GB∕T 43798-2024 平板顯示陣列用正性光阻材料測試方法（正式版）

平板顯示陣列用正性光阻材料測試方法2024-03-15發(fā)布2024-10-01實施國家市場監(jiān)督管理總局國家標準化管理委員會I前言 l2規(guī)范性引用文件 13術(shù)語和定義 14測試條件 24.1環(huán)境條件 24.2試劑材料 24.3其他配套 25測試項目 25.1膠膜云紋 25.2曝光量 45.3曝光測試觀察圖形完整性 65.4關(guān)鍵尺寸(CD) 65.5殘膜率 5.6固含量 85.7液體顆粒計數(shù) 95.8粘度 5.9相對密度 5.10水分質(zhì)量分數(shù) 5.11金屬雜質(zhì)含量 6試驗報告 Ⅲ本文件按照GB/T1.1—2020《標準化工作導(dǎo)則第1部分：標準化文件的結(jié)構(gòu)和起草規(guī)則》的規(guī)定起草。請注意本文件的某些內(nèi)容可能涉及專利。本文件的發(fā)布機構(gòu)不承擔識別專利的責(zé)任。本文件由全國半導(dǎo)體設(shè)備和材料標準化技術(shù)委員會(SAC/TC203)提出并歸口。本文件起草單位：京東方科技集團股份有限公司、上海彤程電子材料有限公司、中國電子技術(shù)標準化研究院、阜陽欣奕華材料科技有限公司、江陰潤瑪電子材料股份有限公司、福建泓光半導(dǎo)體材料有限公司。1平板顯示陣列用正性光阻材料測試方法本文件描述了平板顯示陣列用正性光阻材料的測試方法。本文件適用于液晶顯示器件、有機發(fā)光顯示器件等顯示陣列制造用正性光阻材料的性能測試。2規(guī)范性引用文件下列文件中的內(nèi)容通過文中的規(guī)范性引用而構(gòu)成本文件必不可少的條款。其中，注日期的引用文件，僅該日期對應(yīng)的版本適用于本文件；不注日期的引用文件，其最新版本(包括所有的修改單)適用于本文件。GB/T23942化學(xué)試劑電感耦合等離子體原子發(fā)射光譜法通則GB/T25915.1潔凈室及相關(guān)受控環(huán)境第1部分：按粒子濃度劃分空氣潔凈度等級GB/T33087儀器分析用高純水規(guī)格及試驗方法GB/T37403薄膜晶體管液晶顯示器(TFT-LCD)用四甲基氫氧化銨顯影液GB/T39486化學(xué)試劑電感耦合等離子體質(zhì)譜分析方法通則3術(shù)語和定義下列術(shù)語和定義適用于本文件。曝光量exposureenergy光阻材料單位面積吸收光能或其他輻照能的劑量。注：用于衡量光阻材料對曝光的敏感程度，光學(xué)曝光中在給定的曝光光源強度條件下，通常通過曝光時間長短調(diào)整曝光量。用于光阻材料涂布的襯底材料。注：本文件中基底片可以是單晶硅片、外延硅片，以及平板顯示用玻璃片等。光阻材料通過涂布過程后，通過烘箱或熱板方式將光阻薄膜內(nèi)溶劑揮發(fā)，形成曝光工藝過程所需膠膜的過程。光阻材料經(jīng)過涂布-前烘-曝光-顯影后，通過烘箱或熱板方式進行烘烤的過程。注：將光阻薄膜內(nèi)溶劑進一步揮發(fā)，以便用于后續(xù)工藝。膠膜云紋coatingfilmmura因光阻材料的厚度或密度不均勻、光阻材料中存在異物、涂布工藝不穩(wěn)定等原因造成膠膜表面形成2的云紋狀圖案。注：膠膜是指光阻材料經(jīng)過涂布和前烘工藝后留在基底片上的光阻薄膜。4測試條件4.1環(huán)境條件環(huán)境條件按下列要求進行：——環(huán)境溫度：23℃±2℃;——相對濕度：30%～70%;——潔凈環(huán)境：應(yīng)符合GB/T25915.1中規(guī)定的ISO5級及以上潔凈環(huán)境。4.2試劑材料測試中宜使用下列試劑材料：——2.38%四甲基氫氧化銨，應(yīng)符合GB/T37403相關(guān)規(guī)定；——電阻率不小于18MΩ·cm高純水，應(yīng)符合GB/T33087相關(guān)規(guī)定；——六甲基二硅氮烷，純度不小于99.0%。4.3其他配套測試中宜使用下列配套材料或設(shè)備：——基底片：形狀選用帶切邊圓形以及方形，大小采用平板顯示陣列各世代尺寸；——烘箱：溫度范圍40℃~200℃。5測試項目5.1膠膜云紋正性光阻材料在經(jīng)過涂布和前烘后，因厚度不均勻，在膠膜云紋觀察燈的光照條件下，膠膜表面會呈現(xiàn)出云紋等形狀。通過用膠膜云紋觀察燈，將基底片在不同方向下傾斜10°~40°,可清晰觀察到因厚度不均勻出現(xiàn)的云紋。膠膜云紋通常為朝多方向放射狀且多條紋路，顏色呈較明顯色差。應(yīng)使用下列設(shè)備進行測試：——涂布烘烤機：具備旋轉(zhuǎn)涂布或刮涂涂布方式的商用涂布烘烤機(旋涂轉(zhuǎn)速要求10r/min~刮涂行進速度要求10mm/s～200mm/s,控制精度0.1mm/s),烘烤方式采用熱板、烘箱或其他輻射加熱(溫度要求50℃~150℃); 膜厚測定儀：測量范圍不小于3μm,精度要求1nm; 膠膜云紋觀察燈：去除紫外線(波長不小于500nm)的觀察燈，照度大于20lm。膠膜云紋按照下列步驟測試。a)將測試儀器開機，并預(yù)熱30min以上。b)將需要測試的正性光阻材料放置在實驗室環(huán)境下恒溫30min以上，確保與環(huán)境條件溫度相近。3c)將待使用基底片放置在含有六甲基二硅氮烷氣氛的烘箱內(nèi)進行基底片前處理。d)用涂布烘烤機在已經(jīng)前處理的基底片上旋轉(zhuǎn)涂布或刮涂涂布正性光阻材料，并使用預(yù)設(shè)溫度(宜采用90℃~120℃,以110℃為最佳，控制精度±2.0℃)進行前烘，使用膜厚測定儀測量基底片上正性光阻材料膜厚，保證正性光阻材料膜厚為3.00μm±0.02μm。e)當使用旋轉(zhuǎn)涂布，則將桌面型膠膜云紋觀察燈放置好，觀察燈調(diào)至20cm～40cm高度，將涂布有合適膜厚的正性光阻材料基底片置于觀察燈正下方觀察，將基底片向不同方向傾斜10°~40°,以看清基底片表面反射膠膜云紋觀察燈倒影為主，示意如圖1所示；當使用平板顯示制造產(chǎn)線刮涂涂布，則膠膜云紋觀察按照制造產(chǎn)線觀察燈使用說明條件進行。f)當采用旋轉(zhuǎn)涂布則對照圖2中合格示例與不良示例，記錄旋轉(zhuǎn)涂布膠膜云紋測試結(jié)果；當采用刮涂涂布則對照圖3中膠膜云紋(Mura)合格示例與紅圈所示不良示例，記錄刮涂涂布膠膜云紋測試結(jié)果。圖1桌面型觀察燈觀察膠膜云紋合格示例八八不良示例圖2旋轉(zhuǎn)涂布膠膜云紋示例4圖3刮涂涂布膠膜云紋示例5.2曝光量正性光阻材料經(jīng)過涂布和前烘后形成一定厚度的膠膜。膠膜曝光采用變化曝光量曝光，曝光方式可采取自動曝光或人工控制。感光后的光阻材料發(fā)生光化學(xué)反應(yīng)，變?yōu)榭扇苡陲@影液的材料，第一個完全顯影(即殘余膠膜厚度為0)曝光區(qū)域?qū)?yīng)的曝光量定義為正性光阻材料曝光量。圖4為自動曝光曝光量測試原理示例。標引序號說明：1——曝光方格，隨編號數(shù)字逐漸變大而曝光量變大；2——灰色格示意為光照位置未完全顯去(即殘留膠膜厚度大于0)的方格；3——白色格示意為光照位置完全顯去(即殘留膠膜厚度等于0)的方格；4——基底片平邊或其他標記。圖4自動曝光曝光量測試原理示例5應(yīng)使用下列設(shè)備進行測試。a)曝光機：曝光光源為波長為436nm或365nm中的單一光源或包含這兩種的寬譜光源；宜使用帶曝光量自動步進功能的曝光機。b)涂膠、烘烤和顯影設(shè)備：具備旋涂或刮涂涂布方式的商用涂布烘烤顯影設(shè)備(旋涂轉(zhuǎn)速要求10r/min～6000r/min,控制精度1r/min;刮涂行進速度要求10mm/s～200mm/s,控制精度0.1mm/s),烘烤方式采用熱板、烘箱或其他輻射加熱(溫度要求50℃~150℃),控溫精度0.1℃。顯影方式采用噴淋或浸沒式顯影。c)膜厚測定儀：測量范圍不小于3μm,精度要求1nm。d)膠膜云紋觀察燈：去除紫外線(波長不小于500nm)的觀察燈，照度大于20lm。e)光罩版：外觀尺寸滿足曝光機使用，版圖設(shè)計中需包含長度大于10μm的線，其他可包含但不以放置平邊或其他標記在下端為參考，從左至右，從上至下，每行最右端最后一格曝光后，曝光量增加轉(zhuǎn)至下一行左邊第一格。5.2.4.1帶自動步進功能曝光機測試步驟自動曝光曝光量測試按照下列步驟進行：a)將測試儀器開機，預(yù)熱30min以上；b)將需要測試的正性光阻放置在實驗室環(huán)境下恒溫30min以上，確保與環(huán)境條件溫度相近；c)將待使用基底片放置在含有六甲基二硅氮烷氣氛的烘箱內(nèi)進行基底片前處理；d)用涂布烘烤機在已經(jīng)前處理的基底片上涂布正性光阻材料并進行前烘，使用膜厚測定儀測定基底片上正性光阻材料膜厚，保證正性光阻材料膜厚為3μm;e)將膜厚合適的基底片在膠膜云紋觀察燈下觀察，選用涂布平整且無不良膠膜云紋的測試基底片；f)設(shè)定起始曝光量(宜設(shè)定為設(shè)備默認最小曝光量)和曝光量步進值(根據(jù)所測定正性光阻材料的曝光量來定，宜為1mJ～100mJ,可根據(jù)具體情況增加或減少),對基底片進行步進曝光；g)使用顯影設(shè)備進行顯影，固定顯影時間(宜設(shè)定為60s,可根據(jù)具體情況增加或減少),對已經(jīng)曝光好的基底片進行顯影；h)基底片顯影結(jié)束后，按照曝光量步進遞增的順序，使用膜厚測定儀依次檢測曝光區(qū)域中正性光阻材料光照位置殘余膠膜厚度，記錄第一次出現(xiàn)厚度為零的曝光區(qū)域?qū)?yīng)的曝光量；i)當出現(xiàn)光阻材料的曝光量小于起始曝光量，需要將曝光機曝光燈強度進行降低調(diào)整后，按照步驟a)～h)重新測試。5.2.4.2非自動步進功能曝光機測試步驟非自動步進功能曝光機需采用人工控制曝光量方式，測試按照下列步驟進行：b)第一張基底片為起始曝光量(宜設(shè)定為設(shè)備默認最小曝光量),后面每張基底片通過人工方式加大曝光量(根據(jù)所測定正性光阻材料的曝光量來定，通常為1mJ～100mJ,可根據(jù)具體情況6增加或減少),需要保證最終一張基底片的曝光量不小于光阻材料的曝光量；c)執(zhí)行5.2.4.1g)～5.2.4.1h)。按照公式(1)計算曝光量：式中：E?！毓饬浚瑔挝粸楹两?mJ);EV。——起始曝光量，即第一個曝光區(qū)域的曝光量，單位為毫焦(mJ);N——曝光量步進增加序列第一個全部顯凈(即殘留膠膜厚度為0)區(qū)域的序號；EVsp——步進曝光量或人工增加的曝光量，即曝光程序中設(shè)定的曝光量步進值，單位為毫焦(mJ)。曝光量保留2位小數(shù)，每次制作3個測試樣品，相對標準偏差(RSD)應(yīng)不超過5%。5.3曝光測試觀察圖形完整性測試應(yīng)包括以下設(shè)備：b)放大倍率大于100倍光學(xué)顯微鏡或平板顯示陣列制造設(shè)備中的自動光學(xué)測量儀。正性光阻材料涂布、前烘、曝光和顯影操作見5.2.4曝光量測試步驟，不同之處為使用固定曝光量，且為正性光阻材料的最佳曝光量(即供需雙方約定的最佳工藝曝光量中心值)。5.3.3曝光測試觀察圖形顯影以后使用光學(xué)顯微鏡或自動光學(xué)測量儀觀測基底片上正性光阻材料膜層形成光罩版上轉(zhuǎn)移的圖形，以氧化銦錫基底片圖形觀測示例如圖5所示。圖5以氧化銦錫基底片圖形觀測示例5.4關(guān)鍵尺寸(CD)測試應(yīng)包括以下設(shè)備。b)放大倍率大于100倍光學(xué)顯微鏡或平板顯示陣列制造設(shè)備中的自動光學(xué)測量儀。c)帶測量關(guān)鍵尺寸功能的光學(xué)或電子顯微鏡，且測量范圍不小于1μm,精度要求0.01μm;或平7板顯示陣列制造設(shè)備中的帶測量關(guān)鍵尺寸自動光學(xué)測量儀，且測量范圍不小于1μm,精度要d)后烘采用熱板、烘箱或其他輻射加熱(溫度要求110℃~150℃,可根據(jù)工藝需求調(diào)整),控溫精度0.1℃;刻蝕方式采用噴淋或浸沒式。5.4.2.1顯影后關(guān)鍵尺寸測量正性光阻材料涂布、前烘、曝光和顯影操作見5.2.4曝光量測試步驟，不同之處為使用固定曝光量，且為正性光阻材料的最佳曝光量(即供需雙方約定的最佳工藝曝光量中心值)。使用帶測量CD功能的光學(xué)、電子顯微鏡或帶測量CD自動光學(xué)測量儀測量基底片上正性光阻材料膜層形成光罩版上轉(zhuǎn)移圖形CD,記為顯影后CD值。5.4.2.2刻蝕后關(guān)鍵尺寸測量根據(jù)工藝標準要求將5.4.2.1測試顯影后CD的基底片，進行顯影后后烘和刻蝕過程。再進行同一區(qū)域相同圖形CD測量，記為刻蝕后CD值，如圖6所示。間隙間隙CDa)顯影后CD值b)刻蝕后CD值圖6氧化銦錫基底片測量CD示例5.4.3刻蝕前后關(guān)鍵尺寸偏差計算顯影后CD值和刻蝕后CD值的差值(取絕對值),記為CD偏差。可進行多次操作，將所測CD偏差數(shù)據(jù)組進行均值統(tǒng)計作為最終CD偏差。正性光阻材料的原材料選擇和配比不同，以及測試或使用設(shè)備環(huán)境、工藝條件的不同，會導(dǎo)致正性光阻材料在顯影液中溶解度差異，影響膠材用量及最終膜厚，測量正性光阻材料膜層在顯影前后膜厚85.5.2測試設(shè)備應(yīng)使用涂布、烘烤和顯影設(shè)備、膜厚測定儀和膠膜云紋觀察燈，見5.2.2。5.5.3測試步驟殘膜率測試步驟如下：a)重復(fù)膠膜云紋測試見5.1.3a)～5.1.3c);單元進行顯影，膜厚值記為T?;c)固定顯影時間進行顯影，宜采用60s;d)顯影結(jié)束后測量基底片上正性光阻材料膠層膜厚，記為T?。5.5.4結(jié)果計算按照公式(2)計算正性光阻材料殘膜率：λ——殘膜率，以百分數(shù)(%)表示；T?——顯影后膜厚，單位為微米(μm);T?——無曝光時膜厚，單位為微米(μm)。膜厚值保留四位小數(shù)，殘膜率保留2位小數(shù)，每次制作3個測試樣品，相對標準偏差(RSD)應(yīng)不超5.6固含量5.6.1測試原理通過烘烤將正性光阻材料中的溶劑去除，測定不揮發(fā)組分占總重的比例。5.6.2測試設(shè)備應(yīng)使用下列設(shè)備和用品進行測試。a)設(shè)備：帶排風(fēng)系統(tǒng)的烘箱，可設(shè)定溫度大于140℃;電子天平，精度不低于0.1mg。5.6.3測試步驟5.6.3.1干燥前稱量干燥前稱量按照下列步驟進行：a)將鋁杯放入稱量皿中，再放入濾紙；b)將稱量皿稱重，記為W?;c)將電子天平清零，用移液管取0.5g±0.05g樣品均勻撒入稱量皿的濾紙中，稱重并記錄為W?。5.6.3.2干燥后稱量干燥后稱量按照下列步驟進行：9GB/T43798—2024注：目前使用的主要溶劑為二醇甲醚醋酸酯，使用140℃±1℃進行測量固含量；如使用其他溶劑，使用低于溶劑沸點5℃~10℃的相近溫度測量。b)將稱量皿放入烘箱里，干燥30min;c)30min后，用耐熱手套將稱量皿取出，放入干燥器中冷卻15min;d)干燥器中的硅膠需要保持有效，如果硅膠變色即代表變質(zhì)，需立即更換；f)干燥30min為二醇甲醚醋酸酯為溶劑的光阻材料建議干燥時間，如使用其他溶劑，可重復(fù)進行b)～d),直至恒重為止。按照公式(3)計算固含量：……………W?——固含量，以百分數(shù)(%)表示；W鋁杯+濾紙十稱量皿質(zhì)量，單位為克(g);W。鋁杯+濾紙+稱量皿+正性光阻材料不揮發(fā)物的質(zhì)量，單位為克(g)。固含量數(shù)值保留2位小數(shù)，每個樣品測定3次，樣品結(jié)果極差要在0.4以內(nèi)，3個結(jié)果求平均值。如果一個結(jié)果極差在0.4以上，只平均另外2個結(jié)果。如果3個數(shù)據(jù)的極差都在0.4以上，則重新進行測試。5.7液體顆粒計數(shù)設(shè)備開機后激光源發(fā)射出光源經(jīng)過特定毛細管到達光源采集信號處，將正性光阻材料通過特定毛細管中，當光阻材料液體中出現(xiàn)顆粒時光源產(chǎn)生散射，通過統(tǒng)計散射面積和數(shù)量來計量測試顆粒數(shù)值。應(yīng)使用液體顆粒計數(shù)儀進行測試，管路系統(tǒng)和光散射計數(shù)系統(tǒng)能測定光阻材料，測量精度為0.3μm～100μm,量程為0.1個/mL～10000個/mL,相對誤差不大于5%。將裝有正性光阻材料的容器靜置30min以上，設(shè)定參數(shù)為0.3μm,用計數(shù)儀自身的液體輸送裝置將正性光阻材料液體通過液體顆粒計數(shù)儀的檢測單元，用計數(shù)儀測試出大于0.3μm的總顆粒數(shù)，單位為個/mL。讀取液體顆粒計數(shù)儀的測量值，單位為個/mL。本方法所指粘度為運動粘度。通過測量一定體積的正性光阻材料在重力作用下，通過粘度管上下刻度線的時間差來計算運動粘度。應(yīng)使用下列設(shè)備和用品進行測試：a)運動粘度計：宜使用自動型，測量范圍0.5mm2/s～8000mm2/s;b)恒溫槽控溫：測量范圍20℃~50℃,控溫精度0.01℃;取樣步驟如下a)按圖7a)所示正立放置粘度管，在管口A裝膠管，按圖7b)所示將粘度管倒立，使管口B前端浸入樣品中，從管口A施負壓吸取樣品至標線X2以上，保持每次取樣量相同。b)將粘度管恢復(fù)正立放置，樣品回流至Y處。c)粘度管管口B前端用無塵紙擦拭干凈。a)A——安裝負壓管口；B——吸取樣品管口；X1——粘度管正置時上標線；X2——粘度管正置時下標線；Y——粘度管樣品球中間刻度處。圖7粘度管取樣示意圖按照下列步驟進行測試：a)運動粘度計的恒溫槽溫度控制在25℃±0.03℃;b)將裝好樣品的粘度管放入運動粘度計；c)開始測試，并記錄流出時間；d)測定結(jié)束后清洗粘度管；e)重復(fù)a)～b)測試步驟再測一次，記錄流出時間，2次測得的流出時間差應(yīng)小于0.2s,否則需重新測試。按照公式(4)計算運動粘度：γ——運動粘度，單位為毫帕秒(mPa·s);η——運動粘度計配套粘度管系數(shù)；t——流出時間，單位為秒(s)。連續(xù)測試3次，結(jié)果的相對標準偏差(RSD)不超過2%?！?.9相對密度正性光阻材料的相對密度指其密度與標準大氣壓下4℃純水密度的比值。使用自動密度計測量，恒溫腔設(shè)定25℃(控制精度±0.02℃),加入一定量正性光阻材料，由自動密度計自動測定出結(jié)果。5.10水分質(zhì)量分數(shù)正性光阻材料水分質(zhì)量分數(shù)是指光阻材料中所含水的質(zhì)量與總質(zhì)量的比值。本方法宜使用卡爾費休法測量正性光阻材料中水分質(zhì)量分數(shù)。將測定儀器放置在密閉且相對濕度不大于30%的環(huán)境中，啟動測定儀器，用注射器取一定量正性光阻材料并稱重，然后加入卡爾費休水分測定儀中，輸入加入正性光阻材料的質(zhì)量，自動測量出結(jié)果。5.11金屬雜質(zhì)含量5.11.1方法選擇本方法測量正性光阻材料中金屬雜質(zhì)，可使用電感耦合等離子體質(zhì)譜儀、電感耦合等離子體原子發(fā)射光譜儀或無火焰(石墨爐)原子吸收分光光度計，三種設(shè)備中選擇其一進行測試。選擇電感耦合等離子體質(zhì)譜儀測試法為仲裁法。當使用電感耦合等離子體質(zhì)譜儀時，稀釋后的正性光阻材料樣品溶液進樣后被噴成霧狀，并隨工作氣體進入內(nèi)管，穿過等離子體核心區(qū)，被解離為原子或離子。通過離子透鏡系統(tǒng)、四極桿離子過濾器，選擇不同質(zhì)核比的離子來檢測某個離子的強度，再通過建立相應(yīng)元素標準曲線，對比標準曲線得出正性光阻中金屬雜質(zhì)含量。當使用電感耦合等離子體發(fā)射光譜儀時，稀釋后的正性光阻材料樣品溶液進樣后被噴成霧狀并隨工作氣體進入內(nèi)管，穿過等離子體核心區(qū)，被解離為原子或離子并被激發(fā)，發(fā)射出特征譜線。譜線的強度與試樣中相應(yīng)元素的含量成正比，再通過建立相應(yīng)元素標準曲線，對比標準曲線得出正性光阻中金屬雜質(zhì)含量。當使用原子吸收分光光度計時，用設(shè)備取樣針吸取稀釋后的正性光阻材料樣品溶液，將其注入石墨管內(nèi)后升溫，由光源輻射出具有待測元素特征譜線的光，通過試樣中待測元素基態(tài)原子所吸收，由輻射特征譜線光被減弱的程度來測定試樣中待測金屬雜質(zhì)的含量。不同類型的測試設(shè)備及精度要求分別如下：——電感耦合等離子體質(zhì)譜儀：最低檢出限不大于1μg/L;——電感耦合等離子體原子發(fā)射光譜儀：最低檢出限不大于10μg/L;——無火焰(石墨爐)原子吸收分光光度計：最低檢出限不大于10μg/L。本方法采用工作曲線法，按照下列步驟進行試劑配置。a)標準曲線用標準液配制：用微量移液槍(微量移液槍針尖使用時需2次潤洗)取0.06g(約60μL,誤差不大于0.0