彩色濾光片之光刻膠的特性探究與用量改善

趙玉財

（咸陽彩虹光電科技有限公司，陜西 咸陽712023）

1 概述

近10 年來，薄膜晶體管液晶顯示器TFT-LCD 行業在國內發展迅速，每年都有新的項目在建設中，并加入投產的行列。國內TFT-LCD 行業蓬勃發展帶來的是各類面板的定價權不再是日韓等國外企業為主導，也使手機屏、平板電腦、筆記本電腦到電視機顯示器等各類面板的價格逐漸走低。

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，其中的關鍵材料就是光刻膠。光刻膠的特性將直接決定產品的光學性能與產品品質，同時因為其價格昂貴，故對光刻膠的特性研究與用量改善對實際生產具有重要的意義。

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：是光刻膠呈現顏色的關鍵成分，色度由其決定。顏料的化學結構、粒徑和粒子的聚集狀態等，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：為了得到一個穩定的顏料懸浮體，要使用分散劑才能提高顏料顆粒的分散效率，防止顏料在存儲期間發生沉降和結塊。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，未曝光部分樹脂會迅速溶解。其分子鏈段中含有一定量的羧酸等酸性基團，確保在顯影過程中能與堿性的顯影液發生反應而溶解掉。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生活性基或者激子，使單體和低聚物的C==C 雙鍵打開變為C——C 鍵，它們之間發生交聯反應，形成致密的網格狀結構，保護曝光區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，生成能引發單體聚合的活性激子，引發單體和聚合體發生聚合反應。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不完全，導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。使用更耐顯影的聚合體，強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 素添加劑，強化阻水能力。添加密著助劑，強化密著。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抽氣口的區域會有條紋狀mura。

改善方向：配方調整，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濕——口金刮拭去除口金表面凝結物——Nozzle 移動到玻璃涂布開始位置——口金預涂——預涂后靜置——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。與光刻膠相關的涂布過程為：Nozzle 吐出光刻膠讓口金潤濕，口金預涂,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品設計的色域，NTSC 值等的設計規格。

4.1.2 玻璃上涂膠量改善

Nozzle 吐出光刻膠讓口金潤濕的初始預設參數為2500uL,調整為1500ul。經確認可以達到口金潤濕的效果。

口金預涂的初始預設參數為2000uL,調整為1500ul，經確認未發生涂布mura 和破膜現象。

玻璃上正常涂膠量取決于設計規格，經確認產品的色度規格和NTSC 值，NTSC 值為73.23%，超過設計規格70%，故將膜厚在目前基礎上減少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：機臺保養損耗，耗材更換損耗，產線切線換光刻膠損耗，光阻桶切換損耗等。機臺保養損耗包含初級和終級濾芯排泡，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和終級濾芯更換損耗；產線切線換光阻損耗為產線進行不同光刻膠生產時需要將原有光刻膠排掉后打入新的光刻膠；機臺無貨損耗為機臺無貨時，需要保持口金在潤濕狀態，不能讓光刻膠凝結，故需吐出一定量的光刻膠使光刻膠保持在潤濕狀態。

4.2.2 正常損耗改善

機臺保養損耗：此部分改善主要從減少損耗量上進行。初級和終級濾芯排泡初始預設參數為30000uL,調整為25000ul；口金初始涂布排泡初始預設參數為200000uL,調整為156000ul；口金壓力曲線涂布初始預設參數為15000uL,調整為12000ul，經確認未發生壓力曲線異常，光刻膠內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使用壽命，減少損耗量上和濾芯內光刻膠回收進行。初級濾芯使用壽命由7 天延長至14 天；終級濾芯使用壽命由14 天延長至28 天。初級和終級濾芯排泡初始預設參數為30000uL,調整為25000ul，經確認未發生mura 和破膜等制程不良問題。濾芯內光刻膠回收主要是濾芯更換后，濾芯內的光刻膠倒入光阻桶，每次可節省1L。

產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行。初始順序為：洗劑沖洗2 次——打入新的光刻膠——洗劑沖洗1 次——打入新的光刻膠，調整為洗劑沖洗3次——打入新的光刻膠，節省了1 次光刻膠的浪費，每次可節省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 個光阻桶的切換時間上進行。更換光刻膠時，保證光阻桶的吸管彎折部分朝向光子桶蓋對側。光阻桶切換Sensor 判定時間增加1s,每桶切換可節省0.3L。

4.3 異常損耗分析與改善

4.3.1 異常損耗分析

光刻膠在涂布時容易產生涂布mura，破膜等制程不良，產生這些不良后產品就需要重工，會造成光刻膠的浪費。

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行。在涂布工藝，設備和制程是密切相關的，故減少制程不良將從設備面和制程面進行。

設備面：例行保養，機臺等待后的復機手法，設備停機后的異常處理均標準化，使設備處于穩定生產狀態；光刻膠供給過程為：光阻桶——氣泡吸附單元——光阻槽緩沖單元——初級濾芯——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。

制程面：質量卡關機制的合理化，持續與檢測配合調整，降低過嚴及誤報警造成的光刻膠的浪費；判NG 基板進行修補，減少NG 基板數量。

5 結論

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