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    AMOLED與LCD都需要的核心工藝設備曝光機

      一般光刻在顯示領域主要在TFTCF制程上,光刻的流程分為:上光阻曝光顯影顯影后檢查→CD量測→Overlay量測。而在整個流程中,今天OLEDindustry 重心來講講曝光這段核心工藝及其設備。

      曝光,簡單點說,就是通過光照射光阻,使其感光。然后通過顯影工藝將曝光完成后的圖形處理,以將圖形清晰的顯現出來的過程。而整個光刻工藝,則是將圖形從光罩上成象到光阻上的過程。

    曝光機的原理

      談到曝光,那必不可少就要談到曝光機。目前大部分曝光設備采用的是非接觸式曝光。原理是紫外光經過MASK對涂有光刻膠的ITO玻璃曝光,曝光后的玻璃經顯影產生與mask板相同的圖案。

      在曝光顯影時, 其曝光系統有一個基本的關系:

    圖片關鍵詞

      其中R為最小特征值, 即分辨率的最小距離。k1 為常熟(瑞利常數)。λ為曝光光源波長。NA為透鏡的數值孔徑, 是光罩對透鏡張開的角度的正玹值。該值最大是1; 先進的曝光機的NA 0.5 ~ 0.85之間??梢姙榱藴p小最小特征尺寸, 則必須減小曝光光源波長和提高NA值。ASML最新推出的EUV光刻膠, 可以把波長雖短到13.5 nm。但是整個光刻活動都在真空環境, 則生產速率較低。

      如果采取x-ray。雖然x-ray波長只有4 ~ 50 ?, 但是因為其能穿透大部分掩模版切對應光刻膠開發難度較大, 該技術一直沒有被采用。

      為了在不改變曝光系統的前提下提高NA而改善R, 可采取的方法有:

     ?。?/span>1 改變接近式曝光機中鏡頭和光刻膠的介質, 將其從空氣換成其他材料。通過該方式改變NA值可以是的193 nm技術在滿足45 nm工藝節點制程要求的同時, 進一步提高到28 nm制程。

     ?。?/span>2)如果將接近式配合二重曝光相想結合, 可以進一步將制程節點縮小到22 nm, 且工藝節點縮小到10 nm。

    顯示制造中的曝光技術

      在TFT-LCD的生產中, 根據制作原件的不同其采取的曝光方式也不相同:

      ? CF: 主要采取接近式曝光, 其掩模板與基板間距為10 μm左右。因為光通過掩模板后會有干涉效應, 則此種方法形成的圖案解析度不高。而AMOLED,目前LGDWOLED會采用CF。

      ? TFT曝光時, 光通過透鏡或面鏡將掩模板圖案投影到光刻膠上的同時, 其基板主要采取步進式或掃描式移動, 以完成整版曝光。到AMOLED的上相差不大,只是LTPS會多幾道光罩而已。

      而現在用于Display生產的主流曝光技術為:

      ? 透鏡掃描方式是一種Step & Scan的方式, 采用該方式的的曝光機有Nikon FX 系列, 其解析度為L/S 3.5 um.

      ? 反射鏡投影曝光機則主要由Canon FX 采用。其TFT使用機器的解析度L/S 3.5 um, CF用的機器則有4 um6 um兩種。

      ? Proximity式機器主要為NSKDECO采用。 其解析度為6 – 8 um, 主要用于CF的制作

      接近式曝光和投影式曝光的區別如Table 1所示。

      Table 1 接近式曝光和投影式曝光的一些區別

    Type

    Pros

    Cons

    Proximity

    -. Lower initial cost & running cost

    -. Faster Tact Time

    -. Lower accuracy & resolution

    -. Potential damages on masks

    Projection

    -. Higher accuracy & resolution

    -. Less damage on photomask

    -. Higher initial cost and ruining cost(times higher than Proximity )

    -. Longer Tact Time

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    Fig 1投影式曝光機示意圖

    投影式透鏡曝光機結構如Fig 1所示。

      當采取步進式透鏡曝光時, 一般先對位掩模板和基板, 其后打開曝光燈進行曝光, 且在曝光時掩模板和基板處于靜止狀態。在只采取一個Lens, 則曝光區域受到Lens大小的限制。如果LCD面板的尺寸大于掩模板上的圖形時, 需要用多張掩模板進行拼接。在采取該方法制作LCD屏幕時往往需要多次轉寫并更換掩模板。因為更換掩模板和靜止曝光的原因, 該方法生產性較低, 只用于早期的小尺寸面板生產, 而在大尺寸面板生產中未能續用。

      在掃描式面鏡曝光機中, 曝光時掩模板和基板同時移動, UV光通過Slit以掃描方式投影曝光。在完成一個曝光區域后, 通過步進式的方式把基板移動到另外一個需要曝光的區域。因為掃描式采用大型面鏡光學系統, 或者采取多個Lens拼接技術, 所以掩模板和曝光區域都可以大型化。其光學設備為臺形鏡、凹面鏡和凸面鏡組成, 其中臺形鏡置于掩模板和基板之間, 而凹面鏡與凸面鏡垂直(由此可將掩模板上圖形等倍率的成像在基板上。

    1 超高壓 水銀 Lamp : 16KW , 對波長為 365nm_PR有反應的波長帶。

    2 橢圓 Mirror : 集中Lamp的光 用平面 Mirror反射。

    3 平面 Mirror 1, 2, 3 : 使光的路徑發生改變 用球面Mirror進行反射。

    4 Fly eye lens : 使照度和光變均一。

    5)球面Mirror : 用平行光調整光的路徑。

      曝光機一般采取高壓汞燈作為曝光光源, 其產生的燈光經過濾色分光系統分解為紫外光和可見光。其中紫外光用于曝光, 而可見光用于對位使用。

    Table 2 CanonNikon在曝光機上的區別


    Canon

    Nikon

    Tech

    Scanner

    Stepper

    Optical Modules

    Mirror

    Lens

    Projection Ratio

    1:1

    1:1.25

    Accuracy

    0.5 um

    0.35um

    Productivity

    Canon < Nikon

     

     

     

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    Fig 2步進式透鏡投影曝光機 & 掃描式面鏡投影曝光機示意圖

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    Fig 3 Canon 曝光機結構

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    Fig 4 步進式UV光路系統結構

      在曝光時, Photomask 一般和玻璃基板距離為幾百μm (Gap控制后其誤差可以在10 μm 以內)。而在曝光之前, 需要現對Photomask現在Cooling Plate (CP) 上進行 預對準(Pre-Alignment: PA), 其后, 再通過Robot將基板轉移到曝光Stage上。在CP Stage 上有CP/異物感知Sensor(Scan)/PA 三個功能。

    多種曝光用光源對比

      常見的曝光用光源如Table 3所示。為了滿足集成電路線寬不斷減小的要求, 光刻膠的波長由紫外寬譜而逐步向G lineàKrFàArFàF2àEUV進行過渡和轉移。市面上主要用的光刻膠為G line、I line、KrFArF四類光刻膠。其中G lineI line為使用量最大的光刻膠。

    Table 3 常用光源和作用

    光刻波長

    主要用途

    感光劑

    成膜材料

    光刻膠體系

    紫外全譜 (300 -450 nm)

    分立部件

    雙疊氮化物

    環化橡膠

    環化橡膠負膠

    G (436 nm)

    0.5 μm以上集成電路

    DNQ (重氮萘醌)

    Novolac (酚醛樹脂)

    DNQ-Novolac 正膠

    I (365 nm)

    0.35 - 0.5 μm集成電路及LCD

    DNQ (重氮萘醌)

    Novolac (酚醛樹脂)

    DNQ-Novolac 正膠

    KrF (248 nm)

    0.25 - 0.5 μm集成電路

    光致產酸劑

    聚對羧基苯乙酸及其衍生物

    CAR-248 光刻膠

    ArF

    (193 nm)

    干法

    130 – 65 nm 集成電路

    光致產酸劑

    聚酯環族丙烯酸酯及其共聚物

    CAR-248 光刻膠

    浸沒法(a)

    26 – 45 集成電路

    浸沒法(a)+二重曝光

    22 nm 集成電路

    EUV(13.5 nm)

    22 nm 以下集成電路

    光致產酸劑

    聚酯衍生物分子玻璃組份材料

    EUC光刻膠

    電子束(laser Writer)

    掩模版制備

    光致產酸劑

    甲基丙烯酸酯機器共聚物

    電子束光刻機

    Table 3.4 常用光源和激發氣體

    Tech

    Wavelength

    (nm)

    Source

    DUV G Line

    436

    Hg

    DUV H Line

    405

    Hg

    DUV I Line

    365

    Hg

    Excimer laser

    248

    KrF

    Excimer laser

    193

    ArF

    Excimer laser

    157

    F2

    EUV

    13.5

    Sn Vapor

     

    曝光機實際應用操作介紹:

    1、基板的進入曝光機的順序:搬入整列 →stage→對位 。

    2、BM的對位: 臺板上有對位mark,與mask的對位標志對正,進行曝光。與半反射的曝光一樣。兩個的對位標志:

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    BM的曝光順序是:對位→ GAP測量曝光。

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    3、RGB的曝光

    1、整列的精度:±200μm, 相對于走片方向的兩側。(如下圖)

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    對位的順序:預對位→GAP測定自動對位。

    2、預對位:

                   精度:±20μm.

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    3、GAP的測量:有三個小窗口測gap。

     

    圖片關鍵詞

    gap指的是玻璃基板與MASK的距離

          gap的測量原理:

    圖片關鍵詞

    gap時,MASK不動,玻璃動。

    4、精確對位:

    精度±μm.MASK上有小窗口,在玻璃基板上有BM曝光時曝出來的并排的三個+++,之間的距離是2+α,α代表RGB之間的間距。

     

    圖片關鍵詞

    mask與玻璃的對位示意圖如下:

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