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1、液晶材料与技术 9 LCD工艺技术 阵列关键工艺 制屏关键工艺 模组关键工艺 阵列关键工艺 制屏关键工艺 模组关键工艺 Array制程中的几个主要技术 清洗溅射 PVD CVD PECVD 曝光和显影刻蚀工艺 与灰尘做斗争是TFT LCD行业永恒的任务 进入TFT LCD制造车间看到最多的设备就是各式各样的清洗装置有人估计在液晶显示器的整个制备工艺中清洗工艺的工作量占总工作量的30 40 而且随着液晶显示技术的不断进步清洗工艺正发挥着越来越重要的作用 几个纳米的颗粒就会造成膜的表面状态的起伏 微米量级的颗粒就会造成膜的断裂或短路 或者破坏器件的电学特性 玻璃基板表面的任何有机溶剂可能造成膜的脱
2、落和溶解 不仅要消除各种微小颗啦 还要消除各种可能的有机污染 洗净原理及方法 湿式化学清洗 超声波 湿式清洗 干式清洗 刷洗 紫外线照射清洗 高压液体喷淋 二流体喷淋清洗 等离子体清洗 浸泡式超声波清洗法 流水式高频超声波清洗法 超高压微细颗粒水喷射清洗 1 湿式化学清洗所谓湿式化学清洗技术 是以液态酸 碱溶剂与去离子水 之混合液清洗基板表面 并干燥的程序 化学清洗不仅可以有效去除有机物 也可以通过化学反应有效去除金属等无机污染物 但是湿式化学清洗法有时不但不能去除微粒 反而会增加微粒在基板表面附着的可能性 仅仅采用湿式化学清洗还不能完全解决问题 2 涮洗 擦洗 刷洗是利用刷子在基板表面滚动去
3、除微粒及有机薄膜的一种机械清洗方法 清洗溶液一般采用去离子水 加上一些可以降低水的表面张力的清洁剂 在不同工艺阶段的清洗对刷洗的要求是不一样的 刷洗中需要注意的是防止刷毛对基板图形的损伤 刷毛的品质非常重要 在基板成膜以后的清洗中 刷毛最好不要直接接触基板图形表面 刷洗的方法有两种 一种是横向滚刷 即圆滚的轴线平行与玻璃板基所在的平面 另一种是纵向滚刷 即圆滚的轴线是与玻璃板基所在的平面垂直的 使用刷洗方法应注意的是 必须保持刷子经常清洁 防止由于刷子上粘染的污垢把玻璃板基弄脏而造成再污染 一般刷子的使用寿命都不长 使用时间长了还会发生掉毛现象 因此需要定期更换 特别应该注意的是 当玻璃板基上
4、的涂层材质比较松软时 刷洗时容易造成膜层被划伤 因此这时不宜采用刷洗的方法 3 高压液体喷淋是利用高压泵把清洗用水加压到10 30公斤的高压力 再通过喷嘴把高压低流速的水转化成低压高流速的清洗水喷射到玻璃基板的表面进行清洗的 为了扩大清洗面常使用能形成扁平扇形状清洗面的喷嘴 用这种方法可去除玻璃基板上的3 5 m的粒子 用这种方法可对在流水线上运行的玻璃基板进行连续化的在线清洗 对于较小微粒而言 去除效率并不高 一般液体压力达到100psig 1psig的单位是1磅 平方英寸 6894 757N m 2 才可以有效去除微粒 但如此的高压会对基板表面图形产生伤害 TFT LCD设计及制作 4 二
5、流体喷淋清洗将一种高压气态流体与一种液态流体混合后 再通过一种特殊的喷嘴 超音速喷嘴 使高压气体与清洗液形成的液滴 以超过声音在空气中的传播速度 340米 秒 的速度喷出 而把需要清洗的物体放在一个可发生旋转的圆盘上并使它做旋转运动 当从喷嘴中喷射出的液滴喷射到做旋转运动的被清洗物体上时 就会立即崩解并对被清洗物体产生强大的冲击清洗作用 此时清洗液的速度可达到1000米 秒 在被清洗物体上附着的超微小颗粒在双流体清洗液喷射时产生的冲击波作用 被清洗物体表面受到冲击时产生的振动作用 液滴沿被清洗物体表面高速喷射这三种作用的协同作用下而被去除 能取得对粒径在0 1 m的微细颗粒的去除率达到80 以
6、上的效果 TFT LCD设计及制作 流体的主要成分是水 乙醇 氨水 除臭剂 抗静电剂 表面活性剂等 高压气体主要是压缩空气 氮气 N2 蒸气 TFT LCD设计及制作 5 超声波超声波具有很高的能量 它在传媒液体中传播时 把能量传递给传媒质点 传媒质点再将能量传递到清洗对象物表面 将声能转化为机械振动能 造成污垢解离分散 TFT LCD设计及制作 干法清洗与湿法清洗相比 虽然它在玻璃基板上污垢量较大的情况下 清洗效果往往不如湿法 但当湿法使用的药液难以渗透到微米级的细微缝隙中时 或被清除的污垢是有机物时 使用干法清洗会有较好的效果 而且干法清洗具有不需对用过的清洗液进行废液处理 环境负荷小等优
7、点 所以有时要采用干法清洗 或做为湿法清洗工艺中的一个环节使用 以提高清洗效果 干式清洗 TFT LCD设计及制作 干洗技术由于可以有效清除灰尘等微粒子 而且可以节约大量水资源 因而受到重视 目前在液晶显示器制备工艺中使用的干法清洗技术主要有紫外线照射清洗和等离子体清洗两种 TFT LCD设计及制作 1 紫外线照射清洗 UV光清洗 紫外线照射清洗的原理是利用装在石英玻璃管中制成的低压汞灯 在工作时发出的短波紫外光进行清洗的 紫外线具有较高的能量 而且波长越短的紫外光能量越高 当紫外光照射到污垢上时 物质的分子吸收紫外光后会处于高能量的激发状态并可能发生分子内的化学键断裂而分解 紫外线在与空气中
8、氧气作用时 可以把氧气分子激发并转化成化学反应能力比氧气更强的臭氧或活性氧原子 臭氧或活性氧原子在与污垢分子反应时 特别是有机物分子时 就可以将污垢分解成水 二氧化碳等小分子而被除去 所以用紫外线照射被污染的玻璃基板可以达到清洗的效果 TFT LCD设计及制作 但是在采用紫外线照射清洗时应注意它存在的几个问题 一是紫外线照射清洗使用的低压汞灯的寿命有一定限制 一般维持在1000 2000小时左右 所以使用一定时间后就要进行一次更换设备和修整 频繁更换产生的低压汞灯等废弃物会使环境的负荷大大增加 二是随着液晶显示技术的不断进步 玻璃基板的尺寸不断加大处理 速度不断加快 要求紫外线照射清洗使用的设
9、备也要大型化和大幅度提高功率 但这对紫外线照射清洗设备来说是有很大难度的 TFT LCD设计及制作 2 等离子 体 清洗另一种常用的干法清洗技术是等离子 体 清洗 在电场中保持低压状态的一些气态分子在辉光放电的情况下 可以分解出加速运动的电子和解离成带有正 负电荷的原子和分子 这些物质微粒都处于高能量的激发状态 在产生这些物质微粒的过程中还伴随产生紫外线等高能态光线 把以这种形式存在的物质状态称为等离子体 也是物质除了以固态 液态 气态方式存在之外的第四种存在状态 TFT LCD设计及制作 由于在等离子体存在许多高能态的物质 所以当等离子体与玻璃基板上的污垢接触时 这些处于活化状态的物质微粒就
10、会与污垢反应使污垢分子分解而被去除 TFT LCD设计及制作 利用等离子体产生自由基与污染物反应 例如 氧 O2 等离子体可去除光刻胶和细小有机物 氯化氢 HCl 和氩 Ar 混合等离子体用来去除金属污染物 三氟化氮 NF3 氢 H2 及氩 Ar 等离子体可解决各种氧化物污染问题 再以气流将生成物带出反应槽 TFT LCD设计及制作 等离子 体 清洗用于对液晶显示玻璃基板 半导体硅片 电子部件上的有机污垢进行清洗 采用等离子 体 清洗不仅可以有效去除污垢 而且可以大大改变表面的性质 增加表面对加工材料的黏合性能 而且因为可以在生产线上连续快速处理 所以效率比紫外线清洗更高 TFT LCD设计及
11、制作 各种常用的基板清洗方法的比较 洗净设备 整套清洗设备由装料周转盒 机械手 传送装置 干洗部分紫外光化学反应清洗舱 紫外单元 和湿洗部分 药液喷淋舱 刷洗 高压喷淋 超声波清洗 气刀 综合组成 形成清洗生产线 Array制程中的几个主要技术 清洗溅射 PVD CVD PECVD 曝光和显影刻蚀工艺 什么是PVD PVD physicalvapordeposition物理气相沉积法 在TFT制造工艺中共有5道溅射工序 分别为 栅极 G 配线的铝铌 AINb 含金和钼铌合金 MoNb 金属膜或者铜 Cu 金属膜 源极和漏极及其配线的铬 Cr 金属膜 像素电极的氧化铟锡 ITO 金属膜彩色滤光片
12、的铬膜 公共电极的氧化铟锡 ITO 金属膜 1 溅射原理 溅射主要是一种金属成膜的方法 该方法利用高能量电子的解离作用 使溅射气体离化形成等离子体 如果是直流溅射 这时候伴有辉光放电现象发生 气体等离子体在电场的加速下轰击靶材 使靶材原子溅射转移到基板表面形成致密的薄膜 溅射成膜的基本过程如下 1 工艺室抽真空 在大气压下比较容易控制膜的质量 2 真空度达到4 10 l 1Pa时导入氩气 并保持压力稳定 压力对膜的致密性 膜的均匀性和成膜的速率都有影响 在压力达到10 2Pa时会产生辉光放电 3 向阴极 靶材 加载射频 RF 或直流 DC 电压 产生等离子体 RF用于绝缘体成膜 DC用于金属成
13、膜 4 等离子体产生后在电场的作用下加速轰击靶材 冲击能量要大于100eV才比较有效 5 靶材弹出的原子附着到玻璃基板 形成需要的膜 在溅射工艺中真空技术非常重要 工艺室抽成真空 一方面可防止阴极 靶材氧化以及控制和消除大气中杂质的影响 另一方面可保证导入的工艺气体在低气压下获得高的放电效率 排气泵可以采用低温泵 分子泵等 为了有效控制气体压力 高时也使用电磁阀 粗抽泵也有使用干泵的 2 溅射分类 1 直流溅射 2 射频溅射 3 磁控溅射 4 反应性溅射 5 离子束溅射 1 直流溅射 RC 阴极与基板直接加载直流电压 1 成膜基板和膜靶材近距离配置 2 到达真空状态之后 在靶和基板之间加高电压
14、 3 电子和离子在高电压下高速运动 离子撞击靶材 高速运动的电子和离子与气体分子碰撞 产生更多的离子 4 离子撞击靶后 把靶材的粒子溅射出去 5 被溅射出来的靶材的粒子到达成膜基板上成膜 直流溅射的优点 设备简单溅射率高对基板的损伤较小 直流溅射的缺点 1 发生辉光放电 设备的真空程度较差 残留气体影响较大 比如说成长的薄膜和残留气体发生化学反应 或薄膜中有气泡等 2 气体成为等离子体状态 基板也处在高温的等离子状态中 因为高温可能会损伤基板 3 原料 靶 是强绝缘体的时候 表面会有离子堆积 使放电中止 4 不可以溅射绝缘膜 2 射频溅射 RF溅射 为了避免干扰电台工作 溅射 RF溅射 专用频
15、率规定为13 56MHz 在射频电源交变电场作用下 气体中的电子随之发生振荡 并使气体电离为等离子体 在射频溅射中 电子的运动速度比离子更高 一个周期入射到靶材上的电子数量比离子要多 因此 在一段时间以后 靶材上由于电子电荷的堆积形成一个偏压 通过这个偏压轰击靶材建立的平衡称为自偏压vdc 溅射是在这个平衡电压下产生的 2 射频溅射 RF 1 靶和成膜基板近距离配置 2 真空腔体和靶之间加高频率电压 3 因为是交流电压 所以带电粒子的加速方向随电压而变 4 因为电子比离子轻 容易移动 5 靶一侧的电子没有流通渠道 使电子密度升高 6 高密度的电子使靶带有负电 会吸引更多的阳离子撞击靶 射频溅射
16、的优点 可以溅射二氧化硅等绝缘膜 射频溅射的缺点 对基板损伤大相同功率下 溅射速率只有DC溅射的一半设备结构复杂 3 磁控溅射为了克服DC溅射在高真空情况下由于气体分子密度过低而导致放电不能持续维持的问题 在阴极靶材内侧设置一个磁场 可以使电子在阴极表面作螺旋状前进的运动 这样 即使气体分子密度很小 但由于电子在靶材附近运动的时间延长 因此电子密度相对增大 同样可以保证和气体的碰撞次数 从而解离气体产生等离子体 使放电持续进行 这就是所谓的磁控溅射 磁控溅射因为提高了放电效率 得到比较高的溅射率 可以在工艺气体压力较低的情况下工作 减小了气体对膜质的影响 且具有成膜均一性好 重现性好等优点 所以在生产领域中得到广泛应用 但是其靶材利用效率较低 磁控溅射 1 成膜基板和靶近距离配置 靶材的后面安装有磁铁 2 加高电压之后诱发溅射 3 因为靶周围有磁场 电子沿磁力线做螺旋运动 4 在螺旋运动电子的周围产生等离子状态 可进行高密度溅射 特征1 也可使用高频电源 2 在成膜基板附近没有等离子状态 基板不受损伤 3 溅射量大 缺点靶材的磨损不均匀 磁场较强的地方被大量溅射 在磁场南北极中间线附近
