KR100769232B1 - 감광성 조성물 및 이를 이용한 패턴형성방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 전자 디바이스 혹은 표시 디바이스의 제조에 쓰이는 절연성 피막형성용 감광성 조성물 및 이를 이용한 패턴 형성방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는, 포토레지스트의 코팅 없이도 자외선 조사로 경화되고 알칼리수용액으로 현상 가능한 감광성 조성물 및 이를 이용한 패턴형성방법에 관한 것이다.
본 발명의 감광성 수지조성물은
하기 일반식 1의 실란을 가수분해 중합하여 수득된 중량 평균 분자량 500 이상 10,000 이하의 올리고머와 파장 365 nm 이상의 자외선 조사에 의해서 자유 라디칼을 발생하는 벤조일기를 구조 중에 포함하는 광개시제를 중량비로 1: 0.01 내지 20로 포함하고 있는 것을 특징으로 한다.
일반식 1: R-CH2CH2CH2Si(OR')3
(R은 탄소수 4이하의 에테닐기를 하나 이상 가지는 1가 치환기, R'는 수소 또는 탄소수 3 이하의 1가 치환기를 나타내고, 서로 동일 또는 상이할 수 있다.)
본 발명은 포토레지스트의 코팅 없이 폭넓게 사용되는 i선, g선등의 근 자외선의 조사에 의해서 쉽게 직접 패터닝이 가능해서, 평탄성과 평활성에 우수하고, 300 ℃ 이상의 내열성이 있고, 전기적 손실이 적게, 또한 가시광 영역에서 투명해서 착색이 없는 감광성 실록산 피막을 수득 할 수 있다.
감광성조성물, 실란올리고머, 광개시제

Description

감광성 조성물 및 이를 이용한 패턴형성방법 {RADIATION-SENSITIVE COMPOSITION AND METHOD FOR FORMING PATTERN USING THIS}
본 발명은 전자 디바이스 혹은 디스플레이 디바이스의 제조에 쓰이는 절연성 피막형성용 감광성 조성물 및 이를 이용한 패턴 형성방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는, 포토레지스트의 코팅 없이도 자외선 조사로 경화되고 알칼리수용액으로 현상 가능한 감광성 조성물 및 이를 이용한 패턴형성방법에 관한 것이다.
전자 디바이스의 기판상에 투명한 절연성 피막을 형성하는 공정은, 디스플레이 소자, 반도체 장치, 인쇄 배선판, 미소 기계 장치등을 막론하고 널리 진행되고 있다.
피막의 형성에는, 코팅, 몰딩, 화학적 기상 성장법 또는 물리적 기상 성장법으로 형성되는 방법이 일반적이다.
코팅에 의한 피막의 형성하기 위한 도포액의 조성에는, 폴리이미드 수지나 폴리아크릴수지 등의 유기 폴리머를 쓰는 경우와, 폴리실록산 수지 등의 무기 폴리머를 쓰는 경우가 있다.
특히, 유기 용제 가용성의 실록산 결합을 (-O-Si-O-)을 가지는 실록산 폴리 머는, 평탄성과 평활성에 우수하고, 300 ℃ 이상의 내열성이 있고, 전기적 손실이 적고, 또한 가시광 영역에서 투명해서 착색이 없기 때문에, 특히 유리를 기판으로 하는 경우의 투명 절연 막으로써 주목되어 있다.
이와 같은 투명 절연 막에는, 도체배선 형성을 위해서, ㎛ 오더의 사이즈의 홈을 꿰뚫거나, 구멍을 뚫는 등의 패터닝이 시행해진다.
투명 절연 막의 재료가 유기폴리머인 경우는, 폴리머로써 자외선 감광성의 수지를 쓰고, 노광 및 현상의 공정을 거치는 포토리쏘그라피법에 의해서 쉽게 패턴이 얻을 수 있다.
그러나, 투명 절연 막의 재료가 무기 폴리머인 경우의 피막의 패터닝에는, 포토레지스트를 실록산 폴리머 피막상에 도포 하고, 건조해서 포토레지스트의 막을 형성하고, 포토레지스트로 패턴을 형성한 후 그 패턴을 마스크로써, 에칭법으로 그 피막상에 전사하는 공정이 필요하다.
뒤이어, 포토트레지스트 막에, 형성해야 할 패턴을 가지는 포토마스크를 통해서 i선, g선등의 근자외선을 노광하고, 유기 용제 또는 약알칼리 용액으로 현상해서 포토레지스트패턴을 형성한다. 그 후 플래즈머 조사 또는 약액 에칭을 거쳐서 실록산 폴리머를 가공한다.
그러나, 이러한 상기 에칭 가공의 공정은 복잡해서 공정수도 길고, 포토레지스트나 에칭약 액등의 조달 및 폐기의 비용이 추가되는 문제점이 있었다.
뿐만 아니라, 에칭후 포토레지스트의 제거에 사용되는 플래즈머나 약액이 실록산폴리머에 항구적 손상을 주는 것이 있어서 손상에 의한 특성열화가 우려되는 상황이다.
이러한 문제점을 해결하기 위하여 상기 포토레지스트를 사용함에 따라 발생하는 문제를 실록산폴리머 자체에 감광성을 주고, 직접 패터닝을 하는 방법을 통해 해결하려고 하는 시도들이 있어 왔다.
이와 같은 감광성 실록산의 박막을 형성하는 방법은, 일본 공개 특허 공보: 소60 - 049647호, 일본공개 특허 공보 소61 - 20030호, 일본공개 특허 공보: 평 11 - 302382호, 일본 공개 특허 공보 소55 - 127023호, 일본 재공표 특허 공보 2003 - 010603호등에 명시되어 있다.
그러나, 상기한 방법들은, 패터닝을 위해서 고에너지의 전자선, X선, 또는 원자외선 등을사용하나, 이들은 고가이므로 특수한 선원 또는 광원을 필요로 하는것이므로, 광원으로써 근 자외선을 쓰는 대다수의 전자 디바이스 제조의 현장에서 사용하는 것은 도저히 불가능했다.
따라서, i선, g선등의 근 자외선의 조사에 의해서, 실록산폴리머의 박막에 직접 패터닝이 가능한 감광성조성물에 대한 요구가 계속 이어지고 있는 것이 현실이다.
본 발명은 상기한 문제점을 해결하기 위한 것으로
포토레지스트 막 형성 및 에칭 단계 없이 근자외선 조사로 패터닝이 가능한 감광성조성물 및 이를 이용한 패터닝 방법을 제공하고자 한다.
본 발명은 하기와 같이 구성된다.
본 발명의 감광성 조성물은
하기 일반식 1의 실란을 가수분해 중합하여 수득된 중량 평균 분자량 500 이상 10,000 이하의 올리고머와 파장 365 nm 이상의 자외선 조사에 의해서 자유 라디칼을 발생하는 벤조일기를 구조 중에 포함하는 광개시제를 중량비로 1: 0.01 내지 20로 포함하고 있는 것을 특징으로 한다.
일반식 1: R-CH2CH2CH2Si(OR')3
(R은 탄소수 4이하의 에테닐기를 하나 이상 가지는 1가 치환기, R'는 수소 또는 탄소수 3 이하의 1가 치환기를 나타낸다.)
또한, 본 발명의 감광성 조성물을 이용한 박막패턴형성방법은 하기와 같다.일반식 1의 실란을 유기용제에 가하여 가수분해 중합시켜 중량 평균 분자량 500 이상 10,000 이하의 올리고머를 수득하는 단계:
파장이 365 nm 이상의 자외선의 조사에 의해서 자유라디칼을 발생하는, 벤조일기를 구조중에 포함하는 광개시제를 상기 올리고머와 중량비로 1: 0.01 내지 20 으로 첨가하는 단계;
상기 광개시제가 상기 올리고머에 첨가되어 수득된 조성물을 기판상에 도포후 150 ℃ 이하의 온도로 건조함으로써 피막을 형성하는 단계;
피막에 파장이 365 nm 이상의 자외선을 조사해서 노광하는단계 ; 및
약알칼리 수용액 또는 유기용제를 이용하여 미노광부를 용해하는 단계.
상기 일반식중의 R은 하나 이상의 에테닐기(-CH=CH-)를 함유하는 일가 치환기로 구성되고 구체적으로는, 비닐기 (CH2=CH-),알릴기 (CH2=CH-CH2-),아크릴록시기 (CH2=CHCOO-),메타크릴록시기 (CH2=C(CH3)COO-)등을 들 수있다.
이 중에서도, R이 메타크릴록시 기인 경우가 막의 투명성과 유연성을 고려 시 특히 바람직하다.
치환기 R의 탄소수가 4를 넘으면, 입체장애에 의해서 가수 분해 중합 조작이 곤란해지기 때문에, 탄소수가 4 이하 인 것이 바람직하다.
또한, 일반식 R-CH2CH2CH2Si(OR')3 의 R'는 탄소수 3 이하의 임의의 1가 치환기이다.
실란분자 하나에 포함되는 3개의 R'는, 서로 동일 또는 상이해도 무방하며 반응용이성 또는 용제에로의 용해성을 고려해서 적의 선택할 수 있다.
R'에 포함되는 탄소수가 3를 넘으면, 실란단량체의 가수 분해 중합 반응이 늦어지기 때문에, 3 이하인 것이 바람직하고, 메틸기, 에틸기 혹은 아세톡시기인 경우가 더욱 바람직하다.
상기 3 관능성 실란의 단량체는, 단독으로 사용해도 지장이 없지만, 가수 분 해 가능한 다른 실란 화합물과 혼합하여, 가수분해 및 중합반응에 의하여 올리고머를 합성해서 사용할 수도 있다.
상기 3관능성 실란의 단량체와 공중합 가능하고 또한, 가수 분해 가능한 다른 실란 화합물의 예로서는, 테트라메톡시 실란(Si(OCH3)4), 테트라에톡시실란(Si(OC2H5)4), 테트라아세톡시실란 (Si(OCOCH3)4), 테트라이소시아네이트실란 (Si(NCO)4), 테트락시 (아세톡시) 실란 (Si[ONC(CH3)2]4), 트리메톡시실란 (HSi(OCH3)3), 트리에톡시실란 (HSi(OC2H5)3), 메틸트리메톡시실란 (CH3Si(OCH3)3), 메틸트리에톡시실란 (CH3Si(OC2H5)3), 메틸트리아세톡시실란 (CH3Si(OCOCH3)3), 메틸트리이소시아네이트실란 (CH3Si(NCO)3), 메틸트리스(아세톡시)실란 (CH3Si[ONC(CH3)2]3), 3-아미노프로필트리메톡시실란 (NH2CH2CH2CH2Si(OCH3)3), 3-아미노프로필트리에톡시실란 (NH2CH2CH2CH2Si(OC2H5)3), 3-글리시독시프로필트리메톡시실란
(CH2OCHOCH2CH2CH2Si(OCH3)3
＼O／
), 페닐트리메톡시실란 (C6H4Si(OCH3)3), 페닐트리에톡시실란 (C6H4Si(OC2H5)3), 페닐트리아세톡시실란 (C6H4Si(OCOCH3)3), 페닐트리이소시아네이트실란 (C6H4Si(NCO)3), 페닐트리스(아세톡시)실란 (C6H4Si[ONC(CH3)2]3), 디메틸디메톡시실란 ((CH3)2Si(OCH3)2), 디메틸디에톡시실란 ((CH3)2Si(OC2H5)2), 디메틸디아세톡시실란 ((CH3)2Si(OCOCH3)2), 디메틸메톡시아세톡시실란, 디메틸디이소시아네이트실란 ((CH3)2Si(NCO)2), 디메틸메톡시이소시아네이트실란 ((CH3)2Si(OCH3)(NCO)), 디메틸비스(아세톡시)실란 ((CH3)2Si[ONC(CH3)2]), 메틸페닐디메톡시실란 ((CH3)(C6H4)Si(OCH3)2), 디페닐디메톡시실란 ((C6H4)2Si(OCH3)2) 등을 들 수 있다.
이 실란들 화합물을 1종, 혹은 2종 이상 조합하여 사용해서 가수 분해 공중합시키는 것도 가능하다.
또한, 실란 화합물에 한하지 않고, 붕소, 인, 알루미늄, 티타늄, 지르코늄 등의 규소 이외의 원소를 성분으로 하는 원료를 공중합시킬 수 있다.
상기 3관능 실란의 단량체의 가수 분해 중합은, 필요에 따라서 에탄올, 2 - 프로판올, 아세톤, 초산부틸 등의 임의의 용매에 희석하고, 반응에 필요한 물과 촉매양의 염산, 초산, 질산 혹은 암모니아, 트리에틸아민, 시클로헥실아민, 수산화 테트라메틸암모늄 등의 염기를 가하고, 임의의 온도로 교반 내지 환류 함으로써 진행한다.
여기서 사용되는 용매, 산 또는 염기 촉매의 종류나 양은 제한 없이 임의로 선택하여도 본 발명을 수행할 수 있다.
가수 분해 중합 반응은 20 ℃ 이하의 저온에서도 진행하지만, 가열이나 환류 조작에 의해서 반응을 촉진할 수도 있으며, 필요한 반응 시간은 상기 3관능 실란의 단량체의 종류나 농도, 반응 온도에도 의해서 다양하나, 분자량이 소정의 500∼10,000가 될때까지 중합이 진행하기 위해서는 통상 15분부터 30일 정도를 요하나, 이 또한 제한받지않는다.
상기 3관능 실란의 단양체를 중합해서 수득되는 올리고머의 중량 평균 분자량량이 500에 못 미치면, 도포에 의해서 막을 형성하는 것이 곤란해지고, 또 10,000를 넘으면 올리고머의 용제에로의 용해성을 손상시키고, 현상액에 대한 용해 속도가 현저하게 저하된다.
이 용액을 도포 건조해서 얻을 수 있는 막은, 그대로도 자외선 조사에 의해서 중합·경화하고, 패턴을 형성할 수 있지만, 자외선에 대하는 감도를 실용적인 정도에까지 증가시키기 위해서, 광개시제를 첨가하는 것이 바람직하다.
즉, 파장이 365 nm 이상의 자외선의 조사에 의해서 화합물의 자유라디칼 중합반응을 개시시킬 수 있는 벤조일기를 구조 중에 포함하는 광개시제를 배합한다.
벤조일기를 구조중에 포함하는 화합물은, 자외선 조사에 의해서 자유라디칼을 형성하고, 에테닐기를 중합시키는 것이 일반적으로 알려지고 있으므로, 본 발명의 실란 화합물을 중합시키는 데 적합하다.
광개시제의 일반적인 예는 벤조페논, 벤족산메틸, 2-히드록시-2-메틸-1-페닐-1-프로판올, 1-하이드록시-시클로헥실-페닐케톤 등으로서, 이 화합물들은 자외선 경화형 아크릴수지용의 광개시제로써 사용되고 있으나, 이들은 파장이 365 nm 이상 의 자외선에 대해서 거의 감도를 가지지 않기 때문에, 본 발명의 목적에는 부적당하다.
따라서, 본 발명은, 파장이 365 nm 이상의 자외선에 감도가 있는 벤조일기를 구조 중에 포함하는 광개시제를 쓰는 것을 특징으로 한다.
상기 조건을 충족시키는 광개시제는, 다양하지는 않으나, 예컨대, 2-클로로티옥산덴-9-온, 2-이소프로필티옥산덴-9-온 등의 티옥산톤 유도체가 매우 적합하게 쓰인다.
더욱이, 파장이 365 nm 이상의 자외선에 감도가 있는 벤조일기를 구조 중에 포함하고, 또한 N- 몰포리노기 및/또는 N- 디메틸아미노기를 포함하는 화합물은, 분자중의 질소에 의한 수소 원자 탈락효과로 발생하는 라디칼이 증가하고, 중합을 방해하는 산소 라디칼도 포착하기 때문에, 파장이 365 nm 이상 자외선에 대하는 감도가 더 한층 높아지고, 또한 안정한 성능이 얻어지므로, 더욱 적합하다.
파장이 365 nm 이상의 자외선에 감도가 있는 벤조일기를 구조중에 포함하고, 또한 N- 치환 아미노기를 갖는 광개시제의 예는, 4,4 - 비스 (디메틸아미노)-벤조페논, 4,4-비스(디에틸아미노)-벤조페논을 들수있다.
마찬가지로 N- 치환 몰포리노기를 포함하는 광개시제의 예는 2-메틸-1-((4-메틸티오)페닐 )-2-몰포리노-프로판-1-온, (S)-2-벤질-2-(디메틸아미노)-1-1-(4 -몰포리노페닐)부탄-1-온 등을 들수있다.
상기 광 개시제의 농도는 특히 규정되지 않지만, 매우 적합하게는 3 관능성 올리고머 고형분의 0.01 중량부∼20 중량부, 더욱 매우 적합하게는 0.1 중양부∼5 중량부를 배합한다.
또한 상기 필수 성분 외에, 물 · 임의의 유기용매, 유기 아민염 등의 pH 조정제, 유기 암모늄 화합물이나 티탄·주석 화합물 등의 반응 촉진 촉매, 임의의 계면활성제, 소포제, 실란 커플링제등의 밀착 촉진제등을 소정의 목적으로 도포액에 가할 수도 있다.
또한, 알콕시실란을 베이스로 한 밀착촉진제나 계면활성제는 원료인 실란 화합물과 미리 공중합 시켜 놓을 수도 있다.
상기의 방법으로 제조한 도포액을, 유리 등의 기판상에 도포 하고, 150 ℃ 이하의 임의의 온도로 건조해서 감광성 박막을 얻는다.
이 때의 건조 수단은 특히 규정되지 않지만, 통상 핫플레이트를 쓰고, 1∼60분 동안 의 시간으로 처리한다.
건조 온도가 150 ℃를 넘으면, 자외선 조사에 의하지 않고도 열에 의한 가교가 일어나기 때문에, 후술하는 현상액에 용해되지 않아 패턴이 형성이 불가능하게 된다.
바람직한 건조 온도는 실온에서 120 ℃의 범위이나, 막의 두께나 패턴의 모양에 따라 다양하게 적용 가능하다.
상기한 박막에 패턴을 형성하기 위해서는, 우선 마스크를 통해서, 파장이 365 nm 이상의 자외선을 조사해서 노광하면, 노광을 받은 부분의 박막은 광개시제의 작용으로 급속히 중합해서 가교가 진행되고, 그 부분은 약알칼리 수용액 또는 유기 용제에 대해서 불용성이 된다.
한편, 자외선을 받지 않는 부분은, 중합반응 없이 고정되기 때문에, 약알칼리 수용액 또는 유기 용제에 가용성이 된다.
따라서, 마스크 패턴을 통해서 노광한 막을, 약알칼리 수용액 또는 유기 용제로 처리하면, 미노광부만이 용해되어 탈락하므로 원하는 패턴을 현상할 수 있다.
예컨대, 실온에 유지된 수산화테트라메틸암모늄의 2.38 중량% 용액 중에 노광 후의 박막을 침지해서 현상 처리를 한다.
현상해서 형성한 박막은, 세척·건조해서 그대로 투명절연 막으로써 사용할 수 있지만, 100 ℃ 이상 500 ℃ 미만의 온도로 0.5분부터 180분 정도 추가 아닐링 처리를 함으로서 더욱 열경화해서 절연성이나 내약품성을 높인 후에사용할 수도 있다.
[실시예 1]
3-메타크릴록시프로필트리메톡시실란 249.36g, 2- 프로판올 200 g(알토리치사 제)를 가열 장치가 첨부된 2리터 용량의 3구 플라스크에 투입하고, 플라스크의 내용물을 격렬하게 교반하면서, 0.01몰 /리터 농도의 초산 2 ml 과 순수 52 ml을 혼합한 용액을, 플라스크에 설치한 적하 깔때기에서 30분을 걸려서 적하했다.
플라스크 내용물의 온도가 50℃ 이하가 된 뒤, 환류냉각기를 설치해서 가열하고 상압하에서 12시간 환류시켰다.
이 용액을 채취하여, 테트라히드로퓨란으로 열배로 희석하고, 테트라히드로 퓨란을 캐리어로 한 굴절율검출기가 부착된 겔침투크로마토그래피 장치를 사용하여 중량 평균 분자량을 측정했더니, 약 1,200이였다.
이 용액 100부를 프로필렌글리콜모노메틸에테르아세테이트 50부로 희석 용해하고, 광개시제로써 1중량%의 4,4-비스(디에틸아미노)-벤조페논(알토리치사 제)를 가하여 도포 액을 수득하였다.
이 도포액을 보로실리케이트 유리위에서 회전수 1000 rpm으로 도포 하여 약 600 nm의 투명한 박막을 형성하였다.
이 박막을 60℃로 설정된 핫플레이트상에서 3분간 프리베이크하고 g, h, i- 선 혼합 포토스테퍼로 테스트패턴을 자외선으로 조사하고, 곧 2.38 %의 수산화테트라메틸암모늄으로 1분간 현상하여, 투명한 네거티브 패턴을 수득하였다.
그 후 이 네거티브를 220℃로 설정된 전열기상에서 15분간 포스트베이크하고, 최종적인 박막 패턴을 수득하였다.
상기의 패턴을 얻기 위한 각종 조건이나 특성은 표 1과 같다.
막두께는 에리프소미터, 가시광선 투과율은 UV 가시광분광계를 써서 측정했다.
절연파괴내압과 리크전류는, ITO를 스퍼터링해서 얻은 기판을 별도로 준비하고, 3 ㎛의 해상도가 수득될 수 있는 동일한 조건에서 전면노광과 현상조작을 행한 뒤, 수은 프로브와 아지렌트사 제 CV,IV 측정기를 써서 측정했다.
내열성은, 유리 기판상에 작성한 패턴을 질소 중에서 가열하고, 백탁 ·황변 등 외관상의 이상이나, 막두께의 감소의 유무로 판단했다.
[실시예 2]
실시예 1의 3관능성 실란단량체 원료인 3-메타크릴록시프로필트리에톡시실란을, 3 -아크릴록시프로필트리에톡시실란으로 대치하고, 또한 광개시제를 4,4-비스(디에틸아미노)-벤조페논에서 동량의 2-메틸-1-((4-메틸티오)페닐)-2-몰포리노프로판-1-온(시바사 제)로 치환한 것 이외에는 실시예 1와 동일의 조건에서 합성, 막형성, 노광, 현상을 행하였고 그 결과는 표 1과 같다.
[실시예 3]
실시예 1의 3 관능성 실란단량체 원료인 3 - 메타크릴록시프로필트리에톡시실란의 1/2량인 124.68g과 페닐트리메톡시실란 (알도리치사 제) 99.15g을 혼합하고, 또한 광개시제를 4,4-비스(디에틸아미노)-벤조페논과 동량인 2-이소프로필티옥사덴-9-온(시바사 제)로 대치한 것 이외에는 실시예 1와 동일의 조건에서 합성, 막형성, 노광, 현상을 행하였고 그 결과는 표 1과 같다.
[실시예 4]
실시예 1의 3 관능성 실란단량체 원료인 3 - 메타크릴록시프로필트리에톡시실란의 1/2량인 124.68g과 테트라에톡시실란(알도리치사 제) 104.17g을 혼합하였다. 테트라에톡시실란의 가수분해 속도가 빠르기 때문에, 환류 시간을 2시간으로 단축하고, 광개시제를 4,4-비스(디에틸아미노)-벤조페논에서 동량의 (s)-2-벤질-2- (디메틸아미노)-1-1-(4-몰포리노페닐)부탄-1-온(시바사 제)로 치환한 것 이외에는 실시예 1와 동일의 조건에서 합성, 막형성, 노광, 현상을 행하였고 그 결과는 표 1과 같다.
[비교예 1]
환류 시간을 12시간으로 한것 이외는, 실시예 4와 완전히 동일한 원료와 공정으로 도포액을 제조했다. 이 때의 중량 평균 분자량은 20,000으로 측정되었다.
이 용액을 도포하고 건조한 결과 박막 전면에 가는 균열이 생겼기 때문에, 노광이나 특성 측정등의 조작은 불가능했다.
[비교예 2]
광개시제를 4,4-비스(디에틸아미노)-벤조페논 과 동량의 1 - 하이드록시-시클로헥실-페닐케톤 (시바사 제)로 치환하고 그 외는 실시예 1과 와 동일한 조건으로 합성, 막형성, 노광, 현상을 행하였다.
그 결과 2,000 mJ/cm2 이하의 자외선의 에너지로서는, 불완전한 패턴 밖에 얻을 수 없었다.
표 1
실시예 1 실시예 2 실시예 3 실시예 4 비교예 1 비교예 2
원료인 3관능성 실란 단량체 MAcP-TMOS AcP-TEOS MAcP-TMOS (50 mol%) MAcP-TMOS (50 mol%) MAcP-TMOS (50 mol%) MAcP-TMOS
공중합한 실란 단량체 없다 없다 Ph-TMOS (50 mol%) TEOS (50 mol%) TEOS (50 mol%)
광개시제 EMK IC907 ITX IC369 IC369 IC184
분자량 1200 1600 1000 9000 20000 1200
막두께 600 nm 750 nm 800 nm 1000 nm 100 nm 600 nm
3㎛ 패턴이 수득될 수 있는 감도 100mJ/cm2 80 mJ/cm2 200 mJ/cm2 250 mJ/cm2 크락발생에 의해서 측정 불가 해상불가
광선 투과율 > 95 % > 95 % > 95 % > 95 % 상동 > 93 %
표면 조도 (Ra) < 1 nm < 1 nm < 1 nm < 1 nm 상동 < 1 nm
절연 내압 5 MV/cm 3 MV/cm 5 MV/cm 2 MV/cm 상동 5 MV/cm
리크 전류 1×10-10 A 1×10-10 A 3 × 10-11 A 1×10-9 A 상동 1 × 10-10A
내열 온도 > 300℃ > 300℃ > 350℃ > 350℃ 상동 > 300 ℃
MAcP-TMOS: 메타크릴록시프로필테트라메톡시실란
AcP-TMOS: 아크릴록시프로필테트라메톡시실란
PhTMOS: 페닐트리메톡시실란
TEOS: 테트라에톡시실란
ITX: 2-이소프로필티옥산덴-9-온
EMK: 4,4-비스(디메탈아미노)-벤조페논
IC907: 2-메틸-1-((4- 메틸티오)페닐 )-2-몰포리노프로판-1-온
IC369: (S)-2-벤질-2-(디메틸아미노)-1-1-(4-몰포리노페닐)부탄-1-온
IC184: 1-하이드록시-시클로헥실-페닐케톤
이상의 표에서 알 수 있는 바와 같이, 비교예에서 광개시제를 일반적인 예인 1-하이드록시-시클로헥실-페닐케톤를 사용한 경우 파장이 365 nm 이상의 자외선에 대해서 거의 감도를 가지지 않기 때문에 본 발명에서와 같이 자외선 조사 시 빛에 반응을 하지 않아 패터닝이 불가능 하였음을 확인 할 수 있고,
또한, 실란 단량체의 분자량이 10000을 초과하는 경우 용제에 대한 용해속도가 현저하게 저하되고 박막에 균열이 생겨 본 발명에서는 적합하지 않음을 할 수 있었는 바,
본 발명에서 중합체의 최종 분자량 및 광개시제의 선택이 발명의 중요한 요소임을 확인할 수 있다.
본 발명에 의하여 제조된 감광성 조성물은 일반적으로 실록산 폴리머에 패터닝을 하기위하여 반드시 필요했던 공정인 포토레지스트를 도포한 후 건조 후 에칭 등의 방법을 통하여 패터닝을 진행했던 공정의 문제점인 비용 및 에칭액의 폐기 문제 및 실록산에 항구적인 손상을 주는 문제점 등을 해결할 수 있는 발명이다.
즉, 본 발명은 자외선을 조사 시 자유라디칼 중합반응을 일으킬 수 있는 광개시제와 이에 의하여 중합반응을 일으킬 수 있는 실란 올리고머를 배합함으로서, 포토레지스트의 도포 및 그에 따른 에칭의 공정 없이도 자외선을 조사에 의하여 중합체에 패턴을 형성할 수 있는 바, 비용절감, 공정감소 및 에칭액 폐기라는 환경오염 또한 현저히 줄일 수 있는 유용한 효과를 갖는다.
또한, 폭넓게 사용되는 i선, g선등의 근 자외선의 조사에 의해서 쉽게 직접 파터닝이 가능해서, 평탄성과 평활성에 우수하고, 300 ℃ 이상의 내열성이 있고, 전기적 손실이 적게, 또한 가시광 영역에서 투명해서 착색이 없는 감광성 실록산 피막을 수득할 수 있는 효과를 갖는다.

Claims (5)

  1. 하기 일반식 1의 실란을 가수분해 중합하여 수득된 중량 평균 분자량 500 이상 10,000 이하의 올리고머와 파장 365 nm 이상의 자외선 조사에 의해서 자유 라디칼을 발생하는 벤조일기를 구조 중에 포함하는 광개시제를 중량비로 1: 0.01 내지 20로 포함하고 있는 것을 특징으로 하는 감광성 조성물
    일반식 1: R-CH2CH2CH2Si(OR')3
    (R은 비닐기 (CH2=CH-), 아릴기 (CH2=CH-CH2-), 아크릴록시기 (CH2=CHCOO-),메타크릴록시기 (CH2=C(CH3)COO-)로 구성된 군에서 선택되는 하나의 치환기, R'는 메틸기, 에틸기 혹은 아세톡시기로 구성된 군에서 선택되는 하나의 치환기를 나타낸다.)
  2. 제 1항에 있어서, 광개시제는 벤조일기를 구조 중에 포함하고, N- 몰포리노기 또는 N- 디메틸아미노기를 포함하는 화합물인 것을 특징으로 하는 감광성조성물.
  3. 제 1항 또는 제 2항에 있어서, 일반식 1의 R이 메타크릴록시 기인 것을 특징으로 하는 감광성조성물.
  4. 제 1항 또는 제2항에 있어서, 광개시제는 4,4 - 비스 (디메틸아미노)-벤조페논, 4,4-비스(디에틸아미노)-벤조페논, 2-메틸-1-((4-메틸티오)페닐 )-2-몰포리노-프로판-1-온 또는 (S)-2-벤질-2-(디메틸아미노)-1-1-(4 -몰포리노페닐)부탄-1-온인 것을 특징으로 하는 감광성조성물.
  5. 하기 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 제 1항의 감광성 조성물을 이용한 박막패턴형성방법:
    청구항 1항의 일반식 1의 실란을 유기용제에 가하여 가수분해 중합시켜 중량 평균 분자량 500 이상 10,000 이하의 올리고머를 수득하는 단계;
    파장이 365 nm 이상의 자외선의 조사에 의해서 자유라디칼을 발생하는, 벤조일기를 구조중에 포함하는 광개시제를 상기 올리고머와 중량비로 1: 0.01 내지 20 으로 첨가하는 단계;
    상기 광개시제가 상기 올리고머에 첨가되어 수득된 조성물을 기판상에 도포후 150 ℃ 이하의 온도로 건조함으로써 피막을 형성하는 단계;
    피막에 파장이 365 nm 이상의 자외선을 조사해서 노광하는단계 ; 및
    약알칼리 수용액 또는 유기용제를 이용하여 미노광부를 용해하는 단계.
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