KR20180038593A - 은 식각액 조성물 및 이를 이용한 표시 기판 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 특정 점도 및 기판에 대한 접촉각을 가지는, 은을 포함하는 금속막의 식각 후 테이퍼 각 형성이 가능하도록 하는 은 식각액 조성물에 대한 것이다.
Description
본 발명은 은 식각액 조성물 및 이를 이용한 표시 기판에 관한 것으로, 보다 상세하게는 점도 및 접촉각을 특정한 은 식각액 조성물 및 이를 이용한 표시 기판에 관한 것이다.
본격적인 정보화 시대로 접어들게 됨에 따라 대량의 정보를 처리 및 표시하는 디스플레이 분야가 급속도로 발전해 왔으며, 이에 부응하여 다양한 평판 디스플레이가 개발되어 각광받고 있다.
이러한 평판디스플레이 장치의 예로는 액정디스플레이장치(Liquid Crystal Display device: LCD), 플라즈마디스플레이장치(Plasma Display Panel device: PDP), 전계방출디스플레이장치(Field Emission Display device: FED), 전기발광디스플레이장치(Electroluminescence Display device: ELD), 유기발광디스플레이(Organic Light Emitting Diodes: OLED) 등을 들 수 있으며, 이러한 평판디스플레이 장치는 텔레비전이나 비디오 등의 가전분야 뿐만 아니라 노트북과 같은 컴퓨터 및 핸드폰 등에 다양한 용도로 사용되고 있다. 이들 평판디스플레이 장치는 박형화, 경량화, 및 저소비전력화 등의 우수한 성능으로 인하여 기존에 사용되었던 브라운관(Cathode Ray Tube: NIT)을 빠르게 대체하고 있는 실정이다.
특히 OLED는 소자 자체적으로 빛을 발광하며 저전압에서도 구동될 수 있기 때문에 최근 휴대기기 등의 소형 디스플레이 시장에 빠르게 적용되고 있다. 또한 OLED는 소형 디스플레이를 넘어서 대형 TV의 상용화를 목전에 둔 상태이다.
한편, 산화주석인듐(Indium Tin Oxide, ITO)과 산화아연인듐(Indium Zinc Oxide, IZO)과 같은 도전성 금속은 빛에 대한 투과율이 비교적 뛰어나고, 도전성을 가지므로 평판디스플레이장치에 사용되는 컬러필터의 전극으로 널리 쓰이고 있다. 그러나 이들 금속들 또한 높은 저항을 가져 응답속도의 개선을 통한 평판표시장치의 대형화 및 고해상도 실현에 장애가 되고 있다.
또한, 반사판의 경우 과거 알루미늄(Al) 반사판을 주로 제품에 이용해왔으나, 휘도 향상을 통한 저전력 소비실현을 위해서는 반사율이 더 높은 금속으로의 재료변경을 모색하고 있는 상태이다. 이를 위해 평판디스플레이장치에 적용되고 있는 금속들에 비해 낮은 비저항과 높은 휘도를 가지고 있는 은(Ag: 비저항 약 1.59μΩ㎝)막, 은합금 또는 이를 포함한 다층막을 컬러필터의 전극, LCD 또는 OLED 배선 및 반사판에 적용, 평판표시장치의 대형화와 고 해상도 및 저전력 소비 등을 실현하고자 하여, 이 재료의 적용을 위한 식각액의 개발이 요구되었다.
그러나, 은(Ag)은 유리 등의 절연 기판 또는 진성 비정질 규소나 도핑된 비정질 규소 등으로 이루어진 반도체 기판 등의 하부 기판에 대해 접착성(adhesion)이 극히 불량하여 증착이 용이하지 않고, 배선의 들뜸(lifting) 또는 벗겨짐(Peeling)이 쉽게 유발된다. 또한, 은(Ag)도전층이 기판에 증착된 경우에도 이를 패터닝하기 위해 식각액을 사용하게 된다. 이러한 식각액으로서 종래의 식각액을 사용하는 경우 은(Ag)이 과도하게 식각되거나, 불균질하게 식각되어 배선의 들뜸 또는 벗겨짐 현상이 발생하고, 배선의 측면 프로파일이 불량하게 된다. 특히, 은(Ag)은 에치 후 테이퍼 각(taper angle) 형성이 어려운 문제점을 가지고 있어 배선에 활용하는 데에 많은 한계점을 가지고 있다. 이와 같이 은(Ag)의 테이퍼 각(taper angle) 형성이 어려운 이유로는, 은의 고유의 특성 분자 크기 및 환원 되려는 성질로 인하여 테이퍼 각 형성이 어렵고, 빠른 시간에 종방향으로 에칭이 되어지기 때문에, 횡방향으로 에칭 시키기가 불가하여 에칭의 방향성을 갖게 하는 것이 불가하기 때문이다.
대한민국 등록특허 제10-0579421호에 제시된 은 식각액은 인산, 질산, 초산에 첨가제로서 보조 산화물 용해제와 함불소형 탄소계 계면활성제을 사용하였다. 그러나 보조 산화물 용해제로 사용된 SO4 2- 화합물은 은(Ag)과 반응을 하여 황화은(Ag2S)의 형태로 기판 내에 잔사로 남게 되는 단점이 있고, ClO4 - 화합물은 현재 환경 규제 물질로 규정되어 사용함에 어려움이 있다. 또한 상기 조성물을 사용하여 은이 포함된 금속막을 식각할 경우, 식각 후 테이퍼 각(taper angle) 형성이 어려운 문제점을 여전히 가지고 있다.
본 발명은, 상기 종래 기술의 문제를 해결하기 위하여 안출된 것으로서,
은을 포함하는 금속막의 식각 후 테이퍼 각(taper angle) 형성이 가능하도록 하는 은 식각액 조성물을 제공하는 것을 목적으로 한다.
또한, 본 발명은 상기 은 식각액 조성물을 사용하여 형성된 표시 기판 및 배선을 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기 목적을 달성하기 위하여,
본 발명은 점도가 4~43 cP이고, 접촉각이 24~61°인, 은 식각액 조성물을 제공한다.
또한, 본 발명은, 점도가 7.2~8.2 cP이고, 접촉각이 10~23°인, 은 식각액 조성물을 제공한다.
또한, 본 발명은 상기 은 식각액 조성물들로 식각된 금속막을 포함하는 표시 기판을 제공한다.
또한, 본 발명은 상기 은 식각액 조성물들로 식각된 배선을 제공한다.
본 발명의 은 식각액 조성물은 은을 포함하는 금속막의 식각 후 테이퍼 각(taper angle) 형성이 가능하도록 한다. 이에 따라, 기존 반사막으로만 적용 되었던 은을 포함하는 금속막에 대하여 테이퍼 각을 형성함으로써, 배선으로서 활용이 가능하게 하는 효과를 갖는다.
도 1은 실시예 9의 식각액으로 은(Ag) 배선을 식각(Etch) 후 테이퍼 각이 형성된 이미지이다.
이하, 본 발명을 보다 상세히 설명한다.
본 발명자는 특정 범위의 점도 및 특정 범위의 접촉각을 갖는 식각액 조성물을 사용하여, 은을 포함하는 금속막을 식각하는 경우, 식각 후 테이퍼 각(taper angle) 형성이 가능함을 실험적으로 확인하였다. 본 발명은, 식각액 조성물 특성과 관련하여 종래 전혀 고려되지 않았던 점도와 접촉각이 식각액의 식각 후 테이퍼 각(taper angle) 형성과 밀접한 관련이 있음을 알아내었다.
특히, 4~43 cP의 점도 및 24~61°의 접촉각(은 또는 은합금 기판을 기준)을 갖는 식각액 조성물과, 7.2~8.2 cP의 점도 및 10~23°의 접촉각(SiO2 기판을 기준)을 갖는 식각액 조성물의 테이퍼 각(taper angle) 형성에의 효과를 최초로 밝힌 것에 본 발명의 특징이 있다.
본 발명의 점도는 항온조 내에서 Ostwald 점도계를 이용한 방법으로 측정되는 것일 수 있으며, 본 발명의 접촉각은 식각액 조성물을 상온(약 25℃)에서 접촉각을 알고자 하는 기판, 일례로서 은(Ag) 기판 또는 SiO2 기판 위에 떨어트리며, 접촉각 측정장비를 이용하여 떨어진 액체 방울이 기판과 이루는 각도를 측정하는 방법일 수 있다.
본 발명은, 점도가 4~43 cP 이고, 접촉각이 24~61°인, 은 식각액 조성물을 제공한다. 이때 상기 24~61°의 접촉각은 은 식각액 조성물을 상온에서 은또는 은 합금 기판 위에 떨어트려 접촉각 측정장비를 이용하여 측정한 것일 수 있다. 또한, 이때 점도는 40℃의 온도에서 측정한 것일 수 있다.
상기에서, 은 합금은 은을 주성분으로 하며, In, P, Nd, Cu, Pd, Nb, Ni, Mo, Ni, Cr, Mg, W 및 Ti 등의 다른 금속을 포함하는 합금 형태일 수 있으며, 본 발명의 일 실시예로서 은과 팔라듐 및 구리의 합금일 수 있다.
본 발명의 점도가 4~43 cP이고, 접촉각이 24~61°인, 은 식각액 조성물은 일례로, 인산, 질산, 아세트산, 아졸계 화합물 및 탈이온수를 포함하는 은 식각액 조성물일 수 있으며, 더욱 구체적으로, 은 식각액 조성물 총 중량에 대하여, 인산 30 내지 60 중량%, 질산 0.5 내지 10 중량%, 아세트산 33 내지 50 중량%, 아졸계 화합물 0.01 내지 10 중량% 및 조성물 총 중량이 100 중량%가 되도록 잔량의 탈이온수를 포함하는 은 식각액 조성물이 포함된다.
본 발명의 점도가 4~43 cP 이고, 접촉각이 24~61°인, 은 식각액 조성물은 은(Ag) 또는 은 합금으로 이루어진 단일막, 또는 상기 단일막과 투명전도막으로 구성되는 다층막을 식각할 수 있는 것이 특징이며, 상기 다층막은 동시에 식각할 수 있다.
상기 은 합금은 은을 주성분으로 하며, In, P, Nd, Cu, Pd, Nb, Ni, Mo, Ni, Cr, Mg, W 및 Ti 등의 다른 금속을 포함하는 합금 형태와, 은의 질화물, 규화물, 탄화물 및 산화물 형태 등으로 다양할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
또한, 상기 투명전도막은 일반적으로 IZO와 a-ITO와 같이 가시광 영역에서 투과율이 약 90% 이상이고, 저항률이 1×10-4Ω㎝ 이하의 특성을 가지고 있다. 투명전도막이 투명하기 위해서는 일반적으로 전도전자가 적어야 하며 전기전도도가 크기 위해서는 전도전자가 많아야 한다. 투명전도막의 경우 이와 같이 상반되는 두 조건을 만족시켜야 한다. IZO와 a-ITO를 증착하는 방법에는 일반적으로 스퍼터링(Sputtering)을 사용하는데 CVD(Chemical Vapor Deposition)방법에 비하여 증착 조건을 조절하기가 용이하며 대형의 기판을 사용하여 제조할 경우 박막의 두께 및 박막 특성의 균일화를 기하는데 용이한 장점을 가지고 있다. 스퍼터링 방법으로 제조할 경우 산화물 타겟 또는 합금 타겟(alloy target)을 사용하는 두 가지 방법이 있는데, 합금 타겟을 사용하는 경우 증착속도가 빠르고 타겟 수명도 훨씬 길며 타겟 제조의 용이성 및 재활용이 가능하다는 장점이 있으나 공정 변수에 민감한 특성 변화를 보이는 단점이 있다. 산화물 타겟을 이용하면 박막의 화학 양론비를 재현성 있게 제어할 수 있으나 합금 타겟에 비해 증착속도가 느리고 증착 도중 타겟에 물리적인 균열이 일어날 수 있고 타겟에 아크가 일어나는 단점이 있다. 인듐-주성분계 산화물을 스퍼터링에 의해 증착시키는 경우 O2와 반응하여 In2O3의 형태를 가지게 되는데 전기전도도를 향상 시키기 위하여 도펀트로 Ga, Ge, Si, Ti, Sb, Zr, Sn 및 Zn 등을 사용한다. 본 발명에서 ITO는 각각 In2O3와 SnO2가 적정비율로 혼합되어 있는 투명전도막을 의미하나, 이에 한정 되는 것은 아니다. 예를 들어 도펀트로 사용되는 Ga과 Zn만을 이용해서 만든 GZO의 막질 등도 적용 가능하다.
상기 투명전도막은 산화주석인듐(ITO), 산화아연인듐(IZO), 산화주석아연인듐(ITZO), 산화갈륨아연(GZO) 및 산화갈륨아연인듐(IGZO)으로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 이상일 수 있으나 이에 한정하지 않는다.
또한, 상기 다층막은 투명전도막/은, 투명전도막/은 합금, 투명전도막/은/투명전도막, 또는 투명전도막/은 합금/투명전도막으로 형성된 다층막일 수 있으며, 본 발명의 은 식각액 조성물을 사용하는 경우, 하부막을 손상시키지 않고, 식각 균일성을 나타낼 수 있어 습식 식각에 유용하게 사용할 수 있다.
상기 '투명전도막' 및 '다층막'에 대한 설명은, 후술하는 '투명전도막' 및 '다층막'에도 동일하게 적용할 수 있다.
본 발명의 점도가 4~43 cP 이고, 접촉각이 24~61°인, 은 식각액 조성물에 포함되는 인산(H3PO4)은 주식각제로서, 단일막 또는 다층막 식각시 은(Ag) 또는 은 합금과 산화환원 반응을 일으키고, 투명전도막을 해리시켜 습식 식각하는 역할을 수행한다.
상기 인산은 은 식각액 조성물 총 중량에 대해 30 내지 60 중량%로 포함되며, 바람직하게는 40 내지 50 중량%로 포함된다.
상기 인산이 30 중량% 미만으로 포함되면, 식각능력이 부족하여 충분한 식각이 이루어지지 않을 수 있다. 또한, 공정이 진행되어 일정량 이상의 은(Ag)이 은 식각액 조성물에 용해되어 들어가게 되면 은(Ag) 재흡착 또는 은(Ag) 석출물이 발생하여 후속 공정에서 전기적 쇼트가 발생할 수 있어 불량 발생의 원인이 될 수 있다.
상기 인산이 60 중량%를 초과하는 경우에는 투명전도막의 식각 속도는 저하되고, 은 또는 은 합금의 식각 속도는 너무 빨라져 과식각이 발생할 수 있으며, 이로 인하여 배선의 역할을 수행할 수 없을 만큼의 식각량이 발생할 수 있다. 또한, 은 또는 은 합금에 투명전도막이 적층된 다층막일 경우 은 또는 은 합금과 투명전도막의 식각 속도 차에 의한 팁(Tip)이 발생하게 되어 후속공정에 문제가 발생할 수 있다.
본 발명의 점도가 4~43 cP 이고, 접촉각이 24~61°인, 은 식각액 조성물에 포함되는 질산(HNO3)은 보조 식각제의 역할을 하는 성분으로, 단일막 또는 다층막 식각시 은(Ag) 또는 은 합금과 투명전도막을 산화시켜 습식 식각하는 역할을 수행한다.
상기 질산은 은 식각액 조성물 총 중량에 대하여 0.5 내지 10 중량%로 포함되며, 바람직하게는 2 내지 10 중량%로 포함된다.
상기 질산의 함량이 0.5 중량% 미만인 경우에는 은 또는 은 합금과 투명전도막의 식각 속도 저하가 발생하며, 은 잔사로 인하여 후속 공정 진행에 따라 전기적 쇼트 및 잔사가 남아 있는 영역이 어둡게 보이는 현상인 암점 불량이 발생 할 수 있다. 또한, 질산의 함량이 10 중량%를 초과하는 경우에는 과도한 식각 속도로 인해 공정상 식각 조절이 어렵고, 과식각이 발생하여 배선으로서의 역할을 수행할 수 없게 된다.
본 발명의 점도가 4~43 cP 이고, 접촉각이 24~61°인, 은 식각액 조성물에 포함되는 아세트산(CH3COOH)은 반응 속도 등을 조절하기 위해 완충제로 작용할 뿐만 아니라, 은(Ag) 단일 또는 합금이 테이퍼 각(taper angle)을 형성하는데 매우 중요한 역할을 한다.
상기 아세트산은 은 식각액 조성물 총 중량에 대하여 33 내지 50 중량%로 포함되며, 바람직하게는 33 내지 40 중량%로 포함된다.
상기 아세트산의 함량이 33 중량% 미만이면 배선의 식각 사면에 Taper angle이 형성되지 않는 문제점이 있다. 반면, 50 중량%를 초과하게 되면 휘발성이 매우 강한 조성물이 되어 공정 적용 시 조성물 휘발에 의해 3시간 이내에 조성물의 함량 변화가 발생하므로, 시간이 지남에 따라 식각 속도가 달라지는 문제점이 발생하게 된다.
본 발명의 점도가 4~43 cP 이고, 접촉각이 24~61°인, 은 식각액 조성물에 포함되는 아졸계 화합물은 은(Ag) 또는 은 합금의 식각 속도를 늦춰주는 역할을 하는 부식 방지제 역할을 하는 성분으로서, 다층막 식각시 상대적으로 투명전도막의 식각 속도는 늦추지 않아 투명전도막의 팁(Tip) 발생을 제어하고, 공정상 식각 시간을 조절할 수 있다. 또한, 은(Ag)의 과식각을 막아 좁은 화소 전극(Pixel)의 배선을 형성할 수 있어 패턴이 미세한 배선을 형성하는 식각액 조성물 등에 첨가제로 사용할 수 있다.
또한, 종래에는 투명전도막 등의 배리어(Barrier)막이 없는 은 또는 은합금의 단일막을 식각액 조성물을 사용하여 식각하게 되면 과식각이 발생하였다. 이를 방지하기 위하여 단일막의 상하부에 배리어 막을 적용하였으나, 이는 공정상 비용 증가의 원인이 되었다.
그러나 본 발명의 점도가 4~43 cP 이고, 접촉각이 24~61°인, 은 식각액 조성물은 아졸계 화합물을 사용함으로써, 과식각을 예방할 수 있어 배리어막을 사용하지 않아도 되며, 그에 따라 공정 시간 감소 및 원재료를 절감할 수 있어 생산비용을 줄일 수 있는 장점이 있다.
본 발명의 아졸계 화합물은 5-메틸테트라졸(5-Methyltetrazole, 5-MTZ), 아미노테트라졸(5-aminotetrazole) 및 벤조트리아졸로부터 선택되는 하나 이상일 수 있으며, 특히 5-메틸테트라졸(5-Methyltetrazole, 5-MTZ)인 것이 바람직하다.
상기 아졸계 화합물은 은 식각액 조성물 총 중량에 대해 0.01 내지 10 중량%로 포함된다. 상기 아졸계 화합물의 함량이 0.01 중량% 미만이면 식각 속도를 늦추는 역할을 제대로 수행할 수 없어 미세한 패턴을 갖기 위한 배선 형성 시 과식각에 의한 배선 소실의 불량이 발생할 수 있다. 또한, 10 중량%를 초과하게 되면 은 또는 은 합금의 식각 속도가 현저하게 감소하여 불필요한 부분이 완전히 식각되지 않아 전기적 쇼트가 발생할 수 있어 불량 발생의 원인이 된다. 또한, 식각 속도 저하로 인해 잔류물이 남아 후속 공정 진행 후 제품 생산 시 일부 영역이 검게 보이는 암점이라는 불량 현상을 유발 할 수 있다.
본 발명의 점도가 4~43 cP 이고, 접촉각이 24~61°인, 은 식각액 조성물에 포함되는 탈이온수는 반도체 공정용을 사용하며, 바람직하게는 18㏁/㎝ 이상의 물을 사용한다.
본 발명의 점도가 4~43 cP 이고, 접촉각이 24~61°인, 은 식각액 조성물은 상기에 언급된 성분들 외에 이 분야에서 통상적으로 사용되는 식각 조절제 및 pH 조절제 중 하나 이상을 더 포함할 수 있다.
상기 추가로 포함 될 수 있는 식각 조절제로는 초산칼륨 또는 초산나트륨 중 1개의 초산염을 포함하는 화합물이며, 추가로 포함 될 수 있는 pH 조절제로는 글리콜산, 글루탐산 또는 글리신 중 1개의 유기산을 포함하는 화합물이다.
본 발명의 점도가 4~43 cP 이고, 접촉각이 24~61°인, 은 식각액 조성물은 디스플레이(OLED, LCD 등) TFT 어레이 기판, TSP Trace 배선 및 Flexible용 나노와이어 배선 형성용으로 많이 사용되는 인듐산화막, 은, 은합금 이용한 단일막 또는 2개 이상을 사용한 다층 구조 식각액으로 사용 될 수 있다. 뿐만 아니라 상기 명시된 디스플레이, TSP 외에도 반도체 등 상기 금속 막질을 이용한 전자 부품 소재에 이용 될 수 있다.
또한, 본 발명은 본 발명의 점도가 4~43 cP 이고, 접촉각이 24~61°인, 은 식각액 조성물로 식각된 금속막을 포함하는 표시 기판을 제공할 수 있다.
보다 자세하게는 상기 표시 장치는 액정표시장치(LCD) 또는 유기발광소자(OLED)의 박막트랜지스터(TFT) 기판일 수 있다.
또한, 상기 OLED는 금속막을 상부 및 하부에 적층할 수 있으며, 본 발명의 식각액 조성물로 금속막을 식각할 수 있다. 상부 및 하부에 금속막의 두께를 조절하여 적층함으로써, OLED에서 상기 금속막은 반사막 및 반투과막의 역할을 수행할 수 있다.
상기 반사막은 빛이 투과가 거의 되지 않는 두께이어야 하며, 상기 반투과막은 빛이 거의 투과되는 두께여야 한다. 따라서, 상기 금속막의 두께는 50 내지 5,000Å인 것이 바람직하다.
상기 금속막은 은(Ag) 또는 은 합금으로 이루어진 단일막, 또는 상기 단일막과 투명전도막으로 구성되는 다층막이다. 이때, 상기 투명전도막 및 다층막에 대한 설명은 상기에서 설명한 내용을 동일하게 적용할 수 있다.
상기 은 합금은 은을 주성분으로 하며, In, P, Nd, Cu, Pd, Nb, Ni, Mo, Ni, Cr, Mg, W 및 Ti 등의 다른 금속을 포함하는 합금 형태와, 은의 질화물, 규화물, 탄화물 및 산화물 형태 등으로 다양할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
또한, 본 발명은 본 발명의 점도가 4~43 cP 이고, 접촉각이 24~61°인, 은 식각액 조성물로 식각된 배선을 제공할 수 있다.
보다 자세하게, 상기 배선은 터치스크린패널(Touch screen panel, TSP)에서 주로 X, Y좌표에 센싱된 신호를 읽어들이는 트레이스(Trace)배선 또는 플렉서블용 은 나노와이어 배선일 수 있다.
또한, 상기 배선은 은(Ag) 또는 은 합금으로 이루어진 단일막, 또는 상기 단일막과 투명전도막으로 구성되는 다층막이다.
상기 은 합금은 은을 주성분으로 하며, In, P, Nd, Cu, Pd, Nb, Ni, Mo, Ni, Cr, Mg, W 및 Ti 등의 다른 금속을 포함하는 합금 형태와, 은의 질화물, 규화물, 탄화물 및 산화물 형태 등으로 다양할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
또한, 본 발명은, 점도가 7.2~8.2 cP이고, 접촉각이 10~23°인, 은 식각액 조성물을 제공한다. 이때 상기 10~23°의 접촉각은 은 식각액 조성물을 상온에서 SiO2 기판 위에 떨어트려 접촉각 측정장비를 이용하여 측정한 것일 수 있다. 또한, 이때 점도는 60℃의 온도에서 측정한 것일 수 있다.
본 발명의 점도가 7.2~8.2 cP 이고, 접촉각이 10~23°인, 은 식각액 조성물은 일례로, 인산, 질산, 아세트산, 아졸계 화합물 및 탈이온수를 포함하는 은 식각액 조성물일 수 있으며, 더욱 구체적으로, 은 식각액 조성물 총 중량에 대하여, 인산 30 내지 60 중량%, 질산 0.5 내지 10 중량%, 아세트산 33 내지 50 중량%, 아졸계 화합물 0.01 내지 10 중량% 및 조성물 총 중량이 100 중량%가 되도록 잔량의 탈이온수를 포함하는 은 식각액 조성물이 포함된다.
본 발명의 점도가 7.2~8.2 cP 이고, 접촉각이 10~23°인, 은 식각액 조성물은 상기에 언급된 성분들 외에 이 분야에서 통상적으로 사용되는 식각 조절제 및 pH 조절제 중 하나 이상을 더 포함할 수 있다.
상기 추가로 포함 될 수 있는 식각 조절제로는 초산칼륨 또는 초산나트륨 중 1개의 초산염을 포함하는 화합물이며, 추가로 포함 될 수 있는 pH 조절제로는 글리콜산, 글루탐산 또는 글리신 중 1개의 유기산을 포함하는 화합물이다.
본 발명의 점도가 7.2~8.2 cP이고, 접촉각이 10~23°인, 은 식각액 조성물은 은(Ag) 또는 은 합금으로 이루어진 단일막, 또는 상기 단일막과 투명전도막으로 구성되는 다층막을 식각할 수 있는 것이 특징이며, 상기 다층막은 동시에 식각할 수 있다.
상기 은 합금은 은을 주성분으로 하며, In, P, Nd, Cu, Pd, Nb, Ni, Mo, Ni, Cr, Mg, W 및 Ti 등의 다른 금속을 포함하는 합금 형태와, 은의 질화물, 규화물, 탄화물 및 산화물 형태 등으로 다양할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
또한, 상기 투명전도막은 일반적으로 IZO와 a-ITO와 같이 가시광 영역에서 투과율이 약 90% 이상이고, 저항률이 1×10-4Ω㎝ 이하의 특성을 가지고 있다. 투명전도막이 투명하기 위해서는 일반적으로 전도전자가 적어야 하며 전기전도도가 크기 위해서는 전도전자가 많아야 한다. 투명전도막의 경우 이와 같이 상반되는 두 조건을 만족시켜야 한다. IZO와 a-ITO를 증착하는 방법에는 일반적으로 스퍼터링(Sputtering)을 사용하는데 CVD(Chemical Vapor Deposition)방법에 비하여 증착 조건을 조절하기가 용이하며 대형의 기판을 사용하여 제조할 경우 박막의 두께 및 박막 특성의 균일화를 기하는데 용이한 장점을 가지고 있다. 스퍼터링 방법으로 제조할 경우 산화물 타겟 또는 합금 타겟(alloy target)을 사용하는 두 가지 방법이 있는데, 합금 타겟을 사용하는 경우 증착속도가 빠르고 타겟 수명도 훨씬 길며 타겟 제조의 용이성 및 재활용이 가능하다는 장점이 있으나 공정 변수에 민감한 특성 변화를 보이는 단점이 있다. 산화물 타겟을 이용하면 박막의 화학 양론비를 재현성 있게 제어할 수 있으나 합금 타겟에 비해 증착속도가 느리고 증착 도중 타겟에 물리적인 균열이 일어날 수 있고 타겟에 아크가 일어나는 단점이 있다. 인듐-주성분계 산화물을 스퍼터링에 의해 증착시키는 경우 O2와 반응하여 In2O3의 형태를 가지게 되는데 전기전도도를 향상 시키기 위하여 도펀트로 Ga, Ge, Si, Ti, Sb, Zr, Sn 및 Zn 등을 사용한다. 본 발명에서 ITO는 각각 In2O3와 SnO2가 적정비율로 혼합되어 있는 투명전도막을 의미하나, 이에 한정 되는 것은 아니다. 예를 들어 도펀트로 사용되는 Ga과 Zn만을 이용해서 만든 GZO의 막질 등도 적용 가능하다.
또한, 상기 다층막은 투명전도막/은, 투명전도막/은 합금, 투명전도막/은/투명전도막, 또는 투명전도막/은 합금/투명전도막으로 형성된 다층막일 수 있으며, 본 발명의 은 식각액 조성물을 사용하는 경우, 하부막을 손상시키지 않고, 식각 균일성을 나타낼 수 있어 습식 식각에 유용하게 사용할 수 있다.
상기, 점도가 4~43 cP 이고, 접촉각이 24~61°인, 은 식각액 조성물에 포함되는 각 성분에 대한 상세한 설명은, 점도가 7.2~8.2 cP 이고, 접촉각이 10~23°인, 은 식각액 조성물에 동일하게 적용할 수 있다.
본 발명의 점도가 7.2~8.2 cP 이고, 접촉각이 10~23°인, 은 식각액 조성물은 디스플레이(OLED, LCD 등) TFT 어레이 기판, TSP Trace 배선 및 Flexible용 나노와이어 배선 형성용으로 많이 사용되는 인듐산화막, 은, 은합금 이용한 단일막 또는 2개 이상을 사용한 다층 구조 식각액으로 사용 될 수 있다. 뿐만 아니라 상기 명시된 디스플레이, TSP 외에도 반도체 등 상기 금속 막질을 이용한 전자 부품 소재에 이용 될 수 있다.
또한, 본 발명은 본 발명의 점도가 7.2~8.2 cP 이고, 접촉각이 10~23°인, 은 식각액 조성물로 식각된 금속막을 포함하는 표시 기판을 제공할 수 있다.
보다 자세하게는 상기 표시 장치는 액정표시장치(LCD) 또는 유기발광소자(OLED)의 박막트랜지스터(TFT) 기판일 수 있다.
또한, 상기 OLED는 금속막을 상부 및 하부에 적층할 수 있으며, 본 발명의 식각액 조성물로 금속막을 식각할 수 있다. 상부 및 하부에 금속막의 두께를 조절하여 적층함으로써, OLED에서 상기 금속막은 반사막 및 반투과막의 역할을 수행할 수 있다.
상기 반사막은 빛이 투과가 거의 되지 않는 두께이어야 하며, 상기 반투과막은 빛이 거의 투과되는 두께여야 한다. 따라서, 상기 금속막의 두께는 50 내지 5,000Å인 것이 바람직하다.
상기 금속막은 은(Ag) 또는 은 합금으로 이루어진 단일막, 또는 상기 단일막과 투명전도막으로 구성되는 다층막이다.
상기 은 합금은 은을 주성분으로 하며, In, P, Nd, Cu, Pd, Nb, Ni, Mo, Ni, Cr, Mg, W 및 Ti 등의 다른 금속을 포함하는 합금 형태와, 은의 질화물, 규화물, 탄화물 및 산화물 형태 등으로 다양할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
또한, 본 발명은 본 발명의 7.2~8.2 cP 이고, 접촉각이 10~23°인, 은 식각액 조성물로 식각된 배선을 제공할 수 있다.
보다 자세하게, 상기 배선은 터치스크린패널(Touch screen panel, TSP)에서 주로 X, Y좌표에 센싱된 신호를 읽어들이는 트레이스(Trace)배선 또는 플렉서블용 은 나노와이어 배선일 수 있다.
또한, 상기 배선은 은(Ag) 또는 은 합금으로 이루어진 단일막, 또는 상기 단일막과 투명전도막으로 구성되는 다층막이다.
상기 은 합금은 은을 주성분으로 하며, In, P, Nd, Cu, Pd, Nb, Ni, Mo, Ni, Cr, Mg, W 및 Ti 등의 다른 금속을 포함하는 합금 형태와, 은의 질화물, 규화물, 탄화물 및 산화물 형태 등으로 다양할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
이하에서, 실시예를 통하여 본 발명을 보다 상세히 설명한다. 그러나, 하기의 실시예는 본 발명을 더욱 구체적으로 설명하기 위한 것으로서, 본 발명의 범위가 하기의 실시예에 의하여 한정되는 것은 아니다. 하기의 실시예는 본 발명의 범위 내에서 당업자에 의해 적절히 수정, 변경될 수 있다.
<은 식각액 조성물 제조>
실시예 1~11 및 비교예 1~8
하기의 표 1에 기재된 성분 및 잔량의 탈이온수를 해당 함량으로 혼합하여 은 식각액 조성물을 제조하였다.
실험예 1. 은 식각액 조성물의 성능 테스트
상기 실시예 1~11 및 비교예 1~8의 은 식각액 조성물을 사용하여, wet 에칭방식으로 에칭하여 전자주사현미경으로 은 배선 분석하는 방법으로 테이퍼 앵글 형성 여부에 대한 실험을 수행하여, 그 결과를 표 1에 나타내었다. T/A(°)값이 25°에서 60°인 경우 테이퍼 앵글이 형성되었다고 볼 수 있어 바람직하다.
또한 점도는 상기 실시예 및 비교예의 은 식각액 조성물을 에칭 온도인 40℃ 항온조 내에서 Ostwald 점도계를 이용하여 측정하였으며 그 결과는 표 1에 나타내었다.
또한 접촉각은 상기 실시예 및 비교예의 은 식각액 조성물을 상온(약 25℃)에서 은 합금(은(99%)-팔라듐-구리 합금)기판 위에 떨어트리며, 접촉각 측정장비(KRUSS社 DSA100)를 이용하여 측정하였으며 그 결과는 표 1에 나타내었다.
*:centi poise(cP; 1cP＝1mPa·s)
따라서, 본 발명의 점도 4~43 cP 및 은 또는 은합금 기판을 기준으로 접촉각 24~61°의 식각액 조성물은 은을 포함하는 금속막 식각시, 식각 후 테이퍼 각(taper angle)이 형성됨을 실험을 통하여 알 수 있었다.
<은 식각액 조성물 제조>
실시예 12~18 및 비교예 9~14
하기의 표 2에 기재된 성분 및 잔량의 탈이온수를 해당 함량으로 혼합하여 은 식각액 조성물을 제조하였다.
실험예 2. 은 식각액 조성물의 성능 테스트
상기 실시예 12~18 및 비교예 9~14의 은 식각액 조성물을 사용하여, wet 에칭방식으로 에칭하여 전자주사현미경으로 은 배선 분석하는 방법으로 테이퍼 앵글 형성 여부에 대한 실험을 수행하여, 그 결과를 표 2에 나타내었다. T/A(°)값이 25 내지 60°, 바람직하게는 25°에서 45°인 경우 테이퍼 앵글이 형성되었다고 볼 수 있어 바람직하다.
또한 점도는 상기 실시예 12~18 및 비교예 9~14의 은 식각액 조성물을 에칭 온도인 60℃ 항온조 내에서 Ostwald 점도계를 이용하여 측정하였으며 그 결과는 표 2에 나타내었다.
또한 접촉각은 상기 실시예 12~18 및 비교예 9~14의 은 식각액 조성물을 상온(약 25℃)에서 SiO2 기판 위에 떨어트리며, 접촉각 측정장비(KRUSS社 DSA100)를 이용하여 측정하였으며 그 결과는 표 2에 나타내었다.
*:centi poise(cP; 1cP＝1mPa·s)
따라서, 본 발명의 점도 7.2~8.2 cP 및 SiO2 기판을 기준으로 접촉각 10~23°인 식각액 조성물은 은을 포함하는 금속막 식각시, 식각 후 테이퍼 각(taper angle)이 형성됨을 실험을 통하여 알 수 있었다.
Claims (25)
- 점도가 4~43 cP이고, 접촉각이 24~61°인, 은 식각액 조성물.
- 청구항 1에 있어서,
인산, 질산, 아세트산, 아졸계 화합물 및 탈이온수를 포함하는 은 식각액 조성물. - 청구항 1에 있어서,
은 식각액 조성물 총 중량에 대하여, 인산 30 내지 60 중량%, 질산 0.5 내지 10 중량%, 아세트산 33 내지 50 중량%, 아졸계 화합물 0.01 내지 10 중량% 및 조성물 총 중량이 100 중량%가 되도록 잔량의 탈이온수를 포함하는 은 식각액 조성물. - 청구항 1에 있어서, 은 식각액 조성물은 은 또는 은합금으로 이루어진 단일막, 또는 상기 단일막과 투명전도막으로 구성되는 다층막을 동시에 식각할 수 있는 것을 특징으로 하는 은 식각액 조성물.
- 청구항 4에 있어서, 상기 투명전도막은 산화주석인듐(ITO), 산화아연인듐(IZO), 산화주석아연인듐(ITZO), 산화갈륨아연(GZO) 및 산화갈륨아연인듐(IGZO)으로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 이상인 것을 특징으로 하는 은 식각액 조성물.
- 청구항 4에 있어서, 상기 단일막과 투명전도막으로 구성되는 다층막은 투명전도막/은, 투명전도막/은 합금, 투명전도막/은/투명전도막 또는 투명전도막/은 합금/투명전도막인 것을 특징으로 하는 은 식각액 조성물.
- 청구항 2에 있어서, 상기 은 식각액 조성물은 추가로 식각조절제 또는 pH 조절제를 포함하는 것을 특징으로 하는 은 식각액 조성물.
- 청구항 1 내지 7 중의 어느 한 항의 은 식각액 조성물로 식각된 금속막을 포함하는 표시 기판.
- 청구항 8에 있어서, 상기 표시 기판은 액정표시장치(LCD) 또는 유기발광소자(OLED)의 박막트랜지스터(TFT) 기판인 것을 특징으로 하는 표시 기판.
- 청구항 9에 있어서, 상기 유기발광소자는, 상기 금속막이 유기발광소자의 상부 및 하부에 적층된 것을 특징으로 하는 표시 기판.
- 청구항 8에 있어서, 상기 금속막은 은 또는 은 합금으로 이루어진 단일막, 또는 상기 단일막과 투명전도막으로 구성되는 다층막인 것을 특징으로 하는 표시 기판.
- 청구항 11에 있어서, 상기 투명전도막은 산화주석인듐(ITO), 산화아연인듐(IZO), 산화주석아연인듐(ITZO), 산화갈륨아연(GZO) 및 산화갈륨아연인듐(IGZO)으로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 이상인 것을 특징으로 하는 표시 기판.
- 청구항 11에 있어서, 상기 단일막과 투명전도막으로 구성되는 다층막은 투명전도막/은, 투명전도막/은 합금, 투명전도막/은/투명전도막 또는 투명전도막/은 합금/투명전도막인 것을 특징으로 하는 표시 기판.
- 청구항 1 내지 7 중의 어느 한 항의 은 식각액 조성물로 식각된 배선.
- 청구항 14에 있어서, 상기 배선은 터치스크린패널용 트레이스 배선인 것을 특징으로 하는 배선.
- 청구항 14에 있어서, 상기 배선은 플렉서블용 은 나노와이어인 것을 특징으로 하는 배선.
- 청구항 14에 있어서, 상기 배선은 은 또는 은 합금으로 이루어진 단일막, 또는 상기 단일막과 투명전도막으로 구성되는 다층막인 것을 특징으로 하는 배선.
- 청구항 17에 있어서, 상기 투명전도막은 산화주석인듐(ITO), 산화아연인듐(IZO), 산화주석아연인듐(ITZO), 산화갈륨아연(GZO) 및 산화갈륨아연인듐(IGZO)으로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 이상인 것을 특징으로 하는 배선.
- 청구항 17에 있어서, 상기 단일막과 투명전도막으로 구성되는 다층막은 투명전도막/은, 투명전도막/은 합금, 투명전도막/은/투명전도막 또는 투명전도막/은 합금/투명전도막인 것을 특징으로 하는 배선.
- 청구항 1에 있어서, 상기 접촉각은 은 식각액 조성물을 상온에서 은 또는 은합금 기판 위에 떨어트려 접촉각 측정장비를 이용하여 측정한 것을 특징으로 하는 은 식각액 조성물.
- 점도가 7.2~8.2 cP이고, 접촉각이 10~23°인, 은 식각액 조성물.
- 청구항 21에 있어서,
인산, 질산, 아세트산, 아졸계 화합물 및 탈이온수를 포함하는 은 식각액 조성물. - 청구항 21에 있어서, 은 식각액 조성물 총 중량에 대하여, 인산 30 내지 60 중량%, 질산 0.5 내지 10 중량%, 아세트산 33 내지 50 중량%, 아졸계 화합물 0.01 내지 10 중량% 및 조성물 총 중량이 100 중량%가 되도록 잔량의 탈이온수를 포함하는 은 식각액 조성물.
- 청구항 21에 있어서, 은 식각액 조성물은 은 또는 은합금으로 이루어진 단일막, 또는 상기 단일막과 산화인듐막으로 구성되는 다층막을 동시에 식각할 수 있는 것을 특징으로 하는 은 식각액 조성물.
- 청구항 21에 있어서, 상기 접촉각은 은 식각액 조성물을 상온에서 SiO2 기판 위에 떨어트려 접촉각 측정장비를 이용하여 측정한 것을 특징으로 하는 은 식각액 조성물.
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