TFT-LCD制造工艺课件

1、TFT-LCD制造工艺,SUST,TFT液晶显示器制造工艺,2005.7,TFT-LCD制造工艺,Color Filter Fabrication Process TFT Array Process Liquid Crystal Cell Process Module Assembly Process,TFT-LCD Process,TFT-LCD制造工艺,C/F Introduce and Process,彩色滤光片基本结构是由玻璃基板（Glass Substrate），黑色矩阵（Black Matrix），彩色层（Color Layer），保护层（Over Coat），ITO导电膜组成。一

2、般穿透式TFT用彩色光片结构如下图。,TFT-LCD制造工艺,C/F 的结构,TFT-LCD制造工艺,C/F Process,TFT-LCD制造工艺,TFT-LCD制造工艺,C/F Pixel Array,马赛克式:：显示AV动态画面 直条式：较常显示文字画面,(Note Book)。,TFT-LCD制造工艺,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,TFT-LCD制造工艺,黑紋製程,Cr/CrOx製程,TFT-LCD制造工艺,黑紋製程,感光樹脂製程,TFT-LCD

3、制造工艺,黑紋製程,黑紋製程技術比較,TFT-LCD制造工艺,彩色層製程,顏料分散法,TFT-LCD制造工艺,彩色層製程,電著法,TFT-LCD制造工艺,彩色層製程,電著法製程,TFT-LCD制造工艺,彩色層製程,電著法-電著示意圖,TFT-LCD制造工艺,彩色層製程,染色法,TFT-LCD制造工艺,彩色層製程技術,印刷法,TFT-LCD制造工艺,Possible Defects On C/F,Particles Pattern Defects Pinholes Tokki Mixed Color Mura,TFT-LCD制造工艺,ITO透明导电层的作用,TFT-LCD制造工艺,ARRAY制程

4、,（1）六道光罩：GE-SE-PE-CH-SD-DC,（2）五道光罩：GE-SE-SD-CH-PE,TFT-LCD制造工艺,TFT Array組成材料（六道光罩）,TFT-LCD制造工艺,Mask 1：GE (Gate電極形成),1. 受入洗淨SPC(島田) 2. 濺鍍Cr (4000A)ULVAC/AKT 3. 成膜前洗淨SPC/芝蒲 4. UV處理東芝 5. 光阻塗佈/曝光/顯影TEL/Nikon 6. 顯影檢查/光阻寸檢Nikon/Hitachi 7. 硬烤光洋 8. Cr Taper蝕刻(WET)DNS 9. 光阻去除DNS 10.製程完成檢查 KLA/ORBO,TFT-LCD制造工艺

5、,Mask 2：SE (島狀半導體形成),1. 成膜前洗淨 SPC/芝蒲 2. 成膜SiNx Barlzers 3. 成膜前洗淨 SPC/芝蒲 4. 成膜SiNx/a-Si/n+Si Barlzers 5. 光阻塗佈/曝光/顯影 TEL/Nikon 6. 顯影檢查 Nikon/ Hitachi 7. 蝕刻(DRY) TEL/PSC 8. 光阻去除 DNS 9. 製程完成檢查 KLA/ORBO,TFT-LCD制造工艺,Mask 3：PE (畫素電極形成),1. 成膜前洗淨SPC/芝蒲 2. 成膜ITOULVAC 3. 光阻塗佈/曝光/顯影TEL/Nikon 4. 顯影檢查/光阻寸檢Nikon/H

6、itachi 5. 蝕刻(WET)DNS 6. 光阻去除DNS 7. 製程完成檢查 KLA/ORBO,TFT-LCD制造工艺,Mask 4：CH (Contact Hole形成),1.Array 6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,1. 光阻塗佈/曝光/顯影TEL/Nikon 2. 顯影檢查/光阻寸檢Nikon/Hitachi 3. 蝕刻(DRY)TEL/PSC 4. 光阻去除DNS 5. 製程完成檢查 KLA/ORBO,TFT-LCD制造工艺,Mask 5：SD (Source及Drain電極形成),1. 成膜前洗淨SPC/芝蒲 2

7、. 成膜Cr/Al/CrULVAC/AKT 3. 光阻塗佈/曝光/顯影TEL/Nikon 4. 顯影檢查/光阻寸檢Nikon/Hitachi 5. 蝕刻上層Cr(WET)DNS 6. 硬烤光洋 7. 蝕刻Al(WET)DNS 8. 硬烤光洋 9. 蝕刻下層Cr(WET)DNS 10.蝕刻n+Si(DRY)TEL/PSC 11.光阻去除DNS 12.製程完成檢查 KLA/ORBO,TFT-LCD制造工艺,Mask 6：DC(保護層形成),1. 成膜前洗淨SPC/芝蒲 2. 成膜SiNxBarlzers 3. 光阻塗佈/曝光/顯影TEL/Nikon 4. 顯影檢查Nikon/Hitachi 5.

8、蝕刻(DRY)TEL/PSC 6. 光阻去除DNS 7. 退火光洋,TFT元件製程結束 , 後流至ARRAY TESTER,TFT-LCD制造工艺,TFT Array組成材料（五道光罩）,MASK 5-PE畫素電極 ITO,MASK 2-SE通道與電極之接觸介面(n+)a-Si：H,MASK 2-SEGI 層(Gate 絕緣層)SiNx,MASK 4-CHContact hole SiNx,TFT-LCD制造工艺,Mask 1：GE (Gate電極形成),1. 受入洗淨芝蒲 2. 濺鍍Cr (4000A)ULVAC 3. 成膜前洗淨島田理化/芝蒲 4. 光阻塗佈/曝光/顯影TEL/DNS/Ni

9、kon 5. 顯影檢查/光阻寸檢 V-tech 6. 硬烤田葉井 7. Cr Taper蝕刻(WET) DNS 8. 光阻去除島田理化 10 製程完成檢查 ORBOTEC/OLYMPUS,TFT-LCD制造工艺,MASK 2 Island 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Source Line與Gate Line重疊的部份。在5道Mask 製程中則將Source Line的底部皆鋪上SE層,TFT-LCD制造工艺,MASK 3 S/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，

10、其第3道Mask為SD程。5 道Mask中PE為最後一道Mask。,TFT-LCD制造工艺,MASK 4 SiN Depo. 挖 Contact Hole,1.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。,TFT-LCD制造工艺,MASK 5 Pixel 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

11、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 ITO Depo.時需要通入O2，在挖CH(5M) 處SD工

12、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。,TFT-LCD制造工艺,Clean 工程 Process Monitor,受入洗,情報,TFT-LCD制造工艺,CELL制程,（1）传统CELL制程,（2）ODF版CELL制程,TFT-LCD制造工艺,TFT-LCD制造工艺,製程流程,TFT-LCD制造工艺,製程流程,TFT-LCD制造工艺,CF Cleaning(彩色濾光片洗淨),在Color Filter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。,f e d c b a,a :

13、 Loader部 b : 基板受取部 c : Air Knife 部 d : Eximer UV部 e : 基板整列部 f : Unloader 部,TFT-LCD制造工艺,1st Scribe 另一方面，若發現不良品（聚集或密度太多、太少），則需利用cleaner將spacer清除乾淨後，乾式灑間隙球再重新rework,而本廠採乾式灑間隙球之方式 。,TFT-LCD制造工艺,乾式灑間隙球： 利用氮氣與spacer混合後，以高壓氣體為動力，將spacer均勻噴灑在基板上。其中為使spacer不聚集在一起，利用摩擦生電的原理，將spacer與管壁高速摩擦而帶同性電。噴灑時，spacer因同性相斥

14、的原理而彼此分散，達到均勻而不聚集的散佈。,TFT-LCD制造工艺,Spacer Density Inspection(間隙球密度檢驗),Spacer散佈之後，需經過此步驟檢查是否合格。其檢查的項目大略分為兩大類：spacer散佈的密度及cohesion的情形。若檢驗為合格者，則送至下一個步驟；若為不合格者，則送至double buffer內準備再行rework的步驟。 由於lamp發出的光照射到spacer之後反射至detector camera的亮度較只照射到基板的光線強度為強。所以經由detector camera所收集到不同亮度的光線經由CCD轉換為電荷訊號，再經由影像處理單元轉換後即

15、可於monitor顯影。若再將影像訊號傳送至PC，經由電腦的運算，可得知spacer的數目及cohesion的聚集情形，而達到檢測spacer散佈情況的目的。,TFT-LCD制造工艺,CCD 檢測原理,TFT-LCD制造工艺,Sealant Patterning(塗佈框膠),以Dispenser塗佈框膠(Sealant)於彩色濾光片(CF)上,將LCD Cell上下兩片玻璃基板區隔開,TFT-LCD制造工艺,保護液晶不和外界水汽及雜質接觸，並防止液晶外流。,TFT-LCD制造工艺,Dispenser是由注射桶（barrel）和針頭（nozzle head）所組成，框膠置於注射桶中，利用氣體（一

16、般使用氮氣）加壓將框膠由筒內經由針頭畫於基板上。,Perfect,Nozzle邊緣殘留Seal會導致過細或斷線,TFT-LCD制造工艺,框膠成份： 硬化劑 硬化促進劑 充填劑 稀釋劑 溶劑 其他添加劑：顏料、消泡劑等。 可僥性賦予劑 Fiber,TFT-LCD制造工艺,Sealant Pre-bake(框膠烘乾),為了讓框膠(Sealant)硬化前，將框膠內的溶劑揮發，以防止因硬化溫度過高，框膠內溶劑突沸，使框膠產生孔洞。因此在硬化前要在較低的溫度下先行預烤(Pre-bake)。,TFT-LCD制造工艺,Transfer Dispenser(塗佈銀膠),由於TFTLCD cell上層基板為co

17、lor filter，下層基板是TFT，外接之IC電極是架於TFT上。因此需藉由導通材(在此使用銀膠)導通上基板，才能使cell形成電容 。,TFT-LCD制造工艺,銀膠點的數量目的是要達到電性的均一性。隨著Panel基板越大，當有電壓訊號輸入，整片CF基板達到Common電壓的時間也越久（愈靠近銀點越快達到，愈遠離銀點越慢達到），因此我們必須均勻的把銀膠點分佈於Panel兩側，減短電壓輸入距離（時間），才能有好的均一性。,TFT-LCD制造工艺,Cell Assembly(組合),將上流裝置搬入之TFT ARRAY基板及CF基板利用光學儀器(CCD)高精細mark對位後均勻加壓貼合,達到控制

18、兩枚基板至特定間隙(Gap) 。,TFT-LCD制造工艺,Cell Press(壓合),此步驟為加壓於兩基板,其目的為： a.使兩片基板連接黏合。 b.產生基板間距,並做為日後防止異物侵入液晶之界面。在CF基板與TFT基板之對準與初步壓合後，予其一均勻之壓力，並藉由控制壓力大小，來調整兩片基板間尚未硬化之框膠高度，使達到期望之預設值，並在框膠硬化之過程中持續壓合，保持基板間距，避免因框膠與spacer因彈性或熱膨脹而變形 。,TFT-LCD制造工艺,CELL壓合型式,重量加壓法：在cell上堆疊重物如玻璃板或鋼板,利用重量對cell進行施壓 。 機械加壓法：以機械對加壓板施力者 。 真空加壓法

19、：在密壁空間中抽真空使可移動之上板 或下板對cell做擠壓,優點為施壓均勻 性高。 氣囊加壓法：利用 PV= nRT充入一定量氣體,再控制溫度做加壓 。,TFT-LCD制造工艺,舊式Jig,新式Jig,真空加壓,氣囊加壓,抽真空,TFT-LCD制造工艺,壓合步驟,TFT-LCD制造工艺,Seal Bake(烘乾),在基板壓合後,予以加熱使基板間之框膠受熱硬化,我們將以控制加熱過程中之溫度程式與加熱之均勻性來得到最佳性之框膠硬化物。,TFT-LCD制造工艺,后段B1製程簡介,1.Vacuum Anneal (真空回火),2.LC Injection (液晶注入),3.End Seal (加壓封止

20、),4.After End Seal Cleaner,TFT-LCD制造工艺,Vacuum Anneal,在高溫真空下，將組立完的空panel中的水氣、未脫盡之框膠、溶劑或揮發性氣體去除。 藉以縮短液晶注入時間，並避免產生defect,TFT-LCD制造工艺,Vacuum Anneal 機台示意圖,Sheath heater,Sirocco fan,Cooling jacket,TFT-LCD制造工艺,前後製程關聯性,Sealant Curing(框膠硬化),Vacuum Anneal(真空回火),LC Injection(液晶注入),TFT-LCD制造工艺,LC Injection,將液晶注

21、入經Vacuum Anneal後的Panel。 本製程所使用的液晶注入法為表面張力法，將機台維持在低真空度，將注入口與LC boat中的液晶接觸，利用表面張力原理使液晶充滿於Panel中。 可保持液晶的潔淨度，但較浪費液晶，故每次製程結束後需進行LC boat剩餘液晶回收動作。,TFT-LCD制造工艺,Mechanism of LC Injection,Pitch of Injection Hole: 92mm(L131Xx), 120mm(L141Xx, L170Ex) Injection Hole width: 5mm(L131Xx), 10mm(L141Xx), 15mm(L170Ex)

22、,TFT-LCD制造工艺,液晶脫泡 (4.1Pa 30min),液晶漏電流測試 (30pA),液晶及液晶皿添加安裝,Cassette 安置,規格確認,開始進行液晶注入,NG,更換液晶,重新檢查,NG,液晶注入結束,檢查注入情況,LC Injection Process Flow,TFT-LCD制造工艺,前後製程關聯性,Vacuum Anneal(真空回火),LC Injection(液晶注入),End Seal(加壓封止),TFT-LCD制造工艺,End Seal,將多餘的LC吸取出來，並將LC注入口以封口膠封住。 利用壓力，使Panel保持最適當的gap外，並將多餘的LC擠出。,TFT-LCD制造工艺,Jig 堆疊方式,28片(13“、14” 2層) 14片(17“ 4層),TFT-LCD制造工艺,封口膠塗布區域示意圖,TFT-LCD制造工艺,End Seal Process Flow,將堆疊完成的Jig以MGV送至及機台內,確認裝置內無任何異物及裝置門是關閉的狀態,將選擇模式切換至“AUTO”模式,選擇“AUTO WIPE”,按下“開始”鍵,輸入OPI及Cassette #,TFT-LCD制造工艺,前後製程關聯性,LC Injection(液晶注入),End Seal(加壓封止),After End Seal Cleaner,TFT-LCD制造工艺