曝光工艺材料

7.2　曝光工艺材料——光刻胶

光刻胶是TFT制作的基础工艺材料之一，由树脂、感光化合物、溶剂3个基本成分组成，具有光化学敏感性，被紫外光、电子束、准分子激光束、X射线、离子束等曝光光源照射后，发生光化学反应，其溶解度发生变化。通过对光刻胶的曝光、显影等过程，把掩模板上的微细图形转移至待加工的衬底上，然后进行刻蚀加工，形成器件所需的图形。

根据光刻胶的极性可将光刻胶分为正性光刻胶和负性光刻胶，它们的原理如图7.5所示。光刻胶在曝光之后，被浸入显影溶液中。正性光刻胶被曝光区域在显影液中被溶解，未曝光的区域保持不变。负性光刻胶正好相反，在显影剂中未曝光的区域将溶解，而曝光的区域被保留。正性光刻胶的分辨力比较好，在TFT阵列制造中一般选择正性光刻胶。

图7.5　正性光刻胶和负性光刻胶的原理

对光刻胶的基本要求是，高灵敏度、高分辨力、高对比度、高纯度、好的蚀刻阻抗性、易于处理、长寿命周期、低溶解度、低成本和比较高的玻璃化转换温度（Tg）。其中主要的两个性能是灵敏度和分辨力。大多数光刻胶是无定向的聚合体。当温度高于玻璃化转换温度，聚合体中相当多的链条片以分子运动形式出现，因此聚合体呈黏性流动；当温度低于玻璃化转换温度，链条片段的分子运动停止，聚合体表现为玻璃而不是橡胶。当T_g低于室温，胶被视为橡胶；当T_g高于室温，胶被视为玻璃。由于温度高于Tg时，聚合体流动容易，因此将光刻胶加热至它的玻璃转化温度，进行一段时间的退火处理，可达到更稳定的状态。在橡胶状态，溶剂比较容易从聚合体中去除，如软烘培胶工艺，但此时胶的工作环境需要格外关注。当软化胶温度大于Tg时，它容易除去溶剂，但也容易混入各种杂质。一般来说，结晶的聚合体不会用来做胶，因为结晶体存在妨碍均一的各向同性的薄膜的形成。

光刻胶的主要成分是树脂、感光化合物以及可控制光刻胶机械性能并使其保持液体状态的溶剂。树脂在曝光过程中分子结构发生改变，感光化合物控制树脂定相的化学反应速度，溶剂使得胶能在基板均匀涂敷。没有感光化合物的光刻胶称为单成分胶或单成分系统；在有一种感光剂的情形下，称为二成分系统。因为溶剂和其他添加物不与胶的感光反应发生直接关系，它们不计入胶的成分。

在曝光过程中，正性胶通过感光化学反应，切断树脂聚合体主链和从链之间的联系，达到削弱聚合体的目的，所以曝光后的光刻胶在随后显影处理中溶解度升高。曝光后的光刻胶溶解速度几乎是未曝光的光刻胶溶解速度的10倍。而对负性胶，在感光反应过程中，其主链的随机十字链接更为紧密，并且从链下坠物增长，所以聚合体的溶解度降低。正性胶在曝光区间显影，负性胶则相反。

TFT-LCD光刻一般采用正性光刻胶。表7.1提供了一个TFT光刻用光刻胶的一些参考数据。在TFT制作工艺中，所有原材料在投入使用前必须进行严格的质量检查。为了确保质量，甚至要到材料制造商的工厂检查，确认该工厂的质量管理是否达标。

对光刻胶的检查按照企业采购标准执行。每个交货批次都要提交产品质量检查合格证，每半年提交一次品质变化表。光刻胶的质量保证期为4个月（从生产日期起，在5～20℃保存）。产品必须在生产日期后15天以内交货。容器上的产品标签，必须标明品名、化学式、编号、批号、生产日期、有效日期、使用及保管注意事项、相应法规（消防法，危险物第四类第二石油类）、厂家。

表7.1　TFT光刻胶的主要规格