摘要：LTPS產業，可能是面板產業里，除了曝光機外，會在潔凈室瑞安裝化學過濾器的面板產業。本文擬就LTPS面板的特性出發，依據化學過濾器的種類與特性，提出化學過濾器應用的相關考慮與建議，以為產業參考。

　　關鍵詞：LTPS；化學過濾器；

　　引言

　　化學過濾器(chemical filter)，雖然也掛著過濾器，但顧名思義，它和潔凈室里到處可見的微塵過濾器(particulate filter)不同，它不是用以處理微塵顆粒，它是用以處理和分子等級有關的”氣體”。

　　氣體無法像微塵那樣，用攔截或類似過篩的方式處理。微塵過濾器所用的濾布，對這些氣體而言，都算太大了。因此，如果真要處理這些氣體，就有必要使用另外的方式，或許這些方式有些偏向化學，故名化學過濾器。

　　也因為如此，潔凈室里的潔凈度，由微塵過濾器負責處理可數的微塵顆粒，而潔凈室里的某些氣體，則由化學過濾器處理，其結果，就是有雙層不同用途的過濾器。

　　早期，化學過濾器幾乎只有半導體廠在使用。雖然面板產里的曝光機有安裝化學過濾器，但坦白說，過去也很少有更換的意識，曝光機的化學過濾器需更換，也是發現透鏡霧化(Lens Haze)后，才有的想法。

　　所以，嚴格來說，面板產里，還真的沒有人有目的、有意識地在使用化學過濾器。

　　正因為如此，再加上化學過濾器看起來不就是和微塵過濾器一樣，往上一放就結了地容易，因此，往往造成化學過濾器的使用與規劃都是事后再看著辦。

　　前面提到，”有目的、有意識地在使用化學過濾器”，這是關鍵。因為，化學過濾器比微塵過濾器貴很多。善用，才發揮它該有的效益。要有目的、有意識地使用化學過濾器！

　　那LTPS又為什么除了微塵過濾器外，還需要化學過濾器?如果需要，需要什么種類的化學過濾器?還有，既然這化學過濾器這么貴，怎么用才好？

　　在接觸一些實際工程案后，可以發現，一般都認為它需要，但同時也認為它昂貴，但在”有目的、有意識地使用化學過濾器”這件事上，卻很不確定。本文即擬試著從LTPS面板的特性出發，依據化學過濾器的種類與特性，提出化學過濾器應用的相關考慮與建議，以為產業參考。

　　1 LTPS的特性

　　可以這么說，LTPS是在目前熟知的TFT基礎上，加入了半導體的元素。所以，可以這么看待，就生產設備布置，LTPS和TFT的差異不大(除了多出某些設備外)，但就對電性調控與要求，卻比較接近半導體那樣具更高敏感度。這是LTPS和傳統的TFT面板業的主要差別。

　　圖 1的是為LTPS組件的構造簡圖。而圖 1中的紅色及藍色虛線為LTPS組件，對日后電性表現最為重要的區域。

圖1 LTPS組件構造

　　圖 1的中的紅色虛線區域，是為多晶硅，結晶晶粒大小、外界硼、磷干擾等，都是對其日后電性表現有影響。至于藍色虛線，不是一個區域，只是一個表面，特別是環境中有機物，會對日后Gate施加電壓后的MOS開關有影響。

　　化學過濾器的應用，主要就是在降低環境對生產過程中，特別是玻璃基板在等待的時候，對產品電性的影響。

2 LTPS與環境考察

　　2.1 潛在威脅物種考察

　　從圖 1及前述對LTPS特性的說明，可以匯整出以下幾種潛在威脅物種。如圖 2所示。

圖2 潛在威脅物種

　　硼及磷屬摻雜物，為眾所周知，也就相對容易了解。有機物對GI質量有影響，則在圖 1中有說明。此外，有機物在ELA的加工過程，有可能形成SiC；至于環硅氧化物，則是在ELA的過程中，與a-Si形成SiO2。

　　2.2 物種來源考察

　　上述潛在威脅物種的主要來源為何？圖 3大致說明了大部份來源。

圖3物種來源說明

　　圖 3將污染來源分為內部與外部。也就是說，在大部分情況，作LTPS的污染防治，至少要從這兩個方面考慮。

　　通常玻纖材質的HEPA或ULPA是最常被想到的。至于PH的有機物，則與潔凈廠房的回風及工藝設備的擺設方式有關，通常，后者是是否會發生交叉污染的最主要的決定者。

　　2.3 量的考察

　　究竟多少才有威脅？

　　坦白說，雖然接觸了幾個LTPS的項目，即使有完整環境檢測數據，往往因為電性變動的數據是各家的機密，其實還很難把這兩個湊在一起。

　　其中以有機物最為復雜。

　　但有趣的是，所有從事生產工藝的工程師都知道，當發現電性開始有漂移時，就該去把cleaner的化學過濾器更換掉。

　　這兒，我們試著以半導體的一些概念，并嘗試結合過去的環境采樣分析經驗，就最為復雜的有機物提出一些看法供大家參考。

　　利用半導體常見的Sticking Coefficient的概念，可以推算于玻璃基板的可能沉積量。至于Sticking Coefficient隨時間的變化關系則是于某TFT產業中的cell廠實驗獲得的。

　　依據ITRS，假設半導體能夠接受的碳原子的沉積數量為1x1012個碳原子。由于甲苯為C7H8，因此，可以換算如下的規格。

　　首先，LTPS相對而言，接近半導體制程。但沒有半導體制程嚴苛。

　　其次，我們假設，LTPS可以比半導體放寬100倍，則可以獲得上限的橘色虛線。如圖 4所示。

　　接著，再假設，LTPS可以比半導體再放寬50倍，則可以再獲得另外一條中限的橘色虛線。

　　最后，放寬10倍，獲得另外一條下限的橘色虛線。

圖4 碳原子沉積量說明

　　參考圖 4的三條橘色虛線，并考慮合理的環境控制經濟效益及過去于他廠的采集經驗，中間的橘色虛線，也就是，當環境為300μg/m3是合理可以接受的數值。換句話說，我們建議環境的有機物至少低于300μg/m3。

　　以上推算，只是一個大略參考。更詳細的，有時還需要把有機物分為低、中低、中高、及高沸點，進行各區段的濃度盤查。

　　至于硼磷，由于較廣為人知，此不贅述。

　　3 化學過濾器應用的考慮

　　在進入本段落之前，需要聲明，化學過濾器的應用不是LTPS產品防護的唯一手段。

　　只是因為本文的標題為”LTPS工藝與化學過濾器的應用”，才不得不放這內容。畢竟這是花大錢的。能夠不戰而勝，才是厲害！

　　3.1化學過濾器的種類

　　化學過濾器的分類。可以從多方面來看。

圖5化學過濾器的分類說明

　　圖 5是一個簡易的分類。就濾料和空氣接觸的方式，有兩大類。

　　就濾料而言，主要是活性碳、活性碳浸漬藥劑、改質活性碳及離子交換樹酯，和其它材料。但就LTPS產業而言，建議主要還是以活性碳與離子交換樹酯為主。

　　就化學過濾器濾料的固定結構，種類就很多。圖 5所介紹的，包括FFU使用、MAU使用、RCU使用。場合不同，所需選用的化學過濾器濾料的固定結構也不同。

　　就筆者建議，廠務端會建議使用micro-granular loaded，而設備端則建議使用更長效的PU foam type。

　　3.2 化學過濾器的選用

　　化學過濾器的選用和想要處理的對象有關。

　　在前述的潛在威脅物種，我們通常會使用除酸與除有機的化學過濾器。

　　就除有機的化學過濾器，選用活性碳濾材是首選。但就除酸的化學過濾器，就有活性碳浸漬藥劑和離子交換樹酯可以選擇，依筆者經驗，除非有特殊物種，否則離子交換樹酯是較佳的選擇。

　　至于安裝區域，則和想要保護的對象有關，和污染物來源有關。當然也和預算有關。

　　3.3 化學過濾器應用的認知

　　化學過濾器和微塵過濾器不一樣。

　　不但功能不一樣，價格更是不一樣(化學過濾器比微塵過濾器貴很多)。這是化學過濾器的應用的第一個重點。

　　除了價格不一樣，使用壽命也不一樣。微塵過濾器好好使用，可以用個8～10年。化學過濾器沒那么長壽。這是化學過濾器的應用的第二個重點。

　　第三個認知，在半導體，特別是愈高階，化學過濾器的應用是必須的。在LTPS，卻未必完全絕對，有人視為買保險。買保險，固然是一種看法，但就產品生產的初投入，若能夠有效控制環境在一定的狀況下，則日后的defect defense可以減少一個變因。筆者個人覺得，這可能才是化學過濾器應用的價值所在。

　　從以上來看，化學過濾器在LTPS的應用，就顯得有些尷尬。到底要？還是不要？

　　3.4 化學過濾器應用的規劃

　　要？還是不要？

　　這是各有立場的。

　　財務的、廠務的，會覺得少花錢最好。

　　制程整合的、工藝制程的，是給我最穩定、最沒有污染的環境最好。

　　所以，化學過濾器在LTPS的應用，不僅有些尷尬，似乎還顯得矛盾。

　　因此，就這個問題，與其只是一直糾結在問”要？還是不要？”的二選一的答案，還不如問，”如果不要，要做哪些基礎防護，但當要的時候，退路在哪兒。”

　　是故，化學過濾器應用的規劃是在一開始建廠的初步設計階段就和基礎低造價的防護措施綁在一起了！不是建廠完成后，再像熱鍋上的螞蟻，盲成一團，這裝？那裝？裝裝FFU及MAU就好！這時，肯定是花大錢！

　　化學過濾器應用的規劃，除了在開始建廠的初步設計階段就和基礎低造價的防護措施綁在一起外，環境，這個對產品穩定性及化學過濾器選用起重大作用的因子，也是化學過濾器應用規劃的一大重點。

　　輕忽這點，就認為裝裝FFU及MAU了事，往往就是在事后檢測出來后，才覺得棘手。

　　4 環境考察

　　建廠有環評。這是政府要求的。

　　但似乎沒有針對產品的需求，做建廠的產品需求環評。應該是這項目跨越了太多不同領域的緣故吧？

　　但如果，產品有潛在敏感，又想應用化學過濾器，其實，這是事半功倍的。

　　就建廠前的環境考察，有以下幾點建議：

　　4.1 外界風向調查

　　外界風向的調查，在建廠環評應該會做。

　　了解外界風向與季節的關系，這和后續要提到的鄰居調查有關。

　　從圖 3的污染來源看，內部的，可以透過建廠過程中材料選擇、施工管制來完成或降低威脅。但外氣部份，這是長年的事。

　　潔凈室就是因為引入外氣，維持正壓，才成為潔凈室！所以，引入外氣是一天24hrs的長年的事，避免不了。

　　而外界的風向，就是扮演著如何散布污染物的重要角色。

　　4.2 鄰居調查

　　鄰居是要互助的。

　　就算是惡鄰居，也只能想法與之和平共處，你是無法趕走他的。

　　鄰居調查，就是看看方圍5km甚至10km內住了哪些鄰居，也就是有哪些潛在污染產生源。

　　這里面還包括了有無氣流阻擋物，如山丘、高大建筑物等。

　　這樣的調查與判斷，是需要經驗的。或許正是因為如此，所以，少有人想做。

　　必要時，計算流體力學(Computational Fluid Dynamics，CFD)的應用，是一套相當有幫助的輔助判斷及可視化的工具。圖 6是一個典型的CFD應用的例子。

圖6 CFD應用的案例

　　4.3 環境調查

　　環境調查，說白了，就是空氣的取樣。使用工具，如圖 7所示。

圖7 采樣工具與分析方法

　　(a)離子類使用；(b)有機物使用

　　而前面的外界風向及鄰居調查，就是要讓這個階段的工作發揮最大效益。

　　透過前期的調查，確認需要進行空氣采集的位置與時間。建立數據背景，并做為后續設計規劃的依據。

　　4.4 環境評比與落實

　　既然做了環境調查，接著就應當讓這些數據發揮作用，落實到實際的項目里。

　　可以分為以下幾個方面來思考：

　　環境評比，就是好與不好。這好與不好可以分為相對性與絕對性。

　　相對性是和同業及其它各產業的外界環境相比較。此如圖 8的總碳氫化合物的比較。這需要大量的對比數據庫。透過與統計數據的比較(左圖為常態分配曲線，右圖則代表在統計母數中的排名)，可以比較具科學性地判斷廠址狀況，與未來因應之道。

圖8 環境評比的相對性比較

　　絕對性則是根據LTPS的特性，澄清具威脅的物種，再透過前述的相對性比較判斷其風險性。

　　更進一步的落實，就是在施工中的管制。依據環境的含量與物種特性，擬定有效的施工的管制，并實際執行。

　　這樣可以減少潔凈室室內的積累量，同時也延長化學過濾器的使用壽命。

　　5  結語

　　本文簡單地介紹了一些化學過濾器在LTPS應用上的看法，溝通了一些概念。

　　我們相信，事先的計劃與調查，對日后的順利運行，提供了相對的保障。