CN114509926A - 一种显影液及其制备方法、光刻胶的显影方法 - Google Patents

Abstract

本申请提供了一种显影液及其制备方法、光刻胶的显影方法，所述显影液包括以下重量份数的各组分：1‑20份的碱，0.01‑5份的金属保护剂，0.01‑5份的表面活性剂，余量为水；其中，所述表面活性剂包括十二烷基苯磺酸盐、十二烷基硫酸盐、脂肪醇聚氧乙烯醚硫酸盐、重烷基苯磺酸钠、聚氧丙烯‑聚氧乙烯嵌段共聚物中的至少一种；所述金属保护剂包括山梨酸盐、苯甲酸盐、醋酸氯乙啶、甲基苯并三氮唑中的至少一种。该显影液显影速率适中、可控性强、显影分辨率高，且显影后基板的净度高、光刻胶侧壁的垂直度好、对基板无腐蚀。

Description

一种显影液及其制备方法、光刻胶的显影方法

技术领域

本申请涉及显影液技术领域，具体涉及一种显影液及其制备方法、光刻胶的显影方法。

背景技术

在电子元器件的制备过程中，需通过显影处理才能将预设的图案通过光刻胶转移至元件基板上。业界常采用碱性显影液处理光刻胶，碱能与未经固化的光刻胶中的树脂反应，使其形成水溶性的有机聚合物盐，从而除去未经固化的光刻胶，以完成预设图案的转移。但在显影的过程中，随着上述有机物聚合物盐浓度的增加，形成的不溶物会返粘在基板或光刻胶表面，造成膜污，造成局部显影不全、显影精度低等问题。但显影液中的碱也会对基板中的金属造成腐蚀。

发明内容

有鉴于此，本申请克服了现有技术中的缺陷，提供了一种显影液及其制备方法、光刻胶的显影方法，该显影液具有合适的显影速率、显影分辨率高，并且显影后基板洁净度高。

具体地，本申请第一方面提供了一种显影液，包括以下重量份的各组分：1-20份的碱，0.01-5份的金属保护剂，0.01-5份的表面活性剂，余量为水；其中，所述表面活性剂包括十二烷基苯磺酸盐、十二烷基硫酸盐、脂肪醇聚氧乙烯醚硫酸盐、重烷基苯磺酸钠、聚氧丙烯-聚氧乙烯嵌段共聚物中的至少一种；所述金属保护剂包括山梨酸盐、苯甲酸盐、醋酸氯乙啶、甲基苯并三氮唑中的至少一种。

该显影液在碱的基础上，还含有特定的表面活性剂和特定的金属保护剂。这些表面活性剂一方面能够改善显影液对光刻胶的浸润速率和渗透能力，另一方面能分散显影过程中光刻胶中的树脂溶解后生成的大量有机聚合物盐，避免了有机聚合物盐的沉积造成的膜污，能够提高显影精度以及显影后基板的洁净度。而山梨酸盐可以作为金属铜的保护剂，醋酸氯乙啶和苯甲酸盐可以为铝的优良保护剂，而甲基苯并三氮唑则对铜、铝、钼等金属均有保护作用，具有普适性。上述金属保护剂与特定的表面活性剂复配后能够分别与带光刻胶的基板中铜、铝、钼等金属材料络合，迅速地在金属材料表面形成较为致密的保护膜，在去除基板上光刻胶的同时，使基板上的金属免受碱性显影液的腐蚀。另外，控制上述金属保护剂在上述范围，可避免其用量不足导致基板上的金属受到腐蚀及避免其用量过多而降低体系中碱的含量，影响显影液的显影效果。

本申请实施方式中，所述表面活性剂包括十二烷基苯磺酸盐、十二烷基硫酸盐、脂肪醇聚氧乙烯醚硫酸盐、重烷基苯磺酸钠中的至少一种和聚氧丙烯-聚氧乙烯嵌段共聚物。其中，十二烷基苯磺酸盐、十二烷基硫酸盐、脂肪醇聚氧乙烯醚硫酸盐、重烷基苯磺酸钠为非离子型表面活性剂，聚氧丙烯-聚氧乙烯嵌段共聚物为非离子型表面活性剂。两种类型的表面活性剂以适度的比例复配后，可提高聚氧丙烯-聚氧乙烯嵌段共聚物的浊点、提升其在体系中的分散性，使得上述显影液具有更好的耐温性能，同时也有利于进一步提高显影液对光刻胶的渗透性。因此，本申请实施方式中控制聚氧丙烯-聚氧乙烯嵌段共聚物在所述表面活性剂中的质量百分数为50-75％。

本申请实施方式中，所述表面活性剂包括脂肪醇聚氧乙烯醚硫酸盐和聚氧丙烯-聚氧乙烯嵌段共聚物。脂肪醇聚氧乙烯醚硫酸盐与聚氧丙烯-聚氧乙烯嵌段共聚物的复配效果更好，更有利于增强显影液的显影效果。

本申请实施方式中，聚氧丙烯-聚氧乙烯嵌段共聚物的分子量为1000-3000。具有合适分子链长度的表面活性剂能够保证显影液的渗透能力。

本申请中，脂肪醇聚氧乙烯醚硫酸盐可以为脂肪醇聚氧乙烯醚硫酸钠、脂肪醇聚氧乙烯醚硫酸铵。十二烷基苯磺酸盐、十二烷基硫酸盐可以为钾盐、铵盐和/或钠盐。

本申请实施方式中，所述金属保护剂包括醋酸氯乙啶、苯甲酸盐中的至少一种和山梨酸盐、甲基苯并三氮唑。进一步地，所述金属保护剂包括山梨酸盐、苯甲酸盐、醋酸氯乙啶和甲基苯并三氮唑。这类组合的金属保护剂的显影液适用于含有铜、铝、钼这些金属材料的基板。此外，山梨酸盐是弱酸强碱盐，溶于水后可以起到缓冲剂的作用，在一定程度上控制显影液中氢氧根的浓度，从而有助于控制显影液对光刻胶溶解的速率。

在一些实施方式中，所述金属保护剂包括山梨酸盐。进一步地，所述金属保护剂包括山梨酸盐和甲基苯并三氮唑。含有上述金属保护剂的显影液更适用于含有金属铜的基板。

在另一些实施方式中，所述金属保护剂包括苯甲酸盐、醋酸氯乙啶中的一种和山梨酸盐。进一步地，包括山梨酸盐和苯甲酸盐、醋酸氯乙啶。含有上述金属保护剂的显影液则更适用于含有金属铝的基板。可根据实际生产需要来选择具体的金属保护剂类型。

本申请中，所述山梨酸盐可以是山梨酸钾、山梨酸钙；苯甲酸盐可以是苯甲酸钠、苯甲酸钾。

本申请中，所述显影液含有1-20份的碱，示例性地，碱的重量份数可以为1份、1.5份、2份、5份、7.5份、10份、12.5份、15份、17.5份、20份。

本申请中，所述蚀刻液含有0.01-5份的金属保护剂，示例性地，金属保护剂的重量份数可以为0.01份、0.02份、0.05份、0.08份、0.1份、0.5份、0.6份、0.75份、1份、2份、3份、4份、5份。

本申请中，所述蚀刻液含有0.01-5份的表面活性剂，示例性地，表面活性剂的重量份数可以为0.01份、0.02份、0.05份、0.08份、0.1份、0.5份、0.6份、0.75份、1份、2份、3份、4份、5份。

本申请实施方式中，所述碱具体可以为氢氧化钠、氢氧化钾、碳酸钠、碳酸氢钠、氨水等无机碱，或者采用四甲基氢氧化铵(TMAH)、三甲基胺、三乙醇胺等有机碱，或者为无机碱和有机碱的混合。不同的碱具有不同的效力，一般情况下，无机碱的显影能力和腐蚀能力均大于有机碱，需要根据实际生产情况中所使用的光刻胶的类型、光刻胶的厚度以及基板中金属的量来进行选择。一些实施方式中，光刻胶的厚度较大(例如，10μm、15μm、20μm、25μm等)，则可以选用显影能力较强的无机碱来制备显影液。

本申请实施方式中，所述金属保护剂与所述表面活性剂的质量比为1：(0.5-1.5)。表面活性剂与金属缓蚀剂之间合适的质量比能够有效提高它们的复配效果，进而保证了对基板中金属的保护效力。

本申请实施方式中，所述金属保护剂与所述碱的质量比为1：(2.5-7.5)。合适的金属保护剂与碱的比例有利于保护基板中的金属，且不会影响显影液的效力。

第二方面，本申请提供了一种显影液的制备方法，包括以下步骤：将碱、金属保护剂、表面活性剂及水按一定比例混合均匀，再经过滤，得到显影液；所述显影液包括以下重量份的各组分：1-20份的碱，0.01-5份的金属保护剂，0.01-5份的表面活性剂，余量为水；其中，所述表面活性剂包括十二烷基苯磺酸盐、十二烷基硫酸盐、脂肪醇聚氧乙烯醚硫酸盐、重烷基苯磺酸钠、聚氧丙烯-聚氧乙烯嵌段共聚物中的至少一种；所述金属保护剂包括山梨酸盐、苯甲酸盐、醋酸氯乙啶、甲基苯并三氮唑中的至少一种。

该制备方法仅通过将各原料进行混合，即可得到显影液，该制备方法工艺简单、生产效率高，适合大规模工业生产。

第三方面，本申请提供了一种光刻胶的显影方法，包括以下步骤：对涂覆有光刻胶的基板进行曝光，采用本申请第一方面提供的显影液或者根据第二方面所述的制备方法制备的显影液对曝光后的光刻胶进行显影。通过显影液将未曝光的光刻胶部分溶解，以除去多余的光刻胶，该处理方法操作简单，适合大规模工业生产。

本申请实施方式中，所述接触包括将曝光后的光刻胶浸泡于显影液中，或者将显影液喷涂/淋洗在曝光后的光刻胶上。可根据实际生产情况进行选择。

本申请实施方式中，所述显影的温度可以为20℃-30℃。合适的温度能够保证显影的分辨率和显影速率。

本申请实施方式中，所述显影的时间可以为10s-150s。合适的时间能够保证显影后基板上无光刻胶残留，且不腐蚀基板。

本申请提供的显影液，其显影速率适中、可控性强、显影分辨率高，且显影后基板的净度高、光刻胶侧壁的垂直度好、对基板无腐蚀。

具体实施方式

下面分多个实施例对本申请技术方案进行详细说明。

实施例1

将氢氧化钠、金属保护剂、表面活性剂以及水按一定比例混合均匀，得到显影液。该显影液包括以下重量份数的各组分：7.5份的氢氧化钠，1份的表面活性剂，1份的金属保护剂。其中，表面活性剂为聚氧丙烯-聚氧乙烯嵌段共聚物和脂肪醇聚氧乙烯醚硫酸钠的混合物；金属保护剂为山梨酸钾、苯甲酸钠、醋酸氯乙啶、甲基苯并三氮唑的混合物，余量为水。

将覆盖有厚度10μm的光刻胶层的基板(该基板上分布有铜、铝以及钼布线)进行曝光，并将曝光后的光刻胶置于上述显影液中浸泡50s。显影后的基板记为S1。

实施例2

实施例2与实施例1的区别为：该显影液包括1份的氢氧化钠，0.01份的表面活性剂，0.01份的金属保护剂。显影后的基板记为S2。

实施例3

实施例3与实施例1的区别为：该显影液包括20份的氢氧化钠，5份的表面活性剂，5份的金属保护剂。显影后的基板记为S3。

实施例4

实施例4与实施例1的区别为：该显影液包括7.5份的氢氧化钠，1.25份的表面活性剂，1.5份的金属保护剂。显影后的基板记为S4。

实施例5

实施例5与实施例1的区别为：该显影液包括7.5份的氢氧化钠，2份的表面活性剂，3份的金属保护剂。显影后的基板记为S5。

实施例6

实施例6实施例1的区别为：该显影液包括7.5份的氢氧化钠，1.5份的表面活性剂，1份的金属保护剂。显影后的基板记为S6。

实施例7

实施例7与实施例1的区别为：所用的碱为四甲基氢氧化铵，且所述基板上光刻胶的厚度为3μm。显影后的基板记为S7。

实施例8

实施例8与实施例1的区别为：表面活性剂为十二烷基苯磺酸钠、十二烷基硫酸钠、脂肪醇聚氧乙烯醚硫酸钠、重烷基苯磺酸钠和聚氧丙烯-聚氧乙烯嵌段共聚物的混合物。显影后的基板记为S8。

实施例9

实施例9与实施例1的区别为：表面活性剂为十二烷基苯磺酸钠、十二烷基硫酸钠、脂肪醇聚氧乙烯醚硫酸钠和重烷基苯磺酸钠的混合物。显影后的基板记为S9。

实施例10

实施例10与实施例1的区别为：所述金属保护剂为山梨酸钾，所述基板中只含有金属铜。显影后的基板记为S10。

实施例11

实施例11与实施例1的区别为：所述金属保护剂为醋酸氯乙啶、苯甲酸钠和山梨酸钾，所述基板中只含有金属铝。显影后的基板记为S11。

为突出本申请实施例的技术方案带来的有益效果，设置以下对比例。

对比例1

对比例1与实施例1的区别为：不含表面活性剂与金属保护剂。显影后的基板记为DS1。

对比例2

对比例2与实施例1的区别为：不含表面活性剂。显影后的基板记为DS2。

利用显微镜对上述各实施例及和对比例制备得到的基板进行观测，结果统计在表1中。

表1 各实施例和对比例制得样品的显微镜观测结果

由表1可知，对比实施例制得的基板S1-S10和对比例制得的基板DS1-DS2的显微镜观测结果，可知采用本申请提供的显影液对光刻胶进行显影处理后，制得的基板的洁净度高，且基板没有出现被腐蚀的现象。

以上所述是本申请的示例性实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请原理的前提下，还可以对其做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也视为本申请的保护范围。

Claims (10)

1.一种显影液，其特征在于，所述显影液包括以下重量份数的各组分：1-20份的碱，0.01-5份的金属保护剂，0.01-5份的表面活性剂，余量为水；其中，所述表面活性剂包括十二烷基苯磺酸盐、十二烷基硫酸盐、脂肪醇聚氧乙烯醚硫酸盐、重烷基苯磺酸钠、聚氧丙烯-聚氧乙烯嵌段共聚物中的至少一种；所述金属保护剂包括山梨酸盐、苯甲酸盐、醋酸氯乙啶、甲基苯并三氮唑中的至少一种。

2.根据权利要求1所述的显影液，其特征在于，所述表面活性剂包括十二烷基苯磺酸盐、十二烷基硫酸盐、脂肪醇聚氧乙烯醚硫酸盐、重烷基苯磺酸钠中的至少一种和聚氧丙烯-聚氧乙烯嵌段共聚物。

3.根据权利要求1所述的显影液，其特征在于，所述表面活性剂包括脂肪醇聚氧乙烯醚硫酸盐和聚氧丙烯-聚氧乙烯嵌段共聚物。

4.根据权利要求2或3所述的显影液，其特征在于，所述聚氧丙烯-聚氧乙烯嵌段共聚物在所述表面活性剂中的质量百分数为50-75％。

5.根据权利要求1-3任一项所述的显影液，其特征在于，所述金属保护剂与所述表面活性剂的质量比为1：(0.5-1.5)。

6.根据权利要求1-3任一项所述的显影液，其特征在于，所述金属保护剂与所述碱的质量比为1：(2.5-7.5)。

7.根据权利要求1所述的显影液，其特征在于，所述聚氧丙烯-聚氧乙烯嵌段共聚物的分子量为1000-3000。

8.一种显影液的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

将碱、金属保护剂、表面活性剂及水按一定比例混合均匀，再经过滤，得到显影液；所述显影液包括以下重量份的各组分：1-20份的碱，0.01-5份的金属保护剂，0.01-5份的表面活性剂，余量为水；其中，所述表面活性剂包括十二烷基苯磺酸盐、十二烷基硫酸盐、脂肪醇聚氧乙烯醚硫酸盐、重烷基苯磺酸钠、聚氧丙烯-聚氧乙烯嵌段共聚物中的至少一种；所述金属保护剂包括山梨酸盐、苯甲酸盐、醋酸氯乙啶、甲基苯并三氮唑中的至少一种。

9.一种光刻胶的显影方法，其特征在于，包括以下步骤：

对涂覆有光刻胶的基板进行曝光，采用根据权利要求1-7任一项所述的蚀刻液或者根据权利要求8所述的制备方法制备的显影液对曝光后的光刻胶进行显影。

10.根据权利要求8所述的显影方法，其特征在于，所述显影的条件为：在20℃-30℃下，处理10s-150s。