第一節(jié) 陣列段流程

一、主要工藝流程和工藝制程

工藝制程：1、成膜：PVD、CVD  2、光刻：涂膠、圖形曝光、顯影3、刻蝕：濕刻、干刻  4、脫膜

二、輔助工藝制程

1、清洗 2、打標(biāo)及邊緣曝光 3、AOI 4、Mic、Mac 觀測(cè) 5、成膜性能檢測(cè)（RS meter、Profile、RE/SE/FTIR） 6、O/S 電測(cè) 7、TEG 電測(cè) 8、陣列電測(cè) 9、激光修補(bǔ)。

三、返工工藝流程

1、PR 返工

2、Film 返工

四、陣列段完整工藝流程

五、設(shè)備維護(hù)及工藝狀態(tài)監(jiān)控工藝流程

1、Dummy Glass 的用途

2、Dummy Glass 的流程

TFT 顯示器的生產(chǎn)可以分成四個(gè)工序段：CF、TFT、Cell、Module。其相互關(guān)系見下圖：

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：

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。具體見下圖：

Cell 工序是從將TFT 基板和 CF 基板作定向處理后對(duì)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(qū)動(dòng)電路制作完成，形成一個(gè)顯示模塊。具體示意圖如下：

在以下的各節(jié)中，我們將逐一介紹TFT、Cell、Module 的工藝制程

第一節(jié) 陣列段流程

一、主要工藝流程和工藝制程

（一）工藝流程

采用背溝道刻蝕型（BCE）TFT 顯示像素的結(jié)構(gòu)。具體結(jié)構(gòu)見下圖：

對(duì)背溝道刻蝕型TFT結(jié)構(gòu)的陣列面板，根據(jù)需要制作的膜層的先后順序和各層膜間的相互關(guān)系，其主要工藝流程可以分為 5 個(gè)步驟（5 次光照）。

第一步：柵極（Gate）及掃描線形成

具體包括：Gate 層金屬濺射成膜，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(jīng)過(guò)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：

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(jīng)過(guò)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：

第三步：源、漏電極（S/D）、數(shù)據(jù)電極和溝道（Channel）形成 

具體包括：S/D 金屬層濺射成膜，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(jīng)過(guò)這些工藝，最終在玻璃基板上形成TFT 的源、漏電極、溝道及數(shù)據(jù)線。到此，TFT 已制作完成。工藝完成后得到的圖形見下圖：

第四步：保護(hù)絕緣層（Passivition）及過(guò)孔（Via）形成

具體包括：PECVD 成膜，光刻，過(guò)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(jīng)過(guò)這些工藝，最終在玻璃基板上形成 TFT 溝道保護(hù)絕緣層及導(dǎo)通過(guò)孔。工藝完成后得到的圖形見下圖：

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
（各工藝制程的具體介紹在隨后的章節(jié)中給出）。經(jīng)過(guò)這些工藝，最終在玻璃基板上形成透明象素電極。至此，整個(gè)陣列工序制作完成。工藝完成后得到的圖形見下圖：

至此，整個(gè)陣列工序制作完成。簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō) 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，陣列的工藝流程是成膜、光刻、刻蝕等工藝制程的反復(fù)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(guò)物理或化學(xué)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(guò)程中，我們會(huì)用到磁控濺射（Sputter，或稱物理氣相沉積PVD）和等離子體增強(qiáng)型化學(xué)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(chǎng)的作用下加速獲得能量，高能電子碰撞 He 原子，產(chǎn)生等離子體。He 離子在DC 電場(chǎng)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(lái)，沉積在附近的玻璃基板上，最后形成膜。磁場(chǎng)的作用是控制等離子體的分布，使成膜均勻。磁控濺射的原理示意圖如下：

具體濺射原理的介紹和詳細(xì)的設(shè)備介紹參見后面相關(guān)的章節(jié)。

B）PECVD

PECVD 是通過(guò)化學(xué)反應(yīng)在玻璃基板表面形成透明介質(zhì)膜。等離子體的作用是使反應(yīng)氣體在低溫下電離，使成膜反應(yīng)在低溫下得以發(fā)生。其原理示意圖如下：

具體PECVD 原理的介紹和詳細(xì)的設(shè)備介紹參見后面相關(guān)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(zhuǎn)移到玻璃表面上，形成PR Mask。具體通過(guò)涂膠、圖形曝光、顯影來(lái)實(shí)現(xiàn)。見以下示意圖：

A) 涂膠

在玻璃表面涂布一層光刻膠的過(guò)程叫涂膠。對(duì)于小的玻璃基板，一般使用旋轉(zhuǎn)涂布的方式。但對(duì)大的基板，一般使用狹縫涂布的方式。見以下示意圖：

B) 圖形曝光

涂膠后的玻璃基板經(jīng)干燥、前烘后可以作圖形曝光。對(duì)于小面積的基 板，可以采用接近式一次完成曝光。但對(duì)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(jī)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(guò)對(duì)Mask 和玻璃基板的同步掃描，將Mask 上的圖形轉(zhuǎn)移到玻璃基板上。

C) 顯影

經(jīng)圖形曝光后，Mask 上的圖形轉(zhuǎn)移到玻璃基板上，被光阻以潛影的方式記錄下來(lái)。要得到真正的圖形，還需要用顯影液將潛影顯露出來(lái)，這個(gè)過(guò)程叫顯影。如果使用的光阻為正性光阻，被 UV 光照射到的光阻會(huì)在顯影過(guò)程中被溶掉，剩下沒(méi)有被照射的部分。

顯影設(shè)備往往會(huì)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(xué)藥液中，通過(guò)化學(xué)反應(yīng)將沒(méi)有被PR 覆蓋的膜刻蝕掉。濕刻有設(shè)備便宜、生產(chǎn)成本低的優(yōu)點(diǎn)，但由于刻蝕是各向同性的，側(cè)蝕較嚴(yán)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(jìn)行反應(yīng)而將其刻蝕掉。等離子體刻蝕有各向異性的特點(diǎn)，容易控制刻蝕后形成的截面形態(tài)；但但高能等離子體對(duì)膜的轟擊會(huì)造成傷害。濕刻與干刻的原理見下 圖：

濕刻的設(shè)備一般與后面清洗、干燥的設(shè)備連成線，見下圖：

干刻設(shè)備與PVD 及PECVD 設(shè)備一樣，一般采用多腔體枚葉式布局。由于設(shè)備內(nèi)是真空環(huán)境，玻璃基板進(jìn)出設(shè)備需要 1－2 個(gè)減壓腔。其余腔體為工藝處理腔。見以下示意圖：

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(guò)程叫脫膜。一般脫膜設(shè)備會(huì)與其隨后的清洗、干燥設(shè)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(chǎn)線的狀態(tài)，提高產(chǎn)品的合格率，方便對(duì)產(chǎn)品的管理和增加了一些輔助的制程，如：清洗、打標(biāo)及邊緣曝光、AOI、 Mic/Mac 觀測(cè)、成膜性能檢測(cè)、電測(cè)等。以下就這些輔助工藝制程逐一作個(gè)簡(jiǎn)單介紹。

1、清洗

清洗，顧名思義就是將玻璃基板清洗干凈。這是整個(gè)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(xué)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(chǎn)線前有預(yù)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(shè)備的結(jié)構(gòu)如下：

由于清洗設(shè)備的結(jié)構(gòu)與濕刻及脫膜設(shè)備的結(jié)構(gòu)非常相識(shí)，所以這三個(gè)制程往往統(tǒng)稱為濕制程。

2、打標(biāo)及邊緣曝光

為了方便生產(chǎn)線的管理，我們需要對(duì)在生產(chǎn)線流通的每一張玻璃基板和Panel 打上ID，這是通過(guò)打標(biāo)制程來(lái)完成的。通常打標(biāo)制程會(huì)放在柵極光刻制程中，即柵極圖形曝光后，顯影前。打標(biāo)一般采用激光頭寫入。隨著玻璃基板的增大，曝光機(jī)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(shè)備，在圖形曝光時(shí)只對(duì)玻璃基板中間有圖形的有效區(qū)域進(jìn)行曝光。之后采用一種不需要Mask 的邊緣曝光設(shè)備對(duì)邊緣區(qū)域曝光，然后去做顯影。這一過(guò)程叫邊緣曝光。

3、自動(dòng)光學(xué)檢測(cè)（AOI）

為了提高產(chǎn)品的合格率，在每次顯影后和刻蝕后，一般會(huì)作一次光學(xué)檢測(cè)。一般采用線性 CCD 對(duì)玻璃基板上的圖形進(jìn)行掃描，將掃描后的圖像作計(jì)算機(jī)合成處理后，與設(shè)計(jì)圖形作比對(duì)，以發(fā)現(xiàn)可能存在的問(wèn)題。此過(guò)程即稱為自動(dòng)光學(xué)檢測(cè)。其典型設(shè)備如下圖：

4、宏微觀檢查（MAC/MIC）

微觀檢查主要是通過(guò)顯微鏡對(duì) AOI 或其他檢測(cè)過(guò)程中發(fā)現(xiàn)的問(wèn)題作進(jìn)一步觀測(cè)確認(rèn)。

宏觀檢測(cè)是利用人眼對(duì)光和圖像的敏銳觀察，以發(fā)現(xiàn)顯影后或刻蝕后大面積的不均勻。

微觀、宏觀檢查往往設(shè)計(jì)在同一機(jī)器上。典型的機(jī)器見下圖：

5、成膜性能檢測(cè)

在陣列的制程中有 5 次成膜。成膜質(zhì)量的好壞直接關(guān)系到產(chǎn)品的性能和合格率的高低。所以生產(chǎn)中有許多對(duì)膜性能作檢測(cè)的工序，盡管這些工序也許只是抽測(cè)。

對(duì)導(dǎo)電膜，一般會(huì)用四探針測(cè)試儀（RS Meter）作膜層方塊電阻測(cè)試；用反射光譜儀（SR）作反射性能測(cè)試。

對(duì)介質(zhì)膜，一般會(huì)用橢偏儀（SE）作膜厚和透過(guò)性能測(cè)試；用付氏紅外分析儀（FTIR）作成分分析。

對(duì)所有的膜層都會(huì)用臺(tái)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(cè)

TFT 溝道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(xué)的辦法不能檢測(cè)，因?yàn)?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(cè)。

開路/短路電測(cè)的原理很簡(jiǎn)單：將兩個(gè)探針?lè)旁陔姌O的兩端，檢測(cè)電流以判斷電極是否開路；將兩個(gè)探針?lè)旁谙噜彽膬蓚€(gè)電極上，檢測(cè)電流以判斷這兩個(gè)電極間是否短路。下圖是原理的示意圖和相關(guān)設(shè)備圖：

7、TEG（Test Element Group）電測(cè)

在陣列制作的工藝過(guò)程中，有許多中間環(huán)節(jié)的電氣性能直接影響到產(chǎn)品的最終性能，必須加以檢測(cè)。如層間的接觸電阻，電極間的電容等。為了檢測(cè)這些中間環(huán)節(jié)的電氣性能，會(huì)在正常顯示屏電氣線路以外的區(qū)域，專門設(shè)計(jì)一些檢測(cè)中間性格的電氣單元（Test Element Group），并通過(guò)專門的TEG 檢測(cè)設(shè)備作測(cè)試。常見的TEG 電氣單元有: 引線電阻、TFT、存儲(chǔ)電容、接觸電阻、跨越臺(tái)階的引線電阻等。TEG 的位置及設(shè)計(jì)范例如下圖：

8、陣列電測(cè)

陣列電路制作完成后，其電氣性能如何需要作陣列電測(cè)，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(cè)大致分為電荷檢測(cè)、電子束檢測(cè)和光學(xué)檢測(cè)三種檢測(cè)方法。這三種檢測(cè)方法各有優(yōu)劣。目前天馬采用光學(xué)的檢測(cè)方法。其原理和相關(guān)設(shè)備見下圖：

9、激光修補(bǔ)

對(duì)在 AOI 或電測(cè)中發(fā)現(xiàn)的問(wèn)題，如短路、開路等，一般考慮采用激光修補(bǔ)的辦法進(jìn)行補(bǔ)救。這一辦法對(duì)大屏的制作尤其有效。常見的激光修補(bǔ)設(shè)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(chǎn)過(guò)程中由于品質(zhì)管控的要求，在某些指標(biāo)達(dá)不到要求時(shí)，產(chǎn)品會(huì)進(jìn)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(cè)發(fā)現(xiàn)嚴(yán)重質(zhì)量問(wèn)題，如果不返工會(huì)導(dǎo)致產(chǎn)品報(bào)廢或合格率很低。這時(shí)產(chǎn)品會(huì)進(jìn)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，如果被AOI 或MAC/MIC 檢測(cè)發(fā)現(xiàn)嚴(yán)重質(zhì)量問(wèn)題，如果不返工會(huì)導(dǎo)致產(chǎn)品報(bào)廢或合格率很低。這時(shí)產(chǎn)品會(huì)進(jìn)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(chǔ)上，加入輔助工藝制程和返工流程，一個(gè)陣列段完整的工藝流程如下圖：

圖中同時(shí)給出了制作高開口率的有機(jī)膜工藝流程和半反半透膜工藝流程。

五、設(shè)備維護(hù)及工藝狀態(tài)監(jiān)控工藝流程

產(chǎn)品是靠生產(chǎn)線和設(shè)備作出來(lái)的，所以生產(chǎn)線的狀態(tài)和設(shè)備狀況直接關(guān)系到產(chǎn)品的質(zhì)量。定時(shí)對(duì)設(shè)備作維護(hù)（Prevent Maintenance）和對(duì)設(shè)備、環(huán)境狀態(tài)作監(jiān)測(cè)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(gè)工藝制程，之后拿去檢測(cè)。這樣 Dummy Glass 就有一個(gè)流程。

1、白玻璃（Dummy Glass）的用途在生產(chǎn)線遇到以下幾種情況時(shí)，需要流通白玻璃：

A、在新的生產(chǎn)線安裝調(diào)試階段，用白玻璃作一系列的試驗(yàn)；

B、設(shè)備或工藝調(diào)整后，用白玻璃確認(rèn)工藝狀況；

C、設(shè)備作維護(hù)保養(yǎng)后，用白玻璃確認(rèn)工藝狀況

D、設(shè)備和工藝狀態(tài)需要作定期監(jiān)測(cè)時(shí)

E、工藝潔凈環(huán)境需要作定期監(jiān)測(cè)時(shí)

2、白玻璃的流程

根據(jù)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(jiǎn)單舉一個(gè)例子。例如，如果我們需要了解設(shè)備內(nèi)的清潔狀態(tài)，白玻璃會(huì)流過(guò)以下制程：

白玻璃清洗→要檢測(cè)的設(shè)備→異物檢測(cè)機(jī)