TFT-LCD光阻回收再利用技术

一、TFT-LCD 产业简介

    彩色薄膜液晶显示器(Thin Film Transistor Liquid Crystal Display; TFT-LCD) 为光电产品中平面显示器的一种，由于其体积小、质量轻、厚度薄、耗电低、不闪烁、没辐射等许多优点，目前已成为显示器领域中之主要商品。液晶显示器(liquid crystal display, LCD) 自1973 年日本Sharp 公司应用于电子计算器以来，产品发展一日千里，综观其发展历程， 除了在产品应用上越来越多样化外， 也渐渐由1990 年初的消费性电子产品转为信息产品，而且有越来越大型化的趋势。其中TFT -LCD 因具有较快的反应速度、较大的对比率及较宽的视角等优点，遂成为LCD 产业中的主流。

    依据2002 年富士总合研究所推估，2002 年全球LCD 用上游材料市场规模高于6,669 亿日圆， 较2001 年成长达26.7%。预估2007 年全球LCD 用上游材料市场规模将成长至1 兆3,907 亿日圆，平均年成长率约为21.7%。我国2002 年TFT-LCD 主要上游原材料市场规模 (仅以彩色滤光片、背光模块、偏光板用主要原料推估) 估计在新台币600 亿元以上，预估未来在台湾TFT-LCD 产量持续成长的带动下，台湾LCD 显示器上游原材料市场规模仍将稳定维持2 位数的成长， 市场规模庞大，为一极具商机之潜在市场。

    目前TFT-LCD 制程中光阻以旋转涂布 (spin coating) 的方式涂布于玻璃基板上， 此种涂布方式光阻剂的利用率约为10 %，其余90 %以废弃物处理之。估计台湾光电产业每年损失之光阻剂高达50 亿元以上 (以每年废光阻约5,000 公吨，光阻剂售价约1,000-2,500 元/公升，光阻剂密度为0.8-0.9 g/cc 估计)。此外，根据竹科IC 产业事业废弃物申报数据显示，2003年度新竹科学园区正负废光阻推估量达5,000 公秉。光电半导体业因光阻利用率低，每年损失之光阻价值估计超过100 亿台币。

二、光阻回收再利用技术

    针对光阻涂布制程中光阻利用率低造成原料浪费及使用大量溶剂清洗所造成的环境问题及成本浪费，可以利用光阻回收再利用技术达到原料及溶剂回收再利用之目的并可减少制程中污染物的生成量。

    将废光阻与稀释剂调整浓度后再经过滤、消泡等处理后，以UV监控其吸光度，令其状态与原生光阻一致，送回涂布机台再利用。这种设计方式优点为不改变光阻涂布机台之操作条件，制程风险较低。回收再利用若光阻利用率提高至50%，则可节省光阻液150 公吨/年，若光阻液市价为3,000 元台币/公斤，则可节省4.5 亿元台币/年，回收再利用效益非常可观。此外，由于废光阻液的产量亦可减少150 公吨/年，若委外处理费用为7,000元台币/公吨，废光阻液委外处理费用可减少约100 万元台币/年。

    针对电子所提供AZ650 之原生光阻及废光阻进行回收实验。首先进行原生光阻与废光阻之性质分析，其黏度及固含量测定结果如表一。因涂布制程的差异，所产生之废光阻可能有两种状况：废光阻No.1 因制程中抽排气使溶剂挥发，造成浓缩之效果。而废光阻No.2 则是在上光阻前会先喷洒溶剂于玻璃基板上，使所收集之废光阻发生稀释的情形。


    针对不同特性之废光阻，设计出其适合之调配方式其实验流程如图一。废光阻No.1 因制程方式而产生浓缩效应。本实验利用丙二甲醇甲醚、丙二甲醇甲醚丙酯混合溶剂为稀释剂，调整光阻黏度及固含量。废光阻No.2 则因已被清洗溶剂所稀释， 在此为避免高温对光阻性质有所影响， 故以减压浓缩方式在低温（30 ℃）下将多余溶剂除去。

    经调整后之废光阻No.1、No.2 以分光光度计及黏度计侦测之，当光阻黏度与固含量调整至适当条件后再以一由1.0、0.2 及0.1μm 过滤器所串联组成之过滤系统过滤之降低其中之粒子数。再测定其黏度与固含量则可得再生光阻No.1、No.2。再生光阻再经由电子所进行涂布、曝光、显影及蚀刻等验证实验，测试再生光阻是否具有光活性。表二为过滤后之再生光阻及原生光阻经涂布制程后之粒子数，由表中结果得知经过滤后之再生光阻其粒子数与原生光阻大致相符，且符合现有制程要求。 
    

	1μm	3μm	5μm	10μm	50μm
原生光阻	178	136	88	46	17
再生光阻No.1	264	229	158	90	21
再生光阻No.2	158	144	101	52	5

 
    再生光阻之特性及其经涂布后所得之膜厚结果如表三。由表中可知两种再生光阻的黏度与密度与原生光阻相近，而固含量则略高于原生光阻。光阻涂布后其膜厚与黏度及固含量有关，当黏度或固含量较高时其膜厚将偏厚，反之则偏薄。由于两种再生光阻黏度及固含量皆略高于原生光阻，故其膜厚亦较厚于原生光阻之膜厚。 
   

	膜厚(Å)	黏度(cps)	密度(g/mL)	固含量(g/mL)
原生光阻	11004	15.28	0.99	0.31
再生光阻No.1	12265	15.56	1.01	0.37
再生光阻No.2	11301	15.12	1.01	0.33

    
    再生光阻之曝光、显影及蚀刻结果如图二，显影图形在线宽及均匀度上均符合规格， 而再生光阻亦具抗蚀刻之效果，由图形中可看出蚀刻后图形完整且符合制程规格。


三、结语

    废光阻经本中心回收再生后由电子所验证结果证明再生光阻具有与原生光阻相近之特性，其涂布膜厚、曝光显影及蚀刻之验证测试结果皆与制程规格相符。本中心将持续进行再生光阻最适化研究， 并研拟设计一套光阻剂在线自动回收系统，除了可提高光阻剂的有效使用率， 降低制作成本外， 亦可减少废液生成， 为一兼顾产业经济与环境保护之清洁生产技术。