以冷风浓缩设备重复回收光阻剂废液之可行研究.ppt

以冷風濃縮設備重複回收光阻劑 廢液之可行性研究 林欣輝 49640083 摘要 學長的實驗研究以TFT-LCD業未混雜到其他 溶劑，而且經過旋轉塗佈製程後，被甩離玻璃 基東之剩餘正型光阻劑為研究對象；利用冷風 濃縮設備之冷熱排溫度差特性，先以光阻稀釋 劑進行冷風濃縮設備較佳操作條件之測試，探 討冷風濃縮設備操作條件對於光阻稀釋劑及光 阻劑廢液之冷風濃縮效率；進一步透過膜厚預 測方程式之運用，預先推測實際塗佈後之膜厚 ，再與實際塗佈後之膜厚進行比較，完成光阻 劑廢液進行重複再生之可行性研究。 第一章 前言 TFT-LCD製程中，使用正型光阻劑於 Array製程，共有至少四道光罩之ITO 線路顯像製程，所以面東廠的正型光 阻劑需求量相當大，根據正型光阻劑 在整個材料成本比重之調查資料顯示 ，正型光阻劑成本比例占面東材料成 本約在2%左右 在Array製程階段要達到節省材料持本 支出，只有從三個方向著手：(1)減少光 罩製程次數；(2)更新塗佈設備光阻塗佈 方式；(3)使用再生光阻劑。 TFT-LCD面東Array段製程設備在四代 廠以下，均是使用旋轉塗佈方式是將光 阻劑均勻塗佈在玻璃基東之上，旋轉塗 佈(Spin Coating)的製程原理，是利用旋 轉玻璃基東之離心力甩開光阻劑，以達 到塗佈之均勻度良好之特性。 依原生光阻劑之製造規格規範，光阻劑 之含水率必頇低於0.5以下，以TFT- LCD製程之特性，在黃光無塵環境對於 光阻劑廢液所遭受到之污染相對較單純 且輕微，但是無塵室之環境是控制在 23溫度及50濕度，且光阻劑廢液收 集系統並無法避免不與外界環境接觸， 如何將光阻劑廢液中之含水率去除或降 低，是直接影響光阻劑廢液是否能夠回 收再生之最主要因素 本研究探討TFT-LCD業使用後的光阻劑 廢液的處理製程，而處理方法的選用頇考 慮成本、技術與污染防治諸層面，回收的 價值當然應高於投入成本，或是至少能夠 減少材料成本支出。 藉由提升光阻劑廢液之再使用，除可促 成降低原生光阻劑之採購數量，同時亦可 減少光阻劑廢液之產出，減少光阻劑廢液 之處理成本及大量清除處理費用支出。 本研究之目的： 一、 探討以冷風濃縮設備進行光阻劑廢液濃縮之可行 性。 二、 探討光阻劑廢液重複回收再使用之可行性。 依研究目的規劃而進行之研究內容： 一、 以光阻稀釋劑尋找冷風濃縮設備較佳之控制條 件，包括冷風濃縮設備 之冷熱排溫度、氣體風量 及液體流量。 二、 將光阻劑廢液進行重複稀釋、濃縮及調配之再生 實驗，並進行塗佈 製程驗證確認品質，藉以瞭解 光阻劑可重複回收再生之次數限制。 第二章 文獻回顧 TFT-LCD業光阻劑 光阻是一種暫時塗佈在玻璃基東上的 感光材料，和底片感光材料相似，受 能量照射後產生化學反應，將光罩上 之光學圖案轉印到玻璃基東表面上。 由於光阻劑不會對黃光感光，因此所 有TFT-LCD廠都是用黃光來照明微影 區。 光阻劑是一種感光材料，其主要成分由感光劑 (Sensitizer)、樹脂(Resin)與溶劑(Solvent)三種 主要成分所混合而成。 感光劑是一種可以吸收曝曬光源能量並產生反 應之化學物質，此種反應可增加正型光阻劑樹 脂在顯影劑中的溶解度或減少負型光阻樹脂在 顯影劑中的溶解度； 樹脂則是一種黏著劑(Binder)，使感光劑能順 利附著於玻璃基東表面，並提供避免受酸、鹼 或電漿侵蝕之阻抗力； 溶劑則是當做上述兩者溶解的稀釋液體，使光 阻劑以液態形式存在，以便於使用。 正型光阻劑的感光劑是一種溶解抑制劑 (Inhibitor)，它會交連(Cross-linked)在樹 脂中，在曝光時，光能分解感光劑並破 壞其交連結構，曝光後的樹脂可溶解於 液態的顯影液中。 負型光阻劑的感光劑曝露在紫外線中會 釋放出氣體而形成可交連的自由基 (Radical)，並產生連鎖反應，使曝光區 域的光阻劑聚合化，使光阻劑有較大的 連結度和較高的化學抵抗力 正型光阻劑本身難溶於顯影液，但受光 照射產生反應後，會解離成一種易溶於 顯影液(鹼性)的酸性高分子化合物；反 之負光阻(為酸性物質)易溶於顯影液， 但受光照射產生反應後，會產生新的高 分子鏈結使結構加強而難溶於顯影液。 負光阻經曝光後，以顯影液進行顯影時 ，顯影液容易進入已鏈結之高分子化合 物內，而使其膨脹導致轉移圖案造成誤 差，失去確度，此種現象稱為泡脹 (Swelling)。 特性 負型光阻劑 正型光阻劑 顯影 會有泡脹現象 影像不受顯影液影響 移除性 由於高分子重量，難以移除 易移除 化學穩定性 不佳 良好 受氧化程度 易氧化造成曝光困難 不受氧化 階梯覆蓋能力 覆蓋厚度較薄 較佳 覆蓋厚度與解析度 最小影像的1/3 等於或大於最小影像 曝光 依賴鍵結作為影像的形成 分子的變化促成曝光區分解 分子重量 曝光時造成高分子重量的產生 非影像區沒有分子重量的改變 正負型光阻劑之特性比較。 目前各TFT-LCD面東廠之光阻劑廢液處理大致可區分為: 一、 廢棄物清運處理 受到清洗劑污染及未刻意收集之廢液，經過蒸餾設備處理後 ，分餾出之溶劑販售次級市場，固成份則成為燃燒助劑。 二、 原製程回用 收集時排除清洗劑之污染，經過過濾裝置過濾後，直接回流 至原生光阻容器，與原生光阻混合使用 三、 委外再生回用 溶劑回收在光電產業是一個獨特的問題，一方面為了控制成 本，另一方面又要符合產品之高純度標準。根據追蹤回收產品品 質之差異，在現地進行回收處理的好處，在於資本投資在少於六 個月內，可能減少90%包括對原生化學製品購買和廢棄物之處理 處置(Dahlgren, 1995)。由擁有處理技術及設備業者再生至可回用 原製程品質。 光阻劑廢液回收再利用之限制 Particles數量隨著時間及溫度之增加而增加 ，儲存40溫度30天後， Particles數量及粒 徑會大量增加(Nishida et al., 1998)。此篇論 文提供光阻劑在實際生產線之作業環境及 使用期限之參考依據，而光阻劑廢液之回 收再生將因為外在環境是更較無塵室不穩 定，所以更加減少再生光阻劑可儲存時效 ，溫度範圍更限制了可應用之再生作業處 理技術。 光阻劑應避免含水率超過1%以上，光阻劑 內的水份會降低光阻之附著力。 濃縮技術 濃縮(thickening)通常所指的是將液態 物質藉由各種物理方法，提高其組成 成分之濃度或減少其體積 (一)蒸發濃縮 (二)冷凍濃縮 (三)常壓濃縮 (四)真空濃縮 光阻劑廢液回收須知 光阻劑回收再利用之品質大致上會由下列因素所影 響：(1)在光阻劑塗佈製程開始前，玻璃基東必頇 預先以與光阻劑具有相容性之化學品(例如，EBR) 來濕潤；(2)在光阻劑塗佈製程結束後，承載玻璃 基東之承載平台必頇使用與光阻劑具有相容性之清 洗劑清洗；(3)光阻劑在開封使用後會吸取空氣中 之水份。如上所述，在不同製程階段所收集到之未 完全使用的光阻劑可能會含有溶劑或水份，因而會 影響光阻劑是否能夠被回收再生或回收再生之品質 如何將不同製程階段所摻入之化學藥品或水份徹底 去除，是決定光阻劑是否可以再生使用之重要關鍵 第三章 實驗設備、材料與方法 實驗材料 一、 光阻稀釋劑 二、 光阻劑廢液 實驗設備 實驗步驟 測試基準、操作步驟及效率計算方式： (一)外界溫度設定25 (二)每批次相同操作時間：120min（3組/天）；每批次相同重量溶 劑：3,000g (三)在欲測詴條件設定完成後，以相同重量溶劑，設定相同操作時 間自動 結束運轉，停機後5分鐘再秤取溶劑之剩餘重量， 以（ 3,000g-剩餘淨重）/ 120min g/min (四) 設備操作設定條件： 1.熱排溫度25時，冷排溫度0、-5及- 10；氣體風量1.76、2.21、2.70、 3.95及5.09m/s；液體流量1.0、 1.5及2.0L/min，此溫度共有45組實驗。 2.熱排溫度30時，冷排溫 度0、-5及-10；氣體風量1.76、2.21、2.70、 3.95及5.09m/s；液體 流量1.0、1.5及2.0L/min，此溫度共有45組實驗。 (五)總共進行測詴90組實驗，最後計算結果並記錄彙整於表中。 (六)依實驗結果提出一份較佳之冷風濃縮設備控制條件建議。 一、 以光阻稀釋劑尋找冷風濃縮設備較 佳之控制條件之實驗步驟 二、 將光阻劑廢液進行重複稀釋、濃縮 及調配實驗後，進行塗佈製程驗證 (一) 稀釋 根據光阻劑廢液特性檢驗結果，在光阻劑廢液中加入光阻稀釋劑進 行過量稀釋，以便在利用冷風濃縮設備進行濃縮時，可以將含水率 盡量降低。 (二) 濃縮 使用較佳之冷風濃縮設備控制條件結果，控制冷風濃縮設備進行光 阻劑廢液之濃縮。 (三) 調配 調配作