現像とエッチング：目盛線はどのように「生えて」くるか

露光のあと、パターンはまだフォトレジストの中の見えにくい「潜像」にすぎない。現像がそれをレジストパターンにし、エッチングがクロムパターンにし、レジスト剥離のあとで目盛線が本当に現れる。本記事ではこの三工程の原理を述べ、サイドエッチング・アンダーエッチ・オーバーエッチが線幅にどう効くかを重点的に説明する。

露光が終わって基板を取り出しても、レジスト面にはほとんどパターンが見えない。露光した部分としていない部分の違いは化学的な性質にあり、これを「潜像」と呼ぶ。続いて現像・エッチング・レジスト剥離の三工程を続けて行い、目盛線が本当に「生えた」ことになる。

現像：潜像をレジストパターンにする

一般的なポジ型レジストは、露光後にアルカリ現像液で速く溶け、未露光部は非常に遅く溶ける。浸漬またはスプレーで一定時間たつと露光部のレジストが溶け、下のクロムが露出し、水洗で現像を止める。図1の第一段階を参照。

現像では時間・温度・濃度を管理する必要がある。

• 現像不足：開口底部に薄いレジストが残り、下のクロムがエッチングできずクロム残りになる。
• 現像過剰：未露光のレジストもいくらか溶け、レジスト線の縁が後退し開口が広がる。

現像後は通常一度検査する。この段階で見つかった問題は、剥離して再塗布・再露光でまだ挽回できる。クロムをエッチングしてしまえば後戻りはない。多くの工程ではエッチング前にもう一度ベークし、レジストの耐エッチング性を高める。

エッチング：露出したクロムを溶かす

クロムのウェットエッチングには、硝酸セリウムアンモニウムを主成分とするエッチング液がよく使われる。クロムを溶かし、ガラスを傷めず、レジストもほとんど侵さない。スリット内のクロムが溶け切ると透過部が暗から透明に変わり、これで終点を判断できる。

ウェットエッチングには避けられない性質がある。等方性で、下方向に溶ける分だけ側方にも溶ける。クロムはレジストの下へ向かって溶け進み、これをサイドエッチングと呼ぶ（図1の第二段階）。

サイドエッチングと線幅制御

レジスト剥離後、クロム線幅はおおよそ次式になる。

クロム線幅 ≈ レジスト線幅 − 2 × サイドエッチング量

クロム膜は厚さわずか約 0.1 μm で、サイドエッチング量も同程度である。どの開口もきれいにエッチングし切るため、実際には少しオーバーエッチし、サイドエッチングはさらに増える。片側 0.15 μm のサイドエッチングを仮定すると、クロム線はレジスト線より約 0.3 μm 細くなる。

同じサイドエッチングでも、太い線ではほとんど効かず、細い線では顕著になる。よくある対策は、マスク上で線をあらかじめ少し太く描いて補償する、クロム膜厚とエッチング時間を安定させる、さらに細いパターンではプラズマによるドライエッチングでサイドエッチングを抑える、といった方法である。

アンダーエッチとオーバーエッチ

図2参照。

• アンダーエッチ：スリットに薄いクロムが残り、透過スリットが狭くなるか不通になり、信号振幅が下がりデューティ比もずれる。
• オーバーエッチ：サイドエッチングが過大でクロム線が細くなり縁が荒れ、ひどい場合は細線の下がえぐられて断線する。

エッチング速度は温度・濃度・攪拌・エッチング液の使用回数に左右されるため、生産では液状態を監視し、初片の線幅測定で時間を補正する。一枚のクロム膜厚が不均一だと、ある領域はアンダーエッチ、別の領域はオーバーエッチにもなり得る。

レジスト剥離：クロム線を完全に露出させる

エッチング後、残ったレジストを剥離液または酸素プラズマで除去する。残渣レジストはパーティクルを付着させ、後工程の洗浄や接着に影響し、局部の透過も不均一にする。剥離後の基板には完全なクロム目盛線があり、線幅測定や欠陥検査ができる。

まとめ

現像が潜像をレジストパターンにし、エッチングがレジストパターンをクロムパターンにし、レジスト剥離がクロム線を露出させる。ウェットエッチングのサイドエッチングによりクロム線はレジスト線よりやや細くなり、線が細いほど影響が大きい。現像もエッチングも「ちょうどよく」なければならない。不足すればクロム残り、過剰なら線が細くなり断線する。

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