TWI396040B - 抗光蝕組成物 - Google Patents

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Description

抗光蝕組成物
本發明係有關於一種抗光蝕組成物,更詳而言之係有關於一種抗光蝕組成物,其塗佈均勻性優異,具有優越的抑制塗佈後斑點之能力,可輕易地被使用在實際產業現場,在大量生產時藉使用量的降低及大量生產時間的減少等效果,俾改變使之成為良好的作業環境者。
如同液晶顯示裝置電路或半導體積體電路,為了形成細微之電路圖案,首先朝業已形成在基板上之絕緣膜或導電性金屬膜均勻地塗層或塗佈抗光蝕組成物,且以具有預定形狀之光罩為中介,對業經塗層之抗光蝕組成物曝光並顯影,形成預期形狀之圖案。之後,使用形成有前述圖案之抗光蝕膜作為遮蔽,對金屬膜或絕緣膜進行蝕刻後除去殘留的抗光蝕膜,即於基板上形成細微電路。
前述塗層或塗佈一般是利用旋轉塗佈方式或縫隙(slit)塗佈方式。前述塗佈方式係具有可形成均勻抗光蝕膜之長處,塗佈均勻性係指:顯示所塗佈之抗光蝕(光阻)的厚度將以如何的均勻厚度覆蓋在整個基板上之程度,塗佈均勻性愈高,愈能在之後的製程中確保物性的安全性,因此欲形成一層均勻且無斑點(不均)之抗光蝕膜時,適用有多種溶媒。
抗光蝕組成物一般包含有高分子樹脂、感光性化合物及溶媒,以往已有很多提案,藉以改良利用抗光蝕組成物所形成之抗光蝕膜的塗佈均勻度、感光速度、顯影對比、圖像解析度、及人體安全性。
具體而言,下列專利文獻1係揭示一種使用,即使用兩個酚甲醛清漆(phenol formaldehyde novolak)樹脂之混合物及典型的感光性化合物者,下列專利文獻2是揭示有一種技術,即,為增加感光速度,而在酚類樹脂及萘醌二疊氮感光劑中添加有機酸環酐(cyclic anhydride)者,下列專利文獻3則是揭示有一種使用,即,為增加塗佈均勻性及感光速度且提昇人體安全性,而使用酚醛清漆樹脂、鄰醌二疊氮感光性化合物及作為溶媒之丙二醇烷基醚乙酸酯者。
又,為了提昇液晶顯示裝置用抗光蝕組成物之物性及作業穩定性,還開發出多種用於旋轉塗佈方式之溶媒,舉例而言諸如有:乙二醇單乙基醚乙酸酯、丙二醇單乙基醚乙酸酯、乳酸乙酯等等。惟,使用乙二醇單乙基醚乙酸酯時,已有報告指出對於人體安全性有強烈的副作用,使用丙二醇單乙基醚乙酸酯時,則有諸如TFT-LCD之大型基板在烘烤步驟後有針跡(pin mark)產生之不良以及單獨作為溶媒時使得平坦化特性降低等問題發生,又,使用乳酸乙酯時,亦有組成物對於基板之黏著力不佳,難以進行均勻的塗層等問題存在。
又,採用縫隙塗佈方式時,由於沒有習知旋轉塗佈方式之離心力的作用,所以為了獲得均勻塗佈特性,勢必使用平坦性優異之溶媒。
因此,在不犧牲塗佈均勻性、塗佈不均特性、感光速度、殘膜率、顯影對比、圖像解析度、高分子樹脂之溶解度、與基板之黏著力、電路線寬均一度等之抗光蝕組成物之較佳特性中任一特性之狀態下,仍持續有研究開發出可配合各種產業製程之抗光蝕組成物之需求。
[專利文獻1]美國專利第3,666,473號[專利文獻2]美國專利第4,115,128號[專利文獻3]美國專利第4,550,069號
為解決如此習知技藝之問題點,本發明之目的係於提供一種抗光蝕組成物、及使用該組成物之液晶顯示裝置或半導體元件之製造方法,該抗光蝕組成物同時具有優異之塗佈均勻性、塗佈不均特性、感光速度、殘膜率、顯影對比、圖像解析度、高分子樹脂之溶解度、與基板之黏著力、及電路線寬均一度者。
本發明之另一目的係提供一種抗光蝕組成物及使用該組成物之液晶顯示裝置或半導體元件之製造方法,該抗光蝕組成物係具有優異之縫隙塗佈後之塗佈均勻性,且抑制塗佈後斑點(塗佈不均)之能力優越,可輕易地被使用在實際產業現場,藉於大量生產時使用量的降低及大量生產時間的減少等效果,俾改變以使之成為良好的作業環境者。
為達成前述目的,本發明係提供一種抗光蝕組成物,其特徵係於包含有:(a)酚醛清漆樹脂;(b)二疊氮系化合物;及(c)溶媒,係含有丙二醇甲基醚乙酸酯(propylene glycol methyl ether acetate;PGMEA)及三甲基丙烷二醇單異丁酸酯(2,2,4-trimethyl-1,3-penthanediolmonoiso butylate;TMPMB)。
本發明尤以包含有:前述(a)酚醛清漆樹脂5重量%至30重量%;前述(b)二疊氮系化合物2重量%至10重量%;及,前述(c)溶媒60重量%至90重量%,該溶媒係含有丙二醇甲基醚乙酸酯及三甲基丙烷二醇單異丁酸酯者為佳。
又,本發明係提供一種方法,即,利用前述抗光蝕組成物以製造液晶顯示裝置或半導體元件者。
依本發明之抗光蝕組成物及利用該抗光蝕組成物之液晶顯示裝置及半導體元件之製造方法係特別適於使用縫隙塗佈方式之液晶顯示裝置之製造者,其同時具有優異之塗佈均勻性、塗佈不均特性、感光速度、殘膜率、顯影對比、圖像解析度、高分子樹脂之溶解度、與基板之黏著力、及電路線寬均一度之長處,可輕易地被使用在實際產業現場,並具有一優點,即:藉於大量生產時使用量的降低及大量生產時間的減少等效果,俾改變以使之成為良好的作業環境者。
以下詳細說明本發明。
本發明之抗光蝕組成物之特徵係於包含有:(a)酚醛清漆樹脂;(b)二疊氮系化合物;及,(c)溶媒,係含有丙二醇甲基醚乙酸酯(propylene glycol methyl ether acetate、PGMEA)及三甲基丙烷二醇單異丁酸酯(2,2,4-trimethyl-1,3-penthanediolmonoisobutylate;TMPMB)。
抗光蝕組成物中所使用之高分子樹脂係於該領域中已知有各種種類。本發明所使用之高分子樹脂係前述(a)酚醛清漆樹脂,該酚醛清漆樹脂係芳香族醇類(間甲酚或是對甲酚等等)與甲醛反應合成之高分子聚合物,尤其使用一使間甲酚及對甲酚混合而製造成之樹脂為佳,間甲酚及對甲酚之混合比例為40重量份至60重量份:60重量份至40重量份者。在前述範圍內時,可預防因間甲酚含量超過對甲酚含量所造成之感光速度增加與殘膜率急遽降低之問題點,且可解決因對甲酚含量過量時造成感光速度降低之問題點,又,可防止圖案在硬烤(hard-bake)步驟後受熱而流動(flow)者。進而,前述間甲酚:對甲酚之比例尤以50重量份:50重量份者為佳。
前述(a)酚醛清漆樹脂係於本發明之抗光蝕組成物中,以含有5重量%至30重量%者為宜。前述酚醛清漆樹脂含量若未滿5重量%時,則抗光蝕組成物黏度非常低,而有難以塗佈成預期厚度之問題點,前述酚醛清漆樹脂含量若超過30重量%時,則使抗光蝕組成物黏度過高,而有基板難以均勻塗層之問題存在。
又,本發明中所使用之前述(b)二疊氮系化合物係作為感光性化合物使用者。前述(b)二疊氮系化合物係可由聚羥基二苯甲酮與1,2-萘醌二疊氮-2-重氮基-1-萘酚-5-磺酸等二疊氮系化合物反應製造而成者。
前述二疊氮系化合物係可單獨或混合:以三羥基二苯甲酮與2-重氮基-1-萘酚-5-磺酸經酯化反應製造而成之2,3,4-三羥基二苯甲酮-1,2-萘醌二疊氮-5-磺酸酯;及,以四羥基二苯甲酮與2-重氮基-1-萘酚-5-磺酸經酯化反應製造而成之2,3,4,4-四羥基二苯甲酮-1,2-萘醌二疊氮-5-磺酸酯為佳,進而,2,3,4-三羥基二苯甲酮-1,2-萘醌二疊氮-5-磺酸酯及2,3,4,4-四羥基二苯甲酮-1,2-萘醌二疊氮-5-磺酸酯以40重量份至60重量份:60重量份至40重量份者尤佳,最好是以50重量:50重量份之比例混合使用者為宜。
前述(b)二疊氮系化合物係於本發明之抗光蝕組成物中以含有2重量%至10重量%者為宜。前述二疊氮系化合物含量若未滿2重量%時,則有感光速度過快以致於殘膜率極其低落之問題點,若超過10重量%時,則有感光速度過慢之問題存在。
又,本發明之抗光蝕組成物係含有前述(c)溶媒,該溶媒係含有丙二醇甲基醚乙酸酯(propylene glycol methyl ether acetate,以下簡稱“PGMEA”)及三甲基丙烷二醇單異丁酸酯(2,2,4-trimethyl-1,3-penthanediolmonoisobutylate;以下簡稱“TMPMB”)。
前述PGMEA與TMPMB係以60重量份至95重量份:5重量份至40重量份之比例混合者為佳,尤以80重量份:20重量份之比例混合者為宜。PGMEA含量係於前述範圍內時,可同時解決縫隙塗佈後流動性變慢以致塗佈均勻度降低之問題點與縫隙塗佈後溶媒揮發度降低而無法形成穩定的抗光蝕膜之問題點。
又,於本發明所使用之溶媒中之前述PGMEA亦可與乳酸乙酯(EL)、甲基甲氧基丙酸酯(MMP)、或丙二醇甲醚(PGME)等混合使用。此時,將前述PGMEA與乳酸乙酯(EL)、甲基甲氧基丙酸酯(MMP)、或丙二醇甲醚(PGME)等混合時,PGMEA含量最起碼要含有50重量%以上,則有利於表面之塗佈均勻性與防止斑點(不均)。
本發明之抗光蝕組成物中,前述(c)溶媒係使用於不包括前述樹脂與感光劑在內之剩餘量,以含有60重量%至90重量%者為佳。前述溶媒含量係於前述範圍內時,則縫隙塗佈後之塗佈均勻性與塗佈斑點(不均)特性尤佳。
由如前述成分構成之本發明液晶顯示裝置電路用之抗光蝕組成物,因應必要,當然可進而含有通常的著色劑、染料、抗磨痕劑、可塑劑、黏著促進劑、速度增進劑或界面活性劑等之添加劑,藉使之作為通常添加劑時使用之含量而塗覆於基板上,即可謀求提昇依個別步驟特性所得到之功能者。
又,本發明係提供一種利用前述抗光蝕組成物之液晶顯示裝置或半導體元件之製造方法,該利用前述抗光蝕組成物製造液晶顯示裝置或半導體元件之通常方法中係以使用前述本發明之抗光蝕組成物為特徵所在。
具體而言,在液晶顯示裝置中可使用以下方法。首先,以縫隙塗佈方式將前述本發明之抗光蝕組成物塗佈在基板上。此時,前述抗光蝕組溶液之固態含量依縫隙塗佈裝置種類與方法可作適當之變化,俾能形成預期厚度之覆蓋物。
前述基板係可使用矽、鋁、二氧化矽、業經摻雜之二氧化矽、氮化矽、鉭(Ta)、銅、聚矽、陶瓷、鋁/銅混合物或各種聚合性樹脂等等所構成之物。
藉前述方法而塗層在基板上之抗光蝕組成物係於除去殘留溶媒時,可執行一在小於常壓之減壓條件下維持一定時間之減壓乾燥(vaccum drying)步驟。
其次,可執行以溫度20℃至130℃加熱之軟烤(soft bake)步驟。前述熱處理係為了進行溶媒蒸發而不使液晶顯示裝置電路用之抗光蝕組成物中的固態成分做熱分解而實施者。一般而言,宜藉軟烤步驟,使溶媒濃度呈最低狀態,因此,如此熱處理係宜進行到使大部分溶媒蒸發,在基板上有厚度在2μm以下之液晶顯示裝置電路用抗光蝕組成物之塗層薄膜殘留者。
其次,利用適當的光罩或模板等,對形成有抗光蝕膜之基板進行曝光,形成預定形態之圖案,其中曝光所使用之光係以紫外線者為佳。將按此曝光後之基板充分地浸泡在鹼性顯影水溶液後,放置至業經曝光之部位上的抗光蝕膜全部或幾乎大部分被溶解為止。此時,前述顯影水溶液係使用含有氫氧化物、氫氧化銨或是氫氧化四甲基銨(tetramethyl ammonium hydroxide)者為佳。
從顯影液取出如前述使業經曝光之部位溶解而去除之基板後,再藉硬烤(hard bake)步驟進行熱處理,俾增進抗光蝕膜之黏著力及耐化學性。如此熱處理係宜以小於抗光蝕膜之軟化點的溫度進行,特別是以在溫度90℃至140℃實施者為佳。
以蝕刻劑或氣體電漿處理如上顯影完畢之基板,對所露出之基板部位進行蝕刻,此時,基板中未露出之部位由抗光蝕膜保護。如前述處理基板後,以適合的去除器(stripper)除去抗光蝕膜,便可在基板上形成細微電路圖案。
依本發明之抗光蝕組成物及前述利用該抗光蝕組成物之液晶顯示裝置及半導體元件之製造方法係特別適於使用縫隙塗佈方式之液晶顯示裝置之製造者,其同時具有優異之塗佈均勻性、塗佈不均特性、感光速度、殘膜率、顯影對比、圖像解析度、高分子樹脂之溶解度、與基板之黏著力、及電路線寬均一度之長處,可輕易地被使用在實際產業現場,並具有一優點,即:藉於大量生產時使用量的降低及大量生產時間的減少等效果,俾改變以使之成為良好的作業環境者。
以下,為了理解本發明,提出理想之實施例,下述實施例僅為本發明之舉例,本發明之範圍並不限於下述實施例。
[實施例]
實施例1 將間甲酚:對甲酚以重量比為4:6混合而成之酚醛清漆樹脂20g、作為感光性化合物之2,3,4,4-四羥基二苯甲酮-1,2-萘醌二疊氮-5-磺酸酯4g,及以丙二醇甲基醚乙酸酯(PGMEA)60g與三甲基丙烷二醇單異丁酸酯(TMPMB)16g混合而成之溶媒均勻混合,製造抗光蝕組成物。
實施例2、比較例1至3 在前述實施例1中除下列表1所示之成分及組成比外,其餘使用與前述實施例1同一方法實施,製造抗光蝕組成物。此時,表1之單位為g。
以一定速度且以縫隙塗佈式而將前述實施例1或2及比較例1至3製造之液晶顯示裝置電路用抗光蝕組成物各自塗佈在0.7T(thickness、0.7mm)之玻璃基板上,以0.6托(Torr)進行減壓乾燥60秒,並以115℃加熱乾燥前述基板90秒,形成厚度1.50μm之薄膜。其次,以下述方法測定前述薄膜厚度均一度與塗佈不均特性,將其結果示於下列表3。
(1)厚度均一度一在大小寬400mm×長400mm之玻璃基板上進行縫隙塗佈且加熱乾燥後測量抗光蝕組成物薄膜之厚度,以橫向20次、縱向15次共300次,測出最大厚度與最小厚度,並依下列式子求出厚度均一度。
厚度均一度=(最大厚度-最小厚度)/(最大厚度+最小厚度)×100
(2)塗佈不均特性-在大小寬400mm×長300mm之玻璃基板上進行縫隙塗佈且加熱乾燥後,在表面觀察用鹵素燈下肉眼觀察抗光蝕組成物薄膜,依橫向紋路程度來評價。此時,對塗佈不均特性之評價基準係如下列表2所示。
由前述表3可確認,與比較例1至比較例3相比,利用藉本發明製造之實施例1或2之抗光蝕組成物來製造抗光蝕膜時具有較優異之塗佈均勻度與斑點(不均)特性。

Claims (7)

  1. 一種抗光蝕組成物,其特徵在於包含有:(a)酚醛清漆樹脂:5重量%至30重量%;(b)二疊氮系化合物:2重量%至10重量%;及(c)溶媒:60重量%至90重量%,係含有丙二醇甲基醚乙酸酯(propylene glycol methyl ether acetate;PGMEA)及三甲基丙烷二醇單異丁酸酯(2,2,4-trimethyl-1,3-penthanediolmono isobutylate;TMPMB);且該(c)溶媒係使丙二醇甲基醚乙酸酯:三甲基丙烷二醇單異丁酸酯以80重量份:20重量份之比例混合而成者。
  2. 如申請專利範圍第1項之抗光蝕組成物,其中該(a)酚醛清漆樹脂係包含有間甲酚及對甲酚;前述間甲酚:對甲酚之比例為40重量份至60重量份:60重量份至40重量份者。
  3. 如申請專利範圍第1項之抗光蝕組成物,其中該(b)二疊氮系化合物係包含有2,3,4-三羥基二苯甲酮-1,2-萘醌二疊氮-5-磺酸酯及2,3,4,4-四羥基二苯甲酮-1,2-萘醌二疊氮-5-磺酸酯;前述2,3,4-三羥基二苯甲酮-1,2-萘醌二疊氮-5-磺酸酯及2,3,4,4-四羥基二苯甲酮-1,2-萘醌二疊氮-5-磺酸酯之比例為40重量份至60重量份:60重量份至40重量份。
  4. 如申請專利範圍第1項之抗光蝕組成物,其中該抗光蝕組成物係更具有一添加劑,該添加劑係選自由著色劑、 染料、抗磨痕劑、可塑劑、黏著促進劑、速度增進劑及界面活性劑所構成之群中之一種以上者。
  5. 如申請專利範圍第1項之抗光蝕組成物,其中該抗光蝕組成物係供作製造液晶顯示裝置電路之用者。
  6. 一種液晶顯示裝置或半導體元件之製造方法,係利用申請專利範圍第1至5項中任一項之抗光蝕組成物者。
  7. 如申請專利範圍第6項之液晶顯示裝置或半導體元件之製造方法,其係用以製造使用縫隙塗佈方式之液晶顯示裝置之電路者。
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