KR20100023568A - 기판의 구리 후막 제조 방법 - Google Patents
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Abstract
고속의 증발 소스를 이용하여 세라믹 기판에 20㎛ 이상의 구리 후막을 코팅할 수 있는 기판의 구리 후막 제조 방법을 제공한다. 기판의 구리 후막 제조 방법은 고속 증발 소스를 이용하여 기판에 구리 후막을 제조하는 진공증착 장치를 구비하고, 기판에 구리 후막을 제조하는 방법에 있어서, 구리 타겟을 스퍼터링 소스에 장착하는 단계, 기판을 기판홀더에 설치하는 단계, 진공펌프를 이용하여 진공실 내의 진공도가 기설정압력 이하가 되도록 배기하는 단계, 진공실 내의 진공도가 기설정압력 이하가 되면 가스 도입구를 통해 아르곤 가스를 주입하면서 기판에 음의 전압을 공급하여 방전영역에 존재하는 아르곤 이온이 기판에 충돌함에 따라 기판에 존재하는 불순물 및 표면 산화물을 제거하여 기판을 청정시키는 단계, 기판의 청정이 완료되면 진공실 내의 진공도를 기설정압력 이하가 되도록 배기한 후 접착층을 코팅하는 단계, 접착층 코팅이 완료되면 히터용 전원장치에 전력을 공급하여 히터를 가열하여 기판의 열처리를 수행하는 단계, 기판의 열처리가 완료되면 기판에 구리를 코팅하는 단계, 및 기판에 구리 코팅이 완료되면 기판을 냉각하는 단계를 포함한다.
진공, 코팅, 기판, 구리, 제조
Description
본 발명은 구리 후막 제조 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 기판의 구리 후막 제조 방법에 관한 것이다.
진공 코팅은 진공 분위기에서 금속 또는 화합물을 유리나 플라스틱 그리고 금속 등의 소재에 코팅하는 기술이다. 진공 코팅은 기존 습식도금에 대비하여 환경에 영향을 미치지 않기 때문에 그 응용이 점차 증가하고 있다.
진공 코팅은 일반적으로 진공증착이라는 용어로 많이 사용되며 크게 물리증착과 화학증착으로 대별된다. 물리증착은 열이나 운동량 전달에 의해 증기를 형성하여 기판에 증착하는 방법으로 증발법과 스퍼터링 그리고 이온 플레이팅으로 구분한다. 구리와 같은 금속을 코팅할 경우 일반적인 용도에는 증발법과 스퍼터링 방법이 주로 이용되며, 내식성 및 피막의 밀착력 그리고 밀도를 향상시키기 위한 목적의 경우는 스퍼터링과 이온 플레이팅 방법을 주로 이용하고 있다.
증발법을 이용한 코팅에는 증발시키는 열원에 따라 저항 가열식 증발법, 유도 가열식 증발법 그리고 전자빔 가열식 증발법이 사용되고 있다. 유도 가열식 진 공증착은 고주파를 이용하기 때문에 주변장치가 복잡하여 대형 코팅장치에 주로 사용되고 있다. 전자빔 진공증착은 증발시킬 수 있는 물질이 다양하여 실험실적인 피막제조는 물론 대형 플랜트에서도 폭 넓게 이용되고 있으나 가격이 비싸다는 단점이 있다. 반면에 저항 가열 방식은 설치가 간단하고 가격이 저렴하여 다양한 분야에서 이용되고 있으나 증발시킬 수 있는 물질이 제한된다는 단점이 있다.
스퍼터링은 이온화된 불활성 기체가 음의 바이어스 전압이 인가된 타겟에 충돌하여 입사 이온의 운동량 전달 과정에서 에너지를 얻은 타겟의 입자가 물질 밖으로 튀어나오는 현상으로 스퍼터링으로 제조된 피막은 스퍼터링 소스의 형태나 자석의 배열에 따라 그 특성이 현저히 달라지고 있다.
고속의 증발 소스를 이용하여 세라믹 기판에 20㎛ 이상의 구리 후막을 코팅할 수 있는 기판의 구리 후막 제조 방법을 제공한다.
기판의 구리 후막 제조 방법은 고속 증발 소스를 이용하여 기판에 구리 후막을 제조하는 진공증착 장치를 구비하고, 기판에 구리 후막을 제조하는 방법에 있어서, 구리 타겟을 스퍼터링 소스에 장착하는 단계, 기판을 기판홀더에 설치하는 단계, 진공펌프를 이용하여 진공실 내의 진공도가 기설정압력 이하가 되도록 배기하는 단계, 진공실 내의 진공도가 기설정압력 이하가 되면 가스 도입구를 통해 아르곤 가스를 주입하면서 기판에 음의 전압을 공급하여 방전영역에 존재하는 아르곤 이온이 기판에 충돌함에 따라 기판에 존재하는 불순물 및 표면 산화물을 제거하여 기판을 청정시키는 단계, 기판의 청정이 완료되면 진공실 내의 진공도를 기설정압력 이하가 되도록 배기한 후 접착층을 코팅하는 단계, 접착층 코팅이 완료되면 히터용 전원장치에 전력을 공급하여 히터를 가열하여 기판의 열처리를 수행하는 단계, 기판의 열처리가 완료되면 기판에 구리를 코팅하는 단계, 및 기판에 구리 코팅이 완료되면 기판을 냉각하는 단계를 포함한다.
진공실 내의 진공도에 대한 기설정압력은 10-5토르로 설정할 수 있다.
기판의 청정은 10-2 토르 정도의 아르곤가스 분위기에서 기판에 400∼1,000V 의 음의 전압을 공급하여 글로 방전을 유도시켜 실시할 수 있다.
기판에 코팅되는 접착층은 기판과 밀착력이 우수한 코팅 물질을 전자빔이나 저항가열 증발원 또는 별도의 스퍼터링 소스를 이용하여 코팅할 수 있다. 접착층의 코팅 물질은 알루미늄이나 크롬, 니켈 또는 티타늄 등으로 이루어진 군에서 선택된 적어도 하나 이상의 물질을 포함할 수 있다.
기판의 구리 코팅단계에서 구리의 코팅은 셔터가 닫힌 상태에서 스퍼터링 소스에 전원을 공급하여 기설정된 시간 동안 예비 스퍼터링을 수행 한 후 셔터를 열어 기설정된 두께까지 코팅할 수 있다.
기설정된 시간은 약 3분으로 할 수 있다.
기판은 알루미나와 같은 세라믹 기판으로 할 수 있다.
기판의 구리 코팅단계에서 기판에 공급되는 전력을 단계적으로 가변하여 공급할 수 있다. 기판에 공급되는 전력은 1kW부터 5kW에 도달시까지 점진적으로 증가될 수 있다.
기판의 구리 후막의 기설정된 두께는 20㎛ 이상일 수 있다.
본 발명의 방법으로 구리 피막을 제조하면 수십 미크론 이상의 후막을 기판 변형이나 파손 또는 안개낌 현상이 없는 깨끗한 피막을 형성하는 것이 가능하다.
특히, 세라믹 인쇄회로기판 및 방열판 등 전자부품 소자에 효과적으로 이용할 수 있다.
이하, 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 이하에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 그리고 본 명세서 및 도면에서 동일한 부호는 동일한 구성요소를 나타낸다.
본 발명의 실시예는 기판에 구리 후막을 제조하는 방법에 관한 것으로 열충격에 의한 기판의 파손을 방지하고 가스 방출에 의한 피막의 변색 및 특성 열화를 방지하는 기판의 구리 후막 제조 방법에 관한 것이다.
참고적으로, 지금까지 스퍼터링 소스는 소스 자체의 특성과 피막특성 향상이라는 두 가지 방향에서 기술개발이 진행되고 있다. 소스 특성의 향상은 증발율과 타겟의 사용 효율을 향상시키고자 하는 연구가 주를 이루며, 증발율의 향상은 고속 스퍼터링 소스 개발과 관련되어 있다. 고속 스퍼터링 소스는 타겟 입자의 산란 방지를 통해 증발율을 높이는 고진공 스퍼터링과 가스 이온은 물론 증발 입자의 이온을 스퍼터링에 이용하여 증발율을 높이고자 하는 자체 지속 스퍼터링 기술 등이 개발되었다.
자체 지속 스퍼터링은 구리나 은, 금 등과 같이 스퍼터율(이온화된 기체 1개가 타겟에 충돌하였을 때 튀어나오는 타겟 입자수의 비)이 비교적 높은 물질에 대해서는 성공하였으나 스퍼터율이 낮은 물질의 경우는 증발입자만으로는 플라즈마를 유지하는 것이 어렵기 때문에 낮은 압력의 불활성 가스를 사용하는 것이 일반적이다. 타겟 수율 향상과 관련된 연구는 스퍼터링 소스 제조회사는 물론 스퍼터링용 타겟 재료 제조 회사에서도 진행되고 있는데, 가장 널리 이용되는 방법 중의 하나는 영구자석을 회전 또는 좌우로 연속적으로 이동시킴으로써 타겟 표면 전체를 이용하는 방법이며 주로 상업용 라인에서 채택하고 있다. 자석이 고정된 상태에서는 일반적으로 30% 정도의 효율을 나타내나 고효율 소스의 경우에는 40~60% 정도의 효율을 나타내는 것도 있다.
한편, 인쇄회로기판(PCB ; Printed Circuit Board)은 전자산업의 필수 부품소재이며 현재 세라믹 인쇄회로기판 및 고출력 발광다이오드(LED ; Light Emitted Diode)용 기판의 필요성이 점차 증가하고 있다. 이에 따라 기존의 소재인 페놀이나 에폭시를 대신하여 금속이나 세라믹 소재를 이용한 인쇄회로기판의 수요도 급증하고 있는 추세이다. 또한, 전자부품의 고집적화 및 고출력화 추세에 따라 필수적으로 요구되는 냉각문제를 해결하기 위하여 방열판이 필요한데 세라믹 동박 적층판은 이러한 수요에 부합하는 부품소재이다. 인쇄회로기판 및 방열판에 사용되는 대표적인 세라믹 소재로는 알루미나와 질화알루미늄 등이 있다. 세라믹은 절연성, 고온 저항성, 고전력 저항성이 뛰어난 소재로서 전력용 반도체, 절연 게이트 양극성 트랜지스터(IGBT), 고출력 발광다이오드(LED), 태양전지 모듈 등은 주로 세라믹 기판을 사용한다.
세라믹 동박 적층판은 세라믹 기판에 구리를 도금하거나 구리박판을 세라믹에 직접 본딩하는 방식을 사용하기도 한다. 세라믹 기판의 열전도율과 열확산율을 향상시키기 위해서는 20~150㎛ 두께의 구리를 코팅(혹은 도금)할 필요가 있다. 그러나 지금까지 알려져 있는 후막코팅 방식 중 도금방식은 수요가가 요구하는 수준 의 후막을 형성하지 못하고 있으며, 스퍼터링 방식의 진공코팅 방법은 증발율이 현저히 낮아(0.1~0.3㎛/min) 생산성이 확보되지 못하고 있다. 또한, 전자빔이나 저항가열 증발법의 진공코팅 방법 역시 수요가가 요구하는 수준의 후막코팅이 불가능한 것으로 알려져 있다. 따라서 수요자가 요구하는 세라믹 동박 적층판을 제조하기 위해서는 고성능의 구리 후막 코팅기술이 확보되어야 한다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 기판의 구리 후막 제조 방법을 설명하기 위한 진공증착 장치의 구성을 도시한 개략도이다.
도 1을 참조하면, 진공실(1) 내에는 구리를 증발시키기 위한 스퍼터링 소스(2)와 기판(4)을 장착시키기 위한 기판홀더(5), 기판(4)을 가열시키기 위한 히터(6), 셔터(7) 그리고 진공도를 측정하는 진공게이지(13)가 구비된다. 스퍼터링 소스(2)에는 구리 타겟(3)이 장착되며, 기타 각종 전원장치 및 가스 도입구(12) 등이 구비되어 있다. 전원장치는 스퍼터링용 전원(9), 바이어스용 전원(10), 히터용 전원(11)을 포함한다. 참조번호 (8)은 기판 회전장치이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 기판의 구리 후막 제조 방법의 공정 순서도이다.
본 발명의 실시예는 진공증착 장치를 이용하되 고속 증발 소스를 이용하여 기판에 구리 후막을 제조하며, 기판청정과 열처리 그리고 코팅의 순서로 이루어지는 공정에서 열충격에 의한 기판의 파손을 방지하고 가스 방출에 의한 코팅층의 변색 및 특성 열화를 방지하는 진공 코팅에 의한 구리 후막 제조 방법이다.
도 1과 도 2를 참조하면, 고속 증발 소스를 이용하여 기판(4)에 구리 후막을 제조하는 진공증착 장치를 구비하고, 기판(4)에 구리 후막을 제조하는 방법에 있어서, 기판(4)을 전처리한다(S20). 기판(4)은 알루미나와 같은 세라믹 기판으로 할 수 있다.
이어서, 구리 타겟(3)을 스퍼터링 소스(2)에 장착하고 기판(4)을 기판홀더(5)에 설치한다(S22). 그리고 진공펌프(도면에 표시하지 않음)를 이용하여 진공실(1) 내의 진공도가 기설정압력(10-5토르) 이하가 되도록 배기한다(S24).
만약, 진공도가 10-5 토르 이하가 되면 기판(4)의 청정을 위해 가스 도입구(12)를 통해 아르곤 가스를 주입하면서 기판(4)에 음의 전압을 공급하여 기판(4)을 청정시킨다(S26).
기판(4)의 청정은 보통 10-2 토르 정도의 아르곤가스 분위기에서 기판(4)에 400∼1,000V의 음의 전압을 공급하여 글로 방전을 유도시켜 실시한다. 이렇게 하면 방전영역에 존재하는 아르곤 이온이 기판(4)에 충돌하여 기판(4)에 존재하는 불순물 및 표면 산화물을 제거하게 된다.
기판(4)의 청정이 완료되면 다시 진공도를 10-5 토르 이하가 되도록 배기한 후 접착층을 코팅한다(S28). 접착층의 코팅은 구리와 기판(4)의 밀착력을 향상시키기 위한 것으로 필요할 경우에 한하여 실시한다. 접착층은 기판(4)과 밀착력이 우수한 코팅물질을 전자빔이나 저항가열 증발원(도면에 표시하지 않음) 또는 별도의 스퍼터링 소스를 이용하여 코팅한다. 접착층의 코팅 물질은 알루미늄이나 크롬, 니 켈 또는 티타늄 등으로 이루어진 군에서 선택된 적어도 하나 이상의 물질을 포함할 수 있다.
접착층 코팅이 완료되면 히터용 전원장치(11)에 전력을 공급하여 히터(6)를 가열하여 기판(4)의 열처리를 수행한다(S30). 기판(4)의 열처리는 접착층 코팅 중에 기판(4)의 온도 상승에 의한 변색을 방지하고 기판(4)의 파손을 방지하기 위한 것이다.
기판(4)의 열처리가 완료되면 곧바로 열처리된 기판(4)에 구리를 코팅한다(S32). 기판(4)의 구리 코팅은 셔터(7)가 닫힌 상태에서 스퍼터링 소스(2)에 전원을 공급하여 기설정된 시간(약 3분간)동안 예비 스퍼터링을 수행 한 후 셔터(7)를 열어 원하는 기설정된 두께까지 코팅한다. 여기서, 기판(4)의 구리 후막의 기설정된 두께는 20㎛ 이상일 수 있다.
이하 본 발명의 실험예를 도 1 내지 도 3을 참조하여 설명한다.
실험예
실험예는 알루미나 기판에 구리를 코팅한 경우이다.
기판(4)은 가로가 10cm이고 세로가 10cm이며 두께가 0.7mm이다. 기판(4)을 준비하고 대기 중에서 아세톤과 알코올을 이용하여 초음파 세척하였다. 세척된 기판(4)은 진공실(1)내의 기판홀더(5)에 장착한 다음 진공펌프를 이용하여 10-5 토르 이하까지 배기하였다.
진공도가 10-5 토르 이하가 되면 기판(4) 표면에 존재하는 불순물을 제거하 고 표면을 활성화시키기 위해 기판(4) 청정을 실시하였다. 기판(4)의 청정은 아르곤 가스를 70SCCM 주입하여 진공실(1)의 진공도를 5 x 10-2 토르가 되도록 조절한 다음 바이어스용 전원(10)인 펄스전원을 기판(4)에 공급하되 전압을 800V로 조정하였다. 이렇게 하여 글로 방전이 유도되면 30분간 기판(4)을 청정시켰다.
다음에 구리 코팅층과 기판의 밀착력 향상을 위해 접착층을 코팅하였다. 접착층은 진공실(1)내에 구비된 별도의 스퍼터링 소스(도면에 표시하지 않음)를 이용하여 크롬을 1㎛ 두께로 코팅하였다. 접착층 코팅이 완료되면 진공실(1) 및 기판홀더(5) 그리고 기판(4)에 존재하는 불순물을 제거하고 기판(4)의 파손을 방지하기 위해 열처리를 수행하였다. 열처리는 히터용 전원(9)에 전력을 공급하여 진공실(1) 내부에 있는 히터(6)를 가열하는 간접 가열 방식을 이용하였으며 진공실(1)의 분위기 온도가 250℃가 되도록 조절하여 2시간 실시하였다. 이때 열처리 시간은 구체적으로 정해진 것은 아니며 진공도를 통해 조절할 수 있다.
열처리가 완료되면 진공실(1)에 아르곤 가스를 7x10-4 토르가 되도록 조절한 다음 구리 타겟(3)이 장착된 스퍼터링 소스(2)에 스퍼터링용 전원(9)을 공급하여 구리를 코팅하였다. 기판(4)의 구리 후막의 두께는 20㎛ 이상일 수 있다. 구리의 코팅은 스퍼터링용 전원(9)에 5kW의 전력을 공급하여 100분간 코팅하여 두께가 50㎛가 되도록 하였다. 구리 코팅시 기판(4)의 파손 및 변형을 방지하기 위해 전력을 순차적으로 증가하였다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 스퍼터링 소스의 전력 변화 그래프이다.
도 3을 참조하면, 기판(4)의 구리 코팅단계에서 초기에는 1kW에서 코팅을 시작하여 점차 전력을 증가시키되 단계적으로 증가시켜 최종 전력인 5kW에 도달하도록 하였다. 이렇게 하면 기판(4)의 변형 및 열충격에 의한 기판(4)의 파손을 방지할 수 있다. 구리 코팅이 완료되면 기판(4)을 충분히 냉각시킨 다음 대기중으로 꺼내고 공정을 완료한다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 기판의 구리 후막 제조 방법을 설명하기 위한 진공증착 장치의 구성을 도시한 개략도이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 기판의 구리 후막 제조 방법의 공정 순서도이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 스퍼터링 소스의 전력 변화 그래프이다.
<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>
1 ; 진공실 2 ; 스퍼터링 소스
3 ; 구리 타겟 4 ; 기판
5 ; 기판홀더 6 ; 히터
7 ; 셔터 8 ; 기판 회전장치
9 ; 스퍼터링용 전원 10 ; 바이어스용 전원
11 ; 히터용 전원 12 ; 가스 도입구
13 ; 진공게이지
Claims (9)
- 고속 증발 소스를 이용하여 기판에 구리 후막을 제조하는 진공증착 장치를 구비하고, 기판에 구리 후막을 제조하는 방법에 있어서,구리 타겟을 스퍼터링 소스에 장착하는 단계;상기 기판을 기판홀더에 설치하는 단계;진공펌프를 이용하여 진공실 내의 진공도가 기설정압력 이하가 되도록 배기하는 단계;진공실 내의 진공도가 기설정압력 이하가 되면 가스 도입구를 통해 아르곤 가스를 주입하면서 상기 기판에 음의 전압을 공급하여 방전영역에 존재하는 아르곤 이온이 상기 기판에 충돌함에 따라 상기 기판에 존재하는 불순물 및 표면 산화물을 제거하여 상기 기판을 청정시키는 단계;상기 기판의 청정이 완료되면 상기 진공실 내의 진공도를 기설정압력 이하가 되도록 배기한 후 접착층을 코팅하는 단계;상기 접착층 코팅이 완료되면 히터용 전원장치에 전력을 공급하여 히터를 가열하여 상기 기판의 열처리를 수행하는 단계;상기 기판의 열처리가 완료되면 상기 기판에 구리를 코팅하는 단계, 및상기 기판에 구리 코팅이 완료되면 상기 기판을 냉각하는 단계를 포함하는 기판의 구리 후막 제조 방법.
- 제1항에 있어서,상기 진공실 내의 진공도에 대한 기설정압력은 10-5토르이며,상기 기판의 청정은 10-2 토르 정도의 아르곤가스 분위기에서 상기 기판에 400∼1,000V의 음의 전압을 공급하여 글로 방전을 유도시켜 실시하는 기판의 구리 후막 제조 방법.
- 제2항에 있어서,상기 기판에 코팅되는 접착층은 상기 기판과 밀착력이 우수한 코팅 물질을 전자빔이나 저항가열 증발원 또는 별도의 스퍼터링 소스를 이용하여 코팅하는 기판의 구리 후막 제조 방법.
- 제3항에 있어서,상기 접착층의 코팅 물질은 알루미늄이나 크롬, 니켈 또는 티타늄 등으로 이루어진 군에서 선택된 적어도 하나 이상의 물질을 포함하는 기판의 구리 후막 제조 방법.
- 제1항에 있어서,상기 기판의 구리 코팅단계에서 상기 구리의 코팅은 셔터가 닫힌 상태에서 상기 스퍼터링 소스에 전원을 공급하여 3분 동안 예비 스퍼터링을 수행 한 후 상기 셔터를 열어 상기 기판의 구리 후막을 기설정된 두께까지 코팅하는 기판의 구리 후막 제조 방법.
- 제1항 내지 제5항 가운데 어느 한 항에 있어서,상기 기판은 알루미나와 같은 세라믹 기판으로 이루어진 군에서 선택된 적어도 하나의 기판인 기판의 구리 후막 제조 방법.
- 제6항에 있어서,상기 기판의 구리 코팅단계에서 상기 기판에 공급되는 전력을 단계적으로 가변하여 공급하는 기판의 구리 후막 제조 방법.
- 제7항에 있어서,상기 기판에 공급되는 전력은 1kW부터 5kW에 도달시까지 점진적으로 증가되는 기판의 구리 후막 제조 방법.
- 제6항에 있어서,상기 기판의 구리 후막의 기설정된 두께는 20㎛ 이상인 기판의 구리 후막 제조 방법.
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| KR1020080082411A KR20100023568A (ko) | 2008-08-22 | 2008-08-22 | 기판의 구리 후막 제조 방법 |
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| KR (1) | KR20100023568A (ko) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR102287256B1 (ko) * | 2020-03-16 | 2021-08-09 | 한국생산기술연구원 | 심냉온도의 정밀 전자빔 가공장치 및 가공방법 |
-
2008
- 2008-08-22 KR KR1020080082411A patent/KR20100023568A/ko not_active Application Discontinuation
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