Dual Gate液晶顯示屏柵極制程斷路缺陷的分析與改善

摘要：文章探究了光刻工序的水汽和ITO刻蝕工序的藥液結(jié)晶對(duì)Dual Gate產(chǎn)品柵極制程的斷路影響，通過DOE試驗(yàn)得到影響因子的最佳改善條件，使55寸Dual Gate產(chǎn)品柵極制程的斷路缺陷發(fā)生率整體降低36%，為公司帶來80.2萬元的月度收益，能夠?qū)ζ渌叨水a(chǎn)品斷路缺陷的改善思路、新工藝設(shè)備的設(shè)計(jì)改進(jìn)，提供參考。

關(guān)鍵詞：雙柵；斷路；試驗(yàn)設(shè)計(jì)

Analysis and Improvement of Line Open Defects in Gate Manufacturing Process of Dual Gate LCD

YANG Diyi1， KONG Fanlin1， HU Xingxing1， XIA Yingying1，

HUANG Xiaoping2， WU Chengye1， HAO Jing1， WEN Xin1， MO Yan1

（1. Wuhan BOE Optoelectronic Technology Co.， Ltd.， Wuhan 430040， China;

2. Chengdu CEC Panda Display Technology Co.， Ltd.， Chengdu 610200， China）

Abstract： This paper explores the impact of aqueous vapor in the photolithography process and crystallization in the ITO etching process on Gate manufacturing process of Dual Gate products， and proposes effective improvement plans. After the introduction of the optimal improvement conditions， the overall occurrence rate of line open defects in Gate process of the 55” UHD Dual Gate product was reduced by 36%， which gives the company a monthly income of 802000 yuan. It can provide important reference value for the improvement of line open defects in high-end products such as Dual Gate/Triple Gate and the design improvement of new process equipment in the future.

Key words： Dual Gate; line open；DOE

1" "研究背景

Dual Gate液晶顯示產(chǎn)品，因其高透過率、高邊效等優(yōu)勢(shì)，具有較高的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力，正逐漸成為大世代線液晶顯示面板的主力產(chǎn)品[1]。但是，Dual Gate設(shè)計(jì)會(huì)導(dǎo)致線寬較窄，造成柵極制程斷路缺陷的風(fēng)險(xiǎn)更大。柵極制程的斷路缺陷包括Gate Line斷路和Fan-out區(qū)斷路兩種，在實(shí)際生產(chǎn)中，F(xiàn)an-out區(qū)域產(chǎn)生斷路缺陷的工序和機(jī)理長(zhǎng)期處于不明確狀態(tài)，缺陷改善困難。本文以55寸Dual Gate產(chǎn)品為例，針對(duì)Fan-out區(qū)臺(tái)階型及ITO完好型的失效模式展開研究，有效降低55寸Dual Gate產(chǎn)品柵極制程的斷路缺陷發(fā)生率。

2" "Fan-out區(qū)斷路缺陷的特征

為了探究產(chǎn)生Fan-out區(qū)斷路的原因，使用掃描電鏡觀察Fan-out區(qū)斷路缺陷的微觀特征。在4Mask技術(shù)中，柵極制程通過Half-tone Mask工藝實(shí)現(xiàn)一次光刻即可制出Cu柵極和ITO公共電極，其特點(diǎn)是，在柵極制程結(jié)束后，面板上金屬Cu線的下方會(huì)存在一層ITO薄膜[2]。

根據(jù)Fan-out區(qū)斷路時(shí)Cu膜及ITO膜的微觀特征，劃分出主要的三種典型的失效模式，包括ITO膜完好型、臺(tái)階型、膜層異物型，如表1所示。本文主要針對(duì)前兩類缺陷進(jìn)行分析改善。

3" "Fan-out區(qū)斷路影響工序探究

由于TFT-LCD柵極制程復(fù)雜，為了縮小改善項(xiàng)目的范圍，先繪制了柵極制程的工段流程圖作為參考工具，如圖1所示。

圖1中，F(xiàn)an-out區(qū)僅在主工序結(jié)束時(shí)進(jìn)行光學(xué)檢測(cè)，為了明確關(guān)鍵影響工序，項(xiàng)目成員每天隨機(jī)選取200片基板，在各工序結(jié)束后，分別進(jìn)行一次光學(xué)抽檢，結(jié)果如表2所示。

其中，缺陷形貌指圖1中光學(xué)檢測(cè)工序得到的光學(xué)形貌，抽檢形貌指各主工序結(jié)束后拍到的光學(xué)形貌。抽檢結(jié)果顯示：①臺(tái)階型缺陷最早在光刻工序結(jié)束后檢測(cè)到，抽檢形貌可見PR膠異常；②ITO完好型缺陷最早在ITO刻蝕工序結(jié)束后檢測(cè)到，抽檢形貌可見明顯PR膠楔形劃傷。明確了臺(tái)階型缺陷的關(guān)鍵改善工序?yàn)楣饪坦ば颍琁TO完好型缺陷的關(guān)鍵改善工序?yàn)镮TO刻蝕工序。

4" "Fan-out區(qū)斷路機(jī)理探究

4.1 臺(tái)階型缺陷的機(jī)理分析

基于臺(tái)階型缺陷與光刻工序強(qiáng)相關(guān)，進(jìn)行光刻設(shè)備排查，發(fā)現(xiàn)基板進(jìn)入清洗濕區(qū)間之前，存在大量水汽與基板表面提前接觸，如圖2所示。

臺(tái)階型缺陷在Map上表現(xiàn)為右側(cè)聚集，而Map的右側(cè)在光刻工序的清洗段處于基板前進(jìn)端，因此推測(cè)該缺陷與基板前進(jìn)端接觸大量水汽相關(guān)性大；

如圖3所示，臺(tái)階型缺陷形成機(jī)理：基板前進(jìn)端在光刻工序清洗干區(qū)間提前接觸水汽（含CO2等），使Cu表面與PR膠的黏附性變差，產(chǎn)生間隙。在1st Cu刻蝕工序，刻蝕液從間隙處刻入，導(dǎo)致相應(yīng)位置的Cu膜缺失。在ITO刻蝕工序，Cu膜缺失處的ITO膜層，由于失去Cu膜保護(hù)被刻掉。最后在2nd Cu刻蝕工序，Cu膜被進(jìn)一步刻蝕，從而形成ITO膜較長(zhǎng)，Cu膜較短的臺(tái)階狀。

根據(jù)此機(jī)理分析，本文中提出了增大圖2所示的清洗濕區(qū)間頂部和側(cè)面排氣壓力的改善措施，目的是使水汽盡可能多地被濕區(qū)間排氣抽走，降低水汽在干區(qū)間提前接觸基板的可能性，從而確保Cu膜與PR膠黏附性無異常，降低臺(tái)階型斷路缺陷的產(chǎn)生。

4.2 ITO完好型缺陷的機(jī)理分析

基于ITO完好型缺陷與ITO刻蝕工序強(qiáng)相關(guān)，進(jìn)行設(shè)備排查，如圖4所示。

通過分析發(fā)現(xiàn)，刻蝕濕區(qū)間出口處的氣體噴嘴AC上，有藥液結(jié)晶聚集，易被氣體吹落，如表2所示，通過分析ITO完好型缺陷，可明顯看到PR膠被某種異物劃傷，推測(cè)ITO完好型缺陷與AC上吹落的結(jié)晶相關(guān)性大。

圖5為ITO完好型缺陷的機(jī)理分析：在ITO刻蝕工序PR膠被AC吹落的結(jié)晶劃傷導(dǎo)致Cu膜裸露，但由于有Cu膜保護(hù)，Cu膜下面的ITO膜層仍保持完好；在2nd Cu刻蝕工序，無PR膠保護(hù)的Cu膜被藥液刻蝕，最終形成ITO完好型缺陷。

根據(jù)缺陷的形成機(jī)理，本文中提出了降低AC PG（風(fēng)簾吹氣壓力）的改善措施，目的是在減少結(jié)晶吹出的同時(shí)，減小吹出部分結(jié)晶對(duì)基板的沖擊力，從而降低PR受損的風(fēng)險(xiǎn)，使ITO完好型缺陷的發(fā)生率降低。

5" "確定最佳改善方案

本節(jié)借助JMP軟件，進(jìn)行DOE試驗(yàn)設(shè)計(jì)[3-4]。選取光刻工序頂部排氣、側(cè)面排氣以及ITO刻蝕工序的AC PG為DOE試驗(yàn)因子。頂部排氣和側(cè)面排氣的當(dāng)前水平分別為170 Pa和800 Pa，設(shè)置為低水平，將排氣極限200 Pa和1 000 Pa設(shè)置為高水平。ITO刻蝕濕區(qū)間出口處的氣體噴嘴不能完全關(guān)閉，取可接受的45 kPa為AC PG低水平，以當(dāng)前值55 kPa為高水平，進(jìn)行3因子2水平的全因子試驗(yàn)，如表3所示。

基于表4的試驗(yàn)結(jié)果，建立3個(gè)獨(dú)立因子加上3個(gè)交互因子的模型，得到各因子的顯著性分析結(jié)果，如圖6。結(jié)果顯示，頂部排氣、側(cè)面排氣、AC PG以及頂部排氣*側(cè)面排氣的顯著性檢定P值小于0.05，為顯著因子。頂部排氣*AC PG和側(cè)面排氣*AC PG交互因子的檢定P值大于0.05，交互作用不顯著，可進(jìn)行優(yōu)化去除。

為了確保試驗(yàn)的重復(fù)性，對(duì)全因子試驗(yàn)做一次重復(fù)驗(yàn)證，表4為JMP軟件設(shè)計(jì)的全因子DOE試驗(yàn)條件及相應(yīng)條件下的Fan-out缺陷發(fā)生率。

去除非顯著因子后的模型，預(yù)測(cè)值與實(shí)際值的關(guān)系如圖7所示，決定系數(shù)RSq=0.91＞0.8，說明該模型可以解釋91%的變異。

圖8針對(duì)擬合模型的殘差進(jìn)行分析，殘差的正態(tài)分位數(shù)圖近似為一條直線，且Shapiro-Wilk和Anderson-darling正態(tài)性檢驗(yàn)P值均大于0.05，說明殘差服從正態(tài)分布。由殘差的規(guī)律性分析可以看出，殘差與預(yù)測(cè)值無關(guān)，且具有獨(dú)立性。分析結(jié)果表明，優(yōu)化后的模型有較良好的預(yù)測(cè)能力。

如圖9所示，用預(yù)測(cè)刻畫器得到模型的最佳改善條件為頂部排氣：200 Pa、側(cè)面排氣：1 000 Pa、AC PG：45 kPa。在此條件下，F(xiàn)an-out區(qū)斷路缺陷率的理論最小值為1.17%。經(jīng)過量產(chǎn)驗(yàn)證，該條件下的Fan-out區(qū)的實(shí)際缺陷率為1.19%，與模型預(yù)測(cè)值無較大差異。

如圖10所示，DOE最佳改善條件的量產(chǎn)導(dǎo)入，使得Fan-out區(qū)斷路缺陷率由改善前的1.84%，下降到改善后的1.19%，下降35%，效果明顯。而在同一個(gè)生產(chǎn)制程中，不同位置斷路缺陷產(chǎn)生的原因大都是相同的，在工藝層面改善Fan-out區(qū)斷路缺陷的同時(shí)，Gate Line斷路缺陷率也得到同步改善，面板有效顯示區(qū)的Gate Line斷路缺陷同步由1.17%下降到0.74%，下降37%，從而使55 Dual Gate產(chǎn)品柵極制程的斷路缺陷發(fā)生率整體下降36%。

6" "結(jié)束語

本文根據(jù)微觀形貌特征，對(duì)Fan-out區(qū)斷路缺陷細(xì)化分類，通過光學(xué)追蹤結(jié)果明確臺(tái)階型和ITO完好型斷路的源頭工序，在分析缺陷產(chǎn)生的機(jī)理后，采用DOE試驗(yàn)，得到了最佳的工藝改善條件，使55寸Dual Gate產(chǎn)品柵極制程的斷路缺陷發(fā)生率整體下降36%，能夠?qū)罄m(xù)Dual Gate/Triple Gate等高端產(chǎn)品斷路缺陷的改善思路、新工藝設(shè)備的設(shè)計(jì)改進(jìn)，提供重要的參考價(jià)值。

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作者簡(jiǎn)介：楊迪一（1992-），男，湖北襄陽人，碩士，主要從事液晶顯示行業(yè)中新產(chǎn)品導(dǎo)入和不良分析改善研究，通信作者。