KR102099609B1 - 습식 에칭 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 PCB, 반도체, LCD, 리드프레임, ITO 등의 제조공정에 적용되는 습식 에칭 방법에 관한 것으로서, 기판 상에 수직으로 이격하여 배치되는 노즐을 통해 화학약품을 분사하는 습식 에칭 방법에 있어서 상기 노즐의 분사압력이 2.5[kg/㎠]이고 유량이 1.4~2.0[Liter/min]일 때, 상기 기판과 노즐 팁 간의 거리는 50~70[mm]인 것을 특징으로 한다. 이에 의해, 별도의 장비나 부대시설을 요하지 않으면서도 우수한 식각 품질과 높은 에칭 팩터를 구현할 수 있다.

Description

습식 에칭 방법{WET ETCHING METHOD}
본 발명은 PCB, 반도체, LCD, 리드프레임, ITO 등의 제조공정에 적용되는 에칭 방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 기판 상에 액상의 화학약품을 노즐로 분사시켜 식각을 수행하는 습식 에칭 방법에 관한 것이다.
일반적인 습식 에칭은 도 1에 도시된 바와 같이 기판(1) 위에 일정한 거리를 두고 이격되고 수평으로 일정한 간격으로 배치된 다수의 노즐(2)을 통해 화학약품을 분사시키는 방법으로 수행된다. 그러나, 분사된 화학약품(3)이 기판(1) 상에서 잠시 정체되는 액고임 현상(이를 퍼들링(puddling)이라 한다)으로 인해 에칭 편차가 발생하는 문제가 있었다.
이러한 문제를 해결하기 위해 진공 에칭, 이류체 에칭 등의 방법이 소개된 바 있다.
진공 에칭은 도 2에 도시된 바와 같이 노즐(12) 주위에 배치되는 흡착기(13)를 이용하여 액체를 빨아들임으로써 액고임 현상을 방지하고자 한 것이다. 그러나, 고가의 장비가 요구됨은 물론이거니와 흡착기(13)의 작동으로 인해 기판(1) 상의 액체 속에 미세기포를 발생시켜 식각 품질을 저하시킨다는 문제가 있다. 구체적으로, 식각된 회로의 표면이 상기 미세기포로 인해 거칠게 형성됨에 따라 임피던스(Impedance) 값이 좋지 못하다는 문제가 있었다.
이류체 에칭은 도 3에 도시된 바와 같이 노즐(22)을 통해 액상의 화학약품(3)을 압축공기(4)로 밀어내 고압분사시키는 방법으로서 에칭 팩터(etching factor)를 좋게하므로 미세회로 구현에 적합하다는 장점이 있기는 하나, 부대장치 및 공간이 필요하는 등 초기 투자비용이 높다는 문제와 함께 품질 재현성이 떨어진다는 문제가 있었다.
따라서, 본 발명의 목적은 별도의 장비나 부대시설을 요하지 않으면서도 우수한 식각 품질과 높은 에칭 팩터를 구현할 수 있는 습식 에칭 방법을 제공하는 데 있다.
상기 목적을 달성하기 위해 본 발명은 기판 상에 수직으로 이격하여 배치되는 노즐을 통해 화학약품을 분사하는 습식 에칭 방법에 있어서, 상기 노즐의 분사압력이 2.5[kg/㎠]이고 유량이 1.4~2.0[Liter/min]일 때, 상기 기판과 노즐 팁 간의 거리는 50~70[mm]인 것을 특징으로 하는 습식 에칭 방법을 제공한다.
여기서, 상기 노즐의 화학약품 분사로 인한 상기 기판 표면에서의 충격력은 20~40[g/㎠]이 되도록 할 수도 있다.
그리고, 상기 노즐은 플랫 타입 노즐(flat type nozzle)로서 노즐팁 개구의 장축 방향으로의 분사각도는 95°인 것으로 구성할 수도 있다.
이 경우, 상기 기판의 진행방향에 대하여 일정한 예각을 이루도록 연장되는 노즐파이프에 일정한 간격으로 상기 노즐이 설치되며, 상기 노즐파이프는 상기 기판의 가로방향으로 일정한 간격으로 다수 개 배열될 때, 각각의 노즐파이프 내에서 이웃하는 노즐 간의 가로방향 거리는 모두 동일하고, 순차로 이웃하는 노즐파이프 간에는 일측 노즐파이프의 최전방 노즐이 타측 노즐파이프의 최후방 노즐과의 가로방향 거리가 상기 각각의 노즐파이프 내에서 이웃하는 노즐 간의 가로방향 거리와 동일하도록 설정될 수도 있다.
이상과 같이, 본 발명에 따른 습식 에칭 방법에 의하면 특정 사양의 노즐을 기판과 특정 거리로 가깝게 설정하여 화학약품의 분사 시 기판 표면에 대한 충격력을 크게 높여줌으로써 기판 상에서의 화학약품의 액고임 현상(puddling)으로 인한 영향을 받지 않고 직접적으로 기판 표면의 식각을 수행할 수 있으며, 이에 따라 종래의 진공 에칭이나 이류체 에칭과 같이 별도의 장비나 부대시설을 필요로 하지 않으면서도 우수한 식각 품질과 높은 에칭 팩터를 구현할 수 있다.
도 1은 종래의 습식 에칭 방법을 설명하는 개략도,
도 2는 종래의 습식 에칭 방법으로서 진공 에칭을 설명하는 개략도,
도 3은 종래의 습식 에칭 방법으로서 이류체 에칭을 설명하는 개략도,
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 습식 에칭 방법을 설명하는 개략도,
도 5는 도 4의 습식 에칭 방법과 도 1의 습식 에칭 방법을 비교하여 도시한 개략도,
도 6은 본 발명의 습식 에칭 방법의 적용원리를 설명하는 그래프들,
도 7은 본 발명의 실시예에 따른 습식 에칭 방법의 실험례들을 나타낸 도표,
도 8은 본 발명의 실시예에 따른 습식 에칭 방법에 사용되는 노즐의 측면도 및 정면도,
도 9는 도 8의 노즐의 분사 특성을 설명하는 개략도,
도 10은 도 8의 노즐을 적용한 습식 에칭 설비의 정면도, 평면도 및 측면도,
도 11은 도 10에서의 노즐 분포를 설명하는 개략도이다.
본 발명의 실시예에 따른 습식 에칭 방법은 도 4에 도시된 바와 같이 노즐(32)과 기판(1) 사이의 거리를 종래의 1/2 수준으로 가깝게 설정한 것을 특징으로 한다. 이에 따라 분사된 화학약품(6)이 기판(5) 상에서 잠시 정체되는 액고임 현상으로 인한 영향을 받지 않고 직접적으로 기판 표면의 식각을 수행할 수 있다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 습식 에칭 방법과 종래의 습식 에칭 방법을 함께 도시한 것으로서, 노즐(32)과 기판(1) 사이가 멀던 종래의 방법에서는 기판(1) 상에 화학약품(3)의 액고임 현상(puddling)이 완전히 제거되지 못하는데 반해, 본 발명의 실시예에 따른 습식 에칭 방법에서는 노즐(32)과 기판(5) 사이의 거리가 매우 근접한 관계로 화학약품(6)의 액고임 현상을 없앨 수 있다.
이와 같은 본 발명의 실시예에 따른 습식 에칭 방법의 이론적 배경으로서 도 6에 도시된 바와 같이 노즐(도 4의 32)의 압력과 유량은 노즐(32)의 화학약품 분사로 인한 기판(5)의 표면에 대한 충격력과 대체로 비례하는 성질이 있는 반면, 동일한 유량조건에서 노즐(32)의 분사거리나 분사각도는 충격력과 반비례하는 성질이 있으며, 이러한 관계는 도 7에 도표로서 정리된 실험을 통해 확인되었다.
도 7에서 '노즐 #1'은 노즐의 분사압력이 2.5[kg/㎠]이고 유량이 1.4[Liter/min]의 사양으로서 기판(도 4의 5)으로부터 노즐 하단의 팁(tip) 간의 거리(즉, 높이)가 작은 60 내지 70[mm]의 구간에서 22.4 내지 20.8[g/㎠]의 충격력을 얻을 수 있었으며, 이러한 조건에서 도 4에 도시된 바와 같이 에칭 시 액고임 현상을 극복할 수 있었다. 같은 사양의 '노즐 #1'을 이용한 종래의 에칭 방법에서는 110[mm]의 높이에서 수행되며 이때의 충격력은 15.3[g/㎠]에 불과하여 도 1에 도시된 바와 같이 액고임 현상을 극복할 수 없었다.
'노즐 #2'는 노즐의 분사압력이 2.5[kg/㎠]이고 유량이 1.8[Liter/min]의 사양으로서 기판(도 4의 5)으로부터 노즐 하단의 팁(tip) 간의 거리(즉, 높이)가 작은 60 내지 70[mm]의 구간에서 25.8 내지 23.6[g/㎠]의 충격력을 얻을 수 있었으며, 이러한 조건에서도 도 4에 도시된 바와 같이 에칭 시 액고임 현상을 극복할 수 있었다. 같은 사양의 '노즐 #2'를 이용한 종래의 에칭 방법에서는 110[mm]의 높이에서 수행되며 이때의 충격력은 17.6[g/㎠]에 불과하여 도 1에 도시된 바와 같이 액고임 현상을 극복할 수 없었다.
'노즐 #3'은 노즐의 분사압력이 2.5[kg/㎠]이고 유량이 2.0[Liter/min]의 사양으로서 기판(도 4의 5)으로부터 노즐 하단의 팁(tip) 간의 거리(즉, 높이)가 작은 60 내지 70[mm]의 구간에서 27 내지 24[g/㎠]의 충격력을 얻을 수 있었으며, 이러한 조건에서도 도 4에 도시된 바와 같이 에칭 시 액고임 현상을 극복할 수 있었다. 같은 사양의 '노즐 #3'을 이용한 종래의 에칭 방법에서는 110[mm]의 높이에서 수행되며 이때의 충격력은 18[g/㎠]로 나타나 도 1에 도시된 바와 같이 액고임 현상을 극복하기에는 부족하였다.
'노즐 #4'는 노즐의 분사압력이 2.5[kg/㎠]이고 유량이 2.7[Liter/min]의 사양으로서 기판(도 4의 5)으로부터 노즐 하단의 팁(tip) 간의 거리(즉, 높이)가 60[mm]일 때 33[g/㎠]의 충격력을 얻을 수 있었으며, 이러한 조건에서도 도 4에 도시된 바와 같이 에칭 시 액고임 현상을 극복할 수 있었다. 같은 사양의 '노즐 #4'를 이용한 종래의 에칭 방법에서는 100[mm]의 높이에서 충격력이 23[g/㎠]으로 나타나 액고임 현상을 극복할 수 있기는 할지라도, 해당 유량을 고려하면 경제성이 떨어진다는 문제가 있다.
상기와 같은 실험결과로서 본 발명의 실시예에 따른 습식 에칭 방법은 노즐(32)의 분사압력이 2.5[kg/㎠]이고 유량이 1.4~2.0[Liter/min]일 때 기판(5)과 노즐 팁 간의 거리는 50~70[mm]인 것으로 특정함이 바람직하고, 이때의 기판(5) 표면에 대한 충격력은 20~40[g/㎠]인 것으로 구현하는 것이 바람직하다. 결국, 본 발명은 소유량의 조건으로 고충격력을 구현함으로써 기판 상의 퍼들링 현상을 극복할 수 있다.
기판(5)과 노즐 팁 간의 거리가 50[mm] 미만으로 설정할 경우에는 노즐의 분사범위가 좁아짐에 따라(도 9 참조) 기판의 식각이 노즐 경로에 영향을 받아 파형으로 모양을 이루는 오실레이션(oscillation) 현상이 일어날 수 있으므로 부적당하다.
도 7에서 실험된 노즐(32)은 모두 플랫 타입 노즐(flat type nozzle)로서 도 8에 도시된 바와 같이 노즐팁(32a)이 가로방향의 장축이 길고 세로방향의 단축이 매우 짧은 모양을 가진 것이 특징이며, 이로 인해 노즐파이프(33)로부터 전달된 액상의 화학약품은 가로의 장축 방향으로는 넓게 분사되고(A) 세로의 단축 방향으로는 좁게 분사된다(B). 장축 방향을 기준으로 할 때, 스프레이 거리(H)에 따른 이론적인 분사영역의 분포는 도 9에 도시된 바와 같은 범위(W)를 이루나 분사되는 액체의 중량으로 인해 실제의 분포는 이보다 다소 좁은 범위(W')를 이루게 된다. 이러한 경향을 고려하여 본 발명에서는 노즐의 분사범위에 상기와 같이 이론적 범위(W)와 실제 분사 범위(W') 간에 차이가 없는 최적의 거리(H')를 설정하게 되었으며, 이러한 범위가 상기한 바와 같은 50~70[mm]이 된다. 이와 같은 최적 거리(H')의 설정을 이용하여 이웃하는 노즐(32) 간의 배치 간격이나 2차원적인 노즐(32)의 분포를 설계할 경우 매우 높은 장비의 정확도를 구현할 수 있다는 이점이 있다.
도 10은 상기한 바와 같은 사양 및 특징을 가지는 노즐(32)을 이용한 습식 에칭 설비(100)를 도시한 것으로서 평면도를 기준으로 기판(도 4의 5)은 좌에서 우로 진행하게 되며 노즐파이프(33)는 기판의 좌우 진행방향에 대하여 일정한 예각(α)을 이루도록 연장되며, 이러한 노즐파이프(33)는 기반 진행방향의 가로방향으로 일정한 간격으로 배열된다. 노즐(32)은 노즐파이프(33)에 그 길이방향을 따라 일정한 간격으로 설치된다. 도 10의 배치를 갖는 습식 에칭 설비(100)에서 노즐팁과 기판의 거리, 즉 높이(H")는 55[mm]이고 노즐팁의 분사각도(θ)는 95[°]이다. 이러한 넓은 분사각도(θ)는 상기한 오실레이션(oscillation) 현상을 없애줌은 물론 이웃하는 노즐(32)과 중첩되는 분사범위를 확대할 수 있어 균일하고 신속한 에칭을 달성하는데 기여할 수 있다.
이와 같은 노즐(32)의 분포에서 하나의 노즐파이프(33) 내에서 이웃하는 노즐(32) 간의 가로방향 거리(d)는 도 11에 도시된 바와 같이 모두 일정한 값을 갖도록 하고, 특히 가로방향으로 순차로 이웃하는 노즐파이프(33) 간에도 일측 노즐파이프(33-1)의 최전방 노즐(32-1)이 타측 노즐파이프(33-2)의 최후방 노즐(32-2)과의 가로방향 거리(e)가 상기 각각의 노즐파이프(33) 내에서 이웃하는 노즐 간의 가로방향 거리(d)와 동일하도록(즉, e=d) 설정함으로써 가로방향에서의 노즐분포를 균일하게 하는 것이 바람직하다.
물론, 기판의 좌우 진행방향을 따라서도 이웃하는 노즐파이프(33)를 따라 일정한 간격으로 설치되는 노즐(32)을 통해 균일한 분포를 달성할 수 있게 된다.
한편, 이상에서 설명된 습식 에칭 방법은 본 발명의 이해를 돕기 위한 일 실시예에 불과하므로 본 발명의 권리범위 내지 기술적 범위가 상기 설명된 바에 한정되는 것으로 이해되어서는 곤란하다. 본 발명의 권리범위 내지 기술적 범위는 후술하는 특허청구범위 및 그 균등범위에 의해 정하여진다.
1, 5: 기판
3, 6: 화학약품
32: 노즐
33: 노즐파이프
100: 습식 에칭 설비

Claims (4)

  1. 기판 상에 수직으로 이격하여 배치되는 노즐을 통해 화학약품을 분사하는 습식 에칭 방법에 있어서,
    상기 노즐은 플랫 타입 노즐(flat type nozzle)로서 분사압력이 2.5[kg/㎠]이고 유량이 1.4~2.0[Liter/min]인 조건에서 상기 기판과 노즐 팁 간의 거리를 50~70[mm]로 설정함으로써 상기 기판에 대한 스프레이 거리(H)에 따른 장축방향의 이론적인 범위(W)와 실제 분사범위(W') 간에 차이가 없도록 함과 동시에, 상기 노즐의 화학약품 분사로 인한 상기 기판 표면에서의 충격력을 20~40[g/㎠]인 고충격력으로 구현함으로써 상기 기판 상에서의 상기 화학약품의 액고임 현상(puddling)을 완전히 제거한 것을 특징으로 하는 습식 에칭 방법.
  2. 삭제
  3. 제1항에 있어서,
    상기 노즐은 노즐팁 개구의 장축 방향으로의 분사각도가 95°인 것을 특징으로 하는 습식 에칭 방법.
  4. 제1항 또는 제3항에 있어서,
    상기 기판의 진행방향에 대하여 일정한 예각을 이루도록 연장되는 노즐파이프에 일정한 간격으로 상기 노즐이 설치되며, 상기 노즐파이프는 상기 기판의 가로방향으로 일정한 간격으로 다수 개 배열될 때,
    각각의 노즐파이프 내에서 이웃하는 노즐 간의 가로방향 거리는 모두 동일하고,
    순차로 이웃하는 노즐파이프 간에는 일측 노즐파이프의 최전방 노즐이 타측 노즐파이프의 최후방 노즐과의 가로방향 거리가 상기 각각의 노즐파이프 내에서 이웃하는 노즐 간의 가로방향 거리와 동일하도록 설정되는 것을 특징으로 하는 습식 에칭 방법.
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