KR102269328B1 - 식각액 조성물 및 이를 이용한 금속 패턴의 형성 방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 식각액 조성물 및 이를 이용한 금속 패턴의 형성 방법에 관한 것이다.
Description
본 발명은 식각액 조성물 및 이를 이용한 금속 패턴의 형성 방법에 관한 것이다.
일반적으로, 표시 장치에 이용되는 표시 기판은 각 화소 영역을 구동하기 위한 스위칭 소자로서 박막 트랜지스터, 상기 박막 트랜지스터와 연결된 신호 배선 및 화소 전극을 포함한다. 상기 신호 배선은 게이트 구동 신호를 전달하는 게이트 배선과, 상기 게이트 배선과 교차하면서 데이터 구동 신호를 전달하는 데이터 배선을 포함한다.
상기 화소 전극은 인듐 주석 산화물, 인듐 아연 산화물 등과 같은 금속 산화물을 포함하며, 상기 화소 전극을 형성하기 위하여, 식각 조성물이 사용된다. 상기 금속 산화물을 식각하기 위한 종래의 식각 조성물은 황산을 포함한다. 황산을 포함하는 식각 조성물은 유해 물질을 발생시켜 환경 오염 문제를 발생시킬 수 있다. 또한, 구리, 알루미늄, 몰리브덴 또는 티타늄과 같은 금속을 포함하는 다른 금속막이 손상될 수 있다.
이와 같은 문제점을 해결하기 위하여 식각 조성물에 황산의 조성을 제거하고 질산의 함량을 증가시키는 경우, 총 질소량이 증가하여 폐수처리량이 증가한다.
이에, 본 발명의 기술적 과제는 이러한 점에서 착안된 것으로, 본 발명의 목적은 환경 유해 물질의 발생을 줄이는 인듐 산화막용 식각액 조성물을 제공하는 것을 목적으로 한다. 또한, 본 발명은 인듐 산화막 식각에 있어서, 잔사발생을 현저히 줄이는 식각액 조성물을 제공하는 것을 목적으로 한다.
나아가, 터치스크린패널(TSP)의 대형화에 따라 요구되는 저저항의 투명전극층의 형성을 위한 터치스크린패널용 후막 인듐산화막의 식각액 조성물을 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명은 질산 5 내지 10 중량%, 머켑토(Mercapto)계 화합물 0.5 내지 5 중량%, 고리형 아민 화합물 0.1 중량% 내지 5 중량% 및 잔량의 물을 포함하는 인듐 산화막용 식각액 조성물을 제공한다. 본 발명의 바람직한 일실시예에 따르면, 상기 인듐 산화막은 인듐-아연 산화물 및 인듐-주석 산화물 중 선택되는 어느 하나 이상을 포함할 수 있다.
또한, 본 발명의 다른 태양은 기판 상에 인듐 산화막을 형성하는 공정; 및 상기 공정에서 형성된 인듐 산화막을 본 발명의 식각액 조성물을 사용하여 식각하는 공정;을 포함하는 금속 패턴의 형성 방법을 제공한다.
본 발명의 식각액 조성물은 황산이 포함되어 있지 않아 황산에 의한 유해 물질의 발생을 방지하여 환경 오염을 방지할 수 있다.
또한, 터치스크린패널용 후막에 사용되는 인듐산화막의 식각에 있어서, 배선의 직진성을 높여 불량을 줄이고, 잔사 발생을 현저히 줄일 수 있다. 따라서 공정 수율을 향상시킬 수 있으며, 나아가 환경문제에 의한 후처리 비용을 절감할 수 있다.
이뿐만 아니라, 인듐 산화막의 하부에 적층되어 있는 금속 산화물막을 선택적으로 식각하여 구리, 티타늄, 몰리브덴 또는 알루미늄을 포함하는 금속막의 식각을 방지할 수 있다.
도 1은 실시예 1의 조성물로 인듐 산화막을 식각한 후의 SEM 사진이다.
도 2는 실시예 1의 조성물로 식각 후 유리기판손상(glass damage)에 관한 SEM 사진이다.
도 3은 비교예 1의 조성물로 인듐 산화막을 식각한 후의 SEM 사진이다.
도 4는 비교예 1의 조성물로 식각 후 유리기판손상(glass damage)에 관한 SEM 사진이다.
도 2는 실시예 1의 조성물로 식각 후 유리기판손상(glass damage)에 관한 SEM 사진이다.
도 3은 비교예 1의 조성물로 인듐 산화막을 식각한 후의 SEM 사진이다.
도 4는 비교예 1의 조성물로 식각 후 유리기판손상(glass damage)에 관한 SEM 사진이다.
이하에서 본 발명을 보다 상세히 설명한다.
종래의 인듐 산화막의 식각 조성물은 황산을 포함함으로써, 환경문제가 있으며, 이뿐만 아니라 잔사 발생으로 인한 불량문제도 있다.
이에 본 발명자들은 황산을 대신하여 머켑토계 화합물을 포함함으로써, 상기의 문제점을 해결한다는 것을 발견하고 본 발명을 완성하였다.
즉, 본 발명은 질산 5 내지 10 중량%, 머켑토(Mercapto)계 화합물 0.5 내지 5 중량%, 고리형 아민 화합물 0.1 내지 5 중량% 및 잔량의 물을 포함하는 인듐 산화막용 식각액 조성물을 제공한다. 그리고 본 발명의 바람직한 일실시예에 따르면, 상기 인듐 산화막은 터치스크린패널(TSP)용 후막으로 사용되는 인듐 산화막일 수 있다. 그리고 상기 후막은 1000Å이상의 막일 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 식각액 조성물은 황산뿐만 아니라, 인산 또는 염산을 포함하지 않는 것이 바람직하다. 만약, 식각액 조성물이 인산, 염산 또는 황산을 포함할 경우, 조성물의 pH가 낮아 인듐 산화막을 식각할 때에, 상기 인듐 산화막의 하부에 적층 되어 있을 수 있는 구리, 티타늄, 몰리브덴 또는 알루미늄과 같은 금속막을 손상시킬 수 있다. 그리고 상기 식각액 조성물은 인듐 산화막을 선택적으로 식각하는데 사용될 수 있다. 구체적으로, 본 발명의 바람직한 일실시예에 따르면, 상기 식각액 조성물은 인듐 주석 산화물(indium tin oxide: ITO) 및 인듐 아연 산화물(indium zinc oxide: IZO)중 선택되는 어느 하나 이상을 포함하는 인듐산화막과 같은 투명 도전성 산화물의 식각에 사용될 수 있다. 상기 인듐 주석 산화물 또는 인듐 아연 산화물은, 결정질 또는 비결정질일 수 있다. 상기 식각액 조성물은, 구리, 알루미늄, 몰리브덴 또는 티타늄을 포함하는 금속막에 대한 손상을 방지 또는 최소화할 수 있다.
이하는 본 발명의 식각액 조성물에 대해 설명한다.
먼저, 본 발명의 식각액 조성물에서 포함되는 질산에 대해 설명한다.
상기 질산은 인듐을 포함하는 인듐산화막을 식각하는 주성분으로서, 인듐산화막을 산화시켜 습식 식각하는 역할을 수행한다. 또한, 본 발명의 식각액 조성물에 포함된 머켑토(Mercapto)계 화합물의 활성도를 높인다
본 발명의 바람직한 일실시예에 따르면, 상기 조성물 총 중량백분율에 대하여 5 ~ 10 중량% 로 포함할 수 있으며, 바람직하게는 6.5 ~ 8.5 중량%로 포함할 수 있다. 만약, 상기 질산이 5.0 중량% 미만이면, 식각력이 부족하여 충분한 식각이 이루어 지지 않거나 식각속도가 아주 느려질 수 있다. 그리고 10 중량%를 초과하는 경우에는 포토 레지스트(Photo Resist)에 크랙(Crack)이 발생하여 패턴에 단락이 발생하는 문제와 하부 금속배선에 손상(Damage)이 발생할 수 있다.
다음, 본 발명의 식각액 조성물에서 머켑토(Mercapto)계 화합물에 대해 설명한다.
본 발명의 식각액 조성물의 머켑토(Mercapto)계 화합물은 인듐산화막의 식각속도를 향상시킨다. 또한, 터치스크린패널용 후막으로 사용되는 인듐산화막을 식각하는데 잔사를 제거하는 역할을 수행하여 효과적이다. 이뿐만 아니라, 머켑토케 화합물은 구조적 특성으로 인해 킬레이트 역할을 할 수 있다. 그리고 상기 조성물 총 중량백분율에 대하여 상기 머켑토계 화합물은 0.5 내지 5 중량%로 포함할 수 있으며, 바람직하게는 1.0 ~ 3.0 중량%로 포함할 수 있다. 만약, 상기 머켑토(Mercapto)계 화합물의 함량이 0.5 중량% 미만이면 인듐산화막의 식각 속도가 느려지고, 이에 따라 공정시간 내에서 인듐산화막의 잔사가 발생할 수 있다. 그리고 5 중량%를 초과하면 인듐 산화막의 과식각이 발생할 수 있다.
그리고 상기 머켑토(Mercapto)계 화합물은 탄소체인 길이가 1 ~ 5개인 것이 바람직하다. 본 발명의 바람직한 일실시예에 따르면, 상기 머켑토(Mercapto)계 화합물은 하기 화학식 1 내지 화학식 4 및 2-머켑토 페닐아세트산(2-Mercaptophenylacetic acid) 중 선택되는 어느 하나 이상을 포함할 수 있으며, 바람직하게는 머켑토(Mercapto)계 화합물은 1 성분만을 사용하는 것이 바람직하다.
[화학식 1]
[화학식 2]
[화학식 3]
[화학식 4]
구체적으로 상기 화학식 1은 소듐 머켑토피루베이트(Sodium mercaptopyruvate), 화학식 2는 암모늄 티오클리코레이트 (Ammonium thioglycolate), 화학식 3은 메틸 티오클리코레이트(Methyl thioglycolate) 그리고 화학식 4는 3-머켑토-3-메틸부틸 포르메이트(3-Mercapto-3-methylbutyl formate) 이다.
다음, 본 발명의 식각액 조성물에 포함되는 고리형 아민 화합물에 대해 설명한다.
상기 식각액 조성물에 포함된 고리형 아민 화합물은 인듐 산화막의 하부에 적층되어 있는 금속을 포함하는 금속막의 부식을 방지하는 역할을 한다. 구체적으로 상기 조성 내 고리형 아민 화합물은 본 식각액으로 식각하고자 하는 막질의 하부에 구리(Cu), 알루미늄(Al), 몰리브덴(Mo) 및/또는 티타늄(Ti) 등의 하부막이 존재할 시, 본 발명의 식각액에 의해 발생할 수 있는 하부막의 손상(Damage) 발생률을 낮춘다. 본 발명의 바람직한 일실시예에 따르면, 상기 고리형 아민화합물의 함량은 식각액 조성물 총 중량백분율에 대하여 0.1 ~ 5 중량%로 포함할 수 있으며, 바람직하게는 0.3 ~ 2.5 중량%로 포함할 수 있다. 만약, 조성물 총 중량백분율에 대하여 상기 고리형 아민 화합물의 함량이 0.1 중량% 미만이면 하부막의 손상(Damage) 발생률을 낮추기 어렵다. 그리고, 5 중량%를 초과할 시 머켑토(Mercapto)계 화합물의 활성도를 낮추게 되어 인듐산화막의 식각력이 감소되므로, 인듐 산화막의 식각 후 잔사 발생률을 증가시키고 식각 속도가 저하된다.
본 발명의 바람직한 일실시예에 따르면, 상기 고리형 아민화합물은 피롤(pyrrole)계, 피라졸(pyrazol)계, 이미다졸(imidazole)계, 트리아졸(triazole)계, 테트라졸(tetrazole)계, 펜타졸(pentazole)계, 옥사졸(oxazole)계, 이소옥사졸(isoxazole)계, 디아졸(thiazole)계 및 이소디아졸(isothiazole)계 화합물 중에서 선택되는 어느 하나 이상을 포함할 수 있다. 바람직하게는 트리아졸계로서 벤조트리아졸, 테트라졸계로서 5-아미노테트라졸, 3-아미노테트라졸, 5-메틸테트라졸 및 5-아미노테트라졸에서 선택되는 1종 이상을 들 수 있다. 이중 가장 바람직하게는 벤조트리아졸을 들 수 있다.
본 발명의 식각액 조성물 중 물은 식각액 조성물을 희석시키는 역할을 한다. 그리고 상기 물은 특별히 한정되는 것은 아니나, 탈이온수가 바람직할 수 있고, 반도체 공정용 물은 일반적으로 초순수(ultra pure water)를 사용할 수 있다. 더욱 바람직하게는 물 속에 이온이 제거된 정도를 보여주는 물의 비저항 값이 18 ㏁/㎝ 이상인 탈이온수를 사용할 수 있다. 상기 물의 함량은 전체 식각액 조성물 100중량%에서 다른 구성성분 외에 잔량으로 포함된다. 따라서 상기 다른 구성 성분들의 함량에 따라 조절된다.
본 발명에서 사용되는 질산, 머켑토계 화합물, 고리형 아민 화합물 및 물은 반도체 공정용으로 사용가능한 순도의 것을 사용하는 것이 바람직하다. 또한, 시판되는 것을 사용하거나, 공업용 등급을 당업계에 통상적으로 공지된 방법에 따라 정제하여 사용할 수 있다.
본 발명의 식각액 조성물은 조성물 총 중량백분율에 대하여, 질산 5 ~ 10 중량%, 머켑토계 화합물 0.5 ~ 5 중량%, 고리형 아민 화합물 0.1 ~ 5 중량% 및 잔량의 물을 포함하여 100중량% 맞추는 것이 바람직하다.
본 발명에 따른 식각액 조성물에는 전술한 성분 이외에 통상의 첨가제를 더 첨가할 수 있다. 상기 첨가제로는 계면 활성제, 금속 이온 봉쇄제, 및 부식 방지제 중에서 선택되는 어느 하나 이상의 성분을 더 포함하여 사용할 수 있다.
상기 계면 활성제는 표면장력을 저하시켜 식각의 균일성을 증가시키는 역할을 한다. 이러한 계면 활성제로는 식각액에 견딜 수 있고 상용성이 있는 형태의 계면 활성제가 바람직하다. 그 예로는 임의의 음이온성, 양이온성, 양쪽 이온성 또는 비이온성 계면 활성제 등을 들 수 있다. 또한, 계면 활성제로서 불소계 계면 활성제를 사용할 수 있다.
상기 첨가제는 이에만 한정되는 것이 아니라, 본 발명의 효과를 더욱 양호하게 하기 위하여, 당업계에 공지되어 있는 여러 다른 첨가제들을 선택하여 첨가할 수 있다.
또한, 본 발명은 기판 상에 인듐 산화막을 형성하는 공정; 및 상기 공정에서 형성된 인듐 산화막을 본 발명의 식각액 조성물을 사용하여 식각하는 공정을 포함하는 금속 패턴의 형성 방법에 관한 것이다. 본 발명의 바람직한 일실시예에 따르면, 상기 금속 패턴은 액정표시장치용 TFT 어레이 기판 상에 형성될 수 있다. 즉, 상기 금속 패턴의 형성 방법은 액정표시장치용 TFT 어레이 기판의 제조 분야 등에서 유용하게 사용될 수 있다.
상기에서 식각액 조성물을 이용하여 다층막을 식각하는 공정은 당 기술분야에 알려져 있는 방법으로 수행할 수 있으며, 예컨대 침지 및/또는 흘리기 등의 방법이 있다. 식각 공정시의 온도는 예컨대 20 ~ 50 ℃, 바람직하게는 30 ~ 45 ℃로 할 수 있다. 그러나, 이 범위에 한정되지 않고 당 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자는 다른 공정 조건 및 요인에 의해 필요에 따라 적당한 식각 공정 조건을 정할 수 있다.
본 발명에 따른 식각액 조성물을 이용하여 금속막을 식각하는 경우, 대면적의 금속막 또는 다층의 금속막에 사용하는 경우에도 종래 습식-건식 2단계 식각 공정 대신에 1단계의 습식 식각 공정만으로도 균일한 식각 프로파일을 얻을 수 있으므로, 비용 및 생산성의 관점에서 매우 유리하다.
이하 본 발명을 실시예에 기초하여 더욱 상세하게 설명하지만, 하기에 개시되는 본 발명의 실시 형태는 어디까지 예시로써, 본 발명의 범위는 이들의 실시 형태에 한정되지 않는다. 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 중량백분율 기준이다.
실시예
1 내지 5 및
비교예
1 내지 4:
식각액
조성물의 제조
질산, 머켑토계 화합물, 고리형 아민 화합물 및 물을 표 1에 기재된 조성비로 함유하는 식각액을 10 kg이 되도록 제조하였다.
| 구분 | A(중량%) | B(중량%) | C1(중량%) | C2(중량%) | D(중량%) |
| 실시예 1 | 7 | 1 | 1 | - | 잔량 |
| 실시예 2 | 7 | 1 | 3 | - | 잔량 |
| 실시예 3 | 7 | 1 | 5 | - | 잔량 |
| 실시예 4 | 7 | 1 | - | 1 | 잔량 |
| 실시예 5 | 7 | 1 | - | 3 | 잔량 |
| 비교예 1 | 4 | 2 | 3 | - | 잔량 |
| 비교예 2 | 12 | 1 | 1 | - | 잔량 |
| 비교예 3 | 7 | 7 | - | 3 | 잔량 |
| 비교예 4 | 7 | 1 | 0.2 | - | 잔량 |
A: 질산 / B: 벤조트리아졸(BenzoTriazole) / C1: 소듐 머켑토 피루베이트(Sodium mercapto pyruvate) / C2: 2-머켑토 페닐아세트산(2-Mercaptophenylacetic acid) / D: 탈이온수
실험예
:
식각
특성 시험
실시예 1 내지 5 및 비교예 1 내지 4의 식각액 조성물을 유리 기판 상에 적층된 약 550(Å)의 비정질 인듐-주석 산화물(a-ITO) 단일막을 준비하였다. 그리고 상기 실시예 및 비교예에서 제조한 식각액 조성물을 이용하여 습식식각을 실시하였다. 식각 소요시간은 잔사 및 하부막인 유리기판의 손상(damage)비교를 용이하게 하기 위해 120sec로 고정하였다. 각 샘플들에 대한 CD 스큐를 주사전자현미경(SEM) 사진을 이용하여 측정한 후, 그 결과를 아래의 표 2 및 도 1 내지 4에 나타내었다.
< Etch Rate 평가 기준 >
두께에 대한 식각 속도가 15Å/초(sec) 이상: 우수,
15Å/초(sec) 미만 ~ 10Å/초(sec) 이상: 양호,
10Å/초(sec) 미만: 불량.
| 총 Etch Time | Etch Rate | 잔사 | 하부막 Damage | |
| 실시예 1 | 120 sec | 우수 | 무 | 무 |
| 실시예 2 | 120 sec | 우수 | 무 | 무 |
| 실시예 3 | 120 sec | 우수 | 무 | 무 |
| 실시예 4 | 120 sec | 우수 | 무 | 무 |
| 실시예 5 | 120 sec | 우수 | 무 | 무 |
| 비교예 1 | 120 sec | 양호 | 유 | 무 |
| 비교예 2 | 120 sec | 우수 | 무 | 유 |
| 비교예 3 | 120 sec | 불량 | 유 | 무 |
| 비교예 4 | 120 sec | 불량 | 유 | 무 |
표 2 및 도 1 내지 4를 참조하여 설명하면, 도 1은 실시예 1의 조성물로 인듐산화막을 식각한 후의 SEM 사진으로, 잔사가 없고, 에치속도도 우수했다. 그리고 도 2는 실시예 1의 조성물로 식각 후 유리기판 손상에 관한 SEM 사진으로 하부막의 손상이 없다는 것을 알 수 있다. 반면에 도 3은 비교예 1의 조성물로 인듐 산화막을 식각한 후의 SEM 사진으로, 잔사발생이 있다는 것을 알 수 있다. 도 4는 비교예 1의 조성물로 식각 후 유리기판 손상에 관한 SEM 사진이다. 그리고 비교예 2는 잔사는 발생하지 않았으나, 하부막에 손상이 있었다. 비교예 3 및 비교예 4는 에칭속도가 불량함으로써, 공정상 마진율 감소와 국부적 비식각에 따른 잔사 문제가 있다는 것을 알 수 있다.
결론적으로, 본 발명에 따른 식각액 조성물이 인듐산화막의 식각도 잔사없이 우수하고, 하부막에도 손상을 입히지 않는다는 것을 확인하였다.
Claims (7)
- 질산 5 내지 10 중량%, 머켑토(Mercapto)계 화합물 0.5 내지 5 중량%, 고리형 아민 화합물 0.1 내지 5 중량% 및 잔량의 물을 포함하는 인듐 산화막용 식각액 조성물.
- 청구항 1에 있어서,
상기 머켑토(Mercapto)계 화합물은 하기 화학식 1 내지 화학식 4 및 2-머켑토 페닐아세트산(2-Mercaptophenylacetic acid) 중 선택되는 어느 하나 이상을 포함하는 것을 특징으로 하는 인듐 산화막용 식각액 조성물;
[화학식 1]
[화학식 2]
[화학식 3]
[화학식 4]
- 청구항 1에 있어서,
상기 인듐 산화막은 터치스크린패널(TSP)용 후막으로 사용되는 것을 특징으로 하는 인듐 산화막용 식각액 조성물. - 청구항 1에 있어서,
상기 인듐 산화막은 인듐-아연 산화물 및 인듐-주석 산화물 중 선택되는 어느 하나 이상을 포함하는 것을 특징으로 하는 인듐 산화막용 식각액 조성물. - 청구항 1에 있어서,
상기 식각액 조성물은 계면 활성제, 금속 이온 봉쇄제, 및 부식 방지제 중에서 선택되는 어느 하나 이상의 성분을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 인듐 산화막용 식각액 조성물. - 기판 상에 인듐 산화막을 형성하는 공정; 및
상기 공정에서 형성된 인듐 산화막을 청구항 1의 식각액 조성물을 사용하여 식각하는 공정;을 포함하는 금속 패턴의 형성 방법. - 청구항 6에 있어서,
상기 금속 패턴이 액정표시장치용 TFT 어레이 기판 상에 형성되는 것임을 특징으로 하는 금속 패턴의 형성 방법.
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