关于TFT-LCD技术显影工艺的探究

王立夫，盛大德

（北京京东方显示技术有限公司，北京 100176）

0 引言

随着现代信息技术的快速发展，液晶面板有功耗低、辐射低、色彩饱和度好、轻薄等优点，使得消费者对液晶显示屏的需求量越来越大，TFT-LCD已广泛应用于显示器、TV、手机、笔记本电脑、车载产品等各种显示终端设备上。显影工艺作为TFT-LCD的重要工艺，直接影响着产品的色彩以及显示结构[1]。

1 设备功能

TFT-LCD技术中，CF工艺以及Array工艺均会使用到显影技术，显影设备通常位于曝光设备后。显影设备的主要作用是将曝光后的光刻胶用显影液进行溶解或保留（根据光刻胶成份而定溶解或保留），从而形成所需的图形。以负性光刻胶为例，显影过程示意图如图1所示。

图1 显影过程示意

显影设备可区分为显影单元、水洗单元和干燥单元， 如图2所示。

图2 显影设备结构图

显影单元：用显影液将未曝光部分的光刻胶进行溶解，其中为确保显影液喷涂均匀，内部设置摇动单元。

水洗单元：水洗单元首先为循环清洗部，通过下方管路供给，将显影液换成水，停止显影。接下来进入水洗部，通过高压Rinse进行清洗，形成图形。水洗单元最后的步骤为纯水清洗环节，利用纯水进行最终清洗。

干燥单元：干燥单元为显影最后一环节，用气刀吹干基板。

2 关于显影条件的探究

2.1 光刻胶成份

光刻胶感光组分被紫外线照射生成五元环烯酮化合物，之后与显影液中水结合生成羧酸，可与显影液中TMAH进行酸碱反应，合成可溶盐类，如图1所示流程，可以从玻璃基板表面清洗下来溶入显影液中[2]。以负性光刻胶为例，光刻胶由丙烯类聚合物和单体（光聚合type）、光聚合起始剂、贴合剂、表面活性剂、颜料+分散剂组成。起始剂受到紫外线后开始反应，并产生活性基（促进游离基的聚合反应），聚合物和单体将通过基被聚合。未曝光部的丙烯类聚合物和单体被溶解，而曝光部的聚合物和单体发生光聚合，使丙烯难以溶解，最终溶去可溶性部分， 得到所需图像[3]。

感光树脂经光照后，在曝光区能很快地发生光固化反应，使得这种材料的物理性能，特别是溶解性、亲合性等发生明显变化。

2.2 显影的关键参数

各大液晶工厂针对异物不良都会不遗余力的投入大量人力物力进行分析改善，内部提升良率产出，外部提供高品质的产品，达到公司效益最大化[4-5]。因此显影参数的设置显得尤为关键。

（1）搬送速度：决定显影时间。

（2）显影液丙烯浓度：决定显影液与玻璃基板溶解程度。

（3）显影液流量：决定显影液的吐出量。

（4）纯水流量：决定喷淋头出水量。

（5）干燥压力：决定玻璃基板干燥程度。

2.3 关键参数的探究

2.3.1 显影液浓度

其中丙烯浓度的变化对线宽和开口宽有影响，关系如图3所示（以CF为例）。

图3 丙烯浓度的变化与线宽和开口宽关系图

2.3.2 显影液温度

显影液温度高，会提高溶解性，导致开口宽变大，而且线宽变小。另外Tank内的显影液温度如有变化，线宽和开口宽会产生偏差，提高显影的温度，不易产生光刻胶残留现象，但易破损。

2.3.3 显影时间

光刻胶上的图形断面形状变化如下：当显影时间过长时，会产生蘑菇状的线型见图4，形成Undercut，为避免这种不良，可缩短显影时间。

图4 线型Mura

另外，同种浓度、温度的显影液可以对应不同批次的基板的显影工作，一般不作更改。显影工艺中，显影时间相对易于调节，如出现线宽异常，应考虑显影时间的影响。显影时间的调节，可以通过调整基板在显影Chamber中的传送速度实现。

此外，线宽与显影时间关系，是衡量PR性能的重要指标之一，如图5所示，适用范围为线宽的最佳时间段，如果显影时间过短或者过长对线宽的品质都会造成不良，同时也反映了PR胶的性能好坏。

图5 线宽与显影时间关系

3 结论

本文通过剖析显影设备机理，列举了显影工艺的关键参数。通过实验设计找到了显影浓度、显影温度、与显影时间与工艺参数的关系。该实验对TFT-LCD生产以及新工艺开发具有一定参考价值。