Toepassingen van elektronische speciale gassen in TFT-LCD-productie en een technische analyse van ultra-hoge zuiverheidsleveringssystemen

Introductie

Dunne-film transistor vloeibaarkristalschermen (TFT-LCD's) zijn momenteel de meest gebruikte platte-schermtechnologie, en hun productieproces omvat complexe fysische en chemische processen. Speciale elektronische gassen (hierna te noemen “speciale elektronische gassen”) dienen als kernprocesmaterialen in de filmdepositie- en etsetappes van TFT-LCD arrayfabricage; hun zuiverheid, stabiliteit en leveringsveiligheid bepalen direct de opbrengst en prestaties van het paneel. Dit artikel begint met het TFT-LCD productieproces, beoordeelt systematisch de toepassing van elektronische speciale gassen in elke belangrijke processtap en analyseert de technische architectuur van ultra-hoge-zuiverheid speciale gasleveringssystemen.

TFT-LCD is momenteel de meest gebruikte platte-schermtechnologie (afbeelding ter illustratie)

Overzicht van TFT-LCD Productieprocessen

                                TFT-LCD Processtroomschema (Alleen ter referentie)

Het productieproces voor TFT-LCD panelen kan worden onderverdeeld in drie hoofdfasen: het front-end arrayproces (Array), het mid-end celassemblageproces (Cell) en het back-end moduleassemblageproces (Module). Van deze worden speciale elektronische gassen voornamelijk gebruikt in de filmdepositie- en droge etsetappes van het front-end arrayproces.

De kern van het arrayproces is het construeren van een meerlaagse structuur van dunne-film transistors

(TFT), waaronder de gate metaallaag, gate isolatorlaag (SiNx), amorfe silicium halfgeleiderlaag

(a-Si), source en drain elektrode metaallagen, en de ITO pixel elektrode laag. De depositie en patroonvorming van elke dunne-filmlaag zijn afhankelijk van specifieke procesgassen.

Toepassingen van Speciale Gassen in Kernproductieprocessen

CVD Depositieproces

Chemische dampdepositie (CVD), met name plasma-versterkte chemische dampdepositie (PECVD), is een kernproces voor het deponeren van niet-metalen dunne films in het TFT-LCD arrayfabricageproces. Dit proces activeert gasmoleculen via een plasma, waardoor chemische reacties op het substraatoppervlak optreden en de depositie van vaste dunne films resulteert. De belangrijkste elektronische speciale gassen die in het PECVD-proces worden gebruikt, zijn:

Silane (SiH₄): Dient als siliciumbron gas voor het deponeren van amorfe silicium (a-Si) halfgeleiderlagen en siliciumnitride (SiNx) isolatielagen

Ammoniak (NH₃): Reageert met silane om siliciumnitride films te vormen en dient als stikstofbron

Fosfine (PH₃): Gebruikt voor n-type gedoteerde amorfe siliciumlagen (n⁺ a-Si) om ohmse contactlagen te vormen

Distikstofoxide (N₂O): Reageert met silane om siliciumdioxide (SiO₂) films te deponeren

Stikstoftrifluoride (NF₃): Gebruikt voor plasma reiniging van de CVD kamer om afzettingen van de kamerwanden te verwijderen

Daarnaast worden ook bulk gassen zoals waterstof (H₂) met hoge zuiverheid en stikstof (N₂) met hoge zuiverheid in het proces gebruikt, die respectievelijk dienen als dragergas, spoelgas en procesatmosfeer gas.

    Shenzhen Wofly Technology CVD Gas Supply Project Showcase (Alleen ter referentie)

Sputterproces

Magnetron sputteren valt onder de categorie fysieke dampdepositie (PVD) en wordt voornamelijk gebruikt om metaalfilms te deponeren, zoals gate-elektroden, source/drain-elektroden en indiumtinoxide (ITO) pixel-elektroden.

Het basisprincipe van sputterdepositie van films omvat het bombarderen van het oppervlak van een doelwit met geladen deeltjes in een vacuümkamer, waardoor atomen van het doelwit worden uitgestoten en op het substraat worden afgezet. Het sputterproces heeft specifieke vereisten voor procesgassen: het depositiegas mag niet chemisch reageren met het doelwit materiaal; daarom zijn inerte gassen de meest geschikte keuze. In industriële productie wordt argon (Ar) doorgaans gebruikt als sputterwerkingsgas, hoewel helium (He) ook in sommige proces scenario's wordt gebruikt.

Voor reactieve sputterprocessen (zoals de depositie van ITO transparante geleidende films) wordt zuurstof (O₂) in het inerte gas geïntroduceerd om te reageren met de samenstelling van het doelwit materiaal en een oxidefilm te vormen.

Ultra-High Vacuum High-Energy Pulsed Magnetron Sputtering Coating Equipment (Alleen ter referentie)

Etsproces

Het etsproces is een belangrijke stap in het overbrengen van het fotoresistpatroon naar de onderliggende film. Het TFT-LCD arrayproces maakt voornamelijk gebruik van droog etsen (plasma-etsen), dat gebruik maakt van reactieve vrije radicalen in het plasma om chemisch te reageren met het te etsen materiaal, waarbij vluchtige bijproducten worden gegenereerd die vervolgens door een vacuümpomp worden afgevoerd. Verschillende combinaties van etsgassen moeten worden geselecteerd voor het etsen van verschillende materiaallagen:

• Etsen van niet-metalen films (bijv. SiNx, a-Si): Veelgebruikt zijn fluor- of chloorhoudende gassen zoals zwavelhexafluoride (SF₆), tetrafluormethaan (CF₄) en chloor (Cl₂)
• Metaalfilm etsen (bijv. Al, Mo, Cr): Veelgebruikte gassen zijn chloor (Cl₂), waterstofchloride (HCl) en boortrichloride (BCl₃)
• ITO etsen: Waterstofhoudende gassen of gemengde gassen op basis van zoutzuur kunnen worden gebruikt

De speciale gassen die in het etsproces worden gebruikt, zijn meestal brandbaar, explosief, zeer giftig of zeer corrosief; daarom zijn extreem hoge normen vereist voor de integriteit van de afdichting van het gasleveringssysteem, de veiligheid en de capaciteit voor uitlaatgasbehandeling.

                       Interne Structuur van een Etch Kamer (Alleen ter referentie)

Analyse van de Architectuur van een Ultra-Hoge-Zuiverheid Speciaal Gasleveringssysteem

Een compleet ultra-hoge-zuiverheid speciaal gasleveringssysteem bestaat uit eenheden zoals gasbronopslag, primaire drukregeling, zuivering en filtratie, secundaire distributie en eindgebruik. Deze eenheden zijn verbonden via roestvrijstalen leidingen met hoge zuiverheid om een gesloten, controleerbaar gassysteem te vormen.

Cilinderkast

De cilinderkast dient als het gasbronuiteinde van een speciaal gassysteem, gebruikt om cilinders op te slaan en primaire drukvermindering en gasschakeling uit te voeren. De kernfuncties omvatten:

• Cilinders beveiligen en aansluiten, uitgerust met een automatisch schakelpaneel om naadloze schakeling tussen primaire en back-up gasbronnen mogelijk te maken
• Een primaire drukreduceerklep reduceert hogedruk gas tot middendruk (doorgaans 0,3-0,5 MPa)
• Negatieve druk ventilatie ontwerp handhaaft een negatieve druk in de kast om te voorkomen dat gelekt gas ontsnapt
• Uitgerust met een gasdetector om de gasconcentraties in de kast in realtime te bewaken; in geval van een storing, activeert het geluids- en visuele alarmen en schakelt het automatisch de gastoevoer uit

     Shenzhen wofly Technology: Diverse Soorten Op Maat Gemaakte Speciale Gasapparatuur

Ventielbox (VMB)

De Valve Manifold Box (VMB) is een secundaire distributie-eenheid in speciale gasleveringssystemen. Gelegen tussen de speciale gaskamer en de procesapparatuur in de cleanroom, wordt het vaak de “laatste mijl” van speciale gaslevering genoemd. De belangrijkste functies zijn:

• Een enkele gasbron verdelen in meerdere takken, die elk verschillende procesapparatuur leveren
• Elke tak is uitgerust met een onafhankelijke membraanklep, drukregelaar en druksensor om onafhankelijke controle mogelijk te maken
• Het gesloten behuizingsontwerp, uitgerust met een uitlaatpoort, is geschikt voor gevaarlijke gassen zoals SiH₄, NH₃ en Cl₂
• Ondersteunt onafhankelijk spoelen en onderhoud van individuele takken zonder de normale gastoevoer naar andere takken te beïnvloeden

             Shenzhen wofly Technology Gas Conveyance Projects (Alleen ter referentie)

Zuiveraar

Zuiveraars worden geïnstalleerd bij de gasbron of stroomopwaarts van het punt van gebruik om onzuiverheden grondig uit het gas te verwijderen. Veelvoorkomende zuiveringstechnologieën omvatten:

• Katalytische deoxygenatie: Gebruik van een katalysator om onzuivere zuurstof te laten reageren met waterstof om water te vormen, dat vervolgens door een adsorptiemiddel wordt verwijderd
• Moleculaire zeef adsorptie: Verwijdert polaire onzuiverheden zoals waterdamp en kooldioxide door fysieke adsorptie
• Getter zuivering: Gebruikt gasabsorberende middelen zoals zirkonium-aluminiumlegeringen om reactieve onzuiverheden bij hoge temperaturen te adsorberen
• Membraanscheiding: Scheidt onzuiverheden door gebruik te maken van verschillen in gasdoorlaatbaarheid

Zuiveraars geconfigureerd voor high-end processen kunnen de gaszuiverheid verhogen tot 7N of hoger, waarbij onzuiverheidsniveaus worden gecontroleerd tot in het ppb- of zelfs ppt-bereik.

        Shenzhen wofly Technology Purification System Engineering (Alleen ter referentie)

Gasdetectoren en Veiligheidsvergrendelingen

Gasdetectoren worden ingezet in speciale gaskamers, VMB-installatiegebieden en rond procesapparatuur. Ze maken gebruik van detectieprincipes zoals elektrochemische, infraroodabsorptie of halfgeleidertechnologieën om realtime online monitoring van doelgassen uit te voeren. Het systeem is gekoppeld aan de centrale controlekamer (GSM); wanneer een gaslek wordt gedetecteerd, voert het automatisch de volgende vergrendelingsacties uit:

• Geluids- en visuele alarmen activeren
• Automatisch de gastoevoerklep van de betreffende gasleiding afsluiten
• Het noodafzuigsysteem activeren
• Alarminformatie uploaden naar het centrale monitorsysteem

               Shenzhen Wofly Technology Alarm System Projects (Alleen ter referentie)

Uitlaatgasbehandelingssysteem

Uitlaatgassen die uit procesapparatuur worden uitgestoten, bevatten ongebruikte speciale gassen en reactiebijproducten, en moeten worden behandeld door een uitlaatgasbehandelingssysteem (scrubber) om aan de regelgevende normen te voldoen voordat ze worden afgevoerd. Veelvoorkomende behandelingsmethoden omvatten:

• Nat Scrubber: Gebruikt een gespoten chemische oplossing om zure of alkalische gassen te absorberen en te neutraliseren
• Plasma Scrubber: Ontleedt giftige en schadelijke gassen met behulp van plasma op hoge temperatuur
• Verbrandings Scrubber: Oxideert en ontleedt brandbare gassen bij hoge temperaturen

Shenzhen Wofly Technology Water-Washed Exhaust Gas Treatment Equipment (Alleen ter referentie)