束名揚(yáng)，張玉星，袁卓穎

（中國(guó)電子科技集團(tuán)公司第五十五研究所，南京 211000）

0 引言

有機(jī)發(fā)光二極管（OLED）顯示器具有可彎曲、高色域、寬視角等優(yōu)點(diǎn)，已替代傳統(tǒng)的液晶顯示器（LCD）成為當(dāng)前顯示領(lǐng)域的主流。當(dāng)前消費(fèi)電子OLED 屏像素密度（PPI）已達(dá)441 及以上，對(duì)應(yīng)掩模版圖形最小特征尺寸已達(dá)微米級(jí)。Mura 作為一種顯示畫質(zhì)不良的缺陷，表現(xiàn)為顯示器件亮度不均勻，宏觀上呈現(xiàn)出各種痕跡。隨著顯示技術(shù)的發(fā)展，制造工藝日趨復(fù)雜，Mura的類型日益增多，因此對(duì)最終顯示器件良品率的影響也越來(lái)越大[1-4]。Mura 雖然不會(huì)影響到功能使用，但畫質(zhì)缺陷直接影響到主觀視覺(jué)，客戶的品質(zhì)需求以及激烈的競(jìng)爭(zhēng)環(huán)境均對(duì)顯示質(zhì)量提出更高要求[5-6]。通過(guò)光刻工藝將掩模版上的電路圖形轉(zhuǎn)移至基板上是OLED制造工藝中的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，作為圖形復(fù)制模板，掩模版的圖形質(zhì)量直接決定了終端顯示產(chǎn)品的品質(zhì)，其Mura缺陷管控至關(guān)重要。

對(duì)OLED 掩模版生產(chǎn)過(guò)程中發(fā)現(xiàn)的Mura 缺陷進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)這種缺陷與陣列像素單元鄰近輔助圖形有關(guān)，在顯影工藝后表現(xiàn)出陣列像素單元關(guān)鍵尺寸（CD）不均勻與宏觀色差。本文基于Mura 缺陷分析，定位到溶于顯影液中的光刻膠濃度差異對(duì)顯影速度的影響，并基于當(dāng)前的顯影設(shè)備，提出了顯影工藝改進(jìn)方案。

1 Mura 缺陷分析與工藝改進(jìn)

1.1 Mura 缺陷分析

OLED 掩模版Mura 缺陷主要表現(xiàn)為陣列像素單元邊緣區(qū)域呈現(xiàn)宏觀色差，背景光下表現(xiàn)出明顯亮度差異，呈現(xiàn)出不規(guī)則痕跡，OLED 掩模版Mura 缺陷如圖1 所示。

圖1 OLED 掩模版Mura 缺陷

對(duì)掩模版Mura 缺陷分布情況進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)Mura 主要分布于陣列像素單元邊緣區(qū)域，且與陣列像素單元邊緣輔助（透光）圖形大小存在相關(guān)關(guān)系。選擇圖1 中的掩模版A、B Mura 區(qū)域進(jìn)行分析，其中A 區(qū)域鄰近輔助圖形尺寸為1.61 mm×3.45 mm，距離陣列像素單元圖形1.48 mm；B 區(qū)域鄰近輔助圖形尺寸為1.61 mm×1.61 mm，距離陣列像素單元圖形1.48 mm。A、B 區(qū)域像素單元圖形CD 設(shè)計(jì)值為2.96 μm，利用MueTec 2010UV/VIS 型掩模版量測(cè)設(shè)備量測(cè)A、B 區(qū)域像素單元CD，其CD 分布分別如圖2、3 所示。

圖2 A 區(qū)域像素單元CD 分布

圖3 B 區(qū)域像素單元CD 分布

根據(jù)量測(cè)數(shù)據(jù)可知，A 區(qū)域的CD（Max）為3.208 μm，CD（Min）為2.897 μm；B 區(qū)域的CD（Max）為3.189 μm，CD（Min）為2.877 μm。由上述像素單元CD 分布可知，Mura 區(qū)域陣列像素單元圖形尺寸與正常區(qū)域存在較大差異。進(jìn)一步對(duì)掩模版Mura 區(qū)域及正常區(qū)域CD 分布情況進(jìn)行分析，可知Mura 區(qū)域面積與輔助圖形大小呈現(xiàn)正相關(guān)關(guān)系；Mura 區(qū)域CD 偏差與輔助圖形大小呈現(xiàn)正相關(guān)關(guān)系，與輔助圖形距離呈現(xiàn)負(fù)相關(guān)關(guān)系。

依據(jù) SEMI（Semiconductor Equipment and Materials International）標(biāo)準(zhǔn)給出的Mura 缺陷評(píng)估方法[7]，Mura 在最小可識(shí)別度條件下的對(duì)比度Cjnd與缺陷面積Sjnd的關(guān)系為

則Mura 的缺陷等級(jí)Semu可以表示為

式中，|Cx|為Mura 缺陷區(qū)域的平均對(duì)比度。由式（2）可知，Mura 缺陷等級(jí)與缺陷區(qū)域平均對(duì)比度以及缺陷面積呈現(xiàn)正相關(guān)關(guān)系。對(duì)于陣列像素單元圖形，其對(duì)比度可視為像素單元尺寸的對(duì)比度。據(jù)此分析，改善Mura 缺陷應(yīng)主要從減少M(fèi)ura 區(qū)域面積以及像素單元尺寸不均勻性著手。

1.2 Mura 形成機(jī)理分析

掩模版基版光刻膠為IP3500 系列正性膠，其主要成分為聚合物材料酚醛樹脂、感光材料重氮萘醌以及輔助溶劑，典型的顯影液為四甲基氫銨（TMAH）2.38%溶液。在顯影過(guò)程中，被曝光區(qū)域的光刻膠溶解于顯影液中，未曝光區(qū)域的光刻膠得以保留，曝光區(qū)域圖形經(jīng)顯影工藝顯現(xiàn)出來(lái)，IP3500 型光刻膠曝光原理如圖4 所示。

圖4 IP3500 型光刻膠曝光原理

掩模版典型顯影模式可分為浸入式、旋噴式以及旋覆浸沒(méi)式三種。影響顯影工藝的主要因素有顯影時(shí)間、顯影液中TMAH 濃度、溫度以及溶于顯影液中的光刻膠濃度。旋噴式顯影模式為將掩模版基版置于旋轉(zhuǎn)平臺(tái)上，利用柱狀噴嘴將顯影液均勻噴灑至掩模版基版上進(jìn)行顯影，顯影液為2.38%TMAH 溶液，顯影液溫度控制在（22±0.1）℃。顯影過(guò)程中，顯影液通過(guò)柱狀噴嘴噴灑在掩模版基版表面，曝光區(qū)域的光刻膠溶于顯影液中并在旋轉(zhuǎn)離心力的作用下向掩模版基版邊緣移動(dòng)直至旋離掩模版基版表面。

顯影液TMAH 溶液作為一種有機(jī)堿性溶液，在反應(yīng)時(shí)單純以酸堿中和進(jìn)行反應(yīng)，而溶解于顯影液中的光刻膠除了具有親水性的酸性極性端，也擁有未反應(yīng)部分的非極性有機(jī)物疏水端，故溶于TMAH 溶液的光刻膠起到了界面活性劑的作用，進(jìn)而能夠比純TMAH溶液更易與曝光區(qū)域光刻膠反應(yīng)，提高顯影液的反應(yīng)速度[8]。

據(jù)此分析，顯影過(guò)程中當(dāng)掩模版上溶解于顯影液中的光刻膠濃度存在差異時(shí)，顯影速度便會(huì)存在差異并最終表現(xiàn)出CD 不均勻性。依據(jù)圖1 可知，Mura 區(qū)域附近存在大尺寸輔助圖形（曝光圖形），據(jù)此判斷，鄰近輔助圖形的像素單元區(qū)域在顯影過(guò)程中因光刻膠溶解于顯影液中導(dǎo)致局部區(qū)域顯影液中光刻膠濃度偏高，顯影速度增加，最終表現(xiàn)出陣列像素單元局部區(qū)域CD 大于正常區(qū)域，宏觀下呈現(xiàn)出Mura 不良。

1.3 顯影工藝優(yōu)化

根據(jù)1.2 節(jié)的分析，鑒于陣列像素單元鄰近區(qū)域輔助圖形為電路設(shè)計(jì)需要，改善陣列像素單元邊緣區(qū)域Mura 不良主要從降低顯影過(guò)程中溶解于顯影液中的光刻膠濃度著手。掩模版顯影工藝主要分為純水浸潤(rùn)、顯影液/純水過(guò)渡顯影、顯影液顯影以及純水清洗等步驟，顯影步驟如圖5 所示。

圖5 顯影步驟

基于當(dāng)前配置的旋噴式顯影工藝設(shè)備，工藝上主要從顯影液流速、旋轉(zhuǎn)速度、純水流速以及純水/顯影液過(guò)渡時(shí)間等方面進(jìn)行調(diào)整?？紤]到顯影過(guò)程中曝光區(qū)域光刻膠主要溶解于顯影前期，采用分步顯影方式將顯影過(guò)程分為兩段，第一階段顯影時(shí)間較短、溶解于顯影液中的光刻膠濃度較高，通過(guò)提高掩模版旋轉(zhuǎn)速度，配合短時(shí)間純水沖洗縮短顯影液中高濃度光刻膠對(duì)顯影工藝的影響時(shí)間，第二階段分配較長(zhǎng)顯影時(shí)間，確保掩模版整個(gè)版面均得到充分顯影。

2 實(shí)驗(yàn)分析

實(shí)驗(yàn)采用某型手機(jī)OLED 屏用掩模版（產(chǎn)品圖形同圖1），像素單元圖形為陣列排布的孔結(jié)構(gòu)（設(shè)計(jì)值為2.96 μm）。顯影工藝改進(jìn)實(shí)驗(yàn)及Mura 情況如表1所示。其中，實(shí)驗(yàn)1 為工藝改進(jìn)前的原顯影工藝，實(shí)驗(yàn)2～3 僅調(diào)整顯影液流速、旋轉(zhuǎn)速度、純水流速以及純水/顯影液過(guò)渡時(shí)間等工藝參數(shù)，實(shí)驗(yàn)4～8 在調(diào)整工藝參數(shù)的同時(shí)采用分兩段顯影的方式。

表1 顯影工藝改進(jìn)實(shí)驗(yàn)及Mura 情況

由表1 的測(cè)試結(jié)果可知，實(shí)驗(yàn)2～3 僅調(diào)整工藝參數(shù)，Mura 情況改善不明顯。采用分段顯影方式后，Mura 情況顯著改善。進(jìn)一步優(yōu)化前、后段顯影工藝參數(shù)，實(shí)驗(yàn)8 無(wú)視覺(jué)可見Mura。實(shí)驗(yàn)8 中選擇圖1 中的A、B 區(qū)域陣列像素單元尺寸進(jìn)行量測(cè)分析，工藝改進(jìn)后A、B 區(qū)域像素單元CD 分布情況分別如圖6、7 所示。

圖6 工藝改進(jìn)后A 區(qū)域CD 分布

圖7 工藝改進(jìn)后B 區(qū)域CD 分布

根據(jù)量測(cè)數(shù)據(jù)可知，工藝改進(jìn)后A 區(qū)域的CD（Max）為3.045 μm，CD（Min）為2.929 μm；B 區(qū)域的CD（Max）為2.975 μm，CD（Min）為2.902 μm。工藝改進(jìn)前（實(shí)驗(yàn)1）與改進(jìn)后（實(shí)驗(yàn)8）的關(guān)鍵技術(shù)指標(biāo)對(duì)比如表2 所示。

表2 工藝改進(jìn)前、后關(guān)鍵技術(shù)指標(biāo)對(duì)比

由上述關(guān)鍵技術(shù)指標(biāo)對(duì)比可知，通過(guò)顯影工藝的優(yōu)化，OLED 掩模版Mura 缺陷情況以及CD 不均勻性均有顯著改善。

3 結(jié)論

針對(duì)OLED 掩模版生產(chǎn)中發(fā)生的Mura 不良，基于Mura 缺陷分析，定位到其與陣列像素單元鄰近輔助圖形有關(guān)，在顯影工藝后表現(xiàn)出陣列像素單元CD不均勻與宏觀色差?；谛龂娛斤@影工藝設(shè)備，提出一種分段顯影方案并通過(guò)優(yōu)化相關(guān)顯影工藝參數(shù)，實(shí)現(xiàn)CD 不均勻性由大于300 nm 降低至120 nm 以內(nèi)，陣列像素單元圖形邊緣Mura 不良區(qū)域由大于3%降低至無(wú)視覺(jué)可見Mura，OLED 掩模版Mura 缺陷得到顯著改善。