KR20160038236A

KR20160038236A - 은 나노 와이어의 식각액 조성물

Info

Publication number: KR20160038236A
Application number: KR1020140130711A
Authority: KR
Inventors: 권민정; 심경보; 장상훈
Original assignee: 동우 화인켐 주식회사
Priority date: 2014-09-30
Filing date: 2014-09-30
Publication date: 2016-04-07
Also published as: CN105463462A; TWI663291B; CN105463462B; KR102254561B1; TW201621087A

Abstract

본 발명은 인산, 질산, 아세트산 및 불소화합물을 포함하는 플렉서블용 필름에 증착된 은 나노 와이어의 식각액 조성물에 관한 것이다. 본 발명의 식각액 조성물은 오버코팅 재료가 도포되어 에칭공정 및 패터닝이 어려운 은 나노 와이어에 빠르게 침투하여 은 나노 와이어를 끊고 도전성을 상실시켜 식각속도를 높이고, 이에 따라 에칭 공정의 효율을 높일 수 있는 것이 특징이다.

Description

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

본 발명은 인산, 질산, 아세트산 및 불소화합물을 포함하는 플렉서블용 필름에 증착된 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 플렉서블 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 식각하는 경우, 식각액이 오버코팅 재료 내부의 은 나노 와이어에 빠르게 침투하지 못하고 오버코팅 재료 내부에서의 식각속도가 느려 식각 공정의 효율이 낮은 한계점을 보이고 있다.

대한민국 공개특허 10-2008-0110259호

이에, 본 발명은 오버코팅 재료가 도포되어 에칭공정 및 패터닝이 어려운 은 나노 와이어에 빠르게 침투하여 은 나노 와이어를 끊고 도전성을 상실시켜 식각속도를 높이고 에칭 공정의 효율을 높일 수 있는 식각액 조성물을 제공하고자 한다.

상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 인산, 질산, 아세트산 및 불소화합물을 포함하는 플렉서블용 필름에 증착된 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%, 불소화합물 0.1 내지 7중량% 및 잔량의 탈이온수를 포함할 수 있다.

다른 일 구현예는, 불소화합물이 불화암모늄(ammonium fluoride, NH₄F), 불화나트륨(sodium fluoride, NaF), 불화칼륨(potassium fluoride, KF), 중불화암모늄(ammonium bifluoride, NH₄FㆍHF), 중불화나트륨(sodium bifluoride, NaFㆍHF) 및 중불화칼륨(potassium bifluoride, KFㆍHF)으로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 이상인 것일 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 불소화합물을 포함하는 식각액 조성물을 사용하여 플렉서블용 필름에 증착된 은 나노 와이어를 식각하는 방법을 제공한다.

본 발명의 식각액 조성물은 오버코팅 재료가 도포되어 에칭공정 및 패터닝이 어려운 은 나노 와이어에 빠르게 침투하여 은 나노 와이어를 끊고 도전성을 상실시켜 식각속도를 높이고, 이에 따라 에칭 공정의 효율을 높일 수 있다.

도 1은 실시예 1의 식각액 조성물로 식각 특성 평가를 한 결과를 나타낸 것이다.
도 2는 실시예 4의 식각액 조성물로 식각 특성 평가를 한 결과를 나타낸 것이다.
도 3은 비교예 1의 식각액 조성물로 식각 특성 평가를 한 결과를 나타낸 것이다.

본 발명은 인산, 질산, 아세트산 및 불소화합물을 포함하는 플렉서블용 필름에 증착된 은 나노 와이어의 식각액 조성물 및 상기 조성물을 이용하여 은 나노 와이어를 식각하는 방법을 제공한다.

본 발명은 인산, 질산, 아세트산 및 불소화합물을 포함함으로써, 오버코팅 재료가 도포되어 에칭공정 및 패터닝이 어려운 은 나노 와이어에 빠르게 침투하여 은 나노 와이어를 끊고 도전성을 상실시켜 식각속도를 높이고, 이에 따라 에칭 공정의 효율을 높일 수 있는 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 불소화합물은 은 나노 와이어를 보호하고 균일성을 부여하기 위해 도포된 오버코팅 재료에 식각액이 침투하는 속도를 높이고 은 나노 와이어를 빠르게 끊어 은 나노 와이어의 도전성을 상실시킴으로써 식각속도를 향상시킨다. 또한 오버코팅 재료 안에서 식각된 은 나노 와이어의 식각물을 효과적으로 제거하여 잔사가 남지 않게 한다.

상기 불소화합물은 조성물 총 중량을 기준으로 0.1 내지 7중량%일 수 있다. 상기 기준으로 불소화합물이 0.1중량% 미만인 경우에는 식각속도가 증가하지 않을 수 있으며, 7중량% 초과인 경우에는 은 나노 와이어의 과식각이 발생할 수 있다. 기존 글래스(Glass) 상에서는 불소화합물이 소량 포함된 식각액에서도 글래스 데미지가 크게 발생하였으나, 플렉서블용 필름에 증착된 은 나노 와이어의 경우 이러한 글래스 데미지로부터 자유롭기 때문에 은 나노 와이어의 과식각이 발생하지 않는 범위 내에서 불소화합물의 함량을 증가시킬 수 있다. 보다 구체적으로, 글래스 위에 증착된 금속(은 나노 와이어 포함)을 식각 할 시에는 금속을 식각하는 과정에서 식각액이 글래스에도 영향을 주게 되는데, 불소화합물의 경우 글래스의 식각을 크게 하여 글래스가 쉽게 깨지거나 혹은 Rework(공정상에 불량이 발생할 시 글래스 위에 증착된 패턴을 제거하여 글래스를 재사용) 할 수 없게 한다. 특히 인산, 질산, 초산이 주 성분인 식각액에서는 소량의 불소화합물을 함유하였을 때도 글래스 식각의 수준이 크게 높아지므로 불소화합물의 사용이 지양되었다. 그러나 글래스가 아닌 필름에 증착된 은 나노 와이어를 식각할 시에는 불소화합물에 의한 필름의 데미지가 글래스 데미지에 비해 적을 뿐 아니라 오버코팅재료가 도포되어 필름에 직접적으로 영향을 주지 않기 때문에 불소화합물의 사용이 비교적 자유롭다.

상기 불소화합물은 불화암모늄(ammonium fluoride, NH₄F), 불화나트륨(sodium fluoride, NaF), 불화칼륨(potassium fluoride, KF), 중불화암모늄(ammonium bifluoride, NH₄F·HF), 중불화나트륨(sodium bifluoride, NaF·HF) 및 중불화칼륨(potassium bifluoride, KF·HF)으로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 이상일 수 있다. 불소화합물의 하나의 성분만을 사용하는 것이 바람직하나, 식각액의 성능을 위해 두 가지 이상을 혼합하여 사용할 수도 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 4 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	불소화합물		탈이온수
구분	인산	질산	아세트산	NH4F	KF	탈이온수
실시예 1	60	7	10	1	-	잔량
실시예 2	50	9	15	0.5	-	잔량
실시예 3	68	5	5	2	-	잔량
실시예 4	65	7	10	-	2	잔량
비교예 1	60	7	10	-	-	잔량
비교예 2	60	7	10	0.05	-	잔량
비교예 3	50	3	15	0.5	-	잔량
비교예 4	40	7	10	2	-	잔량
비교예 5	50	12	10	1	-	잔량
비교예 6	50	5	15	-	8	잔량
비교예 7	55	7	30	2	-	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 180초 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 4의 식각액 조성물, 도 3은 비교예 1의 식각액 조성물을 사용한 것이다.

구분	에칭시간 (etch time)	잔사 발생 유무	식각 균일성	식각 직진성
실시예 1	180초	무	○	○
실시예 2		무	○	○
실시예 3		무	○	○
실시예 4		무	○	○
비교예 1		유	X	X
비교예 2		유	X	X
비교예 3		유	Unetch	Unetch
비교예 4		유	X	X
비교예 5		무	Pattern Out	Pattern Out
비교예 6		무	Pattern Out	Pattern Out
비교예 7		유	X	○

<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 불소화합물을 포함하는 실시예 1 내지 4의 식각액 조성물은 오버코팅 재료 내의 은 나노와이어가 완전히 에칭된 반면, 비교예 1 내지 7의 식각액 조성물은 오버코팅 재료 내의 은 나노와이어가 완전히 에칭되지 않아 부분적 Unetch 현상이 나타났다.

Claims

인산, 질산, 아세트산 및 불소화합물을 포함하는, 플렉서블용 필름에 증착된 은 나노 와이어의 식각액 조성물.
청구항 1에 있어서, 식각액 조성물 총 중량을 기준으로,
인산 50 내지 70중량%, 질산 5 내지 9중량%, 아세트산 5 내지 20중량%, 불소화합물 0.1 내지 7중량% 및 잔량의 탈이온수를 포함하는, 식각액 조성물.
청구항 1에 있어서, 상기 불소화합물은 불화암모늄(ammonium fluoride, NH₄F), 불화나트륨(sodium fluoride, NaF), 불화칼륨(potassium fluoride, KF), 중불화암모늄(ammonium bifluoride, NH₄FㆍHF), 중불화나트륨(sodium bifluoride, NaFㆍHF) 및 중불화칼륨(potassium bifluoride, KFㆍHF)으로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 이상인 것인, 식각액 조성물.
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.