KR100784753B1 - 3차원 포토리소그래피를 이용한 접속체 제조방법 - Google Patents

3차원 포토리소그래피를 이용한 접속체 제조방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 3차원 포토리소그래피를 이용한 접속체 제조방법에 관한 것이다.
본 발명의 제 1 실시예에 의하면, 요홈면을 형성한 제 1 기판에 유리 몰딩재를 주입하여 몰드를 형성하고, 몰드의 돌출면에 크롬막을 형성한 후 패턴화하여, 3차원 마스크를 형성하는 과정과, 위 돌출면에 대응한 요홈면을 갖는 제 2 기판에 희생기층을 증착하고, 희생기층 위에 포토레지스트(PR)를 도포한 후, 3차원 마스크의 돌출면이 제 2 기판의 요홈면에 대향·밀착되도록 정렬하는 과정과, 노광 및 현상을 통해 상기 PR을 패턴화하고, 형성된 패턴 영역에 전해 도금하여 접속체를 형성한 후, PR 제거 및 희생기층을 식각하여 형성된 접속체를 분리하는 과정으로 이루어진다.
본 발명에 의하면, 2차원 마스크에 의한 분해능 저하 문제없이 자유도가 높은 단차부를 갖는 접속체를 제조할 수 있다.
3차원 마스크, 포토리소그래피, 접속체

Description

3차원 포토리소그래피를 이용한 접속체 제조방법{MANUFACTURING METHOD FOR ELECTRONIC STRUCTURE USING 3D PHOTOLITHOGRAPHY}
도 1 내지 도 4는 종래 접속체의 구조를 보인 예시도,
도 5는 종래 접속체의 제조 방법에 대한 예시도,
도 6은 종래 2차원 마스크의 거리에 따른 분해능 문제를 보인 예시도,
도 7은 본 발명의 제 1 실시예에 따른 순서도,
도 8a 및 도 8b는 제 1 실시예에 대한 상태 예시도,
도 9는 본 발명의 3차원 마스크에 대한 예시도,
도 10은 본 발명의 제 2 실시예에 따른 순서도,
도 11은 본 발명의 제 3 실시예에 따른 순서도,
도 12a 및 도 12b는 본 발명에 의한 다양한 접속체를 보인 예시도.
본 발명은 유리 또는 플라스틱 재질의 3차원 마스크를 이용한 포토리소그래피를 통해 접속체를 제조하는 방법에 관한 것이다.
본 명세서에서 개시하는 접속체는 다양하게 이해될 수 있다. 따라서 아래의 몇 가지 예를 통해 '접속체'에 대한 구조적 외연을 살피기로 한다.
먼저, 상기 접속체는 집적회로(IC)에서 또는 이에 상응하는 전자장치에서 층상 접속을 위한 수단으로 이해될 수 있다. 첨부도면 도 1을 살피면, PCB 상에 마련된 지지부재(10)와, 이 지지부재(10)의 어느 일면을 향해 PCB로부터 연장되어, 상기 지지부재의 경사진 면(측벽)을 따라 절두부(12)에 안착되는 접속체(20a)가 도시되어 있다. 이러한 접속체(20a)는 상부단자(22a), 하부단자(24a) 그리고 이들 단자 사이를 연결하는 단차부(26a)로 구분할 수 있다(도 1의 [A] 참조). 상부단자(22a)는 별도의 전자 부품과 접촉을 이루며, 하부단자(24a)는 PCB의 패드 또는 랜드에 접합될 수 있다. 여기서 상기 단차부(26a)는 언급한 바와 같이 상·하부단자(22a, 24a)를 연결하는 아이리스(iris) 기능을 하며, 경사진 단차를 갖는 구조적 특징이 있다(도면에 도시된 'xyz'좌표계에 의해 y-z평면상의 단차로 이해될 수 있음).
도 1의 변형 예로서 도 2와 같이 계단형의 접속체(20b)를 고려할 수 있다. 즉, 도 2의 접속체(20b)는 상부단자(22b), 하부단자(24b) 및 단차부(26b)로 이루어져 있다. '계단형'이란 단차부(24b)가 도 1과 같이 단일의 단차가 아닌, 하나 이상의 단차를 갖는다는 의미이다.
도 1, 2에서 보인 접속체(20a, 20b)의 상·하부단자는 동일한 x좌표를 갖고 각각 z축의 변위를 갖는 것으로, 이들을 연결하는 단차부 역시 동일한 x좌표를 갖는다. 그러나 경우에 따라서 상·하부단자 각각의 x, y좌표가 다를 수 있다. 이러한 경우, 접속체는 도 3과 같을 것이다. 도 3의 [A]는 단차부(26c)가 직선형인 것 을 보이고, 이와 달리 [B]는 곡선 구간을 갖는 자유형의 단차부(26c)를 보이고 있다.
상기한 접속체는 어느 두 지점을 전기적으로 연결하기 위한 트레이스(trace)로도 규정될 수 있으며, 앞서 예시한바 외에도 매우 다양한 형상을 가질 수 있다. 그러나 적어도 하나 이상의 경사진 단차부를 갖는다는 점은 공통된 구조적 특징이라 할 수 있다. 예컨대, 첨부도면 도 4와 같은 접속체(20d)는 소정 길이로 연장되는 형태의 상부단자(22d)를 갖는다. 도 4의 접속체는 위에서 예로든 도 1 내지 도 3의 접속체와 상이한 형상을 가지고 있으나, 경사진 단차부(26d)를 갖는다는 점에서 유사하다.
이러한, 접속체는 앞서 언급한 초소형 전자 장치에 이용되는바, 그 크기가 매우 미소하다. 따라서 기계적인 가공에 의해서는 제조하기가 용이치 않으므로 반도체 공정을 이용하는 것이 바람직하다.
도 1에 예시한 접속체를 제조하기 위한 공정을 개략적으로 살펴보면 다음과 같다(도 5참조). 먼저, 3차원 기판에 희생기층(통상 Ti 또는 Cu)을 증착하고[A][B], 포토레지스트(photoresist, PR)를 도포한다[C]. 그리고 개구를 형성한 2차원 마스크를 통해, PR을 패턴화 한다[D][E]. 이후, 요홈 형상으로 생성된 패턴에 전해도금하고, PR제거 및 희생기층 식각을 통해 도 1과 같은 접속체(20a)를 분리해낸다[F].
그러나 도 6에 나타낸 바와 같이, 2차원 마스크와 PR의 구간 A, B, C와의 거리가 상이하기 때문에 도 5에서 보인바와 같은 형상의 접속체를 얻기 어렵다. 상기 2차원 마스크는 구간 A를 기준으로 거리 정렬(dA)이 되는데, 이에 비해 구간 B의 거리(dB)와 구간 C의 거리(dC)가 상대적으로 길어지므로, 구간 B-C에서의 분해능이 떨어진다. 달리 말하면, 요홈의 측벽과 저면에 도포된 PR에 대해 정확한 노광(exposure)이 되지 않는다는 것을 의미한다. 참고로 마스크와 PR 사이에 광학계가 이용될 수 있으며, 광학계가 이용되는 경우 상기 구간 B-C에서의 분해능이 더욱 악화될 것은 더할 나위 없다.
본 발명은 전술한 문제점들을 해결하기 위해 창안된 것으로서, 본 발명의 주된 목적은 종래의 2차원 마스크가 아닌 3차원 마스크를 통해 정확하고 자유도가 높은 형상에 대한 PR 패턴화가 가능하고, 따라서 일부 구간에 하나 이상의 경사진 단차부를 갖는 접속체를 제조할 수 있는 방법을 제공함에 있다.
본 발명의 특징 및 이점들은 첨부도면에 의거한 다음의 상세한 설명으로 더욱 명백해질 것이다. 이에 앞서 본 발명에 관련된 공지 기능 및 그 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는, 그 구체적인 설명을 생략하였음에 유의해야 할 것이다.
[ 제 1 실시예 ]
도 7은 본 발명이 개시하고자 하는 3차원 포토리소그래피를 이용한 접속체 제조방법에 대한 순서도로서, 크게 패턴을 갖는 3차원 마스크 형성 과정(S110: S111~S113) 및 이 마스크를 이용한 접속체 형성 과정(S120: S121~S127)으로 대분된다. 이하, S110 과정 및 S120 과정에 대해 살펴본다. 도 8a와 도 8b는 각각 S110 과정과 S120 과정에 대해 예시하고 있다.
먼저, 요홈면을 형성한 제 1 기판(substrate)에 투명 재질의 유리 몰딩재를 주입하여 몰드를 형성한다(S111). '요홈면'이란 도 8a와 같이 경사진 측벽을 갖는 요(凹)홈부가 형성된 면을 의미하며, 요홈부 측벽의 각도에 의해 접속체를 구성하는 단차부의 경사각이 정해진다. 유리 몰딩재는 소다라임(soda lime) 유리, 석영(quartz) 유리 또는 파이렉스(pyrex) 유리 중 어느 하나가 이용될 수 있다. 한편, 상기 제 1 기판은 실리콘 웨이퍼(silicon wafer)와, 세라믹(ceramic) 또는 유리판 중 어느 하나로 설정될 수 있다. 실리콘 웨이퍼인 경우에 이방성 식각에 의해 요홈면이 마련되며, 세라믹 또는 유리판인 경우 기계가공에 의해 마련된다.
다음으로 상기 몰드의 돌출면에 크롬(Cr)을 증착하여 막(이하, '크롬막')을 형성한다(S112). 여기서, '돌출면'이란 S111 단계의 요홈부에 대응하는 형상의 돌출부가 형성된 면을 의미한다.
S112 단계 이후, 상기 몰드의 크롬막을 E-Beam 또는 3차원 레이저 장치를 통해 패턴(pattern)화 한다(S113). 본 단계에서 형성된 패턴(도 8a 참조)은 접속체의 형상을 규정하게 되는데, 첨부도면 도 9에 예시한 바와 같이 다양하게 패턴화될 수 있다. 물론 본 발명이 도 9에 예시한 패턴 형상에만 제한되지 않으며, 이에 관해서 는 아래에서 보다 구체적으로 부연될 것이다.
이어서, 도 8b와 같이 3차원 마스크의 돌출면에 대응하는 요홈면을 갖는 제 2 기판을 준비한다(S121). 제 2 기판은 제 1 기판과 마찬가지로 실리콘 웨이퍼와, 세라믹 또는 유리판 중 어느 하나가 될 수 있다.
제 2 기판의 요홈면에 희생기층을 증착한다(S122). 희생기층은 접속체가 형성된 후, 제 2 기판으로부터 분리(식각에 의한 분리)를 용이케 하기 위함이다. 본 실시예에서 희생기층은 100~500Å 두께로 티타늄(Ti) 또는 크롬(Cr)이 증착된 후, 그 위에 1,000~20,000Å 두께의 구리(Cu)가 증착되어 형성되는 것으로 설정하겠으나, 본 발명이 이에 한정되지 않는다.
증착된 희생기층 상부에 소정 두께의 포토레지스트(photoresist, PR)를 도포하고(S123), 앞서 마련한 3차원 마스크의 돌출면이 제 2 기판의 요홈면에 대향·밀착되도록 정렬한다(S124). 도 8b에서 보인바와 같이, 본 발명에 의한 3차원 마스크가 제 2 기판에 밀착되므로, 종래 2차원 마스크에서 드러난 거리에 따른 분해능 저하 문제가 발생하지 않는다.
상술한 제 S124 단계에 뒤미처, 노광·현상을 통해 제 2 기판의 PR을 패턴화하고(S175), 패턴 영역에 금속으로 전해 도금하여 패턴에 따른 접속체를 형성한다(S126). 이렇게 형성된 접속체는 상기 희생기층을 식각함으로써 분리된다(S127).
본 실시예에서 앞서 언급한 바와 같이, 제 1 기판이 실리콘 웨이퍼(silicon wafer)일 경우, S121의 제 2 기판은 S111의 제 1 기판이 될 수도 있다. 즉, 제 2 기판과 제 1 기판은 서로 동일한 것으로 이해될 수 있다.
지금까지 본 발명의 제 1 실시예에 대해 살펴보았으며, 이하에서는 제 2 실시예 및 제 3 실시예를 설명한다. 이에 앞서 제 2, 3 실시예는 상기한 제 1 실시예와 전반적으로 동일하나 일부 단계만 상이하다. 따라서 상이한 단계를 중점으로 살피기로 한다.
[ 제 2 실시예 ]
도 10은 제 2 실시예에 따른 순서도이다. 먼저, 3차원 마스크 형성 과정(S110)에서 제 1 실시예의 S111 단계와 달리 요홈면을 형성한 금형에 플라스틱 몰딩재를 주입하여 몰드가 형성된다(S111a). '플라스틱 몰딩재'로는, 폴리카보네이트(polycarbonate), 아크릴(acrylic resin), ABS(acrylonitrile butadiene styrene resin), PVC(polyvinyl chloride), PET(polyethylene terephthalate) 또는 폴리스틸렌(polystylene) 중 어느 하나를 이용할 수 있다.
[ 제 3 실시예 ]
제 3 실시예에 따른 순서도를 보인 도 11을 참조하면, 돌출면을 갖도록 유리 재질을 기계 가공하는 S111b 단계와, 가공된 돌출면에 크롬막을 형성하는 S112b 단계가 전술한 제 1 실시예와 상이하다(몰드가 이용되지 않음).
이상에서 기술한 제 1 내지 제 3 실시예에서 제조되는 접속체는 구조적 특징으로서, 일부 구간에서 하나 이상의 경사진 단차부를 포함한다. 앞에서도 언급한 바와 같이 단차부는 단일의 단차가 될 수 있으며, 혹은 복수의 단차가 될 수도 있다. 또한, 단차부는 매우 자유로운 형상, 다시 말해 자유도가 높은 형상으로 제조될 수 있다. 자유도에 대한 일부 예는 첨부도면 도 12a 및 도 12b에 개시되어 있 다.
상기와 같은 본 발명에 따르면, 종래 2차원 마스크에 의한 분해능 저하 문제없이, 자유도가 높은 단차부를 갖도록 접속체를 제조할 수 있다.
보다 구체적으로는, 일반 평면마스크(2차원 마스크)로 3차원 기판에 적용할 경우 10㎛의 패턴조차 구현이 어려운 반면에, 본 발명이 개시한 바를 적용할 경우 대략 1㎛의 패턴까지도 능히 구현할 수 있다.
이상으로 본 발명의 기술적 사상을 예시하기 위한 바람직한 실시예와 관련하여 설명하고 도시하였지만, 본 발명은 이와 같이 도시되고 설명된 그대로의 구성 및 작용에만 국한되는 것이 아니며, 기술적 사상의 범주를 일탈함이 없이 본 발명에 대해 다수의 변경 및 수정이 가능함을 당업자들은 잘 이해할 수 있을 것이다. 따라서 그러한 모든 적절한 변경 및 수정과 균등물들도 본 발명의 범위에 속하는 것으로 간주되어야 할 것이다.

Claims (9)

  1. 일부 구간에 적어도 하나 이상의 경사진 단차부를 갖는 접속체를 제조하기 위한 방법으로서,
    요홈면을 형성한 제 1 기판에 유리 몰딩재를 주입하여 몰드를 형성하고, 상기 몰드의 돌출면에 크롬막을 형성한 후 패턴화하여, 3차원 마스크를 형성하는 과정;
    상기 돌출면에 대응한 요홈면을 갖는 제 2 기판에 희생기층을 증착하고, 상기 희생기층 위에 포토레지스트(PR)를 도포한 후, 상기 3차원 마스크의 돌출면이 제 2 기판의 요홈면에 대향·밀착되도록 정렬하는 과정; 및
    노광 및 현상을 통해 상기 PR을 패턴화하고, 형성된 패턴 영역에 전해 도금하여 접속체를 형성한 후, 상기 PR 제거 및 희생기층을 식각하여 형성된 접속체를 분리하는 과정;
    을 포함하는 것을 특징으로 하는 3차원 포토리소그래피를 이용한 접속체 제조방법.
  2. 일부 구간에 적어도 하나 이상의 경사진 단차부를 갖는 접속체를 제조하기 위한 방법으로서,
    요홈면을 형성한 금형에 플라스틱 몰딩재를 주입하여 몰드를 형성하고, 상기 몰드의 돌출면에 크롬막을 형성한 후 패턴화하여, 3차원 마스크를 형성하는 과정;
    상기 돌출면에 대응한 요홈면을 갖는 제 2 기판에 희생기층을 증착하고, 상기 희생기층 위에 PR(포토레지스트)을 도포한 후, 상기 3차원 마스크의 돌출면이 제 2 기판의 요홈면에 대향·밀착되도록 정렬하는 과정; 및
    노광 및 현상을 통해 상기 PR을 패턴화하고, 형성된 패턴 영역에 전해 도금하여 접속체를 형성한 후, 상기 PR 제거 및 희생기층을 식각하여 형성된 접속체를 분리하는 과정;
    을 포함하는 것을 특징으로 하는 3차원 포토리소그래피를 이용한 접속체 제조방법.
  3. 일부 구간에 적어도 하나 이상의 경사진 단차부를 갖는 접속체를 제조하기 위한 방법으로서,
    돌출면을 갖도록 유리 재질을 기계 가공한 후, 상기 돌출면에 크롬막을 형성한 후 패턴화하여, 3차원 마스크를 형성하는 과정;
    상기 돌출면에 대응한 요홈면을 갖는 제 2 기판에 희생기층을 증착하고, 상기 희생기층 위에 PR(포토레지스트)을 도포한 후, 상기 3차원 마스크의 돌출면이 제 2 기판의 요홈면에 대향·밀착되도록 정렬하는 과정; 및
    노광 및 현상을 통해 상기 PR을 패턴화하고, 형성된 패턴 영역에 전해 도금하여 접속체를 형성한 후, 상기 PR 제거 및 희생기층을 식각하여 형성된 접속체를 분리하는 과정;
    을 포함하는 것을 특징으로 하는 3차원 포토리소그래피를 이용한 접속체 제조방법.
  4. 청구항 1에 있어서,
    상기 유리 몰딩재는,
    소다라임 유리, 석영 유리 또는 파이렉스 유리 중 어느 하나인 것을 특징으로 하는 3차원 포토리소그래피를 이용한 접속체 제조방법.
  5. 청구항 1에 있어서,
    상기 제 1 기판은,
    실리콘 웨이퍼, 세라믹 또는 유리판 중 어느 하나인 것을 특징으로 하는 3차원 포토리소그래피를 이용한 접속체 제조방법.
  6. 청구항 1 내지 3 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제 2 기판은,
    실리콘 웨이퍼, 세라믹 또는 유리판 중 어느 하나인 것을 특징으로 하는 3차 원 포토리소그래피를 이용한 접속체 제조방법.
  7. 청구항 1 내지 3 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 크롬막의 패턴화는,
    E-Beam 또는 3차원 레이저 장치를 통해 이루어지는 것을 특징으로 하는 3차원 포토리소그래피를 이용한 접속체 제조방법.
  8. 청구항 1 내지 3 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 희생기층은,
    희생기층은 100~500Å 두께로 티타늄(Ti) 또는 크롬(Cr)이 증착된 후, 그 위에 1,000~20,000Å 두께의 구리(Cu)가 증착되어 형성되는 것을 특징으로 하는 3차원 포토리소그래피를 이용한 접속체 제조방법.
  9. 청구항 2에 있어서,
    상기 플라스틱 몰딩재는,
    폴리카보네이트(polycarbonate), 아크릴(acrylic resin), ABS(acrylonitrile butadiene styrene resin), PVC(polyvinyl chloride), PET(polyethylene terephthalate) 또는 폴리스틸렌(polystylene) 중 어느 하나인 것을 특징으로 하는 3차원 포토리소그래피를 이용한 접속체 제조방법.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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KR20060002954A (ko) * 2003-04-10 2006-01-09 폼팩터, 인크. 나선형 미세 전자 접속체 및 그의 제조 방법

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