TWI408501B - A positive-type photosensitive resin composition, and a method of forming a pattern using the composition - Google Patents
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Description
本發明係有關一種流延塗佈方式用正型感光性樹脂組成物及使用該組成物形成圖案的方法。特別是提供一種使用在超大型積體電路(以下簡稱VLSI)之半導體集積迴路元件及薄膜電晶體(以下簡稱TFT)之液晶顯示元件製造中,塗佈均勻性佳、感度高、顯影性佳及殘膜率高之流延塗佈方式用正型感光性樹脂組成物及使用該組成物形成圖案的方法。
液晶顯示器在製造上,包括薄膜電晶體(TFT)及彩色濾光片(Color filter),基板大型化一直是必然的趨勢,從所謂尺寸為320mm×400mm的第一代基板,到尺寸為370mm×470mm的第二代基板,到尺寸為550mm×650mm的第三代基板,再演變至尺寸為680mm×880mm~730mm×920mm的第四代基板,其目的就是要降低製造成本。而今後基板之主流尺寸已確定為邊長大於1000mm的第五代以上之基板,例如:960mm×1100mm、1100mm×1250mm、1100mm×1300mm、1500mm×1800mm、1800mm×2000mm等各種尺寸的基板,其生產效益預估較第四代基板高約一倍。
當基板尺寸在550mm×650mm以下時,若以迴轉塗佈方式將TFT迴路或鉻黑色矩陣(Cr black matrix)用之正型感光性樹脂塗佈在基板形成塗膜時,相對於基板之中央部份,該塗膜於基板之周圍的部份有增厚的傾向。同時迴轉塗佈之原料利用率極低,約有90%以上之感光性樹脂材料會於迴轉塗佈時被甩離基板,亦即,使用迴轉塗佈之方式易造成正型感光性樹脂材料之浪費、產能降低。
當基板尺寸放大至730mm×920mm時,為節省單位面積的感光性樹脂材料用量,感光性樹脂之塗佈方式由早期的「迴轉塗佈」改為「流延-迴轉塗佈」。其中「流延-迴轉塗佈」方式係以流延塗佈(slit coating)的方式先將感光性樹脂塗佈於基板上,然後再以迴轉方式讓感光性樹脂均勻分佈在基板上(即流延-迴轉塗佈法,slit-spin process)。此種塗佈方式的優點是感光性樹脂材料的使用量可大幅降低,原材料利用率可由迴轉塗佈方式之10%以下,提高至約20%,不過,基板邊緣殘留極厚之感光性樹脂形成珠粒之缺點仍無法改善,需要設置基板周邊清洗製程清洗感光性樹脂於基板邊緣所形成過厚之珠粒,所以需增加設備投資成本及清洗液購料成本,且影響整體產能。
而當液晶顯示器使用之基板尺寸邊長大於1000mm時,為降低感光性樹脂材料之使用成本,感光性樹脂之塗佈方式已確定改採「非迴轉塗佈」,意即,只以流延塗佈法塗佈感光性樹脂即可,不須再經過前述迴轉塗佈(即所謂不需迴轉塗佈之流延塗佈法,以下簡稱流延塗佈法,spinless process)。例如2002年11月號Display雜誌(日文期刊)於第36頁,提及以流延塗佈生產大型化第五代彩色濾光片基板之製造技術及裝置,又如2002年6月號電子材料雜誌(日文期刊)於第107頁,亦提及流延塗佈裝置應用於平面顯示器之基板的塗佈生產。前述流延塗佈法不需再經迴轉塗佈,其優點為感光性樹脂材料之使用效率為100%,感光性樹脂材料之購料成本可降低,基板邊緣不再殘留極厚之感光性樹脂材料,製造時不須再加設周邊清洗裝置及購買清洗液,故可有效低製造成本。
然而,採用流延塗佈法,卻極易產生塗佈均勻性不佳的問題,特別是近年來,電視、電腦顯示器等影像顯示設備的顯示面積有日益增大的趨勢,此種流延塗佈方式難以確保大型顯示器之畫質均一性。
日本公開特許2004-258099揭露使用兩種不同重量平均分子量的酚醛清漆樹脂與含萘醌二疊氮基之化合物進行混合作為正型感光性樹脂組成物,可於基板上形成良好的圖案,然而,該組成物以流延塗佈方式塗佈於基板上,仍有塗佈不均勻、顯影性不佳、殘膜率低等問題點而未能讓業者所接受。
本發明主要目的在於提供一種流延塗佈方式用正型感光性樹脂組成物及使用該組成物形成圖案的方法。特別是提供一種塗佈均勻性佳、感度高、顯影性佳及殘膜率高之流延塗佈方式用正型感光性樹脂組成物及使用該組成物形成圖案的方法。
本發明係一種流延塗佈方式用正型感光性樹脂組成物,該組成物包含酚醛清漆樹脂(A)、鄰萘醌二疊氮磺酸類之酯化物(B)以及溶劑(C);其中,該酚醛清漆樹脂(A)以凝膠滲透色層分析法測得之分子量分佈,將分子量介於200~120,000之樹脂訊號作積分,以分子量及累積重量百分率繪圖求得積分分子量分佈曲線,分子量介於1,000~3,000的酚醛清漆樹脂佔該酚醛清漆樹脂(A)5~45重量%,分子量30,000以上的酚醛清漆樹脂佔該酚醛清漆樹脂(A)10%重量以下。
本發明係一種使用所述正型感光性樹脂組成物形成圖案的方法,其係將該正型感光性樹脂組成物依序施予預烤、曝光、顯影及後烤處理,據此形成圖案。
本發明係一種薄膜電晶體陣列基板,包含一圖案,其中,該圖案係執行所述形成圖案的方法所形成者。
本發明係一種液晶顯示元件,包含所述之薄膜電晶體陣列基板。
以下逐一對本發明各組成做詳細的說明:
本發明之酚醛清漆樹脂(A),一般係由芳香族羥基化合物及醛(aldehyde)類,在酸性觸媒存在下經縮合反應而得。其中,芳香族羥基化合物之具體例如:苯酚(phenol);間-甲酚(m-cresol)、對-甲酚(p-cresol)、鄰-甲酚(o-cresol)等之甲酚(cresol)類;2,3-二甲苯酚、2,5-二甲苯酚、3,5-二甲苯酚、3,4-二甲苯酚等之二甲酚(xylenol)類;間-乙基苯酚、對-乙基苯酚、鄰-乙基苯酚、2,3,5-三甲基苯酚、2,3,5-三乙基苯酚、4-第三丁基苯酚、3-第三丁基苯酚、2-第三丁基苯酚、2-第三丁基-4-甲基苯酚、2-第三丁基-5-甲基苯酚、6-第三丁基-3-甲基苯酚等之烷基苯酚(alkyl phenol)類;對-甲氧基苯酚、間-甲氧基苯酚、對-乙氧基苯酚、間-乙氧基苯酚、對丙氧基苯酚、間-丙氧基苯酚等之烷氧基苯酚(alkoxy phenol)類;鄰-異丙烯基苯酚、對-異丙烯基苯酚、2-甲基-4-異丙烯基苯酚、2-乙基-4-異丙烯基苯酚等之異丙烯基苯酚(isopropenyl phenol)類;苯基苯酚(phenyl phenol)之芳基苯酚(aryl phenol)類;4,4’-二羥基聯苯、雙酚A、間-苯二酚(resorcinol)、對-苯二酚(hydroquinone)、1,2,3-苯三酚(pyrogallol)等之聚羥基苯(polyhydroxyphenol)類等。上述化合物可單獨一種使用或混合複數種使用。其中,以鄰-甲酚、間-甲酚、對-甲酚、2,5-二甲苯酚、3,5-二甲苯酚、2,3,5-三甲基苯酚等為較佳。
本發明與芳香族羥基化合物縮合反應之醛類的具體例如:甲醛、多聚甲醛(paraformaldehyde)、三聚甲醛(trioxane)、乙醛、丙醛、丁醛、三甲基乙醛、丙烯醛(acrolein)、丁烯醛(crotonaldehyde)、環己醛(cyclo hexanealdehyde)、呋喃甲醛(furfural)、呋喃基丙烯醛(furylacrolein)、苯甲醛、對苯二甲醛(terephthal aldehyde)、苯乙醛、α-苯基丙醛、β-苯基丙醛、鄰-羥基苯甲醛、間-羥基苯甲醛、對-羥基苯甲醛、鄰-甲基苯甲醛、間-甲基苯甲醛、對-甲基苯甲醛、鄰-氯苯甲醛、間-氯苯甲醛、對-氯苯甲醛、肉桂醛等。上述醛類可單獨一種使用或混合複數種使用。其中,以甲醛為較佳。
本發明芳香族羥基化合物及醛類進行縮合反應所使用的酸性觸媒之具體例如:鹽酸、硫酸、甲酸、醋酸、草酸、對甲苯磺酸等。
本發明之酚醛清漆樹脂(A)以凝膠滲透色層分析法測得之分子量分佈,將分子量介於200~120,000之樹脂訊號作積分,以分子量及累積重量分率繪圖求得積分分子量分佈曲線,分子量介於1,000~3,000的酚醛清漆樹脂佔該酚醛清漆樹脂(A)通常為5~45重量%,較佳為10~40重量%,更佳為15~35重量%。分子量為30,000以上的酚醛清漆樹脂佔該酚醛清漆樹脂(A)通常為10重量%以下,較佳為8重量%以下,更佳為6重量%以下。
當酚醛清漆樹脂(A)中,分子量介於1,000~3,000的酚醛清漆樹脂佔該酚醛清漆樹脂(A)5重量%以下,或分子量為30,000以上的酚醛清漆樹脂佔該酚醛清漆樹脂(A)超過10重量%時,所形成之正型感光性樹脂組成物於流延塗佈時,容易發生塗佈不均一之現象,且感度、顯影性不佳;另外,分子量介於1,000~3,000的酚醛清漆樹脂佔該酚醛清漆樹脂(A)45重量%以上時,則容易產生殘膜率降低之問題。
前述酚醛清漆樹脂(A)可使用單一種類之酚醛清漆樹脂,亦可混合兩種或兩種以上不同種類之酚醛清漆樹脂。
本發明正型感光性樹脂組成物的感光性物質,係使用鄰萘醌二疊氮磺酸之酯化物(B),該酯化物(B)沒有特別的限制,可選用經常使用者,其中,較佳者為鄰萘醌二疊氮磺酸與羥基化合物的酯化物,更佳者為鄰萘醌二疊氮磺酸與多元羥基化合物的酯化物,且上述酯化物可完全酯化或部份酯化;該鄰萘醌二疊氮磺酸的具體例為:鄰萘醌二疊氮-4-磺酸、鄰萘醌二疊氮-5-磺酸、鄰萘醌二疊氮-6-磺酸等。前述羥基化合物之種類如下所列。
(一)羥基二苯甲酮類化合物,其具體例如:2,3,4-三羥基二苯甲酮、2,4,4’-三羥基二苯甲酮、2,4,6-三羥基二苯甲酮、2,3,4,4’-四羥基二苯甲酮、2,2’,4,4’-四羥基二苯甲酮、2,3’,4,4’,6-五羥基二苯甲酮、2,2’,3,4,4’-五羥基二苯甲酮、2,2’,3,4,5’-五羥基二苯甲酮、2,3’,4,5,5’-五羥基二苯甲酮、2,3,3’,4,4’,5’-六羥基二苯甲酮等。
(二)一般式(Ⅰ)所表示的羥基芳基化合物
式中R1
~R3
為氫原子或低級之烷基,R4
~R9
為氫原子、鹵素原子、低級之烷基、低級之烷氧基(alkoxy)、低級之脂烯基(alkenyl)以及環烷基(cycloalkyl),R10
及R11
為氫原子、鹵素原子及低級之烷基,x、y及z為1~3的整數,n為0或1。一般式(I)所表示的羥基芳基化合物之具體例如:三(4-羥基苯基)甲烷、雙(4-羥基-3,5-二甲基苯基)-4-羥基苯基甲烷、雙(4-羥基-3,5-二甲基苯基)-3-羥基苯基甲烷、雙(4-羥基-3,5-二甲基苯基)-2-羥基苯基甲烷、雙(4-羥基-2,5-二甲基苯基)-4-羥基苯基甲烷、雙(4-羥基-2,5-二甲基苯基)-3-羥基苯基甲烷、雙(4-羥基-2,5-二甲基苯基)-2-羥基苯基甲烷、雙(4-羥基-3,5-二甲基苯基)-3,4-二羥基苯基甲烷、雙(4-羥基-2,5-二甲基苯基)-3,4-二羥基苯基甲烷、雙(4-羥基-3,5-二甲基苯基)-2,4-二羥基苯基甲烷、雙(4-羥基-2,5-二甲基苯基)-2,4-二羥基苯基甲烷、雙(4-羥基苯基)-3-甲氧基-4-羥基苯基甲烷、雙(3-環己基-4-羥基苯基)-3-羥基苯基甲烷、雙(3-環己基-4-羥基苯基)-2-羥基苯基甲烷、雙(3-環己基-4-羥基苯基)-4-羥基苯基甲烷、雙(3-環己基-4-羥基-6-甲基芳基)-2-羥基苯基甲烷、雙(3-環己基-4-羥基-6-甲基苯基)-3-羥基苯基甲烷、雙(3-環己基-4-羥基-6-甲基苯基)-4-羥基苯基甲烷、雙(3-環己基-4-羥基-6-甲基苯基)-3,4-二羥基苯基甲烷、雙(3-環己基-6-羥基苯基)-3-羥基苯基甲烷、雙(3-環己基-6-羥基苯基)-4-羥基苯基甲烷、雙(3-環己基-6-羥基苯基)-2-羥基苯基甲烷、雙(3-環己基-6-羥基-4-甲基苯基)-2-羥基苯基甲烷、雙(3-環己基-6-羥基-4-甲基苯基)-4-羥基苯基甲烷、雙(3-環己基-6-羥基-4-甲基苯基)-3,4-二羥基苯基甲烷、1-[1-(4-羥基苯基)異丙基]-4-[1,1-雙(4-羥基苯基)乙基]苯、1-[1-(3-甲基-4-羥基苯基)異丙基]-4-[1,1-雙(3-甲基-4-羥基苯基)乙基]苯等。
(三)一般式(Ⅱ)所表示的(羥基苯基)烴類化合物
式中之R12
及R13
為氫原子或低級烷基,x’及y’為1~3的整數。一般式(Ⅱ)所表示的(羥基苯基)烴類之具體例如:2-(2,3,4-三羥基苯基)-2-(2’,3’,4’-三羥基苯基)丙烷、2-(2,4-二羥基苯基)-2-(2’,4’-二羥基苯基)丙烷、2-(4-羥基苯基)-2-(4’-羥基苯基)丙烷、雙(2,3,4-三羥基苯基)甲烷、雙(2,4-二羥基苯基)甲烷等。
(四)其他芳香族羥基化合物,其具體例如:苯酚、對-甲氧基苯酚、二甲基苯酚、對苯二酚、雙酚A、萘酚(naphthol)、鄰苯二酚(pyrocatechol)、1,2,3-苯三酚甲醚(pyrogallol monomethyl ether)、1,2,3-苯三酚-1,3-二甲基醚(pyrogallol-1,3-dimethyl ether)、3,4,5-三羥基苯甲酸(gallic acid)、部份酯化或部份醚化之3,4,5-三羥基苯甲酸等。
前述羥基化合物以2,3,4-三羥基二苯甲酮、2,3,4,4’-四羥氧基二苯甲酮為較佳。前述羥基化合物可單獨使用或混合數種使用。
本發明樹脂組成物中的感光性物質鄰萘醌二疊氮磺酸類之酯化物(B)可使用含有醌二疊氮基的化合物,例如:鄰萘醌二疊氮-4(或5)磺酸鹵鹽與上述(一)~(四)的羥基化合物經過縮合反應完全酯化或部份酯化而得,前述縮合反應通常在二氧雜環己烷(dioxane)、N-吡咯烷酮(N-pyrrolidone)、乙醯胺(acetamide)等有機溶媒中進行,同時在三乙醇胺(triethanolamine)、鹼金屬碳酸鹽或鹼金屬碳酸氫鹽等鹼性縮合劑存在下進行較有利。
此時,基於羥基化合物中之羥基總量100莫耳%,較佳為50莫耳%以上,更佳為60莫耳%以上與鄰萘醌二疊氮-4(或5)-磺酸鹵鹽縮合而成酯化物,亦即酯化度在50%以上為較佳,最好是在60%以上。
基於酚醛清漆樹脂(A)100重量份,本發明之鄰萘醌二疊氮磺酸類之酯化物(B)的使用量通常為1~100重量份,較佳為10~50重量份,更佳為20~40重量份。
本發明所使用之溶劑需選用較易和其他有機成分互相溶解之有機溶劑。
本發明中所使用之溶劑(C)之具體例如:乙二醇單甲基醚、乙二醇單乙基醚、二乙二醇單乙基醚、二乙二醇單正丙基醚、二乙二醇單正丁基醚、三乙二醇單甲基醚、三乙二醇單乙基醚、丙二醇單甲基醚、丙二醇單乙基醚、二丙二醇單甲基醚、二丙二醇單乙基醚、二丙二醇單正丙基醚、二丙二醇單正丁基醚、三丙二醇單甲基醚、三丙二醇單乙基醚等之(聚)亞烷基二醇單烷醚類;乙二醇單甲基醚醋酸酯、乙二醇單乙基醚醋酸酯、丙二醇單甲基醚醋酸酯、丙二醇單乙基醚醋酸酯等之(聚)亞烷基二醇單烷醚醋酸酯類;二乙二醇二甲基醚、二乙二醇甲基乙基醚、二乙二醇二乙基醚、四氫呋喃等之其他醚類;甲乙酮、環己酮、2-庚酮、3-庚酮等之酮類;2-羥基丙酸甲酯、2-羥基丙酸乙酯等乳酸烷酯類;2-羥基-2-甲基丙酸甲酯、2-羥基-2-甲基丙酸乙酯、3-甲氧基丙酸甲酯、3-甲氧基丙酸乙酯、3-乙氧基丙酸甲酯、3-乙氧基丙酸乙酯、乙氧基醋酸乙酯、羥基醋酸乙酯、2-羥基-3-甲基丁酸甲酯、3-甲基-3-甲氧基丁基醋酸酯、3-甲基-3-甲氧基丁基丙酸酯、醋酸乙酯、醋酸正丙酯、醋酸異丙酯、醋酸正丁酯、醋酸異丁酯、醋酸正戊酯、醋酸異戊酯、丙酸正丁酯、丁酸乙酯、丁酸正丙酯、丁酸異丙酯、丁酸正丁酯、丙酮酸甲酯、丙酮酸乙酯、丙酮酸正丙酯、乙醯醋酸甲酯、乙醯醋酸乙酯、2-氧基丁酸乙酯等之其他酯類;甲苯、二甲苯等之芳香族烴類;N-甲基吡咯烷酮、N,N-二甲基甲醯胺、N,N-二甲基乙醯胺等之羧酸胺類。前述溶劑可單獨使用一種或混合複數種使用。其中,以丙二醇單甲基醚醋酸酯以及乳酸乙酯為較佳。
基於酚醛清漆樹脂(A)100重量份,本發明感光性樹脂組成物之溶劑(C)的使用量通常為700~2,000重量份,較佳為800~1,800重量份,更佳為900~1,600重量份。
本發明之正型感光性樹脂組成物,可進一步添加芳香族羥基化合物,藉以調整組成物之感度或黏度。適合於本發明之芳香族羥基化合物的具體例如:TPPA-1000P、TPPA-100-2C、TPPA-1100-3C、TPPA-1100-4C、TPPA-1200-24X、TPPA-1200-26X、TPPA-1300-235T、TPPA-1600-3M6C、TPPA-MF等市售品(日本本州化學工業製),其中,以TPPA-600-3M6C、TPPA-MF為較佳,前述芳香族羥基化合物可單獨一種使用或者混合複數種使用。基於酚醛清漆樹脂(A)100重量份,芳香族羥基化合物之使用量通常為0~20重量份,較佳為0.5~18重量份,更佳為1.0~15重量份。
本發明之正型感光性樹脂組成物,可進一步視需要添加密著助劑、表面平坦劑、稀釋劑及相容性佳之染料。
本發明之密著助劑包含三聚氰胺(melamine)化合物、矽烷系(silane)化合物,其作用在於增加正型感光性樹脂組成物與附著基板間的密著性。其中,三聚氰胺之具體例如:Cymel-300、Cymel-303(三井化學製)、MW-30MH、MW-30、MS-11、MS-001、MX-750、MX-706(三和化學製)等市售品。而矽烷系化合物之具體例如:乙烯基三甲氧基矽烷、乙烯基三乙氧基矽烷、3-(甲基)丙烯醯氧基丙基三甲氧基矽烷、乙烯基三(2-甲氧基乙氧基)矽烷、N-(2-氨基乙基)-3-氨基丙基甲基二甲氧基矽烷、N-(2-氨基乙基)-3-氨基丙基三甲氧基矽烷、3-氨基丙基三乙氧基矽烷、3-環氧丙氧基丙基三甲氧基矽烷、3-環氧丙氧基丙基甲基二甲氧基矽烷、2-(3,4-環氧環己基)乙基三甲氧基矽烷、3-氯丙基甲基二甲氧基矽烷、3-氯丙基三甲氧基矽烷、3-甲基丙烯氧基丙基三甲氧基矽烷、3-硫醇基丙基三甲氧基矽烷、雙-1,2-(三甲氧基矽基)乙烷等。基於酚醛清漆樹脂(A)100重量份,三聚氰胺化合物之密著助劑的使用量通常為0~20重量份,較佳為0.5~18重量份,更佳為1.0~15重量份;矽烷系化合物之密著助劑的使用量通常為0~2重量份,較佳為0.001~1重量份,更佳為0.005~0.8重量份。
本發明之表面平坦劑包含氟系界面活性劑、矽系界面活性劑。其中,氟系界面活性劑之具體例如:Flourate FC-430、FC-431(3M製),F-top EF122A、122B、122C、126、BL20(Tochem product製)等市售品。而矽系界面活性劑之具體例如:SF8427、SH29PA(Toray Dow Corning Silicon製)等市售品。基於酚醛清漆樹脂(A)100重量份,上述界面活性劑之使用量通常為0~1.2重量份,較佳為0.025~1.0重量份,更佳為0.050~0.8重量份。
適合於本發明之稀釋劑如RE801、RE802(帝國Ink製)等市售品。
適合於本發明之相容性佳之染料的具體例如:薑黃素(curcumin)、香豆素(coumarin)系、偶氮(azo)染料等,此外,本發明亦可依需要再添加其他的添加劑,例如:可塑劑、安定劑等。
本發明之正型感光性樹脂組成物為將酚醛清漆樹脂(A)、鄰萘醌二疊氮磺酸類之酯化物(B)及溶劑(C)於攪拌器中攪拌,使其均勻混合成溶液狀態,必要時可添加密著助劑、界面活性劑、稀釋劑、相容性佳之染料、可塑劑、安定劑等添加劑。
本發明使用前述正型感光性樹脂組成物形成圖案的方法是以流延塗佈的方式,將該感光性樹脂組成物塗佈在基板上,並於塗佈後以預烤(pre-bake)方式將溶劑去除而形成一預烤塗膜。其中,預烤之條件,依各成分之種類、配合比率而異,通常為溫度在70~110℃間,進行1~15分鐘。
預烤後,將該塗膜於指定之光罩下進行曝光,然後於23±2℃的溫度下浸漬於顯影液中,歷時15秒~5分鐘,藉此將不要之部分除去而形成特定的圖案。曝光所使用之光線,以g線、h線、i線等紫外線為佳,而紫外線照射裝置可為(超)高壓水銀燈及金屬鹵素燈。
本發明所使用顯影液的具體例如:氫氧化鈉、氫氧化鉀、碳酸鈉、碳酸氫鈉、碳酸鉀、碳酸氫鉀、矽酸鈉、甲基矽酸鈉、氨水、乙胺、二乙胺、二甲基乙醇胺、氫氧化四甲胺、氫氧化四乙銨、膽鹼、吡咯、哌啶及1,8-二氮雜二環-[5,4,0]-7-十一烯等之鹼性化合物。
較佳地,顯影液的濃度是介於0.001重量%~10重量%之間,更佳地是介於0.005重量%~5重量%之間,又更佳地是介於0.01重量%~1重量%之間。
使用前述鹼性化合物所構成之顯影液時,通常於顯影後以水洗淨,再以壓縮空氣或壓縮氮氣風乾。接著,使用熱板或烘箱等加熱裝置進行後烤(post-bake)處理。後烤溫度通常為100~250℃,其中,使用熱板之加熱時間為1分鐘~60分鐘,使用烘箱之加熱時間為5分鐘~90分鐘。經過以上之處理步驟後即可於基板形成圖案。
本發明之薄膜電晶體陣列基板(簡稱TFT陣列基板)之製造方法,乃根據上述形成圖案的方法而構成。亦即,將本發明之正型感光性樹脂組成物以流延塗佈方式塗佈於一含有鋁、鉻、氮化矽或非結晶矽等之薄膜的玻璃基板或塑膠基板上而形成一正型光阻劑層,接著經過預烤、曝光、顯影及後烤處理之後,進行蝕刻及光阻剝離,重複上述步驟即可製得一含多數薄膜電晶體或電極之薄膜電晶體陣列基板。
在此,參照圖一對LCD用TFT陣列基板加以說明。
圖一係例示LCD用TFT基板的剖視示意圖。(1)首先,於玻璃基板101上的鋁薄膜等處設置閘極102a及儲存電容Cs電極102b。(2)其次,於閘極102a上覆蓋氧化矽膜(SiOx)103或氮化矽膜(SiNx)104等而形成絕緣膜,並於此絕緣膜上,(3)形成作為半導體活性層的非結晶矽層(a-Si)105。(4)接著,為了降低接面阻抗設置了摻雜N+不純物的非結晶矽層106。(5)然後,使用鋁等金屬形成集極107a及源極107b,該集極107a連接於資料訊號線上,而源極107b則連接於畫素電極(或子畫素電極)109上。(6)最後,為保護半導體層(a-Si層)、集極或源極等,設置氮化矽膜等之保護膜108。
本發明之液晶顯示元件,包含了上述的本發明之TFT陣列基板,其乃根據本發明之圖案形成方法而構成者。另外,依需要亦可含有其他的部材。
上述液晶顯示元件的基本構成形態之具體例如:(1)將TFT等之驅動元件與畫素電極(導電層)經排列所形成的上述本發明之TFT陣列基板(驅動基板),與由彩色濾光片及對電極(導電層)所構成的彩色濾光片基板間介入間隔體並且對向配置,最後於間隙部份封入液晶材料而構成。或者,(2)將於上述本發明之TFT陣列基板上直接形成彩光濾光片之彩色濾光片一體型TFT陣列基板,與配置了對電極(導電層)之對向基板間介入間隔體並且對向配置,最後於間隙部份封入液晶材料而構成等。
上述導電層之具體例如:ITO膜;鋁、鋅、銅、鐵、鎳、鉻、鉬等之金屬膜;二氧化矽等之金屬氧化膜等。其中,以具透明性的膜層為較佳,又以ITO膜為最佳。
上述本發明之TFT陣列基板、彩色濾光片基板及對向基板等所使用之基材,其具體例如:鈉鈣玻璃、低膨脹玻璃、無鹼玻璃、石英玻璃等之公知的玻璃,另外,也可採用由塑膠膜等構成的基板。
本發明將就以下實施例來作進一步說明,但應瞭解的是,該等實施例僅為例示說明之用,而不應被解釋為本發明實施之限制。
在一容積1000毫升之四頸錐瓶上設置氮氣入口、攪拌器、加熱器、冷凝管及溫度計,導入氮氣後添加間-甲酚64.89g(0.6莫耳)、對-甲酚43.26g(0.4莫耳)、37重量%之甲醛水溶液48.69g(0.6莫耳)及草酸1.80g(0.02莫耳)。緩慢攪拌使反應溶液昇溫至100℃,並於此溫度下聚合5小時。然後,將反應溶液昇溫至180℃,以10mmHg之壓力進行減壓乾燥,將溶劑脫揮後可得酚醛清漆樹脂(A-1)。該酚醛清漆樹脂(A-1)以凝膠滲透色層分析法測得分子量分佈,其結果如表2所示。
合成例2至4是以合成例1相同的步驟分別製備酚醛清漆樹脂(A-2)~(A-4),不同的地方在於:改變原料的種類及其使用量,以及合成之反應條件如表1所示。酚醛清漆樹脂(A-2)~(A-4)以凝膠滲透色層分析法測得分子量分佈,其結果如表2所示。
將酚類二聚體含量約4.0%之甲酚酚醛清漆樹脂(TO-547,住友BAKELITE製)50重量份與酚類二聚體含量約6.0%之甲酚酚醛清漆樹脂(GTR-M2,群榮化學社製)50重量份溶於溶劑丙二醇單甲基醚醋酸酯300重量份,於室溫下持續攪拌至完全溶解,接著將溶劑脫揮後可得酚醛清漆樹脂(A-5)。所得酚醛清漆樹脂(A-5)以凝膠滲透色層分析法測得分子量分佈,其結果如表2所示。
將合成例1所得酚醛清漆樹脂(A-1)100重量份溶於溶劑丙二醇單甲基醚醋酸酯300重量份,於室溫下持續攪拌至完全溶解形成均勻溶液。接著加入丙酮100重量份,同時持續攪拌30分鐘後,過濾取出沉澱物,將溶液中之溶劑脫揮後,可得酚醛清漆樹脂(A-6)。所得酚醛清漆樹脂(A-6)以凝膠滲透色層分析法測得分子量分佈,其結果如表2所示。
將合成例2所得酚醛清漆樹脂(A-2)100重量份溶於溶劑丙二醇單甲基醚醋酸酯300重量份,於室溫下持續攪拌至完全溶解形成均勻溶液。接著加入異丙苯150重量份,同時持續攪拌30分鐘後,過濾取出沉澱物,將溶液中之溶劑脫揮後,可得精製之酚醛清漆樹脂,再將該酚醛清漆樹脂溶於溶劑丙二醇單甲基醚醋酸酯250重量份中,於室溫下持續攪拌至完全溶解形成均勻溶液。接著加入丙酮70重量份,同時持續攪拌30分鐘後,過濾取出沉澱物,將溶液中之溶劑脫揮後,可得酚醛清漆樹脂(A-7)。所得酚醛清漆樹脂(A-7)以凝膠滲透色層分析法測得分子量分佈,其結果如表2所示。
將合成例3所得酚醛清漆樹脂(A-3)100重量份溶於溶劑丙二醇單甲基醚醋酸酯300重量份,於室溫下持續攪拌至完全溶解形成均勻溶液。接著加入丙酮150重量份,同時持續攪拌30分鐘後,過濾取出沉澱物,將溶液中之溶劑脫揮後,可得精製之酚醛清漆樹脂,再將該酚醛清漆樹脂溶於溶劑丙二醇單甲基醚醋酸酯250重量份中,於室溫下持續攪拌至完全溶解形成均勻溶液。接著加入丙酮100重量份,同時持續攪拌30分鐘後,過濾取出沉澱物,將溶液中之溶劑脫揮後,可得酚醛清漆樹脂(A-8)。所得酚醛清漆樹脂(A-8)以凝膠滲透色層分析法測得分子量分佈,其結果如表2所示。
將合成例4所得酚醛清漆樹脂(A-4)100重量份溶於溶劑丙二醇單甲基醚醋酸酯300重量份,於室溫下持續攪拌至完全溶解形成均勻溶液。接著加入乙醇180重量份,同時持續攪拌30分鐘後,過濾取出沉澱物,將溶液中之溶劑脫揮後,可得精製之酚醛清漆樹脂,再將該酚醛清漆樹脂溶於溶劑丙二醇單甲基醚醋酸酯250重量份,於室溫下持續攪拌至完全溶解形成均勻溶液。接著加入異丙苯100重量份,同時持續攪拌30分鐘後,過濾取出沉澱物,將溶液中之溶劑脫揮後,可得酚醛清漆樹脂(A-9)。所得酚醛清漆樹脂(A-9)以凝膠滲透色層分析法測得分子量分佈,其結果如表2所示。
將合成例1所得酚醛清漆樹脂(A-1)100重量份溶於溶劑丙二醇單甲基醚醋酸酯300重量份,於室溫下持續攪拌至完全溶解形成均勻溶液。接著加入乙苯100重量份,同時持續攪拌30分鐘後,過濾取出沉澱物,將溶液中之溶劑脫揮後,可得精製之酚醛清漆樹脂,再將該酚醛清漆樹脂溶於溶劑丙二醇單甲基醚醋酸酯250重量份中,於室溫下持續攪拌至完全溶解形成均勻溶液。接著加入丙酮100重量份,同時持續攪拌30分鐘後,過濾取出沉澱物,將溶液中之溶劑脫揮後,可得再精製之酚醛清漆樹脂,再將該再精製之酚醛清漆樹脂溶於溶劑丙二醇單甲基醚醋酸酯200重量份,於室溫下持續攪拌至完全溶解形成均勻溶液。最後加入異丙苯80重量份,同時持續攪拌30分鐘後,過濾取出沉澱物,將溶液中之溶劑脫揮後,可得酚醛清漆樹脂(A-10)。所得酚醛清漆樹脂(A-10)以凝膠滲透色層分析法測得分子量分佈,其結果如表2所示。
將100重量份的酚醛清漆樹脂(A-6)、25重量份的2,3,4-三羥基二苯甲酮與1,2-萘醌二疊氮-5-磺酸之酯化物(B-1)(平均酯化度為85%)、10重量份的2,3,4,4’-四羥基二苯甲酮與1,2-萘醌二疊氮-5-磺酸之酯化物(B-2)(平均酯化度85%)所組成的混合物,加入1200重量份的丙二醇單甲基醚醋酸酯的溶劑(C-1)中,以搖動式攪拌器攪拌使該混合物溶解於溶劑中,進行聚合反應3小時,即可製得本發明的正型感光性樹脂組成物。以下記之各評價項目進行評價,所得結果如表3所示。
相同於實施例1的操作方法,不同的地方在於:改變原料的種類及其使用量,其配方及評價結果如表3所示。
相同於實施例1的操作方法,不同的地方在於:改變原料的種類及其使用量,其配方及評價結果如表3所示。
使用凝膠滲透色層分析法(GPC),並依以下的條件測定酚醛清漆樹脂(A)的分子量分佈(molecular weight distribution)。其中,於GPC的測定範圍中,將分子量介於200~120,000之樹脂訊號(intensity)作積分,以分子量為橫軸及累積重量百分率為縱軸繪圖,可求得積分分子量分佈曲線(integral molecular weight distribution curve)如圖二所示。分別計算出該酚醛清漆樹脂(A)中,分子量介於1,000~3,000,以及分子量大於30,000的酚醛清漆樹脂,分別佔該酚醛清漆樹脂(A)的重量百分率(重量%)。
裝置:717 plus(Waters製)
管柱:79911GP-501、79911GP-502、79911GP-503、79911GP-504(Agilent Technologies製)
檢出器:2414 RI Detector(Waters製)
移動相:四氫呋喃
流量:1.0 mL/min
注射量:100 μL
測定溫度:40℃
測定時間:60分鐘
分子量標準:聚苯乙烯
將感光性樹脂組成物以流延塗佈的方式,塗佈在1100mm×960mm之大型玻璃基板上,然後於110℃溫度下預烤90秒鐘,形成預烤塗膜。接著以Tencor α-step觸針式測定儀量測膜厚;測定點分佈如圖三所示,其中,玻璃基板21沿x軸方向的長度為960nm,沿y軸方向的長度為1100nm,令該基板21於x=0的一端為開始端22,該基板21相對於該開始端22的另一端為末端23,正型感光性樹脂組成物的流延塗佈方向係自該開始端22平行於x軸指向該末端23。
令FT(avg)係(x,y)座標為:(240,275)、(480,275)、(720,275)、(240,550)、(480,550)、(720,550)、(240,825)、(480,825)、(720,825)共9個測定點24所測得膜厚之平均值。
FT(x,y)max
為前述9個測定點24,所測得膜厚之最大值。
FT(x,y)min
為前述9個測定點24,所測得膜厚之最小值。
塗佈均勻性可以下列公式判斷:
○:U<3%
△:3%≦U≦5%
╳:U>5%
將評價項目<塗佈均勻性>中所得之預烤塗膜於指定之光罩下,以紫外光(曝光機型號為AG500-4N;M&R Nano Technology製)10mJ/cm2
的光量照射後,接著將塗膜浸漬於23℃之顯影液(2.38%四甲基氫氧化銨)1分鐘顯影,將基板上曝光部分的塗膜除去,然後以純水洗淨,再以140℃後烤20分鐘,即可在玻璃基板上形成所需要之感光性樹脂圖案,以顯微鏡觀察,確定曝光之部分是否有殘渣存在。
○:無殘渣
╳:有殘渣
將型號為T2115的光學濃度等級差表(transparent step wedge,Stouffer公司製,光學濃度等級差分為21等)貼緊於評價項目<塗佈均勻性>中所得之預烤塗膜,以紫外光(曝光機型號為AG500-4N;M&R Nano Technology製)100mJ/cm2
的光量照射後,再將塗膜浸漬於23℃之顯影液(2.38%四甲基氫氧化銨)1分鐘顯影,然後以純水洗淨,並觀察顯影之情況(以等級數作為判斷感度之依據,在此評估法中,等級數越多表示感度越高)。
○:等級數9~21
△:等級數7~8
╳:等級數1~6
於評價項目<塗佈均勻性>中所得之預烤塗膜上任取一測定點測得一膜厚(δ)。接著將塗膜浸漬於23℃之顯影液(2.38%四甲基氫氧化銨)1分鐘後,在相同的測定點測得另一膜厚(δd
)。最後經下式計算即可得到殘膜率。
殘膜率(%)=[(δd
)/(δ)]×100
○:殘膜率>90%
△:90%>殘膜率>80%
╳:殘膜率<80%
表1係本發明酚醛清漆樹脂(A)之合成例的組成比例。
表2係本發明酚醛清漆樹脂(A)之合成例的分子量分佈。其包含了1000~3000及3000以上的酚醛清漆樹脂佔酚醛清漆樹脂(A)的重量百分率。
表3係本發明實施例及比較例的原料組成及評價結果。
101...玻璃基板
102a...閘極
102b...Cs電極
103...氧化矽膜(SiOx)
104...氮化矽膜(SiNx)
105...非結晶矽層(a-Si)
106...摻雜N+
不純物之a-Si層
107a...集極
107b...源極
108...保護膜
109...畫素電極
21...玻璃基板
22...開始端
23...末端
24...測定點
圖一係例示LCD用TFT基板的剖視示意圖。
圖二係例示本發明的酚醛清漆樹脂(A)之積分分子量分佈曲線圖;其中,橫向座標為分子量,縱向座標為累積重量百分率。
圖三係感光性樹脂組成物於基板形成預烤塗膜的膜厚測定點的分佈示意圖。
Claims (4)
- 一種流延塗佈方式用正型感光性樹脂組成物,包含:酚醛清漆樹脂(A);鄰萘醌二疊氮磺酸類之酯化物(B);以及溶劑(C);其中,該酚醛清漆樹脂(A)以凝膠滲透色層分析法測得之分子量分佈,將分子量介於200~120,000之樹脂訊號作積分,以分子量及累積重量分率繪圖求得積分分子量分佈曲線,該酚醛清漆樹脂(A)中,分子量介於1,000~3,000的酚醛清漆樹脂佔該酚醛清漆樹脂(A)5~45%,分子量30,000以上的酚醛清漆樹脂佔該酚醛清漆樹脂(A)10%以下。
- 一種使用申請專利範圍第1項所述正型感光性樹脂組成物形成圖案的方法,其係將該正型感光性樹脂組成物依序施予預烤、曝光、顯影及後烤處理,據此形成圖案。
- 一種薄膜電晶體陣列基板,包含一圖案,其中,該圖案係執行如申請專利範圍第2項所述之方法所形成者。
- 一種液晶顯示元件,包含如申請專利範圍第3項所述之薄膜電晶體陣列基板。
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