光刻工藝培訓(xùn)2013

光刻工藝原理（

LCD基礎(chǔ)知識

下圖是一個反射式TN型液晶顯示器的結(jié)構(gòu)圖

前部偏光片—玻璃—底板電極—周邊密封墊—傳導(dǎo)線路—分段電極—玻璃—終端引線—后部偏光片

從圖中可以看出,液晶顯示器是一個由上下兩片導(dǎo)電玻璃制成的液晶盒，盒內(nèi)充有液晶，四周用密封材料-膠框（一般為環(huán)氧樹脂）密封，盒的兩個外側(cè)貼有偏光片。

液晶盒中上下玻璃片之間的間隔，即通常所說的盒厚，一般為幾個微米（人的準確性直徑為幾十微米）。上下玻璃片內(nèi)側(cè)，對應(yīng)顯示圖形部分，鍍有透明的氧化甸-氧化錫（簡稱ITO）導(dǎo)電薄膜，即顯示電極。電極的作用主要是使外部電信號通過其加到液晶上去。

液晶盒中玻璃片內(nèi)側(cè)的整個顯示區(qū)覆蓋著一層定向?qū)印６ㄏ驅(qū)拥淖饔檬鞘挂壕Х肿影刺囟ǖ姆较蚺帕?，這個定向?qū)油ǔＪ且槐痈叻肿佑袡C物，并經(jīng)摩擦處理；在TN型液晶顯示器中充有正性向列型液昌。液晶分子的定向就是使長棒型的液晶分子平行于玻璃表面沿一個固定方向排列，分子長軸的方向沿著定向處理的方向。上下玻璃表面的定向方向是相互垂直的，這樣，在垂直于玻璃片表面的方向，盒內(nèi)液晶分子的取向逐漸扭曲，從上玻璃片到下玻璃片扭曲了90°，這就是扭曲向列型液晶顯示器名稱的由來。LCD基礎(chǔ)知識LCD基礎(chǔ)知識

正性LCD呈現(xiàn)白底黑字，在反射和透反射型LCD中顯示最佳；負性LCD呈現(xiàn)黑底白字，一般用于透射型LCD，加上背光源，字體清晰，易于閱讀。

正顯模式（白底黑字）負顯模式（黑底白字）5

光刻的定義

光刻是一種圖形復(fù)印和化學(xué)腐蝕相結(jié)合的精密表面加工技術(shù)。用照相復(fù)印的方法將掩模版上的圖案轉(zhuǎn)移到ITO玻璃表面的光刻膠上，以實現(xiàn)后續(xù)的有選擇刻蝕最終形成與掩膜版上圖形完全一致的ITO圖形

光刻的目的：光刻的目的就是在ITO玻璃上面刻蝕出與掩膜版完全對應(yīng)的幾何圖形。。61.是一種圖形轉(zhuǎn)移過程。

掩膜板上形成圖形

光刻把圖形轉(zhuǎn)移到光刻膠上，

刻蝕在ITO玻璃上形成電路圖形。2兩次圖形轉(zhuǎn)移：

圖形轉(zhuǎn)移到光刻膠層光刻膠層到ITO玻璃。光刻主要材料1.ITO玻璃透光率、方塊電阻、熱穩(wěn)定性、化學(xué)穩(wěn)定性、表面狀態(tài)、平整度2.光刻膠感光度、分辨率、抗蝕性、粘附能力、穩(wěn)定性、粘度和表面張力3.曝光版表面狀態(tài)（臟、劃傷、折痕）、圖形完整一致性8ITO玻璃的基本結(jié)構(gòu):基板sio2

ITOITO玻璃的基本結(jié)構(gòu)9基板:常用的基板厚度有1.1mm;0.7mm;0.55mm;0.5mm,0.4mm

基板的主要生產(chǎn)廠家有：板硝子、旭硝子根據(jù)材料的不同,通常分為鈉鈣玻璃和硼硅玻璃兩種;LCD行業(yè)中較常用的為鈉鈣型玻璃.

優(yōu)點缺點鈉鈣型玻璃成本低含有鈉、鉀等離子,易產(chǎn)生滲透,影響產(chǎn)品性能硼硅型玻璃玻璃硬度高,透過率好成本較高鈉鈣型玻璃基本成份:成份Al2O3CaOFe2O3MgONa2O+K2OSO2SiO2含量0.5-1.97-120-0.21.0-4.513-150-0.370-73ITO玻璃的基本結(jié)構(gòu)10ITO玻璃的評價參數(shù)透過率：在波長為550nm的光波照射下，具有SI02阻檔層玻璃的透過率不小于80%，其主要取決于玻璃材料、ITO厚度和折射率。透過率定義：透過玻璃的光通量T2與入射光通量T1之比的百分率Tt=T2/T1X100%。11方塊電阻:如圖d為膜厚，I為電流，L1為膜厚在電流方向上的長度，L2為膜層在垂直電流方向的長度，ρ為導(dǎo)電膜的體電阻率。ρ和d可以認為是不變的定值，當L1=L2時，為正方形的膜層，無論方塊大小如何，其電阻率為定值ρ/d，這就是方塊電阻的定義，即R□=ρ/dL2L1dIR=ρ×L1/(d×L2)ITO玻璃的評價參數(shù)12平整度:平整度可用h/1表示，意思為在長度為L的范圍內(nèi)，表面最高點與最低點的差值為h。

Lh玻璃微觀表面ITO玻璃基板平整度參數(shù)包括：1、玻璃表面粗糙度；2、基板表面波紋度；3、基板翹曲度；4、基板垂直度；5、ITO膜表面粗糙度；6、ITO玻璃基板、膜厚均勻度。ITO玻璃的評價參數(shù)13化學(xué)穩(wěn)定性:ITO鍍膜層的耐化學(xué)性能應(yīng)符合表2中技術(shù)要求。a)耐堿性鍍層在溫度為60±2℃,濃度為10%的氫氧化鈉(分析純)溶液中浸泡5分鐘,ITO膜的方電阻與浸泡前的方電阻相比不得超過110%。b)耐酸性在25±2℃,6%鹽酸(分析純)溶液中浸泡2分鐘,ITO膜的方電阻與浸泡前的方電阻相比不得超過110%。c)耐溶劑性能將鍍膜玻璃放入丙酮(分析純)、無水乙醇(分析純)中浸泡5分鐘后，ITO膜的方電阻與浸泡前的方電阻相比不得超過110%。ITO玻璃的評價參數(shù)14熱穩(wěn)定性:在空氣中經(jīng)30分鐘300±5℃（觸摸屏用ITO玻璃是在200±5℃）高溫后，ITO膜的方阻的變化率小于300%表面狀態(tài):表面狀態(tài)會影響涂膠狀態(tài)，造成涂膠針孔，脫膜，為了獲得較好的表面狀態(tài)。用于COG產(chǎn)品的低阻值玻璃廠家一般采用墊塑料圈的包裝方式。ITO玻璃的評價參數(shù)15（1）Si02層的作用:主要是防止鈉鈣型基板中的金屬離子擴散滲透到ITO層中,影響ITO層的導(dǎo)電能力.（2）SiO2層的膜厚:標準膜厚一般為20-30nm二、ITO玻璃的基本結(jié)構(gòu)Si02層：16ITO(IndiumTinOxid)層:為氧化銦錫的透明導(dǎo)電層,其中I表示In2O3，T表示SnO2,一般Sn（即Tin)的含量約為10%。隨著ITO層厚度的增加,ITO層的方塊電阻逐漸減小.二、ITO玻璃的基本結(jié)構(gòu)17三、ITO玻璃的分類根據(jù)基板玻璃表面狀態(tài)的不同，通常分為以下三種類型：類型說明TN未拋光型直接在玻璃的浮法面進行鍍膜HTN簡單拋光型/TN精選玻璃將玻璃的浮法面進行簡單的拋光后,在拋光面進行鍍膜STN超拋光型將玻璃的浮法面進行精細的拋光后,在拋光面進行鍍膜ITO玻璃使用常見問題ITO玻璃異常LCD的影響基板中的鈉離子發(fā)生滲透字肥基板的波紋度較差排骨彩虹面電阻不均蝕刻易發(fā)生斷短路玻璃表面較臟內(nèi)污,短斷路ITO測射不均上下短路翹曲度差LCD生產(chǎn)中定位不準表面?zhèn)?、異物、氣泡LCD顯示效果異常磨邊倒角粗糙制程中易破損常見ITO玻璃異常對LCD產(chǎn)品的影響:未感光的光刻膠溶于顯影溶液，稱為負性光刻膠感光的光刻膠溶于顯影溶液的稱為正性光刻膠

正膠在紫外線照射后,曝光區(qū)的鄰重氮茶釀化合物發(fā)生光解反應(yīng)重排生成茚羧酸,使膠膜加速溶于稀堿水溶液,未曝光區(qū)由于沒有發(fā)生變化,而沒有加速作用,從而在曝光區(qū)和未曝光區(qū)產(chǎn)生了-個溶解速率差,經(jīng)稀堿水溶液顯影后產(chǎn)生正性圖像光刻膠光刻膠由三部分組成：1，樹脂（聚合物材料）,2，感光劑；3，溶劑。正性光刻膠正性光刻膠受光或紫外線照射后感光的部分發(fā)生光分解反應(yīng)，可溶于顯影液，未感光的部分顯影后仍然留在玻璃的表面正膠：曝光前不可溶，曝光后可溶光刻膠對大部分可見光敏感，對黃光不敏感。因此光刻通常在黃光室（YellowRoom））內(nèi)進行光刻膠的成分添加劑:控制光刻膠材料特殊方面的化學(xué)物質(zhì)溶劑:使光刻膠具有流動性感光劑:光刻膠材料的光敏成分樹脂:作為粘合劑的聚合物的混合物,給予光刻膠機械和化學(xué)性質(zhì)鄰重氮萘醌化合物線性酚醛樹脂22光刻膠中的感光劑是光刻膠材料中的光敏成分。即對光能發(fā)生化學(xué)反應(yīng)。如果聚合物中不添加感光劑，那么它對光的敏感性差，而且光譜范圍較寬，添加特定的感光劑后，可以增加感光靈敏度，而且限制反應(yīng)光的光譜范圍，或者把反應(yīng)光限制在某一波長的光。光刻膠中容量最大的成分是溶劑。添加溶劑的目的是光刻膠處于液態(tài)，以便使光刻膠能夠通過旋轉(zhuǎn)的方法涂在玻璃表面。絕大多數(shù)的溶劑在曝光前揮發(fā)，對于光刻膠的光化學(xué)性質(zhì)幾乎沒有影響。添加劑（Additive），用以改變光刻膠的某些特性，如改善光刻膠發(fā)生反射而添加染色劑等。

樹脂是一種惰性的聚合物，包括碳、氫、氧的有機高分子。用于把光刻膠中的不同材料聚在一起的粘合劑。給與光刻膠的機械與化學(xué)性質(zhì)（如粘附性、膠膜厚度、熱穩(wěn)定性等）光刻膠的物理特性1、分辨率:是區(qū)別表面上兩個或更多的鄰近特征圖形的能力.一種解釋分辨率的實際方法是通過玻璃上形成符合質(zhì)量規(guī)范要求的最小特征圖形.形成的關(guān)鍵尺寸越小,光刻膠的分辨能力和光刻系統(tǒng)就越好.2、對比度:是光刻膠上從曝光區(qū)到非曝光區(qū)過渡的陡度。對比度代表著只適于在掩膜板透光區(qū)規(guī)定范圍內(nèi)曝光的光刻膠的能力。高對比度產(chǎn)生的垂直的光刻膠側(cè)墻是理想的。3、感光度：是硅片表面光刻膠中產(chǎn)生一個良好圖形所需的一定波長光的最小能量值,提供給光刻膠的光能量值通常稱為曝光量。單位：毫焦/平方厘米或mJ/cm2。4、粘度:指的是對于液體光刻膠來說其流動特性的定量指標.粘滯性隨著光刻膠中的溶劑的減少而增加；高的粘滯性會產(chǎn)生厚的光刻膠；越小的粘滯性，就有越均勻的光刻膠厚度。光刻膠的比重是衡量光刻膠的密度的指標。它與光刻膠中的固體含量有關(guān)。較大的比重意味著光刻膠中含有更多的固體，粘滯性更高、流動性更差。粘度的單位：泊（poise），光刻膠一般用厘泊（cps，厘泊為1%泊）來度量。百分泊即厘泊為絕對粘滯率；運動粘滯率定義為：運動粘滯率=絕對粘滯率/比重。單位：百分斯托克斯（cs）＝cps/SG。5、粘附性:光刻膠的粘附性描述了光刻膠粘著于襯底的強度。光刻膠粘附性的不足會導(dǎo)致脫膠.光刻膠的粘附性必須經(jīng)受住曝光,顯影和刻蝕工藝。6、抗蝕性:光刻膠膠膜必須保持它的粘附性,并在后續(xù)的濕刻和干刻中保護襯底表面,這種性質(zhì)就被稱為抗蝕性.7、表面張力:指的是液體中將表面分子拉向液體主體內(nèi)的分子間吸引力.光刻膠具有產(chǎn)生相對大的表面張力的分子間力,所以在不同的工藝步驟中光刻膠分子會聚在一起.同時光刻膠的表面張力必須足夠小,從而在應(yīng)用時能提供良好的流動性和硅的覆蓋.

小分子力引起小大分子力引起大的表面張力的表面張力光刻版的種類菲林版硌版菲林版成本低，制作容易，分辨率低，耐磨性不好，易劃傷變形，容易出現(xiàn)顯示缺陷，光刻精度不好，與絲網(wǎng)配套性差。硌版堅固耐磨，壽命長，分辨率高，可以做0.18微米的光刻版，對比度高，金屬的穩(wěn)定性好，成本高。

掩膜版質(zhì)量要求

圖形符合設(shè)計要求，尺寸準確，不發(fā)生變形。一套母版的各個分版之間應(yīng)一一套準。版黑白反差大，一般應(yīng)在2.5以上。反差也叫光密度差，光密度用D表示，它是阻擋光通過的能力：D=Lg(I入/I透)圖形邊緣光滑陡直，無毛刺，過渡小。版面光潔，針孔、小島，以及劃痕少。光學(xué)曝光a,接觸式b,接近式c,投影式三種方法的比較接觸曝光：光的衍射效應(yīng)較小，因而分辨率高；但易損壞掩模圖形，同時由于塵埃和基片表面不平等，常常存在不同程度的曝光縫隙而影響成品率。接近式曝光：延長了掩模版的使用壽命，但光的衍射效應(yīng)更為嚴重，因而分辨率只能達到2—4um左右。投影式曝光：掩模不受損傷，不存在景深問題提高了對準精度，也減弱了灰塵微粒的影響，已成為LSI和VLSI中加工小于3um線條的主要方法。缺點是投影系統(tǒng)光路復(fù)雜，對物鏡成像能力要求高。光刻工藝及其流程裝籃前清洗涂覆前烘曝光顯影堅膜刻蝕剝離圖檢裝籃按照指令要求將檢驗合格的玻璃正確裝籃、上線。ITO表面電阻值要求

規(guī)格（ITO表面電阻值）（Ω/□）ITO面電阻范圍（Ω/□）STN159～13STN2013～20STN3020～28STN6035～60TN18060～80HTN40～6040～60外觀質(zhì)量標準檢驗項目標準玻璃表面劃傷寬：＞0.1mm不允許寬：≤0.1mm多條總累計長度≤20mm，單條長度≤5mmITO膜面劃傷不允許粘附物不允許有不溶于水或堿性清洗液的粘附物（油污、水漬）裂痕不允許玻璃突起不允許崩邊abc＜2.01.5(1/2d)（d為玻璃厚度）

操作要求1

ITO玻璃連同包裝應(yīng)存放在干燥、陰涼、清潔的環(huán)境中，溫度28度以下，濕度不大于70%RH為宜2拿取玻璃時應(yīng)使用無塵手套，應(yīng)用雙手“夾持”玻璃的兩邊，嚴禁裸手接觸玻璃表面；3拿取玻璃時應(yīng)使用無塵手套，應(yīng)用雙手“夾持”玻璃的兩邊，嚴禁裸手接觸玻璃表面；4拿取玻璃時應(yīng)使用無塵手套，應(yīng)用雙手“夾持”玻璃的兩邊，嚴禁裸手接觸玻璃表面；前清洗玻璃經(jīng)過堿清洗、超聲清洗，兆聲清洗、純水噴淋清洗，然后經(jīng)過風(fēng)刀吹干，IR、UV照射清洗的超聲波應(yīng)用原理是由超聲波發(fā)生器發(fā)出的高頻振蕩信號，通過換能器轉(zhuǎn)換成高頻機械振蕩而傳播到介質(zhì)，清洗溶劑中超聲波在清洗液中疏密相間的向前輻射，使液體流動而產(chǎn)生數(shù)以萬計的微小氣泡，存在于液體中的微小氣泡（空化核）在聲場的作用下振動，當聲壓達到一定值時，氣泡迅速增長，然后突然閉合，在氣泡閉合時產(chǎn)生沖擊波，在其周圍產(chǎn)生上千個大氣壓力，破壞不溶性污物而使它們分散于清洗液中，當團體粒子被油污裹著而粘附在清洗件表面時，油被乳化，固體粒子即脫離，從而達到清洗件表面凈化的目的。紅外線能穿透到原子、分子的間隙，會使原子、分子的振動加快、間距拉大，即增加熱運動能量，從宏觀上看，物質(zhì)在融化、在沸騰、在汽化、這就是紅外線的熱效應(yīng)。由短波長紫外線及其產(chǎn)生的臭氧對其產(chǎn)品的表面進行超精密清洗或改善其表面的接著性、附著性的干式光表面處理技術(shù)兆聲波清洗不僅保存了超聲波清洗的優(yōu)點，而且克服了它的不足。兆聲波清洗的機理是由高頻(850kHz)振效應(yīng)并結(jié)合化學(xué)清洗劑的化學(xué)反應(yīng)對硅片進行清洗的。在清洗時，由換能器發(fā)出波長為1μm頻率為0.8兆赫的高能聲波。溶液分子在這種聲波的推動下作加速運動，最大瞬時速度可達到30cm/s。高速的流體波連續(xù)沖擊晶片表面,使硅片表面附著的污染物的細小微粒被強制除去并進入到清洗液中。兆聲波清洗拋光片可去掉晶片表面上小于0.2μm的粒子,起到超聲波起不到的作用。這種方法能同時起到機械擦片和化學(xué)清洗兩種方法的作用。涂覆通過涂膠輥把光刻膠涂覆在玻璃表面。滴液量、壓入量、間隙必須嚴格遵守工藝條件，以達到膠膜均勻、厚度適當、無裂紋、氣泡。關(guān)鍵控制參數(shù)膠粘度、壓入量、間隙，前清洗工藝、紅外紫外效果、玻璃表面狀態(tài)（臟、突起）前烘前烘的目標:除去光刻膠中的溶劑。前烘的作用:1.提高了粘附性;2.提升了玻璃上光刻膠的均勻性,在刻蝕中得到了更好的線寬控制;

典型的前烘條件:先在熱板上90度到100度烘30秒,結(jié)下來是在冷板上降溫的步驟,以得到光刻膠一致特性的玻璃溫度控制。如果光刻膠膠膜在涂膠后沒軟烘將出現(xiàn)的問題

1.光刻膠膜發(fā)黏并易受顆粒沾污：2.光刻膠膜的內(nèi)在應(yīng)力將導(dǎo)致粘附性問題;3.由于溶劑含量過高導(dǎo)致在顯影時由于溶解差異,而很難區(qū)分曝光和未曝光的光刻膠;4.光刻膠散發(fā)的氣體(由于曝光時的熱量)可能沾污光學(xué)系統(tǒng)的透鏡;曝光在涂好光刻膠的玻璃表面覆蓋掩摸版，用汞燈產(chǎn)生的紫外光進行選擇性照射，使受照部分的光刻膠發(fā)生光化學(xué)反應(yīng)，改變了這部分膠膜在顯影液中的溶解度，顯影后光刻膠膜就顯現(xiàn)出與掩摸版相對應(yīng)的圖形。質(zhì)量指標:線寬分辨率套準精度顆粒和缺陷影響曝光分辨率的主要因素光刻掩膜版與光刻膠膜的接觸情況曝光光線的平行度光的衍射及反射效應(yīng)光刻膠膜的質(zhì)量和光刻膠膜的厚度曝光時間的確定掩膜版的分辨率和質(zhì)量顯影：用化學(xué)顯影液溶解由曝光造成的光刻膠的可溶解區(qū)域就是光刻膠顯影，其主要目的是把掩膜版圖形準確復(fù)制到光刻膠中。顯影的三個主要類型的問題：顯影不足：顯影不足的線條比正常線條要寬并且在側(cè)面有斜坡；不完全顯影：不完全顯影在玻璃上留下應(yīng)該在顯影過程去掉的剩余光刻膠；和過顯影：過顯影除去了太多的光刻膠，引起圖形變窄和拙劣的外形。XXX?顯影不足不完全顯影正確顯影過顯影光刻膠襯底顯影正膠顯影曝光的光刻膠溶解在顯影液中.未曝光的正膠交聯(lián)光刻膠光刻膠顯影參數(shù)顯影溫度:顯影液最適宜的溫度是25℃，其溫度確定后，誤差必須控制在±2℃以內(nèi)。顯影時間顯影液量搬運速度當量濃度（N）：是一個濃度單位，以一升溶解物中溶質(zhì)的含量為多少克表示。當量濃度代表了其準確的化學(xué)組成，決定顯影液堿性的強弱。清洗：用于停止顯影工藝，從玻璃表面上除去剩余的顯影液。風(fēng)刀：風(fēng)刀的均勻性嚴重影響玻璃表面的帶水量。不均勻的風(fēng)量會使玻璃表面殘留水漬，經(jīng)過熱風(fēng)時使未顯影的光刻膠發(fā)生變化，刻蝕后造成ITO殘留或缺失。顯影效果對比差的顯影效果斜坡墻膨脹差的對比度光刻膠膜好的顯影效果陡直墻無膨脹好的對比度光刻膠膜顯影后的鏡檢

光刻膠鉆蝕圖形尺寸變化套刻對準不良光刻膠膜損傷線條是否齊、陡針孔、小島鉆蝕針孔、小島、劃傷堅膜顯影后的熱烘叫做堅膜，目的是蒸發(fā)掉剩余的溶劑使光刻膠變硬，提高光刻膠對玻璃表面的粘附性.這一步是穩(wěn)固光刻膠,對下面的刻蝕過程非常關(guān)鍵。堅膜通常在熱板上或生產(chǎn)線的爐子中進行。充分加熱后，光刻膠變軟并發(fā)生流動。較高的堅膜溫度會引起光刻膠輕微流動，從而造成光刻圖形變形。正膠的堅膜烘焙溫度約為110度到120度,堅膜的溫度不能過高否則光刻膠就會流動從而破壞圖形。

刻蝕刻蝕是用一定比例的酸液把玻璃上未受光刻膠保護的ITO膜腐蝕掉，而將有光刻膠保護的ITO膜保存下來。然后基板經(jīng)過純水漂洗，最后經(jīng)過溫風(fēng)烘干?？涛g的目的：在涂膠的玻璃上正確地復(fù)制掩膜圖形。有圖形的光刻膠層在刻蝕中不受到腐蝕源顯著的侵蝕，這層掩蔽膜用來在刻蝕中保護玻璃上的特殊區(qū)域而選擇性地刻蝕掉未被光刻膠保護的區(qū)域。要求刻蝕后的產(chǎn)品線條邊緣陡直、尺寸符合設(shè)計要求、無過刻蝕、無底膜關(guān)鍵參數(shù)控制：刻蝕濃度、方式、速度、噴射壓、溫度剝離把刻蝕后玻璃