一種kmpr光刻膠用koh顯影液的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及光刻膠用顯影液，具體涉及一種可以顯影KMPR膠的KOH顯影液。
【背景技術(shù)】
[0002] 電潤(rùn)濕顯示的前板制作中像素墻包圍出一個(gè)個(gè)最小的顯示單元，是顯示的重要組 成部分，而像素墻的制作常采用光致刻蝕劑經(jīng)光刻工藝得到。所謂光致刻蝕劑即為一種感 光性樹脂組成物，分正性和負(fù)性兩類，曝光區(qū)域被顯影而未曝光區(qū)域不能被顯影的為正性 光致刻蝕劑，反之為負(fù)性光致刻蝕劑。以負(fù)性光致刻蝕劑為例，首先在襯底基板上涂布光 致刻蝕劑，將光致刻蝕劑進(jìn)行預(yù)烤，之后采用掩模板以光照曝光，再以顯影液洗去沒有用掩 模板遮蓋的未曝光區(qū)域的光致刻蝕劑，即可按照掩模板的圖案留下所需要的光致刻蝕劑圖 案，具體為一矩陣圖案，各矩陣點(diǎn)對(duì)應(yīng)各個(gè)像素。目前常用的顯影方式有浸漬顯影、搖動(dòng)顯 影、噴淋顯影（spray)和靜置顯影（puddle)等，顯影液包括有機(jī)溶劑、堿性顯影液等。工業(yè) 生產(chǎn)中考慮到環(huán)保及廢液處理等問(wèn)題，多選用堿性顯影液，常用的堿性顯影液有KOH水溶 液、NaOH水溶液、TMH水溶液等各種堿液和堿金屬的鹽溶液。
[0003] MicroChem公司的KMPR光刻膠為一種優(yōu)良的制備像素墻的光刻膠材料，通過(guò)其粘 度的選擇，我們可以獲得不同高度的像素墻，并且KMPR光刻膠比常用的SU8光刻膠的親水 性更好，更適合于電潤(rùn)濕顯示技術(shù)及其產(chǎn)業(yè)化。但目前MicroChem公司推薦的KMPR膠的顯 影液為有機(jī)溶劑(例如PGMEA)或2. 38 wt% TMH溶液，有機(jī)溶劑顯影液因其環(huán)保問(wèn)題不適合 于工業(yè)生產(chǎn)，而TMH溶液顯影KMPR所需時(shí)間很長(zhǎng)，顯影效果遠(yuǎn)遠(yuǎn)不如其有機(jī)溶劑顯影液， 因此KMPR膠的工業(yè)化使用受到影響。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明要解決的技術(shù)問(wèn)題是：提供一種KMPR膠用KOH顯影液，既可以避免使用有 機(jī)溶劑顯影液帶來(lái)的環(huán)保問(wèn)題，同時(shí)顯影時(shí)間較短，適合工業(yè)化生產(chǎn)。
[0005] 本發(fā)明解決其技術(shù)問(wèn)題的解決方案是：一種KMPR光刻膠用KOH顯影液，所述顯影 液由KOH和去離子水組成，其中KOH的含量為0. 01-10wt%。
[0006] 理論上KOH堿液濃度越高，堿性基團(tuán)含量越高，顯影速度越快，但是發(fā)明人通過(guò)實(shí) 際實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)：固定顯影溫度，以22°C為例(如圖1所示)，隨著濃度的提高，KOH顯影液的顯出 點(diǎn)時(shí)間先逐步下降，當(dāng)KOH濃度達(dá)到0. 8wt%時(shí)顯出點(diǎn)時(shí)間出現(xiàn)最低值145s，然后隨著KOH 濃度升高，顯出點(diǎn)時(shí)間逐步緩慢延長(zhǎng)，當(dāng)KOH濃度到達(dá)3wt%時(shí)，顯出點(diǎn)時(shí)間增為210s，雖然 仍遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于0. lwt%時(shí)的顯出點(diǎn)時(shí)間330s。
[0007] 推測(cè)KOH濃度升高時(shí)顯出點(diǎn)時(shí)間變長(zhǎng)的原因如下：堿性顯影液的顯影機(jī)理為：首 先0Γ進(jìn)入大分子膜空隙，與光刻膠物質(zhì)的酸性基團(tuán)發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，進(jìn)而陽(yáng)離子（K +)到達(dá)反 應(yīng)界面進(jìn)行電荷中和。理論上，這些步驟之后還有一個(gè)反應(yīng)生成物被帶離顯影液-光刻膠 膜反應(yīng)界面進(jìn)入KOH顯影液主體的過(guò)程。對(duì)于高濃度的顯影液(濃度彡0. 8wt%)，因 KOH濃 度高，初始反應(yīng)迅速，而由于反應(yīng)生成物體積較大，來(lái)不及被完全帶離顯影液-光刻膠膜反 應(yīng)界面，因此阻礙了后續(xù)的or和K+進(jìn)入，從而導(dǎo)致后期顯影速度變慢，曾選取lwt%濃度的 KOH溶液，其顯出點(diǎn)時(shí)間為175s，而在130s光刻膠未被完全顯影，但是肉眼可見基底表面只 有一層薄薄的膠膜，這時(shí)停止顯影；發(fā)現(xiàn)，停止顯影后，若立即用lwt%的KOH溶液沖洗，30s 仍不能將基底表面的膠膜洗掉；而如果用去離子水沖洗，3-5s內(nèi)膠膜被洗掉。這也說(shuō)明了 ： 若顯影液濃度過(guò)高，生成物來(lái)不及被完全帶離顯影液-光刻膠膜反應(yīng)界面，反而會(huì)阻礙了 后續(xù)的顯影，導(dǎo)致濃度高時(shí)顯出點(diǎn)時(shí)間反而延長(zhǎng)。
[0008] 顯影溫度也是影響顯影速度的一個(gè)重要因素，KOH顯影液的顯影機(jī)理為：首先 0Γ進(jìn)入大分子膜空隙，與光刻膠物質(zhì)發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，進(jìn)而陽(yáng)離子（K+)到達(dá)反應(yīng)界面進(jìn)行電 荷中和。所以顯影的過(guò)程實(shí)際是一個(gè)化學(xué)反應(yīng)的過(guò)程，根據(jù)阿倫尼烏茲公式，估算出對(duì)于該 顯影過(guò)程，溫度每升高KTC，化學(xué)反應(yīng)速率約增加4~6倍，如圖2所示，0. 4wt%的KOH顯影 液在22°C時(shí)顯出點(diǎn)時(shí)間為190s，而32°C時(shí)顯出點(diǎn)時(shí)間45s。實(shí)際科研或者生產(chǎn)的顯影過(guò)程 中，顯影溫度一般控制在22-40°C，故結(jié)合溫度和濃度對(duì)顯影速度的影響，本發(fā)明的方案中 顯影液的KOH濃度為0· 01-10wt%。
[0009] 進(jìn)一步地，結(jié)合圖2,發(fā)現(xiàn)(λ 4wt%和(λ lwt%兩個(gè)濃度的KOH顯影液，在30-40°C 之間即可以達(dá)到< 60s的顯出點(diǎn)時(shí)間，30~60s的顯出點(diǎn)時(shí)間為實(shí)際生產(chǎn)或科研過(guò)程中的一 個(gè)理想的時(shí)間范圍，雖然高的濃度也可以實(shí)現(xiàn)顯影時(shí)間的降低，但是過(guò)高的濃度，帶來(lái)過(guò)多 KOH消耗，不利于環(huán)保，故優(yōu)選的KOH的濃度范圍為0. Ι-lwt%，實(shí)際使用時(shí)可以結(jié)合溫度的 調(diào)控來(lái)縮短顯出點(diǎn)時(shí)間。
[0010] 上述提到的顯出點(diǎn)時(shí)間，以負(fù)膠為例，為未曝光干膜從基板上被溶解掉所需要的 時(shí)間。實(shí)際顯影過(guò)程中為了使顯影更徹底，一般在顯出點(diǎn)時(shí)間的基礎(chǔ)上增加一段顯影時(shí)間， 稱為實(shí)際顯影時(shí)間。
[0011] 為了提高顯影效力，作為上述方案的進(jìn)一步改進(jìn)，所述顯影液還包括緩沖劑，如磷 酸鹽、碳酸鹽、硼酸鹽、胺鹽等，因 KOH顯影液堿性強(qiáng)，pH高，因此本發(fā)明的緩沖劑采用鉀鹽 K2HPO4, K2HPO4的加入量根據(jù)以下步驟確定： 1) 根據(jù)公式pH=14+lgCKQH計(jì)算已選定的具有合適顯影時(shí)間的KOH顯影液的pH值；其中 Ckqh為KOH顯影液中KOH的摩爾濃度； 2) 將步驟1)中計(jì)算得到的pH值，帶入公式pH=pKa+lg(CKra/CK_4)，得到含有1( 2即04的 KOH顯影液中1(2冊(cè)04與KOH的濃度比例關(guān)系；其中Ka，HPO 42-的電離常數(shù)；C _，含有K2HPCM 的KOH顯影液中KOH的摩爾濃度；Ck2hpq4，含有1(2即04的KOH顯影液中K 2ΗΡ04的摩爾濃度； 3) 結(jié)合實(shí)際工藝，確定1(2即04的加入量。所述的結(jié)合實(shí)際工藝，具體是指在步驟2)得 到顯影液中KOH和K 2HPO4的摩爾濃度之比后，根據(jù)工藝需要選定KOH的濃度，然后計(jì)算得到 1(2即0 4的加入量。其中步驟1)中KOH顯影液的KOH濃度和溫度根據(jù)顯影時(shí)間選擇，濃度范 圍為0· Ι-lwt%，溫度范圍為22-40°C。
[0012] 進(jìn)一步地，為了解決KOH顯影液潤(rùn)濕基板表面效果不佳的問(wèn)題，所述顯影液中還 包括表面活性劑，所述表面活性劑為Tween類、Span類或聚氧乙烯醚類非離子表面活性劑 中的一種或一種以上的復(fù)配，或任意一種或者多種所述的非離子表面活性劑與任意一種或 多種磺酸鹽類或硫酸鹽類陰離子表面活性劑的復(fù)配。其中非離子類表面活性劑如Span20、 Span60、Span80、Tween20、Tween40、Tween60、Tween80、AE03、AE07、AE09 等，所述陰離子類 表面活性劑如SDS (十_燒基硫酸納)、十_燒基橫酸納等。
[0013] 優(yōu)選地，所述表面活性劑的含量為0. 001-lwt%，進(jìn)一步的，為0. 005-0. 5wt%。
[0014] 進(jìn)一步地，為消除表面活性劑在顯影液中產(chǎn)生的氣泡，所述顯影液還包括 0. Ι-lwt%的消泡劑。所述消泡劑可以為有機(jī)硅類消泡劑、表面活性劑類消泡劑等，例如有機(jī) 硅聚醚消泡劑、非硅聚醚消泡劑等。
[0015] 優(yōu)選地，所述消泡劑的含量為0· 2-0. 7 wt%。
[0016] 本發(fā)明的有益效果是：本發(fā)明通過(guò)探索發(fā)現(xiàn)合適濃度的KOH溶液可以顯影KMPR 膠，進(jìn)一步地，在KOH顯影液中加入K2HPO4制成堿性緩沖溶液，隨著顯影液中的堿性基團(tuán)逐 漸被中和，推動(dòng)了緩沖溶液物質(zhì)水合反應(yīng)的進(jìn)行，進(jìn)而釋放出堿性基團(tuán)，降低了顯影液顯影 效力減弱的速度，起到了堿性基團(tuán)的緩釋效果，從而延緩了生產(chǎn)中顯影時(shí)間的調(diào)整，提高了 產(chǎn)品的質(zhì)量和穩(wěn)定性。進(jìn)一步地，為了達(dá)到更好的顯影效果，顯影液中還可以加入表面活性 劑和消泡劑等。本發(fā)明的KMPR膠用KOH顯影液，可以較好地顯影KMPR膠，而不會(huì)像有機(jī)溶 液一樣對(duì)環(huán)境造成污染。
【附圖說(shuō)明】
[0017] 為了更清楚地說(shuō)明本發(fā)明實(shí)施例中的技術(shù)方案，下面將對(duì)實(shí)施例描述中所需要使 用的附圖作簡(jiǎn)單說(shuō)明。顯然，所描述的附圖只是本發(fā)明的一部分實(shí)施例，而不是全部實(shí)施 例，本領(lǐng)域的