KR102206663B1 - 층간 절연재료의 증착중합 장치 및 증착중합 방법 및 유기 절연재료 - Google Patents

층간 절연재료의 증착중합 장치 및 증착중합 방법 및 유기 절연재료 Download PDF

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Abstract

본 발명은, 진공 처리실에서 2종 이상의 원료 모노머를 증발시켜고, 이것을 기체(基體) 상에서 중합시키기 위한 합성수지 피막 형성장치에 관한 것으로서, 해당 진공 처리실의 진공도를 100~1Pa 정도에 설정함과 동시에, 해당 기체(基體)의 온도를 원료 모노머의 증발 온도 중 최고 온도이상의 온도로 설정하고, 또한 해당 진공 처리실의 챔버 벽 내면 온도를 해당 기체(基體)의 온도 이상의 온도로 설정한 상태에서 해당 원료 모노머를 증발시키는 기구와, 중합반응과 별도로 설치한 해당 기체(基體)의 온도를 가열하는 기구와, 배기기구를 구비하는 것을 특징으로 하는 합성수지 피막 형성장치에 관한 것이다.

Description

층간 절연재료의 증착중합 장치 및 증착중합 방법 및 유기 절연재료{Appratus for deposition, Method of depositing using the same, Organic insulating material}
본 발명은 층간 절연막의 증착중합 장치에 관한 것으로, 상세하게는 진공 처리실 내부에 가스상 원료로서 증착중합 모노머를 도입하고, 공극을 갖는 피처리체 내부를 증착중합법에 의해 적층 반도체의 층간을 절연 충전 처리할 수 있는 증착중합 장치에 관한 것이다.
종래부터 적층집적회로(IC)의 실장 패키지 분야에 있어서, 솔더볼(납볼)과 구리 필러(copper pillar)을 통해 웨이퍼 사이를 전기접속한 후에, 모세관에 의해 웨이퍼 중간에 액상 수지를 주입하여 경화시키는 언더필 기술이 이용되고 있다. (특허문헌1 참조).
최근의 집적화에 따라, 3차원실장(3DIC)와 적층 메모리부와 프로세서부를 평면 상에 배치한 2.5D를 구현함에 있어서, 웨이퍼 자체의 박형화와 웨이퍼 사이의 간격(gap), 피치(pitch)가 좁아지는 추세에 있고, 통전시 발열로 인한 핫 스팟과 열 스트레스의 영향이 더 심각해지고 있다.
모세관에 의한 액상 수지를 주입하는 간극의 한계는 대략 50㎛가 되며, 층간 절연은 주입 방식을 대신하여, 도포 방식을 채용한 웨이퍼 레벨 언더필(WLUF) 프로세스가 개시되어 있다. (특허문헌2 참조)
3DIC의 고집적화에 따라, 적층된 칩 사이에 형성된 미세한 본딩을 보호하기 위한 매우 얇은 언드필을 종래의 언더필 기술과 구별하여 인터칩필(Inter Chip Fill)라고 칭하는 경우도 있지만, 본원에서는 구별하지 않고 광의의 언더필로 정의한다.
도 1은 3차원 집적회로(3DIC) 및 언더필/인터칩필 충전의 모식도를 보여준다. 언더필이 되는 절연 재료는 열변형 대책으로서의 기계적 강도는 물론, 적층 수 증가에 따른 발열량 증가에 대해 더 우수한 열 전도성을 요구하고 있다.
도 1에서, (A)는 언더필/인터칩필 형성 이전의 3차원 집적회로(3DIC)를 나타내고, (B) 폴리이미드 증착중합에서의 언더필 및 인터칩필 충전을 나타낸다.
한편, 폴리이미드 등과 같은 중합 화합물은 높은 절연성 수지 재료로써, 표면 보호막이나 트렌치(Trench), 층간절연재료로 반도체 분야에서 널리 사용되고 있으며, 진공 상태에서 중합 반응시켜 이미드화하는 증착중합 처리 장치가 개시되어 있다. (특허문헌3 참조)
종래, CPU, 파워 트랜지스터(power transistor), 사이리스터(thyristor) 등과 같은 발열 부품은 열 발생에 따라 특성이 저하되므로, 설치시 방열판을 장착하여 열을 발산시키거나 기기의 금속 섀시로 열을 방출한다.
이때, 전기 절연성과 밀착성을 향상시키기 위해 발열부품과 방열판 사이에 실리콘 고무 열전도성 충전제를 배합한 방열시트가 사용된다.
방열절연재료로서, 실리콘 고무 등과 같은 합성고무 100중량부에 대하여 산화베릴륨, 산화알루미늄, 수산화알루미늄, 산화아연으로부터 선택되는 적어도 1종 이상의 금속 산화물을 100~800중량부를 배합한 절연성 조성물이 개시되어 있다. (특허문헌4 참조)
또한, 절연성을 필요로 하지 않는 곳에 사용되는 방열 재료로써, 부가 경화형 실리콘 고무에 실리카와 실버, 골드, 실리콘 등의 열전도성 분말을 60~500중량부를 배합한 조성물이 개시되어 있다. (특허문헌5 참조)
그러나, 이러한 방열절연시트는 고무경도가 매우 큰 것이며, 강한 힘으로 조여도 완전히 밀착되지 않아서 접촉 열저항이 커지는 단점이 있다.
퍼스널 컴퓨터, DVD 드라이브 등의 전자기기의 고집적화가 진행되어 왔고, 장치 내의 LSI, CPU 등의 집적회로 소자의 발열량이 증가하고 있기 때문에, 기존의 냉각 방식으로는 불충분한 경우가 있다.
특히, 휴대용 노트 형태의 퍼스널 컴퓨터의 경우, 기기 내부의 공간이 좁기 때문에 큰 방열판이나 냉각팬을 장착할 수 없다.
이러한 장치는 인쇄회로기판에 집적회로소자가 탑재되어 있고, 기판의 재질에 열전도성이 나쁜 유리 강화 에폭시 수지 및 폴리이미드 수지가 사용되기 때문에 종래와 같은 방법으로는 방열절연시트를 통해 기판의 열을 신속히 제거할 수 없다.
그래서 집적회로소자의 주변에 자연냉각형 또는 강제냉각형의 방열부품을 설치하여 소자에서 발생한 열을 방열부품에 전달방식을 사용한다.
이 방식으로는, 소자와 방열부품을 직접 접촉시키게 되는데, 표면 요철에 의해 열전달이 나빠진다. 또한 방열절연시트를 설치하여도 방열전열시트의 유연성이 다소 떨어지기 때문에, 열팽창에 의해 소자와 기판 사이에 응력이 크게 되어 손상될 우려가 있다.
또한, 각 회로소자마다 방열부품을 설치하려는 경우 여분의 공간이 필요하므로 기기의 소형화가 어려워지게 되고, 여러 소자를 하나의 방열 부품에 결합하여 냉각하는 방식을 취하고 있다.
특히 노트 형태의 퍼스널 컴퓨터에서 사용되는 CPU는 그 높이가 다른 소자에 비해 낮고, 발열량이 크기 때문에 냉각 방식을 충분히 고려할 필요가 있다.
따라서, 소자마다 높이가 다른 것에 대해 다양한 틈새를 매울 수 있는 낮은 경도, 높은 열전도성을 갖는 재료가 필요하다. 이러한 과제에 대하여, 열전도성이 뛰어나고, 유연하며, 다양한 틈새에 대응할 수 있는 열전도성 시트가 제안되어 있다.
또한, 해마다 구동 주파수의 고주파화에 따라 CPU의 성능이 향상되고 발열량이 증가하기 때문에 더 높은 열전도성 재료가 요구되고 있다.
그래서, 실리콘 수지에 금속 산화물 등의 열전도성 재료를 혼입하여 성형한 시트에서 취급에 필요한 강도를 갖게 한 실리콘 지지층 위에 부드럽고 쉽게 변형하기 쉬운 실리콘 층이 적층되어 있는 시트가 개시되어 있다. (특허문헌6 참조)
또한, 열전도성 충전제를 함유하고 아스카C 경도가 5~50 정도의 실리콘 고무층과 직경 0.3mm이상의 홀을 갖는 다공성 보강재층을 조합한 열전도성 복합시트가 개시되어 있다. (특허문헌7 참조)
또한, 가요성 3차원 망상체 또는 양식(form)체의 골격 격자 표면을 열전도성 실리콘 고무로 코팅한 시트가 개시되어 있다. (특허문헌8 참조)
또한, 보강성을 갖는 시트 또는 크로스를 내장하고, 적어도 한쪽면은 접착성을 가지고 아스카C 정도의 두께 0.4mm 이하의 열전도성 복합 실리콘 시트가 개시되어 있다. (특허문헌9 참조)
또한, 부가반응형 액상 실리콘 고무와 열전도성 절연성 세라믹 분말을 함유하고, 그 경화물의 아스카C 경도가 25이하이고, 열저항이 3.0℃/W 이하인 방열 스페이스가 개시되어 있다. (특허문헌10 참조)
그러나, CPU 등과 같은 소자는 내압성이 낮아서 강한 힘으로 압착할 수 없기 때문에 아무리 시트를 저경화하여도 경화물인 한 피착제에 밀착하지 않고 접촉 열저항이 잔존해 버린다.
시트의 열전도율을 높여 시트 자체의 열저항은 감소시킬 수 있지만, 결국 시트와 피착제의 접촉 열저항의 크기가 문제가 된다.
한편, 열전도성 실리콘 그리스는 유동성이 있어서, 피착체의 사이에서 압착하면 접촉면이 거의 메워지므로 접촉 열저항을 크게 줄일 수 있다.
그래서, 실리콘 오일을 베이스로 하고, 산화아연 분말 및 산화알루미늄 분말을 증조제로 사용한 열전도성 그리스가 개시되어 있다. (특허문헌11 및 특허문헌12 참조)
또한, 열전도성 향상을 위해 증조제로 질화알루미늄을 사용한 것이 개시되어 있다. (특허문헌13 참조)
그러나, 이러한 방열 그리스는 사용할 때, 도포하는 데 매우 많은 시간이 걸리고, 디스펜스 등의 토출장치를 이용하여 일정량의 기름을 배출하는 것은 가능하지만 설비 투자 비용이 문제가 된다.
또한, 재작업시 그리스를 제거하는 데 시간이 걸리며, 알코올 등의 용제를 사용하여 세척할 필요가 있다.
반대로 저경도를 갖는 열전도성 시트는 이러한 시간이 걸리지 않고, 대신 접촉 열저항의 문제가 있다.
또한, 열전도성 무기 충전제를 함유한 비휘발성 실리콘 유체를 표면에 마련된 실리콘 고무제 열량 전도성 전기절연시트가 개시되어 있다. 이것은 실리콘 고무 열전도성 전기절연시트 표면에 접촉열저항을 줄이기 위해 실리콘 오일, 실리콘 그리스 또는 고무와 같은 물질에 열전도성 부여를 위해 무기 충전제를 첨가한 실리콘 유체를 도포한 것이다. (특허문헌14 참조)
이 시트는 작업성을 유지하면서 접촉 열저항을 줄일 수 있지만, 실리콘 유체를 깨끗이 벗기기 위한 분리기를 필요로 한다.
일반적인 불소계, 실리콘계 세퍼레이터는 세퍼레이터 측에 실리콘 유체가 이동하게 되어, 두께가 흩어지는 우려가 있다.
또한, 난연성, 열전도성, 전기 절연성을 갖는 점토형 열경화성 접착형 실리콘 조성물 시트를 IC 패키기와 방열장치 사이에 압접한 이후에, IC 패키기의 발열에 의해 실리콘 조성물 시트를 경화시킨 IC 패키기의 방열장치가 개시되어 있다. (특허문헌15 참조)
그러나, 실리콘 조성물 시트는 부드럽고 끈적이며 변형되기 쉬워서 작업성이 좋지 않은 단점이 있다.
또한, 상하 양표면이 고무 모양으로 경화시킨 박막 보강층을 구비하고, 그 사이에 미가황 컴파운드(compound)층을 끼운 저경도 방열시트가 개시되어 있다. (특허문헌16 참조)
이 시트는 취급성이 개선되었지만, 양표면에 경화시트가 있으므로, 접촉 열저항이 커지는 문제가 있다.
또한, 열전도성 실리콘 고무 시트와 평균 중합도 100~12000인 유기폴리실록산과 평균 입경 50㎛이하의 산화알루미늄 분말로 이루어진 미경화의 열전도성 실리콘 조성물을 적층함으로써 열전도율이 2W/mK이상이 되는 방열시트가 개시되어 있다. (특허문헌17 참조)
그러나, 평탄면에 적층하기 위해 칩 사이를 전기적으로 연결한 입체적인 구조체의 공극을 채울 수 없다는 문제가 있으나, 최근 웨이퍼 간격이 10㎛ 수준에 있기 때문에, 산화알루미늄 분말의 평균 입경을 웨이퍼 간격에 맞게 작게 하는 것은 열전도 효과를 얻을 수 없다는 문제가 있다.
〈특허문헌 1〉 특개평５－２８３４７８호 공보 〈특허문헌 2〉 특개２０１０－１６３３２호 공보 〈특허문헌 3〉 특개소６１－２６１３２２호 공보 〈특허문헌 4〉 특개소４７－３２４００호 공보 〈특허문헌 5〉 특개소５６－１００８４９호 공보 〈특허문헌 6〉 특개평２－１９６４５３호 공보 〈특허문헌 7〉 특개평７－２６６３５６호 공보 〈특허문헌 8〉 특개평８－２３８７０７호 공보 〈특허문헌 9〉 특개평９－１７３８호 공보 〈특허문헌 10〉 특개평９－２９６１１４호 공보 〈특허문헌 11〉 특개소５１－５５８７０호 공보 〈특허문헌 12〉 특개소５０－１０５５７３호 공보 〈특허문헌 13〉 특개소５２－１２５５０６호 공보 〈특허문헌 14〉 실개소５７－１５５６１８호 공보 〈특허문헌 15〉 특개평７－１８３４３４호 공보 〈특허문헌 16〉 특개２００２－３３４２７호 공보 〈특허문헌 17〉 특개２００４－１３０６４６호 공보
본 발명은 고열전도성 유기재료를 반도체층 사이에 채우기 위한 과제를 해결하기 위하여 이루어진 것이며, 진공 처리실에서 2종 이상의 원료 모노머를 증발시켜고, 이를 기체(基體) 상에서 중합시키기 위한 합성수지 피막의 합성 방법에 있어서, 해당 기체(基體)의 온도를 원료 모노머의 증발온도 중 최고 온도 이상의 온도로 설정하고, 또한 해당 진공처리실 챔버 벽 내면 온도를 해당 기체(基體)의 온도 이상의 온도에 설정한 상태에서, 해당 원료 모노머를 증발시키는 것을 특징으로 하는 고열전도 절연수지를 반도체 층간에 형성하기 적합한 증착중합장치 및 증착중합방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 해결하고자 하는 과제는 언급한 과제로 제한되지 않는다. 언급하지 않은 다른 기술적 과제들은 이하의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
청구항 1의 발명은, 진공 처리실에서 2종 이상의 원료 모노머를 증발시켜고, 이것을 피처리체에 절연성 수지 피막을 형성하기 위한 장치로서, 해당 원료 모노머를 증발시키는 기구와, 중합반응과 별도로 설치한 해당 피처리체의 온도를 가열하는 기구와, 배기기구를 구비하고, 해당 진공 처리실의 진공도를 100~1Pa로 설정함과 동시에, 해당 피처리체의 온도를 원료 모노머의 증발 온도 중 최고 온도 이상의 온도로 설정하고, 해당 진공 처리실의 챔버 벽 내면 온도를 해당 피처리체의 온도 이상의 온도로 설정하는 것을 특징으로 하는 증착중합 장치이다.
또한 진공 처리실 내에 피처리체를 덮는 가동식 돔이 설치되고, 해당 돔 내부를 배기하기 위한 기구와, 불활성 가스로 퍼지(purge)하기 위한 기구와, 이미드화 촉진 가스를 도입하는 기구가 설치되는 것을 특징으로 하는 증착중합 장치이다.
청구항 2의 발명은, 원료 모노머는 ODA(oxydianiline)와 PMDA(pyromellitic dianhydride)일 수 있다.
청구항 3의 발명은, 합성수지 피막의 형성은 중합 공정과 이미드화 공정으로 이루어지고, 상기 중합 공정은 진공 처리실에서 돔이 개방된 상태에서 이루어지며, 이미드화 공정은 진공 처리실로부터 돔 내부가 폐쇄된 상태에서 이루어지는 것을 특징으로 하는 증착중합 장치이다.
청구항 4의 발명은, 중합 공정 및 이미드화 공정을 전환할 때, 원료 모노머의 도입배관 내의 압력 및 가스유량에 일치시킨 퍼지 가스 또는 이미드화 촉진 가스라인과 원료 모노머 도입라인을 전환하는 것과 함께, 진공 처리실과 진공 펌프에 연결된 배기라인에 절체밸브를 설치하는 것을 특징으로 하는 증착중합 장치이다.
청구항 5의 발명은, 인너 돔에는, 상기 이미드화 공정에서 피처리체에 수소, 건조 질소, 탄화수소 중에서 적어도 어느 하나의 가스를 공급하는 가스배관이 설치되는 것을 특징으로 하는 증착중합 장치이다.
청구항 6의 발명은, 인너 돔 내부에는, 이미드화 공정에서 상기 피처리체에 자외선, 적외선, 플라즈마 중에서 적어도 어느 하나를 조사하는 기구가 설치되고, 상기 원료 모노머가 중합 공정에서 피처리체에 공급되고, 이미드화 공정에서 공급을 중지하고, 상기 중합 공정 및 이미드화 공정은 적어도 2회 반복하는 것을 특징으로 하는 증착중합 장치이다.
청구항 7의 발명은, 상기 진공 처리실과 진공 펌프 사이에는 압력 제어밸브가 설치되고, 상기 이미드화 촉진 가스는 수분을 함유한 가스인 것을 특징으로 하는 증착중합 장치이다.
청구항 8의 발명은, 상기 절체밸브와 피처리체 사이에는 가스 흐름제어기구가 설치되는 것을 특징으로 하는 증착중합 장치이다.
청구항 9의 발명은, 상기 절연성 수지재료는 폴리이미드, 폴리우레아, 에폭시 중에서 적어도 어느 하나인 것을 특징으로 하는 증착중합 장치이다.
청구항 10의 발명은, 상기 절연성 수지 재료는 수직배향하는 절연체인 것을 특징으로 하는 증착중합 장치이다.
청구항 11의 발명은, 상기 수직배향하는 절연성 수지 재료의 초기층은 그래핀(graphene), 시리센(sillcene), 랭뮤어-블로제트 멤브레인(langmuir-blodgett membrane) 중에서 적어도 어느 하나인 것을 특징으로 하는 증착중합 장치이다.
청구항 12의 발명은, 상기 수직배향하는 절연성 수지 재료의 초기층에는 8-Hydroxyquinoline aluminum salt (C27H18AlN3O3 : Alq3), ClO4, BF4, PF6, AsF6, Li, Na, K, R4N, R4P (R =CH3, C6H5) 적어도 어느 하나를 첨가하는 것을 특징으로 하는 증착중합 장치이다.
청구항 13의 발명은, 청구항 1 내지 청구항 12 중 어느 한 항의 증착중합 장치를 이용하여 절연성수지 재료를 합성하는 증착중합 방법이다.
청구항 14의 발명은, 청구항 13에 따른 증착방법에 의해, 열전도율이 0.1 W/m·K 이상인 것을 특징으로 하는 절연성 수지 피막이다.
본 발명에 따른 증착중합 장치에 의하면, 다음과 같은 효과를 얻을 수 있다.
청구항 1에 따르면, 주입식 한계 50㎛ 이하의 공극에 대하여, 절연수지재료를 성막 또는 충전할 수 있다.
청구항 2에 의하면, 이미드화 시간을 단축할 수 있고, 혹은 이미드화 처리온도를 낮출 수 있으며, 또는 이미드화 탈수율을 높일 수 있고, 절연성과 내구성을 높일 수 있다.
청구항 3에 의하면, 중합 및 이미드화 전환시 압력변동, 유량변동을 억제할 수 있고, 중합시에 진공 처리실 내부의 원료 모노머 농도를 정밀 제어하여 피처리체의 조성, 균일성, 재현성을 높일 수 있다.
청구항 4에 따르면, 이미드화 시간을 단축할 수 있고, 혹은 이미드화 처리온도를 낮출 수 있으며, 또는 이미드화 탈수율을 높일 수 있고, 절연성과 내구성을 높일 수 있다.
청구항 5에 따르면, 이미드화 시간을 단축할 수 있고, 혹은 이미드화 처리온도를 낮출 수 있으며, 혹은 이미드화 탈수율을 높일 수 있고, 절연성과 내구성을 높일 수 있다.
청구항 5에 따르면, 진공 처리실의 압력을 정밀하게 제어할 수 있으므로, 중합시 진공 처리실 내부의 원료 모노머 농도를 정밀 제어하여 피처리체의 조성, 균일성, 재현성을 높일 수 있다.
청구항 7에 따르면, 원료 모노머가 피처리체에 직접 부딧히는 것을 피하기 때문에, 모든 방향으로 증착중합이 진행되므로, 입체적으로 균일성을 높일 수 있다.
청구항 8에 의하면, 진공 처리실 내에 가동식 돔을 설치하고, 중합반응 공정에서 피처리체로부터 돔을 분리하고 원료 모노머 가스를 진공 처리실 내부에 도입하여 중합반응을 실시한다. 또한 이미드화 촉진 공정시 피처리체에 돔을 씌워 돔 내부의 원료 모노머 가스를 배기하고, 돔 내부를 불활성 가스로 퍼지한다. 또한 돔에서 이미드화 촉진 가스를 도입하여 이미드화를 수행할 수 있다.
이러한 가동식 돔으로 중합반응 공정 및 이드화 촉진 공정을 신속하게 전환할 수 있고, 진공 처리실 내부에 충만하고 있는 원료 모노머 가스를 배출하지 않고 공정 분위기 및 압력을 유지하고, 진공 처리실 내부에 가열된 구성 부품의 온도를 유지할 수 있다.
이와 같이, 진공 처리실 내부의 공정 분위기를 유지하는 것은, 공정 전환을 위한 배기에 따른 원료 모노머의 손실을 줄이는 효과가 있으며, 사이클 처리 도중에 중합 조건을 안정시키는 효과가 있고, 두께 방향의 균일성을 높일 수 있다.
또한, 공정 전환시에 피처리체를 이동하지 않고, 돔 측을 이동하기 때문에, 피처리체 반송에 따른 먼지 발생을 최대한 억제하는 효과가 있으며, 피처리체가 반도체 메모리이면 수율을 높일 수 있고, 품질의 신뢰성을 높이는 효과가 있다.
중합 공정실과 이미드화 촉진공정을 나누어 피처리체를 반송하는 경우와 비교하여 간단하게 장비 크기 및 장치 구성 부품수를 줄일 수 있다.
청구항 9에 따르면, 3차원 집적회로와 2.5D 집적회로의 층간 절연수지 재료를 종래 기술과 비교하여 저렴한 비용으로 할 수 있다.
청구항 10에 따르면, 3차원 집적회로와 2.5D 집적회로의 층간 절연수지 재료를 폴리이미드, 폴리우레아, 에폭시로 할 수 있다.
청구항 11에 따르면, 3차원 집적회로와 2.5D 집적회로의 층간 절연수지 재료를 수직 배향할 수 있고, 고열 전도성을 얻을 수 있다.
청구항 12에 따르면, 3차원 집적회로와 2.5D 집적회로의 층간 절연수지재료를 수직배향하는 초기층은 그래핀(graphene), 시리센(sillcene), 랭뮤어-블로제트 멤브레인(langmuir-blodgett membrane)으로 함으로써, 고열전도성을 얻을 수 있다.
청구항 13에 따르면, 3차원 집적회로와 2.5D 집적회로의 층간 절연수지 재료를 수직 배향하는 초기층에 우수한 전자수송 재료인 8-Hydroxyquinoline aluminum salt (Ｃ２７Ｈ１８ＡｌＮ３Ｏ３：Ａｌｑ３), 전기 화학 도핑 (음이온) 인 ＣｌＯ４、ＢＦ４、ＰＦ６、ＡｓＦ６, 전기 화학적 도핑 (플러스 이온) 인 Ｌｉ、Ｎａ、Ｋ、Ｒ４Ｎ、Ｒ４Ｐ（Ｒ＝ＣＨ３、Ｃ６Ｈ５）을 첨가함으로써, 고열 전도성을 얻을 수 있다.
이것은, 공역계 고분자에 억셉터(acceptor)와 도너(donor)를 더하여 전도성을 발현하는 이유는, 억셉터(acceptor)의 경우에는 공역계 고분자에서 π전자가 떠나게 되고, 부(負) 하전단체(정공, 홀)이 도너(donor)의 경우에는 전자가 공급되어 부(負)의 하전담체가 되기 때문이다.
적층 구조 IC 등과 같은 기판 면에 대해 수직 방향에서 분자 간 궤도의 중첩을 실현하려면, 평판상(平板狀) 분자 사이에 π 궤도를 가진 분자를 사용하는 것이 중요하고, 평판 상 분자는 적층에 의해 궤도의 중첩을 크게 할 수 있고, π 궤도는 분자에서 크게 튀어 있기 때문에 큰 중첩을 실현할 수 있다.
청구항 14에 따르면, 3차원 집적 회로와 2.5D 집적 회로의 층간 절연 수지 재료의 열전도율을 0.1W / m ·K 이상으로 할 수 있다.
도 1. 3차원 집적회로(3DIC) 및 언더필/인터칩필 충전의 모식도
도 2. 본 발명의 전방위 동시 증착중합 장치
도 3. 전방위 동시 증착중합 장치의 모식도(1 직선구동)
도 4. 전방위 동시 증착중합 장치의 모식도(2 선회구동)
도 5. 전방위 동시 증착중합 장치의 모식도(3 전회구동)
도 6. 전방위 동시 증착중합 장치의 모식도(4 실드구동)
도 7. 전방위 동시 증착 중합장치의 모식도(5 피처리체 및 적재대의 구동)
도 8. 전방위 동시 증착중합 장치에서, 피처리체를 인입 및 인출하는 것을 나타내는 모식도
도 9. 로드락식 전방향 동시 증착중합 장치의 모식도
도 10. 폴리이미드 제조와 관련된 각 반응의 모식도
도 11. 실시예 1 (진공 처리실 내의 모노머 농도 및 인너 돔 내의 수분의 분압)
도 12. 비교예 (인너 돔이 없는 진공 처리실 내의 모노머 농도 및 수분의 분압)
도 13. 이미드 고리의 해열에 수반되는 CO 및 CO2 가스 발생 기구
도 14. PMDA-ODA의 열분해 반응기구
도 15. 다공질 세라믹에 대한 증착중합
본 발명은 폴리이미드를 실시예로 하여 설명한다.
도 2는 본 발명의 일 실시형태에 관한 증착중합 처리 장치의 가스공급 및 배기 계통도를 보여주는 것이다.
본 발명에 따른 증착중합 장치는, 진공 처리실(1), 모노머A(2A), 모노머B(2B), 퍼지가스(4), 이미드화 촉진가스(5), 배기배관(6), 4방향 절체밸브(8), 진공펌프(9), 히터(10), 막 두께(膜厚) 모니터(11), 압력계(12), 피처리체(적층기판)(13), 압력 제어밸브(14), UV램프(15), 배플(제어판)(16), 가열기구(17), 이미드화 촉진 돔(18), 국소 배기배관(19), 벤토가스·이미드화 촉진가스 공급배관(20), 돔 구동기구(21)를 포함한다.
추가적으로, 증착중합 장치는 돔 칸막이 밸브(22), 피처리체 교환 밸브(23), 차동 배기 밸브(24), 4중극 질량 분석계(프로세스 모니터)(25), 로드락 카세트(26), 피처리체 반송기구(27), 칸막이 밸브(28), 피처리체 전처리 기구(29)가 부가구성될 수 있다. 이와 같은 부가구성들에 대하여는 도 3 내지 도 9를 참조하여 상세히 설명된다.
도 2를 참조하면, 각각의 모노머 공급배관(3)에는 4방향 절체밸브(8)가 설치되어 있다. 상기 4방향 절체밸브(8)는 배기라인(6)에 연결된 퍼지 가스(4) 및 이미드화 촉진가스(5)를 교대로 전환하고, 진공 처리실(1) 내의 압력 변동 및 유량변동을 억제한다.
또한, 피처리체(적층기판, 기체)(13)의 인근에는 이미드화를 촉진하는 UV램프(15)가 설치되어 있다.
또한, 모노머 도입시에 공급배관(3)으로부터 분출되는 모노머가 피처리체에 직접 접촉하지 않도록 배플(baffle, 제어판)(16)이 설치되어 있다.
또한, 10-4Pa 이하까지 진공 배기할 수 있는 진공펌프(9)와 진공 처리실(1)의 사이에는 정밀 압력제어가 가능하도록 압력 제어밸브(14)가 설치되어 있다.
또한 모노머 공급배관(3) 및 진공 처리실(1) 내에는 미반응 모노머가 응축하지 않도록 하는 가열기구(17)가 설치되어 있다.
도 3은 전방향 동시 증착중합 장치의 모식도(1 직선구동)이다.
도 3은 본 발명의 제1 실시형태에 관한 전 방향 동시 증착중합 장치의 모식도인데, 진공 처리실 내부에 설치한 인너(inner) 돔은 구동기구에 의해 상하로 이동하여 피처리체를 진공 처리실로부터 분리하거나 개방한다. 상기 구동기구 내부에는 배기관 및 벤토가스, 이미드화 가스 공급관(미도시)가 설치하여, 인너 돔 내부의 압력 제어를 수행한다.
도 4는 전방향 동시 증착중합 장치의 모식도(2 선회구동)이다.
도 4는 본 발명의 제1 실시형태에 관한 증착중합 처리 장치의 인너 돔(18)이 선회구동하는 것을 보여주는 모식도이다.
도 5는 전방위 동시 증착중합 장치의 모식도(3 회전구동)이다.
도 5는 본 발명의 제1 실시형태에 관한 증착중합 처리 장치의 인너 돔(18)이 회전구동하는 것을 보여주는 모식도이다.
도 6은 전방향 동시 증착중합 장치의 모식도(4 실드구동)이다.
도 6은 본 발명의 제1 실시형태에 관한 증착중합 처리 장치의 인너 돔(18)의 다른 실시 형태를 나타낸 것으로, 피처리체 외주를 둘러싸는 실드가 상하구동하는 것을 보여주는 모식도이다.
도 7은 전방향 동시 증착중합 장치의 모식도(5 피처리체 및 재치대의 구동)이다.
도 7은 본 발명의 제1 실시형태에 관한 증착중합 처리 장치의 인너 돔(18)의 다른 실시형태를 나타낸 것인데, 진공 처리실(1)에 고정된 돔(18) 또는 실드에 대하여, 피처리체 및 기체(基體) 적재대가 직선구동하는 것을 보여주는 모식도이다. 도면을 참조하면, 피처리체는 적재대에 자중(自重)으로 실려 있지만, 정전 척 또는 기계적 척으로 유지되어 있어도 좋다. 또한 설치 방향은 한정되지 않는다.
일반적으로, 증착중합 장치는 처리 횟수가 증가함에 따라 처리실 내부의 구조물에는 먼지가 퇴적될 수 있기 때문에 수율향상 목적으로 피처리체를 중력의 반대방향으로 설치할 수있다.
도 2 내지 도 7의 각 실시예에서, 국소 배기배관(19)과, 벤토가스, 및 이미드화 촉진 가스 공급배관(20)은 인너 돔(18)에 연결되어 있지만 - 모두 도시하지 않음 -, 피처리체(13)를 파지 또는 적재하는 플레이트 측에 연결되어 있을 수도 있고, 혹은 그 조합으로도 좋고, 진공 처리실의 구성 및 치수 등 제약을 고려하여 최적의 형태가 설계될 수 있다.
도 8은 전방향 동시 증착중합 장치에서, 피처리체를 인입 및 인출하는 것을 나타내는 모식도이다.
도 8은 본 발명의 증착중합 처리 장치의 다른 실시예를 나타낸 것으로서, 인너 돔에 의해 진공 처리실로부터 피처리체가 분리되어 있는 상태에서, 배기 및 퍼지 이후에, 피처리체를 꺼내기 위한 도어 플랜지 또는 게이트 밸브가 피처리체 측에 설치된 것을 나타낸 모식도이고, 증착중합 공정 및 이미드화 촉진 공정의 사이클이 종료된 이후에 진공 처리실 내의 원료 모노머 분위기 및 압력을 유지하면서 피처리체를 교환할 수 있다.
도 9는 로드락식 전방향 동시 증착중합 장치의 모식도이다.
도 9는, 본 발명의 증착중합 처리 장치의 다른 실시예로서, 진공 처리실을 통해 조작패널이 설치된 측과는 다른 측면에 로드락식 반송용 격벽이 설치되고, 매엽식(枚葉式) 또는 인라인식의 연속 프로세스 모듈과 연결할 수 있는 구성을 보여주고 있다.
로드락 기구는 진공 처리실을 초고진공으로 유지하면서 피처리체를 교환 가능한 진공 시스템이며, 로드락 챔버, 시료교환 도어, 시료반송 로드 등으로 구성되어 있다. 대기로부터 격리된 상태에서 다른 프로세스와의 연계될 수 있기 때문에, 파티클(particle) 오염과 피처리체의 표면 산화 및 수분 흡착으로 인한 수율을 높일 수 있다.
SEMI-Standard에 대응하는 인터페이스를 사용함으로써, 반송로봇 등과 같은 구동계와 배기계(排氣系)를 다른 프로세스 모듈과 공유할 수 있으므로 전체 시스템 비용을 도모할 수 있다.
도 10은 폴리이미드 제조에 관련된 각 반응 (폴리아미드산 생성, 해중합(解重合, depolymerization)에 의한 분자량 저하와 아미드 교환, 화학적·열적 이미드화, 이소이미드화, 및 이소이미드의 가수 분해 ·가용매 분해)의 모식도이다.
증착중합에 폴리이미드 재료를 만들 때, 이미드화의 수분 관리는 온도 관리와 함께 중요하다는 것을 알았다.
증착중합 공정에서 수분이 다량으로 존재하는 분위기 하에서 중합은 화학양론적(化學量論的)으로 조성이 나빠져 버리지만, 이미드화 공정에서 물이 촉매 역할을 한다고 생각되며, 전혀 수분이 존재하지 않는 상태에서 이미드화는 진행되지 않는다.
도 10은, 폴리이미드 제조에 관련된 각 반응 (폴리아미드산 생성, 해중합에 의한 분자량 저하와 아미드 교환, 화학적·열적 이미드화, 이소이미드화, 및 이소이미드의 가수 분해·가용매 분해)의 모식도(비특허문헌 18 참조)로서, 일례로, 테트라카르복실산 이무수물(二無水物)(PTCDA : Tetracarboxylic Dianhydride) / 페닐렌디아민(PDA : Phenylenediamine)계 폴리이미드의 구조로 나타내고 있다.
비특허문헌 18. 폴리이미드 필름화 조건과 막(膜)물성 (하세가와), 최신 폴리이미드 p77 (2010년) 참조.
본 발명자들은 예의 검토하여, 증착중합에서 수분 컨트롤의 과제를 해결하는 방법을 증착중합 공정 및 이미드화 공정에서 수분의 영향이 다르다는 점에 주목하였고, 본 발명에서는 증착중합 공정 및 이미드화 공정을 분리하고, 이미드화 공정 도중에 진공 처리실 내에 설치한 가동식 인너 돔에서 피처리체를 덮는 것과 함께, 사중극질량분석형(四重極質量分析型) 프로세스 모니터(분압계)에서, 돔 내의 수분을 감시하는 것을 특징으로 하고, 수분압(水分壓)이 부족하면, 이미드화 촉진가스 1종으로 수분 함유 가스를 인너 돔의 내부에 공급하고, 이와 반대로 수분압이 소정의 값을 초과하면 불활성 가스 또는 환원성 가스를 도입함과 동시에, 배기계 배관의 조정 밸브로 압력을 조정하고, 인너 돔 내부의 수분량을 조절하도록 하는 장치를 구성하였다.
도 11은 실시예1(진공처리실 내의 모노머, 농도, 및 언너 돔(Inner Dome) 내부의 수분의 분압을 나타낸 것이다.
도면에서, (Ａ)진공 처리실 압력, (Ｂ)진공 처리실 모노머A 농도(분압), (Ｃ)진공 처리실 모노머B 농도(분압), (Ｄ)진공 처리실 수분농도(분압), (Ｅ)피처리체 주변 압력, (Ｆ)피처리체 주변 모노머A 농도, (Ｇ)피처리체 주변 모노머B 농도, (Ｈ)피처리체 주변 수분농도(분압), (Ｉ)피처리체 온도를 보여준다.
(A) ~ (I)는 증착중합 공정 및 이미드화 공정에서 각 파라미터(parameter)의 프로파일(profile)을 나타내며, 가스 도입 밸브의 개폐는 인너 돔의 개폐 타이밍과 동기화하여 연동시키고 있다.
실시예1에서는, 인너 돔의 구동과 밸브의 개폐(ON/OFF)를 수동으로 하고 있지만, 전환시의 압력 변동을 줄이기 위해서는 시퀀스(sequence)에 의한 자동 제어가 바람직하고, 각 밸브의 개폐 타이밍을 정확하게 제어할 수 있으며, 슬로우(slow) 배기와 슬로우(slow) 벤트를 조합함으로써, 진공 처리실 내의 압력 변동 억제와 농도 변화 억제에 더욱 효과가 있다.
도 12는 인너 돔을 상시 개방한 비교예로서, 진공 처리실 내의 모노머 농도 및 인너 돔 내의 수분의 분압을 나타낸다.
본 발명의 실시예에서는, 증착중합 공정 및 이미드화 촉진 공정을 신속하게 전환할 수 있으며, 공정 전환시에 진공 처리실 내부의 원료 모노머 농도의 변동은 거의 보이지 않지만, 비교예에서는 이미드화 처리 도중에 진공 처리실 내에 원료 모노머 공급을 정지시키기 때문에, 다시 증착중합을 시작하려면 진공 처리실 내의 원료 모노머 농도가 안정될 때까지 시간을 필요로 하고 있다는 것을 알 수 있다.
또한, 실시예1에서는, 이미드화 처리 도중에 인너 돔 내부의 수분 압력을 프로세스 모니터로 감시하고 있다. 피처리체에 180~250℃로 일정하게 유지되도록 히터로 가열하고 있지만, 피처리체의 온도가 일정하더라도 인너 돔 내부의 수분 압력이 1회 이미드화 공정 도중에도 변동할 수 있고, 중합 및 이미드화 사이클을 거듭할 때마다 수분 압력이 서서히 증가하는 경향이 보인다.
이러한 경향은 이미드화 진행 과정에서, 피처리체 내부에서 방출되는 수분이 원인일 수 있고, 또한 사이클이 거듭될수록, 피처리체의 중합 막의 두께가 증가하고 있고, 피처리체 외에도 공정계(系) 내부에 있는 구성부품의 표면에 중합 막 또는 중합이 불충분한 상태에서 발생되는 생성물이 시간이 지남에 퇴적되는 것이 원인으로 추정된다.
때문에, 사이클 횟수에 상관없이, 증착중합 공정 직후의 이미드화 조건을 일정하게 유지하기 위해서는 피처리체의 온도 관리 외에 피처리체 주변의 수분 관리도 중요하다. 이미드화 공정에서 수분이 촉매 역할을 한다고 생각되고, 수분이 존재하지 않으면, 이미드화이 잘 진행되지 않기 때문에, 오로지 진공 배기에 의한 압력 제어로 최적의 이미드화 처리하는 것은 어렵고, 오히려 수분을 일정 농도가 되도록 공급하고 이미드화 조건을 제어하는 것이 간편하다.
수분 공급에 대해, 물(액체)을 공급원으로 할 수도 있지만, 농도 제어가 어렵기 때문에 건조 질소에 대해 5%의 수분을 함유한 수분을 가스 실린더에 공급하고 이미드화 도중에 수분 압력이 일정하게 되도록 유량 제어 및 스로틀 밸브에 의한 진공배기로 조정하였다.
실시예2의 증착중합 조건은, 다음과 같다.
- 압력 : １００~１Ｐａ
- 모노머(A) : ODA (옥시디아닐린, oxydianiline)
- 모노머(B) : PMDA (피로메리트산 이무소물(二無水物), pyromellitic dianhydride)
- 혼합비 : 모노머A : 모너머B = 1 : 1
- 도입가스 유량 : １~１００ｓｃｃｍ
- 가열온도 : 180~280℃
- 증착중합 시간 합계 : 180분
- 중착중합 온도 : ２００~２３０℃
실시예 2에서, 이미드화 및 탈수 공정(process) 조건은 다음과 같다.
- 인너 돔 내부 압력 : ~１０ｋＰａ
- 이미드화 촉진가스 종류 : Ｈ２Ｏ（５％ mol 분압）질소 함유 가스
- 이미드화 촉진가스 유량 : ０~１００ｃｃｍ
- 가열온도 : ２４０~２８０℃
- 가열시간 : ３０~１２０분
- 이미드화 촉진기구 : ＵＶ램프
증착중합 및 이미드화 촉진 공정 전환에 따른 조건은 다음과 같다.
- 모노머 도입시간 : 1분
- 예비 가열 시간 : 10분
- 배기 시간 : 5분
증착중합 및 이미드화 조건
증착
중합		 이미드화 이미드화 사이클 촉진가스 열전도율 막후
(막두께)		 성막속도
(℃) (분) (℃) (회) 가스종류 (W/m·K) (㎛) (㎛/Hr)
실시예1 230 30 280 1 무(無) 0.1 3 1
실시예2 230 60 250 2 H2O 0.2 3 1
표 1은 본원의 실시예들에서 증착중합 공정 및 이미드화 공정을 분리하고, 이미드화 온도와 처리시간을 변화시켰을 때의 열전도율의 결과를 나타낸 것이다.
온도가 낮아도 이미드화 시간을 길게함으로써 충분히 이미드화를 촉진할 수 있고, 높은 열전도율을 얻을 수 있다는 것을 알았다.
본 발명에 따른 이미드화 공정에서, H2O가 촉매처럼 역할을 한다는 것에 착안하여 수분 함유 가스를 이미드화 촉진가스로 하고, ODA와 PMDA를 원료 모노머로 하여 증착중합을 실시하였지만, CO 및 CO2의 존재는 이미드 고리의 해열(解裂) - 이미드 고리로부터 산소가 이탈하는 과정을 거쳐 탄소화되는 - 과 관련되는데, 그 발생량은 PMDA-ODA의 이미드 고리에 포함된 산소량과 일치한다는 보고가 있다.
이것은 방향족 폴리이미드를 소성하여 그래핀을 형성하는 과정에서 이미드 고리의 해열(解裂)이 배향성에 영향을 주는 것으로 추정되고, 공정계(系) 내부에 잔존하는 CO 및 CO2의 농도가 피처리체 면(면내 방향(面內方向))과 성막 방향 (수직 방향)의 벤젠 고리 등이 우선적으로 배향하는 데 영향을 줄 수 있음을 시사하고 있다. 따라서, 원료 모노머와 생성하는 폴리이미드 계에서는 이미드화 공정에서 H2O 농도 제어 외에 CO 및 CO2의 농도 제어가 이미드화 이후의 조성과 순도, 배향성에 영향을 미치고, 전기 특성(도전성 또는 절연성)과 열전도성 컨트롤이 가능하다고 생각된다. (비특허문헌 18 참조)
도 13은 이미드 고리의 해열(解裂)에 따른 CO 및 CO2 가스 발생기구이다.
도 14는 PMDA-ODA의 열분해 반응기구이다.
비특허문헌 19. PMDA-ODA형 방향족 폴리이미드의 열분해기구, 탄소전구체 구조와 그래파이트화 반응 (무라카미) 탄소 Vol. 251 p. 2 (2012) 참조.
도 15는 다공질 세라믹의 증착중합을 나타낸다.
도 15에서, (A) 성막 전의 다공질 ALN 표면을 나타내고, (B) 1㎛의 폴리이미드 증착중합 처리 후 다공질 ALN 단면을 나타낸다.
도 15는, 다공질 세라믹 폴리이미드를 증착중합한 결과인데, (A)는 처리전의 다공질의 질화(窒化) 알루미늄 표면이고, (B)는 1㎛의 증착중합 처리한 단면이다.
이 결과에서, 다공질 세라믹 내부에 폴리이미드가 균일하게 성막하는 것을 알 수 있다.
증착중합 처리시간을 오래 걸리도록 하고, 또는 성막 속도를 빠르게 하여 성막이 진행되므로, 다공질 내부를 충전할 수 있다고 생각된다.
3차원 집적회로 (3DIC) 언더필은, 집적화가 진행되어 층간 간격은 50㎛보다 좁아지고 있지만, 기존의 모세관에 의한 주입이 한계에 가깝지만, 증착중합은 수 ㎛ 간격으로 증착이 진행된다. 그래서 더 좁은 간격의 언더필 형성이 가능하다고 생각된다.
본 발명에 따른 이미드화 촉진 과정에서 인너 돔 내부에 설치한 자외선 램프(UV 광)을 이용하여 피처리체 표면의 중합 막 및 이미드화 촉진 가스를 활성화 시켰는데, 피처리 체의 복사율(輻射率) 또는 가스 종류에 따라 적외선(IR 광) 이온이나 전자빔 등의 하전 입자와 전하를 가지지 않는 라디칼에서도 같은 효과를 얻을 수 있다.
그러나, 광(光)과 하전입자는 지향성이 있으므로, 적층칩 사이의 좁은 갭의 내부에 직접 조사하는 것은 어렵기 때문에, 라디칼에 의한 도움이 효과적이다.
또한, 피처리체를 플라즈마에 노출시키는 경우, 강한 에너지의 이온빔이나 전자빔에 의한 봄바트먼트(bombardment), 스퍼터링(sputtering), 에칭(ething) 등과 같은 반응이 일어날 수 있기 때문에, 피처리체와 플라즈마 소스 사이에 배플(baffle, 방해판)이나 미세 구멍을 갖는 샤워 플레이트와 필터를 설치해 자유 라디칼만을 도입하는 것이 바람직하다.
또한, 도파관을 통해 원격(Remote) 플라즈마 기술을 적용하여도 좋다.
피처리체의 형상이나 표면 보호막 등은 사용 목적에 따라 피처리체 표면에 적극적으로 하전 입자와 에너지 광을 조사하여 배향성을 일으키고, 열전도성을 증가시켜, 전기적 특성 및 기계적 강도 개선하는 것도 가능하다.
본 발명의 이미드화 촉진 공정을 좁은 간격의 적층 칩 사이의 층간 절연체에 적용하는 경우, 칩을 적층하기 이전에 피처리체 표면의 초기 단계에서 배향성 막을 형성하고, 이후에 칩을 본딩하고, 이후에 다시 증착중합에 의해, 좁은 갭 사이를 충진하는 등 다단계 공정으로 수행할 수 있다.
이상, 본 발명을 구체적인 실시예를 통하여 상세하게 설명하였으나, 본 발명은 상기 실시예에 한정되지 않고, 본 발명의 기술적 사상의 범위내에서 통상의 지식을 가진 자에 의하여 여러 가지 변형이 가능하다.
1：진공 처리실
2A：모노머A
2B：모노머A
3：공급배관(모노머 도입라인)
4：벤토가스
5：이미드화 촉진가스
6：배기배관
8：4방향 절체밸브
88 : 도입밸브
9：진공펌프
10：기체 재치대(히터 포함)
11：막두께(膜厚) 모니터
12：압력계
13：피처리체(적층기판, 기체)
14：압력제어 밸브
15：UV램프
16：배플(baffle, 제어판)
17：가열기구
18：이미드 촉진 돔 (인너 돔)
19：국소 배기배관
20：벤토가스, 이미드화 촉진가스 공급배관
21：돔 구동기구
30 : 반사판
31 : 인입 및 인출판
33 : 로드락실
100：기판
102：절연막
104：상호연결층
106：회로 패턴
108：외부 패드
110：접속 패드
120：외부 단자 (솔더볼)
130：단자
150：연결단자
152：전극(필러)
154：납땜(솔더)
200：반도체 칩
250：지지층(전기 절연막)
300：비도전성층
400：인터포저(interposer)
402：절연막
404：상호 연결층
406：회로 패턴
408：인터포저 패드(interposer pad)

Claims (14)

  1. 진공 처리실에서 2종 이상의 원료 모노머를 증발시켜고, 이것을 피처리체에 절연성 수지 피막을 형성하기 위한 장치로서,
    상기 진공 처리실 내에 피처리체를 덮는 가동식 돔이 설치되고, 해당 돔 내부를 배기하기 위한 기구와, 불활성 가스로 퍼지(purge)하기 위한 기구와, 이미드화 촉진 가스를 도입하는 기구가 설치되고,
    해당 원료 모노머를 증발시키는 기구와, 중합반응과 별도로 설치한 해당 피처리체의 온도를 가열하는 기구와, 배기기구를 구비하고,
    해당 진공 처리실에서, 해당 피처리체의 온도를 원료 모노머의 증발 온도 중 최고 온도 이상의 온도로 설정하고, 해당 진공 처리실의 챔버 벽 내면 온도를 해당 피처리체의 온도 이상의 온도로 설정하는 것을 특징으로 하는 증착중합 장치.
  2. 청구항 1에 있어서,
    원료 모노머는 ODA(oxydianiline)와 PMDA(pyromellitic dianhydride)인 것을 특징으로 하는 증착중합 장치.
  3. 청구항 1에 있어서,
    합성수지 피막의 형성은 중합 공정과 이미드화 공정으로 이루어지고,
    상기 중합 공정은 진공 처리실에서 돔이 개방된 상태에서 이루어지며, 이미드화 공정은 진공 처리실로부터 돔 내부가 폐쇄된 상태에서 이루어지는 것을 특징으로 하는 증착중합 장치.
  4. 청구항 3에 있어서,
    상기 중합 공정 및 이미드화 공정을 전환할 때, 원료 모노머의 도입배관 내의 압력 및 가스유량에 일치시킨 퍼지 가스 또는 이미드화 촉진 가스라인과 원료 모노머 도입라인을 전환하는 것과 함께, 진공 처리실과 진공 펌프에 연결된 배기라인에 절체밸브를 설치하는 것을 특징으로 하는 증착중합 장치.
  5. 청구항 3에 있어서,
    상기 돔에는, 상기 이미드화 공정에서 피처리체에 수소, 건조 질소, 탄화수소 중에서 적어도 어느 하나의 가스를 공급하는 가스배관이 설치되는 것을 특징으로 하는 증착중합 장치.
  6. 청구항 3에 있어서,
    돔 내부에는, 이미드화 공정에서 상기 피처리체에 자외선, 적외선, 플라즈마 중에서 적어도 어느 하나를 조사하는 기구가 설치되고,
    상기 원료 모노머가 중합 공정에서 피처리체에 공급되고, 이미드화 공정에서 공급을 중지하고, 상기 중합 공정 및 이미드화 공정은 적어도 2회 반복하는 것을 특징으로 하는 증착중합 장치.
  7. 청구항 4에 있어서,
    상기 진공 처리실과 진공 펌프 사이에는 압력 제어밸브가 설치되고,
    상기 이미드화 촉진 가스는 수분을 함유한 가스인 것을 특징으로 하는 증착중합 장치.
  8. 청구항 4에 있어서,
    상기 절체밸브와 피처리체 사이에는 가스 흐름제어기구가 설치되는 것을 특징으로 하는 증착중합 장치.
  9. 청구항 3에 있어서,
    상기 절연성 수지재료는 폴리이미드, 폴리우레아, 에폭시 중에서 적어도 어느 하나인 것을 특징으로 하는 증착중합 장치.
  10. 청구항 3에 있어서,
    상기 절연성 수지 재료는 수직배향하는 절연체인 것을 특징으로 하는 증착중합 장치.
  11. 청구항 10에 있어서,
    상기 수직배향하는 절연성 수지 재료의 초기층은 그래핀(graphene), 시리센(sillcene), 랭뮤어-블로제트 멤브레인(langmuir-blodgett membrane) 중에서 적어도 어느 하나인 것을 특징으로 하는 증착중합 장치.
  12. 청구항 10에 있어서,
    상기 수직배향하는 절연성 수지 재료의 초기층에는 8-Hydroxyquinoline aluminum salt (C27H18AlN3O3 : Alq3), ClO4, BF4, PF6, AsF6, Li, Na, K, R4N, R4P (R =CH3, C6H5) 적어도 어느 하나를 첨가하는 것을 특징으로 하는 증착중합 장치.
  13. 청구항 1 내지 청구항 12 중 어느 한 항의 증착중합 장치를 이용하여 절연성수지 재료를 합성하는 증착중합 방법.
  14. 청구항 13에 따른 증착중합 방법에 의해, 수직배향에서, 열전도율이 0.1 W/m·K 이상인 것을 특징으로 하는 절연성 수지 피막.
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Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS61261322A (ja) * 1985-05-15 1986-11-19 Ulvac Corp 合成樹脂被膜の形成方法
JPH09326386A (ja) * 1996-06-05 1997-12-16 Ulvac Japan Ltd 層間絶縁膜の形成方法
JP2002281767A (ja) * 2001-03-22 2002-09-27 Toto Ltd 静電アクチュエータの製造方法

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS61261322A (ja) * 1985-05-15 1986-11-19 Ulvac Corp 合成樹脂被膜の形成方法
JPH09326386A (ja) * 1996-06-05 1997-12-16 Ulvac Japan Ltd 層間絶縁膜の形成方法
JP2002281767A (ja) * 2001-03-22 2002-09-27 Toto Ltd 静電アクチュエータの製造方法

Non-Patent Citations (17)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
〈특허문헌 1〉 특개평５-２８３４７８호 공보
〈특허문헌 10〉 특개평９-２９６１１４호 공보
〈특허문헌 11〉 특개소５１-５５８７０호 공보
〈특허문헌 12〉 특개소５０-１０５５７３호 공보
〈특허문헌 13〉 특개소５２-１２５５０６호 공보
〈특허문헌 14〉 실개소５７-１５５６１８호 공보
〈특허문헌 15〉 특개평７-１８３４３４호 공보
〈특허문헌 16〉 특개２００２-３３４２７호 공보
〈특허문헌 17〉 특개２００４-１３０６４６호 공보
〈특허문헌 2〉 특개２０１０-１６３３２호 공보
〈특허문헌 3〉 특개소６１-２６１３２２호 공보
〈특허문헌 4〉 특개소４７-３２４００호 공보
〈특허문헌 5〉 특개소５６-１００８４９호 공보
〈특허문헌 6〉 특개평２-１９６４５３호 공보
〈특허문헌 7〉 특개평７-２６６３５６호 공보
〈특허문헌 8〉 특개평８-２３８７０７호 공보
〈특허문헌 9〉 특개평９-１７３８호 공보

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