第9章PHOTO工序_liu

9.1 PHOTO工序的目的

9.1.1PHOTO的基本概念

什么是PHOTO?若是从一个液晶厂内部部门来说，PHOTO指的是黄光部。但是从工艺来说，在半导体和液晶产业，PHOTO指光刻技术。当然，这两个概念是有实质联系的，因为在液晶厂内负责光刻方面工作的就是黄光部。

JSR有机膜工艺流程：

与中烘（post-bake）相比，退火对bump高度影响很大；与退火相比较灰化对bump几乎没有影响；

传统的有机膜工艺为了降低关态电流必须增加氮化硅层，从而增加了整个工艺步骤；

9.1.2PHOTO工序的目的

PHOTO工序的目的是把膜层电路结构复制到以后要蚀刻的玻璃基板上。主要过程依次如下面图（一），图（二）和图（三）所示。

图（一） 图（二）

图（三）

PHOTO工序主要包含三大步骤，即上图所示的光阻涂布（PR coating） ; 曝光（Exposure）;和显影（Develop）.

光阻涂布（如图一），就是在plate（玻璃基板）上涂布光阻。光阻是一种对特定波长的UV光敏感的有机材质，遇到一定强度的UV光就会发生化学反应，所以PHOTO工序要在黄光下进行。因为黄光波长大，光子能量低，强度比较弱（不会引起光阻化学反应）并且照明效果不错的光。

光阻涂布制程主要控制光阻的膜厚及其均一性。

曝光（Exposure）是PHOTO的关键，也是ARRAY的关键。之前说了PHOTO是把膜层电路结构复制到以后要蚀刻的玻璃基板上。临时电路结构就设计在MASK（光罩）上，光罩上有电路结构区域不透光，没有电路结构区域可以透光。这样就使上一步骤涂布的光阻经过曝光工序之后，电路结构就从光罩转移到光阻上。

曝光（Exposure）制程的主要参数是CD（线宽）,Total pitch, Overlay。 Develop即显影。经过Exposure之后在玻璃基板上喷洒显影液，因为显影液为碱性，对正性光阻而言，被紫外光照射过的光阻可以溶解在碱性显影液中，而未紫外光照射到的部分不溶于显影液。因此，显影之后，在玻璃基板上，只剩下电路部分有光阻，而其它区域无光阻（注：本节所指光阻为正光阻，一般TFT段都使用正光阻）。

显影液浓度的控制是显影工艺的关键，浓度的高低会影响到线宽。 显影后送去蚀刻，这样有光阻保护部分（即需要的电路部分）的膜不会被蚀刻掉，而没有光阻保护部分的膜就被蚀刻掉。这样即形成所需要的电路的。

当然，PHOTO除了上面所述的光阻涂布，曝光和显影之外，还有其它几方面工序组成，如基板进入Photo制程后首先需要清洗（Cleaner）,如分布在各个环节的烘烤（Bake）.下面简述一下PHOTO工序中的清洗和各个烘烤。在第一层需要刻号（Titler）等。

Cleaner即清洗工艺，目的为了在Coater之前基板表面达到洁净，主要通过E-UV照射分解玻璃基板上的有机物（如下图四所示），然后通过AA-jet, brush等清洁方式将基板表面的各种particle去除,最后用Air knife（图五）将基板表面水分去除。

图四 图五

在清洗之后设置Dehydration bake,主要目的是通过高温将基板表面水分去除。

在光阻涂布之后会设置低压干燥（Low pressure dry也有称为Vacuum Dry). 目的是为了去除光阻的溶剂（大约70%），使基板上的光阻迅速固定，同时若此时用高温的方式来蒸发溶剂的话，极易引起火山状Mura.

在低压干燥之后，设置Pre-bake进一步去除光阻的溶剂（剩余30%）。 同样，在显影之后也要设置Bake单元，即所谓的Post Bake.目的是去除水分，加强光阻和基板之间的作用力。

需要特别强调的一点是，所有的烘烤单元后都跟有对应的冷却单元，在进入下一个制程前将基板冷却到正常的制程温度（23度左右）。

为对产品进行跟踪，需要在第一道制程时对基板进行刻ID,即Titler.在某些层，还需要进行边缘曝光（Edge Exposure)，目的是为了去除基板边缘的光阻，减少对后面制程的影响。

通过上述介绍，我们可以比较清晰的对PHOTO工序各站点按工艺实际依次罗列如下：基板loader进入—>E UV—>Pre-wet—>Brush—>AA-jet—>Final rinse—>Air

knife—>Dehydration

Bake—>Cooling—>Coater—>VCD(

or

LPD)—>Pre-bake—>Cooling—>Exposure—>Titler/EE—>Developer—>Post-bake—>cooling—>基板Unloader出机台。

9.1.3小结

PHOTO工序主要就是通过光阻涂布，曝光和显影将设计好的电路图型写到玻璃基板上。PHOTO工序介于Thin Film（镀膜）与Etch（蚀刻）之间,是TFT的关键。

以上只是简单介绍PHOTO工序，详细内容请见之后章节。

9.2 Photo技术的发展(光阻涂布/显影部分)及工艺的基本原理

由第一节所述，Photo工序主要包括光阻涂布，曝光和显影。随着TFT-LCD产业的发展，玻璃基板的尺寸也从20世纪90年代初的300x400 mm2 (G1)发展到现在的2160x2460 mm2(G8)。Photo工序的各项技术也有了极大的提高。

9.2.1光阻涂布技术的发展和基本原理

随着玻璃面板尺寸的变化，生产技术也发生了巨大的变化。在光阻涂布/显影方面，技术的更新换代也十分明显。光阻涂布方面的技术更新如下图所示：

从一代线到四代线，Spin Coater方式是光阻涂布的主流。首先将光阻滴到玻璃基板，然后通过高速旋转产生的离心力，将光阻均匀分布到玻璃基板表面。从而形成一层均一的光阻膜。但是，随着玻璃基板尺寸的增大，Spin Coater方式需要更高的转速，要求更大功率的马达。以六代线为例，如果要形成均一的膜层而且保持比较高的产能，需要100KW的马达，但是在现在还没有研制出100KW的马达。尽管Spin Coater方式可以获得膜厚均一性较好的光阻膜，但是Spin Coater方式浪费了高达90%的光阻。而且Spin Coater方式受限于玻璃基板的尺寸，只能涂布小尺寸玻璃基板，涂布大尺寸玻璃基板产能太低，同时如果要涂布膜层比较厚的光阻膜，需要多次Spin Coater。另外Spin Coater方式还有设备的占地面积很大，需要洗边等缺点。在Spin Coater方式中，光阻的粘度、旋转加速度决定了光阻膜层的均一性，因此需要在生产工艺中优化这两个参数。

在Spin Coater方式之后发展了Slit&Spin方式，这种方式和Spin Coater方式相比，光阻的利用率有了很大的提高，但是还有80%的光阻浪费。Slit&Spin方式通过喷嘴将光阻涂布到玻璃基板上，然后通过旋转的方式将光阻均匀分布在玻璃基板上。但是旋转的速度和加速度没有Spin Coater方式那么大。涂布光阻和

旋转可以在一个工作室内进行，也可以在多个工作室内进行。在第一步涂布光阻的时候，光阻的均一性不能满足工艺的要求，但是通过旋转之后，光阻的均一性可以达到±2~3%。Slit&Spin方式存在和Spin Coater方式一样的问题，例如不能满足大尺寸基板的要求，产能低，需要洗边，光阻利用率低等。

Slit Coater方式是目前在TFT LCD中广泛应用的一种光阻涂布的方式。光阻的利用超过95%，几乎达到100%。这种光阻涂布方式的工艺参数有：喷嘴和基板表面的距离，Slit的机械结构，泵的参数，喷嘴和玻璃基板间空气流动的速度等等。Slit方式可以提高产能，一次扫描即可在大尺寸基板上面涂布一层均一的光阻，不需要洗边，可以涂布六代线甚至更大尺寸的玻璃基板，而且设备占地面积小。

9.2.2曝光技术的发展和基本原理

TFT-LCD曝光技术主要有接近式曝光（proximity）, steppers, 光学投影扫描方式（mirror projection scanning）和透镜投影扫描方式（lens projection scanning）等。在TFT LCD，玻璃尺寸小于600*720之前，stepper方式和光学投影方式由于其良好的分辨率和高精度的对准系统，占据了主流。但是在五代线和六代线以后，受限于透镜尺寸和产能较低，stepper方式不再被采用。因此在五代线以后，光学投影扫描方式和多镜头投影扫描方式（multi-lens projection scanning）占据了主流。在Color filter和STN中，主要采用接近式曝光（Proximity）。因为接近式曝光和其他曝光方式相比，价格较低而且产能较高。在TFT LCD曝光设备中，佳能和尼康占据了垄断地位。但是Color Filter曝光设备厂家比较多，比如佳能，DNS，日立，尼康，ORC和Topcon。

1、接近式曝光（Proximity）

接近式曝光是一种比较简单的曝光方式，一般在生产STN和Color Filter中被采用。接近式曝光是将光罩（Mask）和玻璃基板表面的光刻胶靠近（10~300微米），然后利用高压水银灯发出紫外线曝光，将Mask上的电路图形转移到玻璃基板上面。在四代线以前，玻璃基板的尺寸比较小，Mask的尺寸通常大于整个玻璃基板的尺寸，因此可以通过一次曝光将整个玻璃基板全部曝光，所以在玻

璃基板比较小的时候，接近式曝光的产能比较高，有的设备可以达到80片每小时。

接近式曝光的主要参数是Mask和玻璃基板之间的距离，如果Mask和玻璃基板比较近，可以获得较高的精度，但是会带来Particle，而且减少Mask的使用寿命。如果Mask和玻璃基板距离太大，分辨率和对准精度降低，而且在玻璃基板的边缘部分会产生阴影，导致图形偏移，衍射。因此，通过控制Mask和玻璃基板之间的距离，接近式曝光的精度可以达到8微米。但是大尺寸玻璃基板曝光对于接近式曝光存在以下问题：为了提高产能，Mask的尺寸必须大于玻璃基板的尺寸，这样通过一次曝光即可将一块玻璃基板完全曝光。在四代线之前，Mask的尺寸达到了800*960mm。但是到五代线甚至更大的玻璃尺寸以后，一次曝光不能把一块玻璃基板完全曝光，因此需要通过多次的接近式曝光才能将一块玻璃完全曝光，这样就降低了产能，同时对设备和Mask都提出了更高的要求，设备的价格和Mask的价格也因此而提高。

2、步进式曝光（Steppers）

步进式曝光（Steppers）在TFT array段，玻璃基板小于600*720mm时占据主流。Steppers不是通过一次曝光即将整块玻璃基板完全曝光，而是一次曝光相当于投影透镜大小的区域，然后通过一个三轴平台将玻璃基板移到下一个曝光位置，通过多次曝光知道将玻璃基板完全曝光为止。曝光的次数由玻璃基板的大小和透镜的大小来决定。以一个132mm2的透镜为例，要曝光一个730*920mm的玻璃需要42次曝光。由于需要多次曝光，steppers的产能小于接近式曝光和扫描式曝光。

Steppers方式对准精度高，可以达到0.4微米。可以控制每一次曝光的焦点。Mask的价格较低，而且使用寿命比较长。可以通过采用数值孔径较大的透镜达到更高的分辨率。因此在LTPS TFT LCD中，Steppers方式也占据了主流。Steppers的缺点是透镜系统价格昂贵，大尺寸玻璃基板产能低。但是在半导体行业，由于不需要频繁的更换Mask，因此也可以获得高产能，所以Steppers方式在半导体行业广泛应用。

3、光学投影扫描系统

光学扫描投影系统是Canon公司制造的曝光设备，上海天马购买的就是这种系列中的MPA6000。光学扫描投影系统是由一个高压水银灯发出光，通过照明系统，arc slit，Mask，超镜系统，最后照射到玻璃基板上。曝光的区域取决于Slit的长度和扫描的距离。

在佳能第二代系统MPA3000， Mask平台和玻璃基板平台在一个移动载具上，一起移动。但是随着玻璃基板越来越大，平台重量越来越大，产能和精度都会降低，而且设备的占地面积太大。为了解决这个问题，佳能将Mask平台和玻璃基板平台分开，可以单独移动。而且在平台下方安装导轨和线性马达，通过激光干涉仪来检测Mask平台和玻璃基板平台的绝对位置和相对位置，保证位置精度小于±1微米。

关于光学投影扫描系统，在下一节会进行具体的说明。

9.2.3显影技术的发展和基本原理

显影技术的发展入下图所示：

玻璃基板曝光，冷却然后显影。显影单元把玻璃基板上曝光的部分去除，留下为曝光部分（注：对应正性光阻）。显影主要有三种形式：浸润式、旋转式和喷淋式。在TN型LCD和早期STN型LCD中，由于玻璃基板尺寸较小，采用的是浸润式显影方式。但是在TFT LCD采用的是后面良种方式。这两种方式都可以满足TFT LCD的要求。和喷淋显影方式相比，旋转显影方式需要多次显影，而此产能较低，而且旋转显影会产生雾以及静电。而且喷淋显影方式显影液的利用率更高，因此喷淋显影方式在TFT LCD 5代线以后占据了主流。喷淋显影首先通过Nozzle将显影液均匀的喷洒在曝光后的玻璃基板上，经过一定的显影时间后，喷洒去离子水，显露出电路图形。显影技术的发展大大的提高了显影液的利

用率以及产品的良率，从而降低了成本。

随着TFT LCD行业的发展，玻璃基板的尺寸越来越大，对于PHOTO工序中的涂胶、曝光、显影技术都提出了更高的要求。PHOTO工序的各项技术也得到了长足的发展。目前，在PHOTO工序的涂胶、曝光和显影的关键工艺设备的主要制造厂家都是日本、韩国厂家。主要有日本的佳能，尼康，DNS，TEL，TOK，Hitachi等。

9.3 Photo的设备构成和主要性能指标

1．概述

上海天马微电子有限公司Photo工序设备主要由Canon、TEL（东京电子）和

YTS三家设备组成。其中曝光机是Canon的MPA6000，TiTler&EE是韩国YTS的设备。其他设备是日本的东京电子（TEL）提供。另外在清洗单元中Excimer UV是日本的Ushio提供的。以下分别就各个设备进行介绍。

2．设备构成及其性能指标

本章节主要针对Photo工艺的流程逐一介绍设备的构成和性能指标，以及

PHOTO工序的主要工艺参数和工艺质量评价。下图是上海天马整个PHOTO生产线的示意图。

2.1 清洗工艺

玻璃基板进入Photo工艺的第一个工序就是清洗工艺，主要目的是在光阻涂布之前，将上一工序膜层上的Particle和有机物除去，从而避免在光阻涂布中产生不良和缺陷。

清洗工艺可以细分为：E-UV照射，滚筒毛刷清洗，水气二流体清洗，风刀干燥以及去水烘干这五个流程。 2.1.1 E-UV照射

Excimer UV（E-UV）是在玻璃基板进入Photo工艺的第一个工序。E-UV利用高压水银灯发出波长为172nm的紫外光，紫外光将玻璃基板表面的有机物分解，从而提高光阻和膜的附着力。在水银灯的下方有一个石英玻璃窗，可以将高压水银灯和玻璃基板隔离，在灯室内部还充有N2，从而避免高压水银灯被污染，保证灯的照度和光强。另外通过PCW来冷却高压水银灯。如图所示。

2.1.2滚筒毛刷清洗

滚筒毛刷清洗是E-UV之后的第二个工序。目的是清除薄膜上的Particle。滚筒毛刷的材质为尼龙，当玻璃基板由滚筒下方传送过去的时候，通过上下两个滚筒接触玻璃上下两个表面进行磨刷，从而除去particle。在有的工艺中，毛刷不能和玻璃基板表面接触，而是存在一定的间隙，利用毛刷配合去离子水（DI water）进行清洗。毛刷和玻璃基板的间距根据清洗的效果来设定，但是在清洗金属膜层的时候，毛刷不能和膜层接触，否则会产生Mura。毛刷清洗可以除去颗粒半径大于10微米的particle。另外滚筒毛刷需要定期更换。毛刷清洗如下图所示：

2.1.3水气二流体清洗

这个流程先将CDA和DIW混合，然后在高压下喷射到玻璃表面，利用气泡和水流的二流体将particle除去。

2.1.4 风刀干燥

在二流体清洗之后利用风刀去除玻璃基板表面的水。风刀干燥主要是通过带有一定压力的气流将玻璃表面的水顺着气流放下吹去。主要控制参数有：风刀的角度，风刀和玻璃基板的距离，气体速度和玻璃基板转送的速度。另外在风刀干燥前需要将玻璃基板预湿，使玻璃基板表面形成均一的水膜，这样风刀干燥之后，不会留下残水，也不容易造成Mura。风刀干燥如下图所示。

2.1.5 去水烘干

水分的存在会影响PR膜层和和薄膜的粘附性。去水烘干主要是将玻璃放在一定温度的烘箱内通过高温除去表面水分，一般加热温度为100℃。热板的温度均匀性为±2℃。加热的方式采用接近式加热（Proximity）。为了保证加热温度的均匀性，将玻璃基板放在顶针（Lift Pin）上面加热。通过加热一定时间之后，通过冷却水冷却到洁净室环境恩温度（23℃）。等待玻璃基板冷却到环境温度后送入下游机台。

2.1.6清洗单元设备主要的性能指标如下：

1）玻璃表面的亲水性，可以通过测量接触角（contact angle）表示。一般要求玻璃基板清洗后检测的接触角小于6°。

2）玻璃表面的particle，可以通过particle counter等设备来检测玻璃基板表面Particle的数目和大小来检测玻璃基是否清洗干净。

3）根据产品的良率来定。根据工艺制程生产出产品的良率，得知设备的运行状况和工艺参数的设定是否合理。

2.2 光阻涂布工艺

这个流程主要目的是将光阻均匀的涂布在膜层表面。该工艺可以细分为：光阻涂布，真空干燥和预烘干。 2.2.1光阻涂布

在上海天马的光阻涂布采用的Slit Coater方式，光阻涂布的过程主要是将光阻通过一个喷嘴喷涂在膜层的表面。喷涂速度通过压力控制，喷嘴的匀速移动通过线性马达控制。Slit Coater方式光阻的利用超过95%,几乎达到100%。喷嘴和玻璃基板的距离，喷嘴移动的速度以及泵的压力是Slit Coater需要控制的重要参数。Slit Coater光阻涂布的时间比较短，通过一次涂布，即可在玻璃基板上面涂布一层均一的光阻膜。同时设备的占地面积较小，环境的影响也比较小。另外为了保

证设备工作的精度，需要在Slit Coater下面制造防震台，减小环境对设备的影响。在光阻涂布的过程中，会有一部分光阻残留在喷嘴上，这部分光阻凝结硬化之后，会影响光阻涂布的效果，导致Mura的产生，因此需要用Thinner定期清洗喷嘴，保证喷嘴的精度。

2.2.2 真空干燥（Vacuum Dry）

在玻璃基板上涂布光阻之后，将玻璃基板送入一个真空腔内，将真空腔密闭后，通过真空泵抽取真空，降低腔内压力至26Pa，将光阻中的大部分溶剂挥发掉，一般通过真空干燥可以将光阻中70%的溶剂挥发掉。在真空干燥时要注意控制真空压力如果真空压力下降过快的话，会形成火山状的Mura。

2.2.3 预烘干（Pre-Bake）

真空干燥后将玻璃基板放入烘箱烘烤，加热的方式和原理类似于清洗单元的去水干燥，预烘干的加热温度为150℃，通过预烘干，将光阻中剩余的溶剂挥发掉，同时增强光阻膜和玻璃基板的粘附力。然后通过冷却水冷却到环境温度，送入下游机台。

2.2.4光阻涂布工艺的主要性能指标是膜厚及其均一性。其中：

1) 光阻的膜厚可以通过Nanometrix等设备测量获得，光阻膜的膜厚各个厂家的参数不一致，一般在1.5微米左右。

2) 光阻膜厚的均一性则可以以膜厚数据为基础计算获得，TFT LCD要求的光阻膜厚均一性不能超过±3%，有的工艺要求在±2%。

2.4曝光工艺

在玻璃基板上涂布光阻后，真空干燥，预烘干，冷却后，将玻璃送入曝光机曝光。 上海天马购买的Canon MPA6000曝光机工作原理如下图所示。

MPA6000主要由照明系统（Illumination System）、套准系统(Alignment System)、Mask平台(Mask stage)，基板平台(Plate Stage)，光学系统(Optics System)组成。首先通过两个高压水银灯发出紫外光通过椭圆镜汇聚之后发射出来，在通过滤光镜后，一部分光进入照明系统作为曝光的光源，另一部分进入套准系统作为套准光源的一部分。进入照明系统的光在通过复眼透镜（Fly’s eye）将光线均匀分布，然后再通过Arc Slit将光线变成弧形的狭缝光。通过Mask平台和玻璃基板平台同时移动，将Mask上面的图形转移到玻璃基板的光阻膜层上。在曝光完一个Shot以后，将玻璃基板移动一段距离，接着曝光玻璃基板的另一部分。如此重负多次，直到将整个玻璃基板完全曝光为止。

为了保证将Mask上面的图形准确的转移到玻璃基板上面，因此在Mask 平台、Stage平台以及Mask都作有标记（Mark），然后通过套准系统，将Mask和Plate准确对准。从而保证将Mask上面的图形准确的转移到玻璃基板上面。 另外为了精确控制Mask平台和玻璃基板平台的位置，通过激光干涉仪来检测Mask平台和玻璃基板平台的位置信息，然后通过线性马达驱动Mask平台和玻

璃基板平台移动，从而保证Mask平台和玻璃基板平台处于准确的位置。 MPA6000的工艺参数有Slit宽度，高压水银灯的照度，Mask Stage和Plate Stage扫描的速度等。其中Slit 宽度和设备的分辨率有关，分为7mm，9mm，14mm和21mm。各个公司工艺不一样，会选择不同的Slit宽度。高压水银灯的照度和Mask Stage扫描的速度是相关联了，这两个参数决定了曝光机的照度，为了提高产能，一般会选择比较高的照度，因此可以提高Mask Stage扫描的速度，从而提高产量，但是灯的照度提高，会影响到灯的使用寿命，如果灯的使用时间太长，功率过大，灯会爆炸。因此，需要选择适当的照度。 2.3 显影工艺

显影工艺的主要过程是: 正性光阻在经过曝光后从中性变为酸性，显影液是碱性药剂，这样可以通过酸碱中和反应将被曝光的光阻溶解从而形成图像。 显影的流程分为：显影，清洗以及后烘干 2.3.1 显影

显影流程的设备原理主要是通过两个喷嘴来回运动将显影液均匀喷洒到光阻上。玻璃基板从喷嘴下方传送过去的时候，通过喷嘴的横向运动在基板上面喷淋显影液，同时由于玻璃基板在纵向传送，从而在整块玻璃上面喷淋上一层显影液。通过显影一定时间以后，将玻璃基板倾斜15°，同时去离子水（DI Water）喷淋玻璃基板，将玻璃基板上面的显影液清除，使用过的显影液可以通过显影回收系统回收。回收的显影液通过显影控制系统过滤、浓度控制以后可以重新利用。在TFT LCD采用的显影液TMAH的浓度一般为2.38%（有机膜采用0.4%的浓度）。根据不同的设备和不同的工艺条件，不同的公司会选择不同的显影液浓度。上海天马选用的浓度为2.38%的TMAH溶液。

显影温度和显影时间是显影单元需要控制的两个参数。显影温度太低，则不能把玻璃基板上面的电路图形很好的显影出来，如果温度太过，会发生过显影，影响线宽大小和线宽的均匀性。上海天马的显影温度是室温（23℃）。显影时间和显影温度、玻璃尺寸以及线宽大小有关，具体的显影时间需要经过多次试验以后获取。

2.3.2 清洗

这里的清洗流程的设备与Photo工艺第一步清洗中的水洗设备结构类似，也是通过带有一定压力的水流喷洒来清洗玻璃表面，从而除去显影过程中酸碱中和产物。清洗完成后也有风刀来除去玻璃表面大部分的水分。 2.3.3 后烘干

后烘干的烘烤原理和前面两个烘烤原理是一样的，是将玻璃放在一定温度的烘箱内通过高温来除去玻璃表面的水分，并塑造光阻的形貌，然后自然冷却后送入下游机台。

显影工艺的主要性能指标是：

1）显影后线宽。这个可以通过线宽量测设备测量从而得到数据。

2）光阻的表面形貌。通过切片和SEM电镜扫描等手段观察后可以得到相应的数据。

9.4有机膜工艺流程的介绍

 适用于FPD( Flat Panel Display)

1. Gate 绝缘膜层的平坦化

2. a-Si TFT的SiNx Passivation layer 代替 3. 半反半透产品工艺中，漫反射层的制作

 有机绝缘膜的优点

1. 开口率(Aperture Ratio) 增大 光效率及电力使用率提高 确保广视角

2. Active Matrix Plate 平坦化

Cell gap uniformity和 Display contrast增加.

1) Organic 物质特性(Passivation)

. Dielectric constant < 3 . Thermal stability > 300℃ . Volume resistivity(Ωcm) > 1X1018 . Planarization > 90% . Transmittance > 90~95% . Hardness > 3H

. Metal or ITO / polymer adhesion . Low water absorption . Chemical Resistance

3) Process Comparison -. 有机膜 材料比较 & 流电常数(电阻率)

4) Organic 膜适用案例 1.

5) 实际适用 process:

5. 低温 ITO DEPO 9.5光刻胶（PR）及有机膜材料的介绍和评估

一．光刻胶（PR）

光刻胶是一种有机化合物，它受紫外光曝光后，在显影液中的溶解度会发生变化。在TFT-LCD制造中所用光刻胶以液态涂在基板表面，而后被干燥成胶膜。TFT-LCD制造中所用光刻胶的目的：

 将Mask上的图案转移到基板表面顶层的光刻胶中；  在后续工艺中保护下面的材料（例如在刻蚀工艺中）。

1．光刻胶的种类

光学光刻胶的两个主要类别是负性光刻胶和正性光刻胶，这种分类是基于光刻胶材料是如何响应紫外光的。对于负性光刻胶，紫外光曝光区域交联硬化,这使曝光的光刻胶难溶于显影液中，光刻胶没有在显影液中除去，一种负相的Mask图形形成在光刻胶上。对于正性光刻胶，其曝光区域变得更易溶解，一种负相的Mask图形形成在光刻胶上。在曝光过程中正性光刻胶反应生成-COOH，在随后的显影工艺中与碱性显影液反应并溶解。

2. 光刻胶在TFT-LCD中的应用如下图所示：

3. DNQ/酚醛树脂型光刻胶的成分

DNQ/酚醛树脂型光刻胶的成分包括：感光剂PAC、酚醛树脂、溶剂和添加剂。  酚醛树脂的构造：

 感光剂PAC的构造：

 Photo Resist Solvents

 添加剂的作用：

4．光刻胶的光反应机理： -曝光部分的反应

-未曝光部分的反应

5. 光刻胶的评价指标 No Item Specification Unit 1 2 3 4 5 Solvent（ PGMEA） Viscosity Total solid content UV absorbance rate Water content Standard±1.0 Standard±0.15 Standard±0.3 Standard±0.1 0.5 Max Na 100 Max K 50 Max Ca 50 Max wt% mPa.s wt% ----- wt% ppb ppb ppb ppb ppb ppb ppb ppb % pcs/ml % A, 0.1nm ----- 6 Amount of impurity metal Mg 50 Max Fe 100 Max Cu 50 Max Mn 50 Max Al 100 Max 7 8 9 10 11 Sensitivity (Eth) Particle (>0.3μm) Residual film rate PR film uniformity PR film surface striation Standard±5 <50 >90.0 15000±3% Without 二．有机膜（Organic Insulator）材料 1．有机膜材料的成分

有机膜材料的成分包括：亚克力树脂、NQD、偶合剂和溶剂. 2. 有机膜材料的应用

3. TFT-LCD高开口率工艺

4. 有机膜材料反应机理

5．有机膜材料的评价指标 No 1 2 3 4 Appearance material, dust or gel. Viscosity Total solid content Water content Standard±1.00 Standard±1.0 0.5 Max Na 200 Max K 100 Max Ca 200 Max 6 Amount of impurity metal Fe 200 Max Cu 200 Max Mn 200 Max 7 8 9 10 11 Sensitivity (Eth) Particle (>0.3μm) PR film uniformity Transparency Residual fillm rate Standard±3 ≤50 40000±4% >90 >90 ppb ppb ppb % pcs/ml A, 0.1nm % % Mg 200 Max ppb mPa.s wt% wt% ppb ppb ppb Item Specification Clear liquid without floating --- Unit

9.6其它工艺材料的性能介绍和评估

一．显影液（Developer）材料特性及评估 1.1显影液的作用

在TFT 上使用的光刻胶都是正性光刻胶，与正性光刻胶对应的显影液（Developer）是正性显影液。正性显影液的作用是通过显影液和光刻胶之间的化学反应，从而溶解已曝光的光刻胶，而未曝光的光刻胶无法溶解，也不能吸收显影液，从而在玻璃基板上形成图形。显影液溶解光刻胶的速度被称作溶解率（或溶解速度）。高的溶解率有助于生产率的提高，但太高的溶解率会影响光刻胶的特性。显影液也应具有选择性，高的显影选择比意味着显影液与曝光的光刻胶反应快。而与未曝光的光刻胶反应慢。高密度的图形需要高选择比的显影液。

显影液和正性光刻胶的化学反应与溶解负性光刻胶的溶剂有很大的不同，正性显影液是一种用水稀释的强碱溶液，早期的正性显影液是氢氧化钠或氢氧化钾与水的混合物，但这两种显影液都包含有可动离子污染（MIC），这两种显影液在早期的液晶行业中大量使用。但是，对于对污染很敏感的TFT LCD电路，可动离子污染是不能接受的。可动离子污染主要指Na+和Ka+对器件的污染，可动离子的大量存在会造成膜层间不必要的短路，而且会对后面成膜工艺中膜层的附着性造成影响。因此、在现在的TFT 光刻工艺中，氢氧化钠和氢氧化钾现已经被四甲基氢氧化铵（TMAH）的水溶液所取代，TMAH显影液的金属离子浓度非常低，特别是Na+离子，这就避免了表面MIC的引入。同时，这种显影液还有一个的优点是清洗仅需要去离子（DI）水。现在，TMAH已经在TFT光刻工艺中广泛使用。

1.2TMAH的性能及制作

TMAH（Tetramethy1 ammoniuw hydroxide）全称为四甲基氢氧化铵，分子式为 （CH3）4NOH，为无色结晶（常含3，5等结晶水），极易吸潮，在空气中能迅速吸收二氧化碳，130 ℃时分解为甲醇和三甲胺。TFT光刻工艺中通常使用的是2.38％的TMAH的水溶液，无色无味。

TMAH具有如下优点：⑴ 具有与KOH接近的腐蚀速度和选择比，腐蚀表面效果好；（2）不腐蚀SiO2和SiNX ，不会对膜层造成腐蚀；（3）极低的Na+和

Ka+含量，因此不会引入MIC污染；（4）无毒无污染，操作使用方便。

TMAH显影液需要严格控制显影液的pH值，pH的变化会影响显影的效果;显影液温度和去离子水清洗温度也要严格得控制,温度升高，显影速度加快。

TFT使用的TMAH是电子级，对纯净度要求很高。目前，TFT用的TMAH都是采用购买工业级的TMAH，然后通过过滤、提纯的方式把TMAH的纯净度提高。达到TFT使用的要求。 1.3TMAH的评估

对TMAH的评估主要分为三个部分：产品浓度、离子浓度和微粒子（Particle）。其中离子浓度包括有CO3-2、Cl-1和金属离子。CO3-2和Cl-1浓度高会影响TMAH的酸碱度，所以CO3-2和Cl-1浓度越低越好；而金属离子在显影时发生累积会导致线路短路，所以金属离子的浓度越低越好。金属离子包括有Ag、Al、K、Na、Ca、Fe、Cu等，金属离子的含量要求少于10ppb，而微粒子会带来污染，所以越少越好，要求少于100粒每毫升。 1.4TMAH的使用

TMAH对人体有极大的伤害，TMAH蒸汽会造成眼睛、鼻子的刺激感，吸入、食用会造成严重伤害，严重者会导致死亡。因此要妥善使用保存。使用时避免发生接触，在阴凉处保存。

二.Thinner材料特性及评估 2.1Thinner的作用

Thinner用于半导造行业和平板显示制造业，用于清除光刻胶。但是Thinner 和脱膜液（Striper）不一样。脱膜液是在刻蚀以后将基板表面的光刻胶清除。Thinner是在涂光刻胶时用来清除光刻胶。在早期Spin Coater（Spin Coater）光刻胶工序中，Thinner用于清除基板边缘的光刻胶。随着技术的发展，边缘清洗在狭缝涂布（Slit Coater）光刻胶工艺中已经不再需要。但是在狭缝涂布（Slit Coater）光刻胶时，会有部分光刻胶残留在涂布嘴（Nozzle）上，残留在涂布嘴上的光刻胶，随着光刻胶中溶剂的蒸发会逐渐变硬，影响光刻胶涂布的均匀性,并导致Mura。所以，需要用Thinner将这些残留在喷嘴上的光刻胶清除掉。Thinner的作用，要求Thinner具有低黏度和高挥发性的特点。

2.2Thinner的组成及制作

目前，在TFT LCD中，Thinner主要由PGME（丙二醇单甲醚）、PGMEA（丙二醇单甲醚乙酸酯）以7：3 的比例组成。PGME的分子式是CH3OCH2CHOHCH3,PGMEA的分子式是CH3CO2CH(CH3)CH2OCH3。Thinner的制作方法是将PGME和PGMEA混合搅拌，然后过滤，提高Thinner的纯净，达到TFT使用的要求。Thinner的制作流程如下图所示。 2.3Thinner的评估

各家供应商所提供的Thinner在产品组成和性能上没有大的差异，因此Thinner的评估主要是评估产品价格、公司能力、Thinner产能、产品品质、市场业绩和服务等六大方面。 2.4Thinner的使用和保存

Thinner用于清洗狭缝涂布（Slit Coater）涂布嘴(Nozzle)，和人体没有直接的接触。但是Thinner对人体有一定的伤害，因此，使用者在使用时必须十分的小心。避免吸入、食用Thinner，避免发生皮肤接触。如果皮肤、眼睛接触到Thinner，必须立刻用大量的洁净水清洗，然后送去医院检查。如果吸入或使用，会对人体十分危险。同时Thinner是易燃液体，使用局域必须通风良好，避光密封保存，远离氧化性物质和火源，保存温度在-10℃～30℃之间。