SLOC傳感器光刻干燥不良的改善

李石雷, 劉超強(qiáng)， 吳東起， 邱靖文， 鄭曉虎， 劉 群， 李 偉， 張澤軍

(重慶京東方光電科技有限公司，重慶400715)

1 引 言

隨著科技的進(jìn)步，觸控面板的產(chǎn)品應(yīng)用越來越廣泛，而液晶面板上配單層觸控傳感器 (Single Layer On Cell，SLOC)產(chǎn)品的觸控顯示面板因工藝制程簡單具有較大優(yōu)勢。目前SLOC產(chǎn)品的制作方式是在陣列和彩膜(CF)對盒后的基板CF側(cè)制作觸控感應(yīng)層[1]。

目前制作觸控感應(yīng)層的方法是在對盒后的彩膜(CF)基板一側(cè)沉積一層氧化銦錫(ITO)層，然后在ITO層上涂布一層正性光刻膠，經(jīng)過曝光、顯影、刻蝕、剝離后形成ITO網(wǎng)線，ITO網(wǎng)線與外部控制電路連接后實(shí)現(xiàn)觸控功能[2-3]。

在進(jìn)行SLOC產(chǎn)品傳感器光刻(Sensor Photo)工藝生產(chǎn)時(shí)，基板上會有干燥不良(Mura)異常。不良是評價(jià)CF宏觀視覺品質(zhì)的關(guān)鍵參數(shù)，因此對生產(chǎn)工藝中產(chǎn)生的Mura管控越來越嚴(yán)格(Mura一詞源自日語，是液晶面板生產(chǎn)中出現(xiàn)的各種色斑類不良現(xiàn)象總稱[4])。我們對異常區(qū)域的關(guān)鍵尺寸(Critical Dimension，CD)進(jìn)行測量，CD明顯偏大，甚至超管控指標(biāo)，并且SLOC產(chǎn)品在后段的缺陷不良持續(xù)高發(fā)，經(jīng)匹配，與CD偏大區(qū)域基本一致，相關(guān)性大。

本文通過對干燥不良產(chǎn)生的原因進(jìn)行分析，對造成干燥不良的設(shè)備進(jìn)行改造，有效地解決了干燥不良問題，同時(shí)SLOC產(chǎn)品的CD均一性得以提升，缺陷不良率得以降低。

2 現(xiàn)象描述

在進(jìn)行傳感器光刻工藝時(shí)，用宏觀檢查機(jī) (Macro)觀察基板，在CF倒角側(cè)，基板上有大面積的不良，發(fā)生在所有的SLOC產(chǎn)品上。對產(chǎn)品進(jìn)行CD測量，不良區(qū)CD明顯大于其他區(qū)域，如圖1、圖2所示。

圖1 基板上CD偏大區(qū)

圖2 基板上干燥不良區(qū)

以我司生產(chǎn)的某款產(chǎn)品為例，CD 管控指標(biāo)為(11.6±1) μm，生產(chǎn)時(shí)任意選取兩枚基板，測試其CD，結(jié)果如圖3所示。

圖3 產(chǎn)品CD值

根據(jù)測量的CD數(shù)據(jù)，均一性偏差已達(dá)3.3%，超出3%的管控指標(biāo)，且CD波動(dòng)差(Range)高達(dá)1.3。

另外，在生產(chǎn)后段模組，SLOC產(chǎn)品的缺陷不良率持續(xù)高發(fā)，各產(chǎn)品的缺陷不良率平均已達(dá)2.82%，由此造成的良率損失嚴(yán)重。根據(jù)缺陷不良發(fā)生的位置分布，與干燥不良和CD偏大區(qū)域有較大匹配性，以我司生產(chǎn)的某款產(chǎn)品為例，分析其缺陷不良分布與CD偏大區(qū)域關(guān)系，如圖4、圖5所示。

圖4 缺陷不良分布圖

圖5 CD趨勢圖

如圖4所示，紅框內(nèi)為缺陷不良高發(fā)區(qū)；如圖5所示，紅框內(nèi)為CD偏大區(qū)域。缺陷不良高發(fā)區(qū)域與CD偏大區(qū)域基本吻合。

本論文將主要分析SLOC產(chǎn)品在生產(chǎn)時(shí)干燥不良產(chǎn)生的原因并分析改善方案，通過改善干燥不良，提升SLOC產(chǎn)品傳感器光刻的CD均一性和降低缺陷不良發(fā)生率，提升產(chǎn)品品質(zhì)和降低良率損失。

3 原因分析

3.1 干燥不良產(chǎn)生原因

從宏觀檢查機(jī)觀察[5]，干燥不良發(fā)生位置均在基板CF倒角側(cè)，在產(chǎn)線的流片方向?yàn)榛辶髌┒?。產(chǎn)線內(nèi)有可能在生產(chǎn)中產(chǎn)生此不良的設(shè)備包括涂布機(jī)及顯影機(jī)，對上述設(shè)備分別進(jìn)行基板旋轉(zhuǎn)測試，測試結(jié)果如下：

(1)將基板進(jìn)行旋轉(zhuǎn)涂布測試，即基板在進(jìn)入涂布機(jī)前，對其進(jìn)行180°旋轉(zhuǎn)，然后再進(jìn)行涂布。涂布完成后，在進(jìn)入曝光機(jī)前再將基板方向旋轉(zhuǎn)為正?；辶髌较?，并繼續(xù)完成后續(xù)工藝流程。當(dāng)宏觀檢查機(jī)工藝完成后，進(jìn)行宏觀檢查機(jī)觀察，干燥不良位置沒有變化，即排除干燥不良由涂布機(jī)涂布時(shí)產(chǎn)生。

(2)將基板進(jìn)行旋轉(zhuǎn)顯影測試，即基板在進(jìn)入顯影機(jī)前，對其進(jìn)行180°旋轉(zhuǎn)，使原本的基板流片前端變成了流片末端。當(dāng)基板完成顯影工序及后續(xù)工藝后，進(jìn)行宏觀檢查機(jī)觀察，干燥不良位置變化與原有干燥不良位置相反，但均為基板在顯影機(jī)內(nèi)的流片末端。

由上述測試判斷，干燥不良產(chǎn)生位置在顯影機(jī)，遂對基板在顯影機(jī)內(nèi)的流片情況進(jìn)行觀察。觀察發(fā)現(xiàn)，由于宏觀檢查機(jī)工藝使用的CF顯影機(jī)，為避免出現(xiàn)孔點(diǎn)(ITO Open)不良，在進(jìn)行宏觀檢查機(jī)工藝時(shí)，顯影機(jī)的顯影1(DEV#1)區(qū)間只開啟前端的液刀而不開啟噴頭(Nozzle)噴淋，造成基板在顯影機(jī)內(nèi)由顯影1區(qū)間進(jìn)入顯影2(DEV#2)區(qū)間時(shí)，基板的流片末端逐漸干燥，導(dǎo)致該區(qū)域的顯影異常，隨即產(chǎn)生干燥不良，圖6為顯影機(jī)顯影區(qū)結(jié)構(gòu)圖。

圖6 顯影機(jī)顯影區(qū)結(jié)構(gòu)圖

3.2 干燥不良區(qū)CD偏大及缺陷不良原因

由于基板在顯影機(jī)的流片末端出現(xiàn)干燥問題，導(dǎo)致基板的流片末端的顯影效果比其他區(qū)域的顯影效果差，即出現(xiàn)顯影不足。當(dāng)基板末端出現(xiàn)顯影不足時(shí)，則會造成此區(qū)域的CD值偏大[6-7]。

當(dāng)在進(jìn)行宏觀檢查機(jī)工藝時(shí)，如果CD偏大，在后續(xù)的刻蝕工藝時(shí)，無法刻蝕完全，就會造成在后段工藝中缺陷不良發(fā)生的概率上升；尤其是SLOC產(chǎn)品的距離越窄，由CD偏大造成的缺陷不良的概率也會越大，主要原因?yàn)橛捎贑D偏大，造成距離被壓縮[8-10]。根據(jù)現(xiàn)有SLOC產(chǎn)品的距離及缺陷不良發(fā)生率也可以得出相同的結(jié)論。當(dāng)某款產(chǎn)品的制定距離(Develop Inspection Space，DI Space)為5.59 μm時(shí)，它的缺陷不良發(fā)生率為3.94%；另外一款產(chǎn)品的制定距離為9.49 μm，它的缺陷不良發(fā)生率則為1.01%。但由于制定距離為產(chǎn)品設(shè)計(jì)特性，難以變更，因此只能通過改善基板CD改善缺陷不良發(fā)生率。

4 改善方案

4.1 干燥不良改善方案

干燥不良產(chǎn)生的原因?yàn)榛迥┒藦腄EV#1腔室進(jìn)入DEV#2腔室時(shí)提前干燥，導(dǎo)致顯影不良，因此改善干燥不良的方向?yàn)檠泳徎辶髌┒烁稍?，即讓基板從DEV#1進(jìn)入DEV#2時(shí)基板仍保持潤濕狀態(tài)。經(jīng)過深入分析與討論，得出如下兩個(gè)改善方案：

(1)基板開始減速位置變更。對基板開始減速的傳感器增加延時(shí)時(shí)間，改變基板在顯影機(jī)內(nèi)開始減速的位置，從而延緩基板流片末端的干燥。

(2)增加二次液切。在DEV#1腔室內(nèi)增加二次液切，保證基板從DEV#1進(jìn)入DEV#2時(shí)膜面均勻潤濕。

上述兩個(gè)方案，方案(1)僅需要軟體修改即可，改造簡單，且改造周期短，費(fèi)用低，所以優(yōu)先進(jìn)行方案(1)改善干燥不良。

4.2 基板開始減速位置變更改造

基板從過渡區(qū)間(NT)進(jìn)入DEV#1時(shí)為高速搬送。當(dāng)DEV#1內(nèi)①號傳感器亮起，NT內(nèi)③號傳感器熄滅時(shí)，基板即從高速搬送變?yōu)榈退侔崴?，如圖7所示。通過軟體修改，將基板高速變低速的方式變更為DEV#1內(nèi)①號傳感器亮起，NT內(nèi)③號傳感器熄滅若干秒之后再進(jìn)行減速，延時(shí)時(shí)間可以自主在觸摸屏上進(jìn)行修改和輸入。通過此方法，可以減少基板在DEV#1內(nèi)停留時(shí)間，從而避免基板流片末端出現(xiàn)大面積的干燥，具體改造方案如圖8所示。

圖7 原有基板減速方式

圖8 增加基板減速延時(shí)時(shí)間

圖9 基板減速設(shè)置不同延時(shí)時(shí)間后CD測試結(jié)果對比

分別將延時(shí)時(shí)間設(shè)置為1,2，3 s進(jìn)行流片觀察及測試，測試結(jié)果如圖9所示。從測試結(jié)果看，增加延時(shí)時(shí)間可以改善流片末端CD偏大問題，但改善效果有限，不能消除流片末端CD偏大問題，另外CD均一性依然偏大，在2.6%左右。從宏觀檢查機(jī)觀察宏觀現(xiàn)象，干燥不良區(qū)域雖有減少，但依然存在較大區(qū)域。

從測試結(jié)果來看，通過方案(1)改變基板在顯影機(jī)開始減速位置，不能有效解決干燥不良問題。

4.3 增加二次液切改造

通過改造，在DEV#1腔室內(nèi)增加二次液切(Aqua Knife)。由于液切采用狹縫(SLIT)方式向基板表面均勻地噴灑藥液，噴淋均一性大于94%，可以更好地保證基板膜面的均勻性，且能夠保證基板從DEV#1進(jìn)入DEV#2時(shí)基板表面保持潤濕狀態(tài)，具體改造方案如圖10、圖11所示。

圖10 改造前DEV#1腔室結(jié)構(gòu)圖

圖11 改造后DEV#1腔室結(jié)構(gòu)圖

改造時(shí)，二次液切安裝在兩組搖擺(OSC)支架之間，且需拆除一根噴淋管路留足液切安裝空間。搖擺傳感器(PD Sensor)向NT方向移動(dòng)220 mm，避免與二次液切位置重疊。當(dāng)生產(chǎn)SLOC產(chǎn)品時(shí)，開啟二次液切，液切流量根據(jù)生產(chǎn)需求可以進(jìn)行調(diào)整。

4.4 增加二次液切后改善狀況

4.4.1 干燥不良改善

二次液切使用后，干燥不良現(xiàn)象基本消除，流片末端易干燥區(qū)域明顯減少，具體結(jié)果如圖12所示。觀察SLOC基板流片狀況，流片末端易干燥區(qū)域明顯減小。用宏觀檢查機(jī)觀察，干燥不良現(xiàn)象已不可見。

圖12 改造前后干燥不良對比

4.4.2 CD均一性改善

二次液切使用后，CD均一性得以明顯提升。以我們生產(chǎn)的某款產(chǎn)品為例，CD均一性由3.3%提升到1.9%，流片末端CD偏大現(xiàn)象基本消除，CD 波動(dòng)差由1.3 μm降低到0.8 μm，具體結(jié)果如圖3所示。

圖13 改造前后CD均一性對比

4.4.3 缺陷不良改善

由于CD均一性提升，CD偏大區(qū)域得以改善，缺陷不良同樣得以改善，從增加二次液切后的SLOC生產(chǎn)良率數(shù)據(jù)可知，SLOC產(chǎn)品的缺陷不良率由改善前的平均2.82%降低到改善后的0.27%。

5 結(jié) 論

本文對SLOC產(chǎn)品傳感器光刻工藝生產(chǎn)時(shí)的干燥不良現(xiàn)象進(jìn)行分析，明確了CD均一性差及缺陷不良高發(fā)的原因，并通過干燥不良產(chǎn)生的位置得出干燥不良產(chǎn)生的原因?yàn)榛鍙腄EV#1進(jìn)入DEV#2時(shí)流片末端提前干燥造成，從而研究干燥Mura的改善方案。但單純通過改變基板在DEV#1腔室的停留時(shí)間，雖然干燥不良區(qū)域稍有減小，卻并不能完全改善干燥不良問題；通過在DEV#1腔室內(nèi)增加二次液切，則可以有效地改善基板從DEV#1進(jìn)入DEV#2的膜面潤濕狀況，干燥不良問題得以有效改善。通過解決傳感器光刻生產(chǎn)時(shí)的干燥不良問題，SLOC產(chǎn)品的傳感器光刻CD均一性和缺陷不良率明顯得到改善，傳感器光刻 CD均一性從改善前的3.3%提升到1.9%，缺陷不良率從改善前的平均2.82%降低到改善后的0.27%。