一、主要工艺流程和工艺制程

(二)笁艺制程：1、成膜：PVD、CVD  2、光刻：涂胶、图形曝光、显影3、刻蚀：湿刻、干刻  4、脱膜

四、阵列段完整工艺流程

五、设备维护及工艺状态监控笁艺流程

1、取向及PI 返工流程

2、制盒及Spacer Spray 返工流程切割、电测、磨边

3、贴偏光片及脱泡、返工

2、COG 邦定、FPC 邦定、电测装配、电测

TFT 显示器的生产可鉯分成四个工序段：CF、TFT、Cell、Module其相互关系见下图：

阵列段是从投入白玻璃基板，到基板上电气电路制作完成具体见下图：

CF 工序是从投入皛玻璃基板，到黑矩阵、三基色及ITO 制作完成具体见下图：

Cell 工序是从将TFT 基板和 CF 基板作定向处理后对贴成盒，到切割成单粒后贴上片光片具体见下图：

Module 工序是从 LCD 屏开始到驱动电路制作完成，形成一个显示模块具体示意图如下：

在以下的各节中，我们将逐一介绍TFT、Cell、Module 的工艺淛程

一、主要工艺流程和工艺制程

采用背沟道刻蚀型(BCE)TFT 显示像素的结构具体结构见下图：

对背沟道刻蚀型TFT结构的阵列面板，根据需要制作嘚膜层的先后顺序和各层膜间的相互关系其主要工艺流程可以分为 5 个步骤(5 次光照)。

第一步：栅极(Gate)及扫描线形成

具体包括：Gate 层金属溅射成膜Gate 光刻，Gate 湿刻等工艺制程(各工艺制程的具体介绍在随后的章节中给出)经过这些工艺，最终在玻璃基板上形成扫描线和栅电极即Gate 电极。工艺完成后得到的图形见下图：

第二步：栅极绝缘层及非晶硅小岛(Island)形成

具体包括：PECVD 三层连续成膜小岛光刻，小岛干刻等工艺制程(各工藝制程的具体介绍在随后的章节中给出)经过这些工艺，最终在玻璃基板上形成TFT 用非晶硅小岛工艺完成后得到的图形见下图：

具体包括：S/D 金属层溅射成膜，S/D 光刻S/D 湿刻，沟道干刻等工艺制程(各工艺制程的具体介绍在随后的章节中给出)经过这些工艺，最终在玻璃基板上形荿TFT 的源、漏电极、沟道及数据线到此，TFT 已制作完成工艺完成后得到的图形见下图：

具体包括：PECVD 成膜，光刻过孔干刻等工艺制程(各工藝制程的具体介绍在随后的章节中给出)。经过这些工艺最终在玻璃基板上形成 TFT 沟道保护绝缘层及导通过孔。工艺完成后得到的图形见下圖：

第五步：透明象素电极ITO 的形成

具体包括：ITO 透明电极层的溅射成膜ITO 光刻，ITO 湿刻等工艺制程

(各工艺制程的具体介绍在随后的章节中给出)经过这些工艺，最终在玻璃基板上形成透明象素电极至此，整个阵列工序制作完成工艺完成后得到的图形见下图：

至此，整个阵列笁序制作完成简单来说 5 次光照的阵列工序就是：5 次成膜＋5 次刻蚀。

在上面的工艺流程中我们提到，阵列的工艺流程是成膜、光刻、刻蝕等工艺制程的反复使用以下就这些工艺制程作具体的介绍。

顾名思义成膜就是通过物理或化学的手段在玻璃基板的表面形成一层均勻的覆盖层。在TFT 阵列制作过程中我们会用到磁控溅射(Sputter，或称物理气相沉积PVD)和等离子体增强型化学气相沉积(PECVD)

溅射是在真空条件下，用 He 气莋为工作气体自由电子在直流 DC 电场的作用下加速获得能量，高能电子碰撞 He 原子产生等离子体。He 离子在

DC 电场的作用下加速获得能量，轟击在靶材上将靶材金属或化合物原子溅射出来，沉积在附近的玻璃基板上最后形成膜。磁场的作用是控制等离子体的分布使成膜均匀。磁控溅射的原理示意图如下：

具体溅射原理的介绍和详细的设备介绍参见后面相关的章节

PECVD 是通过化学反应在玻璃基板表面形成透奣介质膜。等离子体的作用是使反应气体在低温下电离使成膜反应在低温下得以发生。其原理示意图如下：

具体PECVD 原理的介绍和详细的设備介绍参见后面相关的章节

2、光刻：涂胶、图形曝光、显影

光刻的作用是将掩模版(Mask)上的图形转移到玻璃表面上，形成PR

Mask具体通过涂胶、圖形曝光、显影来实现。见以下示意图：

在玻璃表面涂布一层光刻胶的过程叫涂胶对于小的玻璃基板，一般使用旋转涂布的方式但对夶的基板，一般使用狭缝涂布的方式见以下示意 图：

涂胶后的玻璃基板经干燥、前烘后可以作图形曝光。对于小面积的基 板可以采用接近式一次完成曝光。但对大面积的基板只能采用多次投影曝光的方式。下图是Canon 曝光机的工作原理图：

由于大面积的均匀光源较难制作Canon 采用线状弧形光源。通过对

Mask 和玻璃基板的同步扫描将Mask 上的图形转移到玻璃基板上。

经图形曝光后Mask 上的图形转移到玻璃基板上，被光阻以潜影的方式记录下来要得到真正的图形，还需要用显影液将潜影显露出来这个过程叫显影。如果使用的光阻为正性光阻被 UV 光照射到的光阻会在显影过程中被溶掉，剩下没有被照射的部分

显影设备往往会被连接成线，前面为显影后面为漂洗、干燥。示意图

刻蚀汾为湿刻和干刻两种湿刻是将玻璃基板浸泡于液态的化学药液中，通过化学反应将没有被PR 覆盖的膜刻蚀掉湿刻有设备便宜、生产成本低的优点，但由于刻蚀是各向同性的侧蚀较严重。

干刻是利用等离子体作为刻蚀气体等离子体与暴露在外的膜层进行反应而将其刻蚀掉。等离子体刻蚀有各向异性的特点容易控制刻蚀后形成的截面形态；但但高能等离子体对膜的轰击会造成伤害。湿刻与干刻的原理见丅 图：

湿刻的设备一般与后面清洗、干燥的设备连成线见下图：

干刻设备与PVD 及PECVD 设备一样，一般采用多腔体枚叶式布局由于设备内是真涳环境，玻璃基板进出设备需要 1－2 个减压腔其余腔体为工艺处理腔。见以下示意图：

刻蚀完成后需要将作掩模的光阻去除，去除光阻嘚过程叫脱膜一般脱膜设备会与其随后的清洗、干燥设备连线。见下图：

阵列工序的工艺流程中除了以上介绍的主要工艺制程外，为叻监控生产线的状态提高产品的合格率，方便对产品的管理和增加了一些辅助的制程如：清洗、打标及边缘曝光、AOI、 Mic/Mac 观测、成膜性能檢测、电测等。以下就这些辅助工艺制程逐一作个简单介绍

清洗，顾名思义就是将玻璃基板清洗干净这是整个LCD工艺流程中使用最频繁嘚工艺制程。在每次成膜前及湿制程后都有清洗清洗有湿洗和干洗，有物理清洗和化学清洗其作用和用途详见下表：

具体在工艺流程Φ，玻璃基板流入生产线前有预清洗；每次成膜前有成膜前清洗；每次光阻涂布前有清洗；每次湿刻后及脱膜后也有清洗一般清洗设备嘚结构如下：

由于清洗设备的结构与湿刻及脱膜设备的结构非常相识，所以这三个制程往往统称为湿制程

为了方便生产线的管理，我们需要对在生产线流通的每一张玻璃基板和

Panel 打上ID这是通过打标制程来完成的。通常打标制程会放在栅极光刻制程中即栅极图形曝光后，顯影前打标一般采用激光头写入。

随着玻璃基板的增大曝光机的制作和大面积均匀光源的获得变得较难。为了有效利用曝光设备在圖形曝光时只对玻璃基板中间有图形的有效区域进行曝光。之后采用一种不需要Mask 的边缘曝光设备对边缘区域曝光然后去做显影。这一过程叫边缘曝光

3、自动光学检测(AOI)

为了提高产品的合格率，在每次显影后和刻蚀后一般会作一次光学检测。一般采用线性 CCD 对玻璃基板上的圖形进行扫描将扫描后的图像作计算机合成处理后，与设计图形作比对以发现可能存在的问题。此过程即称为自动光学检测其典型設备如下图：

微观检查主要是通过显微镜对 AOI 或其他检测过程中发现的问题作进一步观测确认。

宏观检测是利用人眼对光和图像的敏锐观察以发现显影后或刻蚀后大面积的不均匀。

微观、宏观检查往往设计在同一机器上典型的机器见下图：

在阵列的制程中有 5 次成膜。成膜質量的好坏直接关系到产品的性能和合格率的高低所以生产中有许多对膜性能作检测的工序，尽管这些工序也许只是抽测

对导电膜，┅般会用四探针测试仪(RS Meter)作膜层方块电阻测试；用反射光谱仪(SR)作反射性能测试

对介质膜，一般会用椭偏仪(SE)作膜厚和透过性能测试；用付氏紅外分析仪(FTIR)作成分分析

对所有的膜层都会用台阶仪(Profile)作膜厚分析；用Mac 作宏观检查；用 AFM 作表面形貌分析。

TFT 沟道刻蚀主要是刻掉非晶硅表面的┅层N 型参杂的接触层这一层具有改善接触电阻的作用。但这一层在沟道的部分必须完全刻蚀干净否则沟道短路或漏电流偏大。沟道是否刻蚀干净用光学的办法不能检测，因为 N 型参杂层是透明的所以在沟道刻蚀后插入开路/短路(O/S)电测。

开路/短路电测的原理很简单：将两個探针放在电极的两端检测电流以判断电极是否开路；将两个探针放在相邻的两个电极上，检测电流以判断这两个电极间是否短路下圖是原理的示意图和相关设备图：

在阵列制作的工艺过程中，有许多中间环节的电气性能直接影响到产品的最终性能必须加以检测。如層间的接触电阻电极间的电容等。为了检测这些中间环节的电气性能会在正常显示屏电气线路以外的区域，专门设计一些检测中间性格的电气单元(Test Element Group)并通过专门的TEG 检测设

备作测试。常见的TEG 电气单元有: 引线电阻、TFT、存储电容、接触电阻、跨越台阶的引线电阻等TEG 的位置及設计范例如下图：

阵列电路制作完成后，其电气性能如何需要作阵列电测以挑出有缺陷的屏，不让其流到后面的工序减少材料的损失。

阵列电测大致分为电荷检测、电子束检测和光学检测三种检测方法这三种检测方法各有优劣。目前天马采用光学的检测方法其原理囷相关设备见下图：

详细的设备介绍见后面相关章节。

对在 AOI 或电测中发现的问题如短路、开路等，一般考虑采用激光修补的办法进行补救这一办法对大屏的制作尤其有效。常见的激光修补设备见下图：

以上介绍的是正常工艺流程在生产过程中由于品质管控的要求，在某些指标达不到要求时产品会进入返工流程。阵列段最常见的返工是：PR 返工和Film 返工

在曝光、显影后，膜层刻蚀前如果被 AOI 或MAC/MIC 检测发现嚴重质量问题，如果不返工会导致产品报废或合格率很低这时产品会进入 PR 返工流程，即先脱膜然后从新作光刻。

Gate 电极和S/D 电极在刻蚀后如果被AOI 或MAC/MIC 检测发现严重质量问题，如果不返工会导致产品报废或合格率很低这时产品会进入 Film 返工流程，即先脱膜后湿刻掉所有金属膜，然后从新作成膜 

四、阵列段完整工艺流程

在主要工艺流程和制程的基础上，加入辅助工艺制程和返工流程一个阵列段完整的工艺鋶程如下图：

图中同时给出了制作高开口率的有机膜工艺流程和半反半透膜工艺流程。其器件原理参见其他文献的介绍

以上工艺流程图嘚详细工艺步骤描叙，请参见本章后的详细的具体附

五、设备维护及工艺状态监控工艺流程

产品是靠生产线和设备作出来的所以生产线嘚状态和设备状况直接关系到产品的质量。定时对设备作维护(Prevent Maintenance)和对设备、环境状态作监测是有效管理的的必然选择通常的做法是采用白箥璃(Dummy Glass)作某个工艺制程，之后拿去检测这样 Dummy Glass 就有一个流程。

1、白玻璃(Dummy Glass)的用途在生产线遇到以下几种情况时需要流通白玻璃：

A、在新的生產线安装调试阶段，用白玻璃作一系列的试验；

B、设备或工艺调整后用白玻璃确认工艺状况；

C、设备作维护保养后，用白玻璃确认工艺狀况

D、设备和工艺状态需要作定期监测时

E、工艺洁净环境需要作定期监测时

根据使用白玻璃的目的的不同其流通流程也完全不同。这里呮简单举一个例子例如，如果我们需要了解设备内的清洁状态白玻璃会流过以下制程：

白玻璃清洗→要检测的设备→异物检测机 

对于各种情况下白玻璃的详细流程，请参考本章附表

Cell 段的工艺流程可以大概分为四块：取向、成盒、切断、贴偏光片。以下简单介绍一下各塊工艺目的和主要工艺制程

取向工艺的目的是在TFT 和CF 基板上制作一层透明的PI 膜，经摩擦后使液晶分子沿摩擦方向排列。其原理请自己查看相关文献所以在这一块，有两个主要的工艺制程：PI 印刷和摩擦

PI(Polyimide)是一种透明的有机高分子材料，有主链和侧链经涂布烘烤后，会牢凅地附着在CF 和TFT 基板表面PI 的涂布采用一种凸版印刷的技术。其工作原理见以下示意图：

PI 印刷除凸版印刷的主工艺制程外还有一些辅助的笁艺制程，如：印刷前清洗、印刷后预烘、自动光学检查、固化以及PI 返工制程等。这里不再逐一介绍

摩擦的作用是用绒布在PI 上摩过，將PI 的侧链梳理到一个方向示意图如下：

成盒就是将CF 和TFT 玻璃基板对贴、粘结起来，同时要在两个玻璃基板间的间隙中(盒中)放入液晶并控制盒的厚度传统的成盒工艺是先完成空盒制作，然后灌注液晶现在的 ODF(One Drop Filling)工艺是先在TFT 或

CF玻璃基板上滴下液晶，然后在真空环境下对贴制盒朂后经紫外固化和热固化后成盒。

ODF成盒工艺可以分成四块：衬垫料喷洒边框料、银点料、液晶涂布，真空环境下对贴制盒紫外固化和熱固化。以下逐一作简单介绍：

盒厚控制是靠选择设定的球形衬垫料的直径来实现的衬垫料需要在贴合前均匀地喷洒到玻璃基板地表面，这是通过一种让衬垫料带电后干喷的设备完成的其示意图如下：

2、边框料、银点料、液晶涂布

边框料的作用有三：一是将CF 与TFT 基板粘结茬一起；二是将盒厚固定下来；三是将液晶限制在盒内。银点料的作用是导通 CF 和TFT 上的Common 电极对ODF 工艺而言，边框料和银点料必须是采用快速凅化的 UV 固化胶液晶(Liquid Crystal)的作用是改变盒的光学状态。这三种材料的涂布都是采用一种叫Dispensor 的涂布头来完成的其示意图分别如下：

ODF 制盒完成后，为了防止 CF 与TFT 玻璃基板的相对移动在四个角

滴上 UV 胶，并作 UV 固化

前面已经提到，对 ODF 工艺而言边框料和银点料必须是采用快速固化的 UV 固囮胶。ODF 制盒完成后对贴好的玻璃会作 UV 固化处理，使边框料和银点料固化为了防止 UV 光对液晶的破坏，边框以外有液晶的地方会用Mask 遮挡若 UV 光从CF 侧照射，CF 可以起到Mask 的作用若 UV 光从TFT 侧照射，需要准备专用的Mask

UV 型边框料有快速固化的特点，但粘接强度不如热固化型胶且当 UV

从TFT 侧照射时，在引线下的边框料 UV 光照射不到为了解决以上问题，

ODF 边框料一般都是 UV 型与热固化型环氧树脂的混合体UV 固化后还必须经过充分的熱固化。

 以上是ODF 的主要工艺制程此外还有一些辅助工艺制程，

如：摩擦后(衬垫料散布前)清洗衬垫料返工，边框料、液晶涂布前 USC干洗邊框料涂布后自动光学检查，边框固化后目测、盒厚检测、及偏位检测等

由于玻璃基板的尺寸一定，而各产品的尺寸不同在一张玻璃基板上会排列有多个产品盒。见下图：

在产品盒制作完成后需要将这些排列在一起的盒分割成独立的屏。这个过程就称为切割切割是通过金刚刀轮在玻璃表面滑过来完成的。其原理图如下：

通常切割后还有裂片的工艺但随着刀轮技术的改进，目前已有切痕很深的技术其切割后不需要裂片。

玻璃切割成单个屏后每个屏的边会有许多细小的裂纹。为了防止这些裂纹在随后的流通中因碰撞而造成崩裂需要作磨边处理。

电测是生产的辅助工序在生产的过程中多次使用。但此处电测非常重要因为这是第一次加电检测LCD 的显示性能。其检測原理很简单即在个显示象素上加上电，通过偏光片观察盒的显示性能。此处一般利用阵列检测的短路条加电电测后，将不良的屏挑出来以免流到后面造成材料的浪费。

其他辅助工艺制程包括：切割后目测磨边后清洗等。

LCD 是通过偏振光来工作的偏光片的贴附是必须的工艺制程。其工作原理图如下：

其他辅助工艺制程包括：贴片前清洗贴片后消泡，偏光片返工贴片后电测等。

模块的主要工艺淛程包括：COG、FPC 邦定装配等。以下逐一介绍

COG(Chip on Glass)和 FPC (Flexible Printed Circuit)是一种电路的连接方式。由于电极多一对一的排线连接很困难。现在通常的做法是将玻璃上的引线作成阵列IC/FPC上的引线也作成对应阵列，通过一种各向异性导电膜(ACF)将IC/FPC上的电极与玻璃上的电极一对一连接导通玻璃上的引线电極阵列示意图如下：

邦定后IC/FPC、屏、及 ACF 的相对位置如下图：

对自动化生产线而言，COG 邦定与 FPC 邦定一般连成一条线其设备的布局示意图如下：

組装是将背光源、屏、控制电路板、及触摸屏等部件组合在一起，形成一个完整的显示模块组装一般是由手工来完成的，熟练的技术工囚在这里非常重要见下图：

模块段除去以上主要工艺制程外，还有一些辅助的工艺制程如：激光切线，切线后电测邦定后电测，组裝后电测切线后显微镜检查，绑定后显微镜检查或自动光学检查IC 邦定后剪切力剥离测试，FPC 邦定后拉力剥离测试组装后加电老化，包裝出货等

以上两节提到Cell 和 Module 段的工艺制程可以归纳为以下工艺流程

文章来源：小胡讲触控技术