KR20090063979A - 후막 드라이필름 포토레지스트를 이용한 패턴 제조방법 - Google Patents

후막 드라이필름 포토레지스트를 이용한 패턴 제조방법 Download PDF

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KR20090063979A
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이병일
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주식회사 코오롱
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Abstract

본 발명은 후막 드라이필름 포토레지스트를 이용한 패턴 제조방법에 관한 것으로, 후막 드라이필름 포토레지스트를 동장 적층판과 같은 가공 표적의 표면에 라미네이션한 다음 베이크하는 단계를 거치고, 이후로 노광 및 현상함으로써 필름의 하지 밀착력 즉, 레지스트 가교밀도를 증가시켜 노광 및 현상 공정을 통해 형성된 포토레지스트 패턴이 이후 공정에서 위치를 이탈하는 필링(peeling) 현상의 발생을 방지하거나 감소시켜, 궁극적으로는 공정 수율을 높이고 신뢰성을 향상시킬 수 있는 발명을 제공한다.

Description

후막 드라이필름 포토레지스트를 이용한 패턴 제조방법{Patterning method using dry-film photoresist}
본 발명은 후막 드라이 필름 포토레지스트를 이용한 패턴 제조방법에 관한 것이다.
드라이 필름 포토레지스트(dry film photoresist), 즉 감광성 필름은 1968년에 미국 듀퐁사에 의해 'RISTON'이라는 상품명으로 개발된 이래 정밀 미세가공 기술인 광가공(Photofabrication)에 가장 널리 사용되고 있다.
광가공(Photofabrication) 기술은, 감광 수지 조성물을 가공 표적의 표면에 적용하여 코팅을 형성하고, 사진석판 기술을 이용하여 상기 코팅을 패턴화한 후, 마스크로서 패턴화된 코팅을 사용하여 화학적 에칭 또는 전해 에칭을 수행하거나 혹은, 전기도금에 의해 전기주조(Electroform) 함으로써 반도체 패키지와 같은 정밀 성분을 제조하기 위해 사용되는 기술을 설명하는 포괄적 용어이다.
최근 전자 기기 크기의 축소는 다중핀(Multipin) 박막 포장, 반도체 패키지 크기 감소를 포함하는 반도체 패키지의 고밀도 포장의 추가적인 발전, 및 플립-칩 시스템(Flip-Chip System)을 사용한 2차원적 포장 기술 또는 3차원적 포장기술에 기초한 포장 밀도의 기타 개선을 야기함으로써 상기 유형의 광가공을 위한 후막 드라이필름 포토레지스트의 활용도가 점차적으로 넓어지고 있다. 통상 후막 드라이 필름 포토레지스트라 함은 드라이 필름 포토레지스트의 포토레지스트층 두께를 기준으로 하여 적어도 50㎛ 이상이 두께를 갖는 것으로 이해될 수 있다. 이는 통상 범용 드라이 필름 포토레지스트로 알려진 것들의 포토레지스트층 두께가 50㎛ 이하인 것에 근거하여 통용되고 있다.
하지만 후막 드라이 필름 포토레지스트의 두꺼운 포토레지스트 두께 때문에 노광시 패턴의 하지까지 충분한 광이 도달하지 못하고 이 때문에 레지스트와 동판의 밀착력이 감소하여, 결과적으로는 노광 및 현상 공정을 통해 형성된 포토레지스트 패턴이 이후 공정에서 위치를 이탈하는 필링(peeling) 현상이 발생하여 공정 불량을 일으키고 신뢰성을 저하시킨다.
본 발명의 한 구현예에서는 후막 드라이 필름 포토레지스트를 이용한 패턴의 제조방법에 있어서 포토레지스트층과 동판과의 밀착력을 증가시킬 수 있는 패턴의 제조방법을 제공하고자 한다.
본 발명의 한 구현예에서는 후막 드라이필름 포토레지스트를 가공 표적의 표면에 라미네이션하는 단계, 노광하는 단계 및 현상하는 단계를 포함하는 후막 드라이필름 포토레지스트를 이용한 패턴 형성방법에 있어서, 라미네이션하는 단계와 노광하는 단계 사이에 베이크하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 후막 드라이필름 포토레지스트를 이용한 패턴 제조방법을 제공한다.
본 발명에 따른 패턴 제조방법에 있어서, 베이크하는 단계는 50~150℃의 온도 범위에서 30초 내지 20분 동안 수행될 수 있다.
본 발명에 따른 패턴 제조방법에 있어서, 후막 드라이 필름 포토레지스트는 포토레지스트층의 두께가 적어도 50㎛인 것일 수 있다.
본 발명에서는 50㎛ 이상의 후막 드라이 필름 포토레지스트를 이용하여 패턴을 형성할 때 필름 라미네이션 이후 베이크 단계를 더 거침으로써 필름의 하지 밀착력 즉, 레지스트 가교밀도를 증가시켜 노광 및 현상 공정을 통해 형성된 포토레지스트 패턴이 이후 공정에서 위치를 이탈하는 필링(peeling) 현상의 발생을 방지하거나 감소시켜, 궁극적으로는 공정 수율을 높이고 신뢰성을 향상시킬 수 있다.
본 발명은 후막 드라이필름 포토레지스트를 이용한 패턴 제조방법에 관한 것 으로, 후막 드라이필름 포토레지스트를 이용한 패턴 형성 시 베이크 단계를 추가적으로 첨가함으로써 필름과 동판과의 하부 밀착력을 증가시키고자 한 발명이다.
통상 후막 드라이필름 포토레지스트를 이용한 패턴 제조방법은 드라이필름 포토레지스트를 가공 표적의 표면에 라미네이션하고, 노광 및 현상 공정을 거쳐 원하는 패턴을 제조한다.
이때 가공 표적이라 함은 인쇄회로기판 등에 적용되는 동장적층판 등을 들 수 있으며, 이에 한정이 있는 것은 아니다.
반면 본 발명에 다른 패턴 제조방법은, 도 1로 도시한 것과 같이 필름을 라미네이션 한 다음 노광 이전에 베이크 공정을 더 수반한다.
포토레지스트층의 두께가 두꺼운 후막 드라이 필름 포토레지스트를 가공 표적 상에 라미네이션한 다음 직접적으로 노광을 수행하게 되면 가공 표적과 인접한 부근의 포토레지스트층까지는 광이 충분히 도달하지 못하고, 이는 결과적으로 포토레지스트층 내에서의 가교물성에 차이를 가져오게 된다. 즉 가공 표적과 인접한 부근의 포토레지스트층은 가교밀도가 낮고 표면의 경우는 가교밀도가 높다.
가공 표적과 인접한 부근의 포토레지스트층의 가교밀도가 낮은 것은 결과적으로 가공 표적과의 밀착력에 영향을 미치고, 또한 가교의 정도가 불균일하므로 포토레지스트층 두께의 균일성에도 영향을 미친다.
이에 본 발명에서는 필름을 라미네이션한 다음 베이크 공정을 수행한 것으로, 필름을 라미네이션한 후 베이크 공정을 수행하게 되면 동장 적층판과 레지스트의 물리적 밀착력을 증가시킬 수 있고 또한, 레지스트의 구성요소인 개시제 및 모 노머의 에너지 상태를 약간 들뜨게 함으로써 후 공정인 노광시 반응을 촉진시키는 효과를 볼 수 있다. 궁극적으로는 포토레지스트층의 가교밀도를 증가시킬 수 있다.
포토레지스트층 하지의 가교밀도의 증가는 가공 표적과의 밀착력을 향상시키고, 전체적인 레지스트의 가교 밀도가 증가되어 포토레지스트층의 두께 균일성을 충족시킬 수 있다.
한편, 드라이 필름을 가공 표적 상에 라미네이션하는 방법에 각별히 한정이 있는 것은 아니며, 그 일예로는 가공 표적인 동장적층판을 브러시 전처리기를 사용하여 새로운 동면을 형성하고 적절한 표면조도를 형성한 다음 이를 산처리를 실시한 후 수세, 검조한 다음 라미네이터에 투입한다. 그리고 나서 드라이 필름 포토레지스트를 동장적층판에 라미네이션한다.
통상 드라이 필름 포토레지스트는 기재필름 상에 감광성 수지 조성물 조액을 도포하여 형성된 포토레지스트층이 형성되고, 포토레지스트층의 보호를 위한 보호필름이 더 형성된 것이 일반적인 것이다.
따라서 드라이 필름 포토레지스트를 동장적층판 상에 라미네이션할 경우 보호필름을 벗겨내고 라미네이션을 수행한다. 라미네이션시 온도는 통상 100 내지 150℃이다.
그리고 나서, 드라이필름을 동장 적층판 상에 라미네이션한 후 기재 필름을 벗기거나 벗기지 않고 베이크 단계를 수행한다.
베이크 단계를 수행할 때 그 온도는 50 내지 150℃ 범위이며, 시간은 30초 내지 20분 정도면 되는데, 만일 베이크 단계 수행시 그 온도가 너무 낮을 경우 상 기의 베이크 효과를 볼 수 없을 것이며, 온도가 너무 높을 경우 레지스트 물성이 변하는 결과를 초래할 수 있다. 따라서 베이크 시간이 너무 짧거나 긴 경우에는 상기의 측면에서 불리할 수 있다.
그리고 나서 통상의 방법에 따라 노광 및 현상을 수행한다.
본 발명 구현예에서 사용된 후막 드라이필름 포토레지스트의 포토레지스트층 형성에 사용된 조성의 일예는 다음과 같으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
(1)바인더 폴리머
본 발명의 감광성 수지 조성물에 있어서 바인더 폴리머는 (메타)아크릴산과 (메타)아크릴산에스테르와의 공중합체로서 알칼리 가용성 고분자 수지이다. (메타)아크릴산과 (메타)아크릴산에스테르와의 공중합체는 다음 중에서 선택된 2 이상의 모노머들의 공중합을 통해 얻어질 수 있다; 메틸 아크릴레이트, 메틸 메타크릴레이트, 에틸 아크릴레이트, 에틸 메타크릴레이트, 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-메틸 스타이렌.
이들 공중합체는 드라이필름 레지스트의 코팅성, 추종성, 그리고 회로형성 후 레지스트 자체의 기계적 강도를 고려하여 평균분자량이 30,000 내지 150,000인 것이 바람직하고, 유리전이온도는 50 내지 150℃인 것이 바람직하다. 이와 같은 바인더 폴리머의 함량은 전체 감광성 수지 조성 고형분 중 20 내지 80중량%인 것이 통상 바람직하다.
(2)광중합성 모노머 및 올리고머
본 발명의 광중합성 올리고머는 적어도 2개의 말단 에틸렌기를 갖는 것으로서, 일예로 1,6-헥산디올(메타)아크릴레이트, 1,4-사이클로헥산디올-(메타)아크릴레이트, 폴리-프로필렌글리콜-(메타)아크릴레이트, 폴리-에틸렌글리콜-(메타)아크릴레이트, 2-디-(p-하이드록시 페닐)-프로판-디-(메타)아크릴레이트, 글리세롤 트리(메타)아크릴레이트, 트리메티롤 프로판 트리-(메타)아크릴레이트, 폴리옥시 프로필 트리메티롤 프로판 트리-(메타)아크릴레이트, 비스페놀 A 기를 함유한 폴리에틸렌(프로필렌) 디(메타)아크릴레이트 및 우레탄기를 함유한 다관능기 (메타)아크릴레이트 등을 들 수 있다.
(3)광개시제
감광성 수지 조성물에 있어서 광개시제는 UV 및 기타 radiation에 의해서 광중합성 올리고머와의 연쇄반응을 개시시키는 물질로서, 일예로는 안트라퀴논 유도체 즉, 2-메틸 안트라퀴논, 2-에틸 안트라퀴논, 벤조인 유도체 즉, 벤조인 메틸 에테르, 벤조페논, 페난트렌 퀴논, 그리고 4,4' 비스-(디메틸아미노)벤조페논 등을 들 수 있다.
이 외에도 1-하이드록시시클로헥실페닐케톤, 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-하이드록시-2-메틸-1-페닐프로판-1-온, 2,4,6-트리메틸벤조일디페닐포스핀옥사이드, 1-[4-(2-하이드록시메톡시)페닐]-2-하 이드록시-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-하이드록시-2-메틸프로판-1-온, 1-(4-도데실페닐)-2-하이드록시-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, 벤질케톤 디메틸아세탈, 벤질케톤 β-메톡시 디에틸아세탈, 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 들 수 있다.
이같은 광개시제의 함량은 전체 감광성 수지 조성 중 2 내지 10중량%인 것이 통상 바람직하다.
그밖에, 감광성 수지 조성물은 용매를 포함한다. 또한 염료를 첨가하여 미노광은 녹색으로, 노광부분은 파란색으로 변하게 함으로서 노광과 미노광을 구분할 수 있게 한다. 그리고 열안정제, 장기보관 안정성을 위한 첨가제 등이 사용된다.
이와같은 조성을 갖는 감광성 수지 조성물을 기재필름의 적어도 일면에 도포하여 감광층을 형성하면 드라이필름 포토레지스트를 얻을 수 있다.
여기에 제시된 바인더 폴리머, 광중합성 올리고머, 광개시제 등은 본 발명을 한정하기 위한 것이 아니며, 당업계의 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 기술적 사상을 변형시키지 않는 범주에서 다양한 화합물들로서 변형할 수 있는 정도의 것임은 물론이다.
다음 실시예에 의해 본 발명을 보다 상세하게 설명하고자 한다. 본 실시예는 이해를 돕기 위한 것이며 본 발명이 여기에 한정되는 것은 아니다.
제조예)
이하의 실시예 및 비교예에서 사용되는 드라이 필름 포토레지스트의 제조에 있어서, 포토레지스트층 조성의 경우 (주)코오롱에서 판매하고 있는 NM-5100 series를 사용하였으며, 조성의 경우 또한 본 발명의 범위를 벗어나지 않는 한 다양하게 변경 할 수 있다.
기재 필름과 보호필름 또한 발명의 이해를 돕기 위한 것이며 본 발명이 이로 한정되는 것은 아니다.
KOLON DFR(ACCUIMGE)에서 NM series 조성 및 함량으로 감광성 수지 조성물을 이용하여, 광개시제류를 용매인 메틸에틸케톤과 메틸알코올에 녹인 후, 광중합성 올리고머류와 바인더 폴리머를 첨가하여 Mechanical Stirrer를 이용하여 약 1시간 정도 믹싱한 후에 두께 19㎛의 PET(KOLON에서 판매하고 있는 상표명 FDFR 19um PET) 필름 위에 코팅 바를 이용하여 감광성 수지 조성물을 건조 후 포토레지스트층의 두께가 80㎛ 되도록 코팅하여 드라이필름 포토레지스트를 제조하였다. 코팅된 감광성 수지 조성물층을 열풍오븐을 이용하여 건조하였는 바, 건조조건은 80℃에서 8분이다.
그 다음 포토레지스트층 상에 보호필름으로 PE(cover film) 필름을 라미네이션하여 후막 드라이필름 포토레지스트를 제조하였다.
실시예 1)
동장적층판을 브러시 전처리기를 사용하여 새로운 동면을 형성하고 적절한 표면조도를 형성한다. 이후 5% 황산용액에서 산처리를 실시후 수세, 건조를 하여 라미네이터에 투입하였다.
라미네이터는 Hakuto Mach 610i를 사용하였으며 속도 2m/min, 온도 110℃, 압력 4kgf/㎠ 조건으로 상기 제조예로부터 얻어진 드라이 필름 포토레지스트를 동장적층판에 라미네이션하였다. 실험실 평가시 예열은 실시하지 않았다.
드라이 필름 포토레지스트를 동장 적층판(CCL) 상에 라미네이션한 후 기재 필름을 벗기고 80℃의 Hot press 위에서 1분간 베이크하였다.
그리고 나서, 드라이필름의 표면 위에 Stouffer사의 21단 Stouffer Step Tablet을 위치시킨 후, 노광 및 현상(break point 50%)하여 남아 있는 드라이필름 의 단위 개수를 파악하여 평가하였다. 이때 감도는 레지스트 감도(현상후 동장적층판에 남아있는 감광성 레지스트의 최대 단수)로 평가하였다.
노광량의 경우 ORC 사의 UV-351 광량계를 사용하여 평가하였다. 감도 7단을 얻기위한 노광량, 감도 8단을 얻기 위한 노광량 등을 광량계를 사용하여 측정하였다.
노광 이후, 현상기를 통과시켜 드라이필름 포토레지스트 층이 완전히 씻겨나가는 시간을 평가하였다. 이때 현상용액으로는 1%의 Na2CO3을 이용하였다.
한편 회로물성은 베이크 이후 UV 노광기를 이용하여 주어진 감도에서 Kolon Test Artwork를 이용하여 평가하였다. 사용한 UV 노광기는 Perkin Elmer OB-7120, 5KW 평행광를 사용하였다. 평가항목은 해상도, 세선밀착력, 1/1 해상도를 평가하였다.
여기서 해상도는 얼마나 좁은 선폭의 미노광 부위가 현상될 수 있는지를 나타내는 수치로 작으면 작을수록 해상도가 높다. 세선밀착력은 얼마나 좁은 선폭의 노광 받은 부위가 현상후 살아남아 있는지를 평가하는 항목으로 작으면 작을수록 세선밀착력이 좋다. 1/1 해상도는 노광부위와 미노광부위가 1/1인 선폭이 직진성을 가진면서 깨끗이 현상된 최소 선폭을 평가하는 항목이다.
노광량이 높으면 산란광에 의해 해상도가 나빠지고(큰 값을 가짐), 대신 세선밀착력은 좋아진다(낮은 값을 가짐). 반면 노광량이 낮으면 산란광이 적어 해상도는 증가하나 충분한 광량이 들어오지 못하므로 세선밀착력은 나빠지는 경향을 보 여준다. 이로 인해 1/1 해상도는 낮은 노광량에서는 세선밀착력이 나빠 큰 값을 가지며, 노광량이 증가할수록 점점 좋아진다. 그러나 노광량이 너무 많으면 해상도가 나빠 다시 큰 값을 갖기 시작한다. 이로 인해 1/1 해상도는 포물선과 같은 모양을 가지며 최적의 감도 또는 노광량이 존재한다.
상기 평가 결과를 다음 표 1에 나타내었으며, 최종 형성된 패턴의 전자현미경(Hitachi사 제품)을 이용하여 관찰한 결과를 도 3으로 나타내었다.
비교예 1)
상기 실시예 1과 동일한 방법으로 패턴을 형성하고 평가하되, 다만 필름을 라미네이션한 후 베이크하는 단계를 거치지 않았으며, 이에 평가시에도 라미네이션 한 후 노광 감도, 노광량, 현상시간, 세선밀착력, 해상도를 평가하였다.
상기 평가 결과를 다음 표 1에 나타내었으며, 최종 형성된 패턴의 전자현미경(Hitachi사 제품)을 이용하여 관찰한 결과를 도 2로 나타내었다.
실시예 1 비교예 1
최소현상시간(초) 35 35
실제현상시간(초) 70 70
노광에너지(mJ/㎠) 70 100 130 70 100 130
감도(sst/21sst) 5/21 6/21 7/21 5/21 6/21 7/21
해상도(㎛) 28 30 35 30 30 35
세선밀착력 (㎛) 55 53 45 55 55 52
1/1 해상도(㎛) 45 45 45 50 45 45
상기 표 1에서, 실시예 1과 비교예 1을 비교하면, 실시예 1의 경우가 비교예 1의 경우보다 세선밀착력 즉 동판 밀착력(드라이필름의 가교밀도)이 좋아졌음을 알 수 있다. 이에 따라 해상도 역시 적은 노광량에서 실시예 1이 비교예 1보다 2㎛ 정도 우수한 결과를 보여주었다.
도 2 내지 도 3으로 나타낸 전자현미경 사진에서는 실시예(도 3)에서의 감광성 수지층의 하부와 동판과의 밀착력이 비교예보다 훨씬 더 좋은 것을 관찰할 수 있다.
결과적으로, 후막 드라이 필름 포토레지스트를 이용한 패턴 제조에 있어서 필름 라미네이션 이후 베이크 과정을 첨가함으로써 감광성 수지층의 하부와 동판과의 밀착력이 증가함을 알 수 있다.
도 1은 본 발명에 따른 후막 드라이 필름 포토레지스트를 이용한 패턴 제조공정의 순서도.
도 2는 종래의 패턴 제조공정에 따라 형성된 패턴의 동판과의 밀착력을 확인하기 위한 전자현미경 사진.
도 3은 본 발명의 패턴 제조공정에 따라 형성된 패턴의 동판과의 밀착력을 확인하기 위한 전자현미경 사진.

Claims (3)

  1. 후막 드라이필름 포토레지스트를 가공 표적의 표면에 라미네이션하는 단계, 노광하는 단계 및 현상하는 단계를 포함하는 후막 드라이필름 포토레지스트를 이용한 패턴 형성방법에 있어서,
    라미네이션하는 단계와 노광하는 단계 사이에 베이크하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 후막 드라이필름 포토레지스트를 이용한 패턴 제조방법.
  2. 제 1 항에 있어서, 베이크하는 단계는 50 내지 150℃의 온도 범위에서 30초 내지 20분 동안 수행되는 것을 특징으로 하는 후막 드라이필름 포토레지스트를 이용한 패턴 제조방법.
  3. 제 1 항에 있어서, 후막 드라이 필름 포토레지스트는 포토레지스트층의 두께가 적어도 50㎛인 것을 특징으로 하는 후막 드라이필름 포토레지스트를 이용한 패턴 제조방법.
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