彩色滤光片之光刻胶的特性探究与用量改善

赵玉财

（咸阳彩虹光电科技有限公司，陕西 咸阳712023）

1 概述

近10 年来，薄膜晶体管液晶显示器TFT-LCD 行业在国内发展迅速，每年都有新的项目在建设中，并加入投产的行列。国内TFT-LCD 行业蓬勃发展带来的是各类面板的定价权不再是日韩等国外企业为主导，也使手机屏、平板电脑、笔记本电脑到电视机显示器等各类面板的价格逐渐走低。

在TFT-LCD 制造过程中，作为液晶显示器彩色化的彩色滤光片制程，其中的关键材料就是光刻胶。光刻胶的特性将直接决定产品的光学性能与产品品质，同时因为其价格昂贵，故对光刻胶的特性研究与用量改善对实际生产具有重要的意义。

2 光刻胶的特性

光刻胶在阵列图案化工艺中仅起到掩膜的作用，是正性光刻胶；在彩色滤光片图案化工艺中直接起到图案的作用，是负性光刻胶。主要组成是颜料、溶剂、分散剂、单体、聚合体和光起始剂等。

颜料：是光刻胶呈现颜色的关键成分，色度由其决定。颜料的化学结构、粒径和粒子的聚集状态等，影响着光刻胶的性能。RGB 分别以RGB 基色材料为主体；BM材料使用黑色着色剂。溶剂：可以调整光阻的黏度，使其接近理想的液体，具备良好的涂布性。常用的有机溶剂有：PGMEA (丙二醇单甲醚醋酸酯）和PGME(丙二醇甲醚）等。

分散剂：为了得到一个稳定的颜料悬浮体，要使用分散剂才能提高颜料颗粒的分散效率，防止颜料在存储期间发生沉降和结块。在颜料分散法制备光刻胶中一般采用的是高分子聚合物分散剂。

单体：其作用是与碱性水溶液反应，未曝光部分树脂会迅速溶解。其分子链段中含有一定量的羧酸等酸性基团，确保在显影过程中能与碱性的显影液发生反应而溶解掉。常用的单体有：丙烯酸、苯乙烯、丙烯酸酯类等。

聚合体：决定了光照射后光刻胶的基本性能，在光的照射下，光起始剂吸收光的能量产生活性基或者激子，使单体和低聚物的C==C 双键打开变为C——C 键，它们之间发生交联反应，形成致密的网格状结构，保护曝光区域的碱可溶性树脂不被显影液洗去。颜料分散法的光刻胶一般采用丙烯酸树脂。

光起始剂：光起始剂对紫外线（250-380nm） 或可见光（380-780nm）敏感，它直接或者间接吸收光子能量后，生成能引发单体聚合的活性激子，引发单体和聚合体发生聚合反应。颜料分散法的光刻胶一般为自由基聚合光起始剂，其主要成分为苯乙酮、胺类。

3 光刻胶不良及改善方向

3.1 过显不良：因光阻耐显影性差或者曝光交联不完全，导致光刻胶在黄光制程后，容易过显，如图1 所示。

图1 过显不良

改善方向：添加高感度光起始剂，提高感度，使光刻胶更易见光反应。使用更耐显影的聚合体，强化光刻胶的耐显影性。

3.2 光阻附着性不良：因光阻阻水能力差，导致水气渗入BM与基板间，影响密着，如图2 所示。

改善方向：添加含F 素添加剂，强化阻水能力。添加密着助剂，强化密着。使用疏水性较高的单体及聚合物

3.3 条纹状mura 不良：因VCD 速率过快，BM 在靠近VCD抽气口的区域会有条纹状mura。

改善方向：配方调整，溶剂种类更换。

4 光刻胶用量分析与改善

光刻胶用量=玻璃上涂胶量+正常损耗+异常损耗

4.1 玻璃上涂胶量分析与改善

4.1.1 玻璃上涂胶量分析

玻璃上涂胶流程为：nozzle 吐出光刻胶让口金润湿——口金刮拭去除口金表面凝结物——Nozzle 移动到玻璃涂布开始位置——口金预涂——预涂后静置——Nozzle 至上升涂胶高度）——帮浦开始打光刻胶至nozzle——涂布开始——帮浦停止打光刻胶——Nozzle 上升，涂布完成。与光刻胶相关的涂布过程为：Nozzle 吐出光刻胶让口金润湿，口金预涂,帮浦开始打光刻胶至nozzle——涂布开始。玻璃上正常涂胶量的多少取决于产品设计的色域，NTSC 值等的设计规格。

4.1.2 玻璃上涂胶量改善

Nozzle 吐出光刻胶让口金润湿的初始预设参数为2500uL,调整为1500ul。经确认可以达到口金润湿的效果。

口金预涂的初始预设参数为2000uL,调整为1500ul，经确认未发生涂布mura 和破膜现象。

玻璃上正常涂胶量取决于设计规格，经确认产品的色度规格和NTSC 值，NTSC 值为73.23%，超过设计规格70%，故将膜厚在目前基础上减少0.1um，如图3 所示。

4.2 正常损耗分析与改善

4.2.1 正常损耗分析

正常损耗包含：机台保养损耗，耗材更换损耗，产线切线换光刻胶损耗，光阻桶切换损耗等。机台保养损耗包含初级和终级滤芯排泡，口金初始涂布排泡和口金压力曲线涂布；耗材更换损耗为初级和终级滤芯更换损耗；产线切线换光阻损耗为产线进行不同光刻胶生产时需要将原有光刻胶排掉后打入新的光刻胶；机台无货损耗为机台无货时，需要保持口金在润湿状态，不能让光刻胶凝结，故需吐出一定量的光刻胶使光刻胶保持在润湿状态。

4.2.2 正常损耗改善

机台保养损耗：此部分改善主要从减少损耗量上进行。初级和终级滤芯排泡初始预设参数为30000uL,调整为25000ul；口金初始涂布排泡初始预设参数为200000uL,调整为156000ul；口金压力曲线涂布初始预设参数为15000uL,调整为12000ul，经确认未发生压力曲线异常，光刻胶内的气泡可被完全去除。

耗材更换损耗：此部分改善主要从延长使用寿命，减少损耗量上和滤芯内光刻胶回收进行。初级滤芯使用寿命由7 天延长至14 天；终级滤芯使用寿命由14 天延长至28 天。初级和终级滤芯排泡初始预设参数为30000uL,调整为25000ul，经确认未发生mura 和破膜等制程不良问题。滤芯内光刻胶回收主要是滤芯更换后，滤芯内的光刻胶倒入光阻桶，每次可节省1L。

产线切线换光刻胶损耗: 此部分改善主要从改善切换光刻胶的顺序进行。初始顺序为：洗剂冲洗2 次——打入新的光刻胶——洗剂冲洗1 次——打入新的光刻胶，调整为洗剂冲洗3次——打入新的光刻胶，节省了1 次光刻胶的浪费，每次可节省20L。

光阻桶切换损耗：此部分改善主要从光阻桶的吸管方式改变和2 个光阻桶的切换时间上进行。更换光刻胶时，保证光阻桶的吸管弯折部分朝向光子桶盖对侧。光阻桶切换Sensor 判定时间增加1s,每桶切换可节省0.3L。

4.3 异常损耗分析与改善

4.3.1 异常损耗分析

光刻胶在涂布时容易产生涂布mura，破膜等制程不良，产生这些不良后产品就需要重工，会造成光刻胶的浪费。

4.3.2 异常损耗改善

异常损耗改善主要从减少制程不良方向进行。在涂布工艺，设备和制程是密切相关的，故减少制程不良将从设备面和制程面进行。

设备面：例行保养，机台等待后的复机手法，设备停机后的异常处理均标准化，使设备处于稳定生产状态；光刻胶供给过程为：光阻桶——气泡吸附单元——光阻槽缓冲单元——初级滤芯——脱气模组——pump 帮浦——终极滤芯——口金，通过修正PLC 将Trap Tank 的Vent 改成Trap Tank H off 才开启Vent 1.5s 改善排泡的方式，减少光阻浪费。

制程面：质量卡关机制的合理化，持续与检测配合调整，降低过严及误报警造成的光刻胶的浪费；判NG 基板进行修补，减少NG 基板数量。

5 结论

光刻胶作为液晶显示器彩色化的关键制程- 彩色滤光片制程中的关键材料，光刻胶的特性将直接决定产品的光学性能与产品品质，并因其价格昂贵，故光刻胶的特性研究与用量改善对实际生产具有重要的意义。本文对光刻胶的特性和光刻胶的用量进行探究，并对改善方向与措施进行了讨论。由于本人学识浅薄，本文这些观点仅是冰山一角，其他更丰富的观点，仍有待各位提出。