JP2524458B2 - 電気化学マイクロマシニング方法 - Google Patents

電気化学マイクロマシニング方法

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JP2524458B2 JP4350677A JP35067792A JP2524458B2 JP 2524458 B2 JP2524458 B2 JP 2524458B2 JP 4350677 A JP4350677 A JP 4350677A JP 35067792 A JP35067792 A JP 35067792A JP 2524458 B2 JP2524458 B2 JP 2524458B2
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Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は電気化学マイクロマシニ
ング方法に関し、特に非導電性表面又は導電性が不十分
な表面によつて支持された薄い金属膜を高精度にパター
ン化する必要がある電子構成部品の製造について、マス
クを用いる処理によつて非導通表面上に金属パターンを
電子エツチングすることができる装置、化学的解決法及
びプロセスに適用して好適なものである。本発明は高速
かつ高精度の電子化学マイクロマシニング装置及びその
プロセスを開示し、絶縁材料によつて支持された導電性
箔及び導電性膜をマスクを用いて片面からエツチングし
マイクロパターン化する。また電気化学マイクロマシニ
ングプロセス中、片面電子エツチングにおいて一般的に
遭遇する電気的接触がなくなる問題を解決する方法を開
示する。電気化学マイクロマシニング装置及びそのプロ
セスは、例えばスライダサスペンシヨン、ＴＡＢ及びコ
ントロールドコラプスチツプ接続（Ｃ４）等をマイクロ
パターン化するために片面エツチングを必要とするよう
な異なる製品に適用することができる。。
【０００２】
【従来の技術】多数の電子構成部品を製造するには非導
電性の表面又は導電性が不十分な表面によつて支持され
る薄い金属膜又は金属箔を高精度にマイクロマシニング
する必要がある。マイクロエレクトロニクス分野におい
ては、薄膜の大部分をパターン化して機能的な抵抗、コ
ンデンサ及び導体を形成する必要がある。この薄膜のパ
ターン化はフオトリソグラフイ技術及びエツチング技術
を連続的に用いることによつて達成される。
【０００３】マイクロエレクトロニクス回路の製造順序
は金属膜又は金属箔をもつ試料の表面にフオトレジスト
層を適用することから開始される。次にポリマ混合物で
あるフオトレジストがドライされて必要とするパターン
のフオトグラフイマスクを介して紫外線（ＵＶ）光に露
光される。通常各試料は特別の縮小レンズ上にマスクを
保持するステツプアンドリピート装置内に実装される。
このステツプアンドリピート装置はマスクを試料の一部
に露出させて次の位置に移動させ、再度マスクを露出さ
せる。これを試料の表面エリアがパターンで満たされる
まで反復する。その後この試料はこの装置から取り外さ
れ、露出されてないレジストが除去される。次にこの試
料を加熱してエツチングステツプ中に保護層の働きをす
る残存フオトレジストを重合させる。エツチング後、こ
の残存フオトレジストは溶剤によつて除去され得、これ
により試料上に必要な薄膜パターンが残る。
【０００４】高精度のマイクロマシニングを必要とする
このような電子構成部品の１つはデイスクフアイルエレ
クトロニクスにおいて用いられるスライダサスペンシヨ
ンである。特別の形式の集積化されたスライダサスペン
シヨンはステンレス鋼／カプトン（Kapton）／銅膜から
なるサンドウイツチを含み、厚さ75〔μｍ〕のステンレ
ス鋼箔は厚さ６〔μｍ〕のカプトン膜の一方の側面に、
カプトン膜の他方の側面に12.5〔μｍ〕の銅膜が配置さ
れて積層構造となつている。金属層は共にフオトレジス
トによりパターン化される（厚さ５〔μｍ〕）。集積化
されたスライダサスペンシヨンの製造はフオトレジスト
によりパターン化された金属層の片面をマスクを用いて
マイクロマシニングする必要がある。従来、化学エツチ
ングだけを大規模に用いてこれらの構成部品を製造した
がほとんど成功しなかつた。このような場合に化学エツ
チングを使用したときに生ずる幾つかの最も重要な問題
はストレートウオールを製造できず、その製造速度が遅
いことである。さらに化学エツチングプロセスは実際非
常に高度に選択的であるので、ステンレス鋼及び銅には
異なるプロセスが必要となる。
【０００５】金属製のワークピースを電気化学的にマシ
ニングする（ＥＣＭ）方法は周知である。この方法は高
速でアノードを腐食させて金属を原子単位で除去する。
化学反応においては、反応種間における電子の移動はあ
る反応種の電子の損失、すなわち酸化と、同じ領域にお
いて他の反応種の電子を得る、すなわち還元とによつて
生ずる。しかしながら電気化学反応が生ずる場合、還元
から離れた領域において酸化が生じなければならない。
この状況を達成するためには酸化が生ずる試料（アノー
ド）及び還元が生ずる領域（カソード）間に電解液を挿
入する。
【０００６】マスクを用いないＥＣＭプロセスに関し、
整形されるべき金属ワークピースはアノードであり、こ
の整形を実行する電気化学マシニング装置はカソードで
ある。直流（ｄｃ）の低電圧源はこれらの電極に接続さ
れる。アノード及びカソードは適正に設計されたフイク
スチヤによつて適正な位置に保持され、強電解質の溶液
がこの２つの電極間に送り込まれる。ＥＣＭプロセスに
おいて副反応が生じない場合、通過電荷量が金属溶解量
となる。
【０００７】電気化学マシニングプロセスは自動車産業
及び航空産業において幅広く用いられている。例えばＥ
ＣＭプロセスの使用例として、米国特許第 3,235,475
号、米国特許第 3,276,988号及び米国特許第 4,083,767
号並びに英国特許第 933,731号がある。これらはすべて
大部分が電気化学的整形及び仕上げに関連している。従
来、ＥＣＭ技術は薄い金属膜又は薄い金属箔を生成する
際には実施されなかつた。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】マイクロ構成部品を製
造する際に電気化学マシニングプロセスを用い、薄い金
属箔及び薄い金属膜をマスクを用いてエツチングするこ
とにより、ミクロン範囲の高精度の特徴を生成すること
ができる。このようなミクロン範囲の高精度の均一な特
徴を得るためには、表面に大量の電解液を高速に運ぶこ
とができると共に、表面における電流分布を均一にする
ことができる電気化学マシニング装置が必要となること
は勿論であるが、さらに絶縁材料によつて支持された薄
膜の場合、このプロセス中において電気的接触がなくな
ることから生ずる問題を克服する必要がある。すなわ
ち、絶縁材料によって支持された導電性薄膜を選択的に
マスクし、マスクされていない薄膜領域を電気化学マシ
ニングプロセスによってエツチングする場合、エツチン
グされるべき薄膜領域の広がり即ち寸法が大きいと、電
流分布の不均一性のため、薄膜領域のエツジ部の方が中
心部よりも速くエツチングされ、中心部に、孤立した未
エツチング薄膜領域が残りやすいという問題が生じる。
電気化学マシニングプロセスにおいては、このような残
留未エツチング薄膜領域をできるだけ残さないようにす
ることが望ましい。本発明は、このような薄膜領域残留
の問題を解決しうる方法を提供することを目的とするも
のである。
【０００９】
【課題を解決するための手段】かかる課題を解決するた
め、本発明においては、非導電性の表面上に支持された
導電性層を有し、前記導電性層のエツチングされるべき
領域を露出させるように選択的にマスクされた試料２０
を電源１０の正端子に接続し、試料２０と対向して配置
されたノズル手段２８を前記電源１０の負端子に接続
し、ノズル手段２８から試料２０に電解質溶液を当てる
ことによって導電性層をエツチングする電気化学マイク
ロマシニング方法において、前記導電性層のエツチング
されるべき領域の中心部がエツチングされずに残るよう
な広がりを前記領域が有する場合、前記領域の広がりを
縮小するように前記領域にダミーマスクを形成し、前記
ダミーマスクの寸法を、前記ダミーマスクの下側の前記
導電性層がエツチング期間におけるアンダカットによっ
て実質的に除去されるように選定するものである。
【００１０】
【００１１】
【作用】ダミーマスクはエツチングされるべき導電性領
域の広がり即ち寸法を狭め、電流分布の不均一による中
心部の孤立した未エツチング領域残留を防止する。ダミ
ーマスクの寸法を、ダミーマスクの下側の導電性層がエ
ツチング期間におけるアンダカットによって実質的に除
去されるように選定することにより、エツチングが完了
した時は、エツチングされるべき領域の導電性層を実質
的に完全に除去することができる。
【００１２】
【００１３】本発明の方法はミクロ電子工学構成部品を
製造する際に用いられ、片面をマスクを用いてマイクロ
パターン化して、絶縁材料によつて支持された金属箔及
び金属膜を導通させる際に特に有用である。
【００１４】特定的には、本発明はスライダサスペンシ
ヨンを製造する際に用いられる電気化学マイクロマシニ
ングに使用できる。外部電流の適用によつて制御された
方法でアノードの形状に変更することができるので、金
属を除去する電気化学プロセスは化学エツチングよりも
良好にマイクロマシニングプロセスを制御する。他の利
点はマシニングの速度が一段と高速度であり、無関係電
解質を利用することである。さらに金属分解反応のポテ
ンシヤル依存は他の存在下において金属層が選択的に分
解される際に用いられ得る。適正な電気的条件及び流体
力学上の条件を選択することによつて、幾つかの異なる
材料をマイクロマシニングする際に同じ電解液を用いる
ことができる。さらに電流密度における変化は基板形状
及びセルの幾何学的形状の関数として作用するので、電
気化学マイクロマシニング装置は異方性の結果を生み出
すことができる。電気化学的にマシニングする間にこの
ような方向的効果を得るためには、活性表面における電
解質溶液の衝突速度を高くする必要がある。
【００１５】
【実施例】以下図面について、本発明の一実施例を詳述
する。
【００１６】図１は本発明の電気化学マイクロマシニン
グ装置の概略図である。電気化学マイクロマシニング装
置は、電解液用の貯蔵部として働く容器手段１６と、移
動ステージ１２に取りつけられ、カソードアツセンブリ
１８の上方に配設された試料支持体２４と、カソードア
ツセンブリ１８に接続される負端子及び試料２０に接続
される正端子をもつ電源手段１０と、ポンプ１４及びフ
イルタ２２からなりカソードアツセンブリ１８に電解液
を供給する流体供給手段とから構成されている。電解液
はタンク１６からフイルタ２２を通つてカソードアツセ
ンブリ１８内に送り込まれ、このカソードアツセンブリ
１８から電解液シヤワーとして流出して試料すなわちワ
ークピースのアノード２０に当たるように供給される。
その後この電解液は重力によつて容器手段１６に落下し
て再利用される。
【００１７】図２（Ａ）、図２（Ｂ）及び図２（Ｃ）は
カソードアツセンブリ１８の詳細を示す。マルチノズル
カソードアツセンブリは図２（Ｂ）に示す包囲手段３２
によつて包囲された図２（Ａ）に示すノズルアツセンブ
リ２６から構成されている。ノズルアツセンブリ２６
は、容器手段１６からの電解質溶液３０を供給するレセ
プタクル手段３４及びこのレセプタクル手段３４からの
電解質溶液３０を受けてこの電解質溶液３０を試料２０
に向って流すノズル手段すなわちノズルプレート２８か
ら構成されている。また図２（Ｃ）に示すノズルプレー
ト２８はカソードとして作用し、その一方の終端に狭い
開口をもつ包囲手段３２を覆うように実装され、この狭
い開口を通つて電解質溶液３０がレセプタクル手段３４
に入り、この電解質溶液３０が電解液シヤワーとしてノ
ズルアツセンブリ２６のノズル手段を通つて流出する前
に包囲手段３２を一杯にする。試料２０は試料支持体２
４上に実装され、カソードノズルプレート２８から所望
の距離を置いて配設される。電極間の距離はカソードア
ツセンブリに付着されたテフロン（teflon）製のスペー
サ制御手段（図示せず）によつて調整され得る。試料が
静止した状態において電解液シヤワーが試料全体に当た
るように散布されない場合は、マルチノズルカソードア
ツセンブリ１８の上方において試料２０をラテラル方向
に移動させるか、又は試料２０の下方においてマルチノ
ズルカソードアツセンブリ１８をラテラル方向に移動さ
せることができる。電解液シヤワーが試料２０を横切る
速度及び試料２０における衝撃を所望の速度及び衝撃に
調整してよい。
【００１８】本発明の電気化学マイクロマシニング装置
はワークピースに対して高速度で電解質溶液を当てる条
件を提供するので、溶解生成物及びジユール熱によつて
発生した熱を効果的に除去することができる。この装置
は異なる大きさの種々の試料を電気化学的にマイクロマ
シニングする際に適している。試料がノズルの幅よりも
かなり大きい場合、マイクロマシニングプロセス中の活
性領域は当該試料の一部と接触する電解液によつて定義
される。試料が静止している場合、電流分布は試料の表
面で異なる。この電流分布、従つて金属除去率はこの電
解質溶液が散布される領域においては高く、その金属除
去は均一であるが、電解質溶液が当たって流れる領域か
ら離れるに従つて試料における電流分布は徐々に低下す
る（すなわち電流分布は電解質溶液が当たる領域からの
距離の関数である）ので金属除去率も低下する。試料又
はカソードアツセンブリをラテラル方向に移動すること
により、金属除去率の分布状態を均等化して漂遊電流に
よる影響を補償する。これは、試料の各部分が動作中に
漂遊電流領域および高電流領域の両方を受けることによ
り達成される。
【００１９】この装置を少し変更すると、大きなシー
ト、プレート及びカードに入れられた部分を電気化学的
にマイクロマシニングすることができる。１つの大きな
マルチノズルアツセンブリ又は注意深く間隔を置かれた
連続するマルチノズルカソードアツセンブリを用いるこ
とによつて金属の大部分の領域又は特定の領域を除去し
得ることを当業者は理解することができる。また電解質
溶液が絶えず流れるように製造する必要がある場合に本
発明のこの装置を用いることができる。
【００２０】一般的に電気化学マシニングプロセスにお
いて使用する電解液は、例えば塩化ナトリウム、硝酸ナ
トリウム及び硫酸ナトリウムからなる溶液のような塩溶
液から選択される。本発明の電気化学マイクロマシニン
グプロセスの目的のために、当分野において通常の知識
を有する者は中性の塩溶液が最適であることを理解す
る。中性の塩溶液の利点の１つは、陽極溶解中に形成さ
れる金属イオンがこの溶液に侵入して水酸化物の化学的
沈積物を形成し、その後この水酸化物の化学的沈積物を
容易に濾過することができることである。従つてこれら
の溶液を再生するための努力をほとんど行う必要がな
い。他の利点は、金属イオンはこの溶液内には残らない
ので、カソードにおける金属堆積は問題にならないこと
である。カソードにおいては水素が発生するだけであ
る。さらに他の利点は、中性の塩溶液を用いれば操作者
を危険に曝すことがないことである。一般的に濃塩溶液
は、この溶液が高導電率であり、金属溶解の速度を高め
るので最善の結果を生み出す。しかしながら注意すべき
はこの溶液の濃度は所与の塩の溶解度によつて制限され
る。従つて硝酸ナトリウム及び塩化ナトリウムの水溶液
の濃度は例えば約１〔Ｍ〕及び約５〔Ｍ〕間の範囲であ
るが、硫酸ナトリウムの場合は約 0.5〔Ｍ〕と水におけ
るその溶解度の限界に近い。また当業者は、通常の条件
下において硝酸イオンは腐食問題を生じないので硝酸溶
液が好ましいことが分かる。従つてこの硝酸塩溶液は多
数の金属材料と融和し得る。
【００２１】容器手段１６及び包囲手段３２は使用され
る電解液に耐性のある材料、例えばプレキシガラス、Ｐ
ＶＣ及びこれらに類した材料から作られる。
【００２２】電解槽の電圧の選択は溶解速度及び表面仕
上げにかなり影響する。当業者は、材料を高速度で除去
して表面を良好に仕上げるためには電解槽の電圧が高い
ことが好ましいことを理解する。さらに電解液の流量を
低めよりも比較的高めに選択することが望ましいのは、
材料を高速度で除去しかつ反応生成物を生じない表面を
得ることができるからである。また流量の選択はマイク
ロマシニングされる試料の大きさに依存する。試料が一
段と大きくなればなるほど流量も一段と多くなる。
【００２３】電気化学マイクロマシニングプロセスにお
いて用いられる電極間の間隔は大きすぎても小さすぎて
も好ましくなく、一般的には１〔mm〕及び３〔mm〕間で
変更する。電極間の間隔が小さすぎるのが望ましくない
のは、アノードの反応生成物及びカソードの反応生成物
が相互に干渉して、処理されるワークピースをスパーク
させて損傷させるからである。他方、電極間の間隔が広
すぎると電解槽の電圧を一段と高くする必要がある。最
初に述べたように試料の速度も変更できるが、試料の移
動速度が比較的高速度であるのが望ましくないのは電解
液と試料の全表面との間の接触が不足するからである。
一般的に試料の適正な移動速度の範囲は約 0.2〔cm／
ｓ〕から約 0.6〔cm／ｓ〕である。
【００２４】図６（Ａ）は集積化されたスライダサスペ
ンシヨンのステンレス鋼側の設計を示し、複雑さ及びこ
のような構成部品をマイクロマシニングする間に遭遇す
る課題を説明するために示されている。図の陰影部分は
フオトレジストマスクを示す。マスクされていない露出
された開口がマイクロマシニングされてスライダサスペ
ンシヨンを製造する。特に注意すべきは、露出された開
口が同じアンダーカツトを用いてエツチされても、これ
らの開口は異なる寸法を有することである。このパター
ン開口はステンレス鋼においては 100〔μｍ〕及び2100
〔μｍ〕間で変化し、銅膜においては50〔μｍ〕及び16
00〔μｍ〕間で変化する。
【００２５】また本発明の方法は試料内の最大開口の領
域を最初にマスクするステツプと、同じ試料内の幅の広
い開口の領域にダミーのフオトレジストアートワークを
導入するステツプとの新たなステツプを開示する。
【００２６】以下の例は本発明をさらに説明するために
提示する。
【００２７】例１ ノズルプレートを有するカソードアツセンブリを用い
た。ノズルプレートは、幅 2.540〔cm〕、厚さ 0.318
〔cm〕のステンレス鋼プレートから構成され、直径0.31
8〔cm〕の円形状ホールのアレイを含み、円形状ホール
は各方向において隣接するホールから 0.318〔cm〕の間
隔を置いて形成されている。容器手段及び包囲手段は共
にプレキシガラスから作られている。電解液の流量は毎
分１ガロンに一定に保持され、電極間の間隔は 1.5〔m
m〕に調整された。集積化されたスライダサスペンシヨ
ン試料は 0.4〔cm／ｓ〕の速度でマルチノズルカソード
アツセンブリ上を移動した。
【００２８】２つの異なる電解液が検査された。第１の
電解液は３〔Ｍ〕の硝酸ナトリウム及び 100〔ppm 〕の
ＦＣ−９８表面活性剤であり、第２の電解液は３〔Ｍ〕
の塩化ナトリウム及び 100〔ppm 〕のＦＣ−９８表面活
性剤であつた。表面活性剤（３〔Ｍ〕）を基礎にしたフ
ルオロカーボンである少量のＦＣ−９８は試料の表面を
濡らす際に効果的であるこが分かり、これによつて表面
上の金属分解反応が均一に生じた。ＦＣ−９８を用いた
が、同じ目的のために泡の立たない表面活性剤を使用す
ることができる。濃度が３〔Ｍ〕の硝酸ナトリウムは導
電率及び溶解性の観点から好適であることが分かつた。
【００２９】上述に述べたような２つの電解液において
は、高電圧の電解槽（又は電流密度）がストレートウオ
ール、一段と高い分解速度及び電解研磨された平滑な表
面を生成する。約５〔ｖ〕及び約15〔ｖ〕間の電圧を用
いると良好な結果を得られ、ステンレス鋼の場合は約12
〔ｖ〕、銅の場合は約９〔ｖ〕で最適な結果が得られ
た。
【００３０】上述に示したような実験条件及び静止状態
のカソードアツセンブリを用いた場合、ステンレス鋼パ
ターンを電気化学的にマイクロマシニングするには４回
通過すれば十分であり、銅パターンを電気化学的にマイ
クロマシニングするには３回通過すれば十分である。当
業者は、通過数は試料の速度に関係していることを理解
する。すなわち試料の速度が一段と高くなるばなるほど
必要となる通過数も一段と多くなる。また通過数は試料
上の除去されるべき材料の厚さにも同様に依存すること
も当業者には明白である。ワークピース当たりの試料の
数すなわち試料の大きさに依存して、一回の試料通過当
たりの行程距離（相対移動距離）が調整された。本例に
おける６個の集積化されたスライダサスペンシヨンをも
つ直径 7.6〔cm〕のワークピースの場合、行程距離は10
〔cm〕に保持された。ステンレス鋼パターンを電気化学
的にマイクロマシニングすると、４回の通過で完了し所
要時間はほんの 100〔秒〕であつた。
【００３１】例２ 図３（Ａ）及び図３（Ｂ）はステンレス鋼試料の完全に
エツチされた領域を走査型電子顕微鏡により撮つた写真
であり、この領域は本発明の装置によつて電気化学的に
マイクロマシニングされたものである。それぞれ図３
（Ａ）及び図３（Ｂ）には得られた一段と平滑な表面及
びストレートウオールを容易に見ることができる。しか
しながらこのような結果が得られるのは一定の範囲の開
口の場合だけに限定された。ステンレス鋼パターン及び
銅パターンを電気化学的にマイクロマシニングする間に
２つの異なる問題が確認された。第１の問題は大きなサ
イズ（広がり）の開口におけるある位置において電気的
接触がなくなることである。このためこれらの領域にお
いて、エツチされない材料からなるアイソレートされた
島が形成された。第２の問題は電気的接触が全くないこ
とであり、これにより電気エツチングプロセスが早期に
中止される結果となつたことである。
【００３２】同じ試料に段階的に実験がなされることに
より、電気的接触がなくなつた領域を確認した。最大開
口の領域において電気的接触がなくなつたことが分かつ
た。次にこの最大開口の領域はめつきテープによつてマ
スクされ、実験が反復された。めつきテープは高温、酸
及びアルカリに耐性のある付着力のある絶縁テープであ
る。めつきテープによつてマスクされた最大開口をもつ
試料をマイクロマシニングすると大幅に改善された。こ
の結果を図４（Ａ）及び図４（Ｂ）に示す。図４（Ａ）
は全く修正せずに電気化学的にマイクロマシニングされ
た試料を示す。種々の開口内における暗部は材料のエツ
チされてない島を示す。最大開口の領域は領域Ａとして
示されている。図４（Ｂ）は領域Ａを小さいめつきテー
プ４０によつて覆つた以外は同じ試料である。図４
（Ｂ）の種々の開口の内部における暗部はかなり少なく
なり、これはマイクロマシニング又はエツチングの振舞
いがかなり改善されたことを示す。領域Ａの幅の広い開
口を狭くすることにより、その位置おいて電気的接触が
なくならないようにし、アンダエツチングをかなり改善
することができる。図４（Ｂ）においては図４（Ａ）に
おけるよりエツチされてない材料がかなり少なくなる
が、電気的接触がなくなることにより生ずる問題は、エ
ツチされてない材料の島がなお図４（Ｂ）において観察
することができるので、いぜんとして認められる。
【００３３】例３ さらに図４（Ｂ）によつて示される試料に関連する上述
の残りのエツチされてない領域は電流分布が不均一であ
ることから生ずる問題であり、この問題は既存の幅の広
い開口における表面を溶解する際に生ずることが分かつ
た。この問題及び解決方法を図５に示す。図５（Ａ）、
図５（Ｂ）及び図５（Ｃ）は試料ワークピースを示し、
各試料ワークピースはポリアミド５４上に堆積された金
属膜５２でなり、フオトレジスト５０で被覆され、種々
の大きさの開口を有している。電気化学マイクロマシニ
ングプロセスは時間と共に進行するので、既存のキヤビ
テイの境界は絶えず変化した。この変化する境界線を図
５（Ａ）、図５（Ｂ）及び図５（Ｃ）の各キヤビテイに
示す。
【００３４】クイケン（Proc.R.Soc. 、A392、199-225
、1984）は化学エツチングのための移動境界に関する
数学的モデルを開発し、この場合エツチ液の種類は拡散
を制御するように考慮される。十分に幅の広い開口の場
合、エツチングは開口の中心よりもそのエツジにおいて
より速く行なわれ、開口の角において周知のふくらみ
（bulge)効果を発生することが示された。同様の現象は
幅の広い開口を電気的にマイクロマシニングする間に生
ずることが分かつた。図５（Ｂ）に示すように、開口の
エツジにおいて、より多くのエツチングが生じた。さら
に開口のエツジにおいて溶解速度が一段と速くなるの
で、エツチされてない材料からなる島５６は金属表面の
残りと接触しない状態で残される。この問題は図５
（Ｂ）に示す幅の広い開口状態を図５（Ａ）と同様の一
段と幅の狭い開口を多数もつ状態に変えることによつて
原理的に解決され、この問題は最小限になつた。これは
図５（Ｃ）に示すようにダミーのフオトレジストアート
ワークを導入することによつて達成される。ダミーのフ
オトレジストアートワーク５８を導入するプロセスはフ
オトリソグラフイステツプに幾つかの他の非機能的なパ
ターン（ライン及びこれに類したもの）を含むことを必
要とする。最善の結果を得るためには、ダミーのフオト
レジストアートワークの寸法は、ダミーのフオトレジス
トアートワークの両側から進むアンダカツトの大きさと
整合すべきであり、そうすれば、マイクロマシニングプ
ロセスが垂直方向で完了したとき、ダミーのフオトレジ
ストがはがれ落ち、ストレートウオールを有する幅の広
い、マイクロマシニングされたトレンチが得られる。
【００３５】ダミーのフオトレジストアートワークの寸
法を設計するためにはアンダカツト及び開口の幅に対す
るその依存性の知識が必要となる。アンダカツトは最初
のフオトレジストの開口及び電気化学マイクロマシニン
グ後に形成されたトレンチの寸法を測定することによつ
て実験的に決定された。トレンチの寸法はフオトレジス
ト層を除去した後に測定された。この測定は完全にエツ
チされた、すなわちトレンチ内にエツチされてない材料
を残さずにマイクロマシニングされたトレンチだけに実
行された。この結果は、アンダカツトがライン開口と関
係なく、主にマイクロマシニングが行われる金属層の厚
さに依存することを示していた。厚さ75〔μｍ〕のステ
ンレス鋼の場合、アンダカツトの平均値は50〔μｍ〕で
あつた。厚さ12.5〔μｍ〕の銅の場合、アンダカツトの
平均値は６〔μｍ〕であつた。
【００３６】上述の実験結果に基づくと、ダミーのアー
トワークを導入し、可能な場所であればどこでも大きな
開口を縮小させるように、フオトレジストアートワーク
設計を修正することが示唆される。図６は集積化された
スライダサスペンシヨンのステンレス鋼側について、示
唆されたように修正したアートワーク設計を示す。図６
（Ａ）は修正していない集積化されたスライダサスペン
シヨンの設計を示す。図６（Ｂ）には 100〔μｍ〕（ア
ンダカツト量の２倍）の幅をもつダミーのフオトレジス
トライン６０が示されている。図６（Ａ）の本発明のア
ートワークにおける幾つかの寸法は機能的ではなく、す
なわち集積化されたスライダサスペンシヨンの適正な使
用に必要なものではなく、したがって構成部品の機能に
悪影響を与えずにアートワークにおける幾つかの寸法を
縮小できることに注意されたい。。
【００３７】電気化学マイクロマシニングプロセス中に
電気的接触がなくなることに関連する問題は既存の開口
のサイズを縮小することによつて解決することができる
ことが上述の説明で分かつた。図７は開口を狭くするこ
とによつて島形成問題を解決したその結果を示す。図７
（Ａ）は電気化学的にマイクロマシニングされた後にお
ける幅の広い開口をもつワーク領域を示す走査型電子顕
微鏡の写真であり、この領域は残存するエツチされてな
い材料を有し、これを容易に観察することができる。図
７（Ｂ）の走査型電子顕微鏡による写真はラツカを適用
することによつて開口を縮小したワーク領域を示す。図
７（Ｂ）の写真に示すように電気化学マイクロマシニン
グプロセス後の製品はきれいである。
【００３８】ダミーのフオトレジストアートワークを導
入するという考えは、一方においてラテラル方向溶解と
垂直方向溶解との間の微妙なバランスを考慮し、他方に
おいてダミーのフオトレジストの幅を考慮するを必要と
する。ダミーのアートワーク寸法を適正に選択すること
により、トレンチから材料を完全に除去することができ
る。エツチされてない材料からなる幾つかの最後に残つ
た跡を電気化学マイクロマシニングプロセスによつて除
去することが困難な条件下においては、化学エツチング
プロセスを用いてこのエツチされてない島を壁の角度を
大きく変更せずに効果的に除去することができる。化学
エツチング方法によつて除去すべき材料はほんの少しだ
けであるので、電気化学マイクロマシニング及び化学エ
ツチングの双方を含む２ステツププロセスが化学エツチ
ングプロセスだけを使用する場合よりも格段的に効果的
である。
【００３９】上述の通り本発明をその最適な実施例に基
づいて図示、説明したが、本発明の精神及び範囲から脱
することなく詳細構成について種々の変更を加えてもよ
い。
【００４０】
【発明の効果】上述のように本発明によれば、試料及び
カソードアツセンブリの双方をそれぞれに対してラテラ
ル方向に移動できるようにして電解質溶液が試料の表面
に均一に散布されるようにする、すなわち金属除去率を
均一にすると同時に、カソード及びアノードが干渉しな
いようにこの試料及びカソードアツセンブリ間の距離を
調整して試料に対する電解質溶液の衝撃度を調節するこ
とができるようにした電気化学マイクロマシニング装置
を提供することにより、試料の表面に大量の電解質溶液
を高速度に運ぶことができ、これによつて試料の表面に
高精度のパターンを均一にかつ高速度で生成することが
できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１はワークピースを電気化学的にマイクロマ
シニングするために本発明において使用できる装置を示
す概略図である。
【図２】図２（Ａ）、図２（Ｂ）及び図２（Ｃ）は電気
化学的にマイクロマシニングするために本発明において
使用できる装置のマルチノズルカソードアツセンブリの
詳細を示す図である。
【図３】図３（Ａ）及び図３（Ｂ）は平滑な表面（図３
（Ａ））及びストレートウオール（図３（Ｂ））を示
す、本発明によつて電気化学的にマイクロマシニングさ
れたステンレス鋼試料の完全にエツチされた領域を示す
走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）による写真である。
【図４】図４（Ａ）及び図４（Ｂ）は電気化学的にマイ
クロマシニングされ、集積化されたスライダサスペンシ
ヨンの試料を示す図であり、図４（Ａ）は修正されてい
ない試料、図４（Ｂ）は小さなめつきテープを特定の領
域に置くことによつて修正されたことを除いて図４
（Ａ）と同じ試料を示す。
【図５】図５（Ａ）、図５（Ｂ）及び図５（Ｃ）は狭い
開口（図５（Ａ））と比較して幅の広い開口をもつワー
クピース（図５（Ｂ））における未エツチ材料からなる
島形成の問題及びダミーのフオトレジストアートワーク
（図５（Ｃ））を用いることによるこの問題の解決を示
す図である。
【図６】図６（Ａ）は集積化されたスライダサスペンシ
ヨン設計のステンレス鋼側を示し、図６（Ｂ）はこの集
積化されたスライダサスペンシヨン設計を示唆されたア
ートワーク設計に修正したことを示す図である。
【図７】図７（Ａ）及び図７（Ｂ）は島形成の問題（図
７（Ａ））を、既存の開口を狭くすることによつて解決
する（図７（Ｂ））ことを示す、本発明によつて電気化
学的にマイクロマシニングされた実際のワーク領域を示
す走査型電子顕微鏡による写真である。
【符号の説明】
１０……電源手段、１２……移動ステージ、１４……ポ
ンプ、１６……容器手段、１８……カソードアツセンブ
リ、２０……試料、２２……フイルタ、２４……試料支
持体、２６……ノズルアツセンブリ、２８……ノズルプ
レート、３０……電解質溶液、３２……包囲手段、３４
……レセプタクル手段、４０……めつきテープ、５０…
…フオトレジスト、５２……金属膜、５４……ポリアミ
ド、５６……島、５８……フオトレジストアートワー
ク、６０……フオトレジストライン。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ラボミル・タラス・ロマンキウ アメリカ合衆国、ニユーヨーク州10510、 ブリアークリフ・マナー、ダン・レイン ７番地 (56)参考文献 特開 平２−277237（ＪＰ，Ａ) 特開 平２−280330（ＪＰ，Ａ) 特開 平３−260085（ＪＰ，Ａ) 特開 昭57−13180（ＪＰ，Ａ) 実開 昭59−193859（ＪＰ，Ｕ)

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】非導電性の表面上に支持された導電性層を
    有し、前記導電性層のエツチングされるべき領域を露出
    させるように選択的にマスクされた試料を電源の正端子
    に接続し、前記試料と対向して配置されたノズル手段を
    前記電源の負端子に接続し、前記ノズル手段から前記試
    料に電解質溶液を当てることによって前記導電性層をエ
    ツチングする電気化学マイクロマシニング方法におい
    て、 前記導電性層のエツチングされるべき領域の中心部がエ
    ツチングされずに残るような広がりを前記領域が有する
    場合、前記領域の広がりを縮小するように前記領域にダ
    ミーマスクを形成し、前記ダミーマスクの寸法を、前記
    ダミーマスクの下側の前記導電性層がエツチング期間に
    おけるアンダカットによって実質的に除去されるように
    選定することを特徴とする電気化学マイクロマシニング
    方法。
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