高分辨率平板電腦產(chǎn)品中彩膜曝光基臺色斑不良的改善

蔣 遷， 塔 拉， 薛鳳明， 章 旭， 孟令劍， 王 昆， 周 鵬， 王 旭

(北京京東方顯示技術(shù)有限公司，北京 100176)

1 引 言

高分辨率顯示產(chǎn)品以其細(xì)膩、豐富的顯示效果，帶給消費(fèi)者更加良好的用戶體驗(yàn)，得到了迅速發(fā)展。為迎合市場需求，各大面板生產(chǎn)廠商爭相研發(fā)和投資高PPI(Pixel Per Inch，PPI)顯示屏。隨著PPI的不斷提升，一些品質(zhì)問題，如色斑(Mura)類不良逐漸凸顯[1]。Mura一詞源自日語，是液晶面板生產(chǎn)過程中出現(xiàn)的各種色斑類不良現(xiàn)象總稱[2]，在彩膜(CF)生產(chǎn)過程中，及其容易因?yàn)槟ず癫痪a(chǎn)生如涂布Mura、曝光Mura、顯影Mura等等多種Mura類不良[3]。對于高PPI產(chǎn)品，特別是小尺寸高PPI平板電腦(TPC)類產(chǎn)品，其像素結(jié)構(gòu)小，在相同面積的Mura下，受膜厚不均影響的像素更多，從而使Mura嚴(yán)重程度更重，改善難度更大。

本文對256.6 mm(10.1 in)、PPI為225的TPC產(chǎn)品模組段未確認(rèn)Mura與設(shè)備圖形進(jìn)行匹配，鎖定為彩膜黑矩陣(BM)工藝曝光工序產(chǎn)生的曝光基臺Mura(Stage Mura)。通過對Mura區(qū)域BM特性數(shù)據(jù)測量，分析BM關(guān)鍵線寬(CD)、坡度角(BM與基板平面的夾角)和膜層厚度是否異常，對Mura形成機(jī)理進(jìn)行分析，并試驗(yàn)驗(yàn)證，最后提出合理的改善方法，使高PPI TPC產(chǎn)品Stage Mura得到了很大的改善。

2 現(xiàn)象和試驗(yàn)思路

2.1 不良現(xiàn)象

圖1 (a)波浪線Mura；(b)波浪線曝光機(jī)基臺結(jié)構(gòu)。Fig.1 (a)Striped Mura；(b)Striped exposure stage structure.

256.6 mm(10.1 in)產(chǎn)品在模組段檢出未確認(rèn)Mura，現(xiàn)象為黑畫面下兩條發(fā)白的波浪線，如圖1(a)所示，該不良位置、大小等均與BM 曝光機(jī)分區(qū)擋墻結(jié)構(gòu)相吻合，如圖1(b)所示。可以斷定這種缺陷形貌是由BM曝光基臺產(chǎn)生，在宏觀檢查機(jī)(Macro)[4]觀察BM工藝產(chǎn)品，在特定光源角度下可以被檢出，缺陷形態(tài)與圖1(a)一致。

需要說明的是，在CF宏觀檢測設(shè)備Macro內(nèi)觀察各尺寸產(chǎn)品，BM工藝完成后均可見雙波浪基臺Mura，但僅256.6 mm(10.1 in)產(chǎn)品在下游模組完成品后仍然可見該不良，其余尺寸產(chǎn)品模組完成品不可見。比較256.6 mm(10.1 in)產(chǎn)品CF設(shè)計(jì)特點(diǎn)，發(fā)現(xiàn)該產(chǎn)品為最大PPI(225)、最小BM CD(6.5 μm)產(chǎn)品，推測模組段可見該不良與產(chǎn)品高PPI設(shè)計(jì)關(guān)聯(lián)性較大。

2.2 試驗(yàn)思路

由于BM 基臺Mura發(fā)生原因明確，因此對BM相關(guān)特性參數(shù)進(jìn)行詳細(xì)測量，通過數(shù)據(jù)分析不良機(jī)理及改善方向。隨機(jī)抽取一塊模組段不良屏，如圖2所示，跨不良雙波浪線分別測量BM

圖2 BM基臺Mura不良屏特性測量方法Fig.2 BM stage Mura characteristic measure method

(a)不良屏BM CD數(shù)據(jù)(a)BM CD data of abnormal panel

(b)不良屏BM 膜厚數(shù)據(jù)(b)BM thickness data of abnormal panel圖3 BM基臺Mura不良屏特性相關(guān)參數(shù)Fig.3 BM stage Mura characteristic parameter

CD和膜厚，測量結(jié)果如圖3所示。選取基臺Mura區(qū)域和正常區(qū)域樣品進(jìn)行SEM分析BM截面形貌，結(jié)果如圖4所示。

圖4 BM截面形貌。(a)正常區(qū)域；(b)Mura區(qū)域。Fig.4 BM cross section.(a)Normal area;(b)Mura area.

從圖3數(shù)據(jù)可以看出：Mura 區(qū) BM CD較正常區(qū)偏小約0.4～0.5 μm，膜厚無明顯差異。從圖4可以看出，Mura區(qū)域BM 坡度角較正常區(qū)域偏小。上述兩種特性變化均有可能導(dǎo)致BM遮光性能變差，宏觀呈現(xiàn)透過率變大，與不良現(xiàn)象——黑畫面下發(fā)白一致。由此推斷出BM基臺Mura跟上述兩種參數(shù)變化有關(guān)。

選取BM工藝顯影后和熱烘烤后的正常區(qū)域和基臺Mura區(qū)域樣品進(jìn)行SEM分析BM截面形貌，結(jié)果如圖5所示。

圖5 BM 截面形貌。(a)正常區(qū)域顯影工藝后；(b)Mura區(qū)域顯影工藝后；(c)正常區(qū)域熱烘烤工藝后；(d)Mura區(qū)域熱烘烤工藝后。Fig.5 BM cross section.(a)Normal area after develop process;(b)Abnormal area after develop process; (c) Normal area after oven bake process;(d)Abnormal area after oven bake process.

在顯影工藝之后，正常區(qū)域和基臺Mura區(qū)域BM CD已經(jīng)出現(xiàn)差異，熱烘烤后，除了BM CD差異外，坡度角也存在差異。基于BM工藝特點(diǎn)及曝光機(jī)結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，對基臺Mura發(fā)生機(jī)理構(gòu)建下述模型：①玻璃基板與曝光機(jī)基臺分區(qū)擋墻結(jié)構(gòu)接觸區(qū)域(即雙波浪線區(qū)域)和其他與空氣接觸區(qū)域(即無不良區(qū)域)存在溫度差異，曝光反應(yīng)程度不同，導(dǎo)致BM CD存在差異；②玻璃基板在曝光機(jī)基臺上局部區(qū)域發(fā)生彎曲，曝光間隙變小，致使BM光刻膠受光區(qū)域變小，由于CF使用負(fù)性光刻膠，故顯影后BM CD會偏小[5]。

由于變更設(shè)備耗資巨大，周期較長，而增大BM CD會造成產(chǎn)品透過率不符合特性要求[5]，從生產(chǎn)工藝及設(shè)備實(shí)際情況出發(fā)，在不變更產(chǎn)品特性的前提下，以曝光工藝優(yōu)化為改善方向。

3 實(shí)驗(yàn)和分析

3.1 曝光溫度改善測試

曝光工藝對溫度要求較高，通常曝光基臺溫度控制在(23±0.2)℃，而空氣溫度受機(jī)構(gòu)摩擦以及馬達(dá)散熱影響相對不受控。測量曝光基臺的4個(gè)角和中心點(diǎn)共5個(gè)點(diǎn)溫度和對應(yīng)位置的空氣溫度，結(jié)果如表1所示。空氣中的溫度較基臺溫度高約0.5～0.6 ℃，推測該溫度差異是造成不良的原因之一。

表1 設(shè)定溫度為(23±0.2)℃時(shí)曝光機(jī)基臺和周圍空氣溫度

Tab.1 Temperature of exposure stage and the air around at the setting temperature of (23±0.2)℃

位置基臺溫度/℃ 空氣溫度/℃ 左上角22.823.4右上角22.923.5中心點(diǎn)23.123.4左下角23.223.5右下角23.123.5

將曝光機(jī)臺溫度設(shè)定為(24±0.2)℃后再次測量5點(diǎn)溫度，結(jié)果如表2所示，基臺和空氣溫度差異縮小。在此溫度下進(jìn)行曝光測試，Macro觀察基臺Mura程度有所減輕，下游模組不良發(fā)生率由7.2%降低為5.5%。

表2 設(shè)定溫度為(24±0.2)℃時(shí)曝光機(jī)基臺和周圍空氣溫度

Tab.2 Temperature of exposure stage and the air around at the setting temperature of(24±0.2)℃

位置基臺溫度/℃ 空氣溫度/℃ 左上角23.924.0右上角23.924.2中心點(diǎn)24.024.1左下角24.124.0右下角24.024.1

選取24 ℃曝光的BM工藝完成品正常區(qū)域和基臺Mura區(qū)域樣品進(jìn)行SEM分析BM截面形貌，結(jié)果如圖6所示。曝光溫度升高后，雖然BM CD差異仍然存在，但是Tape角度差異弱化，尤其與基臺分區(qū)擋墻接觸的基臺Mura區(qū)BM Tape角增大，遮光性能提高。

圖6 24 ℃曝光的BM 截面形貌。(a)正常區(qū)域；(b)Mura區(qū)域。Fig.6 BM cross section at exposure temperature of 24 ℃. (a)Normal area；(b)Abnormal area.

3.2 曝光間隙改善測試

曝光時(shí)對玻璃基板進(jìn)行真空吸附，在基臺分區(qū)擋墻凸起處存在玻璃彎曲，造成該區(qū)域曝光間隙較小，通過降低曝光間隙達(dá)到減弱兩個(gè)區(qū)域差異的目的。針對256.6 mm(10.1 in)產(chǎn)品，將BM曝光間隙由175 μm降低為150 μm，Macro確認(rèn)基臺Mura程度減輕，下游模組不良發(fā)生率由5.5%降低為1.4%，改善效果明顯。選取曝光間隙 150 μm的BM工藝完成品正常區(qū)域和基臺Mura區(qū)域樣品進(jìn)行SEM分析BM截面形貌，結(jié)果如圖7所示。

圖7 曝光間隙為150 μm時(shí)的BM 截面形貌。(a)正常區(qū)域；(b)Mura區(qū)域。Fig.7 BM cross section at exposure gap of 150 μm.(a)Normal area；(b)Abnormal area.

曝光間隙降低后，BM 坡度角形狀變化為圓滑的弧形，坡度角變小，正常區(qū)和基臺Mura區(qū)BM CD差異縮小為0.2 μm，改善有效。

3.3 BM膜厚改善測試

基臺Mura被人眼發(fā)現(xiàn)，根源上是兩個(gè)區(qū)域透光性存在差異，既然不能通過BM CD調(diào)整二者差距，可以考慮從BM膜厚入手進(jìn)行改善。256.6 mm(10.1 in)產(chǎn)品量產(chǎn)使用BM膜厚為1.2 μm，分別制作1.1 μm和1.3 μm膜厚產(chǎn)品，在CF Macro上進(jìn)行檢測，發(fā)現(xiàn)BM膜厚降低為1.1 μm時(shí)，基臺Mura程度進(jìn)一步減輕。選取曝光間隙 150 μm、膜厚1.1 μm的BM工藝完成品正常區(qū)域和Stage Mura區(qū)域樣品進(jìn)行SEM分析BM截面形貌，結(jié)果如圖8所示，BM CD差異為0.2 μm，坡度角差異為4°。

圖8 膜厚為1.1 μm時(shí)的BM 截面形貌。(a)正常區(qū)域；(b)Mura區(qū)域。Fig.8 BM cross section of 1.1 μm thickness.(a)Normal area;(b)Abnormal area.

將膜厚為1.1 μm的測試品制作成模組成品進(jìn)行光學(xué)測試評價(jià)，結(jié)果如表3所示，滿足產(chǎn)品規(guī)格要求，導(dǎo)入量產(chǎn)。上述3項(xiàng)改善措施全部導(dǎo)入后，基臺Mura不良發(fā)生率降低為0.6%。

表3 BM 膜厚1.1 μm產(chǎn)品光學(xué)評價(jià)結(jié)果Tab.3 Optical assess results of BM 1.1 μm thick products

4 結(jié) 論

本文通過對基臺Mura相關(guān)特性數(shù)據(jù)(BM CD、膜厚、坡度角)測量分析，發(fā)現(xiàn)基臺Mura顯現(xiàn)的原因?yàn)锽M CD和坡度角存在差異，并對差異形成原因進(jìn)行分析，推測為：①玻璃基板與基臺分區(qū)擋墻結(jié)構(gòu)接觸區(qū)域(即雙波浪線區(qū)域)和其他與空氣接觸區(qū)域(即無不良區(qū)域)存在溫度差異，曝光反應(yīng)程度不同，導(dǎo)致BM 微觀形貌存在差異；②玻璃基板在曝光機(jī)基臺上局部區(qū)域發(fā)生彎曲，曝光間隙變小，致使BM 光刻膠受光區(qū)域變小，由于CF使用負(fù)性光刻膠，故顯影后BM CD會偏小。針對上述因素，進(jìn)行了曝光溫度和曝光間隙的優(yōu)化測試，通過將曝光溫度由23 ℃提高為24 ℃和曝光間隙由175 μm降低為150 μm，基臺Mura模組發(fā)生率由7.2%降低為1.4%。進(jìn)一步，通過BM膜厚減薄來弱化正常區(qū)和Mura區(qū)透過率差異，最終使基臺Mura不良模組段不良生率降至0.6%。