تطبيقات الغازات الإلكترونية المتخصصة في تصنيع شاشات TFT-LCD وتحليل فني لأنظمة توصيل فائقة النقاء

مقدمة

تعد شاشات الكريستال السائل ذات الترانزستورات الرقيقة (TFT-LCDs) حاليًا تقنية العرض المسطح الأكثر استخدامًا على نطاق واسع، وتتضمن عملية تصنيعها عمليات فيزيائية وكيميائية معقدة. تعمل الغازات الإلكترونية المتخصصة (يشار إليها فيما بعد بـ “الغازات الإلكترونية المتخصصة”) كمواد عملية أساسية في مراحل ترسيب الأغشية والحفر لتصنيع مصفوفة TFT-LCD؛ وتحدد نقاوتها واستقرارها وسلامة توصيلها بشكل مباشر إنتاجية وأداء اللوحة. تبدأ هذه الورقة بعملية تصنيع TFT-LCD، وتستعرض بشكل منهجي تطبيق الغازات الإلكترونية المتخصصة في كل خطوة عملية رئيسية، وتحلل البنية التقنية لأنظمة توصيل الغازات المتخصصة فائقة النقاء.

تعد TFT-LCD حاليًا تقنية العرض المسطح الأكثر استخدامًا على نطاق واسع (الصورة لأغراض توضيحية فقط)

نظرة عامة على عمليات تصنيع TFT-LCD

                                مخطط تدفق عملية TFT-LCD (للرجوع إليه فقط)

يمكن تقسيم عملية تصنيع لوحات TFT-LCD إلى ثلاث مراحل رئيسية: عملية المصفوفة الأمامية (Array)، وعملية تجميع الخلية الوسطى (Cell)، وعملية تجميع الوحدة الخلفية (Module). من بين هذه المراحل، تُستخدم الغازات الإلكترونية المتخصصة بشكل أساسي في مراحل ترسيب الأغشية والحفر الجاف لعملية المصفوفة الأمامية.

يكمن جوهر عملية المصفوفة في بناء هيكل متعدد الطبقات من الترانزستورات الرقيقة

(TFT)، بما في ذلك طبقة المعدن البوابة، وطبقة العازل البوابة (SiNx)، وطبقة شبه الموصل السيليكون غير المتبلور

(a-Si)، وطبقات معدن قطب المصدر والمصرف، وطبقة قطب البكسل ITO. يعتمد ترسيب وتنميط كل طبقة من الأغشية الرقيقة على غازات عملية محددة.

تطبيقات الغازات المتخصصة في عمليات التصنيع الأساسية

عملية ترسيب الترسيب الكيميائي للبخار (CVD)

يعد الترسيب الكيميائي للبخار (CVD)، وخاصة الترسيب الكيميائي للبخار المعزز بالبلازما (PECVD)، عملية أساسية لترسيب الأغشية الرقيقة غير المعدنية في عملية تصنيع مصفوفة TFT-LCD. تقوم هذه العملية بتنشيط جزيئات الغاز عبر البلازما، مما يؤدي إلى حدوث تفاعلات كيميائية على سطح الركيزة وينتج عنه ترسيب أغشية رقيقة صلبة. تشمل الغازات الإلكترونية المتخصصة الرئيسية المستخدمة في عملية PECVD ما يلي:

سيلان (SiH₄): يعمل كمصدر غاز للسيليكون لترسيب طبقات شبه الموصل السيليكون غير المتبلور (a-Si) وطبقات العازل نيتريد السيليكون (SiNx)

الأمونيا (NH₃): تتفاعل مع السيلان لتكوين أغشية نيتريد السيليكون وتعمل كمصدر للنيتروجين

الفوسفين (PH₃): يستخدم لطبقات السيليكون غير المتبلور المشوبة من النوع n (n⁺ a-Si) لتكوين طبقات التلامس الأومي

أكسيد النيتروز (N₂O): يتفاعل مع السيلان لترسيب أغشية ثاني أكسيد السيليكون (SiO₂)

ثلاثي فلوريد النيتروجين (NF₃): يستخدم لتنظيف البلازما لغرفة CVD لإزالة الرواسب من جدران الغرفة

بالإضافة إلى ذلك، تُستخدم أيضًا الغازات السائبة مثل الهيدروجين عالي النقاء (H₂) والنيتروجين عالي النقاء (N₂) في العملية، حيث تعمل كغاز حامل، وغاز تنقية، وغاز جو العملية على التوالي.

                                مشروع عرض توريد غازات CVD لشركة Shenzhen Wofly Technology (للرجوع إليه فقط)

عملية الرش المهبطي (Sputtering)

يقع الرش المهبطي المغناطيسي ضمن فئة الترسيب الفيزيائي للبخار (PVD) ويستخدم بشكل أساسي لترسيب الأغشية المعدنية مثل أقطاب البوابة، وأقطاب المصدر/المصرف، وأقطاب البكسل من أكسيد القصدير والإنديوم (ITO).

يتضمن المبدأ الأساسي لترسيب أغشية الرش المهبطي قصف سطح الهدف بجسيمات مشحونة في غرفة تفريغ، مما يتسبب في قذف ذرات من الهدف وترسيبها على الركيزة. تتطلب عملية الرش المهبطي متطلبات محددة لغازات العملية: يجب ألا يتفاعل غاز الترسيب كيميائيًا مع مادة الهدف؛ لذلك، تعتبر الغازات الخاملة هي الخيار الأنسب. في الإنتاج الصناعي، يُستخدم الأرجون (Ar) عادةً كغاز عمل للرش المهبطي، على الرغم من استخدام الهيليوم (He) أيضًا في بعض سيناريوهات العملية.

بالنسبة لعمليات الرش المهبطي التفاعلي (مثل ترسيب أغشية ITO الموصلة الشفافة)، يتم إدخال الأكسجين (O₂) في الغاز الخامل للتفاعل مع تكوين مادة الهدف وتشكيل غشاء أكسيد.

معدات طلاء الرش المهبطي المغناطيسي عالي الطاقة بالفراغ الفائق (للرجوع إليه فقط)

عملية الحفر (Etching)

تعد عملية الحفر خطوة رئيسية في نقل نمط المقاوم الضوئي إلى الفيلم الأساسي. تستخدم عملية مصفوفة TFT-LCD بشكل أساسي الحفر الجاف (حفر البلازما)، والذي يستخدم الجذور الحرة التفاعلية في البلازما للتفاعل كيميائيًا مع المادة التي يتم حفرها، وتوليد منتجات ثانوية متطايرة يتم بعد ذلك إخلاؤها بواسطة مضخة تفريغ. يجب اختيار مجموعات مختلفة من غازات الحفر لحفر طبقات المواد المختلفة:

• حفر الأغشية غير المعدنية (مثل SiNx، a-Si): الغازات الشائعة الاستخدام هي الغازات المحتوية على الفلور أو الكلور مثل سداسي فلوريد الكبريت (SF₆)، ورباعي فلوريد الكربون (CF₄)، والكلور (Cl₂)
• حفر الأغشية المعدنية (مثل Al، Mo، Cr): الغازات الشائعة الاستخدام تشمل الكلور (Cl₂)، وكلوريد الهيدروجين (HCl)، وثلاثي كلوريد البورون (BCl₃)
• حفر ITO: يمكن استخدام الغازات المحتوية على الهيدروجين أو الغازات المختلطة القائمة على حمض الهيدروكلوريك

الغازات المتخصصة المستخدمة في عملية الحفر هي في الغالب قابلة للاشتعال، أو متفجرة، أو شديدة السمية، أو شديدة التآكل؛ لذلك، هناك حاجة إلى معايير عالية للغاية لنظام توصيل الغازات - سلامة الختم، والسلامة، وقدرة معالجة غازات العادم.

                        الهيكل الداخلي لغرفة الحفر (للرجوع إليه فقط)

تحليل بنية نظام توصيل الغازات المتخصصة فائقة النقاء

يتكون نظام توصيل الغازات المتخصصة فائقة النقاء الكامل من وحدات مثل تخزين مصدر الغاز، وتنظيم الضغط الأولي، والتنقية والترشيح، والتوزيع الثانوي، والاستخدام النهائي. يتم توصيل هذه الوحدات عبر أنابيب الفولاذ المقاوم للصدأ عالية النقاء لتشكيل نظام إمداد غاز مغلق وقابل للتحكم.

خزانة الأسطوانات

تعمل خزانة الأسطوانات كنهاية مصدر الغاز لنظام الغازات المتخصصة، وتستخدم لتخزين الأسطوانات وإجراء تخفيض الضغط الأولي وتبديل إمداد الغاز. تشمل وظائفها الأساسية:

• تأمين وتوصيل الأسطوانات، مجهزة بلوحة تبديل تلقائية لتمكين التبديل السلس بين مصادر الغاز الأولية والاحتياطية
• يقلل صمام تخفيض الضغط الأولي الضغط العالي للغاز إلى ضغط متوسط (عادة 0.3-0.5 ميجا باسكال)
• يحافظ تصميم التهوية ذو الضغط السلبي على ضغط سلبي داخل الخزانة لمنع تسرب الغاز
• مجهزة بكاشف غاز لمراقبة تركيزات الغاز داخل الخزانة في الوقت الفعلي؛ في حالة حدوث خلل، فإنه يطلق إنذارات صوتية ومرئية ويغلق إمداد الغاز تلقائيًا

      Shenzhen wofly Technology: أنواع مختلفة من معدات الغازات الخاصة المصنوعة حسب الطلب

صندوق الصمامات (VMB)

يعد صندوق مجمع الصمامات (VMB) وحدة توزيع ثانوية في أنظمة توصيل الغازات المتخصصة. يقع بين غرفة الغازات المتخصصة ومعدات العملية في الغرفة النظيفة، وغالبًا ما يشار إليه باسم “الميل الأخير” لتوصيل الغازات المتخصصة. تشمل وظائفه الأساسية:

• توزيع مصدر غاز واحد إلى فروع متعددة، يغذي كل منها معدات عملية مختلفة
• كل فرع مجهز بصمام غشائي مستقل، ومخفض ضغط، ومستشعر ضغط لتمكين التحكم المستقل
• تصميم الغلاف المغلق، المجهز بمنفذ عادم، مناسب للغازات الخطرة مثل SiH₄، NH₃، و Cl₂
• يدعم التنقية والصيانة المستقلة للفروع الفردية دون التأثير على إمداد الغاز الطبيعي للفروع الأخرى

              مشاريع نقل الغازات لشركة Shenzhen wofly Technology (للرجوع إليه فقط)

المنقي (Purifier)

يتم تركيب المنقيات عند مصدر الغاز أو في المنبع من نقطة الاستخدام لإزالة الشوائب من الغاز بشكل كامل. تشمل تقنيات التنقية الشائعة ما يلي:

• إزالة الأكسجين التحفيزي: استخدام محفز لجعل الأكسجين الشائب يتفاعل مع الهيدروجين لتكوين الماء، والذي يتم بعد ذلك إزالته بواسطة مادة ماصة
• امتصاص المنخل الجزيئي: يزيل الشوائب القطبية مثل بخار الماء وثاني أكسيد الكربون عن طريق الامتزاز الفيزيائي
• تنقية الممتص (Getter): يستخدم عوامل امتصاص الغاز مثل سبائك الزركونيوم والألمنيوم لامتصاص الشوائب التفاعلية في درجات حرارة عالية
• فصل الأغشية: يفصل الشوائب عن طريق استغلال الاختلافات في معدلات نفاذية الغاز

يمكن للمنقيات المجهزة للعمليات المتطورة رفع نقاء الغاز إلى 7N أو أعلى، والتحكم في مستويات الشوائب إلى نطاق ppb أو حتى ppt.

        هندسة نظام التنقية لشركة Shenzhen wofly Technology (للرجوع إليه فقط)

كاشفات الغاز وأقفال السلامة

يتم نشر كاشفات الغاز في غرف الغازات المتخصصة، ومناطق تركيب VMB، وحول معدات العملية. تستخدم مبادئ الكشف مثل التقنيات الكهروكيميائية، أو امتصاص الأشعة تحت الحمراء، أو أشباه الموصلات لإجراء مراقبة عبر الإنترنت في الوقت الفعلي للغازات المستهدفة. يرتبط النظام بغرفة التحكم المركزية (GSM)؛ عند اكتشاف تسرب غاز، فإنه ينفذ تلقائيًا إجراءات القفل التالية:

• تشغيل إنذارات صوتية ومرئية
• إغلاق صمام إمداد الغاز لخط الغاز المقابل تلقائيًا
• تفعيل نظام العادم الطارئ
• تحميل معلومات الإنذار إلى نظام المراقبة المركزي

                مشاريع أنظمة الإنذار لشركة Shenzhen Wofly Technology (للرجوع إليه فقط)

نظام معالجة العادم

تحتوي غازات العادم المنبعثة من معدات العملية على غازات متخصصة غير متفاعلة ومنتجات ثانوية للتفاعل، ويجب معالجتها بواسطة نظام معالجة غازات العادم (جهاز غسل) لتلبية المعايير التنظيمية قبل تصريفها. تشمل طرق المعالجة الشائعة ما يلي:

• جهاز غسل رطب: يستخدم محلول كيميائي مرشوش لامتصاص وتحييد الغازات الحمضية أو القلوية
• جهاز غسل البلازما: يحلل الغازات السامة والضارة باستخدام بلازما عالية الحرارة
• جهاز غسل الاحتراق: يؤكسد ويحلل الغازات القابلة للاشتعال في درجات حرارة عالية

معدات معالجة غازات العادم ذات الغسيل المائي لشركة Shenzhen Wofly Technology (للرجوع إليه فقط)