控制圖在識別TFT-GI層沉積過程波動中的應用

北京京東方顯示技術有限公司 黨亮英 包遠福 徐習亮 李素哲 王 丹 蔡 婷 王 超

液晶產品的質量會受到關鍵質量特性的影響，穩定的過程質量特性能提升產品品質。本文講述了TFT-LCD產品的非金屬層GI層的特性，GI層厚度(簡稱：GI THK)的工藝過程波動，及如何應用控制圖精準識別和定位異常波動。分析過程基于流程出發，基于工序特點，通過對大量數據的深入挖掘，充分應用控制圖等統計工具進行流程診斷，來達到查找過程波動差異源的目的。

TFT-LCD的關鍵特性為Ion，通過數據分析表明主要受到Channel層和GI層的影響，通過主效應圖（見圖1）可看到對應關系。為了確保產品特性的穩定，需對關鍵膜層厚度進行管控，保證過程穩定。批量重復生產不可避免的存在波動，我們需要了解和識別過程中的差異源，利用統計工具進行精準識別，為針對性改善指明方向。

圖1 主效應圖

術語說明：GI層沉積。

GI是TFT中，柵極金屬和半導體Si之間的絕緣層，

通常為SiNx/SiOx稱之為Gate Insulator柵極絕緣層。

1 核心工藝流程圖繪制

本文涉及的TFT基板主要工藝步驟如圖2所示。

圖2 TFT基板主要工藝步驟

GI工藝是TFT基板形成中非常重要的部分，GI膜厚（GI THK）目標為####?，首先經過FGI沉積形成****?的厚度，此工序后有測量設備可測出FGI的厚度；再經過Multi沉積形成^^^^ ?的厚度，此時對兩個小工序的累計厚度進行測量，至此完成了GI工藝的膜厚沉積。

2 GI工藝流程設備單元

GI工藝由兩個工序構成，其中FGI工序有5臺生產設備，每臺設備內部有5個獨立的單元即Chamber，則FGI工序有25組chamber。FGI膜厚的生產設備及單元構成示意圖如圖3所示。Multi工序有5臺生產設備，每臺設備內部有5個獨立的單元即Chamber，則Multi工序有25組chamber。Multi膜厚的生產設備及單元構成示意圖如圖4所示。

圖3 FGI膜厚的生產設備及單元構成示意圖

圖4 Multi膜厚的生產設備及單元構成示意圖

3 GI膜厚數據采集、抽樣方式及采用的控制圖

GI膜厚數據采集的測量點位圖如圖5所示，在大玻璃基板上共測量42個點位。通過自動設備測量并上傳至內部系統。抽樣方式為5sh/Lot，1sh/Chamber。基于GI膜厚數據由兩個工序疊加產生，非單一數據來源，采用I-MRS控制圖。每張玻璃基板即42個點位一個子組。I圖考察每組均值的變化趨勢，MR圖考察相鄰兩組均值的移動極差，S圖考察每組數據標準差的變化趨勢。I-MR-S控制圖樣式如圖6所示。

圖5 GI膜厚數據采集的測量點位圖

圖6 I-MR-S控制圖樣式

4 如何利用控制圖識別GI膜厚過程波動中的差異源

基于GI厚度形成的流程及設備單元構成，逐一利用控制圖識別GI厚度的根源。

首先進行設備別的差異分析：依次進行FGI工序不同設備的差異性分析，Multi不同生產設備間的差異性分析；再進行Chamber別的差異性分析：依次進行FGI工序不同Chamber的差異性分析，Multi不同Chamber間的差異性分析；并對差異是否受到不同型號的影響進行驗證；再進行FGI/Multi Chamber別交叉驗證。驗證數據為同型號6個月52794條GI厚度的測量數據。

4.1 FGI不同生產設備間的差異分析

對GI厚度繪制不同FGI設備的分階段的控制圖，如圖7所示，從圖可以看出設備間無明顯突出的差異。即沒有哪個設備生產的數據與眾不同。結論：FGI不同生產設備間的差異不顯著。

圖7 對GI厚度繪制不同FGI設備的分階段的控制圖

4.2 Mulit不同生產設備間的差異分析

對GI厚度繪制不同Multi設備的分階段的控制圖，如圖8所示，從圖可以看出設備間無明顯突出的差異。結論：Multi不同生產設備間的差異不顯著。

圖8 對GI厚度繪制不同Multi設備的分階段的控制圖

4.3 Multi不同Chamber別差異分析

GI厚度由Multi多臺設備生產，且每臺設備有5個獨立Chamber，針對不同Multi Chamber別繪制控制圖如圖9所示，從波動趨勢看無明顯差異。結論：Multi Chamber別差異不顯著。

圖9 針對不同Multi Chamber別繪制控制圖

4.4 FGI不同Chamber別差異分析

GI厚度由FGI五臺設備生產，且每臺設備有5個獨立Chamber，針對不同FGI Chamber別繪制控制圖如圖10所示，從波動趨勢看，均值圖中隨Chamber的變化，數據整體有較明顯起伏變化。標準差圖中發現FGI Chamber別Chamber83和Chamber13的GI厚度波動大，即此兩個Chamber生產的Glass內GI厚度數據波動大，標準差整體偏大。結論：FGI Chamber別有顯著差異，同時識別兩個異常Chamber：Chamber83和Chamber13。

FGI異常Chamber產品型號別分析：

FGI Chamber別有顯著差異，同時識別兩個異常Chamber：CH83和CH13。為了進一步確認異常Chamber是否受到型號別影響。收集另一款產品型號的FGI 8號設備的5個Chamber的數據進行Chamber別控制圖繪制，如圖11所示。依然可識別Chamber83的標準差整體遠高于其他Chamber，表明該Chamber確實異常，所經過基板整體標準差較高，即說明單一基板內點位波動大，過程不穩定。結論：無產品型號別差異。

圖11 Chamber別控制圖

4.5 FGI和Multi Chamber別交叉驗證

依據前面的分析FGI Chamber別差異顯著，那么在FGI Chamber固定的基礎上，采用箱線圖驗證Multi Chamber別是否有差異，如圖12所示，發現Multi Chamber 5D/5C/5B有顯著差異，其他組合均較為穩定。結論：發現三個異常Multi Chamber。經過再次調研：這個位置的幾個Chamber主要是EN Glass影響，對應的測了幾張特殊基板，故影響比較大，屬于特殊情況。整體說明Multi CH影響較小。

圖12 FGI和Multi Chamber別交叉驗證圖

4.6 GI膜厚與FGI膜厚波動趨勢對比

基于前面分析GI膜厚受到FGI Chamber別影響，采用時間序列圖如圖13所示，可發現GI膜厚均值波動與對應Glass的FGI膜厚均值波動基本吻合。結論：GI膜厚受FGI影響較大。

圖13 時間序列圖

5 GI膜厚過程波動中的差異源匯總及分析心得

從本案例可以看出基于流程、設備的層層深入分析，利用可視化的控制圖可以發現影響GI厚度波動的根本差異點，通過數據挖掘與分析讓我們了解不同設備的過程表現，通過對比分析可視化的了解到各層，各設備，各Chamber之間的差異。為針對性改善奠定基礎，此案例是針對大量數據，復雜工序，多個影響因子的生產工藝，充分利用控制圖精準識別差異源的案例。