KR100862149B1

KR100862149B1 - 선택적 무전해 도금을 이용한 플렉서블 기판의 미세 금속배선 형성 방법

Info

Publication number: KR100862149B1
Application number: KR1020070034544A
Authority: KR
Inventors: 이내응; 김주환; 설영국
Original assignee: 성균관대학교산학협력단
Priority date: 2007-02-06
Filing date: 2007-04-09
Publication date: 2008-10-09
Also published as: KR20080073617A

Abstract

본 발명은 선택적 무전해 도금을 이용한 플렉서블 기판의 미세 금속 배선 공정에 관한 것으로, 보다 구체적으로 플렉서블(flexible)한 유기물 기판을 플라즈마 표면처리 후, 선택적 무전해도금 공정 또는 선택적 무전해 도금 후 전해도금 공정을 이용하여 상기 기판 상에 니켈, 구리 및 금으로 구성된 군으로부터 선택된 금속 배선을 형성시키는 방법에 관한 것이다.

본 발명의 방법은 플라즈마 표면 처리 공정 및 무전해 도금 공정에 의해 플렉서블한 기판 상에 금속 배선을 형성하므로써, 유기물 기판과 금속 배선 간의 접착력을 향상시키고, 고종횡비를 가지면서 미세하고 선택적인 금속 배선을 형성시킬 수 있으며, 플랙서블한 소자에 저가로 적용가능하다.

Description

선택적 무전해 도금을 이용한 플렉서블 기판의 미세 금속 배선 형성 방법{METHOD FOR FORMING METAL WIRING ON FLEXIBLE SUBSTRATE BY ELECTROLESS PLATING}

도 1a 및 도 1b는 종래 금속 배선 형성방법의 일예를 나타낸 공정 단면도이다.

도 2a 내지 도 2c는 본 발명의 실시예에 따라 선택적 금속 배선 형성하는 방법에 대한 공정 단면도이다.

도 3a 및 도 3b는 본 발명에 따른 플라즈마 표면처리 후 폴리머 기판 표면 변화와 접착력이 향상된 특성을 설명하기 위한 X-선 광전자 분광(XPS) 스펙트럼 및 박리 시험 결과를 각각 나타낸 것이다.

도 4a 및 도 4b는 본 발명의 실시예 1 및 3에 의해 형성된 각각의 금속 배선을 나타낸 주사 전자 현미경 사진이다.

*도면의 주요부분에 대한 부호의 설명*

1: 기판 2: 동박

3: 절연체 5: 금속배선

10: 방지막

본 발명은 금속배선 형성방법에 관한 것으로서, 보다 구체적으로는 금속배선을 플렉서블한 폴리머 기판 위에 형성함으로 굽힘성을 향상시키고 ㎛ 에서 nm 스케일을 갖는 미세한 금속 배선을 형성시킬 수 있는 방법에 관한 것이다.

플렉서블 전자 기기(Flexible electronics) 기술은 값싸고 굽히기 쉬운 폴리머기판 위에 전자소자 및 시스템을 만들기 위해 발전해 왔다. 이러한 기술에서 장치 요소들 또는 층들을 서로 연결하기 위해서는 폴리이미드(PI)와 같은 굽히기 쉬운 기판 위에 금속화 과정이 요구된다[Y. Strunskus, M. Grunze In: M. Crosh, K. Mittal (Eds.), polyimides-fundamentals and applications. New York: Marcel Dekker, 1994, 187]. 이 경우에 있어서, 금속 배선들의 폭과 전도성은 플렉서블 전자기기 소자의 크기를 최소화하기 위해서 매우 중요하다.

폴리이미드와 같은 폴리머 재료는 절연체로서 전기도금이 불가능하기 때문에 화학 도금법이나 시드층(seed layer)을 증착 시킨 후 전기도금을 이용하여 금속피막층을 얻을 수 있다. 그러나, 폴리이미드와 같은 폴리머 재료는 열적, 화학적으로 매우 안전성을 가진 재료이므로[M. M. D. Ramos, A. M. Stoncham, and A. P Sutton; Acta Metal. Mater. 41 (1993) 2105], 금속피막 층의 전착상태 및 접착력이 좋지 못하다는 문제점을 지니고 있다. 굽힐 수 있는 전자 소자의 굽힘성을 달성하기 위해서는, 이러한 문제점이 필수적으로 극복되어져야만 한다[M. Strobel, C.S. Lyons, K. L. Mittal (Eds.) "Plasma Surface Modification of Polymer: Relevance to Adhesion, VSP, Utrecht, The Netherlands, 1994].

종래의 금속 배선 형성 기술로는 도 1a에 도시한 바와 같이 폴리머 기판(1) 위에 물리적 증착 방법과 같은 건식법으로 시드층을 형성한 후 주로 전해 동박(2)을 입히고 감광성 절연체(빛을 받는지의 여부에 따라서 성질이 달라지는 감광물질: Photo Resist) 층을 형성한다. 감광성 절연체의 리소그래피(3) 및 금속의 습식 식각 공정(4)을 통해 원하는 금속 패턴(5)을 형성한다. 이러한 종래의 공정을 이용하여 금속 패턴을 형성시킬 경우 비등방성 습식 식각 공정이 어려워 수 ㎛ 이하 또는 nm 스케일의 패턴을 형성시키는 데에는 제한이 있게 된다.

대안적인 방법으로는 도 1b에 도시한 바와 같이 도금 마스크를 감광성 절연체(PR) 또는 감광성 폴리이미드 같은 폴리머를 패터닝한 후 그 안에 전해도금을 이용하여 채워서 패턴을 형성 시킬수 있다. 이 방법의 경우 전해 도금을 이용하기 때문에 접착층(6) 및 시드층(7)이 필요하게 된다. 이 경우 접착성 향상을 위한 접착층 및 전해도금을 위해 시드층 형성 시 진공증착 공정을 필요로 하며 마스크 제거후 갭-충전(gap-fill) 공정(8)을 다시 수행해야 하는 번거로움이 있다.

따라서, 본 분야에서는 상기한 종래 기술의 문제점을 해소할 뿐만 아니라, 금속배선을 플렉서블한 폴리머 기판 위에 형성함으로 굽힘성을 향상시키고 ㎛ 에서 nm 스케일을 갖는 미세한 금속 배선을 형성시킬 수 있는 신규한 방법이 요구되고 있는 실정이다.

본 발명은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로, ㎛ 에서 nm 스케일을 갖는 미세한 금속 배선을 형성시킬 수 있으며, 접착력을 향상시켜 미세헌 금속배선을 지닌 플렉서블한 폴리머 기판의 굽힘성을 향상시킬 수 있는 플렉서블한 기판에 미세한 금속배선을 형성시키는 방법을 제공하기 위한 것이다.

상기한 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 플렉서블(flexible)한 유기물 기판을 플라즈마 표면처리 후, 상기 기판 상에 니켈, 구리 및 금으로 구성된 군으로부터 선택된 금속 배선을 선택적 무전해도금 공정 또는 선택적 무전해 도금 후 전해도금을 이용하여 형성시키는 방법을 제공한다.

이하, 본 발명을 상세히 설명한다.

한 구체예로, 본 발명은 플렉서블한 유기물 기판 상에 금속 배선을 형성시키는 방법으로서, 도 2a에 제시된 바와 같이,

(a) 플렉서블한 유기물 기판(1)을 준비하는 단계;

(b) 상기 기판 위에 감광성 절연체(3)를 형성시키는 단계;

(c) 상기 감광성 절연체를 미리 패턴이 형성된 광학마스크를 이용하여 패턴화시키는 단계;

(d) 상기 기판의 일면에 플라즈마 표면 처리(9)하는 단계;

(e) 상기 기판의 감광성 절연체 상에 선택적으로 촉매제의 흡착 방지막(10)을 전사하는 단계; 및

(f) 상기 패턴화된 기판에 무전해도금, 또는 무전해도금 후 전해도금 공정을 이용하여 금속 배선(5)을 형성하는 단계를 포함하는 방법을 제공한다.

단계 (a)에서는 플렉서블한 유기물 기판(1)을 준비한다.

플렉서블한 유기물 기판은 굽힐 수 있는 전자 소자를 제조하기 위해 사용되는 모든 기판을 포함하는 것으로, 바람직하게는 플렉서블한 특성을 갖는 폴리이미드를 포함한다. 폴리이미드는 열적, 화학적 안정성, 낮은 유전상수, 높은 전기적 저항, 평면적인 구조, 큰 유연성을 가지면서도 코팅성과 필름 가공성이 좋기 때문에 유연성이 필요한 금속 박막의 기판이나 유기전자 소재, 보호 코팅 소재로 많이 사용되는 소재이다. 따라서, 상기 기술된 특성을 이용하여 전도 금속의 기판이나 대면적 디스플레이의 구동 소자로 사용되는 유기 반도체의 기판으로 사용하면 전기적 신호를 빨리 전할 수 있고, 유연성이 좋기 때문에 플렉서블한 디스플레이 소자나 저온 공정을 통한 유기 반도체 소자 제작이 가능하므로 기존의 비슷한 전하 이동도를 가지는 무기물 반도체 소자가 적용되었던 분야에도 응용될 수 있다.

단계 (b)에서는 상기 기판 위에 감광성 절연체를 형성시킨다.

본 발명에서 감광성 절연체는 금속 배선의 패턴화를 위해 사용되며, 다층 배선공정시 배선간 절연체로서 역할을 수행할 수 있다. 본 발명에서는 당업계에서 사용가능한 다양한 감광성 폴리머를 사용할 수 있으며, 일예로서 마이크로 켐사(Micro Chem Corp.)의 SU-8을 사용할 수 있으며, 이후의 금속 배선 형성후 절연체 역할을 수행하는 폴리이미드를 사용할 수 있다.

감광성 절연체는 기판 위에 당업계에서 코팅층을 형성하기 위한 다양한 방법을 사용하여 형성시킬 수 있으며, 일예로 스핀 코팅기를 이용하여 형성시킬 수 있 다. 이때, 감광성 절연체의 두께는 1 내지 10 ㎛이다.

이후에 감광제가 코팅된 상태에서 감광제 내의 기포를 제거하기 위하여 약 수 시간, 바람직하게는 약 1 시간 동안 평평한 판 위에 놓아둘 수 있다.

단계 (c)에서는 상기 감광성 절연체를 미리 패턴이 형성된 광학마스크를 이용하여 패턴화시킨다.

패턴화는 당업계에 이미 공지된 다양한 방법에 의해 수행될 수 있으며, 바람직하게는 금속 배선의 패턴이 형성된 광학마스크를 이용하여 통상적인 포토리소그래피 방식을 이용하여 패턴화시킬 수 있다. 단계 2에서 폴리이미드를 감광성 절연체로 사용한 경우, 패턴화는 플라즈마 에칭에 의해 수행될 수 있다.

단계 (d)에서는 상기 기판의 일면에 플라즈마 표면 처리한다.

플라즈마 표면 처리는 상기 기판의 표면을 거칠게 하여 접촉성을 향상시키고, 기판 표면의 아민이나 아미드기를 형성시키며 무전해 도금용 촉매제, 즉 팔라듐 나노 입자 또는 팔라듐 염, 일예로 팔라듐 클로라이드의 흡착을 향상시키기 위한 것이다.

이러한 플라즈마 표면 처리는 유도 결합형 플라즈마를 이용하는 것이 바람직하며, 유도 결합형 플라즈마 처리로는 산소 분위기하 플라즈마 처리, 질소와 수소 분위기하 플라즈마 처리, 또는 산소 분위기하에서의 플라즈마 처리 후 연속적으로 질소와 수소 분위기하에서의 플라즈마 처리로 수행될 수 있다. 바람직하게는 산소 분위기하에서의 플라즈마 처리 후 연속적으로 질소와 수소 분위기하에서의 플라즈마 처리로 수행될 수 있다. 기타 플라즈마 처리시 기체 분위기의 유속, RF 파워 값의 범위 등은 당업계에서 널리 이용된 범위에 따르며, 본 발명에서는 이에 대해 한정하지 않는다.

단계 (e)에서는 상기 기판의 감광성 절연체 상에 선택적으로 촉매제의 흡착 방지막을 전사한다.

플라즈마 처리 후 감광막 패턴 내부를 제외한 표면 부분에 촉매제가 흡착이 되지 않게 하기 위해서는 아민 또는 아미드기 같이 촉매제의 흡착을 촉진시키는 작용기가 없어야 한다. 흡착 방지막은 아민 또는 아미드기와 같이 촉매제의 흡착을 도와주는 작용기가 없어 감광막의 패턴 내부를 제외한 표면 부분에 촉매제의 흡착을 방지하는 물질로서, 패턴 내의 바닥 부분에서만 촉매제가 흡착되어 선택적 무전해도금을 가능하게 하는 것이다. 본 발명에서는 실란 계통의 자체-조립된 단일층(SAM; self-assembled monolayer) 및 유기막 등을 이용할 수 있으며, 보다 바람직하게는 옥타데실트리클로로실란(OTS;CH₃(CH₂)₁₇SiCl₃), 옥타데실트리메톡시실란(ODS;CH₃(CH₂)₁₇Si(OCH₃)₃), 트리메틸실란(TMS;(CH₃)₃SiH) 및 4-히드록시티오페놀(HTP;HSC₆H₄OH)을 이용할 수 있다.

단계 (f)에서는 상기 패턴화된 기판에 무전해도금, 또는 무전해도금 후 전해도금 공정을 이용하여 금속 배선을 형성한다. 무전해도금은 자발적인 표면의 촉매 작용에 의한 화학반응에 의하여 외부에서 공급되는 전압이 없이 일어나게 된다. 그러나, 기판인 폴리이미드 표면 또는 플라즈마 처리된 표면은 이러한 자발적인 반응을 유발시키는 촉매 역할을 하지 않는다. 따라서, 무전해도금 처리에 기판인 폴 리이미드 표면을 널리 이용되는 흡착제, 일예로 팔라듐 성분이 들어간 전처리 용액으로 전처리 해주어야 한다. 금속 배선으로는 무전해도금 또는 전해도금이 가능한 통상적으로 사용될 수 있는 전기전도성이 뛰어난 금속 또는 이의 합금을 사용할 수 있으며, 바람직하게는 니켈, 구리 또는 금을 사용할 수 있다.

또한, 다른 구체예로서, 본 발명은 플렉서블한 유기물 기판 상에 금속 배선을 형성시키는 방법으로서, 도 2b에 제시된 바와 같이,

(a) 플렉서블한 유기물 기판(1)을 준비하는 단계;

(b) 상기 기판 위에 촉매제의 선택적 흡착을 가능하게 하는 기능성 박막(11)을 형성시키는 단계;

(c) 상기 기판 위에 유기 감광성 절연체(3)를 형성시키는 단계;

(d) 상기 유기 감광막을 미리 패턴이 형성된 광학마스크를 이용하여 패턴화시키는 단계;

(e) 상기 기판의 일면에 플라즈마 표면 처리(9)하는 단계; 및

(f) 상기 패턴화된 기판에 무전해도금, 또는 무전해도금 후 전해도금을 이용하여 금속 배선(5)을 형성시키는 단계를 포함하는 방법을 제공한다.

단계(b)에서는 촉매제의 선택적 흡착을 가능하게 하는 기능성 박막을 형성시킨다. 기능성 박막은 상술된 흡착 방지막과 반대되는 역할을 수행하는 것으로, 이후 형성될 패턴 내의 기능성 박막 부분에서만 촉매제가 선택적으로 흡착되어 선택적 무전해도금을 가능하게 하기 위한 것이다. 본 발명의 기능성 박막은 통상적인 박막 형성방법에 의해 형성될 수 있으며, 일예로 스핀 코팅기에 의해 형성될 수 있 다. 본 발명에서 사용가능한 기능성 박막은 아민(amine)이나 아미드기(amide group)를 포함하는 SAM(self-assembled monolayer)의 종류로서,3-아미노프로필트리에톡시실란(APTS;NH₂(CH₂)₃Si(OC₂H₅)₃), 3-아미노프로필트리에톡시실록산(APS;(CH₃CH₂O)₃Si(CH₂)₃NH₂), n-(6-아미노헥실)아미노프로필트리메톡시실란(AHAPS;H₂N(CH₂)₆NH(CH₂)₃Si(OCH₃)₃), 3-아미노프로필트리메톡시실란(APTMS;H₂N(CH₂)₃Si(OCH₃)₃), 3-아미노티올페놀(ATP;HS(CH₂)₁₅CONH₂), N-(2-아미노에틸)-3-아미노프로필트리메톡시실란(EDA;C₈H₂₂N₂O₃Si), 트리메톡시실릴프로필디에틸렌트리아민(DETA;C₁₀H₂₇N₃O₃Si), (아미노에틸아미노메틸)펜틸트리메톡시실란(PEDA;C₁₄H₂₆N2O₃Si) 등을 이용하여 증착 또는 용액 공정(solution process) 방법으로 형성 가능한 유기박막을 포함할 수 있다.

상기 구체예에서 단계 (b)를 제외한 모든 단계는 상술된 바와 동일하게 수행할 수 있다.

또한, 또다른 구체예로서 본 발명은 플렉서블한 유기물 기판 상에 금속 배선을 형성시키는 방법으로서, 도 2c에 제시한 바와 같이,

(a) 플렉서블한 유기물 기판(1)을 준비하는 단계;

(b) 상기 기판 위에 무기 박막(12)을 형성시키는 단계;

(c) 상기 기판 위에 감광성 절연체(3)를 형성시키는 단계;

(d) 상기 감광성 절연체를 미리 패턴이 형성된 광학 마스크를 이용하여 패턴 화(13)시키는 단계;

(e) 상기 기판의 일면에 건식식각 및 플라즈마 표면 처리(14)하는 단계; 및

(f) 상기 패턴화된 기판에 무전해도금, 또는 무전해도금 후 전해도금을 이용하여 금속 배선(5)을 형성시킨 후, 단계 (b)에 의해 형성된 무기층(12)을 제거하는 단계를 포함하는 방법을 제공한다.

단계 (b)에서는 상기 기판 위에 무기 박막을 형성시킨다. 무기 박막은 플라즈마 식각시 마스크 역할을 하며 플라즈마 처리에도 촉매가 흡착되지 않는 역할을 한다. 이러한 무기 박막은 당업계에서 널리 공지된 코팅 방법에 의해 형성될 수 있으며, 일예로 스핀 코팅기에 의해 형성될 수 있다. 무기 박막을 형성시키기 위해 사용가능한 무기 물질은 산화규소(SiO_x), 산화알루미늄(Al_xO_y), 산화탄탈륨(Ta_xO_y), 산화티타늄(TiO_x)등을 포함한다.

이하, 실시예를 통하여 본 발명을 더욱 상세히 설명한다. 하기 실시예는 본 발명을 보다 구체적으로 설명하기 위한 것으로, 본 발명의 범위가 하기 실시예에 한정되는 것은 아니다.

<실시예 1> 본 발명에 따른 금속 배선 형성 1

본 실시예는 폴리이미드의 폴리머 기판 상에 선택적 금속배선을 형성하기 위 한 일예로서, 보다 구체적으로는 도 2a를 참조한다.

단계 1: 기판 준비

본 실시예에서는 50 ㎛의 두께를 갖는 폴리이미드 필름(Du Pont사의 Kapton)으로 PMDA-ODA(pyromellitic diahydride and oxy dianiline) 구조로 되어 있는 Kapton H 제품을 사용하였으며, 하기 표 1에 폴리이미드 제품의 물리적 성질을 나타내었다.

특 성	폴리이미드 타입
특 성	Kapton H
유전상수(εt)	3.5
CTE(10^-6/K)	20~36
흡수율(%)	2.0~4.0
인장 강도(MPa)	25
신장율(%)	70~75
탄성율(x 10⁶psi)	0.4~0.5
제로 강도 온도(Zero-strength Temperature)(℃)	>600

단계 2 및 3: 금속 배선의 패턴 형성

본 실시예서는 폴리머계열의 감광성 절연체로서 감광제(SU-8, Micro Chem Corp.)를 스핀 코팅기(spin coater)를 이용하여 상기 기판 위에 1 내지 10 ㎛의 두께로 코팅하였다. 상기 감광제가 코팅된 상태에서 감광제 내의 기포를 제거하기 위해서, 약 1 시간 동안 평평한 판 위에 놓아두었다.

이후 감광제가 코팅된 상태에서 금속 배선 전극의 패턴이 형성된 광학마스크를 이용하여 하기와 같이 통상적인 포토리소그래피 방식을 이용하여 패턴을 형성하였다.

수 마이크로-스케일의 마스크 패턴을 위해서 SU-8 네가티브 타입의 PR (photoresist)를 사용하였다. PR 코팅은 스핀 코팅으로 스핀 속도를 조절하여 PR 두께를 조절 하였으며, 코팅 후 PR내의 용매를 제거하기 위해 소프트 베이킹(soft bake)을 실시하였다. 다음 단계는 노출 단계로서 UV-광선을 조사하였다. 노출 후 베이킹(post expose bake, PEB)을 통해 박막의 노광된 부분의 가교를 선택적으로 형성하기 위한 역할을 한다. PEB를 끝난 후 SU-8 현상기를 이용하여 현상을 실시하여 원하는 패턴을 형성 할 수 있었다.

단계 4: 플라즈마 표면 처리

상기와 같이 형성된 패턴에 금속 배선을 무전해 도금하기 위하여, 산소와 질소 및 수소 유도 결합형 플라즈마(ICP)를 이용하여 표면 처리하였다.

상기 표면 처리는 300sccm의 O₂가스 분위기에서 13.56MHz의 RF 톱(top) 파워 600W와 4MHz의 바톰(bottom) 파워 150W에 셀프 바이어스(self-bias) -150V로 35초 동안 실시하고, 연속적으로 각각 50sccm의 N₂와 H₂가스 분위기에서 톱(top) 파워 600W와 바톰(bottom) 파워 150W에 셀프 바이어스(self-bias) -150V로 35초 동안 실시하였다.

상기와 같은 표면 처리한 결과, 산소(O₂) 분위기와 수소와 질소(N₂/H₂) 분위기에서 유도 결합형 플라즈마법으로 연속적으로 수행함으로 상기 기판의 표면을 보다 거칠게 하여 접착성을 높여 주고 표면의 아민(amine)이나 아미드기(amide group)를 형성시키며 팔라듐(Pd) 나노 입자 또는 팔라듐 클로라이드(PdCl₂)가 플라즈마 처리된 표면에 흡착이 되는 것이 가능하게 된다.

도 3a 의 X-선 광전자 분광(XPS) 데이터로부터 표면 처리된 폴리이미드 표면에 질소를 포함하는 C-N 결합이 증가한 것으로 보아 상기한 아민 또는 아미드기의 작용기가 형성되었다고 판단된다. 이러한 결과로 표면 처리된 폴리이미드 기판 위에 무전해도금 후 전해도금으로 구리 막을 10㎛로 형성시킨 후 박리 시험(Peel test)를 수행 한 결과 도 3b에 예시한 바와 같이 O₂ 플라즈마 처리 후 N₂/H₂ 플라즈마 처리를 연속적으로 실시한 경우에만 40gf/mm의 접착력(peel strength) 값을 얻을 수 있었다. 표면의 거칠기를 크게 형성시킨 후 촉매제의 흡착이 가능하도록 표면처리 하는 것이 접착력 향상에 중요하다는 것을 알 수 있었다.

단계 5: 촉매제 흡착 방지막의 전사 단계

절연체 패턴을 갖는 폴리이미드 기판은 플라즈마 노출시 같은 폴리머 계열인 SU-8과 폴리이미드 기판에 똑같은 아민(amine)이나 아미드기(amide group)를 형성하여 무전해 도금이 패턴내 바닥 부분인 폴리이미드 표면에만 형성되는 것이 아니라 SU-8 위에도 무전해 도금이 형성 되므로 선택적 금속배선 형성이 어려워진다. 선택적으로 SU-8위에 촉매제 흡착 방지막을 형성시키게 된다면 패턴 바닥에서만 금속이 성장하는 선택적 금속 배선이 가능하다.

본 실시예에서 촉매제 흡착 방지막 역할을 하는 유기 폴리머를 전사시키기 위해서 유리 기판 위에 폴리머 층과 유리 기판의 접착력을 줄이기 위해 SAM(self-assembled monolayers) 층을 형성시킨 후 얇은 폴리머 층을 스핀코팅으로 형성한 뒤 폴리이미드 기판 위의 SU-8 표면위에 압력을 가해 접촉시켜 선택적으로 전사시키는 방법을 사용하였다.

단계 6: 금속 배선 형성

본 실시예에서는 무전해 구리도금 용액을 이용하여 금속 배선을 형성하였다. 구리 무전해 도금은 자발적인 표면의 촉매 작용에 의한 화학반응에 의하여 외부에서 공급되는 전압이 없이 일어나게 된다. 하지만 폴리이미드 표면 또는 플라즈마 처리된 표면은 이러한 자발전인 반응을 유발시키는 촉매 역할을 하지 않는다. 따라서 무전해도금 전에 폴리이미드 표면을 널리 이용되는 팔라듐 성분이 들어간 전처리 용액으로 전처리를 해주어야 한다.

염화팔라듐(PdCl₂) 0.2mg/ℓ염화주석(SnCl₂) 20mg/ℓ, 염산(HCl) 150mℓ/ℓ가 함유된 용액 내에서 65℃의 5분간 침지하고 수세 후 무전해도금을 실시하였다. 무전해도금은 36℃의 도금조안에 20분간 담가 무전해 구리도금을 수행하였다.

형성된 패턴의 주사 전자현미경 이미지를 도 4a에 나타내었다.

<실시예 2> 본 발명에 따른 금속 배선 형성 2

본 실시예는 폴리이미드의 폴리머 기판 상에 선택적 금속배선을 형성하기 위한 다른 일예로서, 보다 구체적으로는 도 2c를 참조한다.

단계 1: 기판 준비

본 실시예에서 사용된 기판의 소재는 플렉시블 특성을 가지고 있는 폴리이미드로서, 상기 실시예 1에서 사용된 것과 동일한 것이다.

단계 2: 무기 박막 형성

본 실시예에 있어서 사용한 무기 박막으로는 SiO₂(12)로 SOG(spin-on-glass)를 마스크로 이용하였으며, 스핀 코팅기를 이용하여 코팅시키므로써 무기 박막층을 형성시켰다. 일반적으로 무기 박막을 증착함에 건식 코팅인 플라즈마 화학증착법 (plasma-enhanced chemical vapor deposition; PECVD), 스퍼터링법(sputtering), evaporation 등 다양한 방법이 있지만 이들 방법은 진공 장치를 이용하여 증착을 하기 때문에 비용과 시간이 많이 드는 문제점이 있다. 하지만 상기예에 제시한 SOG의 경우 무기 박막인 SiO₂의 특성을 가지는 용액이면서 스핀 코팅기를 이용하여 코팅시키므로써 쉽게 무기 박막층을 형성 할 수 있다는 특징을 가지고 있다.

단계 3 및 4: 금속 배선의 패턴 형성

본 발명에 있어서 폴리머계열의 감광제(AZPR, AZ Electronic Materials{Korea} Ltd. )를 스핀 코팅기(spin coater)를 이용하여 상기 기판 위에 1 내지 2㎛의 두께로 코팅하였다.

상기와 같이 감광제가 코팅된 상태에서 금속 배선 전극의 패턴형상이 형성된 광학마스크를 이용하여 하기와 같이 통상적인 포토리소그래피 방식을 이용하여 패턴을 형성하였다.

무기 박막층(예:SiOx, Al_xO_y, Ta_xO_y, TiO_x등)에 패턴을 형성시키는 식각 방지 층의 마스크 패턴을 위해서 AZPR 포지티브 타입의 PR (photoresist)를 사용하였다. PR 코팅은 스핀 코팅으로 스핀 속도를 조절하여 PR 두께를 조절 하였으며 코팅 후 PR내의 용매를 제거하기 위해 소프트 베이킹을 실시하였다. 다음 단계는 노출 단계로서 UV-광선을 조사하였다. UV-광선 조사 후 AZ 300 MIF 현상기를 이용하여 현상을 실시하였다. 마지막으로 하드 베이킹(hard bake)를 실시하여 원하는 패턴을 형성 할 수 있었다.

단계 5: 건식식각과 표면처리

SOG는 NF₃ 또는 F₂를 이용한 원격 플라즈마를 이용하여 식각하거나 또는 CF₄ /Ar을 이용한 ICP를 이용하여 건식 식각하였다.

상기와 같이 형성된 SOG 패턴을 이용하여 산소 및 아르곤 유도 결합형 플라즈마(ICP)으로 폴리이미드 기판을 건식식각하고 표면 처리하였다.

폴리이미드의 건식 식각 처리는 200sccm의 O₂가스 분위기에서 13.56MHz의 RF 톱(top) 파워 1000W와 4MHz의 바톰(bottom) 파워 0W에 셀프 바이어스(self-bias) -0V로 원하는 식각 깊이를 얻을 수 있도록 실시하고 연속적으로 플라즈마 처리를 각각 50sccm의 N₂와 H₂가스 분위기에서 톱(top) 파워 600W와 바톰(bottom) 파워 150W에 셀프 바이어스(self-bias) -150V로 35초 동안 실시하였다.

상기와 같은 건식식각 공정의 경우, 0.5㎛/min의 식각 속도를 얻을 수 있었으며, 수소와 질소(N₂/H₂) 분위기에서 유도 결합형 플라즈마법으로 연속적으로 표면처리를 수행함으로서 상기 기판의 패턴의 바닥 부분에만 아민(amine)이나 아미드기(amide group)를 형성시키어 팔라듐(Pd) 나노 입자 또는 팔라듐 클로라이드(PdCl₂)가 선택적으로 흡착이 되는 것이 가능하게 된다. 이때 건식 식각시 마스크 역할을 했던 무기 박막 표면에는 촉매제의 흡착이 일어나지 않는다.

단계 6: 금속 배선 형성

상기 금속 배선은 무전해 구리도금 용액을 이용하여 금속 배선을 형성하였다. 구리 무전해 도금은 자발적인 표면의 촉매 작용에 의한 화학반응에 의하여 외부에서 공급되는 전압이 없이 일어나게 된다. 하지만 폴리이미드 표면 또는 플라즈마 처리된 표면은 이러한 자발전인 반응을 유발시키는 촉매 역할을 하지 않는다. 따라서 무전해도금 전에 폴리이미드 표면을 널리 이용되는 팔라듐 성분이 들어간 전처리 용액으로 전처리를 해주어야 한다.

상기 실시예에 의해 형성된 패턴의 주사 전자 현미경 이미지를 도 4b (스케일 바 크기 : 1mm)에 나타내었다.

상술한 바와 같이, 본 발명은 플라즈마 표면 처리 공정 및 무전해 도금에 의한 금속 배선 형성을 수행하므로써, 유기물 기판과 금속 배선 간의 접착력을 향상시킬 수 있으며, 고종횡비를 가지면서 선택적인 금속 배선을 형성시킬 수 있으며, 플랙서블한 소자에 저가로 적용가능하다.

이상에서는 본 발명을 특정의 바람직한 실시예를 예로 들어 도시하고 설명하였으나, 본 발명은 상기한 실시 예에 한정되지 아니하며 본 발명의 정신을 벗어나지 않는 범위 내에서 당해 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 다양한 변경과 수정이 가능할 것이다.

Claims

삭제
플렉서블한 유기물 기판 상에 금속 배선을 형성시키는 방법으로서,

(a) 플렉서블한 유기물 기판을 제공하는 단계;

(b) 상기 기판 위에 감광성 절연체를 형성시키는 단계;

(c) 상기 감광성 절연체를 미리 패턴이 형성된 광학마스크를 이용하여 패턴화시키는 단계;

(d) 상기 기판의 일면에 플라즈마 표면 처리하는 단계;

(e) 상기 기판의 패턴화된 감광성 절연체 상에 선택적으로 촉매제의 흡착 방지막을 전사하는 단계; 및

(f) 상기 패턴화된 기판에 무전해도금, 또는 무전해도금 후 전해도금 공정을 이용하여 금속 배선을 형성하는 단계를 포함하는 방법.
플렉서블한 유기물 기판 상에 금속 배선을 형성시키는 방법으로서,

(a) 플렉서블한 유기물 기판을 제공하는 단계;

(b) 상기 기판 위에 촉매제의 선택적 흡착을 가능하게 하는 기능성 박막을 형성시키는 단계;

(c) 상기 기판 위에 유기 감광성 절연체를 형성시키는 단계;

(d) 상기 유기 감광막을 미리 패턴이 형성된 광학마스크를 이용하여 패턴화시키는 단계;

(e) 상기 기판의 일면에 플라즈마 표면 처리하는 단계; 및

(f) 상기 패턴화된 기판에 무전해도금, 또는 무전해도금 후 전해도금을 이용하여 금속 배선을 형성시키는 단계를 포함하는 방법.
플렉서블한 유기물 기판 상에 금속 배선을 형성시키는 방법으로서,

(a) 플렉서블한 유기물 기판을 제공하는 단계;

(b) 상기 기판 위에 무기 박막을 형성시키는 단계;

(c) 상기 기판 위에 감광성 절연체를 형성시키는 단계;

(d) 상기 감광성 절연체를 미리 패턴이 형성된 광학 마스크를 이용하여 패턴화시키는 단계;

(e) 상기 기판의 일면에 건식식각 및 플라즈마 표면 처리하는 단계; 및

(f) 상기 패턴화된 기판에 무전해도금, 또는 무전해도금 후 전해도금을 이용하여 금속 배선을 형성시킨 후, 단계 (b)에 의해 형성된 무기층을 제거하는 단계를 포함하는 방법.
제 2항 내지 제 4항 중 어느 한 항에 있어서, 플렉서블한 유기물 기판이 폴리이미드임을 특징으로 하는 방법.
제 2항 내지 제 4항 중 어느 한 항에 있어서, 플라즈마 표면 처리가 산소(O₂) 분위기에서의 유도 결합형 플라즈마 처리; 질소(N₂) 및 수소(H₂) 분위기에서의 플라즈마 처리; 또는 산소(O₂) 분위기에서의 유도 결합형 플라즈마 처리를 수행한 후 연속적으로 질소(N₂) 및 수소(H₂) 분위기에서의 플라즈마 처리를 수행함을 특징으로 하는 방법.
제 2항에 있어서, 흡착 방지막이 옥타데실트리클로로실란(OTS;CH₃(CH₂)₁₇SiCl₃), 옥타데실트리메톡시실란(ODS;CH₃(CH₂)₁₇Si(OCH₃)₃), 트리메틸실란(TMS;(CH₃)₃SiH) 및 4-히드록시티오페놀(HTP;HSC₆H₄OH)로부터 구성된 군으로부터 선택된 실란 계열 자체-조립된 단일층SAM; self-assembled monolayer) 또는 유기막임을 특징으로 하는 방법.
제 3항에 있어서, 기능성 박막이 아민 또는 아미드기를 갖는 3-아미노프로필트리에톡시실란(APTS;NH₂(CH₂)₃Si(OC₂H₅)₃), 3-아미노프로필트리에톡시실록산(APS;(CH₃CH₂O)₃Si(CH₂)₃NH₂), n-(6-아미노헥실)아미노프로필트리메톡시실란(AHAPS;H₂N(CH₂)₆NH(CH₂)₃Si(OCH₃)₃), 3-아미노프로필트리메톡시실 란(APTMS;H₂N(CH₂)₃Si(OCH₃)₃), 3-아미노티올페놀(ATP;HS(CH₂)₁₅CONH₂), N-(2-아미노에틸)-3-아미노프로필트리메톡시실란(EDA;C₈H₂₂N₂O₃Si), 트리메톡시실릴프로필디에틸렌트리아민(DETA;C₁₀H₂₇N₃O₃Si), (아미노에틸아미노메틸)펜틸트리메톡시실란(PEDA;C₁₄H₂₆N2O₃Si)로 구성된 군으로부터 선택된 자체-조립된 단일층, 또는 습식 코팅 또는 건식 코팅에 의해 형성된 폴리머인 것을 특징으로 하는 방법.
제 4항에 있어서, 무기 박막이 산화규소(SiO_x), 산화알루미늄(Al_xO_y), 산화탄탈륨(Ta_xO_y) 또는 산화티타늄(TiO_x) 임을 특징으로 하는 방법.
제 2항 내지 제 4항 중 어느 한 항에 있어서, 금속 배선이 니켈, 구리 또는 금으로 이루어진 배선임을 특징으로 하는 방법.