中 華 大 學

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碩 士 論 文

彩色濾光片光阻塗佈製程參數 最佳化研究

Resistive Coating Process Parameters Optimization of Color Filter

系 所 別:機 械 工 程 研 究 所 學號姓名:E09808006 馮輝賢 指導教授:陳振文 博士

中華民國 100 年 7 月 31 日

中文摘要

本研究主要目的，”利用六標準差手法改善彩色濾光片於塗佈初期膜厚不穩定 現象”此不穩定現象稱之為塗佈 Start 色差現象(Color shift Mura)。彩色濾光片彩色 顏料(RGB)在塗佈技術不佳狀況下,巨觀會出現色差，造成面板良率下降、成本增加，

為了改善此問題，針對塗佈膜厚製程參數技術進行研究，以防止大量不良面板之發生。

運用六標準差專案手法的流程步驟-DMAIC (Define, Measure, Analyze, Improve, and Control)，進行膜厚製程條件&參數改善。首先找出關鍵品質特性值(Define)，衡 量量測系統之準確性(Measure)，歸納出影響製程的關鍵因子，再利用實驗設計的方法 進行實驗測試，找出最佳的製程參數組合(Analyze)，進行最佳參數製程能力的驗證，

以降低製程不良率 (Improve)，並將最佳參數標準化列為管制項目(Control)。以 DMAIC 六標準差專案管理的流程進行改善，其結果顯示彩色濾光片的關鍵製程有明 顯改善，且最佳條件組合不但使不良率降低，品質和製程能力提升，且使製程更穩定。

關鍵字：塗佈技術 Coating 六標準差 色差 Start膜厚

Abstract

This research applies the Six Sigma approach to improving the use of color filters in the initial coating thickness instability. The panel yield will decrease and the cost will increase accordingly. In order to improve this problem, resistive coating process parameters optimization of the color filter, prevent the occurrence of a large number of non-performing panels.

The Six Sigma approach-DMAIC (define, measure, analyze, improve, and control) methodology improve the conforming rate of the CF manufacturing process. We first identify the critical quality characteristics existing in the CF manufacturing process. The measurement systems are evaluated to further secure the accuracy of data collected from these key quality characteristics. The methodology of design of experiment is carried out to acquire the significant factors/parameters as the CF manufacturing process operating in optimal conditions. With these optimal parameters, the improvement of the CF manufacturing process is confirmed. Finally, we control the standardization of optimum parameters in the CF manufacturing process. Using the DMAIC approach in the CF manufacturing process, the results show that the process capability as well as the conforming rate of the color image in the display has been greatly improved.

Key words: Coating technology, Coating, Six Sigma, Color shift mura.

誌謝

兩年的碩士生涯中，承蒙恩師 陳振文博士的悉心指導與教誨，培養學生在學業 上能有更深入的見解及廣闊的視野，更重要的收穫是在生活上如何待人處事的智慧，

讓學生獲益良多，使得本論文研究能夠更加的完備，同時在日常生活上陳教授也時常 的指導我做人處事、生涯規劃以及對於我們各種的關心與輔導，在此向恩師致上最誠 摯的敬意與謝意。

在研究所就讀期間，服務公司適逢產品製程上不良率的增加，公司投入大量的金 錢、人力與資源來處理此一專案，使整個事件得以圓滿解決。在工作與學業心力交瘁 之際，感激主管及同事的體諒與支持，對於工作上之協助及適時提供各項支援，更是 讓我銘感於心；另外，父母默默支持與鼓勵及無怨無私的付出，讓我能心無旁鶩的順 利完成學業，僅此向家人獻上最深的感恩與愛意。最後，願這本論文所分享的實務經 驗，能對想推行六標準差的企業有所幫助

目錄

中文摘要...I 英文摘要...II 致謝...III 圖目錄... IX 表目錄... XII 第一章 緒論

1.1 前 言---15

1.2 TFT LCD 起源&產業發展---16

1.2.1 TFT LCD 起源---16

1.2.2 TFT LCD 產業發展---16

1.3 TFT LCD 產業市場結構分析---17

1.3.1 產業市場結構分析---17

1.3.2 彩色濾光片製造技術---18

1.3.3 未來大尺寸面板三大應用需求比重---19

1.3.4 產業之現況與發展---20

1.4 研究動機---21

1.5 研究方法---21

1.6 六標準差槪述---22

1.6.1 六標準差的定義---22

1.6.2 六標準差的說明---24

1.6.2.1 Define(定義)---25

1.6.2.2 Measure(測量)---26

1.6.2.3 分析(Analyzes)---27

1.6.2.4 改善(Improve)---28

1.6.2.5 控制(Control)---28

1.6.3 六標準差實務應用---29

1.7 章節提要--- ---30

第二章 TFT-LCD 面板製程概論及製程說明 2.1 何謂 TFT-LCD---31

2.1.1TFT-LCD 之技術分類---33

2.1.2 TFT 製程介紹---33

2.1.3 TFT 專有名詞介紹---36

2.1.4 TFT-LCD 的原理及架構---37

2.1.4.1 TFT LCD 架構圖---37

2.1.4.2 TFT LCD 詳細構造圖---38

2.2 TFT-LCD 製造流程---39

2.2.1 Array 詳細製造流程介紹---40

2.2.2 Cell 詳細製造流程介紹---41

2.2.3 CF 詳細製造流程介紹---41

2.3 彩色濾光片製程及架構---42

2.3.1 彩色濾光片製程技術---42

2.3.2 彩色濾光片架構簡介---43

2.3.2.1 BM(Black Matrix,黑色矩陣)製程技術簡介---43

2.3.2.2 RGB(彩色層)製程技術簡介---44

2.3.2.3 Polish 製程技術簡介---44

2.3.2.4 ITO 製程技術簡介---46

2.3.2.5 PS 製程技術簡介---46

2.4 彩色濾光片現行製造狀態---47

2.4.1 彩色濾光片現行製造瓶頸---48

2.4.2 彩色濾光片現行製造方法---48

2.5 彩色濾光片重要機台簡介---48

2.5.1 紫外線(UV)機台&製程簡介---49

2.5.2 清洗機(Cleaner)機台&製程簡介 ---51

2.5.3 塗佈機(Coater)機台&製程簡介---53

2.5.4 預烤機(HPCP)機台&製程簡介 ---54

2.5.5 曝光機(Alignment)機台&製程簡介 ---56

2.5.6 顯影機(Developer)機台&製程簡介 ---56

2.5.7 烤爐(OVEN)機台&製程製介 ---57

2.6 彩色濾光片製程檢驗機台簡介---58

2.6.1 濕膜膜厚檢查機(Thickness inspection)--- 58

2.6.2 巨觀缺陷檢查機(Auto Mura Check)---59

2.6.3 微觀缺陷檢查機(Auto Operation Inspection) ---60

2.6.4 色度檢查機(MCPD) ---61

2.6.5 乾膜膜厚檢查機(KLA For BM/RGB/MVA Only) ---63

第三章 彩色濾光片光阻塗佈---64

3.1 光阻塗佈技術原理---64

3.1.1 被覆系數---65

3.1.2 接觸角與塗佈 ---65

3.1.3 表面張力與塗佈缺陷 ---67

3.2 彩色濾光片光阻---71

3.3 光阻塗佈機塗佈參數說明(以友達光電為例) ---72

3.4 光阻塗佈常見問題、困難點---78

第四章 實驗數據資料分析和優化 4.1 定義---81

4.2 實驗改善目標---82

4.2.1 實驗改善效益評估---83

4.2.2 實驗改善流程---84

4.2.3 色差特徵---85

4.2.4 色差檢出型態---85

4.2.5 色差檢出產品---86

4.2.6 膜厚變異異常定義---86

4.2.7 建立 Coater SIPOC 流程---87

4.2.8 建立 VOC ---88

4.3 量測---89

4.3.1 驗證測量系統有效性(測量輸出)---89

4.3.1.1 測試方法 ---90

4.4 分析階段 ---93

4.4.1 分析流程---94

4.4.2 識別潛在因子---94

4.4.3 膜厚變異 C&E 矩陣---95

4.4.4 資料收集計劃---97

4.4.5 實驗計劃分析---98

4.4.6 分析結論 ---108

4.5 改善---109

4.5.1 DOE---109

4.5.2 實驗結果分析---113

4.5.3 實驗結果驗證---116

4.4.3.1 實驗數據與 Cell 色差結果---117

4.5.4 實驗效果確認及產品驗證---120

4.6 控制---121

第五章 結論

5.1 結論---122 5.2 未來展望---123 參考文獻---124

圖目錄

圖1-1 六標準差常態分配圖---10

圖1-2製程偏離正負1.5個標準差之偏移圖---12

圖2-1 TFT-LCD結構圖一---25

圖2-2 TFT-LCD結構圖二---26

圖2-3 液晶平面顯示器的種類及其分類---27

圖2-4前段Array製程流程圖---28

圖2-5 Cell製程流程圖---29

圖2-6後段Module Assembly---30

圖2-7 TFT-LCD主要架構---32

圖2-8 顯示器之構造圖---33

圖2-9 Manufacturing process of TFT LCD---34

圖2-11 TFT-LCD 製程簡介---36

圖2-12彩色濾光片製程簡介---37

圖2-14 R、G、B三顏色製程---38

圖2-15 研磨製程---39

圖2-16 透明導電膜製程---40

圖2-17 間隙球製程---41

圖2-18 間隔劑及Photo spacer結構比較---42

圖2-19 實驗設備機台 Layout---43

圖2-20 UV製程原理---44

圖2-21 UV接觸角---45

圖2-22 Cleaner結構圖---46

圖2-23 Cleaner brush particle remove示意圖---46

圖2-24 CJ high pressure cleaner jet---46

圖2-25 tok Spinless示意圖---47

圖2-26 tok Coater機構示意圖---47

圖2-27 HPCP外觀結構示意圖---49

圖2-28 HPCP基板動作順序---49

圖2-29 Deco Alignment機構示意圖---50

圖2-28 Deco configuration of developer Equipment---51

圖2-29 Developer顯影方式(水平vs傾斜)---51

圖2-30 Espec Oven機構圖---52

圖2-31 濕膜檢查機顯微鏡頭結構---53

圖 2-32缺陷檢測機示意圖---53

圖2-33缺陷檢測機原理示意圖---54

圖2-34 缺陷檢測機機台外觀示意圖---54

圖2-35 AOI結構示意圖---55

圖2-36 AOI檢出Defect示意圖---55

圖 2-37 MCPD 手動調整面板---56

圖2-38 KLA量測乾濕示意圖---57

圖3-1 液滴在固體基材表面作用力---58

圖3-2 雙層流體示意圖---59

圖3-3 塗佈時接觸線之作用力示意圖---60

圖3-4 塗佈缺陷空氣滲入---60

圖3-5 Craters示意圖---61

圖3-6 因表面張力梯度所造成的Benard Cells--- 62

圖3-7 Fat Edges發生示意圖 ---63

圖3-8 Dewetting發生示意圖---63

圖3-9 Corona裝置示意圖---64

圖3-10光阻主要成分與含量示意圖--- 65

圖3-11 光阻塗佈參數圖---67

圖3-12 Start bead area參數--- 68

圖3-13 start膜厚量測示意圖--- 68

圖3-14 Start膜厚量測示意圖--- 68

圖3-14 end bead area參數圖--- 69

圖3-15 end膜厚示意圖--- 69

圖3-16 end bead膜厚示意圖--- 70

圖3-17 coating gap參數示意圖--- 71

圖3-18 coating gap示意圖--- 71

圖3-19 coating造成缺陷示意圖--- 72

圖3-20 Slit coating 常見的色差--- 72

圖3-21 Slit塗佈示意圖1--- 73

圖3-22 Slit塗佈示意圖2--- 73

圖4-1 定義(Define)階段路徑圖--- 75

圖 4-2 Cell CF Mura不良率改善目標---77

圖4-3 何謂彩色濾光片色差---79

圖4-4 彩色濾光片色差種類---79

圖4-4 彩色濾光片色差Model---80

圖 4-6 彩色濾光片膜厚異常定義--- 81

圖4-7 製程宏觀流程圖--- 82

圖4-8 測量(Measure)階段路徑圖--- 83

圖4-9 In line THK Gage R&R分析--- 85

圖4-10 IN LINE THK量測系統MSA--- 86

圖4-11 In line THK製程能力分析--- 86

圖4-12 In line THK製程能力Z水準--- 87

圖4-13 分析(Analysis)階段路徑圖--- 87

圖4-14 膜厚變異重要參數特性要因圖--- 89

圖4-15專案路徑Y-y-xi圖---91

圖4-16 pump out氣動閥壓力F-檢定分析圖--- 92

圖4-17 Coating gap F-檢定分析圖--- 94

圖4-18 Coating speed F-檢定分析圖--- 96

圖4-19 Coating start gap F-檢定分析圖--- 97

圖4-20 塗佈前PUMP洩壓量 F-檢定分析圖---98

圖4-21 pump recharge speed F-檢定分析圖--- 99

圖4-22 pump特性 F-檢定分析圖--- 100

圖4-23 光阻黏度與膜厚變異 F-檢定分析圖--- 102

圖4-24 六標差過濾系統圖---103

圖4-25多重因子Pareto Chart of the standardized Effects ---105

圖4-26 Estimated effects and coefficients for recognition ---106

圖4-27 殘差分析for膜厚變異全距---106

圖4-28膜厚變異全距Main Effects Plot---106

圖4-29 A201SN01測試條件一---108

圖4-30 A201SN01測試條件二---108

圖4-31 A201SN01測試條件三---109

圖4-32 A201SN01測試條件四--- 110

圖4-33 執行改善措施後CF色差不良率推移圖 ---115

表目錄

表1-1 TFT LCD Panel 成本比重表---1

表1-2 我國TFT液晶顯示器材料產業結構圖---3

表1-3 Color Filter製造技術比較---4

表1-4 CF主要原料所佔之比重---5

表1-5 大尺寸面板三大應用需求比重---5

表1-6 液晶監視器/液晶電視滲透率趨勢---6

表1-7統計學與Motorola對於標準差之定義與比較---18

表1-8六標準差DMAIC說---19

表2-1 Array Process flow chart---34

表2-2 Cell Process flow chart---35

表2-3 CF Process flow chart---35

表2-4 Various chemical bond energy---44

表2-5 tok各型號對應世代表---48

表2-6 MCPD機台結構系統---56

表3-1 彩色濾光片光阻成份組成 ---66

表4-1 CF色差之FTA Diagram ---75

表4-2 2010/10月~2011/05月膜厚測量機Alarm次數統計---76

表4-3 In-Line THK Judge NG SOP ---78

表4-4 顧客心聲表 ---83

表4-5 膜厚變異C&E矩陣圖 ---90

表4-6 資料收集計劃表 ---92

表4-7 pump out 氣動閥壓力2 sample-T檢定 ---92

表4-8 pump out 氣動閥壓力膜厚測試數據 ---92

表4-9 coating gap2 sample-T檢定 ---93

表4-10 Coating gap膜厚測試數據 ---94

表4-11 coating speed 2-sample-T檢定 ---95

表4-12 Coating speed膜厚測試數據 ---95

表4-13 coating start gap 2-sample-T檢定 ---96

表4-14 coating start gap膜厚測試數據 ---96

表4-15 塗佈前pump洩壓量 2-sample-T檢定 ---97

表4-16 塗佈前PUMP洩壓量膜厚測試數據 ---97

表4-17 pump recharge speed 2-sample-T檢定 ---98

表4-18 pump recharge speed膜厚測試數據 ---99

表4-19 Pump特性2-sample-T檢定 ---100

表4-20 pump特性膜厚測試數據 ---100

表4-21 光阻黏度2-sample-T檢定 ---101

表4-22 Coating speed膜厚測試數據 ---101

表4-23 關鍵因子測試檢定結果 ---102

表4-24 DOE實驗篩選要因項目 ---104

表4-25 多重因子DOE實驗結果 ---104

表4-26 DOE實驗結果分析 ---110

表4-27 實驗結果驗證表 ---111

表4-28實驗數據與Cell色差結果 ---113

表4-29 實驗結果VS Cell檢出色差表 ---114

表4-30 Start膜厚全距與Macro檢出色差比較表---114

第一章 緒論

TFT-LCD 亦是繼半體後另一波帶動台灣經濟成長的重要產業。由於我國 TFT-LCD 產 業技術幾乎皆技術轉移於日本司，所以許多技術、專利及相關零組件、材料皆掌握在 日本少數大廠手中，如 Sharp、Toshiba 等等。

1.1 前 言

基於此，本研究的目的主要是在探討 TFT-LCD 產業中，具非常關鍵的零組件之 一”彩色濾光片(Color Filter)”。彩色濾光片佔 TFT-LCD 面板材料總成本 15%~20%之 比率，現階段除了減少材料成本除外，若能提高產品良率及增加彩色濾光片的產能，

其獲利上必能駕於日、韓之上。本研究將著重在彩色濾光片彩色光阻在塗佈初期膜厚 控制，利用六標準差找出最佳製程參數組合,改善其塗佈初期膜厚不穩定現象,以達到 彩色濾光片在 Cell CF 色差不良品缺陷下降,以免造成需要大量人力&設備檢出其異常 品,進而改善線上產品嫁動率,使其面板成本下降。

1.2 TFT LCD 產業發展&起源

1.2.1 TFT LCD 的起源

1968 年,液晶顯示器最早的產品原型由美國 RCA 實驗室的 Heilmeier 研究團隊所發 表以液晶顯示面板為材料的電子錶[2]。1961 年,TFT 驅動技術由 RAC 實驗室的 Wiemer 研究團隊所發明的 Cda-TFT,但是直到十年後才將它運用到液晶顯示器上[2]。1979 年,TFT 液晶顯示器首次實用化是在英國 Dundee 大學的 LeComber 所提出 -Si TFT-LCD 試作。同時期在日本的日立製作所也試做了低溫多晶矽 TFT[2]。1984 年，

最早的商業化產品是由現在的 Seiko-Epson 所販賣的液晶電視，所使用的技術是高溫 多晶 TFT[2]。1986 年,現在產品主流非結晶矽 TFT-LCD (a-Si TFT-LCD),最初產品是松 下所生產的液晶電視，當時的成本與性能都未能符合市場要求，因此由利基的 ovdehand projector 用途轉為資訊顯示[2]。1991 年，將 TFT 彩色液晶搭載於筆記型電 腦的應用開始 TFT-LCD 始成為一個產業[2]。

1.2.2 TFT LCD 產業發展

我國彩色濾光片之產業發展，最早起源於工研院執行之平面顯示器示技專案計 畫。由工研院電子所負責第一代(G1)320mm*400mm 尺寸之 TFT LCD 用彩色光片製 程技術研究，材料所負責關鍵材料-顏料分散型彩色光阻開發，之後並曾將其開發技 術轉移至碧悠、亞洲化學等有意踏入顯示器產業之廠商，但是技術皆未能達到可量產 的階段。國內 TFT LCD 廠商之先驅者-聯友光，亦曾以染色法製程從事彩色濾光片之 研究，主要開發彩色 STN LCD 用彩色濾光片，初期遭遇製程與材料來源之雙重困難，

1999 年才將微影電著法改為目前主流的顏料分散法。而後世界顛峰科技透過日商伊 藤忠商社進行技術移轉，並同時購買日本 MICRO 廠商之舊設備，於 1998 年 5 月開 始量產小尺寸彩色濾光片(300mm*400mm)，雖曾有意往大尺寸彩色濾光片發展，但 目前仍主攻小尺寸 STN-LCD 市場。在 1998 年期間，東賢科技公司亦計畫投入 STN LCD 用彩色濾光片之生產，該公司向日本廠商購買以微影電著法製作彩色濾光片之 舊生產設備，玻璃基板尺寸為 300mm*400mm~320mm*420mm。奇美實業於 1999 年

踏入顯示器材料產業，玻璃基板尺寸為 370mm*470mm，採用乾膜轉印法製程技術，

主要生產 STN 用小尺寸彩色濾光片為主。而後，彩色濾光片事業部與生產 TFT LCD 之奇晶光電合併為奇美電子，在南科成立彩色濾光片一廠，生產大尺寸 TFT LCD 用 彩色濾光片，從此我國進入大尺寸彩色濾光片產業之時代。

1.3 TFT LCD 產業市場結構分析 1.3.1 產業市場結構分析

“平面顯示器(TFT LCD)”是由眾多原物料及零組所組合而成。舉凡從表玻璃、”彩 色濾光片(CF)”、液晶(LC)、”偏光板(Polarizer)”、背光模組、PCB、組裝出貨等等多 道繁複製程。

表 1-2 我國 TFT 液晶顯示器材料產業結構圖

資料來源: 我國 TFT-LCD 產業之技術優勢分析[2]

1.3.2 彩色濾光片製造技術

彩色濾光片製程發展中，包含染色法、顏色分散法、電著法、乾膜法、印刷法及

蝕刻法等。其中顏料分散法有製程簡單、品質信賴度高等優點，缺點為材料利用率較 低；乾膜法之材料利用率雖高，然供應商少且色彩可變性低為其缺點；就耐熱性、耐 光性、製程 Pattern 排列性等考量。

表 1-3 Color Filter 製造技術比較 資料來源: 工業材料，1999/12

除上述目前普遍之生產方式外，新技術之發展多是朝提高附加價值方向努力，

如可提高對比值及增加耐衝擊性之 Photo Spacer 製作，及 IPS(In Plane Switching)或 MVA(Multi-domain Vertical Alignment)之廣視角技術等。

五代廠 TFT LCD 而言，其零組件的材料成本佔總成本之 7 0 %．其中彩色濾光 約佔總成本之 1 8 . 9 %，若單就材料成本而言，亦高達 2 7％，而製作彩色濾光片之 材料包含玻璃基板、彩色光阻材料、I T O 與黑框用鉻( C r )靶材等，材料成本佔彩色 濾光片總成本之 6 0 - 7 0 %，其中玻璃為彩色濾光片材料成本中最大項目，其比重約 佔 4 0 %，若包含黑框製做為內製則超過五成，其次為光阻材料 27%[23]。

1.3.3 未來大尺寸面板三大應用需求比重

液晶電視面板需求比重已達60%， 目前平均尺寸在32~35吋，但40吋以上比重持 續提升，平均尺寸成長空間大。液晶監視器主流尺寸有往22吋移動，但平均尺寸成長 空間小於液晶電視。筆記型電腦隨13.3吋比重增加，平均尺寸甚至有下滑現象

表 1-5 大尺寸面板三大應用需求比重 資料來源：IBTS 彙整分析[4]

1.3.4 產業之現況與發展

TFT-LCD應用產品相當廣泛，包含筆記型電腦、LCD監視器、LCD電視、汔車 用顯示器、投影機、數位相機及其他多種產品，但除前三項產品外，其他多屬中小尺 寸產品。大尺寸TFT-LCD應用產品當中，目前主要集中在筆記型電腦、LCD監視器及 LCD電視，其中又以快速成長的LCD監視器及具市場潛力的LCD電視最為重要。

表 1-6 液晶監視器/液晶電視滲透率趨勢 資料來源：IBTS 彙整分析[4]

估計 2011 年液晶電視滲透率 74%， 取代映像管電視市場的數量還有 5,000 萬 台以上。

1.4 研究動機

本研究將著重在彩色濾光片彩色光阻(RGB),在塗佈初期膜厚控制方面，製程上找 出最佳化參數組合，利用生產製程條件&參數調整，改善其塗佈初期膜厚不穩定現象, 以達到彩色濾光片在 Cell CF 色差不良缺陷下降,以免造成需要大量人力&設備檢出其 異常品,進而改善線上產品嫁動率,使其面板成本下降。

1.5 研究方法

首先本研究利用六標準差專案流程步驟，從影響光阻塗佈厚度的因素中探討主要 的影響因子，進行光阻塗佈製程最佳化參數組合的分析，並且利用膜厚檢查機確認其 實驗結果，有效降低生產成本與提昇良率。本研究是選擇友達光電 Color filter 廠，來 進行塗佈膜厚製程參數最佳化，並配合膜厚檢查機確認其結果，數據是以統計方式進 行分析。然而要做此實驗，將會運用一些生產機台及儀器設備，其運用的設備如下:

(1) 光阻塗佈機(Coater)

(2) 真空乾燥室(Vacuum Chamber Dry) (3) 冷熱交換板(Hot Plate & Cooling Plate) (4) 曝光機(Aligner)

(5) 顯影機(Developer) (6) 烤爐(Oven)

常用的量測儀器設備:

(1) 膜厚檢查機 (thickness inspection) (2) 乾膜量測機(KLA)

(3) 色度機(MCPD)

一些將用到的化學物品包括:

(1) 正光阻(TOYO INK or JSR) (2) 顯影液體。

(3) 酒精(Alcohol)。

(4) 丙酮(Acetone)

(5) 清洗液 :水、去離子水(DI Water)。

本文研究方法即為以上所說明的(1)製作的機台(2)選用的製程(3)實驗設計(4)量 測的設備(5)用到的化學物品。就以上這幾點來進行研究。此研究者相信若找出膜厚 參數最佳化組合，則可以應用在實際製程機台上，那麼便可以大幅減少製程機台產生 膜厚不均產生缺陷比率，以達到最大產出。

1.6 六標準差概述

六標準差(Six Sigma, 6σ)之定義在各種文獻中大同小異；其起源來自摩托羅拉公 司，摩托羅拉將六標準差定義為一種經營管理哲學，使顧客完全滿意(Total Customer Satisfaction; TCS)的經營策略。而 Peter, Robert, and Roland (2000)［24］則將六標準差 簡短定義為：「六標準差係透過以客為尊、流程管理與執行、及善用資料和事實等方 式，使公司維持長期興隆之企業系統。」Harry & Schroeder(2000)［24］將六標準差 定 義 為 「 六 標 準 差 是 一 種 以 目 標 為 3.4ppm 的 管 理 哲 學 ， 並 以 突 破 式 的 策 略 (Breakthrough Strategy)做為達成目標的方法」。

Eckes (2002)［23］認為六標準差是一套管理哲學，其目標在改善顧客滿意度，

使產品品質近乎完美，藉由流程改善的文化，達成更高水準的顧客滿意(蘇朝墩、陳 麗妃譯，2002)［26］。潘哲楠(2003)認為六標準差是一個追求卓越品質的管理方法與 系統，強調製程能力改善，透過一套完整訓練方法，執行專案計畫與目標，以達節省 成本和時間的一種哲學。

1.6.1 六標準差的定義

六標準差為一全面且具彈性的系統，用於獲取、維持和擴大企業的成功，驅動要 素在於瞭解顧客之需求，嚴謹使用事實、資料和統計分析，全力關注業務流程的管理、

改善和創新。採取整合經營管理運用手法，透過許多的企業活動，結合公司策略方針，

運用專案管理手法，選定專案或關鍵流程，進行跨部門的改造活動，藉由利用品質特 性化、最佳化等兩大過程，滿足顧客需求，創造顧客價值，提昇企業競爭力。

以統計學的角度而言，標準差是反應一群資料偏離平均值的程度，而六標準差在 統計學上的意義則是指，當我們所觀察的流程或產品為標準的常態分配時，其特定屬 性值偏離其平均值正負六個標準差的機率，將會是 0.002ppm(Part Per Million)，假如 這群資料呈常態分佈(Normal Distribution)，則會有 99.73%之資料會落在平均值前後 三個標準差範圍內，亦即有 2700ppm 的資料點會落在平均值前後三個標準差範圍外 (如圖 2-1 所示)，六個標準差寬度稱為製程的自然變異，常態分佈值落於六個標準差 界限中央時，將有 0.002ppm 產品落於規格上限或規格下限之外。若考量製程平均偏 離平均值正負 1.5 個標準差(如圖 2-2 所示)，則將會有 3.4ppm 的資料點會落平均值前 後 4.5 個標準差範圍外。

圖 1-1 六個標準差之常態分佈圖 資料來源: Forrest W Breygogle(1999)[5]

圖 1-2 製程偏離正負 1.5 個標準差之偏移圖 資料來源:Forrest W Breygogle(1999)[5]

實務上由 Motorola 公司所訂立的品質水準而言，是以 4 sigma 的品質水準再納入 量測值中可能發生的變異考量，偏離±1.5 sigma 後允許缺點為 3.4ppm，也就是良品率 達 99.99966%，統計學與 Motorola 對於標準差之範圍比較如表 2-3 所示(Stephen,1994)。

表1-1 統計學與Motorola對於標準差之定義與比較 資料來源:精實六標準差 Lean six sigma 著:麥克喬治(2002)[6]

1.6.2 六標準差說明

以六標準差管理系統的活動流程模式 D-M-A-I-C (界定-衡量-分析-改善-控 制)，做為彩色濾光片製程參數最佳化的改善流程，其流程步驟如表 2-1。循序漸進由 了解現況，至找到影響製程的關鍵因子，利用實驗設計之方法，求出最佳參數條件組 合。

階段 步驟一 步驟二 步驟三 使用工具

定義(Define)

確認專案的關鍵品

質成本事項

專 案 團 隊 組

成

定義及建立製程

地圖

SIPOC、魚骨圖分析

FMEA、CTQ/CTC

量測(Messure)

選擇關鍵品質

成本事項的特性

定義效能

標準

訂定資料收集

計劃、

確認量測系統及收

集

數據

統計圖表分析:柏拉圖、

魚骨圖、抽樣方法、製程

能力分析

FPC、FMEA

分析(Analyze) 建立製程能力

定 義 效 能 目

標

確認變異來源

假設檢定、 ANOVA 相

關迴歸分析、卡方檢定、

FMEA

改善(Improve) 阻隔消除潛在真因

找 尋 變 異 的

相關性

建立作業容差及實

驗解決方法

實 驗 計 劃 、 穩 健 工 作

Robust 、 假 設 檢 定

Lean/Stream Lining

控制(Control)

確認量測系統的穩

定及一致性

決 定 製 程 能

力

執行製程管制系統

及專案結案報告

管制計劃、SPC 防錯措施

(Error Proofing)

表 1-8 六標準差 DMAIC 說明

資料來源:逢甲大學(95 學年)碩士論文 利用六標準差與田口方法改善液晶顯示器配向 膜印刷均勻度[7]

1.6.2.1 定義(Define)

1.問題定義

進行六標準差管理手法時，最重要的一點是清楚的界定問題，也是界定階段的主 要目的。專案的選定必須釐清顧客要求的範圍，並在開始時便了解要達成什麼目的。

界定階段的工作便是決定要改善的製程或產品之問題。首先要界定主要的顧客或顧客 群，進一步了解顧客的要求，由顧客透露的心聲對產品的要求，了解顧客所需求的關 鍵品質特性 (critical to quality characteristics, CTQ)，做為改善的目標，並決定問題的 範圍。清楚的了解關鍵顧客，根據顧客的概況，以了解顧客需求的心聲掌握趨勢。把 顧客心聲轉為具體的顧客要求，以明確的掌握顧客要求。一開始即了解想要達成什麼 目的，才能精確的定義專案原則。界定階段做得好壞，將會決定專案後續工作的好壞。

2.選擇 CTQ 特性

產品若要滿足顧客需求，就要達到顧客所需求的關鍵品質特性的條件。在達成顧 客需求界定後，下一個步驟是評估顧客需求的優先順序，對顧客的各種需求由迫切性 或關鍵性的問題優先改善，根據柏拉圖法則，解決重要的一、二項目問題，大部份的 問題就可迎刃而解。

3.定義績效標準

接著必須衡量在失誤影響層面，所謂失誤或不良，就是指流程或其產出有無落在 顧客可接受的標準或區間內。界定出失誤之後，就能將專案努力與財務影響連結在一 起。了解顧客的關鍵品質特性，轉換成內部需求。績效標準的目的是要將顧客的要求，

轉成製程的要求，成為可量測統計分析的特性。量化顧客的關鍵品質特性，是將顧客 要求的品質特性轉成可衡量的值，須先定義測量的方法、意義，量測的標準、目標值 及規格等。

1.6.2.2 測量(Measure)

衡量真正的目的是取得好的資料，以便用來規劃和追蹤六標準差改進措施。

1.驗證量測系統

衡量階段最重要的事情就是驗證量測系統，因為唯有量測系統是精確、可信賴之 前提下，才可進一步釐清問題之真因。

因此在辨識變異來源前，必須先對量測系統加以分析，並改善其變異使變異減至 最小，以確保能更精確的評估出真正的製程能力，因此量測系統分析是一個重要的步 驟。

執行衡量系統分析，包括資料的正確性及量測系統準確性兩大項目。量測系統的 準確性：針對量測系統是否可量測出準確的資料？是否值得信賴？因此量測

系統的準確性須評估及確認：解析度 (resolution)、準度 (precise)、偏移性 (bias)、

重複性 (repeatability) 和再生性 (reproducibility)。

量測系統的衡量步驟如下：

步驟 1. 量測資料的收集：隨機的選取要量測的物件及量測人員，由量測人員分 別對所選取的物件做數次的量測，量測的順序是隨機的。

步驟 2. 作變異數分析：分析零件和量測者及其交互作用對量測結果是否有顯著 的影響，若交互作用項的 P 值大於 0.05 則表示交互作用項不顯著，可將

其忽略。

步驟 3. Gage R&R 分析：量測系統的重複性及再生性變異分析，包括數據的分

析及圖形分析。數據分析：如表 2 在 % Study Var 的值小於 10% 則為好的量測系統，

介於 10%至 30% 間為可接受的量測系統，大於 30% 則為不佳的量測系統。

圖形分析：

(1) 構成要素的變異 (components of variation)：

R&R Bar 愈小愈好。Part to Part Bar 愈大愈好。

(2) 樣品間的變異 (By samples)：

同一樣品的測試點分佈差異愈小愈好，樣品間測試平均值愈大愈好。

(3) 測試者的變異 (By operator)：

測試者之間測試群組分佈及平均值愈一致愈好。

(4) 測試者與樣品間之相互影響圖 (operator-part interaction plot)：

測試者之測試平均值連結線愈平行且愈一致愈好。

2.鑑定變異來源

在此階段試著掌握為什麼會出現失誤，再細分出是哪些原因 (也就是 x ) 導致這 些失誤，換句話說就是必須找出是哪些投入影響了產出，也就是找出對結果 ( y )造 成影響的投入關鍵因子。使用簡單的分析工具，例如魚骨圖、C&E 矩陣圖等，可以 很容易的找出造成影響的因子。

1.6.2.3 分析(Analyzes)

在這階段主要是要對所收集的數據進行統計分析，把握影響關鍵品質特性的要 因，以明確的追究根本原因。

數據分析主要的分析工具有:

1.假設檢定 2.ANOVA 分析

3.相關性分析 4.迴歸分析

這些分析工具均可透過 Minitab 統計分析軟體來進行驗證與分析。

1.6.2.4 改善(Improvement)

在改善階段中，確認重要變數與量化這些變數對關鍵品質結果的影響，定出每個 變數的最大可接受區間，確保衡量系統可真正地衡量這些變數。

1.篩選要因

這階段是要了解每一個投入因子 ( x ) 對產生的結果 ( y ) 影響的程度，將所列 出的影響因素區分為少數重要關鍵因子及多數不重要因子，以便針對少數重要因子進 行分析。要解決問題就要先找出真正的原因，所以在改善過程中這是最重要的一環。

在追究原因時，儘可能將想到的原因列舉出來，再從這些原因中選出可能性較大 的真正原因，分析出關鍵的真正原因。

2.發覺變數間之關係

在進入改進階段時，必須積極的調整流程，以觀察若要改變結果，須具備哪些要 件。運用實驗設計工具來判斷哪個投入是重要的，會影響到產出，同時還能協助量化 投入變數，達到產出要求。

在這階段定義輸入條件的操作水準，以獲得所需的輸出績效。本研究將根據所分 析 出 的 少 數 關 鍵 因 子 ， 利 用 實 驗 設 計 進 行 實 驗 以 找 出 最 佳 製 程 參 數 組 合 。

3.DOE 實驗

DOE 實驗是一種在所設定之的控制條件下，來評估輸入訊號(Input Signals)對輸 出結果(Output/Response)所造成影響的有系統量化研究方式。

而其實驗的目的為：

A.確定那些輸入變數對輸出影響最大。

B.確定什麽樣的輸入設定能産生理想的輸出結果。

C.確定怎樣設定影響最大的輸入標準以減少輸出變數的變化範圍。

D.確定怎樣設定可控輸入水準使得不能控制的輸入變數對輸出的影響減到最小。

一般常用之 DOE 實驗類型如下:

A.One Factor At a Time (OFAT)：一次一個參數法。

B.全因子(Full Factorials) C.2K 因子(2K Factorial)

D.部分因子(Fractional Factorial) 1/2 因子(1/2 Factorial)

1/4 因子(1/4 Factorial)

1.6.2.5 控制(Control)

這階段中，運用計量指標與其他衡量工具持續記錄與觀察流程，以評估流 程能力是否會隨時間而改變。當完全地消除了某問題時，控制階段會不存在。

1.實施製程管制系統

要確保最佳的製程條件能維持製程穩定及製程績效，則須做製程管制以作監控，

確保製程的改善及改善的落實。在這階段可運用管制計畫來協助與定義所有流程的運 作狀況是否合乎一致性。

2.建構文件標準化

將人員動作、手法與製程參數管控標準化後將之文件化定義，並透過內部稽核來 確保標準化之執行效果。

1.4.3 六標準差實務應用

近年來的熱門品質管理話題就是六標準差，所以有不少的研究是採用六標準差的 手法去進行分析解決問題。

六標準是目前改善產品和服務品質的有效方法，它結合統計概念以及管理和操作 的工具來做基本改善。Goh［24］提出一種非數學語言，在六標準差的程序中呈現實 驗設計的原理和技術，實驗設計在過去已用來做品質改善，在六標準差中更是扮演重 要角色 。

遠東杜邦股份有限公司，尼龍平織布緯向暇疵之改善，針對尼龍平織緯向的瑕疵 問題；以及科技纖維競爭優勢［27］，為了更強化泳裝布料之競爭優勢，及因應客戶 之品質標準。成立跨部門專案小組，採用六標準差的 DMAIC 的品質管理手法，運用 實驗設計法求得製程最佳操作條件，並落實研究結果於生產製程中，最後不僅及時有 效的改善問題，獲得客戶的肯定，更精進公司領導品牌的形象及整體之營運能力。

六標準差已被用來改善組織的績效，且有許多製造業公司成功運用六標準在他們 的工作。一般而言，六標準差的焦點是放在減少不良和製程能力攺善。Wiklund 等人

［28］提出六標準差對公司的組織改善包括組織學習，以六標準的程序，設計組織學 習的基本原理，以及長期改善的執行計畫，提到組織和領導的影響，是對於改善組織 學習和刺激人員的能力發展和動機不可缺少的。

1.7 章節提要

本論文研究第一章是說明一些研究動機、文獻回顧、研究方法之外，另一則是增 添了 TFT LCD 市場上的分析，介紹台灣、日本、韓國在 TFT LCD TV 、Monitor、

Notebook 等產品上的市佔率，及未來 TFT LCD 領域的發展。

第二章在說明繁多的 LCD 種類中，如何選取一種合乎需求的 LCD。在眾多的 LCD 種類中，再加以說明其 TFT LCD 架構、製程。最後是說明 TFT LCD 中彩色濾光片 架構、製程介紹及現行製作上的瓶頸。

另外介紹此次實驗所使用設備、量測機台及整個實驗設計實驗設備:

UV(紫外線)、Cleaner(洗淨機)、Coater(光阻塗佈機)、AMC(巨觀缺陷檢測機)、VCD Chamber(真空乾燥室)、HPCP(熱、冷板)、Aligner(曝光機)、Developer(顯影機)、AOI(自 動檢測機)、Oven(烤爐)。

量測機台:

1. 膜厚檢查機(In-line THK)

使用光學系統運用穿透式光源進行膜厚檢測 2.色度光學量測儀(MCPD)

利用由上下光源與鏡頭組合量測色度(x , y , Y)

第三章是彩色濾光片光阻塗佈技術原理&光阻做基本簡介，並且針對以現有友 達光電 L5A 廠 CF 光阻塗佈機台塗佈 Recipe 做詳細說明，最後針對以現有彩色濾光 片光阻塗佈常見問題、困難點再加以詳細說明。

第四章是將實驗數據資料分析和精進,開始利用六標準差手法 DMAIC 依續找出 影響膜厚變異參數，初期利用腦力激盪法&魚骨圖找出有可能影響膜厚變異因素，並 且利用 C&E 矩陣以分數最高前八項為可能影響因素，並且利用 F-檢定方法，確認此 八項是否有無影響，接著利用 DOE 實驗方法找出最佳解，最後可以依照此次實驗所 驗證出的結果應用在實際生產線上，以驗證此次實驗的價值。

第五章是依據實驗的結果來進行分析與討論，並且提出改進的方法。

第二章 TFT-LCD 面板製程概論及說明

2.1 何謂 TFT-LCD

是多數液晶顯示器的一種，它使用薄膜電晶體技術改善影像品質，雖然 TFT-LCD 被 統稱為 LCD，不過它是種主動式矩陣 LCD，它被應用在電視、平面顯示器及投影機 上

液晶是一種介於固態與液態間的有機化合物，也是一種具有規格性分子排列的化 合物，將其加熱會成透明液態，將其冷卻會成結晶的混濁固態，因此特性故稱液晶。

簡單的說 TFT-LCD 面板的基本結構為兩片玻璃基板中間夾住一層液晶。前端 LCD 面板貼上彩色濾光片﹐後端 TFT 面板上製作薄膜電晶體(TFT) 。當施電壓于電 晶體時﹐液晶轉向﹐光線穿過液晶後在前端面板上產生一個畫素。背光模組位於 TFT-Array 面板之後負責提供光源。彩色濾光片給予每一個畫素特定的顏色。結合每 一個不同顏色的畫素所呈現出的就是面板前端的影像。

圖 2-1 TFT LCD 結構圖一

資料來源: Jiun-Haw Lee, “Introduction to Display Technologies”[8]

圖 2-2 TFT LCD 結構圖二

資料來源:TFT 液晶顯示器原理 著:田民波(2008) [9]

TFT LCD 方式是在原本配置畫素的電及交叉處，在加上一個對象電極，並且 在此三個的電極交叉處放置薄膜狀的 Active 素子。TFT-LCD 的彩色濾光片中，一個 點是由三顏色(R、G、B)畫素所組成，而 TFT-LCD 是藉由各色畫素上的電晶體來控 制該畫素發光，其中主動矩陣式的 TFT 不同於被動矩陣式可以單獨控制某一像素上 的電壓強度，改變液晶分子結構，造成不同明亮的層次，且 TFT LCD 每一個畫素均 由一至四個電晶體控制，更新頻率較高，使得影像能有較佳的對比與減少畫面移動時 模糊的狀態，如此相較於 TN/STN LCD，TFT LCD 具有更佳的顯示畫質，色彩飽和 度更高，度應速度較快，觀賞角度可達 160 度以上，對比率也超過 150 以上，應用範 圍包括數位相機、液晶投影機、筆記型電腦、大型顯示器等高階產品[29]。

2.1.1 TFT LCD 之技術分類

圖 2-3 液晶平面顯示器的種類及其分類

資料來源:顧鴻壽，”光電液晶平面顯示器-技術基礎及應用”[10]

2.1.2 TFT LCD 製程介紹

前段 Array

-前段的 Array 製程與半導體製程相似，但不同的是將薄膜電晶體製作於玻璃上，而 非矽晶圓上。

圖 2-4 前段 Array 製程流程圖

資料來源:薄膜晶體管(TFT)陣列製造技術 著:谷至華(2007)[11]

中段 Cell

-中段的 Cell ，是以前段 Array 的玻璃為基板，與彩色濾光片的玻璃基板結合，並在 兩片玻璃基板間灌入液晶(LC)。

圖 2-5 Cell 製程流程圖

資料來源: 薄膜晶體管(TFT)陣列製造技術 著:谷至華(2007)[11]

後段 Module Assembly (模組組裝)

- 後段模組組裝製程是將 Cell 製程後的玻璃與其他如驅動電路 IC、背光板、鐵框等 多種零組件組裝的生產作業

圖 2-6 後段 Module Assembly

資料來源: 薄膜晶體管(TFT)陣列製造技術 著:谷至華(2007)[11]

2.1.3 TFT 專有名詞介紹

TFT-LCD (Thin Film Transistor)中文簡稱 「薄膜電晶體液晶顯示器」，是用玻璃 上的薄膜電晶體，來控制液晶的光線明暗，讓不同色彩顯示在螢幕上。

ACF 異方性導電膜，主要的功能只提供兩種接合物體垂直方向的電器導通，對 於水平方向則具有絕緣 效果，ACF 主要由黏接劑(Binder)與導電粒子組成，一般 ACF

要求的規格主要有四個部分，接 合強度，絕緣組抗，接合組抗與可靠度。

Aging 老化試驗在高溫環境下輸入檢查訊號 , 檢測液晶面板之顯示情況 ,並顯 示出液晶面板的缺陷 點 , 使產品更穩定 , 提高產品品質穩定性。讓 LCD Panel 在高 溫環境下通電,早期發現其不良點, Panel 經過 Aging 後,可讓電晶體安定化，在某些液 晶廠中的製程上，也將液晶點亮機的部分測試項目，直接在 Aging 測試。

COG 接合技術是將長有金凸塊的驅動 IC 裸晶片，使用 ACF 直接與 LCD 面板 做連接.

TCP 是將卷帶狀軟質印刷電路板加工製成配線作為卷帶式基板(Tape Carrier)。再 將含有金凸塊 (Gold Bump)驅動 IC 的裸晶片(Bare Chip)與卷帶式基板配線的內部端 子做內引線(Inner Lead Bonding，ILB)接合、封膠、測試，並留外引腳(Outer Lead Bonding，OLB)作為訊號接續之 用一種封裝方式。

開口率將畫素中的 TFT 所佔的面積去除，光可以透過的面積就稱為『開口率』，

目前開口率大約 60%。

偏光板讓反射及反覆曲折的太陽光線於同 一 方向透射 , 所以利用偏光板過濾 後看出去 的視野可以減低刺眼 ,特別是 反射光線﹑ 眩光﹑ 曲折光 , 若使用偏光板 過濾後 可以減低刺眼延長可視距離,特別是開車時使用康德偏光板可看到的視野更 寬廣

驅動 IC 為液晶顯示器之基礎零件之一，為佔 LCD 成本比重中次高者。驅動 IC 主要功能輸出需要的電壓至像素，以控制液晶分子的扭轉程度

彩色濾光片(Color Filter)基本結構是由玻璃基板（Glass Substrate）、黑色矩陣

（Black Matrix）、彩色層（Color Layer）、保護層（Over Coat）及 ITO 導電膜所組成

背光模組主要提供液晶面板均勻、高亮度的光線來源，基本原理係將常用的點 或線型光源，透過簡潔有效光轉化成高亮度且均一輝度的面光源.

2.1.4 TFT-LCD 的原理及架構 2.1.4.1 TFT LCD 架構圖

TFT-LCD 主要架構可分成四大類:

一、 TFT(Array):

二、 CF(Color Filter):

三、 液晶(Liquid):

四、 偏光板(Polarizer):

圖 2-7 TFT-LCD 主要架構

資料來源:王政中、蔡彥正、金士傑，”LCD TV 推升 TFT 零組件營運再創巔峰[12]

2.1.4.2 TFT LCD 詳細構造圖

液晶顯示器簡單的內部結構，包含了背光源(Back-Light)、偏光板 (Polarizing Filter)、透光導電層(Transparent Electrodes)、液晶、彩色濾光片(Color Filter)及空間裝 置(Spacer)等組件。

圖 2-8 顯示器之構造圖

資料來源:Jiun-Haw Lee, “Introduction to Display Technologies”[13]

2.2 TFT-LCD 製造流程

TFT-LCD 主要製程可分成四大類:

一、 TFT(Array): TFT 所需電路製作。

二、 CF(Color Filter):BM、R、G、B、Polish、ITO、PS(Photo Spacer)製程。

三、 Cell: TFT vs. CF 組裝，並將液晶灌入其中。最後於 TFT 側及 CF 側貼上 偏光板(Polarizer)。

四、 Module : IC Bounding、PCB board Bounding、背光源件組裝。

圖 2-9 Manufacturing process of TFT LCD 資料來源:光機電奈米量測系統科技整合研討[14]

2.2.1 Array Process flow chart

表 2-1 Array Process flow chart

2.2.2 Cell Process flow chart

表 2-2 Cell Process flow chart

2.2.3 CF Process flow chart

表 2-3 CF Process flow chart

圖 2-11 TFT-LCD 製程簡介

2.3 彩色濾光片製程及架構 2.3.1 彩色濾光片製程技術

彩色濾光片的第一道製程為黑紋(Black Matrix；BM)其主要功能為 R、G、B 遮 光效應，以減少露光機率。第二、三、四道製程為紅、綠、藍三原色彩色層，R、G、

B 三顏色藉由驅動原理來控制液晶扭轉，將白色背光過濾成 R、G、B 三色，使之產 生明亮暗度不等色光[8]。

第五道製程為研磨(Polish)其功能為將其三原色所造成的牛角(Tsuno)磨平，以利 透明導電膜(ITO)容易覆蓋在上。第六道製程為濺鍍上透明導電膜(ITO)。第七道製程 為空間間隙球(Photo Spacer)此製程為 CF 五代廠(Glass size:1100mmX1300mm)以上製 程所使用，五代廠以下製程並無此製程[11]。圖 2-6 為彩色濾光片製程簡介

圖 2-12 彩色濾光片製程簡介

資料來源:TFT LCD 面板設計與構裝技術 著:田民波(2008)[15]

2.3.2 彩色濾光片架構簡介

2.3.2.1 BM(Black Matrix 黑色矩陣)製程技術簡介

遮光層(Black Matrix ，BM)TFT-LCD 防止漏光及穩藏液晶配向缺陷的結構組織。

圖 2-13 黑色矩陣製程

2.3.2.2 RGB(彩色層)製程技術簡介

著色層(R、G、B)乃利用背光板光源將其畫素上之三顏色(R、G、B)以光譜分散 方式的薄膜層；著色層的薄膜厚度一般約在 1~3µm。

圖 2-14 R、G、B 三顏色製程

2.3.2.3 Polish 製程技術簡介

在 R、G、B 製程過後因 Patten 關係，所以在每個畫素上皆會有牛角(Tsuno)產生，

此牛角將來在 Cell 液晶製程中將會因牛角突起處排列異常發生 Image Stick 的問題。

為了解決此一問題各家 TFT LCD 面板廠商及 CF 廠商均有不同的製程方法。以面板 大廠-友達光電，就是以 CMP(Chemical Mechanical Polishing)方式將牛角(Tsuno)磨除。

研磨(Polish)所使用的研磨材料如下:

1. Polish Pad(研磨片):研磨主要材料之一，PU 材表面附上纖毛等 導引 Slurry 的材料。

2. Template(固定玻璃用的框):表面貼附符合 Glass Size 的 Pattern。

3. Slurry(研磨液):研磨主要材料之一，A1203 Type,粒徑大小約

〜33nm。

4. Detergent(化學洗劑):研磨後基板清洗用的化學洗劑。

圖 2-15 研磨製程

2.3.2.4 ITO 製程技術簡介

1.ITO(Indium-Tin-Oxide)[銦錫氧化物]:

光電產業的要求為高透過率，低抵抗值。

2.ITO 的膜度的決定因素:

膜厚愈厚則導電性變好；相對地，透光性隨膜厚的增加而變差。

透明導電膜製程(ITO)

圖 2-16 透明導電膜製程

2.3.2.5 Photo Spacer 製程技術簡介

當玻璃基板隨著消費大眾需求逐漸大型化後，傳統的間隔劑(Spacer)的噴灑方式 在均勻性的控制上將會越來越因難，於是目前五代線(1100cmx1300cm)以上的廠商已 開始使用曝光及顯影的方式，直接將 Spacer 做在 CF 上面，以解決因傳統的噴灑方式 所造成間隔劑滑動，而造成畫素缺陷的問題。但是此一新技術在目前使用 Photo Spacer 的方式下，對材料的特性及塗佈的均勻性等方面性均必須重新測試及評估已達到技術 的提升。然而 CF 目前的供應模式，隨著玻璃基板尺寸不斷的增大。對於目前 TFT LCD 面板廠商均已走向『In House』的模式，而這也使得專業的 CF 廠商更必須在品質、

成本、技術研發及交期上更具優勢，才能夠永續經營下去。

PS 製程

圖 2-17 間隙球製程

圖 2-18 間隔劑及 Photo spacer 結構比較

資料來源:王信陽，“彩色濾光片的發展技術藍圖“ [16]

2.4 彩色濾光片現行製造狀態

現今彩色濾光片產業的製造過程共須經過七道製程才能完成一片彩色濾光片，其 七道製程分別為:BM、R、G、B、Polish、ITO、PS。其中以 R、G、B 三顏色為例，

每製作一個顏色皆需要經過數十種製程參數調整才得才製作出，然而這些參數中較為 關鍵性的為:

(1) Coater (光阻塗佈機):光阻吐出量多寡

(2) Vacuum Chamber Dry (真空乾燥室):真空壓力大小 (3) Hot Plate & Cooling Plate 冷熱交換板:溫度高低 (4) Aligner (曝光機):曝光量大小、Gap 值大小 (5) Developer (顯影機):顯影速度快慢

(6) Oven (烤爐):溫度高低

2.4.1 彩色濾光片現行製造瓶頸

彩色濾光片現行製造瓶頸為產生塗佈缺陷(Defect)時花費不少時間做層別及量測 缺陷特性,但往往攔檢到品質異常時通常在 Oven 後才被攔檢出來,此時 Glass 異常品產 生已難以估計。加上目前廠內缺陷(Defect)檢出規格及人員對缺陷判別多少都會有所

差異,通常皆會影響產品的誤判及判斷層別缺陷方向。

光 阻 塗 佈 的 方 式 由 spin 進 展 為 slit 時 ， 也 因 為 機 械 結 構 的 不同 多 了 直 線 (Yokodan)、橫線(Suji)條紋式的色差，還有就是塗佈起始點與終點的塗佈不均的現象 稱之為 start color shift(start 色差)

造成塗佈缺陷的原因當然不外乎塗佈機台與光阻劑；當塗佈的方式改為 slit 的形 式，機台設計的難度相對性的提高許多，可以達到良好塗佈的範圍也窄了許多由圖 3-21 看出要達到良好的 slit 塗佈是需要相當多的機台調整；無論在塗佈起點、終點與 塗佈的過程中，如果馬達稍微有不順暢的情形，那就相當容易產生直線狀的色差；如 果光阻吐出時由表面張力所形成的半月型形狀與噴嘴移動的時機沒有配合好，那麼會 很容易形成橫線與雲霧狀的色差。而且隨著玻璃基板的放大，為了不讓生產的時間也 跟拉長，會要求機台廠商提高塗佈的速度，當 slit 塗佈機台噴嘴移動的速度越快，其 達到良好塗佈的製程範圍也相對的變得更窄

以下針對直線(Yokodan)、橫線(Suji)狀及 Start 色差做進一步的分析：

A. 直線狀的色差最主要源於光阻噴嘴頭移動或光阻吐出時的不夠順暢；機台的 調整上如果可以降低塗佈時的速度與增加噴嘴對準平衡時間，並進一步降低 機台本身的震動，無論是馬達、齒輪或環境，都會對提升塗佈品質有相當大 的幫助。

B. 橫線狀的色差只要源於噴嘴本身有刮傷或是基板上有微塵、氣泡等，如果塗 佈時與基板的距離過寬、光阻膜厚過薄與黏度過高時也相當容易造成此種塗 佈缺陷。相對的如果可以確保噴嘴與基板的品質，並於塗佈時盡量減少氣泡 的產生，配合降低光阻黏度與塗佈時的間隙與速度，便可以得到較佳的塗佈

品質。

C. 成膜色差主要造成原因為成膜膜厚不佳及成膜不穩定，造成成像上有明顯色不均 現象，俗稱為色差(Mura)，會造成成膜膜厚不佳原因，主要為成膜參數設定不佳、光 阻黏度、成膜 coating gap&厚度等造成此一現象

2.4.2 彩色濾光片現行製造方法

彩色濾光片產業出貨規格已烤爐後的膜厚、色度及巨觀檢測為主。但當巨觀呈 像產生缺陷時會量測膜厚&色度來確定是否符合規格內出貨，所以假設在巨觀出現缺 陷之前，先行掌握膜厚變異之重要參數，讓缺陷出現機率減少，如此一來就可以省略 量測色度&膜厚時間，以利增加產出的效能。

2.5 彩色濾光片重要機台簡介

現有彩色濾光片實際 Layout 如下所示(以友達光電為例)

圖 2-19 實驗設備機台 Layout

資料來源:友達光電 L5A 廠

2.5.1 紫外線(UV)機台&製程簡介

玻璃清潔主要使用低污染、高時效之 Ultraviolet (UV)清洗機進行，它係利用紫外 光子對有機物質所起的光敏氧化作用以清洗黏附在玻璃表面上的有機化合物，但在清 洗過程中會因光敏氧化作用而產生具刺激氣 味之臭氧毒性氣體，並隨著 UV 清洗機 反應腔出片過程逸散至潔淨室

UV 洗淨原理-185 短波長的紫外線與大氣中的 O2 分子切斷成二個單氧 O+O;氧氣 再與大氧中的 O2 結合成 O3(臭氧);254 波長紫外線將 O3 分子鍵切斷產生 O2+O; 254 波長紫外線照射附著於被照物表面上的有機性污染物薄膜、直接破壞切斷其分子鍵。

被破壞切斷其分子鍵有機性污染原Ｃ(碳)Ｈ(氫)化合物與Ｏ單氧分子結合成 H2O 與 CO2、CO、NO2 等揮發性物質經排氣排出於大氣中，被照物的表面因此而潔淨。

圖 2-20 UV 製程原理

資料來源:Clean Technology department[17]

1.Dissociating chemical bond:

利用 UV Lamp 產生之波長 185;254nm 能量,打斷有機物之鍵結.

h(Planck constant):6.62× 10^-27 erg-sec c(the light velocity):2.99× 10¹⁰ cm/sec λ (the wave length) (cm)

N(Avogadro’s Number): 6.02×10²³ /mol

則獲得 185nm 產生 155kcal/mol;254nm 產生 113kcal/mol.可破壞之鍵結如下表

表 2-4 Various chemical bond energy 資料來源:友達光電 L5A

2.Oxidation decomposition action

UV Ray 使有機物發生酸化分解作用, O2+hγ → O3+O2+O^* 分解 O₃

Cm Hn Ok → Cm’ + Hn’+Ok’ → CO2(g) ↑ +H2 O(g) ↑ +CO;COOH(親水基) 則具親水基之有機物可用 detergent 去除

3.Reforming (親水化改質)

經由酸化分解,使有機物表面產生親水基 COOH/CO,可降低純水在其表面之接觸

Bond Bond Energy

(kcal/mol) Bond Bond Energy (kcal/mol)

C-C 84.3 O-O 32.9

C=C 140.5 O=O 117.5

C-H 97.6 O-H 109.3

C-F 115.2 H-F 134.9

C-Cl 76.9 H-Cl 101.9

C-N 63.6 N-H 91.9

C-O 76.4 Si-O 105.4

C=O 190 Si-C 69.8

Various chemical bond energy

角(Contact Angle),使純水較易去除有機之 particle 親水化之評價方法:

測量純水水滴在基板表面之 Contact Angle,contact angle 愈小,表示親水性佳 一般 UV 後, Contact Angle (θ )＜ 10⁰

圖 2-21 UV 接觸角 資料來源: 友達光電 L5A

2.5.2 Cleaner(洗淨機)機台&製程簡介

EnterRB CleanerSubs RinseAAjet RinseAir Knife

Enter：(入口搬送部)接收上游機台傳送過來的基板往下游模組傳送。

RB Cleaner：上下各兩支 roller brush 接觸基板進行洗淨的動作，清洗基板上較 大的 particle。

Subs Rinse：接收 R/B 傳送來的基板，並向基板表面及背面噴灑純水，沖洗藥 液。

AA jet Rinse：藉由高壓幫浦向基板的表面及背面噴射高壓純水，清洗基板上 較微小的 particle。

Air Knife：使用乾淨乾燥的壓縮空氣對基板表面進行吹氣,除去基板上的水分。

圖 2-22 Cleaner 結構圖 資料來源: 友達光電 L5A

圖 2-23 Cleaner brush particle remove 示意圖 資料來源:Shibaura 技術部[18]

High pressure jet:cleaned to particle size >3um

使用高壓水柱衝擊表面,並且故意造成 over flow 情形  使氣穴產生氣泡,則在氣 泡產生與消去中所產生的能量可加強去除能力

圖 2-24 CJ (high pressure cleaner jet) 資料來源: Shibaura 技術部[18]

2.5.3 Coater(吐塗機)機台&製程簡介

Slit Coater:塗佈光阻在基板上，以所設定的光阻吐出量來控制膜厚。

Spin Coater:將塗佈在基板上之光阻，以 RTC 機構的 Spin 轉速來控制膜厚。

圖 2-25 tok Spinless 示意圖 圖 2-26 tok Coater 機構示意圖 資料來源:tok 官方網站 資料來源: tok 官方網站[19]

表 2-5 tok 各型號對應世代表 資料來源:tok 官方網站[19]

2.5.3.1 VCD(Vacuum cold dry)

原理:水有固態、液態、氣態三中態相.根據熱力學中的相平衡理論,隨壓力的降 低,水的冰點變化不大,而沸點卻越來越低,向冰點靠近.當壓力降到一定的真空度時,水 的沸點和冰點重合,冰就可以不經液態而直接汽化為氣體。

VCD process:將被 substrate 放在密閉的 chamber 內，以真空系統抽真空，使 photo resist 內部的 solvent 通過壓力差或濃度差擴散到表面，同時真空狀態下 solvent 沸點 降低，當 chamber 內壓力降到一定時 solvent 揮發至 chamber 並由真空 pump 抽去.排 放至 trap tank.回原為液狀.由廠務回收.回收過程可再經由冷凝器分離不同 solvent.達 到 solvent 回收效果。

VCD key issue 凸沸 issueVCD 抽氣速率過快造成集中大 sheet 四各角落 調整 slow or main damper 或調整 slow valve 開啟時間

要強制開啟時產生震動大部分發生於 N2 purge valve purge 時未開啟.

例:chamber purge 4*100L 才可到達 V0.少一顆 N2 purge 只可達到 3*100L 使內部壓 力較外部小暫解 1.關小 N2 流量.使 pressure sensor 與 chamber 內壓力 offset 變小(開 大 N2 總量雖然變大.但是 pressure sensor 與 chamber 內壓力 offset 會相對變大.)2.修正 V0 offset.

2.5.4 HPCP(預烤機)機台&製程簡介

HP：預先烘烤使基板上的光阻之着密性增加。即所謂的軟烤（Pre-bake），溫度 般在 120 至 150℃。

CP: 使基板降溫至室溫,以達到曝光製程所須的精度要求 (尤其是 BM 製程)。溫度一 般小於 25℃。一般來說為增加產能，會增加 HP 的數量，而降低 CP 的數量，而降低 CP 數量時會使冷卻曲線更陡峭，造成靜電增加，使玻璃破碎。

(1)The Function of P-CP:

使玻璃進入 Canon 曝光時,玻璃表面溫度精準度達到 23 ± 0.5 ℃.避免因為玻璃溫 度差異影響到 Total Pitch.例: Corning Eagle 2000 熱膨脹係數: 31.8 x 10 –7/℃,溫度差 異 1 ℃時,G5 size glass 長邊約增加 3.975um.

(2)P-CP design is similar with CP. The chiller type is different.

Normal CP Chiller: 高功率/控溫精準度較低 P-CP chiller: 低功率/控溫精度較高

圖 2-25 HPCP 外觀結構示意圖

資料來源:Clean technology 技術部[17]

圖 2-28 HPCP 基板動作順序

資料來源:Clean technology 技術部[17]

2.5.5 Alignment(曝光機)機台&製程簡介

正型光阻曝到 UV 光後到 Develop 會被顯影液洗掉，而負型光阻則是相反的。曝 光反應機制：曝光可以解釋為光引發劑吸收光能後分解成游離基，游離基再引發光聚 合單體進行聚合交聯反應,反應後形成曝光，而曝光能量的定義為能有效且均勻的引 發曝光的能 量。曝光能量定義 E=IT(E=總曝光量 mj/cm2；I=光的強度 mw/ cm2； T=

時間 sec)算法為 Power=照度 x 時間如有 DUV filter 則 Power= 照度 x 時間 x(0.8~0.85)。

圖 2-29 Deco Alignment 機構示意圖 資料來源:Deco 技術部

2.5.6 Developer(顯影機)機台&製程簡介

因所使用光阻型態之不同，故顯影段有區分為以下兩種顯影製程

正顯影:採用 paddle 讓顯影液附著在基板上的方式顯影，因正顯影之顯影液成本比較 高，故採用 paddle 讓顯影液附著在基板上的方式顯影，以減少成本。

負顯影機：採用 Nozzle shower 的方式顯影。

顯影機由以下單元組合而成：

組成: EnterDevelopSubs RinseHi pressure Rinsedirect Rinse Air Knife

Enter：(入口搬送部)接收上游機台所傳送過來的基板，並往裝置內傳送。

Develop：

a.從設置在搬運滾軸上方的 SPRAY NOZZLE 向玻璃基板表面噴射顯像液。

b.在第 3 槽的後半部設置 BRUSH,進行基板背部刷洗。

c.在第 4 槽後半部出口裝設有液切 ROLLER,功能在防止藥液被帶到下一個模組。

Subs Rinse：將顯影槽送過來的基板用循環水進行液刀和噴射處理 沖洗藥液水洗槽右側安裝 brush 進行基板背面刷洗。

Hi pressure Rin/Sub Rinse：藉由高壓幫浦向基板的表面及背面噴射高壓純水，清洗基 板上較微小的

Particle direct Rinse：利用廠務端所直接提供的純水洗淨基板。

Air Knife：使用乾淨乾燥

圖 2-28 Deco configuration of developer Equipment 資料來源:Deco 技術部[20]

圖 2-29 Developer 顯影方式(水平 vs 傾斜)

資料來源:Deco 技術部 [20]

2.5.7 Oven(烤爐機)機台&製程簡介

經 過 Develop 製 程 的 基 板 ， 利 用 傳 送 機 構 將 基 板 送 到 烘 烤 箱 ， 進 行 硬 烤

（Post-bake），其主要目的為將光阻完全的硬化，在進行後段製程時，不易剝落；一 般燒成爐的燒成溫度設定為 80~250℃，設定時間為 30~99 秒，依廠商的需求找出最 佳的製程參數；而與 Pre-bake 相同的主要注意事項有溫度升降太快時會造成玻璃上靜 電大量產生，造成玻璃的破碎。

圖 2-30 Espec Oven 機構圖 資料來源:Espec 技術部

2.6. 彩色濾光片製程檢驗機台簡介

2.6.1 濕膜膜厚檢查機(Thickness inspection)

利用白光干涉方式來計算待測物之膜厚,反射光互相產生干涉，但來自 Glass &

ITO 之波形在運算上，被假設為固定，而 MVA/PS 的部分以 N＆K 來作調整。但在實 際上，ITO 的特性變異程度大於可忽視之範圍，導致需針對 ITO 膜厚特性來作調整。

Inline THK (Omron)的運算方式為『Curve fitting』，Fitting 的值為 Work 跟 Model 兩種 波形間的 peak/valve 的 Δλ＆Δr 差異值。

圖 2-31 濕膜檢查機顯微鏡頭結構 資料來源:Omron engineer technology

2.6.2 巨觀缺陷檢查機(Auto Mura Check)

以 In line 濕膜狀態檢測是否產生缺陷 - CCD Camera 玻璃基板進行全面檢測。

-運用白光光源穿透進行缺陷缺陷檢測 檢測原理:

圖 2-32 缺陷檢測機示意圖 資料來源:Toray Engineering Co.Ltd

圖 2-33 缺陷檢測機原理示意圖 資料來源:Toray Engineering Co.Ltd

圖 2-34 缺陷檢測機機台外觀示意圖 資料來源:Takano Engineering Co.Ltd

2.6.3 微觀缺陷檢查機(Auto Operation Inspection)

檢測目的:大面積檢測/必須快速檢測/檢測出各種符合定義的 Defect

檢測能力限制:大面積且快速檢測則/非精密 Defect 尺寸檢驗/檢測能力與檢測速度成 反比檢出各類 Defect 仍可依尺寸分類

檢測方式:2D 圖形檢測/以 Pattern 比對方式過濾檢測 光源:反射/透過

圖 2-35 AOI 結構示意圖

資料來源:Takano technology department

圖 2-36 AOI 檢出 Defect 示意圖 資料來源:友達光電

2.6.4 色度檢查機(MCPD)

檢測光阻經過塗佈、曝光、顯影、烘烤後色度、亮度、穿透度此色度數據將成為 R、G、B 出貨規格據之一。

依據國際照明委員會(CIE) 1931 (Y,x,y)坐標表色方法規定，此量測儀器可量測出 R、G、B 三顏色的色度值。MCPD 所量測出的色度值可與 KLA 所量測出的膜厚進行 比對。

MCPD 量測機台由大塚科技(Stage 系統、量測鏡頭、分光器、鏡頭燈源、軟體)組 裝而成，其軟、硬體各項功能如表 2-8 所示：

表 2-6 MCPD 機台結構系統

(a)手動搖桿 (b)Stage 量測 圖 2- 37 MCPD 手動調整面板 (a)手動搖桿 (b)量測平台

2.6.5 乾膜膜厚檢查機(KLA For BM/RGB/MVA Only)

量測原理以 G Layer 為例,A、B 二點為基準線先量測點 1 到 AB 線的高度，接著再 量測點 2 的高度，量測多點後，就可以知道 G Layer 的膜厚高度(不均或 Out Spec)

圖 2-38 KLA 量測乾濕示意圖 資料來源:捷工業有限公司