TFT-LCD產業中PVX OPEN不良改善研究

福州京東方光電科技有限公司 王新偉 王 寧 陳偉濤 李云娜 汪宗源 周 賀

通過對TFT-LCD制造中PHOTO工藝PVX OPEN不良產生機理的研究，提出改善PVX OPEN不良的方法。分析表明PVX OPEN不良主要成因為PR膠涂布前細菌粘附在玻璃基板上，曝光顯影后造成PR膠破洞，PVX刻蝕工序完成后形成對應位置PVX OPEN；通過改善生產氣流及定期清理細菌等措施，PVX OPEN發生率由最初的6%以上降低到0.5%以下，且改善周期可持續2個月以上。

隨著薄膜晶體管-液晶顯示器（TFT-LCD）發展，液晶市場競爭越來越激烈，TFT-LCD產品以其輕薄、環保、高性能等優點，尺寸越做越大，應用越來越廣。一方面面板企業在向大世代線方向發展，另一方面，順應市場需求，傳統8.5代線開始生產大尺寸產品。因受到基板尺寸限制影響，不良對較大尺寸產品良率的影響將成倍增加（不良PANEL數/單張TFT基板總PANEL數）。

TFT生產技術最核心的部分是光刻工藝，它既是決定產品品質的重要環節，也是影響產品成本的關鍵部分。光刻工藝常規的OPEN&REMAIN（膜層破洞/殘留）類不良，通過設備維護、清潔等均可以得到改善，而PVX OPEN類不良的產生機理為細菌導致，細菌繁殖速度快，一般約20～30min便分裂一次，即為一代，僅靠設備PM（設備維保）等常規設備維護方式，無法進行抑制和改善，嚴重影響著產品良率。同時，也因頻繁停機維護而降低產能，增加能耗與人力成本等。一般而言，降低成本已成為企業賴以生存的重要法則。因此，找出有效藥液或其他措施對細菌進行抑制和改善，對于提升企業的市場競爭力尤為重要。

本文主要針對PHOTO制程生產中PVX OPEN進行調查，確定其產生機理為細菌導致。此后，對細菌成分進行鑒定，有針對性的選擇不同藥液殺菌，測試不同生產氣流環境下細菌對產品的影響，提出了一系列改善措施，最終將此類PVX OPEN不良的發生率降低，大大提升ARRAY工藝產品的整體良率水平，顯著改善PXL不良發生率。

1 PVX OPEN不良原因分析

1.1 現象描述

ARRAY PHOTO工序的PVX OPEN類不良在AOI檢出（光學檢測設備）均表現為圓形黑色PARTICLE（異物）形態，異常高發設備發生率達到6%以上，Final檢查維修工序呈現出PVX膜層破洞，檢出PXL不良。對于HADS產品而言，PVX膜層破洞會導致DATA和COMMON導通，形成DCS線性不良，直接導致PANEL報廢而造成良率損失。

為鎖定不良發生區間，將產品分別進行清洗與顯影轉向測試，當產品反向進入清洗時不良聚集反向，反向顯影時不良位置無變化，因此鎖定不良發生區間為清洗單元。

對設備清洗單元多次調整與常規清潔，不良發生率均無改善。為確定“黑色PARTICLE”成分，選用GATE MASK產品（AOI抓圖效果好）進行過貨驗證，選出“黑點”不良PANEL，切片制樣進行FIB及EDS分析，結果顯示C，O含量較高，但無法確定具體物質。如圖2所示。

1.2 異常調整

拆開清洗單元循環水管路，內壁有較多附著物（如圖3所示），對管路清理后閥門切換到直排，避免流經此管路的水接觸產品，徹底消除管壁異物影響，不良改善輕微（原因應為FILTER過濾，影響較小）。

清洗單元AIR KNIFE前段腔室內有較多紅色粘稠狀異物，使用高壓水沖洗腔室，不良發生率有明顯降低，但2天后即升高到沖洗前水平，改善周期過短，推測紅色異物影響PVX OPEN發生率，但水槍沖洗效果不理想，后續測試與調整主要針對此異物進行。

圖1 TFT-LCD結構圖

圖2 “黑點”FIB圖

圖3 管道臟污圖

2 分析與驗證

2.1 樣品收集

TFT-LCD生產過程中，ARRAY PHOTO工序紅色異物主要存在于濕區間，AIR KNIFE（風刀）前段尤為明顯，生產時基板從此區域經過。根據供水管路長期使用后可能有細菌滋生，以及高壓水沖洗后僅短期改善的結果分析，初步推斷紅色異物為細菌。為確認紅色異物成分，使用沾濕的無塵布輕輕將紅色異物收集到容器中進行培養鑒定。為確保樣品具有做代表性，對多臺設備同一區域均進行采樣，提高結果可靠性。

圖4 樣品制備圖

圖5 Ftir譜圖

2.2 樣品鑒定

先對薄膜過濾器高溫殺菌，后取收集的樣品到設備中進行薄膜過濾，測量結果顯示此次采樣總量為3.56×103cfu，收集量滿足成分鑒定條件；

對樣品進行FTIR分析，顯示異物成分為蛋白質（如圖5所示）；

對樣品進行劃線純化，純化后共出現一種菌落。將樣本進行革蘭氏染色后使用鏡檢分析，觀察到異物形態為大小1μm，呈淺黃色，中等大小，圓潤且凸起，易挑起等特征；分析結果為革蘭氏陰性桿菌。

將細菌配成一定濁度的菌液進行BD試劑條鑒定，比對結果顯示，此次培養測試細菌為氣味黃桿菌，可信度高達85%。

2.3 藥液清洗驗證

查詢相關殺菌文獻等資料后，提取一定量的顯影液（四甲基氫氧化銨溶液，強堿性）對清洗水管路，AIR KNIFE水區間進行浸泡和沖洗，PVX OPEN發生率由沖洗前的6.17%下降至沖洗后的1.3%，并至少能持續一個月時間（不良未升高前又再次清洗，具體周期未監控），改善顯著。判斷四甲基氫氧化銨溶液對此細菌具有明顯的消殺和抑制作用。

圖6 樣品劃線純化圖

圖7 淺黃色菌落鏡檢圖

圖8 菌落BD試劑鑒定圖

3 改善方法研究

3.1 源頭改善

對于細菌而言，合適的酸堿度是生存的必備條件。這是因為細菌新陳代謝所必需的酶，需要在一定的PH值才能有效發揮。大多數病原菌最適合的PH值為中性至弱堿性。當人為使用一定濃度藥液破壞細菌生存環境時，藥液通過強大的滲透作用，進入細胞內部，導致蛋白質變性。因蛋白質變質是不可逆性，從而導致結構蛋白和功能蛋白都喪失活性，細菌受到嚴重破壞。細菌通常被稱為獨立生存的單細胞，但是，其生活環境要復雜很多，當高濃度的藥液使用時，細菌會結合在一起迅速凝固形成生物膜，阻止藥液持續滲透（見圖9所示），細菌內部無法完成殺菌，當環境適宜后，細菌將沖破包膜重新恢復活性。因此，使用不同濃度和種類的藥液進行比對試驗，找出適合的藥液和濃度成為改善PVX OPEN不良研究的重要課題。

本文優先使用TFT-LCD生產所使用的25%濃度顯影液原液進行嘗試，對清洗進行泡管等清潔操作后，首次使用PVX OPEN發生率從6.17%降低到1.3%，次月再次使用相同藥液和方法，平均發生率又有了進一步的下降，從1.3%降低到了0.5%以下（見圖10所示）。但是，距離第二次使用后的第50天開始，PVX OPEN發生率開始緩慢升高，并逐漸恢復到第二次改善前相當的水平（1.3%左右），總體而言使用顯影液清洗和泡管的改善周期及效果比較理想。但是，25%濃度的顯影液具有極強的腐蝕性和毒性，對操作人員技術要求和安全規范要求極高，且存在較大的危險性，所以使用低濃度顯影液的效果進行評估顯得尤為重要。

為確認低濃度顯影液改善效果，使用2.38%濃度的顯影液進行復現操作，使用藥液后，PVX OPEN發生率降低至0.5%，到達第33天，不良逐漸恢復到改善前水平，持續周期較25%濃度短，且升高趨勢節點明顯提前。考慮到顯影液的操作危險性，持續尋找常規藥液進行替代。

酒精可以有效的降低革蘭氏陰性菌的生存能力，75%酒精對微生物繁殖體有致死左右，本文分別使用84消毒液、工業酒精、異丙醇等進行沖洗，均取得明顯改善，但改善周期不盡相同，詳見表1所示：

表1 不同藥液改善效果記錄表

通過對各款藥液使用后改善效果，綜合人力成本、藥液使用可操作性和安全性等方面評估，本文認為IPA和酒精均為消殺和抑制細菌的最優藥液。

圖9 殺菌原理

圖10 PVX OPEN改善效果趨勢圖

圖11 AK區間氣流示意圖

3.2 氣流改善

使用藥液清洗對PVX OPEN降低有明顯的改善。然而，僅通過TMAH藥液，IPA，酒精等清洗，只能達到30天的改善周期，無法滿足日益殘酷的競爭需求，因此，如何對改善周期進行延長，成為解決產能損失的關鍵。

通過對PVX OPEN不良產生聚集MAP和原因進行分析，本文認為AIR KNIFE前段氣流是否紊亂，以及氣流的流向都會影響細菌的聚集方式等。如果可以通過氣流改善，讓細菌排出腔體，不與基板接觸，那么細菌對產品的影響也將根本性的降低，不良即得到改善。

對AIR KNIFE前段結構進行分析（見圖11所示），AIR KNIFE流向為A，排氣區域為B（UP排氣&lOW排氣），通過調整AIR KNIFE流量，B區域上下排氣量，讓氣流大部分從該區域LOW排氣排出，從而減少細菌在TFT-LCD基板上的附著量。

通過設立不同參數下的實驗與數據監控，當下排氣量到達250以上時，持續周期明顯延長，最多延長至2個月以上（見表2所示），效果優異。對改善PVX OPEN不良發生率起到指導性作用，提升面板產能和產品良率，具有重大意義。

表2 不同排氣參數下清洗效果對比表

4 改善措施和效果

通過對PVX OPEN的形成原因進行分析，對PHOTO線清洗區間進行藥液清洗，從源頭上對造成PVX OPEN不良的細菌進行抑制和清除，降低TFT-LCD生產時受細菌的影響程度，該措施可將發生率降低5%以上，改善明顯。

通過對不同濃度，不同種類的藥液效果進行評估，25%的顯影液改善效果最佳，低濃度的效果與酒精/IPA相當，但后兩者危險系數可忽略，推薦優先選擇。

通過AIR KNIFE前段氣流及AIR KNIFE流量調整，可以彌補藥液改善周期不能持續的問題。二者共同作用，可以將PVX OPEN發生率穩定周期延長到2個月。

5 結論

通過對TFT-LCD制造中PHOTO工序PVX OPEN不良形成原因分析，實驗論證及措施改善等，得出以下主要結論：

（1）ARRAY PHOTO工序PVX OPEN不良的原因為氣味黃桿菌，通過藥液清洗，可以將發生率由6.17%降低到0.5%以下。

（2）使用不同藥液清洗的滅菌效果不同，同種藥品不同濃度的清洗效果不同，僅使用藥液清洗，PVX OPEN改善周期約為1個月。

（3）調整清洗AIR KNIFE前段排氣方向與AIR KNIFE參數，讓生產氣流改變，可以將藥液改善周期延長到2個月以上。