劉 耀?,陳 曦,張小祥,劉曉偉,李梁梁,丁向前,郭總杰,袁劍峰

(北京京東方顯示技術(shù)有限公司,北京100176)

薄膜晶體管液晶顯示器陣列工藝最終關(guān)鍵尺寸測(cè)試方法研究

劉 耀?,陳 曦,張小祥,劉曉偉,李梁梁,丁向前,郭總杰,袁劍峰

(北京京東方顯示技術(shù)有限公司,北京100176)

最終關(guān)鍵尺寸是評(píng)價(jià)薄膜晶體管液晶顯示器產(chǎn)品性能的一項(xiàng)重要參數(shù)。本文研究了在光源照度變化的條件下得到準(zhǔn)確的最終關(guān)鍵尺寸的方法。通過大量的實(shí)驗(yàn)測(cè)試、數(shù)據(jù)分析,并配合掃描電子顯微鏡(SEM)圖片,確定最終關(guān)鍵尺寸合適的測(cè)試條件和方法?；谏鲜龇治?選取測(cè)量值穩(wěn)定的光照強(qiáng)度區(qū)間中心點(diǎn)的光照強(qiáng)度作為標(biāo)準(zhǔn)樣品參照值,選取此時(shí)樣品測(cè)試圖片作為標(biāo)準(zhǔn)圖片。測(cè)試結(jié)果與SEM結(jié)果進(jìn)行對(duì)比,得到不同膜層測(cè)量值和真實(shí)值之間的補(bǔ)償值。并通過不同尺寸產(chǎn)品的數(shù)據(jù)收集和分析來驗(yàn)證補(bǔ)償值的可靠性。通過上述方法,可以極大地縮短最終關(guān)鍵尺寸測(cè)量的校正周期,并為今后新產(chǎn)品開發(fā)提供可靠的測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)。

最終關(guān)鍵尺寸;測(cè)試方法;掃描電子顯微鏡;補(bǔ)償值

1 引 言

薄膜晶體管液晶顯示器近十年來發(fā)展迅猛,形成了近千億美元的巨大產(chǎn)業(yè)規(guī)模,應(yīng)用領(lǐng)域覆蓋廣,技術(shù)發(fā)展更趨成熟,全球產(chǎn)業(yè)配套完成,在平板顯示中占據(jù)了主導(dǎo)和主流地位。薄膜晶體管液晶顯示器作為當(dāng)今社會(huì)顯示領(lǐng)域的主要技術(shù),已經(jīng)被非常廣泛的應(yīng)用在了交通、通訊、計(jì)算機(jī)、家電、工業(yè)、教育、醫(yī)療等領(lǐng)域[1-3]。隨著顯示技術(shù)的發(fā)展和市場(chǎng)的需求,高分辨率(單位面積像素個(gè)數(shù))顯示器越來越受人們的青睞。實(shí)現(xiàn)高分辨率,就需要更細(xì)的線寬和更窄的間距[4-5]。線寬越細(xì),對(duì)線寬測(cè)量值的準(zhǔn)確性要求越高。線寬(即最終關(guān)鍵尺寸)作為影響產(chǎn)品性能的一項(xiàng)重要參數(shù),準(zhǔn)確的線寬測(cè)量值才能反映產(chǎn)品的真實(shí)情況。實(shí)際生產(chǎn)過程中,一般都采用光學(xué)設(shè)備對(duì)線寬進(jìn)行測(cè)試。金屬層的反光效果明顯,對(duì)光照強(qiáng)度的變化很敏感。同時(shí),透明膜層測(cè)量邊界的獲取也受光照強(qiáng)度的影響。本輪文主要研究了如何在光照強(qiáng)度變化的情況下,在不增加其他校正手段的情況下,保證最終關(guān)鍵尺寸測(cè)量的準(zhǔn)確性。

2 測(cè)試誤差原理分析[6-9]

如圖1所示,金屬層和非金屬層在完成刻蝕工藝之后,邊界都是有坡度存在的形貌。關(guān)鍵尺寸測(cè)試設(shè)備在工作過程中,使用衍生邊檢測(cè)器,利用衍生閾值和遲滯閾值的不同來區(qū)分邊界。EMag作為邊界強(qiáng)度。如果EMag小于衍生閾值,則該像素被看作是弱的邊界分隔點(diǎn);如果EMag在衍生閾值和衍生閾值與遲滯閾值總和之間,則該邊界像素被看作是候選邊界分隔點(diǎn);如果EMag比衍生閾值和遲滯閾值的總和大,則該點(diǎn)就是強(qiáng)的邊界分隔點(diǎn),適合用來進(jìn)行邊界分析。在使用過程中,一般選擇邊界強(qiáng)度最大的點(diǎn)作為邊界分隔點(diǎn)進(jìn)行數(shù)據(jù)分析。這樣測(cè)量值會(huì)小于樣品的實(shí)際值,原理如圖2所示。關(guān)鍵尺寸測(cè)試設(shè)備在使用透射光工作時(shí),由于測(cè)試光源是從下往上透過產(chǎn)品再傳至鏡頭,這樣鏡頭所接收的影像是陰影的部分,造成測(cè)量值會(huì)比實(shí)際值偏大的影響。但是使用落射光時(shí),鏡頭所接收到的影響的焦點(diǎn)是同一焦點(diǎn),不管自動(dòng)對(duì)焦的誤差如何,落射光所量測(cè)出來的關(guān)鍵尺寸線寬都是相當(dāng)穩(wěn)定的,原理如圖3所示。

圖1 測(cè)試樣品邊界截面圖Fig.1 Boundary section of test samples

圖2 落射光測(cè)試原理示意圖[1]Fig.2 Measuring principle diagram of reflected light

圖3 光學(xué)成像原理圖Fig.3 Schematic diagram of optical imaging

3 實(shí)驗(yàn)方法

制備不同膜層的測(cè)試樣品時(shí),測(cè)試設(shè)備和測(cè)試鏡頭之間的數(shù)據(jù)收集必須要保證同一樣品中相同的測(cè)試點(diǎn)位。分別收集5%、10%、20%、30%、40%、50%、60%、70%、80%、90%、100%亮度條件下樣品的最終關(guān)鍵尺寸?？梢愿鶕?jù)測(cè)試膜層條件的不同,適當(dāng)?shù)卦黾訙y(cè)試光照強(qiáng)度。對(duì)比不同設(shè)備、不同鏡頭之間的測(cè)試結(jié)果,選取燈頭當(dāng)前條件下樣品測(cè)量值穩(wěn)定的光照強(qiáng)度區(qū)間,然后對(duì)其進(jìn)行再次確認(rèn),獲取標(biāo)準(zhǔn)測(cè)試圖片。將測(cè)試過的樣品制作成SEM測(cè)試樣品(針對(duì)關(guān)鍵尺寸測(cè)量過的點(diǎn)位),SEM樣品數(shù)量不少于20個(gè)。設(shè)備測(cè)試所得到的數(shù)據(jù)取平均值和SEM測(cè)試所得到的數(shù)據(jù)取平均值進(jìn)行對(duì)比,得到補(bǔ)償值。選取至少3款其他尺寸樣品,以標(biāo)準(zhǔn)測(cè)試圖片的光照強(qiáng)度為基準(zhǔn)進(jìn)行關(guān)鍵尺寸測(cè)試和SEM校正,獲取補(bǔ)償值,驗(yàn)證補(bǔ)償值的準(zhǔn)確性和可靠性。柵極金屬線采用透射光模式進(jìn)行測(cè)量,其余各層采用落射光模式進(jìn)行測(cè)量。

4 數(shù)據(jù)分析

圖4是同一樣品、同一鏡頭,不同測(cè)試模式下的關(guān)鍵尺寸測(cè)量結(jié)果。從圖中我們可以看出,透射光模式下,測(cè)量結(jié)果受光照強(qiáng)度影響很小,盡可能選取透射光模式進(jìn)行最終關(guān)鍵尺寸的測(cè)量。但是氧化銦錫層是半透明膜質(zhì);4Mask條件下,數(shù)據(jù)線號(hào)線受有源層拖尾影響;鈍化層過孔做在數(shù)據(jù)線號(hào)層金屬上。因此氧化銦錫層、數(shù)據(jù)信號(hào)線和鈍化層過孔都不能用透射光模式。而柵極金屬線直接做在玻璃基板上,不受其他層影響,可以采用透射光模式進(jìn)行測(cè)量。透射光的測(cè)試結(jié)果會(huì)大于落射光的測(cè)試結(jié)果,原因可見測(cè)試誤差原理分析。

圖4 不同測(cè)量模式柵極金屬層的關(guān)鍵尺寸測(cè)試結(jié)果Fig.4 Critical dimension results of metal layer under different measurement model

圖5是46 in樣品不同光照強(qiáng)度下關(guān)鍵尺寸測(cè)試結(jié)果。其中01/02/03代表不同設(shè)備編號(hào), H1/H2代表同一臺(tái)設(shè)備不同測(cè)試探頭。每一個(gè)光照強(qiáng)度下的數(shù)值都是48個(gè)測(cè)試點(diǎn)位測(cè)量數(shù)值的平均值。落射光模式下,關(guān)鍵尺寸測(cè)量結(jié)果會(huì)隨著測(cè)試光照強(qiáng)度的變化發(fā)生改變。由于金屬對(duì)光線的反射效果,數(shù)據(jù)信號(hào)線和鈍化層過孔在光照強(qiáng)度達(dá)到一定的程度后,關(guān)鍵尺寸測(cè)試設(shè)備就無法進(jìn)行正常測(cè)量。透射光模式下,關(guān)鍵尺寸測(cè)試結(jié)果受光照強(qiáng)度的變化影響不大。不同測(cè)試鏡頭之間的差異主要是由燈頭光源強(qiáng)度不同引起的?；跍y(cè)量結(jié)果穩(wěn)定性和測(cè)試誤差(≤0.1 μm)的考慮,光照強(qiáng)度區(qū)間選擇在表1中給出。

圖5 不同光照條件下各膜層下關(guān)鍵尺寸測(cè)試結(jié)果Fig.5 Critical dimension results of total layers under different lighting conditions

表1 測(cè)試結(jié)果穩(wěn)定的光照范圍Tab.1 Lighting range of stable measuring tests

圖6是46 in樣品測(cè)試結(jié)果穩(wěn)定的光照區(qū)間初始測(cè)試和再次確認(rèn)的關(guān)鍵尺寸測(cè)試結(jié)果。從測(cè)試結(jié)果可以看出,在選定的測(cè)試區(qū)間內(nèi)測(cè)試結(jié)果比較穩(wěn)定,誤差也在可接受的范圍內(nèi)。此光源條件下,各層光照強(qiáng)度的選擇:氧化銦錫層選擇40%,柵極金屬線選擇40%,數(shù)據(jù)信號(hào)線選擇15%,鈍化層過孔選擇15%。表2給出了標(biāo)準(zhǔn)亮度測(cè)試圖片、測(cè)試條件、相應(yīng)的測(cè)試結(jié)果及偏差(SEM-線寬)。綜合考慮,氧化銦錫層選取－0.1μm,柵極金屬線選?。?.3μm,數(shù)據(jù)信號(hào)線選取0.6μm,鈍化層過孔選取0.4μm作為補(bǔ)償值。

圖6 穩(wěn)定光照區(qū)間下關(guān)鍵尺寸兩次測(cè)試結(jié)果Fig.6 Critical dimension double results under stable lighting range

表2 標(biāo)準(zhǔn)亮度測(cè)試圖片和測(cè)試條件的選擇Tab.2 Standard luminance test Images and the corresponding test conditions

表3給出了標(biāo)準(zhǔn)亮度條件下,其他尺寸產(chǎn)品的柵極金屬層最終關(guān)鍵尺寸測(cè)試結(jié)果?？山邮艿恼`差范圍為±0.1μm。柵極金屬層的最終關(guān)鍵尺寸在選用透射光測(cè)試時(shí),補(bǔ)償值選?。?.3 μm,金屬總膜厚在295～465 nm之間,真實(shí)值和測(cè)試值之間的偏差都在±0.1μm以內(nèi),滿足測(cè)試要求。

表4給出了標(biāo)準(zhǔn)亮度條件下,其他尺寸產(chǎn)品的數(shù)據(jù)信號(hào)線 最終關(guān)鍵尺寸測(cè)試結(jié)果。數(shù)據(jù)信號(hào)線的最終關(guān)鍵尺寸在選用落射光測(cè)試時(shí),補(bǔ)償值選取0.6μm,金屬總膜厚在320～415 nm之間,真實(shí)值和測(cè)試值之間的偏差都在±0.1μm以內(nèi),滿足測(cè)試要求。根據(jù)數(shù)據(jù)結(jié)果分析,可以得出一定的膜層厚度,坡度角對(duì)最終測(cè)量結(jié)果的影響不大。

表3 標(biāo)準(zhǔn)亮度各尺寸產(chǎn)品柵極金屬層FICD測(cè)試結(jié)果Tab.3 Gate FICD results of all sizes products under standard luminance

表4 標(biāo)準(zhǔn)亮度各尺寸產(chǎn)品數(shù)據(jù)信號(hào)線最終關(guān)鍵尺寸測(cè)試結(jié)果Tab.4 Data FICD results of all sizes products under standard luminance

表5給出了標(biāo)準(zhǔn)亮度條件下,其他尺寸產(chǎn)品的鈍化層過孔 最終關(guān)鍵尺寸測(cè)試結(jié)果。鈍化層過孔的最終關(guān)鍵尺寸在選用落射光測(cè)試時(shí),補(bǔ)償值選取0.4μm,鈍化層膜厚在250～400 nm之間,真實(shí)值和測(cè)試值之間的偏差都在±0.1μm以內(nèi),滿足測(cè)試要求。

表6給出了標(biāo)準(zhǔn)亮度條件下,其他尺寸產(chǎn)品的氧化銦錫層最終關(guān)鍵尺寸測(cè)試結(jié)果。氧化銦錫層的最終關(guān)鍵尺寸在選用落射光測(cè)試時(shí),補(bǔ)償值選?。?.1μm,真實(shí)值和測(cè)試值之間的偏差都在±0.1μm以內(nèi),滿足測(cè)試要求。

表5 標(biāo)準(zhǔn)亮度各尺寸產(chǎn)品鈍化層過孔最終關(guān)鍵尺寸測(cè)試結(jié)果Tab.5 Via hole FICD results of all sizes products under standard luminance

表6 標(biāo)準(zhǔn)亮度各尺寸產(chǎn)品氧化銦錫層最終關(guān)鍵尺寸測(cè)試結(jié)果Tab.6 ITO FICD results of all sizes products under standard luminance

表7給出了標(biāo)準(zhǔn)亮度條件下,5Mask產(chǎn)品的有源層最終關(guān)鍵尺寸測(cè)試結(jié)果。有源層層的最終關(guān)鍵尺寸在選用落射光測(cè)試時(shí),補(bǔ)償值選取0.6 μm,真實(shí)值和測(cè)試值之間的偏差都在±0.1μm以內(nèi),滿足測(cè)試要求。

表7 標(biāo)準(zhǔn)亮度各尺寸產(chǎn)品有源層最終關(guān)鍵尺寸測(cè)試結(jié)果Tab.7 Active FICD results of all sizes products under standard luminance

5 結(jié) 論

最終關(guān)鍵尺寸在測(cè)量過程中,測(cè)量值會(huì)隨著測(cè)試燈頭光照強(qiáng)度的變化發(fā)生改變。通過數(shù)據(jù)分析,選擇特定的亮度圖片作為測(cè)試基準(zhǔn),同時(shí)選擇合適的補(bǔ)償值(柵極金屬線層:－0.3μm,數(shù)據(jù)線號(hào)線層:0.6μm,鈍化層過孔:0.4μm,氧化銦錫層:－0.1μm,有源層:0.6μm),可以保證測(cè)試結(jié)果接近測(cè)試樣品的真實(shí)值,測(cè)試誤差縮小在可接受范圍內(nèi)(≤0.1μm)。這樣可以為新產(chǎn)品開發(fā)提供可靠的測(cè)試標(biāo)準(zhǔn),縮短新產(chǎn)品開發(fā)的周期。

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Final critical dimension measuring method about TFT-LCD array process

LIU Yao,CHEN Xi,ZHANG Xiao-xiang,LIU Xiao-wei,LI Liang-liang, DING Xiang-qian,GUO Zong-jie,YUAN Jian-feng

(Beijing BOE Display Technology Co.Ltd.,Beijing 100176,China)

Final inspection critical dimension(FICD)is an important parameter to evaluate the performance of thin film transistor liquid crystal display(TFT-LCD)products.The method to obtain an accurate FICD data was studied in this paper.By a large number of experimental data and the scanning electron microscope(SEM)images,test conditions and methods were determined.Based on the above analysis,the center of illumination intensity which could provide stable measuring results was selected as the reference value,and the image was collected as golden sample simultaneously.By contrasting the above results and SEM results,the compensation value of the different layers between measured value and true value were obtained.Also the reliability was proved by data analysis of different sizes of products.As a result,calibration period of FICD measurement could be reduced greatly,and reliable test standard was provided for future products.

final inspection critical dimension;measurement method;scanning electron microscope;compensation

TN307

:A

10.3788/YJYXS20153005.0784

1007-2780(2015)05-0784-06

劉耀(1985－),男,山東威海人,碩士,高級(jí)研究員,主要從事液晶面板研發(fā)和工藝改善工作。E-mail:liuyao_dt ＠boe.com.cn

2015-01-20;

:2015-02-06.

?通信聯(lián)系人,E-mail:liuyao_dt＠boe.com.cn