薄膜電晶體陣列段之介紹

第二章 文獻探討

本文研究環境為薄膜液晶體顯示器之薄膜電晶體陣列段，並考量到產品製 程規格能力限制以及等級工單之情形，在此限制下探討主生產排程，故此，將 分為以下幾個方向進行相關文獻探討：

1. 薄膜電晶體陣列段(TFT-Array)介紹 2. 生產週期時間

3. 多等級工單對系統績效之影響 4. 製程規格能力與垂直鎖定機台 5. 資料包絡分析法

2.1. 薄膜電晶體陣列段之介紹

2.1.1. 薄膜液晶體顯示器之製程簡介(TFT-LCD)

薄膜液晶體顯示器共分為三大製程，分別為薄膜電晶體陣列段(array)製 程、後段面板組立段(cell)製程以及模組組裝(module)製程，其流程為在玻璃基 板上製作薄膜電晶體，並將 TFT 陣列工程基板和彩色濾光片(color filter, CF) 基板貼合在一起後，注入液晶而組成液晶胞，最後與電路板和背光板等進行模 組組裝【72】【60】(圖 2- 1)，以下簡介此三大製造程序：

1. 薄膜電晶體陣列(TFT-array)製程：

此階段之製程類似半導體製程，主要是在玻璃基板上製作薄膜電晶體，透 過洗淨、鍍膜、曝光、顯影、蝕刻等步驟在玻璃基板上進行一定次數的重覆加 工，最後在玻璃基板上形成電晶體。

2. 液晶面板組立(LC cell assembly)製程：

液晶面板組立製程為將在陣列製程完成的玻璃基板進行尺寸切割之工 作，並與彩色濾光片做配向處理，再經過壓合與封入液晶等過程，即可成為薄 膜液晶顯示器的面板。

3. 液晶模組組裝(LC module assembly)製程：

組裝製程為將上一階段完成之液晶面板與 IC、電路板及背光模組等零組 件進行組裝，再經過最後的檢驗使其成為一個 TFT-LCD 模組。

圖 2- 1 TFT-LCD 產業生產流程關係圖

由於本研究著重於薄膜電晶體陣列段探討，因此將針對此段製程做詳細介 紹。

2.1.2. 薄膜電晶體陣列(TFT-array)段之製程簡介

由於薄膜電晶體陣列段製程與半導體晶圓廠多有相似之處，如半導體在晶 圓上製作電路圖，而薄膜電晶體陣列段則在玻璃基板上所劃分之裁切位置製作 電路圖等。故將薄膜電晶體陣列段與半導體晶圓廠相互比較異同，如表 2- 1 所示。並將薄膜電晶體陣列段製程流程說明如下【60】【2】【72】：

1. 玻璃基板投入：首先對於欲投入加工製程之玻璃基板進行品質檢驗，確保 玻璃基板之厚度均勻以及邊緣無毀損等品質狀況，再將其投入加工製程步 驟。

2. 洗淨(cleaning)：對原物料玻璃基板進行清洗，其目的在於使基板具有良好 的導電性、提升薄膜的密著性以改善表面品質，以及清除基板表面的微塵 粒子以提昇製程良率。

3. 成膜(film deposition)：在成膜製程中有物理方式的濺鍍法(sputtering)和化 學方式的電漿化學氣相沉積法(deposition)。濺鍍法是用於形成閘電極、源 電極、汲電極、掃瞄線、儲存電容電極、信號線和畫像素電極功能之金屬 薄膜；電漿化學氣相沉積法是用於成長閘電極絕緣膜、半導體層、保護膜 等。

4. 光阻劑塗佈(coating)、曝光(exposure)、顯影(developing)：將經過成膜製程 步驟之基板上塗佈光阻劑，並在黃光區中利用光罩照射進行曝光步驟，曝 光之後再進行顯影之工作。

5. 蝕刻(etching)、去光阻(resist stripping)：經過曝光顯影製程步驟後，將不需

要之透明電極層進行蝕刻去除，再將表面被光阻覆蓋之介質層去除。

6. 測試(testing)、TFT 陣列基板完成：將玻璃基板重複以上洗淨、成膜、光 阻劑塗佈、曝光、顯影、蝕刻及去光阻等製程步驟五至九次，最後再進行 測試步驟，並完成 TFT 陣列基板之加工。

表 2- 1 薄膜電晶體陣列段與半導體晶圓廠比較[自行彙整]

類別 差異特性 半導體晶圓廠 TFT Array 廠

生產型態 訂貨式生產 訂貨式/存貨式生產

設施佈置型態 Job shop & Flow shop Job shop

製程步驟 多擴散與離子植入製程 製程較半導體簡單

回流特性 十幾次至三十幾次不等 四至九次

批量生產 批量生產 無批量生產

製程特性

綁機限制 有 有

機台共用 有 有

機台特性

光罩限制 尺寸較小，成本較低 尺寸較大，成本較高，

為重要的輔助資源

如圖 2- 2 所示，陳氏【72】依照加工步驟及製程相似性，將薄膜電晶體陣 列段之設備分為薄膜區、黃光區、蝕刻區、測試區等四大工作區，介紹如下：

1. 薄膜區：洗淨、濺鍍以及電漿設備。

2. 黃光區：光阻劑塗佈、曝光以及顯影設備。

3. 蝕刻區：濕式蝕刻、乾式蝕刻以及光阻剝離設備。

4. 測試區：測試以及修復設備。

玻璃基板 投入

洗淨

顯影 光阻劑塗佈

曝光 成膜

陣列基板 完成 測試 去光阻

蝕刻

薄膜區

黃光區

蝕刻區

測試區 將玻璃基板充分洗淨

濺鍍與電漿化學氣相沉積

將光阻劑塗佈在光罩上 利用曝光(stepper)設備 進行曝光

對已曝光之光罩 進行顯影步驟

利用蝕刻(etching)設備 去除不需要的透明電極層 利用光阻剝離(asher)設備 將殘留光阻去除

回 流

圖 2- 2 薄膜電晶體陣列流程圖【72】

2.1.3. 薄膜電晶體陣列段(TFT-Array)之特性

陳氏【71】與梁氏【58】皆對薄膜電晶體陣列段之特性進行分析，吾人根 據兩位分析再加上業界訪談，彙整特性如下所示：

1. 生產型態：在薄膜電晶體陣列廠，依照產品種類尺寸大小而區分為不同世 代，目前業界在中小型尺寸為訂單式生產(make to order, MTO)或存貨式生產 (make to stock, MTS)，大型尺寸為存貨式生產(MTS)。

2. 佈置型態：業界大部分採零工式佈置(job shop)，依照機台功能別將相同功能 之機台放置一起。

3. 產品種類：由於製程世代之不同能力，可將玻璃基板裁切為不同產品之尺寸 大小，大致分為 15 吋、17 吋、19 吋、26 吋及 46 吋等，陳氏【71】透過訪 談將不同世代之玻璃基板所能切割之片數整理如表 2- 2 所示，不同產品種類 間具有製程步驟相同、製程時間差異小之特性。

4. 產品比例：產品之組合比例隨著時間及淡旺季而有所變化。

5. 製程特性：薄膜電晶體陣列段之製程具有再回流與重加工之特性。

6. 機台特性：由於原物料為大尺寸之玻璃基板，所佔體積龐大，故基於空間考 量，薄膜電晶體陣列段皆為序列加工機台，和半導體晶圓廠中有批量加工機 台之特性不同；機台設置時間方面，除了黃光機台更換光罩時需要換光罩時 間外，其餘機台僅需數秒之換線時間。

表 2- 2 各世代玻璃基板可切割各尺寸之片數對應表【71】

15 吋 17 吋 19 吋 26 吋 46 吋 3 代 2 片 2 片 2 片 1 片 0 片 3.5 代 6 片 4 片 4 片 2 片 0 片 4 代 6 片 6 片 4 片 2 片 0 片 5 代 15 片 9 or 12 片 9 片 4 or 6 片 1 or 2 片 6 代 30 片 25 片 16 or 20 片 12 片 3 片 7 代 42 片 36 片 25 片 18 片 6 片