KR20090082772A

KR20090082772A - 산화 인듐 주석막 식각용 식각액 조성물 및 이를 이용한산화 인듐 주석막 식각 방법

Info

Publication number: KR20090082772A
Application number: KR1020080008715A
Authority: KR
Inventors: 김남서; 강동호; 이기범; 조삼영
Original assignee: 주식회사 동진쎄미켐
Priority date: 2008-01-28
Filing date: 2008-01-28
Publication date: 2009-07-31
Also published as: JP2009177189A; JP4949416B2; CN101497793A

Abstract

본 발명은 TFT-LCD를 비롯한 ITO막을 이용하는 표시장치 등의 전자 부품 제조 공정에 있어서의 ITO 투명도전막 식각용 식각액 조성물로서, 전체 식각액 조성물 중량에 대하여 a) 황산 4 ~ 10 중량%, b) 질산 2.5 ~ 6.0 중량%, c) 식각 조정제 0.5 ~ 5 중량% 및 조성물 총중량이 100 중량%가 되도록 하는 양의 물을 포함하는 식각액 조성물을 개시한다. 본 발명의 일실시예에 따른 ITO 투명도전막용 식각액 조성물은 ITO 투명도전막에 대하여 우수한 식각 성능을 갖고, 식각 공정시 포토레지스트 (Photo Resist)와 같은 광반응 물질에 대한 어택(attack)을 감소시키며, 잔사를 남기지 않는 우수한 특성을 갖는다. 또한, 본 발명의 일실시예에 따른 식각액 조성물은 종래의 옥살산 계열 식각액에서 나타나는 0℃ 이하에서의 옥살산 결정화 현상도 없고, 염산 계열의 식각액에서 나타나는 하부 금속막질에 대한 영향도 없다. 따라서, TFT-LCD를 비롯한 ITO막을 이용하는 표시장치 등의 전자 부품 제조의 생산성을 현저하게 향상시킬 수 있으며, 황산과 같은 저가이며 안정성이 높은 성분을 활용하고 공정 시간에 따른 식각액의 조성 변화가 심하지 않아 생산 비용을 절감할 수 있다.

TFT-LCD, 식각, ITO, 잔사, 황산

Description

산화 인듐 주석막 식각용 식각액 조성물 및 이를 이용한 산화 인듐 주석막 식각 방법 {Etchant composition for indium tin oxide layer and etching method using the same}

본 발명은 산화 인듐 주석막 식각용 식각액 조성물 및 이를 이용한 산화 인듐 주석막 식각 방법에 관한 것으로서, ITO 투명도전막에 대하여 우수한 식각 성능을 갖고, 식각액 조성물 조성이 안정적이며, 식각 공정시 포토레지스트 (Photo Resist)와 같은 광반응 물질에 대한 어택(attack)을 감소시키며, 잔사 또는 석출물을 남기지 않는 우수한 특성을 갖는 식각액 조성물 및 상기 식각액 조성물을 이용하여 산화인듐주석(Indium Tin Oxide, ITO)막을 식각하는 방법에 관한 것이다.

액정 표시 소자(liquid crystal display device, LCD device)는 뛰어난 해상도에 따른 선명한 영상을 제공하며 전기를 적게 소모하고 디스플레이 화면을 얇게 만들 수 있게 하여 준다는 특성 때문에 평판 디스플레이 장치 중 가장 각광을 받고 있다. 오늘날 이러한 액정 표시 소자를 구동하는 전자 회로로서 대표적인 것은 박막 트랜지스터(thin film transistor, TFT) 회로로서 전형적인 박막 트랜지스터 액정표시(TFT-LCD) 소자는 디스플레이 화면의 화소(pixel)를 이루고 있다. TFT-LCD 소자에서 스위칭 소자로 작용하는 TFT는 매트릭스 형태로 배열한 TFT용 기판과 그 기판을 마주 보는 컬러 필터 기판 사이에 액정 물질을 채워 제조한 것이다. TFT-LCD의 전체 제조 공정은 크게 TFT 기판 제조 공정, 컬러 필터 공정, 셀 공정, 모듈 공정으로 나뉘는데 정확하고 선명한 영상을 나타내는 데 있어서 TFT 기판과 컬러 필터 제조 공정의 중요성은 매우 크다.

TFT-LCD 장치의 화소 표시 전극 제조에는 투명한 광학적 특성을 가지면서 전기 전도도가 높은 물질로 된 박막이 필요한데, 현재 산화인듐(indium oxide)을 기반으로 한 산화인듐주석(Indium Tin Oxide, ITO)과 산화인듐아연(Indium Zinc Oxide, IZO)이 투명도전막의 재료로 쓰이고 있다. 화소표시 전극에 원하는 전기회로의 선로를 구현하려면 회로 패턴대로 박막층을 깎아내는 식각 (蝕刻, etching) 과정이 필요하다.

그러나 금속 이중층의 식각에 흔히 쓰이는 기존 식각액으로는 산화물인 ITO의 강한 내화학성 때문에 ITO나 IZO 소재의 투명도전막을 에칭하기 어려웠다. 구체적으로 왕수(aqua regia, HCl+CH₃COOH+HNO₃)나 염산제2철(III)의 염산 용액(FeCl₃/HCl), 인산(H₃PO₄) 또는 브롬화수소산(HBr)을 이용한 투명도전막 습식 식각액이 사용되어 왔지만, 왕수계 식각액 또는 염산제2철의 염산 용액을 이용하여 ITO 막을 식각하는 경우 가격은 저렴하나 패턴의 측면에서 더 빨리 식각되서 프로파일(profile)이 불량할 뿐만 아니라 주성분인 염산이나 질산이 쉽게 휘발하기 때문에 시간이 지남에 따라 식각액 조성물의 변동이 심하다. 또한 인산의 경우 알루 미늄 부식과 높은 점성 및 고가의 문제, 브롬화수소산의 경우 고가와 맹독성의 문제가 문제된다. 옥살산 (Oxalic Acid)을 이용하여 비정질 ITO (amorphous Indium Tin Oxide)를 식각하기도 하지만, 이러한 경우 ITO 패턴 주위에 잔사가 발생하기 쉬우며, 저온에서 옥살산의 용해도가 낮아 석출물이 발생하여 식각 장비 고장을 발생시키는 문제가 있다.

이에, 본 발명은 ITO 투명도전막에 대하여 우수한 식각 성능을 갖고, 식각액 조성물 조성이 안정적이며, 식각 공정시 포토레지스트 (Photo Resist)와 같은 광반응 물질에 대한 어택(attack)을 감소시키며, 잔사 또는 석출물을 남기지 않는 우수한 특성을 갖는 식각액 조성물을 제공하는 것을 목적으로 한다.

상기 과제를 해결하기 위하여 본 발명은 전체 식각액 조성물 중량에 대하여 a) 황산 4 ~ 10 중량%, b) 질산 2.5 ~ 6.0 중량%, c) 식각 조정제 0.5 ~ 5 중량% 및 조성물 총중량이 100 중량%가 되도록 하는 양의 물을 포함하는 식각액 조성물을 제공한다. 또한, 본 발명은 TFT-LCD 화소 표시 전극 제조에 있어서, 전체 식각액 조성물 중량에 대하여 황산 4 ~ 10 중량%, 질산 2.5 ~ 6.0 중량%, 식각 조정제 0.5 ~ 5 중량% 및 조성물 총중량이 100 중량%가 되도록 하는 양의 물을 포함하는 식각액 조성물을 이용하여 산화인듐주석(Indium Tin Oxide, ITO)막을 식각하는 단계를 포함하는 산화인듐주석막 식각 방법을 제공한다.

본 발명의 일실시예에 따른 TFT-LCD의 ITO 투명도전막용 식각액 조성물은 ITO 투명도전막에 대하여 우수한 식각 성능을 갖고, 식각 공정시 포토레지스트 (Photo Resist)와 같은 광반응 물질에 대한 어택(attack)을 감소시키며, 잔사 또는 석출물을 남기지 않는 우수한 특성을 갖는다. 또한, 본 발명의 일실시예에 따른 식 각액 조성물은 종래의 옥살산 계열 식각액에서 나타나는 0℃ 이하에서의 옥살산 결정화 현상도 없고, 염산 계열의 식각액에서 나타나는 하부 금속막질에 대한 영향도 없다. 따라서, TFT-LCD를 비롯한 ITO막을 이용하는 표시장치 등의 전자 부품 제조 공정에 있어서 생산성을 현저하게 향상시킬 수 있으며, 황산과 같은 저가이며 안정성이 높은 성분을 활용하고 공정 시간에 따른 식각액의 조성 변화가 심하지 않아 생산 비용을 절감할 수 있다.

이하, 본 발명에 대하여 더욱 상세하게 설명한다.

본 발명의 식각액 조성물은 전체 식각액 조성물 중량에 대하여 a) 황산 4 ~ 10 중량%, b) 질산 2.5 ~ 6.0 중량%, c) 식각 조정제 0.5 ~ 5 중량% 및 조성물 총중량이 100 중량%가 되도록 하는 양의 물을 포함한다.

식각 조정제란 식각액 내에서 해리가 잘되는 물질로서, 전해질 효과를 더욱 극대화시켜, 포토레지스트와 금속막 사이의 응착력을 감소시켜, 비정질 ITO (amorphous Indium Tin Oxide)에서 우수한 식각 효과를 나타내는 작용을 한다.

이 때, 식각 조정제가 0.5 중량% 미만일 경우 포토레지스트 (Photo Resist)와 금속막의 응착력을 감소시키지 못해 직진도 (Linearity)가 떨어지며, 반면에 5 중량% 초과의 과도한 식각 조정제 사용시 식각액의 비용이 높아지고 포토레지스트 (Photo Resist)의 손상을 가져올 수 있다.

이러한 식각 조정제로는 칼륨 (K⁺) 이온을 함유하는 화합물로서, KNO₃, CH₃COOK, KHSO₄, KH₂PO₄, K₂SO₄, K₂HPO₄또는 K₃PO₄ 등을 사용하며, 바람직하게는 KNO₃또는 CH₃COOK 를 사용할 수 있다.

질산은 인듐 산화막에 대하여 우수한 식각 성능을 가지고 포토레지스트 (Photo Resist)와 같은 광반응 물질에 대한 어택 (Attack)을 감소시키며 잔사가 남지 않도록 한다.

질산이 2.5 중량% 미만으로 함유되는 경우 인듐 산화막의 식각 속도를 저하시킬 수 있고, 6 중량%를 초과하는 경우에는 몰리브덴 및 알루미늄과 같은 인접 금속에 화학적 어택 (Attack)을 발생시킬 수 있다.

황산은 주 산화제로서 ITO를 식각하는 역할을 한다. 이러한 황산은 통상적으로 공지된 방법에 따라 제조가능하고, 특히 반도체 공정용 순도를 가지는 것이 바람직하다.

황산이 4 중량% 미만으로 함유되는 경우 식각 속도를 저하시킬 수 있고, 10 중량%를 초과하는 경우 포토레지스트 (Photo Resist) 및/또는 인접금속에 화학적 어택(attack)을 발생시킬 수 있다.

또한, 본 발명의 식각액은 수용액으로서 상기 필수 성분의 중량비 합에 대한 잔부만큼 물을 필수적으로 포함하여 전체 중량비가 100%가 되도록 한다. 이때 사용하는 물은 초순수(超純水, ultrapure water)인 것이 바람직하다.

이하 실시예를 들어 본 발명을 더욱 상세히 설명한다. 아래 실시예에 나타낸 구성은 어디까지나 발명의 이해를 돕기 위함이며 어떠한 경우에도 본 발명의 기술적 범위를 실시예에서 제시한 실시 태양으로 제한하려는 것이 아님을 밝혀 둔다.

[실시예, 비교예 1-3]

하기 표 1에 나타난 조성(중량%)에 따라 식각액 조성물을 제조하였다. 식각 조정제로는 KNO₃를 사용하였다.

구분		실시예	비교예
구분		실시예	1	2	3
조성	황산	6	3	6	6
	질산	4	4	1.5	4
	식각 조정제 (KNO₃)	1.5	1.5	1.5	0.2
	물	100 중량% 까지
평가		우수	불량	불량	불량

[시험예]

상기 제조한 실시예 및 본 발명자가 상정한 비교예 1-3의 식각액들에 대하여 ITO 투명도전막에 대한 그 식각 성능을 비교하였다. 식각속도 측정결과는 하기 표 2에 나타나 있고, 도 1 내지 4는 실시예 및 본 발명자가 상정한 비교예 1-3의 식각액을 사용하여 식각을 마친 ITO 투명도전막을 전자현미경으로 관찰한 사진이다.

구분	실시예	비교예1	비교예2	비교예3
식각 속도 (Å/sec)	16.7	7.69	8.3	16.7

상기 표 2 및 도 1에 의하면, 본 발명의 상기 실시예의 식각액으로 식각된 경우에는 식각속도가 우수하고, 표면이 매끄럽고 알갱이 모양의 잔사가 남아 있지 않은 양호한 표면이 나타난다.

비교예 1 식각액을 사용한 경우 표 2 및 도 2에 의하면, 황산의 함량이 본 발명의 범위보다 적기 때문에, 식각 속도가 저하되어 ITO의 잔사가 남는다.

본 발명자가 상정한 비교예 2의 식각액으로 식각된 경우에는, 표 2 및 도 3에 의하면, 질산의 함량이 본 발명의 범위보다 적기 때문에, 식각 속도가 저하되어 ITO의 잔사가 남는다.

표 2 및 도 4에 의하면, 본 발명자가 상정한 비교예 3의 식각액으로 식각된 경우에는 식각 속도의 저하는 없지만, 식각조정제의 함량이 본 발명의 범위보다 적기 때문에 포토레지스트와 금속막의 응착력으로 인하여 직진도가 떨어져, 배선상의 불량이 야기된다.

도 1은 본 발명에 따른 식각액으로 습식 식각한 후 ITO 투명도전막의 프로파일을 전자현미경으로 측정한 사진이다.

도 2는 본 발명에 따른 식각액의 황산 함량보다 적은 양의 황산을 포함하는 식각액으로 습식 식각한 후 ITO 투명도전막의 프로파일을 전자현미경으로 측정한 사진이다.

도 3은 본 발명에 따른 식각액의 질산 함량보다 적은 양의 질산을 포함하는 식각액으로 습식 식각한 후 ITO 투명도전막의 프로파일을 전자현미경으로 측정한 사진이다.

도 4는 본 발명에 따른 식각액의 식각 조정제 함량보다 적은 양의 식각 조정제를 포함하는 식각액으로 습식 식각한 후 ITO 투명도전막의 프로파일을 전자현미경으로 측정한 사진이다.

Claims

전체 식각액 조성물 중량에 대하여 황산 4 ~ 10 중량%, 질산 2.5 ~ 6.0 중량%, 식각 조정제 0.5 ~ 5 중량% 및 조성물 총중량이 100 중량%가 되도록 하는 양의 물을 포함하는 식각액 조성물.
제1항에 있어서, 상기 식각 조정제는 KNO₃, CH₃COOK, KHSO₄, KH₂PO₄, K₂SO₄, K₂HPO₄또는 K₃PO₄ 인 식각액 조성물.
제2항에 있어서, 상기 식각 조정제는 KNO₃또는 CH₃COOK 인 식각액 조성물.
TFT-LCD 화소 표시 전극 제조에 있어서,

전체 식각액 조성물 중량에 대하여 황산 4 ~ 10 중량%, 질산 2.5 ~ 6.0 중량%, 식각 조정제 0.5 ~ 5 중량% 및 조성물 총중량이 100 중량%가 되도록 하는 양의 물을 포함하는 식각액 조성물을 이용하여 산화인듐주석(Indium Tin Oxide, ITO)막을 식각하는 단계를 포함하는 산화인듐주석막 식각 방법.
제4항에 있어서, 상기 식각 조정제는 KNO₃, CH₃COOK, KHSO₄, KH₂PO₄, K₂SO₄, K₂HPO₄또는 K₃PO₄ 인 산화인듐주석막 식각 방법.
제5항에 있어서, 상기 식각 조정제는 KNO₃또는 CH₃COOK 인 산화인듐주석막 식각 방법.