Array TFT基板Open類不良的研究

福州京東方光電科技有限公司 余舒嫻 翁 超 崔泰城 史 化 魏雪文 范昌榮 柴國慶

1 引言

薄膜晶體管-液晶顯示器（Thin Film Transistor-Liquid Crystal Display，TFTLCD）具備功耗低、壽命周期長、顯示亮度高、重量和體積小的優點，使其成為電視機、電腦、移動設備及車載一體機等電子產品的主流顯示器，為了提高其品質，相關研究有許多[1-5]。

目前數字平板顯示大尺寸（43Inch、55Inch等）和高解析度（FHD：1920×1080，UHD：4K×2K）成為市場潮流[6]。近幾年來，Cu制程已經成為許多平板顯示公司重點布局開發和快速導入量產的技術對象。TFT-LCD陣列（Array）基板制備過程中，一般采用磁控濺射方式沉積金屬Cu膜，再經過涂覆曝光、顯影、蝕刻和剝離制備所需要的配線[7-9]。

由于在玻璃原材的選擇、Cu成膜、涂膠、刻蝕過程中的不良，會對TFT-LCD陣列基板會造成Open類不良。而DO是Array TFT生產中的一種主要不良。其中，Source& Data Open Metal Remain（SD Open Metal Remain）和FA DO（Fan out Area Data open）是DO兩種主要的不良[10]。基板的外圍數據線密集，容易造成連續多根（＞3根）的線路斷開，從維修手法上（Repair）修復連續多根斷線是難以實現的，因此，從工藝上根本改善FA DO是降低DO發生率，提高產品良率產生主要途徑。

本文針對不同玻璃基板的DO不良進行研究，根據不同玻璃基板的DO發生率的差異，探究影響DO的因素，為TFT-LCD生產良率提升提供工藝窗口。

2 實驗方法及DO不良介紹

本文實驗選用溢流法生產的高鋁玻璃基板（0.5T），為了保護玻璃廠家商業利益，將兩種玻璃基板分別命名為A和B。

2.1 實驗方法

（1）刻蝕率：分別選取8張A和B白玻璃，采用Gate層工藝：進行Mask、Exposure、Etch、Strip，分別選取40個點/Glass，測試Step，得出H2O2（含F-）對A和B刻蝕率差別；

（2）粗糙度：

①分別測試2張A和B白玻璃的AFM；②分別測試2張A和B采用Gate層工藝：進行Mask、Exposure、Etch、Strip的AFM，該組實驗記為白玻璃刻蝕200s；③分別測試2張A和B采用Gate層工藝：進行Dep、Mask、Exposure、Etch、Strip的AFM，該組實驗記為正常工序。

（3）旋轉實驗：分別在Gate Dep和ITO Dep旋轉600張A廠商的玻璃，同一工序在同一臺穩定的設備進行金屬成膜后，比較同一時間段，FA DO的發生率差異。

2.2 實驗表征儀器

用原子力顯微鏡（XE15型，Park SYSTEMS，韓國）測試樣品表面粗糙度；用EDX能譜（Genesis XM型，EDAX，美國）進行成分分析；用掃描電子顯微鏡（EM-30型，Bruker公司，德國）測試樣品形貌；用臺階儀（ET8500型，KOSAKA公司，日本）測試樣品刻蝕率。

2.3 DO缺陷實物解析

金屬鍍膜、涂膠過程中水漬、油污和金屬Particle掉落、還有刻蝕工藝中刻蝕均勻性都會導致Data Line斷掉，由此產生DO缺陷。如圖1所示，FA DO主要形態是斷裂處邊緣發黑，發生區域主要集中在玻璃邊緣。

圖1 DO不良示意圖Fig.1 Schematic of Data open defect

3 結果與討論

DO不良是Array TFT生產中Array工藝的主要不良之一。本文研究玻璃基板刻蝕粗糙度、翹曲率、Particle數值三個因素對DO不良的影響。

3.1 兩種玻璃基板DO不良率對比

圖2所示是兩種玻璃基板的EDS能譜圖，從圖2中可以看出，兩種玻璃的成分差別比較多，而玻璃成分的不同，會造成玻璃結構的差異，從而表現為兩種玻璃物理化學性能的不同。

圖2 (a)A玻璃基板和(b)B玻璃基板的EDS測試結果Fig.2 EDS result of (a)A Glass substrates and (b)B Glass substrates

圖3所示對比了A和B玻璃基板的兩種主要不良的發生率。從圖3中的對比可知，A基板的SD Open Metal Remain和FA DO較高，A玻璃基板的SD Open Metal Remain不良率是B的2.88倍，FA DO是B的1.875倍。

圖3 兩種玻璃基板DO不良率對比Fig.3 Comparison of DO defect rate between two kinds of glass substrates

3.2 兩種玻璃基板的刻蝕粗糙度對比

為了更好的對比刻蝕效果，本文做了三組實驗。一組是白玻璃直接測試表面粗糙度；一組是用玻璃基板直接刻蝕200s，記為白玻璃刻蝕200s；一組是經過正常工藝Gate Etch后刻蝕。

圖4所示是兩組玻璃的SEM圖，對比了A、B兩種玻璃刻蝕結果，從圖中可以明顯看出：白玻璃刻蝕200s和正常工藝處理后刻蝕的結果一致，即A玻璃刻蝕后明顯比B凹凸不平，當這種Etch不平整加重，即Gate金屬膜層刻蝕的不平整疊加上刻蝕液對玻璃的鉆刻的不平整就會導致Gate斷掉，即FA DO。

圖5所示是A&B白玻璃和A&B玻璃基板經正常工藝即Gate Etch后的AFM測試結果。從圖中的Ra值可以看出，雖然A&B玻璃基板在刻蝕前，A較B平整，但是A&B白玻璃刻蝕200s后，A玻璃的粗糙度大于B，這個結果和圖4所示的SEM結果一致。

圖4 玻璃基板在Gate Etch后SEM圖Figure 4 SEM result of the glass substrate in the Gate Etch

圖5 (a)A&B白玻璃的AFM測試結果；(b)A&B白玻璃刻蝕200s后的AFM測試結果Fig.5 (a)AFM test results of A&B；(b)AFM test results after A&B white glass etching 200s

為了進一步研究玻璃基板粗糙度和DO不良率的關系，將兩種玻璃基板Gate Etch前后的粗糙度畫為柱狀圖，并標出對應的DO不良率。從圖6可以看出，刻蝕前，A玻璃基板的表面較B玻璃基板光滑，刻蝕后，A玻璃基板的表面粗糙度大于B玻璃基板。A玻璃基板刻蝕前后粗糙度比為刻蝕后/刻蝕前=3.44，B的刻蝕后/刻蝕前=1.42。而且，玻璃基板的粗糙度和DO不良率成正相關，刻蝕后表面粗糙度越小，DO不良率越低。

不同成分的玻璃基板經過相同的刻蝕處理后，表面粗糙度變化量不同，說明玻璃的成分對Cu刻蝕液的刻蝕效果有影響。在玻璃的組成成分中，Al2O3、CaO有利于調高玻璃的耐水、耐酸性[11]。圖2所示的EDS結果可以看出，A玻璃的Al2O3、CaO含量比B高，因此A玻璃基板的耐酸性較強，從Cu刻蝕數據得出刻蝕率：A=2.3?/s，B=2.5?/s。導致A玻璃基板在酸性Cu刻蝕液刻蝕后，表面粗糙度大，DO發生率高。

圖6 玻璃基板粗糙度與DO不良率的關系Fig.6 The relationship between the roughness of glass substrate and the rate of DO defect

3.3 玻璃基板的翹曲率對DO影響

玻璃基板的表面狀態會直接影響DO的不良率，因此，本文研究了玻璃基板的翹曲率和DO不良的關系，結果如圖7所示。從圖中可以看出，翹曲率和DO不良率成正相關，因此，玻璃基板越平整，DO不良率越低。

圖7 翹曲率和DO不良率的關系Fig.7 Relationship between warping rate and DO d efect rate

為了改善玻璃翹曲率，將ITO Dep的玻璃基板旋轉180°后按正常工藝進行處理，發現玻璃基板的DO的不良率明顯改善，結果如圖8所示。玻璃基板旋轉后DO不良率比旋轉前降低了0.26%，發生率約為之前的3/8。旋轉玻璃基板，玻璃的翹曲率分布狀態隨之改變，旋轉前容易發生DO不良的區域的玻璃平整度改善，DO也隨之降低。

圖8 玻璃基板旋轉前后DO不良率Fig.8 DO defect rate of glass substrate before and after rotation

3.4 玻璃基板的Particle值對DO影響

Particle是導致DO的一個非常大的因素，因此，本文研究了玻璃基板的Particle值和DO不良的關系。不良按尺寸分為小（Small）、中（Medium）、大（Large）、極大（Humongous）。圖9統計了兩種玻璃基板的Particle不良大小，A玻璃基板的S級defect占比為87%，B為33%，A/B=2.63。

圖9 玻璃基板不良Size占比Fig.9 Proportion of defect Size on glass substrate

對A玻璃基板的Small Size Particle進行改善，結果如圖10(a)所示，Small Size Particle占比從87%降為51%。圖10(b)分析了Particle數值和DO不良率的關系，隨著Particle值降低，DO和FA DO都明顯降低。因此，降低玻璃基板上的Particle值，尤其是小Particle，可有效改善DO不良率。

圖10 (a)A基板，Particle改善前后，Size占比；(b)Particle數值和DO不良率的關系Fig.10 (a)The defective glass substrate ratio before and after Particle improvement；(b)Relationship between particle value and DO defect rate

4 結論

本文根據Array TFT行業生產過程中提升良品率的需求，介紹了Array工藝中的DO不良及其產生的原因。然后研究并分析了玻璃基板刻蝕粗糙度、翹曲率、Particle數值三個因素對DO不良的影響。結果表明：

（1）A玻璃基板刻蝕前后粗糙度比為刻蝕后/刻蝕前=3.44，B刻蝕后/刻蝕前=1.42。玻璃的成分對相同Cu刻蝕液的刻蝕效果有影響。而且，玻璃基板的粗糙度和DO不良率成正相關，刻蝕后表面粗糙度越小，DO不良率越低。

（2）玻璃基板越平整即玻璃翹曲率越小，DO不良率越低。將玻璃基板旋轉180°后DO不良明顯下降。

（3）玻璃基板上的Particle值和DO不良率成正相關。降低玻璃基板上的Particle值，尤其是小Particle，可有效改善DO不良率。

文章創新點：

本文研究了Array TFT制造過程中數據線斷線DO不良，據我所知，目前沒有相關論文對這個不良展開研究。

本文介紹了DO不良，研究并分析了玻璃基板刻蝕粗糙度、翹曲率、Particle數值三個因素對DO不良的影響。結果表明：

（1）A玻璃基板刻蝕前后粗糙度比為刻蝕后/刻蝕前=3.44，B的為1.42。對于雙氧水基銅刻蝕液，不同玻璃的刻蝕效果敏感于玻璃成分差異。而且，玻璃基板的粗糙度和DO不良率成正相關，刻蝕后表面粗糙度越小，DO不良率越低。

（2）玻璃基板越平整即玻璃翹曲率越小，DO不良率越低。

（3）玻璃基板上的Particle值和DO不良率成正相關。降低玻璃基板上的Particle值，尤其是小Particle，可有效改善DO不良率。

本文的研究能夠豐富對于Array TFT的研究，對于改善實際生產中的DO不良具有指導作用。