浅谈彩色滤光片生产制程不良解析及设备应用

颜媛

摘 要：中电熊猫液晶材料科技有限公司自2012年建厂以来，在产线设备装机、调试的同时，也兼顾着实验室的相关设备安装，主要设备有FT-IR（红外光谱仪）、SEM/EDS（扫描电子显微镜/能谱仪）、3D显微镜、小型色度机、接触式膜厚计。自2013年年底开始陆续投入使用，现已能够充分配合产线，对不良缺陷的形态、成分进行定量定性分析，也可对成品进行信赖性测试。

关键词：不良品 红红外光谱仪 客诉NR 扫描电子显微镜

中图分类号：TN141 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2018）08（b）-0110-02

随着TFT-LCD（Thin Film Transistor Liquid Crystal Display，薄膜晶体管液晶显示器）的流行，TFT-LCD正逐渐成为主流显示设备。在TFT-LCD显示设备当中，TFT-LCD面板是其主要部件。作为TFT-LCD面板的重要组件之一，彩色滤光片（Color Filter，简称CF）的质量对整个TFT-LCD产品影响巨大。而在彩色滤光片制造中会出现一些常见的和突发的缺陷问题，它们直接影响着本身的合格率，也影响着TFT-LCD面板客户的合格率和满意度。为此，我们必须着力对这些缺陷进行分析并找到快速、有效的解决方案，因此制程不良的解析及解析设备的有效应用变得至关重要。实验室是确保产线高品质、高质量生产的后备力量，是分析产线不良的重要环节。对CF产品进行表面、切面观察分析，品质确认，信赖性测试等。

1 实验室不良品解析种类

汇总实验室分析事项，主要需分析事项为客诉不良品解析、产线其他测试、异物取样成分分析。

（1）客诉不良：异常集中于异物类，显影不良、色度异常、共通等。较严重的是38.5 UV2A NR不良，周不良率最高达到1.3%。现每周客户端会对NR不良进行挑样解析，在显微镜下区分不良发生侧（TFT/CF/Cell），做好分类，CF责不良品将由我们取回解析，履历调查，成因分析。

（2）产线异物取样成分分析：在平时对设备维护保养过程中，对粉末状异物、磨屑、升华物等取样进行成分分析，或针对造成产线良率低，修补难的已知缺陷不良进行取样，分析不良原因，以解决产线良率低的问题。

2 实验室不良品解析设备

2.1 FT-IR（紅外光谱仪）

连续波长的红外光通过物质，某些波长的光被物质吸收，物质分子中某个基团振动频率与红外光的频率一样，二者发生共振，分子吸收能量，由基态振动能级跃进到能量较高的振动能级。因此，通过红红外光谱图，可鉴别物质的类型。

红外光谱图表示分子吸收红外的情况。纵坐标T%表示百分透光率，即红外吸收的强弱。T%=（I/I0）%，I为透过光强度，I0为入射光强度。横坐标表示波数σ，σ=1/[λ（cm）]=104/[λ（μm）]（cm-1）。

FT-IR红外光谱仪分析主要针对有机物的能谱图进行比对，需事先建立充足的数据库，有利于在产线有突发不良时，在未知成因的情况下，进行FT-IR成分分析，进行能谱比对，以匹配出性质最为相近的物质。因数据库限制，产线设备维护保养时，需收集异常物质，如粉末状碎屑、润滑油、升华物等，进行FT-IR打样，完善数据库。

2.2 SEM/EDS（扫描电子显微镜/能谱仪）

2.2.1 扫描电子显微镜

主要是利用二次电子信号成像来观察样品的表面形态，即用狭窄的电子束去扫描样品，通过电子束与样品的相互作用产生各种效应，其中主要是样品的二次电子发射。二次电子能够产生样品表面放大的形貌像，这个像是在样品被扫描时按时序建立起来的，即使用逐点成像的方法获得放大像。

SEM的优点是：（1）有较高的放大倍数，放大倍数连续可调；（2）有很大的景深，视野大，成像富有立体感，可直接观察各种试样凹凸不平表面的细微结构；（3）试样制备简单。

2.2.2 能谱仪

用来对材料微区成分元素种类与含量分析，配合扫描电子显微镜的使用。因各种元素具有自己的X射线特征波长，特征波长的大小则取决于能级跃迁过程中释放出的特征能量，能谱仪就是利用不同元素X射线光子特征能量不同这一特点来进行成分分析的。

2.2.3 SEM/EDS实验室应用实例

38.5 UV2A产品客诉NR爆量，实验室持续解析不良品，NR类型主要是异物型及PS高模式。

NR解析思路如下。

（1）查询客户码对应CF ID，确认厂内生产履历，记录基板各制程作业线别、时间以及该基板是否经过repair站点。对比客户端解析显微镜图片对应产线AOI及修补有无检出同类缺陷。确定不良产品经过的线体，制程参数。

（2）3D显微镜20X观察异物表面形态，并于50X下测量异物高度，记录3D图像。测量异物大小，高度，区分异物位于画素层别。

（3）根据3D显微镜记录图片，查询该基板在repair站点及各制程AOI review图片。若有对应异物点，记录坐标，依次查询前制程AOI上报坐标点，找到异物产生线别。

（4）选取特征性较明显的异物进行EDS成分分析。

（5）根据EDS成分分析，初步确定异物成分及产生工序，结合产线查询结果，找出共通性。从而确定不良成因。

利用SEM，能够更为细致地观察样品表面形态，可测量两点间距离，如ITO/PI膜厚，倾斜角度后观察断层，分析不良品成因。EDS可精确分析样品所含元素种类及含量，用于辨别异物成分，但不能完全将异物定性。

2.3 3D显微镜

3D显微镜可利用2D、3D模式，观察样品表面形态，水平、竖直、点与点间测量距离，亦可选取参照物，测量目标物体的高度。倍率有5X/10X/20X/50X/100X。具备表面观察及高度测量功能。

在不良品解析中，3D显微镜的应用实例如下。

（1）客诉mura、NR、修补不良等，可利用3D显微镜测量PS和异物高度。

（2）厂内异物取样表面观察、3D测高。

2.4 小型色度机

小型色度机主要针对Mura类不良进行分析。广泛应用于色差mura解析、信赖性实验、标准片测试等。

Mura解析思路如下。

将客户端取回标记好Mura位置，去除PI的样片，先至Macro绿灯下目视观察，确认Mura是否肉眼可见，形状，位置及可视角度。

至小型色度机横跨Mura区域逐个测量RGB画素的色度值。

将结果作成图表，对比数据，确认Mura区与非Mura区色度差值。一般差值超过3%。可直接确定为该色阻层异常，对应为膜厚差异，可推测为涂布制程产生不良。锁定线体及机台，进行原因分析。

2.5 接触式膜厚计

接触式膜厚计可精确测量样品膜厚，精度达到0.01μm，主要用于RGB膜厚、牛角、ITO膜厚等高度测量。针对客户端返回的样品，因无法进行光学式膜厚测量，仅可使用接触式膜厚计进行膜厚段差测量。此设备使用前制样很关键，需先在样品上针对测量区域用刀片刮出V字样区域，测量区位于V字尖端，测量时横跨尖端进行接触式测量。

3 结语

目前TFT-LCD所应用的实验设备对于不良的分析已有一定的经验，但针对不良品的定量定性分析还存在一定的难度，需持续摸索，不断累积经验，将更先进的实验技术应用到实际的不良分析中。

参考文献

[1] 马群刚.TFT-LCD原理与设计[M].北京：电子工业出版社，2011：147-148.

[2] 黄新民，解挺.材料分析测试方法[M].北京：国防工业出版社，2006.