光刻技術(shù)的現(xiàn)狀與課題

光刻技術(shù)的現(xiàn)狀與課題前言我們生活、工作中不可缺少的計(jì)算機(jī)（PC）的CPU及周邊設(shè)計(jì)的性能正在日新月異的進(jìn)步。先不談性能方面的發(fā)展，對(duì)于性價(jià)比也有極大的要求。以PC為中心作為支持的多媒體的重要顯示設(shè)計(jì)的TFT-LCD在顯示畫質(zhì)消耗電能占用面積等方面比一貫的CRT占有優(yōu)勢(shì)，但價(jià)格方面卻是同一顯示尺寸的3倍到5倍。但是在1996年?1997年各國(guó)開始投資稱作三代線（550X650）mm級(jí)別的設(shè)備開始生產(chǎn)，供給量大增，1997年秋季以來(lái)破壞了a-SiTFT市場(chǎng)的供需平衡，價(jià)格大幅下降。由于供給量過(guò)剩，各面板廠家不得不調(diào)整生產(chǎn)。特別是筆記本PC用TFT-LCD價(jià)格大幅下降。當(dāng)時(shí)價(jià)格12.1型只不過(guò)300美元/塊。這個(gè)結(jié)果在TFT筆記本PC實(shí)際賣出了約25~30萬(wàn)日元的產(chǎn)品。還有監(jiān)視器產(chǎn)品也大約在每英寸約一萬(wàn)日元以下，也進(jìn)入了2倍的價(jià)格范圍內(nèi)，期待今后能進(jìn)一步擴(kuò)大需求。這種情況對(duì)于消費(fèi)者是一個(gè)好消息，而對(duì)于制造廠家則必須追求大幅削減成本，提高生產(chǎn)效率一貫都是重要的課題。這種背景下，面對(duì)質(zhì)量要求提升、低成本花的技術(shù)發(fā)展，提出并實(shí)際應(yīng)用了可以使用的新結(jié)構(gòu)、材料的產(chǎn)品。這里敘述以a-SiTFT為核心也包括最近才量產(chǎn)化的低溫p-SiTFT的光刻技術(shù)現(xiàn)狀與課題及技術(shù)方向。光刻制造裝置的課題與今后方向TFT用的制造裝置（300X400）mm級(jí)的第一期線、（370X470）mm級(jí)的第二代線、（550X650）mm級(jí)的第三代線，現(xiàn)在是一邊改良一邊進(jìn)行大型化。各種裝置也包括現(xiàn)在叫做3.5代的（600X720）mm?（650X830）mm級(jí)別的基板尺寸。今后開發(fā)出對(duì)于邊為1m的基板基別的裝置，但從（1）由于基板自重，接近了向來(lái)的支撐基板端面的水平搬送法的極限；（2）由于裝置的占用面積下降了已經(jīng)擴(kuò)大的C/R的面積的利用率點(diǎn)考慮，探討使用垂直或者傾斜的搬送的運(yùn)送方法。作為光刻裝置的共同課題從以下四個(gè)大方面進(jìn)行討論。靜電的對(duì)策關(guān)于靜電從1代線就是課題，有TFT元件被破壞、特性發(fā)生偏移等的危害。裝置的各個(gè)的對(duì)策及各種改善結(jié)果在該公司管理在±50V以下（三菱）。但是這決不是容易解決的問(wèn)題，在開發(fā)新結(jié)構(gòu)及方式時(shí)希望采用過(guò)去的技巧而且在世紀(jì)充分驗(yàn)證的裝置?；覊m的對(duì)策隨著基板的大型化，基板的自身重量也不可忽視。例如邊長(zhǎng)為1m的1.1mm厚基板一枚就約重300g。當(dāng)然在搬送基必須旋轉(zhuǎn)運(yùn)轉(zhuǎn)的裝置的驅(qū)動(dòng)功率是必須的。對(duì)于也必須考慮產(chǎn)塵的問(wèn)題?；覊m問(wèn)題首先第一設(shè)計(jì)時(shí)不產(chǎn)生異物的構(gòu)造，第二（由于完全不產(chǎn)塵很困難）遮斷塵源到基板的路徑，第3對(duì)于從外部帶入的異物，采用凈化、易于維護(hù)的結(jié)構(gòu)是重要的。有機(jī)污染物的對(duì)策在光刻裝置中使用光刻膠、清洗溶劑、密著強(qiáng)化劑等化學(xué)藥品。這些藥品揮發(fā)成分、升華物等從預(yù)烘部等泄漏出到凈化間內(nèi)，成為引發(fā)TFT基板表面有基污

染的一個(gè)原因，發(fā)生膜脫落等不良。還有裝置本身也受到有機(jī)物污染的危害。普光裝置由于有機(jī)物及其分解物與紫外線的光化學(xué)反應(yīng)導(dǎo)致了光學(xué)零件的陰影，帶來(lái)了照度下降、不均勻化。只談?dòng)霉鈱W(xué)系統(tǒng)部分的氮?dú)馇逑醋柚沽薈R中的氣氛時(shí)不完全的。在光刻設(shè)備中追求不污染外部，同時(shí)不被污染的雙贏的對(duì)策。提高基板搬送的可靠性預(yù)測(cè)到大型化的基板搬送是非常困難的，就不用說(shuō)基板的破裂、劃傷等問(wèn)題。在TFT時(shí)顯示設(shè)計(jì)的標(biāo)準(zhǔn)上基板背面劃傷等時(shí)成品率低下的重要原因。接著談一下各種設(shè)備。涂膠設(shè)備作為涂膠設(shè)備所追求的課題第一是減少材料的使用量。不用說(shuō)光刻膠，同時(shí)要求減少清洗溶劑的使用量，材料的費(fèi)用。關(guān)于涂膠現(xiàn)在有幾家公司采用狹縫滴下、旋轉(zhuǎn)涂膠等方式，并且已經(jīng)產(chǎn)業(yè)化了，比原先的中央滴下方式減少了1/2到1/3的使用量。減少這些材料的使用量、材料的再利用是今后的課題。第二提高膜厚、預(yù)烘溫度的均勻性。光刻工程的光刻膠膜厚均勻性對(duì)曝光裝置的掩膜精度、曝光照度均勻性、顯影設(shè)備的顯影均勻性等有很大關(guān)系，在基板上涂布、預(yù)烘光刻膠的涂膠設(shè)備的涂膠膜厚、預(yù)烘溫度的均勻性也有很大影響。關(guān)于這些均勻性也要求達(dá)到現(xiàn)在及以上的水平。第三是有機(jī)污染的問(wèn)題。在共同項(xiàng)目中已經(jīng)敘述過(guò)了。特別是在涂膠設(shè)備中光刻膠溶劑、光刻膠成分的升華物、HMDS等密著強(qiáng)化劑、洗劑用溶媒等。對(duì)于CR為污染源時(shí)多。一直期望找到徹底解決的對(duì)策。曝光設(shè)備曝光設(shè)備由于其曝光方式、性能、掩膜版尺寸等左右著玻璃基板內(nèi)可以放置的顯示尺寸及其個(gè)數(shù)和處理能力。不僅工藝方面在生產(chǎn)效率即使在生產(chǎn)效率方面也有重要作用。曝光設(shè)備大的分有正射方式與投影方式，在TFT生產(chǎn)上在制造成品率上解像的性能上投射方式主要是用鏡頭投射曝光設(shè)備(分布曝光)，反射鏡投影曝光裝置(圖1)。以下敘述各自的課題與技術(shù)方向。自動(dòng)聚焦激光干涉計(jì)(a)分步方式圓弧狀狹縫凸面鏡口形鏡分步基板圓弧狀狹縫照明掃描XY載臺(tái)(B)自動(dòng)聚焦激光干涉計(jì)(a)分步方式圓弧狀狹縫凸面鏡口形鏡分步基板圓弧狀狹縫照明掃描XY載臺(tái)(B)投影方式圖1曝光裝置概略圖1)分布曝光方式

是把大型面板圖型分割成幾枚十字線版（掩膜版）配置，曝光時(shí)一邊移動(dòng)基板載臺(tái)，合成被分割的畫面進(jìn)行曝光的方式。作為分步曝光的問(wèn)題點(diǎn)，能舉例如向來(lái)在畫面連接部的曝光短路的邊界線視覺誤差，所以必須管理邊界重合錯(cuò)位量的差值在某個(gè)數(shù)值以下。但是最近發(fā)表了在以在邊緣具有濃度梯度的遮蔽物與遮蔽物本身曝光時(shí)的擋板開閉有周期性移動(dòng)的動(dòng)作，設(shè)計(jì)出過(guò)重合區(qū)域，能光滑的連接曝光邊界的新方式的遮掩結(jié)構(gòu)。由采用該結(jié)構(gòu)可以期望減少關(guān)于在曝光工藝方面的連接畫面的設(shè)備管理項(xiàng)目。掩膜版遮 I"掩版、掃光學(xué)濃掃度楔型竹図51露光光（通常露光）露免光（新方式）+> 尢濃度<>V対配J.7>：-/7掩膜版遮 I"掩版、掃光學(xué)濃掃度楔型竹図51露光光（通常露光）露免光（新方式）+> 尢濃度<>V対配J.7>：-/74>卜'（正面図）］［新方式H（斜視図）］（a）羽琢描.?>I.y丫兒夕逐次拍照的曝光［通常露光］曝光拍照區(qū)域?yàn)V光片量曝光拍照緋方-f>Ki:J: >合成原理加掃描盲版 光學(xué)濃度梯度新方式遮掩版（斜視圖）的邊緣新方式遮掩版（正視圖）(b新方式遮掩版（斜視圖）的邊緣新方式遮掩版（正視圖）(b)根據(jù)新方式遮掩版的圖形合成原理圖（a）新方式遮掩版概略圖圖2分步曝光的新方式的遮掩版的結(jié)構(gòu)圖其它作為課題的舉例說(shuō)提高處理能力的問(wèn)題。對(duì)于這個(gè)作為減少曝光次數(shù)的對(duì)策是把一貫采用的投影倍率為1：1，在最新裝置采用放大投影的1：1.25倍率。還有在裝置結(jié)構(gòu)上重疊問(wèn)題的改善起到了縮短節(jié)拍的作用。但是今后監(jiān)視器用面板大型化及基板大型化會(huì)變得更快，曝光次數(shù)有增加的趨勢(shì)。在于涂膠顯影設(shè)備一體化，必須配合其他單元節(jié)拍，追求更高的處理能力。（2）投影方式在反射鏡光學(xué)系統(tǒng)在圓弧狀基板上投影大型掩膜版圖型，同時(shí)掃描掩膜板與基板的曝光方式。向來(lái)掩膜版載臺(tái)與基板載臺(tái)式一體結(jié)構(gòu)的。但是最新裝置在個(gè)別的結(jié)構(gòu)使用激光干涉計(jì)采用周期掃描。反射鏡投影裝置的課題第1是提高曝光的照度。由于掃描曝光方式提高照度關(guān)系到掃描速度掃描次數(shù)的提高及處理能力的提高。還有這種方式的情況為了提高分步分辨率有必要縮小圓弧寬度，但式掃描速度變慢處理能力就下降。這種情況也成為改善的對(duì)策?，F(xiàn)在的掃描寬度最大約是20型,顯示器相當(dāng)于330mm（包括10“m的分辨率區(qū)域）。由于寬度的擴(kuò)大,就可以制作的顯示器尺寸更加大型化，但是現(xiàn)狀是減少掃描次數(shù)提高處理能力方面的趨勢(shì)大。顯影設(shè)備追求顯影裝置的課題第一就是提高顯影的均勻性。還有假設(shè)到基板大型化時(shí)由于顯影液中樹脂濃度的不均勻加大了涂型尺寸的變化。對(duì)于這位須有解決的對(duì)策。第二是顯影及純水噴淋后的水霧解決辦法。附有水漬的基板經(jīng)過(guò)后烘成為與光刻膠一樣的刻蝕掩膜版，造成了圖型的不良，因此必須改善。第三是減少顯影業(yè)與純水的使用量。隨著基板大型化產(chǎn)生了藥液量的增加。不許載設(shè)備結(jié)構(gòu)上下功夫，顯影液的再生、純水的在利用等，減少成本。使用新結(jié)構(gòu)、新材料的光刻工藝為了達(dá)到生產(chǎn)效率、顯示品質(zhì)的提高，向著低耗電、高亮度、寬視角、低成本化的方向發(fā)展。對(duì)于這些課題，例如減少背光源的消耗電力等的直接對(duì)策同時(shí)，也進(jìn)行了以光刻技術(shù)提高透過(guò)光的利用效率等從其它側(cè)面的討論。以下是使用新結(jié)構(gòu)、新材料技術(shù)關(guān)于光刻工藝的例子。1.像素平坦化結(jié)構(gòu)的TFT為了提高像素部分的開口率、提高光的利用率、減少背光源等的消耗電力，做成高亮度的顯示器發(fā)表了在平坦化的TFT元件表面最上層設(shè)計(jì)顯示電極的ITO結(jié)構(gòu)。TFT表面平坦化，減少摩擦?xí)r的取向不良區(qū)域，以減少彩膜（CF）與黑矩陣（BM）的重合邊界的設(shè)計(jì)值的尺寸，來(lái)提高開口率。這種平坦化材料有有機(jī)洗、無(wú)機(jī)系及感光性、非感光性類型。各種材料的特征各有優(yōu)缺點(diǎn)，干光型樹脂的特征有（1）可以用曝光、顯影形成圖形，不需要刻蝕工序，能減少工藝成本；（2）提高平坦化的效果可以涂厚膜；（3）幾乎在i（365nm）線、h（405nm）線有曝光感度，還有由于顯影液可以使用TMAH，可以使用現(xiàn)有的涂膠、曝光、顯影設(shè)備。表一主要的平坦化膜材料的特性比較主感波長(zhǎng)透過(guò)率（1MHz）與光刻工藝設(shè)備的共通性厚膜化透明性耐熱性A公司感光性有機(jī)樹脂(g).h.i~3.3OO△△B公司感光性有機(jī)樹脂(g).h.i~3.0OO△△C公司感光性有機(jī)樹脂i~2.7XOOOD公司非感光性無(wú)機(jī)樹脂~4.5X△◎◎問(wèn)題點(diǎn)有（1）耐熱溫度比無(wú)機(jī)系材料溫度低，產(chǎn)生了限制ITO的成膜工藝。（2）與正性光刻膠相比需要幾倍的曝光時(shí)間，（3）發(fā)生若干個(gè)顏色位移，（4）材料成本高等。特別關(guān)于（4）使用新材料，即使提高了附加值那也必須抑制隨之發(fā)生的材料費(fèi)機(jī)設(shè)備投資等成本的增加在最低限度。在陣列基板側(cè)制作彩膜一般的TFT-LCD都由制作的TFT與CF二枚基板對(duì)合做成屏。CF的制作方法有使用彩色保護(hù)膜法、使用電著色法、噴墨法、印刷方式法等。使用彩色保護(hù)膜法用有涂膠、曝光、顯影的光刻技術(shù)。向來(lái)CF與TFT基板是分別制造方法,由于必須考慮設(shè)計(jì)的各自制造裝置及掩膜版的制造誤差、重合邊緣精度等,發(fā)生種種的因素成為開口率下降的要素。作為解決這些手段還有減少CF的成本手段,考慮在TFT上直接形成CF的方法，作為CF在陣列的課題有的低成本工藝化.（2）在這個(gè)基礎(chǔ)之上的高成品率.由于在完成TFT的基板上形成彩膜,在這個(gè)工程上失敗導(dǎo)致更大的損失.隨著成品率提高，在TFT上的CF的CF修復(fù)技術(shù)缺陷的再生變得更重要了。使用負(fù)性光刻膠作為在TFT-LCD的光刻工程使用的光刻膠由于穩(wěn)定性等一般使用酚醛樹脂系的正性光刻膠。一方面負(fù)性光刻膠由酸發(fā)生劑等三組分系化學(xué)增幅型光刻膠在以前就存在，（1）在曝光和顯影間必須有PEB工藝，工藝工序就多一個(gè)，（2）對(duì)于曝光、PEB、顯影之間放置時(shí)間及PEB溫度有大的依賴性，工藝富余度小，由于這些缺點(diǎn)而不太使用。但是現(xiàn)在有提高間隔狹小圖型的必要性，防止由于異物的短路缺陷等負(fù)性光刻膠有優(yōu)勢(shì)，關(guān)于（2）的工藝富余度的改善而引人注意。今后的課題還是追求省略PEB工程及工藝穩(wěn)定性。IPS方式的TFT一般的TFT-LCD比CRT的視角小，以改善視角為目的的一個(gè)方式有用橫方向電場(chǎng)驅(qū)動(dòng)液晶的IPS方式。在IPS方式的TFT由于光的透過(guò)率對(duì)于電極間的電場(chǎng)強(qiáng)度有很大的依賴性，電極間隔的面內(nèi)變化量關(guān)系到輝度差，作為顯示板等容易被觀察到。為此在設(shè)計(jì)上下很大功夫之上，在從光刻工程到刻蝕工程及包括電極的形成工藝，追求達(dá)到亞微米水平上的尺寸均勻性。低溫p-SiTFT使用低溫p-Si的TFT可以達(dá)到100cm2/v.s以上的遷移率，而a-siTFT則在1cm2/v．s以下，在同一塊基板上可以形成面板與驅(qū)動(dòng)電路。可以省略一貫使用驅(qū)動(dòng)用IC和它的貼裝工序，期望可以降低成本。還有可以實(shí)現(xiàn)含有驅(qū)動(dòng)回路以外的所有系統(tǒng)的一體化?，F(xiàn)在2—3型級(jí)的產(chǎn)品作為數(shù)字相機(jī)用、數(shù)字?jǐn)z相機(jī)顯示用的越來(lái)越多起來(lái)了。作為要求低溫p-SiTFT的制造上的曝光裝置的性能隨著產(chǎn)品柵級(jí)尺寸變化，但比a-siTFT用裝置的更高的有（1）高分辨率和（2）重合精度；與a-siTFT用裝置一樣的（3）曝光區(qū)域與（4）保證焦點(diǎn)深度。關(guān)于分辨率現(xiàn)狀是在驅(qū)動(dòng)線路部分的圖形的形成必須要在約2——3pM的性能，今后引入更高的元件時(shí)，會(huì)要求在1pM上下的規(guī)格。隨之重合精度的要求值也要變小。還有在生產(chǎn)效率上要求在1枚基板上的面板數(shù)必須盡量多，與a-siTFT一樣基板大型化是必然的趨勢(shì)。為此關(guān)于曝光區(qū)域與焦點(diǎn)深度要求要與a-siTFT用裝置一樣的性能。但是開發(fā)這樣裝置能很容易設(shè)想到會(huì)非常困難。在要求規(guī)格曝光系統(tǒng)上的靈活運(yùn)用與混合化是條捷徑，但在其裝置、材料成本、面板的預(yù)算性拿出最合適的解決方法會(huì)在現(xiàn)在困難。結(jié)束語(yǔ)以上敘述了TFT-LCD的光刻技術(shù)的現(xiàn)狀與課題及技術(shù)的發(fā)展動(dòng)向。不用說(shuō)一貫的延伸原有技術(shù)，即使在新技術(shù)上也要多少提高面版的型能，降低成本是最先是的。今后越來(lái)越感覺到設(shè)備廠家、材料廠家的所有努力降低成倍與面半廠家合成一體的必要性。最后用一般的說(shuō)法必須關(guān)注向來(lái)注意的環(huán)境問(wèn)題。即使實(shí)現(xiàn)了光刻膠的去膠液與顯影液的再生，還得考慮以所有藥液、材料為對(duì)象作為TFT-LCD的產(chǎn)品被廢棄時(shí)地易于再利用等的考慮也是今后的主要課題。一、光刻膠物理特性1、 分辨率：是區(qū)別硅片表面上兩個(gè)或更多的鄰近特征圖形的能力。2、 對(duì)比度：指的是光刻膠上從曝光區(qū)到非曝光區(qū)過(guò)渡的陡度。3、 敏感度：是硅片表面光刻膠中產(chǎn)生一個(gè)良好圖形所需要的一定波長(zhǎng)的最小能量值（以毫焦每平方厘米或mj/CN?為單位）4、粘滯性：粘滯性指的是對(duì)于液體光刻膠來(lái)說(shuō)其流動(dòng)特性的定量指標(biāo)。5、粘附性：光刻膠的粘附描述了光刻膠粘著于襯底的強(qiáng)度。6、抗蝕性：光刻膠黏膜必須保持它的粘附性，并在后續(xù)的濕刻和干刻中保護(hù)襯體表面，這種性質(zhì)被稱為抗蝕性。7、 表面張力：指的是液體中將表面分子拉向液體主體內(nèi)的分子間的吸引力。8、存儲(chǔ)和傳送：能量將激活光刻膠的化學(xué)性質(zhì)，無(wú)論是熱能還是光能，這就要求小心控制存儲(chǔ)和使用條件。9、沾污和顆粒：與硅片加工中所用到的任務(wù)化學(xué)品一樣，光刻膠材料的純度非常重要。二、光刻膠的四種成分：1、樹脂：光刻膠樹脂是一種惰性的聚合物基質(zhì)，用與把光刻中的不同材料聚合在一起的粘合劑。2、感光劑：光刻膠感光劑是光刻膠材料中的光敏成分，它對(duì)光形式的輻射能，特別在紫外區(qū)會(huì)發(fā)生反應(yīng)。3、溶劑：溶劑使光刻膠保持液體狀態(tài)。4、添加劑：用來(lái)控制和改變光刻膠材料的特定化學(xué)性質(zhì)，或光刻膠材料的光響應(yīng)特性。三、光刻膠軟烘的原因有：將硅片上覆蓋的光刻膠溶劑去除。增強(qiáng)光刻膠的粘附性以使在顯影時(shí)光刻膠可以很好的粘附。緩和在旋轉(zhuǎn)過(guò)程