KR20230102825A - 포지티브형 감광성 수지 조성물 및 이로부터 제조된 경화막 - Google Patents

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이정화
나종호
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롬엔드하스전자재료코리아유한회사
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Abstract

본 발명은 포지티브형 감광성 수지 조성물 및 이로부터 제조된 경화막에 관한 것으로서, 상기 포지티브형 감광성 수지 조성물은 특정 구조의 산변성 에폭시아크릴레이트 수지를 포함함에 따라 잔막율 및 감도가 우수하면서 뛰어난 플렉시블 특성을 나타내는 경화막을 형성할 수 있다.

Description

포지티브형 감광성 수지 조성물 및 이로부터 제조된 경화막{POSITIVE-TYPE PHOTOSENSITIVE RESIN COMPOSITION AND CURED FILM PREPARED THEREFROM}
본 발명은 포지티브형 감광성 수지 조성물 및 이로부터 제조된 경화막에 관한 것이다. 구체적으로, 본 발명은 잔막률 및 감도가 우수하면서 플렉시블 특성을 나타내는 경화막(절연막)을 형성할 수 있는 포지티브형 감광성 수지 조성물에 관한 것이다.
액정디스플레이, 또는 유기EL디스플레이 등에 포함되는 경화막(절연막)의 제조에는 비교적 적은 공정을 거쳐 특정 패턴이 형성되도록 할 수 있는 포지티브형 감광성 수지 조성물이 사용되고 있다.
그러나 종래의 포지티브형 감광성 수지 조성물로부터 제조된 경화막은 네거티브형 감광성 수지 조성물로부터 제조된 경화막보다 감도가 느린 문제점이 있다. 즉, 감광성 수지 조성물로 경화막을 형성한 후 노광 및 현상 과정을 거쳐 특정 형상의 미세 패턴을 갖는 절연막을 형성하는데, 포지티브형 감광성 수지 조성물로 형성된 경화막은 감도가 느려 미세 패턴을 구현하는데 어려움이 있다.
상기 포지티브형 감광성 수지 조성물의 감도를 높이기 위해 다양한 감광제의 도입이 시도된 바 있다(특허문헌 1 참조). 그러나 이러한 포지티브형 감광성 수지 조성물로부터 제조된 경화막은 현상 과정에서 두께 손실이 커 잔막률 및 해상도를 요구되는 수준으로 얻는데 한계가 있는 실정이다.
한편 최근 플렉시블 특성을 갖는 액정디스플레이, 유기EL디스플레이 등의 개발에 관심이 집중됨에 따라 이들 디스플레이를 구성하는 소재의 플렉시블 특성을 높이는 것이 요구되고 있다. 이에 따라 상기 소재 중 하나인 경화막의 플렉시블 특성을 높일 수 있는 포지티브형 감광성 수지 조성물의 개발이 필요하다.
대한민국공개특허공보 제2017-0062273호
상술한 종래의 문제점을 해결하기 위해 본 발명자들은 다양한 연구를 진행하였으며, 그 결과, 특정 구조의 산변성 에폭시아크릴레이트 수지를 포지티브형 감광성 수지 조성물에 도입함으로써 감도 및 잔막률뿐만 아니라 플렉시블 특성이 우수한 경화막을 얻을 수 있다는 점을 도출하게 되었다.
따라서 본 발명은 개선된 포지티브형 감광성 수지 조성물 및 이로부터 제조됨에 따라 우수한 감도, 잔막률 및 플렉시블 특성 등을 나타내는 경화막을 제공하고자 한다.
상기 과제를 달성하기 위해 본 발명은, (A) 실록산 공중합체; (B) 하기 화학식 1로 표시되는 구성단위를 포함하는 수지; (C) 광활성 화합물; 및 (D) 용매를 포함하는 포지티브형 감광성 수지 조성물을 제공한다:
[화학식 1]
Figure pat00001
상기 화학식 1에서,
X는 치환 또는 비치환된 C1-6의 지방족 구조이고,
Y1 및 Y2는 각각 독립적으로 치환 또는 비치환된 C1-6의 알킬렌기, 또는 치환 또는 비치환된 C4-10의 시클로알킬렌기이고,
Z는 수소, 치환 또는 비치환된 C1-6의 알킬기, 또는 하기 화학식 1a로 표시되는 치환기이고,
[화학식 1a]
Figure pat00002
상기 화학식 1a에서,
Y3은 치환 또는 비치환된 C1-6의 알킬렌기, 또는 치환 또는 비치환된 C4-10의 시클로알킬렌기이고,
R1은 수소, 또는 하기 화학식 1b로 표시되는 치환기이고,
R2 내지 R4는 각각 독립적으로 수소, 치환 또는 비치환된 C1-10의 알킬기, 또는 치환 또는 비치환된 C6-15의 아릴기이고,
[화학식 1b]
Figure pat00003
상기 화학식 1b에서,
Y4는 치환 또는 비치환된 C1-6의 알킬렌기, 또는 치환 또는 비치환된 C4-10의 시클로알킬렌기이다.
또한 본 발명은 상기 포지티브형 감광성 수지 조성물로부터 제조된 경화막을 제공한다.
본 발명은 포지티브형 감광성 수지 조성물에 특정 구조(화학식 1)를 갖는 산변성 에폭시아크릴레이트 수지를 도입함으로써, 플렉시블 특성이 우수한 경화막을 제공할 수 있다. 또한 본 발명은 포지티브형 감광성 수지 조성물에 이중결합을 포함하는 광중합성 화합물을 도입함으로써, 감도, 잔막률 및 해상도가 우수한 경화막을 제공할 수 있다.
따라서 본 발명에 따른 포지티브형 감광성 수지 조성물은 플랙시블 특성을 갖는 액정디스플레이, 유기EL디스플레이 등에 포함되는 절연막의 형성에 유용하게 사용될 수 있다.
도 1은 시험예 2에서 폴리이미드 필름에 결합된 경화막의 플렉시블 특성을 평가한 후 크랙 발생 여부를 육안으로 확인한 이미지이다.
이하 본 발명의 내용을 구체적으로 설명한다. 다만, 본 발명은 이하에 개시된 내용에 한정되는 것이 아니라, 발명의 요지가 변경되지 않는 한 다양한 형태로 변형될 수 있다.
또한 본 명세서에서 "포함"한다는 것은 특별한 기재가 없는 한 다른 구성요소를 더 포함할 수 있음을 의미한다. 또한, 본 명세서에 기재된 구성성분의 양, 반응 조건 등을 나타내는 모든 숫자 및 표현은 특별한 기재가 없는 한 모든 경우에 "약"이라는 용어로써 수식되는 것으로 이해하여야 한다.
포지티브형 감광성 수지 조성물
본 발명은 포지티브형 감광성 수지 조성물(이하, '감광성 수지 조성물'이라 함)에 관한 것으로서, 상기 감광성 수지 조성물은 (A) 실록산 공중합체; (B) 하기 화학식 1로 표시되는 구성단위를 포함하는 수지; (C) 광활성 화합물; 및 (D) 용매를 포함하는데, 이에 대해 구체적으로 설명하면 다음과 같다.
(A) 실록산 공중합체
본 발명에 따른 감광성 수지 조성물은 실록산 공중합체(A)(폴리 실록산)를 포함한다.
상기 실록산 공중합체는 실란 화합물의 가수분해물 또는 이의 축합물에서 유래된 구조를 포함한다. 이때, 상기 실란 화합물은 1 내지 4관능성의 실란 화합물일 수 있다.
그 결과, 상기 실록산 공중합체는 아래의 Q, T, D 및 M 타입 중에서 선택되는 실록산 구성단위를 1종 이상 포함할 수 있다:
- Q 타입의 실록산 구성단위: 실리콘 원자 및 이에 인접하는 4개의 산소 원자를 포함하는 실록산 구성단위를 의미하며, 예컨대, 4관능성의 실란 화합물 또는 4개의 가수분해성기를 갖는 실란 화합물의 가수분해물로부터 유도될 수 있다.
- T 타입의 실록산 구성단위: 실리콘 원자 및 이에 인접하는 3개의 산소 원자를 포함하는 실록산 구성단위를 의미하며, 예컨대, 3관능성의 실란 화합물 또는 3개의 가수분해성기를 갖는 실란 화합물의 가수분해물로부터 유도될 수 있다.
- D 타입의 실록산 구성단위: 실리콘 원자 및 이에 인접하는 2개의 산소 원자를 포함하는 실록산 구성단위(즉, 직쇄상 실록산 구성단위)를 의미하며, 예컨대, 2관능성의 실란 화합물 또는 2개의 가수분해성기를 갖는 실란 화합물의 가수분해물로부터 유도될 수 있다.
- M 타입의 실록산 구성단위: 실리콘 원자 및 이에 인접하는 1개의 산소 원자를 포함하는 실록산 구성단위를 의미하며, 예컨대, 1관능성의 실란 화합물 또는 1개의 가수분해성기를 갖는 실란 화합물의 가수분해물로부터 유도될 수 있다.
구체적으로, 실록산 공중합체는 하기 화학식 2로 표시되는 2종 이상의 실란 화합물로부터 유도되는 구성단위를 포함하며, 예컨대, 실록산 공중합체는 하기 화학식 2로 표시되는 2종 이상의 실란 화합물의 가수분해물, 또는 이의 축합물일 수 있다.
[화학식 2]
(R5)pSi(OR6)4-p
상기 화학식 2에서,
p는 0 내지 3의 정수이고,
R5는 각각 독립적으로 C1-12의 알킬기, C2-10의 알케닐기, C6-15의 아릴기, 3-12원의 헤테로알킬기, 4-10원의 헤테로알케닐기, 또는 6-15원의 헤테로아릴기이고, R6은 각각 독립적으로 수소, C1-5의 알킬기, C2-6의 아실기, 또는 C6-15의 아릴기이며, 상기 헤테로알킬기, 헤테로알케닐기 및 헤테로아릴기는 각각 독립적으로 N, O 및 S로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상의 헤테로원자를 갖는다.
상기 R5의 헤테로원자를 갖는 구조는 구체적으로 에테르, 에스테르, 또는 설파이드 등일 수 있다.
상기 화학식 2에서 p=0인 경우에는 4관능성 실란 화합물, p=1인 경우에는 3관능성 실란 화합물, p=2인 경우에는 2관능성 실란 화합물, p=3인 경우에는 1관능성 실란 화합물일 수 있다.
이러한 실란 화합물은 구체적으로 4관능성 실란 화합물로서, 테트라아세톡시실란, 테트라메톡시실란, 테트라에톡시실란, 테트라부톡시실란, 테트라페녹시실란, 테트라벤질옥시실란 또는 테트라프로폭시실란일 수 있고; 3관능성 실란 화합물로서, 메틸트리클로로실란, 메틸트리메톡시실란, 메틸트리에톡시실란, 메틸트리이소프로폭시실란, 메틸트리부톡시실란, 에틸트리메톡시실란, 에틸트리에톡시실란, 에틸트리이소프로폭시실란, 에틸트리부톡시실란, 부틸트리메톡시실란, 펜타플루오로페닐트리메톡시실란, 페닐트리메톡시실란, 페닐트리에톡시실란, d3-메틸트리메톡시실란, 노나플루오로부틸에틸트리메톡시실란, 트리플루오로메틸트리메톡시실란, n-프로필트리메톡시실란, n-프로필트리에톡시실란, n-부틸트리에톡시실란, n-헥실트리메톡시실란, n-헥실트리에톡시실란, 데실트리메톡시실란, 비닐트리메톡시실란, 비닐트리에톡시실란, 3-메타크릴옥시프로필트리메톡시실란, 3-메타크릴옥시프로필트리에톡시실란, 3-아크릴옥시프로필트리메톡시실란, 3-아크릴옥시프로필트리에톡시실란, p-히드록시페닐트리메톡시실란, 1-(p-히드록시페닐)에틸트리메톡시실란, 2-(p-히드록시페닐)에틸트리메톡시실란, 4-히드록시-5-(p-히드록시페닐카르보닐옥시)펜틸트리메톡시실란, 트리플루오로메틸트리에톡시실란, 3,3,3-트리플루오로프로필트리메톡시실란, 3-아미노프로필트리메톡시실란, 3-아미노프로필트리에톡시실란, 3-글리시독시프로필트리메톡시실란, 3-글리시독시프로필트리에톡시실란, 2-(3,4-에폭시시클로헥실)에틸트리메톡시실란, 2-(3,4-에폭시시클로헥실)에틸트리에톡시실란, [(3-에틸-3-옥세타닐)메톡시]프로필트리메톡시실란, [(3-에틸-3-옥세타닐)메톡시]프로필트리에톡시실란, 3-메르캅토프로필트리메톡시실란 또는 3-트리메톡시실릴프로필숙신산일 수 있고; 2관능성 실란 화합물로서, 디메틸디아세톡시실란, 디메틸디메톡시실란, 디페닐디메톡시실란, 디페닐디에톡시실란, 디페닐디페녹시실란, 디부틸디메톡시실란, 디메틸디에톡시실란, (3-글리시독시프로필)메틸디메톡시실란, (3-글리시독시프로필)메틸디에톡시실란, 3-(2-아미노에틸아미노)프로필디메톡시메틸실란, 3-아미노프로필디에톡시메틸실란, 3-클로로프로필디메톡시메틸실란, 3-메르캅토프로필디메톡시메틸실란, 시클로헥실디메톡시메틸실란, 디에톡시메틸비닐실란, 디메톡시메틸비닐실란 또는 디메톡시디-p-톨릴실란일 수 있고; 1관능성 실란 화합물로서, 트리메틸실란, 트리부틸실란, 트리메틸메톡시실란, 트리부틸에톡시실란, (3-글리시독시프로필)디메틸메톡시실란, 또는 (3-글리시독시프로필)디메틸에톡시실란일 수 있다.
이들 중에서, 4관능성 실란 화합물로서 테트라메톡시실란, 테트라에톡시실란 또는 테트라부톡시실란이 바람직하고, 3관능성 실란 화합물로서 메틸트리메톡시실란, 메틸트리에톡시실란, 메틸트리이소프로폭시실란, 메틸트리부톡시실란, 페닐트리메톡시실란, 에틸트리메톡시실란, 에틸트리에톡시실란, 에틸트리이소프로폭시실란, 에틸트리부톡시실란 또는 부틸트리메톡시실란이 바람직하며, 2관능성 실란 화합물로서 디메틸디메톡시실란, 디페닐디메톡시실란, 디페닐디에톡시실란, 디페닐디페녹시실란, 디부틸디메톡시실란 또는 디메틸디에톡시실란이 바람직할 수 있다.
상기 화학식 2로 표시되는 실란 화합물의 가수분해물 또는 이의 축합물을 얻는 조건은 특별히 한정되지 않는다. 예컨대, 화학식 2로 표시되는 실란 화합물을 필요에 따라 용매에 희석하고, 물과 산 촉매(염산, 초산, 질산 등) 또는 염기 촉매(암모니아, 트리에틸아민, 시클로헥실아민, 수산화테트라메틸암모늄 등)를 첨가한 후, 교반함으로써 목적하는 가수분해물 또는 이의 축합물을 얻을 수 있다.
상기 화학식 2로 표시되는 실란 화합물의 가수분해 중합반응에 의해 수득되는 실록산 공중합체(축합물)의 중량평균분자량은 3,000 내지 20,000, 또는 5,000 내지 17,000, 또는 6,500 내지 16,000, 또는 7,000 내지 15,000일 수 있다. 상기 범위 내일 때 경화막의 감도, 용해성 및 현상액에 대한 용해 속도 등이 우수할 수 있다.
상기 용매, 산 촉매 및 염기 촉매의 종류나 양은 특별히 한정되지 않는다.
상기 가수분해 중합반응은 20℃ 이하의 저온에서 진행할 수도 있고, 반응을 촉진시키기 위해 가열이나 환류를 이용할 수도 있다. 또 가수분해 중합반응이 이루어지는 시간은 실란 화합물의 종류, 농도, 반응 온도 등에 따라 적절히 조절될 수 있다.
상기 실록산 공중합체는 직쇄상 실록산 구성단위(즉, D 타입의 실록산 구성단위)를 포함할 수 있다. 상기 직쇄상 실록산 구성단위는 2관능성의 실란 화합물로부터 유도될 수 있으며, 예컨대, 상기 화학식 2에서 p=2인 실란 화합물로부터 유도될 수 있다. 구체적으로, 실록산 공중합체는 상기 화학식 2에서 p가 2인 실란 화합물로부터 유도되는 구성단위를 Si 원자 몰수 기준으로, 5 내지 40 몰%, 바람직하게는 5 내지 30 몰%, 더 바람직하게는 10 내지 30 몰%(구체적으로 0.15 내지 0.50 몰%)로 포함할 수 있다. 상기 함량 범위 내일 때, 경화막이 일정한 경도를 유지하면서도 유연한 특성을 발휘하여 외부 자극(stress)에 대한 내크랙성 및 플렉시블 특성을 높일 수 있다.
상기 실록산 공중합체는 상기 화학식 2에서 p=1인 실란 화합물로부터 유도된 구성단위(즉, T 타입의 단위)를 포함할 수 있다. 구체적으로, 실록산 공중합체는 상기 화학식 2에서 p=1인 실란 화합물로부터 유도된 구성단위를 Si 원자 몰수 기준으로, 40 내지 85 몰%, 바람직하게는 50 내지 80 몰%, 더 바람직하게는 60 내지 70 몰%로 포함할 수 있다. 상기 함량 범위 내일 때, 경화막에 형성되는 패턴의 정확성을 높일 수 있다.
상기 실록산 공중합체는 경화막의 경도, 감도 및 잔막률 등을 고려할 때, 아릴기를 갖는 실란 화합물로부터 유도되는 구성단위를 포함할 수 있다. 구체적으로 실록산 공중합체는 아릴기를 갖는 실란 화합물로부터 유도되는 구성단위를 Si 원자 몰수 기준으로, 30 내지 70 몰%, 바람직하게는 35 내지 50 몰%, 더 바람직하게는 40 내지 45 몰%로 포함할 수 있다. 상기 함량 범위 내일 때, 실록산 공중합체가 광활성 화합물(예컨대, 1,2-퀴논디아지드 화합물)과의 상용성이 우수해져 경화막의 투명성을 높이면서 경화막의 감도가 너무 느려지는 것을 방지할 수 있다. 상기 아릴기를 갖는 실란 화합물로부터 유도되는 구성단위는, 예컨대, 상기 화학식 2에서 R5가 아릴기인 실란 화합물, 바람직하게는 p=1이고 R5가 아릴기인 실란 화합물, 보다 바람직하게는 p=1이고 R5가 페닐기인 실란 화합물로부터 유도되는 구성단위(즉 T-페닐 타입의 단위)일 수 있다.
상기 실록산 공중합체는 상기 화학식 2에서 p=0인 실란 화합물로부터 유도된 구성단위(즉, Q 타입의 단위)를 포함할 수 있다. 구체적으로 상기 실록산 공중합체는 상기 화학식 2에서 p=0인 실란 화합물로부터 유도되는 구성단위를 Si 원자 몰수 기준으로, 10 내지 40 몰%, 바람직하게는 15 내지 35 몰%, 더 바람직하게는 20 내지 30 몰%로 포함할 수 있다. 상기 함량 범위 내일 때, 경화막의 감도 및 현상성을 높일 수 있다.
여기서 "Si 원자 몰수 기준의 몰%"라 함은 실록산 공중합체를 이루는 전체 구성단위에 포함된 Si 원자의 총 몰수에 대한 특정 구성단위에 포함된 Si 원자의 몰수의 백분율을 의미한다.
상기 실록산 공중합체 내의 실록산 구성단위의 몰 함량(몰%)는 Si-NMR, 1H-NMR, 13C-NMR, IR, TOF-MS, 원소분석법, 회분 측정 등을 조합하여 측정할 수 있다. 예컨대, 페닐기를 갖는 실록산 구성단위의 몰 함량을 측정하고자 할 경우, 전체 실록산 공중합체에 대해 Si-NMR 분석을 실시하여 페닐기가 결합된 Si의 피크 면적과 페닐기가 결합되지 않은 Si의 피크 면적을 분석한 후 이들 간의 비율로부터 산출할 수 있다.
이러한 실록산 공중합체는 디메틸술폭시드에서의 산해리 상수(pKa)가 11 이하일 수 있다. 구체적으로 실록산 공중합체는 디메틸술폭시드에서의 산해리 상수가 1 내지 11, 또는 1.5 내지 10, 또는 2 내지 9, 또는 3 내지 8.5, 또는 4 내지 8.0, 또는 5 내지 7.7, 또는 6 내지 7.6일 수 있다. 실록산 공중합체의 산해리 상수가 상기 범위 내일 때, 경화막의 현상성을 높이면서 경화막에 형성되는 패턴의 정확성을 높일 수 있다.
상기 실록산 공중합체의 함량은, 잔부량의 용매를 제외한 감광성 수지 조성물 전체 중량을 기준으로 50 내지 95 중량%, 또는 60 내지 90 중량%, 또는 65 내지 85 중량%, 또는 70 내지 80 중량%일 수 있다. 또한 용매를 포함하는 감광성 수지 조성물 전체 중량을 기준으로 15 내지 35 중량%, 또는 16 내지 32 중량%, 또는 17 내지 30 중량%, 또는 18 내지 28 중량%, 또는 19 내지 25 중량%일 수 있다. 상기 함량 범위 내일 때, 현상성이 적절히 조절되어 경화막의 잔막률과 패턴 해상도를 높일 수 있다.
상기 실록산 공중합체는 예비경화되었을 때 1.5 중량% 테트라메틸암모늄하이드록사이드(TMAH) 수용액에 대한 용해 속도가 50 Å/sec 이상일 수 있고, 바람직하게는 500 Å/sec 이상, 더 바람직하게는 1500 Å/sec 이상일 수 있다. 상기 범위 내일 때, 현상액에 대한 현상성이 높아 우수한 해상도를 확보할 수 있다. 한편, 상기 용해 속도의 상한값은 특별히 한정되지 않으나, 100,000 Å/sec 이하, 50,000 Å/sec 이하, 또는 10,000 Å/sec 이하일 수 있다.
(B) 산변성 에폭시아크릴레이트 수지
본 발명에 따른 감광성 수지 조성물은 산변성 에폭시아크릴레이트 수지로서, 하기 화학식 1로 표시되는 구성단위를 포함하는 수지(B)를 포함한다. 하기 화학식 1로 표시되는 구성단위를 포함하는 수지는 경화막의 유연성을 높이는 역할을 한다. 이러한 화학식 1로 표시되는 구성단위를 포함하는 수지로 인해 경화막의 유연성이 높아짐에 따라 본 발명은 플렉시블 특성이 우수한 경화막을 제공할 수 있다.
[화학식 1]
Figure pat00004
상기 화학식 1에서,
X는 치환 또는 비치환된 C1-6의 지방족 구조이고,
Y1 및 Y2는 각각 독립적으로 치환 또는 비치환된 C1-6의 알킬렌기, 또는 치환 또는 비치환된 C4-10의 시클로알킬렌기이고,
Z는 수소, 치환 또는 비치환된 C1-6의 알킬기, 또는 하기 화학식 1a로 표시되는 치환기이고,
[화학식 1a]
Figure pat00005
상기 화학식 1a에서,
Y3은 치환 또는 비치환된 C1-6의 알킬렌기, 또는 치환 또는 비치환된 C4-10의 시클로알킬렌기이고,
R1은 수소, 또는 하기 화학식 1b로 표시되는 치환기이고,
R2 내지 R4는 각각 독립적으로 수소, 치환 또는 비치환된 C1-10의 알킬기, 또는 치환 또는 비치환된 C6-15의 아릴기이고,
[화학식 1b]
Figure pat00006
상기 화학식 1b에서,
Y4는 치환 또는 비치환된 C1-6의 알킬렌기, 또는 치환 또는 비치환된 C4-10의 시클로알킬렌기이다.
상기 지방족 구조, 알킬렌기, 시클로알킬렌기, 알킬기 및 아릴기가 치환될 경우(각 작용기의 탄소에 결합된 수소가 치환되는 경우), 결합될 수 있는 치환기는 C1-5의 알킬기, C1-5의 알킬옥시기, C3-10의 시클로알킬기, C6-10의 아릴기 및 6-10원의 헤테로아릴기로 이루어진 군에서 선택되는 1종 이상일 수 있다.
구체적으로 경화막의 유연성 및 패턴 해상도를 고려할 때, 상기 화학식 1에서, X는 치환 또는 비치환된 C1-6의 알킬렌기이고, Y1 및 Y2는 각각 독립적으로 C1-3의 알킬렌기이며, Z는 화학식 1a로 표시되는 치환기이고, 이때, 상기 화학식 1a에서, Y3은 C1-3의 알킬렌기이고, R1은 화학식 1b로 표시되는 치환기이며, R2 내지 R4는 모두 수소이고, 이때, 상기 화학식 1b에서, Y4는 C4-7의 시클로알킬렌기일 수 있다.
보다 구체적으로 상기 화학식 1로 표시되는 구성단위는 하기 화학식 1-1 및 1-2로 표시되는 구성단위로 이루어진 군에서 선택되는 1종 이상일 수 있다.
[화학식 1-1]
Figure pat00007
[화학식 1-2]
Figure pat00008
상기 화학식 1로 표시되는 구성단위를 포함하는 수지의 중량평균분자량은 2,000 내지 18,000, 바람직하게는 5,000 내지 15,000, 더 바람직하게는 7,000 내지 13,000일 수 있다. 상기 범위 내일 때, 감광성 수지 조성물의 코팅성을 확보하면서 경화막의 유연성을 높일 수 있다.
상기 화학식 1로 표시되는 구성단위를 포함하는 수지의 함량은 고형분 기준으로 상기 실록산 공중합체(A) 100 중량부에 대하여 2 내지 40 중량부, 또는 5 내지 38 중량부, 또는 10 내지 35 중량부, 또는 15 내지 32 중량부, 또는 20 내지 30 중량부, 또는 25 내지 28 중량부일 수 있다. 또한 용매를 포함하는 감광성 수지 조성물 전체 중량을 기준으로 0.1 내지 15 중량%, 또는 0.2 내지 10 중량%, 또는 0.3 내지 8 중량%, 또는 0.4 내지 7 중량%, 또는 0.5 내지 6 중량%일 수 있다. 상기 함량 범위 내일 때, 감광성 수지 조성물의 코팅성이 우수하면서 경화막의 유연성 및 패턴 해상도를 높일 수 있다.
(C) 광활성 화합물
본 발명에 따른 감광성 수지 조성물은 감광제(PAC)로서, 광활성 화합물(C)을 포함한다. 구체적으로 광활성 화합물은 가시광선, 자외선, 심자외선(deep-ultraviolet radiation) 등에 의하여 가교 결합이 일어나는 화합물(단량체)들의 중합 반응을 개시하는 역할을 한다.
이러한 광활성 화합물은 1,2-퀴논디아지드계 화합물일 수 있다. 구체적으로 상기 1,2-퀴논디아지드계 화합물은 페놀 화합물과 1,2-벤조퀴논디아지드-4-설폰산 또는 1,2-벤조퀴논디아지드-5-설폰산의 에스테르 화합물; 페놀 화합물과 1,2-나프토퀴논디아지드-4-설폰산 또는 1,2-나프토퀴논디아지드-5-설폰산의 에스테르 화합물; 페놀 화합물의 수산기를 아미노기로 치환한 화합물과 1,2-벤조퀴논디아지드-4-설폰산 또는 1,2-벤조퀴논디아지드-5-설폰산의 설폰아미드 화합물; 또는 페놀 화합물의 수산기를 아미노기로 치환한 화합물과 1,2-나프토퀴논디아지드-4-설폰산 또는 1,2-나프토퀴논디아지드-5-설폰산의 설폰아미드 화합물 등을 들 수 있다. 이들은 단독으로 사용하거나 둘 이상을 혼합하여 사용할 수 있다.
상기 페놀 화합물은 구체적으로, 2,3,4-트리히드록시벤조페논, 2,4,6-트리히드록시벤조페논, 2,2',4,4'-테트라히드록시벤조페논, 2,3,3',4-테트라히드록시벤조페논, 2,3,4,4'-테트라히드록시벤조페논, 비스(2,4-디히드록시페닐)메탄, 비스(p-히드록시페닐)메탄, 트리(p-히드록시페닐)메탄, 1,1,1-트리(p-히드록시페닐)에탄, 비스(2,3,4-트리히드록시페닐)메탄, 2,2-비스(2,3,4-트리히드록시페닐)프로판, 1,1,3-트리스(2,5-디메틸-4-히드록시페닐)-3-페닐프로판, 4,4'-[1-[4-[1-[4-히드록시페닐]-1-메틸에틸]페닐]에틸리덴]비스페놀, 비스(2,5-디메틸-4-히드록시페닐)-2-히드록시페닐메탄, 3,3,3',3'-테트라메틸-1,1'-스피로비인덴-5,6,7,5',6',7'-헥사놀, 2,2,4-트리메틸-7,2',4'-트리히드록시플라반 및 비스[4-히드록시-3-(2-히드록시-5-메틸벤질)-5-디메틸페닐]메탄으로 이루어진 군에서 선택되는 1종 이상일 수 있다.
보다 구체적으로 상기 1,2-퀴논디아지드계 화합물은 2,3,4-트리히드록시벤조페논과 1,2-나프토퀴논디아지드-4-설폰산의 에스테르 화합물, 2,3,4-트리히드록시벤조페논과 1,2-나프토퀴논디아지드-5-설폰산의 에스테르 화합물, 4,4'-[1-[4-[1-[4-히드록시페닐]-1-메틸에틸]페닐]에틸리덴]비스페놀과 1,2-나프토퀴논디아지드-4-설폰산의 에스테르 화합물, 4,4'-[1-[4-[1-[4-히드록시페닐]-1-메틸에틸]페닐]에틸리덴]비스페놀과 1,2-나프토퀴논디아지드-5-설폰산의 에스테르 화합물, 또는 비스[4-히드록시-3-(2-히드록시-5-메틸벤질)-5-디메틸페닐]메탄과 1,2-나프토퀴논디아지드-5-설폰산의 에스테르 화합물일 수 있다.
바람직하게는 상기 1,2-퀴논디아지드계 화합물은 1,2-퀴논디아지드 4-술폰산 에스테르, 1,2-퀴논디아지드 5-술폰산 에스테르 및 1,2-퀴논디아지드 6-술폰산 에스테르로 이루어진 군에서 선택되는 1종 이상일 수 있다. 1,2-퀴논디아지드계 화합물이 상기 화합물일 때, 경화막이 투명성이 보다 향상될 수 있다.
이러한 광활성 화합물의 함량은 고형분 기준으로 상기 실록산 공중합체(A) 100 중량부에 대하여 2 내지 50 중량부, 또는 3 내지 45 중량부, 또는 5 내지 40 중량부, 또는 7 내지 35 중량부, 또는 9 내지 30 중량부, 또는 11 내지 20 중량부일 수 있다. 또한 용매를 포함하는 감광성 수지 조성물 전체 중량을 기준으로 0.1 내지 20 중량%, 또는 0.5 내지 15 중량%, 또는 1 내지 10 중량%, 또는 1.5 내지 5 중량%, 또는 2 내지 3 중량%일 수 있다. 상기 함량 범위 내일 때, 경화막의 표면이 거칠어지거나 현상 과정에서 하단부에 스컴(scum) 등의 패턴 형상이 발생하는 것을 방지할 수 있다.
(D) 용매
본 발명에 따른 감광성 수지 조성물은 용매(D)를 포함한다. 상기 용매는 감광성 수지 조성물에 포함되는 각 성분을 용해시키거나 분산시키는 역할을 한다.
이러한 용매는 구체적으로 알코올, 에테르, 글리콜에테르, 에틸렌글리콜알킬에테르아세테이트, 디에틸렌글리콜, 프로필렌글리콜모노알킬에테르, 프로필렌글리콜알킬에테르아세테이트, 프로필렌글리콜알킬에테르프로피오네이트, 방향족 탄화수소, 케톤, 또는 에스테르 등의 유기 용매일 수 있다.
보다 구체적으로 상기 용매는 메탄올, 에탄올, 테트라하이드로퓨란, 디옥산, 메틸셀로솔브아세테이트, 에틸셀로솔브아세테이트, 에틸아세토아세테이트, 에틸렌글리콜모노메틸에테르, 에틸렌글리콜모노에틸에테르, 에틸렌글리콜디메틸에테르, 에틸렌글리콜디에틸에테르, 프로필렌글리콜디메틸에테르, 프로필렌글리콜디에틸에테르, 디에틸렌글리콜모노메틸에테르, 디에틸렌글리콜모노에틸에테르, 디에틸렌글리콜디메틸에테르, 디에틸렌글리콜에틸메틸에테르, 프로필렌글리콜모노메틸에테르, 프로필렌글리콜모노에틸에테르, 프로필렌글리콜모노프로필에테르, 디프로필렌글리콜디메틸에테르, 디프로필렌글리콜디에틸에테르, 프로필렌글리콜모노메틸에테르아세테이트, 프로필렌글리콜모노에틸에테르아세테이트, 프로필렌글리콜모노프로필에테르아세테이트, 디프로필렌글리콜메틸에테르아세테이트, 프로필렌글리콜부틸에테르아세테이트, 톨루엔, 크실렌, 메틸에틸케톤, 4-하이드록시-4-메틸-2-펜타논, 시클로펜타논, 시클로헥사논, 2-헵타논, γ-부티로락톤, 2-히드록시프로피온산에틸, 2-히드록시-2-메틸프로피온산에틸, 에톡시초산에틸, 히드록시초산에틸, 2-히드록시-3-메틸부탄산메틸, 2-메톡시프로피온산메틸, 3-메톡시프로피온산메틸, 3-메톡시프로피온산에틸, 3-에톡시프로피온산에틸, 3-에톡시프로피온산메틸, 피루빈산메틸, 피루빈산에틸, 초산에틸, 초산부틸, 젖산에틸, 젖산부틸, N,N-디메틸포름아미드, N,N-디메틸아세트아미드, 또는 N-메틸피롤리돈 등일 수 있다. 이들은 단독으로 사용하거나 2종 이상을 혼합하여 사용할 수 있다.
이들 중에서, 디에틸렌글리콜디메틸에테르, 디에틸렌글리콜에틸메틸에테르, 디프로필렌글리콜디메틸에테르, 디프로필렌글리콜디에틸에테르, 프로필렌글리콜모노메틸에테르, 프로필렌글리콜모노에틸에테르, 프로필렌글리콜모노메틸에테르아세테이트, 2-메톡시프로피온산메틸, γ-부티로락톤, 또는 4-하이드록시-4-메틸-2-펜타논 등이 바람직할 수 있다.
상기 용매의 함량은 감광성 수지 조성물에 포함되는 각 성분들의 함량을 제외한 잔부량일 수 있다. 구체적으로 용매의 함량은 용매를 포함하는 감광성 수지 조성물 전체 중량을 기준으로 10 내지 90 중량%, 또는 30 내지 85 중량%, 또는 40 내지 80 중량%, 또는 50 내지 70 중량%일 수 있다.
(E) 광중합성 화합물
본 발명에 따른 감광성 수지 조성물은 이중결합을 포함하는 광중합성 화합물(E)을 더 포함할 수 있다. 상기 광중합성 화합물은 1개 이상의 에틸렌성 불포화 이중결합을 갖는 단관능, 또는 다관능 에스테르 화합물일 수 있으며, 구체적으로는 경화막의 내화학성을 고려할 때, 2관능 이상의 다관능성 화합물일 수 있다.
보다 구체적으로 상기 이중결합을 포함하는 광중합성 화합물은 에틸렌글리콜디(메트)아크릴레이트, 프로필렌글리콜디(메트)아크릴레이트, 디에틸렌글리콜디(메트)아크릴레이트, 트리에틸렌글리콜디(메트)아크릴레이트, 1,6-헥산디올디(메트)아크릴레이트, 폴리에틸렌글리콜디(메트)아크릴레이트, 폴리프로필렌글리콜디(메트)아크릴레이트, 글리세린트리(메트)아크릴레이트, 트리메틸올프로판트리(메트)아크릴레이트, 펜타에리트리톨트리(메트)아크릴레이트, 또는 펜타에리트리톨트리(메트)아크릴레이트와 숙신산의 모노에스테르화물; 펜타에리트리톨테트라(메트)아크릴레이트, 디펜타에리트리톨펜타(메트)아크릴레이트, 디펜타에리트리톨헥사(메트)아크릴레이트, 또는 디펜타에리트리톨펜타(메트)아크릴레이트와 숙신산의 모노에스테르화물; 카프로락톤 변성 디펜타에리트리톨헥사(메트)아크릴레이트; 펜타에리트리톨트리아크릴레이트헥사메틸렌디이소시아네이트(펜타에리트리톨트리아크릴레이트와 헥사메틸렌디이소시아네이트의 반응물); 트리펜타에리트리톨헵타(메트)아크릴레이트; 트리펜타에리트리톨옥타(메트)아크릴레이트; 비스페놀 A 에폭시아크릴레이트; 및 에틸렌글리콜모노메틸에테르아크릴레이트로 이루어진 군에서 선택되는 1종 이상일 수 있다.
이러한 광중합성 화합물로는 (i) 단관능 (메트)아크릴레이트의 시판품으로서, 도아고세이사의 아로닉스 M-101, M-111 및 M-114, 닛본가야꾸사의 KAYARAD T4-110S 및 T4-120S, 오사카유끼 가가꾸고교사의 V-158 및 V-2311 등을 들 수 있고; (ii) 2관능 (메트)아크릴레이트의 시판품으로서, 도아 고세이사의 아로닉스 M-210, M-240 및 M-6200, 닛본가야꾸사의 KAYARAD HDDA, HX-220 및 R-604, 오사카유끼 가가꾸고교사의 V-260, V-312 및 V-335 HP 등을 들 수 있고; (iii) 3관능 이상의 (메트)아크릴레이트의 시판품으로서, 도아고세이사의 아로닉스 M-309, M-400, M-403, M-405, M-450, M-7100, M-8030, M-8060 및 TO-1382, 닛본가야꾸사의 KAYARAD TMPTA, DPHA, DPHA-40H, DPCA-20, DPCA-30, DPCA-60 및 DPCA-120, 오사카유끼 가가꾸고교사의 V-295, V-300, V-360, V-GPT, V-3PA, V-400 및 V-802 등을 들 수 있다.
상기 광중합성 화합물의 함량은 고형분 기준으로 상기 실록산 공중합체(A) 100 중량부에 대하여 0.1 내지 20 중량부, 또는 0.5 내지 15 중량부, 또는 1 내지 12 중량부, 또는 1.5 내지 8 중량부, 또는 2 내지 7 중량부, 또는 2.2 내지 6.5 중량부일 수 있다. 또한 용매를 포함하는 감광성 수지 조성물 전체 중량을 기준으로 0.1 내지 10 중량%, 또는 0.2 내지 8 중량%, 또는 0.3 내지 5 중량%, 또는 0.4 내지 4 중량%, 또는 0.5 내지 2 중량%일 수 있다. 상기 함량 범위 내일 때, 현상성이 우수하고 후경화 과정에서 흐름성이 적절하여(플로우가 적절히 발생) 원하는 테이퍼 각도를 갖는 패턴을 형성할 수 있다.
(F) 에폭시 화합물
본 발명에 따른 감광성 수지 조성물은 에폭시 화합물(F)을 더 포함할 수 있다. 상기 에폭시 화합물은 실록산 공중합체(A)의 내부 밀도를 높이는 역할을 하는 것으로, 이로 인해 경화막의 내화학성을 향상시킬 수 있다. 이러한 에폭시 화합물은 에폭시기를 1개 이상 포함하는 불포화 단량체의 호모 올리고머 또는 헤테로 올리고머일 수 있다.
상기 에폭시기를 1개 이상 포함하는 불포화 단량체는 구체적으로, 글리시딜(메트)아크릴레이트, 4-히드록시부틸아크릴레이트글리시딜에테르, 3,4-에폭시부틸(메트)아크릴레이트, 4,5-에폭시펜틸(메트)아크릴레이트, 5,6-에폭시헥실(메트)아크릴레이트, 6,7-에폭시헵틸(메트)아크릴레이트, 2,3-에폭시시클로펜틸(메트)아크릴레이트, 3,4-에폭시시클로헥실(메트)아크릴레이트, 3,4-에폭시시클로헥실메틸(메트)아크릴레이트, α-에틸글리시딜아크릴레이트, α-n-프로필글리시딜아크릴레이트, α-n-부틸글리시딜아크릴레이트, N-(4-(2,3-에폭시프로폭시)-3,5-디메틸벤질)아크릴아미드, N-(4-(2,3-에폭시프로폭시)-3,5-디메틸페닐프로필)아크릴아미드, 알릴글리시딜에테르, 2-메틸알릴글리시딜에테르, o-비닐벤질글리시딜에테르, m-비닐벤질글리시딜에테르, p-비닐벤질글리시딜에테르 또는 이들의 혼합물일 수 있고, 바람직하게는 글리시딜메타크릴레이트일 수 있다.
상기 에폭시 화합물은 통상적으로 공지된 방법으로 합성할 수 있다.
상기 에폭시 화합물은 하기 구성단위를 추가로 더 포함할 수 있다.
구체적으로 추가 구성단위는, 스티렌; 메틸스티렌, 디메틸스티렌, 트리메틸스티렌, 에틸스티렌, 디에틸스티렌, 트리에틸스티렌, 프로필스티렌, 부틸스티렌, 헥실스티렌, 헵틸스티렌, 옥틸스티렌 등의 알킬 치환기를 갖는 스티렌; 플루오로스티렌, 클로로스티렌, 브로모스티렌, 요오도스티렌 등의 할로겐을 갖는 스티렌; 메톡시스티렌, 에톡시스티렌, 프로폭시스티렌 등의 알콕시 치환기를 갖는 스티렌; p-히드록시-α-메틸스티렌; 아세틸스티렌; 디비닐벤젠, 비닐페놀, o-비닐벤질메틸에테르, m-비닐벤질메틸에테르, p-비닐벤질메틸에테르 등의 방향족환 함유 에틸렌성 불포화 화합물; 메틸(메트)아크릴레이트, 에틸(메트)아크릴레이트, 부틸(메트)아크릴레이트, 디메틸아미노에틸(메트)아크릴레이트, 이소부틸(메트)아크릴레이트, t-부틸(메트)아크릴레이트, 시클로헥실(메트)아크릴레이트, 에틸헥실(메트)아크릴레이트, 테트라히드로퍼프릴(메트)아크릴레이트, 히드록시에틸(메트)아크릴레이트, 2-히드록시프로필(메트)아크릴레이트, 2-히드록시-3-클로로프로필(메트)아크릴레이트, 4-히드록시부틸(메트)아크릴레이트, 글리세롤(메트)아크릴레이트, 메틸 α-히드록시메틸아크릴레이트, 에틸 α-히드록시메틸아크릴레이트, 프로필 α-히드록시메틸아크릴레이트, 부틸 α-히드록시메틸아크릴레이트, 2-메톡시에틸(메트)아크릴레이트, 3-메톡시부틸(메트)아크릴레이트, 에톡시디에틸렌글리콜(메트)아크릴레이트, 메톡시트리에틸렌글리콜(메트)아크릴레이트, 메톡시트리프로필렌글리콜(메트)아크릴레이트, 폴리(에틸렌글리콜)메틸에테르(메트)아크릴레이트, 페닐(메트)아크릴레이트, 벤질(메트)아크릴레이트, 2-페녹시에틸(메트)아크릴레이트, 페녹시디에틸렌글리콜(메트)아크릴레이트, p-노닐페녹시폴리에틸렌글리콜(메트)아크릴레이트, p-노닐페녹시폴리프로필렌글리콜(메트)아크릴레이트, 테트라플루오로프로필(메트)아크릴레이트, 1,1,1,3,3,3-헥사플루오로이소프로필(메트)아크릴레이트, 옥타플루오로펜틸(메트)아크릴레이트, 헵타데카플루오로데실(메트)아크릴레이트, 트리브로모페닐(메트)아크릴레이트, 이소보닐(메트)아크릴레이트, 디시클로펜타닐(메트)아크릴레이트, 디시클로펜테닐(메트)아크릴레이트, 디시클로펜타닐옥시에틸(메트)아크릴레이트, 디시클로펜테닐옥시에틸(메트)아크릴레이트 등의 불포화 카복실산 에스테르류; N-비닐피롤리돈, N-비닐카바졸, N-비닐모폴린 등의 N-비닐을 갖는 삼차 아민류; 비닐메틸에테르, 비닐에틸에테르 등의 불포화 에테르류; N-페닐말레이미드, N-(4-클로로페닐)말레이미드, N-(4-히드록시페닐)말레이미드, N-시클로헥실말레이미드 등의 불포화 이미드류 등으로부터 유도되는 구성단위일 수 있다.
상기 화합물로부터 유도되는 추가 구성단위는 단독으로 또는 2종 이상 조합되어 에폭시 화합물에 포함될 수 있다. 이들 중 스티렌계 화합물에서 유도된 추가 구성단위를 포함하는 것이 중합성 측면에서 보다 유리할 수 있다.
한편 상기 에폭시 화합물은 경화막의 내화학성을 고려할 때, 상기 화합물 중 카르복실기를 갖는 화합물로부터 유도되는 구성단위를 포함하지 않는 것이 바람직할 수 있다.
상기 에폭시 화합물은 에폭시 화합물을 구성하는 구성단위 총 몰수에 대하여 상기 추가 구성단위를 0 내지 70 몰%, 바람직하게는 10 내지 60 몰%로 포함할 수 있다. 상기 함량 범위 내일 때, 경화막의 경도를 요구되는 수준으로 확보할 수 있다.
상기 에폭시 화합물의 중량평균분자량은 100 내지 30,000, 바람직하게는 1,000 내지 15,000, 더 바람직하게는 5,000 내지 10,000일 수 있다. 상기 범위 내일 때 경화막의 경도가 높으면서 경화막의 두께가 균일해져서 단차의 평탄화에 적합할 수 있다.
상기 에폭시 화합물의 함량은 고형분 기준으로 상기 실록산 공중합체(A) 100 중량부에 대하여 0.1 내지 50 중량부, 또는 2 내지 45 중량부, 또는 3 내지 40 중량부, 또는 10 내지 38 중량부, 또는 15 내지 35 중량부, 또는 25 내지 30 중량부일 수 있다. 또한 용매를 포함하는 감광성 수지 조성물 전체 중량을 기준으로 0.1 내지 20 중량%, 또는 0.5 내지 15 중량%, 또는 1 내지 10 중량%, 또는 2 내지 8 중량%, 또는 5 내지 7 중량%일 수 있다. 상기 함량 범위 내일 때, 경화막의 감도 및 내화학성을 높일 수 있다.
(G) 계면활성제
본 발명에 따른 감광성 수지 조성물은 계면활성제(G)를 더 포함할 수 있다. 상기 계면활성제는 감광성 수지 조성물의 코팅성을 향상시키는 역할을 하는 것으로, 불소계 계면활성제, 실리콘계 계면활성제, 또는 비이온계 계면활성제일 수 있다.
이러한 계면활성제는 구체적으로 다우 코닝 도레이사의 FZ-2122, BM CHEMIE사의 BM-1000 및 BM-1100, 다이닛뽄잉크 가가꾸고교 가부시키가이샤의 메가팩 F-142 D, F-172, F-173 및 F-183, 스미또모 쓰리엠 리미티드의 플로라드 FC-135, FC-170 C, FC-430 및 FC-431, 아사히 가라스 가부시키가이샤의 서프론 S-112, S-113, S-131, S-141, S-145, S-382, SC-101, SC-102, SC-103, SC-104, SC-105 및 SC-106, 신아끼따 가세이 가부시키가이샤의 에프톱 EF301, EF303 및 EF352, 도레이 실리콘 가부시키가이샤의 SH-28 PA, SH-190, SH-193, SZ-6032, SF-8428, DC-57 및 DC-190 등과 같은 불소계 및 실리콘계 계면활성제; 폴리옥시에틸렌라우릴에테르, 폴리옥시에틸렌스테아릴에테르 및 폴리옥시에틸렌올레일에테르 등의 폴리옥시에틸렌알킬에테르류, 폴리옥시에틸렌옥틸페닐에테르 및 폴리옥시에틸렌노닐페닐에테르 등의 폴리옥시에틸렌아릴에테르류, 폴리옥시에틸렌디라우레이트 및 폴리옥시에틸렌디스테아레이트 등의 폴리옥시에틸렌디알킬에스테르류 등과 같은 비이온계 계면활성제; 또는 유기실록산 폴리머 KP341(신에쓰 가가꾸고교 가부시키가이샤 제조), (메트)아크릴산계 공중합체 폴리플로우 No. 57 및 95(교에이샤 유지 가가꾸고교 가부시키가이샤 제조) 등일 수 있다. 이들은 단독으로 사용하거나 2종 이상을 혼합하여 사용할 수 있다.
상기 계면활성제의 함량은 고형분 기준으로 상기 실록산 공중합체(A) 100 중량부에 대하여 0.001 내지 5 중량부, 또는 0.005 내지 4 중량부, 또는 0.01 내지 3 중량부, 또는 0.05 내지 2.5 중량부, 또는 0.1 내지 2 중량부, 또는 0.2 내지 1 중량부일 수 있다. 또한 용매를 포함하는 감광성 수지 조성물 전체 중량을 기준으로 0.0001 내지 3 중량%, 또는 0.001 내지 2.5 중량%, 또는 0.01 내지 2 중량%, 또는 0.05 내지 1 중량%, 또는 0.07 내지 0.5 중량%일 수 있다. 상기 함량 범위 내일 때, 감광성 수지 조성물의 코팅성이 우수할 수 있다.
본 발명에 따른 감광성 수지 조성물은 그 물성에 영향을 미치지 않는 범위 내에서 통상적으로 공지된 접착보조제, 소포제, 점도조절제, 분산제 등을 더 포함할 수 있다.
경화막
본 발명은 상기에서 설명한 감광성 수지 조성물로부터 제조된 경화막을 제공한다.
본 발명에 따른 경화막은 통상적으로 공지된 방법, 예컨대, 기재 위에 감광성 수지 조성물을 도포한 후 경화하는 과정을 거쳐 제조할 수 있다. 구체적으로, 기재 위에 감광성 수지 조성물을 도포하고 60 내지 130 ℃에서 예비경화(pre-bake)하여 용매를 제거한 후, 원하는 패턴이 형성된 포토마스크를 이용하여 노광한 후, 현상액(예컨대, 테트라메틸암모늄하이드록사이드 용액(TMAH))으로 현상하여 패턴이 형성된 예비경화막을 형성한다. 다음 패턴이 형성된 예비경화막을 필요에 따라 10 분 내지 5 시간 동안 150 내지 300 ℃에서 후경화(post-bake)하여 목적하는 경화막을 제조할 수 있다.
상기 노광은 200 내지 500 nm의 파장대에서 365nm 기준으로 10 내지 200 mJ/㎠의 노광량으로 수행할 수 있다. 또한 노광에 사용되는 광원으로는 저압 수은등, 고압 수은등, 초고압 수은등, 금속 할로겐화물 램프, 아르곤 가스 레이저 등을 사용할 수 있으며, 경우에 따라 X선, 전자선 등도 사용할 수 있다.
상기 감광성 수지 조성물을 기재 위에 도포하는 방법으로는 스핀 코팅, 슬릿 코팅, 롤 코팅, 스크린 인쇄, 어플리케이터 등을 들 수 있으며, 이들 방법을 통해 원하는 두께, 예컨대, 2 내지 25 ㎛ 두께의 코팅막을 형성할 수 있다.
본 발명은 상술한 감광성 수지 조성물을 이용하여 경화막을 형성하기 때문에 내열성, 투명성, 유전율, 내화학성, 플렉시블 특성(내크랙성) 등이 우수하면서 감도 및 잔막률이 높은 경화막을 제공할 수 있다.
따라서 본 발명에 따른 경화막은 전기, 전자, 또는 광학 등과 같은 분야에 효율적으로 적용할 수 있다. 특히, 본 발명에 따른 경화막은 반복적인 굽힘이 있더라도 크랙이 발생이 최소화되는 플렉시블 특성이 우수하여 플렉시블 특성을 갖는 액정디스플레이 또는 유기EL디스플레이의 소재(예컨대, 화소정의막)로서 유용하게 사용될 수 있다.
이하, 하기 실시예에 의하여 본 발명을 좀더 상세하게 설명하고자 한다. 단, 하기 실시예는 본 발명을 예시하기 위한 것일 뿐 본 발명의 범위가 이들만으로 한정되는 것은 아니다.
하기 합성예에 기재된 중량평균분자량은 겔 투과 크로마토그래피(GPC, 테트라하이드로퓨란을 용출용매로 함)에 의해 측정한 폴리스티렌 환산값이다.
또한 합성예에 기재된 산해리 상수(pKa)는 전위차 자동 적정 장치(AT-710M; 교토 덴시 고교(주) 제조)를 사용하고, 적정 시약으로서 0.1mol/L의 수산화나트륨/에탄올 용액, 적정 용매로서 디메틸술폭시드를 사용하여, JIS K2501(2003)에 의거한 전위차 적정법을 통해 산출한 값이다.
[합성예 1] 실록산 공중합체(A-1)의 제조
환류 냉각장치가 갖추어진 반응기에 페닐트리메톡시실란 58.9 중량부, 메틸트리메톡시실란 19.5 중량부, 테트라에톡시실란 21.6 중량부를 투입하고, 이들 전체 중량에 대하여 순수 20 중량부와 프로필렌글리콜모노메틸에테르아세테이트(PGMEA) 5 중량부를 투입한 다음, 0.1 중량부의 옥살산 촉매 하에서 7 시간 동안 격렬히 환류 교반하였다. 이후 냉각한 다음 PGMEA로 희석하여 고형분 함량이 40 중량%가 되게 하고, GPC로 분석하였다. 그 결과, 폴리스티렌 환산 중량평균분자량이 5,000 내지 15,000 Da인 실록산 공중합체(A-1)가 제조되었다. 제조된 실록산 공중합체(A-1)의 산해리 상수는 7.5로 확인되었다.
[합성예 2] 실록산 공중합체(A-2)의 제조
환류 냉각장치가 갖추어진 반응기에 페닐트리메톡시실란 50.2 중량부, 메틸트리메톡시실란 16.6 중량부, 디메틸디메톡시실란 14.8 중량부, 테트라에톡시실란 18.4 중량부를 투입하고, 이들 전체 중량에 대하여 순수 20 중량부와 프로필렌글리콜모노메틸에테르아세테이트(PGMEA) 5 중량부를 투입한 다음 0.1 중량부의 옥살산 촉매 하에서 7시간 동안 격렬히 환류 교반하였다. 이후 냉각한 다음 PGMEA로 희석하여 고형분 함량이 53 중량%가 되게 하고, GPC로 분석하였다. 그 결과, 폴리스티렌 환산 중량평균분자량이 5,000 내지 15,000Da인 실록산 공중합체(A-2)가 제조되었다. 제조된 실록산 공중합체(A-2)의 산해리 상수는 7.6으로 확인되었다.
[합성예 3] 실록산 공중합체(A-3)의 제조
환류 냉각장치가 갖추어진 반응기에 페닐트리메톡시실란 23.6 중량부, 메틸트리메톡시실란 7.8 중량부, 디페닐디메톡시실란 68.6 중량부를 투입하고 이들 전체 중량에 대하여 순수 11 중량부와 프로필렌글리콜모노메틸에테르아세테이트(PGMEA) 30 중량부를 투입한 다음 0.5 중량부의 황산 촉매 하에서 4시간 동안 격렬히 환류 교반하였다. 이후 냉각한 다음 PGMEA로 희석하여 고형분 함량이 40 중량%가 되게 하고 GPC로 분석하였다. 그 결과, 폴리스티렌 환산 중량평균분자량이 500 내지 5,000Da인 실록산 공중합체(A-3)가 제조되었다. 제조된 실록산 공중합체(A-3)의 산해리 상수는 11.5로 확인되었다.
[합성예 4] 아크릴 공중합체(H)의 제조
냉각관 및 교반기가 갖추어진 플라스크에 용매로서 프로필렌글리콜모노메틸에테르아세테이트 200 중량부를 넣고 천천히 교반하면서 용매의 온도를 70 ℃로 상승시킨 후, 여기에 메타크릴산 17.7 중량부, 글리시딜메타크릴레이트 20.7 중량부, 스타이렌 20.4 중량부, 메틸메타아크릴레이트 29.4 중량부, 메타아크릴레이트 11.8 중량부를 첨가하고, 이어서 라디칼 중합성 개시제로서의 2,2'-아조비스(2,4-디메틸발레로니트릴) 3 중량부를 5시간에 걸쳐 적가하면서 중합반응을 수행하여 고형분 함량이 32 중량%인 아크릴 공중합체를 제조하였다. 제조한 아크릴 공중합체를 GPC로 분석 결과, 폴리스티렌 환산 중량평균분자량이 10,000 Da로 확인되었다.
[실시예 1] 감광성 수지 조성물의 제조
고형분 중량 기준으로, 합성예 1에서 합성한 실록산 공중합체(A-1) 26.6 중량부 및 합성예 2에서 합성한 실록산 공중합체(A-2) 73.4 중량부가 혼합된 혼합물 100 중량부를 기준으로, 화학식 1로 표시되는 구성단위를 포함하는 수지(B) 11.68 중량부, 광활성 화합물(C) 13.16 중량부, 에폭시 화합물(F) 29.83 중량부 및 계면활성제(G) 0.39 중량부를 균일하게 혼합하고, 고형분 함량이 17 중량%가 되도록 프로필렌글리콜모노메틸에테르아세테이트(PGMEA)(D-1)와 감마부티로락톤(GBL)(D-2)이 93:7의 중량비로 혼합된 용매(D)로 용해시켰다. 이후 1 내지 2 시간 동안 교반하고, 공경 0.2 ㎛의 멤브레인 필터로 여과하여 고형분 함량이 17 중량%인 감광성 수지 조성물을 제조하였다.
[실시예 2 내지 10] 감광성 수지 조성물의 제조
하기 표 1 및 2의 조성을 적용한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 감광성 수지 조성물을 제조하였다.
[비교예 1 내지 3] 감광성 수지 조성물의 제조
하기 표 1 및 2의 조성을 적용한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 감광성 수지 조성물을 제조하였다. 이때, 비교예 3은 고형분 중량 기준으로, 합성예 1에서 합성한 실록산 공중합체(A-1), 합성예 2에서 합성한 실록산 공중합체(A-2) 및 합성예 4에서 합성한 아크릴 공중합체(H)가 혼합된 혼합물 100 중량부를 기준으로 다른 성분들의 함량을 적용하였다.
구분 실록산 공중?F체(A) 화학식 1로 표시되는 구성단위를 포함하는 수지(B)
A-1
(pKa: 7.5)
A-2
(pKa: 7.6)
A-3
(pKa: 11.5)
B-1
(ZAR-2001H, Nippon Kayaku)
B-2
(ZFR-1491H, Nippon Kayaku)
실시예 1 26.60 73.40 - 11.68 -
실시예 2 26.60 73.40 - 27.09 -
실시예 3 26.60 73.40 - - 11.39
실시예 4 26.60 73.40 - - 26.42
실시예 5 26.60 73.40 - 12.54 -
실시예 6 26.60 73.40 - 3.50 -
실시예 7 26.60 73.40 - 5.84 -
실시예 8 26.60 73.40 - 3.32 -
실시예 9 30.79 69.21 - 10.28 -
실시예 10 10.75 17.90 71.34 9.97 -
비교예 1 26.60 73.40 - - -
비교예 2 26.60 73.40 - - -
비교예 3 10.78 44.85 - - -
구분 광활성 화합물(C) 용매(D) 광중합성 화합물(E) 에폭시
화합물(F)
계면활성제
(G)
아크릴
공중합체
(H)
퀴논디아지드
화합물
(TPA-517, 미원)
D-1
(PGMEA)
D-2
(GBL)
DPCA-120
(Nippon Kayaku)
GHP03HP
(미원)
FZ-2122
(다우코닝도레이)
실시예 1 13.16 93.00 7.00 - 29.83 0.39 -
실시예 2 15.27 93.00 7.00 - 29.83 0.45 -
실시예 3 13.16 93.00 7.00 - 29.83 0.41 -
실시예 4 15.27 93.00 7.00 - 29.83 0.48 -
실시예 5 14.14 93.00 7.00 - 29.83 0.44 -
실시예 6 13.16 93.00 7.00 4.16 29.83 0.41 -
실시예 7 13.16 93.00 7.00 5.42 29.83 0.41 -
실시예 8 12.47 93.00 7.00 3.87 29.83 0.39 -
실시예 9 11.58 93.00 7.00 2.20 - 0.36 -
실시예 10 11.24 93.00 7.00 - 25.46 0.35 -
비교예 1 11.57 93.00 7.00 - 29.83 0.36 -
비교예 2 13.16 93.00 7.00 - 29.83 0.41 -
비교예 3 9.89 93.00 7.00 7.74 25.51 0.31 44.38
[시험예 1] 감도 평가
실시예 및 비교예에서 각각 제조한 감광성 수지 조성물을 유리 기판 상에 스핀 코팅한 후. 110 ℃를 유지한 고온플레이트 위에서 90초 동안 예비경화하여 건조막을 형성하였다. 형성한 건조막에 1 내지 30 ㎛까지의 사각형 홀 크기가 있는 마스크를 적용한 후, 200 내지 450 nm의 파장을 내는 어라이너(aligner, 모델명 MA6)를 이용하여, 노광기준으로서 마스크와 기판 사이의 간격을 25 ㎛로 하고, 365 nm 기준으로 하여 0 내지 200 mJ/㎠이 되도록 일정시간 노광하였다. 다음, 2.38 중량% 테트라메틸암모늄하이드로옥사이드 수용성 현상액으로 23 ℃에서 퍼들 노즐을 통해 60초 동안 현상하였다. 그 다음, 현상이 이루어진 막에 200 내지 450 ㎚의 파장을 내는 어라이너(aligner, 모델명 MA6)를 이용하여, 365 ㎚ 기준으로 200 mJ/㎠이 되도록 일정시간 노광한 후(bleaching 공정), 250 ℃의 컨백션 오븐에서 30분 동안 가열하여 두께 2 ㎛의 경화막을 형성하였다.
상기 과정에서 마스크 크기 10 ㎛에 대해서 패터닝된 홀 패턴(hole pattern)의 CD(critical dimension: 선폭, 단위: ㎛)가 10 ㎛를 구현하는 노광에너지를 구하여 감도를 평가하였으며, 그 결과를 하기 표 3에 나타내었다.
감도(mJ/cm2) 수치는 작으면 작을수록 우수한 것으로 평가하며, 150 mJ/cm2 이하인 것이 바람직하다.
[시험예 2] 플렉시블 특성 평가
실시예 및 비교예에서 각각 제조한 감광성 수지 조성물을 폴리이미드 필름이 코팅된 유리 기판 상에 스핀 코팅한 후, 110 ℃를 유지한 고온플레이트 위에서 90초 동안 예비경화하여 건조막을 형성하였다. 형성한 건조막을 2.38 중량% 테트라메틸암모늄하이드로옥사이드 수용성 현상액으로 23 ℃에서 퍼들 노즐을 통해 60초 동안 현상하였다. 다음, 현상이 이루어진 막에 200 내지 450 ㎚의 파장을 내는 어라이너(aligner, 모델명 MA6)를 이용하여, 365 ㎚ 기준으로 200 mJ/㎠이 되도록 일정시간 노광한 후(bleaching 공정), 250 ℃의 컨백션 오븐에서 30분 동안 가열하여 두께 2 ㎛의 경화막을 형성하였다. 그 다음 경화막과 폴리이미드 필름을 유리 기판에서 분리하고, 폴딩 테스트 장비(모델명 foldy-10-1U)를 통해 다이나믹 폴딩 테스트를 진행하였다. 구체적으로, 곡률반경 1R에서 아웃폴딩 방향으로 200 K 폴딩 후 경화막 상의 크랙 여부를 확인하였으며, 크랙이 발생하지 않은 경우를 '○'로, 크랙이 발생한 경우를 '×'로 평가하여 하기 표 3 및 도 1에 나타내었다.
크랙이 발생하지 않을 경우 플렉시블(Flexibility) 특성이 우수한 것으로 평가한다.
[시험예 3] 잔막률 평가
실시예 및 비교예에서 각각 제조한 감광성 수지 조성물을 유리 기판에 스핀 코팅한 후, 110 ℃를 유지한 고온플레이트 위에서 90초 동안 예비경화하여 건조막을 형성하였다. 다음 2.38중량% 테트라메틸암모늄하이드로옥사이드 수용성 현상액으로 23 ℃에서 퍼들 노즐을 통해 60 초 동안 현상하였다. 그 다음, 현상이 이루어진 막에 200 내지 450 ㎚의 파장을 내는 어라이너(aligner, 모델명 MA6)를 이용하여, 365 ㎚ 기준으로 200 mJ/㎠이 되도록 일정시간 노광한 후(bleaching 공정), 250 ℃의 컨백션 오븐에서 30분 동안 가열하여(후경화) 두께 2 ㎛의 경화막을 형성하였다.
경화막의 형성과정에서 예비경화 후 얻어진 막의 두께와 후경화 후 얻어진 막의 두께를 막두께 평가장비(SNU Precision)로 측정하여 경화막의 잔막률을 하기 식에 따라 계산하였으며, 그 결과를 하기 표 3에 나타내었다.
[식]
잔막률(%) = (후경화 후 막의 두께 / 예비경화 후 막의 두께) × 100
잔막률(%) 수치는 클수록 우수한 것으로 평가하며, 80 % 이상인 것이 바람직하다.
구분 감도(mJ/cm2) 플렉시블 특성 잔막률(%)
실시예 1 95 91.6
실시예 2 100 80.8
실시예 3 90 90.1
실시예 4 100 81.2
실시예 5 80 90.1
실시예 6 55 90.6
실시예 7 60 95.3
실시예 8 75 95.4
실시예 9 55 80.4
실시예 10 250 78.8
비교예 1 70 × 95.5
비교예 2 50 × 85.5
비교예 3 80 × 84.9
상기 표 3 및 도 1을 참조하면, 화학식 1로 표시되는 구성단위를 포함하는 수지(B)가 도입된 실시예들의 감광성 수지 조성물로 경화막을 형성할 경우, 감도 및 잔막률과 더불어 플렉시블 특성이 우수한 것을 확인할 수 있었다. 이에 반해, 수지(B)가 도입되지 않은 비교예들의 감광성 수지 조성물로 경화막을 형성할 경우, 플렉시블 특성이 현저히 떨어지는 것을 확인할 수 있었다.

Claims (10)

  1. (A) 실록산 공중합체;
    (B) 하기 화학식 1로 표시되는 구성단위를 포함하는 수지;
    (C) 광활성 화합물; 및
    (D) 용매를 포함하는, 포지티브형 감광성 수지 조성물:
    [화학식 1]
    Figure pat00009

    상기 화학식 1에서,
    X는 치환 또는 비치환된 C1-6의 지방족 구조이고,
    Y1 및 Y2는 각각 독립적으로 치환 또는 비치환된 C1-6의 알킬렌기, 또는 치환 또는 비치환된 C4-10의 시클로알킬렌기이고,
    Z는 수소, 치환 또는 비치환된 C1-6의 알킬기, 또는 하기 화학식 1a로 표시되는 치환기이고,
    [화학식 1a]
    Figure pat00010

    상기 화학식 1a에서,
    Y3은 치환 또는 비치환된 C1-6의 알킬렌기, 또는 치환 또는 비치환된 C4-10의 시클로알킬렌기이고,
    R1은 수소, 또는 하기 화학식 1b로 표시되는 치환기이고,
    R2 내지 R4는 각각 독립적으로 수소, 치환 또는 비치환된 C1-10의 알킬기, 또는 치환 또는 비치환된 C6-15의 아릴기이고,
    [화학식 1b]
    Figure pat00011

    상기 화학식 1b에서,
    Y4는 치환 또는 비치환된 C1-6의 알킬렌기, 또는 치환 또는 비치환된 C4-10의 시클로알킬렌기이다.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 실록산 공중합체(A)는 디메틸술폭시드에서의 산해리 상수(pKa)가 11 이하인, 포지티브형 감광성 수지 조성물.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 실록산 공중합체(A)는 중량평균분자량이 3,000 내지 20,000인, 포지티브형 감광성 수지 조성물.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 실록산 공중합체(A)는 하기 화학식 2로 표시되는 2종 이상의 실란 화합물로부터 유도되는 구성단위를 포함하는, 포지티브형 감광성 수지 조성물:
    [화학식 2]
    (R5)pSi(OR6)4-p
    상기 화학식 2에서,
    p는 0 내지 3의 정수이고,
    R5는 각각 독립적으로 C1-12의 알킬기, C2-10의 알케닐기, C6-15의 아릴기, 3-12원의 헤테로알킬기, 4-10원의 헤테로알케닐기, 또는 6-15원의 헤테로아릴기이고,
    R6은 각각 독립적으로 수소, C1-5의 알킬기, C2-6의 아실기, 또는 C6-15의 아릴기이며,
    상기 헤테로알킬기, 헤테로알케닐기 및 헤테로아릴기는 각각 독립적으로 N, O 및 S로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상의 헤테로원자를 갖는다.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 실록산 공중합체(A)는 상기 화학식 2에서 p가 2인 실란 화합물로부터 유도되는 구성단위를 Si 원자 몰수 기준으로 0.15 내지 0.50 몰%로 포함하는, 포지티브형 감광성 수지 조성물.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 감광성 수지 조성물이 고형분을 기준으로 상기 실록산 공중합체(A) 100 중량부에 대하여 상기 수지(B)를 2 내지 40 중량부로 포함하는, 포지티브형 감광성 수지 조성물.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 화학식 1에서,
    X는 치환 또는 비치환된 C1-6의 알킬렌기이고,
    Y1 및 Y2는 각각 독립적으로 C1-3의 알킬렌기이며,
    Z는 상기 화학식 1a로 표시되는 치환기로서, Y3은 C1-3의 알킬렌기이고, R1은 Y4가 C4-7의 시클로알킬렌기인 상기 화학식 1b로 표시되는 치환기이며, R2 내지 R4는 모두 수소인, 포지티브형 감광성 수지 조성물.
  8. 제 1 항에 있어서,
    (E) 이중결합을 포함하는 광중합성 화합물; 및 (F) 에폭시 화합물 중 1종 이상을 더 포함하는, 포지티브형 감광성 수지 조성물.
  9. 제 8 항에 있어서,
    포지티브형 감광성 수지 조성물 전체 중량을 기준으로,
    상기 실록산 공중합체(A) 15 내지 35 중량%;
    상기 수지(B) 0.1 내지 15 중량%;
    상기 광활성 화합물(C) 0.1 내지 20 중량%;
    상기 광중합성 화합물(E) 0.1 내지 10 중량%;
    상기 에폭시 화합물(F) 0.1 내지 20 중량%; 및
    상기 용매(D) 잔부량을 포함하는, 포지티브형 감광성 수지 조성물.
  10. 제 1 항의 포지티브형 감광성 수지 조성물로부터 제조된 경화막.
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