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)品以其細膩、豐富的顯示效果，帶給消費者更加良好的用戶體驗，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，及其容易因為膜厚不均而產(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Mura與設(shè)備圖形進行匹配，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形成機理進行分析，并試驗驗證，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)象和試驗思路

2.1 不良現(xiàn)象

圖1 (a)波浪線Mura；(b)波浪線曝光機基臺結(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(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)計特點，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)計關(guān)聯(lián)性較大。

2.2 試驗思路

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)進行詳細測量，通過數(shù)據(jù)分析不良機理及改善方向。隨機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工藝特點及曝光機結(jié)構(gòu)特點，對基臺Mura發(fā)生機理構(gòu)建下述模型：①玻璃基板與曝光機基臺分區(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，導致BM CD存在差異；②玻璃基板在曝光機基臺上局部區(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 實驗和分析

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)℃，而空氣溫度受機構(gòu)摩擦以及馬達散熱影響相對不受控。測量曝光基臺的4個角和中心點共5個點溫度和對應(yīng)位置的空氣溫度，結(jié)果如表1所示?？諝庵械臏囟容^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)℃時曝光機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23.123.4左下角23.223.5右下角23.123.5

將曝光機臺溫度設(shè)定為(24±0.2)℃后再次測量5點溫度，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)℃時曝光機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

曝光時對玻璃基板進行真空吸附，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到減弱兩個區(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上進行檢測，發(fā)現(xiàn)BM膜厚降低為1.1 μm時，基臺Mura程度進一步減輕。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行光學測試評價，結(jié)果如表3所示，滿足產(chǎn)品規(guī)格要求，導入量產(chǎn)。上述3項改善措施全部導入后，基臺Mura不良發(fā)生率降低為0.6%。

表3 BM 膜厚1.1 μm產(chǎn)品光學評價結(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)的原因為BM CD和坡度角存在差異，并對差異形成原因進行分析，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，導致BM 微觀形貌存在差異；②玻璃基板在曝光機基臺上局部區(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使用負性光刻膠，故顯影后BM CD會偏小。針對上述因素，進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%。