第一節 陣列段流程

一、主要工藝流程和工藝制程

工藝制程：1、成膜：PVD、CVD  2、光刻：涂膠、圖形曝光、顯影3、刻蝕：濕刻、干刻  4、脫膜

二、輔助工藝制程

1、清洗 2、打標及邊緣曝光 3、AOI 4、Mic、Mac 觀測 5、成膜性能檢測（RS meter、Profile、RE/SE/FTIR） 6、O/S 電測 7、TEG 電測 8、陣列電測 9、激光修補。

三、返工工藝流程

1、PR 返工

2、Film 返工

四、陣列段完整工藝流程

五、設備維護及工藝狀態監控工藝流程

1、Dummy Glass 的用途

2、Dummy Glass 的流程

TFT 顯示器的生產可以分成四個工序段：CF、TFT、Cell、Module。其相互關系見下圖：

陣列段是從投入白玻璃基板，到基板上電氣電路制作完成。具體見下圖：

CF 工序是從投入白玻璃基板，到黑矩陣、三基色及ITO 制作完成。具體見下圖：

Cell 工序是從將TFT 基板和 CF 基板作定向處理后對貼成盒，到切割成單粒后貼上片光片。具體見下圖：

Module 工序是從 LCD 屏開始到驅動電路制作完成，形成一個顯示模塊。具體示意圖如下：

在以下的各節中，我們將逐一介紹TFT、Cell、Module 的工藝制程

第一節 陣列段流程

一、主要工藝流程和工藝制程

（一）工藝流程

采用背溝道刻蝕型（BCE）TFT 顯示像素的結構。具體結構見下圖：

對背溝道刻蝕型TFT結構的陣列面板，根據需要制作的膜層的先后順序和各層膜間的相互關系，其主要工藝流程可以分為 5 個步驟（5 次光照）。

第一步：柵極（Gate）及掃描線形成

具體包括：Gate 層金屬濺射成膜，Gate 光刻，Gate 濕刻等工藝制程（各工藝制程的具體介紹在隨后的章節中給出）。經過這些工藝，最終在玻璃基板上形成掃描線和柵電極，即Gate 電極。工藝完成后得到的圖形見下圖：

第二步：柵極絕緣層及非晶硅小島（Island）形成

具體包括：PECVD 三層連續成膜，小島光刻，小島干刻等工藝制程（各工藝制程的具體介紹在隨后的章節中給出）。經過這些工藝，最終在玻璃基板上形成TFT 用非晶硅小島。工藝完成后得到的圖形見下圖：

第三步：源、漏電極（S/D）、數據電極和溝道（Channel）形成 

具體包括：S/D 金屬層濺射成膜，S/D 光刻，S/D 濕刻，溝道干刻等工藝制程（各工藝制程的具體介紹在隨后的章節中給出）。經過這些工藝，最終在玻璃基板上形成TFT 的源、漏電極、溝道及數據線。到此，TFT 已制作完成。工藝完成后得到的圖形見下圖：

第四步：保護絕緣層（Passivition）及過孔（Via）形成

具體包括：PECVD 成膜，光刻，過孔干刻等工藝制程（各工藝制程的具體介紹在隨后的章節中給出）。經過這些工藝，最終在玻璃基板上形成 TFT 溝道保護絕緣層及導通過孔。工藝完成后得到的圖形見下圖：

第五步：透明象素電極ITO 的形成

具體包括：ITO 透明電極層的濺射成膜，ITO 光刻，ITO 濕刻等工藝制程
（各工藝制程的具體介紹在隨后的章節中給出）。經過這些工藝，最終在玻璃基板上形成透明象素電極。至此，整個陣列工序制作完成。工藝完成后得到的圖形見下圖：

至此，整個陣列工序制作完成。簡單來說 5 次光照的陣列工序就是：5 次成膜＋5 次刻蝕。

（二）工藝制程

在上面的工藝流程中，我們提到，陣列的工藝流程是成膜、光刻、刻蝕等工藝制程的反復使用。以下就這些工藝制程作具體的介紹。

1、成膜

顧名思義，成膜就是通過物理或化學的手段在玻璃基板的表面形成一層均勻的覆蓋層。在TFT 陣列制作過程中，我們會用到磁控濺射（Sputter，或稱物理氣相沉積PVD）和等離子體增強型化學氣相沉積（PECVD）。

A）磁控濺射（Sputter）

濺射是在真空條件下，用 He 氣作為工作氣體。自由電子在直流 DC 電場的作用下加速獲得能量，高能電子碰撞 He 原子，產生等離子體。He 離子在DC 電場的作用下，加速獲得能量，轟擊在靶材上，將靶材金屬或化合物原子濺射出來，沉積在附近的玻璃基板上，最后形成膜。磁場的作用是控制等離子體的分布，使成膜均勻。磁控濺射的原理示意圖如下：

具體濺射原理的介紹和詳細的設備介紹參見后面相關的章節。

B）PECVD

PECVD 是通過化學反應在玻璃基板表面形成透明介質膜。等離子體的作用是使反應氣體在低溫下電離，使成膜反應在低溫下得以發生。其原理示意圖如下：

具體PECVD 原理的介紹和詳細的設備介紹參見后面相關的章節。

2、光刻：涂膠、圖形曝光、顯影

光刻的作用是將掩模版（Mask）上的圖形轉移到玻璃表面上，形成PR Mask。具體通過涂膠、圖形曝光、顯影來實現。見以下示意圖：

A) 涂膠

在玻璃表面涂布一層光刻膠的過程叫涂膠。對于小的玻璃基板，一般使用旋轉涂布的方式。但對大的基板，一般使用狹縫涂布的方式。見以下示意圖：

B) 圖形曝光

涂膠后的玻璃基板經干燥、前烘后可以作圖形曝光。對于小面積的基 板，可以采用接近式一次完成曝光。但對大面積的基板，只能采用多次投影曝光的方式。下圖是Canon 曝光機的工作原理圖：

由于大面積的均勻光源較難制作，Canon 采用線狀弧形光源。通過對Mask 和玻璃基板的同步掃描，將Mask 上的圖形轉移到玻璃基板上。

C) 顯影

經圖形曝光后，Mask 上的圖形轉移到玻璃基板上，被光阻以潛影的方式記錄下來。要得到真正的圖形，還需要用顯影液將潛影顯露出來，這個過程叫顯影。如果使用的光阻為正性光阻，被 UV 光照射到的光阻會在顯影過程中被溶掉，剩下沒有被照射的部分。

顯影設備往往會被連接成線，前面為顯影，后面為漂洗、干燥。

示意圖如下：

3、刻蝕：濕刻、干刻

刻蝕分為濕刻和干刻兩種。濕刻是將玻璃基板浸泡于液態的化學藥液中，通過化學反應將沒有被PR 覆蓋的膜刻蝕掉。濕刻有設備便宜、生產成本低的優點，但由于刻蝕是各向同性的，側蝕較嚴重。
干刻是利用等離子體作為刻蝕氣體，等離子體與暴露在外的膜層進行反應而將其刻蝕掉。等離子體刻蝕有各向異性的特點，容易控制刻蝕后形成的截面形態；但但高能等離子體對膜的轟擊會造成傷害。濕刻與干刻的原理見下 圖：

濕刻的設備一般與后面清洗、干燥的設備連成線，見下圖：

干刻設備與PVD 及PECVD 設備一樣，一般采用多腔體枚葉式布局。由于設備內是真空環境，玻璃基板進出設備需要 1－2 個減壓腔。其余腔體為工藝處理腔。見以下示意圖：

4、脫膜

刻蝕完成后，需要將作掩模的光阻去除，去除光阻的過程叫脫膜。一般脫膜設備會與其隨后的清洗、干燥設備連線。見下圖：

二、輔助工藝制程

陣列工序的工藝流程中，除了以上介紹的主要工藝制程外，為了監控生產線的狀態，提高產品的合格率，方便對產品的管理和增加了一些輔助的制程，如：清洗、打標及邊緣曝光、AOI、 Mic/Mac 觀測、成膜性能檢測、電測等。以下就這些輔助工藝制程逐一作個簡單介紹。

1、清洗

清洗，顧名思義就是將玻璃基板清洗干凈。這是整個LCD工藝流程中使用最頻繁的工藝制程。在每次成膜前及濕制程后都有清洗。清洗有濕洗和干洗，有物理清洗和化學清洗。其作用和用途詳見下表：

具體在工藝流程中，玻璃基板流入生產線前有預清洗；每次成膜前有成膜前清洗；每次光阻涂布前有清洗；每次濕刻后及脫膜后也有清洗。一般清洗設備的結構如下：

由于清洗設備的結構與濕刻及脫膜設備的結構非常相識，所以這三個制程往往統稱為濕制程。

2、打標及邊緣曝光

為了方便生產線的管理，我們需要對在生產線流通的每一張玻璃基板和Panel 打上ID，這是通過打標制程來完成的。通常打標制程會放在柵極光刻制程中，即柵極圖形曝光后，顯影前。打標一般采用激光頭寫入。隨著玻璃基板的增大，曝光機的制作和大面積均勻光源的獲得變得較難。為了有效利用曝光設備，在圖形曝光時只對玻璃基板中間有圖形的有效區域進行曝光。之后采用一種不需要Mask 的邊緣曝光設備對邊緣區域曝光，然后去做顯影。這一過程叫邊緣曝光。

3、自動光學檢測（AOI）

為了提高產品的合格率，在每次顯影后和刻蝕后，一般會作一次光學檢測。一般采用線性 CCD 對玻璃基板上的圖形進行掃描，將掃描后的圖像作計算機合成處理后，與設計圖形作比對，以發現可能存在的問題。此過程即稱為自動光學檢測。其典型設備如下圖：

4、宏微觀檢查（MAC/MIC）

微觀檢查主要是通過顯微鏡對 AOI 或其他檢測過程中發現的問題作進一步觀測確認。

宏觀檢測是利用人眼對光和圖像的敏銳觀察，以發現顯影后或刻蝕后大面積的不均勻。

微觀、宏觀檢查往往設計在同一機器上。典型的機器見下圖：

5、成膜性能檢測

在陣列的制程中有 5 次成膜。成膜質量的好壞直接關系到產品的性能和合格率的高低。所以生產中有許多對膜性能作檢測的工序，盡管這些工序也許只是抽測。

對導電膜，一般會用四探針測試儀（RS Meter）作膜層方塊電阻測試；用反射光譜儀（SR）作反射性能測試。

對介質膜，一般會用橢偏儀（SE）作膜厚和透過性能測試；用付氏紅外分析儀（FTIR）作成分分析。

對所有的膜層都會用臺階儀（Profile）作膜厚分析；用Mac 作宏觀檢查；用 AFM 作表面形貌分析。

6、開路/短路（O/S）電測

TFT 溝道刻蝕主要是刻掉非晶硅表面的一層N 型參雜的接觸層。這一層具有改善接觸電阻的作用。但這一層在溝道的部分必須完全刻蝕干凈，否則溝道短路或漏電流偏大。溝道是否刻蝕干凈，用光學的辦法不能檢測，因為 N 型參雜層是透明的。所以在溝道刻蝕后插入開路/短路（O/S）電測。

開路/短路電測的原理很簡單：將兩個探針放在電極的兩端，檢測電流以判斷電極是否開路；將兩個探針放在相鄰的兩個電極上，檢測電流以判斷這兩個電極間是否短路。下圖是原理的示意圖和相關設備圖：

7、TEG（Test Element Group）電測

在陣列制作的工藝過程中，有許多中間環節的電氣性能直接影響到產品的最終性能，必須加以檢測。如層間的接觸電阻，電極間的電容等。為了檢測這些中間環節的電氣性能，會在正常顯示屏電氣線路以外的區域，專門設計一些檢測中間性格的電氣單元（Test Element Group），并通過專門的TEG 檢測設備作測試。常見的TEG 電氣單元有: 引線電阻、TFT、存儲電容、接觸電阻、跨越臺階的引線電阻等。TEG 的位置及設計范例如下圖：

8、陣列電測

陣列電路制作完成后，其電氣性能如何需要作陣列電測，以挑出有缺陷的屏，不讓其流到后面的工序，減少材料的損失。

陣列電測大致分為電荷檢測、電子束檢測和光學檢測三種檢測方法。這三種檢測方法各有優劣。目前天馬采用光學的檢測方法。其原理和相關設備見下圖：

9、激光修補

對在 AOI 或電測中發現的問題，如短路、開路等，一般考慮采用激光修補的辦法進行補救。這一辦法對大屏的制作尤其有效。常見的激光修補設備見下圖：

三、返工工藝流程

以上介紹的是正常工藝流程。在生產過程中由于品質管控的要求，在某些指標達不到要求時，產品會進入返工流程。陣列段最常見的返工是：PR 返工和Film 返工。

1、PR 返工

在曝光、顯影后，膜層刻蝕前，如果被 AOI 或MAC/MIC 檢測發現嚴重質量問題，如果不返工會導致產品報廢或合格率很低。這時產品會進入 PR 返工流程，即先脫膜，然后從新作光刻。

2、Film 返工

Gate 電極和S/D 電極在刻蝕后，如果被AOI 或MAC/MIC 檢測發現嚴重質量問題，如果不返工會導致產品報廢或合格率很低。這時產品會進入 Film 返工流程，即先脫膜后，濕刻掉所有金屬膜，然后從新作成膜。 

四、陣列段完整工藝流程

在主要工藝流程和制程的基礎上，加入輔助工藝制程和返工流程，一個陣列段完整的工藝流程如下圖：

圖中同時給出了制作高開口率的有機膜工藝流程和半反半透膜工藝流程。

五、設備維護及工藝狀態監控工藝流程

產品是靠生產線和設備作出來的，所以生產線的狀態和設備狀況直接關系到產品的質量。定時對設備作維護（Prevent Maintenance）和對設備、環境狀態作監測是有效管理的的必然選擇。通常的做法是采用白玻璃（Dummy Glass）作某個工藝制程，之后拿去檢測。這樣 Dummy Glass 就有一個流程。

1、白玻璃（Dummy Glass）的用途在生產線遇到以下幾種情況時，需要流通白玻璃：

A、在新的生產線安裝調試階段，用白玻璃作一系列的試驗；

B、設備或工藝調整后，用白玻璃確認工藝狀況；

C、設備作維護保養后，用白玻璃確認工藝狀況

D、設備和工藝狀態需要作定期監測時

E、工藝潔凈環境需要作定期監測時

2、白玻璃的流程

根據使用白玻璃的目的的不同，其流通流程也完全不同。這里只簡單舉一個例子。例如，如果我們需要了解設備內的清潔狀態，白玻璃會流過以下制程：

白玻璃清洗→要檢測的設備→異物檢測機