코드 디스크 제조 공정
포토마스크: 코드 디스크 패턴의 '필름'
코드 디스크의 눈금선은 모두 포토마스크에서 복제된다. 마스크는 어떻게 만들어지는지, 그 정밀도와 결함이 각 디스크에 어떻게 전달되는지, 왜 마스터와 작업 마스크로 나누는지, 마스크 수명을 어떻게 늘리는지 — 이 글에서 차례로 설명한다.
한 종류의 코드 디스크를 양산하면 수천 장도 만들 수 있지만, 눈금선의 근원은 하나, 포토마스크다. 마스크는 사진 필름과 같아서 필름에 있는 것은 인화에도 그대로 나타나며 좋은 것도 나쁜 것도 같다.
포토마스크란 무엇인가
포토마스크는 평평한 유리판 표면에 크롬으로 패턴을 만든 것으로, 구조는 글래스 코드 디스크 자체와 매우 비슷하다. 코드 디스크처럼 1:1로 복제하는 경우 마스크의 패턴은 디스크와 같은 크기이며, 한 판에 여러 디스크 패턴을 배치해 한 번 노광으로 여러 장을 만드는 일이 많다.
기판 재료로 흔히 쓰는 것은 소다라임 유리와 석영 유리다. 석영의 선팽창계수는 약 0.5 × 10⁻⁶/K, 소다라임 유리는 약 9 × 10⁻⁶/K이다. 온도가 1 K 변하고 반지름 20 mm에서 소다라임 마스크의 치수 변화는 약 0.18 μm, 석영은 약 0.01 μm에 불과하다. 전체가 비례해 팽창·수축해도 눈금선의 각도 위치는 바뀌지 않고 고정 반지름의 피치도 그대로지만, 코드 트랙 반지름은 그에 따라가며 디스크에 찍히면 설계 반지름에서 벗어난다. 마스크 온도가 고르지 않으면 곳곳의 팽창이 달라 각도 오차를 직접 만든다. 그래서 고정밀 용도에서는 흔히 석영 마스크를 쓰고 노광 시 온도를 관리한다.
포토마스크는 어떻게 만들어지는가
첫 마스크에는 복제할 ‘필름’이 없어 설계 데이터에서 직접 ‘그려’야 한다. 흔한 방법은 레이저 또는 전자빔 직접 묘화로, 장비가 데이터에 따라 점·행마다 스캔해 레지스트를 바른 크롬판을 노광하고, 현상·에칭·레지스트 박리로 크롬 패턴을 얻는다. 원형 패턴에는 기판을 정밀 회전대에서 돌리며 극좌표로 선마다 쓰는 방식도 있으며, 눈금선의 각도 정밀도는 회전대와 측각 시스템에 달려 있다.
완성된 마스크는 항목별로 검사한다. 선폭, 눈금 위치, 패턴과 센터링 링의 동심도, 결함이다. 여분의 크롬 점과 빠진 크롬은 전용 장비로 보수할 수 있고, 보수 후 다시 검사한다.
마스크 오차는 디스크에 어떻게 전달되는가
포토리소그래피는 ‘복사’다. 마스크의 문제는 모든 디스크에 그대로 나타난다(그림 2).
- 눈금 위치 오차 → 디스크의 눈금 오차, 모든 장에서 같다.
- 선폭 편차 → 듀티비 편차.
- 패턴과 센터링 링이 동심이 아님 → 센터링 링으로 조립해도 디스크는 여전히 편심이다.
- 결함과 파티클 → 모든 장의 같은 위치에 같은 결함 — 그림 1.
이는 장점이자 요구다. 장점은 일관성으로, 같은 마스크에서 나온 디스크는 오차 경향이 거의 같다. 요구는 마스크 자체의 정밀도가 디스크 사양보다 분명히 높아야 한다는 점이다. 이후 노광과 에칭은 오차를 더할 뿐 좋게 만들지 않는다.
마스터, 작업 마스크와 마스크 수명
밀착 노광에서는 쓸 때마다 마스크가 레지스트 면에 붙으므로 레지스트·파티클이 묻고 흠집도 날 수 있다. 직접 묘화한 마스크를 양산에 쓰다 손상되면 제판을 다시 해야 한다.
흔한 방법은 두 단계로 나누는 것이다. 직접 묘화한 것을 마스터로 두고 검사 합격 후 소중히 보관해 복제에만 쓴다. 마스터에서 여러 작업 마스크를 복제해 일상 생산에 쓰고, 낡으면 마스터에서 다시 복제한다.
마스크 유지는 점검표로 정리할 수 있다.
- 규정 횟수 또는 주기로 세척해 레지스트 자국과 파티클을 제거한다;
- 라이트박스나 현미경으로 정기적으로 결함과 흠집을 검사한다;
- 전용 클린 박스에 보관하고 겹쳐 쌓기·맨손 접촉을 피한다;
- 새 결함이 허용을 넘으면 작업 마스크를 중지하고 교체한다.
마스크 수명은 달력이 아니라 주로 사용 횟수와 검사 결과로 본다.
요약
포토마스크는 코드 디스크 패턴의 근원이다. 그 정밀도가 디스크 정밀도의 상한을 정하고, 그 결함은 모든 장에 반복된다. 저팽창 기재, 엄격한 제판 검사, 마스터·작업 마스크 계층, 정기 세척·검사가 배치마다 안정된 일관성의 기초다.
중국어 원문 기사 번역 (0026). ENC7 코드 디스크 제조사 (문의) · 기술 자료 · https://enc7.com
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