王小霞　甄娟

摘 要：光掩模版（簡稱Mask）是TFT-LCD（薄膜晶體管液晶顯示器，Thin Film Transistor-Liquid Crystal Display）顯示屏技術(shù)常用的光刻工藝所使用的圖形母版。本文介紹了液晶顯示屏中TFT-Array（陣列）側(cè)基板和CF（彩色濾光片，color filter）側(cè)基板的Mask的概念、Mask版圖設(shè)計與制作相關(guān)基本內(nèi)容。

關(guān)鍵詞：Mask版；Mask版圖設(shè)計；制版工藝

中圖分類號：TN253 文獻標識碼：A 文章編號：1004-7344（2018）32-0325-01

1 引 言

曝光工藝是TFT-LCD制造工業(yè)中光刻技術(shù)中重要環(huán)節(jié)。曝光工藝是實現(xiàn)Mask上圖形像PR（光刻膠，Photoresist）的轉(zhuǎn)寫，PR形成圖形后，對下面的膜進行相應(yīng)的刻蝕，膜層上就形成圖形。Mask是曝光流程銜接的關(guān)鍵部分，是流程中造價最高的一部分，也是限制最小線寬的瓶頸之一。

2 Mask版簡介

（1）Mask光罩定義：Mask又稱光掩模版、掩膜版，英文名稱PHOTOMASK，材質(zhì)：石英玻璃、金屬鉻和感光膠，是由石英玻璃作為襯底，在其上面鍍上一層金屬鉻和感光膠（一種感光材料），把已設(shè)計好的圖形通過電子激光設(shè)備曝光在感光膠上，被曝光的區(qū)域會被顯影出來，在金屬鉻上形成圖形，成為類似曝光后的底片的光掩模版。當然襯底基板也可是聚酯板，這種光罩叫做菲林版，價格便宜，曝光線幅一般30um以上。

（2）Mask光罩分類：正性Mask光罩和負性Mask光罩，光罩的正負性選擇是由于光刻膠特性決定的。

（3）Mask光罩應(yīng)用：掩膜版應(yīng)用十分廣泛，在涉及光刻工藝的領(lǐng)域都需要使用掩膜版，如IC（Integrated Circuit，集成電路）、FPD（Flat Panel Display，平板顯示器）、PCB（Printed Circuit Boards，印刷電路板）、MEMS（Micro Electro Mechanical Systems，微機電系統(tǒng)）等。一般情況下，TFT-Array基板需要做出TFT器件、像素等圖案需要經(jīng)過G（Gate）、I（Island）、D（Date）、C（Contact Hole）、PI（Polyimide）5道工程，形成5層薄膜圖案，而與之對應(yīng)的CF側(cè)基板由黑色矩陣BM、色層RGB、柱狀PS5道工程，形成5層像素圖案，每形成一層圖案就都需要一張Mask。CF Mask不是獨立使用的，它必須配套于與之相匹配的TFT-Array基板，才能實現(xiàn)其價值。

3 Mask版圖設(shè)計

3.1 繪制軟件

使用a-SX版圖編輯器繪制版圖，繪制完成后通過“export”導(dǎo)出為GDS文件。目前僅接受GDS格式文件（后綴名.gds）。

3.2 Array Mask版圖設(shè)計要素

（1）面板尺寸：驅(qū)動負載，信號延遲，畫素大?。?/p>

（2）解析度：驅(qū)動頻率、驅(qū)動負載，畫素大??；

（3）操作電壓：TFT充電能力，F(xiàn)eedthrough效應(yīng)；

（4）極性反轉(zhuǎn)模式：Cstongate，commom調(diào)變；

（5）開口率：信號線寬，儲存電容大小；

（6）其它光學(xué)目標：視角，反應(yīng)速度，……。

3.3 CF Mask版圖設(shè)計要素

（1）設(shè)計首要條件：設(shè)備、工藝能力了解確認；

（2）Cell盒厚：PS高度、密度計算，PS材料選擇；

（3）CF畫素設(shè)計：畫素尺寸大小，與Array匹配BM_CD（開口率），RGB_CD，Overlay大小，如果設(shè)計不合理，就會出現(xiàn)漏光、畫素邊緣色不均等異常問題；

（4）CF引起MURA：PS高度均勻性、RGB膜厚均勻性、牛角段差等問題引起液晶配向不良導(dǎo)致。

3.4 Mask版圖繪制說明

3.4.1 圖 層

掩膜制版以圖層（layer）為單位。一個版圖文件中可以繪制多個圖層，但一塊掩膜版只能對應(yīng)其中某一個圖層上的圖形，無法將多個圖層同時曝光在一塊掩膜版上，也無法將單一圖層割裂只曝光其中部分圖形結(jié)構(gòu)。因此Mask制作多個掩膜版，并且其圖形之間存在套刻關(guān)系時，需將各掩膜版上的圖形繪制在同一版圖文件的不同圖層上，并設(shè)計統(tǒng)一大小的邊框。各層圖形的位置需根據(jù)套刻關(guān)系嚴格對應(yīng)，并設(shè)置相應(yīng)的套刻標記，以方便制版之后的光刻操作。

3.4.2 類 型

顯示屏設(shè)計包含像素設(shè)計、顯示屏周邊設(shè)計和基板設(shè)計。Mask版圖有單體型Mask和拼接型Mask。單體型Mask是指這張版圖上含一個或者多個整個屏完整外形，而拼接型Mask是指含一個或者多個重復(fù)單元和不能重復(fù)單元同時分布在這張版圖上，通過拼接才能形成一個完整的屏。

3.4.3 常見的錯誤

繪制過程常常出現(xiàn)隱藏層、隱藏圖形、字符無寬度、圖形合并錯誤、圓形圖案曝光出錯等等問題。這些若不能及時發(fā)現(xiàn)，有可能導(dǎo)致整個產(chǎn)品報廢，造成人力物力的浪費，因此需格外注意。

4 Mask版制版工藝簡介

掩膜制版工藝大致是先導(dǎo)入Mask版圖GDS文件至光刻機，在有膠的空白掩膜版上進行曝光，顯影，刻蝕，去膠形成相應(yīng)圖形Mask，清洗后進入包裝，流程圖如圖1所示。

其中掩膜版圖形數(shù)據(jù)由用戶自行設(shè)計并提交，后續(xù)加工工藝由工程師完成。由于圖形數(shù)據(jù)準備是掩膜版加工中的關(guān)鍵步驟，要求用戶對所提交的版圖文件仔細核對，確保圖形正確性。

5 結(jié) 語

當前，高性價比TFT-LCD顯示屏才有競爭力，提高顯示屏的質(zhì)量的同時，還要盡量降低成本，降低PR工藝也成了降低成本設(shè)計的一個重要課題。降低PR工藝，Mask版數(shù)相應(yīng)也減少，mask版圖設(shè)計需要更加精細精密，向低成本設(shè)計方向發(fā)展，GTM（Gray Tone Mask）技術(shù)或者HTM（Half Tone Mask）技術(shù)卓有成效，高端的掩膜版技術(shù)也正在進入市場。

參考文獻

[1]中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)微納研究與制造中心.光刻掩膜版設(shè)計與加工指南，2017，6.

[2]馬群剛.TFT-LCD原理與設(shè)計.電子工業(yè)出版社，2012.

收稿日期：2018-9-29

作者簡介：王小霞（1986-），女，工程師，主要從事液晶顯示器件彩膜的研發(fā)工作。