光刻技术的现状与课题

光刻技术的现状与课题前言我们生活、工作中不可缺少的计算机（PC）的CPU及周边设计的性能正在日新月异的进步。先不谈性能方面的发展，对于性价比也有极大的要求。以PC为中心作为支持的多媒体的重要显示设计的TFT-LCD在显示画质消耗电能占用面积等方面比一贯的CRT占有优势，但价格方面却是同一显示尺寸的3倍到5倍。但是在1996年〜1997年各国开始投资称作三代线（550X650）mm级别的设备开始生产，供给量大增，1997年秋季以来破坏了a-SiTFT市场的供需平衡，价格大幅下降。由于供给量过剩，各面板厂家不得不调整生产。特别是笔记本PC用TFT-LCD价格大幅下降。当时价格12.1型只不过300美元/块。这个结果在TFT笔记本PC实际卖出了约25~30万日元的产品。还有监视器产品也大约在每英寸约一万日元以下，也进入了2倍的价格范围内，期待今后能进一步扩大需求。这种情况对于消费者是一个好消息，而对于制造厂家则必须追求大幅削减成本，提高生产效率一贯都是重要的课题。这种背景下，面对质量要求提升、低成本花的技术发展，提出并实际应用了可以使用的新结构、材料的产品。这里叙述以a-SiTFT为核心也包括最近才量产化的低温p-SiTFT的光刻技术现状与课题及技术方向。光刻制造装置的课题与今后方向TFT用的制造装置（300X400）mm级的第一期线、（370X470）mm级的第二代线、（550X650）mm级的第三代线，现在是一边改良一边进行大型化。各种装置也包括现在叫做3.5代的（600X720）mm〜（650X830）mm级别的基板尺寸。今后开发出对于边为1m的基板基别的装置，但从（1）由于基板自重，接近了向来的支撑基板端面的水平搬送法的极限；（2）由于装置的占用面积下降了已经扩大的C/R的面积的利用率点考虑，探讨使用垂直或者倾斜的搬送的运送方法。作为光刻装置的共同课题从以下四个大方面进行讨论。静电的对策关于静电从1代线就是课题，有TFT元件被破坏、特性发生偏移等的危害。装置的各个的对策及各种改善结果在该公司管理在±50V以下（三菱）。但是这决不是容易解决的问题，在开发新结构及方式时希望采用过去的技巧而且在世纪充分验证的装置。灰尘的对策随着基板的大型化，基板的自身重量也不可忽视。例如边长为1m的1.1mm厚基板一枚就约重300g。当然在搬送基必须旋转运转的装置的驱动功率是必须的。对于也必须考虑产尘的问题。灰尘问题首先第一设计时不产生异物的构造，第二（由于完全不产尘很困难）遮断尘源到基板的路径，第3对于从外部带入的异物，采用净化、易于维护的结构是重要的。有机污染物的对策在光刻装置中使用光刻胶、清洗溶剂、密着强化剂等化学药品。这些药品挥发成分、升华物等从预烘部等泄漏出到净化间内，成为引发TFT基板表面有基污

染的一个原因，发生膜脱落等不良。还有装置本身也受到有机物污染的危害。普光装置由于有机物及其分解物与紫外线的光化学反应导致了光学零件的阴影，带来了照度下降、不均匀化。只谈用光学系统部分的氮气清洗阻止了CR中的气氛时不完全的。在光刻设备中追求不污染外部，同时不被污染的双赢的对策。提高基板搬送的可靠性预测到大型化的基板搬送是非常困难的，就不用说基板的破裂、划伤等问题。在TFT时显示设计的标准上基板背面划伤等时成品率低下的重要原因。接着谈一下各种设备。涂胶设备作为涂胶设备所追求的课题第一是减少材料的使用量。不用说光刻胶，同时要求减少清洗溶剂的使用量，材料的费用。关于涂胶现在有几家公司采用狭缝滴下、旋转涂胶等方式，并且已经产业化了，比原先的中央滴下方式减少了1/2到1/3的使用量。减少这些材料的使用量、材料的再利用是今后的课题。第二提高膜厚、预烘温度的均匀性。光刻工程的光刻胶膜厚均匀性对曝光装置的掩膜精度、曝光照度均匀性、显影设备的显影均匀性等有很大关系，在基板上涂布、预烘光刻胶的涂胶设备的涂胶膜厚、预烘温度的均匀性也有很大影响。关于这些均匀性也要求达到现在及以上的水平。第三是有机污染的问题。在共同项目中已经叙述过了。特别是在涂胶设备中光刻胶溶剂、光刻胶成分的升华物、HMDS等密着强化剂、洗剂用溶媒等。对于CR为污染源时多。一直期望找到彻底解决的对策。曝光设备曝光设备由于其曝光方式、性能、掩膜版尺寸等左右着玻璃基板内可以放置的显示尺寸及其个数和处理能力。不仅工艺方面在生产效率即使在生产效率方面也有重要作用。曝光设备大的分有正射方式与投影方式，在TFT生产上在制造成品率上解像的性能上投射方式主要是用镜头投射曝光设备(分布曝光)，反射镜投影曝光装置(图1)。以下叙述各自的课题与技术方向。自动聚焦激光干涉计(a)分步方式圆弧状狭缝凸面镜口形镜分步基板圆弧状狭缝照明扫描XY载台(B)自动聚焦激光干涉计(a)分步方式圆弧状狭缝凸面镜口形镜分步基板圆弧状狭缝照明扫描XY载台(B)投影方式图1曝光装置概略图1)分布曝光方式

是把大型面板图型分割成几枚十字线版（掩膜版）配置，曝光时一边移动基板载台，合成被分割的画面进行曝光的方式。作为分步曝光的问题点，能举例如向来在画面连接部的曝光短路的边界线视觉误差，所以必须管理边界重合错位量的差值在某个数值以下。但是最近发表了在以在边缘具有浓度梯度的遮蔽物与遮蔽物本身曝光时的挡板开闭有周期性移动的动作，设计出过重合区域，能光滑的连接曝光边界的新方式的遮掩结构。由采用该结构可以期望减少关于在曝光工艺方面的连接画面的设备管理项目。掩膜版遮 I"掩版、扫光学浓扫度楔型竹図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、扫光学浓扫度楔型竹図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丫儿夕逐次拍照的曝光［通常露光］曝光拍照区域滤光片量曝光拍照緋方-f>Ki:J: >合成原理加扫描盲版 光学浓度梯度新方式遮掩版（斜视图）的边缘新方式遮掩版（正视图）(b新方式遮掩版（斜视图）的边缘新方式遮掩版（正视图）(b)根据新方式遮掩版的图形合成原理图（a）新方式遮掩版概略图图2分步曝光的新方式的遮掩版的结构图其它作为课题的举例说提高处理能力的问题。对于这个作为减少曝光次数的对策是把一贯采用的投影倍率为1：1，在最新装置采用放大投影的1：1.25倍率。还有在装置结构上重叠问题的改善起到了缩短节拍的作用。但是今后监视器用面板大型化及基板大型化会变得更快，曝光次数有增加的趋势。在于涂胶显影设备一体化，必须配合其他单元节拍，追求更高的处理能力。（2）投影方式在反射镜光学系统在圆弧状基板上投影大型掩膜版图型，同时扫描掩膜板与基板的曝光方式。向来掩膜版载台与基板载台式一体结构的。但是最新装置在个别的结构使用激光干涉计采用周期扫描。反射镜投影装置的课题第1是提高曝光的照度。由于扫描曝光方式提高照度关系到扫描速度扫描次数的提高及处理能力的提高。还有这种方式的情况为了提高分步分辨率有必要缩小圆弧宽度，但式扫描速度变慢处理能力就下降。这种情况也成为改善的对策。现在的扫描宽度最大约是20型,显示器相当于330mm（包括10“m的分辨率区域）。由于宽度的扩大,就可以制作的显示器尺寸更加大型化，但是现状是减少扫描次数提高处理能力方面的趋势大。显影设备追求显影装置的课题第一就是提高显影的均匀性。还有假设到基板大型化时由于显影液中树脂浓度的不均匀加大了涂型尺寸的变化。对于这位须有解决的对策。第二是显影及纯水喷淋后的水雾解决办法。附有水渍的基板经过后烘成为与光刻胶一样的刻蚀掩膜版，造成了图型的不良，因此必须改善。第三是减少显影业与纯水的使用量。随着基板大型化产生了药液量的增加。不许载设备结构上下功夫，显影液的再生、纯水的在利用等，减少成本。使用新结构、新材料的光刻工艺为了达到生产效率、显示品质的提高，向着低耗电、高亮度、宽视角、低成本化的方向发展。对于这些课题，例如减少背光源的消耗电力等的直接对策同时，也进行了以光刻技术提高透过光的利用效率等从其它侧面的讨论。以下是使用新结构、新材料技术关于光刻工艺的例子。1.像素平坦化结构的TFT为了提高像素部分的开口率、提高光的利用率、减少背光源等的消耗电力，做成高亮度的显示器发表了在平坦化的TFT元件表面最上层设计显示电极的ITO结构。TFT表面平坦化，减少摩擦时的取向不良区域，以减少彩膜（CF）与黑矩阵（BM）的重合边界的设计值的尺寸，来提高开口率。这种平坦化材料有有机洗、无机系及感光性、非感光性类型。各种材料的特征各有优缺点，干光型树脂的特征有（1）可以用曝光、显影形成图形，不需要刻蚀工序，能减少工艺成本；（2）提高平坦化的效果可以涂厚膜；（3）几乎在i（365nm）线、h（405nm）线有曝光感度，还有由于显影液可以使用TMAH，可以使用现有的涂胶、曝光、显影设备。表一主要的平坦化膜材料的特性比较主感波长透过率（1MHz）与光刻工艺设备的共通性厚膜化透明性耐热性A公司感光性有机树脂(g).h.i~3.3OO△△B公司感光性有机树脂(g).h.i~3.0OO△△C公司感光性有机树脂i~2.7XOOOD公司非感光性无机树脂~4.5X△◎◎问题点有（1）耐热温度比无机系材料温度低，产生了限制ITO的成膜工艺。（2）与正性光刻胶相比需要几倍的曝光时间，（3）发生若干个颜色位移，（4）材料成本高等。特别关于（4）使用新材料，即使提高了附加值那也必须抑制随之发生的材料费机设备投资等成本的增加在最低限度。在阵列基板侧制作彩膜一般的TFT-LCD都由制作的TFT与CF二枚基板对合做成屏。CF的制作方法有使用彩色保护膜法、使用电着色法、喷墨法、印刷方式法等。使用彩色保护膜法用有涂胶、曝光、显影的光刻技术。向来CF与TFT基板是分别制造方法,由于必须考虑设计的各自制造装置及掩膜版的制造误差、重合边缘精度等,发生种种的因素成为开口率下降的要素。作为解决这些手段还有减少CF的成本手段,考虑在TFT上直接形成CF的方法，作为CF在阵列的课题有的低成本工艺化.（2）在这个基础之上的高成品率.由于在完成TFT的基板上形成彩膜,在这个工程上失败导致更大的损失.随着成品率提高，在TFT上的CF的CF修复技术缺陷的再生变得更重要了。使用负性光刻胶作为在TFT-LCD的光刻工程使用的光刻胶由于稳定性等一般使用酚醛树脂系的正性光刻胶。一方面负性光刻胶由酸发生剂等三组分系化学增幅型光刻胶在以前就存在，（1）在曝光和显影间必须有PEB工艺，工艺工序就多一个，（2）对于曝光、PEB、显影之间放置时间及PEB温度有大的依赖性，工艺富余度小，由于这些缺点而不太使用。但是现在有提高间隔狭小图型的必要性，防止由于异物的短路缺陷等负性光刻胶有优势，关于（2）的工艺富余度的改善而引人注意。今后的课题还是追求省略PEB工程及工艺稳定性。IPS方式的TFT一般的TFT-LCD比CRT的视角小，以改善视角为目的的一个方式有用横方向电场驱动液晶的IPS方式。在IPS方式的TFT由于光的透过率对于电极间的电场强度有很大的依赖性，电极间隔的面内变化量关系到辉度差，作为显示板等容易被观察到。为此在设计上下很大功夫之上，在从光刻工程到刻蚀工程及包括电极的形成工艺，追求达到亚微米水平上的尺寸均匀性。低温p-SiTFT使用低温p-Si的TFT可以达到100cm2/v.s以上的迁移率，而a-siTFT则在1cm2/v．s以下，在同一块基板上可以形成面板与驱动电路。可以省略一贯使用驱动用IC和它的贴装工序，期望可以降低成本。还有可以实现含有驱动回路以外的所有系统的一体化。现在2—3型级的产品作为数字相机用、数字摄相机显示用的越来越多起来了。作为要求低温p-SiTFT的制造上的曝光装置的性能随着产品栅级尺寸变化，但比a-siTFT用装置的更高的有（1）高分辨率和（2）重合精度；与a-siTFT用装置一样的（3）曝光区域与（4）保证焦点深度。关于分辨率现状是在驱动线路部分的图形的形成必须要在约2——3pM的性能，今后引入更高的元件时，会要求在1pM上下的规格。随之重合精度的要求值也要变小。还有在生产效率上要求在1枚基板上的面板数必须尽量多，与a-siTFT一样基板大型化是必然的趋势。为此关于曝光区域与焦点深度要求要与a-siTFT用装置一样的性能。但是开发这样装置能很容易设想到会非常困难。在要求规格曝光系统上的灵活运用与混合化是条捷径，但在其装置、材料成本、面板的预算性拿出最合适的解决方法会在现在困难。结束语以上叙述了TFT-LCD的光刻技术的现状与课题及技术的发展动向。不用说一贯的延伸原有技术，即使在新技术上也要多少提高面版的型能，降低成本是最先是的。今后越来越感觉到设备厂家、材料厂家的所有努力降低成倍与面半厂家合成一体的必要性。最后用一般的说法必须关注向来注意的环境问题。即使实现了光刻胶的去胶液与显影液的再生，还得考虑以所有药液、材料为对象作为TFT-LCD的产品被废弃时地易于再利用等的考虑也是今后的主要课题。一、光刻胶物理特性1、 分辨率：是区别硅片表面上两个或更多的邻近特征图形的能力。2、 对比度：指的是光刻胶上从曝光区到非曝光区过渡的陡度。3、 敏感度：是硅片表面光刻胶中产生一个良好图形所需要的一定波长的最小能量值（以毫焦每平方厘米或mj/CN?为单位）4、粘滞性：粘滞性指的是对于液体光刻胶来说其流动特性的定量指标。5、粘附性：光刻胶的粘附描述了光刻胶粘着于衬底的强度。6、抗蚀性：光刻胶黏膜必须保持它的粘附性，并在后续的湿刻和干刻中保护衬体表面，这种性质被称为抗蚀性。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的吸引力。8、存储和传送：能量将激活光刻胶的化学性质，无论是热能还是光能，这就要求小心控制存储和使用条件。9、沾污和颗粒：与硅片加工中所用到的任务化学品一样，光刻胶材料的纯度非常重要。二、光刻胶的四种成分：1、树脂：光刻胶树脂是一种惰性的聚合物基质，用与把光刻中的不同材料聚合在一起的粘合剂。2、感光剂：光刻胶感光剂是光刻胶材料中的光敏成分，它对光形式的辐射能，特别在紫外区会发生反应。3、溶剂：溶剂使光刻胶保持液体状态。4、添加剂：用来控制和改变光刻胶材料的特定化学性质，或光刻胶材料的光响应特性。三、光刻胶软烘的原因有：将硅片上覆盖的光刻胶溶剂去除。增强光刻胶的粘附性以使在显影时光刻胶可以很好的粘附。缓和在旋转过程