TFT-LCD制造工艺

SUSTTFT液晶显示器制造工艺张方辉2005.7ColorFilterFabricationProcessTFTArrayProcessLiquidCrystalCellProcessModuleAssemblyProcessTFT-LCDProcessC/FIntroduceandProcess彩色滤光片基本结构是由玻璃基板（GlassSubstrate），黑色矩阵（BlackMatrix），彩色层（ColorLayer），保护层（OverCoat），ITO导电膜组成。一般穿透式TFT用彩色光片结构如下图。GLASSSUBSTRATEBlackMatrixColorLayerOverCoatITOC/F的结构C/FProcessC/FPixelArray马赛克式直条式三角形式四画素马赛克式:：显示AV动态画面直条式：较常显示文字画面,(NoteBook)。彩色濾光膜製造技術•黑紋(BM)製程技術•Cr/CrOx製程技術•感光樹脂製程技術•各製程技術之比較•彩色層製程技術•顏料分散法•電著法•染色法•印刷法•各製程技術之比較黑紋製程•Cr/CrOx製程基板Cr/CrOx膜光阻成膜光阻塗佈曝光顯影蝕刻剝膜UV光源光罩黑紋製程•感光樹脂製程基板黑色光阻光阻塗佈曝光UV光源光罩顯影黑紋製程•黑紋製程技術比較Cr/CrOx石墨樹脂顏料樹脂兩色重疊膜厚(um)0.13/0.0450.51.22.6光學濃度3.53.02.51.5反射率(%)6858優點‧膜厚薄‧光學濃度佳‧製程穩定‧膜厚適中‧光學濃度佳‧製程穩定‧不需黑紋製程，成本最低缺點‧成本高‧環境污染大‧解晰度稍差‧製程尚不穩定‧膜厚較厚‧光學濃度較差‧膜厚最厚‧光學濃度差相對成本11/31/20彩色層製程•顏料分散法1.著色光阻塗佈2.曝光3.顯影4.重覆製程1-3三色形成光罩著色光阻黑紋[BM]玻璃基板彩色層製程•電著法析出機構2H2O→2OH1－＋2H＋＋2e－2OH1－→H2O＋O1－2O1→O2↑－COO－＋H＋→－COOH(a)陰離子型電著機構示意圖析出機構2H2O→2e－＋2OH－＋2H＋2H－→H2↑－NR2＋OH－→－NR2＋H2O(b)陽離子型電著機構示意圖彩色層製程•電著法製程2.顯影光阻ITO玻璃基板1.曝光3.蝕刻、剝膜4.電著光罩ITO電極5.G,B重覆三色形成GRBGRBRRGBGB導電膠遮避層ITO導線電著後之ITO導線(a)直條狀排列(b)馬賽克排列彩色層製程•電著法--電著示意圖彩色層製程•染色法1.樹脂塗佈2.曝光著色光阻黑紋[BM]玻璃基板3.顯像5.染色.重覆1～5製程三色形成彩色層製程技術•印刷法1.Blanket轉動Blanket油墨.油墨轉印至Blanket3.油墨印刷至玻璃基板4.三色形成黑紋玻璃基板G,B重覆PossibleDefectsOnC/F•Particles•PatternDefects•Pinholes•Tokki•MixedColor•MuraITO透明导电层的作用ARRAY制程（1）六道光罩：GE-SE-PE-CH-SD-DC（2）五道光罩：GE-SE-SD-CH-PE21TFTArray組成材料（六道光罩）MASK1-GEGate電極CrMASK3-PE畫素電極ITOMASK5-SDSource/Drain電極Cr/Al/CrMASK2-SE通道與電極之接觸介面(n+)a-Si：HMASK2-SEChannel(通道)(i)a-Si：HMASK2-SEGI層(Gate絕緣層)SiNxMASK6-DC保護層SiNxMASK4-CHContacthole22Mask1：GE(Gate電極形成)AA’1.受入洗淨SPC(島田)2.濺鍍Cr(4000A)ULVAC/AKT3.成膜前洗淨SPC/芝蒲4.UV處理東芝5.光阻塗佈/曝光/顯影TEL/Nikon6.顯影檢查/光阻寸檢Nikon/Hitachi7.硬烤光洋8.CrTaper蝕刻(WET)DNS9.光阻去除DNS10.製程完成檢查KLA/ORBOAA’23Mask2：SE(島狀半導體形成)AA’AA’1.成膜前洗淨SPC/芝蒲2.成膜SiNxBarlzers3.成膜前洗淨SPC/芝蒲4.成膜SiNx/a-Si/n+SiBarlzers5.光阻塗佈/曝光/顯影TEL/Nikon6.顯影檢查Nikon/Hitachi7.蝕刻(DRY)TEL/PSC8.光阻去除DNS9.製程完成檢查KLA/ORBO24Mask3：PE(畫素電極形成)AA’AA’1.成膜前洗淨SPC/芝蒲2.成膜ITOULVAC3.光阻塗佈/曝光/顯影TEL/Nikon4.顯影檢查/光阻寸檢Nikon/Hitachi5.蝕刻(WET)DNS6.光阻去除DNS7.製程完成檢查KLA/ORBO25Mask4：CH(ContactHole形成)1.Array6道Mask工程中唯一沒有成膜製程2.蝕刻GI層(SiNx)，定義出不同層金屬間的連接區AA’AA’1.光阻塗佈/曝光/顯影TEL/Nikon2.顯影檢查/光阻寸檢Nikon/Hitachi3.蝕刻(DRY)TEL/PSC4.光阻去除DNS5.製程完成檢查KLA/ORBO26Mask5：SD(Source及Drain電極形成)AA’AA’1.成膜前洗淨SPC/芝蒲2.成膜Cr/Al/CrULVAC/AKT3.光阻塗佈/曝光/顯影TEL/Nikon4.顯影檢查/光阻寸檢Nikon/Hitachi5.蝕刻上層Cr(WET)DNS6.硬烤光洋7.蝕刻Al(WET)DNS8.硬烤光洋9.蝕刻下層Cr(WET)DNS10.蝕刻n+Si(DRY)TEL/PSC11.光阻去除DNS12.製程完成檢查KLA/ORBO27Mask6：DC(保護層形成)AA’AA’1.成膜前洗淨SPC/芝蒲2.成膜SiNxBarlzers3.光阻塗佈/曝光/顯影TEL/Nikon4.顯影檢查Nikon/Hitachi5.蝕刻(DRY)TEL/PSC6.光阻去除DNS7.退火光洋TFT元件製程結束,後流至ARRAYTESTER28TFTArray組成材料（五道光罩）MASK1-GEGate電極CrMASK5-PE畫素電極ITOMASK3-SDSource/Drain電極CrMASK2-SE通道與電極之接觸介面(n+)a-Si：HMASK2-SEChannel(通道)(i)a-Si：HMASK2-SEGI層(Gate絕緣層)SiNxMASK4-CHContactholeSiNx29Mask1：GE(Gate電極形成)AA’1.受入洗淨芝蒲2.濺鍍Cr(4000A)ULVAC3.成膜前洗淨島田理化/芝蒲4.光阻塗佈/曝光/顯影TEL/DNS/Nikon5.顯影檢查/光阻寸檢V-tech6.硬烤田葉井7.CrTaper蝕刻(WET)DNS8.光阻去除島田理化10製程完成檢查ORBOTEC/OLYMPUSAA’MASK2Island形成1.在6道Mask之SE工程，其顯示區域內所製作的Pattern為TFT之Island及SourceLine與GateLine重疊的部份。在5道Mask製程中則將SourceLine的底部皆鋪上SE層MASK3S/D電極形成1.在6道Mask製程，其第3道Mask為PE工程在5道Mask製程，其第3道Mask為SD程。5道Mask中PE為最後一道Mask。MASK4SiNDepo.→挖ContactHole1.此處的CH工程(5M)結合了CH工程(6M)及DC工程(6M)，故在CH工程(5M)需先鍍上SiN，做為保護膜。2.此處的CH工程(5M)有些區域需挖SiN(GI層及保護膜)，故在下一道製程PE工程鍍上ITO膜時，對金屬濺鍍的階梯覆蓋能力要求增加。MASK5Pixel電極形成1.為何5道Mask中要將SD工程放在第3道Mask、PE工程放在第5道Mask？推測：因為CH工程(5M)是結合DC及CH工程(6M)，故在CH工程(5M)需先鍍上保護膜SiN，若第3道Mask(5M)改成PE工程(5M)，則在CH工程(5M)時鍍上之保護膜SiN無法保護TFT，因為此時TFT尚未形成。2.PE工程(5M)在最後一道工程的優缺點：A.在6道Mask製程中，為了平坦度的要求，沒有將PE上的保護膜SiN挖掉。但此一作法卻增加的一個電容，使的驅動IC的負載增加。5道Mask將PE工程(5M)放，在最後一道製程，可將保護膜SiN置於PE底下，同時解決此二問題。B.在ITODepo.時需要通入O2，在挖CH(5M)處SD工程Depo.的金屬此時裸露在表面，故SD工程最表層的金屬需要求較不易氧化的金屬。Clean工程ProcessMonitor受入洗洗淨成膜寫真蝕刻剝膜Array檢查ArrayprocessPattern欠陷檢查欠陷分類統計趨勢各製程擔當Clean化工程Product裝置記錄製程改善情報CELL制程（1）传统CELL制程（2）ODF版CELL制程液晶注入工程檢查工程切割裂片面板分段工程重合(對位)面板間距控制框膠硬化重合工程間隔劑散佈間隔劑散布工程銀膠印刷銀膠涂布配向配向后洗净配向处理工程配向膜印刷配向膜烧成(热硬化)配向膜形成工程干燥纯水洗净洗净工程Array基板投入洗净工程纯水洗净干燥配向膜形成工程配向膜印刷配向膜烧成(热硬化)配向处理工程配向配向后洗净框膠涂布框膠印刷框膠預烤彩色濾光片投入实装工程面板工程完成點燈檢查(面板檢查)工程偏光板貼附液晶注入封止洗淨退火(液晶再配向)貼附工程传统CELL製造工程FLOWCHARTPI玻璃基板A滾輪印刷滾輪PI分子玻璃基板配向布滾輪PI層玻璃基板散佈間隔劑玻璃基板框膠針筒排氣液晶玻璃基板配向層間隔劑真空真空氮氣偏光板Array框膠CF製程流程製程流程CFCleaning(彩色濾光片洗淨)在ColorFilter購入後可能會受到周圍環境有機物質污染，需對此附著在CF上之有機物排除，此製程以UV/O3對有機物進行分解達到清潔之目的。fedcbaa:Loader部b:基板受取部c:AirKnife部d:EximerUV部e:基板整列部f:Unloader部1stScribe&break(一次切割裂片)將大尺寸的ArrayTFT基板切割成我們所要的尺寸基板。1-up2-up=2片1-up切割成2-up的目的是因為Cell的生產線屬連續式生產線的型式(line),同樣數量的1-up與2-up投入生產線中雖然所花費的時間幾乎一樣,但2-up的產能就是比1-up多出一倍。生產線1-up2-up1-up2-up2-up的產量比1-up多一倍1stGrinding(一次磨邊)按照所定尺寸切割好的玻璃，進行基板端面的研磨裝置，如圖，其主要目的有：(1).將切割裂片後的玻璃截面平坦化，避免截面缺陷應力集中。(2).避免尖銳的截面傷害後製程設備。CtypeRtype1stGrinding圖示一、長邊整形機磨除部分ψ100mmStraightwheel功能：將裂片後的面板長邊磨平0.1mm二、短邊整形機磨除部分ψ100mmStraightwheel功能：將裂片後的面板短邊磨平0.1mm三、角磨邊機功能：將面板四個角磨平ψ100mmStraightwheel1±0.5mmAfter-grindingcleaning(磨邊後洗淨)將前段磨邊後之玻璃基板洗淨，主要去除殘留在表面上之玻璃粉屑、小顆粒等。abcdefa：搬入Conveyor部b：WaterShower(1)部c：CJ部d：WaterShower(2)部e：Air-knife部f：搬出Conveyor部CJ部CJ(CavitationJet)由上下各2列強力水柱沖灌，產生液面下氣泡沖洗玻璃機板。Pre-PICleaning(印上PI膜前洗淨)在PI膜印刷前將玻璃基板洗淨，並做適當的表面改質，使膜能均勻地塗布在玻璃基板上。abcdefghija：基板受取/洗劑Brush部b：WaterShower-1部c：WaterShower(2)部d：MSShower部e：Sil