臺灣博碩士論文加值系統

中文摘要

本研究之主要目的乃在於評估將TFT-LCD黃光(Photo)製程中使用過的廢光阻劑回收重製後，再度利用於相同製程的可行性，並尋求由研究調查結果提供一個回收光阻的方法，讓TFT-LCD面板製造廠可與光阻回收廠商進行合作，以有效降低其面板製造成本。

光阻(Photoresist)為微影製程中最重要之化學物質，可以轉移設計於光罩上之圖形至玻璃基板表面，製造出薄膜電晶體。將正型廢光阻劑回收再利用於相同製程中，若能維持產品品質，則不僅可有效降低在陣列製程(Array) 部分3.5 ~ 5世代機台黃光段的生產成本，提升光阻使用效率，同時可達節能減碳目的。

本研究利用一連串的實驗來驗證將再生光阻使用於相同黃光製程之可行性。首先利用光阻廢液固含量與Cup Wash關係之探討、Spin Curve實驗、再生光阻標準曝光/顯影參數之找尋、殘膜率(Dark Erosion)實驗、曝光能量(Eth)之決定以及光阻附著(Adhesion)能力量測實驗等，確認再生光阻之各項特性。其次利用相關檢測儀器，比較一般光阻原液與廢液之內含物、檢驗光阻物理性質、檢測金屬離子含量、光阻塗佈色差(Mura)及缺陷(Defect)，以及比較光阻線寬分佈情形等，檢驗將再生光阻塗佈於玻璃上的各種表現，以進一步判斷再生光阻之適用性。

本論文研究結論指出，回收光阻可使用在生產線上，但在產品的選擇上，主要仍以非金屬層為主，且須準確的控制回收光阻重製完後的光阻黏度；而在收集廢光阻劑部分，亦須控制廢光阻劑回收後擺放時間，避免回收光阻品質異常。

Abstract
The main purpose of this research is to construct an methodology to evaluate the possibility of recycling of photoresist used in the photolithographic processing of TFT-LCD production line. From the results obtained in this study, it is expected to promote the cooperation between the TFT-LCD panel manufacturer and photoresist recycling company and finally an efficient method to recycle the waste photoresist can be produced. This will greatly shorten the evaluation procedure and reduce the production cost of panels for TFT-LCD
panel manufacturers.
Photoresist is the most important chemical material used in photolithography process. It is used to transfer the circuit pattern designed on the photomask to the glass substrate surface during a thin film transistor processing.
In this study we examine the recycling possibility of the positive photoresist for the same process. If this possibility is recognized, the manufacture cost of generation 3.5~5 photo line of array process in LCD production and the waste of photoresist can be reduced. It can also make the use of photoresist more
effectively without losing the product quality.
A series of experiments were conducted to evaluate the recycled photoresist for being reused in the same photolithographic processing; including the spin coater cup wash, spin curve, developing time, dark erosion, exposing energy, adhesion, and use the instrument to compare the original and the waste photoresists, physical properties, metal content, mura & defect, critical
dimension.
It is concluded that the recycling of photoresist on the non-metal layer is possible during the mass-production of TFT-LCD panels under the condition that the viscosity of recycled photoresist is well controlled. In addition, the storage time of recycled photoresist after being gathered must be well noticed to prevent the deterioration of its quality.

目 錄
中文摘要…………………………………………………………………………I
英文摘要………………………………………………………………………II
致謝……………………………………………………………………………III
目錄……………………………………………………………………………IV
圖目錄…………………………………………………………………………VII
表目錄………………………………………………………………………… IX
第一章 緒論…………………………………………………………………1
1-1 TFT LCD製造流程……………………………………………………2
1-1.1 薄膜電晶體陣列製程(TFT array)……………………………2
1-1.2 晶胞製程(cell).………………………………………………3
1-1.3 模組製程(module)……………………………………………4
1-2 微影製程簡介………………………………………………………5
1-3 光阻劑之使用率及塗佈製程未來趨勢……………………………9
1-4 光阻劑簡介及發展…………………………………………………13
1-5 光阻劑廢液處理現況及技術………………………………………14
1-5.1 光阻劑廢液之來源…………………………………………15

第二章 原理與文獻回顧 ………………………………………………16
2-1 微影製程步驟說明…………………………………………………16
2-1.1 上底材(Priming) ……………………………………………16
2-1.2 上光阻劑(Photoresist Coating)………………………………17
2-1.3 預烤/軟烤(Pre-Bake/Soft Bake)……………………………19
2-1.4 曝光(Exposure)………………………………………………21
2-1.5 顯影(Development)…………………………………………24
2-1.6 硬烤(Post Bake)……………………………………………26
2-2 光阻之特性…………………………………………………………27
2-2.1 感度(Sensitivity)……………………………………………27
2-2.2 對比(Contrast)………………………………………………29
2-2.3 解析度(Resolution)…………………………………………31
2-2.4 熱穩定性(Thermal stability)…………………………………32
2-2.5 附著性(Adhesion)……………………………………………32
2-2.6 昇華性質(Sublimation)………………………………………33
2-2.7 塗佈性………………………………………………………33
2-2.8 剝離去除性(Stripping)………………………………………33
2-2.9 製程寬容度(Process latitude)………………………………34
2-3 光阻材料……………………………………………………………34
2-4 Swing Curve、Spin Curve……………………………………………35

第三章 實驗設備、材料與方法………………………………………39
3-1 研究流程……………………………………………………………39
3-2 化學藥品 & 儀器…………………………………………………40
3-2.1 化學藥品……………………………………………………40
3-2.2 儀器…………………………………………………………40
3-3 研究方法及步驟……………………………………………………41
3-3.1 光阻原液與廢液內容物比較………………………………41
3-3.2 光阻廢液固含量與Cup Wash之關係實驗…………………41
3-3.3 再生光阻物理性質檢驗……………………………………43
3-3.4 Spin Curve(Spin speed-Film thickness)實驗…………………43
3-3.5 金屬離子含量檢測…………………………………………44
3-3.6 再生光阻成品尋找標準曝光/顯影參數……………………44
3-3.7 再生光阻殘膜率(Dark Erosion)實驗………………………44
3-3.8 再生光阻Eth之決定………………………………………44
3-3.9 再生光阻附著力(Adhesion)能力實驗………………………45
3-3.10 再生光阻色差(Mura)及缺陷(Defect)檢測………………45
3-3.11 再生光阻線寬分佈比較……………………………………46

第四章 結果與討論………………………………………………………47
4-1 光阻原液與廢液內容物比較探討…………………………………47
4-2 光阻廢液固含量與Cup Wash之關係探討………………………47
4-3 再生光阻物理性質檢驗……………………………………………48
4-4 Spin Curve(Spin speed-Film thickness)實驗探討…………………49
4-5 金屬離子含量檢測探討……………………………………………53
4-6 再生光阻標準曝光/顯影參數探討…………………………………53
4-7 再生光阻殘膜率(Dark Erosion)實驗探討…………………………58
4-8 再生光阻Eth之決定探討…………………………………………62
4-9 再生光阻附著力(Adhesion)能力實驗……………………………64
4-10 再生光阻色差(Mura)及缺陷(Defect)檢測探討…………………68
4-11 再生光阻線寬分佈比較探討……………………………………70

第五章 結論………………………………………………………………74
論文刊載……………………………………………………………………79
參考文獻……………………………………………………………………80

圖目錄

圖1-1 TFT-LCD製程流程圖…………………………………………………2
圖1-2 正負型光阻之原理……………………………………………………7
圖1-3 微影製程之流程………………………………………………………9
圖1-4 不同世代Coater 光阻塗佈示意圖(a) 1~4代機台(b) 3.5~5代機台 (c) 6代以上機台………………………………………………………………12
圖1-5 光阻內添加劑功能簡介………………………………………………14
圖2-1 底材HMDS作用(a)脫水(b)增強玻璃基板與阻劑間的附著力……17
圖2-2 顯示用以進行阻劑塗佈的(a)光阻噴嘴及旋轉器的側視結構(b)典型的阻劑塗佈的執行程式………………………………………………………19
圖2-3 輻射、傳導、對流之基板加熱方法比較……………………………21
圖2-4 光罩的側視圖…………………………………………………………22
圖2-5 三種曝光方式的示意圖(a)接觸式曝光(b)近接式曝光(c)投影式曝光………………………………………………………………………………23
圖2-6 感光性高分子的特性曲線示意圖……………………………………28
圖2-7 光阻的感度與對比(a)正型(b)負型…………………………………29
圖2-8 光阻膜中的光強度分布概念圖………………………………………30
圖2-9 光阻劑特性曲線與解像性的關係……………………………………31
圖2-10 E0隨光阻膜厚變化的Swing Curve………………………………35
圖2-11 γ隨光阻膜厚變化的Swing Curve…………………………………36
圖3-1 光阻旋轉塗佈機構圖…………………………………………………42
圖3-2 Eth之曝光順序示意圖………………………………………………45
圖4-1 光阻廢液固含量與Spin Coating製程時間之關係…………………48
圖4-2 B公司再生光阻11.3cp、1.325um塗佈穩定性及均一性…………50
圖4-3 B公司再生光阻11.3cp、2.15um塗佈穩定性及均一性…………51
圖4-4 B公司再生光阻11.5cp、1.325um塗佈穩定性及均一性…………52
圖4-5 B公司再生光阻11.5CP、2.15um塗佈穩定性及均一性…………52
圖4-6 B公司再生光阻之曝光量對CD(3um)關係圖……………………55
圖4-7 B公司再生光阻之曝光量對CD(4um)關係圖……………………56
圖4-8 B公司再生光阻之曝光量對CD(5um)關係圖……………………57
圖4-9 一般光阻與再生光阻在Dark Erosion實驗之平均膜厚資料………59
圖4-10再生光阻Coating後之膜厚3D示意圖………………………………60
圖4-11再生光阻顯影後之膜厚3D示意圖…………………………………61
圖4-12 Eth之曝光順序示意圖……………………………………………63
圖4-13 B公司再生光阻實驗產品圖形曝光情形…………………………64
圖4-14 再生光阻與一般光阻在正常相同製作條件下，在ADI後由SEM 觀察光阻附著及Taper情形…………………………………………………66
圖4-15 再生光阻與一般光阻在正常相同製作條件下，在AEI後由SEM 觀察光阻附著及Taper情形…………………………………………………67
圖4-16 再生光阻在強光燈下之色差(Mura)檢測…………………………69
圖4-17 利用光學缺陷檢測機檢測再生光阻對產品圖形之缺陷影響……70
圖4-18 A公司之一般光阻塗佈圖形線寬量測數據3D圖………………72
圖4-19 B公司再生光阻塗佈圖形線寬量測數據3D圖…………………73

表目錄

表1-1 正負光阻特性比較……………………………………………………8
表4-1 光阻原液與光阻廢液內容物比較……………………………………47
表4-2 再生光阻檢測項目數據比較(B公司與實驗室)……………………49
表4-3 三種光阻劑內金屬含量分析…………………………………………53
表4-4 一般光阻曝光/顯影執行條件………………………………………54
表4-5 一般光阻與再生光阻在Dark Erosion之實驗數據…………………59
表4-6 一般光阻與再生光阻對曝光量與最小可曝開線路對照表…………63
表4-7 一般光阻與再生光阻對膜厚及Taper實驗數據……………………66
表4-8一般光阻與再生光阻的圖形線寬量測數值…………………………71
表5-1 A公司一般光阻與B公司再生光阻實驗項目結論整理…………77

參考文獻

[1] 賴佳宏，” 薄膜電晶體液晶顯示器(TFT-LCD)產業之技術發展趨勢研
究—以專利分析與生命週期觀點 ”，中原大學企業管理學系碩士學位
論文，2003。
[2] 張東華，” TFT-LCD 組立製程之基板配對演算法 “，國立交通大學工業工程與管理研究所論文，2005。
[3] 許兼貴，” 深紫外光光罩抗反射技術及次100奈米世代電子束直寫阻劑特性研究 ”，國立清華大學原子科學系碩士論文，2001。
[4] 刁建成，” 半導體製造程序 “，普林斯頓國際有限公司，2005。
[5] PETER VAN ZANT，” Microchip fabrication : A Practical Guide to Semiconductor Processing ”，2000。
[6] 龍文安，” 半導體微影技術 ”，五南圖書出版股份有限公司，2004。
[7] 施敏，” 半導體元件物理與製作技術 ”，國立交通大學出版社，2002。
[8] 莊達人，“VLSI製造技術”，高立出版社，1996。
[9] 王惠芳，” TFT-LCD用Array光阻及彩色光阻發展現況 ”，工研院經資中心，2007。
[10] 顏以明、張雍政，” TFT-LCD光阻劑技術發展趨勢 ”，台灣安智電子材料股份有限公司，2005。
[11] 黃仲龍，「LCD減少光罩製程技術分析」，工研院經資中心，2006。
[12] 蔡文勇，” I-Line 光阻劑於TFT-LCD Array 製程之應用及評估 ”，
國立中央大學化學工程與材料工程研究所碩士論文，2006。
[13] 楊炎勝，” 以冷風濃縮設備重複回收光阻劑廢液之可行性研究 “，
國立中央大學環境工程研究所碩士論文，2008。


[14] Hiroshi Sugawara、Yoshinori Tajima and Tadahiro Ohmi，“A Study on
Reclaimed Photoresist Developer Using an Electrodialysis Method, ” The Japan Society of Applied Physics，Vol.41(2002) pp. 2374-2379
[15] 楊炎勝，LCD業正型光阻回收再使用系統，工研院環能所
[16] 龍文安，“積體電路微影製程”，初版，高立出版社，1998。
[17] E. Fadda, C. Clariss, and P. J. Paniez, Microelec. Eng., 30, p.593，1996。
[18] Takahiro Matsuo, Masayuki Endo, Shigeyasu Mori et al., “polymer design in surface modification resist process for ArF lithography”, proc. SPIE, 3333, pp.2，1998。
[19] Hideki Tomozawa, Yoshihiro Saida, Yoshiaki Ikenoue, Fumio Murai, Yasunori Suzuki, Tsutomu Tawa, and Yoshihiro Ohta, J. Photopolym. Sci. Technol., Vol. 9, No.4, pp707， 1996。
[20] B. Bohumil, K. Jaroslav, and J. Zachoval, “Resists in microlithography and
printing”, Elsevier, New York, 1993 。
[21] L. F. Thompson, C. G. Wilson, and M. J. Bowden,“Introduction to
Microlithography”, 2nd Edit, American Chemical Society , Washington , 1994 。
[22] B. J. Lin , SPIE proceedings, Vol. 1463, p.42，1991。
[23] 張俊彥，鄭晃忠，積體電路製程及設備技術手冊，初版，經濟部技術處發行，台北，1997。
[24] D. A. Robert, O. Juliann, and E. L. Carl, Microlithography World, Winter, p. 5~p.8，1999。
[25] D. D. Wolf, G. H. Stefan, and C. Gunter, Microlithography World, Spring,
p2~p.6，1999。
[26] L. F. Thompson, C. G. Wilson, and M. J. Bowden,“Introduction to
Microlithography”, ACS Symposium Series 219, ACS, Washington, 87，1983。
[27] 李柏毅，”正型鹼性水溶液顯影感光性聚合亞醯胺材料之研究”，國立成功大學碩士論文，2002。
[28] 曾俊傑，”環狀脂環族高分子之合成及其在化學增幅正型光阻劑之應用研究，2003。
[29] 劉瑞祥，“感光性高分子”，復文書局，p.52-p.97，1998。
[30] W. Chen and H. Ahmed,. Appl. Phys. Lett. 62 (13), 1499，1993。
[31] P. Rai-Choudhury, “ Handbook of Microlithography, Micromachining, and
Microfabrication, Volume 1: Microlithography ”，1997。
[32] T. A. Brunner, “ Optimization of Optical Properties of Resist Processes , ” Proc. SPIE 1466, pp. 297-308，1991。