Array工艺设备介绍-课件

Array工艺设备介绍课程内容介绍TFT-LCD结构原理Array工艺及设备介绍4Mask&5Mask工艺流程TFT-LCD显示及其发展TFT-LCD应用生活中大家接触到的TFT-LCD产品MobilephonePadMonitorTV2940*3370mm2880*3130mm2200*2500mm1950*2250mm1500*1850mm1100*1300mm680*880mm2290mm1.1T1.1TG6G7.50.5T0.7T0.5T0.7T0.5T0.7TTFT-LCD发展200020022004200620072009 2015320*400mm1.1T90年代手机APPMonitor&TVTVG4G50.7T0.7TG8.5G10G10.5B9G1TFT-LCD结构TFT基板CF基板偏光片背光源驱动IC信号ICCCFL/LED扩散板导光板LCD面板控制ICPCBLCD显示器Module工厂：各个模块组装Cell工厂：TFT&CF基板对盒&切片Array工厂：基板上制作TFT(Thinfilmtransistor)CF工厂：基板上制作CF(Colorfilter)TFT-LCD原理TFT-LCD工作原理：1.栅极引线(Gate)加电压(有无)2.TFT打开3.数据引线(SD)加数据信号电压(变化)4.液晶分子偏转5.屏幕显示内容改变TFT-LCD电路：TFT原理Gate：驱动控制TFT的开/关，更新画面显示GI：绝缘层，隔离Gate层的作用Act：包括a-Si和N+a-Si，形成TFT导电沟道SD：传输显示信号，对Pixel(电容)进行充电，充电量的多少决定了Pixel的亮度PVX：在SD和ITO间形成特定的连接通道ITO：透明电极(Pixel电极)，充电后形成电场控制液晶偏转角度(亮度)ITOSD(Source)PVX(Passivation SiNx)n+a-Sia-SiGI(Gate Insulator)GateSD(Drain)VIA HoleTN型TFT结构示意图TFT结构：大家应该也有点累了，稍作休息大家有疑问的，可以询问和交流大家有疑问的，可以询问和交流大家有疑问的，可以询问和交流大家有疑问的，可以询问和交流8Array工艺流程PhotoResistThinFilmGlassExposurePhotoMaskStripPRcoatingDevelopEtch(DE/WE)镀膜(Sputter/PECVD)InitialCleanAT&ARLightGlassThinFilmPhotoResistNextLayerArray工艺相关设备介绍SputterPECVDTrackExposureDryEtchWetEtchWetEtchStripInitialCleanThinfilmPhotoEtchArray工艺利用物理溅射沉积金属膜层：Al，Cu，Mo，MoNb，ITOetc.形成膜层掩膜板光刻刻蚀利用化学气相沉积半导体和非金属层：SiNx，a-Si，N+a-Si涂覆感光的光刻胶(正性PR)，并将曝光后的PR胶显影去除利用紫外光，按照Mask图案对PR进行曝光，以便后续显影成像利用化学药液如酸湿法刻蚀金属利用化学药液将残留PR胶剥离投玻璃处对Glass进行清洗利用反应气体干法刻蚀非金属或金属SputterSputter的作用：ITOSD(Source)PVX(Passivation SiNx)n+a-Sia-SiGI(Gate Insulator)GateSD(Drain)VIA Hole（TN型TFT结构示意图）Sputter在Array工艺中负责进行Gate,S/D以及ITOLayer的溅射镀膜。SputterSputter现象l定义：在某一温度下，如果固体或液体受到适当的荷能粒子(通常是离子)的轰击，则固体或液体中的原子通过碰撞有可能获得足够的能量从表面逃逸，这一原子从表面发射出去的方式称为溅射l溅射发生的必要条件：1.轰击粒子要有一定的质量2.轰击粒子的能量被轰击材料的结合能l溅射的加强：要将溅射现象应用到实际生产中，必须要获得稳定的溅射液体溅射现象固体溅射现象玻璃AlAlFilmAr+Al原子SputterSputter的加强：磁控溅射NSSN溅射靶材（阴极）NS玻璃（阳极）磁条靶原子ArAr+eee1e1Ar+EBl磁场的作用：以磁场来改变电子的运动方向，束缚和延长电子的运动轨迹，从而提高了电子对工作气体的电离几率和有效地利用了电子的能量。l溅射过程：以靶材作阴极，加电压后，电子获得足够能量在电场E作用下，在飞向基板过程中与Ar原子发生碰撞，使其电离出Ar+和一个电子e，电子飞向基板，Ar+在电场作用下以高能量轰击靶表面，将动量传递给靶材原子，使其获得能量超过其结合能时，靶材发生溅射，溅射出来的靶材原子或分子则沉积在基板上形成薄膜。同时Ar+轰击靶材，释放出二次电子e1，二次电子与Ar原子碰撞产生更多的Ar+和电子，持续正常辉光放电。Sputter成核核生长聚结聚结小岛小岛长大连续膜l溅射出来的靶材原子到达基板表面后，经过吸附、凝结、表面扩散迁移、碰撞结合形成稳定晶核。再通过吸附使晶核长大成小岛，岛长大后互相聚结，最后形成连续状薄膜。薄膜的形成过程SputterSputter设备构造GPCS(GeneralProcessControlSystem)L/ULPositionL/ULChamberHeaterChamberSputteringChamber(SP3)SputteringChamber(SP4)SputteringChamber(SP5)SputteringChamber(SPTV)Mo/MoNbAl/CuAl/CuMo/CulMetalSputter：4SputteringChamber对应大尺寸TV产品Gate&SD膜厚增加lITOSputter：1SputteringChamberPECVDPECVD采用13.56MHZ射频电源使含有薄膜组成原子的气体电离，形成等离子体，在基板上反应，沉积薄膜。在TFT工艺中，PECVD主要进行FGI、MULTI及PVXFilm沉积。PECVD成膜关键工艺参数：PECVD：PlasmaEnhancedChemicalVaporDeposition气体输送前躯体生成扩散、吸附表面反应连续成膜PECVD成膜原理简介：PECVDPECVD膜层功能简介：ITOSD(Source)PVX(Passivation SiNx)n+a-Sia-SiGI(Gate Insulator)GateSD(Drain)VIA Hole（TN型TFT结构示意图）PECVDPECVD设备结构简介：lLoadlock：大气真空转换，GlassIn/outlTC：ProcessChamber与Loadlock之间Glass中转lProcessChamber：GlassFilm沉积腔室PhotoPhoto用途及Layout说明：在基板表面涂覆感光性树酯材料(PR)，利用掩模板进行曝光，显影后形成与掩模板相同的树酯图案。Photo ResistThin FilmGlassPhoto MaskDevelopLightPR coatingPhoto ResistThin FilmGlassExposureIndexerCleanDBCOATERVCDSBTCUTT/EE/TurnDEVAOIHBPlateFlowScanUnitPlateLoader&Unloader利用掩膜板进行曝光IDMarking涂覆前基板表面处理：清洗等感光树脂涂覆、干燥图形显影图形检查Track(Cleaning)涂覆前基板表面处理：1）UV紫外光清洗2）物理毛刷清洗3）水/药液清洗Track(Coater)感光性树酯涂覆：1）感光树酯涂布2）减压干燥3）加热干燥GlassPhotoResistCoatingNozzleHotPlateHotPlateExposure曝光：利用紫外光经过Mask照射到Plate上，使PR胶感光，形成特定的图案。Canon：MirrorScanNikon：LensScanmaskplate非球面镜maskplate透镜组非球面镜梯形面镜凹面镜凸面镜F FF FF FF FF FF FExposure(G10.5Nikon)ScanUnitPlateLoaderUnloaderPlateIn(基板取入)Alignment(掩模板基板对位)ScanExposure(扫描曝光)PlateOut(基板排出)Nikon曝光机曝光流程：Track(Develop)PRGlassDeveloperFilm曝光部分未曝光部分Develop(正性PR)：EtchEtchRateRequirementItemsUniformitySelectivityProfileCDBias刻蚀概念：将薄膜材料使用化学反应或物理撞击作用而移除刻蚀作用：去除玻璃基板上无PR覆盖，暴露在外的薄膜Etch分为WetEtch即湿法(刻蚀液)，和DryEtch即干法刻蚀(Plasma)Etch刻蚀Isotropic&AnisotropicIsotropic(各向同性)：指各个方向的刻蚀率是相同的，如WetEtchSubstrateFilmFilmFilmResistResistResistAnisotropic(各向异性):指一个方向的刻蚀，刻蚀后的内壁基本为垂直的，如DESubstrateFilmFilmResistResistResistDryEtchDE：利用RFPower和真空气体生成的低温Plasma反应产生离子(Ion)和自由基(Radical),该Ion和Radical与基板上的物质反应生成挥发性物质,从而转移Mask规定的图案到基板上。lL/L:连接真空和大气压的一个Chamber。Glass进入此Chamber以后，Valve关闭，开始抽真空。lT/M:将L/LChamber中的Glass通过机械手送到反应舱中，在此Chamber中也要进一步抽真空。lP/C:利用Plasma原理在反应舱中通入反应气体，生成的反应气体粒子撞击镀膜表面，达到刻蚀的目的。lUSC:UltraSonicCleaner利用超声波对Glass进行DryClean（干法清洁）TransferModuleLoadLockProcessChamberATMArmIndexer真空大气之间转化高真空Port3大气机械手Port2Port1P/C-2P/C-3P/C-1T/ML/LUSCDryEtchMatchingbox等离子体RF发生器CM压力计MFC气体流量控制器APCCM和APC结合进行压力调节TMP涡轮分子泵CutoffValveDryPump干泵尾气处理装置工艺气体Glass上部电极下部电极排气WetEtch利用酸性刻蚀液去除没有PR胶保护的Pattern。主要适用于Al、Cu金属及其合金膜或ITO、IGZO等金属氧化物的Pattern形成。针对不同金属或金属氧化物，需要使用不同的刻蚀液。Al刻蚀液：主要成分为HNO3+CH3COOH+H3PO4+Additive其中HNO3为氧化剂，CH3COOH为缓冲剂，H3PO4用于溶解Al2O32Al+2HNO3=Al2O3+2NO+H2OAl2O3+2H3PO4=2AlPO4+3H2OCu刻蚀液：主要成分为H2O2+Additive其中双氧水为主反应剂，Cu+H2O2+2H+Cu2+2H2OITO刻蚀液：主要成分为HNO3+H2SO4+H2O+AdditiveIn2O3+6HNO32In3+6(NO3)-+3H2OIn2O3+6H2SO44In3+6(SO4)-+6H2OAdditive为金属腐蚀抑制剂WetEtch：WetEtchWetEtch设备：IndexInCVAPPNormalCVElevatorNT1Etch(3CHB)OutCVRinsePlateFlowPlateFlowPlateFlowPlateFlowNormalCVNT2Index传送单元APPClean(有机物去除)升降机构AK2F1FIndexAirKnife(干燥)RinseProcess(水洗)EtchingProcess(刻蚀)WetEtch设备：经由设备2F入口进入，依次经过APP、Etch、Rinse、AirKnife，完成工艺后从设备1F出口返回CST。WetStripWetStrip：DecomposingbyAmineSwellingbySolventSolvationbySolventSubstrateMetalSubstrateMetalSubstrateMetalSubstrateMetalStrip就是利用有机腐蚀液经过化学反应去除膜表面的光刻胶。化学反应主要是把光刻胶的长链结构断开，使PR胶变成小分子，从而被溶解、冲洗离开Glass表面。WetStripIndexInCVElevatorNT1Strip(3CHB)OutCVRinsePlateFlowPlateFlowPlateFlowPlateFlowNormalCVNT2Index传送单元升降机构Strip(剥离)AK2F1FIndex传送单元AirKnife(干燥)Rinse(水洗)WetStrip设备：经由设备2F入口进入，依次经过升降机构、Strip、Rinse、AirKnife，完成工艺后从设备1F出口返回CST。WetStrip设备：ArrayTest&RepairArrayTest&Repair：Test&Repair设备ArrayTestOSTestAOIRepairShortTestGTTest&RepairSDTest&RepairFinalTest&RepairOS/AOI/RepairOS/AOI/RepairAT/AOI/ST/RepairArrayTest&Repair原理Test&Repair各检出及维修原理简述ArrayTest&Repair检出/维修原理Test&Repair各检出及维修原理简述ArrayTest&Repair可检出及维修的不良Test&Repair各工序所检出及维修的不良4Mask工艺流程2.GateDep.：通过Sputter进行GateMetal沉积1.InitialCleaning：去除Particle，确保良率GateMetal4Mask工艺流程4.Mask：形成PR图案，在显影后保留Gate图案处PR(未感光)，去除多余PR(感光后)3.PRCoating：涂覆光阻(正性PR)Mask后Glass上PatternMaskPR4Mask工艺流程-金属层一般用湿法刻蚀的方法（混合酸液）5.2GateStrip：去除GatePattern上的PR-将未感光的光刻胶剥离掉5.1GateEtching：将无PR覆盖的GateMetal去除Strip后Glass上的GatePatternGate4Mask工艺流程6.2MultiLayer:PECVD（离子增强化学气相沉积）-G-SiNx：绝缘层-a-SI：半导体层-N+a-SI：掺杂半导体6.1PreCleaning：去除Particle，确保良率G-SiNxa-SiN+SiCVDMuti-Dep.后Glass上的GatePattern4Mask工艺流程7.2SDDep.：通过Sputter进行SDMetal沉积7.1PreCleaning：去除Particle，确保良率SDLayer4Mask工艺流程8.SDTMaskFullToneHalfToneMask后Glass上Pattern4Mask工艺流程9.1stSDEtch10.1.ActiveEtch4Mask工艺流程O2O2O2O2O2O2RFRFO2O2O2O2O2O2RFRF10.2.Ashing4Mask工艺流程11.2ndSDEtch12.N+Etch4Mask工艺流程13.SDStrip4Mask工艺流程14.PVXDep15.ViaMaskHoleEtch16.ITODep.ITOMaskITOetchITOStrip5Mask&4Mask工艺流程比较4Mask5Mask4Mask关键工艺：HTM工艺和1D1Wor2D2W5Mask&4Mask工艺流程比较GateSDTViaITO4MaskGateActiveSDViaITO5Mask4MaskSDTMask&SDTEtch：Active EtchAshingMo Etch N+EtchPRMoa-SiExposure Develop1st SD Wet EtchGlassN+