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ITO导电玻璃的光刻胶蚀刻法


ITO导电玻璃的光刻胶蚀刻法
 

         
         

                                  ITO导电玻璃的光刻胶蚀刻法流程示意图 

ITO导电玻璃的光刻胶蚀刻法图解

PCB板的光刻胶蚀刻法图解

  
一、涂胶
        涂胶是光刻的首道工序,它是ITO玻璃表面上涂一层光刻胶,涂胶效果控制好坏直接影响光刻质量,因此在操作时应将光刻胶按要求准备好,并控制好光刻胶的涂层厚度及均匀性、涂层表面状态等。

        光刻胶一般是在低温避光条件下储存,因此在使用光刻胶前一定先把胶从低温条件下取出,在使用场地放置至瓶内胶的温度与环境温度相同时才能打开瓶盖,胶在使用前要对其黏度进行测试。因为胶黏度高时,涂层厚抗蚀性虽然提高,但其分辨率下降;而胶黏度低时,分辨率能提高但抗蚀性较差,因此根据产品的工艺加工精度要求将光刻胶黏度控制在一定范围内。

        通常胶黏度调整使用稀释的方法,即将高黏度调成低黏度。方法是根据原胶浓度大小,加入一定量的稀释剂充分搅拌,静置一段时间测量其黏度值,使之达到要求的黏度。

        涂胶前的ITO玻璃表面状况对光刻胶与ITO层黏附质量影响极大,在生产中保证ITO膜与光刻胶间有良好的接触和黏附,清洗后玻璃经紫外光照射对其表面进行活化处理,然后再涂光刻胶。

        涂胶的质量要求是:胶与ITO层黏良好,不能有胶脱落现象;涂层厚度均匀一致,不能有厚有薄,不然在显影、刻蚀时会出现图形缺陷;涂层表面状态不能有条纹、针孔、凸起等缺陷。

        涂胶方法有浸涂、甩涂、辊涂等,其中辊涂的涂覆质量好于其他两种,它是通过胶辊将光刻胶均匀地涂在玻璃上。为保证胶膜的质量,涂胶工序应在洁净条件下进行,它的温度是22℃±3℃,湿度低于60%,并在不含紫外光成分的黄灯条件下进行操作。

二、 前烘
        前烘的目的是促使胶膜内溶剂充分挥发,使胶膜干燥以增加胶膜与ITO表面的黏附性和胶膜的耐磨性。曝光时,掩模版与光刻即使接触也不会操作光刻胶膜和沾污掩模版,同时,只有光刻胶干燥,在曝光时,才能充分进行光化学反应。

        前烘方式有两种,一种是在恒温干燥箱中烘干;另一种是用红外炉烘干。两者差别在于,前者是由电热丝加热至一定温度,使光刻胶从外向里逐渐干燥,干燥时间较长;而后者是用红外光辐射,光刻胶的干燥是从胶膜与ITO层交界面开始逐渐缶外挥发溶剂,其干燥效果好于前者且时间较短。

        影响前烘质量的主要因素是烘干温度和烘干时间,胶膜烘烤不足时(温度过低或时间过短),胶膜内的溶剂未充分挥发掉,曝光显影时,未受光的部分也被溶除形成浮胶或使图形变形;胶膜烘烤时间过长或温度过高时,会导致胶膜翘曲硬化,在显影时会显不出图形或图形留有底膜。

三、 曝光
        曝光就是在涂好光刻胶的玻璃表面覆盖掩模版,通过紫外光进行选择性照射,使受光照部位的光刻胶发生化学反应,改变了这部分胶膜在显影液中的溶解度。

        显影后,光刻胶膜显现出与掩模版相对应的图形。一般曝光的过程是:先将曝光机的紫外光灯打开预热,待电源稳定,掩膜版放在印框上通过显微镜进行对位。要求光刻版两侧标记与显微镜“+”字线重合,然后锁紧固定版夹,初调好的版框图形面向下放入曝光机框架上,取一张涂有光刻胶的玻璃,胶面朝上放在曝光平台,用定位销定位。

        曝光时间和曝光强度选择根据版的质量、光刻胶性质、光源强弱和光源到ITO玻璃的距离等因素来确定,一般通过做一张试片经显影后检查图形效果再决定曝光条件。

        曝光时间过短,光刻感光不足,其化学应不充分,显影时受光部分溶解不彻底,易留底膜;曝光时间过长不该曝光部分边缘也被微弱感光,刻蚀后图形边界模糊,细线条变开严重。

        为保证曝光质量,操作中应注意以下几点:

        ①掩模版上机前要严格检查,因为版若有缺陷做出的产品也会有缺陷,尤其不能有版污染、划伤等。
        ②曝光定位一定要准确,否则后工序无法加工。
        ③操作中,对版和玻璃要轻拿轻放。
        ④涂光刻胶的玻璃放置时间过长(如超过一天)或曝光前已被白光照过,即胶膜已失效不能再用作正品,应返工处理。

四、 显影
        照相乳剂经曝光确定了尚未显出的影像之后,就必须显影以产生可见的银质影像。在普通的显影工艺中,可通过两种途径进行显影(一般两种途径都起作用,但其中一种是主要的)。

        第一种叫做化学显影或直接显影,在照相成像中,它是首先出现的,在整个过程中起主导作用;第二种途径纯粹是因为历史上的原因叫做物理显影,在照相成像中把它叫做“溶剂”物理显影更为恰当一些,通过它可以产生高密度、高反差的影像。

        不管用什么工艺,显影剂和显影时间都是关键的。显影时间短,则影像结构精细,反差一般;显影时间长,反差有所改进,不过粒子也增大了。因些,往往需要对影像清晰度和分辨率加以折中。

        显影就是将感光部分的光刻胶溶除,留下未感光部分的胶膜从而显示所需要的图形。显影过程是将曝光后的玻璃放入显影槽,显影液通过摇摆的喷头喷洒在玻璃的光刻胶面上,过一定时间显出图形后,玻璃再通过水洗,将显影液冲掉。

        显影液有两种,一种是与光刻胶配套的专用显影液;另一种是定浓度的碱液(KOH或NaOH)。第二种使用普遍些,碱液配置是在专用调制槽中进行的,先在槽中注入一定量高纯水,然后根据溶液浓度称量一定量的碱放入槽中搅拌,待碱液完全溶解后,将配好的液注入显影槽。

        显影时必须控制好时间和温度,温度和时间直接影响显影速度,若显影时间不足或温度低,则感光问的光刻胶不能完溶解,留有一层光刻胶,在刻蚀时,这层胶会对ITO膜起保护作用,使应该刻蚀的ITO被保护下来。若显影时间过长或温度过高,显影时未被曝光的光刻胶会被从边缘向里钻溶,使图形边缘变差,再严重会使光刻胶大片剥落形成胶胶。

        显影工序必须对玻璃进行认真检查,检查图形状态,发现不合格即返工,同进批量生产时要对碱液浓度进行抽查,当碱液浓度或高或低进都要进行调整,保证碱浓度稳定在一个小时范围内。

五、 坚膜
        由于显影进光刻胶膜发生软化、膨胀,影响胶膜的抗蚀能力,因此显影后必须用适当温度烘焙玻璃以除去水分,增强与玻璃的黏附性,这个过程叫坚膜。

        坚膜的方法有两种,一种是用烘箱坚膜,另一种是用红外光坚膜,两者差异前面已讲过,坚膜的条件一是温度,二是时间,两个条件变化,对坚膜质量的影响同前烘所述,一般情况是坚膜条件略高于前烘条件。

六、 刻蚀
        刻蚀是用一定比例的酸液把玻璃上未受光刻胶保护的ITO膜腐蚀掉,而将有光刻胶保护的ITO膜保存下来,最终形成ITO图形。选用的腐蚀液必须是能腐蚀掉ITO胶又不能损伤玻璃表面和光刻胶,一般选用一定比例的HCl,HNO3和水的混合液。

        刻蚀的温度和时间对刻蚀效果影响很大,两者的变化也影响到刻蚀速度。速度太快则难以控制从而容易造成过刻蚀;速度太慢需要时间长,则光刻胶抗蚀能力降低,容易出现溶胶现象。

        一般恒定刻蚀温度,用时间调整刻蚀效果,刻蚀时间应由刻蚀速度和ITO膜厚度刻蚀时间就越长。

        通过试验可确定不同ITO膜厚度应选用多少刻蚀时间,刻蚀赶时间的控制对刻蚀效果非常关键,时间太短ITO膜刻蚀不净,图形会出现短路;时间太长,由于光刻胶抗蚀能力下降,图形变差或被蚀断。

七、 去膜和清洗
        去膜就是把刻蚀后玻璃上剩余的光刻胶去掉,清洗是冲洗干净玻璃表面的残胶、杂质等。去膜液是用碱液配制而成的,它的碱浓度要高于显影浓度。去除;清洗是用高纯水冲洗玻璃上残留碱液同时冲洗残胶。

a) 光刻质量要求的分析

1. 光刻质量要注
        光刻工艺在液晶显示器制造过程中起左关键作用。光刻质量的好坏直接影响器件的性能、因此,提高光刻工艺的质量是十分重要的。响到器件的性能、成品率和可靠性。因此,提高光刻工艺的质量十分重要的。
光刻质量要求如下:

        i. 刻蚀的图形完整,尺寸准确,边缘整齐,线条陡直。

        ii. 图形内元小岛、针孔、毛刺等,刻蚀干净。

        iii. 腐蚀后的玻璃表面清洁,不发花,没有残留的被腐蚀物质、油渍等

        iv. 图形定位准确,各类标记完整。

2. 光刻质量分析
        光刻工艺是十分精密和细致的工作,影响光刻工艺因素是多方面的、复杂的。要想得到预期的结果,达到如上所述质量要求,必须对光刻过程中存在的各种缺陷和弊病进行分析和研究,找出原因,才有可能克服这些缺陷和弊病。

         (1) 浮胶
        浮胶是显影或腐蚀过程中常出现的一种不良现象,也是影响较为严重的一种光刻弊病。

        ①显影时产生的浮胶
        在显影时,玻璃表面的胶膜皱起呈橘皮状或胶膜大片剥离。产生这一现象,说明胶膜与玻璃表面ITO层黏附不好,必须认真找出原因。同时,出现问题的玻璃必须返工。
显影时出现浮胶的原因一般有:

        a.涂胶胶玻璃表面清洁处理不当,表面有油污,水汽等;或玻璃清洁后在空气中放置时间过长,空气中的水汽附在玻璃表面上;或者涂膜操作环境湿度太大,使胶与玻璃表面黏附不良。因此,必须注意做好玻璃表面的清洁处理和操作环境的温、温度及清洁工作。

        b.光刻胶配制有误或胶陈旧不纯,胶的光化学反应性能不好,使胶与ITO层成键能力差;或者胶膜不均匀和过厚,引起黏附不良。

        c.前烘时间不足或过度。烘焙不足,胶膜内溶剂不能及时挥发,显影时部分胶膜被溶除;烘焙过度,胶膜翘曲硬化,胶感光性会发生变化,所以前烘必须恰当。

        d.曝光不足,光硬化反应不彻底,胶膜溶于显影液中,引志浮胶。因此,在保证分辨率的前提下,曝光要充分。

        e.显影时间太长,显影液从胶膜底部不断渗入,引起胶膜浮起。因此必须控制好显影时间。

        ②刻蚀ITO时产生的浮胶
        刻蚀时产生的浮胶,除了怀显影时产生的浮胶有相同的原因之外,还有以下几个原因:

       a.坚膜不足,胶膜烘烤热固化不够。所以坚膜要充分,但温度也不能太高。

        b.刻蚀液配制失误,刻蚀液的活泼性太强。

        c.刻膜温度太低或太高。高度太低,刻蚀缓慢,则刻蚀时间太长,刻蚀液穿透或从底部渗入胶膜,引起浮胶;温度太高,刻蚀液活泼性强,也可能产生浮胶。因此,刻蚀温度要选择得当。

        在实际生产中,浮胶往往不是由单一原因引起,而是几种原因综合作用的结果。因此要针对不同的原因来解决浮胶问题。

        (2)毛刺和钻蚀
        在刻蚀时,如果刻蚀液渗透到光刻胶的边缘,则会使图形边缘受到腐蚀,从而破坏掩蔽区(图形)ITO层。若参透腐蚀作用较轻时,图形边缘会出现针刺状的局部破坏,习惯上称为“毛刺”;情况严重时,图形边缘会出现“锯齿状”或“绣花球”似的图案。称为“钻蚀”。

        产生毛刺和钻蚀的原因有:
        ①涂胶前玻璃表面清洁处理不良,存在污物、油垢、小颗粒或吸附水汽,使光刻胶怀ITO层黏附不良,引起毛刺或局部钻蚀。
        ②光刻底版不好,图形边缘有毛刺状缺陷
        ③光刻胶过滤不好或太陈旧,存在颗粒状物质,造成局部黏附不良。
        ④显影时间过长,图形边缘发生钻溶,刻蚀时就会造成钻蚀。
        ⑤曝光不足,光硬化反应不彻底,显影后在胶膜上产生溶坑或在图形边缘引起钻溶,腐蚀时造成毛刺或钻蚀。

(3)针孔
        当ITO层上的光刻胶膜存在漏洞小孔时,腐蚀后在ITO层上会出现相应的小孔(一般公为微米的数量级),这些小孔习惯上称为“针孔”。
        ①光刻掩模质量不好,本身有针孔。
        ②涂覆光刻胶时,操作环境被灰尘污染。
        ③光刻胶涂覆光太薄,或光刻胶本身抗蚀性能太差。
        ④曝光时间未控制好。
        ⑤腐蚀液配比不当。
        ⑥玻璃表面本身缺陷也可能造成针孔。

(4)小岛
        腐蚀ITO层后,发现留有小的ITO层——“岛屿”它们的尺寸一般比针孔大些,形状不规则,习惯称之为“小岛”。

        产生小岛的原因及其消除方法:
        ①由于掩模版不好,黑区有针孔或损伤,曝光时光透过这些针孔,使这些地方的胶膜局部感光,成为不溶于显影液的胶膜小岛,腐蚀后成为ITO层的小岛。出现这种情况应及时发现并更换或处理掩模版。
        ②若显影不彻底,则在光刻窗口内留下一层不易觉察的薄胶膜。这层胶膜在腐蚀ITO层的过程中起阻蚀作用,从而造成ITO层腐蚀不彻底,残留下ITO屋小岛。出现这样情况时,在胶膜抗蚀能力允许的条件下,应适当延长腐蚀时间。
        ③刻蚀液不纯,特别是沾有灰尘等污物,往往对ITO层起阻蚀作用,形成ITO层小岛。因此,保持玻璃片表面清洁,无灰尘污染,保持旋蚀液清洁并定期更换腐蚀液,可以减少由此产生的小岛。
  
        最近研究了用激光刻蚀代替一般光刻法制作电极图案的方法。现在使用激光制作图案的方法虽然还没有达到广泛使用的程度,而且其设备费用也贵一些,但是这种方法容易实现自动化,操作成本便宜,很适合于大批量生产同一种精密电极图案的厂家使用。特别是在生产电极等工作中,蕴藏着应用激光制作图案取代一般光刻法而成为主要的制造工艺的可能性。


更新时间:2013-11-18 21:34:41
 
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