CN108255024A - 一种显影装置及其显影方法、光刻设备 - Google Patents

Abstract

本发明实施例提供一种显影装置及其显影方法、光刻设备，涉及光刻技术领域，可解决现有显影装置显影后得到的图案沿水平方向的CD值均匀性较差的问题。该显影装置包括：至少一个显影腔室；多个喷淋装置，分布在所述至少一个显影腔室内，用于向待显影的基板喷淋显影液，所述多个喷淋装置用于喷淋不同浓度的显影液；传送装置，用于运输所述待显影的基板，以使所述待显影的基板逐一从所述多个喷淋装置的下方经过。用于显影工艺中。

Description

一种显影装置及其显影方法、光刻设备

技术领域

本发明涉及光刻技术领域，尤其涉及一种显影装置及其显影方法、光刻设备。

背景技术

在显示装置的生产过程中，光刻工艺是形成图案的重要工艺。光刻工艺包括涂覆光刻胶(Photoresist，简称PR胶，也称光致抗蚀剂)、曝光、显影以及烘烤。利用曝光后PR胶感光部分与未感光部分所产生的溶解性能差异，用适当的溶液把未感光部分溶掉，或者相反把感光部分溶掉，从而通过光刻工艺使光刻胶材料在基板表面形成需要的图形。光刻胶根据其特性可以分为正性光刻胶和负性光刻胶，负性光刻胶光照的部分被保留下来，正性光刻胶光照的部分被显影掉而未被光照的地方保留下来。

其中，曝光完成后在进行显影时，如图1所示，待显影的基板01从显影腔室(Track)02的一端进入经过显影液刻蚀，到达显影腔室02的另一端(运动方向如图1中箭头所示)时整个显影过程完成，在待显影的基板01表面形成目标图案(Pattern)。显影过程中待显影物质与显影液接触发生化学反应不断被溶解，溶解物随液体流动被带走，使得预期目标图案的形状逐渐显现出来。

然而，现有的显影装置显影后实际形成的图案的形状与预期目标图案的形状有很大差异，示例的，我们期望显影后在衬底基板10上形成的预期目标图案201的截面图如图2(a)所示为矩形，但是现有的显影装置显影后形成的实际图案202的截面如图2(b)所示为边缘双曲线形。参考图2(b)，以负性光刻胶为例，这是因为光照的地方本来不会被显影掉，但是现有显影工艺在显影时显影液的浓度一般较大，显影速度较快，且为了将不需要的地方都显影掉，显影时间较长，这样显影时有些地方可能会过刻蚀(如图2(b)中的B位置)，具体地，由于图2(b)中A位置受到的光照强度比B位置强，B位置对显影液的敏感程度大于A位置对显影液的敏感程度，且显影液是由上向下流动，因此显影液由B位置流向C位置时，显影液的浓度降低，因而相对于A位置和C位置，B位置会出现过刻蚀，从而使得形成的实际图案202的边缘为曲线形，即显影后得到的图案沿水平方向的CD(Critical Dimension，关键尺寸)值均匀性较差，这样便会对显示造成很大的影响。

发明内容

本发明的实施例提供一种显影装置及其显影方法、光刻设备，可解决现有显影装置显影后得到的图案沿水平方向的CD值均匀性较差的问题。

为达到上述目的，本发明的实施例采用如下技术方案：

第一方面，提供一种显影装置，包括：至少一个显影腔室；多个喷淋装置，分布在所述至少一个显影腔室内，用于向待显影的基板喷淋显影液，所述多个喷淋装置用于喷淋不同浓度的显影液；传送装置，用于运输所述待显影的基板，以使所述待显影的基板逐一从所述多个喷淋装置的下方经过。

优选的，所述显影装置包括多个显影腔室，一个所述喷淋装置设置于一个所述显影腔室内。

优选的，所述多个喷淋装置沿直线依次排列。

优选的，所述传送装置包括多个平行排列的传送辊。

优选的，所述显影装置还包括驱动装置，所述驱动装置与所述传送装置相连接，用于驱动所述传送装置运动以运输所述待显影的基板。

优选的，所述喷淋装置包括喷嘴、储液装置以及用于连接所述喷嘴和所述储液装置的管路；其中，所述储液装置用于存储显影液。

优选的，所述显影装置包括三个所述喷淋装置。

第二方面，提供一种光刻设备，包括上述的显影装置。

第三方面，提供一种显影方法，包括：在待显影的基板上依次喷淋浓度逐渐减小的显影液，以在所述基板上形成显影后的图案。

优选的，在待显影的基板上依次喷淋浓度逐渐减小的显影液，包括：将所述待显影的基板逐一从多个喷淋装置下方经过，沿所述待显影的基板的移动方向，所述多个喷淋装置喷淋的显影液的浓度逐渐减小。

本发明实施例提供一种显影装置及其显影方法、光刻设备，现有的显影装置由于只有一个喷淋装置，因而在显影时，只能利用同一高浓度显影液对待显影的基板进行显影，由于显影液的浓度较大，且高浓度显影液刻蚀的时间较长，因而刻蚀速度较快，可能会将不需要显影的地方显影掉，从而使得形成的图案边缘为曲线形。而本发明实施例提供的显影装置包括多个喷淋装置，且传送装置用于运输待显影的基板，以使待显影的基板逐一从多个喷淋装置的下方经过。当沿待显影的基板的移动方向，多个喷淋装置喷淋的显影液的浓度逐渐减小时，以待显影的材料为负性光刻胶为例，由于待显影的基板经过浓度较大的显影液时，经过浓度较大的显影液的刻蚀会先迅速在待显影的基板上形成待形成的图案的一个雏形，即曝光区域保留，残余部分未曝光区域，之后在经过浓度较低的显影液显影时，由于曝光区域和未曝光区域对光的敏感程度不同，因而低浓度的显影液可以继续对未曝光区域进行溶解，对曝光区域起不到作用，从而可以减小未曝光区域，即减少前一次显影形成曲线状的边缘；经过多次低浓度显影液的逐步修饰，可以将未曝光区域全部溶解掉，从而使得最终形成的图案的边缘为齐边，进而使得显影后得到的图案沿水平方向的CD值均一性较好。同理，当待显影的材料为正性光刻胶时，由于待显影的基板经过浓度较大的显影液时，未曝光区域保留，残余部分曝光区域，之后经过多次低浓度的显影液的逐步显影，从而可以将残余的曝光区域逐渐溶解，使得最终形成的图案的边缘为齐边。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为现有技术提供的一种显影装置的结构示意图；

图2(a)为利用现有的显影装置形成的预期目标图案的截面结构示意图；

图2(b)为利用现有的显影装置形成的实际图案的截面结构示意图；

图3(a)为黑矩阵图案过刻蚀导致的相邻彩色光阻图案间距减小的结构示意图；

图3(b)为黑矩阵图案过刻蚀导致的黑矩阵图案与彩色光阻图案段差较大的结构示意图；

图4(a)为本发明实施例提供的一种显影装置的结构示意图一；

图4(b)为本发明实施例提供的一种显影装置的结构示意图二；

图5为本发明实施例提供的一种喷淋装置的结构示意图；

图6(a)为本发明实施例提供的一种利用高浓度显影液显影后形成待形成的图案的结构示意图；

图6(b)为本发明实施例提供的一种利用低浓度显影液显影后形成待形成的图案的结构示意图；

图6(c)为本发明实施例提供的一种利用多个浓度不同的显影液显影后最终形成的图案的结构示意图；

图7为本发明实施例提供的一种显影方法的流程示意图。

附图标记：

01-待显影的基板；02-显影腔室；10-衬底基板；20-黑矩阵图案；201-预期目标图案；202-实际图案；30-彩色光阻图案；40-喷淋装置；401-喷嘴；402-管路；403-储液装置；50-传送装置；60-待形成的图案；70-最终形成的图案。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

由于现有的显影工艺显影时有些地方会出现过刻蚀，因而会对显示造成很大的影响。示例的，当利用曝光、显影工艺形成黑矩阵图案(Black Matrix，简称BM)后，再形成彩色光阻图案如红色光阻图案(R)、绿色光阻图案(G)和蓝色光阻图案(B)时，由于显影后黑矩阵图案的边缘为曲线形使得相邻彩色光阻图案之间的间距减小，这样可能会出现混色。如图3(a)所示，若黑矩阵图案20刻蚀过剩较严重，则可能双曲线边缘还会出现点接触或线接触，这样彩色光阻图案30之间相互接触，从而使得混色更严重。在此基础上，现有显示装置的设计是一个开关单元(SD单元)控制一个亚像素发亮，按照正常矩形状黑矩阵图案20，当开关单元控制光线透过红色子像素区域发亮时，光线不会透射到绿色子像素区域。然而，若黑矩阵图案20的边缘为曲线状，则开关单元控制红色子像素区域发亮时可能最大角度光线透过黑矩阵图案20边缘有部分光线会从绿色子像素区域透出，肉眼观测时就会觉得此处画面串色发黄。

此外，在显影形成黑矩阵图案20时，由于显影液浓度较大不仅沿水平方向显影液会对黑矩阵图案20过刻蚀，而且沿厚度方向也会对黑矩阵图案20过刻蚀，这样黑矩阵图案20的厚度(thick)会较设定值偏差较大，在彩色光阻图案(R/G/B)工艺完成后，如图3(b)所示，黑矩阵图案20表面与彩色光阻图案30表面存在较大段差h，段差h较大可能会导致即使在黑矩阵图案20和彩色光阻图案30上形成平坦层，平坦层也是凹凸不平的，这样一来，便会影响其它膜层的制作以及显示效果。

基于上述，本发明实施例提供一种显影装置，如图4(a)和图4(b)所示，包括至少一个显影腔室02；多个喷淋装置40，分布在至少一个显影腔室02内，用于向待显影的基板01喷淋显影液，多个喷淋装置40用于喷淋不同浓度的显影液；传送装置50，用于运输待显影的基板01，以使待显影的基板01逐一从多个喷淋装置40的下方经过(如图4(a)和图4(b)中的箭头所示)。

需要说明的是，第一，本发明实施例提供的显影装置可以如图4(a)所示包括一个显影腔室02，多个喷淋装置40分布在同一显影腔室02内；也可以如图4(b)所示包括多个显影腔室02，一个喷淋装置40分布在一个显影腔室02内。

此处，由于多个喷淋装置40用于喷淋不同浓度的显影液，因而本领域技术人员应该明白，不同喷淋装置40喷淋的显影液之间是相互独立，不混合的。

第二，对于喷淋装置40的结构不进行限定，以能喷淋显影液为准。优选的，如图5所示，每个喷淋装置40包括喷嘴401、储液装置403以及用于连接喷嘴401和储液装置403的管路402。其中，储液装置403用于存储显影液。

此外，对于多个喷淋装置40喷淋的显影液的浓度不进行限定，可以根据需要设置每个喷淋装置40喷淋的显影液的浓度。

在此基础上，对于显影装置中设置的喷淋装置40的个数不进行限定，以使待显影的基板01经过多个喷淋装置40喷淋的显影液的显影后，能在待显影的基板01上形成需要的图案为准。本发明实施例优选显影装置包括三个喷淋装置40。

第三，对于传送装置50的结构不进行限定，示例的，传送装置50可以是传送带；也可以是如图4(a)和图4(b)所示的多个平行排列的传送辊(也可以称为传送轮)；当然传送装置50还可以是机械手等。当传送装置50为多个平行排列的传送辊时，由于相邻传送辊之间具有间隙，因而喷淋装置40喷淋的显影液和被显影液溶解的物质可以从相邻传送辊之间的间隙快速流走，不会残留在传送装置50上。基于此，本发明实施例优选传送装置50包括多个平行排列的传送辊。

此外，对于传送装置50的设置位置不进行限定，传送装置50可以设置在显影腔室02的下方。当显影装置包括一个显影腔室02时，传送装置50还可以设置在显影腔室02内；当显影装置包括多个显影腔室02时，传送装置50部分设置在各个显影腔室02内，部分设置在相邻显影腔室02之间，由于待显影的基板01需要从一个显影腔室02移动到另一个显影腔室02，因而每个显影腔室02设置有入口和出口，传送装置50需贯穿每个显影腔室02的入口和出口。

第四，待显影的基板01逐一从多个喷淋装置40的下方经过，是指待显影的基板01从第一个喷淋装置40的下方经过后，再从第二个喷淋装置40的下方经过，依次类推，直至从多个喷淋装置40的下方都经过。

此处，待显影的基板01的运动轨迹与传送装置50的设置轨迹有关，而传送装置50的设置轨迹根据多个喷淋装置40的设置位置来设计。当多个喷淋装置40沿直线依次排列时，传送装置50沿直线运输待显影的基板01；当多个喷淋装置40沿曲线依次排列时，传送装置50沿曲线运输待显影的基板01。由于传送装置50沿直线运输待显影的基板01时，传送装置50的设置更为简单，因而本发明实施例优选多个喷淋装置40沿直线依次排列。

第五，显影装置还可以包括回收装置，回收装置可以设置在传送装置50的下方，用于回收废液。

第六，对于喷淋装置40喷淋的显影液的成分不进行限定，可以根据待显影的材料进行相应选择，当待显影的基板01上待显影的材料为正性光刻胶，显影液在对待显影的基板01显影时，光照的地方会被显影掉，未被光照的地方会保留下来，此时显影液例如可以是四甲基氢氧化铵；当待显影的基板01上的待显影的材料为负性光刻胶时，显影液在对待显影的基板01显影时，光照的地方会保留下来，未被光照的地方会被显影掉，此时显影液例如可以是氢氧化钾溶液。

第七，待显影的基板01可以但不限于是彩膜基板(Color Film，简称CF)或阵列基板(也称Array基板)。

现有的显影装置由于只有一个喷淋装置40，因而在显影时，只能利用同一高浓度显影液对待显影的基板01进行显影，由于显影液的浓度较大，且高浓度显影液刻蚀的时间较长，因而刻蚀速度较快，可能会将不需要显影的地方显影掉，从而使得形成的图案边缘为曲线形。而本发明实施例提供一种显影装置，显影装置包括多个喷淋装置40，且传送装置50用于运输待显影的基板01，以使待显影的基板01逐一从多个喷淋装置40的下方经过。当沿待显影的基板01的移动方向，多个喷淋装置40喷淋的显影液的浓度逐渐减小时，以待显影的材料为负性光刻胶为例，由于待显影的基板01经过浓度较大的显影液时，如图6(a)所示，经过浓度较大的显影液的刻蚀会先迅速在待显影的基板01上形成待形成的图案60的一个雏形，即曝光区域保留，残余部分未曝光区域，之后在经过浓度较低的显影液显影时，如图6(b)所示，由于曝光区域和未曝光区域对光的敏感程度不同，因而低浓度的显影液可以继续对未曝光区域进行溶解，对曝光区域起不到作用，从而可以减小未曝光区域，即减少前一次显影形成曲线状的边缘；经过多次低浓度显影液的逐步修饰，如图6(c)所示，可以将未曝光区域全部溶解掉，从而使得最终形成的图案70的边缘为齐边，进而使得显影后得到的图案沿水平方向的CD值均一性较好。同理，当待显影的材料为正性光刻胶时，由于待显影的基板01经过浓度较大的显影液时，未曝光区域保留，残余部分曝光区域，之后经过多次低浓度的显影液的逐步显影，从而可以将残余的曝光区域逐渐溶解，使得最终形成的图案70的边缘为齐边。

基于此，当利用本发明实施例提供的显影装置形成黑矩阵图案20时，由于显影后形成的黑矩阵图案20的边缘是齐边，不会出现过刻蚀，因而在黑矩阵图案20上形成彩色光阻图案30时，避免了相邻彩色光阻图案30之间的间距减小，因而避免了混色和串色的发生。在此基础上，由于对待显影的基板01进行显影时，显影液的浓度逐渐降低，而低浓度的显影液对黑矩阵图案20的过刻蚀不明显，因而显影形成的黑矩阵图案20的厚度相对于预定值偏差不是很大，相对于现有技术减小了黑矩阵图案20和彩色光阻图案30之间的段差，从而确保了在黑矩阵图案20和彩色光阻图案30上形成平坦层时，平坦层的平坦度。

当多个喷淋装置40设置在同一显影腔室02中时，一方面，若喷淋装置40之间的间距较近，则相邻喷淋装置喷淋出的显影液可能会相互溅射，影响显影效果；另一方面，一般地，一个显影腔室02设置一个回收装置，这样一来不同喷淋装置40喷淋的不同浓度的显影液会流向一个回收装置，从而导致回收的显影液无法再次利用。但是若显影装置包括多个显影腔室02，一个喷淋装置40设置于一个显影腔室02内，不仅相邻喷淋装置40喷淋出的显影液不会相互影响，而且由于每个显影腔室02内的回收装置都可以对应回收该显影腔室02内设置的喷淋装置40喷淋的显影液，这样喷淋装置40喷淋的显影液都可以被单独回收，因而回收的显影液可以重复利用。基于此，本发明实施例优选，显影装置包括多个显影腔室02，一个喷淋装置40设置于一个显影腔室02内。

本发明实施例传送装置50运输待显影的基板01，以使待显影的基板01逐一从多个喷淋装置40的下方经过时，可以是工作人员驱动传送装置50运动，也可以是驱动装置驱动传送装置运动。为了提高生产效率，因而本发明实施例优选的，显影装置还包括驱动装置，驱动装置与传送装置50相连接，用于驱动传送装置50运动以运输待显影的基板01。

其中，对于驱动装置的类型不进行限定，驱动装置可以但不限于是马达或气缸等。

现有的显影方法包括喷雾显影和水坑(旋覆浸没)式显影(PuddleDevelopment)，喷雾显影包括连续喷雾显影(Continuous Development)和自动旋转显影(Auto-rotationDevelopment)。其中，连续喷雾显影是一个或多个喷嘴喷洒显影液在待显影的基板表面；自动旋转显影是待显影的基板低速旋转的同时一个或多个喷嘴喷洒显影液的待显影的基板表面；水坑式显影是喷覆足够的显影液到待显影的基板表面，并形成水坑形状(显影液的流动保持较低，以减少边缘显影速率的变化)，待显影的基板固定或慢慢旋转。一般采用多次旋覆显影液，第一次涂覆、保持一定时间、去除，第二次涂覆、保持一定时间、去除，重复多次。需要说明的是，本发明实施例提供的显影装置对喷雾显影和水坑式显影均适用。

本发明实施例提供一种光刻设备，包括上述的显影装置。

其中，光刻工艺一般包括涂覆光刻胶、曝光、显影以及烘烤，基于光刻工艺，光刻设备一般包括光刻胶涂覆机、曝光机、显影装置以及光刻胶烘烤装置。

本发明实施例提供一种光刻设备，光刻设备包括上述的显影装置，由于光刻设备中的显影装置具有与上述实施例提供的显影装置具有相同的结构和有益效果，且上述实施例已经对显影装置的结构和有益效果进行过详细的描述，因而此处不再赘述。

本发明实施例还提供一种显影方法，如图7所示，包括：

S100、在待显影的基板01上依次喷淋浓度逐渐减小的显影液，以在基板上形成显影后的图案。

其中，可以利用一个喷淋装置40在待显影的基板01上依次喷淋浓度逐渐减小的显影液；也可以利用多个喷淋装置40在待显影的基板01上喷淋浓度逐渐减小的显影液。

此处，本领域技术人员应该明白，在对待显影的基板01显影之前，应对待显影的基板01进行曝光。

现有的显影工艺在显影时，利用同一高浓度显影液对待显影的基板01进行显影，由于显影液的浓度较大，且高浓度显影液刻蚀的时间较长，因而刻蚀速度较快，可能会将不需要显影的地方显影掉，从而使得形成的图案边缘为曲线形。而本发明实施例提供一种显影方法，在待显影的基板01上依次喷淋浓度逐渐减小的显影液，以在基板上形成显影后的图案，以待显影的材料为负性光刻胶为例，由于待显影的基板01经过浓度较大的显影液时，如图6(a)所示，经过浓度较大的显影液的刻蚀会先迅速在待显影的基板01上形成待形成的图案60的一个雏形，即曝光区域保留，残余部分未曝光区域，之后在经过浓度较低的显影液显影时，如图6(b)所示，由于曝光区域和未曝光区域对光的敏感程度不同，因而低浓度的显影液可以继续对未曝光区域进行溶解，对曝光区域起不到作用，从而可以减小未曝光区域，即减少前一次显影形成曲线状的边缘；经过多次低浓度显影液的逐步修饰，如图6(c)所示，可以将未曝光区域全部溶解掉，从而使得最终形成的图案70的边缘为齐边，进而使得显影后得到的图案沿水平方向的CD值均一性较好。同理，当待显影的材料为正性光刻胶时，由于待显影的基板01经过浓度较大的显影液时，未曝光区域保留，残余部分曝光区域，之后经过多次低浓度的显影液的逐步显影，从而可以将残余的曝光区域逐渐溶解，使得最终形成的图案70的边缘为齐边。

优选的，在待显影的基板01上依次喷淋浓度逐渐减小的显影液，包括：如图4(a)和图4(b)所示，将待显影的基板01逐一从多个喷淋装置40下方经过，沿待显影的基板01的移动方向，多个喷淋装置40喷淋的显影液的浓度逐渐减小。

本发明实施例，当利用一个喷淋装置40对待显影的基板01喷淋不同浓度的显影液时，则在喷淋完一个浓度的显影液时，需更换另一个浓度的显影液，从而导致显影工序复杂，浪费时间，降低了生产效率，因而本发明实施例优选利用多个喷淋装置40依次对待显影的基板01进行显影，提高了生产效率。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

Claims (10)

1.一种显影装置，其特征在于，包括：

至少一个显影腔室；

多个喷淋装置，分布在所述至少一个显影腔室内，用于向待显影的基板喷淋显影液，所述多个喷淋装置用于喷淋不同浓度的显影液；

传送装置，用于运输所述待显影的基板，以使所述待显影的基板逐一从所述多个喷淋装置的下方经过。

2.根据权利要求1所述的显影装置，其特征在于，所述显影装置包括多个所述显影腔室，一个所述喷淋装置设置于一个所述显影腔室内。

3.根据权利要求1所述的显影装置，其特征在于，所述多个喷淋装置沿直线依次排列。

4.根据权利要求1所述的显影装置，其特征在于，所述传送装置包括多个平行排列的传送辊。

5.根据权利要求1或4所述的显影装置，其特征在于，所述显影装置还包括驱动装置，所述驱动装置与所述传送装置相连接，用于驱动所述传送装置运动以运输所述待显影的基板。

6.根据权利要求1所述的显影装置，其特征在于，所述喷淋装置包括喷嘴、储液装置以及用于连接所述喷嘴和所述储液装置的管路；

其中，所述储液装置用于存储显影液。

7.根据权利要求1所述的显影装置，其特征在于，所述显影装置包括三个所述喷淋装置。

8.一种光刻设备，其特征在于，包括权利要求1-7任一项所述的显影装置。

9.一种显影方法，其特征在于，包括：

在待显影的基板上依次喷淋浓度逐渐减小的显影液，以在所述基板上形成显影后的图案。

10.根据权利要求9所述的显影方法，其特征在于，在待显影的基板上依次喷淋浓度逐渐减小的显影液，包括：

将所述待显影的基板逐一从多个喷淋装置下方经过，沿所述待显影的基板的移动方向，所述多个喷淋装置喷淋的显影液的浓度逐渐减小。