CN113050376A - 一种用于光刻胶的感光树脂组合物 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种用作光刻胶的感光树脂组合物，特别涉及一种用于光刻胶的感光树脂组合物，该组合物以聚倍半硅氧烷类共聚物为成膜树脂，以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等混合而成。本法制得的光刻胶感光树脂在氧化铟锡(ITO)热处理工序中具有良好的耐热性和稳定性，在光固化过程中，反应进行更加均匀，可得一层分布均匀的光刻胶薄膜。本法制得的光刻胶感光树脂的感光性、保留值比、分辨率、对比度、粘合力等性能与均优于传统光刻胶组合物。
Description
技术领域
本发明涉及一种用作光刻胶的感光树脂组合物，具体涉及一种用于光刻胶的感光树脂组合物。
背景技术
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(ThinFilmTransistor，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。
在上述显示装置的制造工序中，用于形成上述结构要素的图案的形成工序的普通的方法为通过光刻工序(Photolithography)来形成的方法。为了通过这些光刻工序来形成微细图案，通常利用光刻胶感光树脂。这种光刻胶感光树脂可利用光刻工序来加工导通孔或形成分区图案，此时，为了取得高解析度的图案，需要可在稀的碱性显像液中容易地显像，并可通过固化工序形成分子间交联结合，才可取得耐化学性、耐热性及后工序可靠性。以往的绝缘膜用正性光刻胶感光树脂主要使用由丙烯酸类粘结剂与萘醌二叠氮基化合物组合而成的材料，但此类无法承受高温的，仅可适用于利用非晶氧化铟锡的工序中。
因此，开发一种可用于氧化铟锡(ITO)热处理工序、耐热性良好的、高解析度及高灵敏度的新型光刻胶感光树脂具有重要意义。
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光刻胶的感光树脂组合物。
本发明提出的一种用于光刻胶的感光树脂组合物，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5-50wt%；感光剂的质量分数为5-20wt%；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10-70wt%。
优选的：所述成膜树脂为聚倍半硅氧烷类共聚物，其制备方法为：将桥联聚倍半硅氧烷前驱体通过酸-碱-酸交替催化反应过程制备得到；
优选的：所述桥联聚倍半硅氧烷前驱体为：双(三甲氧基硅基)己烷、双（三乙氧基硅基）辛烷中的一种或多种；所述的酸-碱-酸交替催化反应过程为：1）将桥联聚倍半硅氧烷前驱体溶于乙醇中，加入盐酸溶液，在一定温度下进行第一次催化反应；2）将1）中的反应液加入、氨水溶液，在一定温度下进行第二次催化反应；3)将2）中的反应液加入盐酸溶液，在一定温度下进行第二次酸催化反应。
优选的：所述的溶剂为甲醇、乙醇、异丙醇中的一种或多种，桥联聚倍半硅氧烷前驱体在溶剂中的质量分数为2~20 wt%；所述的盐酸溶液的质量分数为1~10 wt%，第一步酸催化和第二次酸催化的盐酸溶液浓度相同或不同均可；所述的氨水溶液的质量分数为1~10wt%；所述的第一步酸催化中桥联聚倍半硅氧烷前驱体、水、盐酸的摩尔比1：60~180：0.1~0.30，反应时间为40~50min，反应温度为45~60℃；所述的第二步碱催化中氨水和第一步中所用盐酸一摩尔比为（4~8）：1，反应时间为40~80min，反应温度为40~60℃；所述的第三步酸催化中盐酸和第二步碱催化中所用氨水的摩尔比为（1~2）：1，反应时间为45~60min，反应温度为45~60℃。
优选的：所制备的倍半硅氧烷类共聚物的分子量(Mw)为1000至10000。
优选的：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；所述的光敏剂为苯乙酮类、酰基氧化膦、酰基氧化膦类、苯偶酰缩酮类、苯乙酮类中的一种或多种；所述的染料添加剂为结晶紫、靛蓝、孔雀石绿、碱性艳蓝、甲基紫、油溶蓝中的一种或多种；所述的流动相改善剂为1-(2-羟乙基)-2-吡咯烷酮和二丙二醇单甲醚中的一种或多种；灵敏度增进剂为2，3，4-三羟基二苯甲酮、2，3，4，4′-四羟基二苯甲酮中的一种或多种。
优选的：所述溶剂为丙二醇甲基醚酯 (PGMEA)、醋酸丁酯、乙二醇甲醚醋酸酯、乙二醇单乙醚、甲醇、二氧六环、和乳酸乙酯(EL)混合、丙二醇单乙基醚 (PGME)中的一种或多种。
与已有技术相比，本发明的有益效果体现在：
(1)本法制得的光刻胶感光树脂在氧化铟锡(ITO)热处理工序中具有良好的耐热性和稳定性，在光固化过程中，反应进行更加均匀，可得一层分布均匀的光刻胶薄膜。
(2)本法制得的光刻胶感光树脂的感光性、保留值比、分辨率、对比度、粘合力等性能与均优于传统光刻胶组合物。
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：
一种用于光刻胶的感光树脂组合物，操作步骤依序如下：
制备聚倍半硅氧烷类共聚物：以质量分数为10 wt%桥联聚倍半硅氧烷前驱体乙醇为原料，加入5 wt%盐酸溶液，45~50℃反应为50min，然后加入10 wt%的氨水溶液50~55℃反应为50min ，然后再次加入10 wt%盐酸溶液，45~50℃反应为40min，制得聚倍半硅氧烷类共聚物。
以聚倍半硅氧烷类共聚物质量分数为40%；以对邻-重氮萘醌为感光剂，质量分数为15%；以苯乙酮类为光敏剂，质量分数为0.5%；以甲基紫为染料添加剂，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0.8%；以2，3，4-三羟基二苯甲酮为灵敏度增进剂，质量分数为0.8%；以甲醇为溶剂，质量分数为41.9%。将各种混合剂搅拌均匀后得到本发明所述的一种用于光刻胶的感光树脂组合物。
实施例2：
一种用于光刻胶的感光树脂组合物，操作步骤依序如下：
制备聚倍半硅氧烷类共聚物：以质量分数为8 wt%桥联聚倍半硅氧烷前驱体乙醇为原料，加入5 wt%盐酸溶液，45~50℃反应为50min，然后加入10 wt%的氨水溶液50~55℃反应为50min ，然后再次加入10 wt%盐酸溶液，45~50℃反应为40min，制得聚倍半硅氧烷类共聚物。
以聚倍半硅氧烷类共聚物质量分数为40%；以对邻-重氮萘醌为感光剂，质量分数为14%；以苯乙酮类为光敏剂，质量分数为0.8%；以甲基紫为染料添加剂，质量分数为0.8%；以二丙二醇单甲醚为流动相改善剂，质量分数为0.8%；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%；以甲醇为溶剂，质量分数为43.1%。将各种混合剂搅拌均匀后得到本发明所述的一种用于光刻胶的感光树脂组合物。
实施例3：
一种用于光刻胶的感光树脂组合物，操作步骤依序如下：
制备聚倍半硅氧烷类共聚物：以质量分数为10 wt%桥联聚倍半硅氧烷前驱体乙醇为原料，加入5 wt%盐酸溶液，45~50℃反应为50min，然后加入10 wt%的氨水溶液50~55℃反应为50min ，然后再次加入10 wt%盐酸溶液，45~50℃反应为40min，制得聚倍半硅氧烷类共聚物。
以聚倍半硅氧烷类共聚物质量分数为38%；以对邻-重氮萘醌为感光剂，质量分数为16%；以苯乙酮类为光敏剂，质量分数为0.7%；以甲基紫为染料添加剂，质量分数为0.9%；以二丙二醇单甲醚为流动相改善剂，质量分数为0.8%；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%；以甲醇为溶剂，质量分数为43.1%。将各种混合剂搅拌均匀后得到本发明所述的一种用于光刻胶的感光树脂组合物。
实施例4：
一种用于光刻胶的感光树脂组合物，操作步骤依序如下：
制备聚倍半硅氧烷类共聚物：以质量分数为8 wt%桥联聚倍半硅氧烷前驱体乙醇为原料，加入5 wt%盐酸溶液，45~50℃反应为50min，然后加入10 wt%的氨水溶液50~55℃反应为50min ，然后再次加入10 wt%盐酸溶液，45~50℃反应为40min，制得聚倍半硅氧烷类共聚物。
以聚倍半硅氧烷类共聚物质量分数为45%；以对邻-重氮萘醌为感光剂，质量分数为15%；以苯乙酮类为光敏剂，质量分数为0.8%；以甲基紫为染料添加剂，质量分数为0.8%；以二丙二醇单甲醚为流动相改善剂，质量分数为0.8%；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%；以甲醇为溶剂，质量分数为37.1%。将各种混合剂搅拌均匀后得到本发明所述的一种用于光刻胶的感光树脂组合物。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2>实施例1>实施例3>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3>实施例1>实施例2，粘合力大小依次为：实施例1>实施例4>实施例2>实施例3。通过数据可以发现本法制得的一种用于光刻胶的感光树脂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。
Claims (8)
1.一种用于光刻胶的感光树脂组合物，其特征在于：包含成膜树脂、感光剂、添加剂和有机溶剂组成。
2.根据权利要求1所述的一种用于光刻胶的感光树脂组合物，其特征在于：所述成膜树脂的质量分数为5-50wt%；感光剂的质量分数为5-20wt%；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10-70wt%。
3.根据权利要求1所述的一种用于光刻胶的感光树脂组合物，其特征在于：所述成膜树脂为聚倍半硅氧烷类共聚物，其制备方法为：将桥联聚倍半硅氧烷前驱体通过酸-碱-酸交替催化反应过程制备得到。
4.根据权利要求3所述的一种用于光刻胶的感光树脂组合物，其特征在于：所述桥联聚倍半硅氧烷前驱体为：双(三甲氧基硅基)己烷、双（三乙氧基硅基）辛烷中的一种或多种；所述的酸-碱-酸交替催化反应过程为：
1）将桥联聚倍半硅氧烷前驱体溶于乙醇中，加入盐酸溶液，在一定温度下进行第一次催化反应；
2）将1）中的反应液加入、氨水溶液，在一定温度下进行第二次催化反应；
3)将2）中的反应液加入盐酸溶液，在一定温度下进行第二次酸催化反应。
5.根据权利要求4所述的一种用于光刻胶的感光树脂组合物，其特征在于：所述的溶剂为甲醇、乙醇、异丙醇中的一种或多种，桥联聚倍半硅氧烷前驱体在溶剂中的质量分数为2~20 wt%；所述的盐酸溶液的质量分数为1~10 wt%，第一步酸催化和第二次酸催化的盐酸溶液浓度相同或不同均可；所述的氨水溶液的质量分数为1~10wt%；所述的第一步酸催化中桥联聚倍半硅氧烷前驱体、水、盐酸的摩尔比1：60~180：0.1~0.30，反应时间为40~50min，反应温度为45~60℃；所述的第二步碱催化中氨水和第一步中所用盐酸一摩尔比为（4~8）：1，反应时间为40~80min，反应温度为40~60℃；所述的第三步酸催化中盐酸和第二步碱催化中所用氨水的摩尔比为（1~2）：1，反应时间为45~60min，反应温度为45~60℃。
6.根据权利要求5所述的一种用于光刻胶的感光树脂组合物，其特征在于：所制备的倍半硅氧烷类共聚物的分子量(Mw)为1000至10000。
7.根据权利要求2所述的一种用于光刻胶的感光树脂组合物，其特征在于：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；所述的光敏剂为苯乙酮类、酰基氧化膦、酰基氧化膦类、苯偶酰缩酮类、苯乙酮类中的一种或多种；所述的染料添加剂为结晶紫、靛蓝、孔雀石绿、碱性艳蓝、甲基紫、油溶蓝中的一种或多种；所述的流动相改善剂为1-(2-羟乙基)-2-吡咯烷酮和二丙二醇单甲醚中的一种或多种；灵敏度增进剂为2，3，4-三羟基二苯甲酮、2，3，4，4′-四羟基二苯甲酮中的一种或多种。
8.根据权利要求2所述的一种用于光刻胶的感光树脂组合物，其特征在于：所述溶剂为丙二醇甲基醚酯 (PGMEA)、醋酸丁酯、乙二醇甲醚醋酸酯、乙二醇单乙醚、甲醇、二氧六环、和乳酸乙酯(EL)混合、丙二醇单乙基醚 (PGME)中的一种或多种。
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