3TFTLCD制造技术Array工艺课件

1、基础知识培训讲座第三章 TFT-LCD制造技术第一节 Array 工艺第二节 Cell 工艺第三节 Module 工艺第四节 清洗工艺总论: TFT-LCD的基本制造流程在玻璃基板上形成TFT电路、 像素电极以及必要的引线和各种标记形成液晶盒，组建完整的光学系统组装驱动电路和背光源，形成独立的，标准外部接口的模块 第一节 Array工艺 1.1 Sputter 1.2 PECVD 1.3 Photo 1.4 Etch沉积清洗PR涂附曝光显影刻蚀PR剥离检查Wet EtchDry EtchArray概论-Array 工艺流程GlassGlassGate Metal DepositionGate

2、PatterningSiNx Depositioni a-Si Depositionn+ a-Si DepositionActive PatterningData Metal DepositionData Metal Patterningn+ a-Si EtchSiNx DepositionVia Hole PatterningITO DepositionPixel PatterningPixelDataPassivation SiNxn+ a-Sii a-SiGateinsulatorSiNxGateVia holeArray概论-5Mask工艺流程 1.1 Sputter1.1.1 Pla

3、sma在Sputter中的应用1.1.2 Sputter设备的主要结构1.1.3 Sputter设备的真空系统 1.1.4 Sputter的测试标准及不良 Sputter和PECVD在Array的5Mask工艺中，共同承担 了各个Mask的第一步主要工序-成膜。 Sputter用于做金属膜和ITO膜：Sputter概论S/DITOGateGLASSGATEMo)GLASSGATEITO Plasma在电学上为通过放电而形成的阳离子和电子的集合。 Plasma就是所谓的第四种物质状态, 众所周知,宇宙中99%都是Plasma状态,物质中,Energy低的状态为固态,当接受Energy时,慢慢的变

4、为液体,然后变成气体,在气体状态下,接受更大的Energy形成阴阳离子总数相同并呈中性的Plasma状态。 固态 液态 气态 Plasma 状态转化Entalpy change1.1.1 Plasma在Sputter中的应用 Sputtering是通过RF Power或DC Power形成Plasma,具有高能量的Gas Ion撞击Target表面,粒子从Target表面射出并贴附到基板表面的工程。1.1.1 Plasma在Sputter中的应用 我们使用的Sputter设备是利用相应的DC Power产生一个如左图所示的Plasma区，并相应的产生一个下图所示的自建电场。对这个电场，我们使用

5、的是阴极一侧压降比较大的区域作为Plasma的加速区域。1.1.1 Plasma在Sputter中的应用 在真空室内通入一定压力的Ar Gas，根据已设定好的电场，在电场的作用下，电子被加速并使Ar原子ion化形成Glow Discharge。 Ion与Cathode (Target)碰撞生成Target Atom、2次电子等产物，Target Atom再沉积到基板上形成THIN FILM，2次电子起到维持Glow Discharge的作用。 在DC Sputtering过程中通过适当调节真空室内的气体压力（Pressure Control）可得到理想条件下的最大溅射速率。 如果Ar Gas的

6、压力过大会减小溅射速率，其原因是参与Sputter的原子的运动受到Gas运动阻碍的结果。相反压力太低就不会形成Plasma辉光放电现象。1.1.1 Plasma在Sputter中的应用1.1.2 Sputter设备主要结构 左图所示就是Sputter设备的L/UL Chamber， L/UL Chamber是ATM与真空状态的一个中介，在正常工作时，该Chamber一侧一直处于真空状态，一侧一直处于大气压状态，它的作用就是在这两种状态之间实现玻璃基板的传送。在把Substrate从Cassette送入时，要从大气压变到真空状态，在把Substrate从T0送出时，要从真空变到大气压状态。同时L

7、/UL Chamber起到把玻璃基板进行预热和冷却的作用。1.1.2 Sputter设备主要结构L/UL Chamber的主要构成：Heat Plate：玻璃基板从Cassette进入设备后，首先要在这里进行预热，预热使用的是64个红外灯。Cooling Plate：玻璃基板成膜后的温度比较高，不可以直接进入低温的ATM环境中，所以要进行冷却。Motor：有可以使Heat Plate升降和使Cooling Plate的Pin升降的Motor。Door Valve:和Transfer Chamber及ATM之间都有Door Valve来实现ATM和真空的转换。1.1.2 Sputter设备主要结

8、构 Transfer Chamber用于在设备内部各个Chamber之间传送Substrate。它里面有一个两层的机械手，可以在x轴 轴和Z轴三个方向上进行运动。其作用就是把L/UL Chamber中预热好的玻璃基板运送到Sputter Chamber并把Sputter Chamber中已经完成的玻璃基板送到L/UL Chamber中。1.1.2 Sputter设备主要结构Transfer Chamber 的主要构成：机械手：搬送玻璃基板在各个Chamber之间移动的两层的机械手。玻璃基板有无传感器：在各个Chamber的入口处，都有一对可以感知玻璃基板边缘的传感器，可以感知玻璃基板的有无以及

9、是否发生破碎。Door Valve: 与各个Chamber之间都有一个Door Valve。1.1.2 Sputter设备主要结构Sputter Chamber 是Substrate最后进行Process的Chamber。1.1.2 Sputter设备主要结构Sputter Chamber的主要构成有： 放玻璃基板的Platen（Gate 有两个）Cathode （Gate 有两个）：包括 Target 、Mask 、 Shield 、Magnetic Bar等构成部分。Motor: 有Plate转动的Motor 、Plate 升降的Motor 、Cathode开关的Motor 、Magnet

10、ic Bar运动的Motor等。Door Valve: 与Transfer Chamber之间有Door Valve。1.1.2 Sputter设备主要结构 为了加快成膜的速度，在Target的后面使用Magnetic Bar，使等离子在该区域内集中，从而加快成膜速度。G5 使用的是连在一起的9个Magnetic Bar。1.1.2 Sputter设备主要结构GlassTargetBacking Plate共同板Magnetic Bar TM值对溅射的影响非常大，而随着Target的使用，Target会变薄，从而使TM值变小，这就要求Magnetic Bar在Z方向有一个运动，使Magneti

11、c Bar在Z轴的位置随着Target的使用量而进行相应的调整，而且这个运动的规律也很重要，这些都可以在GPCS中的Magnetic Control Recipe中可以实现。1.1.2 Sputter设备主要结构Sputter设备的真空系统主要有以下构成部分：Dry Pump：是一种机械Pump，主要用于对Chamber及Cryo Pump抽初真空用，延长Cryo Pump的使用寿命。Cryo Pump：是一种低温Pump，靠液氦的气化来产生低温，工作时的温度可达到20K以下，使气体凝固，达到高真空。Compressor：把He转化为液态，提供给Cryo Pump使用，L/UL的两个CP公用一

12、个Compressor，其它每个CP一个。真空表：Sputter设备使用的真空表主要有四种，ATM Sensor、PIG表、DG表、IG表，他们测量的真空度递增。其它：各种阀门、管道等。1.1.3 Sputter设备的真空系统S/D dep 后PI检测1.1.4 Sputter的测试标准及不良ITO沉积后particle splash1.2 PECVD1.2.1 PECVD在TFT-LCD生产中的作用1.2.2 PECVD工艺1.2.3 PECVD设备GlassGateSiNxa-Si:HSiNxS/DPVXOhmic多层膜(有源层)和PVX(保护层)1.2.1 PECVD在TFT-LCD生产

13、中的作用(一) CVD介绍1. CVD(Chemical Vapor Deposition)的定义一种利用化学反应方式,将反应物(气体)生成固态的产物,并沉积在基片表面的薄膜沉积技术.如可生成:导体: W(钨)等;半导体:Poly-Si(多晶硅), 非晶硅等;绝缘体(介电材质): SiO2, Si3N4等. 1.2.2 PECVD 工艺 PECVD (Plasma Enhanced CVD) 0.15.0Torr,200 500 优点是在低温下可进行反应,成膜率高 缺点是处理反应产物困难2. PECVD制膜的优点及注意事项优点： 均匀性和重复性好，可大面积成膜； 可在较低温度下成膜； 台阶覆盖

14、优良； 薄膜成分和厚度易于控制； 适用范围广，设备简单，易于产业化； 注意事项： 要求有较高的本底真空； 防止交叉污染； 原料气体具有腐蚀性、可燃性、爆炸性、易燃性和毒性，应 采取必要的防护措施。1.2.2 PECVD 工艺 RF Power :提供能量 真空度(与压力相关) 气体的种类和混合比 温度 Plasma的密度(通过Spacing来调节)3. PECVD 主要工艺参数1.2.2 PECVD 工艺Layer名称膜厚使用气体描述Multig-SiNx:H350010%SiH4+NH3+N2对Gate信号线进行保护和绝缘的作用g-SiNx:L50010%a-Si:L50015%SiH4+H

15、2在TFT器件中起到开关作用a-Si:H130020%n+ a-Si50020%SiH4+PH3+H2减小a-Si层与S/D信号线的电阻PVXp-SiNx250010%SiH4+NH3+N2对S/D信号线进行保护(二) PECVD 所做各层膜概要1.2.2 PECVD 工艺2. 几种膜的性能要求(1) a-Si:H 低隙态密度、深能级杂质少、高迁移率、暗态电阻率高(2) SiNx i.作为介质层和绝缘层，介电常数适中，耐压能力强，电阻率 高，固定电荷少，稳定性好，含富氮材料，针孔少，厚度均匀。 ii.作为钝化层，密度较高，针孔少。(3) n+ a-Si 具有较高的电导率，较低的电导激活能，较高

16、的参杂效率，形成 微晶薄膜。1.2.2 PECVD 工艺1.Dep前P/T Dep前P/T的辨别主要根据P/T的周围有无Discolor,区分为在Gate和 S/D线上(A)和在像素区上(B) Spec: =30ea/glassDep前Dep后2.Dep后P/T 一般Dep后P/T在清洗之后会去除 Spec: =100ea/glass1.2.2 PECVD 工艺(三) 工艺不良 在Multi和PVX工程中的产品不良主要是P/T, Thickness不均匀,Etch后的Remain等,对工艺不良的分析与解决是生产中关键的一环. 3. Wall性P/T Wall性P/T为沉积产物落在基板上,Wal

17、l性P/T经常会引起DGS或I/O等不良 Spec: =5ea/glassWall性P/TBubble4. Bubble SiH4的流量不稳时或a-Si/N+进行Redep时,Bubble容易产生 Bubble会引起Pixel Defect, Bubble发生时对Glass进行Scrap处理 1.2.2 PECVD 工艺1.2.3 PECVD设备 PECVD设备主要由主设备和辅助设备构成,它是立体布局,主设备和辅助 设备不在同一层.(一) ACLS ACLS(Automatic Cassette Load Station)是主要放置Cassette的地方.1.2.3 PECVD设备 3个Cas

18、sette Stage Laminar Flow Hood： Class 10 Light Curtain(红外线) 设备状态指示器 Atm 机器手:真空状态的设备内部与外面的大气压间进行转换的Chamber,通过Cassette向Loadlock Ch.传送时,首先使用N2气使其由真空转变为大气压,传送结束后,使用Dry泵使其由大气压转变为真空,而且对沉积完成的热的Glass进行冷却,为减少P/T(Particle)的产生,在进行抽真空/Vent时使用Slow方式(二) Loadlock Chamber1.2.3 PECVD设备 基础真空:500mTorr以下 两个Loadlock Ch.公

19、用一个 Pump 升降台:由导轨和丝杠构成,通 过直流步进电机进行驱动(三) X-Fer Chamber1.2.3 PECVD设备X-Fer Chamber又称Transfer Chamber,主要起传输的作用 基础真空:500mTorr以下 Slit阀(共7个) 真空机器手(Vacuum Robot): 为3轴(R,T,Z) 各Chamber前有判断基板有/无 的Sensor(共7个) (四) Heat Chamber在Heat Ch.中对Glass进行Preheating处理后传送到Process Chamber 基础真空:500mTorr以下 温度控制:最大可加热到400 由8个Shel

20、f构成,并通过各Shelf对温度进行控制,Shelf上的电阻是通过印刷方式完成的,均匀性要比电阻丝方式好 Body为不锈钢1.2.3 PECVD设备(五) Process Chamber1.2.3 PECVD设备GAS INPlasmaGAS OUTGlassRF Power13.56MHzSiH4,NH3PH3等4EA GNDDiffuserSusceptor(六) Main Frame Control Rack设备的控制器 Electrical & Signal的分配 Mainframe AC Power的分配 提供DC(5V,12V,15V,24V)电源 X-Fer,Heat,Loadl

21、ock,ACLS的VME控制器 1.2.3 PECVD设备GASGASGas Cabinet(Bottle)2次RegulatorChamberMFCManual ValveBDACGas Panel有毒/危险气体无毒/危险气体SiH4(Silane)N2PH3(Phosphine)CDANH3(Ammonia)HeNF3H2Toxic Room中央供给1次Regulator Gas 的种类(七) 气体供应系统 气体供应示意图1.2.3 PECVD设备 在成膜过程中,不仅会沉积到Glass上而且会沉积到Chamber的 内壁,因此需对Chamber进行定期的Dry 清洗,否则会对沉积进 行污染

22、 PECVD P/Chamber内部清洗使用Dry Cleaning方式,把从外面 形成的F- 通入Chamber内并通过F 与Chamber内的Film物质反 应使其由固体变成气体.(八) RPSC系统1.2.3 PECVD设备 Dry Clean的原理 Dry Clean主要采用Remote Clean方式进行清洗NF3 FF + Si,SiNx,SiO2,.SiF4() + Other Gases() Pumping Out-1.2.3 PECVD设备CHAMBERThrottle ValveDry PumpScrubberTrapFilterExhaust LineConvectron

23、ManometerVacuum Valve(九) 真空系统 真空系统示意图1.2.3 PECVD设备 读取Chamber内的真空值 .Convectron(100mTorr760 Torr) .Manometer(1mTorr10Torr) 为防止Powder堵塞在Foreline处使用 Heat Jacket,在Exhaust line使用 Filter/Trap. 被排出的气体在Scrubber处进行处理(十) Utility的供给PECVD设备中使用的各种Utility如下: 工作气体 SiH4, PH3, NH3, NF3, H2, N2(Process N2:99.999%), Ar

24、 压缩空气(气缸&电磁阀中使用) CDA (Clean Dry Air) 100psi 一般Purge用 GN2(General N2:99.99%) 冷却水 PCW (Process Cooling Water: Min 2.8kg/,50slm,1825) DI (De_Ionized Water: 1838) 电源 208VAC,500A,5线(3相,Neutral,接地)1.2.3 PECVD设备1.3 Photo 1.3.1 光刻概述 1.3.2 TRACK设备 1.3.3 ALIGNER（曝光机）1. 什么是光刻?Coat & Exposure DevelopmentGlassTF

25、T Panel 光刻就是以光刻胶为材料在玻璃基板表面形成TFT pattern，这个TFT pattern的作用就是保护在它下面的金属或者其他的薄膜，使其在下一道刻蚀工序中不被刻蚀掉，从而最终形成我们所需要的TFT pattern。1.3.1 光刻概述(1) 涂胶 Coater ： 将光刻胶通过涂胶这个步骤，均匀的涂在玻璃基板上。2. 如何实现？ Coat三个主要步骤：他们是涂胶 Coater，曝光 Exposure，显影 Development此过程通过Track机的COAT&ER单元来实现。1.3.1 光刻概述(2) 曝光ExposureExposuremask通过Mask的遮光作用，有选

26、择性的将光刻胶感光。此过程通过曝光机来实现。1.3.1 光刻概述(3) 显影 DevelopmentDEV此过程通过Track机的DEV单元来实现。通过化学作用将感光的光刻胶溶解去掉，将未感光的光刻胶固化。1.3.1 光刻概述光刻具体的流程图1.3.1 光刻概述（1）光刻工序在整个阵列工序中起着承上启下的作用，它和其他两个阵 列工序一样，光刻工序使用5MASK工艺处理玻璃基板，具体的说， 就是将最终要在玻璃基板上形成的TFT pattern 分成GATE ,ACTIVE , S/D , VIA ,ITO（2） 5个层，每次曝光形成一个层，最后叠加形成最终的TFT pattern 。 Photo

27、 Etching Thin filmTFT 阵列基板玻璃基板5mask3. 光刻与整个阵列的关系1.3.1 光刻概述在PHOTO工序，除了曝光机以外的设备通称为TRACK机，包括-清洗设备：Advanced Scrubber;涂胶设备：Coater& ER;显影设备：Developer;烘烤设备：前烘Soft Bake、后烘Hard Bake设备；冷却Cooling设备等。1.3.2 TRACK设备 Coater1.3.2 TRACK设备 ER-Edge remove1.3.2 TRACK设备Exposure & Development1.3.2 TRACK设备在PHOTO工序，除了曝光机以外

28、的设备通称为TRACK机，包括-清洗设备：Advanced Scrubber;涂胶设备：Coater& ER;显影设备：Developer;烘烤设备：前烘Soft Bake、后烘Hard Bake设备；冷却Cooling设备等。1.3.2 TRACK设备UV部分作用：用于除去玻璃基板表面的有机物质原理：通过紫外光(UV)照射使O2电离生成O3， 进而将有机物氧化关键点：紫外光的强度，均匀度，灯与玻璃基 板的距离。1.3.2 TRACK设备A.SCR部分和DHP烘烤及烘烤后冷却设备A.SCR:涂胶前对玻璃基板进行的清洗。清洗方法： Brush：除去大的particle. MegaSonic：超声

29、波清洗，除去较小particle. Line Shower：喷出高压DIW除去较小 particle.TMAH：化学清洗，除去表面氧化物。DHP：A.SCR后使用，除去玻璃基板上的水份.Step Cool Extension ：对加热的玻璃进行冷却处理.Step Cool：对加热过的玻璃进行冷却处理.1.3.2 TRACK设备Coater & ER部分Coater原理：在玻璃基板上以旋转的方式涂上光刻胶，然后在ER部分将玻璃基板周围的PR胶去除，以免滴落污染设备，光刻胶是见光后性质就发生改变的物质，曝光后再显影便形成与MASK一样的图形（正性光刻胶）1.3.2 TRACK设备Soft Bake

30、：CT&ER后使用，除去PR中的有机溶剂和水份。Step Cool Extension (NO TEMP.)：此处为玻璃基板的接送处，兼起冷却作用。Soft Bake及冷却部分1.3.2 TRACK设备Develop显影和Hard Bake及冷却部分Develop原理：曝光后，被光照射过的PR胶性质发生变化而溶于显影液。此处就是将已经曝光的光刻胶溶解掉，使PR形成据有TFT形状的薄膜。Hard Bake： 除去PR中的水份并硬化PR。Step Cool Extension：将玻璃基板温度冷却至室温。1.3.2 TRACK设备曝光机的基本工作原理： 曝光机的全称是MIRROR PROJETION

31、 MASK ALIGNER(镜像投影MASK对位仪)他的作用是对涂好光刻胶的玻璃基板进行曝光，他所采用的方式就是利用光刻胶的光敏性将MASK上的图像格式投影到玻璃基板上.1.3.3 ALIGNER（曝光机）1.3.3 ALIGNER（曝光机）曝光机的原理C/D BOXLAMPHOUSE空调控制台MASK储存箱MASK传送道Mainbody导光系统曝光机按功能可以划分为以下几部分：1 .空调系统：负责保持整个曝光机内部 恒温在22度左右。2 .Console ：控制台，主要由一台装有 MPA5000控制软件的工作站构成，它 的作用是将人的指令程序输入曝光机， 并反馈机器运行状况。3. Main

32、body:集成mask stage和plate stage,这里是进行曝光的地方。4 . illumination system:提供曝光光源,灯 房,导 光系统，光转换系统。 5 . Mask 储存箱: 储备常用mask，A-I 9 个.I一般为中转用。6 . C/D box:集成了电源以及主机的机电 控制电路。7 . Mask changer:更换 mask。曝光机结构概述：1.3.3 ALIGNER（曝光机）现在的曝光机的工作方式是，SCAN方式，这两种曝光机的工作方式如下图所示：SCAN：SCAN工作方式的基本原理就是：使玻璃基板和MASK在一个光束下同时移动，光束扫描过的部分就算完成

33、了曝光。光学系统光maskplate同步移动scan1.3.3 ALIGNER（曝光机）maskMSplatePS光源系统aligner 功能示意(动画)1.3.3 ALIGNER（曝光机）曝光光带PS 搭载 glass进行曝光动画演示1.3.3 ALIGNER（曝光机）1.3.3 ALIGNER（曝光机）五代线曝光机MPA 78005510 (W) 6091 (L) 3349(H) Weight : 26970 kg 1.4 Etch1.4.1 干法刻蚀概述1.4.2 干法刻蚀应用的工序 1.4.3 湿法刻蚀概要 1.4.4 湿法剥离概要 1.4.1 干法刻蚀概述 Dry Etch ？ 利用

34、真空气体和RF Power 生成的Gas Plasma反应产生原子和原子团，该原子和原子团与淀积在基板上的物质反应生成挥发性物质。利用该原理可进行干法刻蚀。CD BiasProfileSelectivityUniformityEtch Rate Requirement Items of Dry Etch Plasma Etch 利用通过Plasma形成的Reactive Ion和Radical进行Etch。1.4.1 干法刻蚀概述 Reactive Ion Etch 由Plasma形成的Ion在下部电极电场的作用下，与下部电极冲撞进行刻蚀反应。1.4.1 干法刻蚀概述 Active Etch

35、形成TFT CHANNEL的Active Layer （包括 n+ a-Si , a-Si ) 的刻蚀工序。 GlassGateG-SiNx:H (3500)a-Si:H (1300)G-SiNx:L (500)n+a-Si (500)a-Si:L (500)DepositionMaskEtchStrip1.4. 干法刻蚀应用的工序 N+ Etch 在TFTLCD中形成Channel的Active层的N+层（500A）、a-Si层的刻蚀过程。N+ EtchDepositionMaskEtchStripGlassGatea-Si:HS/D Mo/Al/Mo (900/1100/700)G-SiN

36、x:H (3500)G-SiNx:L (500)a-Si:L (500)n+a-Si (500)1.4. 干法刻蚀应用的工序 VIA Hole Etch 刻蚀象素电极（ITO ）和TFT连接部分及PAD部分的Gate、S/D 间绝缘层的工序。 PVX DepMaskStripEtchGlassGateG-SiNxS/DP-SiNx(2500)n+a-Sia-SiVia hole1.4. 干法刻蚀应用的工序 VIA Hole Etch 干法刻蚀方式 VIA Hole Etch Target刻蚀深度：6000A过刻蚀率：701.4. 干法刻蚀应用的工序 PR Mask后，利用化学药剂去除薄膜形成Pattern,主要适于金属膜或ITO PATTERN的形成。 有利于选择比和大面积刻蚀的均匀度,生产性的提高