淺談彩色濾光片生產制程不良解析及設備應用

顏媛

摘 要：中電熊貓液晶材料科技有限公司自2012年建廠以來，在產線設備裝機、調試的同時，也兼顧著實驗室的相關設備安裝，主要設備有FT-IR（紅外光譜儀）、SEM/EDS（掃描電子顯微鏡/能譜儀）、3D顯微鏡、小型色度機、接觸式膜厚計。自2013年年底開始陸續投入使用，現已能夠充分配合產線，對不良缺陷的形態、成分進行定量定性分析，也可對成品進行信賴性測試。

關鍵詞：不良品 紅紅外光譜儀 客訴NR 掃描電子顯微鏡

中圖分類號：TN141 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2018）08（b）-0110-02

隨著TFT-LCD（Thin Film Transistor Liquid Crystal Display，薄膜晶體管液晶顯示器）的流行，TFT-LCD正逐漸成為主流顯示設備。在TFT-LCD顯示設備當中，TFT-LCD面板是其主要部件。作為TFT-LCD面板的重要組件之一，彩色濾光片（Color Filter，簡稱CF）的質量對整個TFT-LCD產品影響巨大。而在彩色濾光片制造中會出現一些常見的和突發的缺陷問題，它們直接影響著本身的合格率，也影響著TFT-LCD面板客戶的合格率和滿意度。為此，我們必須著力對這些缺陷進行分析并找到快速、有效的解決方案，因此制程不良的解析及解析設備的有效應用變得至關重要。實驗室是確保產線高品質、高質量生產的后備力量，是分析產線不良的重要環節。對CF產品進行表面、切面觀察分析，品質確認，信賴性測試等。

1 實驗室不良品解析種類

匯總實驗室分析事項，主要需分析事項為客訴不良品解析、產線其他測試、異物取樣成分分析。

（1）客訴不良：異常集中于異物類，顯影不良、色度異常、共通等。較嚴重的是38.5 UV2A NR不良，周不良率最高達到1.3%。現每周客戶端會對NR不良進行挑樣解析，在顯微鏡下區分不良發生側（TFT/CF/Cell），做好分類，CF責不良品將由我們取回解析，履歷調查，成因分析。

（2）產線異物取樣成分分析：在平時對設備維護保養過程中，對粉末狀異物、磨屑、升華物等取樣進行成分分析，或針對造成產線良率低，修補難的已知缺陷不良進行取樣，分析不良原因，以解決產線良率低的問題。

2 實驗室不良品解析設備

2.1 FT-IR（紅外光譜儀）

連續波長的紅外光通過物質，某些波長的光被物質吸收，物質分子中某個基團振動頻率與紅外光的頻率一樣，二者發生共振，分子吸收能量，由基態振動能級躍進到能量較高的振動能級。因此，通過紅紅外光譜圖，可鑒別物質的類型。

紅外光譜圖表示分子吸收紅外的情況。縱坐標T%表示百分透光率，即紅外吸收的強弱。T%=（I/I0）%，I為透過光強度，I0為入射光強度。橫坐標表示波數σ，σ=1/[λ（cm）]=104/[λ（μm）]（cm-1）。

FT-IR紅外光譜儀分析主要針對有機物的能譜圖進行比對，需事先建立充足的數據庫，有利于在產線有突發不良時，在未知成因的情況下，進行FT-IR成分分析，進行能譜比對，以匹配出性質最為相近的物質。因數據庫限制，產線設備維護保養時，需收集異常物質，如粉末狀碎屑、潤滑油、升華物等，進行FT-IR打樣，完善數據庫。

2.2 SEM/EDS（掃描電子顯微鏡/能譜儀）

2.2.1 掃描電子顯微鏡

主要是利用二次電子信號成像來觀察樣品的表面形態，即用狹窄的電子束去掃描樣品，通過電子束與樣品的相互作用產生各種效應，其中主要是樣品的二次電子發射。二次電子能夠產生樣品表面放大的形貌像，這個像是在樣品被掃描時按時序建立起來的，即使用逐點成像的方法獲得放大像。

SEM的優點是：（1）有較高的放大倍數，放大倍數連續可調；（2）有很大的景深，視野大，成像富有立體感，可直接觀察各種試樣凹凸不平表面的細微結構；（3）試樣制備簡單。

2.2.2 能譜儀

用來對材料微區成分元素種類與含量分析，配合掃描電子顯微鏡的使用。因各種元素具有自己的X射線特征波長，特征波長的大小則取決于能級躍遷過程中釋放出的特征能量，能譜儀就是利用不同元素X射線光子特征能量不同這一特點來進行成分分析的。

2.2.3 SEM/EDS實驗室應用實例

38.5 UV2A產品客訴NR爆量，實驗室持續解析不良品，NR類型主要是異物型及PS高模式。

NR解析思路如下。

（1）查詢客戶碼對應CF ID，確認廠內生產履歷，記錄基板各制程作業線別、時間以及該基板是否經過repair站點。對比客戶端解析顯微鏡圖片對應產線AOI及修補有無檢出同類缺陷。確定不良產品經過的線體，制程參數。

（2）3D顯微鏡20X觀察異物表面形態，并于50X下測量異物高度，記錄3D圖像。測量異物大小，高度，區分異物位于畫素層別。

（3）根據3D顯微鏡記錄圖片，查詢該基板在repair站點及各制程AOI review圖片。若有對應異物點，記錄坐標，依次查詢前制程AOI上報坐標點，找到異物產生線別。

（4）選取特征性較明顯的異物進行EDS成分分析。

（5）根據EDS成分分析，初步確定異物成分及產生工序，結合產線查詢結果，找出共通性。從而確定不良成因。

利用SEM，能夠更為細致地觀察樣品表面形態，可測量兩點間距離，如ITO/PI膜厚，傾斜角度后觀察斷層，分析不良品成因。EDS可精確分析樣品所含元素種類及含量，用于辨別異物成分，但不能完全將異物定性。

2.3 3D顯微鏡

3D顯微鏡可利用2D、3D模式，觀察樣品表面形態，水平、豎直、點與點間測量距離，亦可選取參照物，測量目標物體的高度。倍率有5X/10X/20X/50X/100X。具備表面觀察及高度測量功能。

在不良品解析中，3D顯微鏡的應用實例如下。

（1）客訴mura、NR、修補不良等，可利用3D顯微鏡測量PS和異物高度。

（2）廠內異物取樣表面觀察、3D測高。

2.4 小型色度機

小型色度機主要針對Mura類不良進行分析。廣泛應用于色差mura解析、信賴性實驗、標準片測試等。

Mura解析思路如下。

將客戶端取回標記好Mura位置，去除PI的樣片，先至Macro綠燈下目視觀察，確認Mura是否肉眼可見，形狀，位置及可視角度。

至小型色度機橫跨Mura區域逐個測量RGB畫素的色度值。

將結果作成圖表，對比數據，確認Mura區與非Mura區色度差值。一般差值超過3%。可直接確定為該色阻層異常，對應為膜厚差異，可推測為涂布制程產生不良。鎖定線體及機臺，進行原因分析。

2.5 接觸式膜厚計

接觸式膜厚計可精確測量樣品膜厚，精度達到0.01μm，主要用于RGB膜厚、牛角、ITO膜厚等高度測量。針對客戶端返回的樣品，因無法進行光學式膜厚測量，僅可使用接觸式膜厚計進行膜厚段差測量。此設備使用前制樣很關鍵，需先在樣品上針對測量區域用刀片刮出V字樣區域，測量區位于V字尖端，測量時橫跨尖端進行接觸式測量。

3 結語

目前TFT-LCD所應用的實驗設備對于不良的分析已有一定的經驗，但針對不良品的定量定性分析還存在一定的難度，需持續摸索，不斷累積經驗，將更先進的實驗技術應用到實際的不良分析中。

參考文獻

[1] 馬群剛.TFT-LCD原理與設計[M].北京：電子工業出版社，2011：147-148.

[2] 黃新民，解挺.材料分析測試方法[M].北京：國防工業出版社，2006.