fine pattern...

"본 문서는 코오롱인더스트리의 영업비밀 등이 포함된 중요문서이므로 취급에 주의하여야 하고, 본사의 사전동의 없이 무단 유출, 전송 등기타의 방법으로 허가를 받지 않은 제3자에게 유출되었을 때에는 부정경쟁방지법, 형법, 민법 등 관련법규에 따라 엄한 법적 제재를당할 수가 있음을 고지합니다." [Confidential : Properties of KOLON Inds, Inc.]

CONFIDENTIAL

2011. 05. 20

코오롱중앙기술원

전자재료연구소

Fine Pattern PCB를 위한 감광성재료의 개발동향

Dry Film Photoresist (DFR)


목차

2

1 Introduction of PR

2 Negative PR - DFR

3 Positive PR

4 DFR 제조공정

5 DFR Roadmap

6 고해상 PR Design

7 TS Center


Introduction of PR (Photo Resist)

3

Coating / Lamination

-> Drying

Development

: Image Patterning

Exposure

: Image Transfe

Etching

: Circuits Forming

Stripping

: Removing PR

Negative PR Positive PR

PR(Ink or DFR)

Substrate

Back Glass

Pre-baking

Post-baking

[PR 분류]

• Image Pattern Transfer

: Negative, Positive

• PR State

: Ink, Paste, Dry Film

"본 문서는 코오롱인더스트리의 영업비밀 등이 포함된 중요문서이므로 취급에 주의하여야 하고, 본사의 사전동의 없이 무단 유출, 전송 등기타의 방법으로 허가를 받지 않은 제3자에게 유출되었을 때에는 부정경쟁방지법, 형법, 민법 등 관련법규에 따라 엄한 법적 제재를당할 수가 있음을 고지합니다." [Confidential : Properties of KOLON Inds, Inc.] 4

Ink Type DFR Type

• Negative형 DFR (Dry Film Photoresist)로서 PCB(전자회로기판)의

회로형성용 감광성 재료로 많이 사용.

• 주용도는 PCB 및 Package 기판의 회로형성용이며, Lead Frame,

PDP ITO Etching용, PDP Sandblast용 등으로도 사용

• Negative형 LPI (Liquid Photoimageable Ink)로서 PCB 회로 중

Hole이 없는 내층회로 형성용 감광성 재료로 많이 사용

• 주용도는 PCB 및 Package 기판의 내층회로 형성재료로 사용

• Novolac Type의 Positive형 PR (Photoresist)로서 LCD, OLED,

COF용의 회로형성용 감광성 재료로 많이 사용

• 주용도는 LCD의 TFT 형성용이며, 그외 OLED, COF의 화상형성

재료로 사용

Rubyguard™

Accuimage®

Photomaster®

KOLON PR

베이스(Base) 필름 (PET)

커버(Cover) 필름 (PE)

포토레지스트층


Photomaster®Accuimage®

• Negative PR for PCB • Positive PR

Bank/ Well

Separator

Rubyguard®

PR 용도


해상도

세선밀착력

1/1 해상도 (Line/Space)2345678

Kolon

Step

(21)

91011121314

2345678

Kolon

Step

(21)

91011121314

exposure

Step Held

Aspect Ratio = T / S L : Line, S : Space

(Line / Space = 1 / 1 ) T : DFR Thickness

T

L S

PR Parameter


Negative PR - DFR

Base Film

Cover Film

Photoresist

Composition Function

Cover Film PE, PET, OPP

Binder Polymer막형성능, 현상/박리성, 밀착성,

내약품성, 텐팅성

Photo Initiator 광경화 속도, 감도, 광경화 Profile

Photonic Monomer

광경화성, 내약품성, 텐팅성

Additives 베이스 색, 발색, 공정 안정성

Base Film PET

Negative Type 감광성 재료: 전자회로기판제조에 많이 사용

[DFR 기능]

▶ 자외선에 의해 경화▶ 약 알칼리액에서 현상▶ 도금 및 에칭액에 대한 내성▶ 강 알칼리액에서 박리


Negative Type 감광성 재료: 전자회로기판제조에 많이 사용

Mask

Base Film

Photoresist

Substrate

Light (High Pressure Hg Lamp)


고분자결합제의구조 드라이필름의현상메카니즘

NaHCO3 ↔ Na+ + HCO3-

Na2CO3 ↔ Na+ + NaCO3-

NaCO3- + H2O ↔ NaHCO3 + OH-

HCO3- + H2O ↔ H2CO3 + OH-

DFR-COOH + OH- ↔ DFR-COO-Na+ + H2O

NaOH ↔ Na+ + OH-

DFR-COOH + OH- ↔ DFR-COO-Na+ + H2O

드라이필름의박리메카니즘

C C

R2

R1

H

O

O R4

아크릴산의 구조

R

COOH COOH

COOHOO

R

CH3

CH3

COOH

R

R

R

n

고분자결합제의역할

• 드라이 필름의 현상 Mechanism• 드라이 필름의 박리 Mechanism• 동밀착력• 드라이 필름의 추종성 및 텐팅성

고분자 결합제의 분자량: 40,000 ~ 100,000

고분자 결합제의 구조 및 역할


C C

H

H R1

O

O

(CH2CH2O)

O

R1 H

Hn

C C

H

H R1

(OCH2CH2)

O

O

CH3

CH3

C O (CH2CH2O) H

HR1

O

n m

n + m = ?

광중합성단량체의구조 광중합성단량체의광경화메카니즘

자외선

고분자결합제의역할

• 드라이 필름의 내약품성• 드라이 필름의 반응성• 드라이 필름의 텐팅성• 동밀착력

광중합성 단량체의 구조 및 역할


광중합개시제및첨가제들의구조 광중합개시제의광중합메카니즘

광중합개시제및첨가제들의역할

C

O R

S

O

O

OH

R

H

C

R1

R2

R3

광중합 개시제

발색제

안정제

• 드라이 필름의 반응성 (광중합 개시제)(반응성 = 스텝의 단수)

• 드라이 필름의 단면모양 결정 (광중합 개시제)• 노광 시 드라이 필름의 색상 결정 (발색제)• 공정안정제 (안정제)

개시

성장

정지

PI (Photo Initiator) 2 R

2 R + M R1

R1 R2M+

+ MRn Rn+1

+ RmRn Pn+m

Pn + Pm +Rn Rm+

M : 광중합성 모노머 Pn, Pm : 광중합성 모노머 중합체

PI : 광중합개시제 R• : 라디칼

광중합 개시제 및 첨가제들의 구조 및 역할


Positive PR

12

Composition Main Component

PAC Photoactive Compound

Resin Novolac Resin

Solvents PGMEA

Additives Leveling Agents etc.

Exposed Area (Novolac + Acid part)

Unexposed Area (Novolac+DNQ)

Pure

Novolac

Reaction Coordinate

hv

Dev

. Sp

eed

Fast

Slow

Posi-DFR(3um) L/S = 4/4um

Positive PR의 조성


O

N2

SO2R

OH

CH2

CH3

n

n

O

NN

OH

CH2

CH3

SO2R

PAC(DNQ or NDS) Novolac Resin Azo-coupling compound

+TMAHUnexposed Area

Exposed AreaO

N2

SO2R

C

O

SO2R

COOH

SO2R

hv

- N2

H2O

Indene carboxylic acidPAC(DNQ)Wolf

Rearrangement

현상 Mechanism


DFR 제조공정

14

감광제

Binder Polymer

Coating용매

용해 건조

LaminationWinding

MM

조액공정

Coating

Drying

Lamination

Winding

공급조

CoaterUnwinder 1 Unwinder 2Winder

Dry zone

Laminator

DFR 제조공정 - 코팅


감광제

Binder Polymer

Coating용매

용해 건조

LaminationMill Roll Stock

검사

Winding

Slitting 선별 포장 출고

Lamination

Winding

Unwinder 2Winder

Laminator

Mill Roll Stock

Slitting선별 및 포장출고

Slitter선별대출고장

최고품질

불량제로 고객만족

DFR 제조공정 – Slitting / 출하


DFR Roadmap

16

Year of Production 2009 2010 2011 2012 2013 2014 2015 2016 2020

Flash 1/2 Pitch(nm) (un-Contacted Poly)

DRAM 1/2 Pitch(nm) (Contacted)

MPU/ASIC Metal 1 (M1) ½ Pitch (nm)

MPU Printed Gate Length (GLpr) (nm)

MPU Physical Gate Length (nm)

38

52

54

47

29

32

45

45

41

27

28

40

38

35

24

25

36

32

31

22

23

32

27

28

20

20

28

24

25

18

18

25

21

22

17

15.9

22.5

18.9

19.8

15.3

10.0

14.2

11.9

12.5

10.7

DRAM Cell area (um2)

Flash Cell area (um2)

0.016

0.0057

0.012

0.0041

0.0064

0.0032

0.0051

0.0026

0.0041

0.0020

0.0032

0.0016

0.0026

0.0013

0.0020

0.0010

0.0008

0.0004

Line/Space(um)

Low Cost PBGA

Hand-Held PBGA

Mobile (SiP / PoP)

CPU, GPU, Game Processor

High End

LTCC

50/50

40/40

20/20

18/18

12/10

40/40

50/50

40/40

18/18

15/15

8/8

40/40

50/50

35/35

18/18

15/15

8/8

40/40

50/50

35/35

15/15

12/10

8/8

25/25

50/50

35/35

15/15

12/10

5/5

25/25

40/40

30/30

12/12

10/10

5/5

25/25

40/40

30/30

12/12

10/10

5/5

25/25

40/40

30/30

10/10

8/8

5/5

25/25

20/20

25/25

5/5

3/3

1/1

20/20

Source : ITRS (International Technology Roadmap for Semiconductor) 2009 Edition (2010 updated),

SIA(Semiconductor Industry Association)

Package Substrate Design Parameters for Semiconductors


Year of Production 2007 2008 2009 2010 2011 2012

IC Substrate

BGA/CSP Line / Space

PTH / Land

BOC Line / Space

PTH / Land

FCCSP Line / Space

PTH / Land

FCBGA Line / Space

PTH / Land

Micro Via/Land

35/35

100/220

40/40

100/225

30/30

100/220

18/18

180/330

60/95

30/30

100/200

35/35

100/225

25/25

100/200

14/14

150/300

55/85

25/25

100/180

35/35

100/200

25/25

100/180

12/12

120/220

50/70

25/25

75/150

30/30

75/200

20/20

75/150

10/10

100/200

45/60

20/20

75/150

30/30

75/200

20/20

75/150

8/8

75/175

40/50

20/20

75/150

25/25

75/180

20/20

75/150

6/6

50/150

35/45

Source : KPCA, 2008 Korea PCB Technology Roadmap

2010 2011 2012 2013 2014 2015

PackageEtching1) 10/10 8/8 8/8 7/7 8/8 7/7

Semi-Additive2) 6/6 6/6 5/5 5/5 4/4 4/4

DFR Thickness (um) 7 5 5 3 3 3

1) Thickness of DFR = 15um -> 10um

2) Thickness of DFR = 25um -> 15um

Line / Space Roadmap for Packaging

KOLON Roadmap for Packaging DFR


고해상 PR Design

18

Formulation Technologies

- BP, PI, Monomer/Oligomes

- Tg, Photospeed, Sidewall Profile, Thickness

Base Film (PET)

- Thickness, Haze, Particle Size

Exposure

- Light Source, Intensity, Artwork Quality, Off-Contact

- Type (Contact, Projection, LDI), …

Developing

- Break Point, Design, Balance of Top / Bottom, …

Precleaning, Lamination, …

PEB (Post Exposure Baking)

- Sensitivity, Adhesion, Resolution

Roughness of Substrate, …

- Reflection of UV

1

2

3

DFR

Equipments

Process /

Others

PR Resin

Base Film

Substrate

Mask Gap

Pattern

Substrate (Film or Quarts)

고해상을 위한 Factors


Step 1Binder Polymer Design

Step 2Monomer Match / Design

Step 3Initiator Combination

Step 4Base & Cover Film

Step 5Fine tuning

DFR for Fine Line

Design Concept


PR Resin

Base Film

Substrate

Mask Gap

Pattern


Step 1- Binder Polymer Design- Key Factors : Composition, Tg, Mw, Disp.

Toppan GL Mask Normal GL Mask

Cr Mask Pattern

Max. Resolution 1um 4um

Ra≈0.3 Ra≈0.0

Mask and Substrate Effects

Step 1


#1

#2

#3




Step 2 / 3


Resin

Base Film

Substrate

Mask Gap

Pattern


Super Transparent PET

Normal

PET

S.T.

PET

Haze 2~3 0.5~1.0

T.T 90 90

Normal PET Super Transparent PET




Step 4Base & Cover Film

Step 5Fine tuning

Step 4 / 5


고해상 Concept 1 : 노광공정

1. 광원 (source)- 평행광의 직진도- 투영노광기 / LDI 등의 도입

2. Artwork- Glass Mask Quality

3. Base Film (PET)- Base Film Quality

: 초투명 → Base Film 제거(Next Generation Technology)

4. DFR 조성- 반경화 영역의 넓이 조절

: BP 분자량 및 Tg 등: 개시제 조합 및 광투과도: 모노머 조합

* PEB(Post Exposure Baking): 노광직후 열처리 실시→ 반경화 부분 축소

Source : CircuitTree magazine, Dec. 2007.

Tech Talk - Fine Lines in High Yield(Part CXLVII) by Karl H. Dietz

L/S=16/16 μm

No PEB PEB


고해상 Concept 2 : 현상공정

1. 현상시 팽윤조절- DFR 조성 Tuning을 통해 팽윤성

(Swelling) 조절: 반경화 부분에 의해 팽윤발생

- 조성: Soft (Low Tg) → Hard (High Tg)

- 공정조건: Break Point 조절: Rinse Water Hardness

2. 공정조건- Nozzle Type : Fan, Cone- Nozzle Spray 배열 등- 상하방식 → 수직방식 등

Idea : Du Pont 자료

팽윤 많음

팽윤 적음

Base Film

Substrate

PatternSubstrate (Film or Quarts)

PR Resin

PR Resin

Intensity

두께

(um

)

노광시 반경화 부분의 생성 Mechanism

DFR 두께에 따른 Intensity Chart


Next Generation DFR 연구/개발

Aspect Ratio 4이상 세계최고의 해상도

두께 15um - 3.6um/3.6um

고해상 조성 + Base Film (PET) 제거


TS Center

26

TS Center 역할

Scrubbing/Developing/Etching/Stripping Machines

* Auto Cut Sheet Laminator(Mach 610i) Plating Line Screen Printer

*Perkin-ElmerTM OB-7120,

Collimated Light

• 준양산 설비를 통한 모사 실험• DFR 평가 및 Technical Report

• 공정 이물 및 불량 분석


분석장비

Nicolet 800 FT-IR / Nic-Plan IR Microscope

FE-SEM / EDX NMR

(Nuclear Magnetic Resonance Spectroscope)

LSM

(Laser Scanning Microscope)

INSTRON


기타 평가장비

INSTRON

Hull Cell tester

Scum 발생기

연마기 도금 두께 측정기 (KOCOUR 6000)

연필경도 측정기

fine pattern...

Documents