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LTPS工藝與化學(xué)過濾器的應(yīng)用

編輯：luochao 2014-03-07 16:18:03 瀏覽：3136 來源：

　　摘要：LTPS產(chǎn)業(yè)，可能是面板產(chǎn)業(yè)里，除了曝光機外，會在潔凈室瑞安裝化學(xué)過濾器的面板產(chǎn)業(yè)。本文擬就LTPS面板的特性出發(fā)，依據(jù)化學(xué)過濾器的種類與特性，提出化學(xué)過濾器應(yīng)用的相關(guān)考慮與建議，以為產(chǎn)業(yè)參考。

　　關(guān)鍵詞：LTPS；化學(xué)過濾器；

　　引言

　　化學(xué)過濾器(chemical filter)，雖然也掛著過濾器，但顧名思義，它和潔凈室里到處可見的微塵過濾器(particulate filter)不同，它不是用以處理微塵顆粒，它是用以處理和分子等級有關(guān)的”氣體”。

　　氣體無法像微塵那樣，用攔截或類似過篩的方式處理。微塵過濾器所用的濾布，對這些氣體而言，都算太大了。因此，如果真要處理這些氣體，就有必要使用另外的方式，或許這些方式有些偏向化學(xué)，故名化學(xué)過濾器。

　　也因為如此，潔凈室里的潔凈度，由微塵過濾器負責(zé)處理可數(shù)的微塵顆粒，而潔凈室里的某些氣體，則由化學(xué)過濾器處理，其結(jié)果，就是有雙層不同用途的過濾器。

　　早期，化學(xué)過濾器幾乎只有半導(dǎo)體廠在使用。雖然面板產(chǎn)里的曝光機有安裝化學(xué)過濾器，但坦白說，過去也很少有更換的意識，曝光機的化學(xué)過濾器需更換，也是發(fā)現(xiàn)透鏡霧化(Lens Haze)后，才有的想法。

　　所以，嚴(yán)格來說，面板產(chǎn)里，還真的沒有人有目的、有意識地在使用化學(xué)過濾器。

　　正因為如此，再加上化學(xué)過濾器看起來不就是和微塵過濾器一樣，往上一放就結(jié)了地容易，因此，往往造成化學(xué)過濾器的使用與規(guī)劃都是事后再看著辦。

　　前面提到，”有目的、有意識地在使用化學(xué)過濾器”，這是關(guān)鍵。因為，化學(xué)過濾器比微塵過濾器貴很多。善用，才發(fā)揮它該有的效益。要有目的、有意識地使用化學(xué)過濾器！

　　那LTPS又為什么除了微塵過濾器外，還需要化學(xué)過濾器?如果需要，需要什么種類的化學(xué)過濾器?還有，既然這化學(xué)過濾器這么貴，怎么用才好？

　　在接觸一些實際工程案后，可以發(fā)現(xiàn)，一般都認為它需要，但同時也認為它昂貴，但在”有目的、有意識地使用化學(xué)過濾器”這件事上，卻很不確定。本文即擬試著從LTPS面板的特性出發(fā)，依據(jù)化學(xué)過濾器的種類與特性，提出化學(xué)過濾器應(yīng)用的相關(guān)考慮與建議，以為產(chǎn)業(yè)參考。

　　1 LTPS的特性

　　可以這么說，LTPS是在目前熟知的TFT基礎(chǔ)上，加入了半導(dǎo)體的元素。所以，可以這么看待，就生產(chǎn)設(shè)備布置，LTPS和TFT的差異不大(除了多出某些設(shè)備外)，但就對電性調(diào)控與要求，卻比較接近半導(dǎo)體那樣具更高敏感度。這是LTPS和傳統(tǒng)的TFT面板業(yè)的主要差別。

　　圖 1的是為LTPS組件的構(gòu)造簡圖。而圖 1中的紅色及藍色虛線為LTPS組件，對日后電性表現(xiàn)最為重要的區(qū)域。

圖1 LTPS組件構(gòu)造

　　圖 1的中的紅色虛線區(qū)域，是為多晶硅，結(jié)晶晶粒大小、外界硼、磷干擾等，都是對其日后電性表現(xiàn)有影響。至于藍色虛線，不是一個區(qū)域，只是一個表面，特別是環(huán)境中有機物，會對日后Gate施加電壓后的MOS開關(guān)有影響。

　　化學(xué)過濾器的應(yīng)用，主要就是在降低環(huán)境對生產(chǎn)過程中，特別是玻璃基板在等待的時候，對產(chǎn)品電性的影響。

2 LTPS與環(huán)境考察

　　2.1 潛在威脅物種考察

　　從圖 1及前述對LTPS特性的說明，可以匯整出以下幾種潛在威脅物種。如圖 2所示。

圖2 潛在威脅物種

　　硼及磷屬摻雜物，為眾所周知，也就相對容易了解。有機物對GI質(zhì)量有影響，則在圖 1中有說明。此外，有機物在ELA的加工過程，有可能形成SiC；至于環(huán)硅氧化物，則是在ELA的過程中，與a-Si形成SiO2。

　　2.2 物種來源考察

　　上述潛在威脅物種的主要來源為何？圖 3大致說明了大部份來源。

圖3物種來源說明

　　圖 3將污染來源分為內(nèi)部與外部。也就是說，在大部分情況，作LTPS的污染防治，至少要從這兩個方面考慮。

　　通常玻纖材質(zhì)的HEPA或ULPA是最常被想到的。至于PH的有機物，則與潔凈廠房的回風(fēng)及工藝設(shè)備的擺設(shè)方式有關(guān)，通常，后者是是否會發(fā)生交叉污染的最主要的決定者。

　　2.3 量的考察

　　究竟多少才有威脅？

　　坦白說，雖然接觸了幾個LTPS的項目，即使有完整環(huán)境檢測數(shù)據(jù)，往往因為電性變動的數(shù)據(jù)是各家的機密，其實還很難把這兩個湊在一起。

　　其中以有機物最為復(fù)雜。

　　但有趣的是，所有從事生產(chǎn)工藝的工程師都知道，當(dāng)發(fā)現(xiàn)電性開始有漂移時，就該去把cleaner的化學(xué)過濾器更換掉。

　　這兒，我們試著以半導(dǎo)體的一些概念，并嘗試結(jié)合過去的環(huán)境采樣分析經(jīng)驗，就最為復(fù)雜的有機物提出一些看法供大家參考。

　　利用半導(dǎo)體常見的Sticking Coefficient的概念，可以推算于玻璃基板的可能沉積量。至于Sticking Coefficient隨時間的變化關(guān)系則是于某TFT產(chǎn)業(yè)中的cell廠實驗獲得的。

　　依據(jù)ITRS，假設(shè)半導(dǎo)體能夠接受的碳原子的沉積數(shù)量為1x1012個碳原子。由于甲苯為C7H8，因此，可以換算如下的規(guī)格。

　　首先，LTPS相對而言，接近半導(dǎo)體制程。但沒有半導(dǎo)體制程嚴(yán)苛。

　　其次，我們假設(shè)，LTPS可以比半導(dǎo)體放寬100倍，則可以獲得上限的橘色虛線。如圖 4所示。

　　接著，再假設(shè)，LTPS可以比半導(dǎo)體再放寬50倍，則可以再獲得另外一條中限的橘色虛線。

　　最后，放寬10倍，獲得另外一條下限的橘色虛線。

圖4 碳原子沉積量說明

　　參考圖 4的三條橘色虛線，并考慮合理的環(huán)境控制經(jīng)濟效益及過去于他廠的采集經(jīng)驗，中間的橘色虛線，也就是，當(dāng)環(huán)境為300μg/m3是合理可以接受的數(shù)值。換句話說，我們建議環(huán)境的有機物至少低于300μg/m3。

　　以上推算，只是一個大略參考。更詳細的，有時還需要把有機物分為低、中低、中高、及高沸點，進行各區(qū)段的濃度盤查。

　　至于硼磷，由于較廣為人知，此不贅述。

　　3 化學(xué)過濾器應(yīng)用的考慮

　　在進入本段落之前，需要聲明，化學(xué)過濾器的應(yīng)用不是LTPS產(chǎn)品防護的唯一手段。

　　只是因為本文的標(biāo)題為”LTPS工藝與化學(xué)過濾器的應(yīng)用”，才不得不放這內(nèi)容。畢竟這是花大錢的。能夠不戰(zhàn)而勝，才是厲害！

　　3.1化學(xué)過濾器的種類

　　化學(xué)過濾器的分類?？梢詮亩喾矫鎭砜?。

圖5化學(xué)過濾器的分類說明

　　圖 5是一個簡易的分類。就濾料和空氣接觸的方式，有兩大類。

　　就濾料而言，主要是活性碳、活性碳浸漬藥劑、改質(zhì)活性碳及離子交換樹酯，和其它材料。但就LTPS產(chǎn)業(yè)而言，建議主要還是以活性碳與離子交換樹酯為主。

　　就化學(xué)過濾器濾料的固定結(jié)構(gòu)，種類就很多。圖 5所介紹的，包括FFU使用、MAU使用、RCU使用。場合不同，所需選用的化學(xué)過濾器濾料的固定結(jié)構(gòu)也不同。

　　就筆者建議，廠務(wù)端會建議使用micro-granular loaded，而設(shè)備端則建議使用更長效的PU foam type。

　　3.2 化學(xué)過濾器的選用

　　化學(xué)過濾器的選用和想要處理的對象有關(guān)。

　　在前述的潛在威脅物種，我們通常會使用除酸與除有機的化學(xué)過濾器。

　　就除有機的化學(xué)過濾器，選用活性碳濾材是首選。但就除酸的化學(xué)過濾器，就有活性碳浸漬藥劑和離子交換樹酯可以選擇，依筆者經(jīng)驗，除非有特殊物種，否則離子交換樹酯是較佳的選擇。

　　至于安裝區(qū)域，則和想要保護的對象有關(guān)，和污染物來源有關(guān)。當(dāng)然也和預(yù)算有關(guān)。

　　3.3 化學(xué)過濾器應(yīng)用的認知

　　化學(xué)過濾器和微塵過濾器不一樣。

　　不但功能不一樣，價格更是不一樣(化學(xué)過濾器比微塵過濾器貴很多)。這是化學(xué)過濾器的應(yīng)用的第一個重點。

　　除了價格不一樣，使用壽命也不一樣。微塵過濾器好好使用，可以用個8～10年。化學(xué)過濾器沒那么長壽。這是化學(xué)過濾器的應(yīng)用的第二個重點。

　　第三個認知，在半導(dǎo)體，特別是愈高階，化學(xué)過濾器的應(yīng)用是必須的。在LTPS，卻未必完全絕對，有人視為買保險。買保險，固然是一種看法，但就產(chǎn)品生產(chǎn)的初投入，若能夠有效控制環(huán)境在一定的狀況下，則日后的defect defense可以減少一個變因。筆者個人覺得，這可能才是化學(xué)過濾器應(yīng)用的價值所在。

　　從以上來看，化學(xué)過濾器在LTPS的應(yīng)用，就顯得有些尷尬。到底要？還是不要？

　　3.4 化學(xué)過濾器應(yīng)用的規(guī)劃

　　要？還是不要？

　　這是各有立場的。

　　財務(wù)的、廠務(wù)的，會覺得少花錢最好。

　　制程整合的、工藝制程的，是給我最穩(wěn)定、最沒有污染的環(huán)境最好。

　　所以，化學(xué)過濾器在LTPS的應(yīng)用，不僅有些尷尬，似乎還顯得矛盾。

　　因此，就這個問題，與其只是一直糾結(jié)在問”要？還是不要？”的二選一的答案，還不如問，”如果不要，要做哪些基礎(chǔ)防護，但當(dāng)要的時候，退路在哪兒?！?/P>

　　是故，化學(xué)過濾器應(yīng)用的規(guī)劃是在一開始建廠的初步設(shè)計階段就和基礎(chǔ)低造價的防護措施綁在一起了！不是建廠完成后，再像熱鍋上的螞蟻，盲成一團，這裝？那裝？裝裝FFU及MAU就好！這時，肯定是花大錢！

　　化學(xué)過濾器應(yīng)用的規(guī)劃，除了在開始建廠的初步設(shè)計階段就和基礎(chǔ)低造價的防護措施綁在一起外，環(huán)境，這個對產(chǎn)品穩(wěn)定性及化學(xué)過濾器選用起重大作用的因子，也是化學(xué)過濾器應(yīng)用規(guī)劃的一大重點。

　　輕忽這點，就認為裝裝FFU及MAU了事，往往就是在事后檢測出來后，才覺得棘手。

　　4 環(huán)境考察

　　建廠有環(huán)評。這是政府要求的。

　　但似乎沒有針對產(chǎn)品的需求，做建廠的產(chǎn)品需求環(huán)評。應(yīng)該是這項目跨越了太多不同領(lǐng)域的緣故吧？

　　但如果，產(chǎn)品有潛在敏感，又想應(yīng)用化學(xué)過濾器，其實，這是事半功倍的。

　　就建廠前的環(huán)境考察，有以下幾點建議：

　　4.1 外界風(fēng)向調(diào)查

　　外界風(fēng)向的調(diào)查，在建廠環(huán)評應(yīng)該會做。

　　了解外界風(fēng)向與季節(jié)的關(guān)系，這和后續(xù)要提到的鄰居調(diào)查有關(guān)。

　　從圖 3的污染來源看，內(nèi)部的，可以透過建廠過程中材料選擇、施工管制來完成或降低威脅。但外氣部份，這是長年的事。

　　潔凈室就是因為引入外氣，維持正壓，才成為潔凈室！所以，引入外氣是一天24hrs的長年的事，避免不了。

　　而外界的風(fēng)向，就是扮演著如何散布污染物的重要角色。

　　4.2 鄰居調(diào)查

　　鄰居是要互助的。

　　就算是惡鄰居，也只能想法與之和平共處，你是無法趕走他的。

　　鄰居調(diào)查，就是看看方圍5km甚至10km內(nèi)住了哪些鄰居，也就是有哪些潛在污染產(chǎn)生源。

　　這里面還包括了有無氣流阻擋物，如山丘、高大建筑物等。

　　這樣的調(diào)查與判斷，是需要經(jīng)驗的?；蛟S正是因為如此，所以，少有人想做。

　　必要時，計算流體力學(xué)(Computational Fluid Dynamics，CFD)的應(yīng)用，是一套相當(dāng)有幫助的輔助判斷及可視化的工具。圖 6是一個典型的CFD應(yīng)用的例子。

圖6 CFD應(yīng)用的案例

　　4.3 環(huán)境調(diào)查

　　環(huán)境調(diào)查，說白了，就是空氣的取樣。使用工具，如圖 7所示。

圖7 采樣工具與分析方法

　　(a)離子類使用；(b)有機物使用

　　而前面的外界風(fēng)向及鄰居調(diào)查，就是要讓這個階段的工作發(fā)揮最大效益。

　　透過前期的調(diào)查，確認需要進行空氣采集的位置與時間。建立數(shù)據(jù)背景，并做為后續(xù)設(shè)計規(guī)劃的依據(jù)。

　　4.4 環(huán)境評比與落實

　　既然做了環(huán)境調(diào)查，接著就應(yīng)當(dāng)讓這些數(shù)據(jù)發(fā)揮作用，落實到實際的項目里。

　　可以分為以下幾個方面來思考：

　　環(huán)境評比，就是好與不好。這好與不好可以分為相對性與絕對性。

　　相對性是和同業(yè)及其它各產(chǎn)業(yè)的外界環(huán)境相比較。此如圖 8的總碳氫化合物的比較。這需要大量的對比數(shù)據(jù)庫。透過與統(tǒng)計數(shù)據(jù)的比較(左圖為常態(tài)分配曲線，右圖則代表在統(tǒng)計母數(shù)中的排名)，可以比較具科學(xué)性地判斷廠址狀況，與未來因應(yīng)之道。