CN113433795A - 一种黑色矩阵的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种黑色矩阵的制备方法，所述制备方法包括如下步骤：(1)在第一基底上依次沉积第二基底和光刻胶；(2)将光刻胶划分为曝光区和非曝光区，将曝光区的光刻胶进行曝光和显影；(3)再以非曝光区的光刻胶为掩蔽层，对曝光区的第二基底进行刻蚀，刻蚀完成后，去除非曝光区的残余光刻胶；(4)然后在第二基底表面涂覆黑色光刻胶；(5)对上述样品进行刻蚀，使样品表面暴露出非曝光区的第二基底；(6)再用溶剂溶解非曝光区的第二基底，得到所述黑色矩阵。本发明所述制备方法工艺简单，理论上可制备任意深宽比、微米级线宽的黑色矩阵。
Description
技术领域
本发明涉及显示技术领域，尤其涉及一种黑色矩阵的制备方法。
背景技术
在显示技术中，为了提高显示画面对比度，需要在各个子像素的周围制备一种黑色材料的矩阵结构，用来分隔各个子像素，并吸收从子像素中横向出射的光线，从而减小像素间的光串扰，提高显示质量。在传统平板显示技术中，通常用倒模工艺来制备黑矩阵，对应的单个像素大小为几百微米。此外还有剥离工艺、电化学沉积工艺等方式来制备黑矩阵。但上述工艺并不能制备高品质的微米级黑矩阵。而目前随着显示技术的发展，AR/VR显示应用对单个子像素的尺寸要求极高，通常要小于5微米。因此以传统工艺不能制备应用于高像素密度应用中的微米级黑矩阵。
CN102819187A公开了一种单片玻璃及单层玻璃黑色矩阵的光刻生产工艺，其公开的单层玻璃黑色矩阵的生产工艺采用负型光阻剂或等量曝光型光阻剂，同时采用与光阻剂相对应的显影剂，将光罩与玻璃基板之间的距离设定在>400μm范围内，将光罩设计图的图案尺寸缩小1～10μm，其公开的生产工艺减去以往的一道OC制程，也在不需要其他技术的支持下，就能改善电容屏的生产工艺，不仅避免了在OC制程中出现的种种问题，提高了电容屏产品的良率，既节约了生产成本，也大大提高了电容屏产品的生产效率。但是其公开的单层玻璃黑色矩阵的生产工艺是通过光刻工艺得到的，黑色的光刻胶对紫外光有极高的吸光度值，对紫外曝光源有较强的吸收，通过光刻工艺制备的黑矩阵高度无法满足实际要求。
CN104777665A公开了一种黑色矩阵的制作方法，其公开的制作方法通过在基板上涂布包含正性光刻胶的黑色矩阵光阻体系，利用正性光刻胶被UV光照射的区域会在显影过程中被显影液去除，而遮光区域得以保留的特性，对黑色矩阵光阻体系形成的光阻层进行两次不同的曝光、显影过程，从而解决了BOA制程中黑色矩阵光阻体系涂布后对位标记难以识别的问题，但是光刻工艺制备的黑色矩阵难以实现高深宽比。
综上所述，开发一种能制备高深宽比的黑色矩阵的方法至关重要。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种黑色矩阵的制备方法，所述制备方法工艺简单，可制备高深宽比的黑色矩阵。
为达此目的，本发明采用以下技术方案：
本发明提供一种黑色矩阵的制备方法，所述制备方法包括如下步骤：
(1)在第一基底上依次沉积第二基底和光刻胶；
(2)将光刻胶划分为曝光区和非曝光区，将曝光区的光刻胶进行曝光和显影；
(3)再以非曝光区的光刻胶为掩蔽层，对曝光区的第二基底进行刻蚀，刻蚀完成后，去除非曝光区的残余光刻胶；
(4)然后在样品表面涂覆黑色光刻胶至第二基底以上；
(5)对步骤(4)所述样品进行刻蚀，使样品表面暴露出非曝光区的第二基底；
(6)再用溶剂溶解非曝光区的第二基底，得到所述黑色矩阵。
本发明所述黑色矩阵的制备方法是利用不同材料在溶剂中具有不同的溶解度实现的。步骤(1)中沉积光刻胶的目的在于将所述光刻胶通过步骤(2)进行曝光和显影，形成掩蔽层；进一步，步骤(3)以非曝光区的光刻胶为掩蔽层，将曝光区的第二基底进行刻蚀后，然后在步骤(4)中涂覆黑色光刻胶，接着在步骤(5)中进行刻蚀，使黑色光刻胶和第二基底分别在曝光区和非曝光区，同时涂覆在第一基底上，并且二者的上层裸露在表面，再利用黑色光刻胶和第二基底在所选溶剂中的溶解度不同，根据溶剂对第二基底与黑色光刻胶不同的溶解特性，溶解非曝光区的第二基底，保留曝光区的黑色光刻胶，最终得到所述黑色矩阵。
示例性地，图1-图6显示了本发明的制备过程，图1完成了第二基底2和光刻胶3在第一基底1的沉积，图2中曝光区的光刻胶被溶解，残留的光刻胶位于非曝光区；图3完成了对曝光区的第二基底的刻蚀，并将非曝光区的光刻胶进行剥离；图4在样品表面涂覆黑色光刻胶4；图5是对上述样品刻蚀后的结果；图6是用溶剂溶解了非曝光区的第二基底，得到了所述黑色矩阵。
优选地，步骤(1)中所述第二基底的厚度为0.5-20μm，例如2μm、4μm、6μm、8μm、10μm、12μm、14μm、16μm、18μm等。
本发明所述黑色矩阵的制备方法中，步骤(5)中对样品进行刻蚀，使样品表面暴露出非曝光区的第二基底，根据使用要求确定样品表面露出非曝光区的第二基底时是否继续刻蚀，因此第二基底的厚度是所述第二基底的厚度是黑色光刻胶的最高厚度，但是第二基底是直接沉积在第一基底上，步骤(6)去除非曝光区的第二基底的方式是溶解，两个决定黑色光刻胶厚度的过程均没有技术上的难度，黑色光刻胶的厚度，即最终形成的黑色矩阵的厚度，是可以根据实际要求灵活调节的，因此理论上来说，本发明所述制备方法可以做出任意深宽比、微米级线宽的黑色矩阵。
优选地，所述第二基底的材料包括氧化硅和/或氮化硅。
本发明所述第二基底选择的依据是第二基底与黑色光刻胶在溶剂中的溶解度，只要同时满足：在所选溶剂中，第二基底可溶，黑色光刻胶不可溶，并不局限于氧化硅或氮化硅。
优选地，所述第一基底的材料包括石英。
优选地，步骤(1)中所述光刻胶的厚度至少为500nm，例如600nm、700nm、800nm、1μm、2μm等，本发明所述光刻胶的厚度根据第二基底的厚度来决定，厚度最少500nm。
优选地，步骤(2)中所述曝光区与非曝光区的宽度各自独立地为2-5μm，例如2.5μm、3μm、3.5μm、4μm、4.5μm等。
优选地，步骤(3)中所述刻蚀包括等离子体刻蚀。
优选地，所述等离子体刻蚀中的刻蚀气体包括三氟甲烷、四氟化碳、六氟化硫、氧气或氢气中的任意一种或至少两种的组合。
优选地，步骤(4)中所述涂覆包括旋涂。
优选地，所述涂覆具体包括：在样品表面旋涂黑色光刻胶并曝光，重复此过程至少两次(例如三次，四次，五次，六次等)，直至黑色光刻胶的厚度大于第二基底的厚度。
本发明所述涂覆是通过在样品表面多次旋涂光刻胶并曝光得到的，这种方式能将黑色光刻胶均匀地涂覆在样品表面。
优选地，步骤(5)中所述刻蚀包括等离子体刻蚀。
优选地，所述等离子体刻蚀中的刻蚀气体包括氧气。
优选地，步骤(6)中所述溶剂包括缓冲氧化物刻蚀液(BOE)。
作为优选的技术方案，所述制备方法包括如下步骤：
(1)在第一基底石英上依次沉积0.5μm-20μm的第二基底氧化硅和/或氮化硅和至少500nm的光刻胶；
(2)将光刻胶划分为曝光区和非曝光区，将曝光区的光刻胶进行曝光和显影；
(3)再以非曝光区的光刻胶为掩蔽层，对曝光区的氧化硅和/或氮化硅进行等离子体刻蚀，刻蚀完成后，去除非曝光区的残余光刻胶；
(4)然后在样品表面旋涂黑色光刻胶并曝光，重复此过程三次以上，直至黑色光刻胶的厚度大于第二基底的厚度；
(5)对上述样品进行刻蚀气体包括氧气的等离子体刻蚀，使样品表面暴露出非曝光区的氧化硅和/或氮化硅；
(6)再用缓冲氧化物刻蚀液溶解非曝光区的氧化硅和/或氮化硅，得到所述黑色矩阵。
相对于现有技术，本发明具有以下有益效果：
本发明所述制备方法工艺简单，理论上可制备任意深宽比、微米级线宽的黑色矩阵。本发明所述制备方法得到的黑色矩阵的深度可达20μm，所得黑色矩阵的深宽比可达4:1。
附图说明
图1是本发明所述制备方法中经过步骤(1)所得样品的示意图；
图2是本发明所述制备方法中经过步骤(2)所得样品的示意图；
图3是本发明所述制备方法中经过步骤(3)所得样品的示意图；
图4是本发明所述制备方法中经过步骤(4)所得样品的示意图；
图5是本发明所述制备方法中经过步骤(5)所得样品的示意图；
图6是本发明所述制备方法得到的黑色矩阵的示意图；
1-第一基底；2-第二基底；3-光刻胶；4-黑色光刻胶。
具体实施方式
为便于理解本发明，本发明列举实施例如下。本领域技术人员应该明了，所述实施例仅仅是帮助理解本发明，不应视为对本发明的具体限制。
实施例1
本实施例提供一种黑色矩阵，所述黑色矩阵的制备方法包括如下步骤：
(1)在石英上依次沉积5μm的氧化硅和5μm的光刻胶(购于深圳化试科技有限公司，牌号为AZ1500)；
(2)将光刻胶划分为曝光区(宽度为2μm)和非曝光区，将曝光区的光刻胶进行曝光和显影；
(3)再以非曝光区的光刻胶为掩蔽层，对曝光区的氧化硅进行刻蚀气体为三氟甲烷和氧气的等离子体刻蚀，并剥离非曝光区的光刻胶；
(4)然后在样品表面旋涂黑色光刻胶(购于东莞市尚联光电材料有限公司，牌号为SEBK-FR401)并曝光，重复此过程三次，直至黑色光刻胶的厚度高于第二基底的厚度；
(5)对上述样品进行刻蚀气体为氧气的等离子体刻蚀，使样品表面暴露出非曝光区的氧化硅；
(6)再用BOE溶液溶解非曝光区的氧化硅，得到所述黑色矩阵。
实施例2
本实施例提供一种黑色矩阵，所述黑色矩阵的制备方法包括如下步骤：
(1)在石英上依次沉积10μm的氮化硅和5μm的光刻胶(购于深圳化试科技有限公司，牌号为AZ1500)；
(2)将光刻胶划分为曝光区(宽度为5μm)和非曝光区，将曝光区的光刻胶进行曝光和显影；
(3)再以非曝光区的光刻胶为掩蔽层，对曝光区的氮化硅进行刻蚀气体为三氟甲烷的等离子体刻蚀，并剥离非曝光区的光刻胶；
(4)然后在样品表面旋涂黑色光刻胶(购于东莞市尚联光电材料有限公司，牌号为SEBK-FR401)并曝光，重复此过程五次，直至黑色光刻胶的厚度与第二基底的厚度；
(5)对上述样品进行刻蚀气体为氧气的等离子体刻蚀，使样品表面暴露出非曝光区的氮化硅；
(6)再用缓冲氧化物刻蚀液溶解非曝光区的氮化硅，得到所述黑色矩阵。
实施例3
本实施例提供一种黑色矩阵，所述黑色矩阵的制备方法包括如下步骤：
(1)在石英上依次沉积20μm的氧化硅和氮化硅(质量比为1:1)和5μm的光刻胶；
(2)将光刻胶划分为曝光区(宽度为5μm)和非曝光区，将曝光区的光刻胶进行曝光和显影；
(3)再以非曝光区的光刻胶为掩蔽层，对曝光区的氧化硅进行刻蚀气体为氧气的等离子体刻蚀，并剥离非曝光区的光刻胶；
(4)然后在样品表面旋涂黑色光刻胶并曝光，重复此过程六次，直至黑色光刻胶的厚度高于第二基底的厚度；
(5)对上述样品进行刻蚀气体为氧气的等离子体刻蚀，使样品表面暴露出非曝光区的氧化硅；
(6)再用BOE溶液溶解非曝光区的氧化硅，得到所述黑色矩阵。
对比例1
本对比例提供一种黑色矩阵，利用传统光刻工艺制备黑色光刻胶的黑色矩阵，所述黑色矩阵的制备方法包括如下步骤：
将黑色光刻胶(购于东莞市尚联光电材料有限公司，牌号为SEBK-FR401)经过旋涂、前烘、曝光、显影和后烘，得到采用光刻法制作的黑色矩阵。
性能测试
将实施例1-3和对比例1所述的黑色矩阵进行如下测试：
利用台阶仪进行深度和宽度的测试。
测试结果汇总于表1中。
表1
| 深度/μm | 宽度/μm | 深宽比 | |
| 实施例1 | 5 | 2 | 5:2 |
| 实施例2 | 10 | 5 | 2:1 |
| 实施例3 | 20 | 5 | 4:1 |
| 对比例1 | 1 | 10 | 1:10 |
分析表1数据可知，本发明所述制备方法得到的黑色矩阵的深度可达20μm，所得黑色矩阵的深宽比可达4:1(本发明中的深宽比指的是形成的黑色矩阵的深度和宽度之比，深度指的是黑色光刻胶的厚度，宽度指的是黑色光刻胶的宽度，即曝光区的宽度)。
分析对比例1与实施例1可知，对比例1所得黑色矩阵的深度只有1μm，无法更高，宽度却由于工艺限制，窄宽度难度较高，一般在10μm左右，因此对比例1的深宽比远小于实施例1，证明采用本发明所述制备方法可以制得深宽比较高的黑色矩阵。
申请人声明，本发明通过上述实施例来说明本发明的详细方法，但本发明并不局限于上述详细方法，即不意味着本发明必须依赖上述详细方法才能实施。所属技术领域的技术人员应该明了，对本发明的任何改进，对本发明产品各原料的等效替换及辅助成分的添加、具体方式的选择等，均落在本发明的保护范围和公开范围之内。
Claims (10)
1.一种黑色矩阵的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括如下步骤：
(1)在第一基底上依次沉积第二基底和光刻胶；
(2)将光刻胶划分为曝光区和非曝光区，将曝光区的光刻胶进行曝光和显影；
(3)再以非曝光区的光刻胶为掩蔽层，对曝光区的第二基底进行刻蚀，刻蚀完成后，去除非曝光区的残余光刻胶；
(4)然后在第二基底表面涂覆黑色光刻胶；
(5)对步骤(4)所述样品进行刻蚀，使样品表面暴露出非曝光区的第二基底；
(6)再用溶剂溶解非曝光区的第二基底，得到所述黑色矩阵。
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤(1)中所述第二基底的厚度为0.5-20μm。
3.根据权利要求1或2所述的制备方法，其特征在于，所述第二基底的材料包括氧化硅和/或氮化硅；
优选地，所述第一基底的材料包括石英；
优选地，步骤(1)中所述光刻胶的厚度至少为500nm。
4.根据权利要求1-3任一项所述的制备方法，其特征在于，步骤(2)中所述曝光区和非曝光区的宽度各自独立地为2-5μm。
5.根据权利要求1-4任一项所述的制备方法，其特征在于，步骤(3)中所述刻蚀包括等离子体刻蚀。
6.根据权利要求1-5任一项所述的制备方法，其特征在于，所述等离子体刻蚀中的刻蚀气体包括三氟甲烷、四氟化碳、六氟化硫、氧气或氢气中的任意一种或至少两种的组合。
7.根据权利要求1-6任一项所述的制备方法，其特征在于，步骤(4)中所述涂覆包括旋涂；
优选地，所述涂覆具体包括：在样品表面旋涂黑色光刻胶并曝光，重复此过程至少两次，直至黑色光刻胶的厚度大于第二基底的厚度。
8.根据权利要求1-7任一项所述的制备方法，其特征在于，步骤(5)中所述刻蚀包括等离子体刻蚀；
优选地，所述等离子体刻蚀中的刻蚀气体包括氧气。
9.根据权利要求1-8任一项所述的制备方法，其特征在于，步骤(6)中所述溶剂包括缓冲氧化物刻蚀液。
10.根据权利要求1-9任一项所述的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括如下步骤：
(1)在第一基底石英上依次沉积0.5-20μm的第二基底氧化硅和/或氮化硅和至少500nm的光刻胶；
(2)将光刻胶划分为曝光区和非曝光区，将曝光区的光刻胶进行曝光和显影；
(3)再以非曝光区的光刻胶为掩蔽层，对曝光区的氧化硅和/或氮化硅进行等离子体刻蚀，刻蚀完成后，去除非曝光区的残余光刻胶；
(4)然后在样品表面旋涂黑色光刻胶并曝光，重复此过程至少两次，直至黑色光刻胶的厚度大于第二基底的厚度；
(5)对步骤(4)所述样品进行刻蚀气体包括氧气的等离子体刻蚀，使样品表面暴露出非曝光区的氧化硅和/或氮化硅；
(6)再用缓冲氧化物刻蚀液溶解非曝光区的氧化硅和/或氮化硅，得到所述黑色矩阵。
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