許玉瑩、黃耀正、吳明宗、張金華 / 工研院材化所
近年來，新興之無光罩數位微影技術因無需實體光罩且可縮短產品開發週期，具有成本效益、圖案化靈活性及可達高解析度等特點，而受到全球關注。其數位微影製程中的關鍵材料「光阻」，各國大廠皆積極布局中，以因應未來高階板材(如TFT背板、IC載板、高密度印刷電路板、細線路軟板等)持續朝細線路化發展，相對應所需之關鍵材料開發。本文說明數位光阻材料技術與應用現況，並介紹工研院材化所研發之高感度與高解析度數位微影製程專用光阻材料技術。
【內文精選】
數位光阻圖案化技術
目前產業界曝光技術主要仍以光罩式傳統曝光技術為主，例如使用光罩對準機(Mask Aligner)如圖三(a)，光罩與光阻層直接接觸，平行光從光罩的透明區域穿過到光阻層上，最高解析度在次微米範圍(>3微米)，適合於低成本、高通量圖案化設計的應用中。或者使用步進式曝光機(Stepper)如圖三(b)，但複雜的光學設計和曝光場域大小受到限制，曝光將按順序以步進重覆方式進行。因採用投影光學器件，可在沒有污染風險的情況下圖案化更小的特徵尺寸，實現較好的解析度(>1.5微米)，但是其成本高昂。以上兩種曝光技術都需要光罩，圖案化過程產生相當大的額外成本，且只適合單一規格品無法彈性生產，已面臨生產技術瓶頸，不利於未來智慧製造趨勢發展。而採用雷射直接成像(Laser Direct Imaging, LDI)技術雖可降低光罩成本問題(圖三(c))，但因解析度低(>10微米)，主要應用在PCB產業。
圖三、傳統曝光技術，(a) Mask Aligner；(b) Stepper；(c) LDI
新興之無光罩數位圖案化技術(Digital Lithography Technology; DLT) 如圖四，可取代傳統光罩製程，解決開發實體光罩之耗時且昂貴的問題，亦具有可提高量產速度、降低成本，並滿足快速變動的利基型產品需求等優點。其製程為非接觸式曝光，因此不會損傷基板，亦可配合基板表面微結構/尺寸/形狀彈性曝光；圖案解析度高(<2微米)，可填補LDI技術的解析度缺口，同時又可陣列展開成大面積曝光，並具有影像移動補償系統的優點，可擴展產業應用性，除顯示器產業外，還能應用至半導體及IC封裝等產業，預期將在未來成為曝光微影技術的主流。目前國內面板廠已投入新興無光罩製程相關技術進行初步製程探索，但相關搭配之材料技術全球仍待開發，因此工研院材料與化工研究所已先行投入數位光阻材料技術研發布局，建立我國無光罩製程關鍵材料產業鏈，提升產業競爭力，創造整體產業優勢。
圖四、無光罩數位曝光技術
工研院材化所數位光阻材料技術
工研院材化所開發之數位光阻材料以感光波段403 nm及高解析度為技術布局重點。在高感度感光劑結構設計中導入適合DLT感光波段之官能基，可控制吸光波段，同時開發新型感光樹脂合成技術與光阻配方技術，進而提高光阻材料之感度與解析度。開發之數位光阻材料塗佈於玻璃基板上，以α-step量測膜厚，膜厚平均值為1.0 μm，膜厚均勻性達96.0%。數位光阻材料驗證係將光阻塗佈於玻璃基板上，於100˚C下預烘烤5分鐘，以去除溶劑。烘烤後以Maskless Lithography System進行曝光，曝光劑量(Dose) <20 mJ/cm2。曝光後，使用2.38% TMAH顯影液顯影90秒。顯影後以SEM觀看線寬可達到2.5 μm，且光阻線寬變異小於5%。
工研院材化所開發之數位光阻材料有別於一般商用Broadband光阻(主要吸收波長位於365 nm)，於數位曝光光源403 nm波長具有高感度，因此將可減少曝光時間，提高解析度。數位光阻材料以TFT背板為載具驗證並於2022 Touch Taiwan展出，於工研院G2.5產線進行7.47ʺ DLT透明多層疊構LTPS TFT下板製程整合驗證，光阻達線路解析度2.5 μm、穿透度>60%、電性均勻性89%。相關材料技術可應用於顯示器背板TFT製程、封裝、IC載板及PCB產業上，當作線路、蝕刻或電鍍光阻材料。
工研院材化所數位擋牆材料技術
材化所於數位擋牆材料開發上，亦為一光阻材料，主要可應用於顯示元件的畫素分隔。目前商用材料主要感光波段為365 nm，於數位曝光403 nm感度不足。材化所開發之材料具備以下特點：①曝光量≦500 mJ/ cm2 @403 nm可達圖案化解析度≦10 μm；②材料OD≧4.0；③耐熱性TGA Weight Loss≦5%@240˚C；④百格附著測試5B；⑤耐有機溶劑。此403 nm波段曝光具高感度、高解析特性之數位曝光光阻，主要係開發一顯影樹脂結構，讓配方可達高感度、高解析等特性---以上為部分節錄資料，完整內容請見下方附檔。
★本文節錄自《工業材料雜誌》430期，更多資料請見下方附檔。