摩擦后清洗機對Zara不良的影響和改善

黎關超，徐風波，劉 坤，沈 水，曾小強，李 偉

(北京京東方顯示技術有限公司，北京100176)

1 引 言

近年來，以液晶顯示器為首的各種新型平板顯示器件得到了迅速發展，特別是以薄膜晶體管液晶顯示器 (TFT-LCD) 為代表的液晶顯示器件，因具備功耗低、顯示性能優良、無輻射等一系列的優點，已廣泛應用到人類生活的每一個角落[1]。而FFS(Fringe Field Switching)技術作為兼備廣視角和高透過率的唯一技術，越來越受到制造廠商的青睞[2]。但是FFS技術在生產過程中，易導致Zara類不良高發，降低產品良率，造成生產成本增加。

Zara來源于日語，用于表示液晶顯示器顯示畫面的不良現象[3]，多指液晶面板在暗態畫面下顯示區域發生的微小漏光現象，面板點亮后，在暗室中切換到全黑畫面，通過不同角度或視角即可觀察到[4]。

本文主要研究摩擦后清洗機(After-Rubbing-Cleaner，ARC)對Zara不良的影響。首先通過分析Zara不良的分類和成因機理，并通過生產實踐中過濾器濾徑減小、KOH流程優化、直供水改造、腔室污染降低等方面研究了Zara不良改善的方向，收集了大量數據，得到了可明顯改善Zara不良(摩擦后清洗機導致)的方法。

2 Zara不良分類

Zara不良根據點燈現象的不同表現出不同的形態，大致可以分為以下幾類[5]：散狀Zara：L0畫面小面積內多個分散亮點；團狀Zara：L0畫面成團聚集發亮；輝點數：L0畫面大范圍內多個分散亮點；未確認面板污漬類不良L0畫面片絮狀側視發暗或發亮。

圖1 Zara造成的不良分類Fig.1 Adverse classification caused by Zara

3 Zara發生機理分析

產生Zara不良的原因有很多，一般認為與取向膜[6](材料特性、厚度、平整度和覆蓋率)、摩擦布[7](材料特性和摩擦強度)、摩擦后清洗機(潔凈度和清洗能力潔凈度)等都有關系。根據對不良屏的分析，大致可將Zara不良機理分為以下幾類：

PI碎屑：摩擦工藝生產過程中將PI膜脫落產生PI碎屑，經過摩擦后清洗機未清洗掉殘留物；微生物：摩擦后清洗機內部滋生的微生物附著在基板表面；PI膜污染：摩擦后清洗機內PI碎屑浸泡后污水滴落到已取向PI膜表面，烘干固化后，對表面取向層產生污染，此位置PI膜取向層不同于正常區域，導致的顯示異常。

圖2 Zara發生機理Fig.2 Genesis mechanism of Zara

根據對Zara不良大量取屏分析，發現PI碎屑∶微生物∶PI膜污染比例大致在2∶7∶1(78∶278∶34)。

4 Zara改善研究

如上所述，Zara不良與摩擦后清洗機的內部潔凈度和清洗能力有較大關聯(占比70%以上)。針對此兩類原因，在生產實踐中分別從過濾器濾徑減小、KOH流程優化、直供水改造、腔室污染降低等方面進行了改善研究。

4.1 過濾器濾徑減小

摩擦后清洗機清洗單元有DET、SJ/CJ、BJ/HPMJ和FR，對應過濾器尺寸分別為1.25，0.45，0.45，0.2 μm。

取壽命到期的過濾器(圖3)分析發現：膜外觀，濾膜顏色略微發黃；SEM觀察，濾膜上有明顯細菌殘骸，膜孔被有機膠體堵塞；EDS顯示膜孔中堵塞物只含C和O元素，說明是有機物。

圖3 壽命到期的過濾器(a)及濾膜表面(b)Fig.3 Filter with expired life(a) and the surface of filtration membrane(b)

過濾器能有效堵截水中的微生物，但是不同濾徑的過濾器過濾能力是有差異的?；跒V徑越小、過濾能力越強的原則，同時兼顧生產成本因素，進行了濾徑減小(1.2/0.45/0.45/0.2→0.45/0.45/0.2/0.2→0.2/0.2/0.1/0.1)的改善實驗，以Zara發生率為判定標準，結果如圖4所示， Zara不良顯著降低。

圖4 過濾器濾徑減小結果Fig.4 Result of filter diameter reduction

4.2 KOH流程優化

濕法清洗設備極易受微生物污染。基板表面的異物被去離子水清洗后易在清洗設備的水槽和管道堆積，形成微生物，而微生物在適宜的環境中會以幾何倍數迅速繁殖。對于微生物的污染[8]去除，一般采取氧化劑(如H2O2)將其氧化析出或者加入催化劑(如KOH)促進微生物分解析出。

KOH清洗方法[8]：以16%濃度的KOH洗劑稀釋后倒入水槽，然后循環沖洗1 h，排掉堿液并用去離子水循環沖洗30 min，排掉廢液并更換過濾器；重復以上流程多次(視PM時間合理安排)。改善前KOH清洗流程如圖5所示。本文從生產實踐中多次KOH清洗后Zara高發的現狀出發，重新排查現有KOH清洗流程的問題并優化，使KOH清洗效果更加明顯。

圖5 改善前KOH清洗流程Fig.5 Cleaning process of KOH before improvement

KOH清洗分兩部分，DET自循環和SJ/CJ-BJ-FR循環。而在生產中，流品方向為DET→SJ&CJ→BJ→FR，后一個單元的水前一個清洗單位用，所以潔凈度順序為：FR>BJ>SJ&CJ>DET。FR為工廠端直供水，潔凈度高，拆開管道發現無微生物滋生情況。改善前SJ/CJ-BJ-FR整體直接循環，微生物大量洗出后，會污染FR和BJ潔凈度較高的區域，導致KOH清洗后微生物析出，Zara高發。

經過多次試驗，優化后KOH清洗流程如圖6所示，主要有以下特點：

(1)基于FR為直供水、管道內無微生物滋生，將FR從KOH清洗環節中去掉，Tank#3排出的水改為排到FR的下水道；

(2)原有清洗流程為SJ/CJ-BJ-FR一起循環，有整體污染問題，按干凈向較臟區域逐漸深入獨立循環清洗方式，現改為3個階段分別清洗,如圖6所示。

第一階段：BJ與Tank#4循環清洗；

第二階段：SJ & CJ與Tank#3和Tank#4循環清洗；

第三階段：Tank#3和Tank#4循環清洗。

第四階段：KOH洗劑有K+殘留的風險，在完成以上3個階段后要用大量的去離子水沖洗1 h以上，期間不間斷地測試水槽中水的PH值和電導率，在同時滿足PH值達到7和電導率恢復沖洗前水平后方可完成沖洗。

圖6 改善后KOH清洗流程Fig.6 Cleaning process of KOH after improvement

優化后的KOH清洗流程，避免了潔凈度低的模塊對潔凈度高的模塊的污染，在生產實際中也證明了有較好的清洗效果：清洗后前3 d Zara發生率從1.64%降低至0.47%，對生產影響時間從48 h(不良高發后需停線排查原因并改善)降低至3 h(清洗流程分階段導致清洗時間延長)。

4.3 直供水改造

循環水長時間使用，管道內易滋生微生物，積累到一定程度后會脫落造成Zara不良。同時，受連續生產的影響，被循環水內微生物污染的管道只有在PM時才有機會進行KOH清洗，在兩個清洗周期間都屬于不良高發風險區間。

將全部的循環水改造為直供水，可使各模塊使用水潔凈度大幅提升，理論上對Zara不良的改善有重要的意義。但從節約用水和預防污漬不良(產線宕機時，基板在ARC清洗模塊下長時間沖洗產生)角度出發，在實際中只對DET和BJ區域進行了直供水改造，如圖7所示(單位plm，FR/Tank#4已經為工廠端直供水)。實踐證明直供水對Zara不良有明顯的改善，如圖8所示。

(a)改造前(a)Before transformation

(b)改造后(b)After transformation圖7 直供水改造示意圖Fig.7 Sketch of direct water supply transformation

同時，直供水潔凈度高，有效避免了循環水內微生物沉積，不良高發的風險；另外兩項額外收益是：KOH清洗周期大幅延長：從1次/2M延長至1次/6M，過濾器使用壽命大幅延長，見表1。

4.4 腔室污染降低

摩擦后清洗機腔室污染降低的原理和前文所述類似，主要通過減小下方噴淋管的數量和流量來改善基板上方的污染問題，以及調整模塊的角度來增強清洗能力，相關的調整如表2所示。

圖8 直供水改造效果Fig.8 Eeffect of direct water supply transformation

表1 過濾器壽命對比Tab.1 Life comparison of filters

表2 腔室污染降低Tab.2 Pollution reduction of chambers

摩擦后清洗機腔室污染降低的原理和前文所述類似，主要通過減小下方噴淋管的數量和流量來減少下方噴淋管沖擊上蓋和側壁殘留的水滴污染基板；實踐證明，腔室污染降低對Zara不良的改善效果顯著：由0.47%降低至0.24%，如圖9所示。

圖9 腔室污染降低影響Fig.9 Effect of pollution reduction of chambers

經過以上措施改善后，Zara不良數據上已有明顯降低，為進一步驗證改善后各類型的比重，再次取屏100片進行分析。結果表明，PI碎屑∶微生物∶PI膜污染=62∶11∶27，微生物比重從71%降低至11%，從實物上佐證了這一類型的Zara不良已有明顯的改善。

5 結 論

通過以上機理研究和實踐驗證，從過濾器濾徑減小、KOH流程優化、直供水改造、腔室污染降低等方面出發，研究了摩擦后清洗機與Zara不良的關系，并進行了相應的改善：

(1)過濾器濾徑減小，經過多次試驗和長時間的觀察確認，濾徑(μm)由初始的1.2/0.45/0.45/0.2變更至最終0.2/0.2/0.1/0.1，不良率由0.74%降低至0.55%；

(2)KOH流程優化，將原流程的多模塊直接清洗變更為各模塊三階段分開清洗，避免了潔凈度低的模塊對潔凈度高的模塊污染，清洗后前3天Zara發生率從1.64%降低至0.47%，對生產影響時間從48 h降低至3 h；

(3)直供水改造，對DET和BJ區域進行了直供水改造，大幅提升了此兩區域的潔凈度，不良由0.55%降低至0.47%；同時，KOH清洗周期大幅延長：從1次/2 M延長至1次/6 M，過濾器使用壽命大幅延長；

(4)腔室污染降低，主要通過減小下噴淋管的數量和流量，減少基板上方的污染和增加清洗能力，不良率由0.47%降低至0.24%。

通過機理分析和大量的試驗驗證，在一年時間內實現了Zara不良由0.74%改善至0.24%，降低了0.50%，年收益達1 338萬人民幣，為企業貢獻了可觀的經濟效益。