JP2011233812A

JP2011233812A - 表面加工装置

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Publication number: JP2011233812A
Application number: JP2010104905A
Authority: JP
Inventors: Hiroaki Yuki; 広昭結城
Original assignee: Seiko Epson Corp
Current assignee: Seiko Epson Corp
Priority date: 2010-04-30
Filing date: 2010-04-30
Publication date: 2011-11-17
Anticipated expiration: 2030-04-30
Also published as: JP5617331B2

Abstract

【課題】被処理物に対して所望のエッチング処理を行うことができる表面加工装置を提供すること。
【解決手段】表面加工装置１は、被処理物１０を支持する支持台２１と、支持台２１に支持された被処理物１０の被処理面１０１の各部の温度を独立して制御する温度制御手段９と、支持台２１に対して移動可能に設けられ、支持台２１に支持された被処理物１０の被処理面１０１に対してエッチング液を送出する送出口４ａおよび送出口４ａから送出されたエッチング液を吸引する吸引口４ｂを有するノズル４とを有している。温度制御手段９は、被処理面１０１の各部を、エッチング液が供給される前は所定温度に保ち、エッチング液が供給され吸引口４ｂから吸引された後に所定温度よりも低い温度に冷却するよう構成されている。
【選択図】図１

Description

本発明は、表面加工装置に関する。

従来から、被処理物（ガラス、水晶、シリコンウエハ等）の表面を加工する方法の１つとして、被処理物の被処理面にノズルから送出するエッチング液を局所的に供給し、ノズルと被処理物とを相対的に移動させることにより、被処理物の被処理面の全域に対してエッチング処理を行う、いわゆるローカルウエットエッチングが知られている（例えば、特許文献１）。

特許文献１に記載の表面加工装置は、１列に並んだ複数のノズルを備えるノズル集合体を有しており、このノズル集合体は、被処理物の被処理面に沿って、複数のノズルの配列方向に直交する方向に移動可能となっている。また、各ノズルにはヒーターが設置されており、各ノズルから送出するエッチング液の温度を制御できる。また特許文献１の表面加工装置は、被処理物の被処理面の温度を一定に保つための被加工物温度コントローラを有している。このような装置では、被加工物温度コントローラによって被加工物の被処理面の温度を一定に保ちつつ、所定温度に制御されたエッチング液を各ノズルから送出することにより、被処理物に対して所定のエッチング処理を施すように構成されている。

しかしながら、このような装置では、次のような問題が生じる。すなわち、特許文献１の表面加工装置では、送出口から送出され被処理面に供給されたエッチング液を吸引口から吸引するように構成されてはいるが、ノズルの形状（断面形状）によっては、被処理面に供給されたエッチング液を完全に吸引することは困難である。このように、エッチング液が被処理面から除去されずに、被処理面に微量残留してしまうと、当該エッチング液によって被処理面に対して不本意なエッチング処理が行われてしまい、被処理物に対して所望のエッチング処理を行うことができないという問題が生じる。

特開２００７−２００９５４号公報

本発明の目的は、被処理物に対して所望のエッチング処理を行うことができる表面加工装置を提供することにある。

本発明は、上述の課題の少なくとも一部を解決するためになされたものであり、以下の形態又は適用例として実現することが可能である。
［適用例１］
本発明の表面加工装置は、被処理物の被処理面にエッチング液を供給することにより前記被処理面を加工する表面加工装置であって、
前記被処理物を支持する支持台と、
前記支持台に支持された前記被処理物の前記被処理面の各部位の温度を独立して制御する温度制御手段と、
前記支持台に対して移動可能に設けられ、前記支持台に支持された前記被処理物の前記被処理面に対して前記エッチング液を送出する送出口および前記送出口から送出された前記エッチング液を吸引する吸引口を有するノズルとを有し、
前記温度制御手段は、前記被処理面の前記各部位を、前記エッチング液が供給される前は所定温度に保ち、前記エッチング液が供給され前記吸引口から吸引された後に前記所定温度よりも低い温度に冷却するよう構成されていることを特徴とする。
これにより、被処理物に対して所望のエッチング処理を行うことができる表面加工装置を提供することができる。

［適用例２］
本発明の表面加工装置では、前記温度制御手段は、前記被処理面の前記エッチング液が供給される前の領域内を等しい温度に維持するよう構成されていることが好ましい。
これにより、被処理物に対して高精度なエッチング処理を行うことができる。
［適用例３］
本発明の表面加工装置では、前記温度制御手段は、前記被処理面の前記エッチング液が供給される前の領域内を３０°以上８０°以下の一定温度とすることが好ましい。
これにより、エッチング液を被処理面の各部位に正確に供給することができるとともに、被処理面の各部位を比較的高いエッチングレートにてエッチング処理することができる。そのため、被処理物に対して、迅速かつ高精度なエッチング処理を施すことができる。

［適用例４］
本発明の表面加工装置では、前記温度制御手段は、前記被処理面の前記エッチング液が供給される前の領域内を前記エッチング液の温度と等しい温度とすることが好ましい。
これにより、被処理面とエッチング液の温度差を実質的に０（ゼロ）とすることができるため、エッチング液が供給されることによって被処理面の表面温度が変化するのを確実に防止することができる。そのため、所定のエッチングレートで被処理面をエッチングすることができ、被処理物に対してより高精度なエッチング処理を施すことができる。

［適用例５］
本発明の表面加工装置では、前記温度制御手段は、前記被処理面の前記エッチング液が供給され前記吸引口から吸引された領域内を２５°以下に冷却することが好ましい。
これにより、被処理面に対するエッチング液のエッチングレートを実質的に０（ゼロ）とすることができるため、所望のエッチング処理が施された部位が、その部位に残存するエッチング液によって、さらにエッチング処理されてしまうのを確実に防止することができる。

［適用例６］
本発明の表面加工装置では、前記温度制御手段は、前記支持台に設けられた複数の加熱・冷却素子を有していることが好ましい。
これにより、支持台に固定された被処理物の被処理面を迅速かつ効率的に加熱または冷却することができる。

［適用例７］
本発明の表面加工装置では、前記複数の加熱・冷却素子は、前記被処理面に対する前記ノズルの移動方向に沿って並んで設けられていることが好ましい。
これにより、被処理面のエッチングが終了した部位を順次、その部位に対応する加熱・冷却素子によって冷却することができる。そのため、被処理面のエッチングが終了した部位を速やかに冷却することができ、被処理面から除去されずに残存したエッチング液による不本意なエッチングをより効果的に防止することができる。

［適用例８］
本発明の表面加工装置では、１つの前記加熱・冷却素子によって温調される前記被処理面の各部位の前記ノズルの移動方向に直交する方向における長さは、所定時刻に前記被処理面に供給された前記エッチング液の前記ノズルの移動方向に直交する方向における長さと等しいかまたはそれよりも短いことが好ましい。
これにより、被処理面のエッチングが終了した部位のみを、より確実に、エッチング終了後速やかに冷却することができる。そのため、被処理面から除去されずに残存したエッチング液による不本意なエッチングをさらに効果的に防止することができる。

［適用例９］
本発明の表面加工装置では、前記複数の加熱・冷却素子は、それぞれ、ペルチェ素子であることが好ましい。
１つの素子で、被処理物の被処理面の加熱、冷却を共に行うことができるので、温度制御手段の構成が簡単となる。また、電流の印加に対する応答性にも優れており、より迅速かつ正確に被処理面を所定温度とすることができる。

本発明の表面加工装置の第１実施形態の概略構成を示す図である。図１に示す表面加工装置が有する温度制御部の構成を示す図である。図１に示す表面加工装置が有する制御部のブロック図である。図１に示す表面加工装置が有するノズルの移動を説明する平面図である。図１に示す表面加工装置が有する温度制御装置の概略構成を示す図である。図５に示す温度制御装置が有する複数のペルチェ素子とノズルの移動ルートとの関係を示す平面図である。ワークの被処理面を示す平面図である。本願発明の第２実施形態にかかる表面加工装置が備える温度制御装置の概略構成を示す断面図である。被処理物の温度分布の一例を示す平面図である。本願発明の第３実施形態にかかる表面加工装置が備えるノズルの平面図である。図１０に示すノズルの変形例を示す平面図である。ペルチェ素子の配列を示す平面図である。

以下、本発明の表面加工装置を添付図面に示す実施形態に基づいて詳細に説明する。
＜第１実施形態＞
図１は、本発明の表面加工装置の第１実施形態の概略構成を示す図、図２は、図１に示す表面加工装置が有する温度制御部の構成を示す図、図３は、図１に示す表面加工装置が有する制御部のブロック図、図４は、図１に示す表面加工装置が有するノズルの移動を説明する平面図、図５は、図１に示す表面加工装置が有する温度制御装置の概略構成を示す図、図６は、図５に示す温度制御装置が有する複数のペルチェ素子とノズルの移動ルートとの関係を示す平面図、図７は、ワークの被処理面を示す平面図である。なお、以下の説明では、図１中の上側を「上」、下側を「下」と言う。

図１に示す表面加工装置１は、ローカルウエットエッチングにより、ワーク（被処理物）１０に対して所望のエッチング処理を行う装置である。
エッチング処理が施されるワーク１０の構成材料は、特に限定されず、例えば、石英ガラス、無アルカリガラス等の各種ガラス、水晶等の結晶性材料、アルミナ、シリカ、チタニア等の各種セラミックス、シリコン、ガリウム−ヒ素等の各種半導体材料、ダイヤモンド、黒鉛等の炭素系材料、ポリエチレン、ポリスチレン、ポリカーボネート、ポリエチレンテレフタレート、液晶ポリマー、フェノール樹脂、アクリル樹脂等各種プラスチック（樹脂材料）のような誘電体材料で構成されたもの、その他、例えば、アルミニウム、銅、鉄系金属のような各種金属材料が挙げられる。
また、ワーク１０の形状は、特に限定されず、例えば、板状、ブロック状等であってもよい。また、ワーク１０の平面視形状も特に限定されず、例えば、正方形、長方形、円形等であってもよい。なお、以下では、説明の便宜上、ワーク１０として、平面視形状が矩形の板状のものについて代表して説明する。

図１に示すように、表面加工装置１は、ワーク１０を支持する支持装置２と、ワーク１０の被処理面１０１にエッチング液を供給するエッチング液供給装置３と、ワーク１０の被処理面１０１の温度を制御する温度制御装置（温度制御手段）９とを有している。このような表面加工装置１は、支持装置２に支持されたワーク１０の被処理面１０１の温度を温度制御装置９によって制御しつつ、エッチング液供給装置３によって被処理面１０１にエッチング液を供給することにより、ワーク１０（被処理面１０１）に対して所望のエッチング処理を行うように構成されている。

以下、支持装置２、エッチング液供給装置３および温度制御装置９について、順次詳細に説明する。
［支持装置］
図１に示すように、支持装置２は、チャッキングプレート（支持台）２１と、固定手段２２とを有している。

（チャッキングプレート）
チャッキングプレート２１は、ワーク１０を支持する機能を有する。このような機能を有するチャッキングプレート２１は、本実施形態では、板状をなしている。ただし、チャッキングプレート２１の形状は、ワーク１０を支持することができれば、特に限定されず、板状でなくてもよい。

チャッキングプレート２１の下面は、ワーク１０を支持するチャッキング面２１１を構成する。チャッキング面２１１は、例えば平坦面で構成されている。これにより、ワーク１０をチャッキング面２１１に支持したとき、ワーク１０がチャッキング面２１１の形状に倣って変形するのを防止することができる。また、ワーク１０をチャッキング面２１１に支持したときに、チャッキング面２１１とワーク１０との間に隙間が形成され難いため、エアチャッキングを用いる固定手段２２によって、確実かつ簡単に、ワーク１０をチャッキング面２１１に固定することができる。
このようなチャッキングプレート２１には、複数のペルチェ素子９１が設けられている。これら複数のペルチェ素子９１は、温度制御装置９の構成要素であるため、後述する温度制御装置９の説明中にて詳しく述べる。

（固定手段）
固定手段２２は、チャッキング面２１１にワーク１０を固定する機能を有する。ワーク１０をチャッキング面２１１に固定することにより、チャッキングプレート２１に対するワーク１０の姿勢および位置をエッチング処理中一定に保つことができるため、ワーク１０に対して所望のエッチング処理を行うことができる。特に、本実施形態のような表面加工装置１では、ワーク１０をチャッキングプレート２１に吊り下げるように支持するため、固定手段２２により、ワーク１０のチャッキングプレート２１からの落下を防止することができる。

図１に示すように、固定手段２２は、チャッキングプレート２１に形成され、チャッキング面２１１に開放する複数の吸気孔２２１と、各吸気孔２２１に接続された吸引ポンプ２２２とを有している。各吸気孔２２１の開口は、ワーク１０をチャッキング面２１１に支持した状態にて、ワーク１０によって塞がれる。このような固定手段２２は、チャッキング面２１１にワーク１０を支持した状態にて、吸引ポンプ２２２を作動し、各吸気孔２２１内を減圧することにより、ワーク１０をチャッキング面２１１に吸着固定する。このような構成の固定手段２２によれば、簡単に、ワーク１０をチャッキング面２１１に固定することができる。また、吸気孔２２１内を常圧に復帰させるだけで、ワーク１０をチャッキング面２１１から簡単に取り外すことができる。

［エッチング液供給装置］
エッチング液供給装置３は、チャッキングプレート２１に固定されたワーク１０の被処理面１０１にエッチング液を供給する機能を有する。図１に示すように、エッチング液供給装置３は、ワーク１０の被処理面１０１に沿って移動可能に設けられたノズル４と、ノズル４の駆動を制御する制御部６と、エッチング液をノズル４から送出し、回収するエッチング液循環装置７とを有している。

（ノズル）
図１に示すように、ノズル４は、チャッキングプレート２１に固定されたワーク１０（被処理面１０１）の下方に位置するように設けられている。また、ノズル４は、外管４１と、外管４１の内側に設けられた内管４２とを有している。なお、外管４１および内管４２の横断面形状は、特に限定されず、例えば、三角形、正方形、円形等とすることができる。本実施形態では、外管４１および内管４２の横断面形状は円形である。

このようなノズル４では、エッチング液が内管４２を通ってノズル４の上端から送出され、内管４２と外管４１の間の隙間４３を通って吸引（回収）される。すなわち、ノズル４では、内管４２の上部開口がエッチング液の送出口４ａを構成し、隙間４３の上部開口がエッチング液の吸引口４ｂを構成する。なお、ノズル４の構成としては、エッチング液を送出し吸引することができれば、特に限定されず、例えば本実施形態とは逆に、エッチング液が、内管４２と外管４１の間の隙間４３を通って送出され、内管４２を通って回収される構成であってもよい。また、１つの柱状部材に２つの貫通孔が形成されており、このうちの一方の貫通孔からエッチング液を送出し、他方の貫通孔からエッチング液を吸引するような構成であってもよい。

（エッチング液循環装置）
エッチング液循環装置７は、エッチング液をノズル４の送出口４ａから送出する送出管７１と、エッチング液をノズル４の吸引口４ｂから回収する回収管７２と、エッチング液を貯留する貯留タンク７３と、貯留タンク７３から送出管７１へエッチング液を送出する送液ポンプ７４と、送出管７１へ送出するエッチング液の流量を調節する流量調節バルブ７５および流量計７６と、ワーク１０の被処理面１０１に付着したエッチング液（エッチング処理の用に供されたエッチング液）を吸引して回収するための吸引ポンプ７７と、ノズル４から送出するエッチング液の温度を調節する温度制御部７８とを有している。

これら各装置は、貯留タンク７３、送液ポンプ７４、流量調節バルブ７５、流量計７６、送出管７１、回収管７２の順に接続され、回収管７２と貯留タンク７３が接続されることにより、循環経路７９が形成されている。吸引ポンプ７７は、貯留タンク７３内を減圧することにより、吸引口４ｂからエッチング液を吸引する。なお、送出管７１および回収管７２には、ノズル４の移動に追従可能なように可撓性があるものを用いるのが好ましい。また、エッチング液が接触する部分は全て、エッチング液により腐食することのない材料で構成されている。

循環経路７９を循環するエッチング液は、ワーク１０の構成材料に応じて選択すればよい。例えば、ワーク１０がガラス材、石英、水晶等、ＳｉＯ_２を材料として含むものである場合には、エッチング液にはフッ化水素酸又はフッ化水素酸とフッ化アンモニウムの混合溶液を用いることが望ましい。また、ワーク１０がＳｉ半導体ウエハ等、Ｓｉを材料として含むものである場合には、エッチング液にはフッ化水素酸と硝酸の混合溶液又はフッ化水素酸と硝酸と酢酸の混合溶液、又は水酸化カリウムを用いることが望ましい。

また、このようなエッチング液に、エッチングレートを高めると共に空間波長の短い粗さ成分を除去する目的で研磨剤を含有させてもよい。研磨剤には、例えばアルミナ（Ａｌ_２Ｏ_３）、ジルコニア（ＺｒＯ_２）、炭化珪素（ＳｉＣ）、ホウ化炭素（Ｂ_４Ｃ）、ダイヤモンド、三酸化二クロム（Ｃｒ_２Ｏ_３）、二酸化セリウム（ＣｅＯ_２）、二酸化チタン（ＴｉＯ_２）、二酸化珪素（ＳｉＯ_２）、酸化マグネシウム（ＭｇＯ）、窒化硼素（ＢＮ）から成る微粒子や、これら微粒子のうちの２種以上の混合物を用いることができる。また、白金（Ｐｔ）の微粒子は、エッチング液に浸食されないという点で、研磨剤として好適に用いることができる。

温度制御部７８は、貯留タンク７３内のエッチング液を所定温度に維持する機能を有している。これにより、送出口４ａから送出されるエッチング液を所定温度に維持することができる。ここで、ワーク１０に対するエッチングレート（単位時間当たりのエッチング深さ）は、エッチング液の温度によって変化し、一般にエッチング液の温度の上昇に伴って、エッチングレートが高くなる。そのため、温度制御部７８を設けて、送出口４ａから送出されるエッチング液の温度を所望の温度に維持することにより、ワーク１０の被処理面１０１の全域を所望のエッチングレートでエッチング処理することができ、ワーク１０に対してより高精度なエッチング処理を施すことができる。

このような温度制御部７８の構成としては、特に限定されないが、例えば図２に示すような構成を用いることができる。図２に示す構成では、温度制御部７８は、貯留タンク７３内に設けられ、貯留タンク７３内のエッチング液の温度を検知する温度検知素子７８１と、貯留タンク７３内に設けられ、貯留タンク７３内のエッチング液を加熱するヒーター７８２と、温度検知素子７８１の検知結果に基づいてヒーター７８２の駆動（ＯＮ／ＯＦＦ、出力値）を制御する駆動制御部７８３とを有している。このような構成によれば、温度制御部７８の構成を簡単なものとすることができるとともに、より確実に貯留タンク７３内のエッチング液を所定温度とすることができる。なお、温度制御部７８は、さらに貯留タンク７３内のエチング液を冷却する冷却手段を有していてもよい。ヒーター７８２と冷却手段とを組み合わせることにより、貯留タンク７３内のエッチング液をより正確に所定温度に維持することができる。
温度検知素子７８１としては、貯留タンク７３内のエッチング液の温度を検知することができれば特に限定されず、例えば、白金測温抵抗体やサーミスタのような接触式の温度センサーや、放射温度計（サーモパイル）のような非接触式の温度センサーを用いることができる。

また、ヒーター７８２としては、貯留タンク７３内のエッチング液を加熱することができれば特に限定されず、例えば、ニクロム線等の線状発熱体を用いてもよいし、シリコンラバーヒーター等の面状発熱体を用いてもよい。また、ヒーター７８２の配置は、貯留タンク７３内のエッチング液を加熱することができれば特に限定されず、貯留タンク７３の外周付近に設置されていてもよい。

なお、本実施形態の温度制御部７８は、貯留タンク７３内のエッチング液を所定温度とする構成であるが、送出口４ａから送出されるエッチング液の温度を所定温度に維持することができれば、これに限定されない。例えば、温度制御部７８は、送出管７１の途中に設けられ、送出管７１内を流れるエッチング液の温度を制御してもよいし、回収管７２の途中に設けられ、回収管７２内を流れるエッチング液の温度制御してもよい。

（制御部）
図３に示すように、制御部６は、ノズル４を平面内（被処理面１０１上）で移動させるノズル移動装置６１と、加工前および目標とする加工後のワーク１０の表面のプロファイルを記憶する記憶部６２と、これら２つのプロファイルおよびエッチング液の単位時間当たりのエッチング量（エッチング深さ）から、ノズル４の移動速度を算出する演算部６３と、その演算結果に基づきノズル４の移動速度を制御するとともにノズル４とワーク１０の離間距離を一定に保つようにノズル移動装置６１を制御する移動制御部６４とを有している。

ノズル移動装置６１によるノズル４の移動ルートは、特に限定されず、例えば図４（ａ）に示すように、図４中横方向に往復しながら図４中縦方向に移動するルートとしてもよいし、図４（ｂ）に示すように、被処理面１０１の外周から内側に向けた渦巻状のルートとしてもよい。なお、以下では、説明の便宜上、図４（ａ）に示す移動ルートでノズル４を移動させる場合について、代表して説明する。

［温度制御装置］
温度制御装置９は、チャッキングプレート２１に固定されたワーク１０の被処理面１０１の温度を制御（調節）する機能を有している。図５（ａ）、（ｂ）に示すように、温度制御装置９は、複数のペルチェ素子（加熱・冷却素子）９１および各ペルチェ素子９１の駆動を独立して制御する駆動制御部９２を有している。

複数のペルチェ素子９１は、チャッキングプレート２１に嵌めこまれるようにして設けられている。このように、複数のペルチェ素子９１をチャッキングプレート２１に配置することにより、チャッキングプレート２１に固定されたワーク１０の被処理面１０１を迅速かつ効率的に加熱または冷却することができる。また、複数のペルチェ素子９１は、チャッキングプレート２１の平面視にて、マトリックス状に配置されている。また、複数のペルチェ素子９１は、これらの集合体がチャッキングプレート２１に固定されたワーク１０の被処理面１０１の全域を含むように配置されている。

各ペルチェ素子９１のワーク１０と対向する面９１１は、ペルチェ素子９１に印加される電流の向き（極性）によって、吸熱面または発熱面として機能する。このようなペルチェ素子９１によれば、１つの素子で、ワーク１０の被処理面１０１の加熱、冷却を共に行うことができるので、温度制御装置９の構成が簡単となる。また、電流の印加に対する応答性にも優れており、より迅速かつ正確に被処理面１０１を所定温度とすることができる。

駆動制御部９２は、各ペルチェ素子９１に対して印加する電流の大きさおよび向き（極性）を独立して制御することができる。これにより、被処理面１０１の各部位（１つのペルチェ素子９１に対応する領域）の温度を独立して制御することができる。その結果、被処理面１０１の全域を所定温度に均一に保ったり、所定部位を他の部位よりも低い温度としたり、被処理面１０１の温度および温度勾配（温度分布）を自由に制御することができる。なお、駆動制御部９２は、後述するように、演算部６３によって算出されたデータに基づいて、各ペルチェ素子９１の駆動を制御する。

このような温度制御装置９は、被処理面１０１の各部位（１つのペルチェ素子９１によって加熱、冷却される部位）について、次のような温度制御を行う。すなわち、温度制御装置９は、被処理面１０１の各部位を、ノズル４が通過する前（ノズル４からエッチング液が供給される前）は、対応するペルチェ素子９１によって加熱することにより所定温度に保ち、ノズル４が通過した後（ノズル４からエッチング液が供給され、供給されたエッチング液がノズル４から吸引された後）は、ペルチェ素子９１によって冷却するように制御する。

このような制御を行う温度制御装置９を有することにより、ワーク１０に対するエッチング処理の高精度化を図ることができる。具体的には、エッチング液のワーク１０に対するエッチングレートは、被処理面１０１の温度によって異なり、一般的に被処理面１０１の温度が高くなるに連れてエッチングレートが高くなる。そのため、表面加工装置１では、温度制御装置９によってエッチング処理前の被処理面１０１の温度を一定（被処理面１０１の全域を等しい温度）とすることにより、被処理面１０１の全域を等しいエッチングレートでエッチング処理できるように構成されている。

また、表面加工装置１では、被処理面１０１に供給されエッチングの用に供されたエッチング液をノズル４が吸引する構成になっているが、ノズル４の形状によっては、このエッチング液の吸引が完全でない場合がある。すなわち、被処理面１０１からエッチング液を吸引しきれず、被処理面１０１上にエッチング液が微量残留してしまう場合がある。このような場合には、微量残留したエッチング液によって、このエッチング液と接触する部位が不本意にエッチングされてしまう。ここで、エッチング液のワーク１０に対するエッチングレートが被処理面１０１の温度に依存し、被処理面１０１の温度が高くなるにつれてエッチングレートが高くなることを前述したが、言い換えれば、被処理面１０１の温度を低ければエッチングレートが下がり、実質的にエッチングが停止する。そのため、表面加工装置１では、温度制御装置９によって、被処理面１０１のエッチング処理が終了した部位を順次冷却することにより、エッチングが終了した部位がその部位に残存したエッチング液により不本意にエッチング処理されないように構成されている。

このように、表面加工装置１によれば、温度制御装置９によって、被処理面１０１の全域でエッチングレートを均一にすることができるとともに、エッチング処理後の不本意なエッチングを防止することができるため、ワーク１０に対して所望のエッチング処理を高精度に行うことができる。
特に、本実施形態では、ペルチェ素子９１がチャッキングプレート２１にマトリックス状に配置されているため、図６に示すように、複数のペルチェ素子９１が移動ルートＲに沿って並ぶこととなる。これにより、被処理面１０１のエッチングが終了した部位を順次、その部位に対応するペルチェ素子９１によって冷却することができる。そのため、被処理面１０１のエッチングが終了した部位を速やかに冷却することができ、被処理面１０１から除去されずに残存したエッチング液による不本意なエッチングをより効果的に防止することができる。

ここで、図７に示すように、被処理面１０１の平面視にて、各ペルチェ素子９１のノズル４の移動方向に直交する方向における長さ、すなわち、１つのペルチェ素子９１によって加熱冷却される被処理面１０１の各部位のノズル４の移動方向に直交する方向における長さＬ１は、特に限定されないが、所定時刻に被処理面１０１に供給されたエッチング液のノズル４の移動方向に直交する方向における長さＬ２と等しいかまたは小さいことが好ましく、等しいことがより好ましい。これにより、被処理面１０１のエッチングが終了した部位のみを、より確実に、エッチング終了後速やかに冷却することができる。そのため、被処理面１０１から除去されずに微量残留したエッチング液による不本意なエッチングをさらに効果的に防止することができる。

なお、Ｌ１がＬ２と等しい場合には、図７に示すように、ノズル４の移動方向に直交する方向において、所定時刻に被処理面１０１に供給されるエッチング液の両端が、ペルチェ素子９１の両端と一致するように、ノズル４を移動させるのが好ましい。これにより、前述した効果がより顕著なものとなる。
また、各ペルチェ素子９１のノズル４の移動方向における長さは、特に限定されないが、短いほど好ましい。具体的には、所定時刻に被処理面１０１に供給されたエッチング液のノズル４の移動方向における長さと等しいかそれ以下であるのが好ましい。これにより、被処理面１０１のエッチングが終了した部位を、エッチング終了後より速やかに冷却することができる。

また、温度制御装置９は、エッチング処理前の被処理面１０１、すなわち被処理面１０１のうちのエッチング液が供給される前の領域（被処理面１０１の各部位のうち、エッチング液が供給されていない部位を合わせた領域）内の表面温度を、特に限定されないが、３０℃以上８０℃以下の温度で一定に保つのが好ましい。温度制御装置９によって、被処理面１０１を上記温度範囲とすることにより、過度な加熱によるワーク１０の熱膨張（熱撓み）を抑制しつつ、被処理面１０１に対するエッチング液のエッチングレートを適度に高めることができる。これにより、エッチング液を被処理面１０１の各部位に正確に供給することができるとともに、被処理面１０１の各部位を比較的高いエッチングレートにてエッチング処理することができる。そのため、ワーク１０に対して、迅速かつ高精度なエッチング処理を施すことができる。

また、温度制御装置９は、エッチング処理前の被処理面１０１、すなわち被処理面１０１のうちのエッチング液が供給される前の領域（被処理面１０１の各部位のうち、エッチング液が供給されていない部位を合わせた領域）内の表面温度を、特に限定されないが、ノズル４から送出されるエッチング液の温度と等しく保つのが好ましい。これにより、被処理面１０１とエッチング液の温度差を実質的に０（ゼロ）とすることができるため、エッチング液が供給されることによって被処理面１０１の表面温度が変化するのを確実に防止することができる。そのため、所定のエッチングレートで被処理面１０１をエッチングすることができ、ワーク１０に対してより高精度なエッチング処理を施すことができる。

一方、温度制御装置９は、被処理面１０１のエッチング処理を終えた領域（被処理面１０１の各部位のうち、供給されたエッチング液が吸引された部位を合わせた領域）内の表面温度を、特に限定されないが、２５℃以下に冷却するのが好ましく、１５℃以下に冷却するのがより好ましい。これにより、被処理面１０１に対するエッチング液（特に、一般的に用いられるＢＦＨ（バッファードフッ酸））のエッチングレートを実質的に０（ゼロ）とすることができるため、所望のエッチング処理が施された領域が、その領域に残存するエッチング液によって、さらにエッチング処理されてしまうのを確実に防止することができる。そのため、ワーク１０に対してより高精度なエッチング処理を施すことができる。
以上、表面加工装置１について説明した。

次いで、表面加工装置１の動作について説明する。
［テスト工程］
まず、表面加工装置１を使用する前に、予備実験として、ワーク１０と同じ材料から成る試料（テストピース）をチャッキングプレート２１に固定する。次いで、駆動制御部９２によって、各ペルチェ素子９１を面９１１が放熱面となるように駆動し、試料の被処理面を所定温度とする。次いで、ノズル４（送出口４ａ）から所定温度かつ所定流量に維持されたエッチング液を試料表面に送出し、その場合の単位時間当たりのエッチング量（エッチング深さ）を実験的に求めておく。また、このエッチング深さの測定をノズル４を一定の速度で移動させながら行う。この測定を複数の速度で行うことにより、ノズル４の移動速度とエッチング深さの関係を求めることができる。ワーク１０の被処理面１０１上の各点におけるエッチングすべき加工深さが決まれば、ここで求めたノズル４の移動速度と加工深さの関係から、ノズル４の移動速度を定めることができる。

［エッチング前のワーク１０の形状測定工程］
次に、ワーク１０の被処理面１０１の加工前のプロファイルを測定する。この測定は、既存の表面形状測定装置や表面粗さ測定装置等を用いて行うことができる。得られた測定結果を制御部６の記憶部６２に記憶させる。次に、演算部６３は、記憶部６２に記憶されたワーク１０の被処理面１０１の加工前および目標とする加工後のワーク１０の被処理面１０１のプロファイルとの差から、ワーク１０の被処理面１０１上の各位置において加工すべきエッチング深さを算出する。演算部６３は、更に、前述のノズル４の移動速度とエッチング深さの関係から、被処理面１０１上の各位置におけるノズル４の移動速度を算出する。また、演算部６３は、記憶部６２に記憶された被処理面１０１の平面視形状とノズル４の移動ルート（前述したルートＲ）および移動速度とから、被処理面１０１の各部位（各ペルチェ素子９１に対応する部位）について、エッチング処理が終了する時刻（言い換えれば、ノズル４が下方を通過する時刻または供給されたエッチング液が吸引される時刻）を算出する。

［エッチング工程］
まず、温度制御装置９の駆動制御部９２によって制御された各ペルチェ素子９１によってワーク１０の被処理面１０１を所定温度に加熱し、被処理面１０１の全域を等しい温度に維持する。次いで、移動制御部６４により制御されたノズル移動装置６１によって、ノズル４をルートＲのエッチング開始地点に位置させる。

次いで、温度制御部７８を駆動しエッチング液を加熱するとともに、送液ポンプ７４を作動させて流量調節バルブ７５を調節することにより貯留タンク７３からノズル４を通してエッチング液を送出する。次いで、ノズル４からのエッチング液の送出が開始されるとともに、ノズル移動装置６１によって、ノズル４を上述のように定めた速度で、ワーク１０の被処理面１０１の全域を通過するように、ルートＲに沿って移動させる。それとともに、吸引ポンプ７７を作動させてワーク１０の被処理面１０１からエッチング液を貯留タンク７３に吸引する。また、駆動制御部９２は、前述のように演算部６３で求められた被処理面１０１の各部位のエッチング終了時刻に基づいて、被処理面１０１のエッチングが終了した部位に対応するペルチェ素子９１の駆動をエッチングが終了した後速やかに面９１１が吸熱面として機能するように制御する。これにより、被処理面１０１のエッチングが終了した部位が順次冷却され、当該部位のエッチングがストップする。
これにより、ワーク１０の被処理面１０１の各点において、前述の算出された加工すべき深さにエッチングがなされ、所望のプロファイルが得られる。

＜第２実施形態＞
次に、本発明の表面加工装置の第２実施形態について説明する。
図８は、本願発明の第２実施形態にかかる表面加工装置が備える温度制御装置の概略構成を示す断面図、図９は、被処理物の温度分布の一例を示す平面図である。
以下、第２実施形態の表面加工装置について、前述した実施形態との相違点を中心に説明し、同様の事項については、その説明を省略する。

本発明の第２実施形態にかかる表面加工装置では、温度制御装置９Ａがワーク１０の被処理面の温度を検知する温度検知手段を有する以外は、前述した第１実施形態の表面加工装置１と同様である。なお、図８および図９にて、前述した第１実施形態と同様の構成には、同一符号を付してある。
図８に示すように、本実施形態の温度制御装置９Ａは、チャッキングプレート２１に配置された複数のペルチェ素子９１と、各ペルチェ素子９１の駆動を独立して制御する駆動制御部９２と、チャッキングプレート２１に固定されたワーク１０の被処理面１０１の温度を検知する温度検知素子９３とを有している。このような温度制御装置９は、駆動制御部９２が温度検知素子９３の検知結果に基づいて各ペルチェ素子９１の駆動を制御するように構成されている。

通常、ワーク１０の被処理面１０１の全域は等しい温度となっているが、図９に示すように、被処理面１０１の温度が面内で異なっている場合もある。このような場合には、エッチング開始前に、各ペルチェ素子９１を同じように駆動したのでは、被処理面１０１の温度を全域で等しくすることができない。そこで、本実施形態では、被処理面１０１の温度を検知する温度検知素子９３を設け、温度検知素子９３が検知した被処理面１０１の温度分布に応じて駆動制御部９２が各ペルチェ素子９１の駆動（発熱量）を制御するように構成されている。図９の例で説明すれば、被処理面１０１の中央部から縁部に向けて温度が徐々に低くなっているため、駆動制御部９２は、被処理面１０１の縁部に位置するペルチェ素子９１の発熱量を、中央部に位置するペルチェ素子９１の発熱量よりも大きくなるように、各ペルチェ素子９１の駆動を制御する。これにより、より確実に、エッチング処理前の被処理面１０１の温度を、その面内で等しくすることができる。特に、本実施形態では、複数のペルチェ素子９１がマトリックス状に配列しているため、被処理面１０１の温度制御をより高精度に行うことができる。

なお、温度検知素子９３としては、被処理面１０１の温度（温度分布）を検知することができれば、特に限定されず、例えば、白金測温抵抗体やサーミスタのような接触式の温度センサーや、放射温度計（サーモパイル）のような非接触式の温度センサーを用いることができる。
以上のような第２実施形態によっても、第１実施形態と同様の効果を発揮することができる。

＜第３実施形態＞
次に、本発明の表面加工装置の第３実施形態について説明する。
図１０は、本願発明の第３実施形態にかかる表面加工装置が備えるノズルの平面図、図１１は、図１０に示すノズルの変形例を示す平面図、図１２は、ペルチェ素子の配列を示す平面図である。

以下、第３実施形態の表面加工装置について、前述した実施形態との相違点を中心に説明し、同様の事項については、その説明を省略する。
本発明の第３実施形態にかかる表面加工装置では、ノズル４Ｂの構成およびペルチェ素子９１の配列が異なる以外は、前述した第１実施形態の表面加工装置１と同様である。なお、図９にて、前述した第１実施形態と同様の構成には、同一符号を付してある。

図１０（ａ）に示すように、本実施形態のノズル４Ｂは、一方向に並んで設けられた複数の送出口４ａと、各送出口４ａの周囲を囲むようにして設けられた複数の吸引口４ｂとを有している。このようなノズル４Ｂでは、各送出口４ａからエッチング液が送出され、そのエッチング液が吸引口４ｂから吸引されるようになっている。
図１０（ｂ）に示すように、このようなノズル４Ｂは、被処理面１０１の平面視にて、制御部６の制御により送出口４ａの配列方向に直交する方向（図１０（ｂ）中の矢印方向）に移動する。これにより、より短時間で被処理面１０１の全域へエッチング液を供給することができる。

なお、図１０に示す構成では、各送出口４ａに対して１つの吸引口４ｂが形成されているが、ノズル４Ｂの構成としては、これに限定されない。例えば、ノズル４Ｂとしては、図１１（ａ）に示すように、一方向に並んで形成された複数の送出口４ａと、全ての送出口４ａの周囲を覆うように形成された１つの吸引口４ｂとが形成された構成であってもよいし、図１１（ｂ）に示すように、一方向に延在する長孔状の送出口４ａと、この送出口４ａを覆うように形成された吸引口４ｂとが形成された構成であってもよい。

図１２に示すように、複数のペルチェ素子９１は、ノズル４の移動方向（移動ルート）に沿って設けられている。各ペルチェ素子９１は、ノズル４の移動方向に直交する方向に延在する略長方形状をなしている。また、各ペルチェ素子９１は、被処理面１０１のノズル４の移動方向に直交する方向の全域を含むように設けられている。
以上のような第３実施形態によっても、第１実施形態と同様の効果を発揮することができる。

以上、本発明の表面加工装置を、図示の実施形態に基づいて説明したが、本発明はこれらに限定されるものではなく、各部の構成は、同様の機能を有する任意の構成のものに置換することができる。また、他の任意の構成物や、工程が付加されていてもよい。また、前述した各実施形態を適宜組み合わせてもよい。
また、前述した実施形態では、加熱・冷却素子として、ペルチェ素子を用いた構成について説明したが、加熱・冷却素子としては、ワークの被処理面を加熱および冷却することができれば特に限定されず、例えば、内部を冷媒が循環する冷却管により被処理面を冷却し、マイクロヒーター等のヒーターにより被処理面を加熱するように構成してもよい。

１……表面加工装置１０……ワーク１０１……被処理面２……支持装置２１……チャッキングプレート２１１……チャッキング面２２……固定手段２２１……吸気孔２２２……吸引ポンプ３……エッチング液供給装置４、４Ｂ……ノズル４ａ……送出口４ｂ……吸引口４１……外管４２……内管４３……隙間６……制御部６１……ノズル移動装置６２……記憶部６３……演算部６４……移動制御部７……エッチング液循環装置７１……送出管７２……回収管７３……貯留タンク７４……送液ポンプ７５……流量調節バルブ７６……流量計７７……吸引ポンプ７８……温度制御部７８１……温度検知素子７８２……ヒーター７８３……駆動制御部７９……循環経路９、９Ａ……温度制御装置９１……ペルチェ素子９１１……面９２……駆動制御部９３……温度検知素子Ｒ……ルート

Claims

被処理物の被処理面にエッチング液を供給することにより前記被処理面を加工する表面加工装置であって、
前記被処理物を支持する支持台と、
前記支持台に支持された前記被処理物の前記被処理面の各部位の温度を独立して制御する温度制御手段と、
前記支持台に対して移動可能に設けられ、前記支持台に支持された前記被処理物の前記被処理面に対して前記エッチング液を送出する送出口および前記送出口から送出された前記エッチング液を吸引する吸引口を有するノズルとを有し、
前記温度制御手段は、前記被処理面の前記各部位を、前記エッチング液が供給される前は所定温度に保ち、前記エッチング液が供給され前記吸引口から吸引された後に前記所定温度よりも低い温度に冷却するよう構成されていることを特徴とする表面加工装置。
前記温度制御手段は、前記被処理面の前記エッチング液が供給される前の領域内を等しい温度に維持するよう構成されている請求項１に記載の表面加工装置。
前記温度制御手段は、前記被処理面の前記エッチング液が供給される前の領域内を３０°以上８０°以下の一定温度とする請求項１または２に記載の表面加工装置。
前記温度制御手段は、前記被処理面の前記エッチング液が供給される前の領域内を前記エッチング液の温度と等しい温度とする請求項１ないし３のいずれかに記載の表面加工装置。
前記温度制御手段は、前記被処理面の前記エッチング液が供給され前記吸引口から吸引された領域内を２５°以下に冷却する請求項１ないし４のいずれかに記載の表面加工装置。
前記温度制御手段は、前記支持台に設けられた複数の加熱・冷却素子を有している請求項１ないし５のいずれかに記載の表面加工装置。
前記複数の加熱・冷却素子は、前記被処理面に対する前記ノズルの移動方向に沿って並んで設けられている請求項６に記載の表面加工装置。
１つの前記加熱・冷却素子によって温調される前記被処理面の各部位の前記ノズルの移動方向に直交する方向における長さは、所定時刻に前記被処理面に供給された前記エッチング液の前記ノズルの移動方向に直交する方向における長さと等しいかまたはそれよりも短い請求項６または７に記載の表面加工装置。
前記複数の加熱・冷却素子は、それぞれ、ペルチェ素子である請求項６ないし８のいずれかに記載の表面加工装置。