JP2021022629A - エッチング装置 - Google Patents

Abstract

【課題】エッチング処理中に被処理基板の向きを自動で回転させる機構を有するエッチング装置を提供する。【解決手段】エッチング装置１０は、基板保持用治具１２、搬送ローラ１４、エッチングチャンバ１８および回転部５６を備えている。基板保持用治具１２は、回路基板５０を回転自在に保持するように構成された回転保持部３２を備えている。搬送ローラ１４は、水平状態でエッチング装置１０の搬送方向に沿って基板保持用治具１２を搬送するように構成される。エッチングチャンバ１８は、搬送ローラ１４にて搬送される回路基板５０に対してエッチング液を接触させるように構成される。回転部５６は、エッチングチャンバ１８内で回転保持部３２と接触することで回転保持部３２に対して回転力を伝達するように構成される。【選択図】図４

Description

本発明は、回路基板等の基板に対してウェットエッチング処理を行うエッチング装置に関する。

半導体素子が実装される回路基板の中でも電力供給のためのパワーモジュール基板は、発熱量が比較的多く、ＡｌＮ（窒化アルミ）、Ａｌ₂Ｏ₃（アルミナ）、Ｓｉ₃Ｎ₄（窒化ケイ素）等のセラミックス基板が用いられることが多かった。そして、このセラミックス基板の一方または両方の主面に、ロウ材を介して金属回路板を接合する活性金属ロウ付け法が、従来広く採用されてきた。とりわけ、銅回路板は、電気抵抗が少なく電気伝導性に優れ、かつ、安価なことから、注目されてきた。

このようなパワーモジュール基板を製造する際には、ロウ材および金属回路板を所望の形状に加工する作業が行われることがあるが、その作業においてエッチング処理が用いられることが多い。エッチング処理は、金属回路板に耐エッチング性のあるレジスト材を所望の形状に形成した上で、この金属回路板をエッチングすることによって、所望の形状の金属回路板を形成する処理である。

エッチング処理は、回路基板に対してエッチング液を接触させることによって所望の回路（溝）を形成する方法が一般的である。エッチング処理に使用されるエッチング装置は、ローラ等の搬送機構で搬送される回路基板に対してエッチング液を噴射する枚葉方式の装置が使用されている（例えば、特許文献１参照）。さらに、エッチング装置は、２流体ノズルが採用されており、より微細な回路を形成することが試みられていた。

特開２０１７−１６０５１５号公報

２流体ノズルを用いることで、サイドエッチングを抑制し、より微細な回路設計に対応することが可能であるが、従来のエッチング装置では、回路基板内におけるエッチング量のばらつきを抑制することが困難であった。つまり、水平方向に搬送される回路基板において、基板内の領域よってエッチング量の差異が生じるという問題である。これは、エッチング液の噴射角度や回路のサイズ等によって生じる問題であり、例えば、回路基板の中央部と周縁部においてエッチング量が異なることがある。

このため、回路基板の搬送時の向きを変えて複数回エッチング処理を行うことで、エッチング量のばらつきを抑制する処理が行われている。しかし、エッチング装置への回路基板の投入や回収、向きの調整等の作業を作業員が行う必要があり、処理が煩雑になっていた。

本発明の目的は、被処理基板を均一にエッチングすることが可能なエッチング装置を提供することである。

本発明に係るエッチング装置は、基板保持用治具、搬送部、エッチング部および回転部を備えている。基板保持用治具は、被処理基板を回転自在に保持するように構成された回転保持部を備えている。搬送部は、水平状態でエッチング装置の搬送方向に沿って基板保持用治具を搬送するように構成される。エッチング部は、搬送部にて搬送される被処理基板に対してエッチング液を接触させるように構成される。回転部は、エッチング部内で回転保持部と接触することで回転保持部に対して回転力を伝達するように構成される。

搬送部によって搬送されている基板保持用治具に回転部が回転力を伝達することにより、回転保持部に保持された被処理基板は、エッチング処理中に回転しながらエッチング液と接触する。これにより、被処理基板とエッチング液の接触が均一になり、被処理基板内の領域ごとのエッチング量の差異が抑制される。このため、微細な回路設計が要求される回路基板の銅エッチング等のエッチング処理を高精度で行うことが可能になる。

また、回転部は、基板保持用治具の端面を保持する支持部と、回転保持部の端面と当接する当接部をさらに備えることが好ましい。支持部を備えることにより、基板保持用治具の搬送が安定し、当接部と回転保持部を確実に当接させることができる。

また、回転部は、回転保持部の搬送方向と直行する方向における最外部と当接することが好ましい。回転部が回転保持部の最外部と接触することにより、基板保持用治具の搬送を阻害することなく、回転保持部を回転させることが可能になる。

本発明に係るエッチング方法は、保持ステップ、導入ステップおよびエッチングステップを含んでいる。保持ステップは、被処理基板を回転自在に保持するように構成された回転保持部を備えた基板保持用治具で被処理基板を保持する工程である。導入ステップは、基板保持用治具をエッチング装置に導入する工程である。エッチングステップは、エッチング装置内で回転保持部に回転力を伝達しながら、被処理基板にエッチング液を接触させる工程である。

本発明によれば、被処理基板を均一にエッチングすることが可能なエッチング装置を提供することが可能になる。

本発明の一実施形態に係るエッチング装置の概略図である。 基板保持用治具の一例を示す図である。 基板保持用治具の一例を示す図である。 エッチングチャンバの構成の一例を示す図である。 エッチングチャンバ内でのエッチング処理の様子を示す図である。 回転部の他の実施形態を示す図である。 他の実施形態に係る基板保持用治具を用いたエッチング方法を示す図である。

ここから、図面を用いて本発明の一実施形態に係るエッチング装置ついて説明する。図１（A）および図１（B）は、本発明の一実施形態に係るエッチング装置１０を示す図である。エッチング装置１０は、搬送ローラ１４、前洗浄チャンバ１６、エッチングチャンバ１８、後洗浄チャンバ２０を備えている。本実施形態では、エッチング装置１０を用いて基板保持用治具１２に保持された回路基板５０に形成された銅をエッチングするエッチング処理について説明する。

基板保持用治具１２は、図２および図３に示すように、ベース部３０および回転保持部３２を備えている。基板保持用治具１２は、エッチング液に耐性を有する樹脂等で形成される。回転保持部３２は、ベース部３０の主面上に回転可能な状態で載置されるように構成される。ベース部３０は、円形固定部３４および開口部３６を備えている。ベース部３０は、四角形状の板状部材であり、中央部に開口部３６が形成されることにより、額縁形状を呈している。

円形固定部３４は、ベース部３０の角部に設けられており、回転保持部３２を回転自在に保持するように構成される。円形固定部３４は、支柱によって所定の間隔が設けられた一対の円盤部の間に回転保持部３２を保持するように構成される。また、円形固定部３４は、ベース部３０の対角線方向に形成された溝部３８に対してスライド可能に支持されている。回転保持部３２を保持する際は、円形固定部３４をスライドさせ、円盤部の間に回転保持部３２を挿入する。

回転保持部３２は、円形形状を呈しており、円形固定部３４によって回転自在に保持される。回転保持部３２の周面には、複数の溝が周期的に形成されている。また、回転保持部３２の主面には、４つの開口部４０が設けられている。開口部４０は、回路基板５０を保持するように構成されており、処理すべき回路基板の寸法に応じたサイズに形成される。開口部４０の周面にはリブ部４２が形成される。リブ部４２は、回路基板５０を載置するための凸状部である。なお、開口部４０の数は、回転保持部３２やエッチング装置１０の寸法に応じて、適宜変更することが可能である。

搬送ローラ１４は、エッチング装置１０の長さ方向に沿って配列されている。搬送ローラ１４は、エッチング装置１０の一端から前洗浄チャンバ１６、エッチングチャンバ１８および後洗浄チャンバ２０に沿って、エッチング装置１０の他端まで所定の間隔で複数設けられている。基板保持用治具１２は、搬送ローラ１４に載置され、各処理チャンバを通過するように構成される。なお、搬送機構の構成は、ローラコンベアに限定されず、ベルトコンベアやチェーンコンベア等の搬送機構を採用することが可能である。

搬送ローラ１４は、駆動シャフト４４からの駆動力が伝達されることにより回転する（図４参照）。駆動シャフト４４は、不図示の駆動部と接続されたシャフトであり、エッチング装置１０の長さ方向に沿って設けられている。駆動シャフト４４は、伝達ギア４６を備えている。伝達ギア４６は、駆動シャフト４４の周面に設けられたヘリカルギアであり、搬送ローラ１４に対応する位置に設けられている。搬送ローラ１４の端部に接続されたシャフトには従動ギア１４１が設けられている。従動ギア１４１は、伝達ギア４６と噛み合うヘリカルギアであり、駆動シャフト４４の回転が伝達され、搬送ローラ１４を回転させるように構成される。

前洗浄チャンバ１６は、エッチング装置１０の最上流側にある処理チャンバであり、搬送ローラ１４によって搬送される基板保持用治具１２に保持された回路基板５０に対して洗浄液を噴射するように構成される。洗浄液は、回路基板５０をエッチングする前に付着物等を洗浄するための液であり、市水等を使用することが可能である。また、前洗浄部１６の下流側にはエアナイフや脱水ローラ等の液切り機構が設けられており、洗浄液がエッチングチャンバ１８に流入することが防止される。

ここから、図４、図５（A）および図５（B）を用いてエッチングチャンバ１８について説明する。エッチングチャンバ１８は、基板保持用治具１２に保持された回路基板５０に対してエッチング液を噴射するためのチャンバである。エッチング装置１０は、同一構成の２つのエッチングチャンバ１８を有しているが、エッチングチャンバ１８の数は、適宜変更することが可能である。

エッチングチャンバ１８は、図５（A）および図５（B）に示すように、スプレイユニット５４および回転部５６を備えている。スプレイユニット５４は、回路基板５０に対してエッチング液を噴射するためのユニットであり、搬送ローラ１４の上下部に設けられている。スプレイユニット５４は、配管部５４１およびノズル部５４２を備えている。配管部５４１は、搬送ローラ１４とエッチングチャンバ１８の長さ方向沿って設置された配管であり、エッチングチャンバ１８の幅方向において所定の間隔で複数配置されている。ノズル部５４２は、配管部５４１の外周面の搬送ローラ１４側に設けられたスプレイノズルであり、配管部５４１の長さ方向に沿って複数配置されている。ノズル部５４２としては回路基板５０に均一にエッチング液を噴射するために、充円錐型のスプレイノズルを使用することが好ましい。また、スプレイユニット５４に揺動機構を設けて、揺動させながらエッチング液の噴射を行っても良い。

スプレイユニット５４は、エッチング液を収容するタンク（不図示）に接続されており、ノズル部５４２からエッチング液を噴射する。回路基板５０に噴射するエッチング液は、塩化第二鉄を主成分とした公知の銅エッチング用のエッチング液を使用することが可能である。スプレイユニット５４から噴射されたエッチング液は、エッチングチャンバ１８の下部に落下していき、回収される。回収されたエッチング液は、タンクに送液され再びスプレイユニット５４に供給される。

回転部５６は、搬送ローラ１４の搬送方向に対する側面部に設けられており、支持ローラ６０および回転ローラ６２を備えている。支持ローラ６０は、基板保持用治具１２が搬送中に所定の搬送路から逸れないように、ベース部３０の端面に当接するように設けられたローラである。支持ローラ３０は、エッチングチャンバ１８の底面に固定された支柱に回転自在に取り付けられており、ベース部３０と接触すると回転するように構成される。支持ローラ６０は、ベース部３０との摩耗を防止するために、弾性部材やベース部３０と摩擦係数が異なる材質で形成されることが好ましい。

回転ローラ６２は、回転保持部３２の端面と接触するように配置されたローラである。回転ローラ６２の端面には、回転保持部３２の端面に形成された溝を噛み合うような溝が形成される。回転ローラ６２は、搬送ローラ１４で搬送されている回転保持部３２の端面と接触することにより、回転保持部３２を回転させるように構成される。

また、回転ローラ６２は、図４に示すように、駆動シャフト４４の回転力が伝達されることによって回転するように構成される。駆動シャフト４４は、回転ローラ３２と対応する位置に伝達ギア４６が設けられている。回転ローラ６２は、下方に向かって延出するシャフトに従動ギア６２１が設けられている。従動ギア６２１は、伝達ギア４６を噛み合うように配置されたギアである。回転ローラ６２は、駆動シャフト４４の回転力が従動ギア６２１を介して伝達されることによって、回転するように構成される。また、本実施形態では、ヘリカルギアを用いた例について説明したが、回転ローラ６２を回転させる構成はこれには限定されず、例えばウォームギア等を使用することも可能である。

後洗浄チャンバ２０は、エッチングチャンバ１８の下流部に設けられており、エッチング処理された回路基板５０に対して洗浄液を噴射するように構成される。洗浄液の噴射は、エッチングチャンバ１８のスプレイユニット５４と同一の構成を使用すれば良い。また、後洗浄チャンバ２０の最下流部には、液切り機構また乾燥機構を設けて、回路基板に付着した洗浄液を除去することが好ましい。また、後洗浄チャンバ２０にも回転部５６を設けても良い。

ここから、エッチング装置１０を用いた回路基板のエッチング処理について説明する。エッチング装置１０にて処理される回路基板５０が基板保持用治具１２に保持され、エッチング装置１０に導入される。回路基板５０は、開口部４０に載置すれば良い。また、回路基板５０の導入は、基板保持用治具１２が作業員やロボットハンド等によって搬送ローラ１４に載置されることによって行われる。なお、回路基板５０は、回路設計に応じた耐エッチング性を有するマスク材があらかじめ被覆されている。マスク材は、レジスト等の公知のマスク材を使用することが可能である。

基板保持用治具１２は、搬送ローラ１４にて搬送され、前洗浄チャンバ１６を通過した後にエッチングチャンバ１８にて処理される。エッチングチャンバ１８では、回路基板５０の両主面に上下方向からエッチング液が噴射される。回路基板５０は、マスク材で被覆されていない領域がエッチングされ、回路設計に応じた溝部が銅部に形成される。

基板保持用治具１２が搬送されている際、回転ローラ６２は、回転保持部３２の端面と接触する。回転ローラ６２は、基板保持用治具１２の搬送方向と直行する方向における回転保持部３２の最外部と接触するように構成される。これにより、それぞれの端面に形成された溝が噛み合い、回転ローラ６２の回転力により回転保持部３２が搬送中に回転しながらエッチング処理が行われる（図５（A）参照）。回転保持部３２は、回路基板５０の主面と直行する方向の回転軸を中心に回転するため、回路基板５０に対してより均一にエッチング液を噴射することが可能になる。

エッチングチャンバ１８にて処理された回路基板５０は、後洗浄チャンバ２０にて洗浄された後に、エッチング装置１０から搬出される。エッチングチャンバ１８内で回路基板５０が回転することにより、回路基板５０内においてエッチング量のばらつきが抑制され、均一なエッチング処理を行うことができる。また、回転ローラ６２の駆動機構に搬送ローラ１４の駆動機構を利用したことにより、エッチングチャンバ１８が複雑な構成になることが防止される。

また、本実施形態では、回転ローラ６２と回転保持部３２に直接接触することにより回転力を伝達していたが、例えば、図６に示すように、回転ローラ６２に対してベルト６４を張架させても良い。回転ローラ６２およびベルト６４は、搬送ローラ１４の一方の側面部に設けられており、ベルト６４と回転保持部３２との接触することで、回転保持部３２を回転させる。さらに、搬送ローラ１４の他方の側面部には、ベース部３０と接触する支持ローラ６０が設けられている。ベルト６４を用いることにより、回転保持部３２との接触時間が増大し、回転保持部３２をより回転させることが可能になる。

また、上述の実施形態では、ベース部３０上に回転保持部３２を載置した基板保持用治具１２を用いて説明したが、基板保持用治具の構成はこれには限定されない。例えば、図７（A）および図７（B）に示すように、回転保持部３２のみをエッチング装置１０に投入してエッチングすることも可能である。この場合、回転保持部３２を直接搬送ローラ１４に載置してエッチング処理を行う。この場合も、回転保持部３２に対して、回転ローラ６２やベルト６４が接触することによって、回転保持部３２を回転させながらエッチング処理が行われる。

ここまで、回路基板の銅のエッチング処理を一例として説明してきたが、本発明に係るエッチング装置は銅等の金属エッチング以外にもガラス基板の薄型化等を目的としたエッチング処理にも適用することが可能である。

上述の実施形態の説明は、すべての点で例示であって、制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上述の実施形態ではなく、特許請求の範囲によって示される。さらに、本発明の範囲には、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

１０‐エッチング装置
１２‐基板保持用治具
１４-搬送ローラ
１６‐前洗浄チャンバ
１８-エッチングチャンバ
２０-後洗浄チャンバ
３２-回転保持部
５０-回路基板
５６‐回転部

Claims (4)

1. 被処理基板を回転自在に保持するように構成された回転保持部を備えた基板保持用治具と、
   水平状態で前記基板保持用治具を搬送する搬送部と、
   前記被処理基板に対してエッチング液を接触させるエッチング部と、
   前記エッチング部内で前記回転保持部と接触することで前記回転保持部に対して回転力を伝達するように構成された回転部と、
   を備えることを特徴とするエッチング装置。
2. 前記回転部は、前記基板保持用治具の端面を支持する支持部と、
   前記回転保持部の端面と当接する当接部とをさらに備えることを特徴とする請求項１に記載のエッチング装置。
3. 前記回転部は、前記回転保持部の搬送方向と直行する方向における最外部と当接することを特徴とする請求項１または２に記載のエッチング装置。
4. 被処理基板を回転自在に保持するように構成された回転保持部を備えた基板保持用治具で被処理基板を保持する保持ステップと、
   前記基板保持用治具をエッチング装置に導入する導入ステップと、
   前記エッチング装置内で前記回転保持部に回転力を伝達しながら、前記被処理基板にエッチング液を接触させるエッチングステップと、
   を含むエッチング方法。

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