一种kmpr光刻胶用koh显影液的制作方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及光刻胶用显影液，具体涉及一种可以显影KMPR胶的KOH显影液。
【背景技术】
[0002] 电润湿显示的前板制作中像素墙包围出一个个最小的显示单元，是显示的重要组 成部分，而像素墙的制作常采用光致刻蚀剂经光刻工艺得到。所谓光致刻蚀剂即为一种感 光性树脂组成物，分正性和负性两类，曝光区域被显影而未曝光区域不能被显影的为正性 光致刻蚀剂，反之为负性光致刻蚀剂。以负性光致刻蚀剂为例，首先在衬底基板上涂布光 致刻蚀剂，将光致刻蚀剂进行预烤，之后采用掩模板以光照曝光，再以显影液洗去没有用掩 模板遮盖的未曝光区域的光致刻蚀剂，即可按照掩模板的图案留下所需要的光致刻蚀剂图 案，具体为一矩阵图案，各矩阵点对应各个像素。目前常用的显影方式有浸渍显影、摇动显 影、喷淋显影（spray)和静置显影（puddle)等，显影液包括有机溶剂、碱性显影液等。工业 生产中考虑到环保及废液处理等问题，多选用碱性显影液，常用的碱性显影液有KOH水溶 液、NaOH水溶液、TMH水溶液等各种碱液和碱金属的盐溶液。
[0003] MicroChem公司的KMPR光刻胶为一种优良的制备像素墙的光刻胶材料，通过其粘 度的选择，我们可以获得不同高度的像素墙，并且KMPR光刻胶比常用的SU8光刻胶的亲水 性更好，更适合于电润湿显示技术及其产业化。但目前MicroChem公司推荐的KMPR胶的显 影液为有机溶剂(例如PGMEA)或2. 38 wt% TMH溶液，有机溶剂显影液因其环保问题不适合 于工业生产，而TMH溶液显影KMPR所需时间很长，显影效果远远不如其有机溶剂显影液， 因此KMPR胶的工业化使用受到影响。
【发明内容】
[0004] 本发明要解决的技术问题是：提供一种KMPR胶用KOH显影液，既可以避免使用有 机溶剂显影液带来的环保问题，同时显影时间较短，适合工业化生产。
[0005] 本发明解决其技术问题的解决方案是：一种KMPR光刻胶用KOH显影液，所述显影 液由KOH和去离子水组成，其中KOH的含量为0. 01-10wt%。
[0006] 理论上KOH碱液浓度越高，碱性基团含量越高，显影速度越快，但是发明人通过实 际实验发现：固定显影温度，以22°C为例(如图1所示)，随着浓度的提高，KOH显影液的显出 点时间先逐步下降，当KOH浓度达到0. 8wt%时显出点时间出现最低值145s，然后随着KOH 浓度升高，显出点时间逐步缓慢延长，当KOH浓度到达3wt%时，显出点时间增为210s，虽然 仍远远小于0. lwt%时的显出点时间330s。
[0007] 推测KOH浓度升高时显出点时间变长的原因如下：碱性显影液的显影机理为：首 先0Γ进入大分子膜空隙，与光刻胶物质的酸性基团发生化学反应，进而阳离子（K +)到达反 应界面进行电荷中和。理论上，这些步骤之后还有一个反应生成物被带离显影液-光刻胶 膜反应界面进入KOH显影液主体的过程。对于高浓度的显影液(浓度彡0. 8wt%)，因 KOH浓 度高，初始反应迅速，而由于反应生成物体积较大，来不及被完全带离显影液-光刻胶膜反 应界面，因此阻碍了后续的or和K+进入，从而导致后期显影速度变慢，曾选取lwt%浓度的 KOH溶液，其显出点时间为175s，而在130s光刻胶未被完全显影，但是肉眼可见基底表面只 有一层薄薄的胶膜，这时停止显影；发现，停止显影后，若立即用lwt%的KOH溶液冲洗，30s 仍不能将基底表面的胶膜洗掉；而如果用去离子水冲洗，3-5s内胶膜被洗掉。这也说明了 ： 若显影液浓度过高，生成物来不及被完全带离显影液-光刻胶膜反应界面，反而会阻碍了 后续的显影，导致浓度高时显出点时间反而延长。
[0008] 显影温度也是影响显影速度的一个重要因素，KOH显影液的显影机理为：首先 0Γ进入大分子膜空隙，与光刻胶物质发生化学反应，进而阳离子（K+)到达反应界面进行电 荷中和。所以显影的过程实际是一个化学反应的过程，根据阿伦尼乌兹公式，估算出对于该 显影过程，温度每升高KTC，化学反应速率约增加4~6倍，如图2所示，0. 4wt%的KOH显影 液在22°C时显出点时间为190s，而32°C时显出点时间45s。实际科研或者生产的显影过程 中，显影温度一般控制在22-40°C，故结合温度和浓度对显影速度的影响，本发明的方案中 显影液的KOH浓度为0· 01-10wt%。
[0009] 进一步地，结合图2,发现(λ 4wt%和(λ lwt%两个浓度的KOH显影液，在30-40°C 之间即可以达到< 60s的显出点时间，30~60s的显出点时间为实际生产或科研过程中的一 个理想的时间范围，虽然高的浓度也可以实现显影时间的降低，但是过高的浓度，带来过多 KOH消耗，不利于环保，故优选的KOH的浓度范围为0. Ι-lwt%，实际使用时可以结合温度的 调控来缩短显出点时间。
[0010] 上述提到的显出点时间，以负胶为例，为未曝光干膜从基板上被溶解掉所需要的 时间。实际显影过程中为了使显影更彻底，一般在显出点时间的基础上增加一段显影时间， 称为实际显影时间。
[0011] 为了提高显影效力，作为上述方案的进一步改进，所述显影液还包括缓冲剂，如磷 酸盐、碳酸盐、硼酸盐、胺盐等，因 KOH显影液碱性强，pH高，因此本发明的缓冲剂采用钾盐 K2HPO4, K2HPO4的加入量根据以下步骤确定： 1) 根据公式pH=14+lgCKQH计算已选定的具有合适显影时间的KOH显影液的pH值；其中 Ckqh为KOH显影液中KOH的摩尔浓度； 2) 将步骤1)中计算得到的pH值，带入公式pH=pKa+lg(CKra/CK_4)，得到含有1( 2即04的 KOH显影液中1(2册04与KOH的浓度比例关系；其中Ka，HPO 42-的电离常数；C _，含有K2HPCM 的KOH显影液中KOH的摩尔浓度；Ck2hpq4，含有1(2即04的KOH显影液中K 2ΗΡ04的摩尔浓度； 3) 结合实际工艺，确定1(2即04的加入量。所述的结合实际工艺，具体是指在步骤2)得 到显影液中KOH和K 2HPO4的摩尔浓度之比后，根据工艺需要选定KOH的浓度，然后计算得到 1(2即0 4的加入量。其中步骤1)中KOH显影液的KOH浓度和温度根据显影时间选择，浓度范 围为0· Ι-lwt%，温度范围为22-40°C。
[0012] 进一步地，为了解决KOH显影液润湿基板表面效果不佳的问题，所述显影液中还 包括表面活性剂，所述表面活性剂为Tween类、Span类或聚氧乙烯醚类非离子表面活性剂 中的一种或一种以上的复配，或任意一种或者多种所述的非离子表面活性剂与任意一种或 多种磺酸盐类或硫酸盐类阴离子表面活性剂的复配。其中非离子类表面活性剂如Span20、 Span60、Span80、Tween20、Tween40、Tween60、Tween80、AE03、AE07、AE09 等，所述阴离子类 表面活性剂如SDS (十_烧基硫酸纳)、十_烧基横酸纳等。
[0013] 优选地，所述表面活性剂的含量为0. 001-lwt%，进一步的，为0. 005-0. 5wt%。
[0014] 进一步地，为消除表面活性剂在显影液中产生的气泡，所述显影液还包括 0. Ι-lwt%的消泡剂。所述消泡剂可以为有机硅类消泡剂、表面活性剂类消泡剂等，例如有机 硅聚醚消泡剂、非硅聚醚消泡剂等。
[0015] 优选地，所述消泡剂的含量为0· 2-0. 7 wt%。
[0016] 本发明的有益效果是：本发明通过探索发现合适浓度的KOH溶液可以显影KMPR 胶，进一步地，在KOH显影液中加入K2HPO4制成碱性缓冲溶液，随着显影液中的碱性基团逐 渐被中和，推动了缓冲溶液物质水合反应的进行，进而释放出碱性基团，降低了显影液显影 效力减弱的速度，起到了碱性基团的缓释效果，从而延缓了生产中显影时间的调整，提高了 产品的质量和稳定性。进一步地，为了达到更好的显影效果，显影液中还可以加入表面活性 剂和消泡剂等。本发明的KMPR胶用KOH显影液，可以较好地显影KMPR胶，而不会像有机溶 液一样对环境造成污染。
【附图说明】
[0017] 为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使 用的附图作简单说明。显然，所描述的附图只是本发明的一部分实施例，而不是全部实施 例，本领域的