KR100388294B1 - 회로기판용 폴리이미드 위에 금속 박막을 증착하는 방법 - Google Patents

회로기판용 폴리이미드 위에 금속 박막을 증착하는 방법 Download PDF

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Abstract

이 발명은 회로기판용 폴리이미드 위에 금속 박막을 증착하는 방법에 관한 것으로, 회로기판용 폴리이미드 위에 금속 박막을 증착하는 방법에 있어서, 회로기판용 폴리이미드에는 RF 바이어스 파워(Bias Power)를 변화시키며 인가하고, 상기 폴리이미드 표면에 반응성 금속 타겟을 DC 마그네트론(Magnetron) 방식으로 증착시켜 접착층을 형성하며, 상기 접착층 표면에 금속 박막을 DC 마그네트론 방식으로 증착함을 특징으로 하여, 금속 박막이 접착된 폴리이미드에 후속 열처리가 수행되어도 신뢰성 있는 폴리이미드와 금속 박막 사이의 접착력을 유지할 수 있으며, 더불어 폴리이미드의 특성 변화 없이 신뢰성 높은 접착력을 얻을 수 있다.

Description

회로기판용 폴리이미드 위에 금속 박막을 증착하는 방법{Evaporation method of metal thin film on polyimide for circuit board}
본 발명은 회로기판용 폴리이미드 위에 금속 박막을 증착하는 방법에 관한것으로, 더욱 상세하게 설명하면 금속 박막이 접착된 폴리이미드에 후속 열처리가 수행되어도 신뢰성 있는 폴리이미드와 금속 박막 사이의 접착력을 유지할 수 있으며, 더불어 폴리이미드의 특성 변화 없이 신뢰성 높은 접착력을 얻을 수 있는 회로기판용 폴리이미드 위에 금속 박막을 증착하는 방법에 관한 것이다.
종래 회로기판용 폴리이미드와 금속 박막 사이의 접착력을 향상시키기 위해서 첫번째로 사용된 방법은 폴리이미드 위에 금속 박막, 예를 들면 구리(Cu)를 증착하기 전 두층 사이에 접착층을 이용하는 방법이 있다. 접착층으로 사용되는 금속은 통상 크롬(Cr), 티타늄(Ti), 알루미늄(Al), 탄탈륨(Ta) 등의 금속이며, DC 마그네트론 스퍼터링(DC Magnetron Sputtering) 방식으로 증착한 후, 연속적으로 구리(Cu)를 증착하는 방법으로 접착층이 폴리이미드와 강한 산화층 또는 탄화층을 형성하여 금속 박막과 폴리이미드 사이의 접착력을 향상시키는 방법이다.
두번째 방법은 금속 박막을 증착하기전 폴리이미드 표면을 전처리하는 방식이다. 폴리이미드 표면의 전처리 공정은 일반적으로 아르곤 이온을 이용한 Ion Beam bombardment(IB)나 질소, 산소를 이용한 Reactive Ion Etching(RIE)이 있으며, 전처리 후에 곧바로 금속 박막을 증착하는 방식이다. 이러한 전처리 공정을 통하여 폴리이미드 표면의 거칠기, 불순물의 제거, 화학적 상태 등의 변화를 통해서 금속 박막과 폴리이미드 사이의 접착력을 향상시키는 방법이다. 여기서, 상기 첫번째 및 두번째 방법은 통상 병행하여 이용되고 있다.
세번째 방법은 폴리이미드와 금속 박막이 증착된 재료를 준비하고, 그 위에 수 KeV의 헬륨, 네온 등의 이온빔을 쏘아서 금속 박막과 폴리이미드의 분자 및 원자들 사이에 믹싱(Mixing) 효과를 일으켜 경계면 부근에 그라데이션(Gradation) 효과를 얻어 접착력을 향상시키는 방법이다.
네번째 방법은 DC 바이어스 스퍼터링(DC Bias Sputtering)을 이용한 방식으로 폴리이미드 쪽에 네거티브 DC 바이어스(Negative DC Bias)를 걸어 스퍼티링된 이온을 가속시키는 효과를 얻어 넌 바이어스 스퍼터링(Non-Bias Sputtering) 조건보다 강한 에너지를 가지고 폴리이미드에 증착되기 때문에 강한 접착력을 얻을 수 있는 방법이다.
그러나 상기와 같은 종래의 기술들은 다음과 같은 문제점을 가지고 있다.
즉, 종래의 기술은 일반적으로 폴리이미드 위에 금속을 증착하기전 RF 클리닝(Cleaning) 등을 이용한 표면의 전처리 후 접착층으로 크롬(Cr), 티타늄(Ti), 탄탈륨(Ta), 알루미늄(Al) 등의 금속을 증착하는 방법이 사용되고 있다. 그러나 이러한 방법은 후속 열처전에는 신뢰성이 있는 금속 박막과 폴리이미드 사이의 접착력을 얻을 수 있으나 열처리 후에는 그 접착력이 급격히 감소하는 단점이 있다.
상기의 열처리 후에도 접착력의 감소를 줄이는 방식으로 하이 RF 파워 덴시티(High RF Power Density)를 이용한 전처리 과정이 있다. 400W 이상의 높은 RF 파워를 폴리이미드쪽에 걸어서 그 폴리이미드 표면을 전처리하고 금속 박막을 증착하는 방법이다. 이와 같은 방법을 이용해서 후속 열처리 공정 후에도 접착력의 감소를 둔화시킬 수 있다.
그러나 상기 하이 RF 파워 덴시티(High RF Power Density)를 이용한 방법은 열처리 후 접착력의 감소가 적은 이점이 있지만, 폴리이미드 표면을 스퍼터에칭(Sputter Etching)함으로 폴리이미드 표면의 손상을 가져오는 단점이 있다.
그리고, 이와 같은 전처리 공정은 전처리 시간이 일반적으로 5~10분 이상을 필요로 하기 때문에 시간적으로 공정 시간이 길어지게 되고, 이러한 이유로 인해 폴리이미드가 손상을 입어 특성도 변하게 되어진다.
한편, DC 바이어스를 폴리이미드쪽에 거는 방법은 접착력의 향상을 가져올 수는 있지만, DC 바이어스의 인가에 의해 폴리이미드 근처에 플라즈마(Plasma)가 발생할 위험이 있으며, 폴리이미드가 절연체이므로 효과가 작고, 열처리 후의 신뢰도에 대한 점검이 된 적이 없다.
따라서 본 발명은 상기와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위해 안출한 것으로, 금속 박막이 접착된 폴리이미드에 후속 열처리가 수행되어도 신뢰성 있는 폴리이미드와 금속 박막 사이의 접착력을 유지할 수 있으며, 더불어 폴리이미드의 특성 변화 없이 신뢰성 높은 접착력을 얻을 수 있는 회로기판용 폴리이미드 위에 금속 박막을 증착하는 방법을 제공하는데 있다.
도1은 본 발명에서 회로기판용 폴리이미드 위에 금속 박막을 증착하는 장치를 도시한 구성도이다.
도2는 회로기판용 폴리이미드와 금속 박막 사이의 접착력 테스트 상태를 도시한 구성도이다.
도3a 내지 도3c는 열처리전 및 열처리후의 회로기판용 폴리이미드와 금속 박막 사이의 접착력 변화를 도시한 그래프이다.
- 도면중 주요 부호에 대한 설명 -
2; 챔버(Chamber) 4; 회로기판용 폴리이미드
6; 고정부 8; 마그네트론 타겟(Magnetron Target)
10; 타겟 셔터(Target Shutter) 12; 로타리 펌프(Rotary Pump)
14; 금속 박막
상기한 목적을 달성하기 위해 본 발명에 의한 회로기판용 폴리이미드 위에 금속 박막을 증착하는 방법은 회로기판용 폴리이미드에는 RF 바이어스 파워(Bias Power)를 변화시키며 인가하고, 상기 폴리이미드 표면에 반응성 금속 타겟을 DC 마그네트론(Magnetron) 방식으로 증착시켜 접착층을 형성하며, 상기 접착층 표면에 금속 박막을 DC 마그네트론 방식으로 증착함을 특징으로 한다.
여기서, 상기 반응성 금속 타겟은 알루미늄(Al), 티타늄(Ti), 탄탈륨(Ta), 크롬(Cr) 또는 지르코늄(Zr)중 어느 하나를 선택하여 이용함이 바람직하다.
또한, 상기 금속 박막은 구리(Cu)를 이용함이 바람직하다.
한편, 상기 RF 바이어스 파워(Bias Power)는 100~400W 범위내에서 변화시키며 인가함이 바람직하다.
또한, 상기 반응성 금속 타겟에 의해 형성되는 접착층의 두께는 10~100nm 범위가 되도록 함이 바람직하다.
상기와 같이 하여 본 발명에 의한 회로기판용 폴리이미드위에 금속 박막을 증착하는 방법에 의하면, 열처리전에 신뢰성 있는 금속 박막간 폴리이미드 사이의 접착력을 얻을 수 있을 뿐만 아니라, 열처리 후에도 금속 박막과 폴리이미드의 접착력 감소를 크게 낮출 수 있기 때문에 후속 공정에 대한 신뢰성을 높일 수 있게 된다.
또한, 접착층을 증착하는 시간을 단축시켜 공정시간의 절약을 가져올 수 있으며, 이를 통해 폴리이미드의 손상을 방지하여 특성 변화를 막을 수 있게 된다.
이하 본 발명이 속한 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명을 용이하게 실시할 수 있을 정도로 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명하면 다음과 같다.
도1은 본 발명에서 사용된 폴리이미드 위에 금속 박막을 증착하는 장치를 도시한 구성도이다.
도시된 바와 같이 일정 공간을 가지는 챔버(2)가 구비되어 있고, 상기챔버(2) 내측으로는 아르곤 및 질소 가스가 흘려보내질 수 있도록 아르곤관 및 질소관이 연결되어 있으며, 상기 아르곤관에는 그 가스의 흐름량을 제어할 수 있도록 매스플로우컨트롤러(Mass Flow Controller)가 부착되어 있다. 또한 상기 챔버(2)의 내측에는 RF 바이어스 파워(Bias Power)가 인가되는 동시에 폴리이미드(4) 등의 회로기판이 부착되는 고정부(6)가 구비되어 있다. 더불어, 상기 고정부(6)와 대향되는 챔버(2) 내측에는 반응성 금속으로서 알루미늄(Al), 티타늄(Ti), 탄탈륨(Ta), 크롬(Cr), 지르코늄(Zr) 및 금속 박막인 구리(Cu) 등을 설치하는 동시에, DC 파워(Power)가 인가되는 마그네트론 타겟(8)(Magnetron Target)이 설치되어 있으며, 상기 고정부(6)와 마그네트론 타겟(8) 사이에는 상기 알루미늄, 티타늄, 탄탈륨, 크롬, 지르코늄 및 구리 중에서 선택된 어느 하나만을 이용할 수 있도록 타겟 셔터(10)(Target Shutter)가 설치되어 있다. 더불어, 상기 챔버(2)의 일측에는 상기 챔버(2) 내측을 진공 상태로 유지하기 위한 로타리 펌프(12)가 설치되어 있다.
이와 같은 장치를 이용하여 본 발명에 의한 회로기판용 폴리이미드(4) 위에 금속 박막(14)을 증착하는 방법은 다음과 같다.
먼저, 완전히 또는 일부가 큐어링(Curing)된 폴리이미드(4)를 고정부(6)에 고정하고, 또한 마그네트론 타겟(8)에는 반응성 금속인 알루미늄, 티타늄, 탄탈륨, 크롬, 지르코늄과 금속 박막인 구리 등을 고정한다.
이어서 질소 가스 및 아르곤 가스를 상기 챔버(2) 내측으로 흘려보내주며, 펌프(12)를 작동시킴으로써, 상기 챔버(2) 내측이 10-3torr 정도의 압력이 되도록 한다.
상기와 같이하여 챔버(2) 내측이 일정 압력 이하로 떨어지면, 고정부(6)에 부착된 폴리이미드(4) 위에 전처리 과정없이, RF 바이어스 파워를 100W에서 400W까지 변화시키면서 인가한다. 이때, 전류는 0.3A 정도가 적당하다. 또한 마그넷트론 타겟에도 DC 파워를 인가함으로써 반응성 금속인 알루미늄, 티타늄, 탄탈륨, 크롬 또는 지르코늄 중 어느 하나(예를 들면 알루미늄)가 상기 폴리이미드(4) 표면에 대략 10~100nm의 두께로 증착되도록 한다. 상기 반응성 금속의 증착 두께는 대략 50nm가 되도록 함이 바람직하다. 이때, 상기 타겟 셔터(10)를 이용하여 나머지 물질(예를 들면, 티나늄, 탄탈륨, 크롬, 지르코늄, 구리)는 증착과정에 참여하지 않토록 한다.
이어서, 상기와 같이 일정두께로 알루미늄이 폴리이미드(4) 위에 증착된 이후에는 연속해서 DC 마그네트론 방식으로 구리를 증착한다. 여기서, 상기 폴리이미드(4)에 증착된 알루미늄은 접착층 역할을 한다.
또한, 상기 알루미늄외에 다른 물질 즉, 티타늄이나 탄탈륨을 이용했을 경우에도 상기와 같은 과정을 수행한다.
한편, 상기와 같이 증착 공정이 완료된 폴리이미드(4)에서 열처리 전후의 접착력 테스트 방법을 도2에 도시하였다. 즉, 폴리이미드(4) 위에 증착된 금속 박막(14) 즉, 구리(14)를 일정한 힘에 의해 상방으로 벗겨냄으로써 그 접착력을 테스트한다.
계속해서, 도3a 내지 도3c는 열처리전 및 열처리후의 회로기판용 폴리이미드(4)와 금속 박막(14)(예를 들면, 구리) 사이의 접착력 변화를 도시한 그래프이다.
먼저, 도3a는 구리와 폴리이미드(4) 사이의 접착물질로서 알루미늄을 이용했을 경우로, 가로축은 RF 바이어스 파워를, 세로축은 필 스트렝쓰(Peel Strength, 접착력)를 나타낸다. 도시된 바와 같이 RF 바이어스 파워가 높아질수록 열처리전 및 열처리 후의 필 스트렝쓰가 증가함을 볼 수 있고, RF 바이어스 파워가 300W에서 400W 근처에서는 별 차이가 없음을 알 수 있다. 그러나, 인가된 RF 바이어스 파워의 전 영역에서 열처리 전과 후의 접착력(즉, 필 스트렝쓰)은 큰 차이가 있다.
이어서, 도3b는 구리와 폴리이미드(4) 사이의 접착물질로서 티타늄을 이용했을 경우이다. 도시된 바와 같이 RF 바이어스 파워가 높아질수록 열처리 전 및 열처리 후의 필 스트렝쓰가 증가함을 볼 수 있고, 역시 RF 바이어스 파워가 300W에서 400W 근처에서는 별 차이가 없음을 알 수 있다. 또한, 인가된 RF 바이어스 파워의 전 영역에서 열처리 전과 후의 접착력은 큰 차이가 있다.
계속해서, 도3c는 구리와 폴리이미드(4) 사이의 접착물질로서 탄탈륨을 이용했을 경우이다. 도시된 바와 같이 RF 바이어스 파워가 높아질수록 열처리 전 및 열처리 후의 필 스트렝쓰가 증가함을 알 수 있고, 특히 RF 바이어스 파워가 300~400W 근방에서 최대치를 나타내었다. 또한 인가된 RF 바이어스 파워의 전 영역에서 열처리 전이나 후에 접착력은 별 차이가 없음을 알 수 있다.
따라서, 구리와 폴리이미드(4) 사이의 접착물질은 탄탈륨을 사용함이 가장 바람직하며, 또한 인가된 RF 바이어스 파워도 300~400W일 때 가장 양호한 효과를 얻을 수 있음을 알 수 있다.
이상에서와 같이 본 발명은 비록 상기의 실시예에 한하여 설명하였지만 여기예만 한정되지 않으며, 본 발명의 범주 및 사상을 벗어나지 않는 범위내에서 여러가지로 변형된 실시예도 가능할 것이다.
따라서, 본 발명에 의한 회로기판용 폴리이미드와 금속 박막의 증착 방법은, 열처리전에 신뢰성 있는 금속 박막과 폴리이미드 사이의 접착력을 얻을 수 있을 뿐만 아니라, 열처리 후에도 금속 박막과 폴리이미드 사이의 접착력 감소를 크게 낮출 수 있기 때문에 후속 공정에 대한 신뢰성을 높일 수 있는 효과가 있다.
또한, 접착층을 증착하는 시간을 단축시켜 공정시간의 절약을 가져올 수 있으며, 이를 통해 폴리이미드의 손상을 방지하여 특성 변화를 막을 수 있는 효과가 있다.

Claims (5)

  1. (삭제)
  2. (삭제)
  3. (삭제)
  4. (정정) 회로기판용 폴리이미드 위에 금속 박막을 증착하는 방법에 있어서,
    회로기판용 폴리이미드에는 100~400W 범위내에서 RF 바이어스 파워(Bias Power)를 변화시키며 인가하고,
    상기 폴리이미드 표면에 알루미늄(Al), 티타늄(Ti), 탄탈륨(Ta), 크롬(Cr) 또는 지르코늄(Zr)중 어느 하나인 반응성 금속 타겟을 DC 마그네트론(Magnetron) 방식으로 증착시켜 접착층을 형성하며,
    상기 접착층 표면에 구리(Cu)와 같은 금속 박막을 DC 마그네트론 방식으로 증착함을 특징으로 하는 회로기판용 폴리이미드 위에 금속 박막을 증착하는 방법.
  5. (정정) 제4항에 있어서, 상기 반응성 금속 타겟에 의해 형성되는 접착층의 두께는 10~100nm 범위로 형성함을 특징으로 하는 회로기판용 폴리이미드 위에 금속 박막을 증착하는 방법.
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