KR100584078B1 - 다층 박막 캐패시터 제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 좌우(X축) 이동수단과 상하(Z축) 이동수단을 갖는 마스크(또는 Shadow Mask) 및 기판을 이용한 진공증착방법으로 다층 박막형 캐패시터(Multi Layer Chip Capacitor)를 대량 양산할 수 있도록 한 캐패시터 제조방법에 관한 것이다.

캐패시터, 도전층, 유전층, 단자, 마스크, 기판, 증착, 세라믹, 이형제층

Description

다층 박막 캐패시터 제조방법{MANUFACTURING METHOD MULTI LAYER CHIP CAPACITOR}

도 1 : 종래 다층 세라믹 캐패시터의 단면 구성도.

도 2 : 본 발명 제조장치의 일 실시예 평면도.

도 3 : 본 발명 제조장치의 일 실시예 단면도.

도 4 : 본 발명 제조장치에 사용되는 카세트 부분 일 실시예 단면도.

도 5 : 본 발명 준비 공정 순서도.

도 6 : 본 발명에서 기판에 단자가 형성된 상태의 사시도.

도 7 : 본 발명 제1 마스크의 평면도.

도 8 : 본 발명 제2 마스크의 평면도.

도 9 : 본 발명 제2 마스크의 보강 상태 저면도.

도 10 : 본 발명 도 9의 부분 단면도.

도 11 : 본 발명 기판과 마스크의 이격 상태도.

도 12 : 본 발명에서 기판과 제2 마스크의 이격거리 조정 상태도.

도 13 : 본 발명의 본 공정 순서도.

도 14 : 본 발명에서 마스크의 하강 상태도.

도 15 : 본 발명에서 마스크의 우측 이동 상태도.

도 16 : 본 발명에서 마스크의 좌측 이동 상태도.

도 17 내지 도 21 : 본 발명 진공 증착 과정도.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

(6)(7)--단자(터미널) (8)--제1 유전층

(9)(11)--도전층 (10)--유전층

(20)--제1 마스크 (21)(31)--마스크

(22)(23)(32)--슬릿 (24)--기판

(25)--이형제층 (30)--제2 마스크
(31a)--테두리 프레임 (31d)--금속편

(31b)(31c)--보강부재 (40)--다층 박막 캐패시터 제조장치

(41)--준비실 (42)--증착실

(43)--대기실 (44)(45)(46)--진공수단

(47)(48)(49)(50)--게이트밸브 (51)--카세트

(52)(53)(54)--카세트 이송수단 (55)(56)(57)--카세트 이송롤러

(58)(59)(60)--벨트 (61)(62)(63)--모터

(64)--제어부 (65)--도전층 증착시료

(66)--유전층 증착시료 (67)(68)--시료용기

(70)(72)--주사빔 발생수단 (69)(71)--주사빔

(73)--주사빔 편향수단 (74)--프레임

(75)--예열수단 (76)--콜리메이트판

(77)--X축 이동수단 (78)--Z축 이동수단

본 발명은 다층 박막 캐패시터(Multi Layer Chip Capacitor) 제조방법에 관한 것으로, 상세하게는 X축(좌우)이동수단과 Z축(상하)이동수단을 갖는 마스크(또는 Shadow Mask) 및 기판을 이용한 진공증착방법으로 다층 박막형 캐패시터를 대량 양산할 수 있도록 한 것이다.

일반적으로 노트북, PDA, LCD, 휴대폰 등과 같은 휴대형 전자기기는 소형화, 다기능화에 따라 회로를 구성하는 부품의 소형화가 더욱 요구되고 있으며, 더불어 이에 대한 연구가 꾸준히 진행되고 있다.

그 중에서 캐패시터의 경우 필요로하는 용량과 내압을 유지하면서 부피가 크게 축소된 다층 박막형 캐패시터(Multi Layer Chip Capacitor)가 보편적으로 사용되고 있지만, 대부분 제조공정이 까다로운 후막형으로 제조되고 있어서 제조공정이 복잡하고 고가의 생산설비가 소요되며, 고도의 기술이 필요할 뿐 아니라 초소형 대용량의 캐패시터 제작 기술은 한계에 다다른 실정이다.

캐패시터의 용량을 증가시키기 위해서는 아래 식과 같이 유전층의 밀도를 보다 치밀하게 유지하고 유전층의 두께를 줄여야 한다.

정전용량 C = EO ×ES ×S/D ----------------------------------------(식)

위 식에서 EO는 진공중의 유전율(8.855 ×10^-19)이고, ES는 비유전율(진공=1, 티탄산바륨=약 10,000)이며, S는 면적이고, D는 유전층의 두께이다.

현재 시판되고 있는 대부분의 적층형 세라믹 캐패시터는 그린시트라고 불리우는 닥트 브레이드 방법으로 제조되고 있으며, 유전층의 두께를 더욱 얇게하기 위해서는 필수적으로 세라믹 입자를 나노(nano) 입자상태로 처리하여야 하므로 제품원가 상승 문제가 있어 현재의 기술로는 한계가 있다고 볼 수 있다.

이러한 연유로 세계적으로 박막 캐패시터에 대한 연구가 활발하며, 캐패시터를 다층 박막형으로 제조하는 일반적인 공정은 대체로 다음과 같다.

1.유전층 진공증착, 2.포토 레지스터 도포, 3.노광, 4.세정, 5.에칭, 6.세정, 7.도전층 진공증착, 8.도전층 레지스터 도포, 9.노광, 10.세정, 11.에칭, 12.세정, 13.유전층 진공증착, 14.유전층 레지스터 도포, 15.노광, 16.세정, 17.에칭, 19.세정 등의 순서로 진행되어 공정이 복잡할 뿐 아니라 각 층수 만큼 상기의 수 많은 공정을 반복해야한다. 즉, 박막층을 100개층으로 형성하는 경우 상기와 같은 수 많은 공정을 100번씩 수행하게 되므로 얼마나 많은 공정과 시간과 비용 및 노력이 소요되는지 미루어 짐작할 수 있다.

그리고, 1개층을 에칭할 때 마다 세정공정, 포토레지스터 입힘공정, 노광공정 등 5개 이상의 공정이 반복되어 공정자체가 엄청 소요될 뿐 아니라 다층구조에서 특히 터미널인 단자와 도전층의 연결이 어려우며, 단자와 도전층 및 도전층과 도전층의 연결저항이 아주 작아야 캐패시터의 고주파 특성이 좋아진다.

도 1은 종래 다층 캐패시터(1)의 단면을 도시한 것으로, 금속으로된 도전층(2)과 세라믹으로 된 유전층(3)들이 교대로 적층 배열되어 다층의 캐패시터 가 구성되며, 도전층(2)들은 그에 대응하는 단자(4)(5) 끼리 연결되는 병렬 접속 구조이다.

그리고, 이와 같은 세라믹 다층 캐패시터(1)는 커패시턴스를 높이기 위해 개별 캐패시터들의 수, 즉 다층 캐패시터의 층 수가 증가된다. 그러나 수 ㎌ 이상의 커패시턴스를 가지는 다층 캐패시터는 제조 기술상으로 큰비용을 통해서만 실현될 수 있는 문제점이 있을 뿐 아니라, 복수 개의 도전층(2)과 단자(4)(5)를 연결하기 위하여 복잡하고 어려운 공정이 수반되므로 불량율이 높고 생산성이 떨어지는 등의 문제점이 있다.

따라서, 본 발명은 X축(좌우)이동수단과 Z축(상하)이동수단을 갖는 마스크(또는 Shadow Mask) 및 기판을 이용한 진공증착방법으로 필요한 내압과 용량의 박막형 캐패시터를 대량 양산할 수 있는 다층 박막 캐패시터(Multi Layer Chip Capacitor) 제조방법을 제공함에 목적이 있다.

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또한, 본 발명은 박막형 도전층과 박막형 유전층을 진공증착할 때 X축 이동수단과 Z축 이동수단을 갖는 마스크 및 기판 사이의 간격을 조절하여 증착면적을 조절하도록 하되 유전층의 평면적이 도전층의 평면적보다 조금 크게 형성함으로써 도전층과 도전층 사이의 자연스런 절연이 이루어지도록 함을 목적으로 한다.

또한, 본 발명은 이동수단에 의해 마스크 및 기판이 일측방향, 이를테면 X축방향으로 왕복운동할 수 있게 구성함으로써 진공증착될 때 도전층과 단자가 자연스럽게 연결되어 별도의 연결공정이 불필요하도록 함을 목적으로 한다.

또한, 본 발명은 평면적이나 두께가 비교적 두꺼운 대형 캐패시터를 제조하는 경우, 1개의 마스크가 아닌 2개 또는 그 이상의 마스크, 이를테면 유전층 형성을 위한 마스크와 도전층 형성을 위한 마스크를 카세트 카트리지에 장착시킨 다음 준비실로 이동시켜 진공 및 예열한 다음 증착실로 이동시켜 해당하는 마스크를 교환하는 방법으로 유전층과 도전층을 번갈아 증착할 수 있도록 함을 목적으로 한다.

또한, 본 발명은 기판과 마스크와 마스크 이동수단이 설치되는 카세트는 트레이 구조 또는 카세트 구조로 하여 기판과 마스크의 간격을 증착실 외부에서 정밀하게 조정한 후 진공증착 로드록 시스템에서 작업되도록 구성한다.

본 발명은 집적도가 크게 향상되고 무게가 크게 경량화되고 용량 및 내압이 유지되거나 증가되면서 소형화될수록 노트북, PDA, LCD, 휴대폰과 같은 소형 전자기기에 쉽게 적용할 수 있으며, 또한 유리하다.

또한 본 발명은 세라믹 캐패시터의 제조에만 국한되지 않고 필름형 캐패시터에도 물론 적용할 수 있으며, 환경 친화적이지 못한 전해형 캐패시터(전해 콘덴서)를 대신할 수 있다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시 예들을 첨부한 도면에 따라 상세히 설명한다. 그리고, 본 발명을 설명함에 있어 관련된 공지구성이나 기능에 대한 구체적인 설명은 본 발명의 요지가 모호하지 않도록 하기 위하여 생략하도록 한다.

본 발명은 기판 표면에 열분해형 이형제를 도포하여 이형제층을 형성한 다음 건조한 후 그 위에 한 쌍의 단자를 복수 개로 배열 형성하는 준비공정과, 상기 한 쌍의 단자위에 유전층과 도전층을 교대로 증착시켜 다층 박막 캐패시터를 완성하는 본 공정과, 완성된 다층 박막 캐패시터를 기판으로부터 분리시켜 상품화하는 마무리공정으로 크게 구분된다.

도 2, 도 3은 본 발명 일 예로 도시한 다층 박막 캐패시터 제조장치(40)의 평면도 및 단면도이다.

상기 제조장치(40)는 준비실(41)과, 증착실(42) 및 대기실(43)로 구획되며, 각각의 진공수단(44)(45)(46)과 복수의 게이트밸브(47)(48)(49)(50)에 의해 필요한 진공이 유지되고 또한 진공이 해제되는 로드록 시스템을 채용하여 진공 및 진공해제에 따른 시간을 단축할 수 있도록 함이 바람직하다.

그리고, 상기 준비실(41)과, 증착실(42) 및 대기실(43)에는 카세트(51)가 이동할 수 있게 한 쌍의 이송수단(52)(53)(54)이 각각 설치된다.

상기 이송수단(52)(53)(54)은 준비실(41)과, 증착실(42) 및 대기실(43)의 전후측에 기밀유지되게 대향 설치되는 복수 개의 이송롤러(55)(56)(57)와, 상기 이송롤러(55)(56)(57)들을 동기회전시키는 벨트(58)(59)(60)와, 상기 벨트(58)(59)(60)를 정역회전시키는 모터(61)(62)(63)와, 모터(61)(62)(63)를 제어하는 제어부(64)로 구성된다.

상기 이송롤러(55)(56)(57)는 단자(6)(7) 및 유전층(8)(10)과 도전층(9)(11)의 진공증착에 방해되지 않으면서 카세트(51)를 이동시킬 수 있게 그 길이가 짧다. 즉, 준비실(41)과, 증착실(42) 및 대기실(43)의 중앙부에는 상기 이송롤러(55)(56)(57)가 생략되어 있으며, 준비실(41)과, 증착실(42) 및 대기실(43)의 전후측에 짧은 길이로 돌출되어 있어서 카세트(51)의 저부면 가장자리부가 접하면서 이송된다. 그리고, 이송롤러(55)(56)(57)가 한 쌍으로 대향 설치되지만 제어부(64)에 의해 모터(61)(62)(63)의 동작이 동기화된다.

증착실(42)의 하부에는 도전층 증착시료(65) 및 유전층 증착시료(66)가 각각 담긴 복수 개의 시료용기(67)(68)가 설치되며, 증착실(42)의 양측부에는 증발을 목적으로 하는 전자 주사빔(69) 발생수단(70)과, 증발되는 시료의 이온화를 목적으로 하는 이온 주사빔(71) 발생수단(72)이 설치되고, 시료용기(67)(68)의 하부에는 상기 주사빔(69)(71)을 증착시료(65)(66)로 각각 편향시키는 주사빔 편향수단(73)이 각각 설치된다.

상기 전자 주사빔 및 이온 주사빔 발생수단(70)(72)과 주사빔 편향수단(73)과, 진공수단(44)(45)(46)과 게이트밸브(47)(48)(49)(50) 등은 제어부(64)에 접속되어 총괄 제어된다.

상기 시료용기(67)(68)는 전자 주사빔 발생수단(70)으로부터 방출되는 전자 주사빔(69)에 의해 편향 주사되면서 시료가 증발될 수 있게 상부로 개방된 구조이다. 그리고 상기 시료용기에 담기는 시료는 증발이 쉽도록 칩 형태 또는 인고트 형태가 바람직하다. 그리고 시료용기(67)(68)에 담기는 시료는 7일 내지 30일 사용 분량을 미리 투입하여 잦은 투입에 따른 번거로움이나 작업지연을 방지하도록 함이 바람직하다.

상기 시료용기(67)(68)는 기판(24)과 마스크(20)(30)의 길이보다 조금 긴 길이로 구성하여 기판(24)의 전체폭에 걸쳐 균일한 증착이 이루어지도록 한다. 그리고, 도전층 시료용기(67)와 유전층 시료용기(68)를 교대로 설치하여 균일한 증착이 이루어지도록 함이 바람직하며, 증착실(42)에서 증착이 이루어질 때 모터(62)를 정역회전시켜 카세트(51)가 증착실(42) 내에서 좌우로 이동하면서 균일한 증착이 이루어지도록한다.

따라서, 증착실(42)의 길이는 준비실(41)이나 대기실(43)의 길이보다 길게 구성된다.

도 4는 일 예로 도시한 카세트(51) 부분 단면도로, 프레임(74) 상부에 제어부(64)의 제어를 받는 예열수단(75)이 설치되고, 그 하부에 기판(24)과 제1 마스크(20) 또는 제2 마스크(30)와, 콜리메이트판(76)이 쉽게 교환할 수 있도록 차례로 설치되며, 상기 제1 마스크(20) 또는 제2 마스크(30)를 X축(좌우)로 이동시키는 단수 또는 복수의 X축 이동수단(77)과, 상기 제1 마스크(20) 또는 제2 마스크(30)를 Z축(상하)로 이동시키는 복수의 Z축 이동수단(78)으로 구성되며, 프레임(74)의 하부는 앞서 기술한 것처럼 이송롤러(55)(56)(57)에 얹혀 준비실(41)과, 증착실(42) 및 대기실(43) 또는 다층 박막 캐패시터 제조장치(40) 외부로 이동하게된다.

그리고, 기판(24)은 평면구조이므로 기판(24)을 예열시키는 예열수단(75)은 면상발열체가 바람직하다.

상기에서 X축 이동수단(77) 및 Z축 이동수단(78)은 제1 마스크(20) 또는 제2 마스크(30) 대신 기판(24)을 X축(좌우) 및 Z축(상하)으로 이동시켜 본 발명을 달성할 수 있으며, 본 발명에서는 설명의 편의상 제1 마스크(20) 또는 제2 마스크(30)를 이동시키는 것으로 예를 들어 설명하도록 한다.

상기 준비실(41)로 투입된 카세트(51)는 예열수단(75)에 의해 기판(24)을 예열함으로써 증착실(42)이 대기 상태로 되지 않는다. 즉, 증착을 위하여 대기하는 동안 기판(24)을 미리 예열하게된다.

상기 예열에 의해 이형제층(25) 또는 단자(6)(7) 표면에 붙은 가스분자들이 제거되어 도전층 및 유전층들이 완고하면서 견고하게 증착된다.

그리고, 증착실(42)은 유전층과 도전층을 교대로 성막하게되며, 대기실(43)은 준비실(41)처럼 증착실이 대기상태로 되지 않게 하면서 기판(24)의 열을 식혀주게된다.

한편, 상기 준비공정에서는 도 5와 같이 완성된 캐패시터가 쉽게 떨어질 수 있게 기판 표면에 열분해형 이형제를 도포 및 건조시켜 이형제층을 형성하는 단계(S1), X축 이동수단 및 Z축 이동수단을 구비한 마스크와 기판이 함께 조립된 카세트를 준비실에 투입 및 진공하고 기판을 예열하는 단계(S2), 마스크와 기판의 이격거리와 영점을 맞추는 단계(S3), 증착실로 이송하는 단계(S4), 증발수단으로 시료를 증발시켜 한 쌍으로 구성되는 복수의 단자 또는 상기 단자와 유전층(베이스 부재)을 형성하는 단계(S5), 카세트를 대기실로 이송하는단계(S6), 대기실의 진공을 해제하는 단계(S7), 카세트를 대기실로부터 기판을 분리하는 단계(S8)로 된다.

그리고, 단자 증착(도전층 증착시료와 같다.)을 위한 시료는 앞서 기술한 것처럼 7일 내지 30일 사용 분량이 미리 투입되어 있다.

도 13은 도전층(9)(11)과 유전층(10)을 번갈아가면서 적층 형성하는 본 공정을 단계적으로 도시한 것으로, 준비공정에서 단자가 형성된 기판과, X축 이동수단과 Z축 이동수단을 구비한 마스크가 장착된 카세트를 준비실에 투입하는 단계(S11), 진공 및 기판을 예열하는 단계(S12), 제2 마스크를 상승하고 또는 X축 중앙으로 이동하는 단계(S13), 유전체 시료를 증발시켜 유전층을 형성하는 단계(S14), 제2 마스크를 하강하고 +X축으로 이동하는 단계(S15), 도전체 시료를 증발시켜 도전층을 형성하는 단계(S16), 제2마스크를 상승하고 X축 중앙으로 이동하는 단계(S17), 유전체 시료를 증발시켜 유전층을 형성하는 단계(S18), 제2 마스크를 하강시키고 또한 -X축으로 이동하는 단계(S19), 도전체 시료를 증발시켜 도전층을 형성하는 단계(S20), 제2마스크 상승 및 X축 중앙으로 이동하는 단계(S21), 상기 (S14)단계 내지 (S20)단계를 반복하여 원하는 용량의 다층 박막 캐패시터를 완성하는 단계(S22), 카세트를 대기실로 이송시켜 냉각하는 단계(S23), 대기실의 진공을 해제하는 단계(S24), 카세트로부터 기판을 분리하는 단계(S25)로 다층 박막 캐패시터가 제조된다.

그리고, 유전층과 도전층을 증착하기 위한 시료는 앞서 기술한 것처럼 7일 내지 30일 사용 분량이 도전층 및 유전층 증착 시료용기(67)(68)에 미리 투입되어 있다.

상기 카세트(51)에는 카세트를 증착실(42) 내외부로 이동시킬 수 있게 이동 수단이 구비되며, 기판 표면에 형성되는 이형제층(25)은 스핀코터(Spin Coat) 방식으로 고른 두께로 도포 및 건조된다.

실제로 진공증착이 이루어지는 증착실(42)은 10^-5torr ~ 10^-7torr 정도의 진공이 유지되며, 진공과 진공해제에 따른 구성 및 그 작용효과는 일반적인 사항들이므로 그 자세한 설명을 생략하도록 한다.

그리고, 단자와 도전층 및 유전층의 크기와 형상모양이 각각 상이하므로 마스크의 모양새도 달라진다.

도 6은 단자 형성을 위한 제1 마스크(20)의 평면도로, 판상의 마스크(21)에 증발시료가 통과할 수 있도록 한 쌍의 슬릿(22)(23)이 좌우로 형성되며, 슬릿(22)(23)이 형성되는 위치는 도 7과 같이 기판(24)의 이형제층(25) 표면에 형성될 상기 단자(6)(7)와 대응하는 위치이다.

상기 한 쌍의 슬릿(22)(23)은 도 6과 같이 마스크(21) 상에 이웃하도록 무수히 배열시켜 본 공정과 마무리 공정을 거치면서 복수 개의 다층 박막 캐패시터가 한꺼번에 제조되도록 한다.

상기 도 3은 슬릿(22)(23)을 일 실시 예로 배열하여 본 것이며, 단자(6)(7)의 크기와 배열개수 및 이웃하는 단자간의 이격거리는 최적의 상태로 임의 조절할 수 있음은 물론이다.

도 8은 도전층(9)(11) 및 유전층(8)(10) 형성을 위한 제2 마스크(30)의 평면도로, 판상의 마스크(31)에 증발시료가 통과할 수 있도록 슬릿(32)이 형성되며, 슬 릿(32)이 형성되는 위치는 도 9와 같이 단자(6)(7) 사이에 걸쳐 증착될 수 있는 위치이며, 기판(24)과 제2 마스크(30)의 이격거리를 조정함으로써 하나의 제2 마스크(30)로 크기가 상이한 도전층(9)(11)과 유전층(8)(10)을 적층시켜 증착할 수 있으며, 제2 마스크(30)와 기판(24)의 이격거리를 조절할 때 유전층(8)(10)의 평면적이 도전층의 평면적보다 크게 형성함으로써 층간 절연이 자연스럽게 이루어진다.

상기 슬릿(32) 역시 마스크(31) 상에 이웃하도록 무수히 배열시켜 복수 개의 도전층(9)(11) 및 유전층(8)(10)을 한꺼번에 증착할 수 있게되며, 도전층(9)(11) 및 유전층(8)(10)의 크기와 배열개수 및 이웃하는 도전층(9)(11) 및 유전층(8)(10) 간의 이격거리는 최적의 상태가 되도록 임의 조절할 수 있음은 몰론이다.

도 9, 도 10은 상기 제2 마스크(30)에 보강부재(31b)(31c)과 테두리 프레임(31a)을 설치하여 보강함으로써 밑으로의 쳐짐을 방지하고, 그 평면적을 확장할 수 있도록 한 것이다.

상기 보강부재(31b)(31c)는 도 10과 같이 증착에 방해를 주지 않도록 슬릿(32)을 비켜 설치하도록 하며, 마스크(31)의 상부나 하부 또는 상하부로 돌출시켜 구성하도록 한다. 그리고 그 돌출 정도는 제2 마스크(30)의 크기와 기판(24)간의 근접거리를 감안하여 적절히 조절할 수 있으며, 도면으로 도시하지 않았지만, 제1 마스크(20)에도 동일한 구조의 보강부재와 프레임을 설치하여 보강함으로써 처짐을 방지하고 그 평면적을 확장할 수 있다.

본 발명에 의해 제조되는 다층 박막 캐패시터는 제조가 무척 간편하기도 하지만 유전층과 도전층은 진공증착 방식 및 이온 플레이팅 방식에 의해 형성되므로 아주 얇으면서 밀도가 높아 큰 용량이 되며 고주파 특성도 우수하다.

상기 본 공정에서 필요에 따라 제1 유전층(8)을 두껍게 증착함으로써 다층 박막 캐패시터의 강도를 향상시킬 수 있다. 즉, 다층 박막 캐패시터의 전체 두께가 100㎛ 이하인 경우 물리적 강도가 약하므로 제1 유전층(8)의 두께를 다른 유전층(유전층)(10)의 두께보다 두껍게 형성함으로써 충분한 강도가 유지되도록 함이 바람직하며, 증발율이 높고 강도가 큰 절연시료를 증착시켜 제1 유전층을 구성하는 것도 한 방법이다.

도 11은 마스크(20)(30)의 상부면 양측에 10㎛ 전후 두께의 금속편(31d)을 접합시켜 마스크(20)(30)와 기판(24)의 핀트를 잡을 때 마스크(20)(30)와 기판(24)의 접촉을 방지하도록 한 것이다. 즉, 마스크(20)(30)를 상승시킬 때 상기 금속편(31d)에 의해 마스크(20)(30)와 기판(24)의 접촉이 방지되므로 초기 증착할 때 증착된 유전층 또는 도전층이 하강하는 마스크(20)(30)에 달라 붙어 떨어지는 것이 방지된다.

본 발명에서 증착시료를 증발시키는 증발수단으로는 전자빔 증발법, 고주파 스파터링법, 이온빔 스파터링법, 이온 클러스트법, 이온 플레이팅법 등의 다양한 성막법이 있으며 유전층 타켓과 도전층 타켓을 교대로 증발 및 박막 성장시키게된다.

본 발명에서 도전층 박막 및 유전층 박막의 접착력을 향상시키기 위하여 기판 상부에 히터 등에 의한 가열수단이 설치된다.

한편, 증착실로부터 끄집어 낸 기판의 이형제층(25) 표면에는 복수 개의 다 층 박막 캐패시터가 점착되어 있는 상태이며, 마무리 공정을 통하여 분리하게 된다.

즉, 가열로(또는 전기로)에 투입시켜 이형제층(25)이 제거될 수 있게 서서히 가열하고 일정온도에 머물면서 이형제층(25)이 증발되도록 하고, 그리고 증발될 수 있는 온도보다 더 상승시켜 어널링 공정을 수행하면 캐패시터 박막의 응력이 제거되고 기판과 캐패시터가 쉽게 떨어진다.

상기 도전층과 유전층을 교대로 증착하는 단계에서 단자(6)(7)의 바깥 절반정도가 노출되게 제1 유전층(8)을 증착하는 단계를 포함할 수 있다.

즉, 제1 유전층(8)에 의해 한 쌍의 단자가 연결되며, 단자(6)(7)와 제1 유전층(8)에 도전층(9)이 박막 증착되고, 유전층(10)의 표면에 다른 도전층(11)이 진공증착된다.

단자(6)(7) 부분은 보다 넓게 형성함으로써 실장할 때 납땜이 쉽다.

상기 제1 유전층(8)은 절연이 유지되고 진공증착할 수 있는 경질의 세라믹등이 될 수 있으며, 제1 유전층(8)은 반드시 진공증착할 필요는 없다. 이를테면, 프린팅 등의 방법으로 형성할 수도 있다.

본 발명에서 기판(24)과, 상기 기판(24)에 도포된 이형제층(25)은 다층 박막형 캐패시터가 완성될 때 까지 잡아주는 역활을 하게된다. 상기 기판(24)의 재료로는 금속판, 세라믹판, 유리판, 실리콘판 등이 될 수 있으며, 이형제층이 도포되는 그 표면은 대체로 매끄러운 경면 상태이다.

본 발명에서 단자(6)(7) 및 도전층(9)(11)의 시료로는 구리, 금, 은이나 이들의 합금 중 하나가 포함되며, 물론 전기저항이 적고 증발이 쉬우며 열팽창계수가 적은 것이 좋다.

제1 유전층(8) 및 유전층(10)의 시료로는 SiO₂, BATIO₃, AL₂0₃, MGO 등의 세라믹 종류와 PET 등의 유기필름 재료를 적용할 수 있으며, 기판은 금속, 세라믹, 유리, 실리콘 등이 될 수 있다.

도 12는 본 발명 다층 박막 캐패시터의 증착과정을 도시한 일 실시 예의 도면으로, 기판에 도포된 이형제층의 표면에는 마스크(새도 마스크 등)를 이용하여 (a)와 같이 한 쌍의 도전성 단자(6)(7)를 이격시켜 증착 형성하고, 도 12의 (b)와 같이 단자(6)(7) 사이에 제1 유전층(8) 또는 유전층을 증착 형성하되 단자(6)(7)의 절반 정도가 노출되게 증착하고, 단자(6)(7)의 절반정도는 상기 제1 유전층(8) 또는 유전층의 끝부분에 고착되게 증착 형성하도록 한다.

이는 사용자가 납땜하기 쉬워지며 단자가 넓은 범위로 감싸고 있어 열에 대한 파손을 줄일 수 있게된다.

상기 제1 유전층(8) 또는 유전층(10)을 증착할 때 도 14와 같이 마스크(30)를 다소 하강시켜 제1 유전층(8) 또는 유전층(10)의 폭(w1)이 단자(6)(7)의 폭(w2)보다 조금 크게 증착시켜 이후에 증착되는 도전층(9)(11)과의 충분한 절연이 달성되도록 한다.

또한 증착두께가 점차적으로 두꺼워짐에 비례하여 마스크(30)를 Z축으로 이동함으로써 마스크와 증착된 박막의 접촉을 방지하도록 한다.

제1 유전층(8) 또는 유전층의 증착이 끝나면 마스크(30)를 조금 상승시켜 기판(24)과 조금 가까워지도록 하고, 또한 도 15와 같이 마스크(30)를 오른쪽(+X축)으로 약간 이동시켜 도 12의 (c)와 같이 상기 제1 유전층(8) 또는 유전층 표면에 도전층(9)을 증착 형성하도록 한다. 상기 도전층(9)을 증착 형성할 때 마스크(30)를 오른쪽으로 약간 이동시켜 도전층(9)의 오른쪽 끝부분이 오른쪽 단자(7)의 절반정도에 걸쳐 자연스럽게 증착되게 함으로서 도면상 오른쪽 단자(7)와 도전층(9)을 전기적으로 연결하는 별도의 도전 연결공정이 불필요하다.

도전층(9)의 1차 증착이 끝나면 도 14와 같이 마스크(30)를 조금 하강시켜 다시 기판(24)과 조금 멀어지게하고, 또한 마스크(30)를 중앙(X축 0지점)으로 이동시켜 도 12의 (d)와 같이 상기 도전층(9)의 표면에 도전층(9)의 평면적보다 조금 큰 평면적의 유전층(10)을 증착시켜 형성하도록 한다.

유전층(10)의 증착이 끝나면 마스크(30)를 조금 상승시켜 기판(24)과 조금 가까워지도록 하고, 또한 도 16과 같이 마스크(30)를 왼쪽(-X축)으로 약간 이동시켜 도 12의 (d)와 같이 상기 유전층(10) 표면에 도전층(11)을 증착 형성하도록 한다. 상기 도전층(11)을 증착 형성할 때 마스크(30)를 왼쪽으로 약간 이동시켜 도전층(9)의 왼쪽 끝부분이 도면상 왼쪽 단자(6)의 절반정도에 걸쳐 증착되게 함으로서 왼쪽 단자(6)와 도전층(11)이 자연스럽게 연결되므로 종래처럼 별도의 도전 연결공정이 불필요하다.

그리고, 상기 도 12의 (b)(c)(d)(e) 공정을 반복하여 진행함으로써 희망하는 정전용량을 얻을 수 있게되며, 또한 도전층(9)(11)과 유전층(10)의 평면적, 두께 및 유전율을 조절하여 캐패시터의 내압과 정전용량을 조정할 수 있으며, 도 17 내지 도 21은 상기 증착과정을 도시한 일 예의 단면도이다.

본 발명은 마스크를 상하로 이동시켜 도전층과 유전층의 평면적을 조절하고 증착시간을 조절하여 도전층과 유전층의 두께를 조절할 수 있으며, 도전층의 평면적과 유전층의 평면적과 도전층과 유전층의 두께 및 유전층의 유전율을 조절하여 캐패시터의 내압과 정전용량을 조정하도록 한다.

본 발명에서 세라믹은 융점이 고온이므로 성막속도가 늦지만 상기 세라믹보다 융점이 낮은 전극이나 도전층의 경우 성막속도가 빠르다.

본 발명은 같은 내전압에서 같은 사이즈로도 종래 다층 캐패시터에 비하여 매우 간편한 방법으로 정전용량을 수십 배 내지 수백 배 향상시킬 수 있다.

그리고, 박막의 치밀함과 부착력을 증가하기 위하여 증발된 도전층 및 유전층 분자에 전자주사빔이나 이온주사빔 혹은 고주파 플라즈마 발생으로 증발체를 이온화 하여 기판에 바이어스 전압을 인가하여 증발된 분자의 속도를 증가시킴으로써 성막될 때에는 조직이 더욱 치밀해지고 부착력은 향상된다.

본 발명에서 도 4와 같이 제1 마스크(20) 또는 제2 마스크(30)의 하부에 콜리메이트판(76)을 설치하도록 한다. 상기 콜리메이트판(76)은 판재가 격자 형태로 수직 결합된 구조이며, 증발되는 시료가 수직으로 상승되는 분자만 성막 함으로써 기판의 중앙부와 가장자리부의 박막 두께가 균일해지며, 제1 마스크(20) 또는 제2 마스크(30)를 지난 분자의 각도를 수직에 가깝게 함으로써 마스크 셀의 에지(edge) 부분 퍼짐을 줄일 수 있게 된다.

그리고, 전자 주사빔(69)에 의해 증발하는 시료분자는 이온 주사빔(71)에 의해 이온화되고 쉽게 증착되며, 마스크에 고전압을 인가시켜 증발분자를 가속화시킴으로써 도전층(9)(11) 및 유전층(8)(10)이 고밀도로 성막되어 고효율의 박막 캐패시터를 얻을 수 있게된다.

본 발명에서 다층 박막 캐패시터 제조단계를 살펴보면,

1.기판세정, 2.이형제층 도포 및 건조, 3.전극층 증착, 4.마스크 교환, 5.케이스층 세라믹 증착, 6.도전층 증착, 7.유전층 증착, 8.도전층 증착, 9.유전층 증착, 10.도전층 증착, . . . . . , 11.세라믹 케이스 증착, 12.진공로 가열후 박리, 13.어널링, 14.완성단계로 된다.

완성된 후에는 캐패시터를 납땜이 쉽도록 단자(6)(7) 부분에 납 혹은 주석을 도금하고 검사공정을 거치고, 라벨링 및 포장공정을 거쳐 출고된다.

본 발명에서 제1 유전층(8)은 캐패시터의 강도를 보강함으로써 박막 두께가 너무 얇아 물리적으로 파손되는 것이 방지되며, 유전층 세라믹은 분자단위로 증착되므로 두께를 아주 얇게 형성할 수 있어 정전용량을 크게 증가시킬 수 있다.

그리고, 본 발명에서 다층 박막 캐패시터의 평면적은 0.1㎜ ×0.1㎜에서 이보다 훨씬 큰 대형 사이즈 까지 마음대로 조정할 수 있다. 사이즈 변경은 마스크의 슬릿 크기로, 유전층과 도전층의 두께는 박막 증착에 소요되는 시간조절로만으로 간단히 변경할 수 있으며, 또 한꺼번에 대량 생산할 수 있고, 제조장치의 비용은 종합적으로 보면 비교적 저렴하다.

한편, 유전층(8)(10)은 이루 열거할 수 없을 정도의 다양한 재료가 사용되고 있으며, 본 발명에서는 설명의 편의상 세라믹을 사용하는 것으로 그 예를 든다.

상기 세라믹의 경우 융점이 3,000℃ 이상이므로, 3,000℃ 이상의 고온을 순간적으로 발생시킬 수 있는 전자빔 증발법, 고주파 스파터링법, 이온빔 스파터링법, 이온 클러스트법, 이온 플레이팅법 등에 의한 증발수단으로 단자시료, 도전층시료, 유전층시료를 교대로 스캔하는 방식으로 주사하여 순간적인 고열에 의해 도전층 및 유전층 시료가 진공 상태하에서 증발되면서 진공증착되며, 기판(24) 하부에 위치하는 제2 마스크(30)의 슬릿(32) 형상 및 그 크기와 기판(24)과 제2 마스크(30)의 이격거리에 의해 증착면적이 결정된다.

본 발명에서는 증착실(42) 내부에 도전층 증착시료(65)와 유전층 증착시료(66)가 각각 위치하지만 제2 마스크(30) 하나로 그 높낮이를 조정하여 기판(24)과의 이격거리를 조정함으로써 도 17 내지 도 21에서 처럼 도전층(9)(11)과 유전층(10)이 다층구조로 증착된다.

본 발명에서 도전층(9)(11)과 유전층(10)은 그 길이와 폭이 다르다. 즉, 도 9와 같이 유전층(10)의 평면적은 도전층(9)(11)의 평면적보다 조금 큰 면적으로 형성하고, X축 이동수단(77)의 도움을 받아 도전층(9)(11)의 일측 및 타측 끝 부분이 증착에 의해 전기적으로 자연스럽게 연결되어 별도의 전기적 연결공정이나 점퍼공정이 불필요하다.

따라서, 필요로하는 내압을 고려하여 도전층(9)(11)과 유전층(10)의 평면적 과 밀도를 결정하고, 상기 평면적과 밀도를 고려하여 희망하는 정전용량을 얻을 수 있게 증착두께 및 층수를 결정하도록 한다.

본 발명에서 마무리 공정은 캐패시터 제조가 완료된 기판을 약 400℃의 진공로에 넣고 이형제층을 충분히 증발시킨 후 온도를 증가시켜 박막의 응력을 풀어주는 어널링 공정을 포함한다.

또한 평면적이나 두께가 비교적 두꺼운 대형 캐패시터를 제조하는 경우, 1개의 마스크가 아닌 2개 또는 그 이상의 마스크, 이를테면 유전층 형성을 위한 마스크와 도전층 형성을 위한 마스크를 카세트 카트리지에 장착시킨 다음 준비실로 시켜 진공 및 예열한 다음 증착실로 이동시켜 해당하는 마스크를 교환하는 방법으로 유전층과 도전층을 번갈아 증착할 수 있다.

본 발명은 집적도가 크게 향상되고 무게가 크게 경량화되고 용량 및 내압이 유지되거나 증가되며 소형화될수록 노트북, PDA, LCD, 휴대폰과 같은 소형 전자기기에 적용하면 유리하며, 또한 소형화와 대량 생산에 적합하므로 향 후 가격이 하향하면서 환경이나 생태계에 악영향을 미치는 전해질 콘덴서를 대체할 수 있어서 응용분야는 크다고 할 수 있다.

그리고, 무엇보다 준비공정이 끝난 후 본공정(증착공정)이 끝날 때 까지는 진공을 파기하지 않고 적층을 계속할 수 있으므로 증착층의 오염이 줄어들어 품질과 생산성이 향상되므로 가격의 저렴화를 달성할 수 있다.

이상과 같이 설명한 본 발명은 전술한 실시 예에 의해 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위내에서 여러가지 치환, 변형 및 변경이 가능하며, 이는 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어 자명한 것이다.

이상과 같이 본 발명은 집적도가 크게 향상되고 무게가 크게 경량화되고 용량 및 내압이 유지되거나 증가되면서 소형화될수록 노트북, PDA, LCD, 휴대폰과 같은 소형 전자기기에 적용하면 더욱 유리한 효과가 있다.

또한 본 발명에 의해 제조되는 다층 박막 캐패시터는 제조가 무척 간편하기도 하지만 유전층과 도전층은 진공증착 방식 및 이온 플레이팅 방식에 의해 형성되므로 아주 얇으면서 밀도가 높아 큰 용량이 되며 고주파 특성도 우수한 효과가 있다.

또한 본 발명은 향후 필수적으로 요구되는 다층 박막 캐패시터의 고용량화와 소형화가 가능할 뿐만 아니라 다층 박막 캐패시터에 국한되지 않고 다양한 전자부품 제조 및 부품재료에 응용할 수 있는 효과가 있다.

Claims (16)

1. 다층 박막 캐패시터 제조방법에 있어서;

   기판상에 좌우 단자를 형성하고, 상기 좌우 단자상에 유전층과 도전층을 진공증착으로 교대로 적층형성하되, 상기 유전층 적층형성시에는 마스크와 기판간 Z축(상하)방향의 거리를 조절하여 상기 도전층의 폭보다는 상대적으로 넓도록 유전층의 폭이 형성되게 하고, 상기 도전층 적층형성시에는 상기 마스크와 기판의 X축(좌우)방향의 상대적인 거리를 조절하여 인접하는 양 도전층이 상기 좌우단자에 교대로 연결되게 형성함을 특징으로 하는 다층 박막 캐패시터 제조방법.
2. 다층 박막 캐패시터 제조방법에 있어서:

   기판 표면에 열분해형 이형제층을 형성하고 상기 이형제층상에 한 쌍의 단자를 복수 개로 배열 형성하는 준비공정과;

   유전층 증착시료 및 도전층 증착시료를 교대로 증발시키고 마스크를 상하 및 좌우로 이동시켜 상기 한 쌍의 단자상에 유전층과 도전층을 교대로 증착시켜 다층 박막 캐패시터를 완성하는 본 공정과;

   상기 이형제층을 탈이형시켜 완성된 다층 박막 캐패시터를 기판으로부터 분리시키는 마무리 공정으로 이루어지되,

   상기 본 공정에서의 유전층 적층형성시에는 마스크와 기판간 Z축(상하)방향의 거리를 조절하여 상기 도전층의 폭보다는 상대적으로 넓도록 유전층의 폭이 형성되게 하고, 상기 본 공정에서의 도전층 적층형성시에는 상기 마스크와 기판의 X축(좌우)방향의 상대적인 거리를 조절하여 인접하는 양 도전층이 상기 한쌍의 각 단자에 교대로 연결되게 형성함을 특징으로 하는 다층 박막 캐패시터 제조방법.
3. 청구항 2에 있어서; 상기 마스크를 좌우로 이동 가능한 X축 이동수단과 상기 마스크를 상하로 이동가능한 Z축 이동수단을 갖도록 마스크를 구성하여 마스크가 상하좌우 방향으로 이동제어 되도록 함을 특징으로 하는 다층박막 캐패시커 제조방법.
4. 청구항 3에 있어서; 상기 기판과 상기 X축 및 Z축 이동수단을 포함하는 마스크가 설치되는 카세트는 트레이구조로 하여 기판과 마스크의 위치를 증착실 외부에서 정밀하게 조정한 후 진공증착 로드록 시스템으로 작업되게 함을 특징으로 하는 다층 박막 캐패시터 제조방법.
5. 청구항 3에 있어서; 상기 본 공정은,

   이형제층이 도포 건조된 기판과 X축 및 Z축 이동수단을 구비한 마스크와 도전층 증착시료 및 유전층 증착시료를 증착실에 투입하는 단계와;

   상기 증착실을 진공시키는 단계와;

   상기 마스크와 기판간의 이격거리를 마스크를 Z축(상하)방향으로 이동 조정하고 증발수단으로부터 유전층 증착시료를 증발시켜 유전층을 형성하되, 상기 유전층의 폭이 도전층의 폭보다는 상대적으로 넓도록 형성시키는 단계와;

   상기 마스크를 기판에서 X축(좌우)방향으로 좌우 교대로 이동 조정하고 증발수단으로부터 도전층 증착시료를 증발시켜 도전층을 형성하되, 인접하는 양 도전층이 상기 한쌍의 각 단자에 교대로 연결되게 형성시키는 단계와;

   상기 유전층 형성단계와 도전층 형성단계를 반복하여 다층 박막 캐패시터 형성을 완성하는 단계와;

   상기 증착실의 진공을 해제하는 단계와;

   상기 증착실로부터 기판을 끄집어내어 분리하는 단계로 이루어짐을 특징으로 하는 다층 박막 캐패시터 제조방법.
6. 청구항 3에 있어서; 상기 준비공정은,

   기판 표면에 열분해형 이형제를 도포 및 건조시켜 이형제층을 형성하는 단계(S1)와,

   X축 이동수단 및 Z축 이동수단 및 콜리메이트판을 구비한 마스크와 기판이 함께 조립된 카세트와 단자형성에 필요한 도전성 증착시료를 증착실에 투입하는 단계(S2)와,

   상기 마스크와 기판의 핀트를 맞추는 단계(S3)와,

   상기 증착실을 진공시키는 단계(S4)와,

   증발수단으로 시료를 증발시켜 한 쌍으로 구성되는 복수의 단자들을 증착 형성하는 단계(S5)와,

   상기 증착실의 진공을 해제하는 단계(S6)와,

   상기 카세트를 증착실로부터 끄집어내는 배출단계(S7)와,

   상기 카세트로부터 기판을 분리하는 단계(S8)로 이루어짐을 특징으로 하는 다층 박막 캐패시터 제조방법.
7. 청구항 4에 있어서; 상기 카세트가 이동수단에 의해 증착실 내외부로 출입 가능케 제어됨을 특징으로 하는 다층 박막 캐패시터 제조방법.
8. 청구항 2 또는 청구항 3에 있어서 ; 상기 유전층 마스크와 도전층 마스크로 유전층과 도전층의 증착실내에서의 마스크 교환방식으로 다층 박막 캐패시터를 제조하도록 함을 특징으로 하는 다층 박막 캐패시터 제조방법.
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