TFT-LCD產(chǎn)業(yè)中PVX OPEN不良改善研究

福州京東方光電科技有限公司 王新偉 王 寧 陳偉濤 李云娜 汪宗源 周 賀

通過對TFT-LCD制造中PHOTO工藝PVX OPEN不良產(chǎn)生機(jī)理的研究，提出改善PVX OPEN不良的方法。分析表明PVX OPEN不良主要成因?yàn)镻R膠涂布前細(xì)菌粘附在玻璃基板上，曝光顯影后造成PR膠破洞，PVX刻蝕工序完成后形成對應(yīng)位置PVX OPEN；通過改善生產(chǎn)氣流及定期清理細(xì)菌等措施，PVX OPEN發(fā)生率由最初的6%以上降低到0.5%以下，且改善周期可持續(xù)2個(gè)月以上。

隨著薄膜晶體管-液晶顯示器（TFT-LCD）發(fā)展，液晶市場競爭越來越激烈，TFT-LCD產(chǎn)品以其輕薄、環(huán)保、高性能等優(yōu)點(diǎn)，尺寸越做越大，應(yīng)用越來越廣。一方面面板企業(yè)在向大世代線方向發(fā)展，另一方面，順應(yīng)市場需求，傳統(tǒng)8.5代線開始生產(chǎn)大尺寸產(chǎn)品。因受到基板尺寸限制影響，不良對較大尺寸產(chǎn)品良率的影響將成倍增加（不良PANEL數(shù)/單張TFT基板總PANEL數(shù)）。

TFT生產(chǎn)技術(shù)最核心的部分是光刻工藝，它既是決定產(chǎn)品品質(zhì)的重要環(huán)節(jié)，也是影響產(chǎn)品成本的關(guān)鍵部分。光刻工藝常規(guī)的OPEN&REMAIN（膜層破洞/殘留）類不良，通過設(shè)備維護(hù)、清潔等均可以得到改善，而PVX OPEN類不良的產(chǎn)生機(jī)理為細(xì)菌導(dǎo)致，細(xì)菌繁殖速度快，一般約20～30min便分裂一次，即為一代，僅靠設(shè)備PM（設(shè)備維保）等常規(guī)設(shè)備維護(hù)方式，無法進(jìn)行抑制和改善，嚴(yán)重影響著產(chǎn)品良率。同時(shí)，也因頻繁停機(jī)維護(hù)而降低產(chǎn)能，增加能耗與人力成本等。一般而言，降低成本已成為企業(yè)賴以生存的重要法則。因此，找出有效藥液或其他措施對細(xì)菌進(jìn)行抑制和改善，對于提升企業(yè)的市場競爭力尤為重要。

本文主要針對PHOTO制程生產(chǎn)中PVX OPEN進(jìn)行調(diào)查，確定其產(chǎn)生機(jī)理為細(xì)菌導(dǎo)致。此后，對細(xì)菌成分進(jìn)行鑒定，有針對性的選擇不同藥液殺菌，測試不同生產(chǎn)氣流環(huán)境下細(xì)菌對產(chǎn)品的影響，提出了一系列改善措施，最終將此類PVX OPEN不良的發(fā)生率降低，大大提升ARRAY工藝產(chǎn)品的整體良率水平，顯著改善PXL不良發(fā)生率。

1 PVX OPEN不良原因分析

1.1 現(xiàn)象描述

ARRAY PHOTO工序的PVX OPEN類不良在AOI檢出（光學(xué)檢測設(shè)備）均表現(xiàn)為圓形黑色PARTICLE（異物）形態(tài)，異常高發(fā)設(shè)備發(fā)生率達(dá)到6%以上，F(xiàn)inal檢查維修工序呈現(xiàn)出PVX膜層破洞，檢出PXL不良。對于HADS產(chǎn)品而言，PVX膜層破洞會(huì)導(dǎo)致DATA和COMMON導(dǎo)通，形成DCS線性不良，直接導(dǎo)致PANEL報(bào)廢而造成良率損失。

為鎖定不良發(fā)生區(qū)間，將產(chǎn)品分別進(jìn)行清洗與顯影轉(zhuǎn)向測試，當(dāng)產(chǎn)品反向進(jìn)入清洗時(shí)不良聚集反向，反向顯影時(shí)不良位置無變化，因此鎖定不良發(fā)生區(qū)間為清洗單元。

對設(shè)備清洗單元多次調(diào)整與常規(guī)清潔，不良發(fā)生率均無改善。為確定“黑色PARTICLE”成分，選用GATE MASK產(chǎn)品（AOI抓圖效果好）進(jìn)行過貨驗(yàn)證，選出“黑點(diǎn)”不良PANEL，切片制樣進(jìn)行FIB及EDS分析，結(jié)果顯示C，O含量較高，但無法確定具體物質(zhì)。如圖2所示。

1.2 異常調(diào)整

拆開清洗單元循環(huán)水管路，內(nèi)壁有較多附著物（如圖3所示），對管路清理后閥門切換到直排，避免流經(jīng)此管路的水接觸產(chǎn)品，徹底消除管壁異物影響，不良改善輕微（原因應(yīng)為FILTER過濾，影響較?。?/p>

清洗單元AIR KNIFE前段腔室內(nèi)有較多紅色粘稠狀異物，使用高壓水沖洗腔室，不良發(fā)生率有明顯降低，但2天后即升高到?jīng)_洗前水平，改善周期過短，推測紅色異物影響PVX OPEN發(fā)生率，但水槍沖洗效果不理想，后續(xù)測試與調(diào)整主要針對此異物進(jìn)行。

圖1 TFT-LCD結(jié)構(gòu)圖

圖2 “黑點(diǎn)”FIB圖

圖3 管道臟污圖

2 分析與驗(yàn)證

2.1 樣品收集

TFT-LCD生產(chǎn)過程中，ARRAY PHOTO工序紅色異物主要存在于濕區(qū)間，AIR KNIFE（風(fēng)刀）前段尤為明顯，生產(chǎn)時(shí)基板從此區(qū)域經(jīng)過。根據(jù)供水管路長期使用后可能有細(xì)菌滋生，以及高壓水沖洗后僅短期改善的結(jié)果分析，初步推斷紅色異物為細(xì)菌。為確認(rèn)紅色異物成分，使用沾濕的無塵布輕輕將紅色異物收集到容器中進(jìn)行培養(yǎng)鑒定。為確保樣品具有做代表性，對多臺設(shè)備同一區(qū)域均進(jìn)行采樣，提高結(jié)果可靠性。

圖4 樣品制備圖

圖5 Ftir譜圖

2.2 樣品鑒定

先對薄膜過濾器高溫殺菌，后取收集的樣品到設(shè)備中進(jìn)行薄膜過濾，測量結(jié)果顯示此次采樣總量為3.56×103cfu，收集量滿足成分鑒定條件；

對樣品進(jìn)行FTIR分析，顯示異物成分為蛋白質(zhì)（如圖5所示）；

對樣品進(jìn)行劃線純化，純化后共出現(xiàn)一種菌落。將樣本進(jìn)行革蘭氏染色后使用鏡檢分析，觀察到異物形態(tài)為大小1μm，呈淺黃色，中等大小，圓潤且凸起，易挑起等特征；分析結(jié)果為革蘭氏陰性桿菌。

將細(xì)菌配成一定濁度的菌液進(jìn)行BD試劑條鑒定，比對結(jié)果顯示，此次培養(yǎng)測試細(xì)菌為氣味黃桿菌，可信度高達(dá)85%。

2.3 藥液清洗驗(yàn)證

查詢相關(guān)殺菌文獻(xiàn)等資料后，提取一定量的顯影液（四甲基氫氧化銨溶液，強(qiáng)堿性）對清洗水管路，AIR KNIFE水區(qū)間進(jìn)行浸泡和沖洗，PVX OPEN發(fā)生率由沖洗前的6.17%下降至沖洗后的1.3%，并至少能持續(xù)一個(gè)月時(shí)間（不良未升高前又再次清洗，具體周期未監(jiān)控），改善顯著。判斷四甲基氫氧化銨溶液對此細(xì)菌具有明顯的消殺和抑制作用。

圖6 樣品劃線純化圖

圖7 淺黃色菌落鏡檢圖

圖8 菌落BD試劑鑒定圖

3 改善方法研究

3.1 源頭改善

對于細(xì)菌而言，合適的酸堿度是生存的必備條件。這是因?yàn)榧?xì)菌新陳代謝所必需的酶，需要在一定的PH值才能有效發(fā)揮。大多數(shù)病原菌最適合的PH值為中性至弱堿性。當(dāng)人為使用一定濃度藥液破壞細(xì)菌生存環(huán)境時(shí)，藥液通過強(qiáng)大的滲透作用，進(jìn)入細(xì)胞內(nèi)部，導(dǎo)致蛋白質(zhì)變性。因蛋白質(zhì)變質(zhì)是不可逆性，從而導(dǎo)致結(jié)構(gòu)蛋白和功能蛋白都喪失活性，細(xì)菌受到嚴(yán)重破壞。細(xì)菌通常被稱為獨(dú)立生存的單細(xì)胞，但是，其生活環(huán)境要復(fù)雜很多，當(dāng)高濃度的藥液使用時(shí)，細(xì)菌會(huì)結(jié)合在一起迅速凝固形成生物膜，阻止藥液持續(xù)滲透（見圖9所示），細(xì)菌內(nèi)部無法完成殺菌，當(dāng)環(huán)境適宜后，細(xì)菌將沖破包膜重新恢復(fù)活性。因此，使用不同濃度和種類的藥液進(jìn)行比對試驗(yàn)，找出適合的藥液和濃度成為改善PVX OPEN不良研究的重要課題。

本文優(yōu)先使用TFT-LCD生產(chǎn)所使用的25%濃度顯影液原液進(jìn)行嘗試，對清洗進(jìn)行泡管等清潔操作后，首次使用PVX OPEN發(fā)生率從6.17%降低到1.3%，次月再次使用相同藥液和方法，平均發(fā)生率又有了進(jìn)一步的下降，從1.3%降低到了0.5%以下（見圖10所示）。但是，距離第二次使用后的第50天開始，PVX OPEN發(fā)生率開始緩慢升高，并逐漸恢復(fù)到第二次改善前相當(dāng)?shù)乃剑?.3%左右），總體而言使用顯影液清洗和泡管的改善周期及效果比較理想。但是，25%濃度的顯影液具有極強(qiáng)的腐蝕性和毒性，對操作人員技術(shù)要求和安全規(guī)范要求極高，且存在較大的危險(xiǎn)性，所以使用低濃度顯影液的效果進(jìn)行評估顯得尤為重要。

為確認(rèn)低濃度顯影液改善效果，使用2.38%濃度的顯影液進(jìn)行復(fù)現(xiàn)操作，使用藥液后，PVX OPEN發(fā)生率降低至0.5%，到達(dá)第33天，不良逐漸恢復(fù)到改善前水平，持續(xù)周期較25%濃度短，且升高趨勢節(jié)點(diǎn)明顯提前。考慮到顯影液的操作危險(xiǎn)性，持續(xù)尋找常規(guī)藥液進(jìn)行替代。

酒精可以有效的降低革蘭氏陰性菌的生存能力，75%酒精對微生物繁殖體有致死左右，本文分別使用84消毒液、工業(yè)酒精、異丙醇等進(jìn)行沖洗，均取得明顯改善，但改善周期不盡相同，詳見表1所示：

表1 不同藥液改善效果記錄表

通過對各款藥液使用后改善效果，綜合人力成本、藥液使用可操作性和安全性等方面評估，本文認(rèn)為IPA和酒精均為消殺和抑制細(xì)菌的最優(yōu)藥液。

圖9 殺菌原理

圖10 PVX OPEN改善效果趨勢圖

圖11 AK區(qū)間氣流示意圖

3.2 氣流改善

使用藥液清洗對PVX OPEN降低有明顯的改善。然而，僅通過TMAH藥液，IPA，酒精等清洗，只能達(dá)到30天的改善周期，無法滿足日益殘酷的競爭需求，因此，如何對改善周期進(jìn)行延長，成為解決產(chǎn)能損失的關(guān)鍵。

通過對PVX OPEN不良產(chǎn)生聚集MAP和原因進(jìn)行分析，本文認(rèn)為AIR KNIFE前段氣流是否紊亂，以及氣流的流向都會(huì)影響細(xì)菌的聚集方式等。如果可以通過氣流改善，讓細(xì)菌排出腔體，不與基板接觸，那么細(xì)菌對產(chǎn)品的影響也將根本性的降低，不良即得到改善。

對AIR KNIFE前段結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析（見圖11所示），AIR KNIFE流向?yàn)锳，排氣區(qū)域?yàn)锽（UP排氣&lOW排氣），通過調(diào)整AIR KNIFE流量，B區(qū)域上下排氣量，讓氣流大部分從該區(qū)域LOW排氣排出，從而減少細(xì)菌在TFT-LCD基板上的附著量。

通過設(shè)立不同參數(shù)下的實(shí)驗(yàn)與數(shù)據(jù)監(jiān)控，當(dāng)下排氣量到達(dá)250以上時(shí)，持續(xù)周期明顯延長，最多延長至2個(gè)月以上（見表2所示），效果優(yōu)異。對改善PVX OPEN不良發(fā)生率起到指導(dǎo)性作用，提升面板產(chǎn)能和產(chǎn)品良率，具有重大意義。

表2 不同排氣參數(shù)下清洗效果對比表

4 改善措施和效果

通過對PVX OPEN的形成原因進(jìn)行分析，對PHOTO線清洗區(qū)間進(jìn)行藥液清洗，從源頭上對造成PVX OPEN不良的細(xì)菌進(jìn)行抑制和清除，降低TFT-LCD生產(chǎn)時(shí)受細(xì)菌的影響程度，該措施可將發(fā)生率降低5%以上，改善明顯。

通過對不同濃度，不同種類的藥液效果進(jìn)行評估，25%的顯影液改善效果最佳，低濃度的效果與酒精/IPA相當(dāng)，但后兩者危險(xiǎn)系數(shù)可忽略，推薦優(yōu)先選擇。

通過AIR KNIFE前段氣流及AIR KNIFE流量調(diào)整，可以彌補(bǔ)藥液改善周期不能持續(xù)的問題。二者共同作用，可以將PVX OPEN發(fā)生率穩(wěn)定周期延長到2個(gè)月。

5 結(jié)論

通過對TFT-LCD制造中PHOTO工序PVX OPEN不良形成原因分析，實(shí)驗(yàn)論證及措施改善等，得出以下主要結(jié)論：

（1）ARRAY PHOTO工序PVX OPEN不良的原因?yàn)闅馕饵S桿菌，通過藥液清洗，可以將發(fā)生率由6.17%降低到0.5%以下。

（2）使用不同藥液清洗的滅菌效果不同，同種藥品不同濃度的清洗效果不同，僅使用藥液清洗，PVX OPEN改善周期約為1個(gè)月。

（3）調(diào)整清洗AIR KNIFE前段排氣方向與AIR KNIFE參數(shù)，讓生產(chǎn)氣流改變，可以將藥液改善周期延長到2個(gè)月以上。