การประยุกต์ใช้ก๊าซอิเล็กทรอนิกส์ชนิดพิเศษในการผลิต TFT-LCD และการวิเคราะห์ทางเทคนิคของระบบส่งก๊าซความบริสุทธิ์สูงพิเศษ

การแนะนำ

จอแสดงผลคริสตัลเหลวทรานซิสเตอร์ฟิล์มบาง (TFT-LCD) ในปัจจุบันเป็นเทคโนโลยีจอแสดงผลแบบแบนที่ใช้กันอย่างแพร่หลายที่สุด และกระบวนการผลิตเกี่ยวข้องกับกระบวนการทางกายภาพและเคมีที่ซับซ้อน ก๊าซอิเล็กทรอนิกส์ชนิดพิเศษ (ต่อไปนี้จะเรียกว่า "ก๊าซอิเล็กทรอนิกส์ชนิดพิเศษ") ทำหน้าที่เป็นวัสดุกระบวนการหลักในขั้นตอนการสะสมฟิล์มและการแกะสลักของการผลิตอาร์เรย์ TFT-LCD ความบริสุทธิ์ ความเสถียร และความปลอดภัยในการจัดส่งจะกำหนดผลผลิตและประสิทธิภาพของแผงโดยตรง บทความนี้เริ่มต้นด้วยกระบวนการผลิต TFT-LCD ตรวจสอบการใช้ก๊าซชนิดพิเศษแบบอิเล็กทรอนิกส์อย่างเป็นระบบในแต่ละขั้นตอนกระบวนการสำคัญ และวิเคราะห์สถาปัตยกรรมทางเทคนิคของระบบส่งก๊าซชนิดพิเศษที่มีความบริสุทธิ์สูงเป็นพิเศษ

ปัจจุบัน TFT-LCD เป็นเทคโนโลยีจอแบนที่ใช้กันอย่างแพร่หลายที่สุด (รูปภาพใช้เพื่อเป็นตัวอย่างเท่านั้น)

ภาพรวมของกระบวนการผลิต TFT-LCD

ผังกระบวนการกระบวนการ TFT-LCD (สำหรับการอ้างอิงเท่านั้น)

กระบวนการผลิตสำหรับแผง TFT-LCD สามารถแบ่งออกเป็นสามขั้นตอนหลัก ได้แก่ กระบวนการอาร์เรย์ส่วนหน้า (อาร์เรย์) กระบวนการประกอบเซลล์ระดับกลาง (เซลล์) และกระบวนการประกอบโมดูลส่วนหลัง (โมดูล) ในบรรดาก๊าซอิเล็กทรอนิกส์ชนิดพิเศษส่วนใหญ่จะใช้ในขั้นตอนการสะสมฟิล์มและการกัดแบบแห้งของกระบวนการอาร์เรย์ส่วนหน้า

แกนหลักของกระบวนการอาเรย์คือการสร้างโครงสร้างหลายชั้นของทรานซิสเตอร์แบบฟิล์มบาง

(TFT) ได้แก่ ชั้นโลหะประตู ชั้นฉนวนประตู (SiNx) ชั้นเซมิคอนดักเตอร์ซิลิคอนอสัณฐาน

(a-Si) จ่ายและระบายชั้นโลหะของอิเล็กโทรด และชั้นอิเล็กโทรดพิกเซล ITO การสะสมและรูปแบบของชั้นฟิล์มบางแต่ละชั้นจะขึ้นอยู่กับก๊าซในกระบวนการเฉพาะ

การใช้ก๊าซชนิดพิเศษในกระบวนการผลิตหลัก

กระบวนการสะสม CVD

การสะสมไอสารเคมี (CVD) โดยเฉพาะอย่างยิ่งการสะสมไอสารเคมีที่เสริมพลาสมา (PECVD) เป็นกระบวนการหลักในการสะสมฟิล์มบางที่ไม่ใช่โลหะในกระบวนการผลิตอาร์เรย์ TFT-LCD กระบวนการนี้กระตุ้นโมเลกุลของก๊าซผ่านพลาสมา ทำให้เกิดปฏิกิริยาทางเคมีเกิดขึ้นบนพื้นผิวของสารตั้งต้น และส่งผลให้เกิดการสะสมตัวของฟิล์มบางในสถานะของแข็ง ก๊าซพิเศษทางอิเล็กทรอนิกส์หลักที่ใช้ในกระบวนการ PECVD ได้แก่:

ไซเลน (SiH₄): ทำหน้าที่เป็นก๊าซแหล่งซิลิคอนสำหรับการสะสมชั้นเซมิคอนดักเตอร์ซิลิคอนอสัณฐาน (a-Si) และชั้นฉนวนซิลิคอนไนไตรด์ (SiNx)

แอมโมเนีย (NH₃): ทำปฏิกิริยากับไซเลนเพื่อสร้างฟิล์มซิลิคอนไนไตรด์และทำหน้าที่เป็นแหล่งไนโตรเจน

ฟอสฟีน (PH₃): ใช้สำหรับชั้นซิลิคอนอสัณฐานเจือชนิด n (n⁺ a-Si) เพื่อสร้างชั้นสัมผัสแบบโอห์มมิก

ไนตรัสออกไซด์ (N₂O): ทำปฏิกิริยากับไซเลนเพื่อสะสมฟิล์มซิลิคอนไดออกไซด์ (SiO₂)

ไนโตรเจนไตรฟลูออไรด์ (NF₃): ใช้สำหรับทำความสะอาดพลาสมาของห้อง CVD เพื่อขจัดคราบสกปรกออกจากผนังห้อง

นอกจากนี้ ก๊าซปริมาณมาก เช่น ไฮโดรเจนที่มีความบริสุทธิ์สูง (H₂) และไนโตรเจนที่มีความบริสุทธิ์สูง (N₂) ยังถูกนำมาใช้ในกระบวนการอีกด้วย โดยทำหน้าที่เป็นก๊าซพาหะ ก๊าซกำจัด และก๊าซในบรรยากาศในกระบวนการ ตามลำดับ

ตู้โชว์โครงการการจัดหาก๊าซ CVD เทคโนโลยี Wfly ของเซินเจิ้น (สำหรับการอ้างอิงเท่านั้น)

กระบวนการสปัตเตอร์

การสปัตเตอร์แมกนีตรอนจัดอยู่ในหมวดหมู่ของการสะสมไอทางกายภาพ (PVD) และส่วนใหญ่จะใช้เพื่อฝากฟิล์มโลหะ เช่น อิเล็กโทรดเกต อิเล็กโทรดแหล่งกำเนิด/ท่อระบายน้ำ และอิเล็กโทรดพิกเซลอินเดียมทินออกไซด์ (ITO)

หลักการพื้นฐานของการสะสมฟิล์มสปัตเตอร์เกี่ยวข้องกับการระดมยิงพื้นผิวของชิ้นงานด้วยอนุภาคที่มีประจุในห้องสุญญากาศ ทำให้อะตอมจากเป้าหมายถูกดีดออกมาและสะสมไว้บนพื้นผิว กระบวนการสปัตเตอริงมีข้อกำหนดเฉพาะสำหรับก๊าซในกระบวนการ: ก๊าซที่สะสมจะต้องไม่ทำปฏิกิริยาทางเคมีกับวัสดุเป้าหมาย ดังนั้นก๊าซเฉื่อยจึงเป็นทางเลือกที่เหมาะสมที่สุด ในการผลิตทางอุตสาหกรรม โดยทั่วไปแล้วอาร์กอน (Ar) จะถูกใช้เป็นก๊าซทำงานแบบสปัตเตอร์ แม้ว่าฮีเลียม (He) จะถูกนำมาใช้ในบางสถานการณ์ของกระบวนการก็ตาม

สำหรับกระบวนการสปัตเตอร์ที่เกิดปฏิกิริยา (เช่น การสะสมของฟิล์มนำไฟฟ้าโปร่งใส ITO) ออกซิเจน (O₂) จะถูกป้อนเข้าไปในก๊าซเฉื่อยเพื่อทำปฏิกิริยากับองค์ประกอบของวัสดุเป้าหมายและก่อตัวเป็นฟิล์มออกไซด์

อุปกรณ์เคลือบแมกนีตรอนสปัตเตอร์ริ่งพลังงานสูงสูญญากาศสูงพิเศษ (สำหรับการอ้างอิงเท่านั้น)

กระบวนการแกะสลัก

กระบวนการกัดกรดเป็นขั้นตอนสำคัญในการถ่ายโอนรูปแบบโฟโตรีซิสต์ไปยังฟิล์มที่อยู่ด้านล่าง กระบวนการอาร์เรย์ TFT-LCD ใช้การกัดแบบแห้ง (การกัดด้วยพลาสมา) เป็นหลัก ซึ่งใช้อนุมูลอิสระที่เกิดปฏิกิริยาในพลาสมาเพื่อทำปฏิกิริยาทางเคมีกับวัสดุที่ถูกกัด ทำให้เกิดผลพลอยได้จากการระเหย จากนั้นจึงอพยพออกโดยปั๊มสุญญากาศ ต้องเลือกการผสมก๊าซกัดกร่อนที่แตกต่างกันเพื่อกัดชั้นวัสดุที่แตกต่างกัน:

• การกัดผิวของฟิล์มอโลหะ (เช่น SiNx, a-Si): ที่ใช้กันทั่วไปคือก๊าซที่มีฟลูออรีนหรือคลอรีน เช่น ซัลเฟอร์เฮกซาฟลูออไรด์ (SF₆), คาร์บอนเตตราฟลูออไรด์ (CF₄) และคลอรีน (Cl₂)
• การกัดฟิล์มโลหะ (เช่น Al, Mo, Cr): ก๊าซที่ใช้กันทั่วไป ได้แก่ คลอรีน (Cl₂), ไฮโดรเจนคลอไรด์ (HCl) และโบรอนไตรคลอไรด์ (BCl₃)
• การกัดด้วย ITO: อาจใช้ก๊าซที่มีไฮโดรเจนหรือก๊าซผสมที่มีกรดไฮโดรคลอริก

ก๊าซชนิดพิเศษที่ใช้ในกระบวนการกัดกรดส่วนใหญ่เป็นสารไวไฟ ระเบิดได้ เป็นพิษสูง หรือมีฤทธิ์กัดกร่อนสูง ดังนั้นจึงจำเป็นต้องมีมาตรฐานที่สูงมากสำหรับระบบส่งก๊าซ 'ความสมบูรณ์ของซีล ความปลอดภัย และความสามารถในการบำบัดก๊าซไอเสีย

โครงสร้างภายในของห้องแกะสลัก (สำหรับการอ้างอิงเท่านั้น)

การวิเคราะห์สถาปัตยกรรมของระบบส่งก๊าซชนิดพิเศษที่มีความบริสุทธิ์สูงพิเศษ

ระบบส่งก๊าซชนิดพิเศษที่มีความบริสุทธิ์สูงพิเศษที่สมบูรณ์ประกอบด้วยหน่วยต่างๆ เช่น การจัดเก็บแหล่งก๊าซ การควบคุมแรงดันหลัก การทำให้บริสุทธิ์และการกรอง การกระจายขั้นที่สอง และการใช้งานขั้นสุดท้าย หน่วยเหล่านี้เชื่อมต่อผ่านท่อสแตนเลสที่มีความบริสุทธิ์สูงเพื่อสร้างระบบจ่ายก๊าซแบบวงปิดที่ควบคุมได้

ตู้ทรงกระบอก

ตู้กระบอกสูบทำหน้าที่เป็นปลายแหล่งจ่ายก๊าซของระบบแก๊สชนิดพิเศษ ซึ่งใช้ในการจัดเก็บกระบอกสูบและดำเนินการลดแรงดันปฐมภูมิและสลับการจ่ายแก๊ส หน้าที่หลักประกอบด้วย:

• การรักษาความปลอดภัยและการเชื่อมต่อกระบอกสูบ พร้อมด้วยแผงสวิตช์อัตโนมัติเพื่อให้สามารถสลับระหว่างแหล่งก๊าซหลักและสำรองได้อย่างราบรื่น
• วาล์วลดแรงดันหลักจะลดก๊าซแรงดันสูงให้เป็นแรงดันปานกลาง (โดยทั่วไปคือ 0.3–0.5 MPa)
• การออกแบบการระบายอากาศด้วยแรงดันลบจะรักษาแรงดันลบภายในตู้ เพื่อป้องกันไม่ให้ก๊าซรั่วไหลออกมา
• ติดตั้งเครื่องตรวจจับก๊าซเพื่อตรวจสอบความเข้มข้นของก๊าซภายในตู้แบบเรียลไทม์ ในกรณีที่มีความผิดปกติ ระบบจะส่งสัญญาณเตือนทั้งภาพและเสียงและปิดการจ่ายแก๊สโดยอัตโนมัติ

เทคโนโลยี wofly ของเซินเจิ้น: อุปกรณ์แก๊สพิเศษสั่งทำพิเศษประเภทต่างๆ

กล่องวาล์ว (VMB)

Valve Manifold Box (VMB) เป็นหน่วยจ่ายสำรองในระบบจ่ายก๊าซแบบพิเศษ ตั้งอยู่ระหว่างห้องแก๊สชนิดพิเศษและอุปกรณ์ในกระบวนการในห้องปลอดเชื้อ มักเรียกกันว่า "ไมล์สุดท้าย" ของการส่งก๊าซชนิดพิเศษ หน้าที่หลักของมันคือ:

• เพื่อกระจายแหล่งก๊าซเดียวไปยังหลายสาขา โดยแต่ละแห่งจะจัดหาอุปกรณ์ในกระบวนการที่แตกต่างกัน
• แต่ละสาขามีวาล์วไดอะแฟรมอิสระ ตัวลดแรงดัน และเซ็นเซอร์ความดันเพื่อให้สามารถควบคุมได้อย่างอิสระ
• การออกแบบตู้แบบปิดซึ่งมีช่องระบายอากาศ เหมาะสำหรับก๊าซอันตราย เช่น SiH₄, NH₃ และ Cl₂
• รองรับการล้างและบำรุงรักษาแต่ละสาขาโดยอิสระ โดยไม่ส่งผลกระทบต่อการจ่ายก๊าซตามปกติไปยังสาขาอื่นๆ

โครงการขนส่งก๊าซเทคโนโลยี wofly ของเซินเจิ้น (สำหรับการอ้างอิงเท่านั้น)

เครื่องฟอก

เครื่องฟอกได้รับการติดตั้งที่แหล่งก๊าซหรือต้นน้ำของจุดใช้งานเพื่อขจัดสิ่งเจือปนออกจากก๊าซอย่างทั่วถึง เทคโนโลยีการทำให้บริสุทธิ์ทั่วไปได้แก่:

• ตัวเร่งปฏิกิริยาดีออกซิเจน: การใช้ตัวเร่งปฏิกิริยาเพื่อทำให้ออกซิเจนที่ไม่บริสุทธิ์ทำปฏิกิริยากับไฮโดรเจนจนเกิดเป็นน้ำ ซึ่งถูกกำจัดออกโดยตัวดูดซับ
• การดูดซับตะแกรงโมเลกุล: ขจัดสิ่งสกปรกที่มีขั้ว เช่น ไอน้ำและคาร์บอนไดออกไซด์ ผ่านการดูดซับทางกายภาพ
• การทำให้บริสุทธิ์ด้วย Getter: ใช้สารดูดซับก๊าซ เช่น เซอร์โคเนียม-อลูมิเนียมอัลลอยด์ เพื่อดูดซับสารเจือปนที่เกิดปฏิกิริยาที่อุณหภูมิสูง
• การแยกเมมเบรน: แยกสิ่งเจือปนโดยใช้อัตราการซึมผ่านของก๊าซที่แตกต่างกัน

เครื่องฟอกที่กำหนดค่าไว้สำหรับกระบวนการระดับไฮเอนด์สามารถยกระดับความบริสุทธิ์ของก๊าซเป็น 7N หรือสูงกว่า โดยควบคุมระดับสิ่งเจือปนให้อยู่ในช่วง ppb หรือแม้แต่ ppt

วิศวกรรมระบบการทำให้บริสุทธิ์เทคโนโลยี wofly เซินเจิ้น (สำหรับการอ้างอิงเท่านั้น)

เครื่องตรวจจับก๊าซและลูกโซ่นิรภัย

มีการติดตั้งเครื่องตรวจจับก๊าซในห้องแก๊สพิเศษ พื้นที่ติดตั้ง VMB และรอบๆ อุปกรณ์ในกระบวนการ พวกเขาใช้หลักการตรวจจับ เช่น เคมีไฟฟ้า การดูดซับอินฟราเรด หรือเทคโนโลยีเซมิคอนดักเตอร์ เพื่อทำการตรวจสอบก๊าซเป้าหมายทางออนไลน์แบบเรียลไทม์ ระบบเชื่อมต่อกับห้องควบคุมกลาง (GSM) เมื่อตรวจพบก๊าซรั่ว ระบบจะดำเนินการประสานต่อไปนี้โดยอัตโนมัติ:

• ทริกเกอร์การเตือนด้วยเสียงและภาพ
• ปิดวาล์วจ่ายแก๊สสำหรับท่อจ่ายแก๊สที่เกี่ยวข้องโดยอัตโนมัติ
• เปิดใช้งานระบบไอเสียฉุกเฉิน
• อัปโหลดข้อมูลการแจ้งเตือนไปยังระบบตรวจสอบส่วนกลาง

โครงการระบบเตือนภัยเทคโนโลยีเซินเจิ้น Wfly (สำหรับการอ้างอิงเท่านั้น)

ระบบบำบัดไอเสีย

ก๊าซไอเสียที่ปล่อยออกมาจากอุปกรณ์ในกระบวนการผลิตประกอบด้วยก๊าซชนิดพิเศษที่ไม่ทำปฏิกิริยาและผลพลอยได้จากปฏิกิริยา และต้องได้รับการบำบัดโดยระบบบำบัดก๊าซไอเสีย (เครื่องฟอก) เพื่อให้เป็นไปตามมาตรฐานด้านกฎระเบียบก่อนที่จะถูกปล่อยออกมา วิธีการรักษาทั่วไป ได้แก่ :

• เครื่องฟอกแบบเปียก: ใช้สารละลายเคมีแบบฉีดพ่นเพื่อดูดซับและทำให้ก๊าซที่เป็นกรดหรือด่างเป็นกลาง
• เครื่องฟอกพลาสม่า: สลายก๊าซพิษและก๊าซอันตรายโดยใช้พลาสมาอุณหภูมิสูง
• เครื่องฟอกระบบเผาไหม้: ออกซิไดซ์และสลายก๊าซไวไฟที่อุณหภูมิสูง

อุปกรณ์บำบัดก๊าซไอเสียแบบล้างน้ำเทคโนโลยี Wfly ของเซินเจิ้น (สำหรับการอ้างอิงเท่านั้น)