剧永波;孙宏伟;白贺鹏;陈建军;张宸铭;简月圆;熊正平;张龙泉;赵东升;罗少先;刘昊
【摘 要】In this paper, four factors have been experimented and analyzed theoretically,which will influence the adhesion between photoresist and the substrate in LTPS process.It is found that the substrate material and roughness and the molecular weight distribution in the photoresist are the two most important factors that affect the adhesion between photoresist and the substrate.In terms of improving adhesion, HMDS makes better performance in improving the adhesion between strong electronegativity metal substrate and photoresist,while has obvious improvement effect in SiNX ,A-Si and P-Si substrate,and without any difference among them.But there is no improvement in ITO.Properly extending the baking time can also effectively improve the adhesion between photoresist and the substrate after the photoresist has been coated.%本文对影响LTPS工艺中光刻胶和衬底间粘附力的4个因素进行了实验及理论分析.经实验发现:衬底的材质和粗糙度以及光刻胶中分子量的分布是影响光刻胶和衬底粘附力的最重要的两个因素.在改善粘附力方 面HMDS对于电负性较强的金属衬底和光刻胶的粘附力有较好的改善效果,对于SiNX、A-Si及P-Si衬底改善效果明显,且无差异,对于ITO没有改善.光刻胶涂布后适当延长烘烤时间也可以有效改善光刻胶和衬底的粘附力.
【期刊名称】《液晶与显示》詹姆斯 罗伯特
【年(卷),期】2017(032)003
【总页数】6页(P190-195)
【关键词】粘附力;光刻胶;钼;钛;氧化铟锡;多晶硅;非晶硅;氮化硅
【作 者】剧永波;孙宏伟;白贺鹏;陈建军;张宸铭;简月圆;熊正平;张龙泉;赵东升;罗少先;刘昊
【作者单位】鄂尔多斯市源盛光电有限责任公司,内蒙古 鄂尔多斯 017000;京东方科技集团股份有限责任公司,北京 100176;京东方科技集团股份有限责任公司,北京 100176;鄂尔多斯市源盛光电有限责任公司,内蒙古 鄂尔多斯 017000;鄂尔多斯市源盛光电有限责任公司,内蒙古 鄂尔多斯 017000;鄂尔多斯市源盛光电有限责任公司,内蒙古 鄂尔多斯 017000;鄂尔
多斯市源盛光电有限责任公司,内蒙古 鄂尔多斯 017000;鄂尔多斯市源盛光电有限责任公司,内蒙古 鄂尔多斯 017000;鄂尔多斯市源盛光电有限责任公司,内蒙古 鄂尔多斯 017000;鄂尔多斯市源盛光电有限责任公司,内蒙古 鄂尔多斯 017000;京东方科技集团股份有限责任公司,北京 100176
【正文语种】涡轮泵中 文
【中图分类】TP394.1;TH691.9
光刻胶的粘附力是指光刻胶附着于衬底上的能力。在LTPS工艺中光刻胶和衬底的粘附力主要面对四个挑战：(1)产品高精细化导致图形尺寸设计的更小，光刻胶和衬底接触面积更小，粘附力减弱，容易发生掉胶不良。(2)由于LTPS工艺结构复杂导致衬底材质多样化，一次光刻需要对应数层衬底材质，且衬底段差较大，导致光刻胶和衬底的粘附力差异较大。(3)新的光刻胶材料导入时如何预防其与衬底粘附力差导致的不良。(4)平坦层使用的有机膜材料由于其成分的特殊性，导致其和衬底粘附力较差，如何选择工艺条件来平衡良率和产能也是我们面临的一个难题。
日本截尾猫
光刻胶和衬底粘附力差会导致掉胶、过显、钻刻等不良，尤其是在进行线图形和岛图形时，光刻胶的粘附力差更容易导致不可修复的不良。综上对光刻胶和衬底粘附力的研究非常有必要，但是目前还没有文章系统地对显示制造业中光刻胶和衬底的粘附力进行过研究。所以，在新产线检测期间对于材料的选择、工艺条件的确定只能通过经验来判断，遇到新的材料和工艺时无法预防性的做出判断。而生产中遇到由于粘附力差导致的缺胶不良时只能通过经验来解决，并不能明确对不良给出解释，并提出最合理的解决方案。
本文通过对影响粘附力的4个因素进行理论分析，并通过实验对理论分析的结果进行验证，最后提出可供实际生产中用来参考的结论。
2.1 实验用样品制作
在样品的制作中，本实验采用了离子增强化学气相沉积设备在0.5 mm厚玻璃上分别沉积A-Si、SiNX，之后通过激光退火机将部分A-Si样品转化为P-Si样品。又使用磁控溅射镀膜机制作了Mo、Ti、ITO样品。随后使用布鲁克公司型号为Dimension EdgeTM的原子力显微镜(AFM)对6种样品的膜层粗糙度进行测试。测试结果如表1。图1到图6为AFM测试过程拍摄的照片。
2.2 实验条件
在光刻工序中衬底经过清洗、烘烤之后使用线性涂布机进行光刻胶涂布。光刻胶涂布后先通过低压干燥设备抽真空到26 Pa进行初步干燥，再用热板在距离玻璃背面0.3 mm位置110 ℃条件下烘烤150 s，形成光刻胶膜的厚度为2.0 μm。曝光使用60的剂量制作出3 μm宽的线图形。显影过程使用浓度为2.38%的四甲基氢氧化铵(TMAH)，浸淋60 s，显影后生成的图样如图7。
在显影图样生成后不进行干燥，直接用可调节压力的高压水进行冲洗，压力可调范围从0 MPa到3.5 MPa。如图8为高压水冲洗时光刻胶图样剖面的受力示意图。
高压水压力设为φ，光刻胶和衬底粘附力为φ。图形自身重力G，线宽L，高度H，轮廓a。当图样发生缺失时即高压水的压力在图样上产生的力矩和粘附力及图样重力产生的力矩相等，则有：
此时，在保证图样外形完全一致的情况下，高压水压力φ和粘附力φ成正相关，所以在后续的测试中用高压水压力φ作为粘附力φ的表征值。
在测试过程中对相同衬底或者同一工艺条件下制作的光刻胶图样进行高压水压力从低到高(间隔0.1 MP)的测试，之后用奥宝公司的SV676型自动光学检测设备(AOI)对结果进行检测。我们认为第一次出现图样缺失时的压力值近似是可以表征光刻胶和衬底粘附力的值。如图9为图样缺失时自动光学检测设备拍摄的图片。
3.1 衬底对粘附力影响的测试
测试的衬底有：Mo、Ti、ITO、A-Si、P-Si 、SiNX。表2为测试结果。
由于金属及氧化物膜层和非金属膜层的制造工艺不同，所以在此分开进行分析。金属及氧化物衬底中粘附力为Ti<Mo<ITO，粗糙度Ti>Mo>ITO。以上3种衬底是通过磁控溅射制作的。金属膜层在成膜过程中直接形成晶体结构，成膜后膜层表面暴露于空气，很快会与空气中的水分及氧气反应生成数纳米厚的氧化物膜层。由于氧化钼和氧化钛都是亲水的极性分子，所以表面粗糙度越大在与光刻胶接触时接触面积越小，导致衬底与光刻胶粘附性变差[1]。由于氧化铟锡成膜后表面粗糙度最小所以和光刻胶的粘附力最强。 非金属衬底中粘附力SiNX>A-Si>P-Si，这3种衬底是通过等离子体增强化学气相沉积(PEC
VD)制作的。其中A-Si经过准分子激光照射产生1 400 ℃瞬间高温，从而达到重新结晶的目的，生成P-Si。由于准分子激光照射过程氛围中对氧气浓度的控制在4%～6%，加上瞬间超高温，所以膜层表面氧化程度会更高，虽然后续使用氟化氢清洗可以去除一部分氧化硅膜层，但是氟化氢清洗后的臭氧水溶液清洗仍然会加深最终表面的氧化程度，并且P-Si粗糙度较A-Si大，所以P-Si的粘附力要比A-Si弱很多。氮化硅成膜后以原子晶体的形态存在，所以化学特性较稳定，不容易被氧化，所以其与光刻胶粘附力较强。
3.2 预处理对粘附力影响的测试
为了增加光刻胶和衬底的粘附力在进行光刻胶涂布前可以对衬底进行表面改性处理，本文使用六甲基二硅胺(HMDS)。本文针对HMDS改善效果进行了使用和不使用HMDS的对比测试。其中HMDS处理流程是在去离子水清洗后先经过110 ℃ 45 s烘烤，之后使用HMDS挥发气体对基板表面喷涂25 s，N2清腔25 s。表3为测试结果。
mb402
表3中显示HMDS对Mo、Ti和光刻胶间的粘附力有一定改善作用，但是对于ITO衬底没有改善，HMDS对非金属衬底改善作用明显，且效果一致。
黄镇将军光刻胶中溶剂以及树脂成分主要是非极性分子，而衬底表面吸附空气中的水分子会导致衬底表面形成-OH，最终形成极性分子，所以其与光刻胶的粘附性会变差。HMDS化学分子式为(CH3)3SiNHSi(CH3)3,其在改善衬底粘附力过程中一方面作用是和衬底表面吸附的-OH发生反应生成-OSi(CH3)3，将原来强极性的-OH改性为非极性表面，增强衬底和光刻胶粘附力。另一方面作用是HMDS和空气中的水结合会生成NH3，部分金属氧化物会与NH3、水发生反应生成易于升华的某酸铵，降低衬底表面氧化程度，及降低衬底表面的极性。例如，HMDS和Mo膜层表面的MoO3反应生成钼酸铵((NH4)6Mo7O24)。所以HMDS对部分金属衬底的粘附力改善也有效果[2]。在ITO膜层中铟和锡的电负性都较Mo更强，也就是更容易和HMDS反应，但是由于膜层整体就是金属氧化物所以使用HMDS后对膜层表面的氧化程度没有太大改善，所以HMDS对于ITO和光刻胶的粘附力没有改善作用。
由于SiNX、A-Si及P-Si衬底表面都会吸附空气中的水分生成-OH，在经过和HMDS反应后生成物都是疏水基-OSi(CH3)3，其次反应只发生在衬底表面，所以HMDS对以上3中非金属衬底和光刻胶的粘附力改善没有差异。
3.3 光刻胶中树脂分子量的分布对粘附性影响的测试
中国旱情
光刻胶内树脂的分子量分布对其与衬底粘附力有很大影响。本文通过测试树脂平均分子量为5 020 Da的A胶和平均分子量为10 800 Da的B胶进行粘附力的对比。结果如表4。
根据实验结果显示，树脂平均分子量较大的B胶和衬底的粘附力相对A胶强。由于受实验条件限制，并且分子量分布属于光刻胶厂商的机密，所以本文未能提供两款光刻胶分子量分布的量化结果。本文通过光刻胶在工艺中表现出的特性对两款光刻胶的分子量分布进行了对比，其中平均分子量较大的B胶膜减较A胶大，说明B胶中小分子树脂的含量较A胶更多，所以B胶内树脂分子量的分布更接近于分子量分布较分散的Tandem型树脂分布[3]，Tandem型树脂分子量分布示意图如图10。
豫公网安备41160202000603
站长QQ:729038198
关于我们
投诉建议