[논문]광택기 제조를 목적으로 한 스퍼터링을 이용한 Mo 증착과 불산 습식 식각 특성 연구

김도형; 이호덕; 권상직; 조의식

[국내논문] 광택기 제조를 목적으로 한 스퍼터링을 이용한 Mo 증착과 불산 습식 식각 특성 연구
A Study on the Mo Sputtering and HF Wet Etching for the Fabrication of Polisher 원문보기

반도체디스플레이기술학회지 = Journal of the semiconductor & display technology, v.16 no.4, 2017년, pp.16 - 19

김도형 (에스에스디에이티 주식회사) , 이호덕 (에스에스디에이티 주식회사) , 권상직 (가천대학교 전자공학과) , 조의식 (가천대학교 전자공학과)

Abstract ▼ AI-Helper

For the economical and environmental-friendly fabrication of polisher, Mo mask layer were sputtered on glass substrate instead of Cr mask material. Mo mask layers were sputtered by pulsed-DC sputtering and Photoresist patterns were formed on Mo mask layer for different develop times and optimized. After Mo mask layer were patterned and exposed glass was wet etched by HF solution for different etching times, the remaining Mo mask was stripped by using Al etchant. Develop time of 30 sec and HF wet etching time of 3 min were selected as optimized process condition and applied to the fabrication of polisher.

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

본 실험에서는 손톱이나 발톱의 절삭과 광택 기능을 동시에 할 수 있고, 제조과정에서 광택기의 표면에 Cr 대신 상대적으로 빠른 식각 및 양산성에 적합한 몰리브덴 을 코팅하고 습식식각 과정을 거쳐 중금속이 완전히 제거되어 인체에 전혀 해를 끼치지 않는 광택기를 제작하고자 하였고, 이를 위하여 관련 공정 및 형성되는 패턴 조건을 최적화하였다. Fig.

제안 방법

HF로 glass를 습식 식각한 후 glass에 남아 있는 Mo을 제거하기 위해 패턴 위 잔류 감광막을 PR strip하고 Al etchant용액으로 제거한다. HF의 습식 식각 시간에 따른 glass의 변화를 전전자현미경(SEM) 단면 분석을 통하여 확인한다.
최종적으로 만들고자 하는 네일 광택기는 평단면의 형상이 직경 100∼200㎛의 원형이고 높이는 10∼30㎛인 원기둥 형상이며, 패턴 사이의 간격은 직경의 50∼80%로 형성하는 것이 바람직하다. 결국 사진식각공정에서 develop 시간을 30 sec, glass의 HF 습식 식각 시간을 3 min으로 하여 최종 광택기 제품을 제작하였다.
4의 감광막 패턴이 형성된 상태에서 Mo을 Al etchant로 습식 식각하고 이후 glass를 HF를 사용하여 습식 식각했을 때 식각 시간에 따른 SEM image이다. 광택기 패턴의 어레이 및 그 중 하나의 확대된 부분, 또한 45도 각도로 기울인 단면 구조 분석을 통하여 식각 시간에 따른 광택기 패턴 두께를 확인하였다. 식각 시간 1min, 3min, 5min으로 증가할 때, 식각된 패턴의 높이는 각각 6.
본 연구에서는 2세대급 in-line sputter 장비를 사용하여 기존에 많이 사용되는 Cr박막 대신 Mo를 박막으로 사용하여 Cr폐기물로 인해 발생할 수 있는 환경적인 문제점을 개선하였으며, 상대적으로 빠른 시간에 식각하여 높은 생산성을 구현할 수 있게 하였다. 사진공정에서 develop 시 간에 따라 광택기 감광막 패턴의 변화를 확인할 수 있었고, SEM image로 분석한 결과 HF를 이용한 glass 습식 식각 시간이 증가함에 따라 광택기 패턴 높이의 증가 및 테이퍼가 완만하기 변화함을 확인하였다.
사진공정에서 develop 시 간에 따라 광택기 감광막 패턴의 변화를 확인할 수 있었고, SEM image로 분석한 결과 HF를 이용한 glass 습식 식각 시간이 증가함에 따라 광택기 패턴 높이의 증가 및 테이퍼가 완만하기 변화함을 확인하였다. 사진 공정에서 develop 시간을 30 sec 그리고 HF 습식 식각 시간을 3min으로 하여 공정을 최적화, 광택기를 제작하였다.
62 ㎛으로 증가하였다. 실험 결과로부터, 최적 develop 조건을 30 sec로 설정하고 이 조건하에서 glass 습식 식각 및 잔류 감광막의 PR strip을 진행하였다.
감광막에 잔류하는 solvent 성분을 증발시키는soft Baking은 Hot plate를 이용하여 100℃에서 1분간 진행하였다. 제작된 mask를 이용하여 Hard contact mode에서 50 mJ의 에너지로 노광한 후 AZ-300 MIF를 사용하여 시간을 다르게 하여 30, 60, 90 sec로 develop 공정을 진행한다. 이후 hot plate를 이용하여 120℃에서 1분간 hard baking 한다.

대상 데이터

몰리브덴(Mo) 박막을 스퍼터링으로 형성하기 위해 2세대급 (370 mm × 470 mm) 크기와 1.1 mm의 두께를 가지는 soda-lime glass가 기판으로 사용되었다.

성능/효과

1 min에서 3 min으로 시간이 증가함에 따라 Mo박막의 두께가 486 Å부 터 1286 Å까지 점점 증가하는 것을 확인하였다.
6은 Al etchant로 광택기 패턴 상단의 잔류 Mo를 제거한 후 glass패턴만 최종적으로 남아있을 때 energy dispersive X-ray spectroscopy (EDAX)로 성분 분석을 한 결과이다. 그림으로부터 Mo은 Weight %로는 0.45, Atomic %로는 0.09% 정도로 극히 극미량이 검출되는 것을 확인하여 거의 모든 Mo이 잘 제거되었음을 확인하였다.
4(a), (b), (c)는 마스크를 이용한 노광 후 develop 시간이 각각 30, 60, 90 sec로 증가함에 따른 광택기 형성을 위한 감광막 패턴의 critical dimension(C/D) check를 위한 광학 현미경 결과이다. 노광 효과로 마스크 패턴 가장자리가 원형 형태로 형성된 감광막 패턴의 지름은 develop 시간이 증가함에 따라 각각 146.65 ㎛, 125.86 ㎛, 73.36 ㎛으로 감소하였으며, 패턴 사이의 거리는 각각 79.41 ㎛, 114.53 ㎛, 146.62 ㎛으로 증가하였다. 실험 결과로부터, 최적 develop 조건을 30 sec로 설정하고 이 조건하에서 glass 습식 식각 및 잔류 감광막의 PR strip을 진행하였다.
본 연구에서는 2세대급 in-line sputter 장비를 사용하여 기존에 많이 사용되는 Cr박막 대신 Mo를 박막으로 사용하여 Cr폐기물로 인해 발생할 수 있는 환경적인 문제점을 개선하였으며, 상대적으로 빠른 시간에 식각하여 높은 생산성을 구현할 수 있게 하였다. 사진공정에서 develop 시 간에 따라 광택기 감광막 패턴의 변화를 확인할 수 있었고, SEM image로 분석한 결과 HF를 이용한 glass 습식 식각 시간이 증가함에 따라 광택기 패턴 높이의 증가 및 테이퍼가 완만하기 변화함을 확인하였다. 사진 공정에서 develop 시간을 30 sec 그리고 HF 습식 식각 시간을 3min으로 하여 공정을 최적화, 광택기를 제작하였다.
식각 시간 1min, 3min, 5min으로 증가할 때, 식각된 패턴의 높이는 각각 6.51 μm, 14.43 μm, 19,04 μm로 시간에 따라 증가하는 경향을 보였다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	기존 네일 광택기 제조방법은?	절삭과 광택을 동시에 해결하기 위해 출현한 기존 기술의 경우, 글라스의 표면에 금속(크롬)코팅층과 감광막 코팅층을 연속으로 형성하고 패턴을 형성한 다음, 금속 식각 공정과 글라스 에칭 공정[1-3] 및 포토레지스트층을 제거하는 공정을 거쳐서 네일 광택기를 제조한다[4]. 하지만, 이 경우는 패턴이 형성된 글라스의 표면에 코팅된 금 속(Cr)이 식각 과정을 거치더라도 제거되지 않기 때문에 최종 제품에서 Cr이라는 중금속이 그대로 잔류하고, 이 부분이 손톱과 발톱을 직접 연마하여 손톱이나 발톱의 표면에 광택을 내게 되어 결국 사용자의 인체에 유해한 영향을 끼치게 된다는 문제가 있다.
	네일 광택기를 기존 기술로 제조했을 경우 나타나는 문제점은?	절삭과 광택을 동시에 해결하기 위해 출현한 기존 기술의 경우, 글라스의 표면에 금속(크롬)코팅층과 감광막 코팅층을 연속으로 형성하고 패턴을 형성한 다음, 금속 식각 공정과 글라스 에칭 공정[1-3] 및 포토레지스트층을 제거하는 공정을 거쳐서 네일 광택기를 제조한다[4]. 하지만, 이 경우는 패턴이 형성된 글라스의 표면에 코팅된 금 속(Cr)이 식각 과정을 거치더라도 제거되지 않기 때문에 최종 제품에서 Cr이라는 중금속이 그대로 잔류하고, 이 부분이 손톱과 발톱을 직접 연마하여 손톱이나 발톱의 표면에 광택을 내게 되어 결국 사용자의 인체에 유해한 영향을 끼치게 된다는 문제가 있다. 또한 Cr 박막을 습식 식각 공정으로 제거한다고 해도 과염소산 및 세륨암모늄 혼합 에천트를 사용하는 Cr 습식 식각 공정은 상당한 시간이 소요되어서 실제 양산 공정에 적용하는데 어려움이 있다.
	Cr 습식 식각 공정의 문제점은?	하지만, 이 경우는 패턴이 형성된 글라스의 표면에 코팅된 금 속(Cr)이 식각 과정을 거치더라도 제거되지 않기 때문에 최종 제품에서 Cr이라는 중금속이 그대로 잔류하고, 이 부분이 손톱과 발톱을 직접 연마하여 손톱이나 발톱의 표면에 광택을 내게 되어 결국 사용자의 인체에 유해한 영향을 끼치게 된다는 문제가 있다. 또한 Cr 박막을 습식 식각 공정으로 제거한다고 해도 과염소산 및 세륨암모늄 혼합 에천트를 사용하는 Cr 습식 식각 공정은 상당한 시간이 소요되어서 실제 양산 공정에 적용하는데 어려움이 있다.

참고문헌 (4)

LV Zogheib, AD Bona, et al. "Effect of Hydrofluoric Acid Etching Duration on the Roughness and Flexural Strength of a Lithium Disilicate-Based Glass Ceramic." Brazilian Dental Journal, 22.1 (2011): 45-50.

상세보기
C Iliescu, J Jing, et al. "Characterization of masking layers for deep wet etching of glass in an improved HF/HCl solution" Surface & Coatings Technology, 198.1-3 (2005): 314-318.

상세보기
M Kolli, M Hamidouche, et al. "HF etching effect on sandblasted soda-lime glass properties" Journal of the European Ceramic Society, 29.13 (2009): 2697-2704.

상세보기
CJ Jeong, Method for manufacturing fingernail/toenail polishing beauty apparatus capable of achieving simultaneous cutting and polishing and fingernail/toenail polishing beauty apparatus manufactured by method therefor, KR Patent, 10-2015-0002132 (2015).

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