KR102160288B1 - 은 박막 식각액 조성물 및 이를 이용한 식각 방법 및 금속 패턴의 형성 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은, 조성물 총 중량에 대하여, (A) 은 산화제 0.1 내지 20 중량%; (B) 무기산 0.1 내지 20 중량%; (C) 특정 화학식으로 표시되는 화합물 0.01 내지 10 중량%; 및 (D) 조성물 총 중량이 100 중량%가 되도록 하는 잔량의 물;을 포함하는 은 박막 식각액 조성물 및 이를 이용한 식각 방법 및 금속 패턴의 형성 방법을 제공한다.

Description

은 박막 식각액 조성물 및 이를 이용한 식각 방법 및 금속 패턴의 형성 방법{AN ETCHANT COMPOSITION FOR SILVER THIN LAYER AND AN EHTING METHOD AND A MEHTOD FOR FABRICATION METAL PATTERN USING THE SAME}

본 발명은 은 박막 식각액 조성물, 이를 이용한 식각 방법 및 금속 패턴의 형성 방법에 관한 것이다.

본격적인 정보화 시대로 접어들게 됨에 따라 대량의 정보를 처리 및 표시하는 디스플레이 분야가 급속도로 발전해 왔으며, 이에 부응하여 다양한 평판 디스플레이가 개발되어 각광받고 있다.

이러한 평판디스플레이 장치의 예로는 액정디스플레이장치(Liquid crystal display device: LCD), 플라즈마디스플레이장치(Plasma Display Panel device: PDP), 전계방출디스플레이장치(Field Emission Display device: FED), 전기발광디스플레이장치(Electroluminescence Display device: ELD), 유기발광디스플레이(Organic Light Emitting Diodes: OLED) 등을 들 수 있으며, 이러한 평판디스플레이 장치는 텔레비전이나 비디오 등의 가전 분야뿐만 아니라 노트북과 같은 컴퓨터 및 핸드폰 등에 다양한 용도로 사용되고 있다. 이들 평판디스플레이 장치는 박형화, 경량화, 및 저소비전력화 등의 우수한 성능으로 인하여 기존에 사용되었던 브라운관(Cathode Ray Tube: NIT)을 빠르게 대체하고 있는 실정이다.

특히 OLED는 소자 자체적으로 빛을 발광하며 저전압에서도 구동될 수 있기 때문에 최근 휴대기기 등의 소형 디스플레이 시장에 빠르게 적용되고 있다. 또한 OLED는 소형 디스플레이를 넘어서 대형 TV의 상용화를 목전에 둔 상태이다.

한편, 산화주석인듐(Indium Tin Oxide, ITO)과 산화아연인듐(Indium Zinc Oxide, IZO)과 같은 도전성 금속은 빛에 대한 투과율이 비교적 뛰어나고, 도전성을 가지므로 평판디스플레이장치에 사용되는 칼라필터의 전극으로 널리 쓰이고 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 평판디스플레이장치에 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 또는 OLED 배선 및 반사판에 적용, 평판표시장치의 대형화와 고 해상도 및 저전력 소비 등을 실현하고자 하여, 이 재료의 적용을 위한 식각액의 개발이 요구되었다.

이와 관련하여, 대한민국 공개특허 제10-2008-0009866호 등, 주 산화제로써 인산, 질산 또는 초산이 필수적으로 사용되는 은 식각액 조성물이 주로 개발되어 왔으나, 특히, 인산을 포함함에 따라, 당해 기술분야의 주요한 문제점인 은 잔사 및 은 재흡착 문제, 처리매수 증가에 따른 식각액 조성물의 성능 저하 문제 등이 발생하고 있다. 이를 해결하기 위해, 인산 대신 과산화수소나 철 화합물(Ferric계 화합물) 등이 은 산화제로서 주로 사용되는 비인산계 은 식각액 조성물이 개발되고 있으나, 이러한 철 화합물 등의 비인산계 산화제는 ITO/Ag/ITO 막의 상부 ITO 핀홀(pinhole)을 통하여 침투한 식각액의 촉매 반응으로 인해 은 식각이 국부적으로 빨라지게 하고, 이는 배선의 씨닝(thinning)이 발생하는 원인이 된다. 배선 씨닝 발생으로 인해 배선이 국부적으로 얇아지면 저항이 커져서 전기신호 전달에 어려움이 발생할 뿐만 아니라, 가혹 조건에서 배선 단락이 발생할 수 있는 문제점이 있다.

한편, 종래의 은 식각액 조성물 중 아민계 치환기(아미노기 등)를 가지는 아졸계 화합물을 포함하는 식각액 조성물의 경우, 은 식각 공정에서 식각액에 용해된 은 이온(Ag⁺)의 농도가 높아지면 아미노기가 은 이온과 결합하여 석출이 발생하며 이때 은 방식(防蝕) 효과도 감소하는 문제점이 있다.

또한, 식각시 용해되는 은 이온에 의해 석출물이 발생하게 되므로 실제 산업현장에서는 은 농도가 1000 ppm 이상의 고농도의 조건에서도 석출물이 발생하지 않는 은 식각액이 요구되고 있으나, 1000 ppm 이상의 고농도 은이 용해된 조건에서도 석출물이 발생하지 않으면서, 은 방식 효과를 만족하고, 은 잔사 및 재흡착과 배선 씨닝이 발생하지 않는 효과를 보유하는 은 식각액 조성물에 대한 개발이 필요한 실정이다.

KR 10-2008-0009866 A

본 발명은 상술한 종래 기술의 문제점을 개선하기 위한 것으로, 은(Ag) 또는 은 합금으로 이루어진 단일막 및 상기 단일막과 투명전도막으로 구성되는 다층막의 식각에 사용되며, 은 방식(防蝕) 효과를 가지면서 은 잔사 및 은 재흡착 문제, 배선 thinning 현상, 및 석출물 발생 문제가 현저히 개선된 것을 특징으로 하는 은 박막 식각액 조성물을 제공하는 것을 목적으로 한다.

또한, 본 발명은 처리매수가 증가하여도 식각 성능이 유지되는 은 박막 식각액 조성물을 제공하는 것을 목적으로 한다.

또한, 본 발명은 상기 은 박막 식각액 조성물을 이용하는 식각 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.

또한, 본 발명은 상기 은 박막 식각액 조성물을 이용하는 금속 패턴의 형성 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.

상기 목적을 달성하기 위해, 본 발명은, 조성물 총 중량에 대하여, (A) 은 산화제 0.1 내지 20 중량%; (B) 무기산 0.1 내지 20 중량%; (C) 하기 화학식 1로 표시되는 화합물 0.01 내지 10 중량%; 및 (D) 조성물 총 중량이 100 중량%가 되도록 하는 잔량의 물;을 포함하는 은 박막 식각액 조성물로서, 상기 은 박막 식각액 조성물은 은 또는 은 합금으로 이루어진 단일막, 또는 상기 단일막과 투명전도막으로 구성되는 다층막을 동시에 식각할 수 있는 것이고, 상기 단일막 또는 상기 다층막의 식각 시 배선 씨닝(thinning)이 발생하지 않는 것인, 은 박막 식각액 조성물을 제공한다:

[화학식 1]

상기 화학식 1에 있어서, R₁은 탄소수 1 내지 3의 지방족 탄화수소이고, R₂는 수소 원자 또는 탄소수 1 내지 3의 지방족 탄화수소이다.

또한, 본 발명은, 상기 은 박막 식각액 조성물을 사용하는 식각 방법을 제공한다.

또한, 본 발명은 상기 은 박막 식각액 조성물을 사용하는 금속 패턴의 형성 방법을 제공한다.

본 발명의 은 박막 식각액 조성물은 은(Ag) 또는 은 합금으로 이루어진 단일막 및 상기 단일막과 투명전도막으로 구성되는 다층막의 식각에 사용되어, 우수한 은 방식 효과를 부여하면서, 은 잔사 및 은 재흡착 문제, 배선 thinning 현상 및 석출물 발생 문제가 현저히 개선된 효과를 제공한다.

또한, 본 발명의 은 박막 식각액 조성물은 상기 단일막 및 상기 다층막을 동시에 식각하여, 식각 효율을 향상시키는 효과를 제공한다.

또한, 본 발명의 은 박막 식각액 조성물은 처리매수가 증가하여도 식각 성능이 유지되어, 식각액 조성물의 수명이 증가되는 효과를 제공하며, 구체적으로, 상기 식각액 조성물에 2000 ppm까지 은이 용해되어도 석출물이 발생하지 않으면서 우수한 성능을 유지할 수 있어 다량의 은 박막을 식각 할 수 있다.

도 1은 식각액 조성물로 식각한 후 배선 thinning의 발생 여부를 판단하기 위한 기준 도면이다.

본 발명은, (A) 은 산화제; (B) 무기산; 및 (C) 특정 화합물을 포함하는 은 박막 식각액 조성물에 대한 것이다. 본 발명의 식각액 조성물은, 화학식 1의 화합물을 포함함으로써, 상기 화합물이 은 이온(Ag⁺)과 결합하지 않으면서 은 금속막의 은 방식 효과를 부여할 수 있으며, 은(Ag) 또는 은 합금으로 이루어진 단일막 및 상기 단일막과 투명전도막으로 구성되는 다층막의 식각에 사용되어, 은 잔사 및 은 재흡착 문제, 배선 thinning 현상 및 석출물 발생 문제가 현저히 개선된 효과를 제공한다.

구체적으로, 본 발명은, (A) 은 산화제; (B) 무기산; 및 (C) 하기 화학식 1로 표시되는 화합물을 포함하는 은 박막 식각액 조성물로서, 상기 은 박막 식각액 조성물은 은 또는 은 합금으로 이루어진 단일막, 또는 상기 단일막과 투명전도막으로 구성되는 다층막을 동시에 식각할 수 있는 것이고, 상기 단일막 또는 상기 다층막의 식각 시 배선 씨닝(thinning)이 발생하지 않는 것인, 은 박막 식각액 조성물 및 이를 이용한 식각 방법 및 금속 패턴의 형성 방법에 대한 것이다:

[화학식 1]

상기 화학식 1에 있어서, R₁은 탄소수 1 내지 3의 지방족 탄화수소이고, R₂는 수소 원자 또는 탄소수 1 내지 3의 지방족 탄화수소이다.

본 발명의 은 박막 식각액 조성물 및 이를 이용한 식각 방법 및 금속 패턴의 형성 방법은 은(Ag) 또는 은 합금으로 이루어진 단일막 및 상기 단일막과 투명전도막으로 구성되는 다층막의 식각에 사용될 수 있으며, 우수한 은 방식 효과를 가지며, 잔사(예를 들어, 은 잔사 및/또는 투명전도막 잔사 등) 및 은 재흡착 문제, 배선이 국부적으로 얇아지는 현상(이하, 배선 thinning 현상) 및 석출물 발생 문제가 현저히 개선된 것을 특징으로 한다.

본 발명의 은 박막 식각액 조성물 및 이를 이용한 식각 방법 및 금속 패턴의 형성 방법은 상기 단일막 및 상기 다층막을 동시에 식각에 사용될 수 있다.

본 발명의 은 박막 식각액 조성물 및 이를 이용한 식각 방법 및 금속 패턴의 형성 방법은 etch stop 현상을 발생시켜, 식각 속도를 제어하고, side etch를 조절할 수 있는 효과를 제공할 수 있다. 구체적으로, 상기 은(Ag) 또는 은 합금으로 이루어진 단일막 및 상기 단일막과 투명전도막으로 구성되는 다층막의 과식각을 막아 Side Etch(S/E)가 우수한 배선을 형성할 수 있어 미세패턴용 식각액으로서 사용할 수 있으며, 식각 속도를 조절하여 공정 상의 컨트롤을 용이하게 할 수 있다. 또한 Ag 재흡착을 억제하고, 배선 thinning 현상 및 석출물 발생을 방지하는 효과가 있다.

본 발명의 은 박막 식각액 조성물 및 이를 이용한 식각 방법 및 금속 패턴의 형성 방법은 처리매수가 증가하여도 식각 성능이 유지되어, 식각액 조성물의 수명이 증가되는 효과를 제공할 수 있다. 구체적으로, 본 발명의 은 박막 식각액 조성물은 은(Ag) 용해도가 우수하여 은이 용해되어도 석출물이 발생하지 않으며, 은 박막 식각 공정이 수행되어 은 박막 식각액 조성물 내에 고농도의 은(Ag)을 포함하는 경우에도, 우수한 식각 특성(은 재흡착, 배선 thinning 현상, 및 석출물 발생 등의 문제 방지 효과)을 유지할 수 있다. 예를 들어, 상기 식각액 조성물 내에 포함되는 은(Ag)의 농도는 0 ppm 내지 2000 ppm일 수 있으며, 바람직하게는 150 ppm 내지 2000 ppm일 수 있고, 더욱 바람직하게는 1000 ppm 내지 2000 ppm일 수 있으며, 상기 범위의 은 농도인 경우에도 식각 특성을 유지할 수 있다. 따라서, 본 발명의 은 박막 식각액 조성물은 고농도의 은을 함유하여도 석출물이 발생하지 않아 다량의 은 박막을 식각할 수 있다.

상기 은 합금은 은을 주성분으로 하여 Nd, Cu, Pd, Nb, Ni, Mo, Ni, Cr, Mg, W, Pa 및 Ti 등의 다른 금속을 포함하는 합금 형태와; 은의 질화물, 규화물, 탄화물, 산화물 등을 포함할 수 있으며, 이에 한정되지 않는다.

상기 투명전도막은 산화인듐(Indium Oxide), 산화주석인듐(ITO), 산화아연인듐(IZO), 산화주석아연인듐(ITZO) 및 산화갈륨아연인듐(IGZO)으로 이루어진 군에서 선택되는 1종 이상을 포함할 수 있다.

상기 다층막은 투명전도막/은, 투명전도막/은 합금, 투명전도막/은/투명전도막 또는 투명전도막/은 합금/투명전도막으로 형성되는 것을 포함할 수 있다.

본 발명의 은 박막 식각액 조성물 및 이를 이용한 식각 방법 및 금속 패턴의 형성 방법은 반사막용 OLED TFT 어레이 기판, 터치스크린 패널용 trace 배선 또는 나노와이어(nanowire) 배선의 형성에 사용될 수 있으며, 이에 한정되지 않고 상기 단일막 및 상기 다층막을 포함하는 전자 부품 소재에 사용될 수 있다.

<은 박막 식각액 조성물>

본 발명의 은 박막 식각액 조성물은 (A) 은 산화제; (B) 무기산; 및 (C) 하기 화학식 1로 표시되는 화합물을 포함하며, (D) 물 및/또는 (E) 첨가제를 추가 포함할 수 있다.

(A) 은 산화제

본 발명의 은 박막 식각액 조성물에 포함되는 상기 은 산화제는 상기 주 산화제로 사용되는 성분으로서, 은 또는 은 합금의 단일막, 또는 상기 단일막과 투명전도막을 산화시켜 습식 식각하는 역할을 수행한다.

일 실시예를 들어, 상기 은 산화제는 과산화수소, 철(Iron) 화합물, 과황산염 및 옥손으로 이루어진 군에서 선택되는 1종 이상일 수 있으며, 철(Iron) 화합물인 것이 바람직하다.

또한, 일반적으로 은 식각액에 포함되는 산화제로서 염화철(FeCl₃)이 주로 사용되고 있으나, Cl^- 이온은 Ag⁺와 결합하여 AgCl 형태의 침전물을 생성할 수 있으므로 본 발명에 따른 은 산화제는 염소(Cl)를 포함하지 않는 것이 바람직하다.

구체적으로, 상기 철(Iron) 화합물에서 철(Iron)은 2가 및 3가의 철(즉, Fe²⁺ 및 Fe³⁺)을 모두 포함하는 의미로, 상기 철(Iron) 화합물은 2가 및 3가의 철(즉, Fe²⁺ 및 Fe³⁺) 중 1종 이상을 포함하는 화합물일 수 있다. 상기 2가 또는 3가의 철은 NO₃ ^-, C₂H₃O₂ ^-, SO₄ ^2- 및 PO₄ ^3-로 이루어진 군에서 선택되는 1종의 음이온과 결합할 수 있다.

예를 들면, 상기 철 화합물로는 질산제이철(Iron nitrate), 아세트산철(Iron acetate), 황산철(Iron sulfate) 및 인산철(Iron phosphate)로 이루어진 군에서 선택되는 1종 이상인 것이 바람직하고, 상기 철화합물은 질산제이철인 것이 가장 바람직하다.

한편, 상기 은 산화제로서 일반적으로 사용되는 철 화합물은 ITO/Ag/ITO 막의 상부 ITO 핀홀(pinhole)을 통하여 침투한 식각액의 촉매 반응으로 인해 은 식각이 국부적으로 빨라지게 하고, 이로 인해 배선의 씨닝(thinning)이 발생하게 되는데, 이러한 문제점을 후술하는 화학식 1로 표시되는 화합물을 사용함으로써 은(Ag) 방식으로 인해 은 박막의 표면에 흡착하여 식각이 빨리지는 반응을 방지할 수 있다.

상기 은 산화제는 식각액 조성물 총 중량에 대하여 0.1 내지 20 중량%, 바람직하게는 1.0 내지 10 중량%로 포함될 수 있다. 상기 은 산화제의 함량이 0.1 중량% 미만인 경우에는 은 또는 은 합금의 단일막의 식각 속도가 저하되고, 은 또는 은 합금의 잔사 발생에 따른 불량을 야기시킬 수 있으며, 20 중량%를 초과하는 경우에는 식각 속도가 너무 빨라져 과식각 현상 발생으로 후속공정에 문제가 되는 불리한 점이 발생할 수 있다.

(B) 무기산

본 발명의 은 박막 식각액 조성물에 포함되는 상기 무기산은 식각 개선제로 사용되는 성분으로서, 은 또는 은 합금으로 이루어진 단일막, 또는 상기 단일막과 투명전도막을 산화시켜 습식 식각하는 역할을 수행한다.

일 실시예를 들어, 상기 무기산은 질산 및 황산으로 이루어진 군에서 선택되는 1종 이상일 수 있으며, 질산인 것이 바람직하다. 또한, 상기 무기산은 은 이온과 결합이 용이한 염화 이온을 포함하지 않는 것이 바람직하며, 구체적으로, 염산을 포함하지 않는 것이 바람직하다.

상기 무기산은 식각액 조성물 총 중량에 대하여 0.1 내지 20 중량%, 바람직하게는 3.0 내지 10.0 중량%로 포함될 수 있다. 상기 무기산의 함량이 0.1 중량% 미만인 경우에는 은 또는 은 합금의 단일막, 또는 상기 단일막과 투명전도막의 식각 속도 저하가 발생하여 기판 내의 식각 균일성(Uniformity)이 불량해지므로 얼룩이 발생하며, 20 중량%를 초과하는 경우에는 식각 속도가 가속화되어 과식각에 의한 패턴 유실 현상이 발생되는 불리한 점이 있다.

(C) 화학식 1로 표시되는 화합물

본 발명의 은 박막 식각액 조성물에 포함되는 하기 화학식 1로 표시되는 화합물은 Side Etch(S/E) 종횡비 개선 및 은 또는 은 합금 석출물 개선제로 사용되는 성분으로서, 은 또는 은 합금의 부식 및 배선의 thinning 현상을 방지하는 역할을 수행한다. 또한, 상기 화합물은 은(Ag) 방식(防蝕)으로 Ag 표면에 흡착하여 식각이 빨라지는 반응을 막아주는 역할을 한다.

또한, 본 발명의 은 박막 식각액 조성물은 하기 화학식 1로 표시되는 화합물을 포함할 수 있다.

[화학식 1]

상기 화학식 1에 있어서, R₁은 탄소수 1 내지 3의 지방족 탄화수소이고, R₂는 수소 원자 또는 탄소수 1 내지 3의 지방족 탄화수소이다. R₁ 및 R₂는 각각 은 이온과의 결합성이 낮은 치환기가 바람직하고, 은 이온과 결합하지 않는 치환기가 더욱 바람직하다. 또한, R₂는 아민계 치환기를 포함하지 않는 것이 바람직하고, 탄소수 1 내지 3의 지방족 탄화수소인 것이 가장 바람직하다. 구체적으로, R₂가 탄소수 1 내지 3의 지방족 탄화수소일 때, 은에 대한 억제(inhibition) 효과가 더욱 우수할 수 있다.

상기 화학식 1로 표시되는 화합물은 아졸계 화합물로서, 아졸환에 4개의 질소원자를 포함함으로써 우수한 방식 효과를 나타낼 수 있다. 또한, 상기 화합물은 아졸환 중 은의 결합이 용이한 위치에 치환기(R₁ 및 R₂)를 결합시켜 은 이온(Ag⁺)과의 결합을 방지함으로써 용해도 감소로 인한 석출 발생을 방지할 수 있다. 이때, 상기 아졸환에 치환되는 치환기들이 아미노기(-NH₂), 히드록시기, 카르복실기 등과 같은 은 이온과 결합이 용이한 치환기들로 구성되는 경우 이러한 치환기들에 의해 화합물에 은 이온이 결합되어 용해도가 감소하고, 석출이 발생하게 된다. 따라서, 은 박막 식각시 용해되는 은 이온의 농도가 높아졌을 때, 본 발명에 따른 화합물을 포함함으로써 석물출 발생 문제를 해결하는 동시에 우수한 은 방식 효과를 가지는 은 박막 식각액 조성물을 제조할 수 있다.

상기 화학식 1로 표시되는 화합물은 식각액 조성물 총 중량에 대하여 0.01 내지 10 중량%, 바람직하게는 0.1 내지 3.0 중량%로 포함될 수 있다. 상기 화학식 1로 표시되는 화합물의 함량이 0.01 중량% 미만인 경우에는 은 또는 은 합금에 대한 방식 효과가 미미하고, 10 중량%를 초과하는 경우에는 은 또는 은 합금의 단일막에 대한 식각 속도 감소와 은 또는 은 합금 석출물 문제를 야기할 수 있다.

(D) 물

본 발명의 은 박막 식각액 조성물에 포함되는 상기 물은 반도체 공정용 탈이온수일 수 있으며, 바람직하게는 18 ㏁·㎝ 이상의 상기 탈이온수를 사용할 수 있다.

상기 물의 함량은 조성물 총 중량이 100 중량%가 되도록 하는 잔량으로 포함될 수 있다. 구체적으로, 본 발명에서 "잔량"은 본 발명의 필수 성분 및 그 외 추가 성분들을 더 포함한 조성물의 총 중량이 100 중량%가 되도록 하는 잔량을 의미하며, 상기 "잔량"의 의미로 인해 본 발명의 조성물에 추가 성분이 포함되지 않는 것으로 한정되지 않는다.

(E) 첨가제

본 발명에 따른 은 박막 식각액 조성물은 첨가제를 추가 포함할 수 있으며, 예를 들어, 상기 첨가제는 중황산염(황산수소염, HSO₄ ^-) 등이 있을 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.

상기 중황산염은 본 발명에 따른 은 박막 식각액 조성물의 은 잔사 억제 효과를 향상시키기 위해 첨가될 수 있다. 예를 들어, 상기 중황산염을 포함하는 화합물은 NaHSO₄, KHSO₄, NH₄HSO₄ 등이 있을 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.

상기 첨가제는 은 식각액 조성물 총 중량에 대하여 0.1 내지 20 중량%, 바람직하게는 5 내지 15 중량%로 포함될 수 있다. 본 발명의 은 박막 식각액 조성물이 상기 범위로 첨가제를 포함하는 경우 은 잔사 억제 효과가 향상될 수 있다.

<은 박막 식각액 조성물을 이용한 식각 방법>

또한, 본 발명은, 본 발명에 따른 은 박막 식각액 조성물을 이용하는 식각 방법을 제공한다. 본 발명의 식각 방법은, 본 발명의 상기 은 박막 식각액 조성물을 사용하는 점을 제외하고는, 공지의 금속 식각 방법에 따라 패턴을 형성 할 수 있다.

일 예로, 상기 식각 방법은, i) 기판 상에, 은 또는 은 합금으로 이루어진 단일막, 또는 상기 단일막과 투명전도막으로 구성되는 다층막을 형성하는 단계; ii) 상기 단일막 또는 상기 다층막 위에 선택적으로 광 반응 물질을 남기는 단계; 및 iii) 본 발명에 따른 은 박막 식각액 조성물을 사용하여, 상기 단일막 또는 상기 다층막을 식각하는 단계를 포함한다.

<은 박막 식각액 조성물을 이용한 금속 패턴의 형성 방법>

또한, 본 발명은, 본 발명에 따른 은 박막 식각액 조성물을 이용하는 금속 패턴의 형성 방법을 제공한다. 본 발명의 금속 패턴의 형성 방법은, 본 발명의 상기 은 박막 식각액 조성물을 사용하는 점을 제외하고는, 공지의 금속 패턴 형성 방법에 따라 패턴을 형성 할 수 있다.

일 예로, 상기 금속 패턴의 형성 방법은, i) 기판 상에, 은 또는 은 합금으로 이루어진 단일막, 또는 상기 단일막과 투명전도막으로 구성되는 다층막을 형성하는 단계; 및 ii) 본 발명에 따른 은 박막 식각액 조성물을 사용하여, 상기 단일막 또는 상기 다층막을 식각하는 단계를 포함한다.

이하, 실시예를 통하여 본 발명을 보다 상세히 설명한다. 그러나 하기의 실시예는 본 발명을 더욱 구체적으로 설명하기 위한 것으로서, 본 발명의 범위가 하기의 실시예에 의하여 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 범위는 특허청구범위에 표시되었고, 더욱이 특허 청구범위 기록과 균등한 의미 및 범위 내에서의 모든 변경을 함유하고 있다. 또한, 이하의 실시예, 비교예에서 함유량을 나타내는 "%" 및 "부"는 특별히 언급하지 않는 한 질량 기준이다.

실시예 및 비교예에 따른 은 박막 식각액 조성물의 제조

하기 표 1을 참조하여, 실시예 및 비교예에 따른 은 박막 식각액 조성물을 제조하였다.

	(A) 은 산화제	(B) 무기산	(C) 화학식 1			(D) 물
	Ferric Nitrate	질산	R 1	R 2	함량
실시예 1	2	5	C1~C3	C1~C3	1	잔량
실시예 2	2	5	C1~C3	H	1
비교예 1	2	5	-	-	-
비교예 2	2	5	H	C1~C3	1
비교예 3	2	5	H	NH2	1
비교예 4	2	5	C1~C3	NH2	1
비교예 5	2	5	phenyl	phenyl	1
비교예 6	2	5	C4	H	1
비교예 7	2	5	C5	H	1
비교예 8	2	5	C4	C4	1
비교예 9	2	5	C4	C1	1

(단위: 중량%)

[화학식 1]

상기 실시예 및 비교예의 식각액 조성물에 대하여, 각각 은(Ag)을 첨가하지 않은 경우, 및 식각 공정이 수행되어 은 박막 식각액 조성물 내에 Ag가 용해되어 있는 상태를 상정하여 Ag 농도가 2000 ppm가 되도록 한 경우로 나누어, 각각 하기의 시험예 1 내지 3의 평가를 수행하였다. 상기 비교예 4의 (C) 화학식 1에 따른 화합물은 1-메틸-5-아미노테트라졸 및 1-에틸-5-아미노테트라졸을 포함하는 것이다.

시험예 1: Side Etch(S/E) 측정

기판 상에 투명전도막(ITO)/은/투명전도막 삼중막을 형성한 뒤, 상기 삼중막 상에 포토레지스트를 패터닝하였다. 상기 기판을 실시예 및 비교예에 따른 은 박막 식각액 조성물을 이용하여 식각 공정을 수행하였다.

S/E 수준은 약 0.5 ㎛ 정도였으며, 상기 삼중막의 전체 영역 중, 상기 포토레지스트가 패터닝되지 않은 영역의 식각이 종료된 시점을 기준으로, 추가적으로 Over Etch(Etch Time 100초)를 진행하여 패터닝 된 포토레지스트 끝단으로부터 식각된 은(Ag)막까지의 거리를 전자주사현미경(SEM; 모델명: SU-8010, HITACHI)을 이용하여 측정하고, 아래 평가 기준에 따라 평가하여, 하기 표 2에 나타내었다.

<평가 기준: 편측식각(skew) 차이 기준>

◎ : 매우 우수 (편측식각 Side Etch: Side Etch ＜ 0.2 ㎛)

○ : 우수 (편측식각 Side Etch : 0.2 ㎛ ≤ Side etch ＜ 0.4 ㎛)

△ : 양호 (편측식각 Side Etch : 0.4 ㎛ ≤ Side etch ＜ 0.6 ㎛)

Ⅹ : 불량 (편측식각 Side Etch : 0.6 ㎛ ≤ side Etch)

시험예 2: 은(Ag) 재흡착 측정

기판 상에 투명전도막/은/투명전도막 삼중막을 형성한 뒤, 상기 삼중막 상에 포토레지스트를 패터닝하였다.

분사식 식각 방식의 실험장비(모델명: ETCHER(TFT), SEMES사) 내에 실시예 및 비교예에 따른 은 박막 식각액 조성물을 각각 넣고, 온도를 40℃로 설정하여 가온한 후, 온도가 40±0.1℃에 도달하였을 때, 85초 동안 상기 기판의 식각 공정을 수행하였다.

식각 공정이 종료된 후, 탈이온수로 세정하고, 열풍건조장치를 이용하여 건조한 뒤, 포토레지스트 박리기(PR stripper)를 이용하여 포토레지스트를 제거하였다. 세정 및 건조 후 상기 기판을 절단하고, 그 단면을 전자주사현미경(SEM; 모델명: SU-8010, HITACHI사 제조)을 이용하여 측정하였다. 상기 식각 공정으로 인해, 상기 기판 내 노출된 S/D 부의 Ti/Al/Ti 삼중막(배선)의 상부 Ti에 흡착된 은 입자의 개수를 측정하고, 아래 평가 기준에 따라 평가하여, 하기 표 2에 나타내었다.

<은 재흡착 평가 기준>

양호: 5개 미만

보통: 5개 이상 50개 미만

불량: 50개 이상

시험예 3: 배선 thinning 평가

기판 상에 투명전도막/은/투명전도막 삼중막을 형성한 뒤, 상기 삼중막 상에 포토레지스트를 패터닝하였다. 식각장비에 실시예 및 비교예에 따른 은 박막 식각액 조성물을 각각 넣고 식각 공정을 수행하였다.

상기 삼중막의 전체 영역 중, 상부 ITO가 식각이 완료되는 시점에서 식각을 종료한다. 상기 기판을 광학 현미경을 이용하여 배선 thinning된 부분을 찾아 아래 평가 기준에 따라 평가하여, 하기 표 2에 나타내었다. 배선 thinning 의 발생 여부는 도 1을 참조하여 판단할 수 있다.

<평가 기준>

양호: 0개 미만

보통: 1개 이상 5개 미만

불량: 5개 이상

시험예 4: Ag 용해도 평가

비이커에 실시예 및 비교예에 따른 은 박막 식각액 조성물을 각각 넣고, 상온에서 Ag 분말을 2000 ppm 첨가하여, Ag 분말이 완전히 용해될 때까지 교반하였다.

Ag 분말이 첨가되지 않은 은 박막 식각액 조성물(Ag 0 ppm)과, 상기 Ag 분말 2000 ppm이 용해된 은 박막 식각액 조성물(Ag 2000 ppm)을 60분 동안 교반하여, 비이커 바닥에 석출물의 발생 여부를 육안으로 확인한 후, 아래 평가 기준에 따라 평가하여, 하기 표 2에 나타내었다.

<평가 기준>

양호: 석출 미발생

불량: 석출 발생

	Ag 0 ppm			Ag 2000 ppm			Ag 용해도
	S/E (㎛)	배선 Thinning	Ag 재흡착	S/E (㎛)	배선 Thinning	Ag 재흡착
실시예 1	◎	양호	양호	◎	양호	양호	양호
실시예 2	◎	양호	양호	◎	양호	양호	양호
비교예 1	Ⅹ	불량	양호	Ⅹ	불량	양호	양호
비교예 2	◎	양호	양호	◎	불량	보통	불량
비교예 3	◎	양호	양호	◎	불량	보통	불량
비교예 4	◎	양호	양호	◎	불량	보통	불량
비교예 5	△	불량	보통	X	불량	불량	불량
비교예 6	○	보통	양호	△	불량	양호	불량
비교예 7	○	보통	양호	△	불량	양호	불량
비교예 8	○	보통	보통	△	불량	불량	불량
비교예 9	○	보통	양호	△	불량	양호	불량

상기 표 2에서, Ag 농도가 0 ppm인 경우는 은 박막 식각액 조성물의 제조 직후 상태에 해당하며, Ag 농도가 2000 ppm인 경우는 식각 공정이 수행되어 은 박막 식각액 조성물 내에 Ag가 용해되어 있는 상태에 해당한다.

실시예에 따른 은 박막 식각액 조성물을 사용하여 식각 공정을 수행하는 경우, side etch가 우수하고, 배선의 thinning 현상 및 은 재흡착 문제가 발생하지 않는 것을 알 수 있다. 또한 조성물 제조 직후(Ag 0 ppm)와 비교하여, 처리매수가 증가되어 조성물 내 은의 농도가 증가된 후(Ag 2000 ppm)에도, side etch가 유지되고, 은 방식 효과로 인해 배선의 thinning 현상 및 재흡착 문제가 발생하지 않는 것을 확인할 수 있다.

반면, Ag 2000 ppm에서 비교예에 따른 은 박막 식각액 조성물을 사용하여 식각 공정을 수행하는 경우, side etch가 불량하고, 배선 thinning 및 은 재흡착 문제가 발생하는 것을 알 수 있으며, 처리매수 증가에 따라 side etch 조절이 더욱 어렵고, 배선 thinning 및 은 재흡착 문제가 더욱 불량해지는 것을 확인할 수 있다.

특히, 상기 화학식 1의 화합물이 아민기를 포함하는 비교예 3 및 4의 경우 Ag 0 ppm에서는 배선 thinning이 양호하였으나, Ag 2000 ppm에서는 배선 thinning이 불량하였고, 아민기를 포함하지 않는 실시예 1 및 2의 경우 Ag 0 ppm 및 Ag 2000 ppm에서 모두 배선 thinning이 양호하였다. 이를 통해, 본 실험을 통해 상기 화학식 1의 R₁ 및 R₂가 본 발명에 따른 특정 치환기를 가지는 경우에만 Ag 2000 ppm에서도 우수한 성능을 유지하는 것을 확인할 수 있었다.

Claims (8)

1. 조성물 총 중량에 대하여,
   (A) 은 산화제 0.1 내지 20 중량%;
   (B) 무기산 0.1 내지 20 중량%;
   (C) 하기 화학식 1로 표시되는 화합물 0.01 내지 10 중량%; 및
   (D) 조성물 총 중량이 100 중량%가 되도록 하는 잔량의 물;을 포함하는 은 박막 식각액 조성물로서,
   상기 은 산화제는 철(Iron) 화합물, 과황산염 및 옥손으로 이루어진 군에서 선택되는 1종 이상을 포함하는 것이고,
   상기 은 박막 식각액 조성물은 은 또는 은 합금으로 이루어진 단일막, 또는 상기 단일막과 투명전도막으로 구성되는 다층막을 동시에 식각할 수 있는 것이고, 상기 단일막 또는 상기 다층막의 식각 시 배선 씨닝(thinning)이 발생하지 않는 것인, 은 박막 식각액 조성물:
   [화학식 1]
   

   

   
   상기 화학식 1에 있어서,
   R₁은 탄소수 1 내지 3의 지방족 탄화수소이고,
   R₂는 수소 원자 또는 탄소수 1 내지 3의 지방족 탄화수소이다.
   
2. 삭제
3. 청구항 1에 있어서,
   상기 무기산은 질산 및 황산으로 이루어진 군에서 선택되는 1종 이상을 포함하는 것을 특징으로 하는 은 박막 식각액 조성물.
   
4. 청구항 1에 있어서,
   상기 투명전도막은 산화인듐(Indium Oxide), 산화주석인듐(ITO), 산화아연인듐(IZO), 산화주석아연인듐(ITZO) 및 산화갈륨아연인듐(IGZO)으로 이루어진 군에서 선택되는 1종 이상인 것을 특징으로 하는 은 박막 식각액 조성물.
   
5. 청구항 1에 있어서,
   상기 다층막은 투명전도막/은, 투명전도막/은 합금, 투명전도막/은/투명전도막 또는 투명전도막/은 합금/투명전도막으로 형성되는 것을 포함하는 은 박막 식각액 조성물.
   
6. 청구항 1에 있어서,
   상기 은 박막 식각액 조성물은 조성물 내의 은(Ag) 농도가 0 ppm 내지 2000 ppm인 경우에도 식각 특성을 유지하는 것을 특징으로 하는 은 박막 식각액 조성물.
   
7. 기판 상에, 은 또는 은 합금으로 이루어진 단일막, 또는 상기 단일막과 투명전도막으로 구성되는 다층막을 형성하는 단계;
   상기 단일막 또는 상기 다층막 위에 선택적으로 광 반응 물질을 남기는 단계; 및
   청구항 1의 조성물을 사용하여, 상기 단일막 또는 상기 다층막을 식각하는 단계를 포함하는 식각 방법.
   
8. 기판 상에, 은 또는 은 합금으로 이루어진 단일막, 또는 상기 단일막과 투명전도막으로 구성되는 다층막을 형성하는 단계; 및
   청구항 1의 조성물을 사용하여, 상기 단일막 또는 상기 다층막을 식각하는 단계를 포함하는 금속 패턴의 형성 방법.

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