光刻胶 液晶显示材料生产工艺流程

光刻胶 液晶显示材料生产工艺流程（共2篇）

篇1：光刻胶 液晶显示材料生产工艺流程

光刻胶 photoresist

又称光致抗蚀剂，由感光树脂、增感剂（见光谱增 感染料）和溶剂三种主要成分组成的对光敏感的混合液 体。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。经适当的溶剂处理，溶去可溶性部 分，得到所需图像（见图光致抗蚀剂成像制版过程）。光刻胶广泛用于印刷电路和集成电路的制造以及印刷制 版等过程。光刻胶的技术复杂，品种较多。根据其化学 反应机理和显影原理，可分负性胶和正性胶两类。光照 后形成不可溶物质的是负性胶；反之，对某些溶剂是不 可溶的，经光照后变成可溶物质的即为正性胶。利用这 种性能，将光刻胶作涂层，就能在硅片表面刻蚀所需的 电路图形。基于感光树脂的化学结构，光刻胶可以分为 三种类型。①光聚合型，采用烯类单体，在光作用下生 成自由基，自由基再进一步引发单体聚合，最后生成聚 合物，具有形成正像的特点。②光分解型，采用含有叠 氮醌类化合物的材料，经光照后,会发生光分解反应,由 油溶性变为水溶性，可以制成正性胶。③光交联型，采 用聚乙烯醇月桂酸酯等作为光敏材料,在光的作用下,其 分子中的双键被打开，并使链与链之间发生交联，形成 一种不溶性的网状结构，而起到抗蚀作用，这是一种典 型的负性光刻胶。柯达公司的产品KPR胶即属此类。感光树脂在用近紫外光辐照成像时，光的波长会限 制分辨率（见感光材料）的提高。为进一步提高分辨率 以满足超大规模集成电路工艺的要求，必须采用波长更 短的辐射作为光源。由此产生电子束、X 射线和深紫外(＜250nm)刻蚀技术和相应的电子束刻蚀胶，X射线刻蚀 胶和深紫外线刻蚀胶，所刻蚀的线条可细至1□m以下。

LCD生产线工艺及材料简介

LCD生产线工艺及材料简介

LCD为英文Liquid Crystal Display的缩写，即液晶显示器，是一种数字显示技术，可以通过液晶和彩色过滤器过滤光源，在平面面板上产生图象。当前LCD液晶显示器正处于发展的鼎盛时代，技术发展非常迅速，已由最初的TN－LCD（扭曲向列相），发展到STN－LCD（超扭曲向列相），再到当前的TFT－LCD（薄膜晶体管）。LCD现已发展成为技术密集、资金密集型的高新技术产业。液晶显示器主要由ITO导电玻璃、液晶、偏光片、封接材料（边框胶）、导电胶、取向层、衬垫料等组成。液晶显示器制造工艺流程就是这些材料的加工和组合过程。液晶显示器的制造是在洁净室环境下进行的，在工艺上可以大体分成清洗与干燥、光刻、取向排列、制盒、切割、灌注液晶、目测、电测、贴片、上引线、包装等工序。（1）清洗与干燥工艺

清洗是指清除吸附在玻璃表面的各种有害杂质或油污的工艺。清洗方法是利用各种化学试剂和有机溶剂与吸附在玻璃表面上的杂质及油污发生化学反应和溶解作用，或伴以超生、加热、抽真空等物理措施，使杂质从玻璃表面脱附（或称解吸），然后用大量的高纯热、冷去离子水清洗，从而获得洁净的玻璃表面。经过清洗的玻璃需要经过干燥处理，主要方法有烘干法、甩干法、有机溶剂脱水法和风刀吹干法等。该工艺主要用到的设备有超声波清洗机、等离子清洗机及干燥炉的干燥设备。推荐3M电子氟化液1700（2）光刻工艺

光刻的目的是按照产品设计要求，在导电玻璃上涂敷感光胶，并进行曝光，然后利用光刻胶的保护作用，对ITO导电层进行选择性化学腐蚀，从而在ITO导电玻璃上得到与掩模版完全对应的图形。光刻工艺流程为：涂光刻胶——前烘——显影——坚膜——刻蚀——剥离去膜——水洗光刻工艺主要用到的设备有涂布机曝光机等 推荐Uninwell International光刻胶UN-8111（3）取向排列工艺

此步工艺为在蚀刻完成的ITO 玻璃表面涂覆取向层，并用特定的方法对限向层进行处理，以使液晶分子能够在取向层表面沿特定的方向取向（排列），此步骤是液晶显示器生产的特有技术。取向排列工艺主要用到的设备有摩擦机等（4）丝印制盒工艺

此步工艺是把两片导电玻璃对叠，利用封接材料贴合起来并固化，制成间隙为特定厚度的玻璃盒。制盒技术是制造液晶显示器的最为关键的技术之一。（必须严格控制液晶盒的间距）丝印制盒工艺流程包括：丝印边框及银点、喷衬垫料、对位压合、固化。由于现在对LCD显示条件要求越来越高，在贴合工序中由原来的手动贴合向采用精度较高的全自动贴合设备转换。丝印制盒工艺主要用到的设备有丝网印刷机、喷粉机、贴合机、热压机等。导电浆料推荐Uninwell International BQ系列导电浆料 边框胶推荐Uninwell International UN-9111（5）切割工艺

在LCD生产制作中为提高制作效率、降低成本、形成批量生产，往往在较大玻璃上制作多个液晶显示器，再分割成小单元进行液晶灌注，切割工艺的目的就是把整盒的玻璃分裂独立液晶显示器的单体。切割工艺主要用到的设备有切割机和裂片机等。（6）液晶灌注及封口工艺

液晶灌注的工艺原理是将空盒放置在抽真空的液晶灌注密闭室内，盒中的气体由封口处抽出，然后使封口处接触液晶，并向真空室内充气，液晶在外界气压作用下，被充入空盒内。封口工艺原理是采用密封胶粘接封口，通过挤压回缩等方法，使封口胶恰当地收缩入封口内，再通过紫外光照射，使封口胶固化，形成牢固的封口。液晶灌注及封口工艺要用到的设备有液晶灌注机和整平封口机等。

UV封口胶推荐3MLC-1112和LC1211（7）光台检测及电测工艺

光台检测是根据液晶的旋光特性，在两片相互垂直（或平行）的偏光片之间形成的亮场（或暗场），通过检测人员的肉眼观察以检查产品的质量，通过目测从中挑出废品的过程。电测工艺是对液晶显示器加上电压信号，来观察实际显示状态是否合格正常的过程。一般电测机采用交流驱动的方式进行测试。光台检测及电测工艺主要用到的设备有光台和电测机等。（8）贴片工艺

贴片工艺就是把液晶显示器粘贴偏光片的工序，该工序可分为切割偏光片和粘贴偏光片。在粘贴偏光片过程中，由于玻璃不干净等原因造成偏光片无法牢固贴附于玻璃上，这就需要采用偏光片除泡机消除气泡等。贴片工艺主要用到的设备有切片机、贴片机、偏光片除泡机等。（9）LCD金属引线的连接和加工工艺

LCD的连接就是将LCD上的电极引脚与驱动电路的电极相连，使驱动电压信号能加到LCD上，又称为上引脚。LCD金属引线的连接和加工工艺主要用到的设备有插PIN涂胶机。推荐Uninwell International BQ-6880E（10）盒外丝印装饰图形工艺

该工艺只在客户有特殊要求时才进行加工，是用丝网印刷的的方法在LCD屏的指定位置上漏印出起装饰作用的图形。（11）包装工艺

为便于储存和运输，成品放置在具有一定强度和缓冲性的包装盒内。

篇2：光刻胶 液晶显示材料生产工艺流程

光刻胶, 又称光致抗蚀剂 (Photoresist) , 为在紫外光、电子束、离子束、X射线等照射或辐射下, 其溶解度发生变化的耐蚀刻高分子材料[1]。光刻胶具有光化学敏感性, 可利用其进行光化学反应, 经曝光、显影等过程, 将掩膜版 (MASK) 的微细图形转移到待加工的基板表面, 然后利用刻蚀、剥离、离子注入等工艺加工, 在该基板表面得到高精度图形, 这些工艺主要应用于集成电路和半导体器件的微细图形加工[2,3,4,5]。近年来, 随着液晶显示器 (LCD) 、等离子体显示器 (PDP) 、场致发射显示器 (FED) 、表面传导电子发射显示器 (SED) 的飞速发展, 光刻胶逐步应用于光电显示领域[1,6,7,8]。

表面传导电子发射显示器 (Surface-conduction electron-emitter display, SED) 是结合电子发射技术、微制造技术、阴极射线管技术及半导体技术而研发的一种新型平板显示器[9,10]。其工作原理是通过隧道电子由狭缝一端飞到相对的另一端, 与导电膜发生碰撞, 电子被散射进入空间, 摆脱狭缝电场的束缚, 进入垂直电场势力范围, 轰击阳极荧光粉而发光[11];其中制作的关键技术之一是 SED 下基板的制作, 而下基板上狭缝宽度对SED发射性能极为关键。

本文论述了光刻胶在表面传到电子发射显示器研制中的应用, 分析正性光刻胶和旋涂工艺的作用机理, 探讨了光刻胶的旋涂工艺、曝光剂量和前烘对SED微细结构研制的影响;同时对光刻工艺做系统分析, 优化工艺条件, 可制备满足要求的微细结构。

1 实 验

本实验所用光刻胶RZJ-304为苏州瑞红电子化学品公司生产的一种正性光刻胶, 该光刻胶主要由感光剂、树脂及溶剂组成, 为透明红色粘性液体, 可与醇、醚、酯类等有机溶剂混合, 遇水则产生沉淀, 受热和光作用会发生分解, 为可燃性液体。RZJ-304光刻胶分辨率高, 粘附性好, 耐热性强, 耐碱性好, 有极强的抗干法腐蚀能力和抗蚀性。

实验选用镀制金属薄膜玻璃切片 (100 mm×100 mm×3 mm) 作为试样基片。基片清水洗净后用丙酮浸泡10 min, 去离子水冲洗, 再在5%WIN-41溶液中超声清洗10 min, 去离子水冲洗烘干。利用北京创威SC-1B匀胶机将光刻胶转移至玻璃基板上, 预烘烤后, 利用SUR-2000A高精密曝光机对其进行光刻, 显影后, 用OLYMPUS公司LCM-2024视频显微镜测量光刻图形宽度, 用美国Veeco公司Dektak 6M型台阶仪测量光刻胶膜厚。

2 光刻机理

光刻, 就是让紫外光透过掩膜版照射光刻胶, 使光刻胶的化学性质发生改变。对于正性光刻胶, 被紫外光照射过的部分能被显影液溶解, 没有吸收紫外光线的部分就不会被溶解;一般光刻工艺都需经涂胶、前烘、曝光、后烘、刻蚀、退胶等工序[2], 前烘是为了除去光刻胶中有机溶剂, 增加胶膜的耐磨性及与玻璃基板的粘附性, 曝光是为了让胶膜充分吸收光能发生光化反应, 将MASK上图形复制到涂覆有光刻胶的玻璃基片上, 后烘是为了提高光刻胶耐蚀刻性能, 刻蚀退胶是为了形成光刻图形。

图1是正性光刻胶光刻工艺流程示意图, 图1 (a) 是光刻胶在制备表面传导电子发射显示器 (SED) 微细结构中的作用机理, 图1 (b) 是光刻胶曝光显影后的图形, 图1 (c) 是刻蚀退胶后的电极图形。

3 结果与讨论

3.1 平面旋涂对光刻胶厚度的影响

在表面传导电子发射显示器研制工序中, 制备微细图案需用光刻技术, 光刻前要在基片表面形成一层均匀的光刻胶。涂胶工艺是将光刻胶按设定的厚度和均匀性要求涂布到基片表面的工艺过程, 目前涂胶的主要方法有旋转涂布、辊涂转移和印刷转移等几种。

旋转涂胶是利用调节匀胶机的转速和旋转时间来控制光刻胶厚度及均匀性的一种涂胶方法。首先用真空吸附法将基片吸附在甩胶机的吸盘上, 将具有一定粘度的光刻胶滴在基片表面, 然后以设定的转速和时间甩胶。由于离心力的作用, 光刻胶在基片表面均匀地展开, 多余光刻胶在离心力作用下被甩掉, 最终获得一定厚度及均匀性的光刻胶膜。光刻胶膜厚和均匀性是由光刻胶的粘度和甩胶的转速及时间来控制。

光刻胶在平整玻璃基片上旋涂时, 由平面旋涂运动方程[12] (离心力驱动流体由内径向外径流动) 得:

式中:ρω2r表示离心力;μ表示光刻胶的粘度;u表示光刻胶在薄膜厚度z方向上的径向速度;z表示光刻胶在厚度方向上的高度;ρ表示光刻胶密度;ω表示光刻胶旋涂角速度;r表示径向位置;

通常旋涂后光刻胶厚度远远小于基片表面特征尺寸, 符合润滑近似条件, 即认为光刻胶在旋涂时与玻璃基片接触表面无滑移, 故考虑以下边界条件:

在玻璃基片表面 (z=0) :

自由表面速度梯度为0:

利用 (1) (2) (3) 式, 则可得到:

光刻胶在玻璃基片旋涂中可近似认为是不可压缩流体, 根据不可压缩流体的质量连续方程:

将 (4) 式代入 (5) 式, 可得:

式中h0表示径向位置r处薄膜表面的初始厚度;t为旋涂时间;

由 (6) 、 (7) 式表明, 光刻胶在玻璃基片上旋涂中, 其薄化率和厚度只与光刻胶的粘度、甩胶的速度和时间有关。图2是不同粘度下光刻胶膜厚与基片旋转速度的关系。

由图2和式 (6) 、 (7) 可看出, 同一粘度的光刻胶, 在旋涂相同时间下, 光刻胶薄膜厚度 (薄化率) 随旋转速度增大而减少;在相同旋转速度下, 光刻胶薄膜厚度 (薄化率) 随着光刻胶的粘度增大而增大。

3.2 曝光剂量对光刻图形的影响

曝光是为了让光刻胶充分吸收光能发生光化学反应, 其关键控制参数是曝光剂量:

式中E (x) 为光刻胶的曝光剂量 (mJ/cm2) , I (x) 为曝光灯发出的光强 (mW/cm2) , t为曝光时间 (s) 。

对于一定光强的光刻机, 曝光相同厚度的光刻胶, 曝光时间t是曝光剂量E (x) 的衡量标准, 图3是曝光剂量对光刻图形的影响示意图。

由图3可以看出, 在相同曝光强度I (x) 下曝光相同厚度的光刻胶, 曝光时间越长, 所得光刻图形宽度变窄。原因是曝光时间过长, 会导致多余曝光剂量辐射到部分不应该曝光区域, 使得该区域光刻胶也发生光聚合或交联, 从而使这些光刻胶曝光, 显影后导致光刻图形变窄;相同曝光时间, 曝光强度越弱, 所得光刻图形宽度变宽, 原因是曝光强度弱, 下层光刻胶不能完全发生光聚合或交联, 光刻图形变宽, 边缘不整齐。因此, 在表面传导发射显示器的研制中, 对于一定光强的曝光机, 主要是通过控制曝光时间来实现不同曝光剂量的控制。

在光刻工艺中, 当曝光剂量E (x) >E0时, 光刻胶显影后能完全去除;当曝光剂量E (x) <E0时, 光刻胶显影时会残留余胶, 假设光刻胶初始厚度为H0, 显影后光刻胶残余厚度为H (x) , 则其残余厚度H (x) 与H0满足如下关系式:

其中γ为光刻胶的对比度, 对于同一种光刻胶, 其γ值是固定的, 图4是曝光剂量E (x) 与光刻胶残余厚度H (x) 的关系曲线。

从图4可以看出, 当曝光剂量E (x) 较小时, 大幅度改变E (x) 大小, 对光刻胶残余厚度H (x) 影响也较小;当曝光剂量E (x) 接近E0时, 一点微小变化就会引起光刻胶残余厚度H (x) 较大起伏。因此, 曝光剂量的控制是要求非常精确的, 稍微一点偏差就会导致曝光效果巨大差异, 在制备SED显示器微细结构时, 曝光剂量应控制在E0附近, 图5是在光强为12 mW/cm2, 显影时间为120 s条件, 不同曝光剂量下光刻图形的视频显微镜图。

从图5可以看出, 在曝光光强和显影时间相同条件下, 不同曝光剂量对光刻图形宽度和边缘直线度有较大影响。在曝光剂量为35 mJ/cm2时, 光刻图形宽度为5.69 μm, 比实际宽度6.0 μm偏小, 且边缘毛糙不平滑, 对于正性光刻胶而言, 其曝光剂量偏低;曝光剂量为55 mJ/cm2时, 光刻图形宽度为7.60 um, 光刻图形宽度偏大, 且边缘毛糙不平滑, 曝光剂量偏高;而曝光剂量为45 mJ/cm2时, 光刻图形宽度为5.96 μm, 且边缘整齐。因此, 在本实验研制SED微细结构, 其曝光剂量E (x) 应控制在45 mJ/cm2附近, 光刻图形边缘光滑, 不会残留光刻胶。

3.3 前烘对光刻图形的影响

光刻胶转移至基片上后, 需要对其加热预烘烤处理, 以增加光刻胶在基片上的粘附性和均匀性, 而前烘温度和时间的控制对制备SED微细结构至关重要。

前烘温度过高或时间太长会导致光刻胶中的树脂分子发生光聚合或交联, 造成显影困难, 使得显影时间延长, 导致显影后光刻图形变窄、边缘不平整。反之, 预烘烤不充分, 光刻胶中的溶剂仍会有部分残留在感光膜中, 曝光时会出现光刻胶与掩膜版发生粘连的现象, 造成掩膜版损伤;且曝光后耐显影性能差, 显影时间不易控制, 光刻胶在显影时易脱落而导致光刻图形不完整。

为了光刻图形的完整性, 涂胶后烘烤温度和时间需严格控制, 图6是涂胶后光刻胶前烘升温曲线。升温速率比较缓慢, 是为了保证基片温度平稳均匀上升, 110 ℃保温25 min是使得光刻胶内溶剂能够充分挥发干净及保持基片表面干燥度。图7是RZJ-304光刻胶在转速3 300 r/m, 30 s, 前烘110℃, 25 min, 曝光剂量45 mJ/cm2, 显影120 s条件下光刻图形的视频显微镜图。

4 结 论

本文利用旋涂和光刻技术制备表面传导电子发射显示器的微细结构, 分析光刻胶的平面旋涂工艺、曝光剂量、前烘对光刻图形的影响, 优化光刻胶在研制SED微细结构的工艺参数。实验结果表明, 光刻胶薄化率和厚度与光刻胶粘度、 甩胶速度和时间有关, 光刻图形随曝光剂量的增大而变窄, 光刻胶在转速3 300 r/min, 30 s, 前烘110℃, 25 min, 曝光剂量45 mJ/cm2, 显影120 s条件下制备SED微细结构的光刻图形与MASK图形吻合, 且边缘整齐。

摘要：研究了旋涂和光刻工艺对制备表面传导发射显示器 (SED) 微细结构的影响, 分析正性光刻胶和旋涂工艺的作用机理, 探讨光刻胶的平面旋涂工艺、曝光剂量、前烘对光刻图形的影响。借助旋涂技术将光刻胶转移在附有金属薄膜的玻璃基片上, 利用紫外光对其进行曝光, 通过视频显微镜、台阶仪对实验结果分析, 优化实验工艺参数。结果表明, 光刻胶留膜率随旋转速度增大而减少, 随光刻胶的粘度增大而增大, 光刻图形宽度随曝光剂量的增大而变窄, 曝光剂量4050 mJ/cm2, 前烘110℃保温25 min条件下光刻图形边缘平整, 为研制SED微细结构奠定了基础。

关键词：表面传导电子发射显示器,光刻,旋涂,曝光剂量,前烘

参考文献

[1]杨会然, 柳君, 孔浩, 等.光刻胶在LCD生产中的应用[J].现代显示, 2004 (2) :60-61.

[2]Yang R, Soper S A, Wang W J.A new UV lithography pho-toresist based on composite of EPON resins 165 and 154 for-fabricationof high-aspect-ratio microstructures[J].Sensorsand ActuatorsA, 2007, 135:625-636.

[3]Lee C K, Don T M, Lai W C, et al.Preparation and proper-ties of nano-silica modified negative acrylat photoresist[J].Thin Solid Films, 2008, 516:8399-8407.

[4]Zhang J, Tan K L, Gong H Q.Characterization of the poly-merization of SU-8 photoresis and its applications in micro-electro-mechanical systems (MEMS) [J].Polymer Testing, 2001, 20:693-701.

[5]He Y Z, Han Y L, Zhao Y G.et al.Investigation into theflange problem of resist along the edge of substrate caused byspin coating[J].Microelectronic Engineering, 2002, 63:347-352.

[6]Hayashi T, Shibata T, Kawashima T, et al.Photolithographysystem with liquid crystal display as active gray-tonemask for3D structuring of photoresist[J].Sensors and Actuators A, 2008, 144:381-388.

[7]Kim T, Yoon H, Chung C, et al.Fabrication of carbon nan-otube paste using photosensitive polymer for field emissiondisplay[J].Colloids and Surfaces, 2008, 313-314:448-451.

[8]刘彦.SED平板显示薄膜电极的工艺研究[J].科技信息, 2008 (1) :97-98.

[9]应根裕, 胡文波, 邱勇, 等.平板显示技术[M].北京:人民邮电出版社, 2002:10.

[10]王文如, 杨正兵.微细金属图形制作中的剥离技术[J].压电与声光, 2001, 23 (1) :68-73.

[11]李新贝, 张方辉, 王秀峰.表面传导电子发射显示器件电场分布的理论研究[J].物理学报, 2006, 55 (11) :6141-6145.