(57)【要約】  ガラス支持体に支持された金属薄膜を製造する方法は、その上面に形成された層を有するガラス基板を調製する調製工程、およびそのガラス基板の部分領域を下面からエッチングして、その層の底部を露出するエッチング工程を有してなる。その層は金属薄膜を含む。エッチング工程は、フッ化水素酸を含有し、硝酸と硫酸の少なくとも一方を含有する第１のエッチング液を使用することにより、ガラス基板を、そのガラス基板の厚さ未満の深さまで第１のエッチングを行う第１のエッチング工程、およびフッ化水素酸を含有し、硝酸と硫酸を含有しない第２のエッチング液を使用して、第１のエッチング部分に第２のエッチングを行って、層の底部を露出する第２のエッチング工程を含むことがある。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
金属薄膜を製造する方法において、
その上面に層を有するガラス基板を調製する工程、および
前記ガラス基板の局所区域を底部からエッチングして、前記層を下方に露出し、それによって、インチ尺で露出区域を形成する工程、
を有してなり、
前記層が金属薄膜を含み、前記インチ尺の露出区域の外接円の直径が１インチ（約２．５ｃｍ）以上であり、
前記エッチングする工程が、
フッ化水素酸、および硝酸と硫酸の少なくとも一方を含有する第１のエッチング液を使用して、前記ガラス基板を、該ガラス基板の厚さ未満の深さまで第１のエッチングを行う工程、および
硝酸または硫酸を含まず、フッ化水素酸を含有するエッチング液を使用して、前記ガラス基板の第１のエッチング部分に第２のエッチングを行い、よって前記層が下方に露出される工程、
を含む、方法。
【請求項２】
前記層が、前記金属薄膜と前記ガラス基板との間に配置されたバリア層をさらに含む、請求項１記載の方法。
【請求項３】
前記バリア層が、単独で、またはハフニウムとの組合せで、クロムを含有する、請求項２記載の方法。
【請求項４】
前記金属薄膜の厚さが、１マイクロメートルから５マイクロメートルに及ぶ、請求項１記載の方法。
【請求項５】
前記金属薄膜が、パターン形成された金属薄膜である、または
前記方法が、前記ガラス基板の局所区域をエッチングした後に前記金属薄膜にパターン形成する工程をさらに含む、請求項１記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、ガラス上金属薄膜構造を製造する方法に関する。より詳しくは、本開示は、金属薄膜を含む層が上面に形成されたガラス基板の局所区域がエッチングで除去されている、ガラス上金属薄膜構造を製造する方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
金属薄膜が必要とされる様々な技術分野がある。さらに、多種多様な技術分野では、ナノメートルからマイクロメートルの範囲の厚さを有する金属薄膜が必要とされる。
【０００３】
図１は、ガラス支持体１０ｂで支持された金属薄膜２１を製造する従来の方法を概略示している。
【０００４】
図１に示されるように、ガラス支持体１０ｂで支持された金属薄膜２１は、ガラス基板１０に局所孔を形成することによって製造されたガラス支持体１０ｂを自立性金属薄膜２１に溶接することによって製造される。しかしながら、ナノメートルからマイクロメートルの範囲の厚さを有する自立性金属薄膜を製造することは困難であろう。自立性金属薄膜が製造された場合でさえ、製造コストが非効率的に高く、自立性金属薄膜を取り扱うことが難しいであろうという点で、まだ制限があるであろう。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
したがって、図１に示された方法は、ガラス支持体１０ｂで支持された金属薄膜２１を製造する方法として実用的ではなく、上述した制限を克服できる他の方法が必要とされている。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本開示の様々な態様は、ガラス支持体で支持された金属薄膜を提供する。
【０００７】
ある態様によれば、ガラス上金属薄膜構造を製造する方法は、その上面に層が形成されたガラス基板を調製する工程、およびガラス基板の底部からそのガラス基板の局所区域をエッチングして、前記層を下方に露出し、それによって、その層の露出区域を形成する工程を含むことがある。その層が金属薄膜であることがある。そのエッチング工程は、フッ化水素酸、および硝酸と硫酸の少なくとも一方を含有する第１のエッチング液を使用して、ガラス基板を、そのガラス基板の厚さ未満の深さまで第１のエッチングを行って、ガラス基板の第１のエッチング部分を得る工程、および硝酸または硫酸を含まず、フッ化水素酸を含有するエッチング液を使用して、ガラス基板の第１のエッチング部分に第２のエッチングを行い、よって層が下方に露出され、それによって、金属薄膜がガラス基板の残りの部分により支持される工程を含むことがある。
【０００８】
先に述べたように、ナノメートルからマイクロメートルの範囲の厚さを有し、ガラス支持体に支持された金属薄膜を製造することができる。
【０００９】
それに加え、金属薄膜への損傷を最小にしつつ、ガラス基板を選択的にエッチングすることが可能である。
【００１０】
さらに、エッチング液による金属薄膜への損傷が最小になるので、バリア層の厚さを最小にすることができ、金属薄膜の厚さも減少させることができる。
【００１１】
その上、ガラス基板の厚さの変動が比較的大きいことも可能であり、それによって、比較的小さい変動しか許さない精密ガラス基板の製造に要する費用が減少する。
【００１２】
本開示の方法および装置は、共に、本開示の特定の原理を説明する働きをする、ここに含まれる添付図面、および以下の詳細な説明から明白であるか、またはそこにより詳しく述べられている他の特徴および利点を有する。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】ガラス支持体に支持された金属薄膜を製造する従来の方法の概略図
【図２】第１の実施の形態による、ガラス支持体に支持された金属薄膜を製造する方法の概略図
【図３】第２の実施の形態による、ガラス支持体に支持された金属薄膜の概略図
【図４】図３に示された実施の形態における、第２のエッチングが行われる前の、第１のエッチングが行われたガラス基板、バリア層、および金属薄膜を含む構造の断面を示す画像
【図５】図３に示されたガラス支持体に支持された金属薄膜を示す底面図
【図６】第３の実施の形態による、ガラス支持体に支持された金属薄膜の概略図
【発明を実施するための形態】
【００１４】
下記に、添付図面を参照して、本開示の例示の実施の形態を詳しく記載する。
【００１５】
「上面」、「下面」、「上方向」、および「下方向」などの向きに関する用語は、図面を参照して、特定の構成部材の記載を容易にするために、ここに使用されることがある。しかしながら、これらの用語は、実際の向きを示す意図はないことを理解すべきである。例えば、「上面」および「下面」という用語は、上面と下面が互いに反対であることを記載するためだけに使用される。現実実務では、上面は、下面よりも下の位置に位置していることがある。
【００１６】
例示の実施の形態は、ガラス基板上に形成された金属薄膜への損傷をナノメートルからマイクロメートルの範囲に厚さまで最小にすることができる選択的基板エッチング過程に関する。
【００１７】
図２は、第１の実施の形態による、ガラス支持体１０ｂに支持された金属薄膜２１を製造する方法を概略示しており、図３は、第２の実施の形態による、ガラス支持体１０ｂに支持された金属薄膜２１を概略示しており、図４は、図３に示された実施の形態における、第２のエッチングが行われる前の、第１のエッチングが行われたガラス基板、バリア層、および金属薄膜を含む構造の断面を示す画像であり、図５は、図３に示されたガラス支持体１０ｂに支持された金属薄膜２１を示す底面図である。
【００１８】
図２および３に示された方法によれば、最初に、その上面に層２０が形成されているガラス基板１０が調製される（調製工程）。その後、ガラス基板１０の局所区域１０ａが底部からエッチングで除去され、よって、層２０が下方に露出される（エッチング工程）。層２０は金属薄膜２１を含む。調製工程において、層２０は、堆積によって、ガラス基板１０の上面に形成することができる。
【００１９】
ガラス基板の従来の選択的エッチングは、以下のように行われる。最初に、耐酸性膜がガラス基板１０に取り付けられ、次いで、パターン形成される。その後、マスクとしてパターン形成された耐酸性膜を使用して、ガラス基板をエッチング液と物理的に接触させることによって、化学エッチングが行われる。
【００２０】
一般に、シリコン（Ｓｉ）基板などの半導体基板をエッチングするために、フッ化水素酸（ＨＦ）などのエッチング液が使用される。しかしながら、ガラス基板をエッチングするために、半導体基板用のエッチング液が使用される場合、比較的長いエッチング時間により、耐酸性膜に損傷が生じることがあり、これは問題である。それゆえ、ガラス基板用のエッチング液は、エッチング速度を上昇させるために、フッ化水素酸と共に、ガラスの組成に応じて、硝酸（ＨＮＯ３）および硫酸（Ｈ２ＳＯ４）などの様々な物質を含む。
【００２１】
ガラス基板１０がエッチングされているときに、金属薄膜２１がフッ化水素酸により損傷を受けるのを防ぐために、金属薄膜２１とガラス基板１０との間にバリア層２３が配置されることがある。バリア層２３は、ハフニウム（Ｈｆ）と共に、またはそれを含まずに、クロム（Ｃｒ）を含有することがある。いくつかの実施の形態によれば、Ｃｒは主成分であることがあり、Ｈｆの質量は、バリア層の総質量の６０％未満であることがある。フッ化水素酸に対する耐酸性を考えて、Ｈｆの量は、Ｃｒの量より少ないことがある。バリア層２３は、硝酸および硫酸により容易に損傷を受けるであろうし、その結果、金属薄膜２１は、エッチング液により損傷を受ける、または汚染されるであろう。いくつかの実施の形態によれば、バリア層２３は、ｉ）ＳｉＣ系またはテフロン（登録商標）系耐酸性膜を積層することにより、ｉｉ）耐酸性溶液を施すことにより、またはｉｉｉ）堆積により、形成することができる。いくつかの実施の形態によれば、バリア層２３は、０．００１μｍから５μｍに及ぶ厚さを有することがある。そのような実施の形態のいくつかにおいて、そのバリア層の厚さは、０．００１μｍから１μｍに及ぶことがある。
【００２２】
フッ化水素酸による損傷を防ぐために、数ナノメートルの範囲の精密なエッチングが必要である。しかしながら、そのようなレベルの精密さは、ウェットエッチングの特徴のために不可能である。加えて、ガラス基板１０の厚さの変動のために、部分的な過剰エッチングが生じる場合、金属薄膜２１は損傷を受ける。
【００２３】
その金属薄膜が損傷を受けるのを防ぐために、本開示は、ガラス基板１０上に形成された金属薄膜２１への損傷を最小にできる選択的エッチングを達成するための二工程を有するエッチング過程を提案する。詳しくは、第１のエッチング工程において、ガラス基板１０は、第１のエッチング液を使用して、ガラス基板１０の厚さ未満の深さまで第１のエッチングを受ける。例えば、そのエッチング深さは、エッチング速度（すなわち、単位時間当たりのエッチング深さ）にエッチングの経過時間を乗じることによって得てもよい。第２のエッチング工程において、第１のエッチングを受けた部分が、第２のエッチング液を使用して、第２のエッチングを受け、よって、層２０が下方に露出される。
【００２４】
第１のエッチング液は、ガラス基板１０のエッチング速度を上昇させるために、所定の混合比で、典型的なガラスエッチング液であるＨＦ溶液を、ＨＮＯ３またＨ２ＳＯ４などの化学物質と混合することによって、調製される。例えば、ＨＦ（２０％）、ＨＮＯ３、およびＨ２ＳＯ４の混合比は、質量で１：１：１であってよい。その化学物質は、ガラスの組成に応じて変わるであろう。その化学物質の添加により、純粋なＨＦと比べて、エッチング時間を５０％以上減少させることができる。その結果、ガラス基板１０は、その基板１０上に形成された金属薄膜２１に近い深さまで高速でエッチングすることができる。そのエッチングは、たとえば、数秒から数十秒に亘り行われることがある。いくつかの実施の形態において、エッチング温度は、典型的に、８０℃を超えない。
【００２５】
第２のエッチング液は、純粋なＨＦのみを使用して調製することができる。ＨＦは、ＣｒまたはＣｒ・Ｈｆとの反応性が低いために、金属薄膜２１への損傷を最小にしつつ、ガラス基板１０を選択的にエッチングすることができる。
【００２６】
いくつかの実施の形態によれば、第１のエッチング液は、５０質量％から１００質量％のフッ化水素酸、０質量％から５０質量％の硝酸、および０質量％から５０質量％の硫酸を含むことがあるのに対し、第２のエッチング液は、５０質量％から１００質量％のフッ化水素酸を含むことがある。
【００２７】
エッチングは、ウェットエッチングであることがある。各エッチング工程において、ガラス基板１０は、その組成と厚さ、およびエッチングすべきその形状と面積に応じて、様々な方法によってエッチングしてよい。ガラス基板１０は、スプレイエッチングによりエッチングしてもよい、または複数のガラス基板１０は、バッチ方式でエッチングしてもよい。
【００２８】
いくつかの実施の形態によれば、室温および標準圧条件において、第１のエッチング速度は、毎分１０μｍを超えないことがあり、第２のエッチング速度は、毎分０．１から１０μｍに及ぶことがある。
【００２９】
ガラス基板１０は、ソーダ石灰ガラスを含むことがある。あるいは、ガラス基板１０は、イオン交換によって強化できるガラス（化学強化過程に施される前のガラス）を含むことがある。例えば、ガラス基板１０は、Ｃｏｒｎｉｎｇ  Ｉｎｃｏｒｐｏｒａｔｅｄから入手できるＧｏｒｉｌｌａ（登録商標）ＧｌａｓｓまたはＥＸＧ（登録商標）Ｇｌａｓｓを使用して提供されてもよい。
【００３０】
いくつかの実施の形態において、本開示は、エッチング後に露出された層２０の露出区域２０ａの外接円の直径が１インチ（約２．５ｃｍ）以上であることがある場合に適用できる。そのような実施の形態のいくつかにおいて、その露出区域の外接円の直径は、３インチ（約７．５ｃｍ）以上であることがある。例えば、図６に示されているように、局所区域１０ａ（それゆえ、露出区域２０ａ）が長方形である場合、その露出区域の外接円の直径は、長方形の対角線の長さである。
【００３１】
いくつかの実施の形態によれば、ガラス基板１０上に金属薄膜２１を形成する前に、金属薄膜２１の形成を促進するシード層をガラス基板１０上に設け、次いで、そのシード層上に金属薄膜２１を設けてもよい。そのシード層は、導電性金属を含有することがある。
【００３２】
いくつかの実施の形態において、金属薄膜２１は、ｉ）Ｃｒ単層、ｉｉ）Ｃｒ・Ｈｆ合金単層、ｉｉｉ）Ｃｒ・Ａｇ多層またはＣｒ・Ｔｉ・Ｃｕ多層などであることがある。いくつかの実施の形態において、金属薄膜２１は、ナノメートルからマイクロメートルの範囲の厚さを有することがある。いくつかの実施の形態において、金属薄膜２１は、１０μｍを超えない厚さを有することがある。いくつかの実施の形態による金属薄膜２１は、１μｍから５μｍの厚さを有することがある。
【００３３】
金属薄膜２１は、エッチング工程の前にパターン形成された金属薄膜であっても、エッチング工程後に金属薄膜２１にパターン形成する工程を追加に設けてもよい。微細な貫通孔がパターン形成されている金属薄膜を、堆積のための微細パターン形成マスク、またはウォーター・フィルタなどとして使用してもよい。それに加え、金属薄膜は、電池セパレータとして使用するために、セラミックで被覆されてもよい。
【００３４】
図６は、第３の実施の形態による、ガラス支持体１０ｂに支持された金属薄膜２１を概略示している。
【００３５】
図６に示されるように、互いから隔てられた複数の局所区域１０ａが設けられることがある。この複数の局所区域１０ａは、行列（例えば、図６における３×４の行列）に配列されてもよい。しかしながら、本開示はそれに限定されず、様々な異なる配置が可能である。加えて、１つの局所区域１０ａの形状（およびそれゆえの露出区域２０ａの形状）は、長方形に限定されずに、様々な他の外形を有してもよい。
【００３６】
本開示の具体例の実施の形態の先の記載を図面に関して提示してきた。それらは、包括的である、または本開示をここに開示された正確な形態に限定することを意図しておらず、先の教示を踏まえて、多くの改変および変更が、当業者にとって明らかに可能であろう。
【００３７】
したがって、本開示の範囲は、先の実施の形態に限定されず、付随の特許請求の範囲およびその等価物により定義されることが意図されている。
【００３８】
以下、本発明の好ましい実施形態を項分け記載する。
【００３９】
実施形態１
ガラス上金属薄膜構造を製造する方法において、
その上面に層が形成されている、ガラス基板を調製する工程、および
前記ガラス基板の底部から該ガラス基板の局所区域をエッチングして、前記層を下方に露出し、それによって、該層の露出区域を形成する工程、
を有してなり、
前記層が金属薄膜を含み、
前記エッチングする工程が、
フッ化水素酸、および硝酸と硫酸の少なくとも一方を含有する第１のエッチング液を使用して、前記ガラス基板を、該ガラス基板の厚さ未満の深さまで第１のエッチングを行って、該ガラス基板の第１のエッチング部分を得る工程、および
硝酸または硫酸を含まず、フッ化水素酸を含有するエッチング液を使用して、前記ガラス基板の前記第１のエッチング部分に第２のエッチングを行い、よって前記層が下方に露出される工程、
を含み、それによって、前記金属薄膜が前記ガラス基板の残りの部分により支持される、方法。
【００４０】
実施形態２
前記ガラス基板がソーダ石灰ガラスから作られる、実施形態１に記載の方法。
【００４１】
実施形態３
前記ガラス基板が非アルカリガラスから作られる、実施形態１に記載の方法。
【００４２】
実施形態４
前記ガラス基板が、イオン交換によって強化できるガラスから作られる、実施形態１に記載の方法。
【００４３】
実施形態５
前記露出区域の外接円の直径が１インチ（約２．５ｃｍ）以上である、実施形態１に記載の方法。
【００４４】
実施形態６
前記露出区域の外接円の直径が３インチ（約７．５ｃｍ）以上である、実施形態５に記載の方法。
【００４５】
実施形態７
前記ガラス基板を調製する工程が、
前記ガラス基板上に、導電性金属を含むシード層を形成する工程、および
前記シード層上に前記金属薄膜を形成する工程、
を含む、実施形態１に記載の方法。
【００４６】
実施形態８
前記層が、前記金属薄膜と前記ガラス基板との間に配置されたバリア層をさらに含む、実施形態１に記載の方法。
【００４７】
実施形態９
前記バリア層が、ハフニウムと共に、またはハフニウムを含まずに、クロムを含有する、実施形態８に記載の方法。
【００４８】
実施形態１０
前記バリア層が、ｉ）ＳｉＣ系または「テフロン」系耐酸性膜を積層することにより、ｉｉ）耐酸性溶液を施すことにより、またはｉｉｉ）堆積により、形成される、実施形態８に記載の方法。
【００４９】
実施形態１１
前記バリア層が、０．００１μｍから５μｍに及ぶ厚さを有する、実施形態８に記載の方法。
【００５０】
実施形態１２
前記第１のエッチングが、最大で毎分１０μｍのエッチング速度で行われ、第２のエッチングが、毎分０．１から１０μｍに及ぶエッチング速度で行われる、実施形態１に記載の方法。
【００５１】
実施形態１３
前記第１のエッチング液が、５０質量％から１００質量％のフッ化水素酸、０質量％から５０質量％の硝酸、および０質量％から５０質量％の硫酸を含み、
前記第２のエッチング液が、５０質量％から１００質量％のフッ化水素酸を含む、実施形態１に記載の方法。
【００５２】
実施形態１４
前記エッチングがウェットエッチングである、実施形態１に記載の方法。
【００５３】
実施形態１５
前記金属薄膜が、ナノメートルからマイクロメートルの範囲の厚さを有する、実施形態１に記載の方法。
【００５４】
実施形態１６
前記金属薄膜の厚さが、１マイクロメートルから５マイクロメートルに及ぶ、実施形態１５に記載の方法。
【００５５】
実施形態１７
前記金属薄膜が、パターン形成された金属薄膜である、または
前記方法が、前記ガラス基板の局所区域をエッチングした後に前記金属薄膜にパターン形成する工程をさらに含む、実施形態１に記載の方法。
【００５６】
実施形態１８
前記ガラス基板が複数のガラス基板を含み、
該複数のガラス基板がバッチ方式でエッチングされる、実施形態１に記載の方法。
【００５７】
実施形態１９
前記局所区域が、互いから隔てられた複数の局所区域を含む、実施形態１に記載の方法。
【００５８】
実施形態２０
前記複数の局所区域が行列に配列されている、実施形態１９に記載の方法。
【００５９】
実施形態２１
前記金属薄膜が、Ｃｒ単層、Ｃｒ・Ｈｆ合金単層、Ｃｒ・Ａｇ多層、およびＣｒ・Ｔｉ・Ｃｕ多層からなる群より選択される少なくとも１つを含む、実施形態１に記載の方法。
【００６０】
実施形態２２
ガラス上金属薄膜構造において、
金属薄膜を含む層、および
中に局所孔が形成されたガラス支持体であって、前記層が前記ガラス支持体に支持され、前記局所孔が該層を下方に露出するように該層の底面に設けられたガラス支持体、
を備えたガラス上金属薄膜構造。
【符号の説明】
【００６１】
１０    ガラス基板
１０ａ    局所区域
１０ｂ    ガラス支持体
２０    層
２０ａ    露出区域
２１    金属薄膜
２３    バリア層
【図１】
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【図２】
2020514232.tif 000004
【図３】
2020514232.tif 000005
【図４】
2020514232.tif 000006
【図５】
2020514232.tif 000007
【図６】
2020514232.tif 000008
【国際調査報告】
2020514232.tif 000009
2020514232.tif 000010
2020514232.tif 000011
2020514232.tif 000012