KR20110066116A - 광경화성 수지 조성물, 패턴 형성 방법 및 기판 보호 필름, 및 상기 조성물을 사용하는 필름 형상 접착제 및 접착제 시이트 - Google Patents

광경화성 수지 조성물, 패턴 형성 방법 및 기판 보호 필름, 및 상기 조성물을 사용하는 필름 형상 접착제 및 접착제 시이트 Download PDF

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Abstract

본 발명은 성분(A)으로서, 일차 알콜성 히드록실 기를 갖는 폴리이미드 실리콘; 성분(B)으로서, 포르말린 또는 포르말린-알콜에 의해 변성된 아미노 축합 생성물 및 하나의 분자 내에 평균적으로 2개 이상의 메틸올 기 또는 알콕시메틸올 기를 갖는 페놀 화합물로 이루어진 군으로부터 선택된 하나 이상의 화합물; 및 성분(C)으로서, 광산 발생제를 포함하는 광경화성 수지 조성물에 관한 것이다. 접착제로서 사용될 때, 그 광경화성 수지 조성물은 성분(D)으로서 다작용성 에폭시 화합물을 더 포함한다.

Description

광경화성 수지 조성물, 및 이 조성물을 사용하는 패턴 형성 방법, 기판 보호 필름, 필름 형상 접착제 및 접착제 시이트{PHOTO-CURABLE RESIN COMPOSITION, AND PATTERN FORMING METHOD, SUBSTRATE PROTECTING FILM, FILM-SHAPED ADHESIVE AND ADHESIVE SHEET USING SAID COMPOSITIONS}
본 발명은 폴리이미드 실리콘을 포함하는 광경화성 수지 조성물 및 이 조성물의 패턴 형성 방법에 관한 것이고, 추가로 이 조성물을 사용하여 배선(wiring) 등을 보호하는 필름에 관한 것이다. 특히, 그 조성물의 매우 우수한 내열성, 내화학성, 절연 성능 및 가요성에 기인하여, 본 발명은 반도체 디바이스용 보호 및 절연 필름, 다층 인쇄판용 절연 필름, 연질 솔더(solder) 보호 필름, 커버 레이 필름(cover lay film), MEMS 등과 같은 용도에 관한 것이다.
또한, 본 발명은 패턴을 형성할 수 있고 또한 기판의 열 압착 결합(thermo compression bonding)을 수행할 수 있는 접착제로서 작용을 갖는 광경화성 수지 조성물, 및 이 조성물을 사용하는 필름 형상 접착제(film-shaped adhesive) 및 접착제 시이트에 관한 것이다.
지금까지, 감광성 폴리이미드 시스템 물질로서, 폴리아믹산(폴리이미드 전구체)를 사용하는 물질, 예컨대 광감성 기가 에스테르 결합을 통해 폴리아믹산의 카르복실 기 내로 도입되어 있는 물질(JP-A-49-115541, JP-A-55-45746), 폴리아믹산 및 광감성 기를 갖는 아민 화합물로 구성되는 물질(JP-A-54145794) 등이 제안되어 있다. 그러나, 이들 제안에 따르면, 300℃를 초과하는 고온에서의 이미드화 처리가 패턴화된 필름을 형성한 후 해당 폴리이미드 필름을 얻기 위해서 필수적이기 때문에, 그러한 고온을 견디기 위해서 백킹이 한정되고 배선의 구리가 산화되는 문제점이 있었다.
이에 대한 개선으로서, 후경화 온도를 낮출 목적으로 미리 이미드화된 용매-가용성 수지를 사용하여 제조된 감광성 폴리이미드(JP-A-10-274850, JP-A-10-265571 및 JP-A-1335619)가 제안되어 있다.
다른 한편으로는, 페놀성 히드록실 기를 갖는 폴리이미드 골격(JP-A-3-209478) 및 폴리아미드 골격(JP-B-1-46862 및 JP-A-11-65107)이 디아조나프토퀴논과 조합된 포지티브형이 제안되어 있다.
또한, 베이스 수지로서 폴리이미드를 사용하여 개발된 제품에 관하여 언급하고 미세한 패턴 형성을 강조하여 설명하면, 용매 가용성 폐환 폴리이미드의 측쇄 알콜 기와 알콕시기 함유 멜라민 화합물이 광산 발생제에 의해 광가교결합을 수행하는 조성물이 공지되어 있다(JP-A-2-2006-13375).
그러나, JP-A-10-274850, JP-A-10-265571 및 JP-1-3-335619에 기술된 모든 조성물은 (메타)아크릴레이트 기를 이용하여 광감도를 수지에 공급하므로, 이들 조성물은 광경화성 메카니즘에 근거한 이유들에 기인하여 분해능의 개선시 난점, 예컨대 산소 손상을 받기 쉬운 경향, 현상시 막 손실을 야기하는 경향 등 때문에 요구되는 특성들을 모두 충족하는 물질이 될 수 없다.
JP-A-3-209478, JP-B-1-46862 및 JP-A-11-65107에 기술된 조성물의 경우에서는 조성물의 광 투과성의 측면에서 보면 10 μm를 초과하는 두꺼운 필름을 형성시키는데 어렵다는 문제점, 현상 특성을 보장하기 위해서 수지 분자량이 작아야 한다는 문제점, 수지의 최초 경화 특성이 감광제로서 디아조나프토귀논의 첨가량이 수지에 대하여 커지게 된다는 문제점 등이 있었다.
JP-A-2006-133757에 기술된 조성물은 현상이 소수 환경 부하(enviromental load)를 지닌 알칼리 수성 용액을 사용하여 수행될 수 없다는 문제점이 있었다.
또한, 최근에는 미세한 패턴을 형성할 수 있고 또한 웨이퍼 기판들을 서로 부착하기 위한 접착제로서 작용을 갖는 물질에 대한 수요가 웨이퍼 수준 반도체 포장 기법의 분야에 존재하고 있다. 패턴을 형성할 수 있는 그러한 경화성 수지 조성물로서, 하기 수지 및 이의 조성물이 지금까지 보고되어 있다.
예를 들면, 카르복실 기 함유 중합체, 비스말레이미드, 알릴 기 함유 중합체, 에틸렌계 불포화 화합물, 유기 퍼옥사이드, 광중합 개시제 등을 함유하는 조성물이 보고되어 있다(JP-A-2006-323089). 또한, 히드록실 기- 또는 카르복실 기- 함유 메타크릴계 변성 비스페놀, 에폭시 수지, 다작용성 아크릴레이트 등을 함유하는 조성물이 또한 보고되어 있다(JP-A-2009-9110).
폴리이미드는 규소 기판 및 금속 표면에 대한 고 접착성 뿐만 아니라 내열성을 갖는 수지로서 유명하고, 베이스 수지로서 폴리이미드를 사용하는 조성물은 보고되어 있다(국제 공개 번호 2007/004569 및 JP-A-2008-274269). 또한, 카르복실 기 함유 폴리이미드, 에폭시 수지 및 광염기 발생제(photo-base generator)가 조합되어 있는 조성물이 보고되어 있다(JP-A-2009-167381). 또한, 베이스 수지로서 폴리이미드를 사용하여 개발된 제품을 언급하고 미세한 패턴 형성을 강조하여 설명하면, 상기 언급된 JP-A-2006-133757에 의해서는 폐환 용매 가용성 폴리이미드의 측쇄 알콜 기와 알콕시 기 함유 멜라민 화합물이 광산 발생제에 의해 광가교결합을 수행하는 조성물이 보고되어 있다.
JP-A-2006-323089 및 JP-A-2009-9110에 기술된 조성물은 알칼리 현상제에 의한 패턴화를 수행할 수 있는 조성물이지만, 이 조성물은 경화 성능, 고온에서의 기판 접착 특성 및 신뢰성에 관한 충분한 성능을 갖는다고는 말할 수 없다.
국제 공개 번호 2007-004569 및 JP-A-2008-274269에 기술된 조성물은 측쇄에 카르복실 기를 갖는 폴리이미드, 다작용성 아크릴 기판, 광중합 개시제 등을 포함하는 조성물이다. 그러나, 경화 시스템이 라디칼 공중합에 의한 가교결합이기 때문에, 산소에 기인한 반응 억제 가능성이 존재하고, 고감도에서 패턴화 성능이 불충분하고 현상시에서 잔류 필름이 또한 불충분하다는 문제점이 존재한다.
JP-A-2009-167381에 기술된 조성물은 광에 의해 발생된 염기에 의해 에폭시 가교결합 경화를 수행하고, 저온에서의 부착성이 매우 우수하지만, 미세한 패턴화 성능이 불충분하다. 또한, JP-A-2006-133757에는 배선 보호 필름으로서 매우 우수하지만, 기판을 부착시키는 잡착성이 불충분하다.
발명의 개요
본 발명은 상기 언급된 환경을 고려함으로써 이루어진 것이고, 본 발명은 폴리이미드 실리콘을 포함하는 광경화성 수지 조성물 및 패턴 형성 방법을 제공하는 것을 목적으로 하며, 이 방법은 소수의 환경 부하를 갖는 알칼리 수성 용액을 사용하여 현상함으로써 20 μm 초과의 필름 두께를 지닌 미세한 필름 형성을 용이하게 수행할 수 있고 또한 이러한 패턴화 형성 후 200℃ 또는 그 미만의 비교적 저온에서 열 처리를 수행함으로써 보호 필름으로서 매우 우수한 막 특성 및 신뢰성(reliability)을 지닌 필름을 제공할 수 있 수 있다.
또한, 본 발명은 또한 미세한 패턴을 형성할 수 있고, 기판, 예컨대 규소, 유리 등을, 열 압축 결합 및 후경화를 수행하여 그후 그러한 패턴 층을 통해 강하고 정확하게 부착킬 수 있으며, 그리고 또한 다양한 신뢰성을 갖는 조성물, 및 이의 건조 필름을 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기 언급된 목적을 달성하기 위해서, 본 발명자들은 집중적인 연구를 수행하고, 그 결과로서, 수지 분자 내에 일차 알콜을 갖는 폴리이미드 실리콘을 함유하는 후술되는 조성을 갖는 광경화성 수지 조성물은 산소 장애를 수행하는 일 없이 엷은 필름을 형성할 수 있고, 광범위한 파장의 광에 의한 노출을 수행할 수 있으며, 그리고 후술되는 패턴 형성 방법에 의해 미세한 패턴을 형성할 수 있다는 점, 및 추가로 이러한 광경화성 수지 조성물 및 이 조성물을 패턴 형성후 가열하여 그 조성물로부터 얻어지는 경화 필름은 내열성 및 전기 졀연 성능이 매우 우수함으로써 결과적으로 본 발명의 달성을 이루게 되었다는 점을 밝혀 냈다.
즉, 본 발명은 다음과 같은 것들에 관한 것이다:
1. 광경화성 수지 조성물로서,
성분(A)으로서, 일차 알콜성 히드록실 기를 갖는 폴리이미드 실리콘,
성분(B)으로서, 포르말린 또는 포르말린-알콜에 의해 변성된 아미노 축합 생성물 및 하나의 분자 내에 평균적으로 2개 이상의 메틸올 기 또는 알콕시메틸올 기를 갖는 페놀 화합물로 이루어진 군으로부터 선택된 하나 이상의 화합물, 및
성분(C)으로서, 광산 발생제(photo-acid generator)
를 포함하는 광경화성 수지 조성물.
2. 제1항에 있어서,
성분(A) 100 질량부, 성분(B) 0.5 내지 50 질량부 및 성분(C) 0.05 내지 20 질량부를 포함하는 광경화성 수지 조성물.
3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
성분(A) 내지 성분(C)의 전체 양에서 100 질량부를 기준으로 하여, 50 질량부 내지 2,000 질량부의 유기 용매를 성분(E)으로서 더 포함하는 광경화성 수지 조성물.
4. 제1항 내지 제3항 중 어느 하나의 항에 있어서,
성분(A)은 하기 일반 화학식(1)에 의해 표시되는 폴리이미드 실리콘이고,
Figure pat00001
상기 식 중,
k 및 m은 각각 양의 정수이고, 여기서 k 및 m은 관계식 0.01 ≤ k/(k + m) ＜ 1을 충족하며;
X는 하기 일반 화학식(2)에 의해 표시되는 4가 유기 기이고,
Figure pat00002
여기서 R1은 각각 독립적으로 1개 내지 8개의 탄소 원자를 갖는 1가 탄화수소 기이며, R2는 각각 독립적으로 3가 유기 기이고, n은 평균적으로 1 내지 120의 수이며;
Y는 각각 2가 유기 기이고, 이것의 적어도 일부는 하기 일반 화학식(3)에 의해 표시되며,
Figure pat00003
여기서, A는 각각
Figure pat00004
로부터 선택된 2가 유기 기이고, 서로 동일하거나 상이할 수 있으며, B 및 C는 각각 1개 내지 4개의 탄소 원자를 갖는 알킬 기 또는 수소 원자이고, 서로 상이하거나 상이할 수 있으며, a는 0 또는 1이고, b는 0 또는 1이며, c는 0 내지 10의 정수이고, R3은 각각 페놀성 히드록실 기 또는 알콜성 히드록실 기를 함유하는 유기 기로부터 선택된 1가 기이며, R3 중 하나 이상은 일차 알콜성 히드록실 기를 함유하는 유기 기이고;
W는 X를 제외한 4가 유기 기이다.
5. 제4항에 있어서, 하기 일반 화학식(1)에 의해 표시되는 폴리이미드 실리콘이 하기 일반 화학식(1-1)에 의해 표시되는 폴리이미드 실리콘인 광경화성 수지 조성물:
상기 식 중,
X 및 W는 상기한 바와 동일하고,
Y1은 각각 일반 화학식(3)에 의해 표시되는 2가 유기 기이며, Y2는 일반 화학식(3)에 의해 표시되는 기를 제외한 2가 유기 기이고,
p 및 r는 각각 양의 정수이며, q 및 s는 0 또는 양의 정수이고, 여기서 p, q, r 및 s는 다음의 관계식 p + q = k 및 r + s = m을 충족한다(여기서, k 및 m은 상기한 바와 같다)
6. 제4항 또는 제5항에 있어서,
일반 화학식(3)에서, R3 중 하나 이상이 -OH, -OCH2CH(0H)CH2OH, 및 -OCH(CH2OH)CH2OH 중에서 선택된 1가 기인 광경화성 수지 조성물.
7. 제4항 내지 제6항 중 어느 하나의 항에 있어서,
일반 화학식(1)에서, W가 하기 화학식에 의해 표시되는 4가 유기 기 중 하나인 광경화성 수지 조성물:
Figure pat00006
.
8. 제4항 내지 제7항 중 어느 하나의 항에 있어서, 폴리이미드 실리콘은 20 내지 2OO KOH mg/g의 OH 가를 갖는 것인 광경화성 수지 조성물.
9. 제5항 내지 제8항 중 어느 하나의 항에 있어서, 일반 화학식(1-1)에서, Y2가 하기 일반 화학식(4)에 의해 표시되는 2가 유기 기 및 하기 일반 화학식(5)에 의해 표시되는 2가 유기 기로부터 선택된 하나 이상인 광경화성 수지 조성물:
Figure pat00007
상기 식 중,
D는 각각 독립적으로 하기 2가 유기 기:
Figure pat00008
및
Figure pat00009
어느 것이든 가지며,
e 및 f는 각각 독립적으로 0 또는 1이고, g는 0 또는 1이며;
Figure pat00010
상기 식 중,
R4는 각각 독립적으로 1개 내지 8개의 탄소 원자를 갖는 1가 탄화수소 기이고, h는 1 내지 80의 정수이다.
10. 제4항 내지 제9항 어느 하나의 항에 있어서, 폴리이미드 실리콘은 그 말단부에서 페놀 기, 티올 기 또는 카르복실 기를 갖는 것인 광경화성 수지 조성물.
11. 제1항, 제4항, 제5항, 제6항, 제7항, 제8항, 제9항 및 제10항 중 어느 하나의 항에 있어서, 다작용성 에폭시 화합물을 성분(D)으로서 더 포함하는 광경화성 수지 조성물.
12. 제11항에 있어서, 성분(A) 100 질량부, 성분(B) 0.5 내지 50 질량부, 성분(C) 0.05 내지 20 질량부 및 성분(D) 0.05 내지 100 질량부를 포함하는 광경화성 수지 조성물.
13. 제11항 또는 제12항에 있어서, 성분(A) 내지 성분(D)의 전체 양에서 100 질량부를 기준으로 하여 50 내지 2,000 질량부의 유기 용매를 성분(E)으로서 더 포함하는 광경화성 수지 조성물.
14. 제11항 내지 제13항 중 어느 하나의 항에 있어서, 성분(D)이 비스페놀 구조를 갖는 다작용성 에폭시 화합물, 페놀 노볼락 다작용성 에폭시 화합물 및 다작용성 에폭시 실리콘으로 이루어진 군으로부터 선택된 하나 이상의 다작용성 에폭시 화합물인 광경화성 수지 조성물.
15. 패턴 형성 방법으로서,
(i)제1항 내지 제14항 중 어느 하나의 항에 따른 광경화성 수지 조성물의 필름을 기판 상에 형성시키는 단계,
(ii) 상기 필름을 240 nm 내지 500 nm의 파장을 갖는 광에 포토마스크를 통해 노출시키는 단계, 및
(iii) 현상 용액을 사용하여 현상을 수행하는 단계
를 포함하는 패턴 형성 방법.
16. 제15항에 있어서, 노출 단계(ii) 후에 하지만 현상 단계(iii) 전에 열 처리를 수행하는 단계를 더 포함하는 패턴 형성 방법.
17. 제15항 또는 제16항에 따른 방법에 의해 형성된 패턴을 갖는 광경화성 수지 조성물의 필름을 70 내지 300℃의 범위 내에 속하는 온도에서 후경화를 수행함으로써 얻어지는 보호 코트 필름.
18. 제11항 내지 제14항 중 어느 하나의 항에 따른 광경화성 수지 조성물을 필름 형상으로 형성시킴으로써 제조되는 필름 형상 접착제.
19. 접착제 시이트로서,
(i) 베이스 물질 필름 층,
(ii) 제11항 내지 제14항 중 어느 하나의 항에 따른 광경화성 수지 조성물을 0.1 내지 200 μm의 필름 두께를 갖는 필름 형상으로 형성시킴으로써 제조된 광경화성 수지 층, 및
(iii) 커버 필름 층
을 포함하는 접착제 시이트.
일차 알콜 기를 갖는 폴리이미드 실리콘을 포함하는 본 발명의 광경화성 수지 조성물을 이용함으로써, 본 발명에서는 광범위한 파장의 광에 노출될 수 있고, 산소 방해(oxygen hindrance)를 수행하는 일 없이 엷은 필름을 용이하게 형성할 수 있으며, 또한 20 μm 초과의 두꺼운 필름을 형성할 수 있는 광경화성 수지 조성물이 제공될 수 있다. 더구나, 분해능이 매우 우수한 패턴을 형성하는 것이 가능하고, 추가로 그러한 조성물로부터 얻어지는 경화 필름이 기판과의 접착성, 내열성 및 전기 절연 성능에 있어 매우 우수하기 때문에, 그것은 전기 및 전자 부품, 반도체 디바이스 등의 보호 필름으로서 적합하게 사용될 수 있다.
추가로, 본 발명에 따르면, 본 발명에서는 미세한 패턴을 형성할 수 있고, 규소, 유리 등과 같은 기판을, 그후 열 압축 결합 및 후경화를 수행하여 그러한 패턴 층을 통해 강하고 정확하게 부착시킬 수 있으며, 또한 다양한 신뢰성을 갖는 조성물 및 이것의 건조 필름이 제공될 수 있다. 또한, 패턴 형성시 현상에 관하여 언급하면, 소수의 환경 부하를 갖는 알칼리 수성 용액을 사용하여 현상을 수행하는 것이 가능하고, 또한 220℃ 또는 그 미만으로 열 경화 온도를 설정하는 것도 가능하다.
도 1은 합성 실시예 1의 폴리이미드 실리콘의 1H-NMR 챠트이다.
도 2는 합성 실시예 2의 폴리이미드 실리콘의 1H-NMR 챠트이다.
도 3은 합성 실시예 3의 폴리이미드 실리콘의 1H-NMR 챠트이다.
도 4는 합성 실시예 4의 폴리이미드 실리콘의 1H-NMR 챠트이다.
본 발명을 실시하기 위한 가장 바람직한 양태
이하는 본 발명을 추가 상세히 설명한 것이다.
본 발명의 성분(A)으로서, 폴리이미드 실리콘은 일차 알콜성 히드록실 기를 함유한다.
폴리이미드 실리콘은 하기 일반 화학식(1)에 의해 표시되는 것이 바람직하다:
Figure pat00011

일반 화학식(1)에서, X는 하기 화학식(2)에 의해 표시되는 구조를 갖는다. 이러한 단위를 혼입함으로써, 그 중합체의 주사슬 구조는 가요성을 가지므로, 수지 자체에는 가요성이 부여된다.
Figure pat00012

화학식(2)에서, R1은 각각 독립적으로 1개 내지 8개의 탄소 원자를 갖는 1가 탄화수소 기이고, 그 예로는 알킬 기, 예컨대 메틸 기, 에틸 기, 프로필 기, 부틸 기, 펜틸 기, 및 헥실 기; 시클로알킬 기, 예컨대 시클로펜틸 기 및 시클로헥실 기; 아릴 기, 예컨대 페닐 기; 아르알킬 기, 예컨대 벤질 기 및 펜에틸 기; 및 ;알케닐 기, 예컨대 비닐 기, 알릴 기, 프로페닐 기, 이소프로페닐 기 및 부테닐 기가 포함된다. 원료의 용이한 이용성의 관점에서 보면, 메틸 기, 에틸 기, 페닐 기, 및 비닐 기가 바람직하다.
화학식(2)에서, R2는 각각 독립적으로 3가 유기 기, 바람직하게는 2개 내지 10개의 탄소 수를 갖는 3가 유기 기이다. 그 예로는 카르복실 기 또는 카르복실 언히드라이드기를 알킬숙신산 언히드라이드, 예컨대 프로필숙신산 언히드라이드, 노르보넨디카르복실산 언히드라이드, 프로필나딕산 언히드라이드 및 프탈산 언히드라이드로부터 제거함으로써 형성될 수 있는 잔기가 포함된다. 바람직한 것은 노르보르닐산 언히드라이드 및 프로필숙신산 언히드라이드로부터 유래된 것이 바람직하다. 게다가, 화학식(2)에서, n은 1 내지 120, 바람직하게는 3 내지 80, 더욱 바람직하게는 5 내지 60의 정수이다.
X로서는 하기 구조식이 언급될 수 있다:
Figure pat00013

상기 구조식에서, n1 및 n2는 각각 0 또는 1 이상의 정수이고, 관계식 n1 + n2 = n를 충족한다.
더구나, n3 및 n4는 각각 0 또는 1 이상의 정수이고, 관계식 n3 + n4 = n를 충족한다.
게다가, n5 및 n6은 각각 0 또는 1 이상의 정수이고, 관계식 n5 + n6 = n를 충족한다.
보다 구체적으로, X로서는 하기 구조식이 언급될 수 있다:
Figure pat00014

Figure pat00015

상기 언급된 X는 불포화 기를 갖는 상기 언급된 산 언히드라이드, 예컨대 숙신산 언히드라이드, 노르보르넨디카르복실산 언히드라이드, 프로필나딕산 언히드라이드 또는 프탈산 언히드라이드를 오가노하이드로겐 폴리실록산을 반응시킴으로써 얻어진 변성 실리콘으로부터 유도될 수 있다. 오가노하이드로겐 폴리실록산내 실록산 단위 수의 분포에 따라 좌우되긴 하지만, 결과로 형성된 산 언히드라이드-변성 폴리실록산의 실록산 단위의 수가 또한 분포된다. 그러므로, 화학식(2)에서의 n은 그 평균 값을 나타낸다.
화학식(1)에서 Y는 각각 2가 유기 기이고, 이의 적어도 일부는 하기 일반 화학식(3)에 의해 표시되는 일차 알콜성 히드록실 기를 갖는 2가 유기 기이다.
Figure pat00016

화학식(3)에서, A는 각각 독립적으로 하기 2가 유기 기:
Figure pat00017
및
Figure pat00018
로부터 선택된다.
화학식(3)에서, a는 0 또는 1이고, b는 0 또는 1이며, c는 1 내지 10의 정수이고, c는 바람직하게는 1 내지 10의 정수이다.
화학식(3)에서, B 및 C는 각각 1개 내지 4개의 탄소 원자를 갖는 알킬 기 또는 수소 원자이고, 서로 동일하거나 상이할 수 있다. 그들의 예로는 메틸 기, 에틸 기, 프로필 기, 부틸 기 및 수소 원자가 포함된다. 이들 중, 메틸 기 및 수소 원자가 원료의 용이한 이용성의 관점에서 보면 바람직하다.
상기 화학식(3)에서, R3은 페놀성 히드록실 기 또는 알콜성 히드록실 기를 함유하는 유기 기로부터 선택된 1가 기이고, R3 중 하나 이상은 일차 알콜성 히드록실 기를 함유하는 유기 기이다. 구체적으로, -OH, -OCH2CH(OH)CH2OH, 및 -OCH(CH2OH)CH2OH가 언급될 수 있다.
상기 화학식(3)에 의해 표시되는 기로서는 하기의 기가 언급될 수 있다:
Figure pat00019

Figure pat00020

Y의 또다른 일부는 상기 일반 화학식(3)에 의해 표시되는 기를 제외한 2가 유기 기일 수 있다. 즉, 일반 화학식(1)에 의해 표시되는 폴리이미드 실리콘은 하기 일반 화학식(1-1)에 의해 표시되는 폴리이미드 실리콘인 것이 바람직하다.
Figure pat00021

화학식(1-1)에서, X 및 W는 상기한 바와 같다.
Y1은 각각 하기 일반 화학식(3)에 의해 표시되는 2가 유기 기이고, Y2는 각각 상기 일반 화학식(3)에 의해 표시되는 기를 제외한 2가 유기 기이다.
p 및 r은 각각 양의 정수이고, q 및 s는 각각 0 또는 양의 정수이며, 여기서 p, q, r 및 s는 관계식 p + q = k 및 r + s = m(k 및 m은 상기한 바와 같음)을 충족한다.
Y2는 각각 상기 일반 화학식(3)에 의해 표시되는 기를 제외한 2가 유기 기, 즉 일차 알콜성 히드록실 기를 갖지 않는 2가 유기 기이다. 구체적으로, 그것은 하기 화학식(4)에 의해 표시되는 2가 유기 기 및 하기 일반 화학식(5)에 의해 표시되는 2가 유기 기 중에서 선택된 하나 이상인 것이 바람직하다.
화학식(4)은 다음과 같다.
Figure pat00022

상기 화학식(4)에서, D는 각각 독립적으로 상기 정의된 A와 동일한 2가 유기 기이다. 또한, e 및 f는 각각 독립적으로 0 또는 1이고, g는 0 또는 1이다.
화학식(4)으로서는 하기의 기가 언급될 수 있다:
Figure pat00023

Figure pat00024

Figure pat00025

화학식(5)은 다음과 같다.
Figure pat00026

화학식(5)에서, R4는 각각 독립적으로 1개 내지 8개의 탄소 원자를 갖는 1가 탄화수소 기이고, 그 예로는 메틸 기, 에틸 기, 프로필 기, 부틸 기, 헥실 기, 시클로헥실 기 및 페닐 기가 포함된다. 원료의 이용성의 관점에서 보면, 그들 중 메틸 기 및 페닐 기가 특히 바람직하다.
화학식(5)에서, h는 1 내지 80의 정수, 바람직하게는 1 내지 20의 정수이다.
화학식(1)에서, W는, 이것이 상기 언급된 X를 제외한 4가 유기 기인 한, 공지된 다양한 기 중 어느 것이든 가능할 수 있고, 그 예로는 하기 기가 언급될 수 있다:
Figure pat00027

성분(A)으로서 상기 각 구조를 갖는 폴리이미드 실리콘은 수 평균 분자량의 관점에서 바람직하게는 5,000 내지 200,000, 특히 바람직하게는 8,000 내지 100,000의 분자량을 갖는다. 그 분자량이 5,000 미만일 때, 폴리이미드 실리콘 수지로부터 얻어지는 필름의 강도가 경우에 따라 저하된다. 다른 한편으로는, 그 분자량이 200,000 초과일 때, 폴리이미드 실리콘 수지는 용매에 대한 불량한 상용성 및 일부 경우에서는 취급성 감소를 갖는다.
추가로, X를 함유하는 반복 단위의 수 k는 양의 정수이고, 바람직하게는 1 내지 500, 보다 바람직하게는 3 내지 300이다. W를 함유하는 반복 단위의 수 m은 양의 정수이고, 1 내지 500인 것이 바람직하고, 3 내지 300인 것이 보다 바람직하다.
게다가, k의 비율, 즉 k(K + m)은 관계식 0.01 ≤ k(k + m)＜1을 충족한다. 그 비율은 0.1 이상 및 1 미만이 바람직하고, 0.2 이상 및 0.95 이하인 것이 보다 바람직하며, 0.5 이상 및 0.9 이하인 것이 특히 더 바람직하다. 그 비율이 0.01 미만일 때, 충분한 가요성을 얻는 것이 어렵다.
성분(A)으로서 폴리이미드 실리콘은 JIS K0070에 따른 OH 가 20 내지 200 KOH/g, 특히 30 내지 150 KOH mg/g를 갖는 것이 바람직하다.
성분(A)으로서 폴리이미드 실리콘을 생성하기 위해서, 페놀성 히드록실 기를 갖는 디아민, 산 언히드라이드-변성 실리콘, 산 디언히드라이드, 및 필요한 경우, 페놀성 히드록실 기 및 카르복실 기를 갖지 않은 디아민을 우선 반응시켜서 폴리아믹산을 얻는다.
페놀성 히드록실 기를 갖는 디아민의 예로는 페놀기를 갖는 디아민, 예컨대 3,3'-디아미노-4,4'-디히드록시바이페닐, 2,2'-디아미노-4,4'-디히드록시바이페닐, 2,2-비스(4-아미노-3-히드록시페닐)프로판, 2,2-비스(3-아미노-4-히드록시페닐)프로판, 9,9-비스(3-아미노-4-히드록시페닐)플루오렌, 2,2'-메틸렌비스[6-(4-아미노-3,5-디메틸벤질)-4-메틸]페놀, 3,3'-디아미노-4,4'-디히드록시디페닐 에테르, 및 2,2-비스(3-아미노-4-히드록시페닐)헥사플루오로프로판이 포함된다.
산 언히드라이드-변성 실리콘으로서는, 예를 들면 하기 화합물이 언급될 수 있다:
Figure pat00028

상기 화학식에서, n은 1 내지 120의 정수, 바람직하게는 3 내지 80의 정수, 더욱 바람직하게는 5 내지 50의 정수이다. 또한, n5 및 n6은 각각 0 또는 1 이상의 정수이고, 관계식 n5 + n6 = n을 만족한다.
폴리아믹산을 위한 중합에 사용하기 위한 산 디언히드라이드의 예로는 3,3',4,4'-디페닐설폰테트라카르복실산 디언히드라이드, 3,3',4,4'-바이페닐테트라카르복실산 디언히드라이드, 2,3',3,4'-바이페닐테트라카르복실산 디언히드라이드, 5-(2,5-디옥소테트라히드로-3-푸라닐)-3-메틸-3-시클로헥센-1,2-디카르복실산 언히드라이드, 4-(2,5-디옥소테트라히드로푸란-3-일)-1,2,3,4-테트라히드로나프탈렌-1-2-디카르복실산 언히드라이드, 1,2,3,4-부탄테트라카르복실산 디언히드라이드, 3,3',4,4'-벤조페논테트라카르복실산 디언히드라이드, 4,4'-헥사플루오로프로필리덴비스프탈산 디언히드라이드, 2,2-비스(p-트리메톡시페닐)프로판, 1,3-테트라메틸디실록산비스프탈산 디언히드라이드 및 4,4'-옥시디프탈산 디언히드라이드가 포함된다.
페놀성 히드록실 기 및 카르복실 기를 함유하지 않는 디아민의 예로는 4,4'-디아미노벤즈아닐리드, 4,4'-디아미노디페닐 에테르, 3,4'-디아미노디페닐 에테르, 4,4'-디아미노디페닐 설폰, 3,3'-디메틸-4,4'-디아미노바이페닐, 4,4'-(p-페닐렌디이소프로필리덴)디아닐린, 4,4'-(m-페닐렌디이소프로필리덴)디아민, 1,3-비스(4-아미노페녹시)벤젠, 1,4-비스(4-아미노페녹시)벤젠, 1,3-비스(아미노페녹시)벤젠, 2,2-비스[4-(4-아미노페녹시)페닐]프로판, 2,2-비스[4-(4-아미노페녹시)페닐]헥사플루오로프로판, 비스[4-(4-아미노페녹시)페닐]설폰, 비스[4-(3-아미노페녹시)페닐]설폰, 4,4'-비스(4-아미노페녹시)바이페닐 및 9,9'-비스(4-아미노페닐)플루오렌이 포함된다.
폴리아믹산의 합성에서, 디아민 성분과 산 디언히드라이드 성분의 비율은 폴리이미드 등의 분자량 조정에 따라 적절히 결정되며, 보통 몰비로서 0.95 내지 1.05, 바람직하게는 0.98 내지 1.02 범위 내에 있다. 이와 관련하여, 반응성 작용기를 폴리이미드 실리콘 말단부에 도입하기 위해서, 아미노 알콜, 아미노 티올, 작용성 산 언히드라이드, 예컨대 트리멜리트산 언히드라이브 및 아민 화합물이 첨가될 수 있다. 이러한 경우에 첨가될 수 있는 그 양은 산 디언히드라이드 성분 또는 디아민 성분을 기준으로 하여 20 몰% 이하인 것이 바람직하다.
디아민과 산 디언히드라이드의 반응은 보통 용매 중에서 수행한다. 그러한 용애는 폴리이미드를 용해하는 것일 수 있다. 용매의 구체적 예로는 에테르, 예컨대 트라히드로푸란 및 아니솔; 케톤, 예컨대 시클로헥산온, 2-부탄온, 메틸 이소부틸 케톤, 2-헵탄온, 2-옥탄온, 및 아세토페논; 에스테르, 예컨대 부틸 아세테이트, 메틸 벤조에이트 및 γ-부티로락톤; 셀로솔브(cellosolve), 예컨대 부틸 셀로솔브 아세테이트 및 프로필렌 글리콜 모노메틸 에테르 아세테이트; 아미드, 예컨대 N,N-디메틸포름아미드, N,N-디메틸아세트아미드 및 N-메틸-2-피롤리돈; 및 방향족 탄화수소, 예컨대 톨루엔 및 크실렌이 포함된다. 그 용매는 케톤, 에스테르 및 셀로솔브인 것이 바람직하고, γ-부티로락톤, 프로필렌 글리콜 모노메틸 에테르 아세테이트, N,N-디메틸아세트아미드, 또는 N-메틸-2-피롤리돈인 것이 특히 바람직하다. 이들 용매 중 하나의 유형이 단독으로 사용될 수 있거나 또는 이들 용매 중 2 이상의 유형이 조합으로 사용될 수 있다. 일반적으로, 1 배치 당 수율, 용해 점도 등을 고려할 때, 폴리이미드의 농도가 10 내지 40 중량%되도록 그 양이 조정된다.
이어서, 상기 얻어진 풀리아민산은 탈수소 폐환 반응으로 처리하여 하기 일반 화학식(6)에 의해 표시되는 페놀성 히드록실 기를 갖는 폴리이미드를 얻고, 이어서 그 폴리이미드는 글리시돌과의 반응으로 처리하고, 필요한 경우, 산 언히드라이드와의 반응으로 처리함으로써, 본 발명의 폴리이미드 실리콘이 얻어 질 수 있다.
Figure pat00029

화학식(6)에서, X, W, k 및 m은 상기한 바와 같다.
또한, Z는 각각 2가 유기 기이고, 이의 적어도 일부는 하기 일반 화학식(7)에 의해 표시되는 2가 유기 기이다.
Figure pat00030

화학식(7)에서, A, B, C, a, b 및 c는 상기한 바와 같다.
즉, 폴리이미드의 합성의 경우, 상기에서 얻어지는 폴리아믹산 용액을 보통 80 내지 200℃의 온도, 바람직하게는 140 내지 180℃의 온도 범위로 가열하거나, 또는 그 폴리아믹산 용액에 아세트산 언히드라이드/피리딘 혼합된 용액을 첨가하고 이 형성된 용액을 약 50℃로 가열함으로써 탈수소 폐환 반응이 폴리아믹산의 산 아미드 부분에서 진행하도록 허용하고, 이로써 폴리이미드가 얻어질 수 있다.
상기 일반 화학식(6)에 의해 표시되는, 분자 내에 페놀성 히드록실 기를 갖는 폴리이미드의 그와 같이 얻어진 유기 용매 용액에 글리시돌이 필요한 당량으로 첨가되고, 이 전체가 가열된다. 따라서, 상기 일반 화학식(1)에 의해 표시되는 알콜성 히드록실 기를 갖는 폴리이미드 실리콘이 얻어질 수 있다. 비록 도입하고자 하는 알콜성 히드록실 기의 양에 따라 충전하고자 하는 글리시돌의 양을 변경하는 것이 필요하긴 하지만, 보통 충전하고자 하는 그의 양은 페놀성 히드록실 기에 대하여 0.3 내지 3 몰 당량인 것이 바람직하다. 반응 온도는 40 내지 180℃, 바람직하게는 60 내지 130℃이다. 반응 시간은 수분 내지 12 시간이다. 더구나, 반응을 가속화하는 목적을 위해서는, 트리에틸아민과 같은 촉매가 첨가될 수 있다.
더구나, 글리시돌 반응 후에 임의로 반응될 수 있는 산 언히드라이드로서는 프탈산 언히드라이드, 노르보르넨디카르복실산 언히드라이드, 시클로헥실디카르복실산 언히드라이드, 메틸시클로헥실디카르복실산 언히드라이드, 숙신산 언히드라이드 등이 언급될 수 있다.
산 언히드라이드의 반응에 관해서는, 필요한 당량으로 산 언히드라이드를 첨가하고 이 전체를 가열함으로써, 카르복실 기를 갖고 또한 알콜성 히드록실 기를 갖는 목적 폴리이미드 실리콘이 얻어질 수 있다.
이 반응 동안, 반응 온도는 10 내지 120℃, 바람직하게는 20 내지 90℃이고, 반응 시간은 1 시간 내지 12 시간이다. 반응을 가속화하는 목적을 위해서는 촉매를 첨가할 수 있다.
성분(B)
본 발명에 사용하고자 하는 성분(B)은 상기 언급된 성분(A)과의 경화 반응을 발생시켜서 패턴 형성을 용이하게 하고 또한 경화된 생성물의 강도를 더욱 증가시키는 성분이다.
그러한 성분(B)은 포르말린 또는 포르말린-알콜에 의해 변성된 아미노 축합 생성물, 및 하나의 분자 내에 평균적으로 2개 이상의 메틸올 기 또는 알콕시메틸올 기를 갖는 페놀 화합물로 이루어진 군으로부터 선택된 하나 이상의 화합물이다.
성분(B)의 화합물로서는, 150 내지 10,000, 바람직하게는 200 내지 3,000의 평균 분자량을 갖는 것들이 바람직하다. 중량 평균 분자량이 150 미만일 때, 충분한 감광성 경화성이 달성될 수 없는 경우가 존재할 수 있고, 그 분자량이 10,000을 초과할 때, 경화후 조성물의 내열성이 악화되는 경우가 존재할 수 있다.
포르말린 또는 포르말린-알콜에 의해 변성된 상기 언급된 성분(B)의 아미노 축합 생성물로서는, 예를 들면 포르말린 또는 포르말린-알콜에 의해 변성된 멜라민 축합 생성물 또는 포르말린 또는 포르말린-알콜에 의해 변성된 우레아 축합 생성물이 언급될 수 있다.
포르말린 또는 포리말린-알콜에 의해 변성된 멜라민 촉합 생성물은 멜라민 단량체를 하기 화학식(8)에 의해 표시되는 변성 멜라민으로 전환시킴으로써, 예를 들면 통상적인 공지된 방법에 따라 포르말린에 의한 메틸올 형성을 통해 멜라민 단량체를 우선 변성시킴으로써 또는 알콜에 의한 알콕시화를 통해 그것을 추가 변성시킴으로써, 제조될 수 있다. 이와 관련하여, 상기 언급된 알콜로서는 저급 알콜, 예컨대 1개 내지 4개의 탄소 원자를 갖는 알콜이 바람직하다.
Figure pat00031

상기 화학식(8)에서, R4는 동일하거나 상이할 수 있으며, 각각 메틸올 기, 1개 내지 4개의 탄소 원자를 갖는 알콕시기를 함유하는 알콕시메틸 기 또는 수소 원자를 나타내지만, 이들 중 하나 이상은 메틸올 기 또는 상기 언급된 알콕시메틸 기이다.
상기 언급된 일반 화학식(8)의 변성 멜라민으로서는, 예시적으로, 트리메톡시메틸모노메틸올멜라민, 디메톡시메틸모노메틸올멜라민 트리메틸올멜라민, 트리메틸올멜라민, 헥사메틸올멜라민, 헥사메톡시메틸올멜라민 등이 언급될 수 있다.
결과적으로, 포르말린 또는 포리말린-알콜에 의해 변성된 성분(B)의 멜라민 축합 생성물은 일반 화학식(8)의 변성 멜라핀 또는 이의 중합체(즉, 이량체, 삼량체 등의 올리고머)을, 이것이 소정의 분자량될 때까지 일반적인 방식으로 포름아미드에 의한 첨가 축합 중합으로 처리함으로써 얻어진다. 이와 관련하여, 일반 화학식(8)의 단량체의 하나 이상의 변성 멜라민 축합 생성물 및 축합물이 성분(B)으로서 사용될 수 있다.
또한, 포르말린 또는 포리말린-알콜에 의해 변성된 우레아-축합 생성물의 제조에 관하여, 이것은 통상적인 공지된 방법에 따라 포르말린에 의한 메틸올 형성을 통해 소정의 분자량을 갖는 우레아 축합 생성물을 변성시킴으로써 또는 이것을 알콜에 의한 알콕시화를 통해 추가 변성시킴으로써 제조될 수 있다.
상기 언급된 변성 우레아 축합 생성물의 예시적인 예로서는, 예를 들면 메톡시메틸화 우레아 축합 생성물, 에톡시메틸화 우레아 축합 생성물, 프로폭시메틸화 우레아 축합 생성물 등이 언급될 수 있다. 이와 관련하여, 이러한 변성 우레아 축합 생성물 중 하나 이상이 성분(B)으로서 사용될 수 있다.
또한, 성분(B)으로서, 분자 내에 평균적으로 2개 이상의 메틸올 기 또는 알콕시메틸올 기를 갖는 페놀 화합물로는, 예를 들면 (2-히드록시-5-메틸)-1,3-벤젠디메탄올, 2,2,6,6'-테트라메톡시메틸비스페놀 A 등이 언급될 수 있다.
성분(B)으로서 이러한 아미노 축합 생성물 또는 페놀 화합물은 단독의 하나의 종으로서 사용될 수 있거나, 또는 2 이상의 종을 혼합하여 사용될 수 있다.
본 발명의 성분(B)으로서 아미노 축합 생성물 또는 페놀 화합물의 함유량은 상기 언급된 성분(A)으로서 폴리이미드 실리콘 100 질량부를 기준으로 하여, 바람직하게는 0.5 내지 50 질량부, 특히 바람직하게는 1 내지 30 질량부이다. 그 양이 0.5 질량부 미만일 때, 충분한 경화성이 광 조사시 얻어질 수 없는 경우가 존재할 수 있고, 이와 대조적으로 그 양이 50 질량부 초과일 때, 충분한 효과가 광경화성 수지 조성물내 폴리이미드 결합의 비율의 저하에 기인하여 발현될 수 없다는 가능성이 존재할 수 있다.
성분(C)
성분(C)으로서 광산 발생제는 경화 촉매가 되는, 240 nm 내지 500 nm의 파장을 갖는 광의 조사에 의해 산을 발생시키는 것이 바람직하다. 본 발명의 수지 조성물이 광산 발생제와의 상용성이 매우 우수하기 때문에, 광범위한 산 발생제가 사용될 수 있다. 그러한 광산 발생제로서는, 예를 들면 오늄 염, 디아조메탄 유도체, 글리옥심 유도체, β-케토설폰 유도체, 디설폰 유도체, 니트로벤질 설포네이트 유도체, 설폰산 에스테르 유도체, 이미도-일-설포네이트 유도체, 옥심설포네이트 유도체, 이미노설포네이트 유도체, 트리아진 유도체 등; 기타가 언급될 수 있다.
광산 발생제 중에서도 특히 하기 일반 화학식(9)에 의해 표시되는 화합물이 예를 들면 상기 언급된 오늄 염으로서 언급될 수 있다:
(R41)hM+L- (9)
상기 화학식(9)에서, R41은 치환기를 가질 수 있는, 1개 내지 12개의 탄소 원자를 갖는 선형, 분지형 또는 환형 알킬 기, 6개 내지 12개의 탄소 원자를 갖는 아릴 기 또는 7개 내지 12개의 탄소 원자를 갖는 아르알킬 기를 표시하고, M+은 요도듐 또는 설포늄을 표시하며, L-은 비친핵성 카운터 이온을 표시하고, h는 2 또는 3을 나타낸다.
상기 언급된 R41에서 알킬 기로서는, 예를 들면 메틸 기, 에틸 기, 프로필 기, 부틸 기, 시클로헥실 기, 2-옥소시클로헥실 기, 노르보르닐 기, 아다만틸 기 등이 언급될 수 있다. 또한, 아릴 기로서는, 예를 들면 알콕시페닐 기, 예컨대 o-, m- 또는 p-메톡시페닐, 에톡시페닐, m- 또는 p-tert-부톡시페닐 등; 알킬페닐 기, 예컨대 2-, 3- 또는 4-메틸페닐, 에틸페닐 4-tert-부틸페닐, 4-부틸페닐, 디메틸페닐 등이 언급될 수 있다. 또한, 아르알킬 기로서는, 예를 들면 벤질, 펜에틸 등 각각이 언급될 수 있다.
L-으로서 비친핵성 카운터 이온으로서는, 예를 들면 할라이드 이온, 예컨대 클로라이드 이온, 브로마이드 이온 등; 플루오로알킬설포네이트, 예컨대 트리플레이트, 1,1,1-트리플루오로에탄설포네이트, 노나플루오로부탄설포네이트 등; 아릴설포네이트, 예컨대 토실레이트, 벤젠설포네이트, 4-플루오로벤젠설포네이트, 1,2,3,4,5-펜타플루오로벤젠설포네이트 등; 알킬설포네이트, 예컨대 메실레이트, 부탄설포네이트 등; 헥사플루오로포스페이트 이온, 플루오르화 알킬플루오로포스페이트 이온 등이 언급될 수 있다.
광산 발생제 중에서도 특히 하기 일반 화학식(10)에 의해 표시되는 화합물이, 예를 들면 디아조메탄 유도체로서 언급될 수 있다:
Figure pat00032

상기 화학식(10)에서, R5는 동일하거나 상이할 수 있고, 각각 1개 내지 12개의 탄소 원자를 갖는 선형, 분지형 또는 환형 알킬 기 또는 할로겐화 알킬 기, 6개 내지 12개의 탄소 원자를 갖는 아릴 기 또는 할로겐화 아릴 기, 또는 7개 내지 12개의 탄소 원자를 갖는 아르알킬 기를 표시한다.
상기 언급된 R5에서 알킬 기로서는, 예를 들면 메틸 기, 에틸 기, 프로필, 부틸 기, 아밀기, 시클로펜틸 기, 시클로헥실 기, 노르보르닐 기, 아다만틸 기 등이 언급될 수 있다. 할로겐화 알킬 기로서는 트리플루오로메틸, 1,1,1-트리플루오로에틸, 1,1,1-트리클로로에틸, 노나플루오로부틸 등이 언급될 수 있다.
아릴 기로서는, 예를 들면 페닐 기; 알콕시페닐 기, 예컨대 o-, m- 또는 p-메톡시페닐, 에톡시페닐, m- 또는 p-tert-부톡시페닐 등; 알킬페닐 기, 예컨대 2-, 3- 또는 4-메틸페닐, 에틸페닐, 4-tert-부틸페닐, 4-부틸페닐, 디메틸페닐 등; 기타가 언급될 수 있다. 할로겐화 아릴 기로서는, 예를 들면 플루오로벤젠, 클로로벤젠, 1,2,3,4,5-펜타플루오로벤젠 등이 언급될 수 있다. 아르알킬 기로서는, 예를 들면 벤질기, 펜에틸 기 등이 언급될 수 있다.
광산 발생제 중에서도 특히 하기 일반 화학식(11)에 의해 표시되는 화합물이 글리옥심 유도체로서 언급될 수 있다:
Figure pat00033

상기 화학식(11)에서, R6 및 R7은 동일하거나 상이할 수 있고, 각각 1개 내지 12개의 탄소 원자를 갖는 선형, 분지형 또는 환형 알킬 기 또는 할로겐화 알킬 기, 6개 내지 12개의 탄소 원자를 갖는 할로겐화 아릴 기, 또는 7개 내지 12개의 탄소 원자를 갖는 아르알킬 기를 표시한다. 또한, 2개의 R7은 함께 결합하여 환형 구조를 형성할 수 있고, 환형 구조가 형성될 때, R7은 1개 내지 6개의 탄소 원자를 갖는 선형 또는 분지형 알킬렌기를 표시한다.
상기 언급된 R6 및 R7의 알킬 기, 할로겐화 알킬 기, 아릴 기, 할로겐화 아릴 기 및 아르알킬 기로서는, 상기 언급된 R5 등에서 언급된 것들이 언급될 수 있다. 상기 언급된 R7의 알킬렌기로서는, 예를 들면 메틸렌기, 에틸렌기, 프로필렌기, 부틸렌기, 헥실렌기 등이 언급될 수 있다.
성분(C)의 광산 발생제로서는, 예시적으로 예를 들면
오늄 염, 예컨대 디페닐요도늄 트리플루오로메탄 설포네이트, (p-tert-부톡시페닐)페닐요도늄 트리플루오로메탄 설포네이트, 디페닐요도늄 p-톨루엔설포네이트, (p-tert-부톡시페닐)페닐요도늄 p-톨루엔설포네이트, 트리페닐설포늄 트리플루오로메탄 설포네이트, (p-tert-부톡시페닐)디페닐설포늄 트리플루오로메탄 설포네이트, 비스(p-tert-부톡시페닐)페닐설포늄 트리플루오로메탄 설포네이트, 트리스(p-tert-부톡시페닐)설포늄 트리플루오로메탄 설포네이트, 트리페닐설포늄 p-톨루엔설포네이트, (p-tert-부톡시페닐)디페닐설포늄 p-톨루엔설포네이트, 비스(p-tert-부톡시페닐)페닐설포늄 p-톨루엔설포네이트, 트리스(p-tert-부톡시페닐)설포늄 p-톨루엔설포네이트, 트리페닐설포늄 노나플루오로부탄설포네이트, 트리페닐설포늄 부탄설포네이트, 트리메틸설포늄 트리플루오로메탄설포네이트, 트리메틸설포늄 p-톨루엔설포네이트, 시클로헥실메틸(2-옥소시클로헥실)설포늄 트리플루오로메탄설포네이트, 시클로헥실메틸(2-옥소시클로헥실)설포늄 p-툴루엔설포네이트, 디메틸페닐설포늄 트리플루오로메탄설포네이트, 디메틸페닐설포늄 p-톨루엔설포네이트, 디시클로헥실페닐설포늄 트리플루오로메탄설포네이트, 디시클로헥실페닐설포늄 p-툴루엔설포네이트, 비스(4-tert-부틸페닐)요도늄 헥사플루오로포스페이트, 디페닐(4-티오페녹시페닐)설포늄 헥사플루오로안티모네이트 등;
디아조메탄 유도체, 예컨대 비스(벤젠설포닐)디아조메탄, 비스(p-톨루엔설포닐)디아조메탄, 비스(크실렌설포닐)디아조메탄, 비스(시클로헥실설포닐)디아조메탄, 비스(시클로펜틸설포닐)디아조메탄, 비스(n-부틸설포닐)디아조메탄, 비스(이소부틸설포닐)디아조메탄, 비스(sec-부틸설포닐)디아조메탄, 비스(n-프로필설포닐)디아조메탄, 비스(이소프로필설포닐)디아조메탄, 비스(tert-부틸설포닐)디아조메탄, 비스(n-아밀설포닐)디아조메탄, 비스(이소아릴설포닐)디아조메탄, 비스(sec-아밀설포닐)디아조메탄, 비스(tert-아밀설포닐)디아조메탄, 1-시클로헥실설포닐-1-(tert-부틸설포닐)디아조메탄, 1-시클로헥실설포닐-1-(tert-아밀설포닐)디아조메탄, 1-tert-아밀설포닐-1-(tert-부틸설포닐)디아조메탄 등;
글리옥심 유도체, 예컨대 비스-o-(p-톨루엔설포닐)-α-디메틸글리옥심, 비스-o-(p-톨루엔설포닐)-α-디메틸글리옥심, 비스-o-(p-톨루엔설포닐)-α-디시클로헥실글리옥심, 비스-o-(p-톨루엔설포닐)-2,3-펜탄디온글리옥심, 비스-o-(p-톨루엔설포닐)-2-메틸-3,4-펜탄디온글리옥심, 비스-o-(n-부탄설포닐)-α-디메틸글리옥심, 비스-o-(n-부탄설포닐)-α-디페닐글리옥심, 비스-o-(n-부탄설포닐)-α-디시클로헥실글리옥심, 비스-o-(n-부탄설포닐)-2,3-펜탄디온글리옥심, 비스-o-(n-부탄설포닐)-2-메틸-3,4-펜탄디온글리옥심, 비스-o-(n-메탄설포닐)-α-디메틸글리옥심, 비스-o-(n-트리플루오로메탄설포닐)-α-디메닐글리옥심, 비스-o-(1,1,1-트리플루오로에탄설포닐)-α-디메틸글리옥심, 비스-o-(tert-부탄설포닐)-α-디메틸글리옥심, 비스-o-(퍼플루오로옥탄설포닐)-α-디메틸글리옥심, 비스-o-(시클로헥산설포닐)-α-디메틸글리옥심, 비스-o-(벤젠설포닐)-α-디메틸글리옥심, 비스-o-(퍼플루오로벤젠설포닐)-α-디메틸글리옥심, 비스-o-(p-tert-부틸벤젠설포닐)-α-디메틸글리옥심, 비스-o-(크실렌설포닐)-α-디메틸글리옥심, 비스-o-(캄포설포닐)-α-디메틸글리옥심 등;
β-케토설폰 유도체, 예컨대 2-시클로헥실카르보닐-2-(p-톨루엔설포닐)프로판, 2-이소프로필카르보닐-2-(p-톨루엔설포닐)프로판 등;
디설폰 유도체, 예컨대 디페닐디설폰, 디시클로헥실디설폰 등;
니트로벤질 설포네이트 유도체, 예컨대 2,6-디니트로벤질 p-툴루엔설포네이트, 2,4-디니트로벤질 p-톨루엔설포네이트 등;
설폰산 에스테르 유도체, 예컨대 1,2,3-트리스(메탄설포닐옥시)벤젠, 1,2,3-트리스(트리플루오로메탄설포닐옥시)벤젠, 1,2,3-트리스(p-톨루엔설포닐옥시)벤젠 등;
이미도-일-설포네이트 유도체, 예컨대 프탈이미도-일-트리플레이트, 프탈이미도-일-토실레이트, 5-노르보르난 2,3-디카르복시이미도-일-트리플레이트, 5-노르보란 2,3-디카르복시이미도-일-토실레이트, 5-노르보난-2,3-디카르복시이미도-일-n-부틸 설포네이트, n-트리플루오로메틸설포닐옥시나프틸이미드 등;
옥심 설포네이트 유도체, 예컨대 α-(벤젠설포늄옥시이미도)-4-메틸페닐아세토니트릴 등;
이미도설포네이트 유도체, 예컨대 (5-(4-메틸페닐)설포닐옥시이미노-5H-티오펜-2-일리덴)-(2-메틸페닐)아세트니트릴, (5-(4-메실페닐설포닐옥시)페닐설포닐옥시이미도)-5H-티오펜-2-일리덴)-(2-메틸페닐)아세토니트릴 등;
트리아진 유도체, 예컨대 2-(메톡시페닐)-4,6-비스(트리시클로메틸)-s-트리아진, 2-[2-(3,4-디메톡시페닐)에테닐]-4,6-비스[트리클로로메틸)-s-트리아진, 2-[2-(5-메틸푸란-2-일)에테닐]-4,6-비스(트리클로로메틸)-s-트리아진 등; 및
기타가 언급될 수 있다.
이들 중에서도 특히 이미도-일 설포네이트, 이미노 설포네이트, 옥심 설포네이트 등이 적합하게 사용된다.
상기 언급된 광산 발생제(C)는 단독으로 사용될 수 있거나, 또는 2 이상의 종으로 된 혼합물로 사용될 수 있다. 광산 발생제(C)의 배합량은 성분(A)으로서 폴리이미드 실리콘의 100 질량부를 기준으로 하여 0.05 내지 20 질량부인 것이 바람직하고, 0.2 내지 5 질량부인 것이 특히 바람직하다. 그 배합량이 0.05 질량부 미만일 때, 충분한 광경화성이 얻어질 수 없는 경우가 존재할 수 있고, 그 배합량이 20 질량부 초과일 때, 두꺼운 필름에 의한 경화성이 산 발생제 자체의 광 흡수에 기인하여 악화되는 경우가 존재할 수 있다.
성분(D)
패턴화 후 열 경화를 통해 베이스 중합체(즉, 성분(A))와의 가교결합 반응을 수행함으로써 필름의 신뢰성 및 그 필름의 접착성을 개선시키는 목적을 위해서, 본 발명의 광경화성 수지 조성물은, 경우에 따라서, 성분(D)으로서 분자 내에 2개 이상의 에폭시기를 갖는 다작용성 에폭시 화합물과 배합될 수 있다.
다른 한편으로는, 본 발명의 광경화성 수지 조성물이 기판의 부착시 높은 기판 접착 특성을 발현할 수 있는 것이 바람직할 때, 하나의 분자 내에 2개 이상의 에폭시기를 갖는 다작용성 에폭시 화합물이 필수 성분으로서 배합된다. 그 다작용성 에폭시 화합물은 패턴화 후 열 경화에 의해 베이스 중합체, 즉 성분(A)과 가교결합 반응을 수행한다.
다작용성 에폭시 화합물은 비스페놀 구조를 갖는 다작용성 에폭시 화합물, 페놀 노볼락 다작용성 에폭시 화합물 및 다작용성 에폭시 실리콘으로 이루어진 군으로부터 선택된 하나 이상의 다작용성 에폭시 화합물인 것이 바람직하다.
보다 구체적으로, 다작용성 에폭시 화합물로서는 페놀의 글리시딜 에테르 형태, 시클로헥센 옥사이드기를 갖는 지환식 에폭시 화합물, 불포화 결합을 갖는 에폭시 화합물이 히드로실릴 기를 함유하는 오가노실록산 내로 히드로실릴화 반응에 의해 도입되는 생성물 등이 언급될 수 있다.
페놀의 글리시딜 에테르 형태의 페놀 구조로서는 노볼락 유형, 비스페놀 유형, 바이페닐 유형, 페놀아르알킬 유형, 디시클로펜타디엔 유형, 나프탈렌 유형, 및 아미노기 함유 유형이 사용될 수 있다.
페놀의 글리시딜 에테르 형태로서 유용한 것은 비스페놀 유형 A, 유형 AD, 유형 S 또는 유형 F의 글리시딜 에테르, 수소화 비스페놀 A의 글리시딜 에테르, 에틸렌 옥사이드-첨가된 비스페놀 A의 글리시딜 에테르, 프로필렌 옥사이드-첨가된 비스페놀 A의 글리시딜 에테르, 페놀 노볼락 수지의 글리시딜 에테르, 크레졸 노볼락 수지의 글리시딜 에테르, 나프탈렌 수지의 글리시딜 에테르, 디시클로펜타디엔 페놀 수지의 글리시딜 에테르, 아미노페놀의 삼작용성 에폭시 형태 등이다.
시클로헥센 옥사이드 기를 갖는 지환식 에폭시 화합물로서는, CELLOXIDE 3000 및 CELLOXIDE 2021P(Daicel Chemical Industries, Ltd.)가 사용될 수 있다.
불포화 결합을 갖는 에폭시 화합물이 히드로실릴 기를 함유하는 오가노실록산 내로 히드로실릴화 반응에 의해 도입되는 생성물로서는, 불포화 결합을 갖는 에폭시 화합물, 예컨대 알릴 글리시딜 에테르, 비닐시클로헥실에폭시 등이 히드로실릴 기를 함유하는 오가노실록산과 반응하게 되는 방법에 의해 얻어지는 다양한 다작용성 에폭시 화합물이 사용될 수 있다.
예시적인 구조로서는, 하기 화학식(12) 내지 (14)에 의해 표시되는 화합물이 사용될 수 있다.
에폭시기 함유 오가노실록산(12)
Figure pat00034

상기 식 중에서, R8은 에폭시기 함유 유기 기를 표시하고, R9는 1가 탄화수소 기를 표시하며, R10은 수소 원자 또는 알킬 기를 표시하고, 여기서 (m + n) ≥ 1, n ≥ 0, q ≥ 0, (r + s) ≥ 0, 0.1 ≤ (m + p)/(m + n + p + q) ≤ 1.0 및 0 ≤ (r + s)/(m + n + p + q + s) ≤ 0.05이다. 예시적으로, R8은 글리시독시프로필 기 또는 시클로헥실에폭시에틸 기가 있으며, 이들 중 글리시독시프로필 기가 가장 적합하다.
에폭시기 함유 환형 실록산(13)
Figure pat00035

상기 식 중에서, R8 및 R9는 상기 정의된 바와 같고, 여기서 0.2 ≤ t(t + u) ≤ 1이다.
비스실릴 기 치환된 화합물(14)
Figure pat00036

상기 식 중에서, R8 및 R9는 상기 정의된 바와 같고; R11은 2가 유기 기이며, 예시적으로 선형 사슬 알킬렌 기, 예컨대 에틸렌기, 프로필렌기, 헥실렌기 등, 이중 치환된 환형 포화 탄화수소 라디칼, 예컨대 이중 치환된 시클로펜틸렌기, 시클로헥실렌기 등, 2가 방향족 기, 예컨대 페닐렌기, 바이페닐렌기 등, 및 이들 중 2개가 연결되어 있는 구조를 비롯한 2가 유기 기이며; v 및 w는 각각 1 내지 3의 정수이다.
화학식(12) 내지 (13)에 의해 표시되는 화합물로서는, 예시적으로 하기 구조의 화합물이 특히 적합하다. 이러한 경우, x는 1 내지 10의 정수이고, y는 1 내지 5의 정수이며, z는 1 내지 10의 정수인 것이 바람직하다.
Figure pat00037

Figure pat00038

성분(D)으로서 상기 언급된 다작용성 에폭시 화합물은 단독물로서 사용될 수 있거나 2 이상의 종으로 된 혼합물로서 사용될 수 있다. 성분(D)의 배합량은 성분(A)으로서 폴리이미드실록산의 100 질량부를 기준으로 하여 바람직하게는 0.05 내지 100 질량부, 보다 바람직하게는 0.1 내지 50 질량부, 보다 더 바람직하게는 1 내지 30 질량부이다. 그 배합량이 0.05 질량부 미만일 때, 기판에 대한 접착성이 불충분하게 되는 경우가 존재할 수 있고, 그 배합량이 100 질량부 초과일 때, 필름 경도가 손실되기 때문에 필름이 취성으로 되는 경향이 있고, 따라서 양쪽의 경우가 모두 적합하지 않게 된다.
성분(E)
필요에 따라, 본 발명의 광경화성 수지 조성물은 성분(E)으로서 유기 용매와 배합될 수 있다. 유기 용매로서는 상기 언급된 성분들, 예컨대 성분(A)으로서 폴리이미드 수지, 성분(B)으로서, 포르말린 또는 포르말린-알콜에 의해 변성된 아미노 축합 생성물 또는 하나의 분자 내에 평균적으로 2개 이상의 메틸올 기 또는 알콕시메틸올 기를 갖는 페놀 화합물, 성분(C)으로서 광산 발생제, 및 성분(D)으로서 다작용성 에폭시 화합물을 용해시킬 수 있는 용매인 것이 바람직하다.
그러한 유기 용매로서는, 예를 들면 케톤, 예컨대 시클로헥산온, 시클로펜탄온, 메틸-2-n-아밀케톤 등; 알콜, 예컨대 3-메톡시부탄올, 3-메틸-3-메톡시부탄올, 1-메톡시-2-프로판올, 1-에톡시-2-프로판올 등; 에테르, 예컨대 프로필렌 글리콜 모노메틸 에테르, 에틸렌 글리콜 모노메틸 에테르, 프로필렌 글리콜 모노에틸 에테르, 에틸렌 글리콜 모노에틸 에테르, 프로필렌 글리콜 디메틸 에테르, 디에틸렌 글리콜 디메틸 에테르 등; 에스테르, 예컨대 프로필렌 글리콜 모노메틸 에테르 아세테이트, 프로필렌 글리콜 모노에틸 에테르 아세테이트, 에틸 락테이트, 에틸 피루베이트, 부틸 아세테이트, 메틸 3-메톡시프로피오네이트, 에틸-3-에톡시프로피오네이트, tert-부틸 아세테이트, tert-부틸 프로피오네이트, 프로필렌 글리콜-모노-tert-부틸 에테르 아세테이트, γ-부티로락톤 등; 아미드, 예컨대 N-메틸-2-피롤리돈, N,N-디메틸아세트아미드 등; 기타가 언급될 수 있으며, 이들은 단독물로서 사용될 수 있거나, 또는 2 이상 종으로 된 혼합물로서 사용될 수 있다.
이들 중에서도 특히 에틸 락테이트, 시클로헥산온, 시클로펜탄온, γ-부티로락톤, N,N-디메틸아세트아미드 및 이들의 혼합 용매가 바람직하며, 그 이유는 이들이 광산 발생제를 용해시키는 성능이 매우 우수하기 때문이다.
성분(D)이 배합되지 않을 때, 상기 언급된 유기 용매의 배합량은 성분(A) 내지 성분(C)의 총량(총 고체 함량)인 100 질량부를 기준으로 하여 바람직하게는 50 내지 2,000 질량부인 것이 바람직하고, 100 내지 1,000 질량부인 것이 특히 바람직하다. 그 배합량이 50 질량부 미만일 때, 상기 언급된 성분(A) 내지 성분(C)의 상용성이 불충분하게 되는 경우가 존재할 수 있고, 이와 대조적으로 그 배합량이 2,000 질량부 초과일 때, 그 상용성이 거의 변하지 않고, 점도가 너무 낮게 되어 그것이 수지의 적용에 적합하지 않는 경우가 존재할 수 있다.
또한, 성분(D)가 배합될 때, 상기 언급된 유기 용매의 배합량은 성분(A) 내지 성분(D)의 총량(총 고체 함량)인 100 질량부를 기준으로 하여 50 내지 2,000 질량부인 것이 바람직하고, 100 내지 1,000 질량부인 것이 특히 바람직하다. 그 배합량이 50 질량부 미만일 때, 상기 언급된 성분(A) 내지 성분(D)의 상용성이 불충분하게 되는 경우가 존재할 수 있고, 이와 대조적으로 그 배합량이 2,000 질량부 초과일 때, 그 상용성이 거의 변하지 않고, 점도가 너무 낮게 되어 그것이 수지의 적용에 적합하지 않는 경우가 존재할 수 있다.
기타 첨가 성분
상기 언급된 각 성분 이외에도, 본 발명의 광경화성 수지 조성물은 기타 첨가 성분과 더 배합될 수 있다.
기타 첨가 성분으로서는, 예를 들면 도포성을 개선시키는데 일반적으로 사용되는 계면활성제가 첨가될 수 있다. 계면활성제로서는 비이온성 계면활성제가 바람직하고, 예시적으로는 불소계 계면활성제, 퍼플루오로알킬폴리옥시에틸렌에탄올, 플루오르화 알킬 에스테르, 퍼플루오로알킬아민 옥사이드, 불소 함유 오가노실록산 시스템 화합물 등이 언급될 수 있다.
이러한 기타 첨가 성분으로서는 상업적으로 이용가능한 제품이 사용될 수 있다. 예를 들면, Fluorad "FC-4430"(Sumitomo 3M Co., Ltd.에 의해 제조됨), Surflon "S-141" 및 "S-145"(모두 ASAHI GLASS CO., Ltd.에 의해 제조됨), UNIDYNE "DS-401", "DS-4031" 및 "DS-451"(모두 DAIKIN INDUSTRIES, LTD.에 의해 제조됨), Megafac "F-8151"(Dainippon Ink and Chemicals, Inc.에 의해 제조됨), "X-70-093"(Shin-Etsu Chemical Co., Ltd.에 의해 제조됨) 등이 언급될 수 있다. 이들 중에서도 특히 Fluorad "FC-4430"(Sumitomo 3M Co., Ltd.에 의해 제조됨) 및 "X-70-093"(Shin-Etsu Chemical Co., Ltd.에 의해 제조됨)이 바람직하다.
또한, 광산 발생제 등의 광 흡수 효율을 개선시키기 위해서, 광 흡수제가 기타 첨가 성분으로서 첨가될 수도 있다. 그러한 광 흡수제로서는 예를 들면 디아릴 설폭사이드, 디아릴설폰, 9,10-디메틸안트라센, 9-플루오레논 등이 언급될 수 있다. 또한, 감도를 조정하기 위해서, 염기성 화합물, 예시적으로 3급 아민 화합물, 예컨대 트리에탄올아민 또는 질소 함유 화합물, 예컨대 벤조트리아졸, 피리딘 등이 첨가될 수 있다.
추가로, 실란 커플링제, 예컨대 에폭시 시스템 실란 커플링제 KBM-403, KBM-402, KBE-403 및 KBE-402, 그리고 아민 시스템 실란 커플링제 KBM-903, KBM-603 및 KBM-573(모두 Shin-Etsu Chemical Co., Ltd.에 에 의해 제조됨) 등을 접착성 개선제로서 단독 첨가하는 것이 가능하다. 또한, 그러한 가수분해 가능한 실란을 적당한 양의 물로 가수분해 축합을 수행함으로써 제조되는 올리고머화 생성물이 첨가될 수 있다. 이러한 실란 커플링제의 첨가량은 성분(A)(베이스 수지) 100 질량부를 기준으로 하여 0.1 내지 10 질량부인 것이 바람직하고, 0.2 내지 0.5 질량부인 것이 보다 바람직하다.
본 발명의 광경화성 수지 조성물이 레지스트 물질 등으로서 사용될 때, 그 레지스트 물질 등에 일반적으로 사용되는 기타 임의의 첨가 성분이 첨가될 수 있다. 이와 관련하여, 상기 언급된 첨가 성분의 첨가량은 본 발명의 효과가 손상되지 않는 범위 내에 속하는 일반적인 양으로 설정될 수 있다.
본 발명의 광경화성 수지 조성물의 제조는 일반적인 방법으로 수행하고, 본 발명의 광경화성 수지 조성물은 상기 언급된 각 성분 및 필요에 따라 상기 언급된 유기 용매, 첨가 성분 등을 교반하면서 혼합한 후, 필요에 따라 고체 함량을 필터 등으로 여과함으로써 제조할 수 있다.
이러한 방식으로 제조된 본 발명의 광경화성 수지 조성물은, 예를 들면 반도체 디바이스의 보호 코트, 배선의 보호 코트, 솔더 레지스트(solder resist) 및 미세 가공 용도를 위한 포토레지스트 등의 물질에 적절하게 사용된다.
추가로, 광경화성 수지 조성물이 성분(A) 내지 성분(C) 이외에도 성분(D)을 추가로 함유할 때, 본 발명의 광경화성 수지 조성물은 이후에 상세히 설명되는 바와 같이 반도체 디바이스 또는 기판을 적층화하는데 사용되는 접착제로서도 적합하게 된다.
상기 언급된 성분(D)을 추가로 함유하는 본 발명의 광경화성 수지 조성물은 미세한 패턴의 형성을 가능하게 하고 또한 기판을 서로 부착시키기 위한 접착제로서 그 용도를 가능하게 한다.
상기 언급된 광경화성 수지 조성물을 사용하여 패턴을 형성하기 위한 패턴 형성 방법은 다음의 단계들:
(i) 상기 언급된 광경화성 수지 조성물의 필름을 기판 상에 형성시키는 단계,
(ii) 상기 필름을 40 nm 내지 500 nm의 파장을 갖는 광에 포토마스크를 통해 노출시키는 단계,
필요한 경우, 그 노출 단계 후 가열 단계(일명 PEB 단계), 및
(iii) 현상 용액(예를 들면, 알칼리 현상 용액)을 사용하여 현상을 수행하는 단계
를 포함한다. 상기 언급된 3가지 단계에 의해, 미세한 패턴이 얻어질 수 있다.
본 발명의 패턴 형성 방법에 따르면, 상기 언급된 광경화성 수지 조성물의 필름이 우선 기판 상에 형성된다. 상기 언급된 기판으로서는, 예를 들면 규소, 유리 또는 석영으로 된 웨이퍼 뿐만 아니라 플라스틱 또는 세라믹 회로 카드 또는 기판 표면 상에 수지를 갖는 재료 등이 언급될 수 있다.
필름 형성 방법으로서, 이 방법은 통상적으로 공지된 리쏘그래피 기법을 이용하여 수행할 수 있다. 예를 들면, 도포는 광경화성 수지 조성물과 유기 용매를 배합하여 제조된 임의 용액을 이용하여, 침지법, 스핀 코트 방법, 롤 코트 방법 등으로 수행할 수 있다. 그 도포량은 목적에 대응하여 임의의 선택될 수 있지만, 예를 들면 필름 두께를 0.1 μm 내지 100 μm로 설정하는 것이 바람직하다. 또한, 필름 형성 접착제가 형성될 때, 필름 두께를 0.1 μm 내지 200 μm로 설정하는 것이 바람직하다.
또한, 필름 형성 방법으로서는, 그러한 광경화성 수지 조성물을 별도로 필름으로 만들고, 이어서 그 필름을 기판에 부착하는 방법을 이용할 수도 있다.
이러한 경우, 광경화성 반응을 효율적으로 수행하기 위해서, 용매 등은 필요에 따라 예비 가열에 의해 미리 휘발될 수 있다. 그 예비 가열은 예를 들면 40℃ 내지 140℃에서 대략 1 분 내지 1 시간 동안 수행할 수 있다. 이어서, 경화는 240 nm 내지 500 nm의 파장을 갖는 광에 포토마스크를 통해 노출시킴으로써 수행한다. 상기 언급된 포토마스크는 예를 들면 원하는 패턴을 공동화 한 제품일 수 있다. 이와 관련하여, 포스마스크의 재료는 상기 언급된 240 nm 내지 500 nm의 파장을 갖는 광을 차단할 수 있으며, 크롬 등이 적절하게 사용되지만, 이에 국한되는 것이 아니다.
상기 언급된 240 nm 내지 500 nm의 파장을 갖는 광으로서는, 예를 들면 방사선 발생기에 의해 발생된 다양한 파장의 광, 예컨대 g 선, i 선 등, 자외선, 원자외선(248 nm) 등이 언급될 수 있다. 노출 값으로서는, 예를 들면 10 mJ/cm2 내지 5,000 mJ/cm2가 바람직하다. 이러한 경우, 현상 감도를 더 증가시키기 위해서, 열 처리는 필요에 따라 노출후에 수행할 수 있다. 상기 언급된 노출후 열 처리는 예를 들면 40 내지 140℃의 온도에서 0.5 분 내지 10 분 동안 수행할 수 있다.
상기 언급된 노출 또는 노출후 가열 이후에는 현상 용액(예를 들면, 알칼리 현상 용액)을 이용하여 수행한다. 현상 용액으로서는 용매로서 사용된 유기 용매 시스템, 예컨대 디메틸 아세트아미드, 시클로헥산 등, 또는 알칼리 수용액, 예컨대 테트라메틸암모늄 히드록사이드, 탄산나트륨 등의 수용액이 있다. 그 현상은 패턴 형성 제품에 대하여 침지와 같은 일반적인 방법으로 수행할 수 있다. 이후에는, 필요에 따라 세척, 세정, 건조 등을 수행하여 원하는 패턴을 갖는 조성물 코트 필름을 얻는다. 이와 관련하여, 패턴 형성 방법은 상기에 기술된 바와 같지만, 임의의 패턴을 반드시 형성할 필요가 없을 때, 예를 들면 단지 균일한 코트를 형성하는 것을 원할 때, 상기 언급된 포토마스크를 사용하지 않는다는 점을 제외하고는 상기 언급된 패턴 형성 방법에서 기술된 바와 같은 동일 방법을 수행할 수 있다.
또한, 그와 같이 얻어진 패턴을, 오븐 또는 열판을 사용하여, 70 내지 300℃, 바람직하게는 120 내지 300℃, 바람직하게는 120 내지 300℃에서 10 분 내지 10 시간 동안 추가로 가열함으로써, 가교결합 밀도도 증가시킬 수 있고, 잔류 휘발 성분을 제거할 수도 있다. 이는 기판에 대한 접착성이 매우 우수하고 내열성, 강도 및 또한 전기 특성이 우수한 코트 필름의 형성을 가능하게 한다.
이러한 방식으로 상기 언급된 광경화성 수지 조성물로부터 얻어지는 경화된 코트 필름이 기판에 대한 접착성, 내열성 및 전기 절연 특성이 매우 우수하기 때문에, 그것은 전기 및 전자 부품, 반도체 디바이스 등의 보호 필름으로서 적절하게 사용될 수 있고 또한 그것은 미세한 패턴을 형성할 수도 있으며, 더구나, 그 형성된 코트 필름이 기판에 대한 접착성, 전기 특성, 기계적 특성 등이 매우 우수하기 때문에, 그것은 반도체 디바이스용 보호 필름, 배선용 보호 필름, 커버 레이 필름, 솔더 레지스트 등에서 적절히 사용될 수 있다.
다음은, 성분(A) 내지 성분(D)을 함유하는 본 발명의 광경화성 수지 조성물이 접착제로서 사용되는 방법이 이하 기술되어 있다.
그 방법은
(i) 성분(A) 내지 성분(D)을 함유하는 상기 언급된 본 발명의 광경화성 수지 조성물의 필름을 기판 상에 형성시키는 단계,
(ii) 상기 필름을 240 내지 500 nm의 파장을 갖는 광에 포토마스크를 통해 노출시키는 단계, 필요한 경우, 노출후 가열 단계(일명 PEB 단계라고 칭함),
(iii) 현상 용액(예를 들면, 알칼리 현상 용액)을 사용하여 현상을 수행하는 단계,
(iv) 감압 대기 하에 다른 기판과의 열 압착 결합을 수행하는 단계, 및
(v) 후경화 이후 노출 단계
를 포함한다.
단계(i) 내지 단계(iii)는 상기 언급된 패턴 형성의 경우와 동일하다. 또한, 패턴이 형성되지 않을 때, 단계(ii)에서 노출은 포토마스크를 사용하지 않고 수행할 수 있다.
단계(iv)에서 열 압착 결합 온도는 바람직하게는 40 내지 300℃, 보다 바람직하게는 50 내지 250℃의 범위 내에 속하고, 압착 결합의 압력은 바람직하게는 0.01 내지 100 MPa, 보다 바람직하게는 0.05 내지 30 MPa이다.
이후, 기판은 후경화를 위한 가열 단계를 통해 서로 강력하게 접착될 수 있다. 후 경화의 온도는 바람직하게는 80 내지 300℃, 보다 바람직하게는 120 내지 280℃이다.
다음은 본 발명의 필름 형상 접착제 및 접착제 시이트를 기술한다.
필름 형상 접착제는 성분(A) 내지 성분(D)을 함유하는 본 발명의 광경화성 수지 조성물을 필름 형상으로 형성시킴으로써 제조된다. 그 필름 형상 접착제는 예를 들면 베이스 물질 필름의 표면 상에 광경화성 수지 조성물을 코팅하고, 필요에 따라 그것을 건조시킴으로써 제조할 수 있다. 그 필름 두께는 바람직하게는 0.1 내지 200 μm, 보다 바람직하게는 1 내지 200 μm, 특히 바람직하게는 1 내지 100 μm이다.
접착제 시이트는, 예를 들면 다음의 3 층 구조:
(I) 베이스 물질 필름 층,
(II) 성분(A) 내지 성분(D)을 함유하는 광경화성 수지 조성물을, 0.1 내지 200 μm의 두께를 갖는 필름 형상으로 형성시킴으로써 제조된 광경화성 수지 층, 및
(III) 커버 필름 층
을 갖는다.
그 접착제 시이트가 3 층 구조를 가질 때, 그 취급성은 용이하고, 접착제 층은 접착 대상이 되는 기판 상에 광경화성 수지 층을 이동시킴으로써 용이하게 형성될 수 있다. 예를 들면, 상기 언급된 패턴 형성에서의 단계(i)인 필름 형성 단계 및 기판의 부착 공정으로서는, 광경화성 수지 층을 기판에 이동시키고, 접착제 시이트의 커버 필름을 박리하며, 광경화성 수지 층을 기판에 일정 접촉 방향으로 부착시키고, 이어서 기판 필름을 제거함으로써 광경화성 수지 층을 기판 상에 형성시키는 단계를 이용할 수 있다.
접착제 시이트는 예를 들면 본 발명의 광경화성 수지 조성물을 기판 필름의 표면 상에 코팅하고 필요에 따라 그것을 건조시키며, 그 층을 커버 필름으로 피복하는 후속 단계를 수행함으로써 광경화성 수지 층을 형성시키는 단계에 의해 제조할 수 있다. 그 광경화성 수지 층은 바람직하게는 0.1 내지 200 μm, 보다 바람직하게는 1 내지 200 μm, 특히 바람직하게는 1 내지 100 μm의 필름 두께로 적층된다.
기판 필름 및 커버 필름의 물질로서는 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, PET 및 폴리카르보네이트가 사용될 수 있으며, 하지만 이에 국한되는 것은 아니다.
코트 필름의 형성을 위해서는, 예를 들면 도포기, 바 코팅기, 롤 코팅기, 커튼 플로우 코팅기 등이 사용될 수 있다.
건조 단계는 바람직하게는 40 내지 180℃. 보다 바람직하게는 60 내지 13O℃의 범위 내에 속한다. 커버 필름은 실온에서 광경화성 수지 조성물에 부착될 수 있지만, 대략 40 내지 60℃에서 가열하면서 부착될 수도 있다.
다음은 합성 실시예, 실시예 및 비교예를 제시함으로서 보다 상세히 본 발명을 기술하지만, 본 발명은 이러한 후술하는 실시예에 의해 한정되지 않는다.
합성 실시예 1
교반기, 온도계 및 질소 교체 장치를 구비한 플라스크에 4,4'-옥시디프탈산 디언히드라이드 31.0 g(0.15 mol), 산 언히드라이드-변성된 실록산 155.1 g(0.15 mol)(이의 평균 구조식은 하기 화학식(15)에 의해 표시됨), 및 N-메틸-2-피롤리돈 600 g을 채워 넣었다. 이어서, 반응 시스템이 50℃를 초과하지 않도록 그 반응 시스템의 온도를 조정하면서, 2,2-비스(4-아미노-3-히드록시페닐)헥사플루오로프로판 91.5 g(0.25 mol)을 플라스크에 첨가하였다. 이후, 내용물을 실온에서 10 시간 동안 더 교반하였다. 이어서, 상기 플라스크에 물 수용기를 구비한 환류 콘덴서를 부착한 후, 거기에 크실렌 100 g을 참가하고, 그 시스템의 온도를 170℃로 상승시키고 동일한 수준으로 6 시간 동안 유지함으로써 갈색 용액을 얻었다.
Figure pat00039
그와 같이 얻어진 갈색 용액을 실온(25℃)으로 냉각시킨 후, 페놀성 히드록실 기를 갖는 폴리이미드 실리콘 용액을 얻었다. 다음에는, 플라스크 내의 그 폴리이미드 실리콘 용액에 글리시돌 23 g을 첨가하고, 120℃에서 3 시간 동안 가열하였다. 반응 종결 및 후속적인 실온으로의 냉각 후, 반응 용액을 메탄올 내로 부어 넣고, 이어서 침전된 침전물을 여과 및 건조시킴으로써, 일차 알콜성 히드록실 기를 갖는 의도한 폴리이미드 실리콘 A-1을 얻었다. 이 중합체의 1H-NMR 분석의 결과로서는, 페놀성 히드록실 기로부터 유래되는 10 ppm 피크가 감소되었고, 일차 및 이차 알콜성 히드록실 기로부터 유래된 피크가 4.6 ppm 및 4.8 ppm에서 관찰되었으며, 이는 하기 화학식에 의해 표시되는 반복 단위 구조를 갖는 중합체인 것으로 밝혀졌다(도 1). 겔 투과 크로마토그래피(GPC)의 결과로서는, 그러한 중합체의 수 평균 분자량이 39,000이었고, JIS K0070에 근거한 OH 가는 100 KOH mg/g이었다.
Figure pat00040
합성 실시예 2
교반기, 온도계, 질소 교체 장치를 구비한 플라스크에 4,4'-헥사플루오로프로필리덴 비스프탈산 디언히드라이드 55.5 g(0.125 mol), 산-언히드라이드-변성된 실록산 137.0 g(0.125 mol)(이의 평균 구조식은 하기 화학식(16)에 의해 표시됨) 및 γ-부티로락톤 800 g을 채워 넣었다. 다음에는 반응 시스템이 50℃를 초과하지 않도록 반응 시스템의 온도를 조정하면서, 상기 언급된 플라스크에 2,2-비스(4-아미노-3-히드록시페닐)헥사플루오로프로판 91.5 g(0.25 mol)을 첨가하였다. 이후, 내용물을 실온에서 10 시간 동안 추가로 교반하였다. 이어서, 물 수용기를 구비한 환류 콘덴서를 상기 플라스크에 부착한 후, 여기에 크실렌 200 g을 첨가하고, 시스템의 온도를 170℃로 증가시키고, 동일 수준에서 6 시간 동안 유지함으로써, 갈색 용액을 얻었다.
Figure pat00041
그와 같이 얻어진 갈색 용액을 실온(25℃)으로 냉각시킨 후, 페놀성 히드록실 기를 갖는 폴리이미드 실리콘 용액을 얻었다. 다음에는, 플라스크 내의 그 폴리이미드 실리콘 용액에 글리시돌 18.3 g을 첨가하고, 120℃에서 3 시간 동안 가열하였다. 반응 종결 및 후속적인 실온으로의 냉각 후, 반응 용액을 메탄올 내로 부어 넣고, 이어서 침전된 침전물을 여과 및 건조시킴으로써, 일차 알콜성 히드록실 기를 갖는 의도한 폴리이미드 실리콘 A-2를 얻었다. 이 중합체의 1H-NMR 분석의 결과로서는, 페놀성 히드록실 기로부터 유래되는 10 ppm 피크가 감소되었고, 일차 및 이차 알콜성 히드록실 기로부터 유래된 피크가 4.6 ppm 및 4.8 ppm에서 관찰되었으며, 이는 하기 화학식에 의해 표시되는 반복 단위 구조를 갖는 중합체인 것으로 밝혀졌다(도 2). 겔 투과 크로마토그래피(GPC)의 결과로서는, 그러한 중합체의 수 평균 분자량이 32,000이었고, JIS K0070에 근거한 OH 가는 100 KOH mg/g이었다.
Figure pat00042
합성 실시예 3
교반기, 온도계, 질소 교체 장치를 구비한 플라스크에 4,4'-옥시디프탈산 디언히드라이드 31.0 g(0.1 mol), 산-언히드라이드-변성된 실록산 184.2 g(0.1 mol)(이의 평균 구조식은 하기 화학식(17)에 의해 표시됨) 및 γ-부티로락톤 800 g을 채워 넣었다. 다음에는 반응 시스템이 50℃를 초과하지 않도록 반응 시스템의 온도를 조정하면서, 상기 언급된 플라스크에 2,2-비스(4-아미노-3-히드록시페닐)헥사플루오로프로판 36.6 g(0.1 mol) 및 1,4-디아미노페녹시벤젠 23.4 g(0.08 mol)을 첨가하였다. 이후, 거기에 p-아미노페놀 4.4 g(0.02 mol)을 첨가하고, 실온에서 10 시간 동안 추가로 교반하였다. 이어서, 물 수용기를 구비한 환류 콘덴서를 상기 플라스크에 부착한 후, 여기에 크실렌 200 g을 첨가하고, 시스템의 온도를 170℃로 증가시키고, 동일 수준에서 6 시간 동안 유지함으로써, 갈색 용액을 얻었다.
Figure pat00043
그와 같이 얻어진 갈색 용액을 실온(25℃)으로 냉각시킨 후, 페놀성 히드록실 기를 갖는 폴리이미드 실리콘 용액을 얻었다. 다음에는, 플라스크 내의 그 폴리이미드 실리콘 용액에 글리시돌 16.5 g을 첨가하고, 120℃에서 3 시간 동안 가열하였다. 반응 종결 및 후속적인 실온으로의 냉각 후, 반응 용액을 메탄올 내로 부어 넣고, 이어서 침전된 침전물을 여과 및 건조시킴으로써, 일차 알콜성 히드록실 기를 갖는 의도한 폴리이미드 실리콘 A-3을 얻었다. 이 중합체의 1H-NMR 분석의 결과로서는, 페놀성 히드록실 기로부터 유래되는 10 ppm 피크가 감소되었고, 일차 및 이차 알콜성 히드록실 기로부터 유래된 피크가 4.6 ppm 및 4.8 ppm에서 관찰되었으며, 이는 하기 화학식에 의해 표시되는 반복 단위 구조를 갖는 중합체인 것으로 밝혀졌다(도 3). 겔 투과 크로마토그래피(GPC)의 결과로서는, 그러한 중합체의 수 평균 분자량이 19,000이었고, JIS K0070에 근거한 OH 가는 39 KOH mg/g이었다.
Figure pat00044
합성 실시예 4
교반기, 온도계, 질소 교체 장치를 구비한 플라스크에 4,4'-옥시디프탈산 디언히드라이드 31.0 g(0.1 mol), 합성 실시예 2에서 사용된 산-언히드라이드-변성된 실록산 164.4 g(0.15 mol)(이의 평균 구조식은 화학식(16)에 의해 표시됨) 및 γ-부티로락톤 800 g을 채워 넣었다. 다음에는 반응 시스템이 50℃를 초과하지 않도록 반응 시스템의 온도를 조정하면서, 상기 언급된 플라스크에 2,2-비스(4-아미노-3-히드록시페닐)프로판 45.25 g(0.175 mol) 및 1,4-디아미노페녹시벤젠 14.6 g(0.05 mol)을 첨가하였다. 이후, 거기에 p-아미노페놀 5.5 g(0.025 mol)을 첨가하고, 실온에서 10 시간 동안 추가로 교반하였다. 이어서, 물 수용기를 구비한 환류 콘덴서를 상기 플라스크에 부착한 후, 여기에 크실렌 200 g을 첨가하고, 시스템의 온도를 170℃로 증가시키고, 동일 수준에서 6 시간 동안 유지함으로써, 갈색 용액을 얻었다.
그와 같이 얻어진 갈색 용액을 실온(25℃)으로 냉각시킨 후, 페놀성 히드록실 기를 갖는 폴리이미드 실리콘 용액을 얻었다. 다음에는, 플라스크 내의 그 폴리이미드 실리콘 용액에 글리시돌 10.9 g을 첨가하고, 120℃에서 3 시간 동안 가열하였다. 반응 종결 및 후속적인 실온으로의 냉각 후, 반응 용액을 메탄올 내로 부어 넣고, 이어서 침전된 침전물을 여과 및 건조시킴으로써, 일차 알콜성 히드록실 기를 갖는 의도한 폴리이미드 실리콘 A-4를 얻었다. 이 중합체의 1H-NMR 분석의 결과로서는, 페놀성 히드록실 기로부터 유래되는 10 ppm 피크가 감소되었고, 일차 및 이차 알콜성 히드록실 기로부터 유래된 피크가 4.6 ppm 및 4.8 ppm에서 관찰되었으며, 이는 하기 화학식에 의해 표시되는 반복 단위 구조를 갖는 중합체인 것으로 밝혀졌다(도 4). 겔 투과 크로마토그래피(GPC)의 결과로서는, 그러한 중합체의 수 평균 분자량이 22,000이었고, JIS K0070에 근거한 OH 가는 51 KOH mg/g이었다.
Figure pat00045
합성 실시예 5(비교예)
합설 실시예 1의 동일 조작을 수행하였고, 단 합성 실시예 1에서 글리시돌을 폴리이미드 실리콘 용액과 반응시키기 전에 글리시돌을 폴리이미드 실리콘 용액과 반응시키지 않고, 침전물을 수집하여 얻어지는 폴리이미드 실리콘을 A'-1이라고 칭하는 것을 예외로 하였다. A'-1은 일차 알콜성 히드록실 기를 갖지 않는 폴리이미드 실리콘이다.
합성 실시예 6(비교예)
교반기, 온도계, 질소 교체 장치를 구비한 플라스크에 4,4'-옥시디프탈산 디언히드라이드 77.5 g(0.25 mol) 및 N,N-디메틸아세트아미드 500 g을 채워 넣었다. 다음에는 반응 시스템이 50℃를 초과하지 않도록 반응 시스템의 온도를 조정하면서, 상기 언급된 플라스크에 2,2-비스(4-아미노-3-히드록시페닐)프로판 51.6 g(0.2 mol) 및 디아미노페녹시벤젠 42.0 g(0.05 mol)(이의 잔기는 일반 화학식(5)에 의해 표시되고, 상기 화학식에서 h의 평균은 9임)을 적가하였다. 적가 완료 후, 내용물을 실온에서 10 시간 동안 추가로 교반하였다. 이어서, 물 수용기를 구비한 환류 콘덴서를 상기 플라스크에 부착한 후, 여기에 톨루엔 150 g을 첨가하고, 시스템의 온도를 150℃로 증가시키고, 동일 수준에서 6 시간 동안 유지함으로써, 갈색 용액을 얻었다.
그와 같이 얻어진 갈색 용액을 실온(25℃)으로 냉각시킨 후, 페놀성 히드록실 기를 갖는 폴리이미드 용액(수지 고체 함량 20.5%)을 얻었다. 다음에는, 그 폴리이미드 용액 300 g과 글리시돌 13.3 g을 플라스크에 넣고, 120℃에서 5 시간 동안 가열하였다. 반응 종결 및 후속적인 실온으로의 냉각 후, 반응 용액을 메탄올 내로 부어 넣고, 이어서 침전된 침전물을 여과 및 건조시킴으로써, 의도한 폴리이미드 A'-2를 얻었다. 겔 투과 크로마토그래피(GPC)의 결과로서는, 그러한 중합체의 수 평균 분자량이 63,200이었다.
Figure pat00046
(광경화성 수지 조성물의 제조)
실시예 1 내지 6 및 비교예 1 및 2
실시예 1 내지 6에 따른 본 발명의 광경화성 수지 조성물은 성분(A)으로서 합성 실시예 1 내지 4에서 합성된 폴리이미드 실리콘 A-1 내지 A-4를 사용하고, 가교결합제, 광산 발생제, 기타 첨가제, 용매 등을 표 1에서 기술된 조성으로 배합하며, 이것을 교반, 혼합 및 용해시키킨 후, Teflon(등록상표)으로 제조된 0.2 마이크론 필터를 사용하여 마이크로여과를 수행함으로써 얻었다. 이와 관련하여, 합성 실시예 5 및 6에서 합성된 A'-1 및 A'-2를 사용하여 비교로서 유사한 테스트를 수행하였다.
각 실시예의 조성물은, 헥사메틸 디실라잔에 의해 하도 처리된 6인치 규소 웨이퍼의 2개 시이트 및 이 6인치 규소 웨이퍼의 전체 표면 상에 필름 두께 2 μm으로 전해 구리 도금에 의해 제조된 구리 기판의 1개 시이트 상에, 표에 기술된 필름 두께로 스핀 코팅기를 사용하여 코팅하였다. 이와 같이 제조된 3개 중에서도 특히 규소 웨이퍼의 1개 시이트는 용매를 제거하기 위해서 열판을 사용하여 90℃에서 2 분 동안 건조시키고, 이어서 표 1에 기술된 파장의 광 및 노출 시간 값으로, 라인 폭이 1 내지 40 μm인 규칙적인 간격 및 공간을 갖는 석영 마스크를 통해 노출시켰다. 이와 관련하여, NSR-1755i7A는 NIKON CORP.에 의해 제조된 스텝퍼 노출 장치를 표시한다. 조사후, 이것을 90℃에서 2 분 동안 가열한 후, 냉각하였다.
이후, 현상은 조성물로 코팅되어 있는 상기 언급된 웨이퍼를 테트라메틸암모늄 히드록사이드의 2.38% 수용액 3중에 8 분 동안 침지시킴으로써 수행하였다. 이러한 경우에서 분해된 라인 폭은 표 1에 기술하였다. 또한, 현상후 필름 두께도 거기에 기술하였다.
표 1에 기술된 각 실시예의 조성물은 또한 나머지 규소 웨이퍼 및 구리 기판 상에 동일 조건 하에 코팅하고, 용매를 제거하기 위해서 예비 소성하였다. 또한, 그 전체 표면에, 광범위한 광원 파장에서 석영 마스크를 통한 것이 아니고 마스크 얼라이너(aligner) MA 8(SUSS MICROTEC 제조)를 사용하여 광을 적용한 후, 노출 및 테트라메틸암모늄 히드록사이드의 2.38% 수용액 중의 침지 후 가열은 또한 연속적으로 수행하였다. 이러한 조작 후에 잔류하는 코트 필름은 220℃의 오븐을 사용하여 1 시간 동안 추가 가열하여 경화된 코트 필름을 얻었다. 이 경화된 코트 필름을 이용함으로써, 각 코트 필름의 절연 성능 및 접착성을 표 2에 기술하였다. 접착성의 평가는 규소 웨이퍼/구리 기판을, 포화 압력의 압력 쿠거 내에 24 시간 동안 잔류시킨 후, 격자 패턴 박리 시험을 이용하여 박리 수치를 측정함으로써 수행하였다. 절연 파단 강도는 JIS C 2103에 기초하여 측정하였다.
[표 1]
Figure pat00047
B-1: 헥사메톡시메틸올멜라민
Figure pat00048
B-2: 테트라키스(메톡시메틸)글리코루릴(NIKALAC MX-270, SANWA CHEMICAL CO., LTD. 제조)
Figure pat00049
C-1: (p-톨릴설포늄옥시이미노)-p-메톡시페닐아세토니트릴
Figure pat00050
C-2: 4-(티오페녹시)페닐-디페닐설포늄 헥사플루오로포스페이트
Figure pat00051
E-1: 시클로펜탄온
D-1: 이작용성 에폭시 수지 EPIKOTE 828(Japan Epoxy Resins Co., Ltd. 제조)
D-2: 이작용성 에폭시 수지 EXA-840CRP(Dainippon Ink & Chemicals, Inc. 제조)
D-3: 이작용성 에폭시 수지 CELLOXIDE 2021P(Daicel Chemical Industries, Ltd. 제조)
[표 2]
Figure pat00052
상기 결과에 기초하여, 실시예 1 내지 6의 조성물은 필름 두께 20 μm를 초과하는 광범위한 필름 두께에 걸쳐 필름 손실을 야기하지 않고, 우수한 분해능 및 감광성 물질로서 충분한 특성을 나타내며, 그 경화 필름은 다양한 베이스 재료에 대한 우수한 접착성 및 전기 특성, 예컨대 절연 파단 강도를 가지므로, 회로 및 전자 부품의 보호 필름으로서 유용한 것으로 밝혀 졌다.
(필름 형상 접착제의 제조)
실시예 7 내지 12, 비교예 3 및 참고예 1
조성물은 성분(A)으로서 합성 실시예 1 내지 5에서 합성된 폴리이미드 실리콘 A-1 내지 A'-1를 사용하고 표 3 및 4에 기술된 다른 성분들을 배합으로써 제조하였다. 필름 형성 접착제는 이들 조성물을 각각 PET 필름 상에 20 μm의 두께로 코팅하고, 건조기를 사용하여 100℃에서 그것을 건조시킨 후, 그 위에 폴리에틸렌 커버 필름을 적층함으로써 제조하였다. 평가는 하기 방법으로 수행하였다.
패턴화 특성의 평가
제조된 필름 형성 접착제의 커버 필름을 박리하고, 6인치 규소 웨이퍼와 필름 형상 접착제를 함께 부착하고 롤러로 압착하였다. 이후, 필름 형상 접착제가 규소 웨이퍼 상으로 이동되는 기판은 배이스 재료의 PET 필름을 박리함으로써 마련하였다. 10 밀리미터 스퀘어 패턴이 설계되어 있는 네가티브용 포토마스크를 통해 600 mJ(365 nm에서 측정된 조명 세기)에서 그러한 접착제 상에 노출을 수행한 후, 미노출된 부분은 이것을 테트라메틸암모늄 히드록사이드의 2.38% 수용액 중에 5 분 동안 침지하여 용해 및 제거하였다. 결과적으로, 스퀘어 패턴이 형성되었고, 패턴의 두께 변화에 있어서 노출전 필름 두께의 ±10% 범위 내에 속하게 되는 경우는 A로서 간주하였고, ±10%를 초과하지만 ±20% 이하인 경우는 B로서 간주하였으며, ±20%를 초과하는 경우는 C로서 간주하였다. 이와 관련하여, 마스크 얼라이너 MA 8(SUSS MICROTEC 제조)를 노출에 사용하고, 광원 파장을 광범위하게 설정하였다.
접착성의 평가
현상 후 패턴화된 기판을 열판 상에서 150℃로 미리 가열하고, 그 위에 6 인치 유리 기판을 단독으로 배치하고, 상부로부터 그 위에 하중을 가하여 부착하였다. 하중 압력을 0.2 MPa로 설정하고, 하중 시간을 3 분으로 설정하였다. 이후, 가열 경화를 200℃에서 1 시간 동안 오븐에서 수행하고, 이어서 패턴 표면과 유리 기판 사이의 접착 상태를 광학 현미경 하에 관찰하였다. 공극 등과 같은 비정상 접합이 전체 계면에서 발견된 경우는 C로 간주하였고, 그들이 함께 불균일하게 부착되지만, 부분적으로 공극을 함유하는 경우는 B로서 간주하였으며, 그리고 그들이 발생 없이 밀접하게 그리고 균일하게 함께 부착여 어떠한 공극도 발생하지 않는 경우는 A로서 간주하였다.
신뢰성 평가
상기 절차에 따라 함께 부착된 규소-유리 기판을 습도 85% 및 온도 85℃의 대기에 200 시간 동안 노출한 후, 260℃의 오븐를 사용하여 200초 동안 가열하였다. 실온으로 냉각한 후, 계면의 접착 상태를 상기에서와 같이 광학 현미경 하에 관찰하였다. 공극 등과 같은 비정상 접합이 게면에서 발견된 경우는 C로서 간주하였고, 그들이 함께 밀접하게 균일하게 부착되는 경우는 A로 간주하였다.
[표 3]
Figure pat00053
[표 4]
Figure pat00054
(표 3 및 4에서, 각 성분의 양은 질량부의 용어로 기술되어 있다.)
이와 관련하여, 표 3 및 4에서 성분 B-1, B-2, C-1, C-2, D-1 및 D-3은 전술한 내용에서 기재된 바와 같다. 또한, 성분 D-4는 1,2,3,4-테트라키스(글리독시프로필)-1,2,3,4-테트라메틸시클로테트라실록산이고, 이는 사작용성 에폭시 실리콘이다.
본 발명이 본 발명의 특정 실시양태를 참조하여 상세히 기술되어 있긴 하지만, 해당 기술 분야의 당업자라면, 다양한 변경예 및 변형예가 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나는 일 없이 이루어질 수 있다는 점을 명백히 이해할 수 있을 것이다.
이와 관련하여, 본 출원은 2009년 12월 10일자로 출원된 일본 특허 출원 번호 2009-280569 및 2009년 12월 10일자로 출원된 일본 특허 출원 번호 2009-280570에 기초한 것이며, 이들 특허 출원의 전체 내용은 본원에 참고 인용되어 있다.

Claims (19)

  1. 광경화성 수지 조성물로서,
    성분(A)으로서, 일차 알콜성 히드록실 기를 갖는 폴리이미드 실리콘,
    성분(B)으로서, 포르말린 또는 포르말린-알콜에 의해 변성된 아미노 축합 생성물 및 하나의 분자 내에 평균적으로 2개 이상의 메틸올 기 또는 알콕시메틸올 기를 갖는 페놀 화합물로 이루어진 군으로부터 선택된 하나 이상의 화합물, 및
    성분(C)으로서, 광산 발생제(photo-acid generator)
    를 포함하는 광경화성 수지 조성물.
  2. 제1항에 있어서, 성분(A) 100 질량부, 성분(B) 0.5 내지 50 질량부 및 성분(C) 0.05 내지 20 질량부를 포함하는 광경화성 수지 조성물.
  3. 제1항에 있어서, 성분(A) 내지 성분(C)의 전체 양에서 100 질량부를 기준으로 하여, 50 질량부 내지 2,000 질량부의 유기 용매를 성분(E)으로서 더 포함하는 광경화성 수지 조성물.
  4. 제1항에 있어서, 성분(A)이 하기 일반 화학식(1)에 의해 표시되는 폴리이미드 실리콘인 광경화성 수지 조성물:
    Figure pat00055

    상기 식 중,
    k 및 m은 각각 양의 정수이고, 여기서 k 및 m은 관계식 0.01 ≤ k/(k + m) ＜ 1을 충족하며;
    X는 하기 일반 화학식(2)에 의해 표시되는 4가 유기 기이고,
    Figure pat00056

    여기서 R1은 각각 독립적으로 1개 내지 8개의 탄소 원자를 갖는 1가 탄화수소 기이며, R2는 각각 독립적으로 3가 유기 기이고, n은 평균적으로 1 내지 120의 수이며;
    Y는 각각 2가 유기 기이고, 이것의 적어도 일부는 하기 일반 화학식(3)에 의해 표시되며,
    Figure pat00057

    여기서, A는 각각
    Figure pat00058
    로부터 선택된 2가 유기 기이고, 서로 동일하거나 상이할 수 있으며, B 및 C는 각각 1개 내지 4개의 탄소 원자를 갖는 알킬 기 또는 수소 원자이고, 서로 상이하거나 상이할 수 있으며, a는 0 또는 1이고, b는 0 또는 1이며, c는 0 내지 10의 정수이고, R3은 각각 페놀성 히드록실 기 또는 알콜성 히드록실 기를 함유하는 유기 기로부터 선택된 1가 기이며, R3 중 하나 이상은 일차 알콜성 히드록실 기를 함유하는 유기 기이고;
    W는 X를 제외한 4가 유기 기이다.
  5. 제4항에 있어서, 하기 일반 화학식(1)에 의해 표시되는 폴리이미드 실리콘이 하기 일반 화학식(1-1)에 의해 표시되는 폴리이미드 실리콘인 광경화성 수지 조성물:
    Figure pat00059

    상기 식 중,
    X 및 W는 제4항에 정의된 바와 같고,
    Y1은 각각 일반 화학식(3)에 의해 표시되는 2가 유기 기이며, Y2는 일반 화학식(3)에 의해 표시되는 기를 제외한 2가 유기 기이고,
    p 및 r은 각각 양의 정수이며, q 및 s는 0 또는 양의 정수이고, 여기서 p, q, r 및 s는 다음의 관계식 p + q = k 및 r + s = m을 충족한다(여기서, k 및 m은 제4항에 정의된 바와 같음)
  6. 제4항에 있어서, 일반 화학식(3)에서, R3 중 하나 이상이 -OH, -OCH2CH(0H)CH2OH, 및 -OCH(CH2OH)CH2OH 중에서 선택된 1가 기인 광경화성 수지 조성물.
  7. 제4항에 있어서, 일반 화학식(1)에서, W가 하기 화학식에 의해 표시되는 4가 유기 기 중 하나인 광경화성 수지 조성물:
    Figure pat00060
    .
  8. 제4항에 있어서, 폴리이미드 실리콘은 20 내지 2OO KOH mg/g의 OH 가를 갖는 것인 광경화성 수지 조성물.
  9. 제5항에 있어서, 일반 화학식(1-1)에서, Y2가 하기 일반 화학식(4)에 의해 표시되는 2가 유기 기 및 하기 일반 화학식(5)에 의해 표시되는 2가 유기 기로부터 선택된 하나 이상인 광경화성 수지 조성물:
    Figure pat00061

    상기 식 중,
    D는 각각 독립적으로 하기 2가 유기 기:
    Figure pat00062
    및
    Figure pat00063
    어느 것이든 가지며,
    e 및 f는 각각 독립적으로 0 또는 1이고, g는 0 또는 1이며;
    Figure pat00064

    상기 식 중,
    R4는 각각 독립적으로 1개 내지 8개의 탄소 원자를 갖는 1가 탄화수소 기이고, h는 1 내지 80의 정수이다.
  10. 제4항에 있어서, 폴리이미드 실리콘은 그 말단부에서 페놀 기, 티올 기 또는 카르복실 기를 갖는 것인 광경화성 수지 조성물.
  11. 제1항에 있어서, 다작용성 에폭시 화합물을 성분(D)으로서 더 포함하는 광경화성 수지 조성물.
  12. 제11항에 있어서, 성분(A) 100 질량부, 성분(B) 0.5 내지 50 질량부, 성분(C) 0.05 내지 20 질량부 및 성분(D) 0.05 내지 100 질량부를 포함하는 광경화성 수지 조성물.
  13. 제11항에 있어서, 성분(A) 내지 성분(D)의 전체 양에서 100 질량부를 기준으로 하여 50 내지 2,000 질량부의 유기 용매를 성분(E)으로서 더 포함하는 광경화성 수지 조성물.
  14. 제11항에 있어서, 성분(D)이 비스페놀 구조를 갖는 다작용성 에폭시 화합물, 페놀 노볼락 다작용성 에폭시 화합물 및 다작용성 에폭시 실리콘으로 이루어진 군으로부터 선택된 하나 이상의 다작용성 에폭시 화합물인 광경화성 수지 조성물.
  15. 패턴 형성 방법으로서,
    (i) 제1항에 따른 광경화성 수지 조성물의 필름을 기판 상에 형성시키는 단계,
    (ii) 상기 필름을 240 nm 내지 500 nm의 파장을 갖는 광에 포토마스크를 통해 노출시키는 단계, 및
    (iii) 현상 용액을 사용하여 현상을 수행하는 단계
    를 포함하는 패턴 형성 방법.
  16. 제15항에 있어서, 노출 단계(ii) 후에 하지만 현상 단계(iii) 전에 열 처리를 수행하는 단계를 더 포함하는 패턴 형성 방법.
  17. 제15항에 따른 방법에 의해 형성된 패턴을 갖는 광경화성 수지 조성물의 필름을 70 내지 300℃의 범위 내에 속하는 온도에서 후경화를 수행함으로써 얻어지는 보호 코트 필름(protective coat film).
  18. 제11항에 따른 광경화성 수지 조성물을 필름 형상으로 형성시킴으로써 제조되는 필름 형상 접착제(film-shaped adhesive).
  19. 접착제 시이트로서,
    (i) 베이스 물질 필름 층,
    (ii) 제11항에 따른 광경화성 수지 조성물을 0.1 내지 200 μm의 필름 두께를 갖는 필름 형상으로 형성시킴으로써 제조된 광경화성 수지 층, 및
    (iii) 커버 필름 층
    을 포함하는 접착제 시이트.
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