JP2009194028A - エッチング方法 - Google Patents

Abstract

【課題】ウエットエッチングに近い金属を溶解するエッチング方法でありながら、微細なエッチングを正確且つ効率的に行うことができるエッチング方法を提供する。
【解決手段】基板の表面上の所定部位に、エッチング剤を内包するマイクロカプセルを配してパターニングを行った。マイクロカプセルの外殻体は、乳化重合により製造された高分子材料で構成されている。次に、基板の表面上にパターニングされたマイクロカプセルに熱又は圧力を加えると、マイクロカプセルが破壊してエッチング剤が放出され、基板の表面に接触する。すると、基板の表面の金層のうちマイクロカプセルが付着していた部分の金層が酸化溶解してエッチングされ、マイクロカプセルが付着していなかった部分に金からなる電極配線が形成された。
【選択図】なし

Description

本発明は金属のエッチング方法に関する。

金，銀を始めとする金属や、それらの合金は、半導体装置や液晶表示装置の電極配線材として幅広く使用されており、この金属電極配線の微細加工技術は、ドライエッチング法とウエットエッチング法の二つに大別される。
ドライエッチング法は、優れた微細加工が可能であるが、その反面、真空や特定の雰囲気中で行う必要があるため、設備に高額を要する。したがって、量産性もそれほど良いとは言えない。一方、ウエットエッチング法は、ドライエッチング法と比べて低コストであるとともに、エッチング廃液から貴金属の回収が容易にできることから、よく用いられている。

従来から使用されている金又は金合金用のエッチング液としては、例えば、ヨウ素とヨウ化物塩と水からなるヨードエッチング液、臭素と臭化物塩と水からなる臭素エッチング液、王水（硝酸と塩酸の混合液）等が知られている。これらのエッチング液の中でもヨードエッチング液は、金又は金合金と良く反応し、エッチング速度が速く、さらに取り扱い性も優れているため、よく用いられる。

また、フォトリソグラフィー技術により形成された半導体装置や液晶表示装置用の微細電極配線のパターンを精度良くエッチングするためにも、上記のようなエッチング液が用いられている。この際には、金又は金合金と合成樹脂であるフォトレジスト膜との双方に対する親和性を改善しエッチング精度を向上するため、表面張力を低下させる目的でアルコールや界面活性剤及びグリセリン等を併用することが知られている（特許文献３〜６を参照）。
特開平６−３４０９３２号公報 特開２００３−１０９９４９号公報 特公昭５１−２０９７６号公報 特開昭４９−１２３１３２号公報 特開昭６３−１７６４８３号公報 特開平６−３３３９１１号公報

近年、低抵抗値を有する金属として金，銀，及び両者の合金の使用が増大しており、例えば半導体駆動装置とその表示装置等を接合する金属電極配線なども、予め半導体基板上で作製する半導体装置に組み込まれた状態まで製造される。
この際、例えばＩＣドライバーは、シリコンウエハ上に下地金属層を介して金又は金合金からなるバンプ電極が形成された構造となっており、このうちバンプ電極に最も近い下地金属層の部分にはバンプ電極との密着性を高めるために金又は金合金の薄膜が使用されている。このような基板の垂直方向に長く延びた微細電極配線を、寸法精度よく形成することが必要となる。

従来のウエットエッチング技術では、例えば金の場合には、金の成形方法の違い（スパッタ法とめっき法）による結晶構造に由来すると考えられる本質的なエッチング速度の差異があるとともに（一般的にエッチング速度は、スパッタ金の方が遅い）、さらに金又は金合金柱隙間のエッチング速度はエッチング液の拡散が支配することとなることから、基板内でのエッチング速度に差異が生じる。

したがって、基板表面上の金又は金合金薄膜層は、金又は金合金柱よりもエッチング速度は見かけ上遅くなり、エッチング残渣として残り易くなる傾向にある。よって、その残渣を回避するために、必要以上のエッチング時間（オーバーエッチング）をもって処理することが必要となり、特にめっき法で形成された金又は金合金柱（バンプ電極）は、過剰にエッチングされることとなり、バンプ電極として所望の形状を維持できず、適切な精度をもって均一なエッチングが行われないという問題があった。

前述の通り、金属とフォトレジストのような合成樹脂とが混在する基板表面におけるウエットエッチングプロセスにおいては、フォトレジストは疎水性で水に濡れにくいため、その際に使用するエッチング液中にアルコール等を添加して接触角を小さくする等の技術的提案がなされるなど、様々な改良が従来より試みられている。しかしながら、メタノール，エタノール等のアルコール類は揮発性が高いため、エッチング処理時間に伴うアルコール類の蒸発によりエッチング液組成の変化が起こり、これに伴い目的とするエッチング速度が変化し、安定したエッチングが得られ難くなるという問題がある。

また、あらかじめフォトレジストを除去した同種金属を有する基板上の金属微細加工工程、具体的には半導体又は液晶用基板表面上が金又は金合金等の金属薄膜層と同種金属柱等の微細加工を必要とするウエットエッチング工程において、フォトレジスト等でマスクすることなしに、目的とする均一なエッチングを行うためにエッチング速度の制御を達成できるエッチング液の改良はなされておらず、満足のいく物は無かった。

これに加えて、前者のような通常のフォトマスクを用いたウエットエッチングと、後者のようなウエットエッチングプロセスとは、基板表面上の同種金属の微細加工をフォトマスクの存在なしに達成するという理由から全く別の技術であり、技術の適応が困難と考えられていた。
そこで、本発明は上記のような従来技術が有する問題点を解決し、ウエットエッチングに近い金属を溶解するエッチング方法でありながら、微細なエッチングを正確且つ効率的に行うことができるエッチング方法を提供することを課題とする。

前記課題を解決するため、本発明は次のような構成からなる。すなわち、本発明に係る請求項１のエッチング方法は、乳化重合により製造された高分子材料で構成されているとともにエッチング剤を内包するマイクロカプセルを金属製部材の表面上にパターニングした後に、前記マイクロカプセルを熱又は圧力により破壊し前記エッチング剤を接触させて、前記金属製部材の表面を溶解することを特徴とする。

また、本発明に係る請求項２のエッチング方法は、請求項１に記載のエッチング方法において、静電潜像が作像された作像部に、前記作像部とは逆の電荷に帯電させた前記マイクロカプセルを接触させて、前記作像部に前記マイクロカプセルを付着させた後に、前記作像部上の前記マイクロカプセルを前記金属製部材の表面に転写することにより、前記マイクロカプセルのパターニングを行うことを特徴とする。

さらに、本発明に係る請求項３のエッチング方法は、請求項１に記載のエッチング方法において、静電潜像が作像された前記金属製部材の表面に、前記金属製部材とは逆の電荷に帯電させた前記マイクロカプセルを接触させることにより、前記マイクロカプセルのパターニングを行うことを特徴とする。
さらに、本発明に係る請求項４のエッチング方法は、請求項１に記載のエッチング方法において、前記金属製部材の表面の所定部位に前記マイクロカプセルを吹き付けて付着させることにより、前記マイクロカプセルのパターニングを行うことを特徴とする。

本発明のエッチング方法によれば、微細なエッチングを正確且つ効率的に行うことができる。

本発明に係るエッチング方法の実施の形態を、以下に詳細に説明する。
まず、エッチングを施す金属製部材について説明する。金属製部材は、シリコンウエハに下地金属薄膜層としてチタンタングステン合金層をスパッタリングにより形成し、その上に金層をスパッタリングにより形成し、さらにその上にメッキ法により金柱（バンプ電極）を形成した基板である。

この基板の表面上の所定部位に、エッチング剤を内包するマイクロカプセルを配してパターニングを行った。マイクロカプセルの外殻体は、乳化重合により製造された高分子材料で構成されている。乳化重合によれば、ミクロンオーダーのマイクロカプセルの製造が容易である、数種類の成分を組み合わせたマイクロカプセルを製造しやすい、包物を変えるなどの応用が可能、高分子の分子量を制御して低融点のマイクロカプセルを製造することができるなどのメリットがある。このような高分子材料としては、例えばポリエチレン，ポリスチレンがあげられる。

また、エッチング剤の種類は、金を酸化溶解してエッチングできるものであれば特に限定されるものではないが、例えばシアン系エッチング剤，王水系エッチング剤，ヨウ素系エッチング剤があげられる。このエッチング剤は液体状であってもよいし、固体状であってもよい。液体状であれば、マイクロカプセルの破壊と同時にエッチングが進行し、固体状であれば、熱等によりエッチング剤を液体状にするとエッチングが進行する。

マイクロカプセルをパターニングする方法は特に限定されるものではないが、下記の３つの方法のうちいずれかが好ましい。
まず、第一の方法について説明する。この方法は、複写機において使用されている方法と同様のものである。円筒回転体等からなる作像部を帯電させ、作像部の表面（円筒回転体の場合は円筒面）に所望の静電潜像を作像する。静電潜像を作像する方法は特に限定されるものではなく、レーザー露光方式，反射光方式等の一般的な方法が採用可能である。また、この場合の静電潜像は、実際のエッチングパターンの鏡像である。

次に、静電潜像が作像された作像部に、作像部とは逆の電荷に帯電させたマイクロカプセルを接触させ、作像部の表面の帯電している部分にマイクロカプセルを付着させる。そして、作像部の表面に基板の表面を接触させて、作像部上のマイクロカプセルを基板の表面に転写することにより、パターニングを行う。
第二の方法は、前述の第一の方法において静電潜像の作像を基板に直接行ってパターニングするというものである。すなわち、基板を帯電させ、基板の表面に所望の静電潜像を作像し、そこに基板とは逆の電荷に帯電させたマイクロカプセルを接触させ、基板の表面の帯電している部分にマイクロカプセルを付着させる。なお、この場合の静電潜像は、実際のエッチングパターンと同一の像であって鏡像ではない。

第三の方法は、インクジェットプリンター等において使用されている方法と同様のものである。すなわち、基板の表面の所定部位にマイクロカプセルを吹き付けて付着させ、パターニングを行うというものである。マイクロカプセルのみを吹き付けても基板の表面に付着しにくいので、粘性と速乾性とを有する液体にマイクロカプセルを分散させたものをインクジェット法により基板の表面に吹き付けることが好ましい。そうすれば、マイクロカプセルを所望の部位に確実に付着させることができる。

次に、基板の表面上にパターニングされたマイクロカプセルに熱又は圧力を加えると、マイクロカプセルが破壊してエッチング剤が放出され、基板の表面に接触する。すると、基板の表面の金層のうちマイクロカプセルが付着していた部分の金層が酸化溶解してエッチングされ、マイクロカプセルが付着していなかった部分に金からなる電極配線が形成される。その後、洗浄によりマイクロカプセル及びエッチング剤を取り除き、さらに乾燥を行って、電極配線が形成された基板を得る。

このようなエッチング方法は、エッチング剤を内包するマイクロカプセルを用いているため、ほぼ必要最小量のエッチング剤しか必要とせず、効率的である。また、マイクロカプセルに熱又は圧力を加えることによってエッチングを行うことから、エッチング液に浸漬する一般的なエッチング方法と比べて、エッチングむらやエッチング液による汚染が少なく、微細なエッチングを正確に行うことが可能である。さらに、エッチングに要する時間も短時間で済むという利点がある。さらに、前述のような３つの方法でマイクロカプセルのパターニングを行えば、パターニングを精密に行うことができるので、微細なエッチングを正確に行うことが可能である。

このようなエッチング方法により半導体や基板を製造することができるので、本発明のエッチング方法は、半導体装置，液晶表示装置，ＩＣカード等の製造工程に好適に採用可能である。
なお、本実施形態は本発明の一例を示したものであって、本発明は本実施形態に限定されるものではない。例えば、本実施形態においては、エッチングが施されて金属電極配線を構成する金属として金を例示して説明したが、金属電極配線を構成する金属は金に限定されるものではなく、銀でもよいし、金と銀との合金でもよいし、他種の金属や合金でもよい。また、エッチング剤の種類は、金属電極配線を構成する金属の種類に応じて好適なものを選択すればよい。

〔実施例〕
以下に実施例を示して、本発明をさらに具体的に説明する。前述と同様の基板、すなわち、シリコンウエハに下地金属薄膜層としてチタンタングステン合金層をスパッタリングにより形成し、その上に金層をスパッタリングにより形成し、さらにその上にメッキ法により金柱（バンプ電極）を形成したものを用意して、本発明のエッチング方法（実施例）又は従来の汎用的なエッチング方法（比較例）により電極配線を形成した。

用いた基板の形状は、幅１５ｍｍ，長さ５０ｍｍの矩形である。また、実施例のエッチング方法は、液体状のエッチング剤を内包するマイクロカプセルを、前述の第１の方法で基板にパターニングし、７０℃の熱を加えてマイクロカプセルを破壊して基板をエッチングするという方法である。なお、マイクロカプセルの外殻体は、乳化重合により製造されたスチレン樹脂で構成されており、マイクロカプセルに内包されているエッチング剤はヨードエッチング液である。

比較例のエッチング方法は、フォトファブリケーションによりパターニングした基板を、エッチング液に浸漬するという方法である。エッチング液の種類は、実施例のエッチング方法において用いたエッチング剤と同一である。
上記２つの方法により基板のエッチングを行い、エッチング性能を比較した。結果を表１に示す。なお、表１に記載した各種エッチング性能の数値は、比較例のエッチング方法のエッチング性能を１とした場合の相対値で示してある。

表１から分かるように、実施例のエッチング方法は、比較例のエッチング方法に比べて、エッチング速度が速く、エッチングに要する時間が短かった。また、エッチングに必要なエッチング剤の量が少量であった。さらに、エッチングの後の洗浄に要する洗浄液の量が、少量であった。

Claims (4)

1. 乳化重合により製造された高分子材料で構成されているとともにエッチング剤を内包するマイクロカプセルを金属製部材の表面上にパターニングした後に、前記マイクロカプセルを熱又は圧力により破壊し前記エッチング剤を接触させて、前記金属製部材の表面を溶解することを特徴とするエッチング方法。
2. 静電潜像が作像された作像部に、前記作像部とは逆の電荷に帯電させた前記マイクロカプセルを接触させて、前記作像部に前記マイクロカプセルを付着させた後に、前記作像部上の前記マイクロカプセルを前記金属製部材の表面に転写することにより、前記マイクロカプセルのパターニングを行うことを特徴とする請求項１に記載のエッチング方法。
3. 静電潜像が作像された前記金属製部材の表面に、前記金属製部材とは逆の電荷に帯電させた前記マイクロカプセルを接触させることにより、前記マイクロカプセルのパターニングを行うことを特徴とする請求項１に記載のエッチング方法。
4. 前記金属製部材の表面の所定部位に前記マイクロカプセルを吹き付けて付着させることにより、前記マイクロカプセルのパターニングを行うことを特徴とする請求項１に記載のエッチング方法。