KR20240021133A - Pcb 기판 배선의 표면 거칠기 개선 방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 PCB 기판의 표면 거칠기를 전해연마를 통해 개선하는 방법을 제공하기 위한 것이다.
이를 위하여, PCB 기판 위에 에칭 스톱층을 형성하는 단계; 상기 에칭 스톱층 위에 시드층을 형성하는 단계; 상기 시드층 위에 감광 필름 패턴을 형성하는 단계; 상기 기판에 구리 배선을 형성하는 단계; 상기 감광 필름을 제거하는 단계; 상기 시드층을 전해연마에 의해 제거하는 단계; 및 상기 에칭 스톱층을 제거하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 PCB 기판 배선의 표면 거칠기 개선 방법을 제공한다.
이를 위하여, PCB 기판 위에 에칭 스톱층을 형성하는 단계; 상기 에칭 스톱층 위에 시드층을 형성하는 단계; 상기 시드층 위에 감광 필름 패턴을 형성하는 단계; 상기 기판에 구리 배선을 형성하는 단계; 상기 감광 필름을 제거하는 단계; 상기 시드층을 전해연마에 의해 제거하는 단계; 및 상기 에칭 스톱층을 제거하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 PCB 기판 배선의 표면 거칠기 개선 방법을 제공한다.
Description
본 발명은 PCB 기판의 배선에 관한 것이며, 보다 구체적으로는 PCB 기판 배선의 표면 거칠기를 개선하기 위한 방법에 대한 것이다.
현재 통신 기술이 5G 등으로 발달함에 따라 높은 주파수의 적용이 이루어지고 있다.
한편 반도체 기판 상에 형성되는 배선에 적용되는 공정은 습식 공정으로서 용액 내에서 배선 패턴을 형성하고 있다. 예를 들어, 화인피치(fine pitch) 에칭성을 요구하는 PCB 기판의 제조 공정에서 미세한 구리 배선을 형성하는 방법으로서 세미 애디티브 공정(Semi-Additive Process, SAP)이 있는데, 기판 위에 드라이 필름 등 감광 필름으로 패턴을 형성하고, 구리 시드층 형성 및 구리 배선 형성 후, 필름 박리 및 시드층 에칭을 통해 배선을 형성한다. 이때 시드층은 플래시 에칭제에 의해 제거되는데, 이때 구리 배선의 상부 및 측벽 등도 함께 에칭되어 표면이 거칠게 된다.
그 결과, 제조된 소자에서 RF 신호가 배선으로 전달될 때, 이러한 표면 거칠기에 의해 RF 노이즈가 발생하여 소자의 신뢰도를 낮출 가능성이 높아지고 있다. 이는 5G 등 주파수가 높은 최신 통신 기술이 적용될 경우 특히 문제가 된다.
따라서 이러한 노이즈를 감소시킬 수 있도록 표면 거칠기를 개선하는 방법이 요구되고 있다.
본 발명은 전술한 종래 기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로서, PCB 기판의 표면 거칠기를 전해연마를 통해 개선하는 방법을 제공하기 위한 것이다.
상기 과제를 해결하기 위해 본 발명에서는 아래와 단계로 이루어지는 PCB 기판 배선의 표면 거칠기 개선 방법을 제공한다.
PCB 기판 위에 에칭 스톱층을 형성하는 단계;
상기 에칭 스톱층 위에 시드층을 형성하는 단계;
상기 시드층 위에 감광 필름 패턴을 형성하는 단계;
상기 기판에 구리 배선을 형성하는 단계;
상기 감광 필름을 제거하는 단계;
상기 시드층을 전해연마에 의해 제거하는 단계; 및
상기 에칭 스톱층을 제거하는 단계.
본 발명에 의하면 전해연마에 의해, 구리 배선 패턴의 측벽과 상부 표면의 조도를 높이지 않으면서도 시드층 및 에칭 스톱층을 정밀하게 제거할 수 있다.
에칭 스톱층은 스퍼터링이나 증발(evaporation)으로 형성되며, 도전층으로서도 작용한다. 에칭 스톱층은 구리와 습식 식각 선택비가 있는 금속전도체로서 이루어진다. 따라서 에칭 스톱층은 구리에 비해 전해연마가 되지 않는다. 에칭 스톱층은 예를 들어 티타늄(Ti), 탄탈륨(Ta), 텅스텐(W), 몰리브덴(Mo) 등일 수 있고, 특히 티타늄이 바람직하다. 에칭 스톱층은 이후 공정에서 플래시 에칭제를 이용하여 제거된다.
시드층은 구리로 이루어질 수 있고, 전해도금, 무전해도금 또는 증발 등으로형성될 수 있다.
또한, 본 발명은 아래와 같은 단계로 이루어지는 PCB 기판 배선의 표면 거칠기 개선 방법을 제공한다.
PCB 기판 위에 시드층을 형성하는 단계;
상기 시드층 위에 감광 필름 패턴을 형성하는 단계;
상기 기판에 구리 배선을 형성하는 단계;
상기 감광 필름을 제거하는 단계;
상기 시드층을 전해연마에 의해 제거하는 단계.
이러한 방법에서는 에칭 스톱층이 없이도 표면 거칠기가 개선되는 효과를 얻을 수 있다. 이에 따르면, 일정 시간 동안 구리 시드층을 전해연마로 매우 얇은 두께까지 제거하고, 전해연마를 멈춘 뒤 잔류하는 시드층을 플래시 에칭을 적용할 수 있다. 이에 따라, 표면 거칠기를 개선하면서도, 플래시 에칭으로만 시드층을 제거하는 종래 방법에 비해 공정 시간을 대폭 줄일 수 있다.
본 발명에 따르면 PCB 기판의 표면 거칠기를 전해연마를 통해 개선함으로써, 구리 배선의 표면 거칠기를 제어할 수 있다.
따라서 배선의 표면 거칠기를 낮춤으로써 고주파 노이즈를 감소시킬 수 있어, 주파수가 높은 최신 통신 기술이 적용되는 소자를 높은 신뢰도로 형성할 수 있다.
도 1은 본 발명의 제1실시예에 따른 PCB 기판 배선의 표면 거칠기 개선 방법의 공정을 나타내는 모식도이다.
도 2는 본 발명의 제1실시예에 따라 구리 도금이 완료된 상태에서 시편의 평면 및 측면을 나타내는 전자현미경 사진이다.
도 3은 본 발명의 제1실시예에 따라 전해연마가 완료된 상태에서 시편의 평면 및 측면을 나타내는 전자현미경 사진이다.
도 4는 본 발명의 제1실시예에 따라 티타늄 에칭이 완료된 상태에서 시편의 평면 및 측면을 나타내는 전자현미경 사진이다.
도 5는 본 발명의 제1실시예에 따라 구리 도금이 완료된 상태에서 시편의 평면을 나타내는 주사탐침현미경(Atomic force microscope, AFM) 이미지이다.
도 6은 본 발명의 제1실시예에 따라 구리 도금이 완료된 상태에서 시편의 거칠기 프로필을 나타내는 주사탐침현미경 이미지이다.
도 7은 본 발명의 제1실시예에 따라 전해연마가 완료된 상태에서 시편의 평면을 나타내는 주사탐침현미경 이미지이다.
도 8은 본 발명의 제1실시예에 따라 전해연마가 완료된 상태에서 시편의 거칠기 프로필을 나타내는 주사탐침현미경 이미지이다.
도 9는 본 발명의 제1실시예에 따라 티타늄 에칭이 완료된 상태에서 시편의 평면을 나타내는 주사탐침현미경 이미지이다.
도 10은 본 발명의 제1실시예에 따라 티타늄 에칭이 완료된 상태에서 시편의 거칠기 프로필을 나타내는 주사탐침현미경 이미지이다.
도 11은 본 발명의 제1실시예와 동일한 조건에서 인산 용액의 농도와 공정 온도를 바꾸면서 실험한 결과를 나타내는 그래프이다.
도 2는 본 발명의 제1실시예에 따라 구리 도금이 완료된 상태에서 시편의 평면 및 측면을 나타내는 전자현미경 사진이다.
도 3은 본 발명의 제1실시예에 따라 전해연마가 완료된 상태에서 시편의 평면 및 측면을 나타내는 전자현미경 사진이다.
도 4는 본 발명의 제1실시예에 따라 티타늄 에칭이 완료된 상태에서 시편의 평면 및 측면을 나타내는 전자현미경 사진이다.
도 5는 본 발명의 제1실시예에 따라 구리 도금이 완료된 상태에서 시편의 평면을 나타내는 주사탐침현미경(Atomic force microscope, AFM) 이미지이다.
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도 7은 본 발명의 제1실시예에 따라 전해연마가 완료된 상태에서 시편의 평면을 나타내는 주사탐침현미경 이미지이다.
도 8은 본 발명의 제1실시예에 따라 전해연마가 완료된 상태에서 시편의 거칠기 프로필을 나타내는 주사탐침현미경 이미지이다.
도 9는 본 발명의 제1실시예에 따라 티타늄 에칭이 완료된 상태에서 시편의 평면을 나타내는 주사탐침현미경 이미지이다.
도 10은 본 발명의 제1실시예에 따라 티타늄 에칭이 완료된 상태에서 시편의 거칠기 프로필을 나타내는 주사탐침현미경 이미지이다.
도 11은 본 발명의 제1실시예와 동일한 조건에서 인산 용액의 농도와 공정 온도를 바꾸면서 실험한 결과를 나타내는 그래프이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 설명한다.
도 1은 본 발명의 제1실시예에 따른 PCB 기판 배선의 표면 거칠기 개선 방법의 공정을 나타내는 모식도이다.
먼저, 시편을 제작하였다. 시편은 기판인 실리콘 웨이퍼 위에 증발기(evaporator)를 통해 에칭 스톱층과 시드층을 형성함으로써 준비하였다.
에칭 스톱층으로서는 티타늄을 20nm 두께로 형성하였고, 시드층으로서는 구리를 200nm 두께로 형성하였다.
에칭 스톱층과 시드층 형성 후, 노광 공정을 통하여 높이 1um x 너비 10um의 패드 형태를 갖는 감광 필름의 패턴을 시드층 위에 형성하였다. 감광 필름으로서는 으로서 드라이 필름을 사용하였다.
다음으로 드라이 필름이 형성된 시편 위에 구리 배선을 형성하였다. 구리 배선은 전해도금에 의해 형성하였다.
전해액으로서는 CuSO4 1M, HCl 0.17mL/L를 포함하고 첨가제로서 폴리에틸렌글리콜(polyethylene glycol,분자량 3400)을 88uM, SPS(bis(3-sulfopropyl) disulfide)를 50uM, 야누그 그린 B(Janus green B)를 10ppm으로 추가한 용액을 준비하였다. 이러한 조건에서 도금은 전류밀도를 1mA/cm2로 인가하여 500s 동안 진행하였다.
이어서, 드라이 필름을 제거하였다. 드라이 필름은 아세톤이나 에탄올과 같은 유기 용매에 의해 제거하였다.
다음으로, 200nm 두께로 형성된 구리 시드층을 전해연마에 의해 제거하였다. 한다. 전해연마는 도금이 완료된 시편을 85wt% 인산 용액에서 1.3V의 전압을 30s 동안 인가함으로써, 구리 시드층이 모두 제거되고 티타늄층이 드러날 때까지 이루어졌다. 이때, 에칭 스톱층인 티타늄층은 전해연마가 되지 않으므로 이 시점에서 전해연마는 중지되었다. 이처럼, 전해연마에 의해 시드층이 제거됨과 동시에 구리 배선 표면의 거칠기가 개선된 PCB 기판이 얻어졌다.
다음 공정으로서, 티타늄층을 플래시 에칭제를 이용하여 제거하였다. 구체적으로, 티탄늄층은 불화암모늄(NH4F) 2M용액에 120s 동안 침지함으로써 에칭되었다.
이상과 같은 공정에서 구리 도금, 전해연마, 티타늄 에칭 단계마다 표면 조도를 측정하였으며, 그 결과는 아래 표 1과 같다.
| 공정 단계 | Ra (nm) |
| 구리도금 후 | 34.833 |
| 전해연마 후 | 14.817 |
| Ti 에칭 후 | 13.758 |
상기 표의 표면조도 비교를 통하여 구리 도금 단계에서 생긴 굴곡이 있는 형상이 전해연마를 통해 상당히 감소하였음을 알 수 있다. 또한, 전해연마 단계와 티타늄 에칭 단계를 비교하였을 때, 표면 조도가 차이가 크지 않으므로 티타늄 에칭에 사용되는 플래시 에칭제에 의해 구리는 손상이 거의 없음을 확인하였다. 즉, 티타늄 에칭 공정에서는 잔존하는 티타늄만이 제거되고 전해연마 단계와는 조도 차이가 크지 않음을 알 수 있다.
도 2 내지 도 4는 본 발명의 제1실시예에서 구리 도금, 전해연마, 티타늄층 에칭 단계에 따른 시편의 전자현미경 사진을 나타내며, 각 도면을 참고하여 설명한다.
도 2에서 구리도금된 상태의 시편 표면은 상대적으로 거친 상태임을 확인할 수 있다. 그러나 도 3에 나타난 것과 같이 전해연마가 진행된 상태에서는 표면 거칠기가 매우 감소한 것을 사진으로부터 확인할 수 있다. 도 4는 티타늄층 에칭 후의 시편 상태를 나타내는데, 전해연마 종료 상태와 유사한 거칠기를 보여준다.
이러한 사실은 도 5 내지 도 10의 주사탐침현미경 이미지에서도 확인할 수 있다. 즉, 구리 도금 후의 표면 조도 Ra는 전해연마 후 및 티타늄 에칭 후 상태에서는 현저히 감소되었음을 알 수 있다.
한편, 본 발명에서 인산 용액의 농도와 전해연마 시간은 상관 관계가 있다. 전해연마 속도를 높이기 위한 인산 용액의 바람직한 농도 범위는 85w%까지인데, 농도가 낮을수록 표면 거칠기가 증가할 수도 있어 30w% 이상인 것이 바람직하다.
또한 인산 용액의 농도와 인가 전압 역시 관계가 있다. 85wt% 인산 용액 기준으로 0.5~1.8V까지의 전압에서의 전해연마는, 50% 인산 용액의 경우 0.6~1.6V 범위 내에서 전해연마하는 것과 동일한 결과가 얻어진다.
또한 전해연마 속도는 온도와도 관련이 있다. 도 11은 제1실시예와 동일한 조건에서 인산 용액의 농도와 공정 온도를 바꾸면서 실험한 결과를 나타낸다. 도면에서 25s의 공정 시간을 기준으로 보면 인산 용액 농도가 30wt%인 경우는 약 4.5um/min, 50wt%인 경우는 약 3.5um/min, 70wt%인 경우는 약 0.7um/min, 85wt%인 경우는 약 0.3um/min의 전해연마 속도를 나타내어, 인산 용액 농도가 낮을수록 전해연마 속도가 빠른 것을 확인할 수 있다.
한편, 본 발명의 제2실시예에서는 에칭 스톱층이 없이 공정이 이루어진 것이 제1실시예와의 차이점이다. 기타 시드층 형성, 드라이 필름의 패턴 형성, 구리 배선 형성, 드라이 필름 제거 등의 공정과 조건은 제1실시예와 동일하게 이루어졌다.
이어서, 전해연마에 의해 구리 시드층을 제거하였다. 전해연마는 구리 시드층이 아주 얇은 두께(10~30nm 이하)로 남을 때까지 이루어진다. 이어서, 전해연마를 중지하고, 잔류하는 구리 시드층은 플래시 에칭제(황산10%, 염산5%, 질산5% 등의 무기산 희석액)에 의해 완전히 제거되었다.
제2실시예에 의하면 표면 거칠기가 개선된 구리 배선이 형성된 PCB 기판이 얻어지는 데 더하여, 전해연마 없이 플래시 에칭으로만 구리 시드층을 제거하는 종래 기술에 비해 공정 시간도 현저히 단축할 수 있다.
Claims (10)
- PCB 기판 위에 에칭 스톱층을 형성하는 단계;
상기 에칭 스톱층 위에 시드층을 형성하는 단계;
상기 시드층 위에 감광 필름 패턴을 형성하는 단계;
상기 기판에 구리 배선을 형성하는 단계;
상기 감광 필름을 제거하는 단계;
상기 시드층을 전해연마에 의해 제거하는 단계; 및
상기 에칭 스톱층을 제거하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 PCB 기판 배선의 표면 거칠기 개선 방법.
- 청구항 1에 있어서,
상기 에칭 스톱층이 구리와 습식 식각 선택비가 있는 도전성 금속으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 PCB 기판 배선의 표면 거칠기 개선 방법.
- 청구항 2에 있어서,
상기 에칭 스톱층이 티타늄(Ti), 탄탈륨(Ta), 텅스텐(W), 몰리브덴(Mo) 중 어느 하나로 이루어지는 것을 특징으로 하는 PCB 기판 배선의 표면 거칠기 개선 방법.
- 청구항 3에 있어서,
상기 에칭 스톱층이 티타늄(Ti)으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 PCB 기판 배선의 표면 거칠기 개선 방법.
- 청구항 1에 있어서,
상기 시드층이 구리 시드층인 것을 특징으로 하는 PCB 기판 배선의 표면 거칠기 개선 방법.
- 청구항 1에 있어서,
상기 전해연마 공정이 인산 용액을 포함하는 전해액에서 이루어지는 것을 특징으로 하는 PCB 기판 배선의 표면 거칠기 개선 방법.
- 청구항 6에 있어서,
상기 전해액 중 인산 용액의 농도가 30~85wt%인 것을 특징으로 하는 PCB 기판 배선의 표면 거칠기 개선 방법.
- PCB 기판 위에 시드층을 형성하는 단계;
상기 시드층 위에 감광 필름 패턴을 형성하는 단계;
상기 기판에 구리 배선을 형성하는 단계;
상기 감광 필름을 제거하는 단계;
상기 시드층을 전해연마에 의해 제거하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 PCB 기판 배선의 표면 거칠기 개선 방법.
- 청구항 8에 있어서,
상기 시드층이 구리 시드층인 것을 특징으로 하는 PCB 기판 배선의 표면 거칠기 개선 방법.
- 청구항 9에 있어서,
상기 시드층이 완전히 제거되기 전에 전해연마를 중지하고 잔류하는 시드층을 플래시 에칭제로 제거하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 PCB 기판 배선의 표면 거칠기 개선 방법.
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020220099449 | 2022-08-09 | ||
| KR20220099449 | 2022-08-09 |
Publications (1)
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|---|---|
| KR20240021133A true KR20240021133A (ko) | 2024-02-16 |
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ID=90056100
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| KR1020230103913A KR20240021133A (ko) | 2022-08-09 | 2023-08-09 | Pcb 기판 배선의 표면 거칠기 개선 방법 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| KR (1) | KR20240021133A (ko) |
-
2023
- 2023-08-09 KR KR1020230103913A patent/KR20240021133A/ko unknown
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