CN102929109A

CN102929109A - 一种负性光刻胶显影液及其应用

Info

Publication number: CN102929109A
Application number: CN2012104610498A
Authority: CN
Inventors: 谭智敏; 徐雅玲; 黄源; 严兵华
Original assignee: HANGZHOU GREENDA CHEMICAL CO Ltd
Current assignee: HANGZHOU GREENDA CHEMICAL CO Ltd
Priority date: 2012-11-15
Filing date: 2012-11-15
Publication date: 2013-02-13

Abstract

本发明涉及一种负性光刻胶显影液及其应用，显影液组分为由碱性物质和阴离子表面活性剂构成的水溶液。其中的碱性物质为不含金属离子的有机季铵化合物，如TMAH（四甲基氢氧化铵）、TMAC(四甲基铵碳酸（氢）盐)等一种或几种；阴离子表面活性剂可为醇醚羧酸盐，醇醚磺酸盐，酚醚硫酸酯盐，和醇醚磷酸盐等。该显影液金属离子含量低，成本低，药液使用寿命长，适用于TFT-LCD行业中彩膜负性光刻胶的显影，特别是高分辨率显示屏及COA等新技术的制程。

Description

一种负性光刻胶显影液及其应用

技术领域

本发明涉及TFT-LCD中的彩膜光刻胶显影工艺，特别涉及一种在高分辨率显示屏以及Color-filter On Array （COA）等高端产品的彩膜制造中应用的显影液。

背景技术

TFT-LCD（薄膜晶体管液晶显示）制程可细分为阵列、彩膜、成盒和模组制程。一般来说，先由阵列工厂生产TFT基板，由彩膜工厂生产彩膜基板，然后经成盒厂把两块基板贴合并注入液晶，最后经模组工厂组装成显示器件。其中色彩显示的关键在于彩膜工厂。

彩膜工厂包含的工序包括BM（黑矩阵）、R（红）、G（绿）、B（蓝）像素、PS（衬垫）的形成。TFT-LCD通过TFT阵列控制液晶转向，实现光线在不同颜色的像素块穿过，从而达到彩色显示的功能。

不同颜色色块的形成等以上5道工序均包含有光刻胶（主要为丙烯酸类负性光刻胶）涂布、曝光和显影。负性光刻胶经过紫外光照的部分发生交联，故未被光照的部分在碱性显影液的作用下被腐蚀和溶解，从而形成所需的颜色像素块。目前TFT行业内的彩膜工厂，较多采用氢氧化钾的水溶液作为光刻胶显影液，典型应用为0.03%～0.10%的氢氧化钾加上0.10%～0.40%的界面活性剂的水溶液。

随着显示技术日益进步，伴随着对分辨率及成像清晰度等要求的持续提高，特别是随着智能手机、平板电脑的普及，高分辨率高画质的显示要求快速增长，显示器件线宽要求越来越细，对电性能要求也越来越高。在工序阶段意味着更精细化的制作和像素单元线宽的减少。

由于氢氧化钾含有大量的钾离子和钠离子，故该类显影液金属离子含量大且不易被清洗，进而残留在彩膜基板上形成杂质。残留金属离子杂质在更细线宽更密集线路的应用环境中，在较少的数量下就会形成导电短路，从而对TFT像素内的晶体管控制开关产生不利影响。

发明内容

本发明的目的在于针对现有技术的不足，提供一种负性光刻胶显影液及其应用。

本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：一种负性光刻胶显影液，它是由有机碱和阴离子表面活性剂组成的水溶液；其中，有机碱的质量浓度为0.01~60%，阴离子表面活性剂质量浓度为0.01~30%；有机碱由TMAH（四甲基氢氧化铵）、TEAH（四乙基氢氧化铵）和TMAC（四甲基铵碳酸（氢）盐）的一种或是任意两种混合而成；阴离子表面活性剂由醇醚羧酸盐、醇醚磺酸盐、酚醚硫酸酯盐和醇醚磷酸盐的一种或几种组成。

进一步地，所述有机碱的质量浓度优选为0.03~15%；阴离子表面活性剂质量浓度优选为0.02~15 %。

一种上述负性光刻胶显影液的应用，该应用具体为：显影温度在20℃~25℃之间，显影时间为15s~60s之间；其适用的光刻胶为化学增幅型负性光刻胶，特别是光刻胶中树脂主要成分为丙烯酸类的光刻胶；其适用的光刻胶膜厚为0.5μm~3μm，相应的显影前烘温度为80℃~140℃。

本发明的有益效果是，本发明应用了有机强碱显影液，四甲基氢氧化铵（TMAH），或四乙基氢氧化铵（TEAH），或是四甲基铵碳酸（氢）盐（TMAC）的一种或多种混合液的水溶液，使得对光刻胶的渗透性变好，显影速率增加。同时使得显影液中的金属离子为ppb级别，从而消除了金属离子杂质对于TFT晶体管的不利影响，适应高分辨率高画质显示制程的要求。本发明应用了阴离子表面活性剂，可控制对负性光刻胶表面的润湿性和渗透性，从而达到工艺要求的显影效果。

附图说明

图1是仅用0.1%TMAH显影后的G胶图案显微镜照片，显示图案边缘模糊

图2是仅用0.1%TMAH显影后的G胶图案扫面电镜(11000x)剖面形状图；

图3是0.06%TMAH+0.05%TEAH显影后的G胶图案显微镜照片；

图4是0.06%TMAH+0.05%TEAH显影后的G胶图案扫面电镜(400x)图；

图5是0.10%TMAH+0.05%醇醚磷酸铵显影后的R胶图案显微镜照片；

图6是0.10%TMAH+0.05%醇醚磷酸铵显影后的R胶图案扫面电镜(8000x)图；

图7是0.06%TMAH+0.04%TMAC+0.05%酚醚硫酸酯盐浓度显影后的G胶图；

图8是0.06%TMAH+0.04%TMAC+0.05%酚醚硫酸酯盐浓度显影后的G胶图案扫面电镜(11000x)图。

具体实施方式

本发明负性光刻胶显影液是由有机碱以及阴离子表面活性剂构成的水溶液。有机碱的质量浓度为0.01~60%，优选为0.03~15%；阴离子表面活性剂质量浓度为0.01~30%，优选为0.02~15 %。其中，有机碱由TMAH（四甲基氢氧化铵）、TEAH（四乙基氢氧化铵）和TMAC（四甲基铵碳酸（氢）盐）的一种或是任意两种混合而成；阴离子表面活性剂由醇醚羧酸盐、醇醚磺酸盐、酚醚硫酸酯盐和醇醚磷酸盐的一种或几种组成。

典型结构以醇醚磷酸盐为例：醇醚磷酸盐（AEP）的分子式为：R(OCH2CH2)nHPO4M 。其中M为氢原子或铵离子；R可为烷基C6-18，；聚氧乙烯n的个数为4-12。其中，R基位置也可为苯基、苯乙烯基、苄基或酚基等取代基取代。

本发明负性光刻胶显影液可直接或稀释使用。

该负性光刻胶显影液的应用方法如下：显影温度在20℃~25℃之间，显影时间为15s~60s之间。其适用的光刻胶为化学增幅型负性光刻胶，特别是光刻胶中树脂主要成分为丙烯酸类的光刻胶。其适用的光刻胶膜厚为0.5μm~3μm，相应的显影前烘温度为80℃~140℃。

本发明的实施如下：常温下，将碱性物质TMAH、或TMAC、或TEAH的其中一种或两种的混合物加入18MΩ高纯水，搅拌均匀配置成浓度0.01~60%的水溶液；添加阴离子表面活性剂醇醚磷酸盐至碱溶液中，搅拌均匀，其浓度为0.01~30%。配置好的显影液经稀释后至工艺要求浓度后，置于温控槽内，控制其液温在20℃~25℃之间。制备好待显影的光刻胶基板（例如红色彩胶，旋转涂布，膜厚0.5μm~3μm，前烘温度80~140℃，曝光相应图案）。将光刻胶基板传送至显影液槽内进行浸泡或者喷淋15s~60s，然后进行水洗、吹干、后烘，得到显影后的光刻胶基板。随后进行光学显微镜观察以及SEM（扫描电子显微镜）观察，测量光刻胶的显影效果。

本发明的显影液金属离子含量低，成本低，药液使用寿命长，适用于TFT-LCD行业中彩膜负性光刻胶的显影，特别是高分辨率显示屏及COA（Color-filter On Array）等新技术的制程。

下面根据附图和实施例详细描述本发明，本发明的目的和效果将变得更加明显。

对比例：

取400g质量浓度25%的TMAH水溶液，加入到1L的容量瓶中，然后添加满1L高纯水，得到10%TMAH浓度的水溶液。使用时稀释100倍到100L的显影液温控槽中，槽中加满温度控制在23℃±1℃的高纯水，搅拌均匀配置成0.10%TMAH浓度的水溶液。另已制备好2.0μm膜厚的G胶并进行曝光，曝光图案为宽约800μm的矩形。将G胶玻璃基板传送至显影槽中，利用喷淋方式进行显影，显影时间30s，液温始终控制在23℃±1℃。显影后进行水洗、吹干、后烘，得到显影后的光刻胶基板。随后进行光学显微镜观察以及SEM（扫描电子显微镜）观察，测量光刻胶的显影效果。从图1的光学显微镜观测结果来看，G胶显影图案边缘较模糊；从图2的扫描电镜剖面图观测结果来看，剖面形状较差，显影效果差。单独使用TMAH水溶液，显影速度过快不易控制，其显影效果不好。故需优选使用复合配方的显影液达到好的效果。

实施例1：

取240g质量浓度25%的TMAH水溶液，取250g质量浓度20%的TEAH水溶液，加入到1L的容量瓶中，然后添加满1L高纯水，得到6%TMAH+5%TEAH浓度的水溶液。使用时稀释到到100L的显影液温控槽中，槽中加满温度控制在23℃±1℃的高纯水，搅拌均匀配置成0.06%TMAH+0.05%TEAH浓度的水溶液。另已制备好2.0μm膜厚的G胶并进行曝光，曝光图案为宽约800μm的矩形。将G胶玻璃基板传送至显影槽中，利用喷淋方式进行显影，显影时间20s，液温始终控制在23℃±1℃。显影后进行水洗、吹干、后烘，得到显影后的光刻胶基板。随后进行光学显微镜观察以及SEM（扫描电子显微镜）观察，测量光刻胶的显影效果。从图3的光学显微镜观测结果来看，G胶显影图案边缘清晰，无显影残留；从图4的扫描电镜图观测结果来看，边缘清晰干净。

实施例2：

取400g质量浓度25%的TMAH水溶液，同时取醇醚磷酸铵盐50g，加入到1L的容量瓶中，然后添加满1L高纯水，得到10%TMAH+5%醇醚磷酸铵盐浓度的水溶液。使用时稀释到到100L的显影液温控槽中，槽中加满温度控制在23℃±1℃的高纯水，搅拌均匀配置成0.10%TMAH+0.05%醇醚磷酸铵浓度的水溶液。另已制备好2.0μm膜厚的R胶并进行曝光，曝光图案为宽约800μm的矩形。将R胶玻璃基板传送至显影槽中，利用喷淋方式进行显影，显影时间25s，液温始终控制在23℃±1℃。显影后进行水洗、吹干、后烘，得到显影后的光刻胶基板。随后进行光学显微镜观察以及SEM（扫描电子显微镜）观察，测量光刻胶的显影效果。从图5的光学显微镜观测结果来看，R胶显影图案边缘清晰，无显影残留；从图6的扫描电镜剖面图观测结果来看，剖面角度在85度左右，且剖面图案平滑，符合工艺的要求。

实施例3：

取240g质量浓度25%的TMAH水溶液，另取200g质量浓度20%的TMAC水溶液，同时取酚醚硫酸酯盐50g，加入到1L的容量瓶中，然后添加满1L高纯水，得到6%TMAH+4%TMAC+5%酚醚硫酸酯盐浓度的水溶液。使用时稀释到到100L的显影液温控槽中，槽中加满温度控制在23℃±1℃的高纯水，搅拌均匀配置成0.06%TMAH+0.04%TMAC+0.05%酚醚硫酸酯盐浓度的水溶液。另已制备好2.0μm膜厚的G胶并进行曝光，曝光图案为宽约800μm的矩形。将G胶玻璃基板传送至显影槽中，利用喷淋方式进行显影，显影时间25s，液温始终控制在23℃±1℃。显影后进行水洗、吹干、后烘，得到显影后的光刻胶基板。随后进行光学显微镜观察以及SEM（扫描电子显微镜）观察，测量光刻胶的显影效果。从图7的光学显微镜观测结果来看，R胶显影图案边缘清晰整齐，无显影残留；从图8的扫描电镜剖面图观测结果来看，剖面角度在80度左右，且剖面图案平滑，显影效果好，非常符合工艺的要求。

上述实施例用来解释说明本发明，而不是对本发明进行限制，在本发明的精神和权利要求的保护范围内，对本发明作出的任何修改和改变，都落入本发明的保护范围。

Claims

1.一种负性光刻胶显影液，其特征在于，它是由有机碱和阴离子表面活性剂组成的水溶液；其中，有机碱的质量浓度为0.01~60%，阴离子表面活性剂质量浓度为0.01~30%；有机碱由TMAH（四甲基氢氧化铵）、TEAH（四乙基氢氧化铵）和TMAC（四甲基铵碳酸（氢）盐）的一种或是任意两种混合而成；阴离子表面活性剂由醇醚羧酸盐、醇醚磺酸盐、酚醚硫酸酯盐和醇醚磷酸盐的一种或几种组成。

2.根据权利要求1所述负性光刻胶显影液，其特征在于，所述有机碱的质量浓度优选为0.03~15%；阴离子表面活性剂质量浓度优选为0.02~15 %。

3.一种权利要求1所述负性光刻胶显影液的应用，其特征在于，该应用具体为：显影温度在20℃~25℃之间，显影时间为15s~60s之间；其适用的光刻胶为化学增幅型负性光刻胶，特别是光刻胶中树脂主要成分为丙烯酸类的光刻胶；其适用的光刻胶膜厚为0.5μm~3μm，相应的显影前烘温度为80℃~140℃。