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1.液晶显示器的结构

一般来说,TFT-LCD由上基板组件、下基板组件、液晶、驱动电路单元、背光模组和其他附件组成,其中下基板组件主要包括下玻璃基板和TFT阵列,上基板组件由上玻璃基板、偏振片和覆盖上玻璃基板的膜结构组成,液晶填充在上、下基板形成的间隙中。图1.1显示了彩色TFT-LCD的典型结构,图1.2进一步显示了背光模组和驱动电路单元的结构。

在下玻璃基板的内侧,有一系列导电玻璃微板、TFT半导体开关器件和连接对应于显示器像素的半导体开关器件的纵横线,它们都是通过光刻、刻蚀等微电子制造工艺形成的,每个像素的TFT半导体器件的截面结构如图1.3所示。

在上玻璃基板的内侧,镀有一层透明导电玻璃板,通常由氧化铟锡(ITO)制成,它与下基板上的许多导电微板形成一系列电场,作为公共电极。如图1.4所示。如果LCD是彩色的,则在公共导电板和玻璃基板之间有三原色(红、绿和蓝)滤光器单元和黑点。黑点的作用是防止光从像素点之间的间隙泄漏。它由不透明的材料制成,因为呈矩阵状分布,所以被称为黑矩阵。

2液晶显示器制造工艺流程

彩色TFT-LCD的制造工艺主要包括四个子工艺:TFT工艺、彩色滤光片工艺、单元工艺和模块工艺[1] [2]。各流程子流程之间的关系如图2.1所示。

图2.1彩色TFT-LCD工艺流程

2.1TFT工艺(TFT工艺)

TFT加工工艺的作用是在下玻璃基板上形成TFT和电极阵列。对于图1.3所示的TFT和电极的分层结构,通常采用五道掩膜工艺,即使用五道掩膜,通过五道相同的图形转移工艺完成对图1.3所示的TFT分层结构的加工[2],每道图形转移工艺的加工结果如图2.2所示。

(No.65438号+0图形转移流程(b)2号图形转移流程(c)3号图形转移流程

(d)第四图案转印过程(e)第五图案转印过程

图2.2每个图案转移过程的处理结果

图形转移沉积工艺由沉积、光刻、刻蚀、清洗、检测等过程组成,其具体流程如下[1]:

涂了光刻胶?打扫卫生?薄膜沉积?玻璃基板的检查?开始

结束?检查?去除光刻胶?蚀刻?发展?曝光;揭露

其中,有两种蚀刻方法:干法蚀刻和湿法蚀刻。上述工艺的处理原理类似于集成电路制造工艺中使用的相应工艺的处理原理。但是,由于液晶显示器中玻璃基板的面积较大,TFT加工过程中所采用的加工方法的工艺参数和设备参数有其特殊性。

2.2滤板的加工工艺

(a)玻璃基板(b)挡光板处理(c)滤光器处理

(d)过滤处理(e)过滤处理(f) ITO沉积。

图2.3过滤器组件的形成过程

滤板加工工艺的作用是在基板上加工出如图1.4所示的薄膜结构,其流程如下:

结束?测试?ITO沉积?测试?保护性清洗?过滤处理?阻光处理?开始

以上主要工序或流程的加工效果如图2.3所示。

在滤光片基板上排列一系列由不透明材料制成的、呈矩阵状分布的黑点,并通过相应的图案转移工艺(也称为光刻胶处理工艺)进行处理,在滤光片处理工艺开始时排列。图形转移过程依次包括以下几个过程:溅射沉积、清洗、涂光刻胶、曝光、显影、湿法刻蚀和去除光刻胶,每个过程的基本原理分别如图2.4(a)-(g)所示。

(a)溅射沉积(b)清洗(c)光致抗蚀剂涂层(d)曝光。

(e)显影(f)湿法蚀刻(g)去除光刻胶。

图2.4光栅图案转移过程

检验时,各工序的原理示意图如图2.5所示。?发展?曝光?挡光片加工后进入滤光片加工阶段,三种滤光片(红、绿、蓝)分别经过三种图案转移工艺加工。由于三个滤光片直接由不同颜色的光刻胶制成,所以这次的图案转移工艺与之前的图案转移工艺不同,它不包括蚀刻和去除光刻胶的工艺。具体工艺包括以下步骤:涂覆彩色光刻胶

挡光板处理后,经过清洗和测试后进入ITO沉积工序,最后在滤光层上镀一层导电玻璃氧化铟锡(ITO),形成滤光板的公共电极。

(a)彩色光刻胶涂层(b)曝光(c)显影(d)检验。

图2.5彩色滤光片图案转移过程

3液晶显示器的典型制造工艺

液晶显示器的制造工艺与集成电路基本相似,不同的是液晶显示器中的TFT层状结构是制作在玻璃基板上,而不是硅片上。另外,TFT制造工艺要求的温度范围是300~500oC,而集成电路制造工艺要求的温度范围是1000 oC。

3.1沉积过程

液晶显示器制造过程中使用的沉积方法主要有两种:一种是离子增强化学气相沉积,另一种是溅射沉积。离子增强化学气相沉积的基本原理是将玻璃基片置于真空室中,加热到一定温度,然后通入混合气体,在该室的电极上施加射频电压,混合气体转变为离子态,从而在基片上形成金属或化合物的固体薄膜或涂层。溅射沉积法的基底原理是:在真空室中,用带电粒子轰击靶材,使其原子获得足够的能量溅射出来进入气相,然后在工件表面沉积一层与靶材相同材料的薄膜。一般为了不改变靶材的化学性质,带电粒子是氦离子和氩离子。溅射沉积方法有很多种,如DC溅射法和射频溅射法。

3.2光刻工艺

光刻工艺是将掩模上的图案转移到玻璃基板上的工艺。由于液晶面板上划线的质量取决于光刻工艺,所以光刻工艺是液晶显示器加工中最重要的工艺之一。光刻对环境中的尘埃粒子非常敏感,因此必须在高度洁净的室内进行。

3.3蚀刻过程

蚀刻工艺分为湿法蚀刻工艺和干法蚀刻工艺。湿法刻蚀工艺利用液体化学试剂化学去除衬底表面的材料,具有时间短、成本低、操作简单的优点。干法刻蚀工艺是用等离子体刻蚀薄膜线条的工艺。按反应机理可分为等离子刻蚀、反应离子刻蚀、磁增强反应离子刻蚀和高密度等离子刻蚀,按结构形式可分为圆筒型和平行板型。干法刻蚀工艺的优点是侧向腐蚀小,控制精度高,大面积刻蚀均匀性好。垂直度和平滑度极佳的镜面也可以用ICP技术刻蚀。因此,干法刻蚀在制作微米、深亚微米、纳米尺度的几何图形方面具有明显的优势。

4液晶显示器制造技术的发展趋势

4.1TFT-LCD的发展趋势

因为玻璃底板的尺寸对生产线能加工的LCD最大尺寸和加工难度起着决定性的作用,所以LCD行业根据生产线能加工的玻璃底板最大尺寸来划分生产线属于哪一代。比如5代线最高阶段的底板尺寸为1200X1300mm,最多可以切割6块27寸宽屏液晶电视基板。6代线底板尺寸为1500X1800mm,32寸基板可切割8片,37寸基板可切割6片。7代线底板尺寸为1800X2100mm,42寸基板可切割8片,46寸基板可切割6片。图4.1为1 ~ 7代玻璃底板尺寸定义。目前全球范围已经进入6、7代产品的生产阶段。据预测,未来两年,5代之前的产能增量将逐渐减少,而最近两年,6代和7代的产能将加速增长。目前各大设备厂商也推出了能与6代以上生产线配套的设备,如尼康应用于6、7、8代生产线的光刻机FX-63S、FX-71S、FX-81S等步进投影平板显示器。