一種光刻膠顯影液的製作方法
2023-05-08 00:31:41
本發明涉及在製造半導體裝置、平板顯示器、LED、倒扣封裝、刺頭及精密傳感器使用的光刻膠顯影液領域。
背景技術：
光刻膠(又稱光致抗蝕劑)是指通過紫外光、準分子雷射、電子束、離子束、X射線等光源的照射或輻射，其溶解度發生變化的耐蝕刻薄膜材料。顯影就是去處已曝光光刻膠的工藝過程。為了避免光刻膠因其他可能的副反應而改變其化學結構，曝光後應儘快進行顯影。常常使用顯影液對光刻膠進行顯影處理。
現有常見的顯影液組成物，一般是表面活性劑、鹼性化合物和水的組合，其顯影處理的目的一般是為了獲得無殘渣、顯影精度高的圖形。如
ZL2009100839491涉及一種平板顯示用顯影液，該顯影液由季胺鹽和非離子表面活性劑組成，顯影效果良好，操作溫度寬。ZL2010101390849涉及一種低張力正膠顯影液，由四甲基氫氧化銨、非離子表面活性劑聚氧乙烯醚組成，壽命長。ZL2012800148351涉及一種形成微細圖案時不發生倒塌的顯影液以及該顯影液圖案製作方法，該顯影液由醋酸丁酯和醇類組成。ZL201210461049.8涉及一種負性光刻膠顯影液極其應用，該顯影液適合於TFT-LCD行業中彩膜負性光刻膠的顯影。ZL2011102438981涉及一種光致抗蝕劑顯影液及製備方法，該顯影液無殘渣，泡沫少。
也有的顯影液是為了獲得更寬泛的操作溫度範圍，如CN201110243898.1公開了一種光致蝕刻劑用顯影液及其製備方法與應用。該顯影液包括有機鹼性物質、非離子表面活性劑、式I所示聚乙二醇全氟辛酸酯和水，無需添加消泡劑，具有顯影性能好、低泡沫、無殘渣、操作溫度範圍寬等特點。CN200710180521.X開了一種熱敏陽圖CTP版用顯影液。該顯影液含有：(A)10-40重量份的二乙醇胺、三乙胺、三乙醇胺、鹼金屬的氫氧化物、鹼金屬矽酸鹽、鹼金屬磷酸鹽中的至少一種鹼性化合物。具有容許操作溫度範圍廣、圖文部分密度穩定性好、通用性好、抗疲勞性高等有優點。CN200910083949.1公開了一種平板顯示用顯影液，該顯影液具有顯影性能好、無殘渣、操作溫度範圍寬、環境汙染少等特點。
很少有文獻或者期刊涉及到顯影液工藝餘度的改進問題。所謂工藝餘度就是指在一個顯影工藝處理過程中，生產工藝通過改變不同的溫度、顯影時間及顯影液濃度等各種工藝條件，顯影液仍然能夠保持其性能的穩定性。現有技術在對不同光刻膠進行先後顯影處理後，顯影液每對一種光刻膠顯影處理後，其顯影性能會變得不穩定，顯影效果逐漸變差，必須對撤換使用後的顯影液，更換新的顯影液才能夠進行新光刻膠的顯影處理，而無法只通過調整曝光量及膜厚來用於多種光刻膠的處理，此種顯影液的工藝餘度較差，適應的光刻膠種類有限。
技術實現要素：
本發明目的在於提供一種光刻膠顯影液，該光刻膠顯影液具有優良的工藝餘度，能夠僅僅通過調整曝光量及膜厚來用於多種光刻膠的處理，顯影時效長、顯影的適用範圍寬，並且該顯影液在應對不同各種光刻膠時，其顯影效果良好，顯影效率和顯影精度高，顯影穩定性好，並且能夠縮短起泡時間。
本發明通過下述技術方案實現：
一種光刻膠顯影液，包括水、非離子表面活性劑和無機鹼，非離子表面活性劑包括蓖麻油聚氧乙烯醚、式I結構通式所示的化合物，
本發明的顯影液能夠在一次顯影過程中，處理不同的光刻膠，而維持顯影液性能的穩定，使得各個光刻膠的顯影圖形清晰，顯影精度高，顯影處理過程中，能夠只通過改變不同的曝光量和膜厚度，而獲得不同的光刻膠的高顯影精度，提高了顯影液工藝餘量，擴大了其適用範圍。
無機鹼為KOH。氫氧化鉀在顯影處理過程中，能夠對顯影性能的穩定做出一定的貢獻。
無機鹼的質量為光刻膠顯影液總質量的3-5％，非離子表面活性劑的質量為光刻膠顯影液總質量的1-10％，餘量為水。在此重量範圍的無機鹼和非離子表面活性劑能夠在一次顯影過程中，提高各個不同的光刻膠的顯影精度、減小消泡時間，使得低泡能夠在30s內完全消失，此範圍內顯影適中，不會過顯影或者顯影不及，並且顯影液在-5～40℃條件儲存及使用均無藥液分層現象，最長有效儲存期可達2年，穩定性高。
無機鹼的質量為光刻膠顯影液總質量的3.5-4.5％。當無機鹼的質量在此範圍內時，圖形的線寬和taper角度能夠保持在一個穩定的範圍內，顯影效果高效而穩定。
非離子表面活性劑的質量為刻膠顯影液總質量的6-10％。
n為小於等於10的整數。
n＝1或2。當n的取值在這個範圍內時，由於c的個數較小，可能使得空間位阻相對變小，而使得顯影效果更佳。
蓖麻油聚氧乙烯醚、式I結構通式所示的化合物之間的重量比為1-3:5。在此範圍內的光刻膠的線寬的變化範圍值恆定在0.2微米以內，說明光刻膠的顯影效果更好、顯影誤差小。
本發明中的光刻膠顯影液中的通式I化合物為現有化合物，為山慈姑苷經過酯水解、再酯化加成而得。
蓖麻油聚氧乙烯醚、式I結構通式所示的化合物之間的重量比為3:5。
本發明與現有技術相比，具有如下的優點和有益效果：
1、本發明的顯影液具有優良的工藝餘度，能夠僅僅通過調整曝光量及膜厚來用於多種光刻膠的處理，顯影時效長、顯影的適用範圍寬；
2、本發明的顯影液在應對不同顯影時間的各種光刻膠時，其顯影效果良好，顯影效率和顯影精度高，顯影穩定性好，並且能夠縮短起泡時間。
具體實施方式
為使本發明的目的、技術方案和優點更加清楚明白，下面結合實施例，對本發明作進一步的詳細說明，本發明的示意性實施方式及其說明僅用於解釋本發明，並不作為對本發明的限定。
以添加物的配比變化，製備顯影液實施例1-10，其中顯影液取通式為I中n全取1。實施例11中顯影液取通式為I中n取2。實施例中的各試劑均能通過市售獲得。蓖麻油聚氧乙烯醚可以為EL-10、12、20、30、40系列。
實施例1
顯影液取非離子表面活性劑5重量份和無機鹼3重量份，水為92重量份。無機鹼為常見鹼金屬氫氧化物、弱鹼性化合物等。為方便比較實施例全部選取氫氧化鉀作為顯影液的鹼性化合物。
實施例2
顯影液取非離子表面活性劑8重量份和氫氧化鉀5重量份，水為87重量份。
實施例3
顯影液取非離子表面活性劑6重量份和氫氧化鉀3.5重量份，水為90.5重量份。
實施例4
顯影液取非離子表面活性劑10重量份和氫氧化鉀4.5重量份，水為85.5重量份。
實施例5
顯影液取非離子表面活性劑1重量份和氫氧化鉀3重量份，水為96重量份。
實施例6
顯影液取非離子表面活性劑6重量份和氫氧化鉀4.4重量份，水為89.6重量份。
實施例7
顯影液取非離子表面活性劑6重量份和氫氧化鉀3.6重量份，水為89.4重量份。
實施例8
顯影液取非離子表面活性劑6重量份和氫氧化鉀4.5重量份，水為89.5重量份。
實施例9
顯影液取非離子表面活性劑6重量份和氫氧化鉀4.0重量份，水為90重量份。非離子表面活性劑中，蓖麻油聚氧乙烯醚、式I結構通式所示的化合物之間的重量比為1:5。
實施例10
顯影液取非離子表面活性劑10重量份和氫氧化鉀4.0重量份，水為86重量份。非離子表面活性劑中，蓖麻油聚氧乙烯醚、式I結構通式所示的化合物之間的重量比為3:5。
實施例11
顯影液取非離子表面活性劑10重量份和氫氧化鉀4.0重量份，水為86重量份。非離子表面活性劑中，蓖麻油聚氧乙烯醚、式I結構通式所示的化合物之間的重量比為3:5，n＝2。
為說明本發明的顯影液的顯影能力，發明人做了公知的顯影實驗，實驗方法：將50ml顯影液放入燒杯，震蕩1min，每隔1min量測泡沫高度，直至泡沫消失，震蕩一分鐘後靜置。評估了完全顯影時的圖形情況、泡沫變化情況，與現有技術1：CN200910083949.1中的顯影液；現有技術2：ZL2010101881253中的顯影液進行對比，見下表。
得出的顯影效果如表1。
表1顯影效果：殘渣留存、圖形邊緣清晰是否有毛疵
為了進一步說明本發明的工藝餘度寬：
本發明將正常顯影時間為80s的光刻膠進行顯影時間的正負20s內的調整，以同一濃度範圍為例測試顯影效果。以實施例2-5為例，線寬為20微米的圖形進行顯影處理測試其40-80s範圍內的線寬。
表2線寬為20微米的圖形顯影效果
從上表可以看出，在60s-100s的顯影時間內，光刻膠的效果基本能夠得以保持，工藝操作餘量寬，顯影液具有這樣的性能，可以根據不同光刻膠的不同顯影時效和膜厚度的要求，進行不同光刻膠的同一顯影液的一次性顯影處理，提高了處理適用範圍。
為進一步說明本發明的有益效果，設置對比例1：顯影液取非離子表面活性劑10重量份和氫氧化鉀4.0重量份，水為86重量份。非離子表面活性劑中，蓖麻油聚氧乙烯醚、式I結構通式所示的化合物之間的重量比為1:6。對比例2：顯影液取非離子表面活性劑10重量份和氫氧化鉀4.0重量份，水為86重量份。非離子表面活性劑中，蓖麻油聚氧乙烯醚、式I結構通式所示的化合物之間的重量比為1:10。對比例3：只添加蓖麻油聚氧乙烯醚6重量份和氫氧化鉀4.0重量份，水為86重量份，對比例4：只添加結構通式I6重量份和氫氧化鉀4.0重量份，水為86重量份，在正常顯影時間為80s的光刻膠進行顯影時間的正負20s內的調整測試顯影效果與實施例10、11的顯影效果的比較如下表所示。
表3對比例和實施例之間的顯影效果比較
從上表可以看出，非本發明範圍的顯影液配方，在正常顯影時間內上下浮動一定時間，圖形線寬變化較大，圖形線寬不穩定，也就意味著顯影液的適用範圍不寬，無法在一次顯影處理中，處理不同顯影時間段的光刻膠。
以上所述的具體實施方式，對本發明的目的、技術方案和有益效果進行了進一步詳細說明，所應理解的是，以上所述僅為本發明的具體實施方式而已，並不用於限定本發明的保護範圍，凡在本發明的精神和原則之內，所做的任何修改、等同替換、改進等，均應包含在本發明的保護範圍之內。