电子厂工艺流程介绍：LTPS TFT-LCD制程介绍

1、Confidential, unpublished property of L 涂胶设备： Silt coater、 LPD ; 显影设备： Developer; 烘烤设备： 脱水、前烘、后烘设备； 冷却设备等,Track设备的工作流程示意图,LTPS TFT-LCD制程之Photo,1）清洗设备 本工序的目的是要在PR（光刻胶）涂敷之前对玻璃基板进行彻底清洁，便于增强玻璃基板与PR的粘合力，同时避免玻璃基板上的污物导致Mura产生,该单元由几种清洗方法组成: 刷（Brush）：除去大的particle. 行淋浴（Line Shower）：喷出高压DIW除去较小 particle. 四甲基氢氧

2、化铵（TMAH)：化学清洗，除去表面氧化物。 该单元的开始位置处为Indexer，将玻璃基板从水平状态变换为倾斜状态,LTPS TFT-LCD制程之Photo,Indexer前面的Robot在传送玻璃基板的时候是以水平方式进行，Indexer后面的清洗需要玻璃基板变换成倾斜状态，此处就是要进行姿势变换,姿势变换示意图,LTPS TFT-LCD制程之Photo,UV部分的作用：用于除去玻璃基板表面的浮游物质 原理：在一个封闭的chamber内通过紫外光(UV)照射使O2电 离生成O3，进而将有机物氧化 关键点：紫外光的强度，均匀度，灯与玻璃基板的距离,E-UV部分采用不锈钢金属滚轴,E-UV单元

3、设备,LTPS TFT-LCD制程之Photo,Roller brush示意图,滚筒刷（Roller brush）分为上下两个，伴随着水流对玻璃基板进行冲洗 ，以除去较大的PARTICLE(颗粒,1.驱动电机（Driving Motor）:为滚刷的转动提供动力 2.控制单元（Cap Control Unit）:控制滚刷的压入量，不同厚度的玻璃基板采用不同的压入量 注：压入量选择不当可能会划伤玻璃基板,LTPS TFT-LCD制程之Photo,摆钟传感器，用来感知玻璃基板的位置,AAJET清洗示意图,AAJET是喷出含有气泡的DIW（去离子水），目的是去除较小的PARTICLE,加入气泡是为了增

4、加清洗效果。 滚刷的上下分别有水喷淋，清洗玻璃基板上下表面,LTPS TFT-LCD制程之Photo,Air Knife对玻璃基板进行干燥的工作顺序,辅助Roller：保证玻璃基板上下空气压力均等，以保护玻璃基板不受损伤,注：1、箭头为玻璃基板的运动方向 2、气刀在玻璃基板上下各有一个,LTPS TFT-LCD制程之Photo,烘烤制程工序： Dehydration Bake(脱水烘干) In conveyerHPAPCPOut conveyer Pre-bake（前烘） In conveyerHPCPInterface Post Bake（竖膜） In conveyerHPCP(or IMC

5、)Out conveyer,坚膜（post bake）是在显影后以适当的温度烘干玻璃以除去水分并增强其聚合,提高强度的工艺,2）烘烤设备： 前烘（pre-bake）的目的是促使已涂的光刻胶膜内的溶剂挥发以增加胶膜与玻璃基板表面的粘附性。一般多采用红外炉低温加热，使其处于既干燥又未硬化的状态。这样，进行曝光时光刻胶仍可发生化学反应,LTPS TFT-LCD制程之Photo,Hot Plate (HP)： HP用于对玻璃基板进行加热处理HP采用近距离加热方式，玻璃基板与plate之间距离为0.3mm，采用热辐射的形式加热。 玻璃基板进入HP后首先放置于Lift pin(12支)上，此时Lift p

6、in处于待机位置，一段时间后Lift pin变换到底部位置。（急剧的温度变化会损伤玻璃基板） HP通过两个温度控制Sensor进行调解,LTPS TFT-LCD制程之Photo,Cooling Plate (CP)： CP用于对玻璃基板进行冷却处理 Cooling plate中采用冷却循环水进行热交换，玻璃基板与plate之间距离为0.3mm，采用热辐射的形式冷却。 玻璃基板进入CP后首先放置于Lift pin(12支)上，此时Lift pin处于待机位置，一段时间后Lift pin变换到Bottom位置。 （急剧的温度变化会损伤玻璃基板） CP由冷却循环水进行温度调节,LTPS TFT-LC

7、D制程之Photo,密着强化单元 (AP)： AP用于对玻璃基板进行附着力强化处理，通过HMDS蒸汽向玻璃表面涂敷一层HMDS（六甲基二硅胺）薄膜，此物质具有亲玻璃和亲PR胶两种特性，在它的作用下使玻璃基板与PR之间的附着性加强。 玻璃基板进入AP后首先放置于Lift pin (12支)上，然后向Chamber内充入HMDS蒸汽,LTPS TFT-LCD制程之Photo,COATER的作用：在玻璃基板个的上均匀的涂上光刻胶，然后在VCD中利用低压将PR胶中溶剂部分析出，光刻胶是见光后性质就发生改变的物质。曝光后再显影便形成与MASK一样的图形（正性光刻胶,Coater处理方法有两种方式： Sp

8、in Coater & Linear Coater. Spin Coater是指以旋转的方式对玻璃基板进行涂敷，此时Nozzle只将PR喷洒于玻璃基板的中心即完成动作，通过玻璃基板旋转将PR胶均匀涂敷于玻璃基板上。此种方式适用于较小的玻璃基板，5G或5G以下。 所谓Linear Coater即是指玻璃基板不动，Nozzle进行往复移动从而达到在玻璃基板上涂敷的目的。此种方式适用于较大的玻璃基板，5G或6G以上,3）涂胶设备,Linear coater,涂胶设备： Linear coater将PR胶线性均匀的涂布在玻璃基板上 VCD通过对密封chamber的空气减压的方式将PR胶部分溶剂析出,L

9、TPS TFT-LCD制程之Photo,VCD设备外形图,通过Shuttle将玻璃基板放置于Pre-coater载台上，同时Chuck将玻璃基板进行真空吸附,Slit nozzle移动到待机位置的另一边，准备进行PR涂敷,真空吸附有玻璃基板的Chuck上升至PR涂敷位置，slit nozzle开始返回移动进行PR涂敷,LTPS TFT-LCD制程之Photo,VCD: 玻璃基板在LC按涂覆完毕后，进入到VCD单元。此单元的作用是用过将密闭chamber内空气减压的方式是PR内部部分溶剂析出达到干燥的目的,LTPS TFT-LCD制程之Photo,4）曝光机： 就是对涂好光刻胶的玻璃基板进行曝光

10、，他采用的方式就是利用光刻胶的光敏性将MASK上图像格式投影达到玻璃基板上。 曝光机的工作方式主要有两种，一种叫step方式，另一种叫SCAN方式，如图,Scan:其原理就是使玻璃基板和MASK在一个光束下同时移动，光束撒搜秒过的地方就完成曝光,Step:其原理就是将玻璃基板移动到MASK对应的待曝光区域，利用快门将哪个区域内的玻璃基板同时曝光,LTPS TFT-LCD制程之Photo,曝光机按功能可以划分为下几部分： 1、空调系统：负责保持整个曝光及内部恒温在22度左右。 2、console：控制台，主要由一台装有MPA5000的控制软件的工作站构成，他的作用是将人的指令程序输入曝光机，并反

11、馈机器运行状态。 3、Main body：集成mask stage和plate stage.这里是运行曝光的地方。 4、illumination system:提供曝光的光源，灯房导光系统，光转换系统。 5、mask储存箱：储存常用的mask，A-I共9个，I一般为中转用。 6、C/D box:集成了电源以及主机的机电控制电路。 7、mask changeer:更换mask,曝光机的组成结构图,LTPS TFT-LCD制程之Photo,曝光机主体外观图,如图为曝光机的main body，plate和mask就是在这里进行对位和曝光的，plate安置在下部的PS上。MASK安置爱在上部的MS上，

12、通过同步移动曝光,LTPS TFT-LCD制程之Photo,曝光机主体功能示意,1、曝光机的光源系统 主要由三个组成部分 灯房：内部装有16KW的超压水银灯，负责提供曝光光源。 导光通道：将灯房的光导入曝光机的MASKSTAGE部分。 光学转换系统：这里将光转换成弧形以适应曝光的需要,曝光机光源系统,曝光机成像系统,LTPS TFT-LCD制程之Photo,1,2,3,曝光机光路系统,2、UV光路系统,LTPS TFT-LCD制程之Photo,LTPS TFT-LCD制程之Photo,3、Mechanical pre 功能与结构： 功能： 感知玻璃基板在PLATE STAGE上的位置，通过换算

13、得到玻璃基板的位置。 结构： 如图所示，主要由推动气缸和塑料触片构 成。推动、接触、感知、测算,LTPS TFT-LCD制程之Photo,4、A/S（alignment scope） AS是指对位放大镜。也是相当重要的器件，它广泛的用于各种需要对位的场合： Mask Alignment(Pre,Fine) TV-Alignment(TV-Pre,TV-Fine) ADC检测 SDC检测 AS主要功能是通过透镜以及光纤系统将PLATE和MASK的对位标记传送并合成到一个平面，在这个平面上MASK以及PLATE这两个平面坐标系的原点冲个，这样我们就可以以MASK对位标志位基准进行对位,LTPS T

14、FT-LCD制程之Photo,5、TV-Fine Alignment 根据对位标记的偏差求MASK图像PLATE图像之间的偏差,6、Z-sensor Z-sensor顾名思义,及时检测Z方向距离的探测器，由于曝光机是依靠计算Z方向的距离来确定对焦情况的，所以这个sensor是非常重要的，如果出现检测不准确的情况，那么就会直接导致对焦不良的发生，其表现形式就是图像边缘不清晰，模糊,LTPS TFT-LCD制程之Photo,LTPS TFT-LCD制程之Photo,5）显影设备,Developer：显影单元，曝光后，被光照射过的PR胶 性质发生变化而溶于显影液。此处就是将已经曝光 的光刻胶溶解掉，

15、使PR形成据有TFT形状的薄膜，同 时还要进行显影后的清洗和干燥处理。 主要包括六部分： 入口Conveyer 显影单元 循环水洗单元 直水洗 干燥单元 出口变换单元,基板搬送速度：5-7m/min,LTPS TFT-LCD制程之Photo,显影流程示意图,LTPS TFT-LCD制程之Photo,水平清洗,倾斜清洗,水平搬送场合,倾斜搬送场合,显影的清洗方式有两种：水平清洗和倾斜清洗,LTPS TFT-LCD制程之ETCH,蚀刻（etch）： 蚀刻(etching)是将材料使用化学反应或物理撞击作用而移除的技术。蚀刻技术可以分为湿蚀刻(wet etching)和干蚀刻(dry etching

16、)两类 通常所指蚀刻也称光化学蚀刻（photochemical etching），指通过曝光制版、显影后，将要蚀刻区域的保护膜去除，在蚀刻时接触化学溶液，达到溶解腐蚀的作用，形成凹凸或者镂空成型的效果,通过化学作用，将没有被光刻胶覆盖的部分的薄膜溶解去掉，留下被光刻胶保护的部分,Etch,蚀刻示意图,LTPS TFT-LCD制程之ETCH,蚀刻的要求指标： Selectivity:蚀刻选择比，即指不同膜在同一条件下蚀刻时各个膜蚀刻速度的相对比。 Sa/b = Ea / Eb 即A膜在任意条件下的蚀刻速度为Ea，B膜在同一条件下的蚀刻速度为Eb。 CD BIAS =|DICD - FICD| 说

17、明: 1、CD：critical dimension DICD: development inspection CD ，PR间间距（有PR时） FICD：final inspection CD，蚀刻完后，无PR。 2、干法蚀刻主要以垂直方式蚀刻，CD BIAS 较小：湿法蚀刻水平方向的蚀刻多于干法蚀刻，CD BIAS较大,蚀刻选择比示意图,LTPS TFT-LCD制程之ETCH,Uniformity ：指的是均匀度。计算均匀度的方法有好几种，这里表示的是通常使用的计算方法： Max - Min Uniformity（%）=x100 2Average,蚀刻因子：蚀刻液在蚀刻过程中，不仅向下而是对

18、左右各个方向都有蚀刻作用，侧蚀是不可避免的，侧蚀宽度和侧蚀深度之比称为蚀刻因子。侧蚀造成突沿，侧蚀和突沿降低，蚀刻因子会提高，突沿过度会造成导线短路，因为突沿会突然断裂下来，在导线间形成电的连接，严重的侧蚀则使精细导线的制作成为不可能,Etch Rate :指的是蚀刻速度，即在单位时间内所要蚀刻的膜以哪种程度的厚度蚀刻掉。蚀刻单位为nm/min,LTPS TFT-LCD制程之ETCH,干蚀刻（Dry Etch）： 干蚀刻，即将特定气体置于低压状态下施以电压，将其激发成电浆（plasma），对特定膜层加以化学性蚀刻或离子轰击，达到去除膜层的一种蚀刻方式。 干蚀刻一般用于非金属膜的蚀刻,电浆示意图

19、,电浆：是除固、液、气之外，物质存在的第四状态。它主要由电子正离子、分子、自由基等组成，但其中正负电荷总数却处处相等，对外显示电中性，这种状态的气体被称为电浆（plasma,制程腔真空系统设备图,LTPS TFT-LCD制程之ETCH,干蚀刻的原理电浆的碰撞 电浆中有两类碰撞： 1、弹性碰撞：无能量交换，较常发生，但对蚀刻的影响不大 2、非弹性碰撞：能量交换，对蚀刻影响很大，其主要反应方式有,非弹性碰撞,离子化碰撞,激发松弛碰撞,分解碰撞,LTPS TFT-LCD制程之ETCH,1）离子化碰撞： 当电子与一个原子或分子相碰撞时，它会将部分能量传递给受到原子核或分子核束缚的轨道电子上。当该电子获

20、得的能量足以脱离核子的束缚，它就会变成自由电子，此过程称为离子碰撞游离。 e-+A A+2e- 离子化碰撞非常重要，它产生并维持电浆,LTPS TFT-LCD制程之ETCH,2）分解碰撞： 当电子和分子碰撞时，如果因撞击而传递到分子的能量比分子的键合能量更高时，那就能打破化学键并且产生自由基。 e-+AB A+B+e- 自由基是至少带有一个不成对电子的一种分子碎片，因此并不稳定。自由基在化学上是非常活泼的，因此它们有一种很强的倾向去抢夺其他原子或分子的电子以形成稳定的分子,LTPS TFT-LCD制程之ETCH,3）激发松弛碰撞： 激发是指传递足够多的能量而使轨道电子跃迁到能量更高的轨道的过程

21、。 e-+A A*+e- 激发状态不稳定且短暂，在激发轨道的电子会迅速掉到到最低的能级或基态，此过程称之为松弛。激发的原子或分子会迅速松弛到原来的基态，并以光子的形式把它熊电子碰撞中得到的能量释放出来。 A* A+hv,LTPS TFT-LCD制程之ETCH,干蚀刻的方式 干蚀刻中起作用的主要是自由基和正离子。自由基化学性质很活泼，很容易和膜的表面分子发生反应，可达到膜层去除的作用。反应生成物作为废气被排出。 带正电的离子在电厂的作用下几乎垂直撞向基板，轰击膜层表面的分子键合，促进自由基的化学反应，并是表面产生的反应物脱落。 干蚀刻是以自由基为主，还是以正离子为主，根据使用的不同分为,干蚀刻,

22、化学性蚀刻,物理性蚀刻,LTPS TFT-LCD制程之ETCH,物理性蚀刻,化学性蚀刻,物理性蚀刻： 是电浆中的正离子在电场的作用下加速。垂直轰击薄膜表面，是非等向性的蚀刻（电场方向时刻速率较大） 化学性蚀刻： 是电浆中的自由基与薄膜发生化学反应，是等向性的蚀刻（各方向蚀刻速率一致,LTPS TFT-LCD制程之ETCH,干蚀刻的模式,1、PE mode (plasma etching mode) 化学性蚀刻 射频电源接在上电极，基板位于下电极上 在蚀刻中利用自由基与基板的化学反应进行蚀刻，是等向性蚀刻 低蚀刻速率 低均一性 对面板造成的损害很少,LTPS TFT-LCD制程之ETCH,2、I

23、CP mode(inductivity coupled plasma) 物理性蚀刻+化学性蚀刻 上部是线圈状的诱导电极，下部是Bias电源 在线圈状电极的磁场作用下，plasma中的电子和离子会做水平方向的螺旋运送，因此电离率比其他的type高2倍 下部的bias电极吸引lion轰击基板，进行蚀刻，能达到高密度的plasma及高蚀刻率 非等向性蚀刻 一般会产生particle,LTPS TFT-LCD制程之ETCH,3、ECCP mode (Enhanced Capacitive coupled Plasma) 物理性蚀刻+化学习型蚀刻 再下电极接有两个电源 其中Source Power主要用

24、来解离气体以产生Plasma Bias Power主要用来调节plasma的状态，以加强离子的轰击效应，所以plasma的密度虽然不是很高，但依然能达到较高的蚀刻速率 非等向性蚀刻 高蚀刻速率,LTPS TFT-LCD制程之ETCH,干蚀刻设备简介： L/L:loader/lock.用于基板的装载和卸载 T/M:Transter Module.里面的主要部件为真空robot，连接L/L和P/C P/C:Process chamber。反应腔，完成薄膜的蚀刻，做出需要的线路,LTPS TFT-LCD制程之ETCH,干蚀刻设备辅助系统： 1、气体供应系统（GAS BOX）： 用来提供反应的proc

25、ess gas，内部主要的部件有：Filter、MFC、pneumatic valve. Filter:用来过滤气体，使从厂务过来的气体在进P/C前，更加的纯净。 MFC：为mass flow controller,调节气体的流量，使其符合制程要求。 pneumatic valve：用来控制气体管路的通断,气体供应系统设备内部图,气体供应系统工作示意图,LTPS TFT-LCD制程之ETCH,2、EPD（end point detector）:蚀刻终点侦测系统。利用反射光所产生的干涉来侦测透明薄膜厚的变化，当侦测到厚度停止时，即是蚀刻完成,目的：利用蚀刻从开始到结束特定波长光强度的变化，检测出

26、最佳蚀刻终点，EPD测量的光的强度的变化的途径有两种。 EPD的测量途径有两种：测量生成物（下降型）和测量反应物(上升型。,LTPS TFT-LCD制程之ETCH,3、射频电源系统： 由射频发生器、匹配箱和连接电缆组成。 射频发生器是气体电离为店家的能量来源，机台所使用频率为13.56MHZ和3.2MHZ。其中13.56MHZ作为Power source，3,2MHZ作为Bias power。 匹配箱为了功率匹配，使输出功率达到最大值，反射功率减小到最小。 连接电缆用来连接射频发生器和匹配箱。匹配箱与制程腔电极相连,射频发生器,射频电源系统外形图,射频电源系统图,LTPS TFT-LCD制程之

27、ETCH,4、制程腔真空系统,制程腔真空系统设备图,LTPS TFT-LCD制程之ETCH,5、chiller：冰水机 作用：控制制程腔温度稳定，以达到工艺要求。 Chiller选用3channel的，分别对上部电极、chamber wall和下部电极的温度进行控制。 Chiller温度控制范围一般为： channel1:1080 channel2:3090 channel3:3090,冰水机系统设备图,湿蚀刻（Wet Etch ） 所谓湿法蚀刻，就是将基板置于液态的化学腐蚀液中进行腐蚀，在腐蚀过程中，腐蚀液将把它所接触的材料通过化学反应逐步浸蚀溶掉。 湿式蚀刻的化学反应属于液相（溶液）与固相

28、（薄膜）的反应。当湿蚀刻进行动作的时候，首先，溶液里的反应物将利用扩散效应来通过一层厚度相当薄的边界层，以达到被蚀刻薄膜的表面。然后，这些反应物将于薄膜表面的分子产生化学反应，并生成各种生成物。这些位于薄膜表面的生成物，也将利用扩散效应而通过边界层到溶液里，而后随着溶液被排出。 就湿法和干法比较而言，湿法的腐蚀速率快、各向异性差、成本低，腐蚀厚度可以达到整个硅片的厚度，具有较高的机械灵敏度。但控制腐蚀厚度困难。 湿蚀刻一般用于金属膜的蚀刻,LTPS TFT-LCD制程之ETCH,LTPS TFT-LCD制程之ETCH,湿蚀刻的过程： 反应物质扩散到欲被蚀刻材质的表面 反应物质被蚀刻薄膜反应 反

29、应后的产物从蚀刻表面扩散到溶液中，并随溶液被排出。 在此三个过程中，反应最慢者就是蚀刻速率的控制关键，也就是说，该阶段的进行速率即是反应速率,湿蚀刻的反应过程示意图,主溶液,LTPS TFT-LCD制程之ETCH,1、 SIO2膜的蚀刻 （1）反应剂输送到表面 （2）蚀刻液在表面选择、控制反应而蚀刻 （3）反应副产物离开表面 蚀刻SIO2膜时，通常使用HF+H2O,SIO2膜的蚀刻过程,SIO2膜的蚀刻化学方程式,LTPS TFT-LCD制程之ETCH,2、氮化硅的蚀刻： SI3N4的蚀刻是在180摄氏度的热磷酸中进行的，PR胶不能做掩蔽，蚀刻速率为R10nm/min, SI3N4 /SIO2

30、典型选择比为10:1，对SI3N4 /SI,蚀刻选择比为30:1 3、多晶硅的蚀刻液为HF:HNO3=35：1，其缺点是由于SIO2和 多晶硅的颜色都是随厚度周期变化，所以 终点不易控制。 4、铝膜蚀刻：70摄氏度的热磷酸，注意加振动及时排处副产物H2。或者使用磷酸：硝酸：乙酸=77:3:20,热磷酸蚀刻化学方程式,磷酸：硝酸：乙酸蚀刻液蚀刻,LTPS TFT-LCD制程之ETCH,Wet设备功能示意图,Wet设备各部分功能： EUV:降低contact angle及去除有机物 BUFFER1：避免酸气进入到EUV及BUFFER Chamber ETCH14:对玻璃基板上的薄膜进行蚀刻 RIN

31、SE1：快速将基板上的残酸置换，避免持续蚀刻，而导致蚀刻不均的问题 RINSE26：保持基板上方湿润状况，避免水膜产生，导致后续制程出现异常 A/K:采用气刀式干燥，对玻璃基板进行干燥。 CV12：将基板传送至OUT端并送上升至PASS LINE高度,LTPS TFT-LCD制程之ETCH,1、EUV Chamber： 主要用于去除CONTACT ANGLE以及去除有机物 EUV采用的是Excimer UV的波长为172nm,EUV,EUV Chamber工作示意图,LTPS TFT-LCD制程之ETCH,2、Isolation chamber： 也就是设备的BUFFER1位置，主要的作用是避免酸气外泄至GLASS1或影响到UV Chamber 通常这个CHAMBER会