率。目前，國內外在制造液晶顯示屏的工藝過程中，所采用的主流方法是刷洗除去有機物，原理是在加化學藥液的同時，利用刷子和基板的相對運動和摩擦將污染物分離。刷子和基板之間的力會破壞表面的各種膜層、電路的中斷，從而影響顯示屏的驅動效果和合格率。隨著科技不斷的進步，LCD產品趨于高像素化、高精細化，高輕型化，新型干式UV清洗是洗凈無機污染物的最佳手段，滿足加工精度的新要求，它是非接觸的，從根本上解決了上述問題，是其他清洗方法遙不可及的。該方法不僅不會損壞表面的膜層，而且紫外光還具有表面改質的特點，能夠改善TFT-LCD玻璃基板膜與膜之間的密接性，保證電路連接的穩固性，一舉兩得。這種新型的清洗方法還能擴展到半導體器件、液晶器件印刷電路板等高密度基片類部件的加工領域，因此，本發明方法具有廣泛的實用性和影響力。

發明內容
本發明的目的是將濕式清洗方法與基于紫外光的干式清洗方法有效結合起來實現對TFT-LCD玻璃基板的清洗，除去表面的有機污染物(主要是油性薄膜)，其清洗范圍廣，且清洗能力強。為實現上述目的，本發明所采取的技術方案是對TFT-LCD玻璃基板先后利用濕式清洗方法超聲波清洗、高壓水噴淋，基本除去了玻璃基板表面的附著粒子；再對其進行氣刀吹干、紅外烘干，達到玻璃基板干燥的效果；最后對其進行基于紫外光的干式清洗。整個清洗過程結合了濕式清洗技術和干式清洗技術，其中基于紫外光的干式清洗方法在清洗工藝流程占有極其重要的地位，改善基板表面的親和性，降低表面的接觸角(本發明的判定標準是接觸角不超過2° )，提高玻璃表面的潔凈度，提高涂膜效果。具體方法如下1.超聲波清洗將待清洗的TFT-LCD玻璃基板經輸入傳送機傳送到超聲波清洗裝置內，當玻璃基板從清洗槽中通過并在清洗液(純水)中浸泡時，玻璃基板上下表面就可以同時被清洗。這是由于清洗槽的底部裝有超聲波振板，超聲波頻率控制在28KHz-40KHz范圍內，利用該頻率范圍內的超聲波在水中產生的空穴的空化作用對玻璃基板上的污垢進行清除，在空穴破裂的瞬間會放出巨大能量對空穴周圍形成沖擊，把玻璃基板表面的污垢薄膜擊破而達到去污的效果。實踐證明用這種方法清除大中尺寸附著粒子很有效。2.高壓水噴淋為了進一步洗去玻璃基板表面的中小尺寸附著粒子，使玻璃基板通過高壓水噴淋裝置，利用高壓水泵把清洗用水(純水)加壓到O. 5MPa-l. 5MPa，再通過噴嘴把高壓低流速的水轉化成低壓高流速的水噴射到玻璃基板表面進行清洗，在清洗過程中，為了有效去除污染物的同時又不損害玻璃基板表面形成的各種薄膜，要嚴格控制高壓水的噴射壓力和噴射距離。3.氣刀吹干濕式清洗以后，必須對TFT-1XD玻璃基板進行干燥處理。利用從夾縫中吹出的高速氣體將玻璃基板表面的水分清除掉，干燥效果主要受到氣刀與玻璃基板表面的距離、氣刀吐出壓力、吐出氣體溫度、氣刀角度等因素的影響。氣刀吹干的不足之處在于玻璃基板接觸了高速氣流，使玻璃基板表面二次污染的概率大大增加，較低潔凈度。這也是濕式清洗方法存在的弊端，因此在干燥冷卻以后，加入了基于紫外光的干式清洗方法。4.紅外烘干氣刀干燥以后，采用紅外干燥法對TFT-1XD玻璃基板進行二次干燥，它作為氣刀干燥技術的輔助干燥手段，目的是將氣刀干燥時沒有完全除去、可能殘留的水分進行徹底清除。該技術是利用紅外線加熱原理，被照射物質吸收紅外線的能量，被吸收的能量會使物質的分子或原子發生振動，從而可以對物質內部進行較徹底的干燥。為了避免玻璃基板表面薄膜的過燒現象，必須對玻璃基板表面溫度進行精確控制。5.冷卻用氣刀烘干和紅外烘干處理過的玻璃基板，溫度會高于常溫，在進行下一道工序之前玻璃基板必須經過冷卻，采用緩沖收納裝置對玻璃基板進行冷卻。若緩沖收納裝置的排氣和灰塵管理效果不好，也可能造成玻璃基板的再次污染。6.基于紫外光干式清洗清洗時使基板位于低壓水銀燈的下方，低壓水銀燈產生253.7nm和184. 9nm波長的紫外線同時照射玻璃基板。這兩種波長的紫外線所攜帶的能量能夠將大多數有機化合物的化學鍵分解。首先，在184. 9nm的紫外線作用下將空氣中的游離氧元素生成臭氧；然后，在253. 7nm的紫外線作用下將空氣中的臭氧分解生成游離的氧原子，與此同時，有機污染物在紫外線的作用下分解，分解的游離態原子與紫外線照射生成的氧原子結合，形成易揮發的C02、H2O, O2等小分子化合物。紫外線波長越短，紫外光能量越高，有機物的分解效率和速度越高，洗凈效果更好。本發明中采用受激準分子紫外燈(Excimer),其產生的波長為172nm,照射能量更大,能夠更容易對化學鍵起到破壞作用，洗凈效率更高。基于紫外光的干式清洗的洗凈能力主要與紫外光的照射時間以及紫外光和玻璃基板反應腔室內的排氣量等有關，反應腔室內有機物被照射后生成的反應物被迅速排出，使腔室內的反應生成物濃度降低，進而促進了有機物分解反應進程。實驗證明在受激準分子紫外燈的照射下，照射時間保持在20秒、反應腔室排氣壓力是O.1KPa時，洗凈效果最優，如圖2所示。本發明清洗方法的創新，在于利用了紫外光干式清洗，低壓水銀燈產生253. 7nm和184. 9nm波長的紫外線同時照射玻璃基板。這兩種波長的紫外線所攜帶的能量能夠將大多數有機化合物的化學鍵分解。首先，在184. 9nm的紫外線作用下將空氣中的游離氧元素生成臭氧；然后，在253. 7nm的紫外線作用下將空氣中的臭氧分解生成游離的氧原子。TFT-LCD玻璃基板的制造工藝流程中，光刻工藝是其中重要工藝之一，在光刻膠涂布前、刻蝕后、光刻膠玻璃后都需要對玻璃基板進行清洗，UV干式清洗不需要使用化學液，避免濕式清洗時間長光刻膠的溶解和腐蝕膜層，有利于更好的曝光(此過程也需要紫外光)和刻蝕。與傳統濕式清洗相比避免了二次污染，改善了清洗效果，也一定程度上節約了水資源，符合當今社會提倡的環保主題。這種處理方法的應用可以較大幅度的提高整體洗凈效果，不損傷洗凈表面，無需干燥冷卻，冷卻過程是一個熱脹冷縮的過程，不可避免的會使玻璃基板發生變形，尤其是未來顯示屏的尺寸越來越大，變形后引起翹曲和折斷，增加了生產企業損失。此外，紫外線具有殺菌消毒的作用，能有效的除去玻璃基板表面的微生物。本發明的優點1.隨著LCD制造的高像素化、高精細化，該方法保證TFT-LCD玻璃基板的高可靠性、高品質性和高成品率，在未來的液晶顯示屏制造領域將得到廣泛應用。2.該方法具有對玻璃基板表面清洗處理均勻度一致且不損傷洗凈表面的優勢。3.基于紫外光的清洗方法是一種干式洗凈方式，洗凈效果好，可在空氣中進行并且在清洗后不必進行干燥，產生的氣體不污染環境，綠色環保。
4.該方法利用紫外光的能量可徹底清除物體表面的碳和有機污染物及微生物，是一種高效、節能的洗凈方式。5.無溶劑揮發及廢棄溶劑的處理回收問題。 6.該方法清洗后，不需要進行干燥，避免了二次污染的可能。


圖1為TFT-1XD玻璃基板基于紫外光的干式清洗方法的工藝流程圖。圖2為TFT-1XD玻璃基板的UV處理時間與接觸角的關系圖。
具體實施例方式以TFT-1XD玻璃基板為例，本方法工藝流程圖如圖1所示，具體步驟為第一步，超聲波清洗，將待清洗的TFT-LCD玻璃基板經輸入傳送機傳送到超聲波清洗裝置內，超聲波頻率控制在28KHz-40KHz，搬運速度為3m/min，純水流量為30L/min，此時，洗凈效果最佳。第二步，高壓水噴淋，超聲波清洗結束后，使玻璃基板仍以3m/min的速度通過高壓水噴淋裝置，高壓水泵把清洗用水(純水)加壓到1.5MPa。第三步，氣刀吹干，濕式清洗全部完成后，為了后續的工藝流程，需要對玻璃基板進行干燥，利用從夾縫中吹出的高速氣體將玻璃基板表面的水分清除掉，氣刀的氣體吐出口與玻璃基板表面之間距離在5mm左右，氣刀的吐出壓力設置為O.1MPa左右，吐出氣體溫度為50°C，氣刀與玻璃基板搬送方向的角度設置為20°C。第四步，紅外烘干，用紅外線照射玻璃基板，使其吸收紅外線的能量，將氣刀干燥時沒有完全除去、可能殘留的水分進行徹底清除。第五步，基于紫外光干式清洗，最后采用受激準分子紫外燈(Excimer)照射玻璃基板，紫外光的波長為172nm，在紫外光照度為70%的前提下，照射時間保持在20秒、反應腔室排氣壓力是O. lKPa，洗凈效果達到最優化。研究結果表明，TFT-LCD玻璃基板經過基于紫外光的干式清洗后，有機污染物被除去，玻璃基板的潔凈度達到原子級，結合濕式清洗方法，有效的去除了表面的大中小型附著粒子。合理高效的清洗方法為玻璃基板的后續加工工藝流程奠定良好的基礎，這對提高玻璃基板的成品率和廣品質量具有重要意義。
權利要求
1.一種基于紫外光的干式清洗方法，其特征在于先利用超聲波清洗、高壓水噴淋濕式洗凈方法除去玻璃基板表面的附著粒子；再對其進行基于紫外光的干式清洗；具體包括以下步驟(A)超聲波清洗，將待清洗的TFT-LCD玻璃基板經輸入傳送機傳送到超聲波清洗裝置內，當玻璃基板從清洗槽中通過并在清洗液中浸泡時，玻璃基板上下表面同時被清洗；(B)高壓水噴淋，使玻璃基板通過高壓水噴淋裝置，利用高壓水泵把清洗用水加壓到O.5MPa-l. 5MPa，再通過噴嘴把高壓低流速的水轉化成低壓高流速的水噴射到玻璃基板表面進行清洗；(C)氣刀吹干，利用從夾縫中吹出的高速氣體將玻璃基板表面的水分清除掉；(D)紅外烘干，采用紅外干燥法對TFT-1XD玻璃基板進行二次干燥，紅外線照射玻璃基板，將氣刀干燥時沒有完全除去的殘留水分徹底清除；(E)冷卻，采用緩沖收納裝置對玻璃基板進行冷卻； (F)基于紫外光干式清洗，清洗時使基板位于低壓水銀燈的下方，低壓水銀燈產生 253. 7nm和184. 9nm波長的紫外線同時照射玻璃基板；首先，在184. 9nm的紫外線作用下將空氣中的游離氧元素生成臭氧；然后，在253. 7nm的紫外線作用下將空氣中的臭氧分解生成游離的氧原子，與此同時，有機污染物在紫外線的作用下分解，分解的游離態原子與紫外線照射生成的氧原子結合，形成易揮發的C02、H20、02小分子化合物。
2.根據權利要求1所述的一種基于紫外光的干式清洗方法，其特征在于是不是修改為所述步驟(F)中，低壓水銀燈替換為受激準分子紫外燈(Excimer)，其產生紫外線的波長為172nm、照射時間保持在18 — 22秒，反應腔室排氣壓力是O. 08 KPa—0. 12KPa。
3.根據權利要求1或2所述的一種基于紫外光的干式清洗方法，其特征在于所述步驟(C)中，氣刀的氣體吐出口與玻璃基板表面之間距離在3— 6mm，氣刀的吐出壓力設置為O.08MPa—O. 12MPa，吐出氣體溫度為45°C — 55°C，氣刀與玻璃基板搬送方向的角度設置為 18。。一 22。。。
4.根據權利要求1或2所述的一種基于紫外光的干式清洗方法，其特征在于所述步驟(A)中，超聲波頻率控制在28KHz — 40KHz，搬運速度為3m/min，清洗液流量為30L/min。
5.根據權利要求1或2所述的一種基于紫外光的干式清洗方法，其特征在于所述步驟(A)的清洗液和所述步驟(B)的清洗用水為純水。
全文摘要
本發明公開了一種基于紫外光的干式清洗方法，特別涉及一種用于清洗TFT-LCD玻璃基板表面上有機污染物的紫外光清洗方法。將該干式清洗方法與濕式清洗方法這兩種技術有效結合起來,TFT-LCD玻璃基板表面經過超聲波清洗、高壓水噴淋兩種不同類型的濕式清洗后再對其表面進行基于紫外光的干式清洗，使其表面的附著粒子、有機污染物均被除去,潔凈度達到原子級。該方法具有清洗效果好、速率快、綠色環保、無二次污染和均勻性好等特點。經過本發明清洗的TFT-LCD玻璃基板，成品率高和產品質量好，為玻璃基板的后續加工工藝流程奠定良好的基礎。
文檔編號B08B11/04GK103008311SQ20121055026
公開日2013年4月3日 申請日期2012年12月18日 優先權日2012年12月18日
發明者任乃飛, 劉丹, 吳迪富, 任旭東, 葛小兵, 孫玉娟, 孫兵 申請人:江蘇宇迪光學股份有限公司, 江蘇大學