KR20040047735A - 감광성 수지 조성물 - Google Patents

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KR20040047735A
KR20040047735A KR10-2003-7008022A KR20037008022A KR20040047735A KR 20040047735 A KR20040047735 A KR 20040047735A KR 20037008022 A KR20037008022 A KR 20037008022A KR 20040047735 A KR20040047735 A KR 20040047735A
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Abstract

알킬(메트)아크릴레이트와 (메트)아크릴산의 공중합체와 같은 알칼리 가용성 아크릴계 수지 및 퀴논디아지드기를 갖는 감광제, 다음 화학식 I의 다환 페놀성 화합물 및 필요에 따라 사용되는 에폭시기를 갖는 경화제를 함유하며 반도체 또는 플랫 패널 디스플레이에 적용되는 고내열성, 고절연성, 고해상성, 고투명성을 갖는 평탄화막 또는 층간 절연막 형성용 감광성 수지 조성물 및 이를 사용하는 박막 패턴 형성방법.
화학식 I
상기 화학식에서,
R1, R2, R3, R4, R5, R6및 R7은 각각 독립적으로 H, C1-C4의 알킬기 또는이고,
m 및 n은 각각 독립적으로 0 내지 2의 정수이고,
a, b, c, d, e, f, g 및 h는 a + b ≤5, c + d ≤5, e + f ≤5, g + h ≤5를만족시키는 0 내지 5의 정수이며,
i는 0 내지 2의 정수이다.

Description

감광성 수지 조성물{Photosensitive resin composition}
LSI 등의 반도체 집적회로나 액정 표시장치, 플라즈마 디스플레이 등의 FPD 표시면의 제조, 열 헤드 등의 회로기판의 제조 등을 위시한 폭넓은 분야에서 미세소자의 형성 또는 미세가공을 하기 위해 종래부터 포토리소그래피 기술이 이용되고 있다. 포토리소그래피 기술에서는 내식막 패턴을 형성하기 위해서 포지티브형 또는 네가티브형 감광성 수지 조성물이 사용된다. 최근 이들 감광성 수지 조성물의 신규한 용도로서 반도체 집적회로나 FPD 등의 평탄화막 또는 층간 절연막의 형성 기술이 주목받고 있다. 특히 FPD 표시면의 고정밀화에 대한 시장의 요구가 강해지고 있으며 이의 고정밀화를 달성하기 위해서는 투명성이 높고 절연성이 우수한 미세한 패턴을 갖는 평탄화막 또는 층간 절연막 등을 형성할 수 있는 포지티브형 감광성 수지 조성물이 필수적이라고 하고 있다. 이러한 용도에 사용되는 감광성 수지 조성물에는 절연성, 평탄막 형성성 이외에도 고내열성이 요구된다. 이러한 요구를 만족시키려고 종래부터 각종 연구가 이루어지고 있으며 예를 들면, 일본 공개특허공보 제(평)7-248629호, 제(평)8-262709호 등의 다수의 기술이 제시되어 있다. 그러나 이들 문헌에 기재된 조성물은 막의 투명성 향상을 위해 감광제를 분해시키는 전체면 노광(블리칭)공정 및 가열 처리[포스트 베이킹(post baking)]를 실시하는 것이 필요하다. 또한 알칼리 가용성 수지의 주쇄 중에 에폭시기 등의 가교성기를 함유하는 등에 따른 경시 안정성의 문제도 있으며 미세가공에 사용되고 있는 일반적인 포지티브형 내식막과 비교하여 조성물의 보존 환경에 특별한 주의가 필요하며 사용되는 재료도 특수한 재료를 사용하는 것이 요구된다. 또한, FPD 표시면의 제작공정에서의 포토리소그래피에서는 현상액을 반복하여 사용하는 리사이클 현상액이 사용된다. 이러한 리사이클 현상액 속에 TFT 제작용 포지티브형 내식막과 가교기 등을 함유하는 감광성 수지 조성물이 혼합되는 경우, 포지티브형 내식막과 당해 조성물 중에 함유되는 가교기 등이 반응하여 현상액에 불용인 석출물이 다량 발생한다는 문제가 있다.
한편, 일본 공개특허공보 제(평)4-352101호에는 「마이크로렌즈용 감방사선성 수지 조성물」로서 (A)알칼리 가용성 수지, 예를 들면, 노볼락 수지 또는 α,β-불포화 카복실산의 공중합체, 예를 들면, 아크릴산, 메타크릴산 등과 기타 래디컬 중합성 화합물, 예를 들면, 메틸메타크릴레이트, n-부틸메타크릴레이트 등의 메타크릴산알킬에스테르, 2-하이드록시에틸메타크릴레이트, 2-하이드록시프로필메타크릴레이트 등의 하이드록시알킬에스테르류와의 공중합체, (B)감방사선성 산 생성 화합물, 예를 들면, 2,3,4,4'-테트라하이드록시벤조페논, 4,4'-[1-[4-[1-(4-하이드록시페닐)-1-메틸에틸]페닐]에틸리덴]디페놀 등의 1,2-나프토퀴논디아지드-4-설폰산에스테르, 1,2-나프토퀴논디아지드-5-설폰산에스테르 등 및 (C)에폭시기를 분자내에 2개 이상 갖는 화합물을 함유하는 조성물이 기재되어 있다. 상기 발명은 감광성 수지 조성물을 사용하여 내식막 패턴을 형성한 다음, 가열 처리함으로써 내식막 패턴을 용융 유동시켜 마이크로렌즈를 형성하는 것으로 렌즈를 형성하기 위한 렌즈 형성 가능 온도가 120 내지 170℃인 취지의 기재는 있지만 220℃ 이상의 고내열성의 박막을 형성할 수 있는 것에 관해서는 기재되어 있지 않다.
상기와 같은 상황을 감안하여 본 발명의 목적은 알칼리 가용성 수지 및 감광제를 함유하는 감광성 수지 조성물에서 가교제를 사용하지 않아도 고온 베이킹 후의 막 표면의 평탄성의 유지가 양호하며 고해상도이고 양호한 광투과율을 갖는 양질인 박막을 형성할 수 있으며 절연성이면서 또한 경시 안정성이 양호한 감광성 수지 조성물을 제공하고, 또한 가교제를 사용하는 경우에도 상기한 특성을 갖는 동시에 경시 안정성도 가교제 무첨가의 것과 동일하게 양호한 감광성 수지 조성물을 제공하고, 또한, 이들 감광성 수지 조성물에 의해 형성된 반도체 디바이스 또는 FPD를 제공하며 또한 이들의 감광성 수지 조성물을 사용하여 고내열성 박막을 형성하는 방법을 제공하는 것이다.
본 발명은 감광성 수지 조성물, 보다 상세하게는 반도체 디바이스, 플랫 패널 디스플레이(FPD) 등의 제조, 특히 반도체 디바이스 및 FPD 등의 평탄화막 또는 층간 절연막의 형성에 적절한 감광성 수지 조성물, 이러한 감광성 수지 조성물에 의해 형성된 평탄화막 또는 층간 절연막을 갖는 반도체 디바이스 및 FPD 및 이러한 감광성 수지 조성물을 사용하여 내열성 박막을 형성하는 방법에 관한 것이다.
본 발명자들은 예의 연구, 검토를 한 결과, 알칼리 가용성 수지 및 퀴논디아지드기를 함유하는 감광제를 함유하는 감광성 수지 조성물에서 알칼리 가용성 수지로서 특정한 수지를 사용하며 추가로 특정한 페놀성 화합물을 함유시킴으로써 상기한 목적을 달성할 수 있는 즉, 경시 안정성이 양호하며 예를 들면, 220℃, 1시간의 고온의 가열 처리후에도 막 표면의 평탄성을 유지하여 양호한 광투과율 및 절연성을 나타내는 반도체 집적회로나 FPD 등의 평탄화막 또는 층간 절연막 등의 형성 재료로서 적합한 감광성 수지 조성물을 수득할 수 있다는 사실을 밝혀내고 본 발명을 완성했다.
즉, 본 발명은 알칼리 가용성 수지 및 퀴논디아지드기를 갖는 감광제를 함유하는 감광성 수지 조성물에 있어서, 알칼리 가용성 수지가 아크릴계 수지이고 또한 다음 화학식 I의 페놀성 화합물을 함유하는 것을 특징으로 하는 감광성 수지 조성물을 제공하는 것이다.
상기 화학식에서,
R1, R2, R3, R4, R5, R6및 R7은 각각 독립적으로 H, C1-C4의 알킬기 또는이고,
m 및 n은 각각 독립적으로 0 내지 2의 정수이고,
a, b, c, d, e, f, g 및 h는 a + b ≤5, c + d ≤5, e + f ≤5, g + h ≤5를 만족시키는 0 내지 5의 정수이며,
i는 0 내지 2의 정수이다.
또한, 본 발명은 추가로 에폭시기를 갖는 경화제를 함유하는 것을 특징으로 하는 감광성 수지 조성물을 제공하는 것이다.
또한, 본 발명은 감광성 수지 조성물에 의해 형성된 평탄화막 또는 층간 절연막을 갖는 FPD 또는 반도체 소자를 제공하는 것이다.
또한, 본 발명은 감광성 수지 조성물을 사용하여 패터닝을 실시한 다음, 감광성 수지 조성물 중에 에폭시기를 갖는 경화제가 함유되지 않은 경우에는 전체면 노광을 실시하지 않고 또한, 에폭시기를 갖는 경화제를 함유하는 경우에는 전체면 노광을 실시한 다음, 포스트 베이킹함으로써 내열성 박막을 형성하는 방법을 제공하는 것이다.
이하, 본 발명을 보다 상세하게 설명한다.
본 발명의 감광성 수지 조성물은 알칼리 가용성 수지와 퀴논디아지드기를 갖는 감광제를 함유하며 알칼리 가용성 수지가 아크릴계 수지이며, 추가로 상기 화학식 I의 페놀성 화합물을 함유하는 것이 필요하다.
본 발명의 감광성 수지 조성물에서 사용되는 알칼리 가용성의 아크릴계 수지로서는 (a)알칼리 가용성의 폴리아크릴산에스테르, (b)알칼리 가용성의 폴리메타크릴산에스테르 및 (c)1종류 이상의 아크릴산에스테르와 1종류 이상의 메타크릴산에스테르를 구성 단위로 함유하는 알칼리 가용성의 폴리(아크릴산에스테르·메타크릴산에스테르)를 들 수 있다. 이들 아크릴계 수지는 단독 또는 2종류 이상 병용할 수 있다. 또한, 이들 아크릴계 수지는 수지를 알칼리 가용성으로 하므로 유기산 단량체를 공중합 성분으로서 함유하는 것이 바람직하지만, 수지에 알칼리 가용성을 부여하는 공중합 단위가 유기산 단량체에 한정되는 것은 아니다.
이들 알칼리 가용성의 폴리아크릴산에스테르, 폴리메타크릴산에스테르, 폴리(아크릴산에스테르·메타크릴산에스테르)를 구성하는 단량체 성분으로서는 아크릴산에스테르, 메타크릴산에스테르, 유기산 단량체 및 기타 공중합성 단량체를 들 수 있다. 이들 중합체를 구성하는 단량체 성분으로서는 하기 예시의 아크릴산에스테르, 메타크릴산에스테르, 유기산 단량체가 바람직하다.
아크릴산에스테르:
메틸아크릴레이트, 에틸아크릴레이트, n-프로필아크릴레이트, n-부틸아크릴레이트, n-헥실아크릴레이트, 이소프로필아크릴레이트, 이소부틸아크릴레이트, t-부틸아크릴레이트, 사이클로헥실아크릴레이트, 벤질아크릴레이트, 2-클로로에틸아크릴레이트, 메틸-α-클로로아크릴레이트, 페닐-α-브로모아크릴레이트 등,
메타크릴산에스테르:
메틸메타크릴레이트, 에틸메타크릴레이트, n-프로필메타크릴레이트, n-부틸메타크릴레이트, n-헥실메타크릴레이트, 이소프로필메타크릴레이트, 이소부틸메타크릴레이트, t-부틸메타크릴레이트, 사이클로헥실메타크릴레이트, 벤질메타크릴레이트, 페닐메타크릴레이트, 1-페닐에틸메타크릴레이트, 2-페닐에틸메타크릴레이트, 푸르푸릴메타크릴레이트, 디페닐메틸메타크릴레이트, 펜타클로로페닐메타크릴레이트, 나프틸메타크릴레이트, 이소보로닐메타크릴레이트, 벤질메타크릴레이트, 하이드록시에틸메타크릴레이트, 하이드록시프로필메타크릴레이트 등,
유기산 단량체:
아크릴산, 메타크릴산, 크로톤산 등의 모노카복실산, 이타콘산, 말레산, 푸마르산, 시트라콘산, 메사콘 산 등의 디카복실산 및 이들 디카복실산의 무수물, 2-아크릴로일하이드로겐프탈레이트, 2-아크릴로일옥시프로필하이드로겐프탈레이트 등,
또한, 기타 공중합성 단량체로서는 말레산디에스테르, 푸마르산디에스테르, 스티렌 및 스티렌 유도체, 아크릴로니트릴, (메트)아크릴아미드, 아세트산비닐, 염화비닐, 염화비닐리덴 등을 들 수 있다. 이들 기타 공중합체는 필요에 따라 사용하면 양호하며 이의 양도 아크릴계 수지가 본 발명의 목적을 달성할 수 있는 범위내의 양으로 사용된다.
본 발명에 있어서 아크릴계 수지로서 바람직한 것은 알킬(메트)아크릴레이트 유래의 구성 단위와 (메트)아크릴산 유래의 구성 단위를 함유하는 공중합체이며, 보다 바람직하게는 (메트)아크릴산을 5 내지 30몰% 함유하는 것이다. 또한 본 발명의 아크릴계 수지의 바람직한 폴리스티렌 환산 중량 평균 분자량 범위는 20,000 내지 40,O00, 보다 바람직하게는 25,000 내지 30,000이다. 아크릴계 수지의 폴리스티렌 환산 중량 평균 분자량이 20,000 미만인 경우에는 수득된 막의 내열성이 떨어지는 경향을 볼 수 있다. 또한, 40,000을 초과하는 경우에는 해상도, 감도, 피막 형성성 등의 점에 문제가 생길 때가 있다.
또한, 본 발명의 감광성 수지 조성물에서 사용되는 퀴논디아지드기를 갖는 감광제는 퀴논디아지드기를 갖는 감광제이면 어떤 것도 양호하지만 1,2-나프토퀴논디아지드-5-설포닐클로라이드, 1,2-나프토퀴논디아지드-4-설포닐클로라이드와 같은 나프토퀴논디아지드설폰산 할라이드나 1,2-벤조퀴논디아지드-5-설포닐클로라이드, 1,2-벤조퀴논디아지드-4-설포닐클로라이드와 같은 벤조퀴논디아지드설폰할라이드 및 이러한 산 할라이드와 축합 반응할 수 있는 관능기를 갖는 저분자 화합물 또는 고분자 화합물을 반응시킴으로써 수득되는 것이 바람직하다. 여기서 산 할라이드와 축합할 수 있는 관능기로서는 수산기, 아미노기 등을 들 수 있으며 특히 수산기가 적절하다. 수산기를 함유하는 저분자 화합물로서는 상기 화학식 I의 페놀성 화합물을 들 수 있다. 상기 화학식 I의 수산기 함유 화합물을 사용하지 않는 경우, 수득된 에스테르의 감광성 수지 조성물에 대한 용해성에 문제가 생기는 경우가 있다. 이들 퀴논디아지드기를 갖는 감광제는 본 발명에서는 감광성 수지 조성물 중의 수지 성분 100중량부에 대해 통상적으로 1 내지 30중량부의 양으로 사용된다.
또한, 본 발명의 감광성 수지 조성물에는 추가로 상기 화학식 I의 페놀성 화합물이 함유된다. 상기 화학식 I의 페놀성 수산기를 갖는 저분자 화합물은 본 발명의 감광성 수지 조성물에서는 저분자 화합물을 위해 통상적으로 노출부의 용해 촉진제로서 용해 속도를 조정하기 위해, 또는 감광성 수지 조성물의 감도 조정을 위해 적절하게 사용된다. 이들 용해 속도 또는 감도의 조절은 페놀성 화합물의 첨가량을 증감시킴으로써 어떤 범위내에서 실시할 수 있다. 이들 페놀성 화합물의 첨가량은 사용되는 수지의 종류나 분자량에 따라 적절한 양을 선택하면 양호하다. 또한 미노출부에 관해서는 이들 페놀성 화합물을 사용함으로써 페놀성 화합물이 현상할 때에 감광제와 아조 커플링 반응을 일으켜 용해 억지되는 수지 성분중에 저분자 화합물의 용해 억지 성분을 함유하는 것으로 되며 노출부와 미노출부의 용해 속도의 차, 즉 콘트라스트를 크게 할 수 있으며 해상도를 향상시킬 수 있다.
상기 화학식 I의 페놀성 수산기를 갖는 저분자 화합물로서는 o-크레졸, m-크레졸, p-크레졸, 2,4-크실렌올, 2,5-크실렌올, 2,6-크실렌올, 비스페놀A, B, C, E, F 및 G, 4,4',4"-메틸리딘트리스페놀, 2,6-비스[(2-하이드록시-5-메틸페닐)메틸]-4-메틸페놀, 4,4'-[1-[4-[1-(4-하이드록시페닐)-1-메틸에틸]페닐]에틸리덴]비스페놀, 4,4'-[1-[4-[2-(4-하이드록시페닐)-2-프로필]페닐]에틸리덴]비스페놀, 4,4',4"-에틸리딘트리스페놀, 4-[비스(4-하이드록시페닐)메틸]-2-에톡시페놀, 4,4'-[(2-하이드록시페닐)메틸렌]비스[2,3-디메틸페놀], 4,4'-[(3-하이드록시페닐)메틸렌]비스[2,6-디메틸페놀], 4,4'-[(4-하이드록시페닐)메틸렌]비스[2,6-디메틸페놀], 2,2'-[(2-하이드록시페닐)메틸렌]비스[3,5-디메틸페놀], 2,2'-[(4-하이드록시페닐)메틸렌]비스[3,5-디메틸페놀], 4,4'-[(3,4-디하이드록시페닐)메틸렌]비스[2,3,6-트리메틸페놀], 4-[비스(3-사이클로헥실-4-하이드록시-6-메틸페닐)메틸]-1,2-벤젠디올, 4,6-비스[(3,5-디메틸-4-하이드록시페닐)메틸]-1,2,3-벤젠트리올, 4,4'-[(2-하이드록시페닐)메틸렌]비스[3-메틸페놀], 4,4',4"-(3-메틸-1-프로판일-3-일리딘)트리스페놀, 4,4',4",4"'-(1,4-페닐렌디메틸리딘)테트라키스페놀, 2,4,6-트리스「(3,5-디메틸-4-하이드록시페닐)메틸]-1,3-벤젠디올, 2,4,6-트리스[(3,5-디메틸-2-하이드록시페닐)메틸]-1.3-벤젠디올, 4,4'-[1-[4-[1-[4-하이드록시-3,5-비스[(하이드록시-3-메틸페닐)메틸]페닐]-1-메틸에틸]페닐]에틸리덴]비스[2,6-비스(하이드록시-3-메틸페닐)메틸]페놀 등을 들 수 있다. 또한, 바람직한 화합물로서 4,4',4"-메틸리딘트리스페놀, 2,6-비스[(2-하이드록시-5-메틸페닐)메틸]-4-메틸페놀, 4,4'-[1-[4-[1-(4-하이드록시페닐)-1-메틸에틸]페닐]에틸리덴]비스페놀, 4,4'-[1-[4-[2-(4-하이드록시페닐)-2-프로필]페닐]에틸리덴]비스페놀, 4,4',4"-에틸리딘트리스페놀 등을 들 수 있다.
이들 페놀성 수산기를 갖는 저분자 화합물 중에서도 특히 다음 화학식 II 또는 (III)의 화합물이 바람직하다.
이들 페놀성 수산기를 갖는 저분자 화합물은 알칼리 가용성 수지 100중량부에 대해 1 내지 20중량부의 양으로 사용된다.
또한, 본 발명의 감광성 수지 조성물에는 에폭시기를 갖는 경화제를 함유시킬 수 있다. 이러한 에폭시기를 갖는 경화제로서는 예를 들면, 비스페놀A형 에폭시 수지, 비스페놀F형 에폭시 수지, 페놀노볼락형 에폭시 수지, 크레졸노볼락형 에폭시 수지, 환상 지방족계 에폭시 수지, 글리시딜에스테르계 에폭시 수지, 글리시딜아민계 에폭시 수지, 복소환식 에폭시 수지 등의 고분자계 에폭시 수지를 들 수 있다. 또한, 고분자계 에폭시 수지 뿐만 아니라 본 발명에서는 경화제로서 저분자계의 에폭시 화합물인 비스페놀A 또는 비스페놀F의 디글리시딜에틸 등을 사용할 수 있다. 바람직한 경화제는 3관능성의 에폭시 수지이며 구체적으로는 미쓰이가가쿠사제의 테크모아 VG3101, VG3101L 등을 들 수 있다.
본 발명의 알칼리 가용성 수지, 감광제, 페놀성 수산기를 갖는 화합물 또는 수지, 에폭시기를 갖는 경화제를 용해시키는 용제로서는 에틸렌글리콜모노메틸에테르, 에틸렌글리콜모노에틸에테르 등의 에틸렌글리콜모노알킬에테르류, 에틸렌글리콜모노메틸에테르아세테이트, 에틸렌글리콜모노에틸에테르아세테이트 등의 에틸렌글리콜모노알킬에테르아세테이트류, 프로필렌글리콜모노메틸에테르, 프로필렌글리콜모노에틸에테르 등의 프로필렌글리콜모노알킬에테르류, 프로필렌글리콜모노메틸에테르아세테이트, 프로필렌글리콜모노에틸에테르아세테이트 등의 프로필렌글리콜모노알킬에테르아세테이트류, 락트산메틸, 락트산에틸 등의 락트산에스테르류, 톨루엔, 크실렌 등의 방향족 탄화수소류, 메틸에틸케톤, 2-헵타논, 사이클로헥사논 등의 케톤류, N,N-디메틸아세트아미드, N-메틸피롤리돈 등의 아미드류, γ-부티로락톤 등의 락톤류 등을 들 수 있다. 이들 용제는 단독 또는 2종류 이상을 혼합하여 사용할 수 있다.
또한, 본 발명의 감광성 수지 조성물에는 필요에 따라 접착 조제 및 계면활성제 등을 배합할 수 있다. 접착 조제의 예로서는 알킬이미다졸린, 부티르산, 알킬산, 폴리하이드록시스티렌, 폴리비닐메틸에테르, t-부틸노볼락, 에폭시실란, 에폭시 중합체, 실란 등, 계면활성제의 예로서는 비이온계 계면활성제, 예를 들면, 폴리글리콜류와 이의 유도체, 즉 폴리프로필렌글리콜 또는 폴리옥시에틸렌라우릴에테르 ,불소 함유 계면활성제, 예를 들면, 플로라이드(상품명, 스미토모3M사제), 메가팍(상품명, 다이니혼잉크가가쿠고교사제), 설프론(상품명, 아사히가라스사제), 또는 유기 실록산 계면활성제, 예를 들면, KP341(상품명, 신에쓰케미컬사제)가 있다.
본 발명의 감광성 수지 조성물은 상기와 같은 성분을 소정량 용제에 용해하여 조정된다. 이때, 각 성분은 미리 각각 개별로 용제에 용해하며 사용 직전에 각 성분을 소정의 비율로 혼합하여 제조할 수 있다. 통상적으로 감광성 수지 조성물의 용액은 0.2㎛의 필터 등을 사용하여 여과된 후, 사용에 제공된다.
본 발명의 감광성 수지 조성물은 다음과 같은 방법에 따라 고절연성, 고투명성, 고내열성 박막으로 된다. 그리고 이러한 박막은 평탄화막 또는 층간 절연막 등으로서 적절하게 이용할 수 있다. 즉, 우선 본 발명의 감광성 수지 조성물의 용액을 필요에 따라 회로 패턴 또는 반도체 소자 등이 형성된 기판 위에 도포하며 프리베이킹을 실시하여 감광성 수지 조성물의 도포막을 형성한다. 이어서 소정의 마스크를 개재시켜 패턴 노출을 실시한 다음, 알칼리 현상액을 사용하여 현상 처리하며 필요에 따라 린스 처리를 실시하여 감광성 수지 조성물의 박막 포지티브 패턴을 형성한다. 이와 같이 형성된 박막 포지티브 패턴은 감광성 수지 조성물이 에폭시기를 갖는 경화제를 함유하지 않는 경우, 포스트 베이킹 처리되며 반도체 소자나 액정 표시장치, 플라즈마 디스플레이 등의 FPD의 평탄화막 또는 층간 절연막 등으로서 이용된다. 또한 감광성 수지 조성물이 에폭시기를 갖는 경화제를 함유하는 경우에는 패턴을 전체면 노광한 다음, 포스트 베이킹하며 이에 따라 보다 내열온도가 높은 박막을 형성할 수 있다. 이때에 전체면 노광에 의해 감광제가 분해하여 산이 형성되어 에폭시기를 갖는 경화제의 경화가 촉진되며 또한 가열에 의해 보다 경화가 촉진되며 보다 고내열성의 피막이 형성된다고 생각한다.
상기 박막의 형성에서 감광성 수지 조성물 용액의 도포방법으로서는 스핀 피복법, 롤 피복법, 란드 피복법, 스프레이법, 유연 도포법, 침지 도포법 등의 임의의 방법을 사용할 수 있다. 또한, 노출에 사용되는 방사선으로서는 예를 들면, g선, i선 등의 자외선, KrF 엑시머 레이저 또는 ArF 엑시머 레이저광 등의 원자외선, X선, 전자선 등을 들 수 있다. 또한, 현상법으로서는 패들 현상법, 침지 현상법, 요동 침지 현상법 등의 종래의 광내식막의 현상법으로 사용되고 있는 방법에 따르면 양호하다. 또한 현상제로서 수산화나트륨, 수산화칼륨, 탄산나트륨, 규산나트륨 등의 무기 알칼리, 암모니아, 에틸아민, 프로필아민, 디에틸아민, 디에틸아미노에탄올, 트리에틸아민 등의 유기 아민, 테트라메틸암모늄하이드록시드 등의 4급 아민 등을 들 수 있다. 평탄화막, 층간 절연막 등의 형성에서는 금속이온을 함유하지 않는 유기 아민이 바람직하다.
또한, 전체면 노광에 사용되는 방사선은 패터닝에 사용되는 방사선과 동일한 것일 수 있으며 상이한 것이라도 양호하다. 전체면 노광시의 노출량은 예를 들면, g·h·i선 혼합광으로 60OmJ/cm2이상으로 실시할 수 있다. 또한 포스트 베이킹은 통상적으로 150 내지 300℃ 정도의 온도, 보다 바람직하게는 200 내지 250℃ 온도에서 실시된다.
이하, 본 발명을 실시예에 따라 구체적으로 설명하지만 본 발명의 양태가 이들 실시예로 한정되는 것이 아니다.
실시예 1
<감광성 수지 조성물의 제조>
중량 평균 분자량이 폴리스티렌 환산으로 25,000의 폴리(메틸메타크릴레이트-2-하이드록시프로필메타크릴레이트-메타크릴산[메타크릴산 함유율 15mol%] 100중량부, 상기 화학식 II의 화합물과 1,2-나프토퀴논디아지드-5-설포닐클로라이드의 에스테르화물 17중량부, 추가로 화학식 II의 페놀성 화합물 10중량부를 프로필렌글리콜모노메틸에테르아세테이트에 용해하며 회전 도포시에 내식막 위에 생기는 방사선상의 주름, 소위 스트리에이션을 방지하기 위해, 또한 불소계 계면활성제, 메가팍 R-08(다이니혼잉크가가쿠고교사제)를 300ppm 첨가하여 교반한 다음, 0.2㎛의 필터로 여과하여 감광성 수지 조성물을 제조한다.
<한계 해상도의 측정 및 박막 패턴의 형성>
이러한 조성물을 4인치 실리콘 웨이퍼 위에 회전 도포하고 1OO℃, 90초 동안 핫 플레이트에서 베이킹한 다음, 3.0㎛ 두께의 내식막을 수득한다. 이러한 내식막에 캐논사제 g+h+i선 마스크 얼라이너(PLA-501F)로써 각종 홀 직경의 콘택트 홀의 테스트 패턴을 최적 노출량으로 노출하고 O.4중량% 수산화테트라메틸암모늄 수용액으로 23℃, 60초 동안 현상하는 것으로 콘택트 홀 패턴을 형성한다. 이러한 패턴의 홀 직경을 주사형 전자현미경으로 관찰하여 한계 해상도를 측정한다. 또한, 패턴이 형성된 4인치 실리콘 웨이퍼를 오븐 속에서 220℃, 60분 동안 가열하는 것으로 포스트 베이킹 처리한다.
<내열성의 평가>
220℃, 60분 동안의 포스트 베이킹 처리 전후에 5㎛의 콘택트 홀의 형상 변화를 주사형 전자현미경으로 관찰을 실시하며 고온 가열에 의해 패턴의 플로우가 관찰되지 않는 것에 관해서는 ○, 관찰된 것에 관해서는 ×로 한다. 결과를 표 1에 기재한다.
<투과율의 평가>
4인치 실리콘 웨이퍼 대신에 석영 유리 기판을 사용하는 이외에는 상기와 동일한 조작을 실시하는 것으로 도포막을 수득한 다음, 220℃, 60분 동안의 가열 처리를 실시하여 박막 패턴을 갖는 유리 기판을 수득한다. 그리고 자외선-가시광선 분광 광도계 CARY4E(바리안사제)를 사용하여 이러한 박막 패턴을 갖는 유리 기판의 400nm의 투과율을 측정하며 투과율이 85% 이상이면 ○, 85% 미만이면 ×라는 기준으로 평가한다. 결과를 표 1에 기재한다.
실시예 2
상기 화학식 II의 화합물과 1,2-나프토퀴논디아지드-5-설포닐클로라이드의 에스테르화물 대신에 화학식(III)의 화합물과 1,2-나프토퀴논디아지드-5-설포닐클로라이드의 에스테르화물을 사용하며 화학식 II의 페놀성 화합물 10중량부 대신에 화학식(III)의 페놀성 화합물을 10중량부 사용하는 이외에는 실시예 1과 동일하게 실시하여 표 1의 결과를 수득한다.
실시예 3
<감광성 수지 조성물의 제조>
중량 평균 분자량이 폴리스티렌 환산으로 25,000의 폴리(메틸메타크릴레이트-2-하이드록시프로필메타크릴레이트-메타크릴산)[메타크릴산 함유율 15mol%] 100중량부, 상기 화학식 II의 화합물의 1,2-나프토퀴논디아지드-5-설포닐클로라이드의 에스테르화물 26중량부, 화학식 II의 페놀성 화합물 10중량부 및 비스페놀A형 에폭시 수지 에피코트 828(유카쉘에폭시사제) 2.5중량부를 프로필렌글리콜모노메틸에테르아세테이트에 용해하며 회전 도포시에 내식막 위에 생기는 방사선상의 주름, 소위 스트리에이션을 방지하기 위해, 또한 불소계 계면활성제, 메가팍 R-08(다이니혼잉크가가쿠고교사제)를 300ppm 첨가하여 교반한 다음, 0.2㎛의 필터로 여과하여 감광성 수지 조성물을 제조한다.
<한계 해상도의 측정 및 박막 패턴의 형성>
이러한 조성물을 4인치 실리콘 웨이퍼 위에 회전 도포하고, 1OO℃, 90초 동안 핫 플레이트에서 베이킹한 다음, 3.0㎛ 두께의 내식막을 수득한다. 이 내식막에 캐논사제 g + h + i선 마스크 얼라이너(PLA-501F)로써 각종 홀 직경의 콘택트 홀의 테스트 패턴을 최적 노출량으로 노출하고 0.4중량% 수산화테트라메틸암모늄 수용액으로 23℃, 60초 동안 현상하는 것으로 콘택트 홀 패턴을 형성한다. 이러한 패턴의 홀 직경을 주사형 전자현미경으로 관찰하여 한계 해상도를 측정한다. 이어서 이러한 패턴이 형성된 4인치 실리콘 웨이퍼를 상기 얼라이너로써 전체면 노광한 다음, 오븐 속에서 220℃, 60분 동안 가열하는 것으로 포스트 베이킹 처리한다.
<내열성 및 투과율의 평가>
실시예 1과 동일하게 하여 내열성 및 투과율의 평가를 실시하며 표 1의 결과를 수득한다.
<내용제성의 평가>
수득된 조성물을 4인치 실리콘 웨이퍼 위에 회전 도포하고 100℃, 90초 동안 핫 플레이트에서 베이킹한 다음, 3.0㎛ 두께의 내식막을 수득한다. 다음에 0.4중량% 수산화테트라메틸암모늄 수용액으로 23℃, 50초 동안 현상 처리한다. 다시 캐논사제 일괄 노출장치 PLA-501F에서 600mJ/cm2로 노출한 다음, 진공 건조 오븐중에서 220℃, 1시간 동안 가열을 실시하는 것으로 내용제성의 평가용 기판을 제작한다. 이러한 평가용 기판을 N-메틸-2-피롤리돈 중에 실온하(23℃)에 5분 동안 침지하며 침지전과 침지후의 막 두께를 측정하며 이의 감소량(A)에 의해 내용제성의 평가를 실시한다. 결과를 표 1에 기재한다.
실시예 4
에피코트 828을 2.5중량부 대신 테크모아 VG3101L(미쓰이가가쿠사제)를 4중량부 사용한다는 점을 제외하고는 실시예 3과 동일하게 실시하여 표 1의 결과를 수득한다.
비교 실시예 1
페놀성 화합물을 첨가하지 않는다는 점을 제외하고는 실시예 1과 동일하게 실시하여 표 1의 결과를 수득한다.
비교 실시예 2
상기 화학식 II의 페놀성 화합물 대신 페놀노볼락 수지(중량 평균 분자량이 폴리스티렌 환산으로 15,000)를 사용한다는 점을 제외하고는 실시예 1과 동일하게 실시하여 표 1의 결과를 수득한다.
비교 실시예 3
상기 화학식 II의 페놀성 화합물을 첨가하지 않는다는 점을 제외하고는 실시예 3과 동일하게 실시하여 표 1의 결과를 수득한다. 또한, 표 1에 기재된 바와 같이 비교 실시예 3의 박막 패턴은 잔막율, 내열성, 투과율에서는 양호한 결과가 수득되지만 현상후에 패턴 위에 불용물(현상 잔사)이 관찰되며 실용상 충분한 성능은 수득되지 않는다.
잔막율(%) 내열성 투과율 한계 해상도(㎛) 내용제성
실시예 1 82.0 Ｏ Ｏ 4 -
실시예 2 81.0 Ｏ Ｏ 4 -
실시예 3 99.0 Ｏ Ｏ 4 3000
실시예 4 99.0 Ｏ Ｏ 4 300
비교 실시예 1 71.1 Ｏ Ｏ 6 -
비교 실시예 2 95.0 Ｘ Ｘ 8 -
비교 실시예 3 99.0 Ｏ Ｏ 6 -
상기 각 실시예에서 수득된 내열성 박막의 절연성은 반도체 소자, FPD의 평탄화막 및 층간 절연막으로서 사용하는 데에 충분한 것이다.
또한, 상기한 각 실시예 및 비교 실시예의 감광성 수지 조성물을 실온에서 3개월 동안 보관한 다음, 각 실시예 및 비교 실시예와 동일한 시험을 실시한 바, 수득된 결과는 각각의 실시예 또는 비교 실시예의 결과와 동일하다.
이상의 점으로부터 본 발명의 감광성 수지 조성물은 가교제를 사용하지 않아도 고온에서 포스트 베이킹한 후에 막 표면의 평탄성을 유지할 수 있는 즉, 고내열성인 동시에 고해상도, 양호한 광투과율, 고절연성을 갖는 양질인 박막을 형성할 수 있으며 또한 경시 안정성도 양호한 것을 알 수 있다. 또한, 실시예 3 및 4의 결과에서 에폭시기를 갖는 경화제를 사용함으로써 다시 내열성, 내용제성이 양호해지며 특히 3관능성의 에폭시 수지를 경화제로서 사용할 때에 내용제성이 매우 우수하며 또한 경시 안정성도 양호한 감광성 수지 조성물을 수득할 수 있다는 사실을 알았다.
발명의 효과
이상, 기재된 바와 같이 본 발명의 감광성 수지 조성물은 고내열성, 고절연성, 고해상도, 양호한 내용제성, 포스트 베이킹한 후에 투명성이 양호한 동시에 경시 안정성도 우수하며 따라서 이들 제반 특성이 요구되는 반도체 디바이스 또는 FPD 등의 평탄화막이나 층간 절연막 등의 형성 재료로서 특히 적절하게 사용할 수 있다.
본 발명의 감광성 수지 조성물은 반도체 디바이스, 플랫 패널 디스플레이(FPD) 등의 제조, 특히 반도체 디바이스 및 FPD 등의 평탄화막 또는 층간 절연막의 형성에 적절하게 사용된다.

Claims (12)

  1. 알칼리 가용성 수지 및 퀴논디아지드기를 갖는 감광제를 함유하는 감광성 수지 조성물에 있어서, 알칼리 가용성 수지가 아크릴계 수지이며, 또한 다음 화학식 I의 페놀성 화합물을 함유하는 것을 특징으로 하는 감광성 수지 조성물.
    화학식 I
    상기 화학식에서,
    R1, R2, R3, R4, R5, R6및 R7은 각각 독립적으로 H, C1-C4의 알킬기 또는이고,
    m 및 n은 각각 독립적으로 0 내지 2의 정수이고,
    a, b, c, d, e, f, g 및 h는 a + b ≤5, c + d ≤5, e + f ≤5, g + h ≤5를 만족시키는 0 내지 5의 정수이며,
    i는 0 내지 2의 정수이다.
  2. 제1항에 있어서, 아크릴계 수지가 알킬(메트)아크릴레이트 유래의 구성 단위와 (메트)아크릴산 유래의 구성 단위를 함유하고 있음을 특징으로 하는 감광성 수지 조성물.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 아크릴계 수지가 (메트)아크릴산 유래의 구성 단위를 5 내지 30몰% 함유하고 있음을 특징으로 하는 감광성 수지 조성물.
  4. 제1항 내지 제3항 중의 어느 한 항에 있어서, 퀴논디아지드기를 갖는 감광제가 화학식 I의 화합물과 나프토퀴논디아지드 화합물과의 반응 생성물인 것을 특징으로 하는 감광성 수지 조성물.
  5. 제1항 내지 제4항 중의 어느 한 항에 있어서, 화학식 I의 페놀성 화합물이 다음 화학식 II의 화합물인 것을 특징으로 하는 감광성 수지 조성물.
    화학식 II
  6. 제1항 내지 제5항 중의 어느 한 항에 있어서, 아크릴계 수지의 폴리스티렌 환산 평균 분자량이 20,000 내지 40,000인 것을 특징으로 하는 감광성 수지 조성물.
  7. 제1항 내지 제6항 중의 어느 한 항에 있어서, 에폭시기를 갖는 경화제를 함유하는 것을 특징으로 하는 감광성 수지 조성물.
  8. 제7항에 있어서, 에폭시기를 갖는 경화제가 3관능성의 에폭시 수지인 것을 특징으로 하는 감광성 수지 조성물.
  9. 제1항 내지 제8항 중의 어느 한 항에 따르는 감광성 수지 조성물에 의해 형성된 평탄화막 또는 층간 절연막을 갖는 플랫 패널 디스플레이(flat panel display).
  10. 제1항 내지 제8항 중의 어느 한 항에 따르는 감광성 수지 조성물에 의해 형성된 평탄화막 또는 층간 절연막을 갖는 반도체 디바이스.
  11. 제1항 내지 제6항 중의 어느 한 항에 따르는 감광성 수지 조성물을 사용하여 패터닝한 다음, 전체면 노광을 실시하지 않고 포스트 베이킹(post baking)함을 특징으로 하는, 내열성 박막의 형성방법.
  12. 제7항 또는 제8항에 따르는 감광성 수지 조성물을 사용하여 패터닝한 후, 전체면 노광을 실시하고, 이어서 포스트 베이킹을 실시하는 것을 특징으로 하는, 내열성 박막의 형성방법.
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