KR20180096349A - 식각액 조성물 및 이를 이용한 디스플레이 장치용 어레이 기판의 제조방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 질산, 인산, 아세트산, 제1인산나트륨, 과산화수소 및 물을 포함하는 식각액 조성물 및 이로부터 제조된 배선, 이를 이용한 디스플레이 장치용 어레이 기판의 제조방법 및 디스플레이 장치용 어레이 기판에 관한 것이다.
Description
본 발명은 식각액 조성물 및 이로부터 제조된 배선, 이를 이용한 디스플레이 장치용 어레이 기판의 제조방법 및 디스플레이 장치용 어레이 기판에 관한 것이다.
본격적인 정보화시대로 접어들게 됨에 따라 대량의 정보를 처리 및 표시하는 표시장치 분야가 급속도로 발전해 왔으며, 이에 부응하여 다양한 평판 디스플레이가 개발되어 각광받고 있다.
이러한 평판 표시장치 장치의 예로는 액정디스플레이장치(Liquid Crystal Display device: LCD), 플라즈마 디스플레이장치(Plasma Display Panel device:PDP), 전계방출디스플레이장치(Field Emission Display device: FED), 유기발광소자(Organic Light Emitting Diodes: OLED) 등을 들 수 있다.
일례로서, OLED는 소자 자체적으로 빛을 발광하면서 저전압에서도 구동될 수 있기 때문에 휴대기기 등의 소형 표시장치 시장에 빠르게 적용되고 있을 뿐만 아니라, 표시장치의 대화면화에 대한 트랜드에 따라 대형 TV 등에의 상용화를 목전에 둔 상황이다. 표시장치가 대화면화 되면서, 배선 등이 길어지게 되어 배선 저항이 증가하게 됨에 따라, 저항을 낮추어 표시장치의 대형화 및 고해상도 실현을 가능하게 하는 방법이 요구되고 있다.
저항 증가에 의한 신호 지연 등의 문제를 해결하기 위해서는, 상기 배선을 최대한 낮은 비저항을 가지는 재료로 형성할 필요가 있다. 그러한 노력의 일환으로 다른 금속들에 비해 낮은 비저항과 높은 휘도, 전도도를 가지고 있는 은(Ag: 비저항 약 1.59寅㎝)막, 은 합금막 또는 은막이나 은 합금막을 포함한 다층막을 컬러필터의 전극, 배선 및 반사막 등에 적용하여 평판 표시장치의 대형화와 고해상도 및 저전력 소비 등을 실현하기 위한 노력이 경주되고 있으며, 이러한 재료에 적용하기 위한 식각액이 요구되고 있다.
근래에 들어, 평판 표시장치 장치의 사이즈가 대형화되면서 기판의 식각 방식에 있어서도 종래와 다른 방식들이 적용되고 있다. 예컨대, 대형 기판을 식각하는 경우 식각 중 기판 위에 위치하는 식각액의 중량이 상당히 커지므로 기판이 파손될 가능성도 증가하게 된다. 따라서 도 1에 도시된 바와 같이, 기판에 경사를 주어 식각하는 방식이 적용되고 있다.
그런데, 상기와 같은 방식의 경우, 경사 위쪽에 위치하는 기판상부와 경사 아래쪽에 위치하는 기판하부에 높이 차이가 발생하며, 그로 인하여 기판상부와 기판하부에 대한 식각액의 접촉빈도가 다르게 되고 식각속도의 차이도 발생하게 된다. 따라서 기판의 균일한 식각이 어려울 뿐아니라, 기판하부의 배선이 유실되는 문제도 야기될 수 있다.
본 발명은 상기 종래 기술의 문제를 해결하기 위하여 안출된 것으로,
경사식 식각에 따르는 기판의 상부와 하부의 식각 속도 차이를 줄여 기판 하부의 배선 유실 현상을 방지할 수 있는 식각액 조성물을 제공하는 것을 목적으로 한다.
또한, 본 발명은 상기 식각액 조성물로 식각된 배선을 제공하는 것을 목적으로 한다.
또한, 본 발명은 상기 식각액 조성물을 사용하는 디스플레이 장치용 어레이 기판의 제조방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기 목적을 달성하기 위하여,
본 발명은 식각액 조성물 총 중량에 대하여,
인산 30 내지 60 중량%;
질산 3 내지 10 중량%;
아세트산 5 내지 20 중량%;
제1인산나트륨 0.1 내지 3 중량%;
과산화수소 0.1 내지 3 중량%; 및
식각액 조성물 총 중량이 100 중량%가 되도록 잔량의 물을 포함하는 식각액 조성물을 제공한다.
또한, 본 발명은 본 발명의 식각액 조성물로 식각된 배선을 제공한다.
또한, 본 발명은 (a) 기판 상에 게이트 배선을 형성하는 단계;
(b) 상기 게이트 배선을 포함한 기판 상에 게이트 절연층을 형성하는 단계;
(c) 상기 게이트 절연층 상에 반도체층을 형성하는 단계;
(d) 상기 반도체층 상에 소스 및 드레인 전극을 형성하는 단계; 및
(e) 상기 드레인 전극에 연결된 화소전극 또는 반사막을 형성하는 단계; 를 포함하는 디스플레이 장치용 어레이기판의 제조방법에 있어서,
상기 (a) 단계, (d) 단계 및 (e) 단계 중 어느 한 단계 이상이, 상기 본발명의 식각액 조성물로 식각하여 각각의 게이트 배선, 소스 및 드레인 전극, 화소 전극 또는 반사막을 형성하는 공정을 포함하는 것을 특징으로 하는 디스플레이 장치용 어레이 기판의 제조방법을 제공한다.
또한, 본 발명은 상기 본 발명의 제조방법으로 제조된 디스플레이 장치용 어레이 기판을 제공한다.
본 발명의 식각액 조성물은 경사식 식각 방식에서, 기판의 상부와 하부의 높이 차이로 인한 식각 속도 차이를 줄일 수 있어 기판 하부막의 패턴 손상을 방지할 수 있는 효과를 지니고 있다.
또한, 본 발명의 식각액 조성물은 적은 양의 인산을 사용하여 식각액 조성물의 점도를 낮춤으로써 패턴 손상을 방지할 수 있는 효과를 지니고 있다.
도 1은 대형 기판의 경사식 식각 공정을 모식적으로 나타낸 도면이다.
도 2는 본 발명에서 사이드에치의 정의를 도식화하여 나타낸 이미지이다.
도 2는 본 발명에서 사이드에치의 정의를 도식화하여 나타낸 이미지이다.
이하, 본 발명을 보다 자세히 설명한다.
본 발명은 식각액 조성물 총 중량에 대하여,
인산 30 내지 60 중량%;
질산 3 내지 10 중량%;
아세트산 5 내지 20 중량%;
제1인산나트륨 0.1 내지 3 중량%;
과산화수소 0.1 내지 3 중량%; 및
식각액 조성물 총 중량이 100 중량%가 되도록 잔량의 물을 포함하는 식각액 조성물에 관한 것이다.
최근에는 기판의 크기가 대형화되어 기판 식각시 식각액 무게에 의한 기판 파손을 방지하기 위하여 기판을 경사지게 위치하여 식각한다(도 1).
기판을 경사지게 위치시킴에 따라 기판 상부와 하부의 높이차가 발생하며, 이로 인해 기판 상부의 식각액이 기판 하부로 흘러내려가 기판 하부에 패턴이 유실되는 문제가 발생한다.
따라서, 본 발명에서는 상기의 문제점을 해결하기 위한 식각액 조성물을 제공하고자 하였다.
본 발명의 식각액 조성물의 과산화수소는 기판 상부 및 하부의 식각 속도 차이를 줄여주는 역할을 수행하며, 더불어 과산화수소를 사용함으로써 인산의 사용량을 줄일 수 있어 인산으로 인하여 점도가 상승하여 기판이 손상되는 현상을 방지할 수 있다.
본 발명의 식각액 조성물은 은 또는 은 합금으로 이루어진 단일막, 또는 상기 단일막과 투명전도막으로 구성되는 다층막을 동시에 식각할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
상기 은 합금은 특별히 한정하지 않으나 구체적인 예로서, 은을 주성분으로 하며 니오븀(Nb), 구리(Cu), 팔라듐(Pd), 네오디늄(Nd), 몰리브덴(Mo), 니켈(Ni), 마그네슘(Mg), 크롬(Cr), 텅스텐(W), 팔라듐(Pd) 및 티타늄(Ti) 등으로부터 선택되는 1종 이상의 금속을 포함하는 은 합금막일 수 있으며, 은의 질화물, 규화물, 탄화물 또는 산화물 형태일 수 있다.
상기 투명전도막의 구체적인 예로서, 산화주석인듐(ITO), 산화아연인듐(IZO), 산화주석아연인듐(ITZO) 또는 산화갈륨아연인듐(IGZO) 등을 들 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다.
상기 다층막의 보다 구체적인 예로서, 투명전도막/은(Ag) 또는 투명전도막/은 합금 등의 이중막, 투명전도막/은(Ag)/투명전도막 또는 투명전도막/은 합금/투명전도막 등의 삼중막 등을 들 수 있으나 이에 한정하는 것은 아니다.
이하, 본 발명의 식각액 조성물을 구성하는 성분에 대하여 설명한다.
(A)인산(
H
3
PO
4
)
본 발명의 식각액 조성물에 포함되는 인산은 주산화제이며, 은과 투명전도막을 산화시켜 습식 식각하는 역할을 하며, 구체적으로 예를 들어, 투명전도막/은/투명전도막의 다층막을 습식 식각하는 역할을 한다.
상기 인산은 본 발명의 식각액 조성물 총 중량에 대하여 30 내지 60 중량%로 포함되며, 바람직하게는 30 내지 50 중량%로 포함되며, 더욱 바람직하게는 30 내지 40 중량%로 포함된다. 상기 인산의 함량이 30 중량% 미만으로 포함되면 은의 식각 속도가 저하되며, 은 막에 잔사가 발생하여 불량을 야기할 수 있다. 또한, 60 중량%를 초과하여 포함되면 예를 들어, 투명전도막/은/투명전도막의 다층막 식각시, 투명전도막의 식각 속도가 저하되고, 은 막의 식각 속도는 지나치게 빨라져 상부 및 하부의 투명전도막에 팁이 발생하며, 과식각으로 후속 공정에 문제가 발생할 수 있다. 또한, 점도가 높아져 기판 하부막에 손상이 발생할 수 있다.
(B)질산(
HNO
3
)
본 발명의 식각액 조성물에 포함되는 질산은 보조산화제이며, 은과 투명전도막을 산화시켜 습식 식각하는 역할을 하며, 구체적으로 예를 들어, 투명전도막/은/투명전도막의 다층막을 습식 식각하는 역할을 한다.
상기 질산은 본 발명의 식각액 조성물 총 중량에 대하여 3 내지 10 중량%로 포함되며, 바람직하게는 6 내지 8 중량%로 포함된다. 상기 질산의 함량이 3 중량% 미만으로 포함되면 투명전도막/은/투명전도막의 다층막 식각시, 은 막 및 투명전도막의 식각 속도 저하가 발생하며, 그로 인하여 식각 균일성(uniformity)이 불량해져 얼룩이 발생한다. 또한, 8 중량%를 초과하면 상부 및 하부의 투명전도막의 식각 속도가 빨라져 과식각이 발생하여 후속 공정에 문제가 발생할 수 있다.
(C)아세트산(CH
3
COOH)
본 발명의 식각액 조성물에 포함되는 아세트산은 보조산화제이며, 은을 산화시켜 습식 식각하는 역할을 한다.
상기 아세트산은 본 발명의 식각액 조성물 총 중량에 대하여 5 내지 20 중량%로 포함되며, 바람직하게는 10 내지 15 중량%로 포함된다. 상기 아세트산의 함량이 5 중량% 미만으로 포함되면 식각 속도가 불균일해져 기판에 얼룩이 발생하며, 20 중량%를 초과하여 포함하면 식각액 조성물에 거품이 발생할 수 있으며, 거품이 기판 내에 존재하면 완전한 식각이 이루어지지 않아 후속 공정에 문제를 발생시킬 수 있다.
(D)제1인산나트륨(
NaH
2
PO
4
)
본 발명의 식각액 조성물에 포함되는 제1인산나트륨은 습식 식각 시 박막에 대한 CD bias를 감소시키고 또한 균일하게 식각 되도록 식각 속도를 조절하는 기능을 수행한다.
상기 제1인산나트륨은 본 발명의 식각액 조성물 총 중량에 대하여 0.1 내지 3 중량%로 포함되며, 바람직하게는 1 내지 3 중량%로 포함된다. 상기 제1인산나트륨의 함량이 0.1 중량% 미만으로 포함되면 기판 내의 식각 균일성(Uniformity)이 저하되고 또한 기판 내에 부분적으로 은 잔사가 생길 수 있으며, 3 중량%를 초과하여 포함하면 식각 속도가 저하되어 원하는 식각 속도를 구현할 수 없으므로 공정상에서 문제를 야기할 수 있다.
(E)과산화수소(
H
2
O
2
)
본 발명의 식각액 조성물에 포함되는 과산화수소는 도 1에 도시된 바와 같이, 기판의 크기가 대형화 되어 식각액의 무게에 의한 기판 파손을 막기 위해 기판 상, 하부의 높이 차를 발생시키는 경사식 식각에 있어서, 상부 기판의 식각액이 하부기판으로 흘러내려 상대적으로 기판 하부의 패턴 유실 현상이 발생하는 문제를 해결하기 위하여 사용된 성분으로서, 기판의 상, 하부의 식각 속도를 유지하는 역할을 수행한다.
또한, 식각액 조성물의 저장 시간이 증가하면 아세트산이 증발하게 되는데, 이로 인하여 식각액 조성물의 인산 및 질산의 함량이 상대적으로 증가하게 된다. 상기 인산은 점도가 있는 물질로, 인산의 상대적인 함량이 증가함에 따라 점도가 증가하며, 고점도로 인하여 기판 식각시 기판의 손상을 발생시킬 수 있다. 그러나, 본 발명에서는 식각액 조성물에 과산화수소를 사용함으로써, 인산의 함량을 감소시킬 수 있어 상기와 같은 고점도로 인한 문제점을 해결할 수 있다.
상기 과산화수소는 본 발명의 식각액 조성물 총 중량에 대하여 0.1 내지 3 중량%로 포함되며, 바람직하게는 0.3 내지 2 중량%로 포함된다. 상기 과산화수소의 함량이 0.1 중량% 미만으로 포함되면 기판 내의 식각 균일성(Uniformity)이 저하되고 또한 기판 내에 부분적으로 unetch 현상이 발생할 수 있으며, 3 중량%를 초과하여 포함하면 식각 속도가 빨라져 기판 상부 및 하부의 식각 속도를 유지할 수 없으므로, 기판 하부에 패턴이 유실되는 문제가 발생할 수 있다.
(F)물
본 발명의 식각액 조성물에 포함되는 물은 특별히 한정하지 않으나, 탈이온수를 이용하는 것이 바람직하며, 상기 탈이온수는 반도체 공정용으로 비저항값이 18 ㏁/㎝ 이상인 것을 사용하는 것이 바람직하다.
본 발명의 식각액 조성물은 상기에 언급한 성분들 외에 식각 조절제, 계면활성제, 금속 이온 봉쇄제, pH 조절제 및 이에 국한되지 않는 다른 첨가제로부터 선택되는 1종 이상을 추가로 포함할 수 있다. 상기 첨가제는, 본 발명의 범위 내에서 본 발명의 효과를 더욱 양호하게 하기 위하여, 당해 분야에서 통상적으로 사용하는 첨가제들로부터 선택하여 사용할 수 있다.
본 발명의 식각액 조성물을 구성하는 성분들은 반도체 공정용의 순도를 가지는 것이 바람직하다.
또한, 본 발명은 상기 본 발명의 식각액 조성물로 식각된 배선에 관한 것이다.
보다 상세하게, 상기 배선은 터치스크린 패널(Touch Screen Panel, TSP)에서 주로 X, Y 좌표에 센싱된 신호를 읽어들이는 트레이스(Trace) 배선 또는 플렉서블용 나노와이어 배선일 수 있다.
상기 배선은 은 또는 은 합금으로 이루어진 단일막, 또는 상기 단일막과 투명전도막으로 구성된 다층막일 수 있다. 상기 은 합금의 단일막, 상기 단일막과 투명전도막으로 구성된 다층막에 대한 내용은 은 함유 박막에 대해 상술한 내용이 동일하게 적용될 수 있다.
또한, 본 발명은
(a) 기판 상에 게이트 배선을 형성하는 단계;
(b) 상기 게이트 배선을 포함한 기판 상에 게이트 절연층을 형성하는 단계;
(c) 상기 게이트 절연층 상에 반도체층을 형성하는 단계;
(d) 상기 반도체층 상에 소스 및 드레인 전극을 형성하는 단계; 및
(e) 상기 드레인 전극에 연결된 화소전극 또는 반사막을 형성하는 단계; 를 포함하는 디스플레이 장치용 어레이 기판의 제조방법에 있어서,
상기 (a) 단계, (d) 단계 및 (e) 단계 중 어느 한 단계 이상이, 상기 본발명의 식각액 조성물로 식각하여 각각의 게이트 배선, 소스 및 드레인 전극, 화소 전극 또는 반사막을 형성하는 공정을 포함하는 것을 특징으로 하는 디스플레이 장치용 어레이 기판의 제조방법에 관한 것이다.
바람직하게는 상기 게이트 배선, 소스 및 드레인 전극, 화소 전극 또는 반사막은 은 또는 은 합금으로 이루어진 단일막, 또는 상기 단일막과 투명전도막으로 구성된 다층막일 수 있으며, 상기 박막을 상기 본 발명의 식각액 조성물로 식각하여 게이트 배선, 소스 및 드레인 전극, 화소 전극 또는 반사막을 제조할 수 있다.
상기 은 합금의 단일막, 상기 단일막과 투명전도막으로 구성된 다층막에 대한 내용은 은 함유 박막에 대해 상술한 내용이 동일하게 적용될 수 있다.
상기 디스플레이 장치용 어레이 기판은 박막트랜지스터 기판일 수 있다.
또한, 본 발명은 상기 본 발명의 제조방법으로 제조된 디스플레이 장치용 어레이 기판에 관한 것이다.
상기 디스플레이 장치는 유기발광소자(OLED), 액정 표시장치(LCD) 또는 터치스크린패널(TSP) 등 다양하게 적용될 수 있다.
또한, 본 발명의 식각액 조성물은 유기발광소자의 반사판을 식각하는데 사용될 수 있다.
이하, 본 발명을 실시예 및 비교예를 이용하여 더욱 상세하게 설명한다. 그러나 하기 실시예는 본 발명을 예시하기 위한 것으로서 본 발명은 하기 실시예에 의해 한정되지 않으며, 다양하게 수정 및 변경될 수 있다. 본 발명의 범위는 후술하는 특허청구범위의 기술적 사상에 의해 정해질 것이다.
실시예
1 내지 7 및
비교예
1 내지 4.
식각액
조성물 제조
하기 표 1에 나타낸 조성 및 함량으로 실시예 1 내지 7 및 비교예 1 내지 4의 식각액 조성물을 제조하였으며, 조성물 총 중량이 100 중량%가 되도록 잔량의 탈이온수를 포함하였다.
실험예
1. 사이드
에치
측정
분사식 식각 방식의 실험장비(모델명: ETCHER, K.C.Tech사) 내에 상기 실시예 1 내지 7 및 비교예 1 내지 4의 식각액 조성물을 각각 넣고, 온도를 40℃로 설정하여 가온한 후, 온도가 40±0.1℃에 도달하였을 때 상기 시편의 식각 공정을 수행하였다. 총 식각 시간은 60 내지 200초로 실시하였다.
식각은 도 1에 예시된 바와 같은 방식으로 기판 상, 하부에 5도의 경사차이를 주어 실시하였으며, 기판의 사이즈는 680 X 880mm이며, 기판은 ITO/Ag/ITO를 사용하였다.
기판을 위치시키고 분사를 시작하여 60 내지 200초의 식각 시간이 다 되면 탈이온수로 세정한 후, 열풍건조장치를 이용하여 건조하고, 포토레지스트 박리기(PR stripper)를 이용하여 포토레지스트를 제거하였다. 세정 및 건조 후 전자주사현미경(SEM; 모델명: S-4700, HITACHI사 제조)을 이용하여 도 2에 도시된 사이드 에치를 측정하였다. 실험은 초기 식각액 조성물로 기판을 식각하고, 12시간 지난 후 동일한 식각액 조성물로 기판을 식각하여 사이드 에치를 측정하였으며, 그 결과를 하기 표 2에 나타내었다.
상기 표 2의 결과에서, 본 발명의 식각액 조성물인 실시예 1 내지 7의 식각액 조성물의 초기 및 식각액 조성물 12시간 이후의 기판 상부 및 하부의 식각 속도 차이가 양호한 결과를 보였다.
그러나, 비교예 1은 과산화수소를 포함하지 않는 식각액 조성물로, 식각 초기의 결과는 양호하였으나, 12시간 이후의 식각에서 배선이 유실되는 결과를 보였다.
비교예 2는 과산화수소를 포함하지 않으며, 인산의 함량이 낮은 식각액 조성물로 식각 초기 및 12시간 이후의 기판의 상부 및 하부의 식각이 모두 이루어지지 않은 결과를 보였다.
비교예 3은 과산화수소를 과량으로 포함한 식각액 조성물로, 식각 초기 및 12시간 이후의 기판의 상부 및 하부의 배선이 유실되는 결과를 보였다.
비교예 4는 인산을 과량으로 포함한 식각액 조성물로, 식각 초기 및 12시간 이후의 기판의 상부 및 하부의 배선이 유실되는 결과를 보였다.
Claims (9)
- 식각액 조성물 총 중량에 대하여,
인산 30 내지 60 중량%;
질산 3 내지 10 중량%;
아세트산 5 내지 20 중량%;
제1인산나트륨 0.1 내지 3 중량%;
과산화수소 0.1 내지 3 중량%; 및
식각액 조성물 총 중량이 100 중량%가 되도록 잔량의 물을 포함하는 식각액 조성물. - 청구항 1에 있어서, 상기 식각액 조성물은 은 또는 은 합금으로 이루어진 단일막, 또는 상기 단일막과 투명전도막으로 구성되는 다층막을 식각하는 것을 특징으로 하는 식각액 조성물.
- 청구항 2에 있어서, 상기 투명전도막은 산화주석인듐(ITO), 산화아연인듐(IZO), 산화주석아연인듐(ITZO) 및 산화갈륨아연인듐(IGZO)으로부터 선택되는 1종 이상을 포함하는 것을 특징으로 하는 식각액 조성물.
- 청구항 1 내지 3 중 어느 한 항의 식각액 조성물로 식각된 배선.
- 청구항 4에 있어서, 상기 배선은 은 또는 은 합금으로 이루어진 단일막, 또는 상기 단일막과 투명전도막으로 구성되는 다층막인 것을 특징으로 하는 배선.
- 청구항 4에 있어서, 상기 배선은 터치스크린패널용 트레이스 배선 또는 플렉서블용 나노와이어인 것을 특징으로 하는 배선.
- (a) 기판 상에 게이트 배선을 형성하는 단계;
(b) 상기 게이트 배선을 포함한 기판 상에 게이트 절연층을 형성하는 단계;
(c) 상기 게이트 절연층 상에 반도체층을 형성하는 단계;
(d) 상기 반도체층 상에 소스 및 드레인 전극을 형성하는 단계; 및
(e) 상기 드레인 전극에 연결된 화소전극 또는 반사막을 형성하는 단계; 를 포함하는 디스플레이 장치용 어레이 기판의 제조방법에 있어서,
상기 (a) 단계, (d) 단계 및 (e) 단계 중 어느 한 단계 이상이, 청구항 1 내지 3 중 어느 한 항의 식각액 조성물로 식각하여 각각의 게이트 배선, 소스 및 드레인 전극, 화소 전극 또는 반사막을 형성하는 공정을 포함하는 것을 특징으로 하는 디스플레이 장치용 어레이 기판의 제조방법. - 청구항 7의 제조방법으로 제조된 디스플레이 장치용 어레이 기판.
- 청구항 8에 있어서, 상기 디스플레이 장치는 유기발광소자, 액정 표시장치 또는 터치스크린패널인 것을 특징으로 하는 디스플레이 장치용 어레이 기판.
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