KR100829826B1 - 금/티타늄 박막 에칭용 조성물 및 에칭 방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 PMMA 패널 등의 기판층에 영향을 주지 않고, 금/티타늄 박막을 동시에 에칭할 수 있는 에칭 조성물 및 이를 이용한 에칭 방법에 관한 것으로서, a) 염산 20 내지 55 중량%, b) 질산 5 내지 25 중량%, c) 불화물 0.1 내지 15 중량%, d) 염소산 1 내지 20 중량%, 및 e) 잔량의 물을 포함하는 금/티타늄 박막 에칭용 조성물 및 이를 이용한 에칭 방법을 제공한다.
금, 티타늄, 에칭, 염산, 질산, 불화물, 과염소산, 폴리메틸메타크릴레이트
Description
도 1은 PMMA 소재의 기판상에 티타늄 박막과 금 박막이 차례로 스퍼터링(supptering) 되어 있는 사진이다.
도 2는 본 발명의 실시예 1에 따라 제조된 에칭용 조성물을 이용하여 PMMA 소재 기판을 에칭한 후의 사진이다.
도 3은 본 발명의 실시예 2에 따라 제조된 에칭용 조성물을 이용하여 PMMA 소재 기판을 에칭한 후의 사진이다.
도 4는 본 발명의 실시예 3에 따라 제조된 에칭용 조성물을 이용하여 PMMA 소재 기판을 에칭한 후의 사진이다.
도 5는 본 발명의 실시예 4에 따라 제조된 에칭용 조성물을 이용하여 PMMA 소재 기판을 에칭한 후의 사진이다.
도 6는 비교예 1에 따라 제조된 에칭용 조성물을 이용하여 PMMA 소재 기판을 에칭한 후의 사진이다.
도 7은 비교예 2에 따라 제조된 에칭용 조성물을 이용하여 PMMA 소재 기판을 에칭한 후의 사진이다.
도 8은 비교예 3에 따라 제조된 에칭용 조성물을 이용하여 PMMA 소재 기판을 에칭한 후의 사진이다.
도 9는 비교예 4에 따라 제조된 에칭용 조성물을 이용하여 PMMA 소재 기판을 에칭한 후의 사진이다.
도 10은 비교예 5에 따라 제조된 에칭용 조성물을 이용하여 PMMA 소재 기판을 에칭한 후의 사진이다.
본 발명은 각종 전자부품 회로 기판위에 적층되어 배선이나 전극을 제조하는 금/백금 박막을 에칭하는 데 있어서, PMMA 패널 표면 등 재료 특성에 영향을 주지 않으면서 금/백금 박막을 동시에 에칭할 수 있는 에칭 조성물 및 이를 이용한 에칭 방법에 관한 것이다.
최근에 전자부품으로 보다 고성능화 고집적화를 위하여 배선이나 전극형성 등에 있어서 티타늄이나 텅스텐과 함께 백금이나 금 등의 귀금속 박막을 재료로 사용하고 있다. 이같이 백금이나 금 등은 산화되기 어렵고 고온에서도 안정하기 때문에 차세대 전극 재료 등으로 유망하지만 미세 가공 등의 어려움으로 에칭제 선정 및 에칭 공정상에 곤란함이 있어 이를 해결하는 것이 중요하다.
일반적으로 전자부품 기판 제조에 사용되는 금속박막 성분으로 사용되는 금은 원자번호 79, 원소기호 Au, 원자량 196.967인 황색의 광택이 있는 금속원소이며, 금속 가운데 퍼지는 성질과 늘어나는 성질이 가장 크다. 화학적으로 매우 안정 되고 공기 중에서도 산화되지 않는 성질을 가지고 있다.
이러한 금(Au) 박막을 에칭하는 데는 통상 왕수(Aqua regia)라고 하는 염산과 질산을 3:1로 섞은 에칭제가 일반적으로 잘 알려져 있다. 그러나, 왕수를 사용하는 경우 가격은 저렴하나 너무 빨리 에칭이 이루어져 표면상태가 좋지 않고 특히 PMMA 등 패널의 표면을 손상시켜 실제 공정에 적용시 각별한 주의를 요한다
또한, 티타늄(Ti)는 티탄족에 속하는 전이원소의 하나이고 암석이나 흙 속에 들어있는 윤이 나는 흰색 금속원소로 강도와 내식성이 크며 가열하면 강한 빛을 내며 타는 성질을 가진 금속으로 원자 번호는 22, 원자량은 47.90 이다. 티타늄 또한 금과 함께 내식성 금속으로 알려진 것으로, 일반적인 화학 시약 등에 대해서 매우 안정한 특성이 있다.
일반적으로 티탄늄(Ti) 박막을 에칭하는 데는 불화수소산이나 산성 불화암모늄 등의 불화물에 과산화수소나, 질산 또는 황산을 추가 혼합한 에칭제를 사용하는 것으로 알려져 있다. 그러나, 통상의 불화수소산등의 불화물과 질산 등의 혼합 에칭제는 강한 산성으로 에칭후 샘플의 표면이 거칠어져 버린다는 결점이 있으며, 처리온도가 70 ℃ 이상 정도로 고온이기 때문에 유해가스 발생 등 작업 환경이 좋지 않은 문제가 있다.
또한, 이같이 과산화 수소를 사용할 경우, 에칭제 내에 다수의 기포 발생을 야기시켜 오히려 에칭 과정을 저해하는 요소로 작용할 수 있으며, 예를 들면, PMMA 기판 등에 투명도를 저해하는 얼룩 모양 손상을 기판에 주거나 또는 고른 에칭을 방해하여 에칭의 신뢰성을 장담할 수 없게 된다.
본 발명은 상기 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 본 발명의 목적은 PMMA 패널 등의 기판의 표면에 손상 없이도 금/티타늄 박막을 동시에 에칭하여 전체 전자부품회로 제조공정을 단순화 시킬 수 있는 에칭용 조성물을 제공하는 것이다.
본 발명이 다른 목적은 상기 에칭용 조성물을 이용한 에칭방법을 제공하는 데 발명의 목적이 있다.
본 발명은 상기와 같은 기술적 과제를 달성하기 위하여,
a) 염산 20 내지 55 중량%
b) 질산 5 내지 25 중량
c) 불화물 0.1 내지 15 중량%,
d) 하기 화학식 1을 갖는 염소산 1 내지 20 중량%,
e) 잔량의 물
을 포함하는 금/티타늄 박막 에칭용 조성물을 제공하고:
[화학식 1]
HClOx
식 중, x는 1 내지 4의 정수이다.
또한, 본 발명은 전자부품을 형성하는 기판상의 금속 박막을 에칭하는 방법에 있어서, 상기의 에칭용 조성물을 이용하여 금/티타늄 박막을 동시에 에칭하는 단계를 포함하는 금/티타늄 박막의 에칭방법을 제공한다.
이하, 본 발명을 상세히 설명하면 다음과 같다.
본 발명자들은 전자부품 회로 기판 위에 적층되어 배선이나 전극 형성하는 단계에서 금/백금 박막 에칭용 조성물에 대하여 연구하던 중, 염산, 질산, 불화물, 및 과염소산을 최적범위로 포함하고 잔량의 물을 추가함으로써, PMMA 패널 표면 등 재료 특성에 영향을 주지 않으며 추가 전극 등에 영향없이 금/백금 박막을 에칭할 수 있음을 확인하고, 이를 토대로 본 발명을 완성하게 되었다.
또한, 상기와 같이 최적 범위의 성분 및 함량의 조합을 통해 본 발명자들은 에칭후에 잔사 발생없이도 금/티타늄 박막을 동시에 에칭할 수 있어 전자부품 기판 제조에 있어서 전체공정을 현저히 단축시킬 수 있는 금/티타늄 박막 에칭용 조성물을 제공할 수 있게 되었다.
본 발명의 금/티타늄 박막은 도 1에 나타낸 바와 같이, PMMA 등의 기판상에 차례로 티타늄 박막과 금 박막을 스퍼터링(sputtering) 방법에 의해 증착할 수 있다. 스퍼트링 방법은 전계에 의해 가속된 비활성 기체 이온 입자들이 타겟에 부딪히고 타겟 물질을 비산시켜 기판 상에 증착하게 하는 방법으로, 통상적으로 금속 박막을 증착시키는 데 있어서 일반적인 방법이다. 그러나, 본 발명의 금/티타늄 박막은 스퍼터링 방법에 의한 것만으로 한정되는 것은 아니며, 이 외에도 통상적인 금속 박막 제법을 통해 형성된 것에도 적용될 수 있는 것이다.
본 발명에서 금/티타늄 박막이 형성된 기판은 폴리메틸메타크릴레이트(PMMA), 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET), 및 폴리에틸렌(PE) 로 이루어진 군으로 부터 선택된 1종 이상의 폴리머를 포함하는 것을 사용할 수 있으며, 이 중에서 폴리메틸메타크릴레이트(PMMA) 패널이 바람직하다.
폴리메틸메타크릴레이트(PMMA, Poly Methyl Meta Acrylate)는 투명성이 뛰어나고 경도가 높고 표면 광택이 우수하며, 물, 염, 약산 정도에 견디나 알칼리나 강산에는 침해되고 유기 용제에 용해되는 성질을 가지고 있다.
본 발명의 에칭용 조성물에서 염산의 함량은 20 내지 55 중량%이며, 바람직하게는 30 내지 45 중량%이다. 염산의 함량이 20 중량% 미만에서는 산화 효과가 불충분하기 때문에 금(Au) 박막에 대해 충분한 에칭 성능이 얻어지지 않고, 55 중량%를 초과하는 경우에는 PMMA 패널 또는 추가 전극의 산화를 유발시켜 표면 손상 등을 야기시킬 수 있다.
또한, 본 발명의 에칭용 조성물에서 질산의 함량은 5 내지 25 중량%이며, 바람직하게는 10 내지 20중량%이다. 질산의 함량이 5 중량% 미만에서는 산화 효과가 불충분하기 때문에 금 및 티타늄 모두에 대해 충분한 에칭 성능이 얻어지지 않고, 25 중량%를 초과하는 경우에는 과도한 산화 반응을 유발시켜 표면 손상 등을 야기시키나 유해가스 발생 등으로 작업환경을 나쁘게 할 수 있다.
본 발명에서 불화물은 불화수소산, 불화 리튬, 불화나트륨, 불화 칼륨, 불화루비듐, 불화세슘, 불화마그네슘, 불화칼슘, 불화스트론튬, 불화바륨, 불화 망간, 불화철, 불화동, 불화주석, 불화알루미늄, 불화티탄, 불화탄탈, 불화 안티몬, 불화암모늄 등을 들 수 있으며, 이 중 바람직한 것은 불화수소산 또는 산성 불화 암모늄이다.
상기 불화물의 함량은 전체 조성물 내에 0.1 내지 15 중량%이며, 바람직하게는 0.5 내지 5 중량%이다. 불화물의 함량이 0.1 중량% 미만에서는 충분한 산화 효과 및 용해력이 얻어지지 않고, 20 중량%를 초과하는 경우 금속 표면이 거칠어지기 때문에 바람직하지 않다. 또한, 본 발명에서 상기 조성비의 불화물은 에칭 공정에서 산화된 금속 이온이 재흡착되는 것을 방지하는 역할도 한다.
한편, 본 발명의 에칭 조성물 중 상기 화학식 1을 갖는 염소산은 조성물의 pH를 낮추어 식각 반응이 활발히 일어나도록 환경을 조성하는 역할을 수행하고, PMMA 등의 재료에 손상을 주지 않으며 금(Au) 박막의 에칭에 필요한 Cl 이온을 제공한다. 상기 화학식 1을 갖는 염소산으로 과염소산(HClO4), 하이포아염소산(HClO), 아염소산(HCl2), 염소산(HCl03) 등을 사용할 수 있으며, 바람직하게는 과염소산을 사용할 수 있다.
일반적으로, 상기 화학식 1의 염소산은 염산보다도 강한 산으로써 염산에 산소기가 많이 포함될수록 강한 산성을 나타내기 때문에, 전체 조성물 내에 1 내지 20 중량%을 유지하는 것이 중요하다. 바람직하게는 2 내지 10중량%를 사용할 수 있다. 상기 화학식 1을 갖는 염소산의 함량이 1 중량% 미만인 경우 충분한 산화 효과를 얻을 수 없으며, 20 중량%를 초과하는 경우에는 염산과 마찬가지로 PMMA 패널 또는 추가 전극의 산화를 유발시켜 표면 손상 등을 야기시킬 수 있다.
특히, 바람직한 일례에서 본 발명의 금/티타늄 박막 에칭용 조성물은 상기 질산 100 중량부에 대하여, 염산 200 내지 400 중량부, 불화물 5 내지 100 중량부, 및 상기 화학식 1의 염소산 10 내지 100 중량부를 포함하며, 좀더 바람직하게는 상기 염산:질산:불화물:염소산의 함량비가 5:2:1:1이 되도록 혼합할 수 있다.
본 발명은 또한, 전자부품을 형성하는 기판상의 금속 박막을 에칭하는 방법에 있어서, 상기의 에칭용 조성물을 이용하여 금/티타늄 박막을 동시에 에칭하는 단계를 포함하는 금/티타늄 박막의 에칭방법을 제공한다.
본 발명의 에칭 공정은 상온에서 수행할 수 있으며, 바람직하게는 10 내지 35 ℃의 온도로, 더욱 바람직하게는 15 내지 30 ℃의 온도로 처리할 수 있다. 에칭액 처리 온도가 10 ℃ 미만에서는 에칭 속도가 너무 늦고 처리에 시간이 너무 걸리고 처리 온도가 35 ℃를 초과하는 경우에는 에칭 속도가 너무 빨라 표면이 거칠어 지는 등 바람직하지 않다.
이하, 본 발명의 이해를 돕기 위하여 바람직한 실시예를 제시하나, 하기 실시예는 본 발명을 예시하는 것일 뿐 본 발명의 범위가 하기 실시예에 한정되는 것은 아니다.
실시예
1~4
도 1에 나타낸 바와 같이 PMMA 패널 위에 티타늄(Ti) 박막과 금(Au) 박막이 차례대로 각각 약 8~9㎚ 와 약 58㎚ 두께로 도포한 기판을 준비하였다.
한편, 하기 표 1에 나타낸 바와 같은 조성으로 염산, 질산, 과염소산, 불화수소산, 및 물을 사용하여 에칭액을 제조하고, 상기 기판을 실온(약 20 ℃) 정도에서 각각 60~75 초 동안 상기 에칭액에 담군 후에 기판의 손상여부 및 에칭상태를 측정하였다. 각 조성에 따른 에칭액으로 에칭한 후의 기판 상태는 도 2~5에 나타낸 바와 같으며, 각 조성에 따른 기판의 PMMA 손상여부 및 에칭 상태는 하기 표 1에 나타낸 바와 같다.
| 실시예 | 에칭제 조성(중량%) | 에칭조건 | 기판에칭결과 | ||||||
| 염산 | 질산 | 과염소산 | 불화수소산 | 물 | 온도 (℃) | 시간 (sec) | PMMA 손상여부 | 에칭 상태 | |
| 1 | 35 | 15 | 3 | 1 | 잔량 | 20 | 75 | 손상없음 | 에칭 및 제거 가능 |
| 2 | 35 | 15 | 3 | 1 | 잔량 | 20 | 60 | 손상없음 | 에칭 및 제거 가능 |
| 3 | 35 | 15 | 5 | 3 | 잔량 | 20 | 75 | 손상없음 | 에칭 및 제거 가능 |
| 4 | 35 | 15 | 5 | 3 | 잔량 | 20 | 60 | 손상없음 | 에칭 및 제거 가능 |
비교예
1~4
상기 실시예 1~4에서와 동일한 방법으로 기판을 제조하고, 하기 표 2에 나타낸 바와 같은 조성으로 과염소산을 포함하지 않는 것을 제외하고는 상기 실시예 1~4와 동일한 방법으로 금/티타늄 박막을 에칭한 후에 기판의 손상여부 및 에칭상태를 측정하였다. 각 조성에 따른 에칭액으로 에칭한 후의 기판 상태는 도 6~9에 나타낸 바와 같으며, 각 조성에 따른 기판의 PMMA손상여부 및 에칭 상태는 하기 표 2에 나타낸 바와 같다.
| 비교예 | 에칭제 조성(중량%) | 에칭조건 | 기판에칭결과 | |||||
| 염산 | 질산 | 불화수소산 | 물 | 온도 (℃) | 시간 (sec) | PMMA 손상여부 | 에칭 상태 | |
| 1 | 70 | 30 | - | - | 20 | 75 | 손상 | 동시 에칭 및 제거 불가 |
| 2 | 69.5 | 30.5 | 1 | - | 20 | 75 | 손상 | 동시 에칭 가능 |
| 3 | 60 | 25 | 1 | 잔량 | 20 | 75 | 손상 | 동시 에칭 가능 |
| 4 | 60 | 15 | 1 | 잔량 | 20 | 75 | 약한 손상 | 동시 에칭 불가 (잔사존재) |
상기 표 1~2와 도 2~5 및 6~9의 결과에서 알 수 있듯이, 본 발명에 따라 염산, 질산, 불화물, 및 과염소산 등을 특정 조성비로 포함하는 실시예 1~4의 경우, 과염소산을 포함하지 않는 비교예 1~4에 비하여 PMMA에 대한 손상 및 금/티타늄 박막의 동시 에칭 효과 측면에서 우수한 특성을 갖는 것을 알 수 있다.
특히, 비교예 1에서와 같이 염산과 질산으로 이루어진 왕수를 사용한 경우 티타늄 박막의 에칭이 이루어지지 않고, 미에칭된 티타늄막이 검은색 얼룩으로 남았으며, 왕수에 불화수소산만을 추가한 비교예 2, 3, 및 4의 경우에는 동시 에칭이 이루어지기는 하였지만, 강산에 의한 PMMA 손상이 발생하였다.
비교예
5
비교예 4에 따라 제조된 에칭제 조성물 90 중량%와 과산화수소수 10 중량%를 혼합한 후, 비교예 4과 동일한 방법으로 PMMA에 대한 손상 및 금/티타늄 박막의 동시 에칭 효과를 측정하였다.
상기 비교예 5에 따른 에칭제 조성물은 과산화수소수의 기포발생으로 인해 PMMA 기판 샘플이 에칭제의 표면으로 떠오르는 문제가 발생하였으며, 이로 인해 dipping test 자체가 불가능하였다.
따라서, 기판 샘플에 하중을 가해 강제적으로 에칭제 용액에 dipping시킨 후, 표면 손상을 육안으로 관찰하였으며, 그 표면을 관찰한 현미경 사진을 도 10에 나타내었다.
도 10에서 보는 것과 같이, 일반적인 티타늄 박막 에칭제에 사용되는 과산화수소수는 다수의 기포 발생으로 인해 정밀한 에칭을 할 수 없는 한계가 있음을 확인할 수 있다. 또한, 도 10으로부터 기판 위에 인쇄된 전선의 손상과 PMMA의 손상이 보이는 것을 확인할 수 있다.
상기한 바와 같이 본 발명의 에칭용 조성물 및 이를 이용한 에칭 방법은 염산, 질산 및 불화물의 조성에 특정 조성비로 과염소산을 추가함으로써, PMMA 등에 손상이 없고 에칭후에 잔사 발생 및 추가 전극 등에 영향이 없이 금/티타늄 박막을 동시에 에칭할 수 있기 때문에, 표시장치 등의 다양한 전자부품 기판의 제조에 있어서 생산성을 현저히 향상시킬 수 있다.
Claims (6)
- a) 염산 20 내지 55 중량%b) 질산 5 내지 25 중량%c) 불화물 0.1 내지 15 중량%,d) 하기 화학식 1을 갖는 염소산 1 내지 20 중량%,e) 잔량의 물을 포함하는 금/티타늄 박막 에칭용 조성물:[화학식 1]HClOx식 중, x는 1 내지 4의 정수임.
- 제 1 항에 있어서, 상기 불화물이 불화수소산 또는 산성 불화암모늄인 금/티타늄 박막 에칭용 조성물.
- 제 1 항에 있어서, 상기 질산 100 중량부에 대하여, 상기 염산 200 내지 400 중량부, 상기 불화물 5 내지 100 중량부, 및 상기 화학식 1의 염소산 10 내지 100 중량부를 포함하는 금/티타늄 박막 에칭용 조성물.
- 제 1 항에 있어서, 상기 화학식 1의 염소산이 과염소산인 금/티타늄 박막 에칭용 조성물.
- 전자부품을 형성하는 기판상의 금속 박막을 에칭하는 방법에 있어서, 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 따른 에칭용 조성물을 이용하여 금/티타늄 박막을 동시에 에칭하는 단계를 포함하는 금/티타늄 박막의 에칭방법.
- 제 5 항에 있어서, 상기 기판이 폴리메틸메타크릴레이트(PMMA), 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET), 및 폴리에틸렌(PE)으로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상의 폴리머를 포함하는 것인 금/티타늄 박막의 에칭방법.
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