一般光刻在显示领域主要在TFT和CF制程上，光刻的流程分为：上光阻→曝光→显影→显影后检查→CD量测→Overlay量测。而在整个流程中，今天OLEDindustry 重心来讲讲曝光这段核心工艺及其设备。
曝光，简单点说，就是通过光照射光阻，使其感光。然后通过显影工艺将曝光完成后的图形处理，以将图形清晰的显现出来的过程。而整个光刻工艺，则是将图形从光罩上成象到光阻上的过程。
曝光机的原理
谈到曝光，那必不可少就要谈到曝光机。目前大部分曝光设备采用的是非接触式曝光。原理是紫外光经过MASK对涂有光刻胶的ITO玻璃曝光，曝光后的玻璃经显影产生与mask板相同的图案。
在曝光显影时, 其曝光系统有一个基本的关系:
其中R为最小特征值, 即分辨率的最小距离。k1 为常熟(瑞利常数)。λ为曝光光源波长。NA为透镜的数值孔径, 是光罩对透镜张开的角度的正玹值。该值最大是1; 先进的曝光机的NA 在0.5 ~ 0.85之间。可见为了减小最小特征尺寸, 则必须减小曝光光源波长和提高NA值。ASML最新推出的EUV光刻胶, 可以把波长虽短到13.5 nm。但是整个光刻活动都在真空环境, 则生产速率较低。
如果采取x-ray。虽然x-ray波长只有4 ~ 50 , 但是因为其能穿透大部分掩模版切对应光刻胶开发难度较大, 该技术一直没有被采用。
为了在不改变曝光系统的前提下提高NA而改善R值, 可采取的方法有:
（1） 改变接近式曝光机中镜头和光刻胶的介质, 将其从空气换成其他材料。通过该方式改变NA值可以是的193 nm技术在满足45 nm工艺节点制程要求的同时, 进一步提高到28 nm制程。
（2）如果将接近式配合二重曝光相想结合, 可以进一步将制程节点缩小到22 nm, 且工艺节点缩小到10 nm。
显示制造中的曝光技术
在TFT-LCD的生产中, 根据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, 其掩模板与基板间距为10 μm左右。因为光通过掩模板后会有干涉效应, 则此种方法形成的图案解析度不高。而AMOLED，目前LGD的WOLED会采用CF。
TFT曝光时, 光通过透镜或面镜将掩模板图案投影到光刻胶上的同时, 其基板主要采取步进式或扫描式移动, 以完成整版曝光。到AMOLED的上相差不大，只是LTPS会多几道光罩而已。
而现在用于Display生产的主流曝光技术为:
透镜扫描方式是一种Step & Scan的方式, 采用该方式的的曝光机有Nikon FX 系列, 其解析度为L/S 3.5 um.
反射镜投影曝光机则主要由Canon FX 采用。其TFT使用机器的解析度L/S 为3.5 um, 而CF用的机器则有4 um和6 um两种。
Proximity式机器主要为NSK和DECO采用。 其解析度为6 – 8 um, 主要用于CF的制作。
接近式曝光和投影式曝光的区别如Table 1所示。
Table 1 接近式曝光和投影式曝光的一些区别
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
Fig 1投影式曝光机示意图
投影式透镜曝光机结构如Fig 1所示。
当采取步进式透镜曝光时, 一般先对位掩模板和基板, 其后打开曝光灯进行曝光, 且在曝光时掩模板和基板处于静止状态。在只采取一个Lens时, 则曝光区域受到Lens大小的限制。如果LCD面板的尺寸大于掩模板上的图形时, 需要用多张掩模板进行拼接。在采取该方法制作LCD屏幕时往往需要多次转写并更换掩模板。因为更换掩模板和静止曝光的原因, 该方法生产性较低, 只用于早期的小尺寸面板生产, 而在大尺寸面板生产中未能续用。
在扫描式面镜曝光机中, 曝光时掩模板和基板同时移动, UV光通过Slit以扫描方式投影曝光。在完成一个曝光区域后, 通过步进式的方式把基板移动到另外一个需要曝光的区域。因为扫描式采用大型面镜光学系统, 或者采取多个Lens拼接技术, 所以掩模板和曝光区域都可以大型化。其光学设备为台形镜、凹面镜和凸面镜组成, 其中台形镜置于掩模板和基板之间, 而凹面镜与凸面镜垂直(由此可将掩模板上图形等倍率的成像在基板上)。
1） 超高压 水银 Lamp : 16KW , 对波长为 365nm_PR有反应的波长带。
2） 椭圆 Mirror : 集中Lamp的光 用平面 Mirror反射。
3） 平面 Mirror 1, 2, 3 : 使光的路径发生改变 用球面Mirror进行反射。
4） Fly eye lens : 使照度和光变均一。
5）球面Mirror : 用平行光调整光的路径。
曝光机一般采取高压汞灯作为曝光光源, 其产生的灯光经过滤色分光系统分解为紫外光和可见光。其中紫外光用于曝光, 而可见光用于对位使用。
Table 2Canon和Nikon在曝光机上的区别
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
Fig 2步进式透镜投影曝光机 & 扫描式面镜投影曝光机示意图
Fig 3 Canon 曝光机结构
在曝光时, 其Photomask 一般和玻璃基板距离为几百μm (Gap控制后其误差可以在10 μm 以内)。而在曝光之前, 需要现对Photomask现在Cooling Plate (CP) 上进行 预对准(Pre-Alignment: PA), 其后, 再通过Robot将基板转移到曝光Stage上。在CP Stage 上有CP/异物感知Sensor(Scan)/PA 三个功能。
多种曝光用光源对比
常见的曝光用光源如Table 3所示。为了满足集成电路线宽不断减小的要求, 光刻胶的波长由紫外宽谱而逐步向G lineàKrFàArFàF2àEUV进行过渡和转移。市面上主要用的光刻胶为G line、I line、KrF和ArF四类光刻胶。其中G line和I line为使用量最大的光刻胶。
Table 3常用光源和作用
光刻波长
主要用途
感光剂
成膜材料
光刻胶体系
紫外全谱 (300 -450 nm)
分立部件
双叠氮化物
环化橡胶
环化橡胶负胶
G线 (436 nm)
0.5 μm以上集成电路
DNQ (重氮萘醌)
Novolac (酚醛树脂)
DNQ-Novolac 正胶
I 线 (365 nm)
0.35 - 0.5 μm集成电路及LCD
DNQ (重氮萘醌)
KrF (248 nm)
0.25 - 0.5 μm集成电路
光致产酸剂
聚对羧基苯乙酸及其衍生物
CAR-248 光刻胶
ArF
(193 nm)
干法
130 – 65 nm 集成电路
光致产酸剂
聚酯环族丙烯酸酯及其共聚物
浸没法(a)
26 – 45 集成电路
浸没法(a) 二重曝光
22 nm 集成电路
EUV(13.5 nm)
22 nm 以下集成电路
光致产酸剂
聚酯衍生物分子玻璃组份材料
EUC光刻胶
电子束(laser Writer)
掩模版制备
光致产酸剂
甲基丙烯酸酯机器共聚物
电子束光刻机
Table 3.4 常用光源和激发气体
Tech
Wavelength
(nm)
Source
DUV G Line
436
Hg
DUV H Line
405
Hg
DUV I Line
365
Hg
Excimer laser
248
KrF
193
ArF
157
F2
EUV
13.5
Sn Vapor
曝光机实际应用操作介绍：
1、基板的进入曝光机的顺序：搬入→整列 →stage→对位 。
2、BM的对位: 台板上有对位mark，与mask的对位标志对正，进行曝光。与半反射的曝光一样。两个的对位标志：
BM的曝光顺序是：对位→ GAP测量→曝光。
3、RGB的曝光：
1、整列的精度：±200μｍ， 相对于走片方向的两侧。（如下图）
对位的顺序：预对位→GAP测定→自动对位。
2、预对位：
精度：±20μｍ．
3、GAP的测量：有三个小窗口测gap。
gap指的是玻璃基板与MASK的距离。
gap的测量原理：
gap时，MASK不动，玻璃动。
4、精确对位：
精度±１μｍ．MASK上有小窗口，在玻璃基板上有BM曝光时曝出来的并排的三个“＋＋＋”，之间的距离是２＋α，α代表RGB之间的间距。
mask与玻璃的对位示意图如下：
备注：
