關(guān)于TFT-LCD技術(shù)顯影工藝的探究

王立夫，盛大德

（北京京東方顯示技術(shù)有限公司，北京 100176）

0 引言

隨著現(xiàn)代信息技術(shù)的快速發(fā)展，液晶面板有功耗低、輻射低、色彩飽和度好、輕薄等優(yōu)點，使得消費者對液晶顯示屏的需求量越來越大，TFT-LCD已廣泛應(yīng)用于顯示器、TV、手機(jī)、筆記本電腦、車載產(chǎn)品等各種顯示終端設(shè)備上。顯影工藝作為TFT-LCD的重要工藝，直接影響著產(chǎn)品的色彩以及顯示結(jié)構(gòu)[1]。

1 設(shè)備功能

TFT-LCD技術(shù)中，CF工藝以及Array工藝均會使用到顯影技術(shù)，顯影設(shè)備通常位于曝光設(shè)備后。顯影設(shè)備的主要作用是將曝光后的光刻膠用顯影液進(jìn)行溶解或保留（根據(jù)光刻膠成份而定溶解或保留），從而形成所需的圖形。以負(fù)性光刻膠為例，顯影過程示意圖如圖1所示。

圖1 顯影過程示意

顯影設(shè)備可區(qū)分為顯影單元、水洗單元和干燥單元， 如圖2所示。

圖2 顯影設(shè)備結(jié)構(gòu)圖

顯影單元：用顯影液將未曝光部分的光刻膠進(jìn)行溶解，其中為確保顯影液噴涂均勻，內(nèi)部設(shè)置搖動單元。

水洗單元：水洗單元首先為循環(huán)清洗部，通過下方管路供給，將顯影液換成水，停止顯影。接下來進(jìn)入水洗部，通過高壓Rinse進(jìn)行清洗，形成圖形。水洗單元最后的步驟為純水清洗環(huán)節(jié)，利用純水進(jìn)行最終清洗。

干燥單元：干燥單元為顯影最后一環(huán)節(jié)，用氣刀吹干基板。

2 關(guān)于顯影條件的探究

2.1 光刻膠成份

光刻膠感光組分被紫外線照射生成五元環(huán)烯酮化合物，之后與顯影液中水結(jié)合生成羧酸，可與顯影液中TMAH進(jìn)行酸堿反應(yīng)，合成可溶鹽類，如圖1所示流程，可以從玻璃基板表面清洗下來溶入顯影液中[2]。以負(fù)性光刻膠為例，光刻膠由丙烯類聚合物和單體（光聚合type）、光聚合起始劑、貼合劑、表面活性劑、顏料+分散劑組成。起始劑受到紫外線后開始反應(yīng)，并產(chǎn)生活性基（促進(jìn)游離基的聚合反應(yīng)），聚合物和單體將通過基被聚合。未曝光部的丙烯類聚合物和單體被溶解，而曝光部的聚合物和單體發(fā)生光聚合，使丙烯難以溶解，最終溶去可溶性部分， 得到所需圖像[3]。

感光樹脂經(jīng)光照后，在曝光區(qū)能很快地發(fā)生光固化反應(yīng)，使得這種材料的物理性能，特別是溶解性、親合性等發(fā)生明顯變化。

2.2 顯影的關(guān)鍵參數(shù)

各大液晶工廠針對異物不良都會不遺余力的投入大量人力物力進(jìn)行分析改善，內(nèi)部提升良率產(chǎn)出，外部提供高品質(zhì)的產(chǎn)品，達(dá)到公司效益最大化[4-5]。因此顯影參數(shù)的設(shè)置顯得尤為關(guān)鍵。

（1）搬送速度：決定顯影時間。

（2）顯影液丙烯濃度：決定顯影液與玻璃基板溶解程度。

（3）顯影液流量：決定顯影液的吐出量。

（4）純水流量：決定噴淋頭出水量。

（5）干燥壓力：決定玻璃基板干燥程度。

2.3 關(guān)鍵參數(shù)的探究

2.3.1 顯影液濃度

其中丙烯濃度的變化對線寬和開口寬有影響，關(guān)系如圖3所示（以CF為例）。

圖3 丙烯濃度的變化與線寬和開口寬關(guān)系圖

2.3.2 顯影液溫度

顯影液溫度高，會提高溶解性，導(dǎo)致開口寬變大，而且線寬變小。另外Tank內(nèi)的顯影液溫度如有變化，線寬和開口寬會產(chǎn)生偏差，提高顯影的溫度，不易產(chǎn)生光刻膠殘留現(xiàn)象，但易破損。

2.3.3 顯影時間

光刻膠上的圖形斷面形狀變化如下：當(dāng)顯影時間過長時，會產(chǎn)生蘑菇狀的線型見圖4，形成Undercut，為避免這種不良，可縮短顯影時間。

圖4 線型Mura

另外，同種濃度、溫度的顯影液可以對應(yīng)不同批次的基板的顯影工作，一般不作更改。顯影工藝中，顯影時間相對易于調(diào)節(jié)，如出現(xiàn)線寬異常，應(yīng)考慮顯影時間的影響。顯影時間的調(diào)節(jié)，可以通過調(diào)整基板在顯影Chamber中的傳送速度實現(xiàn)。

此外，線寬與顯影時間關(guān)系，是衡量PR性能的重要指標(biāo)之一，如圖5所示，適用范圍為線寬的最佳時間段，如果顯影時間過短或者過長對線寬的品質(zhì)都會造成不良，同時也反映了PR膠的性能好壞。

圖5 線寬與顯影時間關(guān)系

3 結(jié)論

本文通過剖析顯影設(shè)備機(jī)理，列舉了顯影工藝的關(guān)鍵參數(shù)。通過實驗設(shè)計找到了顯影濃度、顯影溫度、與顯影時間與工藝參數(shù)的關(guān)系。該實驗對TFT-LCD生產(chǎn)以及新工藝開發(fā)具有一定參考價值。