[发明专利]一种KMPR光刻胶用KOH显影液

说明书

技术领域

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

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、TMAH水溶液等各种碱液和碱金属的盐溶液。

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% TMAH溶液，有机溶剂显影液因其环保问题不适合于工业生产，而TMAH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

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。

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%。

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℃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0.1wt%时的显出点时间330s。

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OH^-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≥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OH^-和K⁺进入，从而导致后期显影速度变慢，曾选取1wt%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1wt%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。

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OH^-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10℃，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℃时显出点时间为190s，而32℃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℃，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%。