KR100219757B1 - 적층형 박막 인덕터의 제조 방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 적층형 박막 인덕터의 제조하는데 있어서, 광(光)에 반응하는 유기물을 식각한 후 이를 지지대(프레임)으로 금속 패턴을 유기물 프레임의 두께보다 낮은 두께로 전기 도금하고, 남은 유기물의 표면을 경화 처리하여 형태를 변화시킨 후에 접착층을 코팅하고 유기물 제거, 씨앗층 제거 등의 순서를 거쳐 도체 패턴을 제조하는 방법으로서, 이에 따라 각 층간의 접착력이 높아져 시간에 따라 특성 변화가 적은 고신뢰성의 박막 인덕터의 제조가 가능하다.
Description
제1도는 종래의 적층형 박막 인덕터를 제조하는 공정을 순서대로 예시한 단면도이다.
제2도는 본 발명에 따른 적층형 박막 인덕터를 제조하는 공정을 순서대로 예시한 단면도이다.
제3도는 일반적인 적층형 박막 인덕터의 단면도이다.
제4도는 본 발명의 방법과 종래의 방법에 따라 접착층을 형성하는 과정을 예시하기 위한 단면도이다.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
1,11 : 절연층 기판 2,12 : 씨앗층
3,13 : 포토레지스트층 4,14 : 마스크
5,15 : 유기물 패턴 6,16 : 금속 박막층
17 : 접착층
[발명의 목적]
본 발명은 코일과 절연층 사이의 접착 상태를 증진시키기 위해 코일면 위에 접착층을 형성시키되 유기물 프레임의 형태를 조정하여서 실시함으로써 높은 품질 계수의 고신뢰성 적층형 박막 인덕터를 제조할 수 있는 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
[발명이 속하는 기술분야 및 그 분야의 종래기술]
본 발명은 적층형 박막 인덕터의 제조 방법에 관한 것이다. 더욱 상세하게는 포토 식각에 의해 형성되는 유기물 패턴의 프레임의 두께를 형성하고자 하는 금속 도체 패턴의 두께보다 두껍게 형성함과 동시에 유기물 프레임의 상부 표면의 폭을 넓게 하여 금속 도체 패턴에 접착층을 쉽게 코팅하므로서 보다 두껍고 정밀한 단면 형상을 가지고 되고, 이에 따라 고주파에서 높은 품질 계수와 고신뢰성을 가질 수 있는 적층형 박막 인덕터의 제조 방법에 관한 것이다.
도면의 제1도는 종래의 적층형 박막 인덕터를 제조하는 공정을 예시하기 위한 단면도로서, 제1(g)도와 같은 최종 도체 패턴을 갖는 적층형 박막 인덕터의 제조하는 과정을 설명하면 다음과 같다.
먼저, 제1(a)도와 같이 절연층 기판(1)에다 후에 도체 패턴을 전기 도금하기 위한 씨앗층(2;Seed Layer)을 형성한다.
상기 씨앗층(2)으로 사용하는 재료로는 도체 패턴과 동종의 재료를 선택하여 사용하는 것이 습식 에칭시 작업의 반복을 피할 수 있고, 씨앗층(2)과 도체 패턴의 접착 등 정합성에도 좋은 영향을 끼치게 된다. 추가로, 상기 절연층 기판(1)과 도체 패턴의 접착력을 증진시키기 위해서 접착층을 사용할 수 있다.
다음에 제1(b)도에서와 같이 포토 식각(Photolithography) 작업이 가능하도록 유기 물질을 원하는 두께에 맞추어 도포하여 포토레지스트층(3)을 형성한다. 유기 물질의 코팅이 끝나면 유기 용매를 날리기 위해 건조 오븐 등에서 소프트베이킹(soft baking)을 실시한다. 이때의 온도는 사용 물질에 따라 달라질 수 있으나 포토레지스트층(3)의 경우에는 70 내지 150사이이다.
위와 같이 유기 물질의 도포가 끝나면 유기 물질을 원하는 도체 패턴의 형상에 맞추어 식각을 해야 한다. 제1(c)도에서 볼 수 있는 바와 같이 마스크(4)에서 검은 부분이 빛을 차단하는 부분이다.
제1(c)도는 양의(positive) 포토레지스트를 사용하는 것을 기준으로 하여 도시한 것이며, 제작한 마스크(4)를 제1(c)도와 정렬을 한 후 노광시키면 빛을 받은 부위의 유기물이 변화를 일으켜 적절한 현상액에 넣게 되면 빛에 노출된 부분이 현상액에 씻겨나가 원하는 도체 패턴과 음양이 반대인 유기물 패턴층(5)을 제1(d)도와 같이 갖게 된다.
이러한 유기물 패턴층(5)을 프레임(지지대)으로 하고 앞서 제조된 씨앗층(2)을 전기 도금의 전극으로 하여서 원하는 금속을 전기 도금시키면 제1(e)도와 같은 형상으로 금속 박막층(6)이 형성된다. 이때 사용하는 금속의 종류 및 도금액의 종류는 구리, 은, 금, 백금, 니켈, 팔라듐 등과 이들의 복합 물질이 있다.
이러한 과정이 끝나면 제1(e)도의 시편을 유기 용매에 넣어서 유기물 패턴층(5)을 제거한 것이 제1(f)도이다. 여기에서 전기 도금을 위해서 제조한 씨앗층(2)을 에칭해 내면 제1(g)도와 같이 원하는 도체 패턴이 된다.
여기서, 씨앗층(2)의 에칭은 습식 방법을 이용하여 할 수도 있고, 스퍼터링 에칭(sputtering etching), 이온 밀링(ion milling)등 건식으로도 가능하다.
박막형 인덕터가 고주파에서 높은 품질 계수(Q)를 갖기 위해서는 가능한 두껍고 정밀한 단면 현상을 가진 도체 패턴을 제작하는 것이 중요한데, 종래 기술에서는 선택 지역에만 도금을 하여 두꺼운 금속 패턴을 제작하고 있다.
그러나, 일반적으로 박막형 인덕터는 제3도에서 보는 바와 같이 스파이럴형태의 코일을 외부와 연결시키기 위한 인출선(31), 코일, 인출선과 코일의 절연층(32) 등이 적층한 상태로 형성되어 있어야 한다.
따라서, 박막형 인덕터를 실제로 제조함에 있어서 각 층간의 접착 상태가 좋지 않을 경우에는 제조시에 불량한 인덕터가 생기며, 또 제조후 인덕터의 신뢰성에도 문제가 생긴다. 특히 높은 품질 계수를 갖기 위해 두꺼운 패턴을 형성할 때는 층간의 접착 상태가 더욱 중요한 문제가 된다.
[발명이 이루고자 하는 기술적 과제]
따라서, 본 발명은 코일과 절연층 사이의 접착 상태를 증진시키기 위해 코일면 위에 접착층을 형성시키되 유기물 프레임의 형태를 조정하여서 실시함으로써 높은 품질 계수의 고신뢰성 적층형 박막 인덕터를 제조할 수 있는 방법을 제공하는데 있다.
[발명의 구성 및 작용]
본 발명은 절연층 기판에 도체 패턴을 전기 도금하기 위한 씨앗층을 성막하고 그 위에 도포한 유기 물질을 포토 식각에 의해 유기물 패턴으로 형성한 후 상기 유기물 패턴을 프레임으로 하여 전기 도금에 의해 금속 박막을 도금하고 상기 유기물 패턴과 씨앗층을 각각 제거하여서 제조되는 적층형 박막 인덕터의 제조 방법으로서, 그 개선점은 상기 유기물 프레임의 두께보다 상기 금속 박막의 두께를 낮게 도금하고 남아 있는 유기물 프레임의 표면을 경화 처리하여 형태를 변화시킨 후에 전체적으로 접착층을 코팅한 후 유기물 프레임과 씨앗층을 순서대로 제거하여서 되는 것임을 특징으로 한다.
본 발명의 방법에서, 상기 금속 박막의 두께는 상기 유기물 프레임의 두께보다 0.1 내지 5정도 낮게 하며, 상기 유기물 프레임의 표면 형태 변화는 상기 유기물 프레임의 표면을 모노클로로벤젠에 의해 경화시키고 현상하여 그의 표면보다 측면의 식각이 빠르게 일어나도록 하여 그의 표면의 폭이 측면보다 넓은 형상을 갖도록 하는 것을 특징으로 한다.
이와 같은 본 발명을 첨부한 도면에 의거하여 더욱 상세히 설명하면 다음과 같다.
본 발명은 적층형 박막 인덕터의 제조하는데 있어서, 광(光)에 반응하는 유기물을 식각한 후 이를 지지대(프레임)로 금속 패턴을 유기물 프레임의 두께보다 낮은 두께로 전기 도금하고, 남은 유기물의 표면을 경화 처리하여 형태를 변화시킨 후에 접착층을 코팅하고 유기물 제거, 씨앗층 제거 등의 순서를 거쳐 도체 패턴을 제조하는 방법으로서, 이에 따라 각 층간의 접착력이 높아져 시간에 따라 특성 변화가 적은 고신뢰성의 박막 인덕터의 제조가 가능하다.
즉, 첨부 도면의 제2도는 본 발명에 따른 적층형 박막 인덕터의 제조 과정을 예시하기 위한 단면도를 나타낸 것으로서, 특히 제2(j)도는 본 발명의 방법으로 제조하였을 경우의 도체 패턴의 단면도를 보여주는 것이다.
제2(j)도와 같은 도체 패턴을 제작하기 위해서, 먼저 예를 들어, 알루미나, 실리콘 기판의 표면을 산화 또는 질화시켜서 된 제2(a)도의 절연층 기판(11)에다 후에 도체 패턴을 전기 도금하기 위한 씨앗층(12)을 제2(b)도와 같이 제조한다. 씨앗층(12)의 형성 시 절연층 기판(11)과 도체 패턴의 접착력을 증진시키기 위해서 크롬(Cr), 티타늄(Ti) 등을 접착층으로 사용할 수 있다.
상기 씨앗층(12) 위에 제2(c)도에서 보는 바와 같이 유기 물질을 도포하여 포토레지스트층(13)을 형성한다. 여기서 사용하는 유기 물질의 종류로는 포토 식각 작업이 가능한 것이면 무엇이든지 가능하다. 유기 물질의 코팅에서 중요한 것은 코팅되어지는 유기 물질의 두께이다. 일반적으로는 설계한 금속 패턴의 두께와 유사하게 유기 물질의 두께를 조절하나 본 발명에서는 유기 물질의 두께를 나중에 형성하게 되는 금속 박막층(16)의 두께보다 0.1 내지 5만큼 두껍게 코팅을 한다.
이렇듯 약간 두껍게 코팅된 유기 물질은 후에 제2(g)도와 제2(h)에서와 같이 접착층(17)을 코팅시킬 때 중요한 장벽 역활을 하기 때문에 두께의 세심한 조절이 필요하다. 위의 유기 물질의 도포는 스핀 코팅, 딥 코팅, 스프레이 코팅, 전기 영동법 등에 의해 실현이 가능하다. 유기 물질의 코팅이 끝나면 유기 용매를 날리기 위해 건조 오븐 등에서 소프트베이킹을 한다.
이와 같이 유기 물질의 도포가 끝나면 유기 물질을 원하는 도체 패턴의 형상에 맞추어 식각을 해야 한다. 원하는 패턴 형상에 따라 제작한 마스크(14)를 제2(d)도와 같이 정렬한 후 노광시키면 빛을 받은 부위의 유기물이 변화를 일으켜 적절한 현상액에 넣게 되면 빛에 노출된 부분이 현상액에 씻겨 나가 제2(e)도와 같이 원하는 도체 패턴과 음양이 반대인 유기물 패턴(15:유기물 프레임)을 갖게 된다. 유기물 패턴(15)을 프레임(지지대)로 하고 앞서 제조된 씨앗층(12)을 전기 도금의 전극으로 하여서 원하는 금속을 전기 도금시키면 제2(f)도와 같은 형상이 된다.
이때 사용하는 도금액의 종류는 구리, 은, 금, 백금, 니켈, 팔라듐 등과 이들의 복합 물질이 있다. 본 발명에서 대표적으로 사용한 구리 전기 도금액의 조건은 다음과 같다. 황산동(CuSO4·5H2O)을 150 내지 250g/ℓ, 황산(H2SO4)을 40 내지 100g/ℓ, 광택제를 6 내지 12cc/ℓ를 넣은 도금조에 양극은 동판으로 하고, 도금조의 온도를 15 내지 25, 양극 전류 밀도를 0.5 내지 5A/dm2으로 하였을 경우 비저항이 낮고, 미리 제조한 프레임의 파괴 없이 치밀하게 성장된 구리 도금층을 얻을 수 있다.
이때, 중요한 것은 앞서의 유기 물질 코팅과 관련하여 도금층의 성장 속도를 조절하는 것이다. 즉, 성장된 금속 도금층이 유기 물질의 두께보다 높아 후에 접착층을 코팅한 후 유기 물질을 제거할 때 유기물의 제거가 용이하지 않거나 금속 도금층이 같이 제거될 수도 있기 때문에 금속 도금층의 두께를 유기물의 두께보다 0.1 내지 5만큼 낮게 해야 한다.
본 발명에서 가장 중요한 과정은 제2(f)도, 제2(g)도 및 제2(h)도에 예시한 공정이다. 실제로 박막 인덕터의 제조에 있어서 문제가 되는 것은 인출선, 코일, 절연층의 적층 형태 구조에서 일반 금속 성분의 인출선 또는 코일층과의 절연층의 접착능력이다. 이 절연층은 일반적으로 유기 물질로서 금속 물질과 열팽창 계수가 다르고, 절연물 내의 용매의 휘발로 인한 부피 감소로 박리 현상을 피할 수 없게 된다. 그러나 앞선 공정에서의 접착층으로 쓰이는 크롬(Cr), 티타늄(Ti) 등은 유기 물질의 산소와 결합하여 강한 접착을 유도하게 된다.
따라서, 본 발명에서는 크롬(Cr), 티타늄(Ti) 등을 별도의 공정 단계를 삽입시키지 않고 제2(f)도에서 금속 패턴보다 약간 두꺼운 상태의 유기물 프레임(15)의 표면을 화학 물질로 처리하여 제2(g)도와 같은 구조를 갖게 한 후 접착층(예를 들면 크롬, 티타늄 등)을 증착시킨다(제2(h)도).
첨부 도면의 제4도는 위의 과정을 좀 더 자세히 설명하기 위한 단면도를 나타낸 것이다.
제4도에서 제4(d)도, 제4(e)도 및 제4(f)도는 일반적인 방법으로 접착층을 코팅하였을 경우 생기는 현상을 보여주는 것으로 유기물의 표면을 별도 처리 없이 접착층(17)을 유기물 프레임(15)과 금속 박막층(16) 위에 코팅시키면 금속 박막층(16) 위의 접착층(17)과 유기물 프레임(15)의 접착층(17)이 서로 연결되어 후에 유기물을 제거할 때 서로 연결된 접착층(17)은 유기물 제거 후 남아야 할 금속 위의 필요한 접착층(17)도 함께 제거되게 된다(제4(f)도).
따라서, 본 발명은 위와 같은 현상을 피하기 위해 제4(a)도, 제4(b)도 및 제4(c)도와 같은 공정을 수행하게 된다.
먼저 도금 공정까지 마친 시편을 스핀 코터와 같은 회전 장치에 올려놓고 시편을 적정 속도로 회전시키면서 시편 표면에 모노클로로벤젠을 뿌려주게 되면 금속 박막층(16) 보다 위쪽으로 돌기되어 있는 유기물 프레임(15)의 표면이 측면보다 경화되고 이렇게 처리된 시편을 처음에 현상할 때 사용하였던 현상액에 담그면(이때 현상시간은 초기의 현상 시간보다 매우 짧아야 한다) 모노클로로벤젠에 의해 경화가 일어난 표면의 식각 속도가 측면보다 느리게 되어 제4(a)도와 같이 유기물 프레임(15)의 표면이 측면보다 넓은 형상을 하게 된다.
위와 같은 시편에 스퍼터링, 진공 증착 등의 방법으로 시편 전체 면적에 걸쳐 접착층(17)을 코팅시키면 제4(b)도와 같이 접착층(17)이 유기물 프레임(15)과 금속 박막층(16)의 표면부에만 코팅이 되고 유기물 프레임(15)의 측면에는 코팅이 되지 않아 서로 연결되어 있지 않게 된다(제4(d)도와 제4(e)도와 비교해 볼 때).
위의 공정을 거치고 유기물 프레임(15)을 제거하면 제4(f)도와는 달리 금속 박막층(16)위에 있는 접착층(17)이 박리됨이 없이 금속 패턴의 표면에 접착층(17)이 붙어 있는 형상을 얻게 된다(제4(c)도 및 제2(i)도).
이러한 과정을 거친 후에 전기 도금을 위해서 제조한 씨앗층(12)을 에칭해 내면 제2(j)도와 같이 원하는 도체 패턴이 되어 본 발명이 완성된다.
이와 같은 본 발명을 실시예에 의거하여 더욱 상세히 설명하면 다음과 같다.
[실시예]
알루미나가 주성분인 세라믹 절연층 기판(제2(a)도)에 후에 사용하고자 하는 도체 금속과 동일한 금속을 씨앗층으로 성막시키고(제2(b)도), 양각의 포토레지스트를 도포시킨다(제2(c)도). 도포는 스핀 코터에서 행하였으며, 레지스트의 두께는 22이었다. 이때 원래 설계된 금속 패턴의 두께는 20인데 후에 접착층의 선택 코팅을 위해 2더 두껍게 하였다.
선폭 40로 제조된 마스크를 사용하여 마스크와 기판을 정열시키고 자외선에 노출시켰다(제2(d)도). 이렇듯, 선택적으로 자외선에 노출시키면 빛을 받은 양성의 포토레지스트는 변성되어 후에 알코올 등 유기 용매에 씻겨져 빛을 받지 않는 부분만 남게 된다(제2(e)도).
현상 공정이 끝내고 세척 공정을 거친 후 전기 도금 공정을 수행하였다. 전기 도금은 환상동 도금으로 시간을 세심하게 조절하면서 도금을 행하여 유기물 프레임보다 2낮게 도금된 형상을 얻었다(제2(f)도).
이 시편을 스핀 코터에서 3000rpm으로 회전시키면서 모노클로로벤젠을 뿌려준 후 다시 유기 용매에 넣어 현상하였다(제2(g)도). 이 시편을 열처리한 후 진공 증착을 이용하여 크롬(Cr)을 800Å 코팅한 후(제2(h)도) 시편을 다시 유기 용제에 넣고 유기물 프레임으로 사용하였던 포토레지스트를 제거하였다(제2(i)도).
다시 세척 공정을 거친 후 전기 도금막으로 사용한 씨앗층을 제거하기 위해 염화철을 주성분으로 한 용액에 짧은 시간동안 담그어 도체 패턴의 두께 및 형상에 손상이 안 가도록 하였다. 위의 공정을 통해서 두껍고 단면 형상이 우수한 도체 패턴을 얻었다(제2(j)도).
종래의 박막 인덕터와 본 발명에 의해 제조된 박막 인덕터의 특성을 비교한 결과는 다음 표와 같다.
[발명의 효과]
이와 같이 제조된 본 발명에 따른 적층형 박막 인덕터의 장점은 아래와 같다.
박막 인덕터가 고주파에서 높은 품질 계수(Q)와 고신뢰성을 갖기 위해서는 가능한 두껍고 정밀한 단면 형상을 가진 도체 패턴을 층간의 박리 없이 제작하는 것이 중요한데 종래의 기술에서는 실제로 박막 인덕터의 제조시 가장 중요한 층간의 박리 현상을 제거하기 위한 접착력의 증진에 대해서는 방안이 없었기에 제조에 어려움이 많았다. 또, 층간의 박리는 사용되는 각층의 두께가 두꺼울수록 내부에 응력이 커져서 층간 박리가 심해지므로 신뢰성이 높고 시간이 지나도 경시변화가 적은 고 품질 계수의 박막 인덕터를 제조하기가 어려웠다.
본 발명에서는 층간의 접착력을 증진시키기 위해 접착층(크롬, 티타늄 등)을 삽입함에 있어서 도금을 하기 위한 유기물의 형태를 조절하고 접착층을 코팅하는 공정만을 간단히 도입함으로, 경제적이고 두꺼우면서도 층간 접착력이 강한 고신뢰성 박막 인덕터의 제조가 가능하다.
Claims (4)
- 절연층 기판에 도체 패턴을 전기 도금하기 위한 씨앗층을 성막하고 그 위에 도포한 유기 물질을 포토 식각에 의해 유기물 패턴으로 형성한 후 상기 유기물 패턴을 프레임으로 하여 전기 도금에 의해 금속 박막을 도금하고 상기 유기물 패턴과 씨앗층을 각각 제거하여서 제조되는 적층형 박막 인덕터의 제조 방법에 있어서, 상기 유기물 프레임의 두께보다 상기 금속 박막의 두께를 낮게 도금하고 남아 있는 유기물 프레임의 표면을 경화 처리하여 형태를 변화시킨 후에 전체적으로 접착층을 코팅한 후 유기물 프레임과 씨앗층을 순서대로 제거하여서 되는 것임을 특징으로 하는 적층형 박막 인덕터의 제조 방법.
- 제1항에 있어서, 상기 금속 박막의 두께는 상기 유기물 프레임의 두께보다 0.1 내지 5정도 낮게 하여서 되는 것임을 특징으로 하는 적층형 박막 인덕터의 제조 방법.
- 제1항에 있어서, 상기 유기물 프레임의 표면 형태 변화는 상기 유기물 프레임의 표면을 모노클로로벤젠에 의해 경화시키고 현상하여 그의 표면보다 측면의 식각이 빠르게 일어나도록 하여 그의 표면의 폭이 측면보다 넓은 형상을 갖도록 하여서 됨을 특징으로 하는 적층형 박막 인덕터의 제조 방법.
- 제1항에 있어서, 상기 접착층은 크롬 또는 티타늄을 진공 증착 또는 스퍼터링 법에 의해 코팅하여서 되는 것을 특징으로 하는 적층형 박막 인덕터의 제조 방법.
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Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
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| KR (1) | KR100219757B1 (ko) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN102569032A (zh) * | 2012-01-16 | 2012-07-11 | 中国科学院上海微系统与信息技术研究所 | 多层金属化薄膜叠加制作电感元件的方法 |
-
1996
- 1996-08-31 KR KR1019960037415A patent/KR100219757B1/ko not_active IP Right Cessation
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| CN102569032A (zh) * | 2012-01-16 | 2012-07-11 | 中国科学院上海微系统与信息技术研究所 | 多层金属化薄膜叠加制作电感元件的方法 |
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| KR19980017622A (ko) | 1998-06-05 |
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