光刻技術(shù)的現(xiàn)狀與課題

光刻技術(shù)的現(xiàn)狀與課題前言我們生活、工作中不可缺少的計算機（PC）的CPU及周邊設(shè)計的性能正在日新月異的進步。先不談性能方面的發(fā)展，對于性價比也有極大的要求。以PC為中心作為支持的多媒體的重要顯示設(shè)計的TFT-LCD在顯示畫質(zhì)消耗電能占用面積等方面比一貫的CRT占有優(yōu)勢，但價格方面卻是同一顯示尺寸的3倍到5倍。但是在1996年?1997年各國開始投資稱作三代線（550X650）mm級別的設(shè)備開始生產(chǎn)，供給量大增，1997年秋季以來破壞了a-SiTFT市場的供需平衡，價格大幅下降。由于供給量過剩，各面板廠家不得不調(diào)整生產(chǎn)。特別是筆記本PC用TFT-LCD價格大幅下降。當(dāng)時價格12.1型只不過300美元/塊。這個結(jié)果在TFT筆記本PC實際賣出了約25~30萬日元的產(chǎn)品。還有監(jiān)視器產(chǎn)品也大約在每英寸約一萬日元以下，也進入了2倍的價格范圍內(nèi)，期待今后能進一步擴大需求。這種情況對于消費者是一個好消息，而對于制造廠家則必須追求大幅削減成本，提高生產(chǎn)效率一貫都是重要的課題。這種背景下，面對質(zhì)量要求提升、低成本花的技術(shù)發(fā)展，提出并實際應(yīng)用了可以使用的新結(jié)構(gòu)、材料的產(chǎn)品。這里敘述以a-SiTFT為核心也包括最近才量產(chǎn)化的低溫p-SiTFT的光刻技術(shù)現(xiàn)狀與課題及技術(shù)方向。光刻制造裝置的課題與今后方向TFT用的制造裝置（300X400）mm級的第一期線、（370X470）mm級的第二代線、（550X650）mm級的第三代線，現(xiàn)在是一邊改良一邊進行大型化。各種裝置也包括現(xiàn)在叫做3.5代的（600X720）mm?（650X830）mm級別的基板尺寸。今后開發(fā)出對于邊為1m的基板基別的裝置，但從（1）由于基板自重，接近了向來的支撐基板端面的水平搬送法的極限；（2）由于裝置的占用面積下降了已經(jīng)擴大的C/R的面積的利用率點考慮，探討使用垂直或者傾斜的搬送的運送方法。作為光刻裝置的共同課題從以下四個大方面進行討論。靜電的對策關(guān)于靜電從1代線就是課題，有TFT元件被破壞、特性發(fā)生偏移等的危害。裝置的各個的對策及各種改善結(jié)果在該公司管理在±50V以下（三菱）。但是這決不是容易解決的問題，在開發(fā)新結(jié)構(gòu)及方式時希望采用過去的技巧而且在世紀充分驗證的裝置?；覊m的對策隨著基板的大型化，基板的自身重量也不可忽視。例如邊長為1m的1.1mm厚基板一枚就約重300g。當(dāng)然在搬送基必須旋轉(zhuǎn)運轉(zhuǎn)的裝置的驅(qū)動功率是必須的。對于也必須考慮產(chǎn)塵的問題?；覊m問題首先第一設(shè)計時不產(chǎn)生異物的構(gòu)造，第二（由于完全不產(chǎn)塵很困難）遮斷塵源到基板的路徑，第3對于從外部帶入的異物，采用凈化、易于維護的結(jié)構(gòu)是重要的。有機污染物的對策在光刻裝置中使用光刻膠、清洗溶劑、密著強化劑等化學(xué)藥品。這些藥品揮發(fā)成分、升華物等從預(yù)烘部等泄漏出到凈化間內(nèi)，成為引發(fā)TFT基板表面有基污

染的一個原因，發(fā)生膜脫落等不良。還有裝置本身也受到有機物污染的危害。普光裝置由于有機物及其分解物與紫外線的光化學(xué)反應(yīng)導(dǎo)致了光學(xué)零件的陰影，帶來了照度下降、不均勻化。只談用光學(xué)系統(tǒng)部分的氮氣清洗阻止了CR中的氣氛時不完全的。在光刻設(shè)備中追求不污染外部，同時不被污染的雙贏的對策。提高基板搬送的可靠性預(yù)測到大型化的基板搬送是非常困難的，就不用說基板的破裂、劃傷等問題。在TFT時顯示設(shè)計的標準上基板背面劃傷等時成品率低下的重要原因。接著談一下各種設(shè)備。涂膠設(shè)備作為涂膠設(shè)備所追求的課題第一是減少材料的使用量。不用說光刻膠，同時要求減少清洗溶劑的使用量，材料的費用。關(guān)于涂膠現(xiàn)在有幾家公司采用狹縫滴下、旋轉(zhuǎn)涂膠等方式，并且已經(jīng)產(chǎn)業(yè)化了，比原先的中央滴下方式減少了1/2到1/3的使用量。減少這些材料的使用量、材料的再利用是今后的課題。第二提高膜厚、預(yù)烘溫度的均勻性。光刻工程的光刻膠膜厚均勻性對曝光裝置的掩膜精度、曝光照度均勻性、顯影設(shè)備的顯影均勻性等有很大關(guān)系，在基板上涂布、預(yù)烘光刻膠的涂膠設(shè)備的涂膠膜厚、預(yù)烘溫度的均勻性也有很大影響。關(guān)于這些均勻性也要求達到現(xiàn)在及以上的水平。第三是有機污染的問題。在共同項目中已經(jīng)敘述過了。特別是在涂膠設(shè)備中光刻膠溶劑、光刻膠成分的升華物、HMDS等密著強化劑、洗劑用溶媒等。對于CR為污染源時多。一直期望找到徹底解決的對策。曝光設(shè)備曝光設(shè)備由于其曝光方式、性能、掩膜版尺寸等左右著玻璃基板內(nèi)可以放置的顯示尺寸及其個數(shù)和處理能力。不僅工藝方面在生產(chǎn)效率即使在生產(chǎn)效率方面也有重要作用。曝光設(shè)備大的分有正射方式與投影方式，在TFT生產(chǎn)上在制造成品率上解像的性能上投射方式主要是用鏡頭投射曝光設(shè)備(分布曝光)，反射鏡投影曝光裝置(圖1)。以下敘述各自的課題與技術(shù)方向。自動聚焦激光干涉計(a)分步方式圓弧狀狹縫凸面鏡口形鏡分步基板圓弧狀狹縫照明掃描XY載臺(B)自動聚焦激光干涉計(a)分步方式圓弧狀狹縫凸面鏡口形鏡分步基板圓弧狀狹縫照明掃描XY載臺(B)投影方式圖1曝光裝置概略圖1)分布曝光方式

是把大型面板圖型分割成幾枚十字線版（掩膜版）配置，曝光時一邊移動基板載臺，合成被分割的畫面進行曝光的方式。作為分步曝光的問題點，能舉例如向來在畫面連接部的曝光短路的邊界線視覺誤差，所以必須管理邊界重合錯位量的差值在某個數(shù)值以下。但是最近發(fā)表了在以在邊緣具有濃度梯度的遮蔽物與遮蔽物本身曝光時的擋板開閉有周期性移動的動作，設(shè)計出過重合區(qū)域，能光滑的連接曝光邊界的新方式的遮掩結(jié)構(gòu)。由采用該結(jié)構(gòu)可以期望減少關(guān)于在曝光工藝方面的連接畫面的設(shè)備管理項目。掩膜版遮 I"掩版、掃光學(xué)濃掃度楔型竹図51露光光（通常露光）露免光（新方式）+> 尢濃度<>V対配J.7>：-/7掩膜版遮 I"掩版、掃光學(xué)濃掃度楔型竹図51露光光（通常露光）露免光（新方式）+> 尢濃度<>V対配J.7>：-/74>卜'（正面図）］［新方式H（斜視図）］（a）羽琢描.?>I.y丫兒夕逐次拍照的曝光［通常露光］曝光拍照區(qū)域濾光片量曝光拍照緋方-f>Ki:J: >合成原理加掃描盲版 光學(xué)濃度梯度新方式遮掩版（斜視圖）的邊緣新方式遮掩版（正視圖）(b新方式遮掩版（斜視圖）的邊緣新方式遮掩版（正視圖）(b)根據(jù)新方式遮掩版的圖形合成原理圖（a）新方式遮掩版概略圖圖2分步曝光的新方式的遮掩版的結(jié)構(gòu)圖其它作為課題的舉例說提高處理能力的問題。對于這個作為減少曝光次數(shù)的對策是把一貫采用的投影倍率為1：1，在最新裝置采用放大投影的1：1.25倍率。還有在裝置結(jié)構(gòu)上重疊問題的改善起到了縮短節(jié)拍的作用。但是今后監(jiān)視器用面板大型化及基板大型化會變得更快，曝光次數(shù)有增加的趨勢。在于涂膠顯影設(shè)備一體化，必須配合其他單元節(jié)拍，追求更高的處理能力。（2）投影方式在反射鏡光學(xué)系統(tǒng)在圓弧狀基板上投影大型掩膜版圖型，同時掃描掩膜板與基板的曝光方式。向來掩膜版載臺與基板載臺式一體結(jié)構(gòu)的。但是最新裝置在個別的結(jié)構(gòu)使用激光干涉計采用周期掃描。反射鏡投影裝置的課題第1是提高曝光的照度。由于掃描曝光方式提高照度關(guān)系到掃描速度掃描次數(shù)的提高及處理能力的提高。還有這種方式的情況為了提高分步分辨率有必要縮小圓弧寬度，但式掃描速度變慢處理能力就下降。這種情況也成為改善的對策?，F(xiàn)在的掃描寬度最大約是20型,顯示器相當(dāng)于330mm（包括10“m的分辨率區(qū)域）。由于寬度的擴大,就可以制作的顯示器尺寸更加大型化，但是現(xiàn)狀是減少掃描次數(shù)提高處理能力方面的趨勢大。顯影設(shè)備追求顯影裝置的課題第一就是提高顯影的均勻性。還有假設(shè)到基板大型化時由于顯影液中樹脂濃度的不均勻加大了涂型尺寸的變化。對于這位須有解決的對策。第二是顯影及純水噴淋后的水霧解決辦法。附有水漬的基板經(jīng)過后烘成為與光刻膠一樣的刻蝕掩膜版，造成了圖型的不良，因此必須改善。第三是減少顯影業(yè)與純水的使用量。隨著基板大型化產(chǎn)生了藥液量的增加。不許載設(shè)備結(jié)構(gòu)上下功夫，顯影液的再生、純水的在利用等，減少成本。使用新結(jié)構(gòu)、新材料的光刻工藝為了達到生產(chǎn)效率、顯示品質(zhì)的提高，向著低耗電、高亮度、寬視角、低成本化的方向發(fā)展。對于這些課題，例如減少背光源的消耗電力等的直接對策同時，也進行了以光刻技術(shù)提高透過光的利用效率等從其它側(cè)面的討論。以下是使用新結(jié)構(gòu)、新材料技術(shù)關(guān)于光刻工藝的例子。1.像素平坦化結(jié)構(gòu)的TFT為了提高像素部分的開口率、提高光的利用率、減少背光源等的消耗電力，做成高亮度的顯示器發(fā)表了在平坦化的TFT元件表面最上層設(shè)計顯示電極的ITO結(jié)構(gòu)。TFT表面平坦化，減少摩擦?xí)r的取向不良區(qū)域，以減少彩膜（CF）與黑矩陣（BM）的重合邊界的設(shè)計值的尺寸，來提高開口率。這種平坦化材料有有機洗、無機系及感光性、非感光性類型。各種材料的特征各有優(yōu)缺點，干光型樹脂的特征有（1）可以用曝光、顯影形成圖形，不需要刻蝕工序，能減少工藝成本；（2）提高平坦化的效果可以涂厚膜；（3）幾乎在i（365nm）線、h（405nm）線有曝光感度，還有由于顯影液可以使用TMAH，可以使用現(xiàn)有的涂膠、曝光、顯影設(shè)備。表一主要的平坦化膜材料的特性比較主感波長透過率（1MHz）與光刻工藝設(shè)備的共通性厚膜化透明性耐熱性A公司感光性有機樹脂(g).h.i~3.3OO△△B公司感光性有機樹脂(g).h.i~3.0OO△△C公司感光性有機樹脂i~2.7XOOOD公司非感光性無機樹脂~4.5X△◎◎問題點有（1）耐熱溫度比無機系材料溫度低，產(chǎn)生了限制ITO的成膜工藝。（2）與正性光刻膠相比需要幾倍的曝光時間，（3）發(fā)生若干個顏色位移，（4）材料成本高等。特別關(guān)于（4）使用新材料，即使提高了附加值那也必須抑制隨之發(fā)生的材料費機設(shè)備投資等成本的增加在最低限度。在陣列基板側(cè)制作彩膜一般的TFT-LCD都由制作的TFT與CF二枚基板對合做成屏。CF的制作方法有使用彩色保護膜法、使用電著色法、噴墨法、印刷方式法等。使用彩色保護膜法用有涂膠、曝光、顯影的光刻技術(shù)。向來CF與TFT基板是分別制造方法,由于必須考慮設(shè)計的各自制造裝置及掩膜版的制造誤差、重合邊緣精度等,發(fā)生種種的因素成為開口率下降的要素。作為解決這些手段還有減少CF的成本手段,考慮在TFT上直接形成CF的方法，作為CF在陣列的課題有的低成本工藝化.（2）在這個基礎(chǔ)之上的高成品率.由于在完成TFT的基板上形成彩膜,在這個工程上失敗導(dǎo)致更大的損失.隨著成品率提高，在TFT上的CF的CF修復(fù)技術(shù)缺陷的再生變得更重要了。使用負性光刻膠作為在TFT-LCD的光刻工程使用的光刻膠由于穩(wěn)定性等一般使用酚醛樹脂系的正性光刻膠。一方面負性光刻膠由酸發(fā)生劑等三組分系化學(xué)增幅型光刻膠在以前就存在，（1）在曝光和顯影間必須有PEB工藝，工藝工序就多一個，（2）對于曝光、PEB、顯影之間放置時間及PEB溫度有大的依賴性，工藝富余度小，由于這些缺點而不太使用。但是現(xiàn)在有提高間隔狹小圖型的必要性，防止由于異物的短路缺陷等負性光刻膠有優(yōu)勢，關(guān)于（2）的工藝富余度的改善而引人注意。今后的課題還是追求省略PEB工程及工藝穩(wěn)定性。IPS方式的TFT一般的TFT-LCD比CRT的視角小，以改善視角為目的的一個方式有用橫方向電場驅(qū)動液晶的IPS方式。在IPS方式的TFT由于光的透過率對于電極間的電場強度有很大的依賴性，電極間隔的面內(nèi)變化量關(guān)系到輝度差，作為顯示板等容易被觀察到。為此在設(shè)計上下很大功夫之上，在從光刻工程到刻蝕工程及包括電極的形成工藝，追求達到亞微米水平上的尺寸均勻性。低溫p-SiTFT使用低溫p-Si的TFT可以達到100cm2/v.s以上的遷移率，而a-siTFT則在1cm2/v．s以下，在同一塊基板上可以形成面板與驅(qū)動電路?？梢允÷砸回炇褂抿?qū)動用IC和它的貼裝工序，期望可以降低成本。還有可以實現(xiàn)含有驅(qū)動回路以外的所有系統(tǒng)的一體化?，F(xiàn)在2—3型級的產(chǎn)品作為數(shù)字相機用、數(shù)字攝相機顯示用的越來越多起來了。作為要求低溫p-SiTFT的制造上的曝光裝置的性能隨著產(chǎn)品柵級尺寸變化，但比a-siTFT用裝置的更高的有（1）高分辨率和（2）重合精度；與a-siTFT用裝置一樣的（3）曝光區(qū)域與（4）保證焦點深度。關(guān)于分辨率現(xiàn)狀是在驅(qū)動線路部分的圖形的形成必須要在約2——3pM的性能，今后引入更高的元件時，會要求在1pM上下的規(guī)格。隨之重合精度的要求值也要變小。還有在生產(chǎn)效率上要求在1枚基板上的面板數(shù)必須盡量多，與a-siTFT一樣基板大型化是必然的趨勢。為此關(guān)于曝光區(qū)域與焦點深度要求要與a-siTFT用裝置一樣的性能。但是開發(fā)這樣裝置能很容易設(shè)想到會非常困難。在要求規(guī)格曝光系統(tǒng)上的靈活運用與混合化是條捷徑，但在其裝置、材料成本、面板的預(yù)算性拿出最合適的解決方法會在現(xiàn)在困難。結(jié)束語以上敘述了TFT-LCD的光刻技術(shù)的現(xiàn)狀與課題及技術(shù)的發(fā)展動向。不用說一貫的延伸原有技術(shù)，即使在新技術(shù)上也要多少提高面版的型能，降低成本是最先是的。今后越來越感覺到設(shè)備廠家、材料廠家的所有努力降低成倍與面半廠家合成一體的必要性。最后用一般的說法必須關(guān)注向來注意的環(huán)境問題。即使實現(xiàn)了光刻膠的去膠液與顯影液的再生，還得考慮以所有藥液、材料為對象作為TFT-LCD的產(chǎn)品被廢棄時地易于再利用等的考慮也是今后的主要課題。一、光刻膠物理特性1、 分辨率：是區(qū)別硅片表面上兩個或更多的鄰近特征圖形的能力。2、 對比度：指的是光刻膠上從曝光區(qū)到非曝光區(qū)過渡的陡度。3、 敏感度：是硅片表面光刻膠中產(chǎn)生一個良好圖形所需要的一定波長的最小能量值（以毫焦每平方厘米或mj/CN?為單位）4、粘滯性：粘滯性指的是對于液體光刻膠來說其流動特性的定量指標。5、粘附性：光刻膠的粘附描述了光刻膠粘著于襯底的強度。6、抗蝕性：光刻膠黏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體表面，這種性質(zhì)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)的分子間的吸引力。8、存儲和傳送：能量將激活光刻膠的化學(xué)性質(zhì)，無論是熱能還是光能，這就要求小心控制存儲和使用條件。9、沾污和顆粒：與硅片加工中所用到的任務(wù)化學(xué)品一樣，光刻膠材料的純度非常重要。二、光刻膠的四種成分：1、樹脂：光刻膠樹脂是一種惰性的聚合物基質(zhì)，用與把光刻中的不同材料聚合在一起的粘合劑。2、感光劑：光刻膠感光劑是光刻膠材料中的光敏成分，它對光形式的輻射能，特別在紫外區(qū)會發(fā)生反應(yīng)。3、溶劑：溶劑使光刻膠保持液體狀態(tài)。4、添加劑：用來控制和改變光刻膠材料的特定化學(xué)性質(zhì)，或光刻膠材料的光響應(yīng)特性。三、光刻膠軟烘的原因有：將硅片上覆蓋的光刻膠溶劑去除。增強光刻膠的粘附性以使在顯影時光刻膠可以很好的粘附。緩和在旋轉(zhuǎn)過程