KR101371088B1 - 무전해도금을 이용한 금속 박막의 제조 방법 및 이에 따라 제조된 박막 소자 - Google Patents

무전해도금을 이용한 금속 박막의 제조 방법 및 이에 따라 제조된 박막 소자 Download PDF

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Abstract

본 발명은 유리, 고분자 등 부도체 기판 위에 금속 도전층을 형성하기 위한 무전해도금 (ELD: Electroless deposition)에 관한 발명이다. 본 발명은 아크플라즈마증착(APD: Arc plasma deposition)이나 스퍼터링증착법(sputtering) 등 건식증착법을 사용하여 기판 상에 접착층과 촉매층을 형성하고, 그 위에 무전해도금을 실시하여 금속 박막을 형성할 수 있다. 본 발명에 의하면 무전해도금 공정에서 행하여지던 기존 복잡한 전처리 공정을 획기적으로 줄이고 도금된 금속 박막의 접착력을 증가시킬 수 있다.

Description

무전해도금을 이용한 금속 박막의 제조 방법 및 이에 따라 제조된 박막 소자{a fabricating method of metal thin film using electroless deposition and a thin film device fabricated thereby}
본 발명은 무전해도금을 이용한 금속 박막의 제조 방법 및 이에 따라 제조된 박막 소자에 관한 것이다. 보다 구체적으로는 아크플라즈마증착(APD: arc plasma deposition)이나 스퍼터링증착법(sputtering)등 건식 전처리를 통한 무전해도금을 이용한 금속 박막의 제조 방법 및 이에 따라 제조된 전자 소자에 관한 것이다.
부도체는 전기가 흐르지 않기 때문에 전해 도금이 어렵다. 그러므로 전기 에너지를 사용하지 않는 환원 반응인 무전해도금을 이용한다. 금속이온을 환원되게 하는 구동력은 용액 내의 환원제에 의해 제공된다. 예를 들어 구리(Cu) 도금을 위해 포름알데히드(HCHO)를 환원제로 사용하였을 때의 반응은 다음과 같다.
Cu2 + + 2HCHO + 4OH- → Cu0 + 2HCOO- + H2 + 2H2O
촉매는 금속 이온과 환원제 사이에서 임시적인 전자다리를 제공하여 금속 생성 활성화 에너지를 낮춰 반응이 더 잘 일어날 수 있는 상태로 만든다. 그러므로 환원제의 반응에 대해 활성을 가지는 팔라듐(Pd) 촉매층을 먼저 기판에 증착한 후 무전해도금을 한다. 기존의 무전해도금 기술은 이 팔라듐 촉매층을 만들기 위한 전처리가 다음과 같이 복잡하다. 기판을 우선 세척과 에칭한 후 염화주석(SnCl2)과 염산(HCl) 혼합 용액으로 감응(sensitization) 시키고 염화팔라듐(PdCl2)과 염산(HCl) 혼합 용액으로 활성화(activation)를 시킨다. 각 단계 사이는 물로 헹구는 과정이 포함된다. 팔라듐을 활성화시키는 과정은 다음과 같다.
Pd2 + + Sn2 + → Pd0 + Sn4 +
이 때 생성된 Pd0 자리에서 무전해 도금이 시작된다.
최근에는 이 과정을 단순화 시켜서 SnCl2/PdCl2/HCl 용액으로 활성화 시키고 HCl로 가속 (acceleration) 시키기도 한다. SnCl2 보호층에 의해 Sn/Pd 합금으로 이뤄진 코어를 가지는 콜로이드가 생성이 되는데 HCl 용액으로 Sn을 제거하면 무전해도금(ELD: electroless deposition)이 시작될 Pd 자리가 된다.
한편, 도금법을 이용하지 않고 직접 구리박막을 증착하기도 한다. 그러나 구리는 대부분의 물질에 대하여 약한 접착력을 갖기 때문에 접착력을 향상시킬 수 있는 층을 기판과 구리층 사이에 형성해야 한다. 하지만 접착력을 향상시키기 위해 사용한 물질 위의 통상적인 구리 증착은 완벽하지 못한 문제점이 있다.
예를 들어, 황산구리(CuSO4) 및 황산(H2SO4)을 함유하는 증착 배스는 증착 중에 빠른 산화로 인해 적당한 구리층 접착을 방해한다. 또한 구리 증착 배스는 리튬(Li), 나트륨(Na) 및 칼륨(K)과 같은 염기 성분을 포함하여 pH를 증가시키고 이에 의하여 증착 공정의 반응 속도를 증가시키도록 한다. 그러나, 기판 제조시 많은 양의 염기 성분을 이용하는 것은 바람직하지 않은데, 이는 잔류하는 염기 금속 이온이 기판 내의 이산화물 같은 계면의 전기장 하에서 밀려 디바이스 특성을 변경하게 만드는 원치 않는 영역까지 양이온 전하를 유입시키기 때문이다.
무전해도금에는 기판의 복잡한 전처리 과정이 필요한데, 기존의 수용액을 이용하는 습식 방식은 과정이 복잡하고, 폐액에 의한 환경적인 문제점이 발생할 수 있다.
1. 한국공개특허공보 제10-2004-0015090호 2. 한국공개특허공보 제10-2004-0004556호
본 발명은 무전해도금 공정 중 도금 전에 형성하는 촉매층을 APD나 스퍼터링등 건식증착법을 이용하여 형성함으로써 무전해도금 전처리 공정을 단순화하고, 무전해도금된 금속 박막의 접착력을 향상시키고자 한다.
또한, 건식 공정을 사용함으로써 폐액 발생이 없는 친환경적인 무전해도금법을 제공하고자 한다.
또한, 전처리 건식 공정에서 접착층 및 촉매층을 패턴화하여 증착하여 미세한 회로 패턴을 형성할 수 있는 무전해도금법을 제공하고자 한다.
또한, 유리 기판은 물론이고 고분자 기판 또는 부도체이지만 투명하면서도 유연한 기판에 박막을 형성함으로써 유연성을 가지는 전자 소자, 투명하고 연성이 있는 전극을 제공하고자 한다.
본 발명의 일 실시 형태는 기판을 마련하는 기판 마련 단계; 건식 증착법을 이용하여 상기 기판 상에 촉매층을 형성하는 촉매층 형성 단계; 및 무전해도금에 의하여 상기 촉매층 상에 금속 박막을 형성하는 박막 형성 단계;를 포함하는 무전해도금을 이용한 금속 박막의 제조 방법일 수 있다.
상기 기판은 전기적 부도체일 수 있다.
상기 기판은 유리 또는 유연하거나 신축성이 있는 고분자를 포함할 수 있다.
상기 기판은 유리, 에폭시, 페놀수지, 폴리이미드, 폴리에스터, glass epoxy, 실리콘 고무(silicone rubber), Polydimethylsiloxane (PDMS) 및 polyvinylidene difluoride (PVDF) 으로 이루어진 그룹에서 선택된 1 종 이상을 포함할 수 있다.
상기 건식 증착법은 열증착법, 전자빔증착법, 플라즈마증착법 및 스퍼터링법으로 이루어진 그룹에선 선택된 1종 이상을 포함할 수 있다.
상기 건식 증착법은 아크플라즈마 증착법을 포함할 수 있다.
상기 촉매층은 Pd, Pt, Ag및 이들의 합금으로 이루어진 그룹에서 선택된 1종 이상을 포함할 수 있다.
상기 촉매층은 마스크를 이용하여 특정 패턴으로 형성되고, 상기 특정 패턴을 따라 무전해도금이 수행되어 금속 박막이 형성될 수 있다.
상기 기판 마련 단계와 상기 촉매층 형성 단계 사이에, 상기 기판 상에 접착층을 형성하는 접착층 형성 단계를 더 포함할 수 있다.
상기 접착층 형성 단계는 건식 증착법에 의하여 수행될 수 있다.
상기 접착층 형성 단계의 건식 증착법은 상기 촉매층 형성 단계의 건식 증착법과 동일할 수 있다.
상기 접착층 및 상기 촉매층은 마스크를 이용하여 특정 패턴으로 형성되고, 상기 특정 패턴을 따라 무전해도금이 수행될 수 있다.
상기 접착층은 Ti, Mo, Ni, Cr, Al, Ag 및 이들의 합금으로 이루어진 그룹에서 선택된 1종 이상을 포함할 수 있다.
상기 접착층은 NiCr 합금, 티타늄(Ti) 또는 몰리브덴(Mo)을 포함할 수 있다.
상기 무전해도금은 포름알데히드(HCHO), 글리세린을 기반으로 제조된 glvoxylic acid, sodium hypophosphite (NaPO2H2 ·H2O), borohydride 용액 및 Dimethylamine-borane (DMAB)로 이루어진 그룹에서 선택된 1종 이상을 포함하는 환원제를 사용하여 수행될 수 있다.
상기 금속 박막은 Cu, Ni, Au, Ag 및 이들의 합금으로 이루어진 그룹에서 선택된 1종 이상을 포함할 수 있다.
본 발명의 다른 실시 형태는 상기 방법에 따라 제조된 금속 박막을 포함하는 박막 소자일 수 있다.
본 발명은 무전해도금 공정 중 도금 전에 형성하는 촉매층을 아크플라즈마증착법이나 스퍼터링등 건식증착법을 이용하여 형성하기 때문에, 무전해도금 전처리 공정을 단순화할 수 있고, 도금된 금속 박막의 접착력을 향상시킬 수 있다.
본 발명에 의한 전처리 공정은 건식공정이기 때문에 환경적으로 부담이 되는 폐액을 발생시키지 않는다.
본 발명에 의한 전처리 공정에서 촉매층을 패턴화하여 증착하면 미세한 금속 회로를 형성하는 것이 가능하다.
본 발명에 의하면 유리 기판은 물론이고 고분자 기판 또는 부도체이지만 투명하면서도 유연한 기판에 박막을 형성할 수 있기 때문에 유연성 전자 제품 소자나 투명, 연성 전극을 만들 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시 형태에 따른 무전해도금을 이용한 금속 박막 의 제조 방법의 공정순서도이다.
도 2는 본 발명의 실시예 1의 구리 박막에 대한 주사전자현미경 단면 사진이다.
도 3은 본 발명의 실시예 1의 도금 시간에 따른 도금 두께의 변화를 나타내는 그래프이다.
도 4는 본 발명의 실시예 2의 도금 시간에 따른 도금 두께의 변화를 나타내는 그래프이다.
도 5는 본 발명의 실시예 3의 구리 박막에 대한 주사전자현미경 단면 사진이다.
도 6은 본 발명의 실시예 4의 구리 박막에 대한 사진이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 형태들을 설명한다. 본 발명의 실시 형태는 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 이하 설명하는 실시 형태로 한정되는 것은 아니다. 또한, 본 발명의 실시 형태는 당업계에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 더욱 완전하게 설명하기 위해서 제공되는 것이다. 따라서, 도면에서의 요소들의 형상 및 크기 등은 보다 명확한 설명을 위해 과장될 수 있으며, 도면상의 동일한 부호로 표시되는 요소는 동일한 요소이다.
도 1은 본 발명의 일 실시 형태에 따른 무전해도금을 이용한 금속 박막 제조 방법의 공정 순서도이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시 형태는 기판을 마련하는 기판 마련 단계; 건식 증착법을 이용하여 상기 기판 상에 촉매층을 형성하는 촉매층 형성 단계; 및 무전해도금에 의하여 상기 촉매층 상에 금속 박막을 형성하는 박막 형성 단계;를 포함하는 무전해도금을 이용한 금속 박막의 제조 방법일 수 있다.
먼저, 기판을 마련할 수 있다(기판 마련 단계).
도금을 하고자 하는 기판을 세척하여 이물질을 제거할 수 있다. 기판은 전기적 부도체일 수 있다. 기판이 도체인 경우에는 전기도금이 가능하나, 부도체인 경우에는 전기도금은 실시할 수 없으며, 이러한 경우에는 금속의 화학적 환원을 이용하는 무전해도금이 가능하기 때문이다.
기판은 유리, rigid PCB 기판 등의 딱딱한 물질을 포함할 수 있다. 유리는 LCD 등 디스플레이용 유리일 수 있으며, 에폭시나 페놀수지 등을 이용한 rigid PCB 기판은 일반적인 메인 보드용 PCB 기판일 수 있다. 디스플레이용 유리 또는 rigid PCB 기판에 본 발명에 따라 무전해 도금을 실시하여 배선, 전극 등을 형성할 수 있다.
기판은 유연하거나 신축성이 있는 고분자 물질을 포함할 수 있으며, 이에 제한되는 것은 아니나, 구체적으로는 에폭시 수지, 폴리이미드 수지, 폴리에스터 수지, 글래스 에폭시(glass epoxy) 수지, 실리콘 고무(silicone rubber), Polydimethylsiloxane (PDMS) 및 polyvinylidene difluoride (PVDF) 으로 이루어진 그룹에서 선택된 1 종 이상을 포함할 수 있다. 특히 유연성이나 신축성이 있는 고분자 물질을 기판으로 하는 경우에는 휘어지는 전자 부품 등에 유용하게 적용할 수 있다.
메인보드용 PCB(인쇄전자기판) 기판, LCD 나 휴대폰, 카메라등 휴대용 전자기기 커넥터용 flexible PCB 기판, 반도채 팩키지용 IC기판 등에 사용될 수 있다. PCB 기판 및 IC기판은 에폭시나 페놀수지를 기반으로 하고, fPCB 기판은 폴리이미드, 폴리에스터(PET), glass epoxy를 기반으로 할 수 있다.
다음으로, 기판 상에 접착층을 형성할 수 있다(접착층 형성 단계).
접착층은 선택적으로 형성할 수 있다. 즉 기판과 촉매층 간의 접착력이 충분히 강하여 안정적인 경우에는 굳이 접착층을 추가적으로 형성할 필요가 없지만, 기판과 촉매층 간의 접착력이 약하여 안정성을 확보할 수 없는 경우에는 기판과 촉매층 간의 접착력을 향상시키기 위하여 기판과 촉매층 사이에 접착층을 형성할 수 있다.
접착층 형성은 건식 증착법에 의하여 수행될 수 있으며, 촉매층 형성 단계의 건식 증착법과 동일한 방법일 수 있다. 이 경우 공정이 연속적으로 이어져 공정의 단순화를 구현하기 용이할 수 있다.
마스크를 이용하여 접착층을 특정한 모양의 패턴으로 형성할 수 있다. 추후 촉매층도 접착층의 패턴에 따라 형성되고, 무전해도금도 접착층의 패턴에 따라 이루어질 수 있다. 결국 접착층의 패턴에 따라 금속 박막이 형성될 수 있으며, 이는 인쇄회로기판 등에 배선을 형성하는데 적용할 수 있으며, 각종 투명 및 유연 전극소자로 사용될 수 있다.
접착층은 Ti, Mo, Ni, Cr, Al, Ag 및 이들의 합금으로 이루어진 그룹에서 선택된 1종 이상을 포함할 수 있다. 바람직하게는 NiCr 합금, 티타늄(Ti) 또는 몰리브덴(Mo)을 포함할 수 있으며, NiCr 합금은 니켈 대비 크롬의 몰 비율이 80:20일 수 있다.
다음으로, 건식 증착법을 이용하여 촉매층을 형성할 수 있다(촉매층 형성 단계)
건식 증착법은 습식 공정에 의하지 않고 증착하는 것을 의미할 수 있다. 건식증착법은 이에 제한되는 것은 아니나, 열증착법, 전자빔증착법, 플라즈마증착법 및 스퍼터링법으로 이루어진 그룹에선 선택된 1종 이상을 포함할 수 있다. 특히 건식 증착법은 아크플라즈마 증착법을 포함할 수 있다. 플라즈마증착법(plasma assisted chemical vapor deposition)은 화학적 기상증착법의 일종으로 반응물을 기체 상태로 챔버 안에 불어넣고 챔버 안에 rf 플라즈마를 유도하여 저온에서 반응을 일으켜 원하는 물질을 기판에 증착하는 기법이다. 열증착법(thermal evaporation)은 해당 금속 타겟에 열을 가해 그 에너지로 인해 튀어나오는 금속 원자를 직접 기판에 증착하는 기법이다. 전자빔증착법(e-beam evaporation)은 에너지가 높은 전자빔으로 해당 금속 타겟을 때려 튀어나오는 금속 원자를 직접 기판에 증착하는 기법이다. 아크플라즈마증착법(Arc plasma deposition, APD)은 습식 방법과 달리 건식으로 아크를 발생시켜 해당 금속을 플라즈마화하여 직접 기판에 증착하는 기법이다. 스퍼터링증착법(sputtering)은 에너지가 높은 Ar이온 등으로 해당 금속 타겟을 때려 튀어나오는 금속 원자를 직접 기판에 증착하는 기법이다.
본 실시 형태에 있어서, 습식 공정을 사용하지 아니하고 건식 공정인 건식 증착법을 채용함으로써 습식 공정에 필요한 여러 공정을 생략할 수 있어서 공정을 단순화시킬 수 있다. 또한 폐수 등이 발생하지 않기 때문에 환경적인 측면에서도 유리하다. 또한 공정을 단순화하여 품질관리가 용이하고, 습식 공정에 비해 증착되는 촉매양(팔라듐)을 최소화할 수 있어 귀금속인 촉매 사용량을 절감할 수 있다.
촉매층은 기판 상에 형성되어 무전해도금액 중에 존재하는 금속의 환원반응을 촉진하여 무전해도금의 속도를 향상시킬 수 있다. 촉매층은 귀금속 등을 포함할 수 있으며, 이에 제한되는 것은 아니나 Pd, Pt, Ag및 이들의 합금으로 이루어진 그룹에서 선택된 1종 이상을 포함할 수 있다.
접착층이 특정 모양의 패턴으로 형성된 경우, 마스크를 이용하여 촉매층 또한 접착층의 패턴에 대응되도록 특정한 모양의 패턴으로 형성될 수 있다. 촉매층이 형성된 특정 패턴을 따라 무전해도금액 중 존재하는 금속이 환원되어 도금층이 형성될 수 있다. 결국 촉매층의 패턴을 따라 금속 박막이 형성될 수 있는데, 이는 인쇄회로기판 등에 배선을 형성하는데 적용될 수 있으며, 각종 투명 및 유연 전극소자로 사용될 수 있다.
다음으로, 무전해도금에 의하여 촉매층 상에 금속박막을 형성할 수 있다(박막 형성 단계).
무전해도금에 의하면 도금액 내에 존재하는 금속은 환원제에 의하여 기판 상에 금속으로 석출됨으로써 도금층이 형성될 수 있다. 금속의 환원은 촉매에 의하여 속도가 빨라지기 때문에 촉매층 상에서 더욱 활발하게 일어날 수 있다. 환원제는 포름알데히드(HCHO), 글리세린을 기반으로 제조된 glyoxylic acid, sodium hypophosphite (NaPO2H2 ·H2O), borohydride 용액 및 Dimethylamine-borane (DMAB)로 이루어진 그룹에서 선택된 1종 이상을 포함할 수 있다. 포름알데히드(HCHO) 증기는 건강에 유해하므로 글리세린을 기반으로 제조된 glvoxylic acid 를 환원제로 사용할 수도 있다.
금속 박막은 도전성이 우수한 금속을 포함하는 것이라면 특별한 제한은 없으며, Cu, Ni, Au, Ag 및 이들의 합금으로 이루어진 그룹에서 선택된 1종 이상을 포함할 수 있다. 금속 박막은 그 용도에 따라 적합한 금속을 선택할 수 있다. 특히 인쇄회로기판 등에 사용되는 경우에는 구리를 선택할 수 있다.
접착층 및 촉매층이 마스크를 이용하여 특정한 패턴의 모양으로 형성된 경우, 무전해도금도 접착층 및 촉매층의 패턴 모양에 따라 이루어질 수 있으며, 금속 박막도 특정 패턴의 모양으로 형성될 수 있다. 이는 인쇄회로패턴의 배선 형성에 적용할 수 있으며, 각종 투명 및 유연 전극소자로 사용될 수 있다.
본 발명의 다른 실시 형태는 상기 방법에 따라 제조된 금속 박막을 포함하는 박막 소자일 수 있다.
본 실시 형태에 따른 박막 소자에는 LCD 용 메인보드와 구동 IC를 연결하는 커넥터용 동배선의 seed layer, 휴대전자기기(휴대폰, 사진기 등) 내 커넥터용 동배선의 seed layer, 일반 전자기기 등에 들어가는 메인보드 동배선의 seed layer, IC 팩키지용 동배선의 seed layer등이 있을 수 있다.
이하에서는 실시예 및 비교예를 참조하여 본 발명에 대하여 상세하게 설명한다.
실시예 1
유리 기판 위에 구리 박막의 형성
다음과 같은 방법에 의하여 유리 기판 위에 구리 박막을 형성하였다.
먼저, 유리 기판 표면의 이물질을 세척하기 위해 H2SO4와 H2O2을 3:1 부피 비율로 섞어서 만든 피라냐 솔루션 (piranha solution)에 30분간 담근 후에 아세톤, 에틸 알코올, 증류수의 순서로 각각 15분씩 초음파 세척했다.
다음으로, 세척한 유리기판은 질소(N2) 가스로 건조시켰다.
다음으로, 건조한 유리 기판에 아크플라즈마증착법(APD: arc plasma deposition)을 이용하여 티타늄(Ti)을 1080 ㎌, 200 V에서 3 Hz, 200 pulse로 증착하여 접착층을 형성하였다.
다음으로, 아크플라즈마증착법을 이용하여 접착층 상에 팔라듐(Pd)을 1080 ㎌, 100 V에서 3 Hz, 200 pulse로 증착하여 촉매층을 형성하였다.
다음으로, 무전해 도금액을 이용하여 무전해도금을 실시하여 구리 박막을 형성하였다. 무전해 도금액의 조성은 이미 널리 사용되고 있는 고전적인 방법을 이용하였다. 즉 황산구리오수화물(CuSO4·5H2O) 5g/L, 로셸염(KNaC4H4O6·4H2O) 25g/L, 수산화나트륨 10g/L, 포르말린(37 wt% HCHO 수용액)을 섞어서 구리 도금액을 준비하였다.
도금액을 22℃에서 400rpm으로 교반하면서 접착층과 촉매층이 증착된 유리 기판을 각각 5분, 10분, 30분, 1시간, 2시간 동안 담가 무전해도금을 실시하였다.
무전해도금 종료 후 증류수로 표면에 남은 도금액을 씻어내고 N2 가스로 건조시켰다.
구리 박막의 특성 평가
상기 방법에 의하여 제조된 구리 박막에 대한 특성 평가를 다음과 같이 실시하였다.
도금층 관찰
먼저, 주사전자현미경(SEM: Scanning Electron Microscope)를 이용하여 구리 박막의 표면 및 단면(cross section)을 관찰하였다. 그 결과를 도 2에 나타내었다. 도 2를 참조하면 구리 박막이 기판 상에 치밀하게 형성되어 있음을 확인할 수 있다.
구리 박막의 두께
도금 시간에 따른 구리 박막의 두께를 관찰하였으며, 그 결과를 도 2에 나타내었다. 도 3를 참조하면, 2㎛인 경우까지는 구리 박막의 두께가 도금 시간에 거의 선형적으로 비례하고 있음을 확인할 수 있다. 이러한 점으로부터 도금 두께 2㎛ 이하의 범위에서는 도금 두께를 정밀하게 조절할 수 있음을 알 수 있다.
전기적 특성
4 point probe를 사용하여 면저항을 측정하여 구리 박막의 전기적 특성을 평가하였으며, 그 결과를 표 1에 나타내었다.
5분 10분 30분 1시간 2시간
면저항
(Ω/□)		 3.1x10-1 9.7x10-2 3.9x10-2 2.6x10-2 1.2x10-2
표 1을 참조하면, 도금된 구리 박막의 두께가 증가할수록 면저항이 감소하는 것을 확인할 수 있다. 이는 구리층의 증가로 도전률이 향상되었기 때문이다.
접착력 특성
또한, 접착력 테스트를 실시하여 도금이 안정적으로 이루어졌는지 확인하였다. 접착력 테스트는 ASTM D-3359에 따라 도금된 구리 박막 위에 접착테이프를 부착시킨 후 떼어내면서 구리 박막의 몇 %가 떨어져 나갔는가를 1에서 5까지 단계로 분류하여 구리 박막의 접착력을 평가하였다. 전혀 떨어져 나간 부분이 없는 경우를 단계 5라 하고, 5 % 이하로 떨어져 나간 경우를 단계 4, 5~15 % 떨어져 나간 경우를 단계 3, 15~35 % 떨어져 나간 경우 단계 2, 35~65 % 떨어져 나간 경우를 단계 1, 65% 이상 떨어져 나간 경우를 단계 0으로 분류하였다.
접착력 테스트는 도금 시간이 15분, 30분인 경우의 구리 박막에 대하여 실시하였다. 도금 시간이 15분인 경우는 단계 5, 도금 시간이 30분인 경우는 단계 3을 나타내었다. 이는 기존 무전해도금법을 이용한 구리 박막의 접착력과 비슷한 수준이다 (논문 M. Charbonnier et al., Surf. Coat. Technol. 200, 5478-5486(2006) 의 표 2를 참조하면, 기존 무전해도금의 경우 도금 시간이 15분일 때 단계 5를 나타내고, 도금시간이 30분일 때는 일정하지 않은 결과를 나타내고 있음).
상기 결과로부터 무전해도금의 전처리 공정을 습식 공정이 아닌 건식 공정에 의하여 진행하더라도 금속 박막의 물성이 저하되는 등의 문제가 발생하지 않으며, 오히려 무전해도금의 전처리 공정을 단순화할 수 있고 환경 오염의 문제가 발생하지 않는 등의 장점이 있음을 확인할 수 있다.
실시예 2
유리 기판 위에 구리 박막의 형성
유리 기판에 접착층으로 몰리브덴(Mo)을 사용한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일하게 구리 박막을 제조하였다.
구리 박막의 특성 평가
실시예 1에서 실시한 평가 방법 및 기준과 동일한 방법 및 기준에 따라서 본 실시예에 따른 구리 박막에 대하여 특성 평가를 실시하였다.
구리 박막의 두께
도금 시간에 따른 구리 박막의 두께를 관찰하였으며, 그 결과를 도 3에 나타내었다. 도 4를 참조하면, 1.5㎛인 경우까지는 구리 박막의 두께가 도금 시간에 거의 선형적으로 비례하고 있음을 확인할 수 있다. 이러한 점으로부터 도금 두께 1.5㎛ 이하의 범위에서는 구리 박막의 정밀하게 제어할 수 있을 수 있음을 확인할 수 있다.
전기적 특성
4 point probe를 사용하여 면저항을 측정하여 구리 박막의 전기적 특성을 평가하였으며, 그 결과를 표 2에 나타내었다.
5분 10분 30분 1시간 2시간
면저항
(Ω/□)		 5.9x10-1 2.2x10-1 7.6x10-2 3.9x10-2 2.2x10-2

표 2를 참조하면, 도금된 구리 박막의 두께가 증가할수록 면저항이 감소하는 것을 확인할 수 있다. 이는 구리층의 증가로 도전률이 향상되었기 때문이다.
접착력 특성
접착력 테스트는 실시예 1에서와 동일한 방법 및 기준에 따랐다. 접착력 테스트는 도금 시간이 15분인 경우와 30분인 경우에 대하여 실시하였다. 그 결과 도금 시간이 15분인 경우는 단계 5, 30분인 경우 단계 4를 나타내었다. 이는 기존 무전해도금법을 이용한 구리 박막의 접착력과 비슷하거나 나은 수준이었다.
실시예 3
폴리머 기판 위에 구리 박막의 형성
기판으로 휘어지는 고분자 재질의 폴리이미드(polyimide)을 사용하고, 접착층으로 NiCr(80:20) 합금을 사용한 점을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법에 의하여 구리 박막을 형성하였다. 다만 폴리이미드 기판은 에틸 알코올, 증류수의 순서로 각각 15분씩 초음파 세척 한 후, 질소(N2) 가스로 건조하였다.
구리 박막의 특성 평가
실시예 1에서 실시한 평가 방법 및 기준과 동일한 방법 및 기준에 따라서 본 실시예에 따른 구리 박막에 대하여 특성 평가를 실시하였다.
도금층 관찰
도5는 본 실시예에 따른 구리 박막의 절단면에 대한 주사전자현미경사진이다. 주사전자현미경으로 절단면을 찍기 위해 구리 박막 위에 에폭시를 입히고 굳혀 고정시켰다. 도 5를 참조하면, 구리 박막이 기판 상에 치밀하게 약 3 um두께로 형성되어 있음을 확인할 수 있다.
접착력 특성
도금 시간이 15분인 경우와 30분인 경우에 대하여 접착력 테스트를 실시하였다. 도금 시간이 15분인 경우는 단계 5, 30분인 경우 단계 5를 나타내었다. 이는 기존 무전해도금법을 이용한 구리 박막의 접착력과 비슷하거나 나은 수준이었다.
실시예 4
실리콘 기판 위에 구리 박막의 형성
기판으로 신축이 가능한 고분자 재질의 실리콘(silicone)을 사용하고, 접착층으로 NiCr(80:20) 합금을 사용한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 조건하에서 구리 박막을 제조하였다. 다만, 실리콘 기판을 에틸 알코올, 증류수의 순서로 각각 15분씩 초음파 세척한 후, 질소(N2) 가스로 건조시켰다.
구리 박막의 특성 평가
실시예 1에서 실시한 평가 방법 및 기준과 동일한 방법 및 기준에 따라서 본 실시예에 따른 구리 박막에 대하여 특성 평가를 실시하였다.
도금층 관찰
도 6은 실리콘 기판에 도금된 구리 박막을 옆면에서 약간 경사를 주어 찍은 사진이다. 도 6을 참조하면 투명한 실리콘 필름의 중간 부분에 구리 박막이 형성되어 있음을 육안으로 확인할 수 있다.
접착력 특성
도금 시간이 15분인 경우와 30분인 경우에 대하여 접착력 테스트를 실시하였다. 도금 시간이 15분인 경우는 단계 5, 30분인 경우는 단계 3을 나타내었다. 이는 기존 무전해도금법을 이용한 구리 박막의 접착력과 비슷하거나 나은 수준이었다.
본 발명에서 사용한 용어는 특정한 실시예를 설명하기 위한 것으로, 본 발명을 한정하고자 하는 것이 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하지 않는 한, 복수의 의미를 포함한다고 보아야 할 것이다.“포함하다” 또는 “가지다” 등의 용어는 명세서 상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성 요소 또는 이들을 조합한 것이 존재한다는 것을 의미하는 것이지, 이를 배제하기 위한 것이 아니다. 본 발명은 상술한 실시 형태 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것이 아니며, 첨부된 청구범위에 의해 한정하고자 한다. 따라서, 청구범위에 기재된 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 당 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자에 의해 다양한 형태의 치환, 변형 및 변경이 가능할 것이며, 이 또한 본 발명의 범위에 속한다고 할 것이다.

Claims (17)

  1. 기판을 마련하는 기판 마련 단계;
    아크플라즈마 증착법을 이용하여 상기 기판 상에 촉매층을 형성하는 촉매층 형성 단계; 및
    무전해도금에 의하여 상기 촉매층 상에 금속 박막을 형성하는 박막 형성 단계;
    를 포함하는, 무전해도금을 이용한 금속 박막의 제조 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 기판은 전기적 부도체인, 무전해도금을 이용한 금속 박막의 제조 방법.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 기판은 유리 또는 유연하거나 신축성이 있는 고분자를 포함하는, 무전해도금을 이용한 금속 박막의 제조 방법.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 기판은 유리, 에폭시, 페놀수지, 폴리이미드, 폴리에스터, glass epoxy, silicone rubber, Polydimethylsiloxane (PDMS) 및 polyvinylidene difluoride (PVDF) 로 이루어진 그룹에서 선택된 1 종 이상을 포함하는, 무전해도금을 이용한 금속 박막의 제조 방법.
  5. 삭제
  6. 삭제
  7. 제1항에 있어서,
    상기 촉매층은 Pd, Pt, Ag및 이들의 합금으로 이루어진 그룹에서 선택된 1종 이상을 포함하는, 무전해도금을 이용한 금속 박막의 제조 방법.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 촉매층은 마스크를 이용하여 특정 패턴으로 형성되고, 상기 특정 패턴을 따라 무전해도금이 수행되어 금속 박막이 형성되는, 무전해도금을 이용한 금속 박막의 제조 방법.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 기판 마련 단계와 상기 촉매층 형성 단계 사이에, 상기 기판 상에 접착층을 형성하는 접착층 형성 단계를 더 포함하는, 무전해도금을 이용한 금속 박막의 제조 방법.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 접착층 형성 단계는 건식 증착법에 의하여 수행되는, 무전해도금을 이용한 금속 박막의 제조 방법.
  11. 제9항에 있어서,
    상기 접착층 형성 단계의 건식 증착법은 상기 촉매층 형성 단계의 증착법과 동일한, 무전해도금을 이용한 금속 박막의 제조 방법.
  12. 제9항에 있어서,
    상기 접착층 및 상기 촉매층은 마스크를 이용하여 특정 패턴으로 형성되고, 상기 특정 패턴을 따라 무전해도금이 수행되는, 무전해도금을 이용한 금속 박막의 제조 방법.
  13. 제9항에 있어서,
    상기 접착층은 Ti, Mo, Ni, Cr, Al, Ag 및 이들의 합금으로 이루어진 그룹에서 선택된 1종 이상을 포함하는, 무전해도금을 이용한 금속 박막의 제조 방법.
  14. 제9항에 있어서,
    상기 접착층은 NiCr 합금, 티타늄(Ti) 또는 몰리브덴(Mo)을 포함하는, 무전해도금을 이용한 금속 박막의 제조 방법.
  15. 제1항에 있어서,
    상기 무전해도금은 포름알데히드(HCHO), 글리세린을 기반으로 제조된 glyoxylic acid, sodium hypophosphite (NaPO2H2·H2O), borohydride 용액 및 Dimethylamine-borane (DMAB)로 이루어진 그룹에서 선택된 1종 이상을 포함하는 환원제를 사용하여 수행되는, 무전해도금을 이용한 금속 박막의 제조 방법.
  16. 제1항에 있어서,
    상기 금속 박막은 Cu, Ni, Au, Ag 및 이들의 합금으로 이루어진 그룹에서 선택된 1종 이상을 포함하는, 무전해도금을 이용한 금속 박막의 제조 방법.
  17. 제1항에 따라 제조된 금속 박막을 포함하는 박막 소자.
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