KR100601740B1 - 투명도전막 식각용액 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 박막트랜지스터 액정 표시장치 등의 평판디스플레이 표시장치의 박막트랜지스터 제조공정에서 미세 패턴으로 형성된 투명도전막(ITO막 또는 IZO막)의 알루미늄 또는 알루미늄 합금에 대한 선택적 패턴 식각을 위해 사용되는 식각용액 조성물에 관한 것이다.
이러한 조성물은 0.1 ~ 15중량%의 함염소 화합물, 0.1~15 중량%의 보조 산화제, 0.1~15 중량%의 식각 조절제, 0.5~5중량%의 부식억제제(inhibitor), 0-50중량%의 경시변화 억제제와 잔여부분을 물(H2O)로 하는 조성비율로 이루어진다.
본 발명은 미세 패턴으로 형성된 투명도전막인 ITO 또는 IZO막의 패턴 식각을 위하여 적용할 경우 종래의 ITO 막용 식각용액과는 달리 박막 트랜지스터의 전극재료로 주로 사용되는 알루미늄 또는 알루미늄 합금에 대한 침해 현상이 거의 없기 때문에 재고 원가 절감과 공정 수율을 향상시키게 된다.
투명도전막, ITO, IZO, 식각용액
Description
도 1은 본 발명에 따른 투명도전막 식각용액으로 습식 식각한 후의 ITO막의 프로파일을 전자현미경의 측정사진으로 도시한 것이고,
도 2는 본 발명에 따른 투명도전막 식각용액으로 습식 식각한 후의 ITO막의 잔사를 전자현미경의 측정사진으로 도시한 것이며,
도 3은 본 발명에 따른 투명도전막 식각용액으로 습식 식각한 후의 Al/Mo/ITO막의 프로파일을 전자현미경의 측정사진으로 도시한 것이다.
본 발명은 평판표시장치(FPD, Flat Panel Display)의 제조공정의 투명전극용 미세 패턴으로 사용되는 산화인듐주석막(이하 ITO막으로 칭한다.) 또는 산화인듐아연막(이하 IZO막으로 칭한다.)인 투명도전막의 선택적 식각용액 조성물에 관한 것이다.
투명도전막은 박막트랜지스터 액정표시장치, 플라즈마 디스플레이 패널표시 장치, 일렉트로 루미네센스 표시장치 등에 폭넓게 사용되고 있는 박막으로서, 상기 평판디스플레이용 표시장치에 투명도전막을 형성하기 위해서는 원하는 미세패턴을 형성시키는 식각공정이 필요하다.
이때 사용되는 투명 전극막으로서는 ITO 또는 IZO막이 사용되고 있으며, 상기 ITO 또는 IZO막의 사용은 보호막 위에 ITO 또는 IZO막을 형성시킨 다음 포토레지스터를 마스크로서 도포한 후 ITO 또는 IZO막을 식각 시킨다. 또 다른 방법으로는 ITO 또는 IZO막을 제일 밑에 형성시킨 후 위에 몰리브데늄과 알루미늄을 형성시키고, 포토레지스터를 마스크로서 도포한후 몰리브데늄과 알루미늄을 식각 시킨후 ITO 또는 IZO 막을 식각 시킨다.
기존의 투명도전막 식각용액으로는 염산·질산 혼합수용액(왕수), 염산·초산 혼합 수용액, 염화제이철 수용액, 요소산 수용액, 인산 수용액, 옥살산(수산) 수용액 등이 사용되고 있지만, 이러한 종래의 투명도전막용 식각용액 들은 다음과 같은 문제점을 내재하고 있다.
첫째, 염산·질산 혼합수용액과 염산·초산 혼합수용액은 식각 속도는 크고 안정되어 있지만, 염산이나 질산이 휘발하기 때문에 식각용액 조성물의 성분량의 변동이 심하고, 그로 인하여 흄(fume) 발생이 심하여 작업 환경을 오염시키며, 박막 트랜지스터 액정표시장치의 박막트랜지스터 제조공정에서 전극재료로 주로 사용되고 있는 알루미늄 또는 알루미늄 합금을 침해하는 단점이 있다.
둘째, 염화제이철 수용액은 식각 속도는 크고 안정되어 있지만, 상대적으로 측면 식각량이 크고 철의 오염을 유발시키는 단점이 있다.
셋째, 요소산수용액은 측면 식각량이 적고 양호한 식각 특성을 가지지만, 액의 경시변화가 큰 단점이 있다.
넷째, 인산 수용액은 전극재료로 주로 사용되는 알루미늄 또는 알루미늄 합금을 침해하고, ITO 또는 IZO막의 식각을 방해하는 단점이 있다.
다섯째, 옥살산(수산)수용액은 식각 특성이 안정되어 있고 액의 경시변화도 일어나지 않아 양호하지만 식각시 잔사가 발생하기 쉬우며, 식각 장비에서 식각 용액을 사용한 후 장치 내벽에 옥살산 결정과 같은 잔유물이 발생하는 단점을 가지고 있다.
본 발명은 기존의 투명도전막 식각용액으로 염산·질산 혼합수용액(왕수), 염산·초산혼합 수용액, 염화제이철 수용액, 요소산 수용액, 인산 수용액, 옥살산(수산) 수용액 사용시 발생되는 측면 식각현상, 경시변화현상, 식각시 잔사 발생현상, 알루미늄 또는 알루미늄 합금과 몰리브덴 또는 몰리브덴 합금의 금속막의 침해 현상 등의 단점을 해결할 수 있는 투명도전막용 선택적 식각용액의 조성물을 제공하기 위한 것으로, 본 발명의 투명도전막용 식각용액은 부식억제제와 경시변화억제제를 함유하고 있는 수용액으로서 종래의 투명도전막용 식각용액의 단점을 완전히 제거하여 준다. 특히 본 발명은 종래의 투명도전막 식각용액의 주요 문제점인 식각시 잔사 발생현상과 알루미늄 또는 알루미늄 합금의 박막을 침해하는 현상을 제거 하여 ITO 또는 IZO 막의 선택적 패턴 식각을 가능하게 한 것이다.
본 발명은 함염소 화합물, 보조 산화제, 식각 조절제, 부식억제제, 경시변화억제제 및 물을 함유하는 투명도전막 식각용액 조성물로서, 박막트랜지스터의 전극재료로 주로 사용되는 알루미늄 또는 알루미늄 합금의 박막을 식각시키는 현상을 제거하여 ITO 또는 IZO막의 선택적 패턴 식각을 하기 위한 식각용액 조성물을 제공한다.
본 발명의 투명도전막 식각용액의 조성은 전체 조성물의 총중량에 대하여 0.1 ~ 15중량%의 함염소 화합물, 0.1 ~ 15중량%의 보조 산화제, 0.1 ~ 15중량%의 식각 조절제, 0.5 ~ 5중량%의 부식억제제, 0 ~ 50중량%의 경시변화 억제제 및 전체 조성물의 총중량이 100중량%가 되도록 물을 함유시켜 이루어진다.
본 발명의 식각 용액에 포함되는 함염소 화합물은 투명도전막을 식각하는 주요 산화제로서의 기능을 한다. 함염소 화합물은 전체 조성물의 총 중량에 대하여 0.1~15중량%의 양으로 첨가된다. 함염소 화합물의 경우 특별히 한정되지 않고 다양한 종류가 사용 가능하며, 바람직하게는 FeCl3, HCl, AlCl3, KCl, NH4Cl, KClO4, NaClO4, HClO4등 용액 내에서 염소 이온 혹은 다원자 염소 이온으로 해리될 수 있는 화합물은 모두 사용 가능하다. 함염소 화합물의 함량이 지나치게 높아지면, 알루미늄 또는 알루미늄 합금을 침해하는 현상이 나타나며, 함량이 낮아지면 투명도전막 의 식각 속도를 느리게 하는 단점이 있다.
본 발명의 보조 산화제는 투명도전막의 식각을 보조하는 기능을 한다. 보조 산화제는 전체 조성물의 총 중량에 대하여 0.1~15중량%으로 첨가된다. 보조 산화제의 경우 특별히 한정되지 않고 다양한 종류가 사용 가능하며, 바람직하게는 NH4NO3, KNO3, HNO3, CuNO3, NaNO3등 용액 내에서 질산 이온(NO3 -)으로 해리될 수 있는 화합물은 모두 사용 가능하다. 보조 산화제의 함량이 지나치게 높아지면, 몰리브덴 또는 몰리브덴 합금을 식각시키는 현상이 나타나며, 함량이 낮아지면 투명도전막의 식각 속도를 느리게 하는 단점이 있다.
본 발명에 따른 식각 조절제로는 황산 및 황산염 화합물이 사용되며, 구체적으로는 황산(H2SO4), 황산암모늄((NH4)2SO4), 황산나트륨(Na2SO4), 황산칼륨(K2SO4)등과 이들의 중황산염 즉, 중황산암모늄(NH4SO4H), 황산나트륨(NaSO4H), 중황산칼륨(KSO4H)등 및 이들의 과황산염 즉, 과황산암모늄((NH4)2S2O8), 과황산나트륨(Na2S2O8), 과황산칼륨(K2S2O8)등 용액 내에서 황산 이온(SO4 -)으로 해리될 수 있는 화합물은 모두 사용 가능하다. 전체 조성물의 총 중량에 대하여 0.1~15중량%의 양으로 첨가되며, 함량이 지나치게 높아지면 식각 속도가 빨라지며, 알루미늄 또는 알루미늄 합금을 침해하는 현상이 나타난다. 식각 조절제를 함유하지 않거나 낮아지면 투명도전막의 식각 속도를 느리게 하는 단점이 있다.
본 발명의 식각 용액에 포함되는 부식 억제제는 알루미늄 이나 알루미늄 합금을 침해하는 현상을 억제시키는 기능을 한다. 부식 억제제는 전체 조성물의 총 중량에 대하여 0.5~5.0중량%의 양으로 첨가된다. 부식억제제의 경우 특별히 한정되지 않고 다양한 종류가 사용 가능하며, 바람직하게는 아졸계 화합물로서 구체적으로 이미다졸(imidazole), 아미노테트라졸(aminotetrazole), 인돌(indole), 푸린(purine), 피라졸(pyrazole), 피리딘(pyridine), 피리미딘(pyrimidine), 피롤(pyrrole), 피롤리딘(pyrrolidine), 피롤린(pyrroline) 및 그 외 수용성 헤테로시클릭 아민 화합물(heterocyclic amine compounds) 등이 사용 가능하다. 부식억제제의 함량이 지나치게 높아지면 투명도전막을 식각 속도를 느리게 하는 현상이 나타나며, 함량이 낮아지면 알루미늄 또는 알루미늄 합금을 침해하는 현상이 나타난다.
본 발명의 식각 용액에 포함되는 경시변화 억제제는 식각 용액의 증발량을 감소시켜 식각용액 조성물의 성분량의 변동이 감소되고, 그로 인하여 흄(fume) 발생량이 줄어들게 한다. 경시변화 억제제는 전체 조성물의 총 중량에 대하여 0~50중량%의 양으로 첨가된다. 경시변화 억제제의 함량이 지나치게 높아지면 투명도전막의 식각 속도를 느리게 하는 현상이 나타난다. 경시변화 억제제의 성분은 특별히 한정되지 않고 다양한 종류가 사용 가능하며, 바람직하게는 2가 알코올로 에틸렌글리콜(Ethylene Glycol), 테트라에틸렌글리콜(Tetra Ethylene Glycol), 프로필렌글리콜(propylene glycol), 부틸렌글리콜(buthylene glycol)등이 사용 가능하다.
이하, 실시 예를 들어 본 발명을 더욱 구체적으로 설명한다.
그러나, 본 발명의 실시 예들은 여러가지 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 아래에서 상술하는 실시 예들로 인하여 한정되는 식으로 해석되어서는 안된다.
본 발명에서 사용된 식각막 시료는 유리기판(100mm X 100mm)에 ITO, IZO, ITO/Mo/Al를 증착한 것으로 증착된 막의 두께는 다음과 같다.
[표 1]
[실시예 1]
함염소 화합물(HCl) 5 중량%, 보조 산화제(HNO3) 13 중량%, 식각 조절제(K2SO4) 5 중량%, 부식억제제(아미노테트라졸) 3 중량%, 경시변화 억제제(에틸렌글리콜) 15 중량% 및 전체 조성물의 총 중량이 100 중량%가 되도록 하는 물로 구성되는 식각 용액을 제조하였다.(표 2 참조) 상기 ITO 시료에 사진 현상 공정을 진행하여 식각 시료를 준비한 후 본 실시예에서 제조한 식각 용액을 사용하여 스프레이 방식으로 식각 공정을 수행하였다. 식각 공정시 식각 용액의 온도는 40℃ 로 유지하였고, 각각의 총 식각 시간은 식각 종료시간으로부터 70% 초과된 시간이며 식각 후 결과를 표 2, 도 1 및 도 2 에 나타내었다.
몰리브덴 또는 몰리브덴 합금, 알루미늄 또는 알루미늄 합금의 침해 정도를 평가하기 위해 유리기판에 증착된 적층 구조로 패터닝된 Mo 및 Al 시료를 상기와 동일한 식각 용액(500ml)에 온도는 40℃ 내외로 유지하여 3시간 동안 담근(dipping) 후 용액을 채취하여 ICP-MS(Inductively coupled plasma mass spectroscopy)로 녹아나온 Mo 및 Al 이온 농도를 측정하였다. 몰리브덴 또는 몰리브덴 합금, 알루미늄 또는 알루미늄 합금의 침해가 가장 적은 옥살산(5%) 수용액을 기준으로 하기 위해 상기와 동일한 방법으로 실시하였으며, 그 결과는 표 2에 나타내었다.
도 1, 2 및 표2에서 나타난 바와 같이, 본 발명에 의한 투명도전막 식각 용액 조성물이 식각 속도가 빠르고, 잔사도 없으며, 경사각이 40이하인 양호한 프로파일 결과를 나타내었으며, 도 1에 기재한 측면 식각 길이 0.14㎛는 옥살산(5%) 대비 양호한 수준이다.
도 3은 상기와 같이 준비한 다층막 시료(ITO 550Å/Mo 300Å/Al 2500Å)에 Al 및 Mo 층을 에칭하여 패턴을 형성한 후 실시예 1의 식각액으로 ITO를 식각한 시료의 단면 사진으로 Al 및 Mo 층은 식각되지 않고 ITO만 선택적으로 식각되는 것을 확인하였고 그 식각 길이는 1.02㎛였다.
[실시예 2~11]
실시예 1에서와 동일하게 진행하되 함염소 화합물, 보조 산화제, 식각 조절 제, 부식억제제 및 경시변화 억제제의 조성비를 변화시키거나, 함염소 화합물, 보조 산화제, 식각 조절제, 부식억제제, 경시변화 억제제의 종류를 변화시키고, 전체 조성물의 총 중량이 100중량%가 되도록 물을 첨가한 후 식각 공정을 수행하여 그 결과를 표 2에 나타내었다. 표 2는 실시예 2부터 11에서의 조성비에 대한 ITO 막의 식각속도 및 경사각의 결과를 나타낸다. 각각의 총 식각 시간은 식각 종료시간으로부터 70% 초과된 시간이다. 표 2에서 나타내고 있는 바와 같이, 각 성분의 함량이 본 발명에 의한 투명도전막 식각 용액 조성물의 조성 범위에 해당하므로, 식각 속도도 빠르고, 잔사도 없고, 경사각이 40이하인 양호한 프로파일 결과를 나타내었으며, 몰리브덴 또는 알루미늄에 대한 침해 평가 결과도 옥살산 적용 결과 대비 양호한 특성을 나타내었다.
[표 2]
[비교예 1~4]
실시예 1~11에서의 경우와 동일하게 진행하되, 함염소 화합물, 보조 산화제, 식각 조절제, 부식억제제 및 경시변화 억제제의 조성비를 본 발명의 범위 밖에서 변화시키고 전체 조성물의 총 중량이 100중량%가 되도록 물을 첨가한 후 식각 공정 을 수행하였다.
표 3는 비교예 1부터 4에서의 조성비에 대한 ITO막의 식각속도 및 경사각의 결과를 나타낸다. 표 3의 결과로부터 알 수 있듯이 비교예 1~3의 경우 식각 속도가 너무 빨라 몰리브덴 또는 알루미늄에 대한 선택성이 떨어지며, 비교예 4의 경우는 식각속도가 너무 느려서 경사각이 커지는 문제점이 발생하였다.
[표 3]
상술한 바와 같이, 본 발명에 따른 투명도전막의 식각 용액은 적당한 식각속도와 적당한 경사각을 제공 할 수 있으며, 잔사도 전혀 없는 특징이 있다. 또한 종래 기술에 따른 식각 용액의 알루미늄 또는 알루미늄 합급을 침해하는 문제를 개선 할 수 있으며, 증발량을 현저히 감소시켜 식각용액 조성물의 성분량의 변동을 감소시키고, 그로 인한 흄(fume) 발생량을 줄여 대기 환경오염을 막을 수 있는 장점을 가지고 있다.
Claims (7)
- 전체 조성물의 총 중량에 대하여 0.1~15 중량%의 함염소 화합물, 0.1~15 중량%의 보조 산화제, 0.1~15 중량%의 식각 조절제, 0.5~5 중량%의 부식 억제제, 및 전체 조성물 총 중량이 100 중량%가 되도록 하는 물로 구성되어 Al, Mo/Al 또는 Mo/Al합금 금속에 대한 침해 현상이 없도록 하는 투명도전막 식각 용액.
- 제1항에 있어서,경시변화억제제를 조성물 총 중량에 대하여 50중량%까지 더 포함하는 것을 특징으로 하는 투명도전막 식각 용액.
- 제1항 또는 제2항에 있어서,함염소 화합물은 FeCl3, HCl, AlCl3, KCl, NH4Cl, KClO4, NaClO4 및 HClO4으로부터 선택된 1종 이상의 화합물인 것을 특징으로 하는 투명도전막 식각 용액.
- 제1항 또는 제2항에 있어서,보조 산화제는 NH4NO3, KNO3, HNO3, CuNO3 및 NaNO3으로부터 선택된 1종 이상의 화합물인 것을 특징으로 하는 투명도전막 식각 용액.
- 제1항에 또는 제2항에 있어서,식각 조절제는 H2SO4, (NH4)2SO4, Na2SO4, K2SO4, NH4SO4H, NaSO4H, KSO4H, (NH4)2S2O8, Na2S2O8 및 K2S2O8으로부터 선택된 1종 이상의 화합물인 것을 특징으로 하는 투명도전막 식각 용액.
- 제1항에 또는 제2항에 있어서,부식억제제는 이미다졸, 아미노테트라졸, 인돌, 푸린, 피라졸, 피리딘, 피리미딘, 피롤, 피롤리딘 및 피롤린으로부터 선택되는 1종 이상의 헤테로시클릭 아민 화합물인 것을 특징으로 하는 투명도전막 식각용액.
- 제1항에 또는 제2항에 있어서,경시변화 억제제는 에칠렌글리콜, 테트라에틸렌글리콜, 프로필렌글리콜 및 부틸렌글리콜로부터 선택된 1종 이상의 알코올인 것을 특징으로 하는 투명도전막 식각용액.
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