領袖觀點｜精密量測在平面顯示器生產製程的關鍵性與應用

臺灣TFT-LCD 面板廠在1990 年起開始發展，到了2000 年起不間斷的投資新世代大尺寸廠房，由於產品和製程技術顯著的提升，也建立了產業更為有效率的生產流程。而臺灣本土設備廠也同步的被面板廠不斷的要求及帶動下，也進行了產業技術升級及轉型，形成良性循環進而推動顯示器產業持續的發展。

平面顯示器最主要的玻璃原料有著易脆的特性，臺灣自2000 年起面板廠生產流程就都是以全廠自動化進行規劃，製程設備除了自動上下料裝置外，也儘量讓相關製程直接串線生產，減少產品在機台間的上下料及中間製程品的儲存，也同步減少了生產的周期，但這連續性生產的流程也有些重大的挑戰，例如當品質發生不良時，若没有及時的發現並停止生產，那將會製造出許多的異常品造成重大的損失，所以如何對生產過程中及早發現品質特性異常的量檢測流程就顯得重要。量檢測流程通常被認為是生產過程中不能直接創造價值的流程，但卻是確保品質不可或缺的關鍵環節，因此工廠在建廠規劃時，都會將這量檢測流程設備最少化。但隨著終端客戶對產品品質的要求及生產良率的提升，使得量檢測的精度及頻度也隨之提升，而量檢測的流程由原本的品質確保，開始做到即時品質回饋，後來結合AIoT技術即時提供量測數據，讓製程設備做為參數校正的依據，以符合最終產品的品質規範，這大幅度的減少不良產品的產出，甚至希望能做到不做出不良品，這樣的即時量檢測流程重要性，已經不亞於製程生產設備了。

TFT-LCD 面板工廠規劃的品質量測流程及技術的變革
1. 品質特徵量檢測抽檢的階段
面板廠5 世代以前的規劃，為降低設備投資成本，工廠對量檢測設備都是以抽檢的概念規劃，整個工廠各製程共用幾台的量測機台，如ColorFilter 廠都是串線的製程，將清洗站Color Resistor塗佈站，真空乾燥，曝光顯影到最後烘烤等，十幾道製程設備串成一條生產線，專門生產一種顏色的彩色濾光片，半成品完成後才會送到抽檢站來量測半成品的色度/ 亮度/ 線寬/ 層疊(Overlay)
等品質特徵。
這樣的生產規劃問題是，在量檢測的抽檢站點發現問題時，通常已經製造出很多異常產品了，這讓工廠造成很大的損失。
2. 把量檢測都整合在Inline 產線時期
TFT-LCD 面板6 世代以上，由於玻璃基板愈來愈大，當在製造過程中發現特徵量測出現異常時，造成的損失就更大。這時期工廠開始在產線的重要製程站點後，規劃Inline 即時的量檢測設備，透過Inline 即時的量檢測，工廠可以更快速地發現製程異常，及早採取措施降低損失。例如Color Filter 色阻的黃光製作過程中：(1)Inline 量檢測：將量檢測整合到產線自動化中，並放置在產線的重要製程站點後進行測試。例如，在彩色光阻塗佈後在顯影前間就進行色飽合度等進行的Inline 的量測，以及在顯影後的AOI（自動光學檢測）設備中增加線寬和層疊(Overlay) 的量檢測功能。(2) 問題發現時停線：一旦在品質特徵中發現問題，產線會立即停止。這樣的反應時間更快，有助於避免大量的異常品產生，降低產出不良品數量。
(3) 製程參數調整：在停線後，工程人員會調整機台相關製程參數，例如光阻塗佈機的膜厚和曝光機的曝光照度等，調整後可以讓產線恢復生產出符合規格的產品。
3. 運用AIoT 技術時期，即時校正補償製程設備
自2010 年起，工業4.0 的概念備受重視，各行業都積極推動智慧製造及數位轉型。臺灣面板廠由於初期發展時就具備了全廠自動化的能力，並建立了機台間標準的通訊協定，物聯網(IoT) 及大數據的運用已成為內化的能力。在AIoT 時期，面板工廠在產品生產過程中的各個量測站點規劃，不僅是為了減少損失，更是追求以不生產出不良品為目標。工廠的主要活動是整合現有的製程設備及特徵量檢測系統，運用產生出來的大量數據進行分析，挖掘可以幫助識別潛在生產問題的製程因子、預測設備故障、優
化生產流程等的方法。
而這時期對產品品質特徵量測設備的需求已經轉變，過去這些量檢測設備主要用於品質監控，以避免大量異常品的發生，而現在則更加注重與製程設備的協作，透過在製作過程中量檢測資料來預知產品品質產出狀況，並在相關製程站點及時進行參數的補償，從而修正產品品質問題。

Micro LED 次世代顯示器對精密量測的需求

TFT-LCD 面板因中國大陸大規模產能競爭壓力的影響，臺灣面板廠積極轉型，特別在MicroLED 次世代顯示器的開發與應用是一致性的主軸。Micro LED 顯示技術具有高對比度、廣闊的色域和高亮度等優異畫質特性，節能及環境耐受性等優勢，可以應用在如智慧手錶、車載顯示、AR（擴增實境）眼鏡、大型拼接電視和透明顯示器等等，有機會可以將顯示器卷軸化、透明化和無限拼接大型化等應用需求，在未來的許多場域都有很大的想像空間。
面板廠對Micro LED 所需要的TFT-LCD 背板技術，多由現有的生產線基礎上進行技術升級和改進，以適應Micro LED 顯示器所需驅動背板的製造需求，但是最關鍵的的μLED 巨量轉移及巨量修補技術則是全新的製程，且直接影響著顯示器的成本結構。
Micro LED 巨量轉移技術是指將微小的MicroLED Chip 精確且大規模數量的轉移植入到TFTLCD基板上，近年的主流技術以雷射的應用為主，其中雷射誘導前向轉移(Laser -Induced ForwardTransfer, LIFT) 是較多設備廠商開發與應用的方法，由於LIFT 巨轉技術主要是面型的高能量準分子UV 雷射，透過光罩進行選區照射到被光罩定義的μLED 晶片上，可以很有效率的把μLED 晶片排列轉移到目標基板，再將目標基板經過熱壓或雷射加熱到TFT-LCD 背板上，讓TFT-LCD 驅動μLED 晶片成為顯示器。