KR20130132828A - 중합체 에칭제 및 그의 사용 방법 - Google Patents

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쓰리엠 이노베이티브 프로퍼티즈 컴파니
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Abstract

알칼리 금속 염 및 글리신을 포함하는 수성 용액을 포함하는, 중합체 재료 에칭용 조성물이 제공된다.

Description

중합체 에칭제 및 그의 사용 방법{POLYMER ETCHANT AND METHOD OF USING SAME}
본 발명은 중합체의 화학적 에칭에 관한 것이다.
중합체 필름 베이스(base) 상의 에칭된 구리 또는 인쇄된 전도성 회로 패턴은 연성 회로 또는 연성 인쇄 배선 기판으로 지칭될 수 있다. 이 명칭이 시사하는 바와 같이, 연성 회로는 상이한 형상 및 독특한 패키지 크기에의 정합을 가능케 하기 위하여 도체를 손상시키지 않고서 움직이고, 굽혀지고, 비틀릴 수 있다. 원래는 부피가 큰 배선 하네스(harness)를 대체하도록 설계된 연성 회로는 흔히 현재의 최첨단 전자 조립체에 필요한 소형화 및 움직임을 위한 유일한 해결책(solution)이다. 얇고, 경량이며, 복잡한 소자에 이상적인 연성 회로 설계의 해결책은 단면 전도로로부터 다층형의 복잡한 3차원 패키지까지의 범위에 걸친다. 전도로는 중합체 층 내에 금속-도금된 개구를 생성함으로써 중합체 필름을 관통하여 생성될 수 있다. 이들 개구는 다양한 방법, 예를 들어 레이저 어블레이션(laser ablation), 플라즈마-에칭 및 화학적 에칭에 의해 생성될 수 있다. 그러나, 중합체 필름 전체에 걸쳐 연장하는 것이 아닌 함몰부(depression), 만입부(indentation) 등이 요구될 경우, 전형적으로 화학적 에칭법이 이들 특징부의 생성에 바람직하다. 따라서, 중합체 필름을 제어가능하게 에칭하는 데 적합한 화학적 에칭제가 계속하여 필요하다.
본 발명의 일 태양은 알칼리 금속 염 및 글리신을 포함하는, 중합체 재료 에칭용 수성 용액을 포함하는 조성물을 제공한다.
본 발명의 다른 태양은 중합체성 필름을 제공하는 단계와; 상기 중합체성 필름을, 약 5 중량% 내지 약 55 중량%의 알칼리 금속 염 및 약 5 중량% 내지 약 30 중량%의 글리신을 포함하는 수성 용액과 접촉시키는 단계를 포함하는 방법을 제공한다.
본 발명의 적어도 하나의 실시 형태의 이점은 이것이 느린, 제어된 에칭을 가능하게 한다는 것이다.
본 발명의 적어도 하나의 실시 형태의 다른 이점은 글리신이 환경 친화적이며, 따라서 취급이 용이하다는 것이다.
본 발명의 적어도 하나의 실시 형태의 다른 이점은 글리신이 쉽게 증발되지 않아서, 성분들의 양을 검사하고 조정해야 한다는 것 없이 장기간 동안 원하는 에칭제 농도가 유지될 수 있다는 것이다.
본 발명의 적어도 하나의 실시 형태의 다른 이점은 본 에칭제가 다른 공지된 에칭제보다 덜 유해한 영향을 수성 포토레지스트에 준다는 것이다. 이는 포토레지스트가, 에칭되는 중합체 필름으로부터 팽윤되어 분리되는 것 없이 에칭 공정을 견뎌 내게 한다.
본 발명의 다른 특징 및 이점은 하기의 상세한 설명 및 청구의 범위로부터 명백해질 것이다.
본 명세서에 사용되는 바와 같이, 백분율로서 포함되는 모든 양은 지시된 성분의 중량 퍼센트를 말한다.
필요한 대로, 본 발명에 대한 상세 사항이 본 명세서에 개시되어 있지만, 개시된 실시 형태는 단지 예시적인 것임을 이해하여야 한다. 따라서, 본 명세서에 개시된 특정한 구조 및 기능에 대한 상세 사항은 한정하는 것으로서 해석되는 것이 아니라, 단지 청구의 범위의 토대로서 그리고 본 발명을 다양하게 이용하는 당업자를 교시하기 위한 대표적인 토대로서 해석되어야 한다.
본 발명은 연성 회로 기판, 미세 유체 소자, 및 포켓을 갖는 캐리어 필름과 같은 응용예에 사용되는 중합체 필름에서 사용하기 적합한 에칭제를 제공한다. 연성 회로용 기판은 전형적으로 연성 중합체 기판 필름 및 구리 전도성 트레이스(trace)를 포함한다. (전도성 트레이스는 또한 금, 니켈 또는 은일 수도 있다.) 특정 연성 회로 응용예는 랩 톱 컴퓨터, 잉크젯 프린터, 개인 정보 단말기(personal digital assistant), 휴대폰, 계산기, 카메라, 플라즈마 텔레비전, 및 굽혀지거나 접히는 인터페이스를 갖는 디스플레이를 갖는 임의의 장치를 포함한다. 미세 유체 소자용 기판은 제어된 깊이의 만입부 또는 영역을 갖는 연성 중합체 기판 필름과, 선택적으로 구리 전도성 트레이스를 포함한다. 본 명세서에서 리세스(recess)로도 지칭되는 만입부, 공동, 채널, 트렌치(trench), 웰, 저장부, 반응 챔버 등의 형성은 중합체 필름 영역들에서 두께를 변화시킨다. 전자 구성요소를 위한 캐리어 포켓 테이프용 기판은 복잡한 3차원 형상이 두꺼운 필름, 전형적으로 폴리카르보네이트 필름으로 에칭되는 것을 필요로 할 수도 있다.
본 발명의 에칭제는 알칼리 금속 염, 글리신, 및 선택적으로 에틸렌 다이아민을 포함한다. 본 발명의 고도로 알칼리성인 에칭제에 사용하기에 적합한 수용성 염에는 예를 들어 수산화칼륨(KOH), 수산화나트륨(NaOH), 수산화세슘(CeOH), 치환된 수산화암모늄, 예를 들어 테트라메틸암모늄 하이드록사이드 및 수산화암모늄 또는 그 혼합물이 포함된다. 에칭제 용액의 유용한 농도는 에칭될 중합체성 필름의 두께와, 사용될 경우 포토레지스트의 유형 (예를 들어, 금속 마스크 또는 포토레지스트) 및 두께에 따라 달라진다. 본 발명에 있어서, 적합한 염의 전형적인 농도는 하한치가 약 5 중량% 내지 약 30 중량%이며 상한치가 약 45 중량% 내지 약 55 중량%이다. 글리신의 전형적인 농도는 하한치가 약 5 중량% 내지 약 10 중량%이며 상한치가 약 20 중량% 내지 30 중량%이다. 본 발명의 KOH/글리신 에칭제는 느린, 제어된 에칭을 제공하며, 이는 에칭 깊이의 정확한 제어를 가능하게 하고 낮은 각도의 경사(low angle slope), 예를 들어 법선으로부터 약 5˚ 내지 약 60˚인 경사를 갖는 측벽을 제공한다. 더욱 빠른 에칭 속도가 요구될 경우, 가용화제, 예를 들어 아민 화합물, 예를 들어 에틸렌 다이아민이 에칭제에 첨가될 수 있다. 에틸렌 다이아민과 같은 아민 화합물의 전형적인 농도는 약 2 중량% 내지 약 8 중량%이지만, 이 범위를 초과할 수 있다. 에칭 용액은 에칭 동안 일반적으로 약 50℃ (122℉) 내지 약 120℃ (248℉), 바람직하게는 약 70℃ (160℉) 내지 약 95℃ (200℉)의 온도에서 유지된다.
사용될 경우, 전형적으로 에칭제 용액 중 가용화제는 아민 화합물, 예를 들어 알칸올아민이다. 에칭제 용액용 가용화제는 아민류로 이루어진 군으로부터 선택될 수도 있으며, 상기 아민류는 에틸렌 다이아민, 프로필렌 다이아민, 에틸아민, 메틸에틸아민, 및 알칸올아민, 예를 들어 에탄올아민, 다이에탄올아민, 프로판올아민 등을 포함한다.
에칭제에 글리신이 존재하는 것은 몇몇 이점을 제공한다. 예를 들어, 공지된 알칼리 금속 염과 비교하여, 포토레지스트 스트리핑(stripping)의 감소가 성취된다. "스트리핑"은 포토레지스트가 팽윤되어 하부의 중합체성 필름으로부터 분리될 때이다. 에칭에 필요한 시간은 에칭될 중합체성 필름의 유형 및 두께, 에칭 용액의 조성, 에칭 온도, 스프레이 압력, 및 에칭되는 영역의 원하는 깊이에 따라 달라진다.
본 발명의 중합체 필름은 폴리카르보네이트, 액정 중합체, 폴리이미드, 폴리에스테르, 폴리아미드-이미드, 및 기타 적합한 중합체 재료일 수 있다. 바람직하게는, 에칭되는 필름은 사실상 충분히 경화된다.
폴리이미드 필름은 복잡한 최첨단 전자 조립체의 요건을 충족시키는 연성 회로용으로 일반적으로 사용되는 기판이다. 당해 필름은 열안정성 및 낮은 유전 상수와 같은 탁월한 특성을 갖는다.
본 발명에서 사용하기에 적합한 구매가능한 폴리이미드 필름은 파이로멜리트산 이무수물(pyromellitic dianhydride; PMDA), 옥시다이아닐린(oxydianiline; ODA), 바이페닐 테트라카르복실산 이무수물(biphenyl tetracarboxylic dianhydride; BPDA)을 포함하는 바이페닐 이무수물(biphenyl dianhydride; BPDA), 페닐렌 다이아민(phenylene diamine; PDA), 또는 p-페닐렌 비스(트라이멜리트산 모노에스테르 무수물)의 단량체를 포함하는 것, 또는 상기 단량체로 만들어진 것을 포함한다. 이들 단량체 중 하나 이상을 포함하는 폴리이미드 중합체는 상표명 캅톤(KAPTON) 필름, 예를 들어 H, K 및 E 필름 (미국 오하이오주 서클빌 소재의 이. 아이. 듀폰 디 네모아 앤드 컴퍼니(E. I. du Pont de Nemours and Company)로부터 입수가능함); 아피칼(APICAL) 필름, 예를 들어 AV, NP 및 HPNF 필름 (일본 오츠 소재의 카네카 코포레이션(Kaneka Corporation)으로부터 입수가능함), 유피렉스(UPILEX) 필름, 예를 들어 S, SN 및 VT (일본 소재의 우베 인더스트리즈 프라이빗 리미티드(Ube Industries Pvt. Ltd)로부터 입수가능함), 및 IF, IN, LN, LV, LS, GP 및 GL (한국 소재의 에스케이씨코오롱 피아이(SKCKolon PI)로부터 입수가능함)과 같은 필름으로 표기되는 필름 제품의 제조에 사용될 수 있다.
아피칼 HPNF 폴리이미드 필름은 p-페닐렌 비스(트라이멜리트산 모노에스테르 언하이드라이드)를 포함하는 단량체들의 중합으로부터의 구조를 포함하는 에스테르 단위로부터 유도되는 공중합체인 것으로 여겨진다. 다른 에스테르 단위 함유 폴리이미드 중합체는 상업적으로 공지되어 있지 않다. 그러나, 당업자라면 아피칼 HPNF에 사용되는 단량체와 유사한 단량체의 선택에 따라 다른 에스테르 단위 함유 폴리이미드 중합체를 합성하는 것이 합리적이다. 그러한 합성은 아피칼 HPNF와 같이 제어가능하게 에칭될 수 있는 필름용 폴리이미드 중합체의 범위를 확장할 수 있다. 에스테르 함유 폴리이미드 중합체의 수를 증가시키기 위하여 선택될 수 있는 물질은 1,3-다이페놀 비스(언하이드로-트라이멜리테이트), 1,4-다이페놀 비스(언하이드로-트라이멜리테이트), 에틸렌 글리콜 비스(언하이드로-트라이멜리테이트), 바이페놀 비스(언하이드로-트라이멜리테이트), 옥시-다이페놀 비스(언하이드로-트라이멜리테이트), 비스(4-하이드록시페닐 설파이드) 비스(언하이드로-트라이멜리테이트), 비스(4-하이드록시벤조페논) 비스(언하이드로-트라이멜리테이트), 비스(4-하이드록시페닐 설폰) 비스(언하이드로-트라이멜리테이트), 비스(하이드록시페녹시벤젠), 비스(언하이드로-트라이멜리테이트), 1,3-다이페놀 비스(아미노벤조에이트), 1,4-다이페놀 비스(아미노벤조에이트), 에틸렌 글리콜 비스(아미노벤조에이트), 바이페놀 비스(아미노벤조에이트), 옥시-다이페놀 비스(아미노벤조에이트), 비스(4 아미노벤조에이트) 비스(아미노벤조에이트) 등을 포함한다.
LCP 필름은 폴리이미드 필름보다 개선된 고주파수 성능, 보다 낮은 유전 손실, 및 보다 적은 수분 흡수성을 갖는 미세 유체 소자 및 연성 회로를 포함하는 다수의 응용예를 위한 기판으로서 적합한 재료를 나타낸다. LCP 필름의 특성은 전기 절연성, 0.5% 미만의 포화시 수분 흡수도(moisture absorption at saturation), 도금된 스루홀에 사용되는 구리의 열팽창 계수와 비슷한 열팽창 계수, 및 1 ㎑ 내지 45 ㎓의 기능적 주파수 범위에 걸쳐 3.5를 초과하지 않는 유전 상수를 포함한다.
적합한 액정 중합체 필름은, BIAC 필름 (일본 오카야마켄 소재의 저팬 고어-텍스 인크.(Japan Gore-Tex Inc.))과 같이 p-페닐렌테레프탈아미드를 포함하는 공중합체를 포함하는, 그리고 LCP CT 필름 (일본 오카야마 소재의 쿠라레이 컴퍼니(Kuraray Co.))과 같이 p-하이드록시벤조산을 포함하는 공중합체를 포함하는 방향족 폴리에스테르를 포함한다.
다른 적합한 필름은 압출되고 텐터링된(tentered) (이축 신장된) 액정 중합체 필름을 포함한다. 미국 특허 제4,975,312호에 기재된 공정 개발에 의하면, 상표명 벡트라(VECTRA) (훽스트 셀라네즈 코포레이션(Hoechst Celanese Corp.)으로부터 입수가능한 나프탈렌 기재의 것) 및 XYDAR (아모코 퍼포먼스 프로덕츠(Amoco Performance Products)로부터 입수가능한 바이페놀 기재의 것)로 식별되는 구매가능한 액정 중합체(LCP)의 다축 (예를 들어, 이축) 배향된 서모트로픽 중합체 필름이 제공되었다. 이러한 유형의 다축 배향된 LCP 필름은 미세 유체 소자와 같은 소자 조립체의 제조에 적합한 연성 인쇄 회로 및 회로 상호 접속부에 적합한 기판을 대표한다.
폴리카르보네이트 필름의 특성은 전기 절연성, 0.5% 미만의 포화시 수분 흡수도, 1 ㎑ 내지 45 ㎓의 기능적 주파수 범위에 걸쳐 3.5를 초과하지 않는 유전 상수, 폴리이미드와 비교할 때 더 우수한 내화학성을 포함하며, 보다 낮은 모듈러스는 연성이 더 큰 회로를 가능하게 하고, 폴리카르보네이트 필름의 광 투명성은 미세 유체 소자의 형성을 가능하게 하여 자외광 및 가시광 도메인에서 다양한 분광 사진 기술과 함께 사용되게 할 것이다. 폴리카르보네이트는 또한 폴리이미드보다 더 낮은 물 흡수성 및 더 낮은 유전 손실성을 갖는다. 폴리카르보네이트는 가용화제가 예를 들어 알칼리 금속 및 암모니아의 수용성 염을 포함하는 고 알칼리성 에칭제 수용액과 조합될 때 쉽게 에칭될 수 있다.
적합한 폴리카르보네이트 물질의 예에는 치환 및 비치환 폴리카르보네이트; 폴리카르보네이트 블렌드, 예를 들어 폴리카르보네이트/지방족 폴리에스테르 블렌드 - 이는, 미국 매사추세츠주 피츠필드 소재의 지이 플라스틱스(GE Plastics)로부터 상표명 자일렉스(XYLEX)로 입수가능한 블렌드를 포함함 - , 폴리카르보네이트/폴리에틸렌테레프탈레이트(PC/PET) 블렌드, 폴리카르보네이트/폴리부틸렌테레프탈레이트(PC/PBT) 블렌드, 및 폴리카르보네이트/폴리(에틸렌 2,6-나프탈레이트) ((PPC/PBT, PC/PEN) 블렌드, 및 폴리카르보네이트와, 열가소성 수지와의 임의의 기타 블렌드; 및 폴리카르보네이트 공중합체, 예를 들어 폴리카르보네이트/폴리에틸렌테레프탈레이트(PC/PET) 및 폴리카르보네이트/폴리에테르이미드(PC/PEI)가 포함된다.
본 발명에서 사용하기에 적합한 다른 유형의 재료로는 폴리카르보네이트 라미네이트가 있다. 그러한 라미네이트는 서로에게 인접한 적어도 2개의 상이한 폴리카르보네이트 층을 가질 수도 있거나, 열가소성 재료층에 인접한 적어도 하나의 폴리카르보네이트 층을 가질 수도 있다 (예를 들어, 지이 플라스틱스로부터의 폴리카르보네이트/폴리비닐리덴 플루오라이드(PVDF) 라미네이트인 렉산(LEXAN) GS125DL). 폴리카르보네이트 재료는 또한 카본 블랙, 실리카 및 알루미나 등으로 충전될 수도 있거나, 이는 첨가제, 예를 들어 난연제, UV 안정제 및 안료 등을 포함할 수도 있다.
본 발명의 에칭제의 실시 형태는 임의의 중합체성 재료에서 사용될 수 있는데, 에칭제는 상기 중합체성 재료에 바람직한 에칭률 및 바람직한 결과를 제공한다. 다른 적합한 중합체의 예에는 폴리에스테르, 예를 들어 폴리에틸렌 테레프탈레이트(PET), 비결정성 PET, 폴리에틸렌 나프탈레이트(PEN), 폴리부틸렌 테레프탈레이트(PBT); 및 폴리아미드-이미드 등이 포함된다.
본 발명의 에칭제의 실시 형태는 연속 웨브 연성 회로 처리에서 사용되는 제조 기술에서 사용하기에 적합하다. 이는 대량 생산, 저비용 기판의 제조를 가능하게 한다. 연성 회로는 최신 전자 조립체에 필요한 소형화 및 움직임에 대한 해결책이다. 얇고, 경량이며, 복잡한 소자에 이상적인 연성 회로 설계의 해결책은 단면 전도로로부터 다층형의 복잡한 3차원 패키지까지의 범위에 걸친다.
리세스되거나 박화된 영역, 채널, 저장부, 지지되지 않은 도선, 스루홀 및 필름 내의 기타 회로 특징부의 형성은 전형적으로 광-가교결합된 네거티브 작용성, 수성 처리성 포토레지스트의 마스크, 또는 금속 마스크를 사용하여 중합체성 필름의 일부를 보호하는 것을 필요로 한다. 에칭 공정 동안, 포토레지스트는 중합체 필름으로부터의 층분리 또는 팽윤을 사실상 전혀 나타내지 않는다.
포토레지스트는 기판 에칭용 마스크로서 일반적으로 사용되어 중합체 패턴 또는 특징부를 형성하는 반면, 금속도 사용될 수 있다. 예를 들어, 금속층은 구리 박층을 스퍼터링하고, 이어서 추가의 구리를 도금하여 1-5 ㎛ 두께의 층을 형성함으로써 만들어질 수도 있다. 이어서, 포토레지스트는 금속층에 적용되고, 방사선의 패턴에 노출되고, 현상되어 금속층의 영역들을 노출한다. 이어서, 금속층의 노출된 영역들은 에칭되어 패턴을 형성한다. 이어서, 남아있는 포토레지스트를 스트리핑하여 금속 마스크를 남긴다. 구리 이외의 금속이 마스크로서 또한 사용될 수도 있다. 전해 도금 및 무전해 도금 방법을 이용하여 금속층을 형성할 수도 있다. 포토레지스트 마스크 대신 금속 마스크를 사용하는 것은 전형적으로 측벽 에칭각을 증가시키고 에칭되는 특징부의 크기를 증가시킬 것이다.
본 발명에 따른 중합체 필름에서 사용하기에 적합한 네거티브 포토레지스트는 미국 특허 제3,469,982호; 미국 특허 제3,448,098호; 미국 특허 제3,867,153호; 및 미국 특허 제3,526,504호에 개시된 바와 같이, 네거티브 작용성, 수성 현상성의 광중합체 조성물을 포함한다. 그러한 포토레지스트는 가교결합성 단량체 및 광개시제를 포함하는 적어도 중합체 매트릭스를 포함한다. 포토레지스트에서 전형적으로 사용되는 중합체는 메틸 메타크릴레이트, 에틸 아크릴레이트 및 아크릴산의 공중합체 및 스티렌 및 말레산 무수물 아이소부틸 에스테르의 공중합체 등을 포함한다. 가교결합성 단량체는 트라이메틸올 프로판 트라이아크릴레이트와 같은 멀티아크릴레이트일 수도 있다.
구매가능한 수성 베이스, 예를 들어 본 발명에 따라 이용되는 탄산나트륨 현상성, 네거티브 작용성 포토레지스트는 폴리메틸메타크릴레이트 포토레지스트 재료, 예를 들어 상표명 리스톤(RISTON)으로 이. 아이. 듀폰 디 네모아 앤드 컴퍼니로부터 입수가능한 것, 예를 들어 리스톤 4720을 포함한다. 다른 유용한 예에는 미국 뉴욕주 프리포트 소재의 리로날, 인크.(LeaRonal, Inc.)로부터 입수가능한 AP850, 및 히타치 케미칼 컴퍼니 리미티드(Hitachi Chemical Co. Ltd.)로부터 입수가능한 포테크(PHOTEC) HU350이 포함된다. 건조 필름 포토레지스트 조성물은 미국 코네티컷주 워터버리 소재의 맥더미드(MacDermid)로부터 상표명 아쿠아(AQUA) MER로 입수가능하다. "SF" 및 "CF" 시리즈를 포함하는 아쿠아 MER 포토레지스트의 몇몇 시리즈가 있으며, SF120, SF125, 및 CF2.0이 이러한 재료를 대표한다.
예시적인 연성 회로 제조 공정에서, 중합체-금속 라미네이트의 중합체 필름은 여러 단계에서 화학적으로 에칭될 수도 있다. 제조 순서에서 초기에 에칭 단계를 도입하는 것을 이용하여 벌크 필름을 박화하거나, 필름의 벌크를 그의 원래 두께로 남겨두면서 필름의 선택된 영역만을 박화할 수 있다. 대안적으로, 연성 회로 제조 공정에서 이후에 필름의 선택된 영역을 박화하는 것은 필름 두께 변경 전에 다른 회로 특징부를 도입하는 이득을 가질 수 있다. 선택적 기판 박화가 당해 공정에서 일어나는 때와는 관계없이, 필름 취급 특성은 통상적인 연성 회로의 제조와 관련된 것과 유사하게 남아있다.
유사한 공정은 에칭 단계를 포함하는 연성 회로의 제조이며, 이는 다양한 공지된 사전 에칭 및 사후 에칭 절차와 함께 사용될 수도 있다. 그러한 절차들의 순서는 특정 응용예에 대하여 요구되는 바에 따라 달라질 수도 있다. 단계들의 전형적인 애디티브 순서는 다음과 같이 설명될 수도 있다:
수성 처리성 포토레지스트는 표준 적층 기술을 이용하여 얇은 구리면을 갖는, 중합체 필름을 포함하는 기판의 양면 위에 적층된다. 전형적으로, 기판은 약 25 ㎛ 내지 약 75 ㎛의 중합체성 필름층을 가지며, 구리층은 두께가 약 1 내지 약 5 ㎛이다. 포토레지스트의 두께는 약 10 ㎛ 내지 약 50 ㎛이다. 마스크를 통한 포토레지스트의 양면의 자외광 등에의 이미지별(imagewise) 노출시, 포토레지스트의 노출된 부분은 가교결합에 의해 불용성으로 된다. 이어서, 상기 레지스트는 원하는 패턴이 당해 라미네이트의 양면 상에서 얻어질 때까지 묽은 수성 용액, 예를 들어 0.5-1.5%의 탄산나트륨 용액을 이용하여 미노출 중합체를 제거함으로써 현상된다. 이어서 당해 라미네이트의 구리면은 원하는 두께로 추가로 도금된다. 이어서, 이전에 설명한 바와 같이, 약 50℃ 내지 약 120℃의 온도에서 에칭제 용액조에 라미네이트를 넣음으로써 중합체 필름의 화학적 에칭을 진행하여 가교결합 레지스트에 의해 덮이지 않은 중합체 부분을 에칭 제거한다. 이는 원래의 얇은 구리층의 특정 영역을 노출시킨다. 이어서, 레지스트는 약 25℃ 내지 약 80℃, 바람직하게는 약 25℃ 내지 약 60℃에서 알칼리 금속 수산화물의 2-5% 용액에서 상기 레지스트를 라미네이트의 양면으로부터 스트리핑한다. 후속적으로, 원래의 얇은 구리층의 노출된 부분은 중합체 필름에 해를 끼치지 않는 에칭제, 예를 들어 일렉트로케미칼스, 인크.(Electrochemicals, Inc.)로부터 입수가능한 페르마 에치(PERMA ETCH)를 사용하여 에칭한다.
다른 서브트랙티브 공정에서, 수성 처리성 포토레지스트는 표준 적층 기술을 사용하여 중합체 필름면 및 구리면을 갖는 기판의 양면 상에 다시 적층된다. 당해 기판은 약 25 ㎛ 내지 약 75 ㎛ 두께의 중합체성 필름층으로 이루어지며, 구리층은 두께가 약 5 ㎛ 내지 약 40 ㎛이다. 이어서, 포토레지스트는 적합한 마스크를 통하여 양면 상에서 자외광 등에 노출되어, 당해 레지스트의 노출된 부분이 가교결합된다. 이어서, 원하는 패턴이 라미네이트의 양면 상에서 얻어질 때까지 이미지를 묽은 수성 용액으로 현상시킨다. 이어서, 구리층을 에칭하여 회로를 얻으며, 그에 따라 중합체층의 부분은 노출되게 된다. 이어서, 수성 포토레지스트의 추가의 층은 구리면 상에서 제1 레지스트 위에 적층되며, 추가의 에칭으로부터 (구리면 상의) 노출 중합체성 필름 표면을 보호하기 위하여 방사선 공급원에의 플러드 노출(flood exposure)에 의해 가교결합된다. 이전에 설명된 바와 같이, 그 후, 가교결합된 레지스트에 의해 덮이지 않은 (필름면 상의) 중합체성 필름의 영역들은 약 70℃ 내지 약 120℃의 온도에서 에칭제 용액으로 에칭되며, 이어서 포토레지스트는 묽은 염기성 용액으로 양면으로부터 스트리핑된다.
스루홀 및 관련 공극의 에칭 전 또는 후에 제어된 화학적 에칭 - 이는 필요할 경우 중합체성 재료를 완전히 제거함 - 을 이용하여 연성 회로의 중합체 필름 내로 제어된 두께의 영역을 도입하여 회로 필름을 통과하는 전도 통로를 도입하는 것이 가능하다. 인쇄 회로 내에 표준 공극을 도입하는 단계는 전형적으로 회로 제조 공정의 대략 중간 지점 내내 일어난다. 기판을 그 전체에 걸쳐 에칭하는 하나의 단계 및 제어된 깊이의 리세스된 영역들을 에칭하는 제2 에칭 단계를 포함함으로써 대략적으로 동일한 기간(time frame)에서 필름 에칭을 완료하는 것이 편리하다. 이는 자외 방사선에의 노출에 의해 선택된 패턴으로 가교결합되는 포토레지스트의 적합한 사용에 의해 성취될 수도 있다. 현상시, 포토레지스트의 제거는 리세스된 영역들이 도입되도록 에칭될 중합체 필름의 영역들을 드러낸다.
대안적으로, 리세스된 영역들은 연성 회로의 다른 특징부의 완료 후 추가의 단계로서 중합체 필름 내로 도입될 수도 있다. 추가 단계는 연성 회로의 양면에 포토레지스트를 적층하고, 이어서 선택된 패턴에 따라 포토레지스트를 가교결합하기 위해 노출하는 것을 필요로 한다. 이전에 설명된 알칼리 금속 탄산염의 묽은 용액을 사용한 포토레지스트의 현상은, 필름의 만입부 및 관련 박화 영역들의 생성을 위하여 제어된 깊이로 에칭될 중합체 필름의 영역들을 노출시킨다. 연성 회로의 중합체 기판 내로의 원하는 깊이의 리세스를 에칭하기에 충분한 시간의 허용 후, 이전과 같이 보호 가교결합 포토레지스트를 스트리핑하고, 선택적으로 박화된 영역들을 포함하는 생성된 회로를 깨끗하게 헹군다.
상기에 설명된 공정 단계들은 개개의 단계들을 이용하는 배치식 공정으로서 또는 당해 공정 순서 내내 웨브 재료를 공급 롤로부터 권취 롤로 수송하도록 설계된 장비를 사용하여 자동화된 방식으로 행해질 수도 있는데, 상기 권취 롤은 중합체 필름에서 제어된 깊이의 선택적으로 박화된 영역 및 만입부를 포함하는 대량 제조된 회로를 수집한다. 자동화된 처리에서는 웨브 취급 장치가 이용되며, 상기 장치는 포토레지스트 코팅의 적용, 노출 및 현상뿐만 아니라, 금속 부분의 에칭 및 도금과 출발 금속 및 중합체 라미네이트의 중합체 필름 에칭을 위한 다양한 처리 스테이션을 갖는다. 에칭 스테이션은 제트 노즐을 구비한 많은 스프레이 바아를 포함하며, 상기 바아는 이동 웨브 상에서 에칭제를 스프레이하여 가교결합 포토레지스트에 의해 보호되지 않은 웨브의 부분들을 에칭한다.
집적 회로 및 예컨대 인쇄 회로 기판의 제조에서 사용되는 다른 소자의 수송을 위한 포켓 캐리어 테이프 및 미세 유체 소자의 제조를 위하여 유사한 에칭 공정이 사용될 수도 있다.
실시예
본 발명은 하기의 실시예에 의해 예시되지만, 이러한 실시예들에서 언급되는 특정 재료 및 그의 양과 다른 조건 및 세부 사항은 본 발명을 부당하게 제한하는 것으로 해석되어서는 안 된다.
수성 기재의 에칭제를 표 1에 나타낸 다양한 농도로 제조하였다. 에칭제의 일반적인 제조 절차는 수산화칼륨(KOH)을 물(H2O)에 용해시킴으로써 표 1에 제공된 다양한 농도의 수산화칼륨을 원액으로서 제조하는 것을 포함하였다. 다양한 농도의 KOH 약 80 ㎖의 샘플들을 비커로 옮기고, 상이한 양의, 미국 미주리주 세인트 루이스 소재의 시그마-알드리치(Sigma-Aldrich)로부터 입수가능한 결정성 고체 글리신 및 미국 미주리주 세인트 루이스 소재의 시그마-알드리치로부터 입수가능한 순 액체로서의 에틸렌 다이아민(ED)을 상기 KOH 용액에 첨가하여 상이한 에칭제 용액들을 제조하였다. 글리신을 직접적으로 첨가하였으며, 이는 상기 KOH 용액에 쉽게 용해되었다. ED를 순 액체로서 직접적으로 첨가하였다.
KOH와 글리신의 혼합물로 에칭한 일부 중합체 샘플들을 약 3 중량%의 알칼리성 과망간산칼륨(potassium permanganate; PPM) 용액으로 추가로 처리하였다. 상기 알칼리성 PPM 용액의 일반적인 제조 절차는 1 g의 KOH를 96 g의 H2O에 용해시키고, 이어서 3 g의 과망간산칼륨(KMnO4)을 첨가하는 것을 포함하였다. KMnO4는 몇 분 동안의 교반 후 상기 KOH 용액에 쉽게 용해되었다.
일본 도쿄 소재의 우베 인더스트리즈, 리미티드(UBE Industries, Ltd.)로부터 각각 상표명 유피렉스 SN 및 유피렉스 S로 입수가능한, 0.013 ㎜ 및 0.025 ㎜ (0.5 mil 및 1 mil) 두께의 폴리이미드 필름의 샘플들을 에칭 실험에 사용하였다. 한국 경기도 과천 소재의 코오롱 인더스트리즈, 인크.(Kolon Industries, Inc.)로부터 상표명 KP-2150으로 입수가능한 수성 포토레지스트를 에칭 마스크로서 사용하여 한 면으로부터 에칭을 실시하였다. 폴리이미드 필름의 에칭에 사용한 다양한 에칭제의 조성을 표 1에 나타낸다.
[표 1]
Figure pct00001
실시예 1 내지 실시예 8
한국 경기도 과천 소재의 코오롱 인더스트리즈, 인크.로부터 상표명 KP-2150으로 입수가능한 수성 포토레지스트를 에칭 마스크로서 사용하여 일본 도쿄 소재의 우베 인더스트리즈, 리미티드로부터 상표명 유피렉스 S로 입수가능한 0.025 ㎜ (1 mil) 두께의 폴리이미드 필름의 샘플들을 한 면으로부터 에칭하였다. 94℃의 수조 내에 둔 비커 내의 KOH/글리신 에칭제에 폴리이미드 필름을 침지시킴으로써 에칭을 실시하였으며, 이때 비커 내의 에칭제를 끊임없이 교반하였다. 에칭 샘플로부터 포토레지스트를 제거한 후, 샘플들 중 일부를 50℃에서 2분 동안 상기에 기재된 알칼리성 PPM 용액에 추가로 노출시켰다. 상기 용액을 항온 수조 내에 두고, 샘플들을 에칭제 용액에 침지시켰다. 샘플들에 있어서 에칭 조성물, 에칭 조건 및 측벽 에칭 품질을 표 2에 나타낸다.
[표 2]
Figure pct00002
실시예 9 내지 실시예 11
한국 경기도 과천 소재의 코오롱 인더스트리즈, 인크.로부터 상표명 KP-2150으로 입수가능한 수성 포토레지스트를 에칭 마스크로서 사용하여 일본 도쿄 소재의 우베 인더스트리즈, 리미티드로부터 상표명 유피렉스 S로 입수가능한 0.025 ㎜ (1 mil) 두께의 폴리이미드 필름의 샘플들을 한 면으로부터 에칭하였다. 에칭제 용액을 끊임없이 교반하면서 상이한 온도의 수조 내에 둔 비커 내의 에칭제를 이용하여 에칭을 실시하였다. 에칭의 완료 후, 포토레지스트를 제거하고, 끊임없는 교반 하에 있는 PPM에 샘플들을 침지시킴으로써 50℃에서 2분 동안 PPM 용액을 이용하여 추가의 에칭을 실시하였다. 에칭 온도 및 시간과, 측벽의 에칭 품질 외에도 포토레지스트가 에칭제의 해로운 영향을 어떻게 이겨내는지에 대한 (견뎌내는지에 대한) 지표를 표 3에 나타낸다.
[표 3]
Figure pct00003
실시예 12 내지 실시예 29
한국 경기도 과천 소재의 코오롱 인더스트리즈, 인크.로부터 상표명 KP-2150으로 입수가능한 수성 포토레지스트를 에칭 마스크로서 사용하여 일본 도쿄 소재의 우베 인더스트리즈, 리미티드로부터 상표명 유피렉스 S로 입수가능한 0.025 ㎜ (1 mil) 두께의 폴리이미드 필름의 샘플들을 한 면으로부터 에칭하였다. 에칭제 용액을 끊임없이 교반하면서 94℃의 수조 내에 둔 비커 내의 에칭제를 이용하여 에칭을 실시하였다. 에칭의 완료 후, 포토레지스트를 제거하고, 끊임없는 교반 하에 있는 PPM에 샘플들을 침지시킴으로써 50℃에서 2분 동안 PPM 용액을 이용하여 추가의 에칭을 실시하였다. 에칭 시간, 측벽의 에칭 품질, 측벽 경사(즉, 폴리이미드 층의 상부 표면으로부터 하부 표면으로의 측벽의 길이 - 측벽 경사들의 각은 약 9° 내지 약 13°의 범위임) 외에도 포토레지스트가 에칭제의 해로운 영향을 어떻게 이겨내는지에 대한 (견뎌내는지에 대한) 지표를 표 4에 나타낸다.
[표 4]
Figure pct00004
실시예 30 내지 실시예 32
한국 경기도 과천 소재의 코오롱 인더스트리즈, 인크.로부터 상표명 KP-2150으로 입수가능한 수성 포토레지스트를 에칭 마스크로서 사용하여 일본 도쿄 소재의 우베 인더스트리즈, 리미티드로부터 상표명 유피렉스 SN으로 입수가능한 0.013 ㎜ (0.5 mil) 두께의 폴리이미드 필름의 샘플들을 한 면으로부터 에칭하였다. 에칭제 용액을 끊임없이 교반하면서 94℃의 수조 내에 둔 비커 내의 에칭제를 이용하여 에칭을 실시하였다. 이들 샘플을 PPM으로 추가로 처리하지 않았다. 샘플들에 있어서 에칭 시간, 측면의 에칭 품질 외에도 포토레지스트가 에칭제의 해로운 영향을 어떻게 이겨내는지에 대한 (견뎌내는지에 대한) 지표를 표 5에 나타낸다. "스트리핑"은 포토레지스트의 부분들 또는 조각들이 기판으로부터 분리됨을 의미한다.
[표 5]
Figure pct00005
본 발명의 다양한 변형 및 변경은 본 발명의 범주 및 사상으로부터 벗어남이 없이 당업자에게 명백하게 될 것이며, 본 발명이 본 명세서에 나타낸 예시적인 실시 형태들로 부당하게 한정되지 않음을 이해하여야 한다.

Claims (20)

  1. 알칼리 금속 염 및 글리신을 포함하는, 중합체 재료 에칭용 수성 용액을 포함하는 조성물.
  2. 제1항에 있어서, 약 5 중량% 내지 약 55 중량%의 알칼리 금속 염 및 약 5 중량% 내지 약 30 중량%의 글리신을 포함하는 조성물.
  3. 제1항에 있어서, 약 30 중량% 내지 약 45 중량%의 상기 알칼리 금속 염을 포함하는 조성물.
  4. 제1항에 있어서, 약 10 중량% 내지 약 20 중량%의 상기 글리신을 포함하는 조성물.
  5. 제1항에 있어서, 약 42 중량%의 상기 알칼리 금속 염 및 약 18 중량%의 상기 글리신을 포함하는 조성물.
  6. 제1항에 있어서, 약 35 중량%의 상기 알칼리 금속 염 및 약 12 중량%의 상기 글리신을 포함하는 조성물.
  7. 제1항에 있어서, 상기 알칼리 금속 염은 수산화나트륨, 수산화칼륨 및 수산화세슘으로 이루어진 군으로부터 선택되는 조성물.
  8. 제1항에 있어서, 에틸렌 다이아민을 추가로 포함하는 조성물.
  9. 제8항에 있어서, 약 5 중량% 내지 약 55 중량%의 알칼리 금속 염 및 약 5 중량% 내지 약 30 중량%의 글리신과, 약 2 중량% 내지 약 8 중량%의 에틸렌 다이아민을 포함하는 조성물.
  10. 중합체성 필름을 제공하는 단계와;
    상기 중합체성 필름을, 약 5 중량% 내지 약 55 중량%의 알칼리 금속 염 및 약 5 중량% 내지 약 30 중량%의 글리신을 포함하는 수성 용액과 접촉시키는 단계를 포함하는 방법.
  11. 제10항에 있어서, 상기 수성 용액은 약 30 중량% 내지 약 45 중량%의 상기 알칼리 금속 염을 포함하는 방법.
  12. 제10항에 있어서, 상기 수성 용액은 약 10 중량% 내지 약 20 중량%의 상기 글리신을 포함하는 방법.
  13. 제10항에 있어서, 상기 수성 용액은 약 42 중량%의 상기 알칼리 금속 염 및 약 18 중량%의 상기 글리신을 포함하는 방법.
  14. 제10항에 있어서, 상기 수성 용액은 약 35 중량%의 상기 알칼리 금속 염 및 약 12 중량%의 상기 글리신을 포함하는 방법.
  15. 제10항에 있어서, 상기 알칼리 금속 염은 수산화나트륨, 수산화칼륨 및 수산화세슘으로 이루어진 군으로부터 선택되는 방법.
  16. 제10항에 있어서, 상기 수성 용액은 에틸렌 다이아민을 추가로 포함하는 방법.
  17. 제10항에 있어서, 상기 수성 용액은 약 5 중량% 내지 약 55 중량%의 알칼리 금속 염 및 약 5 중량% 내지 약 30 중량%의 글리신과, 약 2 중량% 내지 약 8 중량%의 에틸렌 다이아민을 포함하는 방법.
  18. 제10항에 있어서, 상기 중합체성 필름은 폴리에스테르, 폴리카르보네이트, 폴리이미드 및 액정 중합체로 이루어진 군으로부터 선택되는 방법.
  19. 제10항에 있어서, 상기 중합체성 필름은 방향족 이무수물(dianhydride) 및 방향족 다이아민으로 이루어진 군으로부터 선택되는 단량체를 포함하는 폴리이미드 필름인 방법.
  20. 제10항에 있어서, 상기 중합체성 필름은 바이페닐 테트라카르복실산 이무수물(biphenyl tetracarboxylic dianhydride; BBDA) 및 페닐 다이아민(phenyl diamine; PDA)으로 이루어진 군으로부터 선택되는 단량체를 포함하는 방법.
KR20137013716A 2010-11-03 2011-10-18 중합체 에칭제 및 그의 사용 방법 KR20130132828A (ko)

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