KR100579421B1 - 은 식각액 조성물 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 질산, 인산, 초산, 보조 산화물 용해제, 함불소형 탄소계 계면활성제 및 물을 포함하는 Ag 식각액을 제공한다. 더욱 구체적으로, 전체 조성물의 총중량에 대하여 1 ~ 10 중량%의 질산, 50 ~ 75 중량%의 인산, 1 ~ 11 중량%의 초산, 0.5 ~ 3 중량%의 보조 산화물 용해제, 0.001 ~ 0.01 중량%의 함불소형 탄소계 계면활성제, 및 전체 조성물의 총중량이 100 중량%가 되도록 하는 물을 포함하는 Ag 식각액을 제공한다. 본 발명에 따른 Ag 식각액을 사용하면, 적당한 식각속도와 측면 식각량을 제공할 수 있으며, 특히 식각 시간에 크게 의존하지 않고도 작은 식각길이(0.5㎛이하)를 얻을 수 있다는 장점이 있다.
Ag 식각액, 투명전극/Ag/투명전극 삼중막
Description
도면1. 본 발명에 따른 식각액으로 습식 식각한 후의 ITO/Ag/ITO 반사판의 프로파일을 전자현미경의 측정사진으로 도시한 도면
도면2. 본 발명에 따른 식각액으로 습식 식각한 후의 ITO/Ag/ITO 게이트의 프로파일을 전자현미경의 측정사진으로 도시한 도면
도면3. 본 발명에 따른 식각액으로 습식 식각한 후의 ITO/Ag/ITO 데이터의 프로파일을 전자현미경의 측정사진으로 도시한 도면
본 발명은 평판표시장치(FPD, Flat Panel Display)의 제조공정에서 금속막의 습식 식각에 사용되는 식각액에 관한 것으로, Ag 또는 Ag합금으로만 이루어진 단일막 및 Ag와 ITO(Indium Tin Oxide), IZO(Indium Zinc Oxide)같은 투명도전성금속으로 구성된 다중막, 특히 투명전극/Ag/투명전극 삼중막과 관련된 식각액에 관한 것이다.
ITO와 IZO같은 투명도전성금속은 빛에 대한 투과율이 비교적 뛰어나고 도전 성이 있어 현재 평판표시장치에 사용되는 칼라필터의 투명전극으로 널리 쓰여지고 있으나, 현재 이들 금속의 높은 저항은 응답속도의 개선을 통한 평판표시장치의 대형화 및 고해상도 실현에 장애가 되고 있다. 이와 같은 이유로 인하여 종래에 주로 사용되었던 크롬(Cr 비저항:12.7 × 10-8 Ωm), 몰리브덴(Mo 비저항:5× 10-8 Ωm), 알루미늄(Al 비저항:2.65 × 10-8 Ωm) 및 이들의 합금을 TFT(Thin Film Transitor)에 사용되는 게이트 및 데이터 배선 등으로 계속 이용하는 것도 평판표시장치의 대형화 및 고해상도 실현을 어렵게 만드는 원인으로 작용하고 있다. 또한 반사판의 경우, 현재까지는 Al 반사판을 주로 제품에 이용해 왔으나, 휘도 향상을 통한 저전력 소비실현을 위해서는 반사율이 더 높은 금속으로의 재료변경이 반드시 필요한 상태이다. 이런 문제들을 해결하기 위한 노력의 일환으로 현재 평판 표시 장치에 적용되고 있는 금속들에 비해 낮은 비저항과 높은 휘도를 가지고 있는 Ag 금속막, Ag 금속을 포함한 다중막 또는 이들 합금을 칼라필터의 전극, TFT배선 및 반사판에 적용, 평판표시장치의 대형화와 고해상도 및 저전력 소비 등을 실현하고자 하여, 이 재료의 적용을 위한 식각액의 개발이 요구되었다.
현재까지 Ag금속을 식각하기 위한 식각액에 대한 특허들이 있으나, 대부분 환경 유해 물질을 포함하여 양산 공정에 적용이 불가능하거나 측면 식각길이(포토레지스트 밑으로 남아 있어야 할 금속의 손실정도)가 커서 평판표시장치 제조공정에 적합하지 않다, 특히, 평판표시장치제조에 있어서 현재까지 Ag단일막을 이용한 반사판에 관한 식각 용액만이 개발되어 있어, 투명전극/Ag/투명전극 같은 다중막을 이용한 칼라필터, TFT 배선 및 반사판 등에 적용이 가능한 식각액의 개발이 요구되는 실정이다.
본 발명의 목적은 Ag, Ag합금 및 Ag를 포함하는 다중막, 특히 투명전극/Ag/투명전극 삼중막의 식각공정에서, 공정에 적합한 식각속도, 적당한 식각량 및 시간에 의존하지 않고도 0.5㎛ 이하의 작은 측면 식각길이를 가지는 식각액을 제공하는 것이다.
또한, 본 발명은 대부분의 조성이 인산, 질산 및 초산으로 이루어져 있어, 은(Ag)뿐만 아니라 현재 TFT의 게이트 및 데이터 배선 등으로 사용되는 몰리브덴(Mo), 알루미늄(Al) 및 이들 합금의 식각도 가능한 식각액을 제공하는 것이다.
상기의 목적을 이루기 위한 본 발명은 대부분이 물과 기존 몰리브덴, 알루미늄 막의 식각에 통상적으로 사용되는 질산, 인산 및 초산으로 이루어져 있으며, 은에 대한 식각특성을 개선하기 위해 보조 산화물 용해제와 함불소형 탄소(CF, Fluorocarbon)계 계면활성제를 포함하고 있다.
보다 상세하게는, 본 발명은 전체 조성물의 총중량에 대하여 1 ~ 10 중량%의 질산, 50 ~ 75 중량%의 인산, 1 ~ 11 중량%의 초산, 0.5 ~ 3 중량%의 보조 산화물 용해제, 0.001 ~ 0.01 중량%의 함불소형 탄소계 계면활성제 및 전체 조성물의 총중 량이 100 중량%가 되도록 하는 물을 포함하는 Ag 식각액으로, Ag금속막 또는 이들 합금 및 Ag금속을 포함한 다중막 특히, ITO 또는 IZO를 포함하는 투명전극/Ag/투명전극 삼중막을 식각할 수 있는 식각액에 관한 것이다.
본 발명의 Ag 식각액에 포함되는 상기 질산은 투명전극/Ag/투명전극막에서 투명전극막을 식각하고 Ag금속의 주요 산화제로서의 기능을 한다. 질산은 전체 조성물의 총중량에 대하여 1 ~ 10 중량%의 양으로 첨가되며, 이의 함량이 10 중량%보다 높아지면, 식각길이가 길어지고, 식각시간이 너무 짧아져 공정상 조절하기가 어렵고, 1 중량% 미만 첨가 시, 상부 투명전극막의 식각속도가 Ag 식각속도에 비해 높아져 상부 투명전극막의 돌출이 야기되어 단면 프로파일이 나빠질 수 있다.
본 발명의 Ag 식각액에 포함되는 상기 인산은 투명전극/Ag/투명전극막에서 Ag금속을 식각하고 투명전극막의 부식을 억제하는 기능을 하며, 사용량은 전체 조성물의 총중량에 대하여 50 ~ 75 중량%의 양으로 첨가한다. 이의 함량이 75 중량% 보다 많이 사용하게 되면, 투명전극막의 식각속도를 저하시켜 단면 프로파일이 나빠지며, 50 중량% 미만으로 첨가 시, Ag금속의 식각속도를 현저히 떨어뜨려 공정에 적용이 어려워진다.
본 발명의 Ag 식각액에 포함되는 상기 초산은 전체 조성물의 총중량에 대하여 1 ~ 11 중량%의 양으로 첨가된다. 초산은 물에 비해 작은 유전상수를 지니고 있어 습식 식각공정에서 금속막에 대한 Ag 식각액의 습윤성을 높여 좀더 균일하고 빠른 식각이 이루어지게 하며, 투명전극막의 부식을 억제하는 기능도 가지고 있다. 특히, 초산의 투명전극막에 대한 부식억제률은 인산의 그것과는 크게 다르므로, 적 정량을 첨가시 투명전극/Ag/투명전극막의 전체 식각속도를 크게 변화시키지 않고 투명전극막만의 식각속도를 쉽게 제어할 수 있어 질산이나 인산의 함량조절로는 어려운 하부투명전극막의 과다식각 현상(투명전극막의 빠른 식각속도에 의해 하부 투명전극막이 Ag막 밑으로 들어가게 되는 현상)을 막을 수 있는 특징을 가지고 있다.
본 발명의 Ag 식각액에 포함되는 보조 산화물 용해제로서는 황산계 및 과염소산계를 사용할 수 있으며, 구체적으로는 황산, 황산암모늄, 황산칼슘, (CH3)2SO
4, (C2H5)2SO4, H3NCH2CH2NH
3SO4, (NH3OH)2SO4, [N(CH3)4
]SO4H, [N(C2H5)4]SO4H 등의 SO4
2-화합물과 과염소산, 과염소산나트륨, 과염소산칼륨, 과염소산바륨, 과염소산마그네슘과 과염소산리튬 등의 ClO4
-화합물을 사용할 수 있으며, 이들 화합물을 단독 또는 2종 이상의 혼합물로 사용할 수 있다. 전체 조성물의 총중량에 대하여 0.5 ~ 3 중량%의 양으로 첨가되며, 3 중량% 이상으로 과량첨가시, 높은 식각속도로 인해 식각길이가 길어져 공정상 나쁘며 0.5 중량% 이하의 미량 첨가시에는 Ag의 식각이 원활하게 되지 않고, 식각공정 후에도 투명전극금속의 잔여물이 막표면에 남아있는 현상이 발생할 수 있다.
본 발명의 Ag 식각액에 포함되는 계면활성제는 전체 조성물의 총중량에 대하여 0.001 ~ 0.01 중량%의 함불소형 탄소계 계면활성제로서, 암모늄 플루오르알킬 술폰 이미드, CnF2n+1CH2CH2SO3
-NH
4
+, CnF2n+1CH2CH2SO3H, (CnF2n+1CH2CH2O)xPO(ONH4
+)
y(OCH2CH2OH)z, CnF2n+1CH2CH
2O(OCH2CH2OH)xH, CnF2n+1SO2N(C2H5)(CH2CH2)
xH, CnF2n+1CH2CH2OCH2(OH)CH2
CH2N(CnF2n+1)2, 및 CnF2n+1CH2CH2OCH2(OCH2CH2)
nCH2CH2N(CnF2n+1)2 [상기 식에서, n은 1 내지 20의 정수이고, x, y 및 z 는 x+y+z = 3을 만족하는 실수이다]등이 있다. 본 발명의 투명전극/Ag/투명전극 식각액에 포함되는 계면활성제는 Ag 시각액의 표면장력을 낮추는 기능을 가지고 있어 첨가 시, 미세 선폭(배선과 배선사이가 2㎛이하)사이에서 주로 발견되는 미식각부분(식각되어 있어야하는 포토레지스트 밖의 금속부분 중 식각되지 않은 금속부분)의 발생을 막아주는 역할을 한다.
이하, 실시 예를 들어 본 발명을 더욱 구체적으로 설명한다.
그러나, 본 발명의 실시 예들은 여러 가지 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 하기의 실시 예들로 인하여 한정되는 것은 아니다.
[실시예 1]
질산 6 중량%, 인산 58 중량%, 초산 5 중량%, 보조산화물 용해제로서 과염소산 1 중량%, 계면활성제로서 암모늄 플루오르알킬 술폰 이미드 0.005 중량% 및 전체 조성물의 총량이 100 중량%가 되도록 물을 첨가하여 Ag식각액을 제조하였다. 이 Ag식각액을 사용하여 ITO/Ag/ITO 삼중막의 식각 공정을 수행하였다. 식각 종료시간(포토레지스트밖의 금속부분이 완전히 식각된 직후의 시간)은 35초 이하로, 총 식 각시간은 식각 종료시간으로부터 200% 초과된 시간이다.
도 1, 2 및 3에서 도시하고 있는 바와 같이, 본 발명의 Ag 식각액이 ITO/Ag/ITO막을 완전히 식각한 것을 볼 수 있으며, 특히 식각 종료시간으로부터 200% 초과한 후에도 ITO/Ag/ITO막이 0.5㎛ 이하의 작은 측면 식각길이를 형성하고 있음을 보여준다.
[실시예 2~10]
표 1에 나타낸 바와 같이 보조산화물 용해제와 계면활성제의 함량을 변화시킨 것을 제외하고는 실시예 1 과 동일한 방식으로 Ag식각액을 제조하였으며, 동일한 방법으로 식각 공정을 수행하였다. 표 1에는 조성비에 따른 Ag막의 측면 식각길이 및 식각종료시간의 결과를 나타내었다. 여기서 측면 식각길이는 식각 종료시간으로부터 200% 초과시간에 대한 측면 식각길이를 측정한 것이다.
[표 1]
표 1의 조성비를 사용한 결과, 본원발명의 조성물과 함량을 사용하는 경우 적당한 식각량을 나타내는 것을 알 수 있었으며, 또한 식각된 패턴에서 어떠한 불량현상도 나타나지 않았다.
[비교예 1~4]
함량을 변화시켜 사용한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 공정을 수행하여 하기의 표2에 나타내었다.
[표 2]
표 2의 조성비를 사용한 결과, 비교예 1과 2는 금속배선이 모두 식각되었으며, 비교예 3은 미식각 영역이 발생하였고, 비교예 4는 상부 및 하부 ITO막의 돌출현상이 발생하였다. 즉, 본 발명의 범위 밖의 경우에는 측면식각 길이가 커지거나, 미식각 영역이 발생하거나 ITO막의 돌출현상이 발생하여 본 발명에서 목적으로 하는 우수한 식각 특성을 얻을 수 없었다.
상술한 바와 같이, 본 발명에 따른 Ag 식각액은 적당한 식각속도와 측면 식각량을 제공 할 수 있으며, 특히 식각 시간에 크게 의존하지 않고도 0.5㎛이하의 작은 식각길이를 제공하는 특징이 있다.
또한, 본 발명의 조성 중 대부분이 질산, 인산 및 초산을 포함하므로, 은 (Ag)뿐만 아니라 현재 TFT의 게이트 및 데이터 배선 등으로 사용되는 몰리브덴(Mo), 알루미늄(Al) 및 이들 합금의 식각도 가능하다.
Claims (3)
- 전체 조성물의 총중량에 대하여 1 ~ 10 중량%의 질산, 50 ~ 75 중량%의 인산, 1 ~ 11 중량%의 초산, 0.5 ~ 3 중량%의 보조 산화물 용해제, 0.001 ~ 0.01 중량%의 함불소형 탄소계 계면활성제 및 전체 조성물의 총중량이 100 중량%가 되도록 하는 물을 포함하는 것을 특징으로 하는 은 식각액 조성물.
- 제 1항에 있어서,상기 보조산화물 용해제는 황산, 황산암모늄, 황산칼슘, (CH3)2SO4, (C2H5)2SO4, H3NCH2CH2NH 3SO4, (NH3OH)2SO4, [N(CH3)4 ]SO4H, [N(C2H5)4]SO4H 등의 SO4 2-화합물과 과염소산, 과염소산나트륨, 과염소산칼륨, 과염소산바륨, 과염소산마그네슘과 과염소산리튬 등의 ClO4 - 화합물에서 선택되는 어느 하나이상을 사용하는 것을 특징으로 하는 은 식각액 조성물.
- 제 1항에 있어서,상기 함불소형 탄소계 계면활성제는 암모늄 플루오르알킬 술폰 이미드, CnF2n+1CH2CH2SO3 -NH4 +, CnF2n+1CH2CH2SO3H, (CnF 2n+1CH2CH2O)xPO(ONH4 +)y(OCH 2CH2OH)z, CnF2n+1CH2CH2O(OCH2CH2OH)xH, CnF2n+1SO2N(C2H5)(CH2CH2) xH, CnF2n+1CH2CH2OCH2(OH)CH2CH2 N(CnF2n+1)2, CnF2n+1CH2CH2OCH 2(OCH2CH2)nCH2CH2N(CnF 2n+1)2 [상기 식에서, n은1 내지 20의 정수이고, x, y 및 z 는 x+y+z = 3을 만족하는 실수이다]에서 선택되는 어느 하나이상을 사용하는 것을 특징으로 하는 은 식각액 조성물.
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