一般光刻在顯示領(lǐng)域主要在TFT和CF制程上,，光刻的流程分為：上光阻→曝光→顯影→顯影后檢查→CD量測(cè)→Overlay量測(cè),。而在整個(gè)流程中，今天OLEDindustry 重心來講講曝光這段核心工藝及其設(shè)備,。
曝光,，簡(jiǎn)單點(diǎn)說，就是通過光照射光阻,，使其感光,。然后通過顯影工藝將曝光完成后的圖形處理,，以將圖形清晰的顯現(xiàn)出來的過程。而整個(gè)光刻工藝，則是將圖形從光罩上成象到光阻上的過程,。
曝光機(jī)的原理
談到曝光,，那必不可少就要談到曝光機(jī),。目前大部分曝光設(shè)備采用的是非接觸式曝光,。原理是紫外光經(jīng)過MASK對(duì)涂有光刻膠的ITO玻璃曝光，曝光后的玻璃經(jīng)顯影產(chǎn)生與mask板相同的圖案,。
在曝光顯影時(shí), 其曝光系統(tǒng)有一個(gè)基本的關(guān)系:
其中R為最小特征值, 即分辨率的最小距離,。k1 為常熟(瑞利常數(shù))。λ為曝光光源波長,。NA為透鏡的數(shù)值孔徑, 是光罩對(duì)透鏡張開的角度的正玹值,。該值最大是1; 先進(jìn)的曝光機(jī)的NA 在0.5 ~ 0.85之間?？梢姙榱藴p小最小特征尺寸, 則必須減小曝光光源波長和提高NA值,。ASML最新推出的EUV光刻膠, 可以把波長雖短到13.5 nm。但是整個(gè)光刻活動(dòng)都在真空環(huán)境, 則生產(chǎn)速率較低,。
如果采取x-ray,。雖然x-ray波長只有4 ~ 50 , 但是因?yàn)槠淠艽┩复蟛糠盅谀０媲袑?duì)應(yīng)光刻膠開發(fā)難度較大, 該技術(shù)一直沒有被采用。
為了在不改變曝光系統(tǒng)的前提下提高NA而改善R值, 可采取的方法有:
（1） 改變接近式曝光機(jī)中鏡頭和光刻膠的介質(zhì), 將其從空氣換成其他材料,。通過該方式改變NA值可以是的193 nm技術(shù)在滿足45 nm工藝節(jié)點(diǎn)制程要求的同時(shí), 進(jìn)一步提高到28 nm制程,。
（2）如果將接近式配合二重曝光相想結(jié)合, 可以進(jìn)一步將制程節(jié)點(diǎn)縮小到22 nm, 且工藝節(jié)點(diǎn)縮小到10 nm。
顯示制造中的曝光技術(shù)
在TFT-LCD的生產(chǎn)中, 根據(jù)制作原件的不同其采取的曝光方式也不相同:
CF: 主要采取接近式曝光, 其掩模板與基板間距為10 μm左右,。因?yàn)楣馔ㄟ^掩模板后會(huì)有干涉效應(yīng), 則此種方法形成的圖案解析度不高,。而AMOLED，目前LGD的WOLED會(huì)采用CF,。
TFT曝光時(shí), 光通過透鏡或面鏡將掩模板圖案投影到光刻膠上的同時(shí), 其基板主要采取步進(jìn)式或掃描式移動(dòng), 以完成整版曝光,。到AMOLED的上相差不大,，只是LTPS會(huì)多幾道光罩而已。
而現(xiàn)在用于Display生產(chǎn)的主流曝光技術(shù)為:
透鏡掃描方式是一種Step & Scan的方式, 采用該方式的的曝光機(jī)有Nikon FX 系列, 其解析度為L/S 3.5 um.
反射鏡投影曝光機(jī)則主要由Canon FX 采用,。其TFT使用機(jī)器的解析度L/S 為3.5 um, 而CF用的機(jī)器則有4 um和6 um兩種,。
Proximity式機(jī)器主要為NSK和DECO采用。 其解析度為6 – 8 um, 主要用于CF的制作,。
接近式曝光和投影式曝光的區(qū)別如Table 1所示,。
Table 1 接近式曝光和投影式曝光的一些區(qū)別
Type
Pros
Cons
Proximity
-. Lower initial cost & running cost
-. Faster Tact Time
-. Lower accuracy & resolution
-. Potential damages on masks
Projection
-. Higher accuracy & resolution
-. Less damage on photomask
-. Higher initial cost and ruining cost(times higher than Proximity )
-. Longer Tact Time
Fig 1投影式曝光機(jī)示意圖
投影式透鏡曝光機(jī)結(jié)構(gòu)如Fig 1所示。
當(dāng)采取步進(jìn)式透鏡曝光時(shí), 一般先對(duì)位掩模板和基板, 其后打開曝光燈進(jìn)行曝光, 且在曝光時(shí)掩模板和基板處于靜止?fàn)顟B(tài),。在只采取一個(gè)Lens時(shí), 則曝光區(qū)域受到Lens大小的限制,。如果LCD面板的尺寸大于掩模板上的圖形時(shí), 需要用多張掩模板進(jìn)行拼接。在采取該方法制作LCD屏幕時(shí)往往需要多次轉(zhuǎn)寫并更換掩模板,。因?yàn)楦鼡Q掩模板和靜止曝光的原因, 該方法生產(chǎn)性較低, 只用于早期的小尺寸面板生產(chǎn), 而在大尺寸面板生產(chǎn)中未能續(xù)用。
在掃描式面鏡曝光機(jī)中, 曝光時(shí)掩模板和基板同時(shí)移動(dòng), UV光通過Slit以掃描方式投影曝光,。在完成一個(gè)曝光區(qū)域后, 通過步進(jìn)式的方式把基板移動(dòng)到另外一個(gè)需要曝光的區(qū)域,。因?yàn)閽呙枋讲捎么笮兔骁R光學(xué)系統(tǒng), 或者采取多個(gè)Lens拼接技術(shù), 所以掩模板和曝光區(qū)域都可以大型化。其光學(xué)設(shè)備為臺(tái)形鏡,、凹面鏡和凸面鏡組成, 其中臺(tái)形鏡置于掩模板和基板之間, 而凹面鏡與凸面鏡垂直(由此可將掩模板上圖形等倍率的成像在基板上),。
1） 超高壓 水銀 Lamp : 16KW , 對(duì)波長為 365nm_PR有反應(yīng)的波長帶。
2） 橢圓 Mirror : 集中Lamp的光 用平面 Mirror反射,。
3） 平面 Mirror 1, 2, 3 : 使光的路徑發(fā)生改變 用球面Mirror進(jìn)行反射,。
4） Fly eye lens : 使照度和光變均一。
5）球面Mirror : 用平行光調(diào)整光的路徑,。
曝光機(jī)一般采取高壓汞燈作為曝光光源, 其產(chǎn)生的燈光經(jīng)過濾色分光系統(tǒng)分解為紫外光和可見光,。其中紫外光用于曝光, 而可見光用于對(duì)位使用。
Table 2Canon和Nikon在曝光機(jī)上的區(qū)別
Canon
Nikon
Tech
Scanner
Stepper
Optical Modules
Mirror
Lens
Projection Ratio
1:1
1:1.25
Accuracy
0.5 um
0.35um
Productivity
Canon < Nikon
Fig 2步進(jìn)式透鏡投影曝光機(jī) & 掃描式面鏡投影曝光機(jī)示意圖
Fig 3 Canon 曝光機(jī)結(jié)構(gòu)
在曝光時(shí), 其Photomask 一般和玻璃基板距離為幾百μm (Gap控制后其誤差可以在10 μm 以內(nèi)),。而在曝光之前, 需要現(xiàn)對(duì)Photomask現(xiàn)在Cooling Plate (CP) 上進(jìn)行 預(yù)對(duì)準(zhǔn)(Pre-Alignment: PA), 其后, 再通過Robot將基板轉(zhuǎn)移到曝光Stage上,。在CP Stage 上有CP/異物感知Sensor(Scan)/PA 三個(gè)功能。
多種曝光用光源對(duì)比
常見的曝光用光源如Table 3所示,。為了滿足集成電路線寬不斷減小的要求, 光刻膠的波長由紫外寬譜而逐步向G lineàKrFàArFàF2àEUV進(jìn)行過渡和轉(zhuǎn)移,。市面上主要用的光刻膠為G line、I line,、KrF和ArF四類光刻膠,。其中G line和I line為使用量最大的光刻膠。
Table 3常用光源和作用
光刻波長
主要用途
感光劑
成膜材料
光刻膠體系
紫外全譜 (300 -450 nm)
分立部件
雙疊氮化物
環(huán)化橡膠
環(huán)化橡膠負(fù)膠
G線 (436 nm)
0.5 μm以上集成電路
DNQ (重氮萘醌)
Novolac (酚醛樹脂)
DNQ-Novolac 正膠
I 線 (365 nm)
0.35 - 0.5 μm集成電路及LCD
DNQ (重氮萘醌)
KrF (248 nm)
0.25 - 0.5 μm集成電路
光致產(chǎn)酸劑
聚對(duì)羧基苯乙酸及其衍生物
CAR-248 光刻膠
ArF
(193 nm)
干法
130 – 65 nm 集成電路
光致產(chǎn)酸劑
聚酯環(huán)族丙烯酸酯及其共聚物
浸沒法(a)
26 – 45 集成電路
浸沒法(a) 二重曝光
22 nm 集成電路
EUV(13.5 nm)
22 nm 以下集成電路
光致產(chǎn)酸劑
聚酯衍生物分子玻璃組份材料
EUC光刻膠
電子束(laser Writer)
掩模版制備
光致產(chǎn)酸劑
甲基丙烯酸酯機(jī)器共聚物
電子束光刻機(jī)
Table 3.4 常用光源和激發(fā)氣體
Tech
Wavelength
(nm)
Source
DUV G Line
436
Hg
DUV H Line
405
Hg
DUV I Line
365
Hg
Excimer laser
248
KrF
193
ArF
157
F2
EUV
13.5
Sn Vapor
曝光機(jī)實(shí)際應(yīng)用操作介紹：
1,、基板的進(jìn)入曝光機(jī)的順序：搬入→整列 →stage→對(duì)位 ,。
2、BM的對(duì)位: 臺(tái)板上有對(duì)位mark,，與mask的對(duì)位標(biāo)志對(duì)正,，進(jìn)行曝光,。與半反射的曝光一樣。兩個(gè)的對(duì)位標(biāo)志：
BM的曝光順序是：對(duì)位→ GAP測(cè)量→曝光,。
3,、RGB的曝光：
1、整列的精度：±200μｍ,， 相對(duì)于走片方向的兩側(cè),。（如下圖）
對(duì)位的順序：預(yù)對(duì)位→GAP測(cè)定→自動(dòng)對(duì)位。
2,、預(yù)對(duì)位：
精度：±20μｍ．
3,、GAP的測(cè)量：有三個(gè)小窗口測(cè)gap。
gap指的是玻璃基板與MASK的距離,。
gap的測(cè)量原理：
gap時(shí),，MASK不動(dòng)，玻璃動(dòng),。
4,、精確對(duì)位：
精度±１μｍ．MASK上有小窗口，在玻璃基板上有BM曝光時(shí)曝出來的并排的三個(gè)“＋＋＋”,，之間的距離是２＋α,，α代表RGB之間的間距。
mask與玻璃的對(duì)位示意圖如下：
備注：
