KR101323458B1

KR101323458B1 - 은 식각액 조성물

Info

Publication number: KR101323458B1
Application number: KR1020070058795A
Authority: KR
Inventors: 김성수; 박영철; 이석준
Original assignee: 동우 화인켐 주식회사
Priority date: 2007-06-15
Filing date: 2007-06-15
Publication date: 2013-10-29
Also published as: KR20080110259A

Abstract

본 발명은 은 식각액 조성물에 관한 것으로서, 상기 조성물은 식각액 총 중량에 대해 40 내지 60 중량%의 인산, 3 내지 8 중량%의 질산, 12 내지 20 중량%의 아세트산, 0.1 내지 3 중량%의 제1인산나트륨(NaH₂PO₄) 및 잔량의 탈이온수를 포함하는 것을 특징으로 한다.

평판표시장치(Flat Panel Display)의 제조시 본 발명에 따른 금속 식각액 조성물을 사용하는 경우, 장비나 하부막에 대한 손상 없이 은(Ag) 또는 은합금으로 이루어진 단일막, 및 상기 단일막과 산화인듐막으로 구성되는 다층막에 대한 우수한 식각 특성 및 식각 균일성을 유지할 수 있다.

인산, 질산, 아세트산, 제1인산나트륨, 은, 산화인듐막, 식각액

Description

은 식각액 조성물 {Etchant composition for silver}

도 1a는 본 발명의 실시예 3에 따른 식각액 조성물을 이용하여 ITO/Ag/ITO 삼층막을 식각한 결과를 나타낸 주사전자현미경 사진이고,

도 1b는 본 발명의 상기 도 1a의 기판의 식각 후 스트립한 기판의 표면을 나타내는 주사전자현미경 사진이다.

본 발명은 은(Ag) 또는 은합금으로 이루어진 단일막, 및 상기 단일막과 산화인듐막으로 구성되는 다층막에 적용하였을 때 우수한 식각 특성 및 식각 균일성을 나타내는 은 식각액 조성물에 관한 것이다.

액정 표시 장치(Liquid Crystal Display)는 현재 가장 널리 사용되고 있는 평판 표시 장치(Flat Panel Display) 중 하나로서, 전극이 형성되어 있는 두 장의 기판과 그 사이에 삽입되어 있는 액정층으로 이루어져, 전극에 전압을 인가하여 액정층의 액정 분자들을 재배열시킴으로써 투과되는 빛의 양을 조절하는 표시 장치이다.

액정 표시 장치 중에서도 현재 주로 사용되는 것은 전계 생성 전극이 두개의 기판에 각각 구비되어 있는 형태이다. 이 중에서도, 하나의 기판에는 복수의 화소 전극이 매트릭스 형태로 배열되어 있고, 다른 기판에는 하나의 공통전극이 기판 전면을 덮고 있다. 이러한 액정 표시 장치에서 화상의 표시는 각 화소 전극에 별도의 전압을 인가함으로써 이루어진다. 이를 위해서 화소 전극에 인가되는 전압을 스위칭하기 위한 삼단자소자인 박막 트랜지스터를 각 화소 전극에 연결하고 이 박막 트랜지스터를 제어하기 위한 신호를 전달하는 게이트선(gate line)과 화소 전극에 인가될 전압을 전달하는 데이터선(data line)을 기판 상에 형성한다.

한편, 액정 표시 장치의 표시 면적이 점점 대형화됨에 따라, 상기 박막 트랜지스터와 연결되는 게이트선 및 데이터선 또한 길어지고 그에 따라 배선의 저항 또한 증가한다. 이와 같은 이유로 인하여, 종래에 주로 사용되었던 크롬(Cr), 몰리브덴(Mo), 알루미늄(Al) 및 이들의 합금을 박막 트랜지스터 (Thin Film Transistor, TFT)에 사용되는 게이트 및 데이터 배선 등으로 계속 이용하는 것은 평판표시장치의 대형화 및 고해상도 실현을 어렵게 만드는 원인으로 작용하고 있다. 따라서, 이러한 저항 증가에 의한 신호 지연 등의 문제를 해결하기 위해서는, 상기 게이트선 및 데이터선을 최대한 낮은 비저항을 가지는 재료로 형성할 필요가 있다.

산화주석인듐(Indium Tin Oxide, ITO)과 산화아연인듐(Indium Zinc Oxide, IZO)과 같은 도전성 금속은 빛에 대한 투과율이 비교적 뛰어나고, 도전성을 가지므로 평판표시장치에 사용되는 칼라필터의 전극으로 널리 쓰이고 있다. 그러나 이들 금속들 또한 높은 저항을 가져 응답속도의 개선을 통한 평판표시장치의 대형화 및 고해상도 실현에 장애가 되고 있다.

또한, 반사판의 경우 과거 알루미늄(Al) 반사판을 주로 제품에 이용해왔으나, 휘도 향상을 통한 저전력 소비실현을 위해서는 반사율이 더 높은 금속으로의 재료변경을 모색하고 있는 상태이다. 이를 위해 평판 표시 장치에 적용되고 있는 금속들에 비해 낮은 비저항과 높은 휘도를 가지고 있는 은(Ag: 비저항 약 1.59μΩ㎝)막, 은합금 또는 이를 포함한 다층막을 칼라필터의 전극, LCD 배선 및 반사판에 적용, 평판표시장치의 대형화와 고해상도 및 저전력 소비 등을 실현하고자 하여, 이 재료의 적용을 위한 식각액의 개발이 요구되었다.

그러나, 은(Ag)은 유리 등의 절연 기판 또는 진성 비정질 규소나 도핑된 비정질 규소 등으로 이루어진 반도체 기판 등의 하부 기판에 대해 접착성(adhesion)이 극히 불량하여 증착이 용이하지 않고, 배선의 들뜸(lifting) 또는 벗겨짐(Peeling)이 쉽게 유발된다. 또한, 은(Ag)도전층이 기판에 증착된 경우에도 이를 패터닝하기 위해 식각액을 사용하게 된다. 이러한 식각액으로서 종래의 식각액을 사용하는 경우 은(Ag)이 과도하게 식각되거나 불균질하게 식각되어 배선의 들뜸 또는 벗겨짐 현상이 발생하고, 배선의 측면 프로파일이 불량하게 된다.

한국등록특허 제0579421호에 제시된 은 식각액은 인산, 질산, 초산에 첨가제로서 보조 산화물 용해제와 함불소형 탄소계 계면활성제을 사용하였다. 그러나 보조 산화물 용해제로 사용된 SO₄ ² ^-화합물은 은(Ag)과 반응을 하여 황화은(Ag₂S)의 형태로 기판내에 잔사로 남게 되는 단점이 있고, ClO₄ ^-화합물은 현재 환경 규제 물질 로 규정되어 사용함에 어려움이 있다. 또한 함불소형 탄소계 계면활성제의 경우 은의 하부막이 유기절연막인 경우 기판의 테두리 부분에 있는 유기절연막이 식각액에 의해 쉽게 손상을 받아 벗겨짐(Peeling) 현상이 유발되는 문제점이 있다.

이에, 본 발명자들은 상기한 문제점을 해결하고자 예의 노력한 결과, 종래 은 식각액으로 사용되어온 인산, 질산, 아세트산 및 물로 이루어진 식각액에 첨가제로서 제1인산나트륨(NaH₂PO₄)을 추가함으로써 은(Ag) 또는 은합금으로 이루어진 단일막, 및 상기 단일막과 산화인듐막으로 구성되는 다층막에 대해 식각 특성 및 식각 균일성이 우수해짐을 발견하여 본 발명을 완성하였다.

따라서, 본 발명의 목적은 은(Ag) 또는 은합금으로 이루어진 단일막 및 상기 단일막과 산화인듐막으로 구성된 다층막, 바람직하게는 산화인듐막/은 또는 산화인듐막/은/산화인듐막으로 형성된 다층막에 대해 사용할 수 있으며, 하부막을 손상시키지 않으면서, 식각 균일성을 나타내는 습식 식각에 유용한 식각액을 제공하는 것이다.

상기 목적의 달성을 위하여, 본 발명은 인산(H₃PO₄), 질산(HNO₃), 아세트산(CH₃COOH), 제1인산나트륨(NaH₂PO₄) 및 탈이온수를 함유하는 은(Ag) 식각액 조성물을 제공한다.

보다 상세하게는, 본 발명은 조성물 총중량에 대하여, 40 내지 60 중량%의 인산, 3 내지 8 중량%의 질산, 12 내지 20 중량%의 아세트산, 0.1 내지 3 중량%의 제1인산나트륨 및 전체 조성물 총중량인 100 중량%가 되도록 하는 잔량의 탈이온수로 구성되는 은(Ag) 식각액 조성물을 제공한다. 　　　　　　　

본 발명의 식각액 조성물은 은(Ag) 또는 은합금으로 이루어진 단일막, 및 상기 단일막과 산화인듐막으로 구성되는 다층막을 동시에 식각할 수 있는 것을 특징으로 한다.

여기서, 은합금은 은을 주성분으로 하여 Nd, Cu, Pd, Nb, Ni, Mo, Ni,Cr, Mg, W 및 Ti 등의 다른 금속을 포함하는 합금 형태와; 은의 질화물, 규화물, 탄화물, 산화물 형태 등 다양할 수 있다.

본 발명의 산화인듐은 산화주석인듐(ITO) 또는 산화아연인듐(IZO)인 것을 특징으로 한다.

본 발명의 식각액에 포함되는 인산(H₃PO₄)은 주 산화제로 사용되는 성분으로서, 산화인듐막/Ag/산화인듐막에서 은(Ag)과 산화인듐막을 산화시켜 습식식각하는 역할을 수행한다. 그 함량은 식각액 조성물 총중량에 대하여 40~60 중량%이다. 인산의 함량이 40 중량% 미만인 경우에는 은의 식각 속도 저하와 식각 프로파일의 불량을 야기시킬 수 있으며, 60 중량%를 초과하는 경우에는 산화인듐막의 식각 속도는 저하되고, 은의 식각 속도는 너무 빨라져 상하부 산화인듐막의 팁(Tip)이 발생하게 되어 후속공정에 문제가 되는 불리한 점이 있다.

본 발명의 식각액에 포함되는 질산(HNO₃)은 보조 산화제로 사용되는 성분으로 서, 산화인듐막/Ag/산화인듐막에서 은(Ag)과 산화인듐막을 산화시켜 습식식각하는 역할을 수행한다. 그 함량은 식각액 조성물 총중량에 대하여 3~8 중량%이다. 질산의 함량이 3 중량% 미만인 경우에는 은(Ag)과 ITO의 식각 속도 저하가 발생하며 이로써 기판내의 식각 균일성(Uniformity)이 불량해지므로 얼룩이 발생하며, 8 중량%를 초과하는 경우에는 상하부 산화인듐막의 식각 속도가 가속화 되어 상하부 산화인듐막의 언더컷 발생으로 후속 공정에 문제가 발생되는 불리한 점이 있다.

본 발명의 식각액에 포함되는 아세트산(CH₃COOH)은 보조 산화제로 사용되는 성분으로서, 산화인듐막/Ag/산화인듐막에서 은(Ag)을 산화시켜 습식식각하는 역할을 수행한다. 그 함량은 식각액 조성물 총중량에 대하여 12~20 중량%이다. 아세트산의 함량이 12 중량% 미만인 경우에는 기판 내의 식각 속도 불균일로 얼룩이 발생하는 문제점이 있고, 20 중량%를 초과하는 경우에는 거품발생이 야기되며 이러한 거품이 기판내에 존재하게 되면 완전한 식각이 이루어지지 않아 후속공정에 문제를 야기할 수 있다.

본 발명의 식각액 중의 제1인산나트륨(NaH₂PO₄)은 첨가제로 사용되는 성분으로서, 습식 식각 시 박막에 대한 CD 스큐(CD Skew)를 감소시키고 또한 균일하게 식각되도록 식각 속도를 조절한다. 그 함량은 식각액 조성물 총중량에 대하여 0.1~3 중량%이다. 제1인산나트륨의 함량이 0.1중량% 미만인 경우에는 기판 내의 식각 균일성(Uniformity)이 저하되고 또한 기판 내에 부분적으로 은 잔사가 생길 수 있으며, 3 중량%를 초과하는 경우에는 식각 속도가 저하되어 원하는 식각 속도를 구현 할 수 없으므로 공정상에 문제가 될 수 있다.

액정 표시 장치의 제조 시, 배선 및 반사막으로 사용되는 은(Ag) 또는 은합금으로 이루어진 단일막 및 상기 단일막과 산화인듐막으로 구성된 다층막, 바람직하게는 산화인듐막/은 또는 산화인듐막/은/산화인듐막으로 형성된 다층막에 대해 본 발명의 식각액 조성물을 사용하는 경우, 하부막을 손상시키지 않고 식각 균일성을 나타내므로 습식 식각에 유용하게 사용할 수 있다. 　　　　　　　　

이하, 본 발명을 실시예 및 비교예를 이용하여 더욱 상세하게 설명한다. 그러나 하기 실시예 및 비교예는 본 발명을 예시하기 위한 것으로서 본 발명은 하기 실시예 및 비교예에 의해 한정되지 않고 다양하게 수정 및 변경될 수 있다.

실시예 1~5. 식각액 조성물의 제조 및 식각특성평가

기판 상에 유기 절연막을 증착하고, 그 위에 ITO/Ag/ITO 삼층막을 증착한 것을 다이아몬드 칼을 이용하여 500×600mm로 절단하여 시편 준비를 하였다.

표 1 에 기재된 전체 조성물의 총중량에 대한 조성비와 같이, 인산(H₃PO₄), 질산(HNO₃), 아세트산(CH₃COOH), 제1인산나트륨(NaH₂PO₄) 및 탈이온수를 포함하는 식각액을 각각 200 kg이 되도록 제조하였다. 분사식 식각 방식의 실험장비 (모델명: ETCHER(TFT), K.C.Tech사) 내에 제조된 식각액을 넣고 온도를 40 ℃ 로 설정하여 가온한 후, 온도가 40±0.1℃에 도달하였을 때 식각 공정을 수행하였다. 총 식각 시간은 엔드포인트 검출(End Point Detection, EPD)을 기준으로 하여 오버 에치(Over Etch) 50%를 주어 실시하였다.

기판을 넣고 분사를 시작하여 식각이 다 되면 꺼내어 탈이온수로 세정한 후, 열풍건조장치를 이용하여 건조하고, 포토레지스트 박리기(PR stripper)를 이용하여 포토레지스트를 제거하였다. 세정 및 건조 후 전자주사현미경 (SEM; 모델명: S-4700, HITACHI사 제조)을 이용하여 사이드에칭 (Side Etch), 하부막 손상 및 식각 잔류물의 발생 정도의 식각 특성을 평가하여 하기 표 1에 나타내었으며, 실시예 3의 식각액 조성물을 이용한 ITO/Ag/ITO 삼층막은 식각한 후 (도 1a) 및 스트립　후 기판　표면(도 1b)을 각각 주사전자현미경을 이용해 사진을 찍었다.

실시예	조성(중량%) 인산/질산/아세트산/제1인산나트륨/물	식각 특성 결과
실시예	조성(중량%) 인산/질산/아세트산/제1인산나트륨/물	Side Etch(㎛)	하부막 손상	은 잔사
1	45 / 5 / 12 / 0.5 / 37.5	0.25	무	무
2	48 / 7 / 12 / 0.5 / 32.5	0.20	무	무
3	50 / 7 / 15 / 1 / 27	0.20	무	무
4	55 / 5 / 15 / 1 / 24	0.25	무	무
5	60 / 5 / 12 / 3 / 20	0.30	무	무

표 1, 도 1a 및 도 1b에 나타난 바와 같이, 본 발명에 따른 실시예의 식각액 조성물을 사용하여 식각한 결과, 양호한 식각특성을 갖는 것을 확인할 수 있었다.

비교예 1~3. 식각액 조성물의 제조 및 식각특성평가

실시예 3과 비교하여, NaH₂PO₄를 첨가하지 않거나, 이를 황산 또는 불산으로 치환하여 첨가하는 것을 제외하고는, 실시예 3과 동일한 방식으로 식각액을 제조하였으며, 동일한 방식으로 식각 공정을 수행하여 하기 표 2에 각각의 식각 특성을 평가하여 나타내었다.

비교예	조성(중량%)	식각 특성 결과
비교예	조성(중량%)	Side Etch(㎛)	하부막 손상	은 잔사
1	인산/질산/아세트산/물 = 50 / 7 / 15 / 28	0.30	무	유
2	인산/질산/아세트산/황산/물 = 50 / 7 / 15 / 0.5 / 27.5	0.25	무	유
3	인산/질산/아세트산/불산/물 = 50 / 7 / 15 / 0.05 / 27.95	0.30	유	무

표 2에 나타난 바와 같이, 본 발명의 첨가제를 사용하지 않은 비교예 1의 경우 은 잔사가 발생하며, 첨가제로서 황산을 사용한 비교예 2의 경우 식각 균일성은 향상되나 은 잔사가 발생하게 되며, 불산을 사용한 비교예 3의 경우 식각 균일성은 좋으나 하부막에 손상을 유발한다.

이상에서 살펴본 바와 같이, 본 발명의 식각액 조성물은 은 또는 은합금으로 이루어진 단일막, 및 상기 단일막과 산화인듐막으로 구성된 다층막을 식각함에 있어서 하부막 손상이 없는 균일한 식각 특성을 나타내므로, 평판표시장치의 고해상도, 대형화 및 저전력 소비를 달성할 수 있다.

Claims

조성물 총중량에 대하여, 40 내지 60 중량%의 인산(H₃PO₄), 3 내지 8 중량%의 질산(HNO₃), 12 내지 20 중량%의 아세트산(CH₃COOH), 0.1 내지 3 중량%의 제1인산나트륨(NaH₂PO₄) 및 전체 조성물 총중량인 100 중량%가 되도록 하는 잔량의 탈이온수로 구성되는 은 식각액 조성물.　　　　　　　　　
청구항 1에 있어서, 상기 식각액 조성물은 은(Ag) 또는 은합금으로 이루어진 단일막, 및 상기 단일막과 산화인듐막으로 구성되는 다층막을 동시에 식각할 수 있는 것을 특징으로 하는 식각액 조성물.
청구항 2에 있어서, 상기 산화인듐은 산화주석인듐(ITO) 또는 산화아연인듐(IZO)인 것을 특징으로 하는 식각액 조성물.