KR20190065227A - 식각액 조성물 및 이를 이용한 금속 패턴의 형성방법 - Google Patents
식각액 조성물 및 이를 이용한 금속 패턴의 형성방법 Download PDFInfo
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Abstract
본 발명은 인산, 질산, 아세트산, 황산 및 물을 포함하는 알루미늄 합금 및 몰리브덴 합금을 포함하는 다층막의 식각액 조성물 및 이를 이용한 금속 패턴의 형성 방법에 관한 것이다. 본 발명의 식각액 조성물은 몰리브덴 합금막, 알루미늄 합금막, 몰리브덴 합금막 및 몰리브덴 합금 산화막이 순차적으로 적층된 다층막을 일괄적으로 식각할 수 있으며 PR 크랙 및 Tip이 발생하지 않는 것이 특징이다.
Description
본 발명은 인산, 질산, 아세트산, 황산 및 물을 포함하는 알루미늄 합금 및 몰리브덴 합금을 포함하는 다층막의 식각액 조성물 및 이를 이용한 금속 패턴의 형성 방법에 관한 것이다.
TFT-LCD Array 제조에 있어 기판 위에 금속 배선을 형성하는 과정은 통상적으로 스퍼터링에 의한 금속막 형성공정, 포토레지스트 도포, 노광 및 현상에 의한 선택적인 영역에서의 포토레지스트 형성공정, 및 식각 공정에 의한 단계로 구성되고, 개별적인 단위 공정 전후의 세정 공정 등을 포함한다. 이러한 식각 공정은 포토레지스트 마스크를 사용하여 선택적인 영역에 금속막을 남기는 공정을 의미하며, 통상적으로 플라즈마 등을 이용한 건식 식각 또는 식각 용액을 사용하는 습식 식각이 사용된다. TFT-LCD의 배선재료로서 일반적으로 사용되는 금속은 알루미늄 또는 알루미늄 합금으로서, 순수한 알루미늄은 화학물질에 대한 내성이 약하고 후속 공정에서 배선 결합 문제를 야기할 수 있으므로 알루미늄 합금 형태로 사용되거나, 알루미늄 또는 알루미늄 합금 층 위에 또 다른 금속 층, 예컨대 몰리브덴, 크롬, 텅스텐, 주석 등의 금속층을 갖는 다층의 적층 구조가 적용될 수 있다.
예컨대, Mo/Al 이중막의 경우 통상 인산-주성분 알루미늄 식각액으로 식각할 수 있으나, 두 층간의 식각 속도 차이로 인하여 몰리브덴 오버행(overhang)이 발생하므로 후속공정으로 이러한 오버행을 건식 식각하는 것으로 알려져 있다.
이와 같이, TFT-LCD 등의 배선을 형성하기 위한 금속막을 다중 층 구조로 할 경우에는 습식 공정과 건식 공정을 함께 적용함으로써 서로의 단점을 보완하는 것이 일반적이다.
Mo/Al 이중막을 종래 기술에 의한 알루미늄 식각액으로 습식 식각할 경우, 상부 몰리브덴 층의 식각 속도가 알루미늄 합금 층의 식각 속도보다 작기 때문에 상부 몰리브덴 층이 하부 Al 층의 외부로 돌출되는 단면을 갖게 되는 불량한 프로 파일이 나타난다. 이러한 불량한 프로파일로 인해 후속 공정에서 단차 커버리지(coverage)가 불량하게 되고 상부 층이 경사면에서 단선되든가 또는 상하부 금속 이 단락 될 확률이 커지게 된다. 이러한 경우, 1 차로 알루미늄 식각 용액으로 습식 식각하고, 2 차로 식각 속도의 차이로 인해 미처 식각 되지 못하고 하부 층 바깥으로 돌출된 상부 층을 다시 건식 식각하는 2 단계 공정을 적용하는 것이 일반적이나, 공정이 복잡하여 생산성 및 비용적인 측면에서 불리하며, 제품 손상 등의 문제점이 존재한다. 이러한 종래 기술에 대응하여, 본 출원인에 의해 출원된 특허출원 제 1999-0041119 호 (공개번호 제 2001-0028729 호) 는 인산-주성분 식각액을 개시하고 있으며, 인산, 질산 및 아세트산의 조성비를 특정하게 변화시킴으로써, 상부 몰리브덴 층이 하부 알루미늄 합금 층의 외부로 돌출되는 단면을 갖게 되는 불량 프로파일이 없어지고, 추가의 건식 식각이 필요하지 않을 정도로 우수한 프로파일을 수득할 수 있으므로, 2 단계 공정의 종래 기술에 비해 매우 간단하고 경제적으로 식각을 행할 수 있었다.
그러나, 금속막질의 형태가 알루미늄 또는 알루미늄 합금, 및/또는 몰리브덴 또는 몰리브덴 합금으로 이루어진 단일막 및 다층막 등 막질이 다양해지고 유리기판의 크기가 커짐에 따라 기존의 제품으로는 일괄 식각하는데 한계가 있으며 Tip이 발생하는 문제점이 있다.
본 발명은 상기와 같은 종래기술의 문제를 해결하기 위한 것으로서, 몰리브덴 합금막, 알루미늄 합금막, 몰리브덴 합금막 및 몰리브덴 합금 산화막이 순차적으로 적층된 다층막을 일괄적으로 식각할 수 있으며 포토레지스트 크랙 및 상부 몰리브덴 합금막의 Tip이 발생하지 않는 식각액 조성물을 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명은 인산 50 내지 70 중량%, 질산 6 내지 8 중량%, 아세트산 5 내지 25 중량%, 황산 2 내지 4 중량% 및 잔량의 물을 포함하고, 상기 질산 및 황산은 1.5 내지 2.5:1의 함량비로 포함되는 다층막 식각액 조성물을 제공하며, 상기 다층막은 몰리브덴 합금막, 알루미늄 합금막, 몰리브덴 합금막 및 몰리브덴 합금 산화막이 순차적으로 적층된 것일 수 있다.
일 구현예는
몰리브덴 합금막이 몰리브덴-나이오븀(MoNb)막이며, 알루미늄 합금막은 알루미늄-네오디뮴(AlNd)막이고, 몰리브덴 합금 산화막은 몰리브덴-나이오븀산화막(MoNbO), 몰리브덴-나이오븀질화막(MoNbN) 및 몰리브덴-나이오븀산화질화막(MoNbOxNy)로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 이상인 것이며, 몰리브덴-나이오븀산화질화막(MoNbOxNy)의 x와 y의 합이 1인 것일 수 있다.
다른 일 구현예는 다층막이 터치패널용 가교와이어(Bridge wire)로 사용되는 것일 수 있다.
또 다른 일 구현예는 식각액 조성물이 계면 활성제, 금속 이온 봉쇄제, 및 부식 방지제 중에서 하나 이상의 성분을 더 포함하는 것일 수 있다.
또한, 본 발명은 기판 상에 알루미늄 합금 및 몰리브덴 합금을 포함하는 다층막을 형성하는 공정; 및 상기 공정에서 형성된 다층막을 상기 식각액 조성물을 사용하여 식각하는 공정을 포함하는 금속 패턴의 형성 방법을 제공한다.
일 구현예는 다층막이 몰리브덴 합금막, 알루미늄 합금막, 몰리브덴 합금막 및 몰리브덴 합금 산화막이 순차적으로 적층된 것일 수 있다.
다른 일 구현예는 금속 패턴이 액정표시장치용 TFT 어레이 기판 상에 형성되는 것일 수 있다.
본 발명의 식각액 조성물은 몰리브덴 합금막, 알루미늄 합금막, 몰리브덴 합금막 및 몰리브덴 합금 산화막이 순차적으로 적층된 다층막을 일괄적으로 식각할 수 있으며 PR 크랙 및 상부 몰리브덴 합금막의 Tip이 발생하지 않는 것이 특징이다.
도 1은 실시예 1의 식각액 조성물로 식각한 다중막의 SEM 사진이다.
도 2는 비교예 1의 식각액 조성물로 식각한 다중막의 SEM 사진이다.
도 3은 비교예 2의 식각액 조성물로 식각한 다중막의 SEM 사진이다.
도 4은 비교예 3의 식각액 조성물로 식각한 다중막의 SEM 사진이다.
도 5은 비교예 4의 식각액 조성물로 식각한 다중막의 SEM 사진이다.
도 2는 비교예 1의 식각액 조성물로 식각한 다중막의 SEM 사진이다.
도 3은 비교예 2의 식각액 조성물로 식각한 다중막의 SEM 사진이다.
도 4은 비교예 3의 식각액 조성물로 식각한 다중막의 SEM 사진이다.
도 5은 비교예 4의 식각액 조성물로 식각한 다중막의 SEM 사진이다.
본 발명은 인산, 질산, 아세트산, 황산 및 물을 포함하는 알루미늄 합금 및 몰리브덴 합금을 포함하는 다층막의 식각액 조성물 및 이를 이용한 금속 패턴의 형성 방법에 관한 것이다. 본 발명의 식각액 조성물은 특정 함량의 조성 및 특정 함량비의 질산과 황산을 포함함에 따라, 몰리브덴 합금막, 알루미늄 합금막, 몰리브덴 합금막 및 몰리브덴 합금 산화막이 순차적으로 적층된 다층막을 일괄적으로 식각할 수 있으며 PR 크랙 및 상부 몰리브덴 합금막의 Tip이 발생하지 않는 것이 특징이다.
이하, 본 발명을 상세히 설명한다.
본 발명은 다층막 식각액 조성물에 있어서, 인산 50 내지 70 중량%, 질산 6 내지 8 중량%, 아세트산 5 내지 25 중량%, 황산 2 내지 4 중량% 및 잔량의 물을 포함하고, 상기 질산 및 황산은 1.5 내지 2.5:1의 함량비로 포함되며, 상기 다층막은 몰리브덴 합금막, 알루미늄 합금막, 몰리브덴 합금막 및 몰리브덴 합금 산화막이 순차적으로 적층된 다층막 식각액 조성물을 제공한다.
상기 다층막은 터치패널용 가교와이어(Bridge wire)로 사용되는 것일 수 있다. 또한, 상기 다층막에 있어서, 몰리브덴 합금막은 몰리브덴-나이오븀(MoNb)막일 수 있으며, 알루미늄 합금막은 알루미늄-네오디뮴(AlNd)막일 수 있고, 몰리브덴 합금 산화막은 몰리브덴-나이오븀산화막(MoNbO), 몰리브덴-나이오븀질화막(MoNbNy) 및 몰리브덴-나이오븀산화질화막(MoNbOxN)로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 이상인 것일 수 있다. 상기 몰리브덴-나이오븀산화질화막(MoNbOxNy)의 x와 y의 합이 1일 수 있다.
식각액 조성물에 있어서, 인산은 알루미늄 합금막을 산화시키는 역할을 하며 조성물의 총 중량에 대하여 50~70중량%로 함유된다. 인산 함량이 50중량% 미만일 경우 알루미늄 합금막의 식각 속도가 느려져 잔사가 생길 위험이 있으며 인산 함량이 70중량% 이상일 경우 알루미늄 합금막의 식각 속도가 너무 빨라 상대적으로 몰리브덴 합금막의 식각 속도가 느려지게 되어 몰리브덴 합금막의 Tip 발생이 크게 나타날 수 있다.
식각액 조성물에 있어서, 질산은 알루미늄 합금막 및 몰리브덴 합금막의 표면을 산화 시키는 역할을 하며 조성물 총 중량에 대하여 6.0~8.0 중량%로 함유된다. 질산이 6.0 중량% 미만으로 함유되는 경우에는 몰리브덴 합금막 식각속도 저하가 발생되며, 이러한 현상으로 인해 몰리브덴 합금막의 Tip이 발생한다. 질산이 8.0 중량%를 초과하는 경우에는 포토레지스트에 크랙(Crack)이 발생하며, 그에 따르는 약액 침투에 의해 몰리브덴 합금막과 알루미늄 합금막이 단락 되는 현상이 발생할 수 있으며, 과식각에 의한 몰리브덴 합금막과 알루미늄 합금막의 소실로 인하여 가교 와이어 기능을 상실할 우려가 있다.
상기 질산은 황산과 특정 함량비로 식각액에 포함되는데, 몰리브덴 합금막의 상부 Tip 제거를 위해 상기 질산 및 황산은 1.5 내지 2.5:1의 함량비로 포함되는 것이 바람직하다.
식각액 조성물에 있어서, 아세트산은 인산의 점도를 낮추는 역할을 하며 조성물 총 중량에 대하여 5 내지 25 중량%로 포함된다. 상기 아세트산이 5 중량% 미만으로 포함되는 경우에는 인산의 점도가 높아져 균일한 식각 특성을 얻을 수 없으며, 상기 아세트산이 25 중량%를 초과하는 경우에는 인산의 점도가 낮아 식각 속도가 매우 느려지며, 알루미늄 합금막과 몰리브덴 합금막의 잔막이 남아 불량이 발생할 수 있다.
식각액 조성물에 있어서, 황산은 몰리브덴 합금막의 표면을 산화 시키는 역할을 하며 조성물 총 중량에 대하여 2.0~4.0 중량%로 함유된다. 황산이 2.0 중량% 미만으로 함유되는 경우에는 몰리브덴 합금막 식각속도 저하가 발생되며, 이러한 현상으로 인해 몰리브덴 합금막의 Tip이 발생한다. 황산이 4.0 중량%를 초과하는 경우에는 포토레지스트에 크랙(Crack)이 발생하며, 그에 따르는 약액 침투에 의해 몰리브덴 합금막과 알루미늄 합금막이 단락 되는 현상이 발생할 수 있으며, 과식각에 의한 몰리브덴 합금막과 알루미늄 합금막의 소실로 인하여 가교 와이어 기능을 상실할 우려가 있다.
식각액 조성물에 포함되는 물로는 탈이온수를 사용하는 것이 바람직하며, 상기 탈이온수는 반도체 공정용으로서 18㏁/㎝ 이상의 것을 사용하는 것이 바람직하다.
본 발명에 따른 식각액 조성물에는 전술한 성분 이외에 통상의 첨가제를 더 첨가할 수 있으며, 첨가제로는 계면 활성제, 금속 이온 봉쇄제 및 부식 방지제 등을 사용할 수 있다.
계면 활성제는 표면장력을 저하시켜 식각의 균일성을 증가시키는 역할을 한다. 이러한 계면 활성제로는 식각액에 견딜 수 있고 상용성이 있는 형태의 계면 활성제가 바람직하다. 그 예로는 임의의 음이온성, 양이온성, 양쪽 이온성 또는 비이온성 계면 활성제 등을 들 수 있다. 또한, 계면 활성제로서 불소계 계면 활성제를 사용할 수 있다.
상기 첨가제는 이에만 한정되는 것이 아니라, 본 발명의 효과를 더욱 양호하게 하기 위하여, 당업계에 공지되어 있는 여러 다른 첨가제들을 선택하여 첨가할 수 있다.
또한, 본 발명은 기판 상에 알루미늄 합금 및 몰리브덴 합금을 포함하는 다층막을 형성하는 공정; 및 상기 공정에서 형성된 다층막을 본 발명의 식각액 조성물을 사용하여 식각하는 공정을 포함하는 금속 패턴의 형성 방법을 제공한다.
본 발명의 바람직한 일 실시예에 따르면, 상기 다층막은 몰리브덴 합금막, 알루미늄 합금막, 몰리브덴 합금막 및 몰리브덴 합금 산화막이 순차적으로 적층된 것일 수 있다. 상기 금속 패턴의 형성 방법은 액정표시장치용 TFT 어레이 기판의 제조 분야 등에서 유용하게 사용될 수 있다.
상기에서 식각액 조성물을 이용하여 다층막을 식각하는 공정은 당 기술분야에 알려져 있는 방법으로 수행할 수 있으며, 예컨대 침지, 흘리기 등의 방법이 있다. 식각 공정시의 온도는 예컨대 20 ~ 50 ℃, 바람직하게는 30 ~ 45 ℃로 할 수 있다. 그러나, 이 범위에 한정되지 않고 당 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자는 다른 공정 조건 및 요인에 의해 필요에 따라 적당한 식각 공정 조건을 정할 수 있다.
본 발명에 따른 식각액 조성물을 이용하여 금속막을 식각하는 경우, 대면적의 금속막 또는 다층의 금속막에 사용하는 경우에도 종래 습식-건식 2단계 식각 공정 대신에 1단계의 습식 식각 공정만으로도 균일한 식각 프로파일을 얻을 수 있으므로, 비용 및 생산성의 관점에서 매우 유리하다.
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 및 비교예 1~4. 식각액 조성물의 제조
하기 표 1의 성분 및 함량(단위: 중량%)에 따라 식각액 조성물을 제조하였다.
| 구분 | 인산 | 질산 | 아세트산 | 황산 | 물 |
| 실시예 1 | 62 | 6 | 10 | 3 | 잔량 |
| 비교예 1 | 62 | 5 | 10 | 3 | 잔량 |
| 비교예 2 | 62 | 6 | 10 | 1 | 잔량 |
| 비교예 3 | 62 | 6 | 10 | 2 | 잔량 |
| 비교예 4 | 62 | 9 | 10 | 4 | 잔량 |
실험예. 식각 특성 평가
몰리브덴-나이오븀(Nb)/알루미늄합금/몰리브덴-나이오븀(Nb)/몰리브덴-나이오븀산화막(MoNbO)으로 이루어진 사중막 기판을 준비하였다. 분사식 식각 방식의 실험장비 (SEMES사 제조, 모델명:ETCHER(TFT)) 내에 실시예 또는 비교예에서 제조된 식각액을 넣고 온도를 40℃로 세팅하여 가온 한 후, 온도가 40±0.5℃에 도달하면 식각 공정을 수행하였다. 오버에치(O/E: Over Etch)를 패드부분의 EPD(End Point Detection)를 기준으로 하여 30%를 주어 실시하였다. 기판을 넣고 분사를 시작하여 식각이 다 되면 꺼내어 탈이온수로 세정한 후, 열풍건조장치를 이용하여 건조하고, 포토 레지스트(PR) 박리기(stripper)를 이용하여 포토 레지스트를 제거하였다. 세정 및 건조 후 전자주사현미경 (SEM; HITACHI사 제조, 모델명: S-4700)을 이용하여 식각 프로파일을 경사각, MoNb Tip, 식각 잔류, PR Crack 등으로 평가하였고, 그 결과를 표 2, 도 1, 도 2, 도 3, 도 4 및 도 5에 나타내었다.
| 구분 | MoNb Tip | 식각잔사 | PR Crack |
| 실시예 1 | 무 | 무 | 무 |
| 비교예 1 | 유 | 무 | 무 |
| 비교예 2 | 유 | 무 | 무 |
| 비교예 3 | 유 | 무 | 무 |
| 비교예 4 | 배선 단락 | 무 | 유 |
표 2, 도 1, 도 2, 도 3 및 도 4에 나타난 바와 같이, 실시예 1의 경우 몰리브덴 합금막의 Tip이 발생하지 않았지만, 비교예 1, 2, 3의 경우 몰리브덴 합금막의 Tip이 발생하였다. 또한, 비교예 4의 경우 PR 크랙이 발생하였다.
Claims (7)
- 다층막 식각액 조성물에 있어서,
인산 50 내지 70 중량%, 질산 6 내지 8 중량%, 아세트산 5 내지 25 중량%, 황산 2 내지 4 중량% 및 잔량의 물을 포함하고,
상기 질산 및 황산은 1.5 내지 2.5:1의 중량비로 포함되며,
상기 다층막은 몰리브덴 합금막, 알루미늄 합금막 및 몰리브덴 합금막이 순차적으로 적층된 것으로,
상기 몰리브덴 합금막은 몰리브덴-나이오븀(MoNb)막, 몰리브덴-나이오븀산화막(MoNbO), 몰리브덴-나이오븀질화막(MoNbN) 및 몰리브덴-나이오븀산화질화막(MoNbOxNy)로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 이상인 것이며,
상기 알루미늄 합금막은 알루미늄-네오디뮴(AlNd)막이고,
상기 몰리브덴-나이오븀산화질화막(MoNbOxNy)의 x와 y의 합이 1인 것을 특징으로 하는, 다층막 식각액 조성물. - 청구항 1에 있어서,
상기 다층막은 상기 몰리브덴-나이오븀(MoNb)막, 상기 알루미늄-네오디뮴(AlNd)막, 상기 몰리브덴-나이오븀(MoNb)막 및 상기 몰리브덴-나이오븀산화막(MoNbO)이 순차적으로 적층된 것인, 다층막 식각액 조성물. - 청구항 1에 있어서,
상기 다층막은 터치패널용 가교와이어(Bridge wire)로 사용되는 것을 특징으로 하는 다층막 식각액 조성물. - 청구항 1에 있어서,
상기 식각액 조성물은 계면 활성제, 금속 이온 봉쇄제, 및 부식 방지제 중에서 하나 이상의 성분을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 다층막 식각액 조성물. - 기판 상에 알루미늄 합금 및 몰리브덴 합금을 포함하는 다층막을 형성하는 공정; 및
상기 공정에서 형성된 다층막을 청구항 1의 식각액 조성물을 사용하여 식각하는 공정을 포함하는 금속 패턴의 형성 방법. - 청구항 5에 있어서,
상기 다층막은 몰리브덴 합금막, 알루미늄 합금막, 몰리브덴 합금막 및 몰리브덴 합금 산화막이 순차적으로 적층된 것을 특징으로 하는 금속 패턴의 형성 방법. - 청구항 5에 있어서,
상기 금속 패턴이 액정표시장치용 TFT 어레이 기판 상에 형성되는 것을 특징으로 하는 금속 패턴의 형성 방법.
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