CN112506004A - 一种用于液晶设备的正型光刻胶组合物 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种用于液晶设备的正型光刻胶组合物，以线性酚醛树脂为成膜树脂，以含重氮基团重氮萘醌的二叠氮化物为感光剂，并加入光敏剂、染料添加剂、流动相改善剂和灵敏度增进剂混合而成。本法制得的正型光刻胶组合物与传统光刻胶组合物相比具有优异的感光性、保留值比、分辨率、对比度和粘合力。本法的制得的正型光刻胶组合物收率高，且具有良好的耐热性和稳定性。本法通过添加流动性改善剂、灵敏度增进剂和光敏剂等，防止了强真空干燥引起的图案变形，提高了图案的均匀性。
Description
技术领域
本发明涉及显示技术领域，具体涉及一种用于液晶设备的正型光刻胶组合物。
背景技术
液晶显示器(liquid crystal display，LCD)是目前市场中应用最广泛的现实产品。薄膜晶体管液晶显示器(thin film transistor liquid crystal display，TFT-LCD)主要包括彩色滤光片(color filter，CF)基板、液晶、薄膜晶体管(Thin FilmTransistor，TFT)基板三个组成部分。为在液晶显示器电路或半导体集成电路中制造精细电路图案，将LCD 电路光刻胶组合物均匀涂敷或施加在衬底的绝缘层或导电金属层上。然后将涂敷的LCD电路光刻胶组合物通过具有一定形状的掩模曝光，并使曝光的衬底显影，以生产所需的图案。形成图案的光刻胶涂层用作掩模以除去绝缘层或导电金属层，并除去剩余的光刻胶涂层以在衬底表面上完成该精细图案。
根据光刻工艺的不同，光刻胶可分为正性光刻胶和负性光刻胶两大类。随着大规模集成电路工业的飞速发展，集成电路产品及品种的多样化，光刻工艺的不断改进，对光刻工艺过程中使用的关键材料，特别是光刻胶的要求更高，种类及性能更多样化、专业化。负性光刻胶(photoresist)是在光刻胶混合物中加入光引发剂、分散树脂、颜料/染料(着色剂)、反应性单体等，并通过紫外线(UV)光照下进行固化反应而形成图案。正型光刻胶由光分解剂和碱性可溶性树脂及溶剂组成，为重氮茶醒磺酸醋及线性酚醛制成。在受紫外光照射后光照区光分解剂发生分解，溶于有机或无机碱性水溶液.未曝光部分被保留下来，与母版形成相同的图形。因为正性光刻胶组合物较负性光刻胶组合物拥有更高的分辨能力以及图象转移性质，所以正性光刻胶组合物是进行微细图形加工、制造微电子器件和印刷电路板的一种关键化学品。
随着科技的进步和电子产业的发展，对正型光刻胶的需求量也在逐渐增大，因此开发一种用于液晶设备的正型光刻胶组合物具有重大意义。
发明内容
基于背景技术存在的技术问题，本发明提出了一种用于液晶设备的正型光刻胶组合物。
本发明提出的一种用于液晶设备的正型光刻胶组合物，包含成膜树脂、感光剂、添加剂和有机溶剂组成。
优选的，所述成膜树脂的质量分数为4-40wt%；感光剂的质量分数为5-30wt%；添加剂包括0.1-1wt%的光敏剂，0.1-2wt%的染料添加剂，0.1-2wt%的流动相改善剂，0.1-1%的灵敏度增进剂；有机溶剂的质量分数为10-60wt%。
优选的，所述成膜树脂为线性酚醛树脂；所述的感光剂为含重氮基团重氮萘醌的二叠氮化物。
优选的，所述的光敏剂为安息香类、苯偶酰缩酮类、苯乙酮类、酰基氧化膦类中的一种或多种；所述的染料添加剂为碱性艳蓝、结晶紫、靛蓝、甲基紫、孔雀石绿、油溶蓝中的一种或两种；所述的流动相改善剂为二丙二醇单甲醚、1-(2-羟乙基)-2-吡咯烷酮和γ-丁内酯中的一种或多种；灵敏度增进剂为2，3，4，4′-四羟基二苯甲酮、2，3，4-三羟基二苯甲酮、丙酮-连苯三酚缩合物中的一种或多种。
优选的，所述溶剂为乙二醇甲醚醋酸酯、乙二醇单甲醚、乙二醇单乙醚、丙二醇单乙醚、醋酸丁酯、二氧六环、N-甲基吡咯烷酮、甲醇、、乙酸丙二醇甲基醚酯 (PGMEA)和乳酸乙酯(EL)混合、乙酸2-甲氧基乙基酯(MMP)、丙二醇单乙基醚 (PGME)中的一种或多种。
优选的，所述的线性酚醛树脂为酚醛清漆树脂；所述的感光剂为重氮萘醌磺酸酯、对邻-重氮萘醌、o-二叠氮醌、重氮萘醌、萘并醌二叠氮化物中的一种或多种。
优选的，所述的酚醛清漆树脂制备方法如下：以间甲酚与对甲酚为原料，以甲醛为缩合剂，用酸性条件下催化，经缩合反应得到。
优选的，间甲酚与对甲酚的质量分数比为20%：80% - 80%：20%；缩合反应使用的酸为草酸或马来酸酐的一种或多种。
优选的，所述的酚醛清漆树脂分子量为3000-6000。
与已有技术相比，本发明的有益效果体现在：
(1)本法制得的正型光刻胶组合物收率高，且具有良好的耐热性和稳定性。
(2)本法制得的正型光刻胶组合物具有优异的感光性、保留值比、分辨率、对比度、粘合力。
(3)本法通过添加流动性改善剂、灵敏度增进剂和光敏剂等，防止了强真空干燥引起的图案变形，提高了图案的均匀性。
具体实施方式
下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例1：
涉及一种用于液晶设备的正型光刻胶组合物，操作步骤依序如下：
以间甲酚与对甲酚的质量分数比为30：70 制得的、分子量为3000-6000的酚醛清漆树脂作为成膜树脂，质量分数为35%；以重氮萘醌磺酸酯为感光剂，质量分数为15%；以酰基氧化膦为光敏剂，质量分数为0.5%；以结晶紫为染料添加剂，质量分数为1%；以二丙二醇单甲醚为流动相改善剂，质量分数为1%；以2，3，4-三羟基二苯甲酮为灵敏度增进剂，质量分数为0.5%；以乙二醇单乙醚为溶剂，质量分数为47%。将各种混合剂搅拌均匀后得到本发明所述的一种用于液晶设备的正型光刻胶组合物。
实施例2：
涉及一种用于液晶设备的正型光刻胶组合物，操作步骤依序如下：
以间甲酚与对甲酚的质量分数比为40：60 制得的、分子量为3000-6000的酚醛清漆树脂作为成膜树脂，质量分数为35%；以重氮萘醌磺酸酯为感光剂，质量分数为15%；以酰基氧化膦为光敏剂，质量分数为0.5%；以结晶紫为染料添加剂，质量分数为1%；以二丙二醇单甲醚为流动相改善剂，质量分数为1%；以2，3，4-三羟基二苯甲酮为灵敏度增进剂，质量分数为0.5%；以乙二醇单乙醚为溶剂，质量分数为47%。将各种混合剂搅拌均匀后得到本发明所述的一种用于液晶设备的正型光刻胶组合物。
实施例3：
涉及一种用于液晶设备的正型光刻胶组合物，操作步骤依序如下：
以间甲酚与对甲酚的质量分数比为30：70 制得的、分子量为3000-6000的酚醛清漆树脂作为成膜树脂，质量分数为40%；以重氮萘醌磺酸酯为感光剂，质量分数为15%；以酰基氧化膦为光敏剂，质量分数为1%；以结晶紫为染料添加剂，质量分数为0.5%；以二丙二醇单甲醚为流动相改善剂，质量分数为1%；以2，3，4-三羟基二苯甲酮为灵敏度增进剂，质量分数为0.5%；以乙二醇单乙醚为溶剂，质量分数为42%。将各种混合剂搅拌均匀后得到本发明所述的一种用于液晶设备的正型光刻胶组合物。
实施例4：
涉及一种用于液晶设备的正型光刻胶组合物，操作步骤依序如下：
以间甲酚与对甲酚的质量分数比为30：70 制得的、分子量为3000-6000的酚醛清漆树脂作为成膜树脂，质量分数为35%；以对邻-重氮萘醌为感光剂，质量分数为15%；以酰基氧化膦为光敏剂，质量分数为0.5%；以碱性艳蓝为染料添加剂，质量分数为1%%；以二丙二醇单甲醚为流动相改善剂，质量分数为1%；以2，3，4-三羟基二苯甲酮为灵敏度增进剂，质量分数为0.5%；以乙二醇单乙醚为溶剂，质量分数为47%。将各种混合剂搅拌均匀后得到本发明所述的一种用于液晶设备的正型光刻胶组合物。
性能测试：
将上述实施例1-4中制备的光刻胶分别以2000-6000转/min的转速涂布到6”-8”硅片上，100℃烘干2-10分钟形成含光刻胶薄膜，然后用曝光机进行曝光，曝光强度为30-180mJ/cm2，用2％-5％的氢氧化钠、碳酸钠或四甲基氢氧化铵等碱性溶液来显影20秒，烘干后即获得图像分辨率高的阳图图像；
接着，测定上述光刻胶膜的厚度均匀性，并使用掩膜，使其在波 长为365～435nm的紫外线之下曝光，之后在含有氢氧化四甲铵的水溶 液中浸渍60秒进行显影，使之形成图案。
对形成的图案进行硬烤(130℃)工序之后，利用扫描电子显微镜 评价了图案的形成效果。
1)感光速度和残膜率
初期膜层厚度＝损失厚度+残膜厚度
残膜率＝(残膜厚度/初期膜层厚度)
测定根据曝光能量的变化，在一定的显影条件下，膜层完全溶解的能量，以此求出了感光速度，并在110℃的温度下，进行软烤使之曝光和显影之后测定了残膜率，并测定了可以反映其结果的显影前后的厚度差。
2)耐热性
对于耐热性，在温度为130℃的条件下进行90秒硬烤之后，利用扫描电子显微镜确认了图案的形成效果。
3)粘合性
在涂敷钼(Mo)的玻璃基板上形成图案(微细线宽)之后，为去除暴露部位的钼层，利用蚀刻溶液进行了处理，并通过测定蚀刻溶液 蚀刻的没有暴露的钼层的蚀刻厚度，试验了粘合性。
各实施例1-4制备的正型光刻胶性能数据如上表所示，感光性大小为：实施例1=实施例3>实施例2>实施例4，保留值大小依次为：实施例1>实施例4>实施例2>实施例3，耐热性大小依次为：实施例4>实施例1>实施例2>实施例3，粘合力大小依次为：实施例2>实施例4>实施例3>实施例1。通过数据可以发现本法制得的正型光刻胶组合物与传统光刻胶组合物相比具有优异的感光性、保留值比、分辨率、对比度、粘合力、耐热性和稳定性。本法通过添加流动性改善剂、灵敏度增进剂和光敏剂等，防止了强真空干燥引起的图案变形，提高了图案的均匀性。
Claims (8)
1.一种用于液晶设备的正型光刻胶组合物，其特征在于：包含成膜树脂、感光剂、添加剂和有机溶剂组成，所述成膜树脂的质量分数为4-40wt%；感光剂的质量分数为5-30wt%；添加剂包括0.1-1wt%的光敏剂、0.1-2wt%的染料添加剂、0.1-2wt%的流动相改善剂、0.1-1%的灵敏度增进剂，所述有机溶剂的质量分数为10-60wt%。
2.根据权利要求1所述的一种用于液晶设备的正型光刻胶组合物，其特征在于：所述成膜树脂为线性酚醛树脂；所述的感光剂为含重氮基团重氮萘醌的二叠氮化物。
3.根据权利要求1所述的一种用于液晶设备的正型光刻胶组合物，其特征在于：所述的光敏剂为安息香类、苯偶酰缩酮类、苯乙酮类、酰基氧化膦类中的一种或多种；所述的染料添加剂为碱性艳蓝、结晶紫、靛蓝、甲基紫、孔雀石绿、油溶蓝中的一种或两种；所述的流动相改善剂为二丙二醇单甲醚、1-(2-羟乙基)-2-吡咯烷酮和γ-丁内酯中的一种或多种；灵敏度增进剂为2，3，4，4′-四羟基二苯甲酮、2，3，4-三羟基二苯甲酮、丙酮-连苯三酚缩合物中的一种或多种。
4. 根据权利要求1所述的一种用于液晶设备的正型光刻胶组合物，其特征在于：所述溶剂为乙二醇甲醚醋酸酯、乙二醇单甲醚、乙二醇单乙醚、丙二醇单乙醚、醋酸丁酯、二氧六环、N-甲基吡咯烷酮、甲醇、、乙酸丙二醇甲基醚酯 (PGMEA)和乳酸乙酯(EL)混合、乙酸2-甲氧基乙基酯(MMP)、丙二醇单乙基醚 (PGME)中的一种或多种。
5.根据权利要求2所述的一种用于液晶设备的正型光刻胶组合物，其特征在于：所述的线性酚醛树脂为酚醛清漆树脂；所述的感光剂为重氮萘醌磺酸酯、对邻-重氮萘醌、o-二叠氮醌、重氮萘醌、萘并醌二叠氮化物中的一种或多种。
6.根据权利要求5所述的一种用于液晶设备的正型光刻胶组合物，其特征在于：所述的酚醛清漆树脂制备方法如下：以间甲酚与对甲酚为原料，以甲醛为缩合剂，用酸性条件下催化，经缩合反应得到。
7. 根据权利要求6所述的一种用于液晶设备的正型光刻胶组合物，其特征在于：间甲酚与对甲酚的质量分数比为20%：80% - 80%：20%；缩合反应使用的酸为草酸或马来酸酐的一种或多种。
8.根据权利要求5所述的一种用于液晶设备的正型光刻胶组合物，其特征在于：所述的酚醛清漆树脂分子量为3000-6000。
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