光刻膠產品的生產工藝和質量管控

許詠梅

摘 要：光刻膠產品主要適用于集成電路產業和平板顯示器產業的光刻工藝，以得到精細線路。文章介紹了光刻膠產品工業化生產的工藝流程和質量管控。

關鍵詞：光刻膠；生產工藝；質量管控

前言

所謂光刻膠（photoresist，國內又稱為光致抗蝕劑），是一類利用光化學反應進行精細圖形轉移的化學品。

由于光刻膠使用在特殊光刻工藝上，屬于精細化工材料，生產量并不太大。集成電路（IC）產業用的光刻膠一般以5升的容器為包裝，而FPD產業用的光刻膠由于基板尺寸的大型化，所用光刻膠量較大，目前以20L或200L的容器為包裝。全球生產FPD用光刻膠的主要廠家，為配合FPD工廠的實際使用，都集中在FPD工廠密集的日本、韓國、臺灣地區、和中國，包括全球生產商AZ，日本的TOK（日本應化），ZEON（丸紅），韓國的東進等，已有多年光刻膠工業化生產經驗，在原物料的選用，生產工藝流程和產品質量的管控方面，已發展成熟，能得到穩定的產品質量，以保證FPD工廠的使用。

1 光刻膠材料的生產工藝和質量管控

光刻膠的功能參數要求和質量要求一直隨電子產品工藝的變化和發展而提高，以適應發展的要求。金屬離子含量的控制已從10年前的ppm級發展到ppb級，有些配套溶劑已控制在ppt級的水平。而微粒子的控制粒徑也越來越小，從1.0um-0.5um-0.2um-0.1um發展，配套的無色溶劑已控制到更小數量級的粒子。

如我們在“光刻膠產品介紹”中所提到，由于光刻膠產品被運用于集成電路產業和平板顯示器產業，以取得精細的電子線路。在光刻工藝中，光刻膠經過涂膜-烘干-曝光-顯影-蝕刻-剝離這些工藝過程，對光刻膠的涂布均勻性、粘附性、耐熱性、耐蝕刻性、膜厚和感度的穩定性、清潔度以及各質量特性對工藝條件的依存性都有要求，所以光刻膠有較高的質量要求。其生產工藝要求和質量管控也相應有其特點，通過光刻膠生產過程中各步驟的分步控制，得以保證光刻膠產品各生產批次間的性能穩定，易于進行工藝上的調整，以保證在客戶端使用時，感光度、膜厚等性能特性在逐批使用時不需調整各大型設備的工藝參數仍能保證精細線路的穩定性。

在光刻膠的生產工藝中，需要注意以下幾點：

（1）整個生產環境是恒溫恒濕的潔凈環境，且在黃光環境下進行生產，檢測等工作。（2）生產所用的混合罐，加液管道等，一般采用優質不銹鋼材料，有些還需加涂聚四氟乙烯材料，且在使用前用潔凈溶劑清洗。（3）感光劑需預先與溶劑混合，經過充分攪拌，與溶劑成為均相液體，然后再與樹脂混合。（4）為保證批次的穩定性，采用先分別調制生產高感度、低感度的半成品，再按照一定配比，混合得到所需感度的產品，然后加入溶劑稀釋，得到符合動粘度規格的產品。（5）產品調整結束后（指達到感度和動粘度規格），采用合適的過濾方式，以保證產品的潔凈度。

2 光刻膠生產的質量管控

為了滿足最終產品符合嚴格的標準，對產品的整個過程進行嚴格的質量管控。

光刻膠生產所用的原料在進廠時需進行進廠檢查，并進行數據統計，以追蹤原材料質量有無異常，而光刻膠所用到的溶劑、樹脂原料等，需符合電子級化學品的要求。直接接觸產品的包裝容器是清潔容器，一般經過潔凈水清洗和高純氮氣的吹干工藝，滿足潔凈度（金屬離子和微粒子方面）的要求。

酚醛樹脂的合成過程中，由于甲醛的高揮發性，使得反應體系中酚、醛的比例難以控制穩定，導致酚醛樹脂批次間的分子量分布難以重復，從而導致光刻膠產品在堿液中溶解速率不穩定，而直接影響光刻膠的感度。為了保證光刻膠產品的穩定性，在生產工藝中采用了分步法，即先分別生產高感度光刻膠半成品和低感度光刻膠半成品，并取樣檢測后，再進行配合比試驗，以便得到針對每批不同樹脂原料不同的精確配方，并根據這個配方投料生產，以得到感度穩定的產品。在進行配合比試驗的同時，也會針對每批原料測試得到不同的溶劑配比，以保證產品的膜厚穩定。也就是為得到穩定產品，進行了事先的控制，通過對半成品的檢測和配方測試，精細控制來得到性能穩定的產品，盡量消除產品批次間的波動。在實際生產中，在根據配方，投料混合后，還通過中間檢測，來確保投料的準確性，如與標規格有偏差，將再進行調整。充分保證產品質量在規格之內并減小差異。

為保證產品的清潔度，產品調整結束后，將進行循環過濾。并在充分過濾后，測定微粒子，控制產品中的粒子數。隨著用戶對清潔度要求的提高，可以通過延長過濾時間和選用更小粒徑的濾芯來降低產品的粒子數。雖然也有工藝會用離子交換濾芯來降低產品的金屬離子含量，但更多的工藝是依靠控制原材料金屬離子含量，以及保證管道和生產釜的清潔度來控制產品中金屬離子的含量。

3 結束語

根據IT產業的摩爾定律（Moore Law）：當價格不變時，集成電路上可容納的晶體管數目，每過18個月便會增加一倍，性能也將提升一倍。這個規律也適用于同為電子產業的平板顯示產業。電子產業的發展日新月異，技術不斷更新和發展。而電子化學品，是電子產業的基礎，高質量的電子化學品是制造出高性能的電子元器件的保證，其技術也隨著電子產業的發展而不斷更新發展。

我國也意識到電子化學品對電子終端產業的發展與進步有重大意義，必須大力發展電子材料產業，縮小電子材料與國外先進水平的差距，提高國內自主配套能力。光刻膠作為特殊性能的電子化學品，紫外正性光刻膠的產業化技術在國際上已相當成熟，如AZ，TOK，DONGJIN，JSR，ZEON等公司，已有幾十年生產光刻膠的歷史，生產工藝成熟，產品質量穩定。近年來，我國通過引進外資企業，組建合資企業，或直接從國外進行技術轉移等方式，大力促使光刻膠的生產本土化，就近生產化。在大型的FPD工廠周邊，引進配套的電子化學品企業，形成上下產業鏈，很好的提高了配套能力，促進了電子產業的整體發展。如國內最大的液晶顯示器生產集團-京東方（BOE），成立了集團子公司進行光刻膠的研發和生產，更在近期購買了原日本TOK的技術，以期達到在集團內部的自主配套。

工信部于2012年發布了《新材料產業“十二五”發展規劃》，專門就新材料產業部署了發展規劃，這在我國尚屬首次，國務院在制定發展規劃時，將新材料列為國家重點培育和發展的七個戰略性新興產業之一。明確提出新材料產業是戰略性新興產業發展的支撐和保障，是其他六大新興產業：新能源、節能環保、新一代信息技術、生物、高端裝備制造、新能源汽車等戰略性新興產業發展的支撐。相信我國的光刻膠產業也會得到蓬勃的發展，以適應新一代信息技術不斷發展的腳步。

參考文獻

[1]Palph R.Dammel for SPIE Short Course SC104[Z].2002.

[2]液晶戰爭-京東方8.5代液晶生產線[Z].