福州京東方光電科技有限公司 柴國慶 余舒嫻 翁 超 周維忠 劉 超 崔泰城

1 引言

隨著國內(nèi)大力投資發(fā)展顯示面板行業(yè)，TFT-LCD面板越來越大，所能做出顯示器件也越來越大，同時(shí)也增大了各工藝的難度。其中，Array基板為TFTLCD屏重要組成部分，它主要是在玻璃基板上制造所需要的電路，根據(jù)掃描信號(hào)選擇像素和根據(jù)顯示信號(hào)控制液晶偏轉(zhuǎn)量[1]。Array基板的制造是由成膜(Sputter),涂布（Coater），曝光（Photo），顯影（Developer），刻蝕（Etch），剝離（Stripper）。目前主要應(yīng)用在a-Si TFT-LCD和Oxide相關(guān)工藝方向的有4Mask和5mask工藝。較為前沿的研究也進(jìn)行了3mask的探索[2]圖1所示是典型的0+4 Mask產(chǎn)品Array基板在顯微鏡下的畫面。

無論是選擇何種生產(chǎn)工藝，光刻膠（Photoresist，PR）均會(huì)應(yīng)用在形成所需要的圖案的各制程中，又因?yàn)楦髂硬馁|(zhì)的不同，光刻膠涂覆工藝和粘附性也有較大差異，與之相對(duì)應(yīng)的是在光刻膠剝離（Stripper）工序中的剝離（Lift-off）程度的難易。濕法剝離是重復(fù)次數(shù)最多的工序之一，其制程質(zhì)量控制要點(diǎn)是：光刻膠的去除能力，Mura的控制，金屬線的腐蝕，Particle的控制[5]。

圖1 0+4Mask顯微鏡下畫面

光刻膠(PR膠)，在曝光區(qū)域發(fā)生光化學(xué)反應(yīng)，造成曝光和非曝光區(qū)在堿液顯影液（Developer）中溶解性產(chǎn)生明顯的差異，經(jīng)適當(dāng)?shù)娜軇┨幚砗?，溶去可溶性部分，得到所需圖像。根據(jù)其化學(xué)反應(yīng)機(jī)理可分負(fù)性膠和正性膠兩類。Array基板制造過程中使用的是正性膠，主要成分和作用是：（1）線性酚醛樹脂為成膜樹脂，經(jīng)涂布工藝在沉積有金屬膜層的玻璃基材表面形成樹脂涂層，利用光刻工藝，在涂層上“復(fù)制”電路。（2）感光劑（photo-active compound，簡稱PAC）采用鄰重氮萘醌（簡稱為DNQ）磺酸酯，利用PAC在感光和非感光部分反應(yīng)的不同，得到所需的圖案。（3）溶劑和添加劑，溶劑作用是獲得均勻的稀釋液體，使其具有良好的流動(dòng)性，有利于形成均一平整的圖層；添加劑含量很小，目地是增強(qiáng)附著性，增加光感度，改善表面成膜性等，正性膠有良好的分辨率，成本也相對(duì)較高[3]。濕法剝離（Wet Stripper）原理與過程如圖2所示。

圖2 Wet Stripper剝離光刻膠原理

由于該工序存在于TFT制造的每個(gè)制程的最后一道工序，其質(zhì)量直接影響下一制程品質(zhì)。在生產(chǎn)制造過程中，我們將各制程經(jīng)過剝離工序后仍有PR膠存在于膜層之上的現(xiàn)象稱為光刻膠殘留（PR Remain），容易引起PR Remain的工序是各制程的曝光、顯影和剝離工藝過程。經(jīng)過曝光顯影后，曝光區(qū)域的光刻膠殘余由曝光的Dose量，環(huán)境中的Particle以及顯影工藝條件所致，可導(dǎo)致金屬膜層的濕法刻蝕失敗，對(duì)應(yīng)位置的金屬殘留，形成點(diǎn)、線的不良，如Short類不良，當(dāng)面積較大時(shí)會(huì)導(dǎo)致整張基板報(bào)廢，在此我們不做過多討論。本文主要討論在刻蝕工藝后進(jìn)行的濕法剝離工藝（Wet Stripper）過程中光刻膠殘留不良的改善。

在TFT-LCD的各制程濕法剝離工藝后，一般都會(huì)進(jìn)入高溫設(shè)備或者真空設(shè)備，如ITO Stripper工序后會(huì)進(jìn)入退火設(shè)備，而Gate Stripper工藝后會(huì)進(jìn)入PECVD設(shè)備中。若剝離工序產(chǎn)生較多PR Remain會(huì)導(dǎo)致高溫設(shè)備或真空設(shè)備的揮發(fā)有機(jī)物的污染，嚴(yán)重時(shí)會(huì)形成大面積的Mura類不良。除此之外，Array工廠在各制程Wet Stripper工藝后發(fā)現(xiàn)嚴(yán)重PR Remain時(shí)，需要重新進(jìn)行當(dāng)前剝離工藝，造成產(chǎn)能損失。不管是Al工藝還是銅工藝產(chǎn)品，多次進(jìn)行剝離工藝會(huì)導(dǎo)致嚴(yán)重的金屬線腐蝕，VIA工序重復(fù)進(jìn)行PR剝離工序會(huì)導(dǎo)致VIA Hole異常至使得像素電極接觸不良，導(dǎo)致做NG處理。此外，Wet Stripper工序過程監(jiān)控抽檢比例約為1/20～1/30，問題產(chǎn)生時(shí)將是大批量產(chǎn)品品質(zhì)問題，嚴(yán)重影響產(chǎn)品良率和公司的經(jīng)濟(jì)效益。因此，Array基板制造的過程中力求每一個(gè)制程的剝離工序無光刻膠殘留，至少保證無聚集，無線性，無嚴(yán)重的重復(fù)出新的點(diǎn)狀PR Remain發(fā)生，盡可能的減少對(duì)設(shè)備，產(chǎn)能，和品質(zhì)的損害。

本文著重介紹B公司在Array基板生產(chǎn)制造過程中，經(jīng)過不斷嘗試和長期的專案實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，在Array PR Remain改善方面取得可以汲取的經(jīng)驗(yàn)。發(fā)現(xiàn)出現(xiàn)PR Remain現(xiàn)象有：剝離不凈和光刻膠回粘[5]。剝離不凈與剝離區(qū)間的工藝能力有關(guān)，而光刻膠回粘與剝離液中PR含量和第一水洗區(qū)間洗凈能力有關(guān)。通過管控不同膜層剝離工序PR膠在剝離液中的含量，提升Hole Shower及水刀和液刀（Aqua Knife and Chemical Knife）流量以及生產(chǎn)過程中設(shè)備的內(nèi)部結(jié)構(gòu)改造和調(diào)整、清潔與保養(yǎng)，作業(yè)人員的手法優(yōu)化等的聯(lián)合運(yùn)用，有效改善PR Remain發(fā)生，降低PR Remain引起的產(chǎn)能和良率損失。

2 不良狀況介紹與不良因素分析

2.1 不良狀況

PR Remain不良是量產(chǎn)過程中，當(dāng)其大面積殘留，導(dǎo)致后工序不良在Array Test(AT)時(shí)被檢出，但Repair修補(bǔ)作業(yè)失敗，或者在AT無產(chǎn)出至成盒（Cell）制程被檢出，導(dǎo)致產(chǎn)品Mura，品質(zhì)下降，增加制造成本。如圖3，因PR Remain的顯微鏡圖與Map圖。若其PR Remain真空設(shè)備內(nèi)蒸發(fā)黏附在設(shè)備腔體內(nèi)，則必然導(dǎo)致其對(duì)應(yīng)工序不良高發(fā)。無法估算其產(chǎn)品和良率的損失。如圖4所示，光刻膠殘留污染的Sputter腔體。

2.2 不良因素分析

根據(jù)光刻膠剝離的工藝原理，以及PR Remain位置在Glass上的分布位置（Map）和微觀缺陷的形貌分析，可以通過提供優(yōu)良的Stripper工藝條件，控制設(shè)備內(nèi)環(huán)境中的Particle，以及設(shè)備內(nèi)關(guān)鍵部件的調(diào)整，對(duì)PR Remain進(jìn)行有效去除。

如圖5所示，研究人員從人、機(jī)、料、法、環(huán)五方面，通過頭腦風(fēng)暴法共同分析出在Wet Stripper工序?qū)е翽R Remain缺陷改善措施，一共匯整了以下可能的影響因。

圖3 PR Remain顯微鏡圖與Map

圖4 光刻膠污染Sputter腔體及鍍膜影響

3 不良改善

3.1 不良因子篩選

根據(jù)PR Remain不良發(fā)生分布形態(tài)和微觀結(jié)構(gòu)分析，逐個(gè)通過產(chǎn)線生產(chǎn)驗(yàn)證。優(yōu)選魚骨圖中黃色圖標(biāo)因素，尤其針對(duì)聚集性（線性，大面積邊緣殘留）進(jìn)行改善驗(yàn)證，如表1所示。設(shè)備端分為剝離單元和洗凈單元，剝離區(qū)間與水洗區(qū)間有一個(gè)過渡區(qū)間（NEU#2）

剝離設(shè)備：Array基板從過渡區(qū)間進(jìn)入剝離工藝區(qū)間，剝離液從設(shè)備下Pipe Room中的Tank經(jīng)泵進(jìn)入設(shè)備管路，需要進(jìn)行Filter（過濾器）過濾掉剝離液中可能存在的大顆粒物質(zhì)（會(huì)導(dǎo)致光刻膠點(diǎn)狀殘留發(fā)生），實(shí)驗(yàn)表明增加管路中的Filter的過濾能力，在一定范圍內(nèi)能夠降低PR Remain發(fā)生幾率，然而當(dāng)Filter過濾孔徑過小時(shí)會(huì)導(dǎo)致剝離設(shè)備無法正常噴淋出設(shè)定壓力和流量的剝離液反而會(huì)增大PR Remain風(fēng)險(xiǎn)，同時(shí)極大的縮短了Filter的使用壽命增加了消耗品成本；當(dāng)減弱過濾能力，意料之中的PR Remain變得惡化。增大進(jìn)出口C/K和剝離區(qū)間流量。進(jìn)入水洗區(qū)間：分別更換水洗段New Filter、增大第二過渡區(qū)間Hole Shower流量，A/K流量和第一水洗區(qū)間流量，增大其他水洗段流量。其中第二及以后水洗段流量無益解決PR Remain。

表1 設(shè)備改善動(dòng)作與效果確認(rèn)

3.2 增加剝離時(shí)間

剝離時(shí)間是Array各工序制造過程中重要的工藝參數(shù)之一。經(jīng)過曝光后的正性光刻膠可以被堿性藥液（Developer）清洗去除。而未被曝光區(qū)域在經(jīng)過刻蝕工序后，需要通過濕法剝離的方法去除光刻膠。剝離時(shí)間即是指帶PR膠基板在剝離液中清洗的時(shí)間。工程采用增加剝離時(shí)間來驗(yàn)證改善PR Remain。采用4組試驗(yàn)與正常量產(chǎn)條件對(duì)比，確認(rèn)AOI或PI檢查缺陷數(shù)。如表2顯示，增加剝離時(shí)間16～21s，PR殘留缺陷點(diǎn)明顯減少。但是過長的工藝時(shí)間會(huì)影響設(shè)備生產(chǎn)節(jié)拍，降低生產(chǎn)效率。所以，降低PR Remain的方法需要更多的從設(shè)備和工藝條件篩選方面進(jìn)行改善。

圖5 魚骨圖分析影響因子

表2 實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)對(duì)比（3Chamber設(shè)備，Gate Stripper Test）

表3 PR含量管控制與PI確認(rèn)結(jié)果匯總

3.3 PR膠在Stripper中含量管控

由于不同工藝膜層與光刻膠的粘附性不同，而且非金屬膜層上光刻膠的厚度較大，因此對(duì)于不同膜層的光刻膠進(jìn)行剝離時(shí)，對(duì)剝離藥液的剝離能力要求也不同，剝離能力的下降與其藥液中含有的未溶解的光刻膠含量有關(guān)。PR膠的含量通常采用紫外-紅外光學(xué)檢測系統(tǒng)。如表3所示：我們通過對(duì)比不同膜層剝離設(shè)備中剝離液PR含量管控與探索。建立一個(gè)可供參考的調(diào)整方向。因?yàn)?.5代產(chǎn)線已經(jīng)使用Cold Run藥液供給模式即：從后Tank根據(jù)判斷條件向前Tank供給藥液。如此，Tank1（進(jìn)口）藥液PR濃度最高，Tank3(4,出口)藥液PR濃度最低。

會(huì)議指出，開展代表建議辦理工作專項(xiàng)評(píng)議是提高代表建議辦理質(zhì)量、增強(qiáng)監(jiān)督工作實(shí)效的一種有效手段，是對(duì)相關(guān)部門為民辦實(shí)事的一次集中檢驗(yàn)。市政府及有關(guān)部門要注重解決實(shí)際問題，在鞏固已解決問題的基礎(chǔ)上，對(duì)一些重點(diǎn)建議中還沒有解決的問題，要結(jié)合制定2019年全市工作計(jì)劃盡量予以統(tǒng)籌考慮，抓緊時(shí)間辦理，爭取早日銷號(hào)。要抓好代表建議規(guī)范化辦理，按時(shí)召開建議交辦會(huì)議和調(diào)度督辦會(huì)議，掌握建議辦理進(jìn)度，及時(shí)提出辦理要求，做到有部署、有檢查。要加強(qiáng)與代表的溝通交流，改善代表建議辦理方式，面對(duì)面征求代表意見，共同探討建議辦理的路徑和方法，著力提高辦理質(zhì)量。

由表3可知，在進(jìn)行不同膜層的剝離時(shí)，由于其粘附性差異，PR含量管控值也不同，高含量的未溶解PR會(huì)降低剝離液的玻璃能力，導(dǎo)致PR膠殘留或者重新沉積到膜層表面,因此在滿足工藝品質(zhì)需求和成本最低條件下，需要選擇合適的PR含量控制條件。也證明非金屬層粘附性弱與金屬層。

3.4 設(shè)備清潔與保養(yǎng)改進(jìn)

TFT-LCD生產(chǎn)設(shè)備的清潔與保養(yǎng)是確保Array生產(chǎn)中最基本的品質(zhì)保證。涂布機(jī)/顯影機(jī)和剝離設(shè)備是最直接接觸光刻膠的設(shè)備，它們的清潔與保養(yǎng)顯得尤為重要。這里我們在這里主要檢討剝離設(shè)備的保養(yǎng)與改善措施對(duì)PR Remain改善的方法。剝離設(shè)備生產(chǎn)過程中需要進(jìn)行PM，經(jīng)調(diào)查此過程會(huì)因?yàn)樽鳂I(yè)人員的不同和作業(yè)手法的偏差，導(dǎo)致設(shè)備內(nèi)部的潔凈度不同，進(jìn)而影響到發(fā)生點(diǎn)狀PR Remain。

通過研究，此過程中制定和優(yōu)化更加嚴(yán)格的作業(yè)手順，并且增加規(guī)范的培訓(xùn)和稽核的力度，都是有助于減少點(diǎn)狀PR Remain發(fā)生。

我們發(fā)現(xiàn)剝離設(shè)備剝離藥液的噴淋管路中存在偏移，堵塞及液刀分叉的情況，自動(dòng)清洗管路和液刀時(shí)，管路堵塞和分叉無法得到徹底處理；另外，Side Shower、Hole Shower（DI Water）和第一清洗區(qū)間回流與滴落易造成光刻膠的殘留（回粘）。經(jīng)過驗(yàn)證觀察，不同位置的偏差會(huì)導(dǎo)致不同形貌的聚集性PR Remain。Side Shower流量低或者角度偏差，會(huì)導(dǎo)致一側(cè)邊緣大面積殘留。Hole Shower流量低或者噴淋扇面小，通過第二過渡區(qū)間時(shí)，基板表面黏附剝離液干燥較快以至在水洗區(qū)間無法清洗干凈。另外，第一水洗區(qū)間水刀分叉或者流量過低也會(huì)導(dǎo)致水洗不凈導(dǎo)致殘留，在這個(gè)區(qū)間容易被忽略的是腔體內(nèi)氣體，由于此區(qū)間水洗池內(nèi)也含有相當(dāng)含量的PR，在重復(fù)噴淋的過程中有重新黏附在基板表面導(dǎo)致大面積PR殘留的風(fēng)險(xiǎn)，為第一水洗區(qū)間A/K增加Cover可降低該風(fēng)險(xiǎn)。增大從剝離區(qū)間至第一清洗區(qū)間的傳送速度也有利該風(fēng)險(xiǎn)降低，但是會(huì)增加碎片風(fēng)險(xiǎn)，不建議采用。如圖7所示：易于導(dǎo)致PR Remain的重要機(jī)構(gòu)。

圖6 導(dǎo)致PR Remain的重要部件

試驗(yàn)表明，制定定期拆卸清潔產(chǎn)線各噴淋管路，Aqua Knife和Chemical Knife分叉進(jìn)行刮拭，對(duì)堵塞噴嘴進(jìn)行超聲波清洗和更換；長期監(jiān)控噴淋，A/K，side Shower，C/K和Hole Shower流量；定期清洗第一水洗區(qū)間Tank和腔體，盡可能減少Tan3（4）通過剝離基板帶到該區(qū)間的剝離液(含PR膠)；定期確認(rèn)Side Shower角度和噴嘴狀態(tài)。都有助于改善光刻膠殘留發(fā)生率，增強(qiáng)剝離能力和潔凈能力，減少回粘。

3.5 措施導(dǎo)入&改善效果

通過上述增加剝離時(shí)間，可以有效降低PR殘留，在發(fā)生PR Remain時(shí)將進(jìn)行二次工藝，將其剝離干凈，將試驗(yàn)成果導(dǎo)入到TFT量產(chǎn)中，將設(shè)備維護(hù)，日常檢查重點(diǎn)與保養(yǎng)方面的成功經(jīng)驗(yàn)全面展開到量產(chǎn)。如圖7，從監(jiān)控量產(chǎn)品光刻膠殘留導(dǎo)致的二次工藝Lot的發(fā)生率推移圖可見，由調(diào)整前的最高1%，到調(diào)整后最低的0.08%，雖然我們產(chǎn)能在不斷的提升，但是進(jìn)行二次剝離工藝的Lot發(fā)生率并沒有反彈跡象。同時(shí)，調(diào)整設(shè)備狀態(tài)和生產(chǎn)工藝參數(shù)后，PR Remain大面積出現(xiàn)的概率也越來越低。釋放了剝離工序更多的產(chǎn)能，為設(shè)備的產(chǎn)能利用最大化做出貢獻(xiàn)?？蓪冸x機(jī)種剝離工序改善光刻膠改善的成功經(jīng)驗(yàn)平行展開到顯影過程中光刻膠殘留改善中。

圖7 工廠產(chǎn)能與重剝率統(tǒng)計(jì)

4 結(jié)語

本文基于Array基板生產(chǎn)制造過程中重復(fù)次數(shù)最多的工序-Wet Stripper發(fā)生的光刻膠殘留缺陷的異常，闡述了光刻膠殘留發(fā)生的原理，分析了設(shè)備各重要組件和參數(shù)的作用和功能，試驗(yàn)證明了增加剝離時(shí)間，高速通過剝離與水洗過渡區(qū)間，配合技術(shù)人員的PM手法和優(yōu)化剝離設(shè)備重要部件的位置，流量參數(shù)監(jiān)控等方法的聯(lián)合運(yùn)用，可以有效降低剝離工序發(fā)生光刻膠大量殘留的發(fā)生。最后，將試驗(yàn)成果最終導(dǎo)入量產(chǎn)，因光刻膠殘留而導(dǎo)致需要進(jìn)行二次工藝的Lot比例從最初量產(chǎn)的1%降低到目前的0.08%，為產(chǎn)能的提升，設(shè)備產(chǎn)能利用的最大化以及產(chǎn)品品質(zhì)的提升做出較大貢獻(xiàn)。目前已形成從現(xiàn)狀分析→高發(fā)原因確認(rèn)→單動(dòng)測試→驗(yàn)證相關(guān)性的方法，形成系統(tǒng)化分析流程，應(yīng)用范圍廣，反應(yīng)速度快，這種處理此類不良的方式將為企業(yè)降低大量的LOSS。