第五章 結論與建議
5.3 未來展望
由本文研究所得到的結果已經可證明：吾人藉以提高 OVEN 製程溫度並同時搭配縮短 OVEN 製程固烤時間，對於光阻的 Taper 角度以及相關製程品質不良可以獲得實質之品質 改善並直接地可以降低生產Tact time，同時有效提升產品的產出量，這讓我們在往後的研 究上，在不影響產品品質基礎上，可以嘗試改變光阻材料結構，往更低溫、更短製程時間 方向探討，不僅可減少水、電的功率消耗，亦可增加產出量，以提昇公司在業界之競爭力。
附註：
此次實驗之成功結果，已正式列入中華映管公司楊梅廠區97 年度起之省能計畫實施重點 改善項目。
AA 參考文獻
[21] 曾伯逸，「含 Ketal 基化學增幅型光阻劑之合成及特性研究」，國立成功大學，碩士 論文，民國91 年。
[22] 李孟錴，許明德，「彩色濾光片生產製程對色度的影響」，工業材料雜誌，第197 期，
民國92 年 5 月。
[23] N. Shichiri, "Photoresist for color filter", Japanese patent No. JP2002071930.
[24] T. Suzuki, et. al., "Light sensitive alkali developable photoresist material with fluorine surfactant containing color layer", U.S. patent No. 4,803,145.
[25] T. Watanabe, K. Kusano, "Forming method for black matrix for color filter, substrate for formation and photoresist", Japanese patent No. JP9101407.
[26] 溫俊祥，「彩色濾光板材料與製程技術」，化工技術，第 11 期，180-198 頁，民國
[29] S. Hozumi, , "Negative photoresist for color filter", Japanese patent No. JP7028241.
[30] 顧鴻壽，光電液晶平面顯示器-技術基礎及運用，新文京開發公司，民國 93 年。
[31] 蕭宏，半導體製程技術導論，歐亞書局有限公司，民國 90 年。
[32] 葉文冠，翁俊仁，半導體製程技術與元件設計，東華書局，民國 97 年。
[33] 龍文安，積體電路微影製程，高立出版社，民國 87 年。
[34] W. M. Moreau, Semiconductor Lithography, Plenum, New York, 1991.
[35] N. Saburo, et. al., Microlithography fundamentals in semiconductor devices and fabrication technology, Marcel Dekker, Inc., New York, 1998.
[36] 施仁傑，「壓克力系脂環族共聚物之合成及其在光酸增幅型光阻劑之應用研究」，
附 錄
彩色濾光片OVEN 固烤溫度的上限值是使光阻產生流動的流動溫度(flow point)。因為 光阻是類似於塑膠的一種材料，在加熱時會軟化，甚至引起流動(圖一)；一旦光阻開始流動，
其影像尺寸就會改變；而關於光阻斷面taper angle 變化特性，亦相當明顯。圖一中：(1)P.R：
光阻(photo resist)；(2)高分子光阻斷面若出現 taper angle 呈垂直 90 度狀況或是 undercut 現 象，可利用適度加熱參數，使高分子光阻產生溫度流變，進而使taper angle 平坦化，同時 產生斜度；圖一之圓圈處即呈現光阻taper angle 於加熱前後之變化。
圖一 高溫下光阻的流動 四、實驗結果與討論
(一)實驗過程之光阻斷面型態 taper angle 判定依據來源
此次實驗過程之光阻斷面型態taper angle 判定依據乃是利用 SEM 進行解析光阻斷面型 態狀況，並做為後續製程改善之重要依據，而各RGB 光阻斷面之擷取分析點位 mapping，
如圖二所示(此圖示為 TFT 4.5 世代所設計之 17”面板分布示意)。
圖二 SEM-光阻斷面分析 6 點位 (二)實驗過程說明
1.實驗前之 RGB 光阻斷層狀況(含 OVEN 製程條件以及各 RGB 光阻斷面 Taper angle 解析) 本研究探討為光阻斷面之taper angle 型態，主要是避免產生 undercut 現象。光阻於顯 影製程後之taper angle 越大，則固烤後之牛角突起高度差越大，將不利於液晶的流動。除 了影響CELL 製程之液晶注入 process margin 外，對於後續整體光學之色彩顯示，亦會有相
B D
F
A C
E
當程度的不良表現；故筆者希望taper angle 能夠控制於 60 度之內，如圖三所示。圖二中：
(1) θ：指光阻斷面 Taper angle；(2) BM (black matrix)：黑色矩陣，用途為遮光；(3)taper angle：
從BM Layer 表面至 CF 光阻斷面傾斜延伸線之夾角。
圖三 CF 光阻斷面示意
圖四(a)為經過顯影後光阻斷面出現內侵蝕咬邊現象，圖四(b)為經過高溫固烤後光阻斷 面因光阻高分子流變特性，出現塌落覆蓋的情形，此為本研究預期之理想結果。
圖四 SEM-光阻斷面示意：(a)顯影後；(b)高溫固烤後 CF 光阻
BM (Black Matrix) Layer 玻璃基板
(a)顯影後
(b)高溫固烤後
CF 光阻
側蝕咬邊
BM (Black Matrix) Layer
θ：光阻Taper angle
RGB 光阻經過濕式顯影製程完成之後，由於濕式顯影製程屬於非等向性蝕刻屬性，常 會造成側蝕(咬邊)的特性，這也是本文所探討的 undercut 現象，如圖五、圖七及圖九所示。
圖中顯示：(1)於 OVEN 製程後各色之光阻斷層經 SEM 解析，光阻斷面 taper angle 狀況均 屬正常；(2)因實驗前之基板，為正常製程條件之產品，故僅以 SEM-光阻斷面分析 6 點位 之其中3 點位(A、B、C 三處)，做一 overall 之 RGB 光阻斷面正常狀況之呈現。
RGB 光阻的 OVEN 固烤製程溫度均為 230℃、1,716 秒。經過高溫固烤後，光阻層受 到高溫影響，使光阻層內含多餘的水分子去除；此過程讓光阻材料中的O-H 鍵產生重新排 列，進而於光阻表面型態直接受到改變而產生高分子光阻流變效應，使光阻斷面 undercut 現象轉變成塌陷，形成較有坡度的taper angle，如圖六、圖八及圖十所示。
圖五 R 光阻-顯影後 SEM 下之外觀(依據光阻斷面分析 6 點位之 A、B、C 三處)
圖七 G 光阻-顯影後 SEM 下之外觀 圖六 R 光阻-OVEN 230℃/1,716 秒
CF 光阻
側蝕咬邊
BM (Black Matrix) Layer
玻璃基板
Taper angle 經高溫 製程狀況均屬正常
A B C
A B C
A B C
圖十 B 光阻-OVEN 230℃/1,716 秒
2.製程改善實驗階段之測試狀況
(1)第一次縮短固烤製程時間之測試結果
第一次實驗組之OVEN 製程參數設計對照，如表一所示。
表一 第一次實驗組之 OVEN 製程參數設計對照
光阻 變更前溫度 變更前時間 變更後溫度 變更後時間 R 230℃ 1,716 秒 230℃ 1,232 秒 G 230℃ 1,716 秒 230℃ 1,232 秒 B 230℃ 1,716 秒 230℃ 1,496 秒
圖八 G 光阻-OVEN 230℃/1,716 秒
圖九 B 光阻-顯影後 SEM 下之外觀
A B C
A B C
A B C
實驗結果：
R 光阻-OVEN 230℃/1,232 秒：從光阻斷面分析 6 點位可發現，taper angle 狀況不佳且具些 微undercut 現象，如圖十一所示。
圖十一 R 光阻-OVEN 230℃/1,232 秒(依據光阻斷面分析 6 點位)
G 光阻-OVEN 230℃/1,232 秒：從光阻斷面分析 6 點位可發現，雖無明顯的 undercut 現象，
但taper angle 狀況不佳，如圖十二所示。
圖十二 G 光阻-OVEN 230℃/1,232 秒
些微Undercut 現象
些微Undercut 現象
A
B
C
D
E
F
Taper angle 角度較大 (約近 70 度)
A
B
C
D
E
F
B 光阻-OVEN 230℃/1,496 秒：從光阻斷面分析 6 點位可發現，無明顯的 undercut 現象，taper angle 狀況良好，如圖十三所示。
圖十三 B 光阻-OVEN 230℃/1,496 秒
在SEM 分析圖的確認，則發現因光阻材料特性所致，R、G 光阻的 taper angle 會較大。
但R、G 光阻在此實驗已有產生 taper angle 不佳之 ISSUE；尤以 R 光阻之 undercut 現象最 為明顯。不同OVEN 固烤條件，例如 R 光阻(230℃/1,232 秒)、G 光阻(230℃/1,232 秒)所固 烤後的光阻taper angle 約在 53~70 度之間，與本研究所預期的理想值(< 60 度)並無法有效達 成，但B 光阻(230℃/1,496 秒)所固烤後的 taper angle 約在 40 度，如圖十四所示。由圖顯示，
光阻在高溫固烤時間適度延長之下，可得到較佳之taper angle。
圖十四 RGB 光阻於 OVEN-230℃條件下-不同時間對 Taper angle 的影響
A
B
C
D
E
F
光阻斷面無明顯的 Undercut 現象
(2)第二次縮短固烤製程時間之測試結果
依據第一次縮短固烤製程時間之測試結果可知：在現行R 光阻以及 G 光阻本質特性之 下，若將固烤製程之製程溫度固定且縮短製程時間，將會產生光阻斷面之 undercut 現象。
因此，在第二次之縮短固烤製程時間規劃中，將會嘗試提高固烤製程溫度同時縮短固烤製 程時間，以期望藉由OVEN 製程溫度補償的優化測試及光阻高分子流變特性，進一步改善 undercut 現象。表二為第二次實驗組之 OVEN 製程參數設計對照。
表二 第二次實驗組之 OVEN 製程參數設計對照
光阻 變更前溫度 變更前時間 變更後溫度 變更後時間
R 230℃ 1232 秒 245℃ 845 秒
G 230℃ 1232 秒 245℃ 845 秒
B 230℃ 1496 秒 230℃ 1496 秒
實驗結果：
根據第二次之OVEN 製程參數：R 光阻及 G 光阻之 OVEN 固烤製程參數均為 245℃/845 秒。從實際之SEM 斷面解析圖可明顯看出，已無先前第一次實驗所出現 undercut 現象且 taper angle 狀況亦佳，如圖十五及圖十六所示；而 B 光阻-OVEN 230℃/1,496 秒之參數，如首次 OVEN 製程縮短，其結果具相同之再現性：無 undercut 現象且 taper angle 狀況佳，如圖十 七所示(B 光阻 OVEN 固烤製程參數維持首次測試條件之原因：為保持 R 光阻及 G 光阻於 大幅縮短固烤製程時間之測試條件下，可於B 光阻 OVEN 製程時，再做較長時間之溫度補 償)。
圖十五 R 光阻-OVEN 245℃/845 秒(依據光阻斷面分析 6 點位)
圖十六 G 光阻- OVEN 245℃/845 秒
CF 光阻
BM (Black Matrix) Layer
玻璃基板
無Undercut 現象 且Taper angle 狀況 亦佳
無Undercut 現象且 Taper angle 狀況亦佳 無Undercut 現象 且Taper angle 狀況 亦佳
圖十七 B 光阻- OVEN 230℃/1,496 秒
以不同OVEN 固烤條件，例如 R 光阻(245℃/845 秒)、G 光阻(245℃/845 秒)所固烤後 的光阻taper angle 約在 56~65 度之間，雖與所預期的理想值(< 60 度)有些微差距，但已較首 次測試(約在 53~70 度之間)之狀況明顯為佳。B 光阻(230℃/1496 秒)所固烤後的 taper angle 約在40 度；再次實務驗證，光阻在高溫固烤時間之適度的延長，將可得到較佳 taper angle。
(三)FTIR 分析
為探討光阻高分子流變特性，推判光阻受熱造成光阻高分子重新排列而產生流變現 象，並可使光阻薄膜C-O-H 鍵結受到高熱而重新排列，因高熱將薄膜中的水分子蒸發，導 致薄膜中多餘的 O-H 鍵減少，使光阻薄膜形成更緻密的結構(圖十八至圖二十三)，光阻於 塗佈後進行80℃之 Pre-bake 後，經過 FTIR 分析，發現在 2,900cm-1左右有O-H 鍵結吸收 訊號；在經過高溫 230℃之 OVEN 固烤後，發現原 2,900cm-1處O-H 鍵吸收訊號變得微小 甚至不明顯，顯然光阻層內水分子受高熱而蒸發，此說明光阻薄膜 C-O-H 鍵結受到高熱 而重新排列，排列的行為相當於流變現象。
無Undercut 現象且 Taper angle 狀況佳
圖十八 R 光阻經 Pre-bake 後 FTIR 圖形 圖十九 R 光阻經 OVEN 後 FTIR 圖形
圖二十 G 光阻經 Pre-bake 後 FTIR 圖形 圖二十一 G 光阻經 OVEN 後 FTIR 圖形
圖二十二 B 光阻經 Pre-bake 後 FTIR 圖形 圖二十三 B 光阻經 OVEN 後 FTIR 圖形 R Pre-bake
O-H
R OVEN
2900cm-1處O-H 鍵吸 收，訊號變的微小甚 至不明顯
G Pre-bake G OVEN
2900cm-1處O-H 鍵吸 收，訊號變的微小甚 至不明顯
B Pre-bake O-H
O-H 2900cm-1處O-H 鍵吸 收，訊號變的微小甚 至不明顯
B OVEN
(四)實驗結果之信賴性分析
此次利用彩色光阻高分子流變特性縮短固烤製程時間評估之改善實驗結果，雖然透過 SEM 之分析已可符合預期效應外，為更加確保後續量產之品質穩定性，尚須進行相關信賴 性分析，而其中，將以外觀、分光特性、附著性等做為判定之主軸；經信賴性分析後，其 相關測試數值結果，均判定為合格。
五、結論與建議
本研究最大的貢獻即成功改變彩色濾光片固烤製程之OVEN 製程條件(含設定時間、設 定溫度)，並大幅縮短 50% OVEN 製程所需稼動時間，且在不影響 RGB 光阻的色度、附著 力，以及通過相關信賴性測試前提下，所生產之產品均能合乎品質要求標準，因此大幅減 少機台做動所需之能耗，進而減少生產成本，其競爭力亦能大幅提升。
六、實驗過程之注意事項
六、實驗過程之注意事項