KR101119033B1 - 금속박막을 이용한 패턴 형성 방법 및 이를 이용한 응용소자 - Google Patents

Abstract

본 발명은 금속박막을 이용한 패턴 형성 방법 및 이를 이용한 응용소자에 관한 것이다. 더욱 상세하게는 스퍼터링(sputtering)법을 이용하여 금속 박막을 코팅하고 상기 금속 박막 위에 레이저를 이용하여 패턴을 형성함으로써 생산원가를 절감하고 제조 공정이 단순화된 패턴 형성 방법 및 이를 이용한 각종 응용소자들에 대한 것이다. 본 발명에 의하면, 패턴 형성을 위하여 박막 필름과 인쇄 공정을 사용한 종래의 경우와 달리, 버려지는 재료의 양을 줄일 수 있고, 공정을 단순화시킬 수 있으며, 레이저로 패턴을 형성하므로 복잡 다양한 패턴을 쉽게 형성할 수 있다.

Description

금속박막을 이용한 패턴 형성 방법 및 이를 이용한 응용소자{Method for forming pattern using metal film and applicable element thereof}

본 발명은 금속박막을 이용한 패턴 형성 방법 및 이를 이용한 응용소자에 관한 것이다. 더욱 상세하게는 금속 패턴 형성에 스퍼터링 방식을 이용함으로써, 박막 형성에 사용되는 금속의 양을 줄이고, 레이저를 이용하여 패턴을 형성함으로써 공정을 단순화시킬 수 있으며, 복잡 다양한 패턴을 쉽게 형성할 수 있는 패턴 형성 방법 및 이를 이용한 박막 안테나와 인쇄회로기판과 같은 응용소자들에 대한 것이다.

금속박막을 이용한 패터닝 기술은 반도체 디바이스나 각종 통신용 소자에 널리 사용되고 있으며 금속 패턴을 형성하는 기술로는 일반적으로 포토 마스크를 이용한 리소그래피(lithography) 기술이 널리 이용되고 있다.

포토마스크 기술은 미세패턴을 갖는 포토 마스크를 제작하는 마스킹 공정과, 제작된 포토 마스크를 감광막 상부에 로딩한 후 감광막에 대해 노광하는 노광 공정 과, 노광된 감광막을 현상하는 현상 공정으로 이루어진다. 최근에는 반도체 소자가 고집적화됨에 따라 패턴의 선폭이 점점 미세화되고 있다.

이동통신용 단말 등에 사용되는 박막 안테나는 금속박막을 이용한 패터닝 기술이 사용되는 일례로서, 동박 적층 필름을 사용하여 원하는 부분을 남겨두고 나머지 부분은 식각(etching)을 통해 제거하는 방식으로 제조되어 왔다.

그러나 동박 적층 필름은 거의 수입에 의존하고 있는데, 실제 제조 과정에서는 필요해 남기는 부분보다 제거되어 버려지는 부분이 더 많아 아까운 동박 적층 필름을 낭비하게 되고, 그 결과 원가를 상승시키는 요인이 되고 있다.

그래서 이러한 문제점을 해결하기 위해 전도성 잉크로 패터닝 인쇄를 하고 난 후에 도금을 하여 전도성을 높이는 방법으로 박막 안테나를 제조하기도 한다. 그러나 이 방법 역시 전도성 잉크가 고가이고, 인쇄공정이 수반되므로 인해 전체 공정이 복잡해지는 문제점이 있었다.

한편, 각종 전자부품에 들어가는 인쇄회로기판(Printed Circuit Board)은 여러 종류의 부품을 페놀수지 또는 에폭시수지로 된 절연판 상에 탑재하고 각 부품간을 연결하는 회로를 수지 평판의 표면에 밀집단축하여 고정시킨 회로 기판으로써, 절연판의 한쪽 면에 구리 등의 박판을 부착시킨 다음 회로의 배선 패턴에 따라 식각 공정을 통해 필요한 회로를 구성하고 부품들을 부착 잡재시키기 위한 구멍을 뚫어 제조한다.

상기 인쇄회로기판의 배선 패턴도 박막 안테나 제조와 마찬가지로 동박 필름이나 도금 등을 사용하여 원하는 금속 박막을 형성한 후, 필요한 부분을 남겨두고 나머지 부분은 식각(etching)을 통해 제거하는 방식으로 제조되어 왔으나, 이 방법 역시 인쇄 공정으로 인하여 제조 공정이 복잡해진다는 문제점이 있었다.

본 발명에서는 상기와 같은 금속박막을 이용한 패터닝에 스퍼터링 방식을 도입하여 제조과정에서 버려지는 금속의 양을 줄이는 것과 함께 이전의 복잡했던 제조 공정의 단순화를 도모한다.

본 발명에 적용하는 스퍼터링 방식은, 소정의 가스를 진공 상태의 챔버(camber) 내에 주입하고 여기에 전자기적 에너지를 가하여 챔버 내의 가스를 이온화시킴으로써 플라즈마를 생성시킨 후, 상기 플라즈마 내의 입자를 성막하고자 하는 타겟(target) 물질에 충돌시켜 이 충돌에 의해 타겟으로부터 분리된 물질을 기판(substrate)에 코팅(coating)시키는 방법이다.

일반적으로 스퍼터링(sputtering)에 사용되는 가스로는 아르곤(Ar), 네온(Ne) 등의 불활성 가스(inert gas)를 사용한다. 스퍼터(sputter)시스템은 타겟(target)을 음극(cathod)으로 사용하고, 기판을 양극(anode)으로 사용한다. 챔버 내에 전원을 인가하면 주입된 스퍼터링(sputtering) 가스가 이온화(Ar+)되고, 이 이온들은 음극인 타겟(target)으로 끌려서 타겟(target)과 충돌한다.

이온들이 타겟과 충돌하면 충돌 전 이온들이 갖고 있던 에너지가 타겟(target)으로 전달되고, 원자, 분자 등의 타겟 물질 입자가 타겟으로부터 떨어져 챔버 내로 부유하게 되며, 이렇게 타겟으로부터 떨어져 나온 타겟 물질이 기판 위에 박막으로 형성되는 것이다.

여기서 인가된 전원이 직류(direct current, DC)일 경우를 직류 스퍼터링 법(DC sputtering method)이라 하며, 일반적으로 전도체의 스터퍼링에 사용된다. 절연체와 같은 부도체는 교류 전원을 사용하여 박막을 제조한다. 이때 교류전원은 13.56MHz의 주파수를 가지며 이를 RF(Radio Frequency)라 한다. 이러한 교류 전원을 인가전원으로 사용하는 스퍼터링법을 교류 스퍼터링(RF sputtering)법이라 한다. RF sputtering법은 다른 디지털 회로에 noise의 발생 원인이 될 수 있으므로 시스템적으로 noise filter나 절연체에 의해 차폐 및 접지하여 사용한다. 마그네트론 스퍼터링 (magnetron sputtering)은 발생된 플라즈마를 영구자석에서 발생하는 자속(flux)에 의해 보다 더 높은 밀도로 모은 후 기판에 성막시키는 방법이다. 이렇게 자속으로 플라즈마를 가두어 밀도를 높이면 발생한 플라즈마가 전체적으로 균일하게 되고 결과적으로 균일한 박막을 제조할 수 있다.

영구자석은 NbFeB계가 주로 사용되며 과거에는 링(ring)형태를 여러 개 합쳐서 제조하였지만 현재는 평판(planner) 형태로 제작한다. Magnetron은 target 밑에 놓으며 인가된 전원에 따라 RF?DC magnetron sputtering이라 한다.

이러한 스퍼터링법을 이용한 박막의 제조기술은 코팅층의 두께를 수십 ㎚까지 정밀하게 조절할 수 있으며, 간단한 마스크를 사용하여 부분 코팅과정을 매우 용이하게 처리할 수 있다.

한편, 본 발명에 적용되는 레이저 패터닝(laser patterning)은 원자에 양자 역학을 응용하여 높은 전기 에너지를 인위적인 장치에 의해 유도방출시켜, 그 빛을 고밀도 에너지로 집적시켜 일정한 모양을 가공하는 방법이다.

대부분의 광원은 다양한 파장의 빛을 방출하며, 빛이 전파되어 나아가면서 퍼지게 되므로 광원에서 멀어지면 빛의 세기가 점점 작아진다. 이는 광원에서 실제로 빛을 방출하는 원자가 파장, 위상, 방향이 일정하지 않는 빛을 방출하기 때문이다.

반면 레이저 패터닝에 주요 기술인 레이저는 파장이 일정하고 결이 맞는 빛을 방출하기 때문에 레이저빔(beam)은 세기가 강하고 한 가지 색을 띠며, 지름의 변화가 거의 없이 멀리까지 전달될 수 있다.

이러한 레이저를 이용해 0.2mm 이내의 초정밀 가공이 가능하기 때문에 종전의 가스나 플라즈마 절단에서는 불가능했던 정밀 형상의 절단이 가능하고, 절단 후 사상, 드릴링, 밀링 등 2차, 3차 가공이 필요 없으며, 난삭재의 가공도 용이할 뿐만 아니라, 금형비 부담이 없어지고 절단, 용접, 드릴링, 표면처리, 열처리 등의 다양한 가공이 가능하다. 또한 레이저 마킹(laser marking)은 빛의 파장과 에너지에 따라 물질 표면에 상이한 형태로 음각 식각이 되는 원리를 이용한 것으로 반도체 또는 FPD 기판에 각종 정보를 새기는 원리이다.

본 발명에서는 박막 안테나 제조에 있어 상기와 같은 레이저에 의한 패터닝을 수행한다. 즉, 스퍼터링 방식으로 형성된 구리 박막에 대해 레이저 빔을 이용하여 필요없는 부분을 식각함으로써 소정 형상의 패턴이 남게 된다.

여기서, 본 발명에 적용되는 구리(Cu)의 특성은 원자번호가 29번이고, 원자량 63.546이고, 녹는점 1084.62℃ 이고, 비중 8.92(20℃)인 주기율표 11족의 전이 금속 원소로서 열전도율이 뛰어나 401k로 높다.

본 발명은 상기한 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 본 발명은 대상물에 금속을 스퍼터링 방식으로 코팅하여 박막을 형성하고, 상기 박막 위에 레이저를 이용하여 패턴을 형성함으로써 쓸데없이 버려지는 금속의 양을 줄일 수 있고, 인쇄 공정을 제거한 결과 공정을 단순화할 수 있으며, 레이저로 패턴을 형성하므로 복잡 다양한 패턴을 쉽게 형성할 수 있는 장점들을 갖는다.

본 발명은, 생산과정이 단순하며 전체 생산 비용이 절감되는 금속 패턴 형성 방법으로서, 소정 재질의 시트 혹은 사출물 표면에 스퍼터링법(sputtering)을 이용하여 금속 박막을 코팅하는 제1단계, 상기 금속 박막 위에 레이저를 이용하여 패턴을 형성하는 제2단계를 포함하는 금속 박막을 이용한 패턴 형성 방법을 제공한다.

또한, 본 발명은, 전도성이 뛰어나고 생산과정이 단순하며 전체 생산 비용이 절감되는 박막 안테나를 제조하기 위한 방법으로서, 소정 재질의 시트 혹은 사출물의 표면에 스퍼터링(sputtering)법을 이용하여 구리(Cu) 박막을 코팅하는 단계(S120); 상기 구리 박막 위에 레이저를 이용하여 패턴을 형성하는 단계(S130); 및 상기 패턴에 따라 구리 박막 위에 구리를 도금하는 단계(S140);를 포함하는 것을 특징으로 하는 박막 안테나 제조 방법을 제공한다. 바람직하게는 상기 박막 안테나의 저항은 1 Ω 이하가 되게 한다.

본 발명의 다른 실시예에서는, 시트 혹은 사출물의 표면에 스퍼터링법을 이용하여 코팅되는 박막은, 제1구리박막, 알루미늄(Al)박막 및 제2구리박막의 다층 박막 구조나 제1구리박막, 은(Ag)박막 및 제2구리박막의 다층 박막(S320) 구조를 갖는다.

또한, 본 발명은, 생산과정이 단순하며 전체 생산 비용이 절감되는 인쇄회로기판(PCB)의 제조 방법으로서, 비전도성 기판 표면에 스퍼터링법(sputtering)을 이용하여 구리(Cu) 박막을 코팅하는 제1단계, 상기 기판 표면에 코팅된 구리 박막 위에 레이저를 이용하여 구리 배선의 패턴을 형성하는 제2단계를 포함하는 인쇄회로기판의 제조 방법을 제공한다.

이상에서와 같이 본 발명에 의하면, 기존의 금속박막 형성에 사용되는 비싼 적층필름이나 패턴 형성을 위한 전도성 잉크 등을 사용하지 않아 원가가 절감 되며, 패터닝 인쇄공정이 제외되므로 전체 공정이 간단하게 된다. 또한 도금 공정을 제외시킴으로써 도금 공정으로 인해 야기되는 환경오염 문제를 걱정할 필요가 없다. 또한 레이저로 패턴을 형성하므로 복잡 다양한 패턴을 쉽게 형성할 수 있는 장점이 있고, 대량 생산이 가능한 스퍼터를 이용함으로써 낮은 비용으로 생산할 수 있는 효과도 있다.

이하, 본 발명의 실시 예에 대한 구성 및 그 작용을 첨부한 도면을 참조하면서 상세히 설명하기로 한다.

본 발명의 설명에 앞서 본 발명과 관련된 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 기술은 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략하기로 한다.

또한, 후술 되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서 이는 사용자 및 운용자의 의도 또는 관례 등에 따라 달라질 수 있다. 따라서 그러한 정의는 본 명세서 전반에 걸쳐 기재된 내용을 바탕으로 판단되어야 할 것이다.

본 발명의 금속 박막을 이용한 패턴 형성 방법은 소정 재질의 시트 혹은 사출물 표면에 스퍼터링법(sputtering)을 이용하여 금속 박막을 코팅하는 제1단계, 상기 금속 박막 위에 레이저를 이용하여 패턴을 형성하는 제2단계를 포함한다.

종래의 적층필름이나 도금 등을 이용한 박막 형성 방법과 달리, 본 발명에 따르면 버려지는 금속의 양이 줄어들어 원가가 절감되고 자원의 낭비를 방지하며, 도금 공정으로 인해 야기되는 환경오염 문제를 제거할 수 있을 뿐만 아니라 대량 생산이 가능한 스퍼터를 이용함으로써 낮은 비용으로 생산할 수 있는 효과도 있다. 또한, 복잡한 인쇄 공정 대신에 레이저 패터닝 방법을 이용하여 제조 공정이 단순해지고 다양하고 복잡한 미세 패턴들을 쉽게 형성할 수 있다.

한편, 도 1는 본 발명에 따른 패턴 형성 방법을 적용한 박막 안테나의 제조과정을 나타낸 흐름도이다. 도 1에 도시된 바와 같이, 소정의 시트(sheet) 혹은 사출물을 형성한 후(S110), 상기 결과물의 표면에 스퍼터링법을 이용하여 구리박막을 코팅한다(S120). 그 후 상기 구리 박막 위에 레이저를 이용하여 패턴을 형성(S130)하고, 이렇게 패턴이 형성된 구리 박막 위에 박막 안테나의 저항이 1 Ω 이하가 되게 구리를 도금(S140)함으로써 전체 박막 안테나 제조 과정이 완료된다.

본 발명의 일부 실시예에서는, 시트 혹은 사출물의 표면에 스퍼터링법을 이용하여 코팅되는 박막은, 제1구리박막, 알루미늄(Al)박막 및 제2구리박막의 다층 박막 구조나 제1구리박막, 은(Ag)박막 및 제2구리박막의 다층 박막(S320) 구조를 갖는다.

<실시 예1>

열에 잘 견디는 폴리이미드필름(PolyimideFilm) 재질의 시트나 기타 소재의 사출물을 형성한다. 여기서는 폴리이미드필름을 예로 들었지만, 유사 특성을 갖는 다양한 재질의 시트나 사출물을 이용할 수 있음은 당연하다.

상기 형성된 시트 혹은 사출물의 표면에 스퍼터링법을 이용하여 구리 박막의 코팅을 진행한다.

상기 구리 박막 위에 레이저를 이용하여 패턴을 형성한다.

상기 패턴 형성이 완료되면, 형성된 패턴을 따라서 박막 안테나의 저항이 1 Ω 이하가 되게 구리를 도금한다.

따라서, 종래 기술인 동박적층필름을 사용한 박막 안테나 제조 방법과는 달리, 본 발명에 따르면 버려지는 구리의 양이 줄어들어 원가가 절감되고 자원의 낭 비를 방지할 수 있으며, 레이저 패터닝을 이용하므로 다양하고 복잡한 패턴을 쉽게 형성할 수 있다. 또한, 구리 박막 위에 동일 물질인 구리를 도금하므로 도금 공정이 훨씬 수월하고 결과물의 전도성도 보다 좋게 된다. 이처럼 본 발명에 의하면, 재료의 원가 절감과 함께 제조 공정이 단순해지는 효과를 얻는다.

<실시 예2>

상기 <실시예1>에 의해 원가절감과 제조공정의 단순화 등 여러 장점을 갖는 박막안테나의 제조가 가능해지지만, 상기 <실시예1>에서는 도금 공정이 포함됨으로 인해 그로 인한 환경 오염이 문제가 될 수 있다. 따라서, 이와 같이 도금에 의한 환경 오염이 문제가 되는 경우에는 아래와 같이 도금 공정을 생략하는 것도 가능하다.

<실시예1>에서와 마찬가지로 안테나 제조의 대상이 되는 소정의 시트 혹은 사출물을 형성하고, 형성된 시트 혹은 사출물의 표면에 스퍼터링법을 이용하여 구리 박막을 코팅하되 저항값이 1Ω 이하가 되는 두께까지 코팅을 진행한다. 안테나 저항값 1Ω 의 확인은 구리 코팅 층의 두께가 각기 다른 몇 경우에 대해 간단한 저항 측정을 수행함으로써 확인할 수 있다.

이렇게 형성된 구리 박막 위에 레이저로 안테나 패턴을 형성한다.

<실시예2>에서와 같이 코팅 되는 구리 박막의 두께를 높이면 이후의 도금 과정 없이도 안테나 저항이 1Ω 이하가 되게 할 수 있다.

이렇게, 도금 과정을 제외시킴으로써 도금 과정에 따른 환경 오염 문제를 근 본적으로 차단할 수 있다.

<실시 예3>

위 <실시예2>에서와 같은 방법으로 박막 안테나를 제조할 경우, 구리 층의 두께가 커지게 되면 무거운 구리의 무게로 인해 코팅 경계면에서의 밀착력이 떨어지는 단점이 발생할 수 있다.

이 경우에는 아래와 같이 두껍고 무거운 구리 층을 보다 가벼운 다층 박막으로 대체함으로써 무게로 인한 밀착력의 문제를 해결할 수 있다.

앞의 실시예들과 마찬가지로, 우선, 열에 잘 견디는 폴리이미드필름(PolyimideFilm) 재질의 시트나 기타 소재의 사출물을 형성한다.

상기 형성된 시트 혹은 사출물의 표면에 스퍼터링법을 이용하여 제1구리박막, 알루미늄(Al)박막 및 제2구리박막 구조, 또는 제1구리박막, 은(Ag)박막 및 제2구리박막의 다층박막 구조로 코팅을 진행한다.

이 후, 상기 다층 박막에 대해 레이저를 이용해서 안테나 패턴을 형성한다.

이렇게 다층 박막 구조를 형성하면, 전체 층이 구리로만 된 경우보다 그 무게가 가벼워지고 각 층의 두께가 얇아져서 밀착력이 상대적으로 더 커지므로, 두꺼운 구리 층의 무게로 인한 코팅 경계면에서의 밀착력 약화 문제를 해결할 수 있다.

또한, 제1구리박막, 알루미늄박막 및 제2구리박막의 다층 박막 구조나 제1구리박막, 은박막 및 제2구리박막의 다층박막 구조는 높은 전도성을 유지할 수 있으므로 밀착력의 문제를 해결하기 위해 도입한 다층박막 구조로 인해 전기 전도성 등 의 다른 특성이 훼손되지도 않는다.

이 <실시예3>에서도 도금 공정으로 인한 환경 오염 문제는 발생하지 않는다.

여기서 다층 박막은 전체 저항값이 1Ω 되도록 스퍼터링한다. 다층 박막은 어떤 방법으로 성막 하느냐에 따라 저항값이 달라지므로 다층박막 구조에서 각 막의 두께 자체에 어떤 임계적 의미가 있는 것은 아니다. 각 박막의 두께에 관계없이 다층 박막의 전체 저항값이 1Ω 이하로 되면 족하다.

한편, 도 4는 본 발명에 따른 패턴 형성 방법을 적용한 인쇄회로기판의 제조과정을 나타낸 흐름도이다. 도 4에 도시된 바와 같이, 비전도성 기판 표면에 스퍼터링법(sputtering)을 이용하여 구리(Cu) 박막을 코팅(S410)하고, 코팅된 구리 박막 위에 레이저를 이용하여 구리 배선의 패턴을 형성(S420)함으로써 인쇄회로기판에 구리 배선의 패턴 형성 과정이 완료된다.

이외에도, 금속 패턴이 사용될 수 있는 모든 전기 소자에 본 발명의 패턴 형성 방법이 적용될 수 있다.

상술한 바와 같이, 본 발명의 바람직한 실시 예에 대해 설명하였으나, 본 발명은 상술한 특정의 바람직한 실시예에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변형실시가 가능한 것은 물론이고, 그와 같은 변경은 청구범위 기재의 기술적 범위 내에 포함된다 할 수 있다.

도 1는 본 발명에 따른 박막 안테나 제조 과정을 나타낸 흐름도이다.

도 2은 본 발명에 따른 박막 안테나 제조 과정을 나타낸 흐름도이다.

도 3는 본 발명에 따른 박막 안테나 제조 과정을 나타낸 흐름도이다.

도 4는 본 발명에 따른 인쇄회로기판의 제조 과정을 나타낸 흐름도이다.

Claims (9)

1. 제1구리박막을 코팅하고, 상기 제1구리박막 위에 스퍼터링법을 이용하여 알루미늄(Al)박막 또는 은(Ag)박막을 코팅한 후, 상기 알루미늄 박막 또는 은 박막 위에 스퍼터링법을 이용하여 제2구리박막을 코팅하여 다층 박막을 형성하는 제1단계;

   레이저를 이용하여 상기 다층 박막에 패턴을 형성하는 제2단계;

   를 포함하는 금속 박막을 이용한 패턴 형성 방법.
2. 삭제
3. 삭제
4. 삭제
5. 박막 안테나 제조 방법으로서,

   소정 재질의 시트 혹은 사출물의 표면에 스퍼터링법을 이용하여 제1구리박막을 코팅하고, 상기 제1구리박막 위에 스퍼터링법을 이용하여 알루미늄(Al)박막 또는 은(Ag)박막을 코팅한 후, 상기 알루미늄 박막 또는 은 박막 위에 스퍼터링법을 이용하여 제2구리박막을 코팅하여 다층 박막을 형성하는 제1단계;

   레이저를 이용하여 상기 다층 박막에 패턴을 형성하는 제2단계;

   를 포함하고,

   상기 다층 박막 안테나의 저항은 1Ω 이하인 것을 특징으로 하는 박막 안테나 제조 방법.
6. 삭제
7. 상기 제5항의 방법에 의해 제조된 박막 안테나.
8. 인쇄회로기판(PCB)의 제조 방법으로서,

   비전도성 기판 표면에 스퍼터링법(sputtering)을 이용하여 제1구리박막을 코팅하고, 상기 제1구리박막 위에 스퍼터링법을 이용하여 알루미늄(Al)박막 또는 은(Ag)박막을 코팅한 후, 상기 알루미늄 박막 또는 은 박막 위에 스퍼터링법을 이용하여 제2구리박막을 코팅하여 다층 박막을 형성하는 제1단계;

   레이저를 이용하여 상기 다층 박막에 패턴을 형성하는 제2단계;

   를 포함하는 인쇄회로기판의 제조 방법.
9. 상기 제8항의 방법에 의해 제조된 인쇄회로기판.

Images