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(guó)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(zhǎng)、顯示亮度高、重量和體積小的優(yōu)點(diǎn)，使其成為電視機(jī)、電腦、移動(dòng)設(shè)備及車載一體機(jī)等電子產(chǎn)品的主流顯示器，為了提高其品質(zhì)，相關(guān)研究有許多[1-5]。

目前數(shù)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(chǎng)潮流[6]。近幾年來(lái)，Cu制程已經(jīng)成為許多平板顯示公司重點(diǎn)布局開發(fā)和快速導(dǎo)入量產(chǎn)的技術(shù)對(duì)象。TFT-LCD陣列（Array）基板制備過(guò)程中，一般采用磁控濺射方式沉積金屬Cu膜，再經(jīng)過(guò)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(guò)程中的不良，會(huì)對(duì)TFT-LCD陣列基板會(huì)造成Open類不良。而DO是Array TFT生產(chǎn)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]?；宓耐鈬鷶?shù)據(jù)線密集，容易造成連續(xù)多根（＞3根）的線路斷開，從維修手法上（Repair）修復(fù)連續(xù)多根斷線是難以實(shí)現(xiàn)的，因此，從工藝上根本改善FA DO是降低DO發(fā)生率，提高產(chǎn)品良率產(chǎn)生主要途徑。

本文針對(duì)不同玻璃基板的DO不良進(jìn)行研究，根據(jù)不同玻璃基板的DO發(fā)生率的差異，探究影響DO的因素，為TFT-LCD生產(chǎn)良率提升提供工藝窗口。

2 實(shí)驗(yàn)方法及DO不良介紹

本文實(shí)驗(yàn)選用溢流法生產(chǎn)的高鋁玻璃基板（0.5T），為了保護(hù)玻璃廠家商業(yè)利益，將兩種玻璃基板分別命名為A和B。

2.1 實(shí)驗(yàn)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(jìn)行Mask、Exposure、Etch、Strip，分別選取40個(gè)點(diǎn)/Glass，測(cè)試Step，得出H2O2（含F(xiàn)-）對(duì)A和B刻蝕率差別；

（2）粗糙度：

①分別測(cè)試2張A和B白玻璃的AFM；②分別測(cè)試2張A和B采用Gate層工藝：進(jìn)行Mask、Exposure、Etch、Strip的AFM，該組實(shí)驗(yàn)記為白玻璃刻蝕200s；③分別測(cè)試2張A和B采用Gate層工藝：進(jìn)行Dep、Mask、Exposure、Etch、Strip的AFM，該組實(shí)驗(yàn)記為正常工序。

（3）旋轉(zhuǎn)實(shí)驗(yàn)：分別在Gate Dep和ITO Dep旋轉(zhuǎn)600張A廠商的玻璃，同一工序在同一臺(tái)穩(wěn)定的設(shè)備進(jìn)行金屬成膜后，比較同一時(shí)間段，F(xiàn)A DO的發(fā)生率差異。

2.2 實(shí)驗(yàn)表征儀器

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

2.3 DO缺陷實(shí)物解析

金屬鍍膜、涂膠過(guò)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(huì)導(dǎo)致Data Line斷掉，由此產(chǎn)生DO缺陷。如圖1所示，F(xiàn)A DO主要形態(tài)是斷裂處邊緣發(fā)黑，發(fā)生區(qū)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(jié)果與討論

DO不良是Array TFT生產(chǎn)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(shù)值三個(gè)因素對(duì)DO不良的影響。

3.1 兩種玻璃基板DO不良率對(duì)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(huì)造成玻璃結(jié)構(gòu)的差異，從而表現(xiàn)為兩種玻璃物理化學(xué)性能的不同。

圖2 (a)A玻璃基板和(b)B玻璃基板的EDS測(cè)試結(jié)果Fig.2 EDS result of (a)A Glass substrates and (b)B Glass substrates

圖3所示對(duì)比了A和B玻璃基板的兩種主要不良的發(fā)生率。從圖3中的對(duì)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，F(xiàn)A DO是B的1.875倍。

圖3 兩種玻璃基板DO不良率對(duì)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(duì)比

為了更好的對(duì)比刻蝕效果，本文做了三組實(shí)驗(yàn)。一組是白玻璃直接測(cè)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(jīng)過(guò)正常工藝Gate Etch后刻蝕。

圖4所示是兩組玻璃的SEM圖，對(duì)比了A、B兩種玻璃刻蝕結(jié)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(jié)果一致，即A玻璃刻蝕后明顯比B凹凸不平，當(dāng)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(duì)玻璃的鉆刻的不平整就會(huì)導(dǎo)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(jīng)正常工藝即Gate Etch后的AFM測(cè)試結(jié)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(gè)結(jié)果和圖4所示的SEM結(jié)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(cè)試結(jié)果；(b)A&B白玻璃刻蝕200s后的AFM測(cè)試結(jié)果Fig.5 (a)AFM test results of A&B；(b)AFM test results after A&B white glass etching 200s

為了進(jìn)一步研究玻璃基板粗糙度和DO不良率的關(guān)系，將兩種玻璃基板Gate Etch前后的粗糙度畫為柱狀圖，并標(biāo)出對(duì)應(yīng)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(guān)，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(jīng)過(guò)相同的刻蝕處理后，表面粗糙度變化量不同，說(shuō)明玻璃的成分對(duì)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(diào)高玻璃的耐水、耐酸性[11]。圖2所示的EDS結(jié)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(qiáng)，從Cu刻蝕數(shù)據(jù)得出刻蝕率：A=2.3?/s，B=2.5?/s。導(dǎo)致A玻璃基板在酸性Cu刻蝕液刻蝕后，表面粗糙度大，DO發(fā)生率高。

圖6 玻璃基板粗糙度與DO不良率的關(guān)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(duì)DO影響

玻璃基板的表面狀態(tài)會(huì)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(guān)系，結(jié)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(guān)，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(guān)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(zhuǎn)180°后按正常工藝進(jìn)行處理，發(fā)現(xiàn)玻璃基板的DO的不良率明顯改善，結(jié)果如圖8所示。玻璃基板旋轉(zhuǎn)后DO不良率比旋轉(zhuǎn)前降低了0.26%，發(fā)生率約為之前的3/8。旋轉(zhuǎn)玻璃基板，玻璃的翹曲率分布狀態(tài)隨之改變，旋轉(zhuǎn)前容易發(fā)生DO不良的區(qū)域的玻璃平整度改善，DO也隨之降低。

圖8 玻璃基板旋轉(zhuǎn)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(duì)DO影響

Particle是導(dǎo)致DO的一個(gè)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(guān)系。不良按尺寸分為小（Small）、中（Medium）、大（Large）、極大（Humongous）。圖9統(tǒng)計(jì)了兩種玻璃基板的Particle不良大小，A玻璃基板的S級(jí)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(duì)A玻璃基板的Small Size Particle進(jìn)行改善，結(jié)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(shù)值和DO不良率的關(guān)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(shù)值和DO不良率的關(guān)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(jié)論

本文根據(jù)Array TFT行業(yè)生產(chǎn)過(guò)程中提升良品率的需求，介紹了Array工藝中的DO不良及其產(chǎn)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(shù)值三個(gè)因素對(duì)DO不良的影響。結(jié)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(duì)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(guān)，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(zhuǎn)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(guān)。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(chuàng)新點(diǎn)：

本文研究了Array TFT制造過(guò)程中數(shù)據(jù)線斷線DO不良，據(jù)我所知，目前沒(méi)有相關(guān)論文對(duì)這個(gè)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(shù)值三個(gè)因素對(duì)DO不良的影響。結(jié)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(duì)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(guān)，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(guān)。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(duì)于Array TFT的研究，對(duì)于改善實(shí)際生產(chǎn)中的DO不良具有指導(dǎo)作用。