ITO制作工艺资料

触摸屏制造工艺实战与难点[二]ITO图形制备工艺[二]ITO图形制备工艺透明导电氧化物薄膜主要包括号In、Zn、Sb和Cd的氧化物及其复合多元氧化物薄膜材料，具有禁带宽、可见光谱区光透射率高和电阻率低，对紫外线的吸收率大于85%,对红外线的反射率大于70%等特性。透明导电薄膜以掺锡氧化铟（IndiumTinOxinde）ITO为代表，广泛地应用于平板显示、太阳能电池、特殊功能窗口涂层及其它光电器件领域，它的特性是当厚度降到1800埃(1埃=10－10米)以下时会突然变得透明，透光率为80％，再薄下去透光率反而下降，到300埃厚度时又上升到80％。ITO是所有电阻技术触屏及电容技术触摸屏都用到的主要材料，实际上电阻和电容技术触摸屏的工作面就是ITO涂层。一、ITO的特性ITO就是在In2O3里掺入Sn后，Sn元素可以代替In2O3晶格中的In元素而以SnO2的形式存在，因为In2O3中的In元素是三价，形成SnO2时将贡献一个电子到导带上，同时在一定的缺氧状态下产生氧空穴，形成1020至1021cm-3的载流子浓度和10至30cm2/vs的迁移率。这个机理提供了在10-4Ω.cm数量级的低薄膜电阻率，所以ITO薄膜具有半导体的导性能。目前ITO膜层之电阻率一般在5*10-4左右，最好可达5*10-5，已接近金属的电阻率，在实际应用时，常以方块电阻来表征ITO的导电性能，ITO膜之透过率和阻值分别由In2O3与Sn2O3之比例控制，增加氧化锢比例则可提高ITO之透过率，通常Sn2O3：In2O3=1：9因为氧化锡之厚度超过200?时，通常透明度已不够好--虽然导电性能很好。如用是电流平行流经ITO脱层的情形，其中d为膜厚，I为电流，L1为在电流方向上膜厚层长度，L2为在垂直于电流方向上的膜层长主，当电流流过方形导电膜时，该层电阻R=PL1/dL2式中P为导电膜之电阻率，对于给定膜层，P和d可视为定值，P/d，当L1=L2时，其正方形膜层，无论方块大小如何，其电阻均为定值P/d，此即方块电阻定义：R□=P/d，式中R□单位为：奥姆/□（Ω/□），由此可所出方块电阻与IOT膜层电阻率P和ITO膜厚d有关且ITO膜阻值越低，膜厚越大。ITO膜层的电阻对高温和酸碱比较敏感，因为通常的电子产品生产工艺中要使用高温烘烤及各种酸碱液的浸泡，而一般在300°C*30min的环境中，会使R□增大2-3倍，而在10wt%NaOH*5min及6wt%HCL*2min（60°C）下也会增到1.1倍左右，由此可知，在生产工艺中不宜采用高温生产及酸碱的长时清洗，若无法避免，则应尽量在低温下进行并尽量缩短动作时间。ITO膜在电子行业应用中，除了作为电子屏蔽、紫外线吸收阻断、红外线反射阻断等应用外，还有一大应用就是在平板显示器领域作为透明电极线路使用，利用ITO膜制作透明电极线路的方法主要为化学蚀刻、激光刻蚀两种。二、ITO膜的制作方式1、真空磁控溅射镀膜。ITO磁控溅射示意图溅射过程中，在高氧流量的情况下，从靶材中轰击出的金属In、Sn原子在真空室内或衬底表面能充分和氧反应生成In2O3和SnO22、真空蒸镀。上世纪八十年代初的技术，基本已淘汰。3、溶胶－凝胶法这种方式不适合用于量产，目前仅用于一些科研机构分析使用。4、丝印或喷墨打印法目前仅日本住友有丝印法的实用技术，用于该公司自有产品上使用，据说品质上要比传统方式好些。一般微晶ITO粉剂制剂用丝印方式生产较合理，纳米级ITO粉剂制剂则可以使用喷墨找印法。这种方式无疑在生产效率上是最高的，在绝大部分场合，省去了后面的刻蚀工序，直接生产所需要的ITO透明电极图形，是以后的主要研究和发展方向。5、半导体制程之Lift-off作法可以另外在PET薄膜基材上先进行印刷负型图案，接着进行ITO镀膜，最后将印刷油墨去除。三、化学蚀刻法进行ITO图形制备目前行业中应用最广的ITO膜，绝大部分都是利用磁控溅射的方式生产的。磁控溅射所生成的ITO层，可以理解为一些单个的原子或原子团经氧化后堆积在一起所形成的薄膜，所以从宏观上讲，它可以理解为具有各向同性的特性，也就是在光、电、化学等性能上，各个方向基本上是一致的。这个特性可以让ITO膜在进行化学蚀刻时，各个方向的化学反应速度都一致，从而得到很好的图形重现性。因为即使在图形边缘进行三到五倍的过蚀时间，也只是在边缘损失几百到几千埃的侧蚀区，对于微米级以上的线路而言，埃级的公差可以完全忽略。ITO层在宏观上理解为各向同性特性这点与一些场合强调ITO是一种非等键晶体结构所体现的各向异性是完全不同的概念，强调其晶体结构，是为了强调表述其微观结构上的稳定性，这种稳定性能够具体描述它的一些物理化学参数的相对恒定值，然而从宏观上讲，ITO不可能真正的成为完整结构的晶体结构。ITO的原子与晶粒排布（电子扫描）在绝大多数的场合中，化学蚀刻法是ITO图形制备最成熟和可行的技术，它可以根据你的需要，生成目前足够精细的图案和相对比较少的前期投资。随着深紫外线技术在曝光设备上的应用，微米的精度，早已被大多数厂家所实现。它具有高效率、批次稳定性和重复性好、设备投资额低、配套技术完善等诸多优点，目前仍是大规模生产的主要方向，使用的原料有蚀刻膏、抗蚀油墨、光刻胶三种。1、蚀刻膏工艺化学蚀刻法有以下几种方式实现：一种是直接在产品电极图形区域外印制蚀刻膏，等反应完全后，用蚀刻膏溶剂，一般是水清洗干净，留下所需的电极图形。这种方式对于一些线宽和线距要求在0.2mm以上的光电产品如低档TN显示器、电阻式触摸屏、按键式电容屏、光伏电池等，因为不用耗费大量的化学物品，对环境污染影响更小，节省大量水、电费、场地费用，前期投资费用低廉，一般的丝印行业就可以掌握大部分技术等因素，有日趋发展的势头。它主要的控制点就在于温度对于蚀刻速度的控制，设计时要充分考虑边缘效应这两点上，一般可以用比较简单的工场实地实验，就可以得到比较准备的参数。2、抗蚀油墨工艺化学蚀刻法第二种方法，刚好与第一种相反，它是在产品电极图形区域内印制是阻蚀油墨保护起来，然后把产品浸入化学蚀刻液中，让产品电极图形区域外部分与化学蚀刻液完全反应后，再把阻蚀油墨从产品电极图形表面剥离下来，形成产品电极图形。它的线宽和线距做到0.08mm，仍可以达到95%以上的蚀刻良率。这种方法在PCB线路板、薄膜开关、电阻式触摸屏、光伏电池等产品生产上，目前占据主流的地位。按照最后剥离去的方式不同，阻蚀油墨分为物理剥离型和化学溶液剥离型。其中物理剥离型阻蚀油墨，除了用在电子产品图形制备生产中，更多的是用在产品表面防护上，以阻止外力损伤产品，隔绝外面环境中的水、电、气，防止它们腐蚀产品。其中在电子行业里应用最多的就是电路板绝缘保护胶，和触摸屏生产中的表面保护胶。由于物理剥离型阻蚀油墨，如果在产品转序过程中，需要去除的话，是使用物理外力撕下剥离的，所以一般它的丝印厚度要求在化学溶液剥离型阻蚀油墨的丝印厚度的二到三倍以上，并且在固化程度上，不能象化学溶液剥离型阻蚀油墨一样，只要达到表面固化即可，也要求一定要完全固化，这样在生产的后续加工过程中，边缘部分不会因为挤压而变形破裂，在需要移除的时候，产生边缘残留。在触摸屏的生产过程中，表面保护胶的边缘残留，是影响产品生产效率和品质良品率的主要因素之一。化学溶液剥离型阻蚀油墨，按最后剥离时的方式不同，也分为一种是溶解型的，一种是膨胀型的。两都在蚀刻效果上没有什么区别，只是在剥离清洗过程中，溶解型的阻蚀油墨不需要强碱，对一些对碱浓度比较敏感的产品更适合，它的缺点是，为了提高油墨丝印的性能，添加了一些填料在油墨中以增加油墨粘度和定型能力，这些填料，会在剥离溶解过程中，因附壁效应，依附残留在产品表面，比较难以清洗干净。这些缺点，在膨胀型的油墨中则不会出现，但膨胀型油墨在剥离时，对碱的浓度要求较高，并且剥离后的油墨呈片状，在剥离设备的碱液循环系统中，要有相应的过滤和隔离措施，以免阻塞管路和重复污染产品。阻蚀油墨的关键参数是针孔度和粘度，由于一般都是制作线宽线距0.08mm以上的产品，一般的针孔度都能达到要求，所以在实际生产过程，主要关注的是粘度变化。3、光刻胶工艺化学蚀刻方法在线宽线距要求在0.07mm以下的产品生产过程中，上面的两种方式就很难达到要求了，这时就需要一种更为精细的第三种化学蚀刻方式，光刻胶化学蚀刻。光刻胶又称光致抗蚀剂，由感光树脂、增感剂和溶剂三种主要成分组成的对光敏感的混合液体。感光树脂经光照后，在曝光区能很快地发生光固化反应，使得这种材料的物理性能，特别是溶解性、亲合性等发生明显变化。经适当的溶剂处理，溶去可溶性部分，得到所需图像。光刻胶广泛用于印刷电路和集成电路的制造以及印刷制版等过程。光刻胶的技术复杂，品种较多。根据其化学反应机理和显影原理，可分负性胶和正性胶两类。光照后形成不可溶物质的是负性胶；反之，对某些溶剂是不可溶的，经光照后变成可溶物质的即为正性胶。利用这种性能，将光刻胶作涂层，就能在硅片表面刻蚀所需的电路图形。基于感光树脂的化学结构，光刻胶可以分为三种类型。①光聚合型，采用烯类单体，在光作用下生成自由基，自由基再进一步引发单体聚合，最后生成聚合物，具有形成正像的特点。②光分解型，采用含有叠氮醌类化合物的材料，经光照后,会发生光分解反应,由油溶性变为水溶性，可以制成正性胶。③光交联型，采用聚乙烯醇月桂酸酯等作为光敏材料,在光的作用下,其分子中的双键被打开，并使链与链之间发生交联，形成一种不溶性的网状结构，而起到抗蚀作用，这是一种典型的负性光刻胶。柯达公司的产品KPR胶即属此类。感光树脂在用近紫外光辐照成像时，光的波长会限制分辨率的提高。为进一步提高分辨率以满足超大规模集成电路工艺的要求，必须采用波长更短的辐射作为光源。由此产生电子束、X射线和深紫外(＜250nm)刻蚀技术和相应的电子束刻蚀胶，X射线刻蚀胶和深紫外线刻蚀胶，所刻蚀的线条可细至1μm以下。微细加工技术是人类迄今所能达到的精度最高的加工技术，光刻胶是其重要支撑条件之一，这是由微电子信息产业微细加工的线宽所决定的光刻胶在微电子信息产业中的应用有很多，如用于平板显示器行业，用于印制电路板行业中的光固化阻焊油墨、干膜、湿膜、ED抗蚀剂等等。近年来，电子信息产业的更新换代速度不断加快，新技术、新工艺不断涌现，对光刻胶的需求不论是品种、还是质量和数量都大大增多。可以毫不夸张地说，光刻胶已成为微电子信息产业迅速发展的重要工艺支撑条件之一。除了上述在平面显示器领域的应用外，光刻胶产品在微细加工技术中的应用将随着高集成度、超高速、超高频集成电路及元器件的开发，集成电路与元器件特征尺寸越来越精细的趋势，其加工尺寸将达到深亚微米、百纳米直至纳米级，应用光刻胶的发展趋势为了适应微电子行业亚微米图形加工技术要求，光刻胶的开发已从普通紫外光发展到紫外光刻胶、深紫外光刻胶、电子束胶、X射线胶、离子束胶等。目前的开发重点是深紫外光刻胶和电子束化学放大抗蚀剂(CAR)。CAR是以聚4-羟基苯乙烯为化学平台，加入光产酸剂、交联剂及其他成分而成。在辐射源曝光时，其光化学增益可达102～108，从而得到高精度图形。近年来，光刻胶在微电子行业中不断开发出新的用途，如采用光敏性介质材料制作多芯片组件(MCM)。MCM技术可大幅度缩小电子系统体积，减轻其质量，并提高其可靠性。近年来国外在高级军事电子和宇航电子装备中，已广泛地应用MCM技术。光刻胶的技术由于改良发展较快的缘故，在普通产品应用上，基本已经解决了针孔率偏高的问题，对普通产品应用几乎不再考虑针孔率对产品制作的影响了。粘度的调整要视各家的习惯，一般是50CP的产品由于使用时添加了一定的稀释剂，可以比较好调整涂覆效果，成本也可以降低，但是由于大量使用稀释剂，也使光刻胶的一些性能受到影响，在作比较高档的产品时会有分辨率下降的趋势。而30CP的产品，在涂覆效果上，控制稍显困难，但性能比较稳定，比较适合制作精细度高的产品。光刻胶的保存条件比较严格，在光线、温度、湿度上都有限制，特别是开瓶使用后的光刻胶和稀释剂，一旦吸潮，其物理化学性能均下降很