光刻工艺培训2013

光刻工艺原理（

LCD基础知识

下图是一个反射式TN型液晶显示器的结构图

前部偏光片—玻璃—底板电极—周边密封垫—传导线路—分段电极—玻璃—终端引线—后部偏光片

从图中可以看出,液晶显示器是一个由上下两片导电玻璃制成的液晶盒，盒内充有液晶，四周用密封材料-胶框（一般为环氧树脂）密封，盒的两个外侧贴有偏光片。

液晶盒中上下玻璃片之间的间隔，即通常所说的盒厚，一般为几个微米（人的准确性直径为几十微米）。上下玻璃片内侧，对应显示图形部分，镀有透明的氧化甸-氧化锡（简称ITO）导电薄膜，即显示电极。电极的作用主要是使外部电信号通过其加到液晶上去。

液晶盒中玻璃片内侧的整个显示区覆盖着一层定向层。定向层的作用是使液晶分子按特定的方向排列，这个定向层通常是一薄层高分子有机物，并经摩擦处理；在TN型液晶显示器中充有正性向列型液昌。液晶分子的定向就是使长棒型的液晶分子平行于玻璃表面沿一个固定方向排列，分子长轴的方向沿着定向处理的方向。上下玻璃表面的定向方向是相互垂直的，这样，在垂直于玻璃片表面的方向，盒内液晶分子的取向逐渐扭曲，从上玻璃片到下玻璃片扭曲了90°，这就是扭曲向列型液晶显示器名称的由来。LCD基础知识LCD基础知识

正性LCD呈现白底黑字，在反射和透反射型LCD中显示最佳；负性LCD呈现黑底白字，一般用于透射型LCD，加上背光源，字体清晰，易于阅读。

正显模式（白底黑字）负显模式（黑底白字）5

光刻的定义

光刻是一种图形复印和化学腐蚀相结合的精密表面加工技术。用照相复印的方法将掩模版上的图案转移到ITO玻璃表面的光刻胶上，以实现后续的有选择刻蚀最终形成与掩膜版上图形完全一致的ITO图形

光刻的目的：光刻的目的就是在ITO玻璃上面刻蚀出与掩膜版完全对应的几何图形。。61.是一种图形转移过程。

掩膜板上形成图形

光刻把图形转移到光刻胶上，

刻蚀在ITO玻璃上形成电路图形。2两次图形转移：

图形转移到光刻胶层光刻胶层到ITO玻璃。光刻主要材料1.ITO玻璃透光率、方块电阻、热稳定性、化学稳定性、表面状态、平整度2.光刻胶感光度、分辨率、抗蚀性、粘附能力、稳定性、粘度和表面张力3.曝光版表面状态（脏、划伤、折痕）、图形完整一致性8ITO玻璃的基本结构:基板sio2

ITOITO玻璃的基本结构9基板:常用的基板厚度有1.1mm;0.7mm;0.55mm;0.5mm,0.4mm

基板的主要生产厂家有：板硝子、旭硝子根据材料的不同,通常分为钠钙玻璃和硼硅玻璃两种;LCD行业中较常用的为钠钙型玻璃.

优点缺点钠钙型玻璃成本低含有钠、钾等离子,易产生渗透,影响产品性能硼硅型玻璃玻璃硬度高,透过率好成本较高钠钙型玻璃基本成份:成份Al2O3CaOFe2O3MgONa2O+K2OSO2SiO2含量0.5-1.97-120-0.21.0-4.513-150-0.370-73ITO玻璃的基本结构10ITO玻璃的评价参数透过率：在波长为550nm的光波照射下，具有SI02阻档层玻璃的透过率不小于80%，其主要取决于玻璃材料、ITO厚度和折射率。透过率定义：透过玻璃的光通量T2与入射光通量T1之比的百分率Tt=T2/T1X100%。11方块电阻:如图d为膜厚，I为电流，L1为膜厚在电流方向上的长度，L2为膜层在垂直电流方向的长度，ρ为导电膜的体电阻率。ρ和d可以认为是不变的定值，当L1=L2时，为正方形的膜层，无论方块大小如何，其电阻率为定值ρ/d，这就是方块电阻的定义，即R□=ρ/dL2L1dIR=ρ×L1/(d×L2)ITO玻璃的评价参数12平整度:平整度可用h/1表示，意思为在长度为L的范围内，表面最高点与最低点的差值为h。

Lh玻璃微观表面ITO玻璃基板平整度参数包括：1、玻璃表面粗糙度；2、基板表面波纹度；3、基板翘曲度；4、基板垂直度；5、ITO膜表面粗糙度；6、ITO玻璃基板、膜厚均匀度。ITO玻璃的评价参数13化学稳定性:ITO镀膜层的耐化学性能应符合表2中技术要求。a)耐碱性镀层在温度为60±2℃,浓度为10%的氢氧化钠(分析纯)溶液中浸泡5分钟,ITO膜的方电阻与浸泡前的方电阻相比不得超过110%。b)耐酸性在25±2℃,6%盐酸(分析纯)溶液中浸泡2分钟,ITO膜的方电阻与浸泡前的方电阻相比不得超过110%。c)耐溶剂性能将镀膜玻璃放入丙酮(分析纯)、无水乙醇(分析纯)中浸泡5分钟后，ITO膜的方电阻与浸泡前的方电阻相比不得超过110%。ITO玻璃的评价参数14热稳定性:在空气中经30分钟300±5℃（触摸屏用ITO玻璃是在200±5℃）高温后，ITO膜的方阻的变化率小于300%表面状态:表面状态会影响涂胶状态，造成涂胶针孔，脱膜，为了获得较好的表面状态。用于COG产品的低阻值玻璃厂家一般采用垫塑料圈的包装方式。ITO玻璃的评价参数15（1）Si02层的作用:主要是防止钠钙型基板中的金属离子扩散渗透到ITO层中,影响ITO层的导电能力.（2）SiO2层的膜厚:标准膜厚一般为20-30nm二、ITO玻璃的基本结构Si02层：16ITO(IndiumTinOxid)层:为氧化铟锡的透明导电层,其中I表示In2O3，T表示SnO2,一般Sn（即Tin)的含量约为10%。随着ITO层厚度的增加,ITO层的方块电阻逐渐减小.二、ITO玻璃的基本结构17三、ITO玻璃的分类根据基板玻璃表面状态的不同，通常分为以下三种类型：类型说明TN未抛光型直接在玻璃的浮法面进行镀膜HTN简单抛光型/TN精选玻璃将玻璃的浮法面进行简单的抛光后,在抛光面进行镀膜STN超抛光型将玻璃的浮法面进行精细的抛光后,在抛光面进行镀膜ITO玻璃使用常见问题ITO玻璃异常LCD的影响基板中的钠离子发生渗透字肥基板的波纹度较差排骨彩虹面电阻不均蚀刻易发生断短路玻璃表面较脏内污,短断路ITO测射不均上下短路翘曲度差LCD生产中定位不准表面伤痕、异物、气泡LCD显示效果异常磨边倒角粗糙制程中易破损常见ITO玻璃异常对LCD产品的影响:未感光的光刻胶溶于显影溶液，称为负性光刻胶感光的光刻胶溶于显影溶液的称为正性光刻胶

正胶在紫外线照射后,曝光区的邻重氮茶酿化合物发生光解反应重排生成茚羧酸,使胶膜加速溶于稀碱水溶液,未曝光区由于没有发生变化,而没有加速作用,从而在曝光区和未曝光区产生了-个溶解速率差,经稀碱水溶液显影后产生正性图像光刻胶光刻胶由三部分组成：1，树脂（聚合物材料）,2，感光剂；3，溶剂。正性光刻胶正性光刻胶受光或紫外线照射后感光的部分发生光分解反应，可溶于显影液，未感光的部分显影后仍然留在玻璃的表面正胶：曝光前不可溶，曝光后可溶光刻胶对大部分可见光敏感，对黄光不敏感。因此光刻通常在黄光室（YellowRoom））内进行光刻胶的成分添加剂:控制光刻胶材料特殊方面的化学物质溶剂:使光刻胶具有流动性感光剂:光刻胶材料的光敏成分树脂:作为粘合剂的聚合物的混合物,给予光刻胶机械和化学性质邻重氮萘醌化合物线性酚醛树脂22光刻胶中的感光剂是光刻胶材料中的光敏成分。即对光能发生化学反应。如果聚合物中不添加感光剂，那么它对光的敏感性差，而且光谱范围较宽，添加特定的感光剂后，可以增加感光灵敏度，而且限制反应光的光谱范围，或者把反应光限制在某一波长的光。光刻胶中容量最大的成分是溶剂。添加溶剂的目的是光刻胶处于液态，以便使光刻胶能够通过旋转的方法涂在玻璃表面。绝大多数的溶剂在曝光前挥发，对于光刻胶的光化学性质几乎没有影响。添加剂（Additive），用以改变光刻胶的某些特性，如改善光刻胶发生反射而添加染色剂等。

树脂是一种惰性的聚合物，包括碳、氢、氧的有机高分子。用于把光刻胶中的不同材料聚在一起的粘合剂。给与光刻胶的机械与化学性质（如粘附性、胶膜厚度、热稳定性等）光刻胶的物理特性1、分辨率:是区别表面上两个或更多的邻近特征图形的能力.一种解释分辨率的实际方法是通过玻璃上形成符合质量规范要求的最小特征图形.形成的关键尺寸越小,光刻胶的分辨能力和光刻系统就越好.2、对比度:是光刻胶上从曝光区到非曝光区过渡的陡度。对比度代表着只适于在掩膜板透光区规定范围内曝光的光刻胶的能力。高对比度产生的垂直的光刻胶侧墙是理想的。3、感光度：是硅片表面光刻胶中产生一个良好图形所需的一定波长光的最小能量值,提供给光刻胶的光能量值通常称为曝光量。单位：毫焦/平方厘米或mJ/cm2。4、粘度:指的是对于液体光刻胶来说其流动特性的定量指标.粘滞性随着光刻胶中的溶剂的减少而增加；高的粘滞性会产生厚的光刻胶；越小的粘滞性，就有越均匀的光刻胶厚度。光刻胶的比重是衡量光刻胶的密度的指标。它与光刻胶中的固体含量有关。较大的比重意味着光刻胶中含有更多的固体，粘滞性更高、流动性更差。粘度的单位：泊（poise），光刻胶一般用厘泊（cps，厘泊为1%泊）来度量。百分泊即厘泊为绝对粘滞率；运动粘滞率定义为：运动粘滞率=绝对粘滞率/比重。单位：百分斯托克斯（cs）＝cps/SG。5、粘附性:光刻胶的粘附性描述了光刻胶粘着于衬底的强度。光刻胶粘附性的不足会导致脱胶.光刻胶的粘附性必须经受住曝光,显影和刻蚀工艺。6、抗蚀性:光刻胶胶膜必须保持它的粘附性,并在后续的湿刻和干刻中保护衬底表面,这种性质就被称为抗蚀性.7、表面张力:指的是液体中将表面分子拉向液体主体内的分子间吸引力.光刻胶具有产生相对大的表面张力的分子间力,所以在不同的工艺步骤中光刻胶分子会聚在一起.同时光刻胶的表面张力必须足够小,从而在应用时能提供良好的流动性和硅的覆盖.

小分子力引起小大分子力引起大的表面张力的表面张力光刻版的种类菲林版硌版菲林版成本低，制作容易，分辨率低，耐磨性不好，易划伤变形，容易出现显示缺陷，光刻精度不好，与丝网配套性差。硌版坚固耐磨，寿命长，分辨率高，可以做0.18微米的光刻版，对比度高，金属的稳定性好，成本高。

掩膜版质量要求

图形符合设计要求，尺寸准确，不发生变形。一套母版的各个分版之间应一一套准。版黑白反差大，一般应在2.5以上。反差也叫光密度差，光密度用D表示，它是阻挡光通过的能力：D=Lg(I入/I透)图形边缘光滑陡直，无毛刺，过渡小。版面光洁，针孔、小岛，以及划痕少。光学曝光a,接触式b,接近式c,投影式三种方法的比较接触曝光：光的衍射效应较小，因而分辨率高；但易损坏掩模图形，同时由于尘埃和基片表面不平等，常常存在不同程度的曝光缝隙而影响成品率。接近式曝光：延长了掩模版的使用寿命，但光的衍射效应更为严重，因而分辨率只能达到2—4um左右。投影式曝光：掩模不受损伤，不存在景深问题提高了对准精度，也减弱了灰尘微粒的影响，已成为LSI和VLSI中加工小于3um线条的主要方法。缺点是投影系统光路复杂，对物镜成像能力要求高。光刻工艺及其流程装篮前清洗涂覆前烘曝光显影坚膜刻蚀剥离图检装篮按照指令要求将检验合格的玻璃正确装篮、上线。ITO表面电阻值要求

规格（ITO表面电阻值）（Ω/□）ITO面电阻范围（Ω/□）STN159～13STN2013～20STN3020～28STN6035～60TN18060～80HTN40～6040～60外观质量标准检验项目标准玻璃表面划伤宽：＞0.1mm不允许宽：≤0.1mm多条总累计长度≤20mm，单条长度≤5mmITO膜面划伤不允许粘附物不允许有不溶于水或碱性清洗液的粘附物（油污、水渍）裂痕不允许玻璃突起不允许崩边abc＜2.01.5(1/2d)（d为玻璃厚度）

操作要求1

ITO玻璃连同包装应存放在干燥、阴凉、清洁的环境中，温度28度以下，湿度不大于70%RH为宜2拿取玻璃时应使用无尘手套，应用双手“夹持”玻璃的两边，严禁裸手接触玻璃表面；3拿取玻璃时应使用无尘手套，应用双手“夹持”玻璃的两边，严禁裸手接触玻璃表面；4拿取玻璃时应使用无尘手套，应用双手“夹持”玻璃的两边，严禁裸手接触玻璃表面；前清洗玻璃经过碱清洗、超声清洗，兆声清洗、纯水喷淋清洗，然后经过风刀吹干，IR、UV照射清洗的超声波应用原理是由超声波发生器发出的高频振荡信号，通过换能器转换成高频机械振荡而传播到介质，清洗溶剂中超声波在清洗液中疏密相间的向前辐射，使液体流动而产生数以万计的微小气泡，存在于液体中的微小气泡（空化核）在声场的作用下振动，当声压达到一定值时，气泡迅速增长，然后突然闭合，在气泡闭合时产生冲击波，在其周围产生上千个大气压力，破坏不溶性污物而使它们分散于清洗液中，当团体粒子被油污裹着而粘附在清洗件表面时，油被乳化，固体粒子即脱离，从而达到清洗件表面净化的目的。红外线能穿透到原子、分子的间隙，会使原子、分子的振动加快、间距拉大，即增加热运动能量，从宏观上看，物质在融化、在沸腾、在汽化、这就是红外线的热效应。由短波长紫外线及其产生的臭氧对其产品的表面进行超精密清洗或改善其表面的接着性、附着性的干式光表面处理技术兆声波清洗不仅保存了超声波清洗的优点，而且克服了它的不足。兆声波清洗的机理是由高频(850kHz)振效应并结合化学清洗剂的化学反应对硅片进行清洗的。在清洗时，由换能器发出波长为1μm频率为0.8兆赫的高能声波。溶液分子在这种声波的推动下作加速运动，最大瞬时速度可达到30cm/s。高速的流体波连续冲击晶片表面,使硅片表面附着的污染物的细小微粒被强制除去并进入到清洗液中。兆声波清洗抛光片可去掉晶片表面上小于0.2μm的粒子,起到超声波起不到的作用。这种方法能同时起到机械擦片和化学清洗两种方法的作用。涂覆通过涂胶辊把光刻胶涂覆在玻璃表面。滴液量、压入量、间隙必须严格遵守工艺条件，以达到胶膜均匀、厚度适当、无裂纹、气泡。关键控制参数胶粘度、压入量、间隙，前清洗工艺、红外紫外效果、玻璃表面状态（脏、突起）前烘前烘的目标:除去光刻胶中的溶剂。前烘的作用:1.提高了粘附性;2.提升了玻璃上光刻胶的均匀性,在刻蚀中得到了更好的线宽控制;

典型的前烘条件:先在热板上90度到100度烘30秒,结下来是在冷板上降温的步骤,以得到光刻胶一致特性的玻璃温度控制。如果光刻胶胶膜在涂胶后没软烘将出现的问题

1.光刻胶膜发黏并易受颗粒沾污：2.光刻胶膜的内在应力将导致粘附性问题;3.由于溶剂含量过高导致在显影时由于溶解差异,而很难区分曝光和未曝光的光刻胶;4.光刻胶散发的气体(由于曝光时的热量)可能沾污光学系统的透镜;曝光在涂好光刻胶的玻璃表面覆盖掩摸版，用汞灯产生的紫外光进行选择性照射，使受照部分的光刻胶发生光化学反应，改变了这部分胶膜在显影液中的溶解度，显影后光刻胶膜就显现出与掩摸版相对应的图形。质量指标:线宽分辨率套准精度颗粒和缺陷影响曝光分辨率的主要因素光刻掩膜版与光刻胶膜的接触情况曝光光线的平行度光的衍射及反射效应光刻胶膜的质量和光刻胶膜的厚度曝光时间的确定掩膜版的分辨率和质量显影：用化学显影液溶解由曝光造成的光刻胶的可溶解区域就是光刻胶显影，其主要目的是把掩膜版图形准确复制到光刻胶中。显影的三个主要类型的问题：显影不足：显影不足的线条比正常线条要宽并且在侧面有斜坡；不完全显影：不完全显影在玻璃上留下应该在显影过程去掉的剩余光刻胶；和过显影：过显影除去了太多的光刻胶，引起图形变窄和拙劣的外形。XXXÖ显影不足不完全显影正确显影过显影光刻胶衬底显影正胶显影曝光的光刻胶溶解在显影液中.未曝光的正胶交联光刻胶光刻胶显影参数显影温度:显影液最适宜的温度是25℃，其温度确定后，误差必须控制在±2℃以内。显影时间显影液量搬运速度当量浓度（N）：是一个浓度单位，以一升溶解物中溶质的含量为多少克表示。当量浓度代表了其准确的化学组成，决定显影液碱性的强弱。清洗：用于停止显影工艺，从玻璃表面上除去剩余的显影液。风刀：风刀的均匀性严重影响玻璃表面的带水量。不均匀的风量会使玻璃表面残留水渍，经过热风时使未显影的光刻胶发生变化，刻蚀后造成ITO残留或缺失。显影效果对比差的显影效果斜坡墙膨胀差的对比度光刻胶膜好的显影效果陡直墙无膨胀好的对比度光刻胶膜显影后的镜检

光刻胶钻蚀图形尺寸变化套刻对准不良光刻胶膜损伤线条是否齐、陡针孔、小岛钻蚀针孔、小岛、划伤坚膜显影后的热烘叫做坚膜，目的是蒸发掉剩余的溶剂使光刻胶变硬，提高光刻胶对玻璃表面的粘附性.这一步是稳固光刻胶,对下面的刻蚀过程非常关键。坚膜通常在热板上或生产线的炉子中进行。充分加热后，光刻胶变软并发生流动。较高的坚膜温度会引起光刻胶轻微流动，从而造成光刻图形变形。正胶的坚膜烘焙温度约为110度到120度,坚膜的温度不能过高否则光刻胶就会流动从而破坏图形。

刻蚀刻蚀是用一定比例的酸液把玻璃上未受光刻胶保护的ITO膜腐蚀掉，而将有光刻胶保护的ITO膜保存下来。然后基板经过纯水漂洗，最后经过温风烘干。刻蚀的目的：在涂胶的玻璃上正确地复制掩膜图形。有图形的光刻胶层在刻蚀中不受到腐蚀源显著的侵蚀，这层掩蔽膜用来在刻蚀中保护玻璃上的特殊区域而选择性地刻蚀掉未被光刻胶保护的区域。要求刻蚀后的产品线条边缘陡直、尺寸符合设计要求、无过刻蚀、无底膜关键参数控制：刻蚀浓度、方式、速度、喷射压、温度剥离把刻蚀后玻璃