摘要：LTPS产业，可能是面板产业里，除了曝光机外，会在洁净室瑞安装化学过滤器的面板产业。本文拟就LTPS面板的特性出发，依据化学过滤器的种类与特性，提出化学过滤器应用的相关考虑与建议，以为产业参考。

　　关键词：LTPS；化学过滤器；

　　引言

　　化学过滤器(chemical filter)，虽然也挂着过滤器，但顾名思义，它和洁净室里到处可见的微尘过滤器(particulate filter)不同，它不是用以处理微尘颗粒，它是用以处理和分子等级有关的”气体”。

　　气体无法像微尘那样，用拦截或类似过筛的方式处理。微尘过滤器所用的滤布，对这些气体而言，都算太大了。因此，如果真要处理这些气体，就有必要使用另外的方式，或许这些方式有些偏向化学，故名化学过滤器。

　　也因为如此，洁净室里的洁净度，由微尘过滤器负责处理可数的微尘颗粒，而洁净室里的某些气体，则由化学过滤器处理，其结果，就是有双层不同用途的过滤器。

　　早期，化学过滤器几乎只有半导体厂在使用。虽然面板产里的曝光机有安装化学过滤器，但坦白说，过去也很少有更换的意识，曝光机的化学过滤器需更换，也是发现透镜雾化(Lens Haze)后，才有的想法。

　　所以，严格来说，面板产里，还真的没有人有目的、有意识地在使用化学过滤器。

　　正因为如此，再加上化学过滤器看起来不就是和微尘过滤器一样，往上一放就结了地容易，因此，往往造成化学过滤器的使用与规划都是事后再看着办。

　　前面提到，”有目的、有意识地在使用化学过滤器”，这是关键。因为，化学过滤器比微尘过滤器贵很多。善用，才发挥它该有的效益。要有目的、有意识地使用化学过滤器！

　　那LTPS又为什么除了微尘过滤器外，还需要化学过滤器?如果需要，需要什么种类的化学过滤器?还有，既然这化学过滤器这么贵，怎么用才好？

　　在接触一些实际工程案后，可以发现，一般都认为它需要，但同时也认为它昂贵，但在”有目的、有意识地使用化学过滤器”这件事上，却很不确定。本文即拟试着从LTPS面板的特性出发，依据化学过滤器的种类与特性，提出化学过滤器应用的相关考虑与建议，以为产业参考。

　　1 LTPS的特性

　　可以这么说，LTPS是在目前熟知的TFT基础上，加入了半导体的元素。所以，可以这么看待，就生产设备布置，LTPS和TFT的差异不大(除了多出某些设备外)，但就对电性调控与要求，却比较接近半导体那样具更高敏感度。这是LTPS和传统的TFT面板业的主要差别。

　　图 1的是为LTPS组件的构造简图。而图 1中的红色及蓝色虚线为LTPS组件，对日后电性表现最为重要的区域。

图1 LTPS组件构造

　　图 1的中的红色虚线区域，是为多晶硅，结晶晶粒大小、外界硼、磷干扰等，都是对其日后电性表现有影响。至于蓝色虚线，不是一个区域，只是一个表面，特别是环境中有机物，会对日后Gate施加电压后的MOS开关有影响。

　　化学过滤器的应用，主要就是在降低环境对生产过程中，特别是玻璃基板在等待的时候，对产品电性的影响。

2 LTPS与环境考察

　　2.1 潜在威胁物种考察

　　从图 1及前述对LTPS特性的说明，可以汇整出以下几种潜在威胁物种。如图 2所示。

图2 潜在威胁物种

　　硼及磷属掺杂物，为众所周知，也就相对容易了解。有机物对GI质量有影响，则在图 1中有说明。此外，有机物在ELA的加工过程，有可能形成SiC；至于环硅氧化物，则是在ELA的过程中，与a-Si形成SiO2。

　　2.2 物种来源考察

　　上述潜在威胁物种的主要来源为何？图 3大致说明了大部份来源。

图3物种来源说明

　　图 3将污染来源分为内部与外部。也就是说，在大部分情况，作LTPS的污染防治，至少要从这两个方面考虑。

　　通常玻纤材质的HEPA或ULPA是最常被想到的。至于PH的有机物，则与洁净厂房的回风及工艺设备的摆设方式有关，通常，后者是是否会发生交叉污染的最主要的决定者。

　　2.3 量的考察

　　究竟多少才有威胁？

　　坦白说，虽然接触了几个LTPS的项目，即使有完整环境检测数据，往往因为电性变动的数据是各家的机密，其实还很难把这两个凑在一起。

　　其中以有机物最为复杂。

　　但有趣的是，所有从事生产工艺的工程师都知道，当发现电性开始有漂移时，就该去把cleaner的化学过滤器更换掉。

　　这儿，我们试着以半导体的一些概念，并尝试结合过去的环境采样分析经验，就最为复杂的有机物提出一些看法供大家参考。

　　利用半导体常见的Sticking Coefficient的概念，可以推算于玻璃基板的可能沉积量。至于Sticking Coefficient随时间的变化关系则是于某TFT产业中的cell厂实验获得的。

　　依据ITRS，假设半导体能够接受的碳原子的沉积数量为1x1012个碳原子。由于甲苯为C7H8，因此，可以换算如下的规格。

　　首先，LTPS相对而言，接近半导体制程。但没有半导体制程严苛。

　　其次，我们假设，LTPS可以比半导体放宽100倍，则可以获得上限的橘色虚线。如图 4所示。

　　接着，再假设，LTPS可以比半导体再放宽50倍，则可以再获得另外一条中限的橘色虚线。

　　最后，放宽10倍，获得另外一条下限的橘色虚线。

图4 碳原子沉积量说明

　　参考图 4的三条橘色虚线，并考虑合理的环境控制经济效益及过去于他厂的采集经验，中间的橘色虚线，也就是，当环境为300μg/m3是合理可以接受的数值。换句话说，我们建议环境的有机物至少低于300μg/m3。

　　以上推算，只是一个大略参考。更详细的，有时还需要把有机物分为低、中低、中高、及高沸点，进行各区段的浓度盘查。

　　至于硼磷，由于较广为人知，此不赘述。

　　3 化学过滤器应用的考虑

　　在进入本段落之前，需要声明，化学过滤器的应用不是LTPS产品防护的唯一手段。

　　只是因为本文的标题为”LTPS工艺与化学过滤器的应用”，才不得不放这内容。毕竟这是花大钱的。能够不战而胜，才是厉害！

　　3.1化学过滤器的种类

　　化学过滤器的分类。可以从多方面来看。

图5化学过滤器的分类说明

　　图 5是一个简易的分类。就滤料和空气接触的方式，有两大类。

　　就滤料而言，主要是活性碳、活性碳浸渍药剂、改质活性碳及离子交换树酯，和其它材料。但就LTPS产业而言，建议主要还是以活性碳与离子交换树酯为主。

　　就化学过滤器滤料的固定结构，种类就很多。图 5所介绍的，包括FFU使用、MAU使用、RCU使用。场合不同，所需选用的化学过滤器滤料的固定结构也不同。

　　就笔者建议，厂务端会建议使用micro-granular loaded，而设备端则建议使用更长效的PU foam type。

　　3.2 化学过滤器的选用

　　化学过滤器的选用和想要处理的对象有关。

　　在前述的潜在威胁物种，我们通常会使用除酸与除有机的化学过滤器。

　　就除有机的化学过滤器，选用活性碳滤材是首选。但就除酸的化学过滤器，就有活性碳浸渍药剂和离子交换树酯可以选择，依笔者经验，除非有特殊物种，否则离子交换树酯是较佳的选择。

　　至于安装区域，则和想要保护的对象有关，和污染物来源有关。当然也和预算有关。

　　3.3 化学过滤器应用的认知

　　化学过滤器和微尘过滤器不一样。

　　不但功能不一样，价格更是不一样(化学过滤器比微尘过滤器贵很多)。这是化学过滤器的应用的第一个重点。

　　除了价格不一样，使用寿命也不一样。微尘过滤器好好使用，可以用个8～10年。化学过滤器没那么长寿。这是化学过滤器的应用的第二个重点。

　　第三个认知，在半导体，特别是愈高阶，化学过滤器的应用是必须的。在LTPS，却未必完全绝对，有人视为买保险。买保险，固然是一种看法，但就产品生产的初投入，若能够有效控制环境在一定的状况下，则日后的defect defense可以减少一个变因。笔者个人觉得，这可能才是化学过滤器应用的价值所在。

　　从以上来看，化学过滤器在LTPS的应用，就显得有些尴尬。到底要？还是不要？

　　3.4 化学过滤器应用的规划

　　要？还是不要？

　　这是各有立场的。

　　财务的、厂务的，会觉得少花钱最好。

　　制程整合的、工艺制程的，是给我最稳定、最没有污染的环境最好。

　　所以，化学过滤器在LTPS的应用，不仅有些尴尬，似乎还显得矛盾。

　　因此，就这个问题，与其只是一直纠结在问”要？还是不要？”的二选一的答案，还不如问，”如果不要，要做哪些基础防护，但当要的时候，退路在哪儿。”

　　是故，化学过滤器应用的规划是在一开始建厂的初步设计阶段就和基础低造价的防护措施绑在一起了！不是建厂完成后，再像热锅上的蚂蚁，盲成一团，这装？那装？装装FFU及MAU就好！这时，肯定是花大钱！

　　化学过滤器应用的规划，除了在开始建厂的初步设计阶段就和基础低造价的防护措施绑在一起外，环境，这个对产品稳定性及化学过滤器选用起重大作用的因子，也是化学过滤器应用规划的一大重点。

　　轻忽这点，就认为装装FFU及MAU了事，往往就是在事后检测出来后，才觉得棘手。

　　4 环境考察

　　建厂有环评。这是政府要求的。

　　但似乎没有针对产品的需求，做建厂的产品需求环评。应该是这项目跨越了太多不同领域的缘故吧？

　　但如果，产品有潜在敏感，又想应用化学过滤器，其实，这是事半功倍的。

　　就建厂前的环境考察，有以下几点建议：

　　4.1 外界风向调查

　　外界风向的调查，在建厂环评应该会做。

　　了解外界风向与季节的关系，这和后续要提到的邻居调查有关。

　　从图 3的污染来源看，内部的，可以透过建厂过程中材料选择、施工管制来完成或降低威胁。但外气部份，这是长年的事。

　　洁净室就是因为引入外气，维持正压，才成为洁净室！所以，引入外气是一天24hrs的长年的事，避免不了。

　　而外界的风向，就是扮演着如何散布污染物的重要角色。

　　4.2 邻居调查

　　邻居是要互助的。

　　就算是恶邻居，也只能想法与之和平共处，你是无法赶走他的。

　　邻居调查，就是看看方围5km甚至10km内住了哪些邻居，也就是有哪些潜在污染产生源。

　　这里面还包括了有无气流阻挡物，如山丘、高大建筑物等。

　　这样的调查与判断，是需要经验的。或许正是因为如此，所以，少有人想做。

　　必要时，计算流体力学(Computational Fluid Dynamics，CFD)的应用，是一套相当有帮助的辅助判断及可视化的工具。图 6是一个典型的CFD应用的例子。

图6 CFD应用的案例

　　4.3 环境调查

　　环境调查，说白了，就是空气的取样。使用工具，如图 7所示。

图7 采样工具与分析方法

　　(a)离子类使用；(b)有机物使用

　　而前面的外界风向及邻居调查，就是要让这个阶段的工作发挥最大效益。

　　透过前期的调查，确认需要进行空气采集的位置与时间。建立数据背景，并做为后续设计规划的依据。

　　4.4 环境评比与落实

　　既然做了环境调查，接着就应当让这些数据发挥作用，落实到实际的项目里。

　　可以分为以下几个方面来思考：

　　环境评比，就是好与不好。这好与不好可以分为相对性与绝对性。

　　相对性是和同业及其它各产业的外界环境相比较。此如图 8的总碳氢化合物的比较。这需要大量的对比数据库。透过与统计数据的比较(左图为常态分配曲线，右图则代表在统计母数中的排名)，可以比较具科学性地判断厂址状况，与未来因应之道。

图8 环境评比的相对性比较

　　绝对性则是根据LTPS的特性，澄清具威胁的物种，再透过前述的相对性比较判断其风险性。

　　更进一步的落实，就是在施工中的管制。依据环境的含量与物种特性，拟定有效的施工的管制，并实际执行。

　　这样可以减少洁净室室内的积累量，同时也延长化学过滤器的使用寿命。

　　5  结语

　　本文简单地介绍了一些化学过滤器在LTPS应用上的看法，沟通了一些概念。

　　我们相信，事先的计划与调查，对日后的顺利运行，提供了相对的保障。