KR100669451B1 - 블랙매트릭스 식각액 및 블랙매트릭스의 형성 방법 - Google Patents

블랙매트릭스 식각액 및 블랙매트릭스의 형성 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 블랙매트릭스 식각액 및 블랙매트릭스의 형성 방법에 관한 것으로서, Ce 산화물 또는 수산화물의 발생을 억제할 수 있는 식각액 및 블랙매트릭스의 형성 방법을 제공하기 위하여,Ce(NH4)2(NO3)6과; 과염소산 또는 염산으로 이루어지는 군중에서 선택되는 1종이상의 산성분 용매를 포함하는 블랙매트릭스 식각액을 제공하며, 또한 금속 및 금속 산화물을 기판 위에 도포하여 금속 및 금속 산화물막을 형성한 후, 형성된 막 위에 포토레지스트 막을 형성하는 공정, 상기 포토레지스트 막을 소정 패턴으로 노광하고, 노광된 포토레지스트를 식각하는 공정, 노출된 금속 및 금속 산화물막을 에칭한 다음, 산용액을 사용하여 세정하는 공정 및 산용액으로 세정된 블랙매트릭스를 다시 물을 이용하여 세정하는 공정, 및 남은 포토레지스트를 제거하는 공정을 포함하는 블랙매트릭스의 제조방법을 제공한다.
블랙매트릭스, 평판표시장치, Ce, 산화물, 수산화물, 과염소산, 산용액, 세정

Description

블랙매트릭스 식각액 및 블랙매트릭스의 형성 방법{black matrix etchant and method for forming black matrix}
본 발명은 블랙매트릭스 식각액 및 블랙매트릭스의 형성방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 평판표시장치의 블랙매트릭스 패턴을 형성하기 위한 식각액 및 블랙매트릭스 형성 중 잔사의 발생을 억제할 수 있는 블랙매트릭스 형성 방법에 관한 것이다.
평판표시장치의 상부기판에 형성되어 있는 서브-픽셀(sub-pixel) 영역들은 일반적으로 "블랙매트릭스"라고 하는 불투명 그물 구조에 의하여 분리되어 있다. 이와 같이 서브-픽셀들을 블랙매트릭스로 분리함에 의하여, 전자가 다른 서브-픽셀을 발광시키는 것을 방지함과 동시에, 외부로부터 입사되는 광의 반사를 최소화시켜, 고해상도 및 선명한 화질을 가지는 화상을 표시할 수 있다. 또한 대표적인 평판표시장치인 액정표시장치에서, 블랙매트릭스는 백라이트로부터 방출된 빛을 화소부위별로 차폐시켜 각 화소의 색상을 선명하게 하는 기능을 하기도 한다.
일반적으로 블랙매트릭스는 약 2 내지 3㎛ 두께로 상기 서브-픽셀의 주위에 형성하며, 블랙매트릭스를 전도성 물질로 형성하면 블랙매트릭스에 입사된 전자에 의하여 형성되는 과잉 전하를 상부 기판으로부터 용이하게 제거할 수 있다.
이와 같은 불투명 전도성 물질로는 전도성 흑연 또는 광반사율이 적은 전도성 유기 고분자 수지를 사용하거나, 광의 간섭 작용을 이용하여 광반사율을 줄이기 위하여 Cr 및 Cr 산화물과 같은 금속재료를 사용할 수 있다. Cr 및 Cr 산화물로 이루어진 블랙매트릭스를 형성하기 위해서는, 먼저 Cr 및 Cr 산화물을 유리기판 위에 도포하여 막을 형성한 후, 형성된 Cr 및 Cr 산화물막 위에 포토레지스트 막을 형성한다. 다음으로, 포토레지스트 막을 소정 패턴으로 노광하고 식각한 다음, 노출된 Cr 및 Cr 산화물막을 에칭하고, 세정한 다음, 남은 포토레지스트를 제거하여 블랙매트릭스 패턴을 완성한다. 상기 에칭 공정에 사용되는 식각액(etchant)으로는 일반적으로 4% 질산용액에 약 10중량%의 Ce(NH4)2(NO3)6를 용해시켜 사용하고, 세정액으로는 상온의 물을 사용한다.
이와 같은 블랙매트릭스 식각액 및 세정액을 사용하면 식각액에 존재하는 Ce 이온이 물 또는 OH-이온과 반응하여 용매에 잘 녹지 않는 잔사(Ce 수산화물 또는 Ce 산화물)가 생성되며, 생성된 잔사는 액정표시장치의 액정배향막 도포 후 러빙 공정에서 러빙롤 및 칼라 필터의 오염을 유발시켜, 화질을 불량하게 만드는 원인이 된다.
일반적으로 칼라포토레지스트의 패터닝 후에 유리기판에 잔류하는 포토레지스트 잔사는 그 크기가 크고, 기판과의 접착력이 상대적으로 약하므로 브러시(Brush) 등을 사용한 물질적 방법으로 용이하게 제거할 수 있으나, 블랙 매 트릭스 패터닝 후 남아 있는 Ce 화합물 잔사는 이와 같은 방법으로 제거되지 않는다.
따라서, 블랙매트릭스 형성시 발생하는 잔사를 원천적으로 생성시키지 않거나, 생성된 잔사를 완전히 제거할 수 있는 방법의 개발이 요구된다.
본 발명은 상기 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 평판표시장치의 블랙 매트릭스 형성시 Ce 산화물 또는 수산화물의 발생을 억제할 수 있는 식각액을 제공하는 것을 목적으로 한다. 본 발명의 또 다른 목적은 블랙매트릭스 형성시 Ce 산화물 또는 수산화물의 발생을 억제할 수 있는 블랙매트릭스의 형성 방법을 제공하는 것이다.
상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 Ce(NH4)2(NO3)6과; 과염소산 또는 염산으로 이루어지는 군중에서 선택되는 1종이상의 산성분 용매를 포함하는 블랙매트릭스 식각액을 제공한다.
본 발명은 또한 금속 및 금속 산화물을 기판 위에 도포하여 금속 및 금속 산화물막을 형성한 후, 형성된 막 위에 포토레지스트 막을 형성하는 공정, 상기 포토레지스트 막을 소정 패턴으로 노광하고, 노광된 포토레지스트를 식각하는 공정, 노출된 금속 및 금속 산화물막을 에칭한 다음, 산용액을 사용하여 세정하는 공정 및 산용액으로 세정된 블랙매트릭스를 다시 물을 이용하여 세정하는 공정, 및 남은 포 토레지스트를 제거하는 공정을 포함하는 블랙매트릭스의 제조방법을 제공한다.
이하, 본 발명을 상세히 설명하면 다음과 같다.
소정 패턴에 따라 블랙매트릭스를 에칭하기 위한, 본 발명의 블랙매트릭스 식각액은 Ce(NH4)2(NO3)6과 산성분 용매로서 과염소산 또는 염산 수용액을 혼합한 조성물을 포함한다.
이때 사용되는 산성분 용매는 농도가 2 내지 10중량%, 바람직하게는 3 내지 4%중량의 산수용액을 사용하는 것이 바람직하며, 만일 산성분 용액의 농도가 2중량% 미만일 경우에는 블랙매트릭스의 식각이 용이하게 이루어지지 않으며, 농도가 10중량%를 초과하면 공정중 취급하기 어려운 단점이 있다. 이와 같이 준비된 산성분 용액에 Ce(NH4)2(NO3)6을 4 내지 20중량%가 되도록 첨가하여 본 발명의 블랙매트릭스 식각액을 제조한다. 상기 Ce(NH4)2(NO3)6등의 양이 4중량% 미만이면 에칭속도가 느린 단점이 있으며, 20중량%를 초과하면 잔사가 많이 발생하는 단점이 있다.
종래와 같이 산성분 용매로서 질산을 사용하면 Ce(NH4)2(NO3)6등에서 유리된 Ce4+ 이온이 Ce수산화물로 변화하여 잔사를 형성시키기 쉽지만, 본 발명에서와 같이 산성분 용매로서 과염소산 또는 염산, 바람직하게는 과염소산을 사용하면 Ce 수산화물의 형성을 억제할 수 있다.
상기 식각액을 이용하여 블랙매트릭스를 형성하기 위하여, 먼저 금속 및 금 속 산화물을 유리기판 위에 도포하여 금속 및 금속 산화물막을 형성한 후, 형성된 금속 및 금속 산화물막 위에 포토레지스트 막을 형성한다. 다음으로, 포토레지스트 막을 소정 패턴으로 노광하고 식각한 다음, 노출된 금속 및 금속 산화물막을 에칭한다. 여기서 상기 금속 및 금속 산화물막을 에칭하는 공정은 25 내지 50℃, 더욱 바람직하게는 30 내지 50℃에서 수행하는 것이 바람직하다.
이와 같이 노출된 금속 및 금속산화물막을 에칭한 후, 잔사의 형성을 억제하기 위하여 산용액을 사용하여 블랙매트릭스를 1차 세정한다. 사용되는 산용액으로는 질산, 염산, 과염소산 등의 모든 산의 수용액이 사용가능하며, 산용액의 농도는 2 내지 10중량% 인 것이 바람직하다. 상기 산용액의 농도가 2중량% 미만일 경우에는 잔사 형성 억제효과가 충분히 나타나지 않으며, 농도가 10중량%를 초과하면 공정에서 취급하기 어려울 뿐만 아니라, 형성된 블랙매트릭스 자체가 식각되어 버릴 우려가 있다.
산용액으로 세정된 블랙매트릭스를 다시 물을 이용하여 2차 세정하며, 이온 제거수(Deionized water: DI water)를 사용하여 세정하면 더욱 바람직하다. 상기 1차 및 2차 세정 과정은 상온에서 수행하는 것이 바람직하다. 이와 같이 블랙매트릭스를 세정한 후, 포토레지스트를 제거하여 블랙매트릭스 패턴을 완성한다.
일반적으로 블랙매트릭스의 에칭 후 유리 기판 위에 잔존하는 Ce이온은 세정 공정 시 증류수와 반응하여 Ce수산화물을 형성하게 되지만, 본 발명에서는 에칭 후 산용액을 이용하여 블랙매트릭스를 1차 세정하여 잔존 Ce 이온을 제거함으로서 Ce 이온이 증류수와 반응하지 못하도록 함으로서 잔사의 발생을 최대한 억제한다.
본 발명의 블랙매트릭스 식각액 및 블랙매트릭스 형성방법은 액정표시장치, 전계방출표시장치(Field emission display), 플라즈마 디스플레이 패널 등 블랙매트릭스의 형성을 필요로 하는 다양한 평판표시장치에 적용될 수 있다.
[실시예 1]
Cr 및 Cr산화물을 유리기판 위에 스퍼터링법으로 코팅한 다음, 생성된 산화물막 상에 포토레지스트를 도포하고 소정 패턴에 따라 노광한 다음, 노광된 부위의 포토레지스트를 제거하였다. 4중량%의 HClO4 수용액에 Ce(NH4)2(NO3)6 농도가 8중량%가 되도록 첨가한 블랙매트릭스 식각액을 제조하고, 제조된 식각액을 이용하여 노출된 Cr 및 Cr산화물을 에칭하여 블랙매트릭스 패턴을 형성하였다.
이와 같이 Cr 및 Cr산화물을 에칭한 다음, 증류수를 이용하여 블랙매트릭스를 세정하고 블랙매트릭스 패턴 상에 잔류한 포토레지스트를 제거함으로서 잔사의 생성을 최대한 억제하면서 블랙매트릭스 패턴을 완성하였다.
[실시예 2]
Cr 및 Cr산화물을 유리기판 위에 스퍼터링법으로 코팅한 다음, 생성된 산화물막 상에 포토레지스트를 도포하고, 소정 패턴에 따라 노광한 다음, 노광된 부위의 포토레지스트를 제거하였다. 4중량%의 질산 수용액에 Ce(NH4)2(NO3)6 농도가 8중량%가 되도록 첨가한 블랙매트릭스 식각액을 제조하고, 제조된 식각액을 이용하여 Cr 및 Cr산화물을 에칭하여 블랙매트릭스 패턴을 형성하였다.
이와 같이 Cr 및 Cr산화물을 에칭한 다음, 질산용액을 분무하여 상온에서 블 랙매트릭스를 세정하고, 다시 증류수를 이용하여 세정함으로서 잔사의 생성을 최대한 억제하면서 블랙매트릭스 패턴을 완성하였다.
[실시예 3]
Cr 및 Cr산화물을 유리기판 위에 스퍼터링법으로 코팅한 다음, 생성된 산화물막 상에 포토레지스트를 도포하고 소정 패턴에 따라 노광한 다음, 노광된 부위의 포토레지스트를 제거하였다. 4중량%의 HClO4 수용액에 Ce(NH4)2(NO3)6 농도가 8중량%가 되도록 첨가한 블랙매트릭스 식각액을 제조하고, 제조된 식각액을 이용하여 Cr 및 Cr산화물을 에칭하여 블랙매트릭스를 형성하였다.
이와 같이 Cr 및 Cr산화물을 에칭한 다음, 질산용액을 분무하여 상온에서 블랙매트릭스를 세정하고 다시 증류수를 이용하여 세정함으로서 잔사의 생성을 최대한 억제하면서 블랙매트릭스 패턴을 완성하였다.
[비교예]
Cr 및 Cr산화물을 유리기판 위에 스퍼터링법으로 코팅한 다음, 생성된 산화물막 상에 포토레지스트를 도포하고, 소정 패턴에 따라 노광한 다음, 노광된 부위의 포토레지스트를 제거하였다. 4중량%의 질산 수용액에 Ce(NH4)2(NO3)6 농도가 8중량%가 되도록 첨가한 블랙매트릭스 식각액을 제조하고, 제조된 식각액을 이용하여 Cr 및 Cr산화물을 식각한 다음, 증류수를 이용하여 블랙매트릭스를 세정하여 블랙매트릭스 패턴을 완성하였다.
블랙매트릭스를 패터닝 한 후 발생한 잔사를 아토믹 포스 마이크로스코프(Atomic Force Microscope: AFM)를 사용하여 다음과 같이 정량화 하였다. 먼저, 10 X 10㎛의 면적에 대하여, 해상도 256 X 256의 해상도로 AFM를 측정하고, 잔사의 높이를 x값, 해당 높이의 잔사를 포함하는 픽셀 수를 y값으로 하여 히스토그램을 작성하였다. 이와 같이 얻은 히스토그램에서 픽셀 수(y) 최대값의 1/2이 되는 히스토그램상의 지점에서 접선을 그어, 2개의 x절편을 얻었으며, 상기 2개의 x절편 중 큰 값보다 높이가 3nm이상인 잔사의 픽셀 수를 총 잔사개수로 정의하였다.
AFM 정성 결과, 비교예에 따라 제조된 블랙매트릭스의 총 잔사개수는 약1000개 정도이었으나, 블랙매트릭스 에칭시 과염소산을 사용한 실시예 1의 경우에는 잔사개수가 약 35개로 감소하며, 증류수로 블랙매트릭스를 세정하기 전에 산용액 세정 공정을 수행한 실시예 2의 경우에도 잔사개수가 약 35개로 감소하였다. 또한 블랙매트릭스 에칭시 과염소산을 사용함과 동시에 증류수로 블랙매트릭스를 세정하기 전에 산용액 세정 공정을 더 수행한 경우에는 잔사가 전혀 생성되지 않았다.
상기한 바와 같이, 본 발명의 블랙매트릭스 식각액 또는 블랙매트릭스 형성방법을 사용하면 잔사의 발생을 억제하여 고 품질의 블랙매트릭스를 제조할 수 있다.

Claims (5)

  1. Ce(NH4)2(NO3)6과;
    과염소산 또는 염산으로 이루어지는 군중에서 선택되는 1종이상의 산성분 용매를 포함하는 블랙매트릭스 식각액.
  2. 제1항에 있어서, 상기 산성분 용매는 농도가 2 내지 10중량%인 산수용액이며, 상기 Ce(NH4)2(NO3)6의 사용량은 전체 식각액에 대하여 4 내지 20중량%인 블랙매트릭스 식각액.
  3. 금속 및 금속 산화물을 기판 위에 도포하여 금속 및 금속 산화물막을 형성한 후, 형성된 막 위에 포토레지스트 막을 형성하는 공정;
    상기 포토레지스트 막을 소정 패턴으로 노광하고, 노광된 포토레지스트를 식각하는 공정;
    노출된 금속 및 금속 산화물막을 에칭한 다음, 산용액을 사용하여 세정하는 공정; 및
    산용액으로 세정된 블랙매트릭스를 다시 물을 이용하여 세정하는 공정을 포함하는 블랙매트릭스의 제조방법.
  4. 제3항에 있어서, 상기 산용액은 질산, 염산 및 과염소산으로 이루어진 군중에서 선택되는 1종 이상의 산용액이며, 상기 산용액의 농도는 2 내지 10중량%인 블랙매트릭스의 제조방법.
  5. 제3항에 있어서, 상기 금속 및 금속 산화물막을 에칭하는 과정은Ce(NH4)2(NO3)6과, 과염소산 또는 염산으로 이루어지는 군중에서 선택되는 1종이상의 산성분 용매를 포함하는 블랙매트릭스 식각액에 의하여 이루어지는 것인 블랙매트릭스의 제조방법.
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