KR100739424B1 - 비활성 기체 주입을 이용한 노광 장치 및 인쇄회로 기판의 제조 방법 - Google Patents

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Abstract

감광제가 도포된 기판을 고정하는 지지대; 소정의 패턴이 형성된 마스크를 상기 감광제로부터 소정 간격만큼 이격되어 배치하는 마스크 홀더(mask holder); 상기 마스크에 형성된 소정의 패턴을 이용하여 상기 감광제 상에 소정의 광을 조사하는 광원; 및 내부에 상기 지지대, 상기 마스크 홀더 및 상기 광원이 설치되고, 비활성 기체(inert gas)가 소정 압력을 가지도록 주입되는 주입구를 가지는 하우징을 포함하는 노광 장치 및 이를 이용한 인쇄회로기판의 제조 방법에 관한 것이다. 비활성 기체를 주입하여 외부 공기를 차단하고 자외선이 산란되지 않고 평행하게 조사되도록 함으로써 접촉 노광 장치에서 진공 밀착 방식을 벗어나 밀착에 의한 불량을 줄일 수 있다. 또한 솔더 레지스트 노광시 PET 없이 비활성 분위기에서 외부 공기 차단으로 백화현상 제어 및 마스크 수명 연장이 가능하다.
인쇄회로기판, 노광, 회로, 솔더 레지스트, 비활성 기체

Description

비활성 기체 주입을 이용한 노광 장치 및 인쇄회로기판의 제조 방법{Exposure apparatus and method for manufacturing printed circuit board using inert gas injection}
도 1은 종래 기술에 따른 회로 또는 솔더 레지스트 노광 공정에 사용되는 접촉(contact) 노광 장치의 개략적인 구성도.
도 2a 내지 도 2k는 일반적인 인쇄회로기판의 회로패턴 형성방법의 흐름을 나타내는 단면도.
도 3은 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 개선된 접촉식 노광 장치의 개략적인 구성도.
도 4는 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 인쇄회로기판의 제조 방법, 특히 회로 형성 방법의 흐름을 나타낸 도면.
도 5는 본 발명의 바람직한 다른 실시예에 따른 투영 노광 장치의 개략적인 구성도.
도 6은 본 발명의 바람직한 또 다른 실시예에 따른 다이렉트 이미징(Direct Imaging) 장치의 개략적인 구성도.
도 7은 본 발명의 바람직한 다른 실시예에 따른 솔더 레지스트 코팅 방법의 흐름도.
<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>
300, 520, 625 : 하우징
105, 505, 635 : 지지대
110, 500, 600 : 기판
130, 535, 620 : 광원
305, 525, 630 : 주입구
120, 515 : 마스크
610 : 디지털 마이크로미러 장치
본 발명은 노광 장치 및 인쇄회로기판의 제조 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 비활성기체를 주입하여 회로 노광 및 솔더 레지스트 노광을 하는 노광 장치 및 인쇄회로기판을 제조하는 방법에 관한 것이다.
최근 반도체 칩의 고밀도화 및 신호전달속도의 고속화에 대응하기 위한 기술로서, CSP(Chip-Sized Package) 실장 또는 와이어 본딩(wire bonding) 실장을 대신하여 반도체 칩을 인쇄회로기판에 직접 실장하는 기술에 대한 요구가 커지고 있 다. 인쇄회로기판에 반도체 칩을 직접 실장하기 위하여, 반도체의 고밀도화에 대응할 수 있는 고밀도, 고속, 소형 및 고신뢰성의 인쇄회로기판 개발이 필요하다.
고밀도, 고속, 소형 및 고신뢰성의 인쇄회로기판에 대한 요구사양은 반도체 칩의 사양과 밀접하게 연관되어 있으며, 회로의 미세화, 고도의 전기특성, 고속신호전달구조, 고신뢰성, 고기능성 등 많은 과제가 있다. 이러한 요구사양에 대응하여 미세 회로패턴 및 마이크로 비아홀을 형성할 수 있는 인쇄회로기판 기술이 요구되고 있다. 이에 따라, 인쇄회로기판에 형성되는 회로패턴도 점점 고밀도화 및 고집적화 되어가고 있다.
통상적으로, 인쇄회로기판의 회로패턴 형성방법은 서브트랙티브법(subtrative process), 풀애디티브법(full additive process) 및 세미애디티브법(semi-additive process) 등이 있다. 이러한 방법들 중에서 세미애디티브법이 미세회로 구현이 가능한 바 현재 적용되고 있다.
현 기술수준은 25㎛의 두께를 가진 포토 레지스트를 이용하여 line/space가 18~20㎛가 되는 회로를 안정적으로 구현할 수 있다. 하지만 향후 수년 내에는 line/space가 10~15㎛인 미세 회로 능력을 요구할 것으로 예상된다. 또한 회로 능력은 감광성 레지스트의 기술수준과 직결되며 현재 감광성 레지스트 업체들은 미세회로 연구를 하고 있으나 근래 1~2년간 기술적인 진보를 이루지 못했다. 기술적 발전이 이루어지지 않은 이유는 line/space가 15㎛ 이하일 경우 포토 레지스트의 기술적인 수준이 이를 구현하지 못하고 있으며, 또한 PCB 재료 단가 하락으로 연구의지가 약해지고 있는 실정이다. 따라서, 미세회로 해상도(resolution) 강화 방법으 로 공정 개선 및 노광 장치의 자체 개선이 요구되고 있는 시점이다.
현재 고집적회로를 위한 미세 회로나 고밀도 기록을 위한 미세 선폭을 형성하기 위해 주로 노광기술을 이용하고 있다. 이러한 노광기술은 일반적으로 적층된 감광성 레지스트를 포함하는 드라이 필름을 자외선과 같은 광을 조사하고 현상액을 작용시켜 일정패턴을 형성한 후 다시 에천트를 작용시켜 금속층을 에칭함으로써 회로를 형성하는 기술로서, 패턴을 형성하는데 일반적으로 이용된다.
또한, 상술한 노광 기술은 기판에 부품을 장착(실장)할 때 사용되는 납(solder)이 필요한 부분에만 묻을 수 있도록, 불필요한 부분에는 납 부착을 방지하기 위해 사용되는 솔더 레지스트 코팅(solder resist coating)에도 사용된다.
도 1은 종래 기술에 따른 회로 또는 솔더 레지스트 노광 공정에 사용되는 접촉(contact) 노광 장치의 개략적인 구성도이다.
도 1을 참조하면, 접촉 노광 장치(100)의 지지대(105) 상에 기판(110)이 놓여진다. 기판(110)의 표면에 감광제(115)를 도포한다. 그리고 감광제(115)에 소정의 패턴이 인쇄된 마스크(120)를 밀착시킨다. 그리고는 광원(130)으로부터의 자외선(UV : Ultraviolet)을 렌즈(125)를 통해 조사한다.
광원(130)은 산란광 또는 평행광을 사용하고 있으며, 마스크(120)와 드라이 필름(115) 사이의 공기를 차단하기 위하여 진공 장치(미도시)를 이용하여 진공 밀착하여 마스크(120)를 강하게 압착한다.
이로 인해 상대적으로 마스크(120)에 손상이 갈 우려가 있으며, 마스크(120)에 발생한 이물 불량으로 인하여 추후 동일한 마스크(120)를 사용하여 인쇄회 로기판을 대량으로 생산시 다수의 불량품을 양산할 가능성이 있다.
또한, 회로 노광 공정 외에 솔더 레지스터 노광 공정에서는 백화 현상을 방지하기 위해 상술한 바와 같이 진공 장치를 이용하여 진공 밀착하여 외부의 공기를 차단하고 마스크(120)와 기판(110) 상의 드라이 필름(115) 간의 밀착력을 높이고자 한다. 또는 패키지 제품군에 대해서는 PET(Polyester, 폴리에스테르)를 부착하여 외부의 공기를 차단하고 백화 현상을 방지한다.
진공에 의한 밀착으로 인해 부분 불량이 발생할 수 있으며, 고가의 PET를 사용함에 따라 제조 원가가 상승하는 문제점이 있다. 따라서 기존의 빌드업 패키징 기판(build-up packaging substrate)의 공법으로는 인쇄회로기판 제조 방법의 구조적 한계로 인하여 새롭게 대두되는 시장의 욕구를 충족할 수 없다.
따라서, 상술한 문제점들을 해결하기 위해 본 발명은 회로 패턴 생성을 위한 노광시 비활성 기체를 주입하여 외부 공기를 차단하고 자외선 또는 산랑광이 산란되지 않고 평행하게 조사되도록 함으로써 접촉 노광 장치에서 진공 밀착 방식을 벗어날 수 있어 밀착에 의한 이물불량을 극복하고 마스크 훼손에 따른 수명 단축을 줄일 수 있는 비활성 기체를 이용한 노광 장치 및 인쇄회로기판의 제조 방법을 제공한다.
또한, 본 발명은 솔더 레지스트 노광시 고비용의 PET를 사용하지 않음으로 인해 공정 비용 및 제조 원가를 낮출 수 있는 비활성 기체를 이용한 노광 장치 인 쇄회로기판의 제조 방법을 제공한다.
또한, 본 발명은 솔더 레지스트 노광시 접촉 방식의 노광 장치에서 큰 이익을 볼 수 있으며, 마스크 수명을 연장시키고 솔더 레지스트 잉크가 묻어나는 현상을 극복할 수 있는 비활성 기체를 이용한 노광 장치 및 인쇄회로기판의 제조 방법을 제공한다.
또한, 본 발명은 비활성 기체를 주입하여 외부 공기를 차단하여 노광 해상도를 높이고 솔더 레지스트 노광에서의 백화 현상을 방지하여 충분한 노광이 될 수 있도록 하는 비활성 기체를 이용한 노광 장치 인쇄회로기판의 제조 방법을 제공한다.
본 발명의 이외의 목적들은 하기의 설명을 통해 쉽게 이해될 수 있을 것이다.
상기 목적들을 달성하기 위하여, 본 발명의 일 측면에 따르면, 감광제가 도포된 기판을 고정하는 지지대; 소정의 패턴이 형성된 마스크를 상기 감광제로부터 소정 간격만큼 상방향으로 이격하여 배치하는 마스크 홀더(mask holer); 상기 마스크 상에 소정의 광을 조사하는 광원; 및 내부에 상기 지지대, 상기 마스크 홀더 및 상기 광원이 설치되고, 내부를 비활성 기체 분위기로 조성하는 비활성 기체(inert gas)가 주입되는 주입구를 가지는 하우징을 포함하는 인쇄회로기판 노광 장치가 제공될 수 있다.
바람직하게는, 상기 주입구는 상기 마스크 홀더에 연결되고, 상기 마스크 홀더 아래 공간을 비활성 기체 분위기로 조성할 수 있다.
또한, 상기 마스크와 상기 감광제 간의 소정 간격은 1~5000㎛일 수 있다.
상기 목적들을 달성하기 위하여, 본 발명의 다른 측면에 따르면, 감광제가 도포된 기판을 고정하는 지지대; 소정의 광을 조사하는 광원; 상기 소정의 광이 2차원적으로 소정의 패턴을 가지도록 하는 패턴 형성부; 상기 소정의 패턴을 가지는 광을 관통시켜 상기 감광제 상에 투영하는 투영 렌즈 프레임; 및 내부에 상기 지지대, 상기 광원, 상기 패턴 형성부 및 상기 투영 렌즈 프레임이 설치되고, 내부를 비활성 기체 분위기로 조성하는 비활성 기체(inert gas)가 주입되는 주입구를 가지는 하우징을 포함하는 인쇄회로기판 노광 장치가 제공될 수 있다.
바람직하게는, 상기 패턴 형성부는 상기 소정의 패턴이 형성된 마스크를 상기 광원과 상기 투영 렌즈 프레임 사이에 배치시키는 마스크 홀더일 수 있다. 또는 상기 패턴 형성부는 복수개의 마이크로미러를 가지고 있고 각각의 상기 마이크로미러를 개별적으로 제어하여 상기 소정의 광이 상기 소정의 패턴을 가지도록 하는 디지털 마이크로미러 장치(Digital Micromirror Device)일 수 있다.
또한, 상기 주입구는 상기 투영 렌즈 프레임에 연결되고, 상기 투영 렌즈 프레임의 아래 공간을 비활성 기체 분위기로 조성할 수 있다.
그리고 상기 투영 렌즈 프레임은 상기 소정의 패턴이 축소, 확대 또는 동일한 크기로 상기 감광제 상에 투영되도록 할 수 있다.
여기서, 상기 광원이 조사하는 소정의 광은 파장이 150~800㎚일 수 있고, 상기 비활성 기체는 주기율표 0족 원소 가스 또는 질소(N2) 가스일 수 있다. 또한, 상기 감광제는 드라이 필름 또는 솔더 레지스트일 수 있다.
상기 목적들을 달성하기 위하여, 본 발명의 또 다른 측면에 따르면, 비활성 기체가 주입되어 하우징 내에 비활성 기체 분위기가 조성되는 인쇄회로기판 노광 장치에 의한 노광으로 인쇄회로기판을 제조하는 방법에 있어서, (a) 상기 인쇄회로기판 노광 장치 내에 감광제가 도포된 기판을 제공하는 단계; (b) 상기 감광제 상에 상기 마스크를 소정 간격만큼 이격시켜 배치하는 단계; (c) 상기 마스크에 형성된 소정의 패턴을 이용하여 상기 감광제 상에 소정의 광을 조사하는 단계; 및 (d) 상기 감광제를 현상하는 단계를 포함하는 인쇄회로기판의 제조 방법이 제공될 수 있다.
바람직하게는, 상기 인쇄회로기판 노광 장치에서의 비활성 기체 분위기는 상기 마스크를 포함하는 아래 공간에 조성될 수 있다. 여기서, 상기 마스크와 상기 감광제 간의 소정 간격은 1~5000㎛일 수 있다.
상기 목적들을 달성하기 위하여, 본 발명의 또 다른 측면에 따르면, 비활성 기체가 주입되어 하우징 내에 비활성 기체 분위기가 조성되는 인쇄회로기판 노광 장치에 의한 노광으로 인쇄회로기판을 제조하는 방법에 있어서, (a) 상기 인쇄회로기판 노광 장치 내에 감광제가 도포된 기판을 제공하는 단계; (b) 투영 렌즈 프레임에 2차원적으로 소정의 패턴이 형성된 광을 조사하는 단계; (c) 상기 소정의 광을 상기 감광제 상에 투영시키는 단계; 및 (d) 상기 감광제를 현상하는 단계를 포 함하는 인쇄회로기판의 제조 방법이 제공될 수 있다.
바람직하게는, 상기 단계 (b)는, (b-1) 상기 소정의 패턴이 형성된 마스크를 광원과 상기 투영 렌즈 프레임 사이에 배치시키는 단계를 포함하되, 상기 광원으로부터 상기 마스크 상에 광이 조사될 수 있다. 또는 상기 인쇄회로기판 노광 장치는 복수개의 마이크로미러를 가지는 디지털 마이크로미러 장치를 포함하되, 상기 단계 (b)는 각각의 상기 마이크로미러를 개별적으로 제어하여 상기 소정의 광이 상기 소정의 패턴을 가지도록 할 수 있다.
또한, 상기 인쇄회로기판 노광 장치에서의 비활성 기체 분위기는 상기 투영 렌즈 프레임의 아래 공간에 조성될 수 있다. 그리고 상기 투영 렌즈 프레임은 상기 소정의 패턴이 축소, 확대 또는 동일한 크기로 상기 감광제 상에 투영되도록 할 수 있다.
바람직하게는, 상기 감광제는 드라이 필름이고, 상기 기판은 동박층이 형성되어 있으며, (e) 상기 동박층을 에칭하여 소정의 회로 패턴을 형성하는 단계를 더 포함할 수 있다.
또는 상기 감광제는 솔더 레지스트이고, 상기 기판은 회로 패턴이 형성되어 있으며, (e) 상기 솔더 레지스트를 열건조하고 표면처리하는 단계를 더 포함할 수 있다.
바람직하게는, 상기 광원이 조사하는 소정의 광은 파장이 150~800㎚이고, 상기 비활성 기체는 주기율표 0족 원소 가스 또는 질소(N2) 가스일 수 있다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 상세히 설명한다. 또한, 본 발명의 바람직한 실시예들을 상세히 설명하기에 앞서 일반적인 인쇄회로기판의 제조 방법에 대해서 먼저 설명하기로 한다. 여기서는, 다층 기판의 단면 제조 방법을 중심으로 설명하지만, 본 발명은 다층 기판의 단면 제조 방법에 국한되지 않는다. 또한, 여기서 설명하는 인쇄회로기판은 전자부품간 전기적 신호 전달을 하기 위한 기판은 모두 포함한다. 예를 들면, 본 발명에 따른 인쇄회로기판은 리지드(rigid) 기판, 플렉스(flex) 기판, 단면/다면/다층 기판, 반도체 실장 용 기판(BGA, FBGA, TBGA) 등을 포함한다. 본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다. 본 명세서의 설명 과정에서 이용되는 숫자(예를 들어, 제1, 제2 등)는 동일 또는 유사한 개체를 순차적으로 구분하기 위한 식별기호에 불과하다.
도 2a 내지 도 2k는 일반적인 인쇄회로기판의 회로패턴 형성방법의 흐름을 나타내는 단면도로서, 세미애디티브법을 이용하여 인쇄회로기판의 회로패턴 형성방법을 도시한 것이다.
도 2a를 참조하면, 코어층 외부에 내부 회로 패턴을 형성한다. 여기서, 제품 사양에 맞는 내층 원자재를 절단하고, 드라이 필름(dry film) 및 작업용 필름(working film)을 이용하여 미리 설정된 내부 회로 패턴을 형성한다. 여기서, 내부 층을 스크러빙(scrubbing, 정면)하고, 내층 사진 인쇄막을 도포하며, 내층 노광/현상 공정이 수행될 수 있다. 그리고, 회로 패턴이 형성된 내층을 외층과 접착시키기 전에 접착력 강화처리를 하는 공정(Brown(Black) Oxide)을 수행한다. 즉, 화학적인 방법을 사용하여 동박의 표면을 산화 시켜서 표면에 조도를 강화하여 적층에서의 접착이 잘되도록 표면처리를 하는 공정을 수행한다. 이후, 내층 기판(211)의 양면 또는 일면에 절연층(212, 212')를 적층한다.
도 2b를 참조하면, 절연층(212)을 기계적 드릴링 또는 레이저를 이용하여 가공함으로써, 각층간의 회로 연결을 위한 비아홀(a)을 형성한다.
도 2c를 참조하면, 각층간의 전기적 연결을 하고 절연층(212) 표면에 회로패턴을 형성하기 위하여, 절연층(212) 및 비아홀(a) 영역 등에 무전해 동도금층(213)을 형성한다.
도 2d를 참조하면, 무전해 동도금층(213)에 드라이 필름(220)을 도포한다. 드라이 필름(220)은 포토센서티브층(photosensitive layer; 221) 및 마이라층(Mylar layer; 222)을 포함한다.
도 2e를 참조하면, 소정의 패턴이 인쇄된 마스크(mask; 230)를 드라이 필름(220)의 마이라층(222)에 밀착시킨 후, 자외선을 조사한다. 마스크(230)는 워킹 필름(workding film) 또는 유리 마스크(glass mask)일 수 있다.
이때, 마스크(230)의 인쇄되지 않은 부분(231)은 자외선이 투과하여 포토센서티브층(221)에 경화된 부분(221a)을 형성하고, 소정의 패턴이 인쇄된 검은 부분(232)은 자외선이 투과하지 못하여 포토센서티브층(221)에 경화되지 않은 부분 (221b)을 형성한다.
도 2f를 참조하면, 마스크(230)를 마이라층(222)으로부터 분리시킨다.
도 2g를 참조하면, 마이라층(222)을 드라이 필름(220)으로부터 박리하여 제거한다.
도 2h를 참조하면, 현상 공정을 수행함으로써, 포토센서티브층(221)의 경화되지 않은 부분(221b)은 현상액에 의해 제거되고, 포토센서티브층(221)의 경화된 부분(221a)만 남아서 도금 레지스트 패턴을 형성한다.
도 2i를 참조하면, 도금 레지스트 패턴이 형성되지 않은 회로패턴 및 비아홀(a) 영역 등에 전해 동도금층(214)을 형성한다.
도 2j를 참조하면, 포토센서티브층(221)의 경화된 부분(221a)을 박리하여 제거한다.
도 2k를 참조하면, 무전해 동도금층(213) 및 전해 동도금층(214)에 에칭액을 분무시킴으로써, 회로패턴 및 비아홀(a) 영역을 제외한 부분의 무전해 동도금층(213)을 제거한다.
상술한 과정은 회로 패턴을 형성하기 위한 노광을 포함하고 있으며, 솔더 레지스트 코팅을 위한 공정 역시 도 2a 내지 2e까지는 유사하다. 드라이 필름(220) 대신에 솔더 레지스트(solder resist) 잉크를 사용하며, 마스크(230)는 회로 패턴 대신에 솔더 레지스트 코팅을 위한 패턴이 형성되어 있다.
도 2a에서 이미 회로 패턴이 형성된 기판에 대하여 브러쉬 연마와 같이 솔더 레지스트 잉크가 기판과 잘 밀착되도록 동박면에 조도를 형성시키는 등의 전처 리 공정을 수행한다. 그리고 솔더 레지스트를 도포하고, 전 단계에서 적응적으로 설계된 솔더 레지스트 노광 필름을 이용하여 솔더 레지스트 노광 공정을 수행하고, 자외선 건조(UV cure) 및 열 건조(Post cure)를 통해 솔더 레지스트 잉크를 경화시킨다. 그리고 솔더 레지스트 잉크를 제거하는 현상 공정을 수행하며, 표면처리, 전기/최종 검사를 포함하는 다양한 후공정이 수행된다.
도 3은 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 개선된 접촉 방식(Contact Type)의 노광 장치의 개략적인 구성도이다. 도 3을 참조하면, 개선된 접촉 방식의 노광 장치는 지지대(105), 마스크 홀더(mask holder)(310), 광원(130) 및 하우징(300)을 포함한다.
지지대(105)는 노광하고자 하는 기판(110)이 소정 위치에 고정되도록 한다. 일반적으로 노광 공정이 이루어지기 전에 기판(110)은 전처리 공정, 감광제 도포 공정, 소프트 베이크(soft bake) 공정을 거침에 따라 감광제(115)(본 예에서는 드라이 필름)가 미리 도포되어 있다. 여기서, 기판(110)은 동박층이 일면 또는 양면에 형성된 원판 또는 코어층이다.
감광제(115)인 드라이 필름은 커버층(cover layer), 포토센서티브층(photosensitive layer), 마이라층(Mylar layer)으로 이루어진다. 커버층은 드라이 필름이 라미네이션할 때 벗겨지고 포토센서티브층를 보호하는 역할을 하며, 폴리에틸렌(polyethylene)으로 형성된다. 포토센서티브층은 바인더 폴리머(binder polymer)로 형성되고, 소정의 광과 반응하여 고분자화된다. 마이라층은 현상전까지 포토센서티브층을 보호하는 역할을 하며 또한 외부환경과의 차단 즉 산소와의 차단을 막아 줌으로서 산소와의 반응을 억제한다. 또한, 폴리에스테르(Polyester) 재질로 투과율과 정전기 등에서 중요한 특성을 가진다.
또한, 감광제(115)는 솔더 레지스트(SR; Solder Resist)일 수 있다. 이 경우 노광하고자 하는 기판(110)은 상술한 드라이 필름을 이용하여 회로 패턴이 형성된 기판이 된다. 사용자가 원하는 회로 패턴이 형성된 기판(110) 상에 솔더 레지스트를 도포하고 노광 공정을 통해 기판(110) 상에 부품 실장을 위한 솔더(Solder)가 필요한 부분에만 묻을 수 있도록 한다.
마스크 홀더(310)는 기판 상에 패터닝하고자 하는 패턴이 검은 부분으로 형성된 마스크(120)를 지지한다. 마스크(120)는 기판(110) 상에 도포된 감광제(115)로부터 소정 간격만큼 이격되고, 기판(110)과 평행하도록 배치된다. 여기서, 마스크는 미세한 회로 패턴의 형성이 가능한 글래스 마스크(GM; Glass Mask)일 수 있다.
마스크(120)와 감광제(115) 간의 간격은 1~5000㎛인 것이 마스크(120)와 감광제(115) 간의 공간으로 인한 빛의 회절(diffraction)을 막으면서 분해능을 높일 수 있다. 특히 광원(130)에서 조사되는 빛이 산랑광인 경우에 효과가 크다.
광원(130)은 마스크(120)에 대하여 수직으로 빛이 평행하게 조사되도록 한다. 따라서, 광원(130)은 램프, 고효율의 타원형 반사경, 적외선 필터, 개폐기, 거울 등으로 구성되고 마지막에 평행한 빛이 나가도록 시준 렌즈(collimation lens)(125)가 부착될 수 있다.
광원(130)으로부터 조사되는 광은 파장이 대략 150~800㎚인 빛이다. 예를 들어 g-line(436㎚), h-line(405㎚), i-line(365㎚) 파장의 빛을 내는 수은(Hg)-크세논(Xe) 램프를 이용하거나, 248㎚ 파장의 자외선을 내는 크립톤-플루오르 엑시머 레이저(KrF excimer laser), 193㎚ 파장의 자외선을 내는 아르곤-플루오르 엑시머 레이저(ArF excimer laser), 157㎚ 파장의 자외선을 내는 플루오르 레이저(F2 laser)를 이용할 수 있다.
하우징(300)은 내부에 지지대(105), 마스크 홀더(310), 광원(130)이 설치되어 있다. 그리고 본 발명에서 하우징(300) 내부에 비활성 기체(inert gas) 분위기를 조성하기 위해 비활성 기체를 하우징(300)의 외부로부터 내부로 주입할 수 있는 주입구(305)가 구비되어 있다. 또한, 하우징(300)은 비활성 기체 주입으로 인해 내부에 존재하던 공기(특히, 산소)는 퍼지(purge)되게 되고, 이를 외부로 빼주기 위한 배출구(미도시)가 더 구비될 수 있다. 또한, 하우징(300)은 비활성 기체의 주입 및 내부 공기의 배출을 위한 진공 펌프(미도시)가 더 구비될 수 있다.
하우징(300)의 주입구(305)는 마스크 홀더(310)에 연결될 수 있다(305a). 하우징(300) 내부 전체를 비활성 기체 분위기로 조성할 수도 있지만, 실제 고정밀의 평행광이 필요한 부분은 소정 간격만큼 이격되어 있는 마스크(120)와 감광제(115) 사이이다. 따라서, 마스크 홀더(310)에 연결된 주입구(305)를 통해 주입되는 비활성 기체는 마스크(120) 상에 뿌려짐으로써 마스크(120)와 감광제(115) 사이에서 상대적으로 고압력의 비활성 기체 분위기가 조성되도록 한다. 또는 마스크(120)와 감광제(115) 사이에 마스크 프레임을 형성한 뒤 내부 공간에만 비활성 기체를 주입하여 비활성 기체 분위기가 조성되도록 할 수도 있다. 여기서, 비활성 기체는 비중이 높아 아래 방향에서부터 쌓이게 되는 특성을 가지고 있다.
비활성 기체의 주입은 광원(130)에 의한 노광이 이루어지는 시간 동안만 이루어질 수 있다. 하우징(300) 내부 또는 마스크(120)와 감광제(115) 사이를 계속해서 비활성 기체 분위기로 조성하는 것은 비활성 기체의 사용으로 인한 비용 부담을 가져올 수 있으므로, 노광 순간에만 일시적으로 비활성 기체 분위기를 조성할 수 있다.
여기서, 비활성 기체는 보통 , 즉 0족에 속하는 헬륨(He)·네온(Ne)·(Ar)·(Kr)·(Xe)·라돈(Rn)의 6원소를 말하는데, 이 밖에 다른 물질과 비교적 반응하기 어려운 질소(N) 등을 포함할 수 있다. 비활성 기체는 광원으로부터 조사되는 빛이 산란되거나 회절되지 않고 일직선으로 평행하게 진행되도록 하는 역할을 한다. 기존에 하우징(300)의 내부, 특히 마스크(120)와 감광제(115) 사이에 존재하던 공기에 의한 빛의 산란을 방지하여 감광제(115) 상에 패터닝되는 패턴의 해상도가 높아진다.
또한, 비활성 기체는 공기를 퍼지(purge)시키게 되는 바 공기에 의해 발생하는 효과를 막을 수 있는 장점이 있다. 즉, 비활성 기체를 이용하여 공기를 퍼지시키게 됨으로써 종래 기술인 도 1에 도시된 바와 같이 마스크(120)와 감광제(115)를 밀착할 필요가 없으므로, 밀착에 따른 패턴 해상도 저하, 마스크(120)의 손상 및 이물 불량 발생 등을 방지할 수 있다.
도 4는 도 3에 도시된 개선된 접촉 방식의 노광 장치를 이용하여 인쇄회로기판를 제조하는 방법, 특히 회로 형성 방법의 흐름을 나타낸 도면이다.
도 4를 참조하면, 단계 S400에서, 양면 또는 일면에 동박면이 적층된 원판 즉, 코어층이 제공된다.
단계 S405에서, 동박면이 적층된 원판에 드라이 필름(150)을 도포한다. 드라이 필름은 커버층을 벗겨내고 포토센서티브층 및 마이라층을 도포한다.
단계 S410에서, 도 3에 도시된 개선된 접촉식 노광 장치의 하우징(300) 내의 지지대(105)에 드라이 필름(150)이 도포된 원판(110)을 고정시킨다. 그리고 마스크 홀더(310)를 이용하여 사용자가 원하는 패턴이 형성된 마스크(120)를 지지대(105) 상의 원판(110)으로부터 소정 간격만큼 이격시켜 배치한다.
단계 S415에서, 하우징(300) 내부는 비활성 기체가 주입되어 비활성 기체 분위기가 조성된다. 이때 비활성 기체는 하우징(300) 내부 전체에 주입되어 하우징(300) 내부 전체를 비활성 기체 분위기로 조성할 수도 있고, 마스크 홀더(310)에 주입되어 마스크(120)와 드라이 필름(115) 사이에만 비활성 기체 분위기를 조성할 수도 있다.
단계 S420에서, 하우징(300) 내부에 비활성 기체 분위기가 조성된 상태에서 마스크(120)에 소정의 광을 조사한다. 소정의 광은 파장이 150~800㎚인 빛일 수 있다.
단계 S425에서, 노광 공정이 끝난 후에 현상액을 작용시켜 일정패턴을 형성한 후 다시 에천트를 작용시켜 금속층을 에칭함으로써 회로를 형성한다. 세미 애디 티브(Semi Additive) 공법인 경우에는 현상 후 형성된 드라이 필름(150)의 공간 위로 동도금되어 회로가 형성된다.
도 5 내지 도 6은 본 발명의 바람직한 다른 실시예에 따른 비접촉 방식(Noncontact Type)의 노광 장치를 나타낸 도면이다. 비접촉 방식의 노광 장치는 투영 노광 장치 또는 다이렉트 이미징(DI; Direct Imaging) 장치가 있다.
우선 도 5는 투영 노광 장치의 개략적인 구성도이다. 도 5를 참조하면, 투영 노광 장치는 지지대(505), 광원(535), 투영 렌즈 프레임(510), 마스크 홀더(530) 및 하우징(520)을 포함한다.
지지대(505)는 노광하고자 하는 기판(500)이 소정 위치에 고정되도록 한다. 일반적으로 노광 공정이 이루어지기 전에 기판(500)은 전처리 공정, 감광제 도포 공정, 소프트 베이크(soft bake) 공정을 거침에 따라 감광제(드라이 필름 또는 솔더 레지스트 잉크)이 미리 도포되어 있다. 여기서, 감광제가 드라이 필름인 경우에 기판(500)은 동박층이 일면 또는 양면에 형성된 원판 또는 코어층이다. 또는 감광제가 솔더 레지스트인 경우에 기판(500)은 사용자가 원하는 회로 패턴이 형성된 기판으로, 회로패턴은 기판의 일면 또는 양면에 형성될 수 있고, 기판은 단층 또는 다층 기판일 수 있다.
마스크 홀더(530)는 기판(500) 상에 패터닝하고자 하는 패턴이 검은 부분으로 형성된 마스크(515)를 지지한다. 마스크(515)는 투영 렌즈 프레임(510)과 광원(535) 사이에 위치하며, 광원(535)으로부터 조사되는 빔이 관통하여 투영 렌즈 프 레임(510)에 투영빔이 형성되도록 한다.
여기서, 마스크(515)는 글래스 마스크(GM) 또는 필름 마스크(Film Mask)일 수 있다. 필름 마스크의 경우 일반 글래스(Glass) 상에 양면 접착 테이프를 이용하여 소정의 패턴이 형성된 필름을 접착시킴으로써 마스크로서의 기능을 수행한다.
광원(535)은 마스크(515)에 대하여 수직으로 빛이 평행하게 조사되도록 한다.
광원(535)으로부터 조사되는 광은 파장이 대략 150~800㎚인 빛이다. 예를 들어 g-line(436㎚), h-line(405㎚), i-line(365㎚) 파장의 빛을 내는 수은(Hg)-크세논(Xe) 램프를 이용하거나, 248㎚ 파장의 자외선을 내는 크립톤-플루오르 엑시머 레이저(KrF excimer laser), 193㎚ 파장의 자외선을 내는 아르곤-플루오르 엑시머 레이저(ArF excimer laser), 157㎚ 파장의 자외선을 내는 플루오르 레이저(F2 laser)를 이용할 수 있다.
투영 렌즈 프레임(510)은 하나 이상의 렌즈를 포함한다. 마스크(515)를 통과한 투영빔이 투영 렌즈 프레임(510) 내의 하나 이상의 렌즈를 통과하여 기판(500) 상에 도포된 감광제에 투영되도록 한다. 도 5에서는 1:1 사이즈로 마스크(515)의 패턴이 기판(500) 상에 도포된 감광제에 투영되나, 마스크 패턴의 투영은 사이즈가 축소 또는 확대될 수도 있음은 물론이다.
하우징(520)은 내부에 지지대(505), 마스크 홀더(530), 광원(535), 투영 렌즈 프레임(510)이 설치되어 있다.
그리고 본 발명에서 하우징(520) 내부에 비활성 기체(inert gas) 분위기를 조성하기 위해 비활성 기체를 하우징(520)의 외부로부터 내부로 주입할 수 있는 주입구(525)가 구비되어 있다. 또한, 하우징(520)은 비활성 기체 주입으로 인해 내부에 존재하던 공기(특히, 산소)는 퍼지(purge)되게 되고, 이를 외부로 빼주기 위한 배출구(미도시)가 더 구비될 수 있다. 또한, 하우징(520)은 비활성 기체의 주입 및 내부 공기의 배출을 위한 진공 펌프(미도시)가 더 구비될 수 있다.
또한, 하우징(520)의 주입구(525)는 주입구 연장부(525a)에 의해투영 렌즈 프레임(510)에 연결될 수 있다. 하우징(520) 내부 전체를 비활성 기체 분위기로 조성할 수도 있지만, 실제 고정밀의 평행광이 필요한 부분은 투영빔이 통과하여 기판(500)에 도달하게 되는 공간(A)이다. 따라서, 투영 렌즈 프레임(510)에 연결된 주입구 연장부(525a)을 통해 외부로부터 주입된 비활성 기체는 아래 방향으로 뿌려지면서 투영 렌즈 프레임(510)의 아래 공간을 비활성 기체 분위기로 조성하게 된다. 여기서, 비활성 기체는 비중이 높아 아래 방향에서부터 쌓이게 되는 특성을 가지고 있다.
또한, 하우징(520)의 주입구(525)는 다른 주입구 연장부(525b)에 의해 기판(500)의 바로 윗부분에서 뿌려지도록 할 수 있다.
감광제가 솔더 레지스트 잉크인 경우에, 솔더 레지스트 잉크는 공기와 접촉하면 백화 현상을 일으킨다. 이로 인한 제품 불량이 많이 발생하는 바 기존에는 솔더 레지스트를 이용할 경우 PET를 이용하여 공기와 솔더 레지스트 잉크와의 접촉을 방지해야 했다. 하지만, 상술한 비활성 기체를 이용하여 기판 상에 비활성 기체 분 위기가 조성되도록 함으로써 솔더 레지스트 잉크와 공기와의 접촉이 차단됨으로 인해 고비용의 PET 없이도 백화 현상의 발생 방지가 가능하다.
여기서, 비활성 기체는 보통 , 즉 0족에 속하는 헬륨(He)·네온(Ne)·(Ar)·(Kr)·(Xe)·라돈(Rn)의 6원소를 말하는데, 이 밖에 다른 물질과 비교적 반응하기 어려운 질소(N) 등을 포함할 수 있다. 비활성 기체는 광원으로부터 조사되는 빛이 산란되거나 회절되지 않고 일직선으로 평행하게 진행되도록 하는 역할을 한다. 또한, 비활성 기체는 감광제와 공기와의 접촉을 차단하는 역할을 한다.
또한, 비활성 기체 분위기는 노광이 이루어지는 시간 동안만 조성되면 된다.
투영 노광 장치는 스텝 기능으로 노광이 가능하며, 정렬(alignment) 정도가 우수하고 균일하게 미세한 패턴을 형성할 수 있다. 인쇄회로기판(PCB)의 미세회로, COF(Chip On Flexible Printed Circuit), 릴투릴(R2R) 등에 응용된다.
비활성 기체가 주입되어 하우징 내에서 비활성 기체 분위기가 조성되는 투영 노광 장치에 의한 노광으로 인쇄회로기판을 제조하는 방법은 다음과 같다.
제1 단계에서, 투영 노광 장치 내에 감광제가 도포된 기판을 제공한다. 제2 단계에서, 투영 렌즈 프레임 상에 소정의 패턴이 형성된 마스크를 배치한다. 제3 단계에서, 광원을 이용하여 마스크에 소정의 광을 조사하여 투영 렌즈 프레임을 통해 상기 감광제 상에 투영시킨다. 제4 단계에서, 감광제를 현상하여 회로 패턴을 형성한다.
도 6은 다른 비접촉 방식의 노광 장치인 다이렉트 이미징(Direct Imaging) 장치를 나타낸다. 도 6을 참조하면, 다이렉트 이미징 장치는 지지대(635), 광원(620), 투영 렌즈 프레임(605), 디지털 마이크로미러 장치(610) 및 하우징(625)을 포함한다.
도 5에 도시된 투영 노광 장치와 유사하나, 소정의 패턴이 형성된 마스크가 없다는 점에서 차이가 있다. 마스크 대신에 디지털 마이크로미러 장치(Digital Micromirror Device; 610)가 있다.
디지털 마이크로미러 장치(610)는 복수개의(예를 들어, 수십만개의) 마이크로미러(즉, 알루미늄 박판 거울)를 포함하는 반사형 표시장치이다. 각 마이크로미러는 개별적으로 제어가 가능하다. 대형 마스크가 필요없으며, 다기종 대응에 대한 유연성이 좋다. 마스크 유지 보수 비용이 없고 대면적 노광 공법에 사용되고 패턴의 노광 품질이 우수한 장점이 있다. 격벽, 전극 패턴, 인쇄회로기판 등에 응용된다.
디지털 마이크로미러 장치(610)의 각 마이크로미러를 개별적으로 제어하여 사용자가 원하는 패턴이 지지대(635) 상에 고정된 기판(600) 상의 감광제에 패터닝되도록 한다.
광원(620)은 레이저 다이오드(laser diode)일 수 있으며, 조명 광학계(615)를 거쳐 디지털 마이크로미러 장치(610)에 빔을 조사한다. 디지털 마이크로미러 장치(610)에서 빔은 소정의 패턴을 가지도록 패턴화되며, 투영 렌즈 프레임(605)에 투영되어 투영빔이 형성되고 기판(600) 상의 감광제에 이 투영빔이 조사된다.
비활성 기체 분위기를 조성하는 방법은 도 5에 도시된 투영 노광 장치와 유사하다. 하우징(625) 내부 전체를 비활성 기체 분위기로 조성하거나 투영 렌즈 프레임(605) 이하 부분만을 비활성 기체 분위기로 조성하거나 혹은 기판(600) 상의 감광제가 공기와의 접촉이 차단될 정도의 높이에서부터만 아래 부분으로 비활성 기체 분위기가 조성될 수 있다. 또한, 비활성 기체 분위기는 노광이 이루어지는 시간 동안만 조성되면 된다.
정해진 광량이 쪼여진 투영빔에 의해 감광제는 단량체(Monomer)가 중합체(Polymer)로 되는 반응이 되어 패턴 이미지를 형성하게 된다.
비활성 기체가 주입되어 하우징 내에서 비활성 기체 분위기가 조성되는 다이렉트 이미징 장치에 의한 노광으로 회로를 형성하는 방법은 다음과 같다.
제1 단계에서, 다이렉트 이미징 장치 내에 감광제가 도포된 기판을 제공한다.제2 단계에서, 투영 렌즈 프레임 상에 복수개의 마이크로미러를 개별적으로 제어하여 소정의 패턴을 형성하는 디지털 마이크로미러 장치에 소정의 광을 조사한다. 제3 단계에서, 디지털 마이크로미러 장치에 조사된 광은 마이크로미러에 의해 생성되는 패턴을 투영 렌즈 프레임을 통해 감광제 상에 투영시킨다. 제4 단계에서, 감광제를 현상하여 회로 패턴을 형성한다.
이상에서는 인쇄회로기판에 있어서 내층 회로 또는 외층 회로를 형성하는 방법 및 노광에 사용되는 노광 장치들을 설명하였다.
이하에서는 도 3, 도 5 및 도 6에 도시된 각 노광 장치들을 인쇄회로기판의 제조 공정 중 솔더 레지스터 코팅 공정시 노광에 사용하는 방법에 대해 설명한다.
도 7은 본 발명의 바람직한 다른 실시예에 따른 솔더 레지스트 코팅 방법의 흐름도이다.
도 7을 참조하면, 단계 S700에서, 회로패턴이 형성된 기판이 제공된다. 회로패턴은 기판의 일면 또는 양면에 형성될 수 있고, 단층 또는 다층 기판일 수 있다.
여기서, 솔더 레지스터 잉크를 도포하기 전에 기판에 묻은 이물질 및 구리(Cu)의 산화 피막과 유지 성분을 제거하고 솔더 레지스트 잉크와의 접착력을 증가시키기 위하여 전처리를 실시할 수 있다.
단계 S705에서, 전처리 공정을 거친 기판을 완전히 솔더 레지스트 잉크를 도포하여 덮는다. 도포 방법에는 스크린 코팅 방법, 롤 코팅 방법, 커튼 코팅 방법, 스프레이 코팅 방법 등이 가능하다.
솔더 레지스트 잉크 도포 직후에는 솔더 레지스트 잉크는 습윤(wet) 상태이므로, 이물질에 취약하므로 예비 건조 과정을 거친다. 예비 건조 공정을 통해 코팅된 직후의 평탄한 표면 상태를 보존하고 후공정인 노광 공정에서의 노광 작업을 용이하게 한다.
단계 S710에서, 패턴 이미지가 형성되어 있는 마스크를 소정 위치에 배치한다. 도 3에 도시된 접촉식 노광 장치의 경우에는 기판(110)에서 소정 간격(바람직하게는, 1~5㎛ 정도) 이격되도록 배치하고, 도 5에 도시된 투영 노광 장치의 경우에는 광원(535)과 투영 렌즈 프레임(510) 사이에 마스크를 배치한다. 그리고 도 6에 도시된 다이렉트 이미징 장치의 경우에는 마스크 대신에 소정의 패턴을 형성하 는 장치인 디지털 마이크로미러 장치(610)를 배치하여 패턴을 형성한다.
단계 S715에서, 노광 장치를 구성하는 하우징(300, 520, 625) 내에 비활성 기체를 주입하여 비활성 기체 분위기를 조성한다. 하우징(300, 520, 625) 전체를 비활성 기체 분위기 조성한다. 또는 도 3에 도시된 접촉식 노광 장치의 경우에는 비활성 기체의 주입구(305)가 마스크 홀더(310)에 연결되어 마스크(120)와 솔더 레지스트 잉크 사이를 포함하는 아래 공간을 비활성 기체 분위기 조성하고, 도 5에 도시된 투영 노광 장치 및 도 6에 도시된 다이렉트 이미징 장치의 경우에는 비활성 기체의 주입구(525, 630)가 투영 렌즈 프레임(510, 605)에 연결되어 투영 렌즈 프레임(510, 605) 이하 공간을 비활성 기체 분위기 조성한다.
솔더 레지스트 잉크 노광시 공기로 인한 백화 현상을 막기 위해 접촉식 노광 장치를 이용하는 경우에 진공 밀착을 하거나 비접촉식 노광 장치인 투영 노광 장치 또는 다이렉트 이미징 장치를 이용하는 경우에는 PET를 반드시 사용해야 했다. 하지만, 본 발명에 따르면 비활성 기체 분위기 조성으로 인해 솔더 레지스트 잉크에 직접적인 공기의 접촉을 차단할 수 있게 됨으로써 백화 현상의 방지가 가능하고 고비용의 PET를 사용하지 않아도 되는 이점이 있다.
단계 S720에서, 소정의 광 즉, 파장이 150~800㎚인 자외선을 조사하여 마스크에 형성된 패턴에 따라 감광제가 고분자 반응을 하여 중합체를 형성하고 경화되도록 한다.
단계 S725에서, 전단계에서 자외선에 노출되지 않은 솔더 레지스트 잉크 부 분을 현상액(예를 들어, Na2CO3 + H2O)을 이용하여 제거한다.
단계 S730에서, 노광 공정에서 자외선을 이용하여 미반응된 광개시제 및 단량체를 중합체로 반응시키고, 최종 열 건조를 하여 완전 경화를 시킨다.
단계 S735에서, 솔더가 부착될 수 있도록 표면처리를 한다.
상술한 바와 같이, 본 발명에 따른 노광 장치 및 인쇄회로기판의 제조 방법은 회로 패턴 생성을 위한 노광시 비활성 기체를 주입하여 외부 공기를 차단하고 자외선이 산란되지 않고 평행하게 조사되도록 함으로써 접촉 노광 장치에서 진공 밀착 방식을 벗어나 밀착에 의한 이물불량을 극복하고 마스크 훼손에 따른 수명 단축을 줄일 수 있다. 이는 산란광에서 더욱 효과를 볼 수 있다.
또한, 솔더 레지스트 노광시 고비용의 PET를 사용하지 않음으로 인해 공정 비용 및 제조 원가를 낮출 수 있다.
또한, 솔더 레지스트 노광시 접촉 방식의 노광 장치에서 큰 이익을 볼 수 있으며 마스크 수명을 연장시키고 솔더 레지스트 잉크가 뭍어나는 현상을 극복할 수 있다.
또한, 비활성 기체를 주입하여 외부 공기를 차단하여 노광 해상도를 높이고 솔더 레지스트 노광에서의 백화 현상을 방지하여 충분한 노광이 될 수 있도록 한다.
상기에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 하기의 특허 청구의 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.

Claims (23)

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  3. 감광제가 도포된 기판을 고정하는 지지대;
    소정의 패턴이 형성된 마스크를 상기 감광제로부터 소정 간격만큼 상방향으로 이격하여 배치하는 마스크 홀더(mask holer);
    상기 마스크 상에 소정의 광을 조사하는 광원; 및
    내부에 상기 지지대, 상기 마스크 홀더 및 상기 광원이 설치되고, 내부를 비활성 기체 분위기로 조성하는 비활성 기체(inert gas)가 주입되는 주입구를 가지는 하우징을 포함하되,
    상기 마스크와 상기 감광제 간의 소정 간격은 1~5000㎛인 것을 특징으로 하는 인쇄회로기판 노광 장치.
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  14. 비활성 기체가 주입되어 하우징 내에 비활성 기체 분위기가 조성되는 인쇄회로기판 노광 장치에 의한 노광으로 인쇄회로기판을 제조하는 방법에 있어서,
    (a) 상기 인쇄회로기판 노광 장치 내에 감광제가 도포된 기판을 제공하는 단계;
    (b) 상기 감광제 상에 상기 마스크를 소정 간격만큼 이격시켜 배치하는 단계;
    (c) 상기 마스크에 형성된 소정의 패턴을 이용하여 상기 감광제 상에 소정의 광을 조사하는 단계; 및
    (d) 상기 감광제를 현상하는 단계를 포함하되,
    상기 마스크와 상기 감광제 간의 소정 간격은 1~5000㎛인 것을 특징으로 하는 인쇄회로기판의 제조 방법.
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