일반기술

레이저를 이용한 세라믹 재료의 초정밀 가공

금속, 반도체와 더불어 그 응용범위가 확대 되어가고 있는 세라믹 재료의 가공기술은 반도체 재료의 가공기술의 발전과 함께 다양한 방법으로 시도되고 있다. Mn-Zn Ferrite 는 오디오, 비디오의 자기 테이프 및 헤드, 컴퓨터 기록장치인 FDD, HDD 의 자기헤드의 소재로 사용되는 등 그 응용범위가 매우 넓은 세라믹 재료이다.자기 기록용량을 크게하려면 페라이트를 미세가공할 필요가 있는데, 페라이트는 깨지기 쉽고, 화학적인 반응성이 낮기 때문에 기계적인 가공이나 종래의 화학습식식각으로는 정밀가공에 한계가 있다. 본 연구에서는 파장 514 ㎚의 Ar+ 레이저를 빔 확장기(expander) 와 집속 렌즈(focusing lens) 를 이용하여 집속 한 후 페라이트에 조사시킴으로써 레이저 유도 습식식각을 행하였다. 레이저 빔을 이용한 가공은 매우 좋은 빔의 집속특성으로 인해 정교한 가공이 가능하고 마스크를 사용하지 않기 때문에 공정이 간단하다. 더우기 레이저 빔에 의한 표면손상은 극히 작기 때문에 종래의 가공법에 비해 페라이트 본래의 우수한 전자기적 특성에 거의 영향을 끼치지 않는다. 반응용액으로는 H3PO4 를 사용하였다. 레이저 유도 습식식각은 빛 가둠(light-guiding) 효과에 의해 큰 종횡비 (aspect ratio = 식각깊이/식각넓이) 를 갖는 홈을 가공할 수 있다. 페라이트의 레이저 유도 습식식각의 반응메카니즘은 다음과 같다. 집속된 레이저 빔이 반응용액과 시료에 조사되면 먼저 시료 표면위에 있는 반응용액이 레이저 빔에의해 활성화 된다. 이후 반응용액과 시료와의 열화학적인 반응을 통해 시료표면의 원자가 활성화된 반응용액과 결합을 하여 시료표면의 원자가 제거된다. 레이저 유도 습식식각을 행한 결과 종래의 화학습식식각에 비해 수 천배 큰 식각율을 얻었고 최소한의 트랙 깊이만을 표면손상이 거의 없이 최대 종횡비 6 을 얻었다. 반응용액 대신에 CClF, CCl 등의 반응가스를 사용하면 건식분위기에서도 레이저 유도식각이 가능하다. 최근의 자기 기록장치는 박막형의 헤드를 이용하는 추세로 앞으로는 페라이트 박막의 정밀가공도 매우 요구될 것이다. 본 연구에서 개발된 레이저 유도 식각은 페라이트의 박막에 대해서도 적용이 가능하므로 매우 응용성이 큰 초정밀 가공기술로 기대된다.