KR102323848B1

KR102323848B1 - 은 나노 와이어의 식각액 조성물

Info

Publication number: KR102323848B1
Application number: KR1020140130712A
Authority: KR
Inventors: 권민정; 김태완; 이석준
Original assignee: 동우 화인켐 주식회사
Priority date: 2014-09-30
Filing date: 2014-09-30
Publication date: 2021-11-09
Also published as: KR20160038237A

Abstract

본 발명은 인산, 질산, 아세트산 및 다가알코올형 화합물을 포함하는 은 나노 와이어의 식각액 조성물에 관한 것이다. 본 발명의 식각액 조성물은 오버코팅 재료가 도포되어 있는 은 나노 와이어를 에칭함에 있어 식각된 은이온이 오버코팅 재료 내부에 재흡착되는 것을 막고 잔사가 발생하지 않도록 하여 오버코팅 재료 내부의 은 나노 와이어를 균일하게 식각한다.

Description

은 나노 와이어의 식각액 조성물 {ETCHANT COMPOSITION FOR SILVER NANOWIRES}

본 발명은 인산, 질산, 아세트산 및 다가알코올형 화합물을 포함하는 은 나노 와이어의 식각액 조성물에 관한 것이다.

최근 LCD를 중심으로 한 박형 디스플레이 분야 및 태양전지 산업의 급속한 확대와 함께 투명도전막에 대한 수요가 급증하고 있다. 이러한 투명도전막 재료로는 지금까지 ITO(Indium Tin Oxide)가 주로 사용되어 왔다. 그러나 ITO 전극은 유리기판에 적합한 공정조건에서 제조되고 플라스틱 기판에 스퍼터링(sputtering)하였을 경우에는 전극층의 유연성이 부족하기 때문에 플렉셔블 디스플레이(flexible display)용 투명전극으로 사용하기 어렵고 제조비용이 많이 발생한다는 단점도 있다. 따라서, ITO 투명전극을 대체하기 위한 연구개발이 진행되고 있다. 이 중에서, 은 나노와이어는 ITO의 대체 소재로서 각광받고 있으며, 터치패널, 태양전지, 2차전지 등 다양한 분야에서 상용화를 위한 연구개발이 진행 중이다. 특히 ITO 투명전극을 은 나노와이어 잉크를 활용한 투명전극으로 대체한 정보기술(IT) 기기용 터치스크린패널(TSP)이 개발되어 상용화되고 있다. 상기 터치스크린패널의 경우 면저항값이 80~120Ω/□으로 200~400Ω/□인 ITO 필름보다 낮아 대형화에 유리하다.

이에 따라, 은 나노 와이어의 적용을 위한 식각액의 개발이 요구되고 있으나, 종래의 식각액을 사용하는 경우 은(Ag)이 과도하게 식각되거나 불균일하게 식각되어 배선의 들뜸 또는 벗겨짐 현상이 발생하고, 배선의 측면 프로파일이 불량하게 되는 단점을 보여왔다. 이에, 대한민국 공개특허 10-2008-0110259호에서는 종래 은 식각액으로 사용되어온 인산, 질산, 아세트산 및 물로 이루어진 식각액에 첨가제로서 제1인산나트륨(NaH₂PO^-)를 추가한 식각액 조성물을 제시하고 있으나, 은 나노 와이어를 보호하기 위하여 오버코팅 재료가 도포된 은 나노 와이어를 상기 식각액 조성물로 식각하는 경우 오버코팅 재료 내부의 은 나노 와이어가 식각된 후 은이온이 제거되지 못하고 오버코팅 재료 내부에 재흡착 되어 식각 불량이 발생하는 문제점을 보여, 이를 해결하기 위한 연구의 필요성이 계속하여 제기되어 왔다.

대한민국 공개특허 10-2008-0110259호

이에, 본 발명은 오버코팅 재료가 도포되어 있는 은 나노 와이어를 에칭함에 있어 식각된 은이온이 오버코팅 재료 내부에 재흡착되는 것을 막고 잔사가 발생하지 않도록 하여 오버코팅 재료 내부의 은 나노 와이어가 균일하게 식각될 수 있은 식각액 조성물을 제공하는 것을 목적으로 한다.

상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 인산, 질산, 아세트산 및 다가알코올형 화합물을 포함하는 은 나노 와이어의 식각액 조성물을 제공한다.

일 구현예는, 식각액 조성물이 식각액 조성물 총 중량을 기준으로, 인산 50 내지 70중량%, 질산 5 내지 9중량%, 아세트산 5 내지 20중량%, 다가알코올형 화합물 0.1 내지 5중량% 및 잔량의 탈이온수를 포함할 수 있다.

다른 일 구현예는, 다가알코올형 화합물이 2개 이상의 히드록시기를 함유하는 화합물일 수 있다.

또 다른 일 구현예는, 은 나노 와이어가 오버코팅 재료로 도포된 것일 수 있다.

또 다른 일 구현예는, 오버코팅 재료가 폴리디메틸실록산(PDMS)인 것일 수 있다.

또한, 본 발명은 인산, 질산, 아세트산 및 다가알코올형 화합물을 포함하는 식각액 조성물을 사용하여 은 나노 와이어를 식각하는 방법을 제공한다.

본 발명의 식각액 조성물은 오버코팅 재료가 도포되어 있는 은 나노 와이어를 에칭함에 있어 식각된 은이온이 오버코팅 재료 내부에 재흡착되는 것을 막고 잔사가 발생하지 않도록 하여 오버코팅 재료 내부의 은 나노 와이어를 균일하게 식각한다.

도 1은 실시예 1의 식각액 조성물로 식각 특성 평가를 한 결과를 나타낸 것이다(위의 사진은 배선부의 직진성과 균일성을 확인한 결과이며, 아래 사진은 비패턴부(Etch부)의 고배율 이미지로 잔사가 없음을 나타낸다).
도 2는 실시예 3의 식각액 조성물로 식각 특성 평가를 한 결과를 나타낸 것이다(위의 사진은 배선부의 직진성과 균일성을 확인한 결과이며, 아래 사진은 비패턴부(Etch부)의 고배율 이미지로 잔사가 없음을 나타낸다).
도 3은 비교예 1의 식각액 조성물로 식각 특성 평가를 한 결과를 나타낸 것이다(위의 사진은 비패턴부 잔사, 배선부의 직진성이 좋지 않음을 나타낸 결과이며, 아래 사진은 비패턴부의 고배율 이미지로 잔사가 있음을 나타낸다).

본 발명은 인산, 질산, 아세트산 및 다가알코올형 화합물을 포함하는 은 나노 와이어의 식각액 조성물 및 상기 조성물을 이용하여 은 나노 와이어를 식각하는 방법을 제공한다.

본 발명은 인산, 질산, 아세트산 및 다가알코올형 화합물을 포함함으로써, 오버코팅 재료가 도포되어 있는 은 나노 와이어를 에칭함에 있어 식각된 은이온이 오버코팅 재료 내부에 재흡착되는 것을 막고 잔사가 발생하지 않도록 하여 오버코팅 재료 내부의 은 나노 와이어를 균일하게 식각하는 것이 특징이다.

이하, 본 발명을 상세히 설명한다.

상기 인산은 주산화제로서, 은 나노 와이어를 산화시켜 습식 식각하는 역할을 수행한다. 인산은 식각액 조성물의 총 중량을 기준으로 50 내지 70중량%일 수 있으며, 바람직하게는 60 내지 70중량%일 수 있다. 상기 기준으로 인산이 50중량% 미만인 경우에는 은 나노 와이어의 식각 속도 저하가 발생하여 에칭 공정의 시간이 증가하게 되므로 공정상 적용이 어렵고, 70중량%를 초과하는 경우에는 남아있는 금속막의 면적이 작아져 전극으로써 역할 수행이 어렵다.

상기 질산은 보조 산화제로 사용되는 성분으로서, 은 나노 와이어를 산화시켜 습식 식각하는 역할을 수행한다. 질산은 식각액 조성물 총 중량을 기준으로, 5 내지 9 중량%일 수 있다. 상기 기준으로 질산이 5 중량% 미만인 경우에는 식각력이 부족하여 충분한 식각이 이루어 지지 않을 수 있으며, 9 중량%를 초과하는 경우에는 포토 레지스트(Photo Resist)에 크랙(Crack)이 발생하여 패턴에 단락이 발생하는 문제가 발생할 수 있다.

상기 아세트산은 반응 속도 등을 조절하기 위해 완충제로 작용하여 질산의 분해속도를 조절하며, 일반적으로 분해 속도를 감소시키는 역할을 한다. 아세트산은 식각액 조성물 총 중량을 기준으로, 5 내지 20중량%일 수 있으며, 바람직하게는 5 내지 15중량%일 수 있다. 상기 기준으로 아세트산이 5중량% 미만이면 은 나노 와이어가 균일하게 식각되지 않고 기판 내의 식각 속도 불균일로 얼룩이 발생하는 문제점이 있고, 20중량%를 초과하면 거품이 많이 발생하게 되어 은 나노 와이어가 식각되지 않을 수도 있다.

상기 다가알코올형 화합물은 은 나노 와이어의 보호와 균일성을 부여하기 위해 도포된 오버코팅 재료의 내부에서 식각된 은 나노 와이어의 은이온이 오버코팅 재료 내부에 재흡착하는 것을 방지하고, 식각물을 효과적으로 제거하여 잔사가 남지 않게 한다. 오버코팅 재료 내부의 재흡착과 잔사가 발생하지 않으므로 식각의 균일성이 증가되고 직진성이 향상되어 식각 공정의 효율이 높아진다.

상기 다가알코올형 화합물은 2개 이상의 히드록시기를 함유하는 화합물을 통칭하는 것으로서, 예컨대, 다가알코올 화합물은 글리콜류, 글리세롤, 에리스리톨, 아라비톨, 자일리톨, 마니톨, 솔비톨 등 일 수 있으며, 이들을 단독 또는 혼용하여 사용할 수 있다. 바람직하게는 다가알코올형 화합물은 트리에틸렌 글리콜, 폴리에틸렌 글리콜일 수 있으며, 상기 폴리에틸렌 글리콜의 분자량은 150 내지 500 g/mol일 수 있다. 2개 이상의 히드록시기를 함유하는 다가알코올형 화합물은 금속이온을 둘러싸는 형태로 존재하게 되는데, 콜로이드 형태로 존재하는 은의 주변을 둘러싼 다가알코올형 알코올이 입체방해를 일으키게 되어 다른 은 콜로이드와 서로 흡착하지 못하도록 방해를 하게 한다.

상기 다가알코올형 화합물은 조성물 총 중량을 기준으로 0.1 내지 5중량%일 수 있다. 상기 기준으로 다가알코올형 화합물이 0.1중량% 미만인 경우에는 식각 균일성이 저하되고 잔사가 발생하며, 5중량% 초과인 경우에는 거품이 많이 발생하는 단점이 있다.

상기 식각액 조성물에는 상기한 성분 이외에 추가로 식각 조절제, 계면 활성제, pH 조절제가 더 포함될 수 있다.

상기 식각액 조성물에는 상기 식각액 조성물 전체의 중량이 100중량%가 되도록 하는 잔량의 탈이온수가 포함될 수 있으며, 상기 탈이온수는 반도체 공정용으로서 18㏁/㎝ 이상의 것을 사용하는 것이 바람직하다.

본 발명의 조성물은 오버코팅 재료가 도포된 은 나노 와이어의 식각용도로 사용되며, 또한 터치패널용 전극으로 많이 사용되는 인듐산화막, 또는 인듐산화막과 은 나노 와이어를 이용한 단일막 또는 다층막의 삭각용도로도 사용될 수 있다.

이하, 본 발명을 실시예, 비교예 및 실험예를 이용하여 더욱 상세하게 설명한다. 그러나 하기 실시예, 비교예 및 실험예는 본 발명을 예시하기 위한 것으로서, 본 발명은 하기 실시예, 비교예 및 실험예에 의해 한정되지 않고 다양하게 수정 및 변경될 수 있다.

실시예 1 내지 3 및 비교예 1 내지 7. 은 나노 와이어의 식각액 조성물의 제조

하기 표 1에 나타난 바와 같은 성분 및 함량을 사용하여 식각액 조성물을 제조하였다.

하기 표 1의 각 성분의 함량의 단위는 중량%이다.

구분	인산	질산	아세트산	다가알코올형 화합물		탈이온수
구분	인산	질산	아세트산	트리에틸렌글리콜	폴리에틸렌글리콜 (평균 190~210g/mol)	탈이온수
실시예 1	55	8	15	3	-	잔량
실시예 2	68	6	10	1	-	잔량
실시예 3	65	8	10	-	1	잔량
비교예 1	55	8	15	-	-	잔량
비교예 2	60	2	12	3	-	잔량
비교예 3	40	6	20	2	-	잔량
비교예 4	65	7	3	2	-	잔량
비교예 5	50	15	10	2	-	잔량
비교예 6	55	7	25	-	2	잔량
비교예 7	73	6	5	-	3	잔량

실험예 . 시편 제작 및 식각특성 평가

플렉서블용 필름 상에 은 나노 와이어와 오버코팅 재료(폴리디메틸실록산)를 도포하고, 포토리소그래피 공정을 통하여 기판 상에 소정의 패턴을 가진 포토레지스트가 형성되도록 한 후, 상기 표 1의 조성물을 각각 사용하여 은 나노 와이어 필름에 대하여 식각공정을 실시하였다.

분사식 식각 방식의 실험장비(모델명: ETCHER(TFT), SEMES사)를 이용하였고, 식각공정시 식각액 조성물의 온도는 약 40℃ 내외로 하였고, 식각시간은 300초 정도로 진행하였다. 상기 식각공정에서 식각된 은 나노 와이어 필름의 프로파일을 광학현미경 (모델명: VK-X200, KEYENCE사)을 사용하여 검사하였고, 그 결과를 하기 표 2 및 도 1 내지 도 3에 나타내었다.

도 1 내지 도 3은 식각액 조성물로 식각특성 평가를 한 결과를 사진으로 나타낸 것으로, 도 1은 실시예 1의 식각액 조성물, 도 2는 실시예 3의 식각액 조성물, 도 3은 비교예 1의 식각액 조성물을 사용한 것이다.

구분	에칭시간 (etch time)	잔사 발생 유무	식각 균일성	식각 직진성
실시예 1	300초	무	○	○
실시예 2		무	○	○
실시예 3		무	○	○
비교예 1		유	X	○
비교예 2		유	Unetch	Unetch
비교예 3		유	X	X
비교예 4		무	X	X
비교예 5		무	Pattern Out	Pattern Out
비교예 6		유	X	○
비교예 7		무	Pattern Out	Pattern Out

<식각 균일성>

○: 비패턴부의 은 나노 와이어가 깨끗하게 식각되고, 잔사가 없음

X: 비패턴부의 은 나노 와이어가 식각되었으나 부분적으로 잔사가 남음

Unetch: 비패턴부의 은 나노 와이어가 대부분 식각되지 않고 남음

Pattern Out: 패턴부의 은 나노 와이어가 모두 식각되어 패턴이 형성되지 않음

<식각 직진성>

○: 패턴이 직선으로 형성됨

X: 패턴의 끝단이 곡선으로 형성되거나 균일하지 않음

Pattern Out: 패턴부의 은 나노 와이어가 모두 식각되어 패턴이 형성되지 않음 (Unetch와 Pattern Out 발생 시 직진성 확인 불가)

표 2 및 도 1 내지 도 3에 나타난 바와 같이, 인산, 질산, 아세트산 및 다가알코올형 화합물을 포함하는 실시예 1 내지 3의 식각액 조성물은 오버코팅 재료 내의 은 나노 와이어가 완전히 에칭되고 잔사가 없는 반면, 비교예 1 내지 7의 식각액 조성물은 오버코팅 재료 내의 은 나노 와이어가 완전히 에칭되지 않아 부분적 Unetch 현상이 나타났다.

Claims

식각액 조성물 총 중량을 기준으로,
인산 50 내지 70 중량%;
질산 5 내지 9 중량%;
아세트산 5 내지 20 중량%;
다가알코올형 화합물 0.1 내지 5 중량% 및 잔량의 탈이온수를 포함하고;
상기 다가알코올형 화합물은 트리에틸렌 글리콜 또는 폴리에틸렌 글리콜 중 어느 하나 이상이며, 분자량은 150 내지 500 g/mol이고, 2개 이상의 히드록시기를 함유하는 화합물인 것을 특징으로 하는,
은 나노 와이어의 식각액 조성물.
삭제
삭제
청구항 1에 있어서, 상기 은 나노 와이어는 오버코팅 재료가 도포된 것인, 식각액 조성물.
청구항 4에 있어서, 상기 오버코팅 재료는 폴리디메틸실록산(PDMS)인 것인, 식각액 조성물.