Zastosowania gazów elektronicznych specjalistycznych w produkcji TFT-LCD oraz analiza techniczna systemów dostarczania ultra-czystych

Wstęp

Cienkowarstwowe wyświetlacze ciekłokrystaliczne (TFT-LCD) są obecnie najpowszechniej stosowaną technologią wyświetlaczy płaskich, a proces ich produkcji obejmuje złożone procesy fizyczne i chemiczne. Specjalne gazy elektroniczne (zwane dalej „specjalnymi gazami elektronicznymi”) służą jako podstawowe materiały procesowe na etapach osadzania folii i trawienia podczas wytwarzania matrycy TFT-LCD; ich czystość, stabilność i bezpieczeństwo dostawy bezpośrednio determinują wydajność i wydajność panelu. Artykuł rozpoczyna się od procesu produkcyjnego TFT-LCD, systematycznie przegląda zastosowanie elektronicznych gazów specjalnych na każdym kluczowym etapie procesu i analizuje architekturę techniczną systemów dostarczania gazów specjalnych o ultrawysokiej czystości.

TFT-LCD jest obecnie najpowszechniej stosowaną technologią wyświetlaczy płaskich (zdjęcie wyłącznie poglądowe)

Przegląd procesów produkcyjnych TFT-LCD

Schemat blokowy procesu TFT-LCD (tylko w celach informacyjnych)

Proces produkcji paneli TFT-LCD można podzielić na trzy główne etapy: proces matrycy front-end (Array), proces montażu ogniw środkowej części (Cell) i proces montażu modułu back-end (Moduł). Wśród nich specjalne gazy elektroniczne są stosowane głównie na etapach osadzania folii i trawienia na sucho w procesie front-end array.

Istotą procesu macierzy jest zbudowanie wielowarstwowej struktury tranzystorów cienkowarstwowych

(TFT), w tym warstwa metalu bramki, warstwa izolatora bramki (SiNx), warstwa półprzewodnika z amorficznego krzemu

(a-Si), warstwy metalu elektrody źródłowej i drenażowej oraz warstwa elektrody pikselowej ITO. Osadzanie i modelowanie każdej cienkiej warstwy opiera się na określonych gazach procesowych.

Zastosowania gazów specjalnych w procesach wytwarzania rdzeni

Proces osadzania CVD

Chemiczne osadzanie z fazy gazowej (CVD), w szczególności chemiczne osadzanie z fazy gazowej wspomagane plazmą (PECVD), to podstawowy proces osadzania cienkich warstw niemetalicznych w procesie wytwarzania matrycy TFT-LCD. Proces ten aktywuje cząsteczki gazu poprzez plazmę, powodując reakcje chemiczne na powierzchni podłoża i w rezultacie osadzanie się cienkich warstw w stanie stałym. Do podstawowych gazów specjalnych stosowanych w procesie PECVD zaliczają się:

Silan (SiH₄): Służy jako gaz źródłowy krzemu do osadzania warstw półprzewodników z amorficznego krzemu (a-Si) i warstw izolacyjnych z azotku krzemu (SiNx)

Amoniak (NH₃): Reaguje z silanem, tworząc warstwę azotku krzemu i służy jako źródło azotu

Fosfina (PH₃): stosowana w domieszkowanych amorficznych warstwach krzemu typu n (n⁺ a-Si) w celu utworzenia omowych warstw kontaktowych

Podtlenek azotu (N₂O): Reaguje z silanem, tworząc warstwę dwutlenku krzemu (SiO₂)

Trójfluorek azotu (NF₃): Stosowany do czyszczenia plazmowego komory CVD w celu usunięcia osadów ze ścianek komory

Ponadto w procesie wykorzystywane są również gazy luzem, takie jak wodór o wysokiej czystości (H₂) i azot o wysokiej czystości (N₂), które służą odpowiednio jako gaz nośny, gaz oczyszczający i gaz atmosfery procesowej.

Prezentacja projektu dostawy gazu CVD w technologii Shenzhen Wofly (wyłącznie w celach informacyjnych)

Proces rozpylania

Rozpylanie magnetronowe należy do kategorii fizycznego osadzania z fazy gazowej (PVD) i jest stosowane głównie do osadzania folii metalowych, takich jak elektrody bramkowe, elektrody źródłowe/drenowe i elektrody pikselowe z tlenku indu i cyny (ITO).

Podstawowa zasada osadzania warstwy rozpylającej polega na bombardowaniu powierzchni celu naładowanymi cząstkami w komorze próżniowej, co powoduje wyrzucenie atomów z celu i osadzenie ich na podłożu. Proces napylania ma specyficzne wymagania dotyczące gazów procesowych: gaz osadzający nie może reagować chemicznie z materiałem docelowym; dlatego gazy obojętne są najodpowiedniejszym wyborem. W produkcji przemysłowej jako gaz roboczy do rozpylania stosuje się zwykle argon (Ar), chociaż w niektórych scenariuszach procesów stosuje się również hel (He).

W procesach reaktywnego rozpylania katodowego (takich jak osadzanie przezroczystych folii przewodzących ITO) do gazu obojętnego wprowadza się tlen (O₂) w celu reakcji ze składem materiału docelowego i utworzenia warstwy tlenku.

Urządzenia do powlekania metodą napylania magnetronowego o ultrawysokiej próżni i wysokiej energii (tylko w celach informacyjnych)

Proces trawienia

Proces trawienia jest kluczowym krokiem w przeniesieniu wzoru fotorezystu na leżącą pod spodem folię. W procesie matrycy TFT-LCD wykorzystuje się przede wszystkim trawienie na sucho (trawienie plazmowe), które wykorzystuje reaktywne wolne rodniki w plazmie, które wchodzą w reakcję chemiczną z trawionym materiałem, wytwarzając lotne produkty uboczne, które są następnie usuwane za pomocą pompy próżniowej. Do trawienia różnych warstw materiału należy wybrać różne kombinacje gazów trawiących:

• Trawienie powłok niemetalicznych (np. SiNx, a-Si): Powszechnie stosowane są gazy zawierające fluor lub chlor, takie jak sześciofluorek siarki (SF₆), tetrafluorek węgla (CF₄) i chlor (Cl₂).
• Trawienie folii metalicznej (np. Al, Mo, Cr): Powszechnie stosowane gazy obejmują chlor (Cl₂), chlorowodór (HCl) i trójchlorek boru (BCl₃).
• Trawienie ITO: Można stosować gazy zawierające wodór lub gazy mieszane na bazie kwasu solnego

Gazy specjalne stosowane w procesie trawienia są w większości łatwopalne, wybuchowe, wysoce toksyczne lub silnie żrące; dlatego wymagane są niezwykle wysokie standardy dotyczące integralności uszczelnienia, bezpieczeństwa i wydajności oczyszczania gazów spalinowych systemu dostarczania gazu.

Wewnętrzna struktura komory trawiącej (tylko w celach informacyjnych)

Analiza architektury systemu dostarczania gazów specjalnych o ultrawysokiej czystości

Kompletny system dostarczania gazu specjalnego o ultrawysokiej czystości składa się z takich jednostek, jak magazynowanie źródła gazu, regulacja ciśnienia pierwotnego, oczyszczanie i filtracja, dystrybucja wtórna i wykorzystanie końcowe. Jednostki te są połączone rurociągami ze stali nierdzewnej o wysokiej czystości, tworząc kontrolowany system zasilania gazem o zamkniętej pętli.

Szafka na cylindry

Szafka na butle służy jako źródło gazu w systemie gazu specjalnego, używane do przechowywania butli oraz wykonywania redukcji ciśnienia pierwotnego i przełączania zasilania gazem. Jego podstawowe funkcje obejmują:

• Zabezpieczanie i łączenie butli, wyposażone w automatyczny panel przełączający umożliwiający płynne przełączanie pomiędzy podstawowym i rezerwowym źródłem gazu
• Główny zawór redukcyjny redukuje gaz pod wysokim ciśnieniem do ciśnienia średniego (zwykle 0,3–0,5 MPa)
• Konstrukcja wentylacji podciśnieniowej utrzymuje podciśnienie wewnątrz szafy, aby zapobiec ulatnianiu się wyciekającego gazu
• Wyposażony w detektor gazu umożliwiający monitorowanie stężenia gazu wewnątrz szafy w czasie rzeczywistym; w przypadku wystąpienia anomalii uruchamia alarmy dźwiękowe i wizualne oraz automatycznie odcina dopływ gazu

Technologia Shenzhen wofly: różne typy specjalnego sprzętu gazowego robionego na zamówienie

Skrzynka zaworowa (VMB)

Skrzynka rozgałęźna zaworów (VMB) to wtórna jednostka dystrybucyjna w specjalistycznych systemach dostarczania gazu. Znajduje się pomiędzy pomieszczeniem do gazów specjalnych a urządzeniami procesowymi w pomieszczeniu czystym i jest często określane jako „ostatnia mila” dostawy gazu specjalnego. Jego podstawowe funkcje to:

• Dystrybucja pojedynczego źródła gazu do wielu gałęzi, z których każda zasila inny sprzęt procesowy
• Każde odgałęzienie wyposażone jest w niezależny zawór membranowy, reduktor ciśnienia i czujnik ciśnienia umożliwiający niezależne sterowanie
• Zamknięta konstrukcja obudowy, wyposażona w króciec wylotowy, jest odpowiednia dla niebezpiecznych gazów, takich jak SiH₄, NH₃ i Cl₂
• Obsługuje niezależne czyszczenie i konserwację poszczególnych gałęzi bez wpływu na normalne dostawy gazu do innych gałęzi

Projekty transportu gazu w technologii Shenzhen wofly (wyłącznie w celach informacyjnych)

Oczyszczalnik

Oczyszczacze instaluje się przy źródle gazu lub przed punktem poboru w celu dokładnego usunięcia zanieczyszczeń z gazu. Typowe technologie oczyszczania obejmują:

• Katalityczna deoksygenacja: zastosowanie katalizatora w celu spowodowania reakcji zanieczyszczonego tlenu z wodorem w celu wytworzenia wody, która jest następnie usuwana przez adsorbent
• Adsorpcja na sicie molekularnym: usuwa zanieczyszczenia polarne, takie jak para wodna i dwutlenek węgla, poprzez adsorpcję fizyczną
• Oczyszczanie Gettera: wykorzystuje środki pochłaniające gaz, takie jak stopy cyrkonu i aluminium, do adsorbowania reaktywnych zanieczyszczeń w wysokich temperaturach
• Separacja membranowa: Oddziela zanieczyszczenia wykorzystując różnice w szybkości przenikania gazów

Oczyszczacze skonfigurowane do zaawansowanych procesów mogą podnieść czystość gazu do 7 N lub więcej, kontrolując poziom zanieczyszczeń do zakresu ppb lub nawet ppt.

Technologia Shenzhen wofly Inżynieria systemu oczyszczania (wyłącznie w celach informacyjnych)

Detektory gazu i blokady bezpieczeństwa

Detektory gazu są rozmieszczone w specjalnych komorach gazowych, obszarach instalacji VMB i wokół urządzeń procesowych. Wykorzystują zasady wykrywania, takie jak technologie elektrochemiczne, absorpcyjne w podczerwieni lub technologie półprzewodnikowe, aby monitorować online gazy docelowe w czasie rzeczywistym. System jest połączony z centralną dyspozytornią (GSM); w przypadku wykrycia wycieku gazu automatycznie wykonuje następujące działania blokujące:

• Uruchamiaj alarmy dźwiękowe i wizualne
• Automatycznie zamknij zawór zasilania gazem dla odpowiedniego przewodu gazowego
• Włącz awaryjny układ wydechowy
• Przesyłaj informacje o alarmach do centralnego systemu monitorowania

Projekty systemów alarmowych technologii Shenzhen Wofly (wyłącznie w celach informacyjnych)

Układ oczyszczania spalin

Gazy spalinowe emitowane z urządzeń procesowych zawierają nieprzereagowane gazy specjalne i produkty uboczne reakcji i przed uwolnieniem muszą zostać oczyszczone w systemie oczyszczania gazów spalinowych (skruberze), aby spełnić normy regulacyjne. Typowe metody leczenia obejmują:

• Płuczka mokra: wykorzystuje rozpylony roztwór chemiczny do absorpcji i neutralizacji gazów kwaśnych lub zasadowych
• Płuczka plazmowa: Rozkłada toksyczne i szkodliwe gazy za pomocą plazmy wysokotemperaturowej
• Płuczka spalinowa: Utlenia i rozkłada łatwopalne gazy w wysokich temperaturach

Shenzhen Wofly Technology Oczyszczane wodą urządzenia do oczyszczania gazów spalinowych (tylko w celach informacyjnych)