Array制程光刻胶残留不良改善方法研究

• 5

•

Array制程光刻胶残留不良改善方法研究福州京东方光电科技有限公司 柴国庆 余舒娴 翁 超 周维忠 刘 超 崔泰城

【摘要】光刻胶剥离制程为TFT-LCD制造Array基板的重要制程，剥离与洗净效果决定TFT产品质量。光刻胶残留是其主要不良。本文分析光刻胶残留的现象和成因，通过剥离设备的结构调整与保养、工艺参数的优化来改善光刻胶残留。研究表明，通过优化技术人员作业手法，增大剥离区间流量，严格管控剥离液药液浓度和水洗区间清洁与改造等的联合运用，可以有效避免光刻胶的大面积残留，提高产品质量，减少重剥而降低产能Loss，同时最大限度降低对真空设备的影响。

【关键词】TFT-LCD；Array；光刻胶剥离；光刻胶残留；工艺参数Research on the Improvement Methods of Photoresist Remain in Array Process CHAI Guoqing，YU Shuxian，WENG Chao，ZHOU Weizhong，LIU Chao，CUI

Taicheng

（Fuzhou BOE Optoelectronics Technology Co.，Ltd）

Abstract：in TFT-LCD industry Array manufacturing，large photoresist remain（PR Remain）defect after left-off has great influence on the quality，yield and directly relates to the effectiveness of manufacturing enterprises.In this article，we analyzed the morphology and the causes of PR Remain and introduces the better prevent of PR Remain through equipment cleaning and maintenance，optimizing the process conditions，Such as stripper and water flow，and modifying the construc-tion of equipment.The research shows that the combined utilization of optimize operation technique and Stripper maintenance，can effectively decrease PR remain occurrence，and reduce to the re-strip ratio of array mass production(MP).Meanwhile，the quality and efficiency of production was improved and the influence on V acuum equipment was reduced.

Key Word：TFT-LCD；Array；Photoresist Stripper；Photoresist Remain；Technologi-cal Parameter

1 引言

随着国内大力投资发展显示面板行业，TFT-LCD面板越来越大，所能做出显示器件也越来越大，同时也增大了各工艺的难度。其中，Array基板为TFT-LCD屏重要组成部分，它主要是在玻璃基板上制造所需要的电路，根据扫描信号选择像素和根据显示信号控制液晶偏转量[1]。Array基板的制造是由成膜(Sput-ter),涂布（Coater），曝光（Photo），显影（Developer），刻蚀（Etch），剥离（Stripper）。目前主要应用在a-Si TFT-LCD和Oxide相关工艺方向的有4Mask 和5mask工艺。较为前沿的研究也进行了3mask的探索[2]图1所示是典型的0+4 Mask产品Array基板在显微镜下的画面。

无论是选择何种生产工艺，光刻胶（Photoresist，PR）均会应用在形成所需要的图案的各制程中，又因为各膜层材质的不同，光刻胶涂覆工艺和粘附性也有较大差异，与之相对应的是在光刻胶剥离（Stripper）工序中的剥离（Lift-off）程度的难易。湿法剥离是重复次数最多的工序之一，其制程质量控制要点是：光刻胶的去除能力，Mura的控制，金属线的腐蚀，Particle的控制[5]

。

图1 0+4Mask显微镜下画面

光刻胶(PR胶)，在曝光区域发生光化学反应，造成曝光和非曝光区在碱液显影液（Developer）中溶解性产生明显的差异，经适当的溶剂处理后，溶去可溶性部分，得到所需图像。根据其化学反应机理可分负性胶和正性胶两类。Array基板制造过程中使用的是正性胶，主要成分和作用是：（1）线性酚醛树脂为成膜树脂，经涂布工艺在沉积有金属膜层的玻璃基材表面形成树脂涂层，利用光刻工艺，在涂层上“复制”电路。（2）感光剂（photo-active compo und，简称PAC）采用邻重氮萘醌（简称为DNQ）磺酸酯，利用PAC在感光和非感光部分反应的不同，得到所需的图案。（3）溶剂和添加剂，溶剂作用是获得均匀的稀释液体，使其具有良好的流动性，有利于形成均一平整的图层；添加剂含量很小，目地是增强附着性，增加光感度，改善表面成膜性等，正性胶有良好的分辨率，成本也相对较高[3]。湿法剥离（Wet Stripper）原理与过程如图2

所示。

图2 Wet Stripper剥离光刻胶原理

由于该工序存在于TFT制造的每个制程的最后一道工序，其质量直接影响下一制程品质。在生产制造过程中，我们将各制程经过剥离工序后仍有PR胶存在于膜层之上

• 6

•

的现象称为光刻胶残留（PR Remain ），容易引起PR Remain 的工序是各制程的曝光、显影和剥离工艺过程。经过曝光显影后，曝光区域的光刻胶残余由曝光的Dose 量，环境中的Particle 以及显影工艺条件所致，可导致金属膜层的湿法刻蚀失败，对应位置的金属残留，形成点、线的不良，如Short 类不良，当面积较大时会导致整张基板报废，在此我们不做过多讨论。本文主要讨论在刻蚀工艺后进行的湿法剥离工艺（Wet Stripper ）过程中光刻胶残留不良的改善。

在TFT-LCD 的各制程湿法剥离工艺后，一般都会进入高温设备或者真空设备，如ITO Stripper 工序后会进入退火设备，而Gate Stripper 工艺后会进入PECVD 设备中。若剥离工序产生较多PR Remain 会导致高温设备或真空设备的挥发有机物的污染，严重时会形成大面积的Mura 类不良。除此之外，Array 工厂在各制程Wet Stripper 工艺后发现严重PR Remain 时，需要重新进行当前剥离工艺，造成产能损失。不管是Al 工艺还是铜工艺产品，多次进行剥离工艺会导致严重的金属线腐蚀，VIA 工序重复进行PR 剥离工序会导致VIA Hole 异常至使得像素电极接触不良，导致做NG 处理。此外，Wet Stripper 工序过程监控抽检比例约为1/20～1/30，问题产生时将是大批量产品品质问题，严重影响产品良率和公司的经济效益。因此，Array 基板制造的过程中力求每一个制程的剥离工序无光刻胶残留，至少保证无聚集，无线性，无严重的重复出新的点状PR Remain 发生，尽可能的减少对设备，产能，和品质的损害。

本文着重介绍B 公司在Array 基板生产制造过程中，经过不断尝试和长期的专案实验验证，在Array PR Remain 改善方面取得可以汲取的经验。发现出现PR Remain 现象有：剥离不净和光刻胶回粘[5]。剥离不净与剥离区间的工艺能力有关，而光刻胶回粘与剥离液中PR 含量和第一水洗区间洗净能力有关。通过管控不同膜层剥离工序PR 胶在剥离液中的含量，提升Hole Shower 及水刀和液刀（Aqua Knife and Chemical Knife ）流量以及生产过程中设备的内部结构改造和调整、清洁与保养，作业人员的手法优化等的联合运用，有效改善PR Remain 发生，降低PR Remain 引起的产能和良率损失。

2 不良状况介绍与不良因素分析2.1 不良状况

PR Remain 不良是量产过程中，当其大面积残留，导致后工序不良在Array Test(AT)时被检出，但Repair 修补作业失败，或者在AT 无产出至成盒（Cell ）制程被检出，导致产品Mura ，品质下降，增加制造成本。如图3，因PR Remain 的显微镜图与Map 图。若其PR Remain 真空设备内蒸发黏附在设备腔体内，则必然导致其对应工序不良高发。无法估算其产品和良率的损失。如图4所示，光刻胶残留污染的Sputter 腔体。2.2 不良因素分析

根据光刻胶剥离的工艺原理，以及PR Remain 位置在Glass 上的分布位置（Map ）和微观缺陷的形貌分析，可以通过提供优良的Stripper 工艺条件，控制设备内环境中的Particle ，以及设备内关键部件的调整，对PR Remain 进行有效去除。

如图5所示，研究人员从人、机、料、法、环五方面，通过头脑风暴法共同分析出在Wet Stripper 工序导致PR Remain 缺陷改善措施，一共汇整了以下可能的

影响因。

图3 PR Remain显微镜图与Map

图4 光刻胶污染Sputter腔体及镀膜影响

3 不良改善

3.1 不良因子筛选

根据PR Remain 不良发生分布形态和微观结构分析，逐个通过产线生产验证。优选鱼骨图中黄色图标因素，尤其针对聚集性（线性，大面积边缘残留）进行改善验证，如表1所示。设备端分为剥离单元和洗净单元，剥离区间与水洗区间有一个过渡区间（NEU#2）

剥离设备：Array 基板从过渡区间进入剥离工艺区间，剥离液从设备下Pipe Room 中的Tank 经泵进入设备管路，需要进行Filter （过滤器）过滤掉剥离液中可能存在的大颗粒物质（会导致光刻胶点状残留发生），实验表明增加管路中的Filter 的过滤能力，在一定范围内能够降低PR Remain 发生几率，然而当Filter 过滤孔径过小时会导致剥离设备无法正常喷淋出设定压力和流