KR102372882B1 - 드라이 필름 포토레지스트용 감광성 수지 조성물 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 드라이필름 포토레지스트에 포함되는 감광성 수지 조성물에 관한 것으로서, 구체적으로는 세선밀착성, 해상도 등의 고유의 물성을 발현하면서도 현상속도를 향상시켜 제조공정에서의 작업성을 동시에 만족시켜 생산성을 극대화시킬 수 있는 효과가 있다.

Description

드라이 필름 포토레지스트용 감광성 수지 조성물{Photosensitive resin composition for dry film photoresist}
본 발명은 드라이필름 포토레지스트용 감광성 수지 조성물에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 적정물성을 확보하는 동시에 현상 속도가 우수한 감광성 수지 조성물 및 이를 포함하는 드라이 필름 포토레지스트에 관한 것이다.
고집적도 반도체 제조를 위한 미세 가공은 리소그래피(lithography, 석판인 쇄) 기술에 달려 있다고 할 수 있으며 최근 디지털가전, 모바일기기, 컴퓨터의 성능 향상의 요구로 가공 사이즈는 해를 거듭할수록 미세화하고 있다.
포토레지스트 재료는 광 및 전자선에 의해 화학 반응하는 고분자 화합물이 다. 포토레지스트 기술은 반응에 수반하는 물성 변화, 특히 용해성의 변화를 이용하는 것이며, 노광 광원의 파장이 바뀌면 사용되는 레지스트 재료도 신규 개발이 필요하게 된다.
813년 N. Niepce (France)가 감광성을 갖는 천연 Asphalt를 최초로 발견 하였다. 이후 1959년 Minsket al. 이 위 개념의 합성 감광성 재료로 폴리비닐계 물질을 논문에 발표하였으며, Eastman Kodak사가 (KPR: kodak photo resist) 감광성 수지의 개발 상품명을 포토레지스트로 명명하여 이후 포토레지스트라는 용어가 사용되었다.
이러한 감광성 수지 조성물은 인쇄회로기판(Printed Circuit Board, 이하 PCB라 칭함)이나 Lead Frame에 사용되고 있는 드라이 필름 포토레지스트(Dry Film Photoresist, 이하 DFR이라 칭함)나 액상 포토레지스트 등의 형태로 사용되고 있다.
감광성 수지 조성물을 기판 위에 일정 두께로 도포 후, 원하는 회로를 형성하기 위하여 선택적으로 광을 조사한 후, 용매에 의하여 원하는 회로를 형성시키는 현상공정을 거치며, 현상공정 이후에는 공정에 따라서 기판을 에칭 시키거나 또는 기판 부위를 금속을 이용하여 도금하는 공정이 진행된다.
한국공개특허 10-2012-0078499호(특허문헌 0001)는 두 개의 메타크릴기 사이가 비스페놀A와 프로필렌옥사이드로 연결된 화합물을 사용하여 현상액에 대한 내성을 가짐으로 인해 세선 밀착력을 향상시키고, 금도금 내성 등의 내화학성이 우수한 드라이 필름 포토레지스트용 감광성 수지 조성물을 제공할 수 있다.
그러나, 상기 기술은 두 개의 메타크릴기 사이가 비스페놀A와 프로필렌옥사이드로 연결된 화합물을 사용함으로써 현상 공정의 시간이 길어지는 문제가 있다. 현상 공정의 속도가 느린 감광성 수지 조성물은 미현상이 발생할 수 있어서 작업성이 불리하므로, DFR로서 필요한 해상도, 밀착력 등의 물성을 적절한 수준으로 유지하면서도 현상시간 단축을 위하여 여전히 새로운 드라이 필름 포토 레지스트용 감광성 수지 조성물의 개발이 필요한 실정이다.
특허문헌 0001. 한국공개특허 제10-2012-0078499호
본 발명은 드라이 필름 포토레지스트용 감광성 수지 조성물의 기판밀착력을 향상시켜 해상도, 세선밀착력 등의 적정 물성을 확보하는 동시에 현상 속도가 빨라져 작업성이 향상된 드라이 필름 포토레지스트를 제공하는데 그 목적이 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 구현예는 드라이필름 포토레지스트용 감광성 수지 조성물에 있어서, [A]광중합 개시제, [B]알칼리 현상성 바인더 폴리머, [C]광중합성 화합물을 포함하고, 상기 [C]광중합성 화합물은 하기 화학식 1로 표시되는 화합물을 포함하는 감광성 수지 조성물인 것을 특징으로 한다.
화학식 1
Figure 112016062773578-pat00001
상기 식에서, l+m은 6을 만족한다.
본 발명의 바람직한 일 구현예에서, 상기 화학식 1로 표시되는 화합물은 감광성 수지 조성물의 고형분 중량에 대하여, 4 내지 30 중량%를 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.
본 발명의 바람직한 일 구현예에서, 상기 광중합성 올리고머는 말단에 적어도 2개 이상의 에틸렌기를 가지는 화합물을 추가로 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.
본 발명의 바람직한 일 구현예에서, 상기 감광성 수지 조성물은 감광성 수지 조성물의 고형분 총중량에 대하여, 광중합 개시제 2~10 중량%, 바인더 폴리머 30~70 중량% 및 광중합성 화합물 4 내지 30 중량%를 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 또 다른 일 구현예는 상기 감광성 수지 조성물을 포함하는 드라이 필름 포토 레지스트인 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 화학식 1로 표시되는 화합물을 포함하는 감광성 수지 조성물의 경화물은 기판밀착력을 향상시켜 해상도, 세선 밀착력 등의 적정 물성을 확보하는 동시에 현상 속도가 신속하여 작업성이 향상된 드라이 필름 포토레지스트를 제공할 수 있다.
본 발명자는 현상 속도를 향상시키고 미현상을 방지하기 위하여 연구 노력한 결과, 하기 화학식 1로 표시되는 화합물을 포함하는 드라이 필름 포토레지스트용 감광성 수지 조성물이 기존의 물성을 유지하면서도 현상 속도를 향상시킴을 확인하고 발명을 완성하였다.
본 발명은 [A]광중합 개시제, [B]알카리 현상성 바인더 폴리머, [C]광중합성 화합물을 포함하고, 상기 [C]광중합성 화합물은 하기 화학식 1로 표시되는 화합물을 포함하는 드라이 필름 포토레지스트용 감광성 수지 조성물에 관한 것이다.
<화학식 1>
Figure 112016062773578-pat00002
상기 화학식 1에서, l+m은 6임.
본 발명에 따른 드라이 필름 포토 레지스트용 감광성 수지 조성물은 화학식 1로 표시되는 화합물은 감광성 수지 조성물의 고형분 중량에 대하여, 4 내지 30중량%를 포함할 수 있다.
본 발명에 따른 드라이 필름 포토 레지스트용 감광성 수지 조성물은 상기 광중합성 올리고머는 말단에 적어도 2개 이상의 에틸렌기를 가지는 화합물을 추가로 포함할 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 드라이 필름 포토 레지스트용 감광성 수지 조성물은 감광성 수지 조성물의 고형분 총중량에 대하여, 광중합 개시제 2~10 중량%, 바인더 폴리머 30~70 중량% 및 광중합성 화합물 4 내지 30 중량%를 포함할 수 있다.
본 발명은 또한, 상기 감광성 수지 조성물을 포함하는 드라이 필름 포토 레지스트에 관한 것이다.
이하, 본 발명을 보다 상세하게 설명한다.
[A] 분자내에 에틸렌성 불포화 결합을 가지는 광중합성 화합물
본 발명의 광중합성 올리고머는 다음 화학식 1로 표시되는 화합물과 말단에 적어도 2개 이상의 에틸렌기를 포함하는 단량체를 적어도 1종 이상 포함한다.
<화학식 1>
Figure 112016062773578-pat00003
상기 식에서, l+m은 6을 만족한다.
상기 화학식 1은 화합물은 동판과의 밀착력이 우수한 비스페놀A 구조와 현상성이 우수한 에틸렌옥시드의 적정 함량을 갖는 것을 특징으로 한다.
본 발명에서는 상기 화학식 1로 표시되는 화합물은 용매를 포함한 전체 감광성 수지 조성물 중 1∼20 중량%로 포함되는 것이 바람직하며, 보다 바람직하기로는 2~15중량% 일 수 있다. 상기 화학식 1로 표시되는 화합물의 함량이 1중량% 미만일 경우 화합물 첨가에 대한 효과가 미미할 수 있고, 20중량%를 초과할 경우 제작된 포토레지스트가 보호필름과 지지필름 사이로 도출되어 라미네이터롤을 오염시키는 단점이 발생할 수 있다. 이러한 함량은 용매를 포함하지 않는 고형분으로 환산한다면, 용매를 포함하지 않은 전체 감광성 수지 조성물의 총 중량에 대하여, 2 내지 40중량%로 포함되는 것이 바람직하고, 더욱 바람직하게는 4 내지 30중량%로 포함될 수 있다.
본 발명의 광중합 화합물은 상기 화학식 1로 표시되는 화합물과 말단에 적어도 2개의 에틸렌기를 갖는 단량체를 포함할 수 있다. 상기 말단에 적어도 2개의 에틸렌기를 갖는 단량체로는 에틸렌글리콜 디메타크릴레이트(ethylene glycol dimethacrylate), 디에틸렌글리콜 디메타크릴레이트(diethylene glycol dimethacrylate), 테트라에틸렌글리콜 디메타크릴레이트(tetraethylene glycol dimethacrylate), 프로필렌글리콜 디메타크릴레이트(propylene glycol dimethacrylate), 폴리프로필렌글리콜 디메타크릴레이트(polypropylene glycol dimethacrylate), 부틸렌글리콜 디메타크릴레이트(butylene glycol dimethacrylate), 네오펜틸글리콜 디메타크릴레이트(neopentyl glycol dimethacrylate), 1,6-헥산글리콜 디메타크릴레이트(1,6-hexane glycol dimethacrylate), 트리메틸올프로판 트리메타크릴레이트(trimethyolpropane trimethacrylate), 글리세린디메타크릴레이트(glycerin dimethacrylate), 펜타에리트리톨 디메타크릴레이트(pentaerythritol dimethacrylate), 펜타에리트리톨 트리메타크릴레이트(pentaerythritol trimethacrylate), 디펜타에리트리톨 펜타메타크릴레이트(dipentaerythritol pentamethacrylate), 2,2-비스(4-메타크릴옥시디에톡시페닐)프로판 (2,2-bis(4-methacryloxydiethoxyphenyl)propane), 2-히드록시-3-메타크릴로일 옥시프로필메타크릴레이트 (2-hydroxy-3-methacryloyloxypropyl methacrylate), 에틸렌글리콜 디글리시딜에테르 디메타크릴레이트(ethylene glycol diglycidyl ether dimethacrylate), 디에틸렌글리콜 디글리시딜에테르 디메타크릴레이트(diethylene glycol diglycidyl ether dimethacrylate), 프탈산 디글리시딜에스테르 디메타크릴레이트(phthalic acid diglycidyl ester dimethacrylate), 글리세린 폴리글리시딜에테르 폴리메타크릴레이트(glycerin polyglycidyl ether polymethacrylate) 및 우레탄기를 함유한 다관능 (메트) 아크릴레이트 등을 들 수 있다.
상기 광중합성 화합물의 함량은 감광성 수지 조성물의 총 중량에 대하여 4 내지 30중량%로 포함되는 것이 광감도, 해상도 및 밀착성 강화 측면에서 바람직하다.
[B] 광중합 개시제
광중합 개시제라 함은 감광성 수지조성물에 있어서 광개시제는 UV 및 기타 방사선(radiation)에 의해서 광중합성모노머의 연쇄반응을 개시시키는 물질로서, 드라이 필름 포토레지스트의 경화에 중요한 역할을 하는 화합물이다.
이같은 광개시제로 사용할 수 있는 화합물로는 2-메틸 안트라퀴논과 2-에틸 3]\; 및 벤조인메틸 에테르, 벤조페논, 페난트렌퀴논, 그리고 4,4'-비스-(디메틸아미노)벤조페논 등의 벤조인 유도체를 들 수 있다.
이외에도 1-히드록시시클로헥실페닐케톤, 2,2-디메톡시-1,2-디페닐에탄-1-온, 2-메틸-1-[4-(메틸티오)페닐]-2-모르폴리노프로판-1-온, 2-벤질-2-디메틸아미노-1-[4-모르폴리노페닐] 부탄-1-온, 2-히드록시-2-메틸-1-페닐프로판-1-온, 2,4,6-트리메틸벤조일디페닐포스핀옥사이드, 1-[4-(2-히드록시메톡시)페닐]-2-히드록시-2-메틸프로판-1-온, 2,4-디에틸티옥산톤, 2-클로로티옥산톤, 2,4-디메틸티옥산톤, 3,3-디메틸-4-메톡시벤조페논, 벤조페논, 1-클로로-4-프로폭시티옥산톤, 1-(4-이소프로필페닐)2-히드록시-2-메틸프로판-1-온, 1-(4-도데실페닐)-2하이드록시-2-메틸프로판-1-온, 4-벤조일-4'-메틸디메틸설파이드, 4-디메틸아미노벤조산, 메틸 4-디메틸아미노벤조에이트, 에틸 4-디메틸아미노벤조에이트, 부틸 4-디메틸아미노벤조에이트, 2-에틸헥실 4-디메틸아미노벤조에이트, 2-이소아밀 4-디메틸아미노벤조에이트, 2,2-디에톡시아세토페논, 벤질케톤디메틸아세탈, 벤질케톤 β-메톡시디에틸아세탈, 1-페닐-1,2-프로필디옥심-o,o'-(2-카르보닐)에톡시에테르, 메틸 o-벤조일벤조에이트, 비스[4-디메틸아미노페닐)케톤, 4,4'-비스(디에틸아미노)벤조페논, 4,4'-디클로로벤조페논, 벤질, 벤조인, 메톡시벤조인, 에톡시벤조인, 이소프로폭시벤조인, n-부톡시벤조인, 이소부톡시벤조인, tert-부톡시벤조인, p-디메틸아미노아세토페논, p-tert-부틸트리클로로아세토페논, p-tert-부틸디클로로아세토페논, 티옥산톤, 2-메틸티옥산톤, 2-이소프로필티옥산톤, 디벤조수베론, α,α-디클로로-4-페녹시아세토페논, 펜틸 4-디메틸아미노벤조에이트 중에서 선택된 화합물을 광중합 개시제로서 사용할 수 있다.
본 발명의 광중합 개시제의 함량은 전체 감광성 수지 조성물의 총 중량에 대하여 2∼10중량%인 것이 바람직하지만, 이에 한정되는 것은 아니다.
[C] 알카리 현상성 바인더 폴리머
본 발명의 바인더 폴리머는 (메타)아크릴산과 (메타)아크릴산에스테르의 공중합체인 알카리 현상성 바인더 폴리머이다.
구체적으로는, 다음에서 선택된 둘 이상의 모노머들의 공중합을 통해 얻어진 공중합 아크릴산 고분자이다; 메틸아크릴레이트, 메틸메타크릴레이트, 에틸아크릴레이트, 메틸메타크릴레이트, 부틸 아크릴레이트, 부틸 메타크릴레이트, 아크릴산, 메타크릴산, 2-히드록시 에틸 아크릴레이트, 2-히드록시 에틸 메타크릴레이트, 2-히드록시 프로필 아크릴레이트, 2-히드록시 프로필 메타크릴레이트, 아크릴아마이드, 메타크릴아마이드, 스타이렌, α-메틸스타이렌으로 합성된 선형 아크릴산 고분자.
본 발명의 알칼리 현상성 바인더 폴리머는 드라이 필름 포토 레지스트의 코팅성, 추종성, 그리고 회로형성 후 레지스트 자체의 기계적 강도를 고려해서 중량평균분자량이 30,000∼150,000이며, 유리전이온도는 50∼200℃ 범위인 것이 바람직하다.
본 발명의 알칼리 현상성 바인더 폴리머의 함량은 전체 감광성 수지 조성물의 총 중량에 대하여 30∼70 중량%로 포함되는 것이 바람직하지만, 이에 한정되는 것은 아니다.
<용제 및 기타 첨가제>
본 발명의 감광성 수지 조성물의 용제로는 일반적으로 메틸에틸케톤(MEK), 메탄올, 테트라하이드로퓨란(THF), 톨루엔, 아세톤 중에서 선택된 것을 사용하며 상기 용제로 특별히 한정되어지는 것은 아니다. 또한, 본 발명의 감광성 수지 조성물은 상기한 조성 이외에도 통상 첨가되는 가소제. 안정제, 레벨링제 등의 첨가제를 더 포함할 수 있음은 물론인 바, 이들의 구체 성분과 함량은 특별히 한정되는 것은 아니고 통상 첨가되는 수준이다.
본 발명에서는 상기와 같은 조성으로 된 드라이 필름 포토레지스트 수지 조성물을 제조하고, 폴리에틸렌테레프탈레이트와 같은 통상의 기재 필름 위에 통상의 코팅 방법을 이용하여 두께 5 내지 200㎛로 감광성 수지층을 코팅시킨 다음, 건조시킨다. 건조시킨 감광성 수지층 위에 폴리에틸렌과 같은 통상의 보호 필름을 이용하여 라미네이션시킨다. 또한, 드라이 필름을 노광, 현상시켜 각각의 물성을 평가하는 방법으로 수행한다.
이하, 본 발명을 실시예에 의하여 상세히 설명한다. 그러나, 하기 실시예는 본 발명을 예시하는 것일 뿐, 본 발명의 범위가 이에 한정되는 것은 아니다.
<실시예>
광중합성 다관능성 단량체, 광중합 개시제, 고분자 결합제 및 첨가제를 하기 표 1에서 나타낸 바와 같은 조성으로 조액하여 폴리에틸렌 테레프탈레이트 필름 위에 건조 후 28μm 두께가 되도록 코팅(coating)하고 건조하였다. 건조 후 보호필름으로 폴리에틸렌필름을 라미네이션하여 드라이 필름 포토 레지스트를 제조하였다. 하기 표 1에서의 함량은 감광성 수지 조성물의 고형분 중에 포함되는 중량%를 의미한다.
[표 1]
Figure 112016062773578-pat00004
상기 조성에 의해 제조한 감광성 수지 조성물을 사용하여 제조된 드라이 필름 포토 레지스트는 다음과 같은 공정으로 실시하였다.
<라미네이션>
드라이 필름 포토 레지스트를 브러시(Brush) 연마 처리된 0.4mm 두께의 동장적층판에 기판예열롤 온도 120℃, 라미네이터롤 온도 110℃, 롤압력 4.0kgf/㎠ 그리고 롤속도 2.0min/m의 조건으로 HAKUTO MACH 610i를 이용하여 라미네이션하였다.
<현상 및 해상도>
동장적층판에 라미네이션한 드라이 필름 포토 레지스트를 회로평가용 포토마스크를 사용하여 Perkin-ElmerTMOB7120(평행광노광기)을 이용하여 40mJ의 노광량으로자외선을 조사한 후 20분간 방치하였다. 그 후 Na2CO31.0wt% 수용액으로 Spray 분사방식의 현상조건으로 현상을 실시하였다. 동장적층판상의 미노광 부위의 드라이필름포토 레지스트가 현상액에 의해 완전히 제거될 때 까지 소요된 시간을 초시계를 이용하여 측정하였으며(최소현상시간), 제품 평가시는 브레이크 포인트 50%로 고정하였다(최소현상시간의 2배).
<실험예>
상기 실시예 및 비교예에서 제조한 감광성 수지조성물을 사용하여 제조된 드라이필름 포토레지스트의 물성을 아래 방법으로 측정하여 그 결과를 하기 표2에 나타내었다.
<세선 밀착력(단위: ㎛)>
\현상 후 독립된 레지스트가 살아남아 있는 최소선폭으로 ZEISS AXIOPHOT Microscope으로 측정하였다.
<해상도(단위: ㎛)>
회로라인과 회로라인 사이의 공간을 1:1로 하여 측정한 값으로, ZEISS AXIOPHOT Microscope으로 측정하였다.
[표 2 ]
Figure 112016062773578-pat00005
상기 표 2에서 보는 바와 같이 에틸렌옥시드의 총합이 6개인 비스페놀 A 디메타크릴레이트 광모노머가 단독 혹은 혼용된 실시예 1 내지 3이 에틸렌옥시드의 총합이 4개인 비스페놀 A 디메타크릴레이트 광모노머가 단독인 비교예 1 대비 회로 물성이 유사하면서 에틸렌옥시드의 적절한 증가로 현상속도가 빠름을 알 수 있다. 에틸렌옥시드 총합이 8개인 비스페놀 A 디메타크릴레이트 광모노머를 단독으로 사용한 비교예 2는 에틸렌옥시드의 증가로 현상시간은 단축되었지만 회로 물성에 유리한 비스페놀 A 기의 상대적인 감소에 의해 실시예 1 내지 3에 비해 회로 물성이 떨어짐을 알 수 있다.
본 발명의 단순한 변형 또는 변경은 모두 이 분야의 통상의 지식을 가진 자에 의하여 용이하게 실시될 수 있으며, 이러한 변형이나 변경은 모두 본 발명의 영역에 포함되는 것으로 볼 수 있다.

Claims (5)

  1. [A]광중합성 화합물, [B]광중합 개시제, [C]알카리 현상성 바인더 폴리머를 포함하고, 상기 [A]광중합성 화합물은 하기 화학식 1로 표시되는 화합물을 포함하는 드라이 필름 포토레지스트용 감광성 수지 조성물.
    <화학식 1>
    Figure 112016062773578-pat00006

    (상기 화학식 1에서, l+m은 6이다.)
  2. 제1항에 있어서, 상기 화학식 1로 표시되는 화합물은 감광성 수지 조성물의 총 고형분 중량에 대하여, 4 내지 30 중량%를 포함하는 것을 특징으로 하는 드라이 필름 포토 레지스트용 감광성 수지 조성물.
  3. 제1항에 있어서, 상기 광중합성 화합물은 말단에 적어도 2개 이상의 에틸렌기를 갖는 화합물을 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 드라이 필름 포토 레지스트용 감광성 수지 조성물.
  4. 제1항에 있어서, 상기 감광성 수지 조성물은 감광성 수지 조성물의 고형분 총중량에 대하여, 광중합 개시제 2~10 중량%, 바인더 폴리머 30~70 중량% 및 광중합성 화합물 4 내지 30 중량%를 포함하는 것을 특징으로 하는 드라이 필름 포토 레지스트용 감광성 수지 조성물.
  5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항의 감광성 수지 조성물을 포함하는 드라이 필름 포토 레지스트.
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