KR100944300B1 - 알루미늄/몰리브덴 적층막의 에칭 방법 - Google Patents

알루미늄/몰리브덴 적층막의 에칭 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명의 에칭 방법은 적어도 하나의 알루미늄계 금속막과 적어도 하나의 몰리브덴계 고융점 금속막을 포함하는 적층막을, 인산(phosphoric acid), 질산 (nitric acid), 유기산(organic acid) 및 양이온 생성 성분을 함유하는 수용액으로 이루어진 습식 에칭(wet etching)액에 수분 함유량을 10∼30 중량%로 유지하면서 접촉시키는 단계를 포함한다. 이러한 본 발명의 에칭 방법에 의해 상기 적층막을 양호한 정상적인 테이퍼 형상으로 에칭할 수 있다.

Description

알루미늄/몰리브덴 적층막의 에칭 방법 {ETCHING METHOD FOR ALUMINUM-MOLYBDENUM LAMINATE FILM}
본 발명은 액정 표시 장치 등의 신호 배선에 이용하는 적층 배선의 형성 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 기판 위의 알루미늄계 금속층과 몰리브덴 등의 고융점 금속층과의 적층막 에칭 방법에 관한 것이고, 신뢰성이 높은 적층 배선의 형성 방법에 관한 것이다.
유리 기판 위에 ITO (Indium Tin Oxide) 등의 투명 화소 전극을 매트릭스 (matrix) 모양으로 배열하고,이것을 TFT (Thin Film Transition)으로 구동하는 액티브 매트릭스형 액정 표시 장치에 있어서는 TFT를 구동하기 위한 게이트 전극 및 이 게이트 전극으로부터 연재(延在)하는 게이트 배선이나 데이타 배선 등을 동일한 유리 기판 상에 형성한 TFT 패널 구조가 채용된다.
가장 일반적인 역 스태거(stagger)형 TFT 패널 구조의 개략을 도 1에 나타낸 단면도를 참조하여 설명한다.
유리 기판(1) 위에 게이트 전극(2)을 정상적인 테이퍼(normal taper) 모양으로 형성하고,게이트 절연막(3), i형 반도체층(4) 및 n형 반도체층(5)을 통해 소스 전극 (6)과 드레인 전극(7)을 게이트 전극(2)과 대향(對向)하도록 배치하는 것에 의해 TFT가 형성된다. 통상 i형 반도체층(4)은 도프되지 않은 a-Si로부터 형성되고, n형 반도체층(5)은 n형 불순물을 포함하는 n+a-Si로부터 형성된다. 게이트 전극(2)은 Al계 금속 등으로 이루어지고, 이 상층에 형성된 i형 반도체층(4)의 스텝 커버리지 (step coverage)를 확보하거나,게이트 절연막(3)의 절연 내성을 향상시키기 위해 그 측면은 정상적인 테이퍼 모양으로 가공되고 있다.
종래부터 A1계 금속 등으로 이루어진 게이트 전극(2)이나 게이트 전극(2)으로부터 연재하는 게이트 배선을 정상적인 테이퍼 모양으로 가공하기 위해서는 유리 기판(1) 위의 전면에 A1계 금속층을 스퍼터링(sputtering) 등으로 성막하고, 이 위에 레지스트 패턴을 선택적으로 형성한 후,이 레지스트 패턴을 마스크로 사용하여 등방적으로 습식 에칭하는 방법이 채용되고 있다.
그런데, 근래의 TFT 패널에 있어서는 A1계 금속 배선과 ITO 막과의 콘택 (contact)을 형성하거나,A1계 금속 배선의 힐락(hillock)을 방지하기 위해 도 2에서와 같이, 저저항(低抵抗)의 Al계 금속 배선 (A1계 게이트 전극)(21)의 상층에 몰리브덴(Mo) 등의 고융점 금속 배선 (Mo계 게이트 전극)(22)을 적층한 적층 배선 구조 또는 도 3에서와 같이, 저저항의 A1계 금속 배선(21)의 상층,하층의 양면에 Mo 등의 고융점 금속 배선(22)을 적층한 적층 배선 구조가 많이 채용되도록 되어, 이 경우도 Mo 등의 고융점 금속 배선(22)의 측면을 정상적인 테이퍼 모양으로 가공하는 것에 의해 절연 내성을 향상시킬 수 있다.
종래,Al계 금속막의 습식 에칭액으로서는 인산, 질산, 아세트산을 혼합한 혼산(混酸)이 사용되고 있다 (특개평 7-176500호 공보,특개평 7-176525호 공보,특개평 9-127555호 공보). 그러나,상기 혼산을 사용한 경우에는, A1과 적층하는 금속의 표준 전극 전위가 다르기 때문에 에칭 공정에서 전지 반응이 일어나는 등의 이유에 의해 Al계 금속막과 고융점 금속막과의 적층 구조를 정상적인 테이퍼 모양으로 가공하는 것이 극히 곤란하다.
그러나 특개평 6-104241호 공보에는 Mo/A1계 적층막을 상기의 혼산을 사용하여 습식 에칭을 행하는 경우의 수단으로서 적층막의 막두께 비를 제어하는 것이 기재되어 있지만 근본적인 해결에는 이르고 있지 않다.
이상의 상황으로부터 상기 적층막을 양호한 정상적인 테이퍼 형상으로 에칭할 수 있는 우수한 에칭 방법이 요망되고 있다.
[발명의 개시]
본 발명의 목적은 상기 종래 기술에 있어서 여러 가지의 문제점을 해결하고, 알루미늄계 금속막 특히, 알루미늄계 금속막과 몰리브덴 등의 고융점 금속막과의 적층막을 양호한 정상적인 테이퍼 형상으로 습식 에칭하는 방법을 제공하는 것이다.
본 발명자들은 상기 목적을 달성하기 위하여 열심히 검토한 결과,적어도 하나의 알루미늄계 금속막과 적어도 하나의 몰리브덴계 고융점 금속막을 포함하는 적층막을 인산(phosphoric acid),질산(nitric acid),유기산(organic acid) 및 양이온을 생성하는 물질을 함유하는 수용액으로 이루어지는 에칭액을 사용하여 에칭할 때에 에칭액 중의 수분 함유량을 10∼30 중량%의 사이로 유지함으로써 양호한 정상적인 테이퍼 형상으로 에칭할 수 있음을 발견하고 본 발명을 완성시키기에 이르렀다.
발명을 실시하기 위한 최선의 형태
본 발명에 사용된 습식 에칭(wet etching)액은 인산,질산,유기산 및 양이온을 생성하는 물질을 함유하는 수용액이다.
인산의 농도는 습식 에칭액의 50∼80 중량%,바람직하게는 60∼75 중량%이다. 인산은 주로 A1계 금속막의 에칭에 기여하는 것이고, 50 중량% 미만이면 A1계 금속막의 에칭 속도가 느려지고,또한 80 중량%를 초과하면 A1계 금속막의 에칭 속도가 너무 빨라져 바람직하지 않다. 또, 본 발명에 있어서 「Al계 금속막」이란 알루미늄막 및 알루미늄 함량이 80 중량% 이상인 알루미늄 합금막을 말한다.합금 원소로는 Nd, Zr, Cu, Si 등을 들 수 있다.
질산의 농도는 습식 에칭액의 0.5∼10 중량%,바람직하게는 1∼8 중량%이다. 질산은 주로 Mo계 고융점 금속막의 에칭에 기여하는 것이고, 0.5 중량% 미만이면 Mo계 고융점 금속막의 에칭 속도가 느려지고,10 중량%를 초과하면 Mo계 고융점 금속막의 에칭 속도가 너무 빨라져 바람직하지 않다. 또, 본 발명에 있어서「Mo계 고융점 금속막」이란 몰리브덴막 및 몰리브덴 함량이 80 중량% 이상인 몰리브덴 합금막을 말한다. 합금 원소로는 W 등을 들 수 있다.
유기산으로는 포름산(formic acid),아세트산(acetic acid),프로피온산 (propionic acid),부티르산(butyric acid) 등의 모노카르복실산(monocarboxylic acid)류; 옥살산(oxalic acid), 말론산(malonic acid),숙신산(succinic acid),글루타르산(glutaric acid),아디프산(adipic acid), 피멜린산(pimelic acid),말레인산(maleic acid),푸마르산(fumaric acid),프탈산(phthalic acid) 등의 디카르복실산(dicarboxylic acid)류; 트리멜리트산(trimellitic acid) 등의 트리카르복실산(tricarboxylic acid)류; 히드록시초산(hydroxyacetic acid),유산(lactic acid), 살리실산(salicylic acid) 등의 옥시모노카르복실산(oxymonocarboxylic acid)류; 사과산(malic acid),주석산(tartaric acid) 등의 옥시디카르복실산 (oxydicarboxylic acid); 구연산(citric acid) 등의 옥시트리카르복실산 (oxytricarboxylic acid)류; 아스파라긴산(aspartic acid),글루타민산(glutamic acid) 등의 아미노카르복실산(aminocarboxylic acid)류를 들 수 있다.
유기산의 농도는 습식 에칭액의 0.5∼10 중량%,바람직하게는 5∼8 중량%이다. 유기산의 농도는 인산,질산의 농도 또는 에칭 조건 등에 의해 적절히 결정하면 된다.
양이온을 생성하는 물질로는 암모니아; 수산화암모늄 등의 암모늄염; 메틸 아민, 디메틸 아민, 트리메틸 아민,에틸 아민,디에틸 아민,트리에틸 아민,프로필 아민,디프로필 아민,트리프로필 아민, 부틸 아민,디부틸 아민,트리부틸 아민 등의 지방족 아민류; 모노에탄올 아민,디에탄올 아민,트리에탄올 아민 등의 알칸올 아민류; 에틸렌 디아민,프로필렌 디아민,트리메틸렌 디아민,테트라메틸렌 디아민 등의 폴리아민류; 피롤(pyrrole), 피롤린(pyrroline), 피롤리딘(pyrrolidine),몰포린(morpholine) 등의 환식(cyclic) 아민류; 및 테트라메틸 암모늄 수산화물,테트라에틸 암모늄 수산화물,트리메틸(2-히드록시에틸) 암모늄 수산화물 등의 제4급 암모늄 수산화물을 들 수 있다.또한,상기 암모니아, 아민, 제4급 암모늄 수산화물 외에 수산화나트륨,수산화칼륨 등의 알칼리 금속염도 양이온을 생성하는 물질로서 사용된다.상기 양이온을 생성하는 물질 중 암모늄염이 특히 바람직하다.
상기 양이온을 생성하는 물질의 농도는 습식 에칭액의 0.1∼20 중량%,바람직하게는 1∼10 중량%이다.O.1 중량% 미만이면 에칭액의 수명이 짧아지고,또한 20 중량%를 초과하면 Mo계 금속막,Al계 금속막의 에칭 속도가 느려져서 바람직하지 않다.
본 발명에 있어서 습식 에칭액의 최적 수분 함유량은 에칭하는 금속막의 종류,조성에 의해 고유의 범위로 되기 때문에 실제로 사용하는 금속막마다 적절히 결정할 필요가 있지만,통상 l0∼30 중량%의 범위가 바람직하다. 예를 들면,Mo 등의 고융점 금속막/A1계 금속막을 습식 에칭하는 경우의 수분 함량은 15∼20 중량%,바람직하게는 16∼19 중량%이고,Mo 등의 고융점 금속막/A1계 금속막/Mo 등의 고융점 금속막을 습식 에칭하는 경우의 수분 함량은 18∼23 중량%,바람직하게는 19∼22 중량%이다.
에칭 조건은 특별히 한정되지 않고,종래 공지의 조건을 채용할 수 있다. 예를 들면,상온(20∼25℃)∼50℃에서 0.5∼3분간 금속막을 습식 에칭액에 접촉시킴으로써 행하여지나, 에칭 조건은 사용된 적층막의 종류,두께 등으로부터 감안하여 적절히 결정하면 된다.
도 l은 일반적인 역 스태거형의 TFT 패널 구조의 개략 단면도이다.
도 2는 저저항의 Al계 금속 배선의 상층에 고융점 금속 배선을 적층한 적층 구조를 나타내는 개략도이다.
도 3은 저저항의 A1계 금속 배선의 상층,하층의 양면에 Mo계 고융점 금속 배선을 적층한 적층 구조를 나타내는 개략도이다.
도 4는 정상적인 테이퍼 모양의 Al계 금속 배선/Mo계 고융점 금속 배선 적층 구조를 형성하는 모양을 나타내는 공정도이다.
도 5는 테이퍼 모양이 아닌 Al계 금속 배선/Mo계 고융점 금속 배선 적층 구조를 나타내는 개략도이다.
도 6은 정상적인 테이퍼 모양의 Mo계 고융점 금속 배선/A1계 금속 배선/Mo계 고융점 금속 배선 적층 구조를 형성하는 모양을 나타내는 공정도이다.
도 7은 테이퍼 모양이 아닌 Mo계 고융점 금속 배선/Al계 금속 배선/Mo계 고융점 금속 배선 적층 구조를 나타내는 개략도이다.
실시예 1
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도 4(a)∼(c)를 이용하여 상세히 설명한다.먼저,알루미늄 합금(99.1 중량% A1,0.9 중량% Zr),계속하여 몰리브덴 합금(85 중량% Mo, 15 중량% W)을 스퍼터(sputter)하여 TFT 유리 기판(1) 위에 몰리브덴 합금막(22)(750Å)/알루미늄 합금막(21)(750Å)의 적층막을 형성하였다(도 4(a)). 몰리브덴 합금/알루미늄 합금 적층막 위에 포토레지스트(23)를 도포하고, 미리 준비한 패턴 마스크를 통하여 노광한 후, 현상하여 원하는 포토레지스트 패턴을 형성하였다(도 4(b)).
상기 도 4(b)의 기판을 이용하여,
(1) 인산 65 중량%,질산 9 중량%,아세트산 5 중량%,수산화암모늄 2 중량% ,수분 19 중량%,
(2) 인산 66 중량%,질산 9 중량%,아세트산 5 중량%,수산화암모늄 2 중량%,수분 18 중량%,
(3) 인산 67 중량%,질산 9 중량%,아세트산 5 중량%,수산화암모늄 2 중량%,수분 17 중량%,및
(4) 인산 68 중량%,질산 9 중량%,아세트산 5 중량%,수산화암모늄 2 중량%,수분 16 중량%의 4종류 에칭액으로 45℃에서 저스트 에치(just etch)를 행하고, 물로 세정 후 건조하고,또한 아민계 박리액으로 포토레지스트(23)를 박리한 후,전자현미경(SEM)으로 관찰하였다.그 결과,도 4(c)에 나타낸 것처럼 양호한 정상적인 테이퍼 모양의 몰리브덴 합금/알루미늄 합금 적층막이 얻어졌다.
비교예 1
상기,도 4(b)의 기판을 이용하여,
(5) 인산 62 중량%,질산 9 중량%,아세트산 5 중량%,수산화암모늄 2 중량%, 수분 22 중량%, 및
(6) 인산 71 중량%,질산 9 중량%,아세트산 5 중량%,수산화암모늄 2 중량%, 수분 13 중량%의 2종류 에칭액으로 45℃에서 저스트 에치를 행하고, 물로 세정 후 건조하고,또한 아민계 박리액으로 포토레지스트(23)를 박리한 후,전자현미경(SEM)으로 관찰하였다.그 결과,도 5에 나타낸 것처럼 테이퍼 모양이 아닌 적층막으로 되고, 도 4(c)에 나타낸 바와 같은 정상적인 테이퍼 모양의 몰리브덴 합금/알루미늄 합금 적층막은 얻어지지 않았다.
실시예 2
도 6(a)∼(c)를 이용하여 상세히 설명한다.먼저,몰리브덴 합금(85 중량% Mo, 15 중량% W),알루미늄 합금(99.1 중량% A1,0.9 중량% Zr),계속하여 몰리브덴 합금(85 중량% Mo,15 중량% W)을 스퍼터하여 TFT 유리 기판(1) 위에 몰리브덴 합금막(22)(750Å)/알루미늄 합금막(21)(1500Å)/몰리브덴 합금막(22)(750Å)의 적층막을 형성하였다 (도 6(a)).적층막 위에 포토레지스트(23)를 도포하고,미리 준비한 패턴 마스크를 통하여 노광 후,현상하여 원하는 포토레지스트 패턴을 형성하였다 (도 6(b)).
상기 도 6(b)의 기판을 이용하여,
(7) 인산 64 중량%,질산 7 중량%,아세트산 5 중량%,수산화암모늄 2 중량%,수분 22 중량%,
(8) 인산 65 중량%,질산 7 중량%,아세트산 5 중량%,수산화암모늄 2 중량%, 수분 21 중량%,
(9) 인산 66 중량%,질산 7 중량%,아세트산 5 중량%,수산화암모늄 2 중량%, 수분 20 중량%,및
(10) 인산 67 중량%,질산 7 중량%,아세트산 5 중량%,수산화암모늄 2 중량%, 수분 l9 중량%의 4종류 에칭액으로 45℃에서 저스트 에치를 행하고, 물로 세정 후 건조하고,또한 아민계 박리액으로 포토레지스트(23)를 박리한 후,전자현미경(SEM)으로 관찰하였다.그 결과,도 6(c)에 나타낸 것처럼 양호한 정상적인 테이퍼 모양의 몰리브덴 합금/알루미늄 합금/몰리브덴 합금 적층막이 얻어졌다.
실시예 3
상기 도 6(b)의 기판을 이용하여,
(11) 인산 63 중량%,질산 8 중량%,프로피온산 5 중량%,수산화암모늄 2 중량%, 수분 22 중량%,
(12) 인산 64 중량%,질산 8 중량%,프로피온산 5 중량%,수산화암모늄 2 중량%,수분 2l 중량%,
(13) 인산 65 중량%,질산 8 중량%,프로피온산 5 중량%,수산화암모늄 2 중량%,수분 20 중량%,
(14) 인산 66 중량%,질산 8 중량%,프로피온산 5 중량%,수산화암모늄 2 중량%,수분 19 중량%의 4종류 에칭액으로 45℃에서 저스트 에치를 행하고, 물로 세정 후 건조하고,또한 아민계 박리액으로 포토레지스트(23)를 박리한 후,전자현미경(SEM)으로 관찰하였다.그 결과,도 6(c)에 나타낸 것처럼 양호한 정상적인 테이퍼 모양의 몰리브덴 합금/알루미늄 합금/몰리브덴 합금 적층막이 얻어졌다.
실시예 4
상기 도 6(b)의 기판을 이용하여,
(15) 인산 62 중량%,질산 8 중량%,아세트산 5 중량%,수산화나트륨 3 중량%,수분 22 중량%,
(16) 인산 63 중량%,질산 8 중량%,아세트산 5 중량%,수산화나트륨 3 중량%,수분 21 중량%,
(l7) 인산 64 중량%,질산 8 중량%,아세트산 5 중량%,수산화나트륨 3 중량%,수분 20 중량%,및
(18) 인산 65 중량%,질산 8 중량%,아세트산 5 중량%,수산화나트륨 3 중량%,수분 19 중량%의 4종류 에칭액으로 45℃에서 저스트 에치를 행하고, 물로 세정 후 건조하고,또한 아민계 박리액으로 포토레지스트(23)를 박리한 후,전자현미경(SEM)으로 관찰하였다.그 결과,도 6(c)에 나타낸 것처럼 양호한 정상적인 테이퍼 모양의 몰리브덴 합금/알루미늄 합금/몰리브덴 합금 적층막이 얻어졌다.
비교예 2
상기 도 6(b)의 기판을 이용하여,
(19) 인산 61 중량%,질산 7 중량%,아세트산 5 중량%,수산화암모늄 2 중량%,수분 25 중량%,
(2O) 인산 70 중량%,질산 7 중량%, 아세트산 5 중량%,수산화암모늄 2 중량%,수분 16 중량%의 2종류 에칭액으로 45℃에서 저스트 에치를 행하고, 물로 세정 후 건조하고,또한 아민계 박리액으로 포토레지스트(23)를 박리한 후,전자현미경(SEM)으로 관찰하였다.그 결과,도 7에 나타낸 것처럼 테이퍼 모양이 아닌 적층막으로 되고, 도 6(c)에 나타낸 바와 같은 정상적인 테이퍼 모양의 몰리브덴 합금/알루미늄 합금 적층막은 얻어지지 않았다.
비교예 3
상기 도 6(b)의 기판을 이용하여,
(21) 인산 60 중량%,질산 8 중량%,프로피온산 5 중량%,수산화암모늄 2 중량%,수분 25 중량%,
(22) 인산 69 중량%,질산 8 중량%,프로피온산 5 중량%,수산화암모늄 2 중량%,수분 16 중량%의 2종류 에칭액으로 45℃에서 저스트 에치를 행하고, 물로 세정 후 건조하고,또한 아민계 박리액으로 포토레지스트(23)를 박리한 후,전자현미경(SEM)으로 관찰하였다.그 결과,도 7에 나타낸 것처럼 테이퍼 모양이 아닌 적층막으로 되고, 도 6(c)에 나타낸 바와 같이 정상적인 테이퍼 모양의 몰리브덴 합금/알루미늄 합금 적층막은 얻어지지 않았다.
본 발명의 에칭 방법을 사용함으로써 알루미늄계 금속막,특히 알루미늄계 금속막과 몰르브덴계 고융점 금속막과의 적층막을 양호한 정상적인 테이퍼 형상으로 습식 에칭할 수 있다.

Claims (11)

  1. 삭제
  2. 기판 위에 형성한 알루미늄계 금속막 및 상기 알루미늄 금속막 위에 형성한 몰리브덴계 고융점 금속막으로 이루어지는 적층막을, 인산(phosphoric acid); 질산(nitric acid); 유기산(organic acid); 및 양이온을 생성하는 물질로서 암모니아, 암모늄염, 지방족 아민류, 알칸올 아민류, 폴리아민류, 환식 아민류, 제4급 암모늄 수산화물로 이루어진 군으로부터 선택되는 적어도 하나의 화합물을 함유하는 수용액으로 이루어진 습식 에칭(wet etching)액에 수분 함유량을 15∼20 중량%로 유지하면서 접촉시키는 것을 특징으로 하는 에칭 방법.
  3. 삭제
  4. 기판 위에 형성한 몰리브덴계 고융점 금속막,상기 몰리브덴계 고융점 금속막 위에 형성한 알루미늄계 금속막 및 상기 알루미늄계 금속막 위에 형성한 몰리브덴계 고융점 금속막으로 이루어지는 적층막을, 인산(phosphoric acid); 질산(nitric acid); 유기산(organic acid); 및 양이온을 생성하는 물질로서 암모니아, 암모늄염, 지방족 아민류, 알칸올 아민류, 폴리아민류, 환식 아민류, 제4급 암모늄 수산화물, 알칼리 금속염으로 이루어진 군으로부터 선택되는 적어도 하나의 화합물 0.1~20 중량%를 함유하는 수용액으로 이루어진 습식 에칭(wet etching)액에 수분 함유량을 18∼23 중량%로 유지하면서 접촉시키는 것을 특징으로 하는 에칭 방법.
  5. 삭제
  6. 제 2 항 또는 제 4 항에 있어서,
    상기 인산의 농도는 습식 에칭액의 50∼80 중량%인 것을 특징으로 하는 에칭 방법.
  7. 제 2 항 또는 제 4 항에 있어서,
    상기 질산의 농도는 습식 에칭액의 0.5∼10 중량%인 것을 특징으로 하는 에칭 방법.
  8. 제 2 항 또는 제 4 항에 있어서,
    상기 유기산은 포름산(formic acid),아세트산(acetic acid),프로피온산 (propionic acid),부티르산(butyric acid), 옥살산(oxalic acid), 말론산(malonic acid),숙신산(succinic acid),글루타르산(glutaric acid),아디프산(adipic acid), 피멜린산(pimelic acid),말레인산(maleic acid),푸마르산(fumaric acid),프탈산(phthalic acid), 트리멜리트산(trimellitic acid), 히드록시초산 (hydroxyacetic acid),유산(lactic acid), 살리실산(salicylic acid), 사과산 (malic acid),주석산(tartaric acid), 구연산(citric acid), 아스파라긴산 (aspartic acid) 및 글루타민산(glutamic acid)으로 이루어진 군으로부터 선택되는 적어도 하나의 산인 것을 특징으로 하는 에칭 방법.
  9. 제 2 항 또는 제 4 항에 있어서,
    상기 유기산의 농도는 습식 에칭액의 0.5∼10 중량%인 것을 특징으로 하는 에칭 방법.
  10. 삭제
  11. 제 2 항에 있어서,
    상기 양이온을 생성하는 물질의 농도는 습식 에칭액의 0.1∼20 중량%인 것을 특징으로 하는 에칭 방법.
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