Контроль стекла подложки для жидкокристаллического дисплея на аморфных кремниевых тонкоплёночных тра

Контроль стекла подложки для жидкокристаллического дисплея на аморфных кремниевых тонкоплёночных транзисторах

Введение
Производство ЖК-дисплеев (LCD), особенно на основе матрицы адресации тонкоплёночными транзисторами из аморфного кремния (a-Si TFT), предъявляет исключительно высокие требования к качеству стеклянной подложки. Эта подложка служит фундаментом, на котором формируются сложные многослойные структуры TFT и пиксельных электродов. Любые дефекты или отклонения параметров стекла на этом этапе могут привести к катастрофическим последствиям для выхода годных панелей и их надежности. Поэтому строгий и всесторонний контроль стекла подложки является критически важным этапом технологического процесса.

1. Объекты испытаний
Основным объектом контроля выступает стеклянная подложка, поступающая на производственную линию для изготовления матриц a-Si TFT LCD. Ключевые характеристики этого объекта включают:

• Состав и структура: Специальные сорта бессвинцового щелочноземельного силикатного стекла (Alkali-free Alkaline Earth Silicate Glass), обладающие высокой температурной стабильностью, низким температурным коэффициентом линейного расширения (ТКЛР), высокой химической стойкостью и оптической прозрачностью.
• Размеры и форма: Точные геометрические параметры: длина, ширина, толщина, прямоугольность (углы 90°), плоскостность.
• Чистота поверхности: Отсутствие видимых и микроскопических загрязнений (пыль, волокна, частицы, органические или ионные остатки), а также дефектов поверхности (царапины, сколы кромок, выбоины, включения).
• Механические свойства: Микротвердость поверхностного слоя, устойчивость к возникновению царапин при обработке.
• Термические свойства: Температура размягчения, ТКЛР, однородность термических характеристик по площади листа.
• Оптические свойства: Пропускание в видимом диапазоне, однородность оптических свойств, отсутствие внутренних напряжений, видимых в поляризованном свете.

2. Область испытаний (Контролируемые параметры)
Контроль стекла подложки охватывает широкий спектр параметров, которые можно сгруппировать следующим образом:

• Геометрические параметры:
  • Толщина подложки (Thickness): Точное измерение толщины по всей площади листа и контроль ее однородности (вариации толщины).
  • Плоскостность (Flatness): Измерение глобальной и локальной плоскостности (например, параметры типа TIR - Total Indicated Reading, или Bow/Warp). Критично для процессов фотолитографии.
  • Прямоугольность и линейность кромок (Squareness / Edge Straightness): Точность углов и прямолинейность краев.
  • Размеры (Length, Width): Фактические габариты листа.
• Параметры поверхности:
  • Дефекты поверхности (Surface Defects): Обнаружение и классификация царапин (scratches), сколов (chips), выбоин (pits), вмятин (dents), инородных включений (inclusions).
  • Шероховатость поверхности (Surface Roughness): Контроль микрорельефа поверхности (параметры Ra, Rq, Rz).
  • Чистота поверхности (Surface Cleanliness): Отсутствие загрязнений (частицы, пыль, волокна, масляные пятна, ионные загрязнения).
• Оптические параметры:
  • Светопропускание (Transmittance): Коэффициент пропускания в видимом спектре (обычно для стандартных источников типа D65).
  • Однородность пропускания (Transmittance Uniformity): Равномерность пропускания по всей площади листа.
  • Оптические искажения (Optical Distortion): Наличие искажений (например, эффект "призмы") при просмотре через стекло.
  • Двулучепреломление (Birefringence): Измерение внутренних напряжений в стекле, вызывающих оптические аномалии под поляризованным светом.
• Физико-химические параметры:
  • Щелочность поверхности (Surface Alkalinity): Остаточный потенциал выщелачивания щелочных ионов (хотя в бессвинцовых щелочноземельных стеклах он минимален).
  • Микротвердость (Microhardness): Сопротивление поверхности механическим воздействиям.
  • Химическая стойкость (Chemical Durability): Устойчивость к воздействию химических реагентов, используемых в технологических процессах (травящие растворы, растворители).

3. Методы испытаний
Для контроля указанных параметров применяются различные методы, как контактные, так и бесконтактные, часто с высокой степенью автоматизации:

• Оптическая микроскопия (Optical Microscopy): Визуальный осмотр поверхности подложки при различных увеличениях для выявления грубых дефектов и загрязнений (часто автоматизированные системы с машинным зрением - Automated Optical Inspection, AOI).
• Лазерное сканирование (Laser Scanning): Используется для высокоточного измерения толщины подложки и вариаций толщины по всей площади листа.
• Интерферометрия (Interferometry): Оптические интерферометры (например, типа Физо для глобальной плоскостности или белый свет для локальной топографии) применяются для измерения плоскостности и топографии поверхности с нанометровой точностью.
• Профилометрия (Profilometry): Контактные (стилусные) или бесконтактные (оптические, лазерные) профилометры для измерения шероховатости поверхности, глубины царапин и выбоин.
• Полярископия (Polarimetry): Использование поляризованного света для визуализации и количественного измерения внутренних напряжений в стекле (двулучепреломления).
• Спектрофотометрия (Spectrophotometry): Измерение коэффициента пропускания света в видимом диапазоне и его однородности по площади подложки.
• Автоматизированный контроль частиц (Automated Particle Counting/Sizing): Специализированные сканирующие системы (лазерные или на основе рассеяния света) для обнаружения, подсчета и измерения размеров частиц на поверхности.
• Координатно-измерительные машины (Coordinate Measuring Machines, CMM): Для точного контроля геометрических размеров и прямоугольности (чаще используется для эталонов или выборочного контроля).
• Испытания на химическую стойкость: Экспонирование образцов стекла в контролируемых химических средах с последующей оценкой изменений поверхности (внешний вид, шероховатость, прочность) или анализом выщелоченных ионов.
• Испытания на микротвердость: Измерение твердости поверхности методом вдавливания (Виккерс, Кнуп).

4. Испытательное оборудование
Контроль стекла подложки осуществляется с помощью специализированного метрологического оборудования:

• Автоматические инспекционные системы (Automated Inspection Systems): Комплексные линии, объединяющие лазерные сканеры для толщины, интерферометры для плоскостности, системы AOI на основе камер и освещения для дефектов поверхности и частиц. Обеспечивают высокоскоростной контроль 100% поверхности.
• Лазерные измерители толщины (Laser Thickness Gauges): Бесконтактные приборы, сканирующие поверхность для построения карты толщины.
• Оптические интерферометры (Optical Interferometers): Плоскостные (Fizeau) и микротопографические (белый свет, фазовый шифт).
• Стилусные и оптические профилометры (Stylus/Optical Profilometers).
• Спектрофотометры с интегрирующей сферой (Spectrophotometers with Integrating Sphere): Для точного измерения светопропускания.
• Полярископы/полариметры (Polariscopes/Polarimeters): Для визуализации и измерения напряжений.
• Сканирующие системы для контроля частиц (Particle Scanners): Основанные на лазерном рассеянии света или темнопольной микроскопии.
• Координатно-измерительные машины (CMM).
• Измерители микротвердости (Microhardness Testers).
• Системы для анализа чистоты поверхности: Оборудование для ионной хроматографии (IC) или масс-спектрометрии с индуктивно связанной плазмой (ICP-MS) для определения химического состава загрязнений после экстракции.

Заключение
Контроль стеклянной подложки для a-Si TFT LCD – это сложный, многоэтапный процесс, требующий применения высокоточного и часто автоматизированного метрологического оборудования. Комплексная проверка геометрических, оптических, поверхностных и физико-химических параметров стекла на самой ранней стадии производства является залогом минимизации технологических дефектов, обеспечения высокой однородности характеристик дисплейных панелей и достижения требуемого уровня выхода годной продукции. Непрерывное совершенствование методов и оборудования для контроля подложек остается важным направлением развития технологии производства LCD.