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已廣泛應用于顯示器、TV、手機、筆記本電腦、車載產(chǎn)品等各種顯示終端設備上。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)，顯影設備通常位于曝光設備后。顯影設備的主要作用是將曝光后的光刻膠用顯影液進行溶解或保留（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行溶解，其中為確保顯影液噴涂均勻，內(nèi)部設置搖動單元。

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。接下來進入水洗部，通過高壓Rinse進行清洗，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進行酸堿反應，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，并產(chǎn)生活性基（促進游離基的聚合反應），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，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，達到公司效益最大化[4-5]。因此顯影參數(shù)的設置顯得尤為關(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備機理，列舉了顯影工藝的關(guān)鍵參數(shù)。通過實驗設計找到了顯影濃度、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。