KR20080016842A - 칼라필터 연마용 슬러리 조성물 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 칼라필터 연마용 슬러리 조성물을 제공한다. 슬러리 조성물은 하나 이상의 연마제, 버퍼 용액 및 첨가제를 포함한다. 연마제는 알루미나, 세리아(ceria), 마그네시아(magnesia), 실리카, 티타니아(titania), 지르코니아, 산화제이구리(cupric oxide), 산화제이철(ferric oxide), 산화아연(zinc oxide) 및 이들의 혼합물로 이루어진 군에서 선택된다. 버퍼 용액은 소정 범위로 pH를 조절하기 위하여 사용된다. 첨가제는 연마용 조성물을 안정화시키고 연마 성능을 향상시키기 위하여 사용된다.
연마용 슬러리 조성물

Description

칼라필터 연마용 슬러리 조성물{Slurry composition for color filter polishing}
본 발명은 연마용 슬러리에 관한 것이다. 보다 구체적으로, 본 발명은 칼라필터 연마용 슬러리 조성물에 관한 것이다.
디스플레이 기술의 발전에 따라, 종래의 커다란 음극선관(CRT) 디스플레이가 점차 평판 디스플레이로 대체되고 있다. 더 얇고 더 가벼운 평판 디스프레이는 우수한 화질뿐만 아니라 우수한 이동성, 내구성 및 에너질 절감과 같은 장점을 제공한다. 이러한 평판 디스플레이 제품들은 액정 디스플레이(LCD), 유기전계 디스플레이(OEL 또는 OLED), 고분자 발광 다이오드(PLED 또는 LEP), 전계 방출 디스플레이(FED), 및 플라즈마 디스플레이 패널(PDP)을 포함한다.
LCD 디스플레이 개발의 경향은 풀 칼라, 대형 크기, 고해상도 및 저가격이다. 최상의 화질을 위해, LCD 장치는 칼라 화상을 나타내기 위하여 칼라 필터를 사용한다. 상기 칼라 필터는 디스플레이 패널의 콘트라스트(contrast), 휘도 및 표면 반사와 같은 화상 특징에 영향을 미친다.
상기 칼라필터는 고도로 정리된 패턴에 정렬된 세가지 칼라, 즉, 적색, 녹색 및 청색,으로 이루어진다. 그레이-스케일(grey-scale)의 빛을 제공하기 위한 구동 IC가 백라이트 광원을 조절하고, 상기 그레이-스케일의 빛이 상기 칼라필터를 통과하여 적색, 녹색 또는 청색 빛을 나타낸다. 상기 적색, 녹색 또는 청색광은 칼라화상을 형성하기 위해 추가적으로 혼합된다. 칼라필터는 TFT-LCD 패널 디스플레이를 위한 주요한 성분 중의 하나이다. 화질, 스루풋(throughput) 및 가격 측면에서 칼라필터의 품질을 향상시키는 것이 중요하다.
도 1은 종래 기술의 칼라필터 구조를 도식적으로 보여준다. 도 1에서 상기 칼라필터는 유리 기판(100), 블랙 매트릭스(102), 칼라층(104a-104c), 오버-코트 층(106) 및 ITO 도전성 필름(108)으로 이루어진다. 상기 유리 기판(100)의 두께는 대형 LCD 패널의 중량을 감소시키기 위해 약 0.63mm 또는 0.55mm로 감소된다. 상기 블랙 매트릭스(102)는 상기 세 가지-칼라 포토레지스트층(104a-104c)을 분리시키기 위해 사용되며, 칼라 콘트라스트를 향상시키기 위해 필수적이다. 일반적으로, 블랙 매트릭스(102)는 더 나은 칼라 구현을 위해 낮은 반사를 요구한다. 블랙 매트릭스(102)의 재료는 크롬 또는 수지가 될 수 있다.
칼라필터는 염료 분산법, 염색법(staining method), 인쇄법 또는 전기적 착색법에 의해 제조될 수 있다. 염료 분산법은 우수한 신뢰성, 해상도 및 내고온성을 제공할 수 있어, 산업계에서 널리 사용된다.
상기 염료 분산법에 사용되는 칼라 포토레지스트 잉크는 염료, 분산제, 첨가제, 가교 수지, 광개시제 외에 반응성 휘석제 및 용매를 포함한다. 세 가지 트루 칼라(적색, 녹색 및 청색)를 착색하기 위한 상기 칼라 포토레지스트 잉크는 일반적으로 염기-현상된(base developed) 네가티브 포토레지스트이다. 상기 칼라 포토레 지스트 잉크의 주요 성분들은 아조 염료(azo dye) 화합물, 프탈로시아닌 유기 안료(pigment) 및 다양한 헤테로고리 화합물을 포함하는 염료 화합물이다. 결과물의 기능 또는 고려되는 공정에 따라, 다양한 혼합물이 사용될 수 있다.
칼라필터를 제조하는 염료 분산법은 블랙 매트릭스, RGB 및 ITO 층들의 형성을 포함한다. 블랙 매트릭스 형성에 관하여, 산화크롬/크롬의 저-반사 이충층 필름이 실리콘 옥시나이트라이드 보호층으로 피복된 유기 기판 위에 증착된다. 산화크롬/크롬의 저-반사 필름은 또한 금속 블랙층으로 불려진다. 이 후에, 포지티브 포토레지스트층이 상기 금속 블랙층 위에 스핀-코팅된다. 블랙매트릭스 패턴을 가지는 마스크를 사용하여, 포토레지스트층이 자외선에 노풀되고, 상기 금속 블랙층이 블랙 매트릭스 패턴을 얻기 위해 에칭된다.
상기 블랙 매트릭스 패턴이 형성된 후에, 상기 RGB 공정이 이어진다. 상기 RGB 공정에서, 적색, 녹색 및 청색 칼라 포토레지스트가 RGB 패턴을 형성하기 위해 지정된 위치에 증착된다. 첫번째로, 적색(R) 칼라 포토레지스트가 스핀-코팅되고, 상기 R 패턴을 가지는 마스크를 사용하여 자외선(<248nm)에 노출된다. 노출 후에, 노출되지 않은 부분을 제거하기 위해 현상제가 사용되어 R 패턴을 형성한다. 이 후에, 200℃ 이상에서 포스트-베이킹(post-baking)이 수행되어 R 패턴을 더욱 내구적으로 만든다. 유사한 과정을 따라, 녹색(G)패턴과 청색(B) 패턴이 형성된다. 이어서, RGB 층의 상부에 ITO 투명 전극층이 증착되어 컬러필터의 제조가 완료된다.
더 나은 광학적 특징과 시각 효과를 위해, 칼라 필터의 표면이 화학기계적 연마(CMP)법을 사용하여 평탄해질 필요가 있다. 도 2에 보여지는 바와 같이, R,G, B 패턴이 얻어진 후에, 블랙 매트릭스(BM)가 분리를 위하여 각각의 패턴 사이에 위치한다. 서로 다른 요구에 따라, 연마(즉, R1, R2, B1, B2, G1, G2) 후에, R, G, B 패턴의 피크 높이는 5000Å 미만이 요구되나, (R, G, B 손실이라고 불려지는)연마 후의 패턴의 바닥 위치의 높이 차이는 500Å 이하가 요구된다.
그렇지만, 상기 화학적 성분들은 CMP 슬러리에서 CMP 작업 동안 및 후에 칼라 포토레지스트의 염료의 바람직하지 않은 특징 변경을 야기할 수 있다.
본 발명은 칼라필터 연마용 슬러리 조성물을 제공한다. 슬러리 조성물은 슬러리와 수지, 염료 및 분산제를 포삼하는 칼라필터 재료 사이의 상호작용을 감소시켜, 칼라필터의 신뢰성과 수명을 유지시킬 수 있다. 그러한 슬러리 조성물을 사용하여, 칼라필터 생산의 제조 안정성이 향상되고 따라서 제조 스루풋(throughput)이 증가한다.
여기에 구현되고 넓게 기재된 바와 같이, 본 발명의 칼라필터 연마용 슬러리 조성물은 하나 이상의 연마제, 버퍼 용액 및 첨가제를 포함한다. 연마제는 알루미나, 세리아(ceria), 마그네시아(magnesia), 실리카, 티타니아(titania), 지르코니아, 산화제이구리(cupric oxide), 산화제이철(ferric oxide), 산화아연(zinc oxide) 및 이들의 혼합물로 이루어진 군에서 선택된다. 연마제는 소성된 형태, 콜로이드 형태 또는 퓸드(fumed) 형태로 제공될 수 있다.
슬러리 조성물은 1.0미크론 보다 작은, 대부분 10nm 내지 1.0미크론, 및 바람직하게는 40nm 내지 200nm의 1차 입자 크기를 가진다. 연마제 입자들의 1차 입자 크기 분포는 단일-분포이다. 다르게는, 슬러리 입자에 두 개의 서로 다른 1차 입자 크기의 연마제가 혼합될 수 있으며, 이는 1차 입자 크기의 분포가 이중모드 분포가 될 수 있음을 의미한다. 슬러리 조성물의 연마제 입자는 100nm 내지 10미크론, 바람직하게는 200nm 내지 800nm의 2차 입자 크기를 가진다. 슬러리 조성물에서 연마제의 함량은 약 1중량% 내지 45중량%, 바람직하게는 2중량% 내지 25중량% 범위이다.
연마 과정에서 스크랫치, 덴트 또는 다른 결합의 형성을 최소화하기 위하여, 슬러리 조성물에서 연마제의 비표면적은 약 5-400m2/g, 바람직하게는 20-200m2/g 범위이다.
버퍼 용액은 pH 값을 조절하기 위하여 사용되며. 또한 pH 버퍼로 작용한다. 버퍼 용액은 무기산, 유기산, 무기 염기(inorganic base), 이들의 혼합물 및 이들의 염(salt)으로 이루어진 군으로부터 선택된다. 슬러리 조성물에서 버퍼 용액의 함량은 2중량% 내지 15중량% 범위이다. 버퍼 용액의 선택은 슬러리 조성물에서 사용되는 연마제의 종류에 의존한다. 버퍼 용액으로 사용되는 유기산은 글리신, 포름산, 아세트산, 프로피온산, 말산(malic acid), 구연산, 숙신산 및 이들의 혼합물로 이루어진 군에서 선택될 수 있다. 버퍼 용액으로 유기산이 선택되면, 소듐, 포타슘, 칼슘 또는 철을 포함하는 유기 염 또는 무기 염이 추가적으로 첨가될 수 있다.
슬러리 조성물에 사용되는 첨가제는 하나 또는 둘 이상의 계면활성제를 포함할 수 있다. 계면활성제는 특정 pH에서 분산 또는 입자 현탁을 향상시키기 위하여 제타 포텐셜을 조절하여, 슬러리 조성물을 안정화시킬 수 있다. 계면활성제는 폴리카르복실산, 폴리카르복실산의 알칼리염, 폴리카르복실산의 암모늄염, 지방족 고분자 및 이들의 혼합물로 이루어진 군에서 선택될 수 있다. 슬러리 조성물에서 계면활성제의 함량은 약 0.3중량% 내지 1.0중량% 범위이다.
슬러리 조성물에 사용되는 연마제에 따라, 첨가제가 N-메틸 피롤리돈, 메타크릴아미드, 부티로락톤, N-비닐 피롤리돈 및 이들의 혼합물로 이루어진 군에서 선택될 수 있다. 다르게는, 첨가제는 메타아크릴아미드, N,N'-메틸렌 비스아크릴아민, 폴리에틸렌 글리콜 디메타크릴레이트, 메톡시 폴리에틸렌 글리콜 모노메타크릴레이트 및 이들의 혼합물로 이루어진 군에서 선택될 수 있다. 첨가제는 연마 속도를 증가시키고 연마 품질을 향상시킨다.
본 발명의 슬러리 조성물은 칼라 필터 연마용으로 적합하고, 본 발명의 슬러리 조성물은 종래의 연마용 슬러리보다 더 높은 연마 속도를 제공한다.
본 발명의 슬러리 조성물에 첨가된 연마제는 연마하는 동안 부드럽게 칼라 레지스트를 제거할 수 있어, 과연마(overpolishing)을 피하고 칼라필터의 패턴 시뢰도를 증가시킨다. 따라서, 연마된 칼라필터층이 정밀한 토포그래피(topography)를 가지고 우수한 칼라 화상 특징이 얻어질 수 있다.
상기의 일반적인 설명 및 이하의 상세한 설명은 모두 예시적이고, 청구된 발명을 추가적으로 설명하기 위한 의도로 제공되는 것으로 이해되어야 한다.
도 1은 종래 기술의 칼라필터의 구조를 개략적으로 보여준다.
도 2는 종래 기술의 칼라필터의 구조를 개략적으로 보여준다.
도 3은 연마되지 않은 칼라필터 샘플의 SEM 사진이다.
도 4는 본 발명의 연마용 슬러리에 의해 연마된 칼라필터 샘플의 SEM 사진이다.
도 5는 상업적으로 입수 가능한 알루미나 연마용 슬러리에 의해 연마된 칼라필터 샘플의 SEM 사진이다.
본 발명의 칼라필터 연마용 슬러리 조성물은 칼라필터의 연마를 돕기 위한 화학적 첨가제를 말한다. 본 발명의 슬러리 조성물은 칼라필터를 연마하기 위하여 단독으로 사용되거나, 다른 연마용 슬러리와 조합하여 사용될 수 있다.
본 발명은 하나 이상의 연마제를 포함하는 칼라필터 연마용 슬러리 조성물을 제공한다. 연마제는 알루미나, 세리아(ceria), 마그네시아(magnesia), 실리카, 티타니아(titania), 지르코니아, 산화제이구리(cupric oxide), 산화제이철(ferric oxide), 산화아연(zinc oxide) 및 이들의 혼합물로 이루어진 군에서 선택된다. 연마제는 콜로이드 형태 또는 퓸드(fumed) 형태로 제공될 수 있다. 슬러리 조성물에서 연마제의 함량은 약 1중량% 내지 45중량%, 바람직하게는 2중량% 내지 25중량% 범위이다.
연마제는 고순도인 것이 바람직하다. "고순도(high purity)"는 소스의 (원 재료의 불순물 또는 처리과정에서의 불순물과 같은)총 불순물의 함량 100ppm 미만을 의미한다. 목적은 슬러리 조성물에서 칼라필터 재료로의 잠재적인 오염을 감소시키는 것이다.
연마제는 고전단(high-shear) 분산 기술을 사용하여 수용액을 제조하기 위하여 바람직하게는 친수성 또는 (탈이온수와 같은) 수성 매질과 혼합된다. 예를 들어, 연마제는 콜로이드 용액을 형성하기 위하여 적절한 매질에 천천히 첨가될 수 있다. 콜로이드 용액은 고전단 조건에서 혼합되고 콜로이드 용액의 pH 조절에 의하여 안정화된다.
본 발명의 슬러리 조성물은 하나 이상의 안정화제를 포함한다. 안정화제는 산성 조건 하에서 슬러리의 연마제 입자들의 표면 전하를 안정화시키고, 커다란 입자 응집체의 형성을 차단하고, 이로써 슬러리 조성물의 장기 안정성을 연장시킨다.
본 발명의 슬러리 조성물은 pH 값을 조절하고 pH 버퍼로서 작용하는 하나 이상의 버퍼 용액을 포함한다. 버퍼 용액은 무기산, 유기산, 무기 염기(base), 이들의 혼합물 및 이들의 염(salt)으로 이루어진 군으로부터 선택된다. 버퍼 용액의 선택은 슬러리 조성물에 사용되는 연마제에 의존한다. 버퍼 용액으로 사용되는 유기산은 글리신, 포름산, 아세트산, 프로피온산, 말산(malic acid), 구연산, 숙신산 및 이들의 혼합물로 이루어진 군에서 선택된다. 유기산의 버퍼 용액으로 선택되면, 소듐, 포타슘, 칼슘 또는 철을 포함하는 유기 또는 무기염이 추가적으로 첨가될 수 있다. 슬러리 조성물에서 버퍼 용액의 함량은 2중량% 내지 15중량% 범위이다. 또한, 슬러리 조성물의 pH는 버퍼 용액을 사용하여 5 내지 7 사이의 범위로 조절되는 것이 바람직하다.
슬러리 조성물에 사용되는 첨가제는 하나 이상의 계면활성제를 포함한다. 슬러리 조성물에 사용되는 첨가제에 따라, 계면활성제가 폴리카르복실산의 알칼리염, 폴리카르복실산의 암모늄염, 지방족 고분자 및 이들의 혼합물로 이루어진 군에서 선택될 수 있다. 슬러리 조성물에서 계면활성제의 함량은 약 0.3중량% 내지 1.0중량% 범위이다. 지방족 고분자의 분자량은 예를 들어 1000 내지 5000 달톤(Dalton) 사이이다.
슬러리 조성물에 사용되는 첨가제는 또한 N-메틸 피롤리돈, 메타크릴아미드, 부티로락톤, N-비닐 피롤리돈 및 이들의 혼합물로 이루어진 군에서 선택될 수 있다. 다르게는, 첨가제는 메타아크릴아미드, N,N'-메틸렌 비스아크릴아민, 폴리에틸렌 글리콜 디메타크릴레이트, 메톡시 폴리에틸렌 글리콜 모노메타크릴레이트 및 이들의 혼합물로 이루어진 군에서 선택될 수 있다.
본 발명의 슬러리 조성물 또는 본 발명의 슬러리 조성물을 포함하는 조성물이 연마용 플랫폼의 연마용 패드(polishing pad)에 제공될 수 있다. 칼라필터는 연마용 패드와 칼라필터 기판의 상대적인 운동에 의해 연마된다. 연마용 패드 표면과 칼라필터 기판 사이에서, 연마하는 동안 슬러리 조성물이 연속적으로 제공된다.
본 발명의 슬러리 조성물은 연마 과정 동안 칼라 포토레지스트와 화학적 상하작용을 하지 않는 하나 이상의 특정한 연마제를 사용한다. 그러므로, 패턴의 과연마(over-polishing) 또는 과에칭(over-etching)이 방지될 수 있다. 특히 본 발 명의 슬러리 조성물을 사용함에 의하여, 제조된 칼라필터가 더 나은 패턴 충실도(fidelity)를 보여준다. 이하의 실시예 1-17은 추가적으로 본 발명을 상세히 설명하기 위해 사용된다. 그렇지만, 이러한 실시예들은 본 발명의 범위를 한정하기 위해 사용되는 것이 아니다. 실시예 1-17에 사용되는 연마제, 버퍼 용액 및 첨가제를 포함하는 슬러리 조성물은 표 1에 나열되며, 관련된 물성 및 입자 크기 및 연마 속도를 포함하는 실험 데이타는 표 2에 나열된다. 실시예 1-17에서, 준비된 슬러리 조성물은 칼라필터 포토레지스트를 연마하기 위하여 사용된다.
먼저, 적색(R), 녹색(G) 및 청색(B) 세 가지 칼라 포토레지스트에 대한 피크 높이가 측정되고 기재된다. 연마 후에, 이들이 다시 측정되어 연마용 슬러리의 연마 효과가 결정된다. 500Å 미만의 RGB 손실의 선결조건 하에서, 연마용 슬러리의 연마 속도가 조사되었다.
실험 조건은 다음과 같다:
연마용 플랫폼의 다운 포스(down force): 0.08psi 또는 0.05psi
연마용 플랫폼의 회전 속도 : 20rpm
연마 시간 : 20초
연마용 슬러리의 유속(flow rate) : 120ml/min
연마 전후의 칼라 포토레지스트의 두께 차이가 연마 시간으로 나누어져 연마 속도가 얻어진다. 칼라 포토레지스트의 두께는 KLA Tencor P15 surface profiler로 측정된다. 표 1 및 2에서, ΔhR/ΔhG/ΔhB는 각각 적색, 녹색 및 청색 칼라 포 토레지스트에서 평균 제거량을 나타낸다.
[표 1]
실시예 연마제 버퍼용액 첨가제
이름 함량 (중량%) 이름 함량 (중량%) 이름 함량 (중량%)
1 다결정성(polycrystalline) 알루미나 20 유기산, 포타슘 나이트레이트, 포타슘 아이오다이드 또는 포타슘 카보네이트 <1 <5 - -
2 다결정성 알루미나 10 유기산, 포타슘 나이트레이트, 포타슘 아이오다이드 또는 포타슘 카보네이트 <1 <5 - -
3 다결정성 알루미나 10 유기산, 포타슘 나이트레이트, 포타슘 아이오다이드 또는 포타슘 카보네이트 <1 <5 Surfactant AG (상품명) 1
4 다결정성 알루미나 10 유기산, 포타슘 나이트레이트, 포타슘 아이오다이드 또는 포타슘 카보네이트 <1 <5 SPS-11--B(상품명) 1
5 다결정성 알루미나 10 유기산, 포타슘 나이트레이트, 포타슘 아이오다이드 또는 포타슘 카보네이트 <1 <5
6 다결정성 알루미나 20 유기산, 포타슘 나이트레이트, 포타슘 아이오다이드 또는 포타슘 카보네이트 <1 <5
7 다결정성 알루미나 20 유기산, 포타슘 나이트레이트, 포타슘 아이오다이드 또는 포타슘 카보네이트 <1 <5 N,N-메틸 피롤리돈 3
8 다결정성 알루미나 20 유기산, 포타슘 나이트레이트, 포타슘 아이오다이드 또는 포타슘 카보네이트 <1 <5 N,N-메틸 피롤리돈 5
9 다결정성 알루미나 20 유기산, 포타슘 나이트레이트, 포타슘 아이오다이드 또는 포타슘 카보네이트 <1 <5 부틸로락톤 3
10 다결정성 알루미나 20 유기산, 포타슘 나이트레이트, 포타슘 아이오다이드 또는 포타슘 카보네이트 <1 <5 부티로락톤 5
11 소성된 알루미나 20 유기산, 포타슘 나이트레이트, 포타슘 아이오다이드 또는 포타슘 카보네이트 <1 <5
12 소성된 알루미나 20 유기산, 포타슘 나이트레이트, 포타슘 아이오다이드 또는 포타슘 카보네이트 <1 <5
13 소성된 알루미나 20 유기산, 포타슘 나이트레이트, 포타슘 아이오다이드 또는 포타슘 카보네이트 <1 <5 - -
14 퓸드(fumed) 알루미나 20 - - - -
15 침전된 세리아(ceria) 5 - - - -
16 콜로이드 실리카 20 KOH <1 - -
17 퓸드 실리카 12.1 HCl, KOH <1 MA-21(상품명) 0.5
[표 2]
실시예 pH 1차 입자 크기(nm) 2차 입자 크기(nm) 평균 연마 속도 다운 포스(psi)
ΔhR Å/20초 ΔhG Å/20초 ΔhB Å/20초
1 6.0 ~20/50 ~200 1274 1602 1699 0.08
2 6.0 ~20/50 ~200 1391 1388 1828 0.08
3 6.0 ~20/50 ~200 2453 3976 2178 0.08
4 6.0 ~20/50 ~200 814 2691 984 0.08
5 6.0 ~20/50 ~200 891 1137 1156 0.05
6 6.0 ~20/50 ~200 1031 1309 1393 0.05
7 6.0 ~20/50 ~200 1535 1625 1619 0.05
8 6.0 ~20/50 ~200 1447 1920 1409 0.05
9 6.0 ~20/50 ~200 1742 2273 1487 0.05
10 6.0 ~20/50 ~200 1586 2040 1471 0.05
11 6.0 ~50 195 1080 1384 918 0.05
12 6.0 ~70 314 3397 3744 3181 0.05
13 4.1 ~50 224 1631 1749 1479 0.05
14 4.4 ~13 156 107 396 129 0.05
15 4.3 ~20 173 258 404 118 0.05
16 9.6 ~60 97 146 348 111 0.05
17 11.1 ~20 ~120 1380 1960 1561 0.05
실시예 1
표 1 및 2에서 보여지는 바와 같이, 실시예 1에서, 20중량% 다결정성 알루미나가 연마용 슬러리를 위한 연마제로 사용되며; 다운 포스 0.08psi 하에서, 연마용 슬러리의 평균 연마 속도(ΔhR/ΔhG/ΔhB, 20초에 제거된 양)가 우수하였다.
실시예 2
표 1 및 2에서 보여지는 바와 같이, 실시예 2에서, 10중량% 다결정성 알루미나가 연마용 슬러리를 위한 연마제로 사용되며; 다운 포스 0.08psi 하에서, 연마용 슬러리의 평균 연마 속도(ΔhR/ΔhG/ΔhB, 20초에 제거된 양)가 실시예 1에서 보다는 낮으나, 칼라필터 제조를 위하여 만족스럽다.
실시예 3
표 1 및 2에서 보여지는 바와 같이, 실시예 3에서, 5중량% Surfactant AG(Merck EC) 가 계면활성제로 첨가되고 10중량% 다결정성 알루미나가 연마용 슬러리를 위한 연마제로 사용되며; 다운 포스 0.08psi 하에서, 평균 연마 속도(ΔhR/ΔhG/ΔhB, 20초에 제거된 양)가 계면활성제의 첨가에 의해 현저히 증가하였다. 계면활성제의 첨가가 연마 속도를 증가시킬 수 있다.
실시예 4
표 1 및 2에서 보여지는 바와 같이, 실시예 4에서, 5중량% SPS-1100B(Merck EC)가 계면활성제로 첨가되고 20중량% 다결정성 알루미나가 연마용 슬러리를 위한 연마제로 사용되며; 다운 포스 0.08psi 하에서, 적색(R), 녹색(G) 및 청색(B) 세 가지 칼라의 평균 연마 속도(ΔhR/ΔhG/ΔhB, 20초에 제거된 양)에 대하여, 평균 연마 속도 ΔhG가 현저히 증가하였으나, 다른 두 가지 칼라의 평균 연마 속도는 감소하였다. 이에 따라, 계면활성제가 다양한 포토레지스트 재료에 서로 다른 영향을 가진다.
실시예 5-6
표 1 및 2에서 보여지는 바와 같이, 실시예 5 및 6(실시예 2 및 1과 각각 동일한 조성)에서 10중량% 및 20중량% 다결정성 알루미나가 연마용 슬러리를 위한 연마제로 각각 사용된다. 다운 포스 0.05psi 하에서, 두 조성에 대한 평균 연마 속도(ΔhR/ΔhG/ΔhB, 20초에 제거된 양)가 우수하였다.
실시예 7-8
표 1 및 2에서 보여지는 바와 같이, 실시예 7에서, 20중량% 다결정성 알루미나가 연마용 슬러리를 위한 연마제로 사용되고 3중량% N-메틸피롤리돈이 슬러리에 첨가된다. 다운 포스 0.05psi 하에서, 평균 연마 속도(ΔhR/ΔhG/ΔhB, 20초에 제거된 양)가 상당히 높고 세 가지 칼라에 대한 평균 연마 속도가 유사하였다. 실시예 8에서, 5중량% N-메틸피롤리돈의 첨가에 의하여, 평균 연마 속도 ΔhG가 현저히 증가하였으나, ΔhR 및 ΔhB는 감소하였다. 이에 따라, 세 가지 칼라의 평균 연마 속도 사이의 차이가 더 커졌다. 따라서, 계면활성제 첨가량이 정밀하게 조절될 필요가 있다.
실시예 9-10
표 1 및 2에서 보여지는 바와 같이, 실시예 9에서, 20중량% 다결정성 알루미나가 연마용 슬러리를 위한 연마제로 사용되고 3중량% 부티로락톤이 슬러리에 첨가 된다. 다운 포스 0.05psi 하에서, 평균 연마 속도(ΔhR/ΔhG/ΔhB, 20초에 제거된 양)가 상당히 높다. 그렇지만, 세 가지 칼라에 대한 평균 연마 속도가 서로 달랐다. 실시예 10에서, 5중량% 부틸로락톤의 첨가에 의하여, 평균 연마 속도가 감소하였다. 그러므로, 계면활성제 첨가량이 정밀하게 조절될 필요가 있다.
실시예 11~13
표 1 및 2에서 보여지는 바와 같이, 실시예 11~13에서, 20중량% 소성된 알루미나가 연마용 슬러리를 위한 연마제로 사용되었다; 소성된 알루미나는 단결정 알루미나이다. 실시예 11 및 12에서 소성된 알루미나의 1차 입자 크기와 2차 입자 크기는 명백히 다르다. 실시예 12에서 더 큰 입자 크기는 높은 연마 속도를 낳는다. 실시예 11과 비교하면, 실시예 13에서 더 낮은 pH 값 및 더 큰 2차 입자 크기는 더 높은 연마 속도를 제공한다. 연마제로서 알루미나를 사용하는 슬러리의 경우에, 입자 크기, 입자 형태 또는 결정상의 차이에 의해, 소성된 알루미나가 다결정성 알루미나 또는 퓸드 알루미나에 비해 더 높은 연마 속도를 가진다.
실시예 14
표 1 및 2에서 보여지는 바와 같이, 실시예 14에서, 20중량% 퓸드(fumed) 알루미나가 연마용 슬러리를 위한 연마제로 사용되었다. 퓸드 알루미나의 주요 성분은 비정질 알루미나와 부분적으로 결정성 알루미나를 포함한다. 퓸드 알루미나는 내우 작은 1차 입자 크기를 가지고 α-상 다결정성 알루미나 및 소성된 알루미나에 비해 더 낮은 경도를 가지므로, 더 약한 절삭 능력을 제공한다. 실시예 14에서, 품드 알루미나는 탈이온수에 분산되고 연마용 슬러리에 처방된다. 연마 테스트는 더 낮은 연마 속도를 보여준다.
실시예 15
표 1 및 표 2에서 보여지는 바와 같이, 실시예 15에서, 5중량% 세리아(seria)가 연마용 슬러리를 위한 연마제로 사용되었다. 여기서, 세리아 입자는 구형의 작은 1차 입자 크기를 가지며, 수열 공정에 의하여 합성되었다. 세리아는 실리카의 경도와 동등한 경도를 가지지만 연마용으로 높은 활성을 가진다. 사용된 고형분 함량이 단지 5중량% 세리아이지만, 여기서 연마 속도는 20중량% (실시예 14에서)퓸드 알루미나 또는 (실시예 16에서)콜로이드 알루미나를 사용하여 얻어지는 것보다 더 높다.
실시예 16
표 1 및 표 2에서 보여지는 바와 같이, 실시예 16에서, 20중량% 콜로이드 실리카가 연마용 슬러리를 위한 연마제로 사용되었다. 콜로이드 알루미나의 주요 성분은 비정질 알루미나와 pH 버퍼 용액을 포함한다. 콜로이드 실리카는 우수한 입자들의 분산에 의해, 더 큰 1차 입자 크기와 더 작은 2차 입자 크기를 가지므로, 그 절삭 능력에 반대로 영향을 준다. 결과는 다소 낮은 연마 속도를 보여준다.
실시예 17
표 1 및 표 2에서 보여지는 바와 같이, 실시예 17에서, 12.1중량% 퓸드(fumed) 알루미나가 유전층용 화학기계적 연마용 슬러리를 위한 연마제로 사용되었다. 퓸드 알루미나의 주요 성분은 비정질 실리카를 포함한다. 품드 실리카는 약 20nm의 1차 입자 크기를 가지며 조밀한 응집체의 형성으로부터 더 큰 2차 입자 크기를 가진다. 더 높은 pH에서, 결과는 다소 우수한 연마 속도를 보여준다.
연마 특성의 비교
상업적으로 입수 가능한 알루미나 연마용 슬러리와 본 발명의 연마용 슬러리가 칼라필터 샘플을 연마하기 위하여 사용되었다. 연마되지 않은 칼라필터 샘플의 SEM 사진이 도 3에 보여진다. 본 발명의 연마용 슬러리에 의해 연마된 칼라필터 샘플의 SEM 사진이 도 4에 보여진다. 상업적으로 입수 가능한 알루미나 연마용 슬러리에 의해 연마된 칼라필터 샘플의 SEM 사진이 도 5에 보여진다. 본 발명의 연마용 슬러리에 의해 연마된 칼라필터 샘플이 상업적으로 입수 가능한 알루미나 연마용 슬러리에 의해 연마된 것보다 더 나은 평탄화 결과를 보여준다. 더구나, 본 발명의 연마용 슬러리는 상업적으로 입수 가능한 알루미나 연마용 슬러리에 비해 10% 이상 더 높은 연마 속도를 제공한다.
실험 결과로부터, 본 발명에서 제공된 칼라필터용 슬러리 조성물은 과연마(over-polishing) 및 바람직하지 않은 에칭 문제를 방지할 수 있다.
본 발명에서 제공되는 칼라필터 연마용 슬러리 조성물은 안정하고 장기간 동안 유효하게 방치할 수 있다. 그러한 조성물을 사용함에 의하여, 연마된 칼라필터의 패턴 신뢰도가 더 우수하고, 제조 스루풋 및 수율이 더욱 항상될 수 있다.
본 발명의 범위나 사상으로부터 벗어남이 없이 본 발명의 구조에 다양한 개조 및 변경이 가해질 수 있다는 것은 당해 기술분야의 전문가에게 자명하다. 상기를 고려하여, 본 발명은, 이하의 청구항과 그 동등 범위 내에 속하는 한, 본 발명 의 개조 및 변경을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
본 발명에서 제공되는 칼라필터 연마용 슬러리 조성물은 안정하고 장기간 동안 유효하게 방치할 수 있다. 그러한 조성물을 사용함에 의하여, 연마된 칼라필터의 패턴 신뢰도가 더 우수하고, 제조 스루풋 및 수율이 더욱 항상될 수 있다.

Claims (21)

  1. 컬러필터 연마용 슬러리 조성물로서,
    하나 이상의 연마제, 상기 연마제는 알루미나, 세리아(ceria), 마그네시아(magnesia), 실리카, 티타니아(titania), 지르코니아, 산화제이구리(cupric oxide), 산화제이철(ferric oxide), 산화아연(zinc oxide) 및 이들의 혼합물로 이루어진 군에서 선택되며;
    상기 조성물의 pH 값을 조절하기 위한 버퍼(buffer) 용액; 및
    상기 pH 값의 상기 조성물에서 상기 연마제 입자들의 제타 포텐셜(zeta potential)을 보정하기 위한 첨가제;를 포함하는 컬러필터 슬러리 조성물.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 연마제가 퓸드(fumed) 형태 또는 콜로이드 형태인 것을 특징으로 하는 조성물.
  3. 제 1 항에 있어서, 실리카가 소성된 실리카인 것을 특징으로 하는 조성물.
  4. 제 1 항에 있어서, 상기 입자들의 1차 입자 크기가 10nm 내지 1.0미크론 범위인 것을 특징으로 하는 조성물.
  5. 제 1 항에 있어서, 상기 입자들의 1차 입자 크기가 40nm 내지 200nm 범위인 것을 특징으로 하는 조성물.
  6. 제 1 항에 있어서, 상기 입자들의 2차 입자 크기가 100nm 내지 10미크론 범위인 것을 특징으로 하는 조성물.
  7. 제 1 항에 있어서, 상기 입자들의 2차 입자 크기가 200nm 내지 800nm 범위인 것을 특징으로 하는 조성물.
  8. 제 1 항에 있어서, 상기 입자들의 1차 입자 크기 분포가 단일 분포(mono-ditribution)인 것을 특징으로 하는 조성물.
  9. 제 1 항에 있어서, 상기 입자들의 1차 입자 크기 분포가 이중모드 분포(bimodal distribution)인 것을 특징으로 하는 조성물.
  10. 제 1 항에 있어서, 상기 연마용 슬러리 조성물에서 상기 연마제의 함량이 1중량% 내지 45중량% 범위인 것을 특징으로 하는 조성물.
  11. 제 1 항에 있어서, 상기 연마용 슬러리 조성물에서 상기 연마제의 함량이 2중량% 내지 25중량% 범위인 것을 특징으로 하는 조성물.
  12. 제 1 항에 있어서, 상기 연마용 슬러리 조성물의 pH 값이 2 내지 8 범위인 것을 특징으로 하는 조성물.
  13. 제 1 항에 있어서, 상기 연마용 슬러리 조성물의 pH 값이 5 내지 7인 것을 특징으로 하는 조성물.
  14. 제 1 항에 있어서, 상기 버퍼 용액이 무기산, 유기산, 무기 염기(base), 이들의 혼합물 및 이들의 염(salt)으로 이루어진 군으로부터 선택된 것을 특징으로 하는 조성물.
  15. 제 14 항에 있어서, 상기 유기산이 글리신, 포름산, 아세트산, 프로피온산, 말산(malic acid), 구연산, 숙신산 및 이들의 혼합물로 이루어진 군에서 선택된 것을 특징으로 하는 조성물.
  16. 제 1 항에 있어서, 상기 유기산이 소듐, 포타슘, 칼슘 또는 철을 포함하는 유기 또는 무기 염과 함께 첨가되는 것을 특징으로 하는 조성물.
  17. 제 1 항에 있어서, 상기 첨가제가 계면활성제를 포함하는 것을 특징으로 하는 조성물.
  18. 제 17 항에 있어서, 상기 연마용 슬러리 조성물에서 상기 계면활성제의 함량이 약 0.3중량% 내지 1.0중량% 범위인 것을 특징으로 하는 조성물.
  19. 제 1 항에 있어서, 상기 계면활성제가 폴리카르복실산의 알칼리염, 폴리카르복실산의 암모늄염, 지방족 고분자 및 이들의 혼합물로 이루어진 군에서 선택된 것을 특징으로 하는 조성물.
  20. 제 19 항에 있어서, 상기 지방족 고분자의 분자량이 약 1000-5000 달톤(Dalton)인 것을 특징으로 하는 조성물.
  21. 제 1 항에 있어서, 상기 첨가제가 N-메틸 피롤리돈, 메타크릴아미드, 부티로락톤, N-비닐 피롤리돈, N,N'-메틸렌 비스아크릴아민, 폴리에틸렌 글리콜 디메타크릴레이트, 메톡시 폴리에틸렌 글리콜 모노메타크릴레이트 및 이들의 혼합물로 이루어진 군에서 선택된 것을 특징으로 하는 조성물.
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