(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
湿式エッチングによって、導電性のエッチング材料(５)のエッチング表面の選択された部分に、エッチングパターンを構成する窪み(７)を形成する方法であって、エッチング材料(５)がエッチング液（２２）と接触することを含む方法において、この方法は、
表面上のエッチング液のエッチング能力を減少あるいは防止し、電磁照射にさらされたときには化学反応で溶解されるパッシベーション層を前記エッチング材料上に形成するステップと、
電極（１）を、エッチングパターンと対応するその導電性電極部分（３）が電極表面の選択された部分に位置するようにするステップと、
エッチング液（２２）およびエッチング材料(５)のエッチング表面に向いた電極部分(３)と接触するように前記電極（１）を配置するステップと、
電極(１)とエッチング材料(５)との間に電圧を印加するステップと、
エッチング材料を本質的にエッチング表面に対して垂直な少なくとも１つの波長帯域の電磁照射に前記電極部分（３）を介してさらしてエッチングされる表面からパッシベーション物質を取り除くステップとを備えた方法。
【請求項２】
請求項１に記載の方法において、
電磁照射の波長範囲は０．１-１０μｍであることを特徴とする方法。
【請求項３】
請求項１または２に記載の方法において、
エッチング材料上にパッシベーション層を形成している物質をエッチング液に加えることによってエッチング材料がパッシベーション層で被覆されることを特徴とする方法。
【請求項４】
請求項１ないし３のいずれかに記載の方法において、
エッチング液は、最高で２００ｍＭの濃度で存在することを特徴とする方法。
【請求項５】
請求項１ないし４のいずれかに記載の方法において、
エッチング液は、最高で１００ｍＭの濃度で存在することを特徴とする方法。
【請求項６】
請求項１ないし４のいずれかに記載の方法において、
エッチング液は、最高で５０ｍＭの濃度で存在することを特徴とする方法。
【請求項７】
請求項１ないし４のいずれかに記載の方法において、
エッチング液は、最高で１０ｍＭの濃度で存在することを特徴とする方法。
【請求項８】
請求項１ないし７のいずれかに記載の方法において、
電極(１)には、電極表面の電極部分間に、電気的な絶縁部分(２)が与えられたことを特徴とする方法。
【請求項９】
請求項１ないし８のいずれかに記載の方法において、
電極表面の電極部分間の電極(１)には照射が貫通しない部分（２）が設けられたことを特徴とする方法。
【請求項１０】
請求項８に記載の方法において、
電極(１)の絶縁部分（２）は、電極部分(３)間で電極(１)のエッチング表面に絶縁層（２）が設けられていることにより設けられたことを特徴とする方法。
【請求項１１】
請求項１ないし１０のいずれかに記載の方法において、
電極部分(３)はエッチング材料(５)から、２０００μｍ未満の距離をもって配置されていることを特徴とする方法。
【請求項１２】
請求項１ないし１０のいずれかに記載の方法において、
電極部分(３)はエッチング材料(５)から、１０００μｍ未満の距離をもって配置されていることを特徴とする方法。
【請求項１３】
請求項１ないし１０のいずれかに記載の方法において、
電極部分(３)はエッチング材料(５)から、５００μｍ未満の距離をもって配置されていることを特徴とする方法。
【請求項１４】
請求項１ないし１３のいずれかに記載の方法において、
電界が変化する複数の第１の期間の間に、エッチングは起こり、この変化は第２期間の間に逆の電界を与えるステップを含むことを特徴とする方法。
【請求項１５】
請求項１ないし１４のいずれかに記載の方法による、導電性エッチング材料(５)の表面にくぼみをエッチングするための電極であって、
電極部分が電極パターンを構成し、電極パターンに対応するエッチングパターンにしたがってエッチング表面にエッチング時にくぼみを形成するための、電極表面の選択された位置にある導電性電極部分（３）を有し、この電極部分（３）は照射源からの波長範囲が０．１〜１０μｍである照射（λ）を通過させることができるものであることを特徴とする電極。
【請求項１６】
請求項１５に記載の電極において、
電極(１)は、電極部分(３)間の絶縁部分（２）を有し、前記絶縁部分(２)は前記照射に対するバリヤーを形成することを特徴とする電極。
【請求項１７】
請求項１６に記載の電極において、
電極(１)の絶縁部分（２）は、絶縁層（２）で画定される電極部分(３)間で電極(１)のエッチング表面に適用される絶縁層を備えたことを特徴とする電極。
【請求項１８】
請求項１ないし１４のいずれかに記載の方法によるエッチングのための装置であって、
所要量のエッチング液（２２）を含むエッチング容器（２１）と、
電極（１）とエッチング材料(５)に対する接続手段を有する電圧源（２３）を備えたエッチング装置において、
請求項１５ないし１７のいずれかによる電極(１)を備えたことを特徴とする装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、添付の請求の範囲１、１４および１７の前文による方法、電極および装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
湿式エッチング方法では、エッチング材料をエッチング方法で反応することができるエッチング液を含む液体が通常用いられる。化学エッチングでは、エッチング液は自然発生的にエッチング材料とともに化学反応をし、および、電解質エッチングでは、電圧が印加されて、エッチング液が電流をともなうときに、エッチング液はエッチング材料の表面上の電気化学反応によって反応する。
【０００３】
選択された部分をエッチングすることによってエッチング材料中に構造を供給することがエッチングの目的であるときには、エッチング除去されるべきでないエッチング材料の表面は、通常、エッチング材料よりもエッチング液に対して反応しないか反応が鈍い、エッチングを防止する層である、いわゆるマスクまたはレジストで覆われる。そのようなエッチング防止層は、最初の塗布工程とこれを部分的に除去する後続工程よりなる多ステージ作業により製造される。
【０００４】
一般的なエッチング防止層はフォトレジストである。フォトレジストを用いるときには、第１のステップでエッチング材料の表面は光に敏感であるフォトレジストでコーティングされる。 次のステップでは、エッチングが行われるべきフォトレジストの領域は露光され、続くステップでこの領域は現像され、溶解されてエッチングされるべきエッチング材料の領域の被覆が除かれる。現在用いられるこの方法は、たとえば、プリント回路基板を製造するときに、導体間にすきまを形成するために材料をエッチング除去するために用いられる。したがって、従来技術によるエッチング防止層の製造は、複雑で時間のかかることである。
【０００５】
主に化学エッチングである湿式エッチング方法では、等方エッチング特性により、エッチング防止層で覆われている表面よりも下までエッチング除去される、いわゆるアンダーエッチングが発生する。このため、純粋な化学エッチングによっては幅よりも大きな深さを有する隙間を形成することはできない。電解質エッチングでも、微小寸法において、幅を上回深さにすき間をつくることは不可能である。たとえば、導体を互いに近接させるように配置して、狭いすきまを形成する可能性は湿式エッチング方法を適用する場合には制限される。例えば幅または深さが１μｍ以下である直線状の壁を有する隙間を湿式エッチングで達成することは今日でも不可能である。
【０００６】
【発明の概要】
本発明の目的は、特に１mm以下の、非常に小さい寸法においてエッチングを行うときに、湿式エッチングと関連した改良を提供することである。
【０００７】
特別な目的は、表面の選択された部分にエッチングを行う改良された方法を提供することである。
【０００８】
さらにもう一つの目的は、表面でのエッチングされたパターンのより速い製造を許容することである。
【０００９】
本発明によれば、これらの目的が後述する明細書の、請求の範囲１、１４、１７の導入部に述べられた形式の方法、電極、装置により、さらにそれらのそれぞれの特徴部分に述べられた特徴により達成することが明らかであろう。
【００１０】
したがって、本発明はエッチング表面の選択された一部にエッチングするための新しい型の電極に基づく。電極は、電極表面の選択された一部の電気的に導電性の電極部分を有する。これらの電極部分は、電極パターンを構成する。
【００１１】
、エッチング表面に向けられたこのような電極を用いて本発明によりエッチングを行うときには、電極パターンに対応するエッチングパターンを形成する、窪みが形成される。電極側から見たエッチングパターンは、エッチング表面から見た電極パターンに関して反転される。
【００１２】
したがって、本発明によれば、エッチング防止層で表面が覆われる必要なく、表面の選択された部分をエッチングするエッチング方法が提供される。そのような電極は、複数の製品に続いてエッチングするようなやり方で数回用いられることができる。これは、生産時間および製品コストの双方に関して、連続的エッチング大きい改良を可能にする。
【００１３】
本発明の好適な実施例によれば、電極部分は電磁照射が行わされる。電磁照射に浸透性の電極部分によって、エッチングの間、電極を通してエッチング材料を照射することは可能である。エッチング材料はパッシベーション膜で被覆され、このことはエッチング材料をエッチングするエッチング液の能力を減殺または防止する。パッシベーション層は照射にさらされたときには化学反応で溶解される。
【００１４】
別の実施例によれば、パッシベーション層はエッチング材料を通した下からの照射にさらされる。照射が少なくとも部分的にエッチング材料を貫くために、照射の波長はエッチング材料に適合される。
【００１５】
照射の平均の強度はパッシベーション層の温度が本質的に保たれるような低いものであることが好ましい。
【００１６】
本発明の好ましい実施例によれば、エッチング材料の上でパッシベーション層を形成している物質が、エッチング液に加えられる。この物質は電磁照射にさらされるときにパッシベーション層が溶解するように選択される。照射がパッシベーション層をヒットしたときにはそれはイオン化され、溶解される。
【００１７】
好ましい実施例に従って、エッチング液により溶解される物質を供給することによって、パッシベーション層エッチング材料の表面に連続的に形成され、照射にさらされない。その結果、エッチングの高い異方性が達成される。
【００１８】
本発明の好適な実施例によれば、電磁照射は０．０１-５０μｍの波長範囲にあり、好ましくは０．１-１０μｍの波長範囲である。多くの光源が用いられることができる。
【００１９】
好ましい実施例において、電極は電極部分間に電気的に絶縁部分を有する。これにより明確に画定された電界が形成されるので、エッチング化学反応工程のより正確な制御に帰着する。このことは、１００μｍ以下の小さいない寸法でエッチングするときには特に有利であり、方向性のあるエッチング効果（異方性のエッチング）を達成するための特に良い状態を生ずる。
【００２０】
電極部分間で、電極は好ましくは照射されない部分を有する。これらの部分は、好ましくはまた、電気的に絶縁部分である。照射は、電界にさらされるエッチング表面の部分だけに行われる。これは、改良された異方性エッチングに帰着する。
【００２１】
パッシベーション材料は、たとえば、ヨウ素、ハロゲン化物塩、チオ硫酸塩、チオシアン酸塩、アンモニアおよびアミンからなる群から選択されることができる。
【００２２】
有利な実施例においては、電極の絶縁部分は、絶縁層によって画定される電極部分間で電極のエッチング表面に適合される絶縁層を備える。これは、例えば直接導電性の電極表面に直接形成されている絶縁層により、極めて単純なやり方で電極を設計することを可能にする。たとえば、その層はフォトレジスト層と同様の手法で形成することができる。
【００２３】
本発明の特別な態様によれば、活性物質を含むエッチング液が希釈された溶液中に存在する、化学エッチング溶液が使用される。この場合、少ない寸法の正確なエッチングのような、極めて良い結果が得られる。本発明の本態様は、無視できるようなエッチング効果を有する程度に希釈されたエッチング液が電界の働きのもとでの異方性エッチングに使用できるという驚くべき発見に基づいている。
【００２４】
この点について、電気的に導電性のエッチング材料のエッチングはエッチング液によって実行される。このエッチング液は、化学エッチングのために実際には用いられることができないような範囲に薄められた溶液中に存在する。エッチング液の濃度は、非常に低いので、エッチング材料からの原子の脱落の結果である、エッチング液とエッチング材料間での反応はめったに起こらない。電極とエッチング材料間のエッチング液溶液中に電界が供給されることにより、エッチング材料の表面部分に対する部分的なエッチング液の集中が形成される。このことはエッチング速度の顕著な増加と、同時にエッチング方向への影響に帰着する。
【００２５】
本発明は導電性の材料であるエッチング材料のエッチングに関する。広い範囲の金属、例えばＣｕ、Ｎｉ、Ｔｉ、Ａｌ、Ｃｒについて実験が行われたが、本発明は他の導電性材料、例えば合金や半導体に関して機能できることが期待される。エッチング材料の伝導率はエッチング材料および電極との間の溶液中で電界が生ずる程度のものでなければならない。
【００２６】
エッチング材料の結晶構造は重大でなく、エッチング材料はしたがって、多結晶でも単結晶でも良い。
【００２７】
エッチング液は、溶解されてエッチング材料のエッチング予定のエッチング表面をエッチング除去するとき反応することができなければならない。また、エッチング駅は局部的なエッチング液の集中を可能とするように、電界により動的に影響されない性質を有することが期待される。
【００２８】
特別な観点による重要な特徴は、低濃度の溶液中にエッチング液が存在するということである。実行された実験からみて、所望の異方性のエッチング効果は、２００ｍＭを超えるエッチング液濃度については達成するのが困難なようである。しかしながら、良好な能のための濃度の下限は、決定できなかった。また、エッチング液は、エッチング液の局部的濃度を許容するために溶液中の充分な可動性を有しなければならないことが期待される。
【００２９】
電界は、一方では、エッチング液を局部的に凝縮させ、他方ではエッチングを加速させるという２つの機能を有するべきと考えられるが、第１の機能がより重要なものと考えられる。
【００３０】
電界はエッチングされることになっているエッチング材料の表面の方へ導かれなければならないと考えられる。エッチング液の濃度を局部的に上昇させることを可能にするために、エッチングされる表面での電界の範囲は比較的制限されなければならない。そして、これは発明の電極で有利な方法により達成される。
【００３１】
本発明は、排他的ではないが、低濃度のエッチング液を使用して特に１mm未満の小さい構造の製造に向いている。特に、１００μｍ以下、中でも５０μｍ以下のエッチング幅およぴ深さ、のオーダのくぼみなどの構造を製造するときに有利である。
【００３２】
極めて低濃度のエッチング液を有する溶液および電界の影響下で実行される関連するエッチングプロセスによって、エッチングプロセスは従来技術の湿式の方法と比較して本質的に改良された制御静および異方性を達成する。
【００３３】
特別の観点による重要な性質は、幅より大きい深さを有している溝およびすきまをエッチングすることができる点である。エッチングされたすきまの深さ対幅の比は実験では薄い銅膜中のエッチングにおいて３．５：１でった。
【００３４】
特別の観点によれば、効率的な濃度範囲の中で濃度変化にさらに重大な感度を有しない。
【００３５】
実験によれば、エッチング液のエッチング溶液との特定の組み合わせに対して良好な結果をもたらす濃度値を示しており、エッチング結果を損なうことなく係数２で濃度値を終えることができる。
【００３６】
薄められた溶液中で、エッチング液は、好ましくは電界がない場合、自発的なエッチング能力が５ｎｍ／sのエッチング速度に制限されるそのような状態のエッチングと関連する。良好な異方性のために、最高でも４ｎｍ/sまで、およびより好ましくは、３ｎｍ/s以下にエッチング液の自発的なエッチング容量を制限することは、有利である。
【００３７】
エッチング液の好ましい濃度は、最高でも２００ｍＭ、より好ましくは最高でも２０ｍＭ、好ましくは最高でも１００mm、より好ましくは、最高でも２０mm、有利には最高でも１０ｍＭである。特に小さい構造をエッチングするときには、エッチング工程の制御性はが減少したエッチング液濃度において増加する一般的に言われている。
【００３８】
ある状況では、２ｍＭ未満のエッチング液濃度を有することが有利で、１ｍＭ以下では特に有利であることが見いだされている。
【００３９】
エッチング液は、エッチング材料をエッチング方法で反応することができるイオン物質として、好ましくは定義されることができる。本発明と関連して述べられた濃度は、本発明に従って活性化しているエッチング液の濃度に関係する。
【００４０】
電極およびエッチング材料との間に電圧は、少なくとも０．５Ｖ、好ましくは少なくとも１Ｖ、およびより好ましくは１．５Ｖ、最高でも１０Ｖであり、好ましくは最高でも５Ｖおよびより好ましくは最高でも３Ｖである。
【００４１】
良い結果は２Ｖ−２．８Ｖの範囲において達成され、極めて良い結果は２．４-２．６Vの範囲において達成された。実際に有用なエッチング速度が達成される値である、エッチングのために必要な電圧のための下限を決定するのは困難である。しかしながら、エッチング材料と電極間の電気化学ポテンシャルは等しくなく、または逆極性でないことが、これらは全てのエッチング動作を終了させるため、重要である。
【００４２】
電界の強度は、有利に、薄められた溶液で、エッチング液が増加させられたエッチング速度（それは好ましくは二倍にされる）を与えられておよびより好ましくは、電界がない場合少なくとも１０倍よりも高くされる。
【００４３】
好ましい実施例において、電界が変わる複数の第１の期間の間に、エッチングは生じる。その場合には、前記第１の期間との間に、電界は第２期間の間に反転された方向を与えられる。  その結果として、残余の生成物は第２期間の間にエッチングされた窪みにおいて開放される。そして、それは隣の第１の期間の間に再び導かれたエッチング効果を可能にする。
【００４４】
高い異方性および正確なエッチング結果の設備のために、非常にエッチング材料にピッタリの電極部分が配列される場合、それは特に有利である。距離は、好ましくは２０００μｍ未満およびより好ましくは、１０００μｍ未満である。液体（すなわち溶液のエッチング液）にエッチングする良い輸送を許容するために、任意の絶縁層を備えて、電極までの距離が１μｍ、好ましくは５μｍ以上より大きいことは、好ましい。
【００４５】
上述したように、自然発生的にエッチングしているエッチング液を用いるときに、本発明は特別な利点を有する。しかしながら、本発明の概念を電解質のエッチングで用いることを妨げるものは何もない。
【００４６】
本発明は例示の目的で本発明の好適な実施例を示す添付の図面を参照して記述される。
【００４７】
【発明の実施の形態】
図１は、エッチング容器２１を備えて、エッチングするための装置２０を示す。そして、それは多くのエッチング液２２および電圧源２３を含む。そして、それは電極およびエッチング材料５を接続するための接続手段２４を有する。電極１は適切ないくつかの金属または合金でできていておよび電気絶縁層２を有する一方にコーティングされる。そして、それは従来技術に従うフォトリゾグラフィプロセスによって形成される。
【００４８】
電極部分３は、絶縁層２の一部との間に画成される。電極部分３エッチングする際に所望の窪みのエッチングパターンと一致する電極パターンを形成する。電極パターンの鏡像は、エッチング材料５の表面６上の窪み７のエッチング材料からわかられる電極パターンに関する逆さにされた設計については、エッチングパターンを形成するためにエッチングで供給される。
【００４９】
エッチング時には、導電性のエッチング材料５から、このエッチング材料５に対向する電極部分３を有する電極１が距離ｄ１隔てるように配置される。エッチング時には、電極１とエッチング材料５の全体の組立体はエッチング流体２２中に親戚され、保持手段（図示せず）により固定された関係が維持される。エッチング流体２２は、エッチング材料５と電極１との間に電位差があるときに、エッチング材料５とエッチングのように反応するエッチング液を含む。電極は照射源（図示せず）からの照射λに対して透過性である。これは、例えば、電極を非常に薄く作ることにより実現される。絶縁層２は、電気的絶縁体に加えて、照射バリアを形成し、すなわち、照射λは単に電極表面３の電極を透過する。照射は、例えば紫外光の平行ビームであり得る。
【００５０】
電極１はエッチング材料５により近く配置されれば、より良い異方性がエッチングする際に得られる。距離dが１０００μｍより少ないとが、好ましい。電極およびエッチング材料との間の距離が５μｍ未満である場合、特殊な処置はしかしながら周囲のエッチング液のエッチング液の良い循環を達成するために考慮に入れられなければならない。
【００５１】
エッチング中、電圧が電極１およびエッチング材料５との間に電圧源２３により印加され、その電圧がエッチング作用を行う。
【００５２】
この実施例は、自然に又はエッチング材料５に接する時若しくはエッチング中にエッチングを制限し、あるいはエッチングを防止するパッシベーション層をなす物質を含む液体とともにエッチングすることに特に適している。
【００５３】
ある場合には、このようなパッシベーション膜は照射に暴露されることにより刺激され、除去され得る。
【００５４】
このように、図１に示される電極１については、適切な液体との組み合わせで窪みの底部領域のパッシベーション膜を選択的に除去し、側壁上の層を残すことが可能である。エッチングが行われると、被覆されていない底部領域のみが、同時にまたはその後、エッチングされ、これはエッチング材料５上のエッチング防止層が存在しないにもかかわらず、良好な方向性を持ったエッチング効果が達成されることを示す。
【００５５】
好ましい実施例においては、エッチング液は低濃度でもエッチング材料５をエッチングすることのできる本来的な、化学的なエッチング液であるが、本発明の概念は電解エッチングにも使用できる。
【００５６】
エッチング液はエッチング流体中で、そのエッチング流体が本来的な化学的エッチングには使用されないような希釈された溶液として存在している。エッチング流体は、市場で通常にエッチング材料の化学エッチングに使用される濃縮化された形態のエッチング溶液の２０倍、１００倍以上に希釈することにより製造できる。
【００５７】
薄められた溶液のエッチング液濃度は、物質から原子の除去に帰着する散発的なエッチング活性だけを許す。
【００５８】
図２は、本発明の第２の実施例による電極を有する第２のエッチング装置を示す。この場合、電極１１はロールとして形成される。電極ロール１１の表面には、第１の実施例と同様の方法で、絶縁層１２が配置されている。電極１１は、エッチングのときには導電性のエッチング材料５から距離ｄ２をもって配置される。この距離ｄ２は１０００μｍ未満であるため好ましい。２つの実施例における大きな差異は、この場合にはロール表面に形成されていることである。エッチングのとき、好ましくはエッチング材料５上に電極ロール１１が係合して転動されることにより、電圧は電極ロール１１とエッチング材料１５の間に電圧アセンブリ（図示せず）によって印加される。ロールはエッチング材料５の上方の制御手段（図示せず）に接続されている。電極１１の微小表面のみがエッチング材料に近接位置決めされるので、この実施例においては、不満足なエッチング液の循環についての問題はない。
【００５９】
エッチング材料は照射源（図示せず）から照射λにさらされる。そして、それはロールの前でエッチング剤利用を照射にさらす。照射は、エッチング材料の表面に対して垂直に当てられる。ロールの回転速度は、以前に照射にさらされた領域の上にロールが位置するまでパッシベーション層が再形成されないようなものである。代替的には、光源は、ロールの範囲内で配置される。
【００６０】
図３は、電極３１の第３の実施例を示す。この実施例は、図１において示されるものに似ており、そしてエッチング溶液中で同様の方法で配列され、したがって相違点のみをここでは記載する。
【００６１】
電極３１は、エッチングを行うときに、導電性のエッチング材料３５から距離ｄ３をもって配置される。距離ｄ３は、好ましくは１０００μｍ未満である。エッチング材料は、照射源（図示せず）により下から照射にさらされる。例えば、照射はＵＶ光の平行光線であり得る。側壁上での照射の強度は底面上よりも低い。照射の強度は、パッシベーション層に垂直である表面上でのみパッシベーション層が除去されるように調節することが可能であり、これにより、エッチングの増加された異方性を得ることができる。照射の波長は、照射がエッチング材料を貫くように、エッチング材料に対して調整される。
【００６２】
この第３の実施例は、自然にまたは他の態様でエッチング材料３５に接触するとき、あるいはエッチングが行われるときに、エッチングを制限し、あるいはエッチングを防止する、物質を含んでいる液体でのエッチングに特に適している。ある場合には、そのようなパッシベーション層は励起され、照射にさらされることにより除去され得る。
【００６３】
本発明は図示される実施例に決して限られていなくておよび上述しているおよび、いくつかの変更は添付の請求の範囲において定義した保護の範囲内で実行可能である。
【００６４】
たとえば、それは絶縁層については供給されている平らなまたはカーブする電極表面によって、電極を供給するのに必要でない。
【００６５】
電極は、電極パターンを構成する多くのポイントあるいはとがったリッジとして構成することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】エッチング材料が配置され、エッチングがどのように行われるかを示すエッチング装置の第１の実施の形態の概略図断面図である。
【図２】エッチング材料が配置され、エッチングがどのように行われるかを示すエッチング装置の第２の実施の形態の概略図断面図である。
【図３】エッチング装置の第３の実施の形態の概略断面図である。
【図１】
0004498601.tif 000002
【図２】
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【図３】
0004498601.tif 000004