KR101740473B1 - 마이크로 렌즈 형성용 감광성 수지 조성물 - Google Patents

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Abstract

[과제] 마이크로 렌즈 형성용 감광성 수지 조성물을 제공한다.
[해결수단] (A)성분, (B)성분, (C)성분 및 용제를 함유하는 마이크로 렌즈 형성용 감광성 수지 조성물. (A)성분: 하기 식(1)로 표시되는 말레이미드 구조단위, 하기 식(2)로 표시되는 비닐에테르 구조단위, 그리고 하기 식(3), 식(4) 및 식(5)로 표시되는 구조단위 3종 중 적어도 1종을 갖는 공중합체 (B)성분: 감광제 (C)성분: 가교제 (식 중, X는 에테르 결합 또는 환상구조를 가질 수도 있는 탄소원자수 1 내지 20의 탄화수소기를 나타내고, Y는 치환기를 가질 수도 있는 유기기를 나타내고, Z는 치환기를 가질 수도 있는 방향족 탄화수소기, 또는 알콕시기를 나타낸다.)
Figure 112013078463062-pct00015

Description

마이크로 렌즈 형성용 감광성 수지 조성물{PHOTOSENSITIVE RESIN COMPOSITION FOR FORMATION OF MICROLENSES}
본 발명은, 마이크로 렌즈 형성용 감광성 수지 조성물 및 이 감광성 수지 조성물로 형성되는 마이크로 렌즈에 관한 것이다.
일반적으로, 이미지 센서에 탑재되는 마이크로 렌즈는, 감광성 수지 조성물을 이용하여 제작된다.
이러한 마이크로 렌즈에 있어서는, 일반적으로, 투명성, 내열성, 내용제성에 더하여, 고온 가열에 의한 착색을 억제하여 투명성의 저하를 방지할 것(내열 변색성), 그리고 양호한 패턴형상으로 형성되어 있을 것(패터닝성) 등의 여러 특성이 요구되고 있다. 여기서 이용되는 감광성 수지 조성물로는, 종래, 히드록시스티렌계 공중합체 또는 폴리히드록시스티렌을 함유하는 마이크로 렌즈 형성용 감광성 수지 조성물이 알려져 있다.
그런데, 말레이미드계 공중합체를 함유하는 포토레지스트 조성물, 반사방지막 형성 조성물, 액침 리소그래피용 레지스트 보호막 형성용 재료 등이 제안되어 있다(특허문헌 1~4). 또한, 액정 디스플레이(LCD), 유기 일렉트로 루미네선스 디스플레이 장치 등의 디스플레이 장치의 절연막을 개발하는 것을 목적으로, 인덴과 말레이미드와 N-치환 말레이미드로 이루어진 알칼리 가용성 공중합체, 1,2-나프토퀴논디아지드 화합물, 가교제를 함유하는 감방사선성 수지 조성물을 이용하는 것을 특징으로 하는 디스플레이 장치의 절연막 형성 방법이 제안되어 있다(특허문헌 5).
나아가, 다관능 (메타)아크릴레이트와의 상용성이 매우 우수하고, 또한, 알칼리 가용성도 양호하며, 따라서, 이러한 특징이 요구되는 각종 용도에 적합하게 이용하는 것을 목적으로, 무치환 말레이미드 유래의 단량체 구조단위, 스티렌류 유래의 단량체 구조단위, (메타)아크릴산 유래의 단량체 구조를 함유하는 것을 특징으로 하는, 말레이미드계 공중합체가 제안되어 있다(특허문헌 6).
그러나, 이들 종래 문헌은, 마이크로 렌즈 형성용 감광성 수지 조성물로서의 용도의 제공을 목적으로 하지 않으며, 또한, 무치환 말레이미드 구조단위, 및 비닐에테르 구조단위를 갖는 공중합체의 마이크로 렌즈 형성용 감광성 수지 조성물로의 적용에 대해 구체적인 수단 및 효과는 시사되어 있지 않다.
또한, [A] (a1) 불포화 카르본산 및/또는 불포화 카르본산 무수물, (a2) 에폭시기 함유 불포화 화합물, (a3) 말레이미드계 모노머 및 (a4) 기타 올레핀계 불포화 화합물의 중합체, 그리고, [B] 1,2-퀴논디아지드 화합물이 함유되어 있는 것을 특징으로 하는, 감방사선성 수지 조성물이 보고되어 있다(특허문헌 7). 그러나, 이 문헌에 보고된 감방사선성 수지 조성물은, 높은 감방사선성이 얻어지고, 내용제성, 내열성, 투명성 및 내열 변색성이 우수한 패턴상 박막을 용이하게 형성할 수 있다고 설명하고 있으나, 상기 조성물로 형성되는 패턴의 구체적인 형상 정도(精度)까지는 시사하고 있지 않다. 또한, 말레이미드계 모노머로서, 무치환 말레이미드는 기재되어 있지 않다.
미국특허 제6,586,560(B1)호 명세서 일본특허공고 H06-23842호 공보 일본특허공개 2008-303315호 공보 일본특허공개 2002-323771호 공보 일본특허공개 2003-131375호 공보 일본특허공개 2004-224894호 공보 일본특허공개 2001-354822호 공보
종래의 히드록시스티렌계 공중합체 또는 폴리히드록시스티렌을 함유하는 마이크로 렌즈 형성용 감광성 수지 조성물을 이용하여 제작한 종래의 마이크로 렌즈에서는, 고온 가열에 의해 착색되기 쉬우므로, 투명성이 저하되는 경향을 보인다는 문제가 있어, 개량의 여지가 있었다.
본 발명은, 상기 사정에 기초하여 이루어진 것으로, 그 해결하고자 하는 과제는, 경화막의 투명성, 내열성, 내열 변색성, 및 내용제성, 그리고 감광성 수지막의 패터닝성을 현저하게 개선할 수 있는 마이크로 렌즈 형성용 감광성 수지 조성물을 제공하는 것이다.
본 발명자들은, 상기 과제를 해결하기 위하여 예의 검토한 결과, 본 발명을 완성하였다.
즉, (A)성분, (B)성분, (C)성분 및 용제를 함유하는 마이크로 렌즈 형성용 감광성 수지 조성물이다.
(A)성분: 하기 식(1)로 표시되는 말레이미드 구조단위, 하기 식(2)로 표시되는 비닐에테르 구조단위, 그리고 하기 식(3), 식(4) 및 식(5)로 표시되는 구조단위 3종 중 적어도 1종을 갖는 공중합체
(B)성분: 감광제
(C)성분: 가교제
[화학식 1]
Figure 112013078463062-pct00001

[화학식 2]
Figure 112013078463062-pct00002
(식 중, X는 탄소원자수 1 내지 20의 탄화수소기를 나타내고, Y는 탄소원자수 1 내지 5의 알킬기, 탄소원자수 5 또는 6의 시클로알킬기, 페닐기 또는 벤질기를 나타내고, Z는 페닐기, 나프틸기, 안트라세닐기, 비페닐릴기 또는 탄소원자수 1 내지 8의 알콕시기를 나타낸다. 단, 상기 X로 표시되는 기는 에테르 결합 또는 환상구조를 가지고 있을 수도 있고, 상기 Y로 표시되는 기는 수소원자의 일부 또는 전부가 할로겐원자, 카르복실기, 히드록시기, 아미노기 또는 니트로기로 치환되어 있을 수도 있고, 상기 Z로 표시되는 페닐기, 나프틸기, 안트라세닐기, 비페닐릴기는, 수소원자의 일부 또는 전부가, 탄소원자수 1 내지 10의 알킬기, 탄소원자수 5 또는 6의 시클로알킬기, 할로겐원자, 카르복실기, 히드록시기, 아미노기 또는 니트로기로 치환되어 있을 수도 있다.)
본 발명의 다른 태양은, 상기 마이크로 렌즈 형성용 감광성 수지 조성물로부터 얻어지는 경화막이다.
또 다른 태양은, 상기 마이크로 렌즈 형성용 감광성 수지 조성물로부터 제작되는 마이크로 렌즈이다.
본 발명의 마이크로 렌즈 형성용 감광성 수지 조성물로 형성되는 막은, 우수한 투명성, 내열성, 내열 변색성 및 내용제성을 가질 수 있다.
또한, 본 발명의 마이크로 렌즈 형성용 감광성 수지 조성물로 형성된 패턴도 우수한 내열성을 가질 수 있다.
이상으로부터, 본 발명의 마이크로 렌즈 형성용 감광성 수지 조성물로 형성되는 막은, 그 형성 공정, 또는 배선 등의 주변장치의 형성 공정에 있어서, 고온에서의 가열처리가 행해지는 경우에 마이크로 렌즈가 착색되고, 렌즈형상이 변형될 가능성을 현저하게 감소시킬 수 있다. 또한, 마이크로 렌즈 형성 후에 전극, 배선 형성 공정이 행해지는 경우에는, 유기용제에 의한 마이크로 렌즈의 변형, 박리라 하는 문제도 현저하게 감소시킬 수 있다.
따라서, 본 발명의 마이크로 렌즈 형성용 감광성 수지 조성물은, 마이크로 렌즈를 형성하는 재료로서 적합하다.
본 발명은, (A)성분의 말레이미드 구조단위 및 히드록시기를 갖는 비닐에테르 구조단위를 갖는 공중합체와, (B)성분의 감광제와, (C)성분의 가교제와, 용제를 함유하는 마이크로 렌즈 형성용 감광성 수지 조성물이다.
이하, 각 성분에 대하여 상세하게 설명한다.
본 발명의 마이크로 렌즈 형성용 감광성 수지 조성물에서 용제를 제외한 고형분은 통상 1질량% 내지 50질량%이다.
<공중합체>
본 발명의 조성물에서 (A)성분인 공중합체는, 상기 식(1)로 표시되는 말레이미드 구조단위, 상기 식(2)로 표시되는 비닐에테르 구조단위, 그리고 상기 식(3), 식(4) 및 식(5)로 표시되는 구조단위 3종 중 적어도 1종을 갖는 공중합체이다.
또한, 이 식(2)로 표시되는 비닐에테르 구조단위에 있어서, 상기 X가 에테르 결합 또는 환상구조를 갖는 탄소원자수 1 내지 20의 탄화수소기를 나타내는 경우의 예로는, 하기 식(2-1) 및 식(2-2)를 들 수 있다.
[화학식 3]
Figure 112013078463062-pct00003
(식 중, R1 및 R2는 각각 독립적으로 직쇄상 혹은 분지쇄상의 탄소원자수 1 내지 7의 알킬렌기 또는 단결합을 나타내고, R3 및 R4는 각각 독립적으로 직쇄상 또는 분지쇄상의 탄소원자수 1 내지 10의 알킬렌기를 나타낸다.)
상기 식(2-1)에 있어서, R1 및 R2가 단결합을 나타내는 경우, 식 중의 시클로헥실렌기는 산소원자 및 히드록시기와 직접 결합한다.
상기 식(2) 중, X로 표시되는, 에테르 결합 또는 환상구조를 가지고 있을 수도 있는 탄소원자수 1 내지 20의 탄화수소기로는, 예를 들면 메틸렌기, 에틸렌기, 트리메틸렌기, 테트라메틸렌기, 펜타메틸렌기, 헥사메틸렌기, 시클로헥산-1,4-디일기, 시클로헥산-1,4-디메틸렌기, 디메틸렌에테르기, 디에틸렌에테르기, 에틸렌메틸렌에테르기, 디프로필렌에테르기, 에틸렌프로필렌에테르기, 메틸렌프로필렌에테르기, 디이소프로필렌에테르기를 들 수 있다.
상기 식(2)로 표시되는 비닐에테르 구조단위는, 가교 부위가 되는 히드록시기를 측쇄에 갖는 것을 특징으로 한다. 때문에, 상기 구조단위를 갖는 공중합체를 포함하는 본 발명의 조성물은, 가교효율이 좋고 경화성이 향상됨과 함께, 현상하여 제작되는 렌즈 패턴은, 형상유지 특성이 우수하다. 상기 비닐에테르 구조단위를 형성하는 비닐에테르 화합물의 구체적인 예로는, 2-히드록시에틸비닐에테르, 3-히드록시프로필비닐에테르, 4-히드록시부틸비닐에테르, 5-히드록시펜틸비닐에테르, 6-히드록시헥실비닐에테르, 4-히드록시시클로헥실비닐에테르, 1,4-시클로헥산디메탄올모노비닐에테르, 디에틸렌글리콜모노비닐에테르, 디프로필렌글리콜모노비닐에테르를 들 수 있다. 이들 비닐에테르 화합물은, 단독으로 사용할 수도 있고, 2종 이상을 조합하여 사용할 수도 있다.
상기 식(3)으로 표시되는 구조단위를 형성하는 화합물의 구체예를 하기 식(3-1) 내지 식(3-7)에, 상기 식(4)로 표시되는 구조단위를 형성하는 화합물의 구체예를 하기 식(4-1) 내지 식(4-5)에 나타낸다.
[화학식 4]
Figure 112013078463062-pct00004

[화학식 5]
Figure 112013078463062-pct00005

여기서, 상기 (A)성분인 공중합체에 있어서, 상기 식(1)로 표시되는 구조단위, 상기 식(2)로 표시되는 구조단위, 그리고 상기 식(3), 식(4) 및 식(5)로 표시되는 구조단위 3종 중 적어도 1종의 함유량의 합에 대하여, 상기 식(1)로 표시되는 구조단위의 함유량은 20mol% 내지 80mol%이고, 바람직하게는 25mol% 내지 70mol%, 또한 상기 식(2)로 표시되는 구조단위의 함유량은 5mol% 내지 65mol%이고, 바람직하게는 10mol% 내지 55mol%, 나아가 상기 식(3), 식(4) 및 식(5)로 표시되는 구조단위 중 적어도 1종의 함유량은 15mol% 내지 75mol%이고, 바람직하게는 20mol% 내지 65mol%이다.
상기 공중합체의 중량평균분자량은 예를 들면, 1000 내지 50000이고, 바람직하게는 3000 내지 30000이다. 한편, 중량평균분자량은, 겔 퍼미에이션 크로마토그래피(GPC)에 의해, 표준시료로서 폴리스티렌을 이용하여 얻어지는 값이다.
본 발명의 조성물에서의 (A)성분의 함유량은, 상기 조성물의 고형분 중의 함유량에 기초하여 통상, 1질량% 내지 99질량%이고, 바람직하게는 10질량% 내지 95질량%이다.
본 발명에 있어서, 상기 (A)성분을 얻는 방법은 특별히 한정되지 않으나, 일반적으로는, 상술한 공중합체를 얻기 위해 이용하는 모노머종을 포함하는 모노머 혼합물을 중합용매 중에서, 통상 50℃ 내지 110℃의 온도 하에 중합반응시킴으로써 얻어진다.
<(B)성분>
본 발명의 조성물에서 (B)성분인 감광제로는, 감광성분으로서 사용할 수 있는 화합물이라면, 특별히 한정되지 않으나, 1,2-나프토퀴논디아지드 화합물이 바람직하다. 상기 1,2-나프토퀴논디아지드 화합물로는, 히드록시기를 갖는 화합물로서, 이들 히드록시기 중, 10몰% 내지 100몰%, 바람직하게는 20몰% 내지 95몰%가 1,2-나프토퀴논디아지드술폰산에스테르화된 화합물을 이용할 수 있다.
상기 히드록시기를 갖는 화합물로는, 예를 들면, 페놀, o-크레졸, m-크레졸, p-크레졸, 하이드로퀴논, 레조르시놀, 카테콜, 갈산(gallic acid)메틸, 갈산에틸, 1,3,3-트리스(4-히드록시페닐)부탄, 4,4'-이소프로필리덴디페놀, 1,1-비스(4-히드록시페닐)시클로헥산, 4,4'-디히드록시디페닐술폰, 4,4'-(헥사플루오로이소프로필리덴)디페놀, 4,4',4"-트리스히드록시페닐에탄, 1,1,1-트리스히드록시페닐에탄, 4,4'-[1-[4-[1-(4-히드록시페닐)-1-메틸에틸]페닐]에틸리덴]비스페놀, 2,4-디히드록시벤조페논, 2,3,4-트리히드록시벤조페논, 2,2’,4,4’-테트라히드록시벤조페논, 2,3,4,4’-테트라히드록시벤조페논, 2,2’,3,4,4’-펜타히드록시벤조페논, 2,5-비스(2-히드록시-5-메틸벤질)메틸 등의 페놀 화합물, 에탄올, 2-프로판올, 4-부탄올, 시클로헥사놀, 에틸렌글리콜, 프로필렌글리콜, 디에틸렌글리콜, 디프로필렌글리콜, 2-메톡시에탄올, 2-부톡시에탄올, 2-메톡시프로판올, 2-부톡시프로판올, 유산에틸, 유산부틸 등의 지방족 알코올류를 들 수 있다.
이들 감광제는, 단독으로 또는 2종 이상을 조합하여 이용할 수 있다.
본 발명의 조성물에서의 (B)성분의 함유량은, 상기 조성물의 고형분 중의 함유량에 기초하여 통상, 1질량% 내지 50질량%이다.
본 발명의 조성물에서 (C)성분인 가교제는, 열이나 산의 작용에 의해, 수지나 감광제 등의 배합 조성물이나 다른 가교제 분자와의 결합을 형성하는 화합물이다. 상기 가교제로는, 예를 들면, 히드록시메틸기 치환 페놀 화합물, 알콕시알킬화된 아미노기를 갖는 화합물, 에폭시 화합물을 들 수 있다. 이들 가교제는, 단독으로 또는 2종 이상을 조합하여 이용할 수 있다.
상기 히드록시메틸기 치환 페놀 화합물로는, 예를 들면, 2-히드록시메틸-4,6-디메틸페놀, 1,3,5-트리히드록시메틸벤젠, 3,5-디히드록시메틸-4-메톡시톨루엔[2,6-비스(히드록시메틸)-p-크레졸]을 들 수 있다.
상기 알콕시알킬화된 아미노기를 갖는 화합물로는, 예를 들면, (폴리)메틸올화멜라민, (폴리)메틸올화글리콜우릴, (폴리)메틸올화벤조구아나민, (폴리)메틸올화우레아 등의, 1분자 내에 복수개의 활성 메틸올기를 갖는 함질소 화합물로서, 그 메틸올기 중의 히드록시기의 수소원자 중 적어도 하나가, 메틸기, 부틸기 등의 알킬기에 의해 치환된 화합물을 들 수 있다.
상기 알콕시알킬화된 아미노기를 갖는 화합물은, 복수의 치환 화합물을 혼합한 혼합물인 경우가 있고, 일부 자기축합하여 이루어지는 올리고머 성분을 포함하는 혼합물도 존재하는데, 이러한 혼합물도 사용 가능하다. 보다 구체적으로는, 예를 들면, 헥사메톡시메틸멜라민(Nihon Cytec Industries Inc.제, CYMEL(등록상표) 303), 테트라부톡시메틸글리콜우릴(Nihon Cytec Industries Inc.제, CYMEL(등록상표) 1170), 테트라메톡시메틸벤조구아나민(Nihon Cytec Industries Inc.제, CYMEL(등록상표) 1123) 등의 CYMEL시리즈 상품, 메틸화멜라민 수지(Sanwa Chemical Industry Co., Ltd.제, NIKALAC(등록상표) MW-30HM, NIKALAC MW-390, NIKALAC MW-100LM, NIKALAC MX-750LM), 메틸화요소 수지(Sanwa Chemical Industry Co., Ltd.제, NIKALAC(등록상표) MX-270, NIKALAC MX-280, NIKALAC MX-290) 등의 NIKALAC시리즈 상품을 들 수 있다.
상기 에폭시 화합물의 구체예로는, 이하에 나타낸 시판품을 들 수 있는데, 이들 예로 한정되는 것은 아니다. 비스페놀A형 에폭시 수지로는, 예를 들면, jER(등록상표) 828, jER 834, jER 1001, jER 1004(이상, Mitsubishi Chemical Corporation제), EPICLON(등록상표) 850, EPICLON 860, EPICLON 4055(이상, DIC Corporation제)를 들 수 있다. 비스페놀F형 에폭시 수지로는, 예를 들면, jER(등록상표) 807(Mitsubishi Chemical Corporation제), EPICLON(등록상표) 830(DIC Corporation제)을 들 수 있다. 페놀 노볼락형 에폭시 수지로는, 예를 들면, EPICLON(등록상표) N-740, EPICLON N-770, EPICLON N-775(이상, DIC Corporation제), jER(등록상표) 152, jER 154(이상, Mitsubishi Chemical Corporation제)를 들 수 있다. 크레졸 노볼락형 에폭시 수지로는, 예를 들면, EPICLON(등록상표) N-660, EPICLON N-665, EPICLON N-670, EPICLON N-673, EPICLON N-680, EPICLON N-695, EPICLON N-665-EXP, EPICLON N-672-EXP(이상, DIC Corporation제)를 들 수 있다. 글리시딜아민형 에폭시 수지로는, 예를 들면, EPICLON(등록상표) 430, EPICLON 430-L(이상, DIC Corporation제), TETRAD(등록상표)-C, TETRAD(등록상표)-X(이상, Mitsubishi Gas Chemical Company, Inc.제), jER(등록상표) 604, jER 630(이상, Mitsubishi Chemical Corporation제), SUMIEPOXY(등록상표) ELM120, SUMIEPOXY ELM100, SUMIEPOXY ELM434, SUMIEPOXY ELM434HV(이상, Sumitomo Chemical Co., Ltd.제), EPOTOHTO(등록상표) YH-434, EPOTOHTO YH-434L(이상, Toto Kasei Co., Ltd.제)을 들 수 있다. 지환식 에폭시 수지로는, 예를 들면, DENACOL(등록상표) EX-252(Nagase Chemtex Corporation제), EPICLON(등록상표) 200, EPICLON 400(이상 DIC Corporation제), jER(등록상표) 871, jER 872(이상, Mitsubishi Chemical Corporation제)를 들 수 있다. 시클로헥센옥사이드 구조를 갖는 에폭시 수지로는, 예를 들면, EPOLEAD(등록상표) GT-401, EPOLEAD GT-403, EPOLEAD GT-301, EPOLEAD GT-302, CELLOXIDE(등록상표) 2021, CELLOXIDE 3000(이상, Daicel Chemical Industries, Ltd.제)을 들 수 있다.
이들 중, 내열성, 내용제성, 내(耐)장시간 소성내성 등의 내프로세스성 및 투명성의 관점으로부터, 알콕시알킬화된 아미노기를 갖는 화합물이 바람직하다.
본 발명의 조성물에서 (C)성분의 함유량은, 상기 조성물의 고형분 중의 함유량에 기초하여 통상, 1질량% 내지 50질량%이다.
본 발명의 조성물의 조제 방법은, 특별히 한정되지 않으나, 예를 들면, (A)성분인 공중합체를 용제에 용해하고, 이 용액에 (B)성분인 감광제 및 (C)성분인 가교제를 소정 비율로 혼합하여, 균일한 용액으로 하는 방법을 들 수 있다. 그리고, 이 조제 방법의 적당한 단계에서, 필요에 따라, 기타 첨가제를 추가로 첨가하여 혼합하는 방법을 들 수 있다.
상기 용제로는, 상기 (A)성분, (B)성분 및 (C)성분을 용해하는 것이라면 특별히 한정되지 않는다. 이러한 용제로는, 예를 들면, 에틸렌글리콜모노메틸에테르, 에틸렌글리콜모노에틸에테르, 메틸셀로솔브아세테이트, 에틸셀로솔브아세테이트, 디에틸렌글리콜모노메틸에테르, 디에틸렌글리콜모노에틸에테르, 프로필렌글리콜, 프로필렌글리콜모노메틸에테르, 프로필렌글리콜모노메틸에테르아세테이트, 프로필렌글리콜프로필에테르아세테이트, 프로필렌글리콜모노부틸에테르, 프로필렌글리콜모노부틸에테르아세테이트, 톨루엔, 자일렌, 메틸에틸케톤, 시클로펜타논, 시클로헥사논, 2-히드록시프로피온산에틸, 2-히드록시-2-메틸프로피온산에틸, 에톡시아세트산에틸, 히드록시아세트산에틸, 2-히드록시-3-메틸부탄산메틸, 3-메톡시프로피온산메틸, 3-메톡시프로피온산에틸, 3-에톡시프로피온산에틸, 3-에톡시프로피온산메틸, 피루브산메틸, 아세트산에틸, 아세트산부틸, 유산에틸, 유산부틸, 2-헵타논, γ-부티로락톤을 들 수 있다.
이들 용제는, 단독으로 또는 2종 이상을 조합하여 이용할 수 있다.
이들 용제 중에서도, 도막의 레벨링성 향상의 관점으로부터, 프로필렌글리콜모노메틸에테르, 프로필렌글리콜모노메틸에테르아세테이트, 2-헵타논, 유산에틸, 유산부틸 및 시클로헥사논이 바람직하다.
본 발명의 조성물은, 도포성을 향상시키기 위한 목적으로, 계면활성제를 함유할 수도 있다. 상기 계면활성제로는, 예를 들면, 폴리옥시에틸렌라우릴에테르, 폴리옥시에틸렌스테아릴에테르, 폴리옥시에틸렌세틸에테르, 폴리옥시에틸렌올레일에테르 등의 폴리옥시에틸렌알킬에테르류, 폴리옥시에틸렌옥틸페놀에테르, 폴리옥시에틸렌노닐페놀에테르 등의 폴리옥시에틸렌알킬아릴에테르류, 폴리옥시에틸렌·폴리옥시프로필렌블록 코폴리머류, 솔비탄모노라우레이트, 솔비탄모노팔미테이트, 솔비탄모노스테아레이트, 솔비탄모노올레이트, 솔비탄트리올레이트, 솔비탄트리스테아레이트 등의 솔비탄지방산에스테르류, 폴리옥시에틸렌솔비탄모노라우레이트, 폴리옥시에틸렌솔비탄모노팔미테이트, 폴리옥시에틸렌솔비탄모노스테아레이트, 폴리옥시에틸렌솔비탄트리올레이트, 폴리옥시에틸렌솔비탄트리스테아레이트 등의 폴리옥시에틸렌솔비탄지방산에스테르류 등의 비이온계 계면활성제, EFTOP(등록상표) EF301, EFTOP EF303, EFTOP EF352(이상, Mitsubishi Materials Electronic Chemicals Co., Ltd.(구: JEMCO, Inc.)제), MEGAFAC(등록상표) F171, MEGAFAC F173, MEGAFAC R30(이상, DIC Corporation제), FLUORAD FC430, FLUORAD FC431(이상, Sumitomo 3M Ltd.제), ASAHI GUARD(등록상표) AG710, SURFLON(등록상표) S-382, SURFLON SC101, SURFLON SC102, SURFLON SC103, SURFLON SC104, SURFLON SC105, SURFLON SC106(Asahi Glass Co., Ltd.제), FTX-206D, FTX-212D, FTX-218, FTX-220D, FTX-230D, FTX-240D, FTX-212P, FTX-220P, FTX-228P, FTX-240G 등 FTERGENT시리즈(Neos Co., Ltd.제) 등의 불소계 계면활성제, 오가노실록산 폴리머 KP341(Shin-Etsu Chemical Co., Ltd.제)을 들 수 있다.
상기 계면활성제는, 단독 또는 2종 이상의 조합으로 사용할 수 있다.
또한, 상기 계면활성제가 사용되는 경우, 본 발명의, 조성물에서의 그 함유량은, 상기 조성물의 고형분 중의 함유량에 기초하여, 3질량% 이하이고, 바람직하게는 1질량% 이하이고, 보다 바람직하게는 0.5질량% 이하이다.
또한, 본 발명의 조성물은, 본 발명의 효과를 저해하지 않는 한, 필요에 따라, 경화조제, 자외선흡수제, 증감제, 가소제, 산화방지제, 밀착조제 등의 첨가제를 포함할 수 있다.
이하, 본 발명의 마이크로 렌즈 형성용 감광성 수지 조성물의 사용에 대하여 설명한다.
기판{예를 들면, 산화규소막으로 피복된 실리콘 등의 반도체기판, 질화규소막 또는 산화질화규소막으로 피복된 실리콘 등의 반도체기판, 질화규소기판, 석영기판, 유리기판(무알칼리유리, 저알칼리유리, 결정화유리를 포함함), ITO막이 형성된 유리기판} 상에, 스피너, 코터 등의 적당한 도포방법에 의해 본 발명의 조성물이 도포되고, 그 후, 핫플레이트 등의 가열수단을 이용하여 프리베이크함으로써, 도막이 형성된다.
프리베이크 조건으로는, 베이크 온도 80℃ 내지 250℃, 베이크 시간 0.3분 내지 60분간 내에서 적당히 선택되는데, 바람직하게는, 베이크 온도 80℃ 내지 150℃, 베이크 시간 0.5분 내지 5분간이다.
또한, 본 발명의 조성물로 형성되는 막의 막두께로는, 0.005μm 내지 5.0μm이고, 바람직하게는 0.01μm 내지 3.0μm이다.
다음에, 얻어진 상기 막 위에, 소정의 패턴을 형성하기 위한 마스크(레티클)를 통과하여 노광이 행해진다. 노광에는, g선 및 i선 등의 자외선, KrF엑시머레이저 등의 원적외선을 사용할 수 있다. 노광 후, 필요에 따라 노광후 가열(Post Exposure Bake)이 행해진다. 노광후 가열의 조건으로는, 가열온도 80℃ 내지 150℃, 가열시간 0.3분 내지 60분간 내에서 적당히 선택된다. 그리고, 알칼리성 현상액으로 현상된다.
상기 알칼리성 현상액으로는, 예를 들면, 수산화칼륨, 수산화나트륨 등의 알칼리 금속 수산화물의 수용액, 수산화테트라메틸암모늄, 수산화테트라에틸암모늄, 콜린 등의 수산화4급암모늄의 수용액, 에탄올아민, 프로필아민, 에틸렌디아민 등의 아민 수용액 등의 알칼리성 수용액을 들 수 있다. 추가로, 이들 현상액에 계면활성제를 첨가할 수도 있다.
현상 조건으로는, 현상온도 5℃ 내지 50℃, 현상시간 10초 내지 300초에서 적당히 선택된다. 본 발명의 조성물로 형성되는 막은, 수산화테트라메틸암모늄 수용액을 이용하여, 실온에서 용이하게 현상을 행할 수 있다. 현상 후, 예를 들면 초순수를 이용하여 린스를 행한다.
그리고, 예를 들면, g선, i선, KrF엑시머레이저를 이용하여, 기판을 전체면 노광한다. 그 후, 핫플레이트 등의 가열수단을 이용하여 포스트베이크를 행한다. 포스트베이크 조건으로는 예를 들면, 베이크온도 100℃ 내지 250℃, 베이크시간 0.5분 내지 60분간 내에서 적당히 선택된다.
실시예
이하에 실시예 및 비교예에 기초하여 본 발명을 보다 상세하게 설명하나, 본 발명은 이들 실시예로 한정되지 않는다.
〔하기 합성예에서 얻어진 폴리머의 중량평균분자량의 측정〕
장치: JASCO Corporation제 GPC 시스템
컬럼: Shodex〔등록상표〕 KL-804L 및 803L
컬럼오븐: 40℃
유량: 1ml/분
용리액: 테트라하이드로퓨란
[폴리머의 합성]
<합성예 1>
말레이미드 16.0g, 인덴 23.9g, 2-히드록시에틸비닐에테르 3.6g, 및 2,2'-아조비스이소부티로니트릴 1.3g을 프로필렌글리콜모노메틸에테르 104.7g에 용해시킨 후, 이 용액을, 프로필렌글리콜모노메틸에테르 30.0g을 80℃로 유지한 플라스크 안에 4시간에 걸쳐 적하하였다. 적하 종료 후, 18시간 반응시켰다. 이 반응용액을 실온에 냉각 후, 디에틸에테르에 투입하여 폴리머를 재침전시키고, 감압건조하여, 하기 식(5)로 표시되는 구조단위를 갖는 폴리머(공중합체)를 얻었다.
얻어진 폴리머의 중량평균분자량 Mw는 9,000(폴리스티렌 환산)이었다.
[화학식 6]
Figure 112013078463062-pct00006

<합성예 2>
말레이미드 8.0g, N-시클로헥실말레이미드 14.8g, 1,4-시클로헥산디메탄올모노비닐에테르 18.7g, 및 2,2'-아조비스이소부티로니트릴 1.2g을 프로필렌글리콜모노메틸에테르 99.7g에 용해시킨 후, 이 용액을, 프로필렌글리콜모노메틸에테르 28.5g을 80℃로 유지한 플라스크 안에 4시간에 걸쳐 적하하였다. 적하 종료후, 18시간 반응시켰다. 이 반응용액을 실온에서 냉각 후, 디에틸에테르에 투입하여 폴리머를 재침전시키고, 감압건조하여, 하기 식(6)으로 표시되는 구조단위를 갖는 폴리머(공중합체)를 얻었다.
얻어진 폴리머의 중량평균분자량 Mw는 4,500(폴리스티렌 환산)이었다.
[화학식 7]
Figure 112013078463062-pct00007

<합성예 3>
말레이미드 12.0g, 4-tert-부틸스티렌 19.8g, 1,4-시클로헥산디메탄올모노비닐에테르 10.5g, 및 2,2'-아조비스이소부티로니트릴 1.3g을 프로필렌글리콜모노메틸에테르 101.8g에 용해시킨 후, 이 용액을, 프로필렌글리콜모노메틸에테르 29.1g을 80℃로 유지한 플라스크 안에 4시간에 걸쳐 적하하였다. 적하 종료후, 18시간 반응시켰다. 이 반응용액을 실온에 냉각 후, 아세토니트릴에 투입하여 폴리머를 재침전시키고, 감압건조하여, 하기 식(7)로 표시되는 구조단위를 갖는 폴리머(공중합체)를 얻었다.
얻어진 폴리머의 중량평균분자량 Mw는 28,000(폴리스티렌 환산)이었다.
[화학식 8]
Figure 112013078463062-pct00008

<합성예 4>
말레이미드 13.0g, 2-비닐나프탈렌 25.8g, 디에틸렌글리콜모노비닐에테르 4.4g, 및 2,2'-아조비스이소부티로니트릴 2.1g을 프로필렌글리콜모노메틸에테르 106.0g에 용해시킨 후, 이 용액을, 프로필렌글리콜모노메틸에테르 30.3g을 80℃로 유지한 플라스크 안에 4시간에 걸쳐 적하하였다. 적하 종료 후, 18시간 반응시켰다. 이 반응용액을 실온에서 냉각 후, 디에틸에테르에 투입하여 폴리머를 재침전시키고, 감압건조하여, 하기 식(8)로 표시되는 구조단위를 갖는 폴리머(공중합체)를 얻었다.
얻어진 폴리머의 중량평균분자량 Mw는 8,000(폴리스티렌 환산)이었다.
[화학식 9]
Figure 112013078463062-pct00009

[감광성 수지 조성물의 조제]
<실시예 1>
합성예 1에서 얻어진 (A)성분인 폴리머 4.0g, (B)성분인 감광제로서 P-200(Toyo Gosei Co., Ltd.제) 1.2g, (C)성분인 가교제로서 MX-750LM(Sanwa Chemical Industry Co., Ltd.제) 1.2g, 계면활성제로서 MEGAFAC(등록상표) R-30(DIC Corporation제) 0.02g을 프로필렌글리콜모노메틸에테르 28.0g 및 유산에틸 12.0g에 용해시켜 용액으로 하였다. 그 후, 구멍직경 0.10μm의 폴리에틸렌제 마이크로 필터를 이용해서 여과하여 마이크로 렌즈 형성용 감광성 수지 조성물을 조제하였다.
<실시예 2>
(A)성분으로서 합성예 2에서 얻어진 폴리머 4.0g을 이용한 것을 제외하고는 상기 실시예 1과 동일한 조건으로, 마이크로 렌즈 형성용 감광성 수지 조성물을 조제하였다.
<실시예 3>
(A)성분으로서 합성예 3에서 얻어진 폴리머 4.0g을 이용한 것을 제외하고는 상기 실시예 1과 동일한 조건으로, 마이크로 렌즈 형성용 감광성 수지 조성물을 조제하였다.
<실시예 4>
(A)성분으로서 합성예 4에서 얻어진 폴리머 4.0g을 이용한 것을 제외하고는 상기 실시예 1과 동일한 조건으로, 마이크로 렌즈 형성용 감광성 수지 조성물을 조제하였다.
<비교예1>
하기 식(9)로 표시되는 구조단위를 갖는 폴리(4-비닐페놀)(Sigma-Aldrich Japan K.K.제, 중량평균분자량 Mw 20,000) 4.0g, 감광제로서 P-200(Toyo Gosei Co., Ltd.제) 1.2g, 가교제로서 MX-750LM(Sanwa Chemical Industry Co., Ltd.제) 1.2g, 및 계면활성제로서 MEGAFAC(등록상표) R-30(DIC Corporation제) 0.02g을, 프로필렌글리콜모노메틸에테르 33.0g 및 유산에틸 14.0g에 용해시켜 용액으로 하였다. 그 후, 구멍직경 0.10μm의 폴리에틸렌제 마이크로 필터를 이용해서 여과하여 마이크로 렌즈 형성용 감광성 수지 조성물을 조제하였다.
[화학식 10]
Figure 112013078463062-pct00010

[투과율 측정]
실시예 1 내지 실시예 4 및 비교예1에서 조제한 감광성 수지 조성물을 각각, 석영기판 상에 스핀코터를 이용하여 도포하고, 핫플레이트 상에서 100℃에서 3분간 프리베이크하였다. 이어서, 자외선 조사장치 PLA-501(F)(Canon Inc.제)에 의해, 365nm에서의 조사량이 500mJ/cm2인 자외선을 전체면 조사하였다(포토블리칭). 이어서, 핫플레이트 상에서 200℃에서 5분간 포스트베이크를 행하여, 막두께 600nm의 막을 형성하였다. 이 막을 자외선 가시분광 광도계 UV-2550(Shimadzu Corporation제)을 이용하여 파장 400nm의 투과율을 측정하였다. 다시 이 막을 260℃에서 5분간 가열한 후, 파장 400nm의 투과율을 측정하였다. 평가 결과를 표 1에 나타낸다.
Figure 112013078463062-pct00011
상기 표 1의 결과로부터, 본 발명의 마이크로 렌즈 형성용 감광성 수지 조성물로 형성된 막은, 내열성이 높고, 260℃에서 가열한 후에도 거의 착색되지 않았다. 한편, 비교예 1에서 조제한 감광성 수지 조성물로 형성된 막에 대해서는, 200℃에서 5분간 포스트베이크한 후, 막의 투과율은 95%였지만, 다시 260℃에서 5분간 가열시키자, 막의 투과율은 78% 이하로 저하되었다. 막의 투과율은 90% 이상인 것이 통상 요구되며, 가열 후에도 투과율이 거의 변하지 않는 것이 바람직하나, 비교예 1에 대해 이 요건을 만족시키지 않는 결과가 나왔다.
[패터닝 시험]
실시예 1 내지 실시예 4에서 조제한 감광성 수지 조성물을 각각, 실리콘 웨이퍼 상에 스핀코터를 이용하여 도포하고, 핫플레이트 상에서 100℃에서 90초간 프리베이크하여, 막두께 600nm의 감광성 수지막을 형성하였다. 이어서, i선 스텝퍼 NSR-2205i12D(NA=0.63)(Nikon Corporation제)를 이용하여, 그레이 스케일 마스크(Gray-scale mask)를 통해 노광하였다. 이어서, 핫플레이트 상에서, 100℃에서 90초간 노광후 베이크(PEB)하고, 수산화테트라메틸암모늄(TMAH) 수용액(실시예 1에서 조제한 감광성 수지 조성물을 이용한 경우에는 0.2질량%, 실시예 2 내지 실시예 4에서 조제한 감광성 수지 조성물을 이용한 경우에는 1.0질량%)으로 60초간 현상하고, 초순수로 20초간 린스, 건조하여 직경 2.0μm의 렌즈 패턴을 형성하였다. 그리고, 상기 i선 스텝퍼를 이용하여, 500mJ/cm2의 i선을 전체면 조사하고(포토블리칭), 핫플레이트 상에서 포스트베이크(우선 140℃~160℃에서 5분간 베이크, 그 후 200℃에서 5분간 베이크)를 행하였다. 다시, 이 막을 260℃에서 5분간 가열하였다. 주사형 전자현미경 S-4800(Hitachi High-Technologies Corporation제)을 이용하여, 현상·린스·건조 후, 상기 포스트베이크 후, 및 260℃ 가열 후에, 각각의 패턴을 관찰하였다. 실시예 1 내지 실시예 4에서 조제한 어느 감광성 수지 조성물을 이용한 경우에도, 포스트베이크 후 및 260℃ 가열 후의 패턴형상은, 현상·린스·건조 후의 렌즈 패턴형상을 유지한 형상인 것을 확인하였다.
[포토레지스트 용제에 대한 용출 시험]
실시예 1 내지 실시예 4에서 조제한 감광성 수지 조성물을 각각, 실리콘 웨이퍼 상에 스핀코터를 이용하여 도포하고, 핫플레이트 상에서 100℃에서 3분간 프리베이크하였다. 이어서, 자외선 조사장치 PLA-501(F)(Canon Inc.제)에 의해, 365nm에서의 조사량이 500mJ/cm2인 자외선을 전체면 조사하였다(포토블리칭). 이어서, 핫플레이트 상에서 200℃에서 5분간 포스트베이크를 행하여, 막두께 600nm의 막을 형성하였다. 이들 막을, 아세톤, N-메틸피롤리돈, 2-프로판올, 및 2-헵타논에, 각각 23℃에서 10분간 침지하였다. 실시예 1 내지 실시예 4에서 조제한 어느 감광성 수지 조성물로 형성된 막인 경우에도, 상기 각 용제에 침지하기 전후의 막두께 변화가 5% 이하인 것을 확인하였다.

Claims (5)

  1. (A)성분, (B)성분, (C)성분 및 용제를 함유하는 마이크로 렌즈 형성용 감광성 수지 조성물.
    (A)성분: i) 하기 식(1)로 표시되는 말레이미드 구조단위, ii) 하기 식(2-1) 또는 식(2-2)로 표시되는 비닐에테르 구조단위 중 적어도 1종, 그리고 iii) 하기 식(3), 식(4) 및 식(5)로 표시되는 구조단위 중 적어도 1종을 갖는 공중합체
    (B)성분: 감광제
    (C)성분: 가교제
    Figure 112017035689519-pct00017

    Figure 112017035689519-pct00018

    (식 중, R1 및 R2는 각각 독립적으로 직쇄상 혹은 분지쇄상의 탄소원자수 1 내지 7의 알킬렌기 또는 단결합을 나타내고, R3 및 R4는 각각 독립적으로 직쇄상 또는 분지쇄상의 탄소원자수 1 내지 10의 알킬렌기를 나타낸다.)
    Figure 112017035689519-pct00013

    (식 중, Y는 탄소원자수 1 내지 5의 알킬기, 탄소원자수 5 또는 6의 시클로알킬기, 페닐기 또는 벤질기를 나타내고, Z는 페닐기, 나프틸기, 안트라세닐기, 비페닐릴기 또는 탄소원자수 1 내지 8의 알콕시기를 나타낸다. 단, 상기 Y로 표시되는 기는 수소원자의 일부 또는 전부가 할로겐원자, 카르복실기, 히드록시기, 아미노기 또는 니트로기로 치환되어 있을 수도 있고, 상기 Z로 표시되는 페닐기, 나프틸기, 안트라세닐기, 비페닐릴기는, 수소원자의 일부 또는 전부가, 탄소원자수 1 내지 10의 알킬기, 탄소원자수 5 또는 6의 시클로알킬기, 할로겐원자, 카르복실기, 히드록시기, 아미노기 또는 니트로기로 치환되어 있을 수도 있다.)
  2. 제1항에 있어서,
    상기 공중합체의 중량평균분자량이 1000 내지 50000인, 마이크로 렌즈 형성용 감광성 수지 조성물.
  3. 제1항 또는 제2항에 기재된 마이크로 렌즈 형성용 감광성 수지 조성물로부터 얻어지는 경화막.
  4. 제1항 또는 제2항에 기재된 마이크로 렌즈 형성용 감광성 수지 조성물로부터 제작되는 마이크로 렌즈.
  5. 삭제
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