第2章工藝流程

1、第二章TFT顯示器的制造工藝流程和工藝環(huán)境要求清洗成膜光刻刻蝕剝離陣列段是從投入白玻璃基板，到基板上電氣電路制作完成。具體見下圖：成膜膜Glass基板PR塗布曝光Mask現像刻蝕剝離TFT基板重復Glass基板 CF工序是從投入白玻璃基板，到黑矩陣、三基色及ITO制作完成。具體見下Cell工序是從將TFT基板和CF基板作定向處理后對貼成盒，到切割成單粒后貼上片光片。具體見下圖：Module工序是從LCD屏開始到驅動電路制作完成，形成一個顯示模塊。具體示意圖如下：信號基板驅動IC PanelBLULCD Module連接電路保護板検 査裝配綁定 第一節(jié) 陣列段流程一、主要工藝流程和工藝制程（一）

2、工藝流程上海天馬采用背溝道刻蝕型（BCE）TFT顯示象素的結構。具體結構見下圖：CC'ITO pixel electrodeCross-section C-CSelect lineData lineStorage capacitorCC'ITO pixel electrodeCross-section C-CSelect lineData lineStorage capacitora-Si TFT對背溝道刻蝕型TFT結構的陣列面板，根據需要制作的膜層的先后順序和各層膜間的相互關系，其主要工藝流程可以分為5個步驟（5次光照）：第一步柵極（Gate）及掃描線形成具體包括：Gate層

3、金屬濺射成膜，Gate光刻，Gate濕刻等工藝制程（各工藝制程的具體介紹在隨后的章節(jié)中給出）。經過這些工藝，最終在玻璃基板上形成掃描線和柵電極，即Gate電極。工藝完成后得到的圖形見下圖：CC'Cross-section CC第二步柵極絕緣層及非晶硅小島（Island）形成具體包括：PECVD三層連續(xù)成膜，小島光刻，小島干刻等工藝制程（各工藝制程的具體介紹在隨后的章節(jié)中給出）。經過這些工藝，最終在玻璃基板上形成TFT用非晶硅小島。工藝完成后得到的圖形見下圖：CC'SiNa-Si/n+第三步源、漏電極（S/D）、數據電極和溝道（Channel）形成具體包括：S/D金屬層濺射成膜，

4、S/D光刻，S/D濕刻，溝道干刻等工藝制程（各工藝制程的具體介紹在隨后的章節(jié)中給出）。經過這些工藝，最終在玻璃基板上形成TFT的源、漏電極、溝道及數據線。到此，TFT已制作完成。工藝完成后得到的圖形見下圖：CC'第四步保護絕緣層（Passivition）及過孔（Via）形成具體包括：PECVD成膜，光刻，過孔干刻等工藝制程（各工藝制程的具體介紹在隨后的章節(jié)中給出）。經過這些工藝，最終在玻璃基板上形成TFT溝道保護絕緣層及導通過孔。工藝完成后得到的圖形見下圖：CC'第五步透明象素電極ITO的形成具體包括：ITO透明電極層的濺射成膜，ITO光刻，ITO濕刻等工藝制程（各工藝制程的具

5、體介紹在隨后的章節(jié)中給出）。經過這些工藝，最終在玻璃基板上形成透明象素電極。至此，整個陣列工序制作完成。工藝完成后得到的圖形見下圖：CC'ITO pixel electrodeCross-section C-CSelect lineData lineStorage capacitorCC'ITO pixel electrodeCross-section C-CSelect lineData lineStorage capacitora-Si TFT至此，整個陣列工序制作完成。簡單來說5次光照的陣列工序就是：5次成膜5次刻蝕。（二）工藝制程在上面的工藝流程中，我們提到，陣列的工藝

6、流程是成膜、光刻、刻蝕等工藝制程的反復使用。以下就這些工藝制程作具體的介紹。1、成膜顧名思義，成膜就是通過物理或化學的手段在玻璃基板的表面形成一層均勻的覆蓋層。在TFT陣列制作過程中，我們會用到磁控濺射（Sputter，或稱物理氣相沉積PVD）和等離子體增強型化學氣相沉積（PECVD）。A）磁控濺射（Sputter）濺射是在真空條件下，用He氣作為工作氣體。自由電子在直流DC電場的作用下加速獲得能量，高能電子碰撞He原子，產生等離子體。He離子在DC電場的作用下，加速獲得能量，轟擊在靶材上，將靶材金屬或化合物原子濺射出來，沉積在附近的玻璃基板上，最后形成膜。磁場的作用是控制等離子體的分布，使成

7、膜均勻。磁控濺射的原理示意圖如下：Used for ITO (Indium Tin Oxide transparent conductor) and for metals (Al, Mo, Ti, Cr, etc.)生產用磁控濺射設備如下圖：具體濺射原理的介紹和詳細的設備介紹參見后面相關的章節(jié)。B）PECVDPECVD是通過化學反應在玻璃基板表面形成透明介質膜。等離子體的作用是使反應氣體在低溫下電離，使成膜反應在低溫下得以發(fā)生。其原理示意圖如下：成各類膜所使用得化學氣體見下表：Feed gasMaterialFunctionSiH4, H2a-SiSemiconductorSiH4, N2,

8、NH3Si3N4Gate insulator, passivationSiH4, N20SiO2Gate insulator, passivationSiH4, PH3, H2n+ a-SiContact layer at source and drain典型的PECVD設備如下圖：具體PECVD原理的介紹和詳細的設備介紹參見后面相關的章節(jié)。2、光刻：涂膠、圖形曝光、顯影光刻的作用是將掩模版（Mask）上的圖形轉移到玻璃表面上，形成PR Mask。具體通過涂膠、圖形曝光、顯影來實現。見以下示意圖：A) 涂膠在玻璃表面涂布一層光刻膠的過程叫涂膠。對于小的玻璃基板，一般使用旋轉涂布的方式。但對大的

9、基板，一般使用狹縫涂布的方式。見以下示意圖：Spin coating Slit (extrusion) coatingB) 圖形曝光涂膠后的玻璃基板經干燥、前烘后可以作圖形曝光。對于小面積的基板，可以采用接近式一次完成曝光。但對大面積的基板，只能采用多次投影曝光的方式。下圖是Canon曝光機的工作原理圖：由于大面積的均勻光源較難制作，Canon采用線狀弧形光源。通過對Mask和玻璃基板的同步掃描，將Mask上的圖形轉移到玻璃基板上。C) 顯影經圖形曝光后，Mask上的圖形轉移到玻璃基板上，被光阻以潛影的方式記錄下來。要得到真正的圖形，還需要用顯影液將潛影顯露出來，這個過程叫顯影。如果使用的光阻

10、為正性光阻，被UV光照射到的光阻會在顯影過程中被溶掉，剩下沒有被照射的部分。顯影設備往往會被連接成線，前面為顯影，后面為漂洗、干燥。示意圖如下：3、刻蝕：濕刻、干刻刻蝕分為濕刻和干刻兩種。濕刻是將玻璃基板浸泡于液態(tài)的化學藥液中，通過化學反應將沒有被PR覆蓋的膜刻蝕掉。濕刻有設備便宜、生產成本低的優(yōu)點，但由于刻蝕是各向同性的，側蝕較嚴重。干刻是利用等離子體作為刻蝕氣體，等離子體與暴露在外的膜層進行反應而將其刻蝕掉。等離子體刻蝕有各向異性的特點，容易控制刻蝕后形成的截面形態(tài)；但但高能等離子體對膜的轟擊會造成傷害。濕刻與干刻的原理見下圖：Wet etching vs. dry etching (RI

11、E)Glass substratePhotoresistO2containing etching gasEtched layerGlass substratePhotoresistEtched layerGlass substrateEtched layerGlass substratePhotoresistO2containing etching gasEtched layerGlass substratePhotoresistEtched layerGlass substratePhotoresistEtched layer濕刻的設備一般與后面清洗、干燥的設備連成線，見下圖：干刻設備與PV

12、D及PECVD設備一樣，一般采用多腔體枚葉式布局。由于設備內是真空環(huán)境，玻璃基板進出設備需要12個減壓腔。其余腔體為工藝處理腔。見以下示意圖：一般金屬膜采用濕刻，介質膜采用干刻。4、脫膜刻蝕完成后，需要將作掩模的光阻去除，去除光阻的過程叫脫膜。一般脫膜設備會與其隨后的清洗、干燥設備連線。見下圖：二、輔助工藝制程陣列工序的工藝流程中，除了以上介紹的主要工藝制程外，為了監(jiān)控生產線的狀態(tài)，提高產品的合格率，方便對產品的管理和增加了一些輔助的制程，如：清洗、打標及邊緣曝光、AOI、Mic/Mac觀測、成膜性能檢測、電測等。以下就這些輔助工藝制程逐一作個簡單介紹。1、清洗清洗，顧名思義就是將玻璃基板清洗

13、干凈。這是整個LCD工藝流程中使用最頻繁的工藝制程。在每次成膜前及濕制程后都有清洗。清洗有濕洗和干洗，有物理清洗和化學清洗。其作用和用途詳見下表：具體在工藝流程中，玻璃基板流入生產線前有預清洗；每次成膜前有成膜前清洗；每次光阻涂布前有清洗；每次濕刻后及脫膜后也有清洗。一般清洗設備的結構如下：由于清洗設備的結構與濕刻及脫膜設備的結構非常相識，所以這三個制程往往統稱為濕制程。2、打標及邊緣曝光為了方便生產線的管理，我們需要對在生產線流通的每一張玻璃基板和Panel打上ID，這是通過打標制程來完成的。通常打標制程會放在柵極光刻制程中，即柵極圖形曝光后，顯影前。打標一般采用激光頭寫入。隨著玻璃基板的增

14、大，曝光機的制作和大面積均勻光源的獲得變得較難。為了有效利用曝光設備，在圖形曝光時只對玻璃基板中間有圖形的有效區(qū)域進行曝光。之后采用一種不需要Mask的邊緣曝光設備對邊緣區(qū)域曝光，然后去做顯影。這一過程叫邊緣曝光。3、自動光學檢測（AOI）為了提高產品的合格率，在每次顯影后和刻蝕后，一般會作一次光學檢測。一般采用線性CCD對玻璃基板上的圖形進行掃描，將掃描后的圖像作計算機合成處理后，與設計圖形作比對，以發(fā)現可能存在的問題。此過程即稱為自動光學檢測。其典型設備如下圖：4、宏微觀檢查（MAC/MIC）微觀檢查主要是通過顯微鏡對AOI或其他檢測過程中發(fā)現的問題作進一步觀測確認。宏觀檢測是利用人眼對光

15、和圖像的敏銳觀察，以發(fā)現顯影后或刻蝕后大面積的不均勻。微觀、宏觀檢查往往設計在同一機器上。典型的機器見下圖：5、成膜性能檢測在陣列的制程中有5次成膜。成膜質量的好壞直接關系到產品的性能和合格率的高低。所以生產中有許多對膜性能作檢測的工序，盡管這些工序也許只是抽測。對導電膜，一般會用四探針測試儀（RS Meter）作膜層方塊電阻測試；用反射光譜儀（SR）作反射性能測試。對介質膜，一般會用橢偏儀（SE）作膜厚和透過性能測試；用付氏紅外分析儀（FTIR）作成分分析。對所有的膜層都會用臺階儀（Profile）作膜厚分析；用Mac作宏觀檢查；用AFM作表面形貌分析。6、開路/短路（O/S）電測TFT溝道

16、刻蝕主要是刻掉非晶硅表面的一層N型參雜的接觸層。這一層具有改善接觸電阻的作用。但這一層在溝道的部分必須完全刻蝕干凈，否則溝道短路或漏電流偏大。溝道是否刻蝕干凈，用光學的辦法不能檢測，因為N型參雜層是透明的。所以在溝道刻蝕后插入開路/短路（O/S）電測。開路/短路電測的原理很簡單：將兩個探針放在電極的兩端，檢測電流以判斷電極是否開路；將兩個探針放在相鄰的兩個電極上，檢測電流以判斷這兩個電極間是否短路。下圖是原理的示意圖和相關設備圖：HEAD HEAD Short1Short2Open1Open27、TEG（Test Element Group）電測在陣列制作的工藝過程中，有許多中間環(huán)節(jié)的電氣性能

17、直接影響到產品的最終性能，必須加以檢測。如層間的接觸電阻，電極間的電容等。為了檢測這些中間環(huán)節(jié)的電氣性能，會在正常顯示屏電氣線路以外的區(qū)域，專門設計一些檢測中間性格的電氣單元（Test Element Group），并通過專門的TEG檢測設備作測試。常見的TEG電氣單元有: 引線電阻、TFT、存儲電容、接觸電阻、跨越臺階的引線電阻等。TEG的位置及設計范例如下圖：TEG8、陣列電測陣列電路制作完成后，其電氣性能如何需要作陣列電測，以挑出有缺陷的屏，不讓其流到后面的工序，減少材料的損失。陣列電測大致分為電荷檢測、電子束檢測和光學檢測三種檢測方法。這三種檢測方法各有優(yōu)劣。目前天馬采用光學的檢測方法

18、。其原理和相關設備見下圖：詳細的設備介紹見后面相關章節(jié)。9、激光修補對在AOI或電測中發(fā)現的問題，如短路、開路等，一般考慮采用激光修補的辦法進行補救。這一辦法對大屏的制作尤其有效。常見的激光修補設備見下圖：三、返工工藝流程以上介紹的是正常工藝流程。在生產過程中由于品質管控的要求，在某些指標達不到要求時，產品會進入返工流程。陣列段最常見的返工是：PR返工和Film返工。1、PR返工在曝光、顯影后，膜層刻蝕前，如果被AOI或MAC/MIC檢測發(fā)現嚴重質量問題，如果不返工會導致產品報廢或合格率很低。這時產品會進入PR返工流程，即先脫膜，然后從新作光刻。2、Film返工Gate電極和S/D電極在刻蝕后

19、，如果被AOI或MAC/MIC檢測發(fā)現嚴重質量問題，如果不返工會導致產品報廢或合格率很低。這時產品會進入Film返工流程，即先脫膜后，濕刻掉所有金屬膜，然后從新作成膜。四、陣列段完整工藝流程在主要工藝流程和制程的基礎上，加入輔助工藝制程和返工流程，一個陣列段完整的工藝流程如下圖：圖中同時給出了制作高開口率的有機膜工藝流程和半反半透膜工藝流程。其器件原理參見其他文獻的介紹。以上工藝流程圖的詳細工藝步驟描敘，請參見本章后的詳細的具體附表。五、設備維護及工藝狀態(tài)監(jiān)控工藝流程產品是靠生產線和設備作出來的，所以生產線的狀態(tài)和設備狀況直接關系到產品的質量。定時對設備作維護（Prevent Maintena

20、nce）和對設備、環(huán)境狀態(tài)作監(jiān)測是有效管理的的必然選擇。通常的做法是采用白玻璃（Dummy Glass）作某個工藝制程，之后拿去檢測。這樣Dummy Glass就有一個流程。1、白玻璃（Dummy Glass）的用途在生產線遇到以下幾種情況時，需要流通白玻璃： A、在新的生產線安裝調試階段，用白玻璃作一系列的試驗；B、設備或工藝調整后，用白玻璃確認工藝狀況；C、設備作維護保養(yǎng)后，用白玻璃確認工藝狀況D、設備和工藝狀態(tài)需要作定期監(jiān)測時E、工藝潔凈環(huán)境需要作定期監(jiān)測時2、白玻璃的流程根據使用白玻璃的目的的不同，其流通流程也完全不同。這里只簡單舉一個例子。例如，如果我們需要了解設備內的清潔狀態(tài)，白玻

21、璃會流過以下制程：白玻璃清洗要檢測的設備異物檢測機對于各種情況下白玻璃的詳細流程，請參考本章附表。第二節(jié) 制盒段流程Cell 段的工藝流程可以大概分為四塊：取向、成盒、切斷、貼偏光片。以下簡單介紹一下各塊工藝目的和主要工藝制程。二、ODF成盒工藝成盒就是將CF和TFT玻璃基板對貼、粘結起來，同時要在兩個玻璃基板間的間隙中（盒中）放入液晶并控制盒的厚度。傳統的成盒工藝是先完成空盒制作，然后灌注液晶?，F在的ODF（One Drop Filling）工藝是先在TFT或CF玻璃基板上滴下液晶，然后在真空環(huán)境下對貼制盒，最后經紫外固化和熱固化后成盒。ODF成盒工藝可以分成四塊：襯墊料噴灑，邊框料、銀點料

22、、液晶涂布，真空環(huán)境下對貼制盒，紫外固化和熱固化。以下逐一作簡單介紹：1、襯墊料噴灑盒厚控制是靠選擇設定的球形襯墊料的直徑來實現的。襯墊料需要在貼合前均勻地噴灑到玻璃基板地表面，這是通過一種讓襯墊料帶電后干噴的設備完成的。其示意圖如下：基板2、邊框料、銀點料、液晶涂布邊框料的作用有三：一是將CF與TFT基板粘結在一起；二是將盒厚固定下來；三是將液晶限制在盒內。銀點料的作用是導通CF和TFT上的Common電極。對ODF工藝而言，邊框料和銀點料必須是采用快速固化的UV固化膠。液晶（Liquid Crystal）的作用是改變盒的光學狀態(tài)。這三種材料的涂布都是采用一種叫Dispensor的涂布頭來完

23、成的。其示意圖分別如下：邊框涂布剤窒素加圧銀點涂布銀液晶涂布液晶3、真空環(huán)境下對貼制盒將涂布有襯墊料、邊框料、銀點料、液晶的CF與TFT玻璃基板在真空環(huán)境下對貼，以完成制盒。其工作原理見下圖：、大気重合焼成真空ODF制盒完成后，為了防止CF與TFT玻璃基板的相對移動，在四個角滴上UV膠，并作UV固化。4、紫外固化和熱固化前面已經提到，對ODF工藝而言，邊框料和銀點料必須是采用快速固化的UV固化膠。ODF制盒完成后，對貼好的玻璃會作UV固化處理，使邊框料和銀點料固化。為了防止UV光對液晶的破壞，邊框以外有液晶的地方會用Mask遮擋。若UV光從CF側照射，CF可以起到Mask的作用。若UV光從TF

24、T側照射，需要準備專用的Mask。UV型邊框料有快速固化的特點，但粘接強度不如熱固化型膠。且當UV從TFT側照射時，在引線下的邊框料UV光照射不到。為了解決以上問題，ODF邊框料一般都是UV型與熱固化型環(huán)氧樹脂的混合體。UV固化后還必須經過充分的熱固化。以上是ODF的主要工藝制程。此外還有一些輔助工藝制程，如：摩擦后（襯墊料散布前）清洗，襯墊料返工，邊框料、液晶涂布前USC干洗，邊框料涂布后自動光學檢查，邊框固化后目測、盒厚檢測、及偏位檢測等。三、切割、磨邊、電測1、切割由于玻璃基板的尺寸一定，而各產品的尺寸不同，在一張玻璃基板上會排列有多個產品盒。見下圖：在產品盒制作完成后，需要將這些排列在一起的盒分割成獨立的屏。這個過程就稱為切割。切割是通過金剛刀輪在玻璃表面滑過來完成的。其原理圖如下：基板裏面加圧、瞬間 劈開。通常切割后還有裂片的工藝。但隨著刀輪技術的改進，目前已有切痕很深的技術，其切割后不需要裂片。2、磨邊玻璃切割成單個屏后，每個屏的邊會有許多細小的裂紋。為了防止這些裂紋