1、光刻、顯影工藝簡介光刻、顯影工藝簡介v光刻膠光刻膠( Photo-resist )概述概述v+PR 和和 PR的區別的區別v描述光刻工藝的步驟描述光刻工藝的步驟v四種對準和曝光系統四種對準和曝光系統光刻膠概述光刻膠概述v 高分辨率高分辨率 High Resolution；v 高光敏性高光敏性 High PR Sensitivityv 精確對準精確對準 Precision Alignmentv 光刻膠是光刻膠是TFT制作的基本工藝材料之一：由制作的基本工藝材料之一：由樹脂、感光化樹脂、感光化合物、溶劑合物、溶劑 3 個基本部分組成；個基本部分組成；v 具有光化學敏感性：被紫外光、電子束、具有光化

2、學敏感性：被紫外光、電子束、X射線、電子束射線、電子束等曝光光源照射后，發生光化學反應，等曝光光源照射后，發生光化學反應，溶解度發生變化溶解度發生變化；+PR & -PRNegative Photo-resist負性光刻膠負膠負性光刻膠負膠Positive Photo-resist正性光刻膠正膠正性光刻膠正膠曝光后不可溶解曝光后不可溶解曝光后可溶解曝光后可溶解顯影時未曝光的被溶解顯影時未曝光的被溶解顯影時曝光的被溶解顯影時曝光的被溶解便宜便宜高分辨率高分辨率+PR & -PR基本原理基本原理正膠工藝正膠工藝負膠工藝負膠工藝基板處理基板處理涂膠涂膠 + 烘烤烘烤曝光曝光顯影、光刻

3、顯影、光刻+PR & -PR 樹脂分子結構樹脂分子結構u正膠：正膠：曝光時切斷樹脂聚合體主鏈和從鏈之間的聯系，曝光時切斷樹脂聚合體主鏈和從鏈之間的聯系，達到削弱聚合體的目的，所以曝光后光刻膠在隨后的顯影處達到削弱聚合體的目的，所以曝光后光刻膠在隨后的顯影處理中溶解度升高，曝光后溶解度幾乎是未曝光時的理中溶解度升高，曝光后溶解度幾乎是未曝光時的10倍；更倍；更高分辨率（無膨脹現象）在高分辨率（無膨脹現象）在IC制造應用更為普遍；制造應用更為普遍；u負膠：負膠：曝光時樹脂聚合體主鏈的隨機十字鏈接更為緊密曝光時樹脂聚合體主鏈的隨機十字鏈接更為緊密，并且從鏈下墜物增長，所以聚合體溶解度降低；由

4、于光刻，并且從鏈下墜物增長，所以聚合體溶解度降低；由于光刻膠膨脹而使分辨率降低；其主溶劑，如二甲苯等會引起環境膠膨脹而使分辨率降低；其主溶劑，如二甲苯等會引起環境和安全問題；和安全問題；光刻基本步驟光刻基本步驟v 涂膠涂膠 Photo-resist coatingv 對準和曝光對準和曝光 Alignment and exposurev 顯影顯影 Development詳細光刻工序詳細光刻工序v基板清洗、烘干 目的：去除污染物、顆粒；目的：去除污染物、顆粒； 減少針孔和其它缺陷；提高光刻膠黏附性；減少針孔和其它缺陷；提高光刻膠黏附性；vPR涂布 小尺寸：旋涂；小尺寸：旋涂； 中大尺寸：絲網印刷中

5、大尺寸：絲網印刷&滾輪滾輪 vMask制作、曝光 auto CAD / Corel-draw； 小型曝光機：中型曝光機小型曝光機：中型曝光機 v預烘 110 C ； v堅膜 135 C ； v退膠 NaOH ； 光刻膠涂布光刻膠涂布-輥涂法輥涂法 輥涂法主要是利用圓筒滾動的方法來轉移光刻膠，如圖所示，利用輥筒輥涂法主要是利用圓筒滾動的方法來轉移光刻膠，如圖所示，利用輥筒1和輥筒和輥筒2的轉動將光刻膠轉移在刻有精細凹槽的輥筒的轉動將光刻膠轉移在刻有精細凹槽的輥筒2上，再通過輥筒上，再通過輥筒2和輥筒和輥筒3之間的擠之間的擠壓將輥筒壓將輥筒2上凹槽里的光刻膠轉移至基片上。這種方法的最大優點

6、是可以上凹槽里的光刻膠轉移至基片上。這種方法的最大優點是可以實現流實現流水線式運作，自動化程度高，生產效率也比較高水線式運作，自動化程度高，生產效率也比較高。但是轉移光刻膠均勻性不好，。但是轉移光刻膠均勻性不好，輥涂后的基片上也容易留下輥筒凹槽的痕跡，而且儀器清洗困難，輥筒也容易損輥涂后的基片上也容易留下輥筒凹槽的痕跡，而且儀器清洗困難，輥筒也容易損壞，設備的購買成本和維護成本比較高壞，設備的購買成本和維護成本比較高 ；光刻膠涂布光刻膠涂布-絲網印刷法絲網印刷法 絲網印刷的基本原理是：利用絲網印版圖文部分的網孔滲透油墨，非圖文部分的絲網印刷的基本原理是：利用絲網印版圖文部分的網孔滲透油墨，非圖

7、文部分的網孔不滲透油墨的基本原理進行印刷。印刷時在絲網印版一端上倒入油墨，用刮網孔不滲透油墨的基本原理進行印刷。印刷時在絲網印版一端上倒入油墨，用刮印刮板在絲網印版上的油墨部位施加一定壓力，同時朝絲網印版另一端移動，油印刮板在絲網印版上的油墨部位施加一定壓力，同時朝絲網印版另一端移動，油墨在移動中被刮板從圖文部分的網孔中擠壓到承印物上，如圖所示。印刷過程中墨在移動中被刮板從圖文部分的網孔中擠壓到承印物上，如圖所示。印刷過程中刮板始終與絲網印版和基片呈線接觸，一般接觸角為刮板始終與絲網印版和基片呈線接觸，一般接觸角為30-60度。這種制作方法度。這種制作方法操操作簡單、成本低、易實現大面積制作作

8、簡單、成本低、易實現大面積制作等優點。等優點。 光刻膠涂布光刻膠涂布-旋轉涂布法旋轉涂布法 旋轉涂布也稱為甩膠，用轉速和旋轉時間可自由設定的甩膠機來進行，是利用高旋轉涂布也稱為甩膠，用轉速和旋轉時間可自由設定的甩膠機來進行，是利用高速旋轉的離心力作用，將光刻膠在基片表面均勻地展開，多余的光刻膠被甩掉，速旋轉的離心力作用，將光刻膠在基片表面均勻地展開，多余的光刻膠被甩掉，最終獲得一定厚度的光刻膠膜，光刻膠的膜厚是由光刻膠的粘度和甩膠的轉速來最終獲得一定厚度的光刻膠膜，光刻膠的膜厚是由光刻膠的粘度和甩膠的轉速來控制，通常這種方法可以控制，通常這種方法可以獲得優于獲得優于2%的涂布均勻性的涂布均勻性

9、（邊緣除外）。光刻膠涂（邊緣除外）。光刻膠涂布的厚度與轉速、時間、膠的特性有關系，此外旋轉時產生的氣流也會有一定的布的厚度與轉速、時間、膠的特性有關系，此外旋轉時產生的氣流也會有一定的影響。同時也存在一定的缺陷：影響。同時也存在一定的缺陷：氣泡、彗星氣泡、彗星(膠層上存在的一些顆粒膠層上存在的一些顆粒)、條紋、邊、條紋、邊緣效應等，緣效應等，其中邊緣效應對于小片和不規則片尤為明顯。其中邊緣效應對于小片和不規則片尤為明顯。 滴膠旋轉基片旋涂結果預預 烘（前烘）烘（前烘）l目的目的：促使膠膜內溶劑充分地：促使膠膜內溶劑充分地揮發，使膠膜干燥，以提高光揮發，使膠膜干燥，以提高光刻膠在基片上的粘附性和

10、均勻刻膠在基片上的粘附性和均勻性，以及提高膠膜的耐磨性而性，以及提高膠膜的耐磨性而不玷污不玷污mask；l前烘溫度過高或時間太長：前烘溫度過高或時間太長：會會導致光刻膠中的樹脂分子發生導致光刻膠中的樹脂分子發生光聚合或交聯，造成顯影困難光聚合或交聯，造成顯影困難，圖形邊緣鋸齒嚴重。，圖形邊緣鋸齒嚴重。l反之反之：預烘烤不充分，光刻膠：預烘烤不充分，光刻膠中的溶劑仍會有部分殘留在膠中的溶劑仍會有部分殘留在膠膜中，曝光時會導致膠膜與掩膜中，曝光時會導致膠膜與掩膜版粘連，損害掩膜版；同時膜版粘連，損害掩膜版；同時也影響到顯影的質量，光刻膠也影響到顯影的質量，光刻膠在顯影時容易脫落，光刻圖形在顯影時容

11、易脫落，光刻圖形不完整。不完整。 Mask制作制作 ！ 注意：正圖注意：正圖 / 反圖反圖 ！ 曝光劑量曝光劑量 l曝光劑量是指光刻膠所吸收紫外光的總和，曝光劑量可用下曝光劑量是指光刻膠所吸收紫外光的總和，曝光劑量可用下式來表示：式來表示：( )( )E xI xtl式中式中Ex為光刻膠的曝光劑量為光刻膠的曝光劑量（mJ/cm2），Ix為曝光燈發出的為曝光燈發出的光強（光強（mW/cm2），），t為曝光時間為曝光時間(s)。l在光刻工藝中，在光刻工藝中， 當曝光劑量當曝光劑量Ex E0時：光刻膠顯影后能完全去除；時：光刻膠顯影后能完全去除； 當曝光劑量當曝光劑量Ex E0時時: 光刻膠顯影時會

12、殘留余膠；光刻膠顯影時會殘留余膠；曝光時間差異曝光時間差異a) 、9sb) 、10s (9.36m ) c) 、11s (10.44m )d) 、12s (16.6m )v碳酸氫鈉（碳酸氫鈉（1%）-負膠負膠vHCL( 5% )-正膠正膠顯顯 影影 v噴淋噴淋v水浴水浴堅堅 膜膜在顯影過程中，顯影液溶解掉了需要去除的那部分光刻膠膜，同時也使在顯影過程中，顯影液溶解掉了需要去除的那部分光刻膠膜，同時也使不需要去除的光刻膠膜軟化，含有過多的水分，并且與基片的附著性變差不需要去除的光刻膠膜軟化，含有過多的水分，并且與基片的附著性變差，降低了后續刻蝕工藝的耐蝕性，必須經過一定溫度和時間的烘烤，以揮，降低了后續刻蝕工藝的耐蝕性，必須經過一定溫度和時間的烘烤，