Array TFT基板Open类不良的研究

福州京东方光电科技有限公司 余舒娴 翁 超 崔泰城 史 化 魏雪文 范昌荣 柴国庆

1 引言

薄膜晶体管-液晶显示器（Thin Film Transistor-Liquid Crystal Display，TFTLCD）具备功耗低、寿命周期长、显示亮度高、重量和体积小的优点，使其成为电视机、电脑、移动设备及车载一体机等电子产品的主流显示器，为了提高其品质，相关研究有许多[1-5]。

目前数字平板显示大尺寸（43Inch、55Inch等）和高解析度（FHD：1920×1080，UHD：4K×2K）成为市场潮流[6]。近几年来，Cu制程已经成为许多平板显示公司重点布局开发和快速导入量产的技术对象。TFT-LCD阵列（Array）基板制备过程中，一般采用磁控溅射方式沉积金属Cu膜，再经过涂覆曝光、显影、蚀刻和剥离制备所需要的配线[7-9]。

由于在玻璃原材的选择、Cu成膜、涂胶、刻蚀过程中的不良，会对TFT-LCD阵列基板会造成Open类不良。而DO是Array TFT生产中的一种主要不良。其中，Source& Data Open Metal Remain（SD Open Metal Remain）和FA DO（Fan out Area Data open）是DO两种主要的不良[10]。基板的外围数据线密集，容易造成连续多根（＞3根）的线路断开，从维修手法上（Repair）修复连续多根断线是难以实现的，因此，从工艺上根本改善FA DO是降低DO发生率，提高产品良率产生主要途径。

本文针对不同玻璃基板的DO不良进行研究，根据不同玻璃基板的DO发生率的差异，探究影响DO的因素，为TFT-LCD生产良率提升提供工艺窗口。

2 实验方法及DO不良介绍

本文实验选用溢流法生产的高铝玻璃基板（0.5T），为了保护玻璃厂家商业利益，将两种玻璃基板分别命名为A和B。

2.1 实验方法

（1）刻蚀率：分别选取8张A和B白玻璃，采用Gate层工艺：进行Mask、Exposure、Etch、Strip，分别选取40个点/Glass，测试Step，得出H2O2（含F-）对A和B刻蚀率差别；

（2）粗糙度：

①分别测试2张A和B白玻璃的AFM；②分别测试2张A和B采用Gate层工艺：进行Mask、Exposure、Etch、Strip的AFM，该组实验记为白玻璃刻蚀200s；③分别测试2张A和B采用Gate层工艺：进行Dep、Mask、Exposure、Etch、Strip的AFM，该组实验记为正常工序。

（3）旋转实验：分别在Gate Dep和ITO Dep旋转600张A厂商的玻璃，同一工序在同一台稳定的设备进行金属成膜后，比较同一时间段，FA DO的发生率差异。

2.2 实验表征仪器

用原子力显微镜（XE15型，Park SYSTEMS，韩国）测试样品表面粗糙度；用EDX能谱（Genesis XM型，EDAX，美国）进行成分分析；用扫描电子显微镜（EM-30型，Bruker公司，德国）测试样品形貌；用台阶仪（ET8500型，KOSAKA公司，日本）测试样品刻蚀率。

2.3 DO缺陷实物解析

金属镀膜、涂胶过程中水渍、油污和金属Particle掉落、还有刻蚀工艺中刻蚀均匀性都会导致Data Line断掉，由此产生DO缺陷。如图1所示，FA DO主要形态是断裂处边缘发黑，发生区域主要集中在玻璃边缘。

图1 DO不良示意图Fig.1 Schematic of Data open defect

3 结果与讨论

DO不良是Array TFT生产中Array工艺的主要不良之一。本文研究玻璃基板刻蚀粗糙度、翘曲率、Particle数值三个因素对DO不良的影响。

3.1 两种玻璃基板DO不良率对比

图2所示是两种玻璃基板的EDS能谱图，从图2中可以看出，两种玻璃的成分差别比较多，而玻璃成分的不同，会造成玻璃结构的差异，从而表现为两种玻璃物理化学性能的不同。

图2 (a)A玻璃基板和(b)B玻璃基板的EDS测试结果Fig.2 EDS result of (a)A Glass substrates and (b)B Glass substrates

图3所示对比了A和B玻璃基板的两种主要不良的发生率。从图3中的对比可知，A基板的SD Open Metal Remain和FA DO较高，A玻璃基板的SD Open Metal Remain不良率是B的2.88倍，FA DO是B的1.875倍。

图3 两种玻璃基板DO不良率对比Fig.3 Comparison of DO defect rate between two kinds of glass substrates

3.2 两种玻璃基板的刻蚀粗糙度对比

为了更好的对比刻蚀效果，本文做了三组实验。一组是白玻璃直接测试表面粗糙度；一组是用玻璃基板直接刻蚀200s，记为白玻璃刻蚀200s；一组是经过正常工艺Gate Etch后刻蚀。

图4所示是两组玻璃的SEM图，对比了A、B两种玻璃刻蚀结果，从图中可以明显看出：白玻璃刻蚀200s和正常工艺处理后刻蚀的结果一致，即A玻璃刻蚀后明显比B凹凸不平，当这种Etch不平整加重，即Gate金属膜层刻蚀的不平整叠加上刻蚀液对玻璃的钻刻的不平整就会导致Gate断掉，即FA DO。

图5所示是A&B白玻璃和A&B玻璃基板经正常工艺即Gate Etch后的AFM测试结果。从图中的Ra值可以看出，虽然A&B玻璃基板在刻蚀前，A较B平整，但是A&B白玻璃刻蚀200s后，A玻璃的粗糙度大于B，这个结果和图4所示的SEM结果一致。

图4 玻璃基板在Gate Etch后SEM图Figure 4 SEM result of the glass substrate in the Gate Etch

图5 (a)A&B白玻璃的AFM测试结果；(b)A&B白玻璃刻蚀200s后的AFM测试结果Fig.5 (a)AFM test results of A&B；(b)AFM test results after A&B white glass etching 200s

为了进一步研究玻璃基板粗糙度和DO不良率的关系，将两种玻璃基板Gate Etch前后的粗糙度画为柱状图，并标出对应的DO不良率。从图6可以看出，刻蚀前，A玻璃基板的表面较B玻璃基板光滑，刻蚀后，A玻璃基板的表面粗糙度大于B玻璃基板。A玻璃基板刻蚀前后粗糙度比为刻蚀后/刻蚀前=3.44，B的刻蚀后/刻蚀前=1.42。而且，玻璃基板的粗糙度和DO不良率成正相关，刻蚀后表面粗糙度越小，DO不良率越低。

不同成分的玻璃基板经过相同的刻蚀处理后，表面粗糙度变化量不同，说明玻璃的成分对Cu刻蚀液的刻蚀效果有影响。在玻璃的组成成分中，Al2O3、CaO有利于调高玻璃的耐水、耐酸性[11]。图2所示的EDS结果可以看出，A玻璃的Al2O3、CaO含量比B高，因此A玻璃基板的耐酸性较强，从Cu刻蚀数据得出刻蚀率：A=2.3Å/s，B=2.5Å/s。导致A玻璃基板在酸性Cu刻蚀液刻蚀后，表面粗糙度大，DO发生率高。

图6 玻璃基板粗糙度与DO不良率的关系Fig.6 The relationship between the roughness of glass substrate and the rate of DO defect

3.3 玻璃基板的翘曲率对DO影响

玻璃基板的表面状态会直接影响DO的不良率，因此，本文研究了玻璃基板的翘曲率和DO不良的关系，结果如图7所示。从图中可以看出，翘曲率和DO不良率成正相关，因此，玻璃基板越平整，DO不良率越低。

图7 翘曲率和DO不良率的关系Fig.7 Relationship between warping rate and DO d efect rate

为了改善玻璃翘曲率，将ITO Dep的玻璃基板旋转180°后按正常工艺进行处理，发现玻璃基板的DO的不良率明显改善，结果如图8所示。玻璃基板旋转后DO不良率比旋转前降低了0.26%，发生率约为之前的3/8。旋转玻璃基板，玻璃的翘曲率分布状态随之改变，旋转前容易发生DO不良的区域的玻璃平整度改善，DO也随之降低。

图8 玻璃基板旋转前后DO不良率Fig.8 DO defect rate of glass substrate before and after rotation

3.4 玻璃基板的Particle值对DO影响

Particle是导致DO的一个非常大的因素，因此，本文研究了玻璃基板的Particle值和DO不良的关系。不良按尺寸分为小（Small）、中（Medium）、大（Large）、极大（Humongous）。图9统计了两种玻璃基板的Particle不良大小，A玻璃基板的S级defect占比为87%，B为33%，A/B=2.63。

图9 玻璃基板不良Size占比Fig.9 Proportion of defect Size on glass substrate

对A玻璃基板的Small Size Particle进行改善，结果如图10(a)所示，Small Size Particle占比从87%降为51%。图10(b)分析了Particle数值和DO不良率的关系，随着Particle值降低，DO和FA DO都明显降低。因此，降低玻璃基板上的Particle值，尤其是小Particle，可有效改善DO不良率。

图10 (a)A基板，Particle改善前后，Size占比；(b)Particle数值和DO不良率的关系Fig.10 (a)The defective glass substrate ratio before and after Particle improvement；(b)Relationship between particle value and DO defect rate

4 结论

本文根据Array TFT行业生产过程中提升良品率的需求，介绍了Array工艺中的DO不良及其产生的原因。然后研究并分析了玻璃基板刻蚀粗糙度、翘曲率、Particle数值三个因素对DO不良的影响。结果表明：

（1）A玻璃基板刻蚀前后粗糙度比为刻蚀后/刻蚀前=3.44，B刻蚀后/刻蚀前=1.42。玻璃的成分对相同Cu刻蚀液的刻蚀效果有影响。而且，玻璃基板的粗糙度和DO不良率成正相关，刻蚀后表面粗糙度越小，DO不良率越低。

（2）玻璃基板越平整即玻璃翘曲率越小，DO不良率越低。将玻璃基板旋转180°后DO不良明显下降。

（3）玻璃基板上的Particle值和DO不良率成正相关。降低玻璃基板上的Particle值，尤其是小Particle，可有效改善DO不良率。

文章创新点：

本文研究了Array TFT制造过程中数据线断线DO不良，据我所知，目前没有相关论文对这个不良展开研究。

本文介绍了DO不良，研究并分析了玻璃基板刻蚀粗糙度、翘曲率、Particle数值三个因素对DO不良的影响。结果表明：

（1）A玻璃基板刻蚀前后粗糙度比为刻蚀后/刻蚀前=3.44，B的为1.42。对于双氧水基铜刻蚀液，不同玻璃的刻蚀效果敏感于玻璃成分差异。而且，玻璃基板的粗糙度和DO不良率成正相关，刻蚀后表面粗糙度越小，DO不良率越低。

（2）玻璃基板越平整即玻璃翘曲率越小，DO不良率越低。

（3）玻璃基板上的Particle值和DO不良率成正相关。降低玻璃基板上的Particle值，尤其是小Particle，可有效改善DO不良率。

本文的研究能够丰富对于Array TFT的研究，对于改善实际生产中的DO不良具有指导作用。