KR20140124047A - 레이저 빔을 이용한 배선을 포함하는 기판의 제조방법 - Google Patents

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한국기계연구원
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Abstract

본 발명은 기판의 표면을 초발수 처리하는 초발수 처리단계; 상기 초발수 처리된 상기 기판의 표면에 친수성을 가지는 패턴을 형성하는 친수패터닝단계; 상기 친수성을 가지는 패턴과 대응되는 위치에 전도성 용액을 위치시키는 배선단계; 상기 전도성 용액을 건조하여 전도성 배선을 형성하는 단계; 및 상기 전도성 배선을 열처리하는 소성단계를 포함하고, 상기 친수패터닝단계는 레이저빔을 이용하여 상기 기판의 표면에 형성하고자 하는 친수성을 가지는 패턴을 패터닝하는 것인 배선을 포함하는 기판의 제조방법에 관한 것으로, 레이저빔을 이용하여 상기 기판의 표면에 형성하고자 하는 회로 패턴을 직접 패터닝함으로써, 10㎛이하의 배선폭을 갖는 미세배선을 형성할 수 있다.

Description

레이저 빔을 이용한 배선을 포함하는 기판의 제조방법{A METHOD OF MANUFACTURING WIRING SUBSTRATE USING LASER BEAM}
본 발명은 배선을 포함하는 기판의 제조방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 회로의 미세화 내지는 고집적화가 가능한 배선을 포함하는 기판의 제조방법에 관한 것이다.
최근에는 Rigid PCB에 비해 굴곡성과 유연성이 뛰어난 유연기판(FPCB: Flexible Printed Circuit Board)에 대한 연구 및 개발이 진행되고 있다.
유연기판(FPCB)은 통상 0.1㎜ 정도의 두께를 가지며, 사용하는 소재로는 FCCL(Flexible Copper Clad Laminate)이라고 하는 기판 소재가 주로 적용되고 있다.
그리고, 상기 유연기판은 휴대전화, LCD 등의 완제품이 다기능화, 박형화되는 추세에 따라 카메라 모듈, LCD 모듈에 사용되는 유연기판 회로배선의 폭도 미세화되고 있다.
이러한 유연기판을 제조하기 위한 종래의 기술로서, 대한민국 특허청 공개특허 제10-2008-0085443호에는 '연성회로 기판의 제조 방법'이 게시되어 있다.
연성 회로 기판의 제조 방법에 따르면, 먼저 베이스 필름에 형성된 관통홀에 도전성 물질을 충진하고, 베이스 필름의 상부 및 하부에 각각 제1도전성 물질층 및 제2도전성 물질층을 형성하며, 베이스 필름 상부에 형성된 제1도전성 물질층을 패터닝하여, 제1배선 패턴 어레이 및 제2배선 패턴 어레이의 패드를 형성한 후, 제1배선 패턴 어레이의 패드 및 전극 라인은 관통홀에 충진되는 도전성 물질에 의해 전기적으로 연결되도록 하는 단계로 이루어진다.
즉, 일반적인 FPCB 기판으로 일례로, 박막 형상을 이루는 수지 기판의 표면에 미세한 회로 패턴을 실장하기 위한 방식의 하나로 필름 캐리어가 사용되고 있는데, 종래부터 사용되고 있는 필름 캐리어는 폴리이미드 필름의 표면에 구리 등의 도전성 금속을 배치하고, 이 도전성 금속으로 이루어지는 층의 표면에 감광성 수지를 도포한 후, 이 감광성 수지를 노광 및 현상함으로써 원하는 패턴을 형성하고, 이와 같이 하여 형성된 패턴을 마스킹 레지스트로 하여 금속층을 에칭함으로써 형성되어 있다.
하지만, 에칭을 통해 구리층을 제거하여 배선을 형성하는 과정으로는 배선의 폭을 줄이는데 한계가 있다.
즉, 에칭은 습식 에칭공정으로서 건식 에칭 공정과는 달리 등방성 에칭이 되기 때문에 구리층의 두께가 두꺼울수록 회로의 선폭도 커지게 되며, 통상적으로 40 내지 60㎛의 선폭을 가지는 배선의 형성이 가능하기 때문에, 이러한 필름 캐리어를 제조하는 방법의 경우에는 30㎛ 정도 이하의 폭을 갖는 미세 배선을 형성하는 것은 곤란하고, 차세대 고밀도 회선 기판의 제조를 향해 한층 기술 혁신이 요구되고 있다.
본 발명이 해결하고자 하는 과제는 상술된 종래 기술의 문제를 해결하기 위한 것으로서, 회로기판의 회로를 구성하는 금속배선의 미세화를 통해, 회로의 미세화 내지는 고집적화가 가능한 배선을 포함하는 기판의 제조방법을 제공하는데 있다.
본 발명의 목적들은 이상에서 언급한 목적으로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 목적들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
상기 지적된 문제점을 해결하기 위해서 본 발명은 기판의 표면을 초발수 처리하는 초발수 처리단계; 상기 초발수 처리된 상기 기판의 표면에 친수성을 가지는 패턴을 형성하는 친수패터닝단계; 상기 친수성을 가지는 패턴과 대응되는 위치에 전도성 용액을 위치시키는 배선단계; 상기 전도성 용액을 건조하여 전도성 배선을 형성하는 단계; 및 상기 전도성 배선을 열처리하는 소성단계를 포함하고, 상기 친수패터닝단계는 레이저빔을 이용하여 상기 기판의 표면에 형성하고자 하는 친수성을 가지는 패턴을 패터닝하는 것인 배선을 포함하는 기판의 제조방법을 제공한다.
또한, 본 발명은 상기 전도성 용액은 전도성 입자를 포함하며, 나노 와이어(Nano-Wire) 및 탄소나노튜브(CNT) 중 적어도 어느 하나를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 배선을 포함하는 기판의 제조방법을 제공한다.
또한, 본 발명은 상기 열처리 온도는 200 내지 300℃인 것을 특징으로 하는 배선을 포함하는 기판의 제조방법을 제공한다.
또한, 본 발명은 상기 전도성 용액은 전도성 입자를 포함하며, 상기 전도성 입자의 분말 사이즈가 200nm인 경우, 상기 전도성 입자의 함량비는 전도성 용액 100wt% 대비 50wt% 이상, 80wt% 미만인 것을 특징으로 하는 배선을 포함하는 기판의 제조방법을 제공한다.
또한, 본 발명은 상기 전도성 용액은 전도성 입자를 포함하며, 상기 전도성 입자의 분말 사이즈가 50nm인 경우, 상기 전도성 입자의 함량비는 전도성 용액 100wt% 대비 25wt% 이상, 30wt% 미만인 것을 특징으로 하는 배선을 포함하는 기판의 제조방법을 제공한다.
상기한 바와 같은 본 발명에 따른 배선을 포함하는 기판의 제조방법에 따르면, 회로기판의 회로 배선을 구성하는 금속배선을 식각공정을 배제함으로써, 금속배선을 식각하는 공정의 기술적 한계를 해결하여, 회로의 미세화 내지는 고집적화가 가능하다.
또한, 본 발명은 금속배선층은 전도성 입자를 포함하며, 나노 와이어(Nano-Wire) 및 탄소나노튜브(CNT) 중 적어도 어느 하나를 더 포함으로써, 금속배선의 전기적 특성을 향상시킬 수 있다.
또한, 본 발명은 레이저빔을 이용하여 상기 기판의 표면에 형성하고자 하는 회로 패턴을 직접 패터닝함으로써, 10㎛이하의 배선폭을 갖는 미세배선을 형성하는 것이 가능하다.
또한, 본 발명은 배선단계 및 건조단계를 거친 이후, 배선이 형성된 기판을 금속 입자간에 결합을 형성하기 위한 소성 단계를 거침으로써, 금속배선의 전기적 특성을 더욱 향상시킬 수 있다.
또한, 본 발명은 상기 소성 단계의 열처리 온도는 200 내지 300℃ 이하로 함으로써, 기판과 금속배선층의 밀착 특성을 향상시킬 수 있다.
도 1a 내지 도 1d는 일반적인 회로기판을 제조하는 과정을 도시한 단면도이다.
도 2는 본 발명에 따른 배선을 포함하는 기판의 제조방법을 도시한 순서도이다.
도 3a 내지 도 3b는 본 발명에 따른 배선을 포함하는 기판의 제조방법을 도시한 개략적인 모식도이다.
도 4는 초발수 처리장치의 구성을 나타낸 개략적인 단면도이다.
도 5는 본 발명에 따른 초발수 처리단계를 도시한 흐름도이다.
도 6a는 은 나노 와이어의 일례를 도시하는 SEM 사진이고, 도 6b는 탄소나노튜브의 일례를 도시하는 SEM 사진이다.
도 7a는 초발수처리후의 기판의 물에 대한 접촉각을 테스트한 실사진이고, 도 7b는 초발수층을 포함하는 기판에 트랜치가 형성된 실사진이며, 도 7c는 친수층 상에 형성된 회로패턴을 도시한 실사진이다.
도 8a는 표 2의 실험예에 따른 미세구조의 특성을 도시한 SEM 사진이고, 도 8b는 표 3의 실험예에 따른 미세구조의 특성을 도시한 SEM 사진이며, 도 8c는 표 2의 실험예에 따른 미세구조의 특성을 도시한 모식도이고, 도 8d는 표 3의 실험예에 따른 미세구조의 특성을 도시한 모식도이다.
도 9a는 레이저빔을 이용하여 기판(P)의 표면에 형성하고자 하는 회로 패턴을 직접 패터닝한 경우를 도시한 SEM 사진이고, 도 9b는 스크래치 테스터를 이용하여 기판(P)의 표면에 형성하고자 하는 회로 패턴을 직접 패터닝한 경우를 도시한 SEM 사진이다.
도 10a는 표 2의 실험예에 따른 미세구조의 특성을 도시한 SEM 사진이고, 도 10b는 표 3의 실험예에 따른 미세구조의 특성을 도시한 SEM 사진이다.
도 11a 내지 도 11c는 본 발명의 실험예에 따른 기판과 금속배선층의 계면 상태를 도시한 SEM 사진이다.
도 12a 내지 도 12c는 본 발명의 실험예에 따른 기판과 금속배선층의 밀착 특성을 도시한 SEM 사진이다.
도 13a는 전도성 입자(Ag 나노 입자)의 분말 사이즈가 200nm인 경우의 전도성 용액의 함량비에 따른 금속배선층 형성상태를 도시한 실사진이고, 도 13b는 전도성 입자(Ag 나노 입자)의 분말 사이즈가 50nm인 경우의 전도성 용액의 함량비에 따른 금속배선층 형성상태를 도시한 실사진이다.
본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다.
아래 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시를 위한 구체적인 내용을 상세히 설명한다. 도면에 관계없이 동일한 부재번호는 동일한 구성요소를 지칭하며, "및/또는"은 언급된 아이템들의 각각 및 하나 이상의 모든 조합을 포함한다.
비록 제1, 제2 등이 다양한 구성요소들을 서술하기 위해서 사용되나, 이들 구성요소들은 이들 용어에 의해 제한되지 않음은 물론이다. 이들 용어들은 단지 하나의 구성요소를 다른 구성요소와 구별하기 위하여 사용하는 것이다. 따라서, 이하에서 언급되는 제1 구성요소는 본 발명의 기술적 사상 내에서 제2 구성요소일 수도 있음은 물론이다.
본 명세서에서 사용된 용어는 실시예들을 설명하기 위한 것이며 본 발명을 제한하고자 하는 것은 아니다. 본 명세서에서, 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함한다. 명세서에서 사용되는 "포함한다(comprises)" 및/또는 "포함하는(comprising)"은 언급된 구성요소 외에 하나 이상의 다른 구성요소의 존재 또는 추가를 배제하지 않는다.
다른 정의가 없다면, 본 명세서에서 사용되는 모든 용어(기술 및 과학적 용어를 포함)는 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 공통적으로 이해될 수 있는 의미로 사용될 수 있을 것이다. 또 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 용어들은 명백하게 특별히 정의되어 있지 않는 한 이상적으로 또는 과도하게 해석되지 않는다.
공간적으로 상대적인 용어인 "아래(below)", "아래(beneath)", "하부(lower)", "위(above)", "상부(upper)" 등은 도면에 도시되어 있는 바와 같이 하나의 구성 요소와 다른 구성 요소들과의 상관관계를 용이하게 기술하기 위해 사용될 수 있다. 공간적으로 상대적인 용어는 도면에 도시되어 있는 방향에 더하여 사용시 또는 동작시 구성요소들의 서로 다른 방향을 포함하는 용어로 이해되어야 한다. 예를 들면, 도면에 도시되어 있는 구성요소를 뒤집을 경우, 다른 구성요소의 "아래(below)"또는 "아래(beneath)"로 기술된 구성요소는 다른 구성요소의 "위(above)"에 놓여질 수 있다. 따라서, 예시적인 용어인 "아래"는 아래와 위의 방향을 모두 포함할 수 있다. 구성요소는 다른 방향으로도 배향될 수 있고, 이에 따라 공간적으로 상대적인 용어들은 배향에 따라 해석될 수 있다.
도 1a 내지 도 1d는 일반적인 회로기판을 제조하는 과정을 도시한 단면도이다.
먼저, 도 1a를 참조하면, 절연 기판(10) 상에 구리 박막층(20)을 형성한다.
이후, 도 1b에 도시된 바와 같이, 상기 구리 박막층(20) 상에 포토레지스트 층(30)을 형성한다.
이후, 도 1c에 도시된 바와 같이, 상기 포토레지스트층을 노광 및 현상함으로써 원하는 형상의 포토레지스트 패턴(31)을 형성하고, 도 1d에 도시된 바와 같이, 형성된 포토레지스트 패턴(31)을 마스킹 레지스트로 하여 구리 박막층을 식각하여 구리 박막 패턴층(21)을 형성한다.
이후, 에싱(ashing) 공정 또는 습식 제거 공정을 진행하여 포토레지스트 패턴(31)을 제거하고, 상기 절연 기판(10) 상에 형성된 구리 박막 패턴층(21)을 회로 배선으로 하는 회로기판을 제조할 수 있다.
하지만, 상술한 일반적인 회로기판의 제조 방법의 경우, 금속배선을 식각하는 공정의 기술적 한계로 인하여, 30㎛ 정도 이하의 폭을 갖는 미세 배선을 형성하는 것은 곤란한 문제점이 있다.
이하에서는, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다.
도 2는 본 발명에 따른 배선을 포함하는 기판의 제조방법을 도시한 순서도이고, 도 3a 내지 도 3b는 본 발명에 따른 배선을 포함하는 기판의 제조방법을 도시한 개략적인 모식도이다.
먼저, 본 발명에 따른 배선을 포함하는 기판을 제조하는 방법은 기판의 표면에 초발수성능을 가지는 초발수층을 형성하고, 상기 기판 표면의 일정 영역에 친수성을 갖는 패턴을 형성한 후, 상기 친수성을 가지는 패턴에 전도성을 가지는 배선을 형성하는 방법에 의한 기판의 제조방법에 관한 것이다.
도 2 및 도 3a를 참조하면, 본 발명에 따른 배선을 포함하는 기판을 제조하는 방법은 기판(100)을 제공하고, 상기 기판(100)의 표면을 초발수 처리하는 초발수 처리단계를 포함한다(S10).
상기 초발수 처리단계를 통해, 상기 기판(100)의 표면에 초발수층(105)을 형성할 수 있다.
이때, 상기 기판은 일반적으로 인쇄회로기판의 기판 기재로 사용되는 절연성 기판이라면 제한없이 사용될 수 있으며, 바람직하게는 폴리이미드, 폴리에스테르, 에폭시 기판 등을 사용할 수 있고, 이때, 상기 기판의 표면이 친수성을 가질 수 있도록 상기 기판은 폴리이미드 기판을 사용하는 것이 보다 더 바람직하다.
한편, 상기 초발수 처리단계를 더욱 상세히 설명하면 다음과 같다.
도 4는 초발수 처리장치의 구성을 나타낸 개략적인 단면도이다.
도 4를 참조하면, 상기 기판(P)의 표면을 초발수 처리하기 위한 초발수처리장치는 진공 분위기에서 기판(P)의 표면에 플라즈마를 발생시킴으로써 기판(P)의 표면이 초발수 기능을 갖도록 한다.
먼저, 상기 기판(P)의 주위를 진공 분위기로 만들기 위한 진공챔버(C)가 요구된다.
그리고, 상기 진공챔버(C) 내부에는 진공챔버(C)로부터 전기적으로 절연되고 선택적으로 전원 인가가 가능한 전극(10)이 각각 설치된다.
상기 전극(10)은 진공챔버(C)의 외부에 구비된 전원공급장치(30)로부터 음(-)의 바이어스[bias]를 인가받아 플라즈마를 발생하는 것으로, 상기 전극(10)의 상측에는 표면을 에칭하고자 하는 기판(P)이 위치하게 된다.
그리고, 상기 기판(P)의 표면은 진공챔버(C) 내부에 발생된 플라즈마에 의해 연속적으로 에칭된다.
따라서, 상기 진공챔버(C) 내부에 플라즈마가 발생시에 플라즈마에 포함된 양(+)이온은 상기 기판(P)의 표면을 에칭하게 된다.
그리고, 상기 진공챔버(C) 내부에는 플라즈마를 발생시키기 위해 다양한 구성이 선택적으로 구비되어 질 수도 있다.
즉, 상기 진공챔버(C) 내부의 플라즈마 밀도를 높이기 위하여 별도의 전극(미도시)을 더 구비할 수도 있으며, 상기 전극(10)으로부터 이격된 상측에 안테나(40)를 구비하고 상기 안테나(40)를 외부의 전원공급장치(30)와 연결하여 플라즈마를 발생시킬 수도 있을 것이다.
또한, 전자레인지에서 일반적으로 사용되는 마이크로웨이브를 상기 진공챔버(C) 외부에서 가하여 플라즈마를 발생시킬 수도 있을 것이다.
상기 진공챔버(C)의 일정 영역에는 진공챔버(C)의 내부가 외부와 연통되도록 천공되며 선택적으로 차폐 가능한 반응가스유입구(50)가 구비될 수 있다. 상기 반응가스유입구(50)는 플라즈마를 이용하여 기판(P)의 표면을 에칭시에 에칭효율을 높이기 위한 구성이다.
즉, 상기 반응가스유입구(50)는 산소, 질소, 물(수분), 아르곤, 헬륨, 수소, 탄화불소 및 이들의 혼합가스로 이루어진 반응가스(미도시)가 상기 진공챔버(C) 내부로 유입되도록 안내하는 역할을 수행한다.
따라서, 상기 반응가스유입구(50)를 통해서 진공챔버(C) 내부로 반응가스가 유입되면 상기 안테나(40)와 전극(10) 사이에 발생되는 플라즈마는 기판(P)의 표면 에칭을 더욱 활성화하게 된다.
이때, 상기 반응가스유입구(50)는 소수성부재 유입구(50)로도 사용될 수 있다. 상기 소수성부재유입구(50)는 상기 기판(P)의 표면 에칭시에 주위 분위기가 진공이거나 대기인 것과 관계없이 상기 기판(P)의 표면에 결합되는 소수성부재가 유입되도록 안내하는 것으로, 상기 진공챔버(C)의 내부를 외부와 연통시키게 된다.
즉, 상기 기판(P)의 재료가 소수성일 경우에는 플라즈마에 의한 표면의 에칭만으로 초소수성을 가질 수 있지만(필요에 따라 소수성부재의 코팅 필요), 상기 기판(P)의 재료가 친수성일 경우에는 플라즈마 에칭에 의한 돌기 형성만으로는 소수성을 가지도록 성질 변경이 불가능하게 되므로, 소수성을 가지는 소수성부재를 기판(P)의 표면에 부착시켜 결합시키게 된다.
상기 소수성부재는 불소기, 메틸기 및 염소기 중 적어도 어느 하나를 포함한 가스 또는 분자로 이루어지며, 상기 소수성부재유입구(60)를 통해 상기 기판(P)의 상측에 유입되어지게 된다.
한편, 도면에서는 반응가스유입구가 소수성부재유입구로 사용되는 것으로 도시하고 있으나, 이와는 달리, 별도로 구비될 수 있다.
이하 상기와 같이 구성되는 초발수처리장치를 이용한 초발수 처리단계(S10)를 도 5를 참조하여 보다 상세하게 설명한다.
도 5는 본 발명에 따른 초발수 처리단계를 도시한 흐름도이다.
도 5를 참조하면, 먼저 상기 기판(P)을 전극(10) 상면에 안착시키는 기판설치과정(S110)을 실시하게 된다. 상기 기판(P)이 전극(10) 상면에 설치되면, 상기 진공챔버(C) 내부의 진공도를 2×10-2torr 이하로 유지하는 진공형성과정(S120)이 진행된다.
이후 상기 전극(10)에 전원 및 음의 바이어스를 인가하여 플라즈마를 발생시키는 플라즈마발생과정(S130)을 실시하게 된다.
상기 플라즈마발생과정(S130)이 실시됨과 동시에 상기 기판(P)의 표면은 에칭되어 표면에칭과정(S140)을 거치게 되며, 상기 표면에칭과정(S140)은 10분 동안 진행될 수 있다.
상기 표면에칭과정(S140) 이후에는 소수성부재유입구(60)를 통해 상기 진공챔버(C) 내부에 소수성부재(미도시)를 유입시키고 플라즈마를 이용하여 기판(P) 표면에 소수성부재를 결합시키는 소수화과정(S150)이 실시된다.
이와 같은 공정을 통하여, 상기 기판(100)의 표면에 초발수층(105)을 형성할 수 있다.
다음으로, 도 2 및 도 3b를 참조하면, 상기 초발수층(105)이 형성된 기판에 친수성을 가지는 패턴을 형성하는 친수패터닝단계를 포함한다(S20).
상기 친수패터닝단계를 통해, 초발수성을 갖는 상기 기판(100)의 일정 영역에 친수성을 갖는 친수층(120)을 형성할 수 있다.
한편, 도 3b에서는 초발수층의 일정 영역 및 기판의 일정 영역을 동시에 패터닝하여 친수층을 형성하는 것을 도시하고 있으나, 이와는 달리, 초발수층의 일정 영역만을 패터닝하여, 친수층을 형성하는 것도 가능하다.
즉, 상기 친수층은 기판의 표면 상에 위치할 수 있고, 또한 기판의 일부를 패터닝한 기판의 내부영역에 위치할 수 있으며, 상기 기판의 일정 영역에 친수층을 형성함의 의미는 이러한 2가지 경우를 모두 포함하는 의미로 해석될 수 있다.
이때, 상기 친수패터닝단계(S20)는 전술한 바와 같이, 초발수 처리된 기판(P)의 표면에 친수성을 가지는 패턴을 형성하는 과정으로, 상기 패턴은 형성하고자 하는 회로 또는 배선 패턴(이하, "회로 패턴"으로 통칭함)과 대응되도록 형성된다.
한편, 본 발명에서 상기 친수패터닝단계(S20)는 레이저빔을 이용하여 상기 기판(P)의 표면에 형성하고자 하는 친수성을 가지는 패턴을 패터닝하는 방법일 수 있다.
즉, 레이저 발생장치로 부터 발생되는 레이저를 상기 기판의 표면에 조사함으로써, 형성하고자 하는 회로 패턴을 패터닝할 수 있으며, 이때, 상기 레이저는 헬륨-네온 레이저, 아르곤 이온 레이저, 크립톤 이온 레이저, 헬륨-카드뮴 이온 레이저, 이산화탄소 레이저, 엑시머 레이저, ND:YAG 레이저, ND:유리 레이저, ND:YLF 레이저, 반도체 레이저, 다이오드 펌프 레이저, 유기 색소 레이저, 화학 레이저, 자유 전자 레이저, X-선 레이저, 및 가변 파장 레이저로 이루어진 군에서 선택된 하나 또는 그 이상을 포함하는 레이저일 수 있으며, 다만, 이는 예시적인 것에 불과하며, 따라서, 본 발명에서 상기 레이저의 종류에 한정되는 것은 아니다.
다음으로, 도 2 및 도 3c를 참조하면, 상기 친수층(120) 상에 회로 패턴을 형성하는 배선단계를 포함한다(S30).
상기 배선단계를 통해, 친수성을 갖는 상기 기판(100)의 일정 영역에 금속배선층(140)을 형성할 수 있다.
이때, 상술한 바와 같이, 상기 친수층 패턴은 형성하고자 하는 회로 패턴과 대응되도록 형성된다.
따라서, 친수층 패턴이 형성하고자 하는 회로 패턴과 대응되도록 형성되므로, 친수층을 갖는 기판의 일정 영역에 금속 배선을 형성하는 것은, 결국, 상기 금속배선층이 형성하고자 하는 회로 패턴과 대응됨을 의미한다.
또한, 상술한 바와 같이, 상기 친수층은 기판의 표면 상에 위치할 수 있고, 또한 기판의 일부를 패터닝한 기판의 내부영역에 위치할 수 있다.
따라서, 도 3c에 도시된 바와 같이, 상기 금속배선층(140)은 기판의 일부를 패터닝한 기판의 내부영역에 위치할 수 있고, 또한, 도면에는 도시하지 않았으나, 상기 금속 배선층은 기판의 표면 상에 위치할 수 있으며, 친수성을 갖는 상기 기판(100)의 일정 영역에 금속배선층(140)을 형성한다 함은 이들 2가지 경우를 모두 포함하는 의미일 수 있다.
상기 친수층(120) 상에 회로 패턴을 형성하는 배선단계를 설명하면 다음과 같다.
상기 배선단계(S30)는 기판(P)을 전도성 용액에 함침하거나, 상기 기판(P)의 표면에 전도성 용액을 분사하여 친수층(120)에만 전도성 용액이 도포되도록 하는 과정으로, 보다 구체적으로, 스핀코팅(spin coating), 롤코팅(roll coating), 딥코팅(dip coating), 스크린 코팅(screen coating), 분무코팅(spray coating), 스크린 인쇄(screen printing), 잉크젯(ink jet) 등의 코팅방법을 사용할 수 있으며, 이에 한정되는 것은 아니나, 편의성 및 균일성의 측면에서 딥코팅 기법이 바람직하다.
이때, 본 발명에서 상기 전도성 용액은 전도성 입자를 포함하며, 나노 와이어(Nano-Wire) 및 탄소나노튜브(CNT) 중 적어도 어느 하나를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 전도성 입자로는 은(Ag), 구리(Cu), 금(Au), 백금(Pt), 니켈(Ni), 팔라듐(Pd), 철(Fe) 및 이들의 합금으로 이루어진 군으로부터 선택되는 하나 이상의 금속 나노입자로 구성될 수 있으며, 바람직하게는 은(Ag) 나노 입자인 것이 바람직하다.
한편, 나노 입자는 나노 크기의 분말인 나노 파우더(nano-powder) 형태와 속이 비어 있는 나노 크기의 튜브인 나노 튜브(nano-tube), 막대 형상의 나노 로드(nano-rod), 나노 로드와 달리 성장 방향이 일정하지 않은 나노 와이어(nano-wire), 나노 로드와 같이 성장 방향이 일정하나 단부로 갈수록 가늘어지는 나노 니들(nano-neddle)의 형태로 분류될 수 있다.
이때, 본 발명에서의 나노 와이어는 각 전도성 입자의 나노 입자가 성장 방향이 일정하지 않도록 성장된 것으로, 대략 수백 나노미터 내지 대략 수십 마이크로미터의 크기일 수 있으며, 예를 들어, 상기 전도성 입자가 은(Ag) 나노 입자인 경우, 상기 나노 와이어는 은 나노 와이어(Ag Nano-Wire)일 수 있다.
또한, 상기 탄소나노튜브(CNT)는 탄소(carbon)로 형성되고, 나노 사이즈(nano size)를 갖는 파이프형의 물질로써, 크기는 대략 수백 나노미터 내지 대략 수십 마이크로미터일 수 있다.
한편, 상기 탄소 나노 튜브(CNT)는 도전성을 가질 수 있으나, 소수성을 가질 수 있고, 따라서, 상기 친수층(120) 상에 상기 탄소 나노 튜브(CNT)를 배치시키기 위해, 상기 탄소 나노 튜브(CNT)는 그 표면이 친수 처리되는 것이 바람직하다.
상기 친수 처리는 예를 들어, 1 vol %의 1-클로로이텔트리콜로실란(1-chloroethyltrichlorosilane)을 포함하고, 헥사데칸(hexadecan) 및 클로로포름(chloroform)이 약 4:1의 비율로 혼합된 용액에 상기 탄소나노튜브(CNT)를 가한 상태로, 약 3 시간동안 방치한 후, 건조한 질소 대기 상태에서 클로로 포름을 이용하여 린스함으로써 상기 탄소 나노 튜브(CNT)의 표면을 친수 처리할 수 있다.
도 6a는 은 나노 와이어의 일례를 도시하는 SEM 사진이고, 도 6b는 탄소나노튜브의 일례를 도시하는 SEM 사진이다.
도 6a 및 도 6b에서 도시한 바와 같이, 상기 은 나노 와이어 및 탄소나노튜브는 길이방향으로 성장된 물질로써, 대략 수백 나노미터 내지 대략 수십 마이크로미터의 크기로 정의될 수 있다.
다음으로, 도 2를 참조하면, 상기 배선단계 이후, 상기 전도성 용액을 건조시키는 건조단계를 포함한다(S40).
상기 건조단계(S40)가 완료되면 전도성 용액은 고체상태의 전도성 배선을 이루게 된다.
한편, 도면에는 도시하지 않았으나, 상기 건조단계(S40) 이후에는 배선단계(S30)와 건조단계(S40)를 순차적으로 다수 회 실시 가능하다.
즉, 상기 배선단계(S30)와 건조단계(S40)를 1회씩 실시하는 경우 전도성을 가지는 금속배선층의 두께가 얇을 수 있으므로, 금속배선층의 두께를 증가시키기 위하여 배선단계(S30)와 건조단계(S40)를 수차례 더 실시할 수 있다.
다음으로, 도 2를 참조하면, 상기 건조단계 이후, 상기 전도성 배선을 열처리하는 소성단계를 포함한다(S60).
상기 소성단계는 상기 전도성 배선에서 금속 입자간의 결합을 형성하기 위한 열처리 단계로써, 본 발명에서 상기 열처리 온도는 200 내지 300℃인 것이 바람직하다.
즉, 상기 소성단계를 통해, 상기 전도성 배선은 금속 입자간에 결합을 형성함으로써, 우수한 전기 전도도가 부여될 수 있다.
한편, 상기 열처리 단계는 10 내지 120분간 진행할 수 있다.
이상에 알 수 있는 바와 같이, 본 발명에 따른 배선을 포함하는 기판에서 일정 배선 패턴을 구성하는 금속배선층은 친수성을 가진 친수층의 형상에 대응되어 형성됨을 알 수 있다.
즉, 상기 초발수층이 형성된 기판에 친수성을 가지는 패턴을 형성하는 친수패터닝단계를 통해, 초발수성을 갖는 상기 기판의 일정 영역에 친수성을 갖는 친수층을 형성하며, 결국, 배선 패턴을 구성하는 금속배선층의 형상은 친수층의 형상에 의해 결정되게 된다.
이때, 상술한 바와 같이, 친수층을 형성하는 것은, 레이저빔을 이용하여 상기 기판(P)의 표면에 형성하고자 하는 회로 패턴을 직접 패터닝하는 방법일 수 있다.
즉, 일반적인 회로기판의 제조 방법의 경우, 금속배선을 식각하는 공정의 기술적 한계로 인하여, 30㎛ 정도 이하의 폭을 갖는 미세 배선을 형성하는 것은 곤란한 문제점이 있었으나, 본 발명에서는 금속배선을 식각하는 것이 아닌, 초발수층을 레이저 빔에 의해 패터닝하는 방법 등에 의해 회로패턴을 구성하는 금속배선층의 형상이 결정되므로, 금속배선을 식각하는 공정의 기술적 한계를 해결할 수 있고, 따라서, 금속배선을 식각하는 공정의 기술적 한계를 해결하여, 10㎛이하의 배선폭을 갖는 미세배선을 형성하는 것이 가능하다.
이와 같은 제조방법에 의해 제조된 본 발명에 따른 배선을 포함하는 기판은 다음과 같이 정리될 수 있다.
먼저, 도 3a 내지 도 3c를 참조하면, 본 발명에 따른 배선을 포함하는 기판은 기판(100)의 표면에 초발수층(105)를 포함하며, 또한, 초발수성을 갖는 상기 기판(100)의 일정 영역에 친수성을 갖는 친수층(120)을 포함한다.
상기 친수층(120)은 기판의 표면 상에 위치할 수 있고, 또한 기판의 일부를 패터닝한 기판의 내부영역에 위치할 수 있으며, 상기 기판의 일정 영역에 친수층을 포함함의 의미는 이러한 2가지 경우를 모두 포함하는 의미로 해석될 수 있다
다음으로, 본 발명에 따른 배선을 포함하는 기판은 상기 친수층(120)에 형성된 금속배선층(140)을 포함하며, 상기 금속배선층(140)은 형성하고자 하는 회로 패턴에 해당한다.
상기 금속배선층(140)은 기판의 일부를 패터닝한 기판의 내부영역에 위치할 수 있고, 또한, 도면에는 도시하지 않았으나, 상기 금속 배선층은 기판의 표면 상에 위치할 수 있으며, 친수층(120)에 금속배선층(140)을 형성한다 함은 이들 2가지 경우를 모두 포함하는 의미일 수 있다.
이때, 본 발명에서 상기 친수층(120)의 폭(W)은 10㎛ 이하일 수 있으며, 상기 친수층(120)의 폭(W)에 따라, 상기 친수층에 형성되는 금속배선층(140)의 폭(W)은 10㎛ 이하일 수 있다.
즉, 본 발명에서는 레이저빔을 이용하여 상기 기판(P)의 표면에 형성하고자 하는 회로 패턴을 직접 패터닝함으로써, 10㎛이하의 배선폭을 갖는 미세배선을 형성하는 것이 가능하다.
이때, 본 발명에서 상기 금속배선층(140)은 전도성 입자를 포함하며, 나노 와이어(Nano-Wire) 및 탄소나노튜브(CNT) 중 적어도 어느 하나를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
즉, 본 발명에 따른 금속배선층은 친수층(120) 및 초발수층(105)을 포함하는 기판(100)을 전도성 용액에 함침하거나 분사하는 방법 등에 의하여, 상기 친수층에만 금속배선층을 형성한 것으로, 상기 전도성 용액이 전도성 입자를 포함하며, 나노 와이어(Nano-Wire) 및 탄소나노튜브(CNT) 중 적어도 어느 하나를 더 포함하기 때문에, 결국, 상기 금속배선층(140)은 전도성 입자를 포함하며, 나노 와이어(Nano-Wire) 및 탄소나노튜브(CNT) 중 적어도 어느 하나를 더 포함한다.
이때, 상기 전도성 입자는 은(Ag), 구리(Cu), 금(Au), 백금(Pt), 니켈(Ni), 팔라듐(Pd), 철(Fe) 및 이들의 합금으로 이루어진 군으로부터 선택되는 하나 이상의 금속 나노입자로 구성될 수 있으며, 상기 나노 와이어(Nano-Wire) 및 탄소나노튜브(CNT)는 길이방향으로 성장된 물질로써, 대략 수백 나노미터 내지 대략 수십 마이크로미터의 크기로 정의될 수 있다.
이하에서는, 본 발명의 실험예에 따른 회로기판의 제조를 설명하기로 하며, 다만, 본 발명에서는 상기 실험예에 제한되는 것은 아니다.
[실험예]
먼저, 기판은 폴리이미드(Polyimide)를 소재로 하였으며, 반응가스로 O2, 소수성부재로 CHF3를 사용하여, 상술한 초발수처리단계를 통해, 상기 기판상에 초발수층을 형성하였다.
즉, 상기 진공챔버(C) 내부에 폴리이미드 필름을 장입하고(기판설치과정: S110) 저진공(진공형성과정:S120)에서 플라즈마발생과정(S130)을 통한 표면에칭과정(S140)과 불소화처리를 통해 소수화과정(S150)을 순차적으로 수행하였다.
이때 상기 표면에칭과정(S140)에서는 물을 함유한 버블러를 통과시킨 O2를 300 sccm으로 흘려주면서 기판(P)에 57V의 전압을 인가하였다.
상기 표면에칭과정(S140)은 위와 같은 조건으로 10분동안 실시하였다.
그리고, 상기 소수화과정(S150)은 20분 동안 실시하였으며, CHF3 가스를 200 sccm 흘리면서, 72V의 전압을 인가하였다.
상기 초발수처리단계(S10)가 완료된 기판(P)의 초발수성을 확인하기 위하여 물방울 접촉각 측정을 수행하였다. 도 7a는 초발수처리후의 기판의 물에 대한 접촉각을 테스트한 실사진으로, 이때 물에 대한 접촉각은 약 156°를 나타내었다.
따라서, 상기 초발수처리단계(S10)가 완료된 기판(P)은 물에 대한 접촉각이 150°이상을 가지므로 초발수성능을 갖게됨을 알 수 있다.
이후, 레이저 빔을 이용하여, 파워 0.15W 및 이송속도 10mm/S의 조건으로, 상기 초발수층을 포함하는 기판에 트랜치를 형성하여 친수층을 형성하였다. 도 7b는 초발수층을 포함하는 기판에 트랜치가 형성된 실사진으로, 후술할 바와 같이, 약 6㎛의 폭으로, 트랜치가 형성되었다
다음으로, 친수층 및 초발수층을 포함하는 기판을 전도성 용액에 함침하여, 친수층 상에 배선 패턴을 형성하였다. 도 7c는 친수층 상에 형성된 배선패턴을 도시한 실사진으로, 도 7c에 도시된 바와 같이, 배선패턴이 친수성을 갖는 친수층에만 형성됨을 알 수 있다.
상기 전도성 용액은 출발원료로써, 상용의 은 나노입자 잉크를 사용하여 80 wt%의 수분산 제조하고, 상용의 은 나노 와이어(Ag Nano-Wire)를 사용하여 5 wt%의 수분산을 제조하였으며, 상용의 탄소나노튜브(CNT)를 사용하여 1 wt%의 수분산을 제조하였다.
이후, 80wt%의 은 나노입자 수분산, 5wt%의 은 나노 와이어 수분산, 1wt%의 탄소나노튜브 수분산을 이용하여, 50wt%의 전도성 용액을 하기 무게비로 제조하였으며, 일예의 비율은 다음과 같다.
<전도성 용액이 전도성 입자와 나노 와이어를 포함하는 경우>
80 wt% 의 은 나노입자 수분산 : 5 wt% 의 은 나노 와이어 수분산 = 1.67 : 1
<전도성 용액이 전도성 입자와 탄소나노튜브를 포함하는 경우>
80 wt% 의 은 나노입자 수분산 : 1 wt%의 탄소나노튜브 수분산 = 1.67 : 1
이와 같은 실험예를 바탕으로 다음과 같이 실험하였다.
먼저, 전도성 용액이 전도성 입자만을 포함하는 경우, 전도성 용액이 전도성 입자와 나노 와이어를 포함하는 경우, 전도성 용액이 전도성 입자와 탄소나노튜브를 포함하는 경우를 구분하여 실험하였다.
이들의 전기전도도 특성을 실험하여 이를 하기 표에 도시하였다.
표 1은 전도성 용액이 전도성 입자(Ag 나노 입자)만(50wt%)을 포함하는 경우의 전기전도도 특성을 나타내고, 표 2는 전도성 용액이 전도성 입자(Ag 나노 입자)와 나노 와이어(Ag 나노 와이어)를 포함(50wt%)하는 경우의 전기 전도도 특성을 나타내며, 표 3은 전도성 용액이 전도성 입(Ag 나노 입자)자와 탄소나노튜브를 포함(50wt%)하는 경우의 전기 전도도 특성을 나타낸다.
이때, 표 1에서 소성전, 후의 구분은 건조단계 이후, 배선이 형성된 기판을 금속 입자간에 결합을 형성하기 위한 소성 단계를 진행했는지 여부에 의해 구분되며, 제시된 온도에서 각각 1시간동안 열처리를 실시함으로써, 소성 단계를 진행하였다.
구분 소성전(25℃) 150℃ 소성후 200℃ 소성후 250℃ 소성후 300℃ 소성후
Ag 200nm
(50wt%)		 19.0Ω 3.2Ω 2.5Ω 1.8Ω 1.4Ω
구분 소성전(25℃) 150℃ 소성후 200℃ 소성후 250℃ 소성후 300℃ 소성후
Ag 200nm
(50wt%)		 9.1Ω 1.85Ω 1.0Ω 0.8Ω 0.44Ω
구분 소성전(25℃) 150℃ 소성후 200℃ 소성후 250℃ 소성후 300℃ 소성후
Ag 200nm
(50wt%)		 5.3Ω 1.6Ω 1.3Ω 1.1Ω 1.1Ω
먼저, 표 1 및 표 2를 비교하면, 전도성 용액이 전도성 입자(Ag 나노 입자)와 나노 와이어(Ag 나노 와이어)를 포함하는 경우의 전기 전도도 특성이, 전도성 용액이 전도성 입자(Ag 나노 입자)만을 포함하는 경우의 전기전도도 특성에 비하여, 매우 향상됨을 알 수 있다.
또한, 표 1 및 표 3을 비교하면, 전도성 용액이 전도성 입자(Ag 나노 입자)와 탄소나노튜브를 포함하는 경우의 전기 전도도 특성이, 전도성 용액이 전도성 입자(Ag 나노 입자)만을 포함하는 경우의 전기전도도 특성에 비하여, 매우 향상됨을 알 수 있다.
또한, 표 2 및 표 3에서 알 수 있는 바와 같이, 소성전, 후를 비교한 경우, 소성후의 전기 전도도 특성이 소성전의 전기도 특성보다 현저히 감소함을 알 수 있고, 또한, 표 2에서는 200℃로 소성한 경우가 150℃로 소성한 경우보다 약 45%의 저항감소가 있음을 알 수 있고, 표 3에서는 200℃로 소성한 경우가 150℃로 소성한 경우보다 약 20%의 저항감소가 있음을 알 수 있다.
도 8a는 표 2의 실험예에 따른 미세구조의 특성을 도시한 SEM 사진이고, 도 8b는 표 3의 실험예에 따른 미세구조의 특성을 도시한 SEM 사진이며, 도 8c는 표 2의 실험예에 따른 미세구조의 특성을 도시한 모식도이고, 도 8d는 표 3의 실험예에 따른 미세구조의 특성을 도시한 모식도이다. 이때, 도 8a 내지 도 8d는 각각 실험예에서의 소성전의 상태를 도시하고 있다.
도 8a 및 도 8c에 도시한 바와 같이, 금속배선이 전도성 입자(Ag 나노 입자)(200)와 나노 와이어(Ag 나노 와이어)(210)를 포함하는 경우와, 도 8b 및 도 8d에 도시한 바와 같이, 금속배선이 전도성 입자(Ag 나노 입자)(300)와 탄소나노튜브(310)를 포함하는 경우에는, 상기 나노 와이어 및 탄소나노튜브가 각 전도성 입자 즉, Ag 나노 입자 간의 컨택영역을 증대시키는 전류패스로 작용함으로써, 전기적 특성이 향상되는 것으로 예상된다.
이와 같은 결과를 바탕으로, 본 발명에서는 친수층에 금속배선층을 형성함에 있어서, 전도성 용액이 전도성 입자를 포함하며, 나노 와이어(Nano-Wire) 및 탄소나노튜브(CNT) 중 적어도 어느 하나를 더 포함하는 것이 바람직하며, 결국, 상기 금속배선층은 전도성 입자를 포함하며, 나노 와이어(Nano-Wire) 및 탄소나노튜브(CNT) 중 적어도 어느 하나를 더 포함하는 것이 바람직하다.
도 9a는 레이저빔을 이용하여 기판(P)의 표면에 형성하고자 하는 회로 패턴을 직접 패터닝한 경우를 도시한 SEM 사진이고, 도 9b는 스크래치 테스터를 이용하여 기판(P)의 표면에 형성하고자 하는 회로 패턴을 직접 패터닝한 경우를 도시한 SEM 사진이다.
이때, 도 9a는 공지된 엑시머 레이저를 이용하여, 파워 0.15W 및 이송속도 10mm/S의 조건으로, 상기 초발수층을 포함하는 기판(100)에 트랜치를 형성하여 친수층(120)을 형성하였다.
또한, 도 9b는 diamond tip (Dia.200㎛) 을 이용하여, 5 내지 6 N의 압 적용하여 2단계에 걸쳐 트랜치 형성하였으며, 보다 구체적으로, 제1단계로, 5N의 압을 적용하여 건전한 팁(tip)을 이용하여 1차로 트랜치 형성하고, 제2단계로, 6 N의 압 적용하여 팁(tip) 끝이 건전하지 않은 압자를 이용하여 동일한 위치에 2차로 스크래치를 주어, 상기 초발수층을 포함하는 기판(100')에 트랜치를 형성하여 친수층(120')을 형성하였다.
도 9a에 도시된 바와 같이, 레이저빔을 이용하는 경우, 상기 친수층(120)의 폭(W1)은 6.37㎛로, 즉, 10㎛ 이하로 친수층(120)의 폭(W1)을 형성할 수 있었으며, 따라서, 상기 친수층(120)의 폭(W)에 따라, 상기 친수층에 형성되는 금속배선층의 폭을 10㎛ 이하로 하여, 미세배선을 형성하는 것이 가능하다.
또한, 도 9b에 도시된 바와 같이, 스크레치 테스터를 이용하는 경우, 상기 친수층(120')의 폭(W2)은 118.5㎛ 정도로 형성할 수 있다.
상기 스크레치 테스터에 의해 형성되는 폭은 다이아몬드 압자의 직경(약 200㎛) 및 압입력에 의해 결정되는 것으로, 다이아몬드 압자의 직경(약 200㎛) 및 압입력을 적절히 제어함으로써, 보다 미세한 패턴을 형성할 수 있을 것으로 예상되나, 이의 제어가 용이하지 않음을 감안시, 레이저빔을 이용하는 경우가 스크레치 테스터를 이용하는 경우보다 보다 용이하게 미세배선을 형성할 수 있다.
도 10a는 표 2의 실험예에 따른 미세구조의 특성을 도시한 SEM 사진이고, 도 10b는 표 3의 실험예에 따른 미세구조의 특성을 도시한 SEM 사진이다. 이때, 도 10a 및 도 10b는 각각 실험예에서의 소성후의 상태를 도시하고 있다.
도 10a 및 도 10b를 참조하면, 각각 소성전에 비교하여, 소성후에 전도성 입자(Ag 나노 입자)가 성장함을 알 수 있고, 이러한, 입자 성장에 기인하여 전기적 특성이 향상되는 것으로 예상된다.
구체적으로, 200℃로 소성한 경우에는 전도성 입자간 넥킹(necking) 현상이 나타났으며, 또한, 전도성 입자와 나노 와이어 또는 탄소나노튜브 간의 컨택 상태가 유지되었다.
또한, 250℃로 소성한 경우에는 전도성 입자의 성장 및 소결이 진행되며, 또한, 전도성 입자와 나노 와이어 또는 탄소나노튜브 간에도 소결이 진행되었다.
또한, 300℃로 소성한 경우에는 전도성 입자와 나노 와이어 또는 탄소나노튜브 간에 융합 상태가 나타났다.
상기 표 2 및 표 3과 상기 도 10에 도시된 결과를 바탕으로, 본 발명에서는 배선단계 및 건조단계를 거친 이후, 배선이 형성된 기판을 금속 입자간에 결합을 형성하기 위한 소성 단계를 거치는 것이 바람직하다.
도 11a 내지 도 11c는 본 발명의 실험예에 따른 기판과 금속배선층의 계면 상태를 도시한 SEM 사진이다. 이때, 도 11a는 표 2의 실험예에서 200℃로 소성한 경우를 도시하고 있고, 도 11b는 표 2의 실험예에서 300℃로 소성한 경우를 도시하고 있으며, 도 11c는 표 2의 실험예에 따른 기판을 400℃로 소성한 경우를 도시하고 있다.
먼저, 도 11a를 참조하면, 표 2의 실험예에서 200℃로 소성한 경우, 폴리이미드 재질의 기판(100a)과 금속배선층(140a) 간의 계면(A1)이 매우 건전한 상태로 접합됨을 알 수 있다.
다음으로, 도 11b를 참조하면, 표 2의 실험예에서 300℃로 소성한 경우에도, 일부 갭이 발생하기는 하였으나, 폴리이미드 재질의 기판(100b)과 금속배선층(140b) 간의 계면(A2)이 양호한 상태로 접합됨을 알 수 있다.
하지만, 도 11c를 참조하면, 표 2의 실험예에 따른 기판을 400℃로 소성한 경우, 폴리이미드 재질의 기판(100c)과 금속배선층(140c) 간에 박리가 일어남을 알 수 있고, 따라서, 접합상태가 매우 불량함을 알 수 있다.
이와 같은 결과를 바탕으로, 본 발명에서 상기 소성 단계의 열처리 온도는 300℃ 이하인 것이 바람직하다.
도 12a 내지 도 12c는 본 발명의 실험예에 따른 기판과 금속배선층의 밀착 특성을 도시한 SEM 사진이다. 이때, 도 12a는 표 2의 실험예에서 150℃로 소성한 경우를 도시하고 있고, 도 12b는 표 2의 실험예에서 200℃로 소성한 경우를 도시하고 있으며, 도 12c는 표 2의 실험예에서 250℃로 소성한 경우를 도시하고 있다.
상기 기판과 금속배선층의 밀착 특성은 상술한 소성온도에 따라 열처리를 한 후, Scotch peel test를 진행하여, 금속배선층이 기판으로부터 박리되는지 여부를 평가한 것으로, 도 12는 cotch peel test를 진행한 이후의 SEM 사진이다.
먼저, 도 12a를 참조하면, 표 2의 실험예에서 150℃로 소성한 경우, 폴리이미드 재질의 기판(100d)과 금속배선층(140d) 간의 박리가 일어나, 기판 상의 친수층(120d)가 드러남을 확인할 수 있다.
다음으로, 도 12b를 참조하면, 표 2의 실험예에서 200℃로 소성한 경우, 폴리이미드 재질의 기판(100e)과 금속배선층(140e) 간의 일부 박리가 일어나, 기판 상의 친수층(120e)이 일부 드러나나, 도 12a의 경우보다는 매우 양호한 상태로, 공정 조건을 일부 조절하여, 박리상태를 조절할 수 있을 것으로 판단된다.
다음으로, 도 12c를 참조하면, 표 2의 실험예에서 250℃로 소성한 경우, 폴리이미드 재질의 기판(100f)과 금속배선층(140f) 간에 전혀 박리가 일어나지 않아. 기판과 금속배선층의 밀착특성이 매우 양호함을 알 수 있다.
도 11과 도 12에 나타난 결과를 바탕으로, 본 발명에서 상기 소성 단계의 열처리 온도는 200 내지 300℃ 이하인 것이 바람직하다.
이하에서는 전도성 입자(Ag 나노 입자)의 분말 사이즈와 함량에 따른 특성을 평가하였다.
표 4는 전도성 입자(Ag 나노 입자)의 분말 사이즈가 200nm인 경우의 전도성 용액의 함량비에 따른 저항특성을 도시하였다. 한편, 하기 표 4에서 예를 들면, 50wt%라 함은 전도성 용액에서의 전도성 입자의 함량을 의미한다.
Ag 200nm 소성전
15wt% 232.5Ω
40wt% 91.3Ω
50wt% 19.0Ω
상기 표 4에서 알 수 있는 바와 같이, 전도성 입자(Ag 나노 입자)의 분말 사이즈가 200nm인 경우에는 전도성 입자의 함량비가 40wt% 이하인 경우, 저항이 매우 큼을 알 수 있고, 따라서, 전도성 입자(Ag 나노 입자)의 분말 사이즈가 200nm인 경우, 전도성 입자의 함량비는 50wt% 이상인 것이 바람직하다.
표 5는 전도성 입자(Ag 나노 입자)의 분말 사이즈가 50nm인 경우의 전도성 용액의 함량비에 따른 저항특성을 도시하였다. 한편, 하기 표 5에서 예를 들면, 50wt%라 함은 전도성 용액에서의 전도성 입자의 함량을 의미한다.
Ag 50nm 소성전
15wt% 59.4Ω
20wt% 41.5Ω
25wt% 11.2Ω
상기 표 5에서 알 수 있는 바와 같이, 전도성 입자(Ag 나노 입자)의 분말 사이즈가 50nm인 경우에는 전도성 입자의 함량비가 20wt% 이하인 경우, 저항이 큼을 알 수 있고, 따라서, 전도성 입자(Ag 나노 입자)의 분말 사이즈가 50nm인 경우, 전도성 입자의 함량비는 25wt% 이상인 것이 바람직하다.
도 13a는 전도성 입자(Ag 나노 입자)의 분말 사이즈가 200nm인 경우의 전도성 용액의 함량비에 따른 금속배선층 형성상태를 도시한 실사진이고, 도 13b는 전도성 입자(Ag 나노 입자)의 분말 사이즈가 50nm인 경우의 전도성 용액의 함량비에 따른 금속배선층 형성상태를 도시한 실사진이다. 이때, 도 13a에서 (a)도 내지 (c)도는 각각 전도성 입자의 함량비가 20wt%, 50wt%, 80wt%인 경우이며, 도 13b에서 (a)도 내지 (c)도는 각각 전도성 입자의 함량비가 20wt%, 25wt%, 30wt%인 경우이다.
먼저, 도 13a를 참조하면, 전도성 입자(Ag 나노 입자)의 분말 사이즈가 200nm인 경우의 전도성 용액의 함량비가 80wt%인 경우, 수계특성이 좋지 않아, 상술한 도 3c의 금속배선층을 형성하는 것이 어려울 것으로 판단되며, 따라서, 전도성 입자(Ag 나노 입자)의 분말 사이즈가 200nm인 경우, 전도성 입자의 함량비는 80wt% 미만인 것이 바람직하다.
다음으로, 도 13b를 참조하면, 전도성 입자(Ag 나노 입자)의 분말 사이즈가 50nm인 경우의 전도성 용액의 함량비가 30wt%인 경우, 수계특성이 좋지 않아, 상술한 도 3c의 금속배선층을 형성하는 것이 어려울 것으로 판단되며, 따라서, 전도성 입자(Ag 나노 입자)의 분말 사이즈가 50nm인 경우, 전도성 입자의 함량비는 30wt% 미만인 것이 바람직하다.
따라서, 표 3 및 표 4, 도 13a 및 도 13b에 나타난 결과를 바탕으로, 본 발명에서 전도성 입자(Ag 나노 입자)의 분말 사이즈가 200nm인 경우, 전도성 입자의 함량비는 전도성 용액 100wt% 대비 50wt% 이상, 80wt% 미만인 것이 바람직하며, 전도성 입자(Ag 나노 입자)의 분말 사이즈가 50nm인 경우, 전도성 입자의 함량비는 전도성 용액 100wt% 대비 25wt% 이상, 30wt% 미만인 것이 바람직하다.
이상과 같은 본 발명에 따르면, 본 발명에 따른 배선을 포함하는 기판의 제조방법에 따르면, 회로기판의 회로 배선을 구성하는 금속배선을 식각공정을 배제함으로써, 금속배선을 식각하는 공정의 기술적 한계를 해결하여, 회로의 미세화 내지는 고집적화가 가능하다.
또한, 본 발명은 금속배선층은 전도성 입자를 포함하며, 나노 와이어(Nano-Wire) 및 탄소나노튜브(CNT) 중 적어도 어느 하나를 더 포함으로써, 금속배선의 전기적 특성을 향상시킬 수 있다.
또한, 본 발명은 레이저빔을 이용하여 상기 기판(P)의 표면에 형성하고자 하는 회로 패턴을 직접 패터닝함으로써, 10㎛이하의 배선폭을 갖는 미세배선을 형성하는 것이 가능하다.
또한, 본 발명은 배선단계 및 건조단계를 거친 이후, 배선이 형성된 기판을 금속 입자간에 결합을 형성하기 위한 소성 단계를 거침으로써, 금속배선의 전기적 특성을 더욱 향상시킬 수 있다.
또한, 본 발명은 상기 소성 단계의 열처리 온도는 200 내지 300℃ 이하로 함으로써, 기판과 금속배선층의 밀착 특성을 향상시킬 수 있다.
이상과 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 설명하였지만, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다.
100 : 기판 105 : 초발수층
120 : 친수층 140 : 금속배선층

Claims (7)

  1. 기판의 표면을 초발수 처리하는 초발수 처리단계;
    상기 초발수 처리된 상기 기판의 표면에 친수성을 가지는 패턴을 형성하는 친수패터닝단계;
    상기 친수성을 가지는 패턴과 대응되는 위치에 전도성 용액을 위치시키는 배선단계;
    상기 전도성 용액을 건조하여 전도성 배선을 형성하는 단계; 및
    상기 전도성 배선을 열처리하는 소성단계를 포함하고,
    상기 친수패터닝단계는 레이저빔을 이용하여 상기 기판의 표면에 형성하고자 하는 친수성을 가지는 패턴을 패터닝하는 것인 배선을 포함하는 기판의 제조방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 전도성 용액은 전도성 입자를 포함하며, 나노 와이어(Nano-Wire) 및 탄소나노튜브(CNT) 중 적어도 어느 하나를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 배선을 포함하는 기판의 제조방법.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 열처리 온도는 200 내지 300℃인 것을 특징으로 하는 배선을 포함하는 기판의 제조방법.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 전도성 입자는 은 나노입자이고, 상기 나노 와이어는 은 나노 와이어이며, 상기 나노 와이어 및 상기 탄소나노튜브는 수백 나노미터 내지 수십 마이크로미터의 크기인 것을 특징으로 하는 배선을 포함하는 기판의 제조방법.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 친수성을 가지는 패턴은 형성하고자 하는 배선 패턴과 대응되도록 형성되는 것을 특징으로 하는 배선을 포함하는 기판의 제조방법.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 전도성 용액은 전도성 입자를 포함하며,
    상기 전도성 입자의 분말 사이즈가 200nm인 경우, 상기 전도성 입자의 함량비는 전도성 용액 100wt% 대비 50wt% 이상, 80wt% 미만인 것을 특징으로 하는 배선을 포함하는 기판의 제조방법.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 전도성 용액은 전도성 입자를 포함하며,
    상기 전도성 입자의 분말 사이즈가 50nm인 경우, 상기 전도성 입자의 함량비는 전도성 용액 100wt% 대비 25wt% 이상, 30wt% 미만인 것을 특징으로 하는 배선을 포함하는 기판의 제조방법.
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