코드 디스크 제조 공정
현상과 에칭: 눈금선은 어떻게 '자라나는가'
노광 뒤 패턴은 아직 포토레지스트 안의 잘 보이지 않는 ‘잠상’일 뿐이다. 현상이 이를 레지스트 패턴으로, 에칭이 크롬 패턴으로 바꾸고, 레지스트 박리 뒤에야 눈금선이 정말로 나타난다. 이 글은 세 공정의 원리를 설명하며, 특히 사이드 에칭·언더에칭·오버에칭이 선폭에 어떻게 영향을 주는지를 다룬다.
노광이 끝난 뒤 기판을 꺼내 보면 레지스트 면에는 거의 패턴이 보이지 않는다. 노광된 부분과 되지 않은 부분의 차이는 화학적 성질에 있고, 이를 ‘잠상’이라 한다. 이어서 현상·에칭·레지스트 박리의 세 공정을 이어 해야 눈금선이 정말로 ‘자라났다’고 할 수 있다.
현상: 잠상을 레지스트 패턴으로
흔히 쓰는 포지티브 레지스트는 노광 후 알칼리 현상액에서 빨리 녹고, 미노광부는 매우 천천히 녹는다. 침지 또는 스프레이로 일정 시간이 지나면 노광부 레지스트가 사라지고 아래 크롬이 드러나며, 물로 헹궈 현상을 멈춘다. 그림 1의 첫 단계를 보라.
현상에서는 시간·온도·농도를 관리해야 한다.
- 현상 부족: 개구부 바닥에 얇은 레지스트가 남아 아래 크롬이 에칭되지 않고 잔류 크롬이 된다.
- 현상 과다: 미노광 레지스트도 일부 녹아 레지스트 선 가장자리가 물러나고 개구가 넓어진다.
현상 후에는 보통 한 번 검사한다. 이 단계에서 찾은 문제는 박리 후 재도포·재노광으로 아직 되돌릴 수 있다. 크롬을 에칭해 버리면 되돌릴 수 없다. 많은 공정은 에칭 전에 한 번 더 베이크해 레지스트의 내에칭성을 높인다.
에칭: 드러난 크롬을 녹이다
크롬의 습식 에칭에는 질산세륨암모늄을 주성분으로 하는 에칭액이 흔히 쓰인다. 크롬을 녹이고 유리는 상하지 않으며 레지스트도 거의 건드리지 않는다. 슬릿 안 크롬이 다 녹으면 투과부가 어두운 상태에서 투명해지며, 이것으로 종점을 판단할 수 있다.
습식 에칭에는 피할 수 없는 특성이 있다. 등방성이라 아래로 녹는 만큼 옆쪽으로도 녹는다. 크롬이 레지스트 아래로 녹아 들어가는 것이 사이드 에칭(undercut)이다(그림 1의 둘째 단계).
사이드 에칭과 선폭 제어
레지스트 박리 후 크롬 선폭은 대략 다음과 같다.
크롬 선폭 ≈ 레지스트 선폭 − 2 × 사이드 에칭량
크롬 막은 두께가 약 0.1 μm에 불과하고 사이드 에칭량도 같은 수준이다. 모든 개구가 깨끗이 에칭되도록 실제로는 조금 오버에칭을 더하며, 사이드 에칭은 더 늘어난다. 한쪽 0.15 μm 사이드 에칭을 가정하면 크롬 선은 레지스트 선보다 약 0.3 μm 가늘다.
| 설계 선폭 | 0.3 μm 가늘어짐이 선폭에서 차지하는 비율 |
|---|---|
| 25 μm (반지름 20 mm, 2500 선) | 약 1.2% |
| 3.1 μm (반지름 10 mm, 10000 선) | 약 10% |
같은 사이드 에칭이라도 굵은 선에는 거의 영향이 없고 가는 선에는 뚜렷하다. 흔한 대응은 마스크에서 선을 미리 조금 굵게 그려 보상하기, 크롬 막 두께와 에칭 시간을 안정적으로 유지하기, 더 가는 패턴에는 플라즈마 건식 에칭으로 사이드 에칭을 줄이기 등이다.
언더에칭과 오버에칭
그림 2를 보라.
- 언더에칭: 슬릿에 얇은 크롬이 남아 투과 슬릿이 좁아지거나 막히고, 신호 진폭이 떨어지며 듀티비도 어긋난다.
- 오버에칭: 사이드 에칭이 과다해 크롬 선이 가늘어지고 가장자리가 거칠어지며, 심하면 가는 선 아래가 파여 단선이 된다.
에칭 속도는 온도·농도·교반·에칭액 사용 횟수에 좌우되므로 생산에서는 액 상태를 감시하고 초도품 선폭 측정으로 시간을 보정해야 한다. 한 장의 크롬 막 두께가 고르지 않으면 어떤 영역은 언더, 어떤 영역은 오버에칭이 될 수 있다.
레지스트 박리: 크롬 선을 완전히 드러내다
에칭 후 남은 레지스트는 박리액 또는 산소 플라즈마로 제거한다. 잔류 레지스트는 파티클을 붙잡고 이후 세정·접착에 영향을 주며 국부 투과도 불균일하게 만들 수 있다. 박리 후 기판에는 완전한 크롬 눈금선이 있어 선폭을 재고 결함을 검사할 수 있다.
요약
현상이 잠상을 레지스트 패턴으로, 에칭이 레지스트 패턴을 크롬 패턴으로 바꾸고, 레지스트 박리가 크롬 선을 드러낸다. 습식 에칭의 사이드 에칭으로 크롬 선은 레지스트 선보다 조금 가늘어지며, 선이 가늘수록 영향이 크다. 현상과 에칭 모두 ‘딱 맞게’ 해야 한다. 부족하면 잔류 크롬, 지나치면 선이 가늘어지거나 단선된다.
중국어 원문 기사 번역 (0025). ENC7 코드 디스크 제조사 (문의) · 기술 자료 · https://enc7.com
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