摩擦后清洗機(jī)對(duì)Zara不良的影響和改善

黎關(guān)超，徐風(fēng)波，劉 坤，沈 水，曾小強(qiáng)，李 偉

(北京京東方顯示技術(shù)有限公司，北京100176)

1 引 言

近年來，以液晶顯示器為首的各種新型平板顯示器件得到了迅速發(fā)展，特別是以薄膜晶體管液晶顯示器 (TFT-LCD) 為代表的液晶顯示器件，因具備功耗低、顯示性能優(yōu)良、無(wú)輻射等一系列的優(yōu)點(diǎn)，已廣泛應(yīng)用到人類生活的每一個(gè)角落[1]。而FFS(Fringe Field Switching)技術(shù)作為兼?zhèn)鋸V視角和高透過率的唯一技術(shù)，越來越受到制造廠商的青睞[2]。但是FFS技術(shù)在生產(chǎn)過程中，易導(dǎo)致Zara類不良高發(fā)，降低產(chǎn)品良率，造成生產(chǎn)成本增加。

Zara來源于日語(yǔ)，用于表示液晶顯示器顯示畫面的不良現(xiàn)象[3]，多指液晶面板在暗態(tài)畫面下顯示區(qū)域發(fā)生的微小漏光現(xiàn)象，面板點(diǎn)亮后，在暗室中切換到全黑畫面，通過不同角度或視角即可觀察到[4]。

本文主要研究摩擦后清洗機(jī)(After-Rubbing-Cleaner，ARC)對(duì)Zara不良的影響。首先通過分析Zara不良的分類和成因機(jī)理，并通過生產(chǎn)實(shí)踐中過濾器濾徑減小、KOH流程優(yōu)化、直供水改造、腔室污染降低等方面研究了Zara不良改善的方向，收集了大量數(shù)據(jù)，得到了可明顯改善Zara不良(摩擦后清洗機(jī)導(dǎo)致)的方法。

2 Zara不良分類

Zara不良根據(jù)點(diǎn)燈現(xiàn)象的不同表現(xiàn)出不同的形態(tài)，大致可以分為以下幾類[5]：散狀Zara：L0畫面小面積內(nèi)多個(gè)分散亮點(diǎn)；團(tuán)狀Zara：L0畫面成團(tuán)聚集發(fā)亮；輝點(diǎn)數(shù)：L0畫面大范圍內(nèi)多個(gè)分散亮點(diǎn)；未確認(rèn)面板污漬類不良L0畫面片絮狀側(cè)視發(fā)暗或發(fā)亮。

圖1 Zara造成的不良分類Fig.1 Adverse classification caused by Zara

3 Zara發(fā)生機(jī)理分析

產(chǎn)生Zara不良的原因有很多，一般認(rèn)為與取向膜[6](材料特性、厚度、平整度和覆蓋率)、摩擦布[7](材料特性和摩擦強(qiáng)度)、摩擦后清洗機(jī)(潔凈度和清洗能力潔凈度)等都有關(guān)系。根據(jù)對(duì)不良屏的分析，大致可將Zara不良機(jī)理分為以下幾類：

PI碎屑：摩擦工藝生產(chǎn)過程中將PI膜脫落產(chǎn)生PI碎屑，經(jīng)過摩擦后清洗機(jī)未清洗掉殘留物；微生物：摩擦后清洗機(jī)內(nèi)部滋生的微生物附著在基板表面；PI膜污染：摩擦后清洗機(jī)內(nèi)PI碎屑浸泡后污水滴落到已取向PI膜表面，烘干固化后，對(duì)表面取向?qū)赢a(chǎn)生污染，此位置PI膜取向?qū)硬煌谡^(qū)域，導(dǎo)致的顯示異常。

圖2 Zara發(fā)生機(jī)理Fig.2 Genesis mechanism of Zara

根據(jù)對(duì)Zara不良大量取屏分析，發(fā)現(xiàn)PI碎屑∶微生物∶PI膜污染比例大致在2∶7∶1(78∶278∶34)。

4 Zara改善研究

如上所述，Zara不良與摩擦后清洗機(jī)的內(nèi)部潔凈度和清洗能力有較大關(guān)聯(lián)(占比70%以上)。針對(duì)此兩類原因，在生產(chǎn)實(shí)踐中分別從過濾器濾徑減小、KOH流程優(yōu)化、直供水改造、腔室污染降低等方面進(jìn)行了改善研究。

4.1 過濾器濾徑減小

摩擦后清洗機(jī)清洗單元有DET、SJ/CJ、BJ/HPMJ和FR，對(duì)應(yīng)過濾器尺寸分別為1.25，0.45，0.45，0.2 μm。

取壽命到期的過濾器(圖3)分析發(fā)現(xiàn)：膜外觀，濾膜顏色略微發(fā)黃；SEM觀察，濾膜上有明顯細(xì)菌殘骸，膜孔被有機(jī)膠體堵塞；EDS顯示膜孔中堵塞物只含C和O元素，說明是有機(jī)物。

圖3 壽命到期的過濾器(a)及濾膜表面(b)Fig.3 Filter with expired life(a) and the surface of filtration membrane(b)

過濾器能有效堵截水中的微生物，但是不同濾徑的過濾器過濾能力是有差異的。基于濾徑越小、過濾能力越強(qiáng)的原則，同時(shí)兼顧生產(chǎn)成本因素，進(jìn)行了濾徑減小(1.2/0.45/0.45/0.2→0.45/0.45/0.2/0.2→0.2/0.2/0.1/0.1)的改善實(shí)驗(yàn)，以Zara發(fā)生率為判定標(biāo)準(zhǔn)，結(jié)果如圖4所示， Zara不良顯著降低。

圖4 過濾器濾徑減小結(jié)果Fig.4 Result of filter diameter reduction

4.2 KOH流程優(yōu)化

濕法清洗設(shè)備極易受微生物污染。基板表面的異物被去離子水清洗后易在清洗設(shè)備的水槽和管道堆積，形成微生物，而微生物在適宜的環(huán)境中會(huì)以幾何倍數(shù)迅速繁殖。對(duì)于微生物的污染[8]去除，一般采取氧化劑(如H2O2)將其氧化析出或者加入催化劑(如KOH)促進(jìn)微生物分解析出。

KOH清洗方法[8]：以16%濃度的KOH洗劑稀釋后倒入水槽，然后循環(huán)沖洗1 h，排掉堿液并用去離子水循環(huán)沖洗30 min，排掉廢液并更換過濾器；重復(fù)以上流程多次(視PM時(shí)間合理安排)。改善前KOH清洗流程如圖5所示。本文從生產(chǎn)實(shí)踐中多次KOH清洗后Zara高發(fā)的現(xiàn)狀出發(fā)，重新排查現(xiàn)有KOH清洗流程的問題并優(yōu)化，使KOH清洗效果更加明顯。

圖5 改善前KOH清洗流程Fig.5 Cleaning process of KOH before improvement

KOH清洗分兩部分，DET自循環(huán)和SJ/CJ-BJ-FR循環(huán)。而在生產(chǎn)中，流品方向?yàn)镈ET→SJ&CJ→BJ→FR，后一個(gè)單元的水前一個(gè)清洗單位用，所以潔凈度順序?yàn)椋篎R>BJ>SJ&CJ>DET。FR為工廠端直供水，潔凈度高，拆開管道發(fā)現(xiàn)無(wú)微生物滋生情況。改善前SJ/CJ-BJ-FR整體直接循環(huán)，微生物大量洗出后，會(huì)污染FR和BJ潔凈度較高的區(qū)域，導(dǎo)致KOH清洗后微生物析出，Zara高發(fā)。

經(jīng)過多次試驗(yàn)，優(yōu)化后KOH清洗流程如圖6所示，主要有以下特點(diǎn)：

(1)基于FR為直供水、管道內(nèi)無(wú)微生物滋生，將FR從KOH清洗環(huán)節(jié)中去掉，Tank#3排出的水改為排到FR的下水道；

(2)原有清洗流程為SJ/CJ-BJ-FR一起循環(huán)，有整體污染問題，按干凈向較臟區(qū)域逐漸深入獨(dú)立循環(huán)清洗方式，現(xiàn)改為3個(gè)階段分別清洗,如圖6所示。

第一階段：BJ與Tank#4循環(huán)清洗；

第二階段：SJ & CJ與Tank#3和Tank#4循環(huán)清洗；

第三階段：Tank#3和Tank#4循環(huán)清洗。

第四階段：KOH洗劑有K+殘留的風(fēng)險(xiǎn)，在完成以上3個(gè)階段后要用大量的去離子水沖洗1 h以上，期間不間斷地測(cè)試水槽中水的PH值和電導(dǎo)率，在同時(shí)滿足PH值達(dá)到7和電導(dǎo)率恢復(fù)沖洗前水平后方可完成沖洗。

圖6 改善后KOH清洗流程Fig.6 Cleaning process of KOH after improvement

優(yōu)化后的KOH清洗流程，避免了潔凈度低的模塊對(duì)潔凈度高的模塊的污染，在生產(chǎn)實(shí)際中也證明了有較好的清洗效果：清洗后前3 d Zara發(fā)生率從1.64%降低至0.47%，對(duì)生產(chǎn)影響時(shí)間從48 h(不良高發(fā)后需停線排查原因并改善)降低至3 h(清洗流程分階段導(dǎo)致清洗時(shí)間延長(zhǎng))。

4.3 直供水改造

循環(huán)水長(zhǎng)時(shí)間使用，管道內(nèi)易滋生微生物，積累到一定程度后會(huì)脫落造成Zara不良。同時(shí)，受連續(xù)生產(chǎn)的影響，被循環(huán)水內(nèi)微生物污染的管道只有在PM時(shí)才有機(jī)會(huì)進(jìn)行KOH清洗，在兩個(gè)清洗周期間都屬于不良高發(fā)風(fēng)險(xiǎn)區(qū)間。

將全部的循環(huán)水改造為直供水，可使各模塊使用水潔凈度大幅提升，理論上對(duì)Zara不良的改善有重要的意義。但從節(jié)約用水和預(yù)防污漬不良(產(chǎn)線宕機(jī)時(shí)，基板在ARC清洗模塊下長(zhǎng)時(shí)間沖洗產(chǎn)生)角度出發(fā)，在實(shí)際中只對(duì)DET和BJ區(qū)域進(jìn)行了直供水改造，如圖7所示(單位plm，F(xiàn)R/Tank#4已經(jīng)為工廠端直供水)。實(shí)踐證明直供水對(duì)Zara不良有明顯的改善，如圖8所示。

(a)改造前(a)Before transformation

(b)改造后(b)After transformation圖7 直供水改造示意圖Fig.7 Sketch of direct water supply transformation

同時(shí)，直供水潔凈度高，有效避免了循環(huán)水內(nèi)微生物沉積，不良高發(fā)的風(fēng)險(xiǎn)；另外兩項(xiàng)額外收益是：KOH清洗周期大幅延長(zhǎng)：從1次/2M延長(zhǎng)至1次/6M，過濾器使用壽命大幅延長(zhǎng)，見表1。

4.4 腔室污染降低

摩擦后清洗機(jī)腔室污染降低的原理和前文所述類似，主要通過減小下方噴淋管的數(shù)量和流量來改善基板上方的污染問題，以及調(diào)整模塊的角度來增強(qiáng)清洗能力，相關(guān)的調(diào)整如表2所示。

圖8 直供水改造效果Fig.8 Eeffect of direct water supply transformation

表1 過濾器壽命對(duì)比Tab.1 Life comparison of filters

表2 腔室污染降低Tab.2 Pollution reduction of chambers

摩擦后清洗機(jī)腔室污染降低的原理和前文所述類似，主要通過減小下方噴淋管的數(shù)量和流量來減少下方噴淋管沖擊上蓋和側(cè)壁殘留的水滴污染基板；實(shí)踐證明，腔室污染降低對(duì)Zara不良的改善效果顯著：由0.47%降低至0.24%，如圖9所示。

圖9 腔室污染降低影響Fig.9 Effect of pollution reduction of chambers

經(jīng)過以上措施改善后，Zara不良數(shù)據(jù)上已有明顯降低，為進(jìn)一步驗(yàn)證改善后各類型的比重，再次取屏100片進(jìn)行分析。結(jié)果表明，PI碎屑∶微生物∶PI膜污染=62∶11∶27，微生物比重從71%降低至11%，從實(shí)物上佐證了這一類型的Zara不良已有明顯的改善。

5 結(jié) 論

通過以上機(jī)理研究和實(shí)踐驗(yàn)證，從過濾器濾徑減小、KOH流程優(yōu)化、直供水改造、腔室污染降低等方面出發(fā)，研究了摩擦后清洗機(jī)與Zara不良的關(guān)系，并進(jìn)行了相應(yīng)的改善：

(1)過濾器濾徑減小，經(jīng)過多次試驗(yàn)和長(zhǎng)時(shí)間的觀察確認(rèn)，濾徑(μm)由初始的1.2/0.45/0.45/0.2變更至最終0.2/0.2/0.1/0.1，不良率由0.74%降低至0.55%；

(2)KOH流程優(yōu)化，將原流程的多模塊直接清洗變更為各模塊三階段分開清洗，避免了潔凈度低的模塊對(duì)潔凈度高的模塊污染，清洗后前3天Zara發(fā)生率從1.64%降低至0.47%，對(duì)生產(chǎn)影響時(shí)間從48 h降低至3 h；

(3)直供水改造，對(duì)DET和BJ區(qū)域進(jìn)行了直供水改造，大幅提升了此兩區(qū)域的潔凈度，不良由0.55%降低至0.47%；同時(shí)，KOH清洗周期大幅延長(zhǎng)：從1次/2 M延長(zhǎng)至1次/6 M，過濾器使用壽命大幅延長(zhǎng)；

(4)腔室污染降低，主要通過減小下噴淋管的數(shù)量和流量，減少基板上方的污染和增加清洗能力，不良率由0.47%降低至0.24%。

通過機(jī)理分析和大量的試驗(yàn)驗(yàn)證，在一年時(shí)間內(nèi)實(shí)現(xiàn)了Zara不良由0.74%改善至0.24%，降低了0.50%，年收益達(dá)1 338萬(wàn)人民幣，為企業(yè)貢獻(xiàn)了可觀的經(jīng)濟(jì)效益。