薄膜晶体管-液晶显示行业(TFT-LCD)高精细产品需求越来越多, 尤其当8.5代及以上大世代线生产手机等小尺寸产品时, 彩膜曝光机的曝光均一性及叠层(Overlay)精度难以保证的问题突出, 影响大世代线高精细产品的开发及生产。通过对彩膜曝光机自动补偿功能的研究, 发现使用曝光机的间距(Gap)自动补偿, 将差值自动补正到每个区域(Shot)中, 使每个区域曝光间距更接近实际间距, 使区域间间距差异变小, 可以保证曝光均一性; 另外, 通过使用曝光机的新型光路自动补偿系统, 根据每枚基板整体形变和黑矩阵(BM)工艺的区域形变的实际形变量进行更有效的补偿, 得到更匹配BM的区域形状, 可以提高叠层精度。当彩膜曝光机可以保证曝光均一性和叠层精度, 则可为大世代线开发和生产更多小尺寸高精细产品提供支持。

在TFT制程中, 曝光工艺直接影响到薄膜的最终图案质量。为了分析与解决曝光色差问题, 需对面板的点灯现象与制备工艺进行调查与研究。首先, 通过扫描电子显微镜分析、错位曝光试验、数据分析等方法进行不良原因调查。同时, 借助开源软件GIMP和Fiji进行图像处理得到面板灰度数据, 对色差程度进行定量评价。然后, 通过调整曝光设备照度均一性与管控最优生产路径, 曝光色差发生率从10%以上降至1%以内, 有效改善面板显示品质。最后, 结合ExpertLCD光学模拟数据与电容耦合效应分析, 进一步阐述曝光色差的形成机理。研究发现, 像素电极临界尺寸应管控在一定范围并且需保证较好的均一性, 像素电极临界尺寸过小、过大都会使曝光色差更易显现。同时, 各导电层的临界尺寸也需保证较好的均一性, 以减小耦合电容对显示的影响。

为了实现超高清、超高分辨率、大尺寸LED显示器的推广应用, 本文分析了小间距LED显示的技术路线和在显示效果等方面存在的问题, 详细阐述了集成封装、显示驱动控制、均一性调控和补偿等技术应用于超高清、超高分辨率、大尺寸LED显示器, 提高显示效果所做的一些工作和研究进展, 探讨了基于倒装发光芯片的微小间距LED显示技术的未来发展趋势。

液晶面板上配单层触控传感器(Single Layer On Cell, SLOC)产品在完成传感器光刻工艺后, 在宏观检查机上观察, 基板的彩膜倒角侧存在大面积的不良(Mura), 测试不良区域与正常区域的关键尺寸(CD)值, 不良区域的CD值明显偏大, 部分点位超出管控指标;另外, SLOC产品在生产工艺后段模组段缺陷不良高发, 缺陷不良平均发生率为2.82%, 缺陷不良高发位置与不良和CD偏大区域基本一致, 有强相关性。通过旋转涂布等测试以及实际流片观察, 锁定造成不良的设备为显影机。由于基板从显影1(DEV#1)进入显影2(DEV#2)时基板流片末端药液干燥导致显影不良, 进而引起不良, 本文称其为干燥不良。为解决此问题, 对基板由DEV#1向DEV#2流片的速度进行软体修改, 干燥不良有轻微改善, 但未消除; 通过在DEV#1腔室内增加二次液切的方式, 消除了SLOC产品传感器光刻生产时的干燥不良。SLOC产品的CD均一性由3.3%提升到1.9%, 缺陷不良率从改善前的平均2.82%降低到平均0.27%。

在四次光刻工艺中, 半光刻制程中光刻胶膜残量的控制, 对于TFT沟道形貌以及电学特性至关重要。因此, 本文研究了在氧化物 TFT-LCD 四次光刻工艺中, 影响半光刻制程中光刻胶剩余量的关键因子, 通过全因子实验设计, 得到了预烘温度、减压干燥的快抽时间和显影时间的最优组合, 再通过单因子实验优化出最优曝光量。结果表明, 该实验设计可有效优化半光刻后光刻胶的剩余量及均一性, 并获得理想的实验条件组合。当预烘温度、减压干燥快抽时间、显影时间以及曝光量分别为115 ℃、10 s、52 s和67 mJ/cm2时, 光刻胶剩余量可以控制在0.51 μm, 线宽为11.17 μm, 均一性良好(< 5%)。

本文对在等离子体刻蚀工艺中, 功率、压强、气体比例重要参数对a-Si刻蚀均一性的影响进行了研究。采用PECVD成膜、RIE等离子体刻蚀, 并通过台阶仪和光谱膜厚测定仪对膜厚进行表征。结果表明压强在10~15 Pa, 功率在5 500~6 500 W的参数区间, a-Si刻蚀均一性波动不大, 适合工业化生产。a-Si刻蚀速率及刻蚀均一性对气体比例较为敏感, SF6∶HCl=800∶2 800 mL/min时a-Si刻蚀均一性为最佳。四角排气方式对维持等离子体浓度作用明显, 有利于刻蚀均一性的提升。四周排气方式会破坏等离子体浓度进而破坏a-Si刻蚀的均一性。

为了对TFT((Thin Film Transistor)光刻DICD(Develop Inspection Critical Dimension)均一性进行改善，分析了光刻DICD存在差异性的原因，并建立了改善循环流程。对循环流程改善原理及方法进行说明。首先，根据处于光刻系统最佳焦平面位置光刻胶吸收光强最大，DICD最小（DICDmin）原则，提出了调整光刻平面，使其与系统最佳焦平面趋势一致，可减小DICD差异性。接着，计算出各光刻区域与最佳焦平面位置处的DICD差值（DICD-DICDmin），并通过结合光刻区域台板平坦度，判断DICD-DICDmin各差值的正负性。然后，采用最小二乘法对光刻区域DICD-DICDmin进行平面方程拟合，该平面即为光刻趋势平面，并反映了光刻平面与光刻系统最佳焦平面的差异。最后，以此平面方程作为光刻机台板高度调整平面方程，并对光刻区域台板高度进行调整，从而使得实际光刻平面趋于系统最佳焦平面。结果表明：该方法连续实验3次，DICD均一性可改善30%以上。

随着高分辨率产品导入, TFT-LCD 阵列段各项参数范围越来越小, 工艺要求更为严格, 为了更好地管控湿法刻蚀各项参数, 本文以湿法刻蚀FI CD(Final Inspection Critical Dimension)均一性的影响因素及如何提高FI CD均一性为目的进行研究。首先, 通过对湿法刻蚀设备参数(主要包括刻蚀液温度、流量、压力、浓度、Nozzle Sliding、Oscillation Speed、刻蚀时间等)进行试验, 验证各项参数对FI CD均一性的影响。其次, 对沉积工序、曝光工序以及产品设计等进行试验, 获悉影响因素并进行改善。通过对湿法刻蚀设备自身参数的调整, 如减少设备温度、流量、压力波动, 使参数保持相对稳定状态, 可有效改善湿法刻蚀FI CD均一性, FI CD的均一性可从1.0降低至0.5。通过对湿法刻蚀设备参数进行试验并做相应调整, 湿法刻蚀FI CD均一性改善效果显著。