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苏州美精微光电有限公司 光掩膜版（PHOTOMASK）知识介绍光掩膜版（PHOTOMASK）知识介绍(COLIN FONG)第 1 页 共 11页 光掩膜版知识介绍光掩膜版知识介绍 一、光掩膜版概述 二、光掩膜版的类别和工作原理 三、专业原理、术语及简称 四、工艺和设备 五、菲林 一、光掩膜版概述光掩膜版概述 在人类制版工业历史上，掩膜版（光罩/底片）作为图形和文字转移的一个重要媒介，广泛应用于出版印刷、电子线路、玻璃印花、印染、陶瓷上花等行业，尤其在不断发展的电子、微电子行业，随着技术、工艺的进步，掩膜技术也一步步由普通光学聚酯底片发展到可以胜任微米级要求的高精度的铬版掩膜等，并进一步向亚微米级发展。二、二、光掩膜版的类别和工作原理光掩膜版的类别和工作原理 1、光绘聚酯底片（film Mask）1）聚酯底片俗称菲林，由基片（聚酯 PET 片材）、感光乳胶层和保护膜构成。2）具有有效波长的光波对感光乳胶层曝光时，发生光化学作用，构成具体图形的潜像，经显影、定影之后，形成稳定卤化银图形。3）技术参数 聚酯底片按照其厚度分为两种，一种是 4mil 厚菲林（薄菲林），一种是 7mil 厚菲林（厚菲林）。按照激光光绘精度的不同，聚酯底片一般能做到 30um左右的最小线宽。在电子行业中主要使用于一般的印刷线路板和要求较低的 LCD 产品。目前在市场中使用的主要有 KODAK、AGFA、FUJI、KONICA、DUPONT 及华光等公司的产品。4）光绘菲林检验方法及注意事项：在垂直日光灯（30W）目检台上通过透射光检验光绘菲林的组合及图形；在侧视灯光（18W-30W 日光）条件下，双手拿菲林同一边上两角竖放菲林通过透射光检验菲林的划伤、短路、断路、脏污、黑线、黑点、针孔等缺陷。总长尺寸及线条线缝的尺寸应在专用检验设备上进行。注意：检验时手戴乳胶手套或乳胶指套；菲林若未贴保护膜则禁止放在任何平台上；套全检查或放于目检台上时均要贴保护膜；拿取菲林时要注意避免弯曲磨擦造成折痕或划伤；保持良好习惯，不许留长指甲。5）常见问题的处理：保护膜层（1um）感光乳胶层（58um）基片（100185um）PDF created with pdfFactory trial version 苏州美精微光电有限公司 光掩膜版（PHOTOMASK）知识介绍光掩膜版（PHOTOMASK）知识介绍(COLIN FONG)第 2 页 共 11页 图形区的针孔形成的原因较多，如基片自身、机器内颗粒、显影或定影液自身或配比等，它可以通过菲林笔或红胆进行修补，菲林笔价格低但不耐丙酮等试剂的擦拭；红胆可耐丙酮擦拭但其修补处会有凸起（一般不影响曝光）且价格较贵。脏污可能是冲片清洗过程留下的水迹或是低胶保护膜留下的残胶，一般可以用乙醇擦拭去除。菲林划伤也是常见问题，产生的原因较多，一般图形内的划伤会影响最终产品的品质，图形区外或框点划伤一般不会对最终产品造成影响。2.铬版掩膜版（Chrome Mask）1)铬版掩膜版是对匀胶铬版经过光绘加工后的产品。匀胶铬版由玻璃基片、铬层、氧化铬层和光刻胶层构成的。2)当有效波长作用到光刻胶上，发生化学反应，再经过显影之后，曝光部分的光刻胶层会被分解、脱掉、直接显露出下层的铬层（阻挡光层），形成具体图形。3)铬版掩膜的应用 目前铬版掩膜版在电子行业中主要应用于 STN-LCD、TFT-LCD、PDP、以及 PCB 产业BGA、FPC、HDI 等产品。4)匀胶铬版制作工艺流程 a 切割（将玻璃，主要是平整度较好的钠钙玻璃、硼硅玻璃、石英玻璃按产品要求 切割成块）b 磨边（将玻璃边缘打磨，使边缘平直）c 倒角（将锋利的边角打磨，钝化，减少伤害）d 研磨（提高平整度）平整度:在 500mm 的长度内,发生起伏 30um 的高度值)e 抛光（提高光洁度，使光学透射性良好 f 检查（检查参数：尺寸:0.5mm误差 厚度:0.2mm误差 垂直度:1/1000mm(500mmX500mm)平整度:30um g 超声清洗（去除杂质及污物）h 镀铬（有两种方法：溅射和蒸发）光刻胶层（0.6-1um）氧化铬层（0.075um）铬层（0.075um）玻璃（3-5mm）PDF created with pdfFactory trial version 苏州美精微光电有限公司 光掩膜版（PHOTOMASK）知识介绍光掩膜版（PHOTOMASK）知识介绍(COLIN FONG)第 3 页 共 11页 i 检查（检查参数:光学密度(OD)Optics density:3(=436nm)反射率5%厚度平整度:25um 平整度:30um）j 清洗（去除尘埃与杂质）k 涂胶（将光刻胶涂于铬层上层）l 检查（检查参数）膜厚:0.1-0.15um100nm 针孔:A、B、C、D 四个级别 m 包装 5)铬版掩膜版（图形）制作 a.CAD（Computer Aided Design）b.CAM（Computer Aided Manufacture）c.光刻（将处理好的图形数据文件传递给激光光绘机，对匀胶铬版进行非接触式曝光。）d.显影（将曝光处光刻胶层去除，显露铬层）e.蚀刻（将曝露处的铬层腐蚀去除）f.脱膜（将光刻胶去除）曝光处 光刻胶 Cr Glass 光刻胶 Cr Glass Cr Glass PDF created with pdfFactory trial version 苏州美精微光电有限公司 光掩膜版（PHOTOMASK）知识介绍光掩膜版（PHOTOMASK）知识介绍(COLIN FONG)第 4 页 共 11页 g.切割（按生产工艺要求，将一大片拼版成品切割为各自独立的单个成品）h.磨边 i.倒角 j.检查（针孔、毛刺、精度修补）k.打包 6)使用和清洗、保存 a.:铬版如何保存?铬版为硬掩膜版,为防止其变形,需要竖直存放（我公司的铬版存放架是 PVC 材质）,为了保证掩膜版表面的洁净度,一般要保存在1,000级以上的无尘室内,因为铬版的基材是玻璃,如果需要对铬版长期保存,最好保持在干燥的环境里,以防止玻璃出现发霉现象,影响光学性能.b.铬版使用中应注意什么问题?为了尽可能地避免划,碰伤,影响寿命,使用时要轻拿轻放.曝光前对光检查铬版表面是否有硬性颗粒,在曝光过程中也需要经常用净化后的压缩气体清除铬版表面的玻璃碎粒.使用完毕,应将铬版表面重新清洗洁净,干燥后再保存.c.铬版的耐划伤性如何？由于铬版上的图形由金属铬线条组成，它的硬度非常大，和玻璃接近，因此它的耐划伤性能非常高，一般硬度较小的物体不会对其造成划伤。但如果在使用过程中存在玻璃屑，在接触情况下，铬版的表面就很容易受到损伤，严重时会造成顶伤。d.铬版划伤能否进行修补？铬版划伤一般分为三种，一种是铬层在外力作用有一划伤印，但划伤处并不透光，这种划伤对曝光并不影响，不需要进行修补；另一种是划伤处的铬层透光，但玻璃基版没有损伤，这种划伤较严重，需要修补；还有一种严重划伤，严格来说应该叫顶伤，它不仅铬层受到破坏，而且玻璃基版也受到损坏，如果玻璃基版损坏处仅仅是在线条下的玻璃基版，则可进行修补，但如果出现非线条处的玻璃基版受到损伤的情况，则无法进行修补。e.铬版应该使用什么样的清洗方法主要清洗方法有：（1）铬版的局部清洁方法：A、首先使用净化气吹去铬版的表面杂物.B、取一清洁的全新无尘布醮 DI 水，对发现的局部脏点沿一个方向进行擦拭。C、再取一清洁的全新无尘布沾取经蒸馏的分析纯酒精，沿 DI 水的擦拭方向进行多次的擦除。（2）铬版的整版清洗方法：配制 5%-6%的 NaOH 溶液并过滤，将铬版完全起浸入 NaOH 溶液中（浸入前先要用无尘气枪吹静铬版表面，以防止玻璃屑类的异物），使用清洁的全新无尘布对浸在溶液中的铬版表面进行擦洗（也要求擦洗背面），NaOH 溶液擦洗时间不可超过 10 分钟。在使用 NaOH 溶液擦洗时需注意铬版的表面不可与清洗槽或其他物体接触，以免划伤铬版表面；使用 NaOH 溶液擦洗后，需用大量流动 DI 水冲洗，冲洗必须完全和彻底，冲洗时间不可小于 10 分钟。冲洗中同样要注意避免导致铬版表面的划伤的因素。清洗后的铬版需竖直存放在固定的位置，并使用含有经高效过滤净化气分别在铬版的两个表面从左至右从上至下吹赶留存在玻璃表面的 DI 水或用无尘箱烘干。另外，要注意避免使用气枪吹赶 DI水时 DI 水 的反弹现象（反弹的 DI 水会造成铬版表面的水迹）。7）铬版掩膜版检验方法及注意事项：PDF created with pdfFactory trial version 苏州美精微光电有限公司 光掩膜版（PHOTOMASK）知识介绍光掩膜版（PHOTOMASK）知识介绍(COLIN FONG)第 5 页 共 11页 对铬版掩膜版原检验主要包括对其外观和其关键尺寸的检验。初检外观，平放于白光光台上利用透射和反射光检查，目测有无脏污，然后用 5-100倍放大镜进行外观检查。复检以关键尺寸为主，利用检测仪或 AOI 检测图形和尺寸。注意：铬版的检验属于全检，每一模都不能放过；发现连线、断线、黑线、针孔、划伤等缺陷时要用油性笔做好标示；小心硬物损伤版面。8）常见问题的处理：发现脏污或残胶时需要对版进行清洗，清洗方法同上。连线、铬点、黑线可以通过激光修补仪进行打断处理；针孔可以通过专用修补胶手工修补；非膜面划伤可以利用专用研磨粉进行研磨处理或使用美国产玻璃修补液进行修补，这种玻璃修补液使用简单方便，但价格高且不耐水洗。3、干版（Emulsion Mask）1）结构 玻璃干版是由受温、湿度影响较小的钠钙玻璃作基材，上涂感光乳胶层，其反应原理同铬版类似，主要用于 HDI、BGA 等。2）制作工艺 设计（CAD）制作处理（CAM）激光光绘设备 MASKWRITE 上进行曝光显影定影切割磨边倒角检查打包 3）使用和保存 基本上和铬版掩膜版一样，但由于其物理化学结构决定了它易划伤和难保养的特性。4、LCD PI 印刷版（LCD PI Mask）PI 印刷版又称凸版，其用途是通过 PI 液的转印来对液晶晶体进行磨擦定向。其版材是柔性树脂版，目前版材主要来自国外，有 ASAHI、BASF 和 DUPONT 三种品牌。1）版材结构 2）版材特点 乳胶 玻璃 防光晕层 AFP-HF 柔性树脂版 聚酯保护层 感光树脂层 聚脂支撑层 PDF created with pdfFactory trial version 苏州美精微光电有限公司 光掩膜版（PHOTOMASK）知识介绍光掩膜版（PHOTOMASK）知识介绍(COLIN FONG)第 6 页 共 11页 精密度高，底基很稳定；柔软性好，易贴版（制版后的肖氏硬度：57-65）；对 PI 液转移性能良好；凹陷深度峻陡；高度的抗臭氧能力。3）制版工艺流程。图形处理-光绘凸版菲林-选版并背曝光-主曝光-洗版-烘干-去粘-后曝光晾干-检验。4）PI 印刷版检验方法及注意事项：对 PI 印刷版的检验主要包括对尺寸和网点部分的检验、外观部分的检验。可在光台上用白色透射反射光，通过目视并借助 10 倍、100 倍的显微镜进行检查。以菲林尺测长度，游标卡尺或千分尺测量厚度。注意：PI 印刷版是一种柔性版，同菲林一样易划伤，故要像检菲林一样避免人为的划伤或折伤，特别要注意对图形区（凸台表面）的保护;版内的杂质（异色点）一般不影响产品的使用。5）常见问题的处理：检验完毕后一定要用 NMP 液对 PI 印刷版进行浸润或用 NMP 液对其表面进行擦拭。图形外的划伤不影响生产制程和最终产品质量，图形外的留胶可以用刀片去除。三、三、专业原理、术语及简称专业原理、术语及简称 1、液晶 液晶是兼有液体的流动性和晶体光学各向异性的液体。液晶的化学物有向列相液晶、近晶相液晶、胆淄相液晶和板状液晶等。液晶显示器的工作模式有 DS 模式、GH 模式、TN模式和 STN 模式等。液晶主要应用于液晶显示器中，液晶显示器属于平板显示器的一种。在 DS（动态散射）模式中，液晶在无电压作用下，液晶分子是有规律的水平或垂直排列。在有电压作用下，液晶分子成絮流状。在 TN（扭曲向列）模式中，液晶在无电压作用下，液晶盒有旋光性，直线偏振光改变了 90偏振方向，当有电压作用时，液晶盒旋光性消失。在 STN（超扭曲向列）模式中，液晶分子的扭曲角从 180至 270，实现多路驱动。液晶显示器主要有 TN 型和 STN 型无源液晶显示器和 TFT 型有源液晶显示器等。2、常用行业术语缩写 主要应用 1）CRT 阴极射线管 台式计算机、投影电视 2）FPD 平板显示器 a.LCD 液晶显示器 便携式计算机、壁挂电视、通讯终端 b.FED 场致发光显示器 航空电子、航空显示器 c.PDP 等离子体显示器 壁挂电视 d.VFD 真空荧光显示器 VCD、DVD、电子衡器、仪器仪表等显示表面 e.LED 发光二极管显示器 大屏幕户外显示屏、工业仪器仪表显示 PDF created with pdfFactory trial version 苏州美精微光电有限公司 光掩膜版（PHOTOMASK）知识介绍光掩膜版（PHOTOMASK）知识介绍(COLIN FONG)第 7 页 共 11页 3、常用参数标准 1）mix line/space 最小线/缝宽，一般指最小的引线宽度和最小的引线之间或点阵之间 的缝隙宽度。2）min line 最小线宽，一般指最小的引线宽度。3）min space 最小缝宽，一般指最小的引线之间或点阵之间的缝隙宽度。4）total pitch 总长距离，指拼版后图形最左边（最上边）图形的切割线至最右边（最 下边）图形的切割线的距离。5）pattern accuracy 图形精度。6）overlay accuracy 套合精度。7）dimension accuracy of line 线缝精度。四、四、工艺和设备工艺和设备 1、材料 1）制作铬版掩膜或干版掩膜版的基板材料，主要是 Soda glass（苏打玻璃）和 quartz glass（石英玻璃），其中后者往往以人工合成为主。2）美精微的产品的尺寸一般根据客户的要求来定制：机器最大加工尺寸为：500 600mm 厚度主要为：3.0mm0.2mm和 5.0mm0.2mm 光学密度：O.D.3.0 反射率:5%2、客户标准 1)缺陷程度级别 一般来说,LCD 产品的缺陷级别,按照其出现位置和引起的问题不同,分为 A、B、C、D 四种，以一幅点阵 LCD 产品为例：级别说明：A 级：不容忽视，必须修正。图形显示区（缺陷级别 A）引线（缺陷级别 B）文字及边角地区（缺陷级别 D）图形之间（缺陷级别 C）Line Width Space Width PDF created with pdfFactory trial version 苏州美精微光电有限公司 光掩膜版（PHOTOMASK）知识介绍光掩膜版（PHOTOMASK）知识介绍(COLIN FONG)第 8 页 共 11页 B 级：必须重视，视具体情况做出具体修正。C 级：需要重视，并作一般修正。D 级：一般无须重视，QC 基本可以通过的级别。2)设备加工精度要求 a.原理 目前铬版掩膜版生产中，主要使用的是德国产激光光绘机（MASKWRITE），菲林制作主要使用比利时产激光光绘机（BARCO）。客户设计的 CAD 电脑文件，经过编辑和格式转换，输出到激光光绘机，从而在掩膜板上光绘出图形。b.流程 激光在 X 方向小范围来回扫描 再以 Y 方向“之”字型前进 返回跳进，再以 X 方向小范围来回扫描 再以 Y 方向“之”字型前进 3)与设备有关的一些工艺，产品需求精度 a 垂直度 整体图像与理论水平标准之间的差值。如果总长=400mm,垂直度为 3urad，则其终点与理论水平之间的下斜长度为：d=400310-6=1.2um b 透过率 不同波长的光波相对于某种玻璃的透过百分比。400 Y X a d 理论水平标准 理论水平标准 100%85%70%30%Soda Glass Quartz Glass 320 340 360 450 波长(nm)PDF created with pdfFactory trial version 苏州美精微光电有限公司 光掩膜版（PHOTOMASK）知识介绍光掩膜版（PHOTOMASK）知识介绍(COLIN FONG)第 9 页 共 11页 从图中看，石英玻璃对 320-450nm 内的光波有良好的透射率，而苏打玻璃则相对较差。c 曝光能量与精度变化曲线 d 温、湿度变化时，底版伸缩的变形尺寸 膨胀系数：用以计算环境参数改变时，底版伸缩变形的差值。以干版为例：Humidity(湿度)：几乎为零 Temperature(温度)：8.110-6/例如：总长 400mm的干版，如果温度增加 1，则变形长度 l 为：l=400mm8.110-61 =3.210-3mm =3.2m e 干版、铬版掩膜的过渡区域 Emulsion Mask Chrome Mask 从图中看出，因为 Cr 版的膜厚比干版的膜厚薄很多，所以 Cr 版的过渡层比干版的过渡层小很多。f 干版、铬版的一般精度对比：铬版精度：100000dpi 200000dpi 500000dpi 干版精度：100000dpi 5m 3 0-6 50%100%150%曝光能量变化 Glass 感光 乳胶 图形(曝光处）0.15m Cr 图形(曝光处）Glass PDF created with pdfFactory trial version 苏州美精微光电有限公司 光掩膜版（PHOTOMASK）知识介绍光掩膜版（PHOTOMASK）知识介绍(COLIN FONG)第 10 页 共 11页 最小线/缝：Chrome Mask：5um Emulsion Mask：20um g 使用 FUJI 干版的品种和用途 Um-G 型 Um-Gpc Um-Gm 五、菲林 1、结构 2、种类 感光物质 颗粒形状 颗粒宽度 理论分辨率（超微粒干版）HR Agx（卤化银）球状 0.06um 3000 线 保护膜 感光乳胶层 粘胶层 防光晕层 光刻胶 玻璃 保护膜 光刻胶 玻璃 保护膜 光刻胶 玻璃 PDF created with pdfFactory trial version 苏州美精微光电有限公司 光掩膜版（PHOTOMASK）知识介绍光掩膜版（PHOTOMASK）知识介绍(COLIN FONG)第 11 页 共 11页（Film）Lith（里斯）Agx 立方体 0.25um 500 线（Film）Ras（莱斯）Agx 3、精度 总体精度=系统精度=机器精度+底片精度+冲洗化学工艺精度 4、厚薄菲林的变形参数 未处理 已处理 厚菲林(7mil)湿度 1.610-5/RH%1.510-5/RH%温度 110-5/110-5/薄菲林(4mil)湿度 1.910-5/RH%1.710-5/RH%温度 110-5/110-5/5、菲林在 LCD 行业的使用 Film在 LCD 中一套底片主要包括:l 电极菲林 用于形成 ITO 上的导电图形线路。l 边框菲林 用于制作丝网，印刷环氧树脂，连接上下两片 ITO 玻璃后，防止液晶 流出。l 银点菲林 用于制作丝网，印刷银料，导通上下两片 ITO 玻璃。l 电测线路板菲林 用于制作电测板，测试 LCD 短路与断线。附:LCD 工艺过程 设计格式转换激光光绘显影冲洗菲林ITO 玻璃曝光酸刻清洗涂膜摩擦丝印环氧树酯丝印银点热压切条罐液晶封口打粒电测目测包装 环氧树脂 ITO 玻璃 电极图案 银点 ITO 玻璃 PDF created with pdfFactory trial version