KR101674210B1 - 경사식 에칭장치용 에칭액 조성물 및 이를 이용한 에칭방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 경사식 에칭장치, 예를 들어 경사식 기판처리장치를 이용한 에칭과정에서 기판 전체에 대해 균일한 에칭성능을 발휘할 수 있는 에칭액 조성물 및 이를 이용한 에칭방법에 관한 것이다.

Description

경사식 에칭장치용 에칭액 조성물 및 이를 이용한 에칭방법{Etching composition for slope-type etching apparatus and etching method using the same}

본 발명은 경사식 에칭장치에 사용되는 에칭액 조성물 및 이를 이용한 에칭방법에 관한 것이다. 더욱 상세하게는 본 발명은 액정표시장치(이하, LCD라고 함), 플라즈마 디스플레이 패널(이하, PDP라고 함) 등의 제조 공정에서 사용하는 대형 포토마스크 등의 대형 기판을 처리하는데 적합한 경사식 에칭장치용 에칭액 조성물 및 이를 이용한 에칭방법에 관한 것이다.

일반적으로 LCD나 PDP의 제조공정에서는 포토 리소그래피(Photo Lithography)법을 이용하여 미세 패턴의 형성이 행해지고 있다. 포토 리소그래피법에 의한 패턴 형성은, 기판 상에 형성된 레지스트막에 대하여 소망의 패턴 노광을 실시하는 노광 공정, 소망의 패턴 노광에 따라 상기 레지스트막을 현상하고 레지스트 패턴을 형성하는 현상 공정, 레지스트 패턴에 따라 상기 기판을 에칭하는 에칭 공정과, 잔존한 레지스트 패턴을 박리 제거하는 공정을 포함하여 행해진다.

상기 현상 공정에서는, 기판 상에 형성된 레지스트막에 대해 소망의 패턴 노광을 실시한 후의 기판 표면에 현상액을 공급하고, 현상액에 가용(可溶)한 레지스트막의 부위를 용해하여 레지스트 패턴을 형성한다. 또한 상기 에칭 공정에서는 이 레지스트 패턴을 마스크로 하여 상기 기판을 에칭한다. 이 때 상기 기판은 보통 투광성의 유리 기판 상에 금속 박막이 형성되어 있는데, 이러한 기판 표면에 에칭액을 공급하여 레지스트 패턴이 형성되어 있지 않은 금속 박막이 노출한 부위를 용해하고, 이에 따라 소망의 패턴을 유리 기판 상에 형성한다.

그런데, 상술한 에칭 공정의 처리를 행하는 방법으로서, 종래에는 수평으로 배치한 다수의 반송용 굴림대에 의해 기판을 수평 자세로 반송하면서 기판 표면상에 대향 배치된 다수의 노즐로부터 에칭액을 기판 표면에 뿌리도록 한 것이 일반적이었다.

그러나 최근에는 LCD, PDP 등의 기판이 대형화됨에 따라, 종래 기판을 수평 자세로 반송하면서 기판 표면에 에칭액을 공급하는 방법에서는 처리 장치도 대형화 되어 버린다는 문제점이 있다.

게다가 기판이 수평 자세이기 때문에 기판이 대형화되면 기판 표면에서 에칭액이 체류하기 쉽고, 그 결과 기판면 내에서의 처리의 편차가 발생하기 쉬워진다는 문제점도 있다. 이러한 처리의 편차의 발생을 가능한 한 방지하기 위해서는, 기판을 수평 자세인 채로 반송용 굴림대 상에서 좌우로 움직이면서, 모든 노즐로부터 동시에 에칭액을 내보낼 필요가 있다. 이 때문에 헛되이 흘리는 에칭액이 꽤 많은 양이 되어 비용도 많이 들게 된다. 또한 처리 중에 기판을 수평 자세에서 좌우로 요동하기 위해 기판 사이즈보다도 큰 영역이 필요해져서, 기판이 대형화 되면 처리 장치의 대형화도 피할 수가 없다.

이러한 문제점을 해결하고자 근래 많은 시도가 이루어지고 있다. 그 중에 하나의 방법으로 제안되는 것이 수평면으로부터 기판을 일정 각도 경사지게 하여 에칭하는 방법이다. 이러한 경사식 에칭장치에 의하면, 수평면에 대하여 기판의 경사 각도가 일정 범위가 되도록 기판을 유지하면서 기판에 대해 에칭액을 공급하기 때문에, 기판을 수평 자세로 하는 경우와 비교할 때 기판 사이즈 보다도 작은 영역에서 기판 처리를 행할 수 있으므로, 처리 장치의 대형화 문제를 해결하는 면에서 바람직하다고 할 수 있다. 또한 사용되는 에칭액의 양도 기존의 수평식 기판 처리 장치에 비하여 절감되는 효과를 얻을 수 있다.

그러나, 이러한 경사식 에칭장치를 이용한 에칭방법에 기존의 수평식 에칭장치에 사용되던 에칭액을 사용할 경우, 기판 전체에 대한 균일한 에칭을 얻을 수 없는 문제점이 발생하고 있어, 경사식 에칭장치에 적합한 에칭액에 대한 개발이 요구되고 있다.

본 발명은 상술한 문제점을 해결하기 위한 것으로, 본 발명의 목적은 경사식 에칭장치에 적합한 새로운 에칭액 조성물 및 이를 이용한 에칭방법을 제공하는데 있다.

상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 전체 조성물 총 중량에 대하여, 인산 64~72중량%; 질산 4~8중량%; 초산 4~15중량%; 질산칼륨, 초산칼륨 및 인산칼륨으로 이루어진 군에서 선택되는 1종 이상의 칼륨염 화합물 0.1~3중량%; 및 잔량의 물을 포함하는 에칭액 조성물을 제공한다.

또한 본 발명은 경사식 에칭장치를 이용한 기판의 에칭방법에 있어서, 상기 에칭액 조성물을 이용하는 것을 특징으로 하는 에칭방법을 제공한다.

본 발명의 에칭액 조성물을 이용하면, 경사식 에칭장치를 이용한 에칭방법에서도 기판 전체에 대해 균일한 에칭성능을 발휘할 수 있다.

도 1은 본 발명의 에칭액 조성물이 사용되는 경사식 에칭장치의 일 예를 나타내는 개략적인 측단면도이다.
도 2는 본 발명의 실시예에서 기판의 경사각(TA), 편측 CD(critical dimension) 손실을 측정한 5개 부위를 나타낸 도면이다.

이하, 본 발명의 구성 및 작용을 보다 상세히 설명한다.

본 발명은 인산, 질산, 초산, 칼륨염 화합물 및 물을 포함하는 경사식 에칭장치용 에칭액 조성물을 제공한다. 구체적으로 본 발명은 전체 조성물 총 중량에 대하여, 인산 64~72중량%; 질산 4~8중량%; 초산 4~15중량%; 질산칼륨, 초산칼륨 및 인산칼륨으로 이루어진 군에서 선택되는 1종 이상의 칼륨염 화합물 0.1~3중량%; 및 잔량의 물을 포함하는 경사식 에칭장치용 에칭액 조성물을 제공한다.

이러한 조성비의 한정에 대해서는 후술할 실시예를 통해서 그 의미가 더욱 잘 이해되는데, 상기의 각 성분이 상술한 함량범위를 벗어날 경우, 기판 전체에 대한 균일한 에칭이 어려워지므로, 향후 얼룩불량 등의 문제점이 발생할 수 있다.

본 발명의 조성물에 포함되는 인산, 질산, 초산 및 칼륨염 화합물은 통상적으로 공지된 방법에 의해서 제조 가능하며, 특히 반도체 공정용의 순도를 가지는 것이 바람직하다. 물은 특별히 한정되는 것은 아니나, 반도체 공정용의 물로서, 비저항값이 18MΩ/㎝ 이상인 탈이온수를 사용하는 것이 바람직하다.

또한 본 발명의 조성물은 에칭성능을 향상시키기 위하여 당업계에 공지되어 있는 임의의 첨가제를 1종 이상 더 포함할 수 있다. 상기 첨가제로는 특별히 한정되는 것은 아니나, 계면활성제, 금속이온 봉쇄제, 부식 방지제 등을 들 수 있다. 이러한 첨가제는 전체 조성물 총중량에 대하여 0.001~0.01중량%의 범위로 포함될 수 있다.

그 중에서 계면활성제는 표면장력을 저하시켜 에칭의 균일성을 증가시키기 위해 첨가될 수 있다. 이러한 계면활성제로는 에칭용액에 견딜 수 있고 상용성이 있는 종류이면 어느 것이든 사용할 수 있다. 예를 들어 임의의 음이온성, 양이온성, 양쪽이온성 또는 비이온 계면활성제를 사용할 수 있다. 바람직하게는 계면활성제로서 불소계 계면활성제를 사용할 수 있다.

한편 도 1은 본 발명의 에칭액 조성물이 사용되는 경사식 에칭장치, 예를 들어 경사식 기판처리장치의 일 예를 나타낸다. 상기 경사식 기판처리장치는 수평면을 기준으로 5도 내지 70도로 경사진 것을 사용할 수 있다. 바람직하게는 수평면을 기준으로 5도 내지 40도, 더욱 바람직하게는 5도 내지 20도로 경사진 것을 사용한다.

경사각도(도 1에서 α)가 5도 미만이면 에칭액이 흘러 떨어지는 속도가 느리기 때문에 경사 방향 하류측의 기판 표면에 에칭액이 체류하기 쉬워지고, 그로 인해 기판의 경사방향 상류측과 하류측에서 처리 편차가 발생하기 쉽다는 문제가 있다. 반대로 그 경사각도를 70도 초과로 하면 기판의 경사 방향 상류측으로부터 하류측으로 흘러 떨어지는 에칭액의 속도가 너무 빨라지기 때문에 에칭액이 기판 표면에 거의 체류하지 않은 채로 흘러 떨어져 버려서 금속 박막의 용해 반응이 진행되기 어렵다. 따라서 에칭 처리에 상당히 긴 시간을 요하게 되고, 그 결과 기판 내에서의 에칭 편차가 발생하기 쉽다는 문제가 있다.

본 발명의 에칭액 조성물은 대형 기판의 처리에 적용될 수 있는데, 그 에칭대상이 되는 금속막으로는 알루미늄 또는 알루미늄 합금(산화물, 질화물 포함), 몰리브덴 또는 몰리브덴 합금(산화물, 질화물 포함), 구리 또는 구리 합금(산화물, 질화물 포함), 티타늄 또는 티타늄 합금)산화물, 질화물 포함), 인듐산화막, 크롬 등의 다양한 막질을 들 수 있다. 상기의 금속막은 단일막, 또는 2중막, 3중막 등의 다층막일 수 있다. 본 발명의 에칭액 조성물은 특히 알루미늄, 알루미늄 합금, 몰리브덴 및 몰리브덴 합금으로 이루어진 군에서 선택되는 1종 이상으로 형성된 단일막 또는 다층막의 에칭에 적합하다.

또한 본 발명은 경사식 에칭장치를 이용한 기판의 에칭방법에 있어서, 상술한 본 발명의 에칭액 조성물을 이용하는 것을 특징으로 하는 에칭방법을 제공한다.

구체적으로, 본 발명의 에칭방법은, 기판 주표면이 경사식 에칭장치의 비스듬한 상방을 향하도록 경사시킨 상태로 기판을 소정 범위의 경사 각도로 유지하는 단계; 이 경사시킨 상태의 기판의 한면 방향, 즉 기판 주표면에 대하여 균등하게 에칭액 조성물을 공급 가능한 하나 또는 복수의 노즐을 이용하여 에칭액을 공급하는 단계; 상기 기판 주표면으로 상기 노즐을 주사하여 기판 주표면의 전역에 에칭액을 공급하는 단계를 포함한다.

이 때, 상기 기판의 경사각도는 경사식 에칭장치의 경사각도와 동일하게 5도 내지 70도 범위인 것이 바람직하며, 에칭 대상이 되는 막은 전술한 바와 같다.

이하, 본 발명을 실시예를 들어 더욱 상세하게 설명하나, 하기 실시예는 본 발명을 예시하기 위한 것으로 본 발명의 권리범위를 한정하는 것은 아니다.

실시예 및 비교예

Mo/Al 이중막 기판(360mmX350mm)을 준비하였다. 인산, 질산, 초산, 첨가제 및 물을 하기 표 1에 기재된 조성비로 함유하는 에칭액을 180kg이 되도록 제조하였다. 분사식 에칭방식의 실험장비(KDNS社, ETCHER기) 내에 제조된 에칭액을 넣고, 온도를 40℃로 세팅하여 가온한 후, 온도가 40±0.5℃에 도달하면 에칭 공정을 수행하였다. 에칭 공정 수행 시, 기판을 수평면 대비 상방으로 10도 기울인 상태로 수행하였다. 오버에치(O/E: Over Etch)를 패드부분의 EPD(End Point Detection)를 기준으로 하여 50%를 주어 실시하였다. 기판을 넣고 분사를 시작하여 에칭이 다 되면 꺼내어 탈이온수로 세정한 후, 열풍건조장치를 이용하여 건조하고, 포토레지스트 박리기(PR stripper)를 이용하여 포토레지스트를 제거하였다. 세정 및 건조 후 전자주사현미경(SEM; HITACHI사 제조, 모델명: S-4700)을 이용하여 기판의 전체 5군데(도2 참조)의 에칭 프로파일을 경사각(TA), 편측 CD(critical dimension) 손실을 측정하여 표준편차를 구함으로써 얻었다. 또한 기판의 에칭 잔류물 평가를 병행하였다. 그 결과를 표 2와 3에 나타내었다.

구분	인산	질산	초산	첨가제	물
실시예1	64	8	10	PA=0.7	잔량
실시예2	66	6	10	PA/PN=0.5/1.0	잔량
실시예3	72	6	4	PA/PP=0.2/1.0	잔량
실시예4	72	6	4	PA/PP=0.2/2.0	잔량
실시예5	67	5	12	PA/PP=0.2/1.5	잔량
비교예1	62	9	10	PA/PN=0.5/0.5	잔량
비교예2	73	3	2	PA/PN=0.5/0.5	잔량
비교예3	73	3	2	PA/PN=1.0/0.5	잔량
비교예4	72	2	5	SP=1.0	잔량

※PA=초산칼륨, PN=질산칼륨, PP=인산칼륨, SP=인산나트륨

Point	실시예1		실시예2		실시예3		실시예4		실시예5
에칭 잔류물	없음		없음		없음		없음		없음
평가	CD(um)	TA(°)	CD	TA	CD	TA	CD	TA	CD	TA
①	0.61	23.2	0.50	42.0	0.58	39.1	0.67	29.2	0.52	39.7
②	0.69	24.4	0.49	44.1	0.57	40.3	0.67	24.2	0.56	42.0
③	0.71	22.7	0.45	43.4	0.58	43.7	0.70	27.9	0.50	42.7
④	0.70	24.6	0.46	44.5	0.54	39.7	0.74	31.1	0.52	42.3
⑤	0.62	22.9	0.46	42.3	0.55	42.8	0.72	29.7	0.52	49.6
평균	0.67	23.56	0.47	43.26	0.56	41.12	0.70	28.42	0.52	43.26
표준 편차	0.047	0.88	0.022	1.09	0.018	2.02	0.031	2.62	0.022	3.73

Point	비교예 1		비교예 2		비교예3		비교예4
에칭 잔류물	없음		없음		없음		없음
평가	CD(um)	TA(°)	CD	TA	CD	TA	CD	TA
①	0.41	37.9	0.56	35.4	0.32	58.7	0.51	74.1
②	0.39	42.2	0.51	40.1	0.45	41.5	0.37	70.7
③	0.20	42.9	0.53	37.0	0.51	43.4	0.33	61.4
④	0.41	30.1	0.49	46.7	0.43	55.2	0.40	56.8
⑤	0.27	27.0	0.48	53.5	0.37	45.2	0.60	22.0
평균	0.34	36.02	0.51	42.54	0.42	48.80	0.44	57.00
표준 편차	0.096	7.17	0.032	7.50	0.073	7.65	0.11	20.76

상기 표 2와 표 3의 결과를 보면, 본 발명의 에칭액 조성물을 사용할 경우에 비교예의 에칭액에 비해 전체적으로 균일한 에칭이 이루어짐을 알 수 있다.

도 1에서,
10 기판 처리 장치
11 처리부
12 반송용 굴림대
13 샤프트
14 기판 가이드 수단
15 구동부
20 기판
31 샤워 노즐

Claims (9)

1. 삭제
2. 삭제
3. 삭제
4. 삭제
5. 경사식 에칭장치를 이용한 기판의 에칭방법에 있어서,
   전체 조성물 총 중량에 대하여,
   인산 64~72중량%;
   질산 4~8중량%;
   초산 4~15중량%;
   질산칼륨, 초산칼륨 및 인산칼륨으로 이루어진 군에서 선택되는 1종 이상의 칼륨염 화합물 0.1~3중량%; 및
   잔량의 물을 포함하는 것을 특징으로 하는 경사식 에칭장치용 에칭액 조성물을 이용하는 것을 특징으로 하는 에칭방법.
   
6. 청구항 5에 있어서, 상기 에칭방법은,
   기판 주표면이 경사식 에칭장치의 비스듬한 상방을 향하도록 경사시킨 상태로 기판을 소정 범위의 경사 각도로 유지하는 단계;
   상기 기판의 주표면에 대하여 균등하게 에칭액 조성물을 공급 가능한 하나 또는 복수의 노즐을 이용하여 에칭액 조성물을 공급하는 단계;
   상기 기판 주표면으로 상기 노즐을 주사하여 기판 주표면의 전역에 에칭액 조성물을 공급하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 에칭방법.
   
7. 청구항 5에 있어서, 에칭대상은 알루미늄, 알루미늄 합금, 몰리브덴, 몰리브덴 합금, 구리, 구리 합금, 티타늄, 티타늄 합금, 인듐산화막 및 크롬으로 이루어진 군에서 선택되는 1종 이상으로 형성된 단일막 또는 다층막인 것을 특징으로 하는 에칭방법.
   
8. 청구항 5에 있어서, 상기 기판의 경사 각도는 수평면을 기준으로 5도 내지 70도인 것을 특징으로 하는 에칭방법.
9. 청구항 5에 있어서, 상기 에칭액 조성물은 계면활성제, 금속이온 봉쇄제 및 부식방지제로 이루어진 군에서 선택되는 1종 또는 2종 이상의 첨가제를 0.001~0.01중량% 더 포함하는 것을 특징으로 하는 에칭방법.

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