彩色濾光片之光刻膠的特性探究與用量改善

趙玉財(cái)

（咸陽(yáng)彩虹光電科技有限公司，陜西 咸陽(yáng)712023）

1 概述

近10 年來，薄膜晶體管液晶顯示器TFT-LCD 行業(yè)在國(guó)內(nèi)發(fā)展迅速，每年都有新的項(xiàng)目在建設(shè)中，并加入投產(chǎn)的行列。國(guó)內(nèi)TFT-LCD 行業(yè)蓬勃發(fā)展帶來的是各類面板的定價(jià)權(quán)不再是日韓等國(guó)外企業(yè)為主導(dǎo)，也使手機(jī)屏、平板電腦、筆記本電腦到電視機(jī)顯示器等各類面板的價(jià)格逐漸走低。

在TFT-LCD 制造過程中，作為液晶顯示器彩色化的彩色濾光片制程，其中的關(guān)鍵材料就是光刻膠。光刻膠的特性將直接決定產(chǎn)品的光學(xué)性能與產(chǎn)品品質(zhì)，同時(shí)因?yàn)槠鋬r(jià)格昂貴，故對(duì)光刻膠的特性研究與用量改善對(duì)實(shí)際生產(chǎn)具有重要的意義。

2 光刻膠的特性

光刻膠在陣列圖案化工藝中僅起到掩膜的作用，是正性光刻膠；在彩色濾光片圖案化工藝中直接起到圖案的作用，是負(fù)性光刻膠。主要組成是顏料、溶劑、分散劑、單體、聚合體和光起始劑等。

顏料：是光刻膠呈現(xiàn)顏色的關(guān)鍵成分，色度由其決定。顏料的化學(xué)結(jié)構(gòu)、粒徑和粒子的聚集狀態(tài)等，影響著光刻膠的性能。RGB 分別以RGB 基色材料為主體；BM材料使用黑色著色劑。溶劑：可以調(diào)整光阻的黏度，使其接近理想的液體，具備良好的涂布性。常用的有機(jī)溶劑有：PGMEA (丙二醇單甲醚醋酸酯）和PGME(丙二醇甲醚）等。

分散劑：為了得到一個(gè)穩(wěn)定的顏料懸浮體，要使用分散劑才能提高顏料顆粒的分散效率，防止顏料在存儲(chǔ)期間發(fā)生沉降和結(jié)塊。在顏料分散法制備光刻膠中一般采用的是高分子聚合物分散劑。

單體：其作用是與堿性水溶液反應(yīng)，未曝光部分樹脂會(huì)迅速溶解。其分子鏈段中含有一定量的羧酸等酸性基團(tuán)，確保在顯影過程中能與堿性的顯影液發(fā)生反應(yīng)而溶解掉。常用的單體有：丙烯酸、苯乙烯、丙烯酸酯類等。

聚合體：決定了光照射后光刻膠的基本性能，在光的照射下，光起始劑吸收光的能量產(chǎn)生活性基或者激子，使單體和低聚物的C==C 雙鍵打開變?yōu)镃——C 鍵，它們之間發(fā)生交聯(lián)反應(yīng)，形成致密的網(wǎng)格狀結(jié)構(gòu)，保護(hù)曝光區(qū)域的堿可溶性樹脂不被顯影液洗去。顏料分散法的光刻膠一般采用丙烯酸樹脂。

光起始劑：光起始劑對(duì)紫外線（250-380nm） 或可見光（380-780nm）敏感，它直接或者間接吸收光子能量后，生成能引發(fā)單體聚合的活性激子，引發(fā)單體和聚合體發(fā)生聚合反應(yīng)。顏料分散法的光刻膠一般為自由基聚合光起始劑，其主要成分為苯乙酮、胺類。

3 光刻膠不良及改善方向

3.1 過顯不良：因光阻耐顯影性差或者曝光交聯(lián)不完全，導(dǎo)致光刻膠在黃光制程后，容易過顯，如圖1 所示。

圖1 過顯不良

改善方向：添加高感度光起始劑，提高感度，使光刻膠更易見光反應(yīng)。使用更耐顯影的聚合體，強(qiáng)化光刻膠的耐顯影性。

3.2 光阻附著性不良：因光阻阻水能力差，導(dǎo)致水氣滲入BM與基板間，影響密著，如圖2 所示。

改善方向：添加含F(xiàn) 素添加劑，強(qiáng)化阻水能力。添加密著助劑，強(qiáng)化密著。使用疏水性較高的單體及聚合物

3.3 條紋狀mura 不良：因VCD 速率過快，BM 在靠近VCD抽氣口的區(qū)域會(huì)有條紋狀mura。

改善方向：配方調(diào)整，溶劑種類更換。

4 光刻膠用量分析與改善

光刻膠用量=玻璃上涂膠量+正常損耗+異常損耗

4.1 玻璃上涂膠量分析與改善

4.1.1 玻璃上涂膠量分析

玻璃上涂膠流程為：nozzle 吐出光刻膠讓口金潤(rùn)濕——口金刮拭去除口金表面凝結(jié)物——Nozzle 移動(dòng)到玻璃涂布開始位置——口金預(yù)涂——預(yù)涂后靜置——Nozzle 至上升涂膠高度）——幫浦開始打光刻膠至nozzle——涂布開始——幫浦停止打光刻膠——Nozzle 上升，涂布完成。與光刻膠相關(guān)的涂布過程為：Nozzle 吐出光刻膠讓口金潤(rùn)濕，口金預(yù)涂,幫浦開始打光刻膠至nozzle——涂布開始。玻璃上正常涂膠量的多少取決于產(chǎn)品設(shè)計(jì)的色域，NTSC 值等的設(shè)計(jì)規(guī)格。

4.1.2 玻璃上涂膠量改善

Nozzle 吐出光刻膠讓口金潤(rùn)濕的初始預(yù)設(shè)參數(shù)為2500uL,調(diào)整為1500ul。經(jīng)確認(rèn)可以達(dá)到口金潤(rùn)濕的效果。

口金預(yù)涂的初始預(yù)設(shè)參數(shù)為2000uL,調(diào)整為1500ul，經(jīng)確認(rèn)未發(fā)生涂布mura 和破膜現(xiàn)象。

玻璃上正常涂膠量取決于設(shè)計(jì)規(guī)格，經(jīng)確認(rèn)產(chǎn)品的色度規(guī)格和NTSC 值，NTSC 值為73.23%，超過設(shè)計(jì)規(guī)格70%，故將膜厚在目前基礎(chǔ)上減少0.1um，如圖3 所示。

4.2 正常損耗分析與改善

4.2.1 正常損耗分析

正常損耗包含：機(jī)臺(tái)保養(yǎng)損耗，耗材更換損耗，產(chǎn)線切線換光刻膠損耗，光阻桶切換損耗等。機(jī)臺(tái)保養(yǎng)損耗包含初級(jí)和終級(jí)濾芯排泡，口金初始涂布排泡和口金壓力曲線涂布；耗材更換損耗為初級(jí)和終級(jí)濾芯更換損耗；產(chǎn)線切線換光阻損耗為產(chǎn)線進(jìn)行不同光刻膠生產(chǎn)時(shí)需要將原有光刻膠排掉后打入新的光刻膠；機(jī)臺(tái)無(wú)貨損耗為機(jī)臺(tái)無(wú)貨時(shí)，需要保持口金在潤(rùn)濕狀態(tài)，不能讓光刻膠凝結(jié)，故需吐出一定量的光刻膠使光刻膠保持在潤(rùn)濕狀態(tài)。

4.2.2 正常損耗改善

機(jī)臺(tái)保養(yǎng)損耗：此部分改善主要從減少損耗量上進(jìn)行。初級(jí)和終級(jí)濾芯排泡初始預(yù)設(shè)參數(shù)為30000uL,調(diào)整為25000ul；口金初始涂布排泡初始預(yù)設(shè)參數(shù)為200000uL,調(diào)整為156000ul；口金壓力曲線涂布初始預(yù)設(shè)參數(shù)為15000uL,調(diào)整為12000ul，經(jīng)確認(rèn)未發(fā)生壓力曲線異常，光刻膠內(nèi)的氣泡可被完全去除。

耗材更換損耗：此部分改善主要從延長(zhǎng)使用壽命，減少損耗量上和濾芯內(nèi)光刻膠回收進(jìn)行。初級(jí)濾芯使用壽命由7 天延長(zhǎng)至14 天；終級(jí)濾芯使用壽命由14 天延長(zhǎng)至28 天。初級(jí)和終級(jí)濾芯排泡初始預(yù)設(shè)參數(shù)為30000uL,調(diào)整為25000ul，經(jīng)確認(rèn)未發(fā)生mura 和破膜等制程不良問題。濾芯內(nèi)光刻膠回收主要是濾芯更換后，濾芯內(nèi)的光刻膠倒入光阻桶，每次可節(jié)省1L。

產(chǎn)線切線換光刻膠損耗: 此部分改善主要從改善切換光刻膠的順序進(jìn)行。初始順序?yàn)椋合磩_洗2 次——打入新的光刻膠——洗劑沖洗1 次——打入新的光刻膠，調(diào)整為洗劑沖洗3次——打入新的光刻膠，節(jié)省了1 次光刻膠的浪費(fèi)，每次可節(jié)省20L。

光阻桶切換損耗：此部分改善主要從光阻桶的吸管方式改變和2 個(gè)光阻桶的切換時(shí)間上進(jìn)行。更換光刻膠時(shí)，保證光阻桶的吸管彎折部分朝向光子桶蓋對(duì)側(cè)。光阻桶切換Sensor 判定時(shí)間增加1s,每桶切換可節(jié)省0.3L。

4.3 異常損耗分析與改善

4.3.1 異常損耗分析

光刻膠在涂布時(shí)容易產(chǎn)生涂布mura，破膜等制程不良，產(chǎn)生這些不良后產(chǎn)品就需要重工，會(huì)造成光刻膠的浪費(fèi)。

4.3.2 異常損耗改善

異常損耗改善主要從減少制程不良方向進(jìn)行。在涂布工藝，設(shè)備和制程是密切相關(guān)的，故減少制程不良將從設(shè)備面和制程面進(jìn)行。

設(shè)備面：例行保養(yǎng)，機(jī)臺(tái)等待后的復(fù)機(jī)手法，設(shè)備停機(jī)后的異常處理均標(biāo)準(zhǔn)化，使設(shè)備處于穩(wěn)定生產(chǎn)狀態(tài)；光刻膠供給過程為：光阻桶——?dú)馀菸絾卧庾璨劬彌_單元——初級(jí)濾芯——脫氣模組——pump 幫浦——終極濾芯——口金，通過修正PLC 將Trap Tank 的Vent 改成Trap Tank H off 才開啟Vent 1.5s 改善排泡的方式，減少光阻浪費(fèi)。

制程面：質(zhì)量卡關(guān)機(jī)制的合理化，持續(xù)與檢測(cè)配合調(diào)整，降低過嚴(yán)及誤報(bào)警造成的光刻膠的浪費(fèi)；判NG 基板進(jìn)行修補(bǔ)，減少NG 基板數(shù)量。

5 結(jié)論

光刻膠作為液晶顯示器彩色化的關(guān)鍵制程- 彩色濾光片制程中的關(guān)鍵材料，光刻膠的特性將直接決定產(chǎn)品的光學(xué)性能與產(chǎn)品品質(zhì)，并因其價(jià)格昂貴，故光刻膠的特性研究與用量改善對(duì)實(shí)際生產(chǎn)具有重要的意義。本文對(duì)光刻膠的特性和光刻膠的用量進(jìn)行探究，并對(duì)改善方向與措施進(jìn)行了討論。由于本人學(xué)識(shí)淺薄，本文這些觀點(diǎn)僅是冰山一角，其他更豐富的觀點(diǎn)，仍有待各位提出。