JP2593126B2 - ガラス系素材のエッチング加工方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明はガラス系素材にフッ酸に
よるエッチングを行って凹凸パターンを形成するエッチ
ング加工方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、ガラス系素材の表面を加工して凹
凸パターンを設ける手段の一つとして、フッ酸がガラス
を腐食する点を利用したエッチング（蝕刻）方法が知ら
れている。上記エッチング方法は、通常形成しようとす
る凹凸パターンに対応するエッチングパターンをエッチ
ング不要の部分に耐フッ酸性の層を形成して、フッ酸を
用いて所望の部分のみ腐食して凹凸パターンを形成する
ものである。上記エッチングパターンの形成方法とし
て、ガラス系素材の表面にフォトレジスト層を形成して
フォトマスクを通しパターン状に露光し、現像、固化し
てエッチングパターンを設ける方法が用いられていた。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記従
来のレジストによるエッチングパターンの形成方法を用
いたエッチングは、レジスト層の耐フッ酸性があまりよ
くないために、エッチングの深さを深く形成しようとす
ると、エッチングパターンの部分がフッ酸により剥離し
てしまうために、パターン幅の太さに係わらず通常せい
ぜい十数μｍ程度の深さまでしかエッチングを行うこと
が出来ず、特に十μｍ程度以上のエッチングを行うとパ
ターンエッヂがシャープにならないという問題があっ
た。

【０００４】上記欠点を解消するために、レジスト膜の
下にニッケル、銀、クローム等のレジスト膜との密着が
良く、フッ酸に対して長時間耐えうる金属を真空蒸着や
スパッタリングにより設けて、これらの金属薄膜を介し
て上記フォトレジストをパターニングした後、上記金属
薄膜をエッチング、パターン状とし、該パターン状金属
薄膜をガラスエッチング用マスクとしてガラス系素材を
エッチング形成する方法が知られている。しかしこの方
法によっても、金属皮膜を真空蒸着やスパッタリングに
より設けるため、金属皮膜の膜厚が薄すぎてガラスエッ
チング用のフッ酸に充分に耐えられず、エッチング可能
な深さは、パターン幅の太さに係わらずせいぜい十数μ
ｍ止まりであり、又エッヂのキレは良くないものであっ
た。

【０００５】また金属皮膜の膜厚を厚くすると、ガラス
エッチング用のフッ酸に充分に耐えるので、エッチング
深さを深くすることはできるが、金属皮膜自体のエッチ
ング速度が遅く、エッチングに時間が掛かるためにパタ
ーン部分がアンダーカット状となり、パターン幅が設計
値を大幅に超えてしまい、精度の高いパターンが得られ
ず、その結果ガラス系素材はパターン幅の設計値を大幅
に超えてエッチングされてしまい、精度の高いパターン
が得られないという問題があった。上記従来の方法によ
れば、ガラス系素材は、エッチングされた深さとパター
ン幅との関係において、通常、〔深さ／パターン幅〕が
０．８程度にまでしかエッチングできない。

【０００６】本発明は上記従来技術の欠点を解消し、深
さが数十μｍ以上の深いエッチングを行い、しかも〔深
さ／パターン幅〕が０．８〜１．５程度の深くて且つパ
ターンエッヂがシャープなパターン精度の高い凹凸パタ
ーンを設けることが可能なガラス系素材のエッチング加
工方法を提供することを目的とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明ガラス系素材のエ
ッチング加工方法は、ガラス系素材にエッチングパター
ンを形成した後、フッ酸を用いエッチングを行い素材表
面に凹凸パターンを設けるエッチング加工方法におい
て、銀鏡反応を利用し、ガラス系素材を新しい室温の反
応液に浸漬して反応させた後該反応液を廃棄する操作を
２〜３回繰り返した後、次いで反応液の温度が１００℃
付近に達するまで室温から徐々に加温した上記の新しい
反応液に上記ガラス系素材を浸漬して反応させた後該反
応液を廃棄する操作を、上記反応液の温度が室温から１
００℃付近に達するまで７〜８回繰り返して、銀鏡反応
により上記ガラス系素材のエッチング面の全面に銀皮膜
層を形成し、該銀皮膜層の表面を研磨して銀皮膜層の構
造を密にした後、該銀皮膜層の表面にフォトレジスト層
を形成してフォトマスクを通しエッチングパターン状又
は反エッチングパターン状に露光し、現像、固化して、
反エッチングパターン状の反応硬化フォトレジスト層を
形成すると共に前記銀皮膜層の表面をエッチングパター
ン状に露出させ、次いでエッチングパターン状に露出し
た部分の銀皮膜層をエッチングして前記ガラス系素材の
表面をエッチングパターン状に露出させ、その後、前記
反エッチングパターン状の反応硬化フォトレジスト層と
その下層の銀皮膜層とをガラスエッチング用マスクとし
て、ガラス系素材をフッ酸を用いて所望の深さにエッチ
ングし、しかる後反応硬化フォトレジスト層とその下層
の銀皮膜層を除去して凹凸パターンを設ける方法であ
る。

【０００８】

【実施例】以下、本発明の実施例を図面に基づき詳細に
説明する。図面は本発明の１例を示し、図１は本発明エ
ッチング加工方法の工程を示す説明図である。図１に示
すように本発明方法は、先ず加工を行なおうとするガラ
ス系素材１を投入した耐熱性反応槽７の中に室温の新し
い２液からなる銀鏡反応用の反応液６を供給してガラス
系素材１の表面で反応させ、次いで上記反応液６を廃棄
する操作を２〜３回繰り返し（同図（ａ））、その後、
室温から徐々に加温された新しい反応液６を耐熱性反応
槽７に供給し、更にヒーター８で反応液６を徐々に加温
しながら該反応液６を供給して上記新しい反応液６を上
記ガラス系素材１の表面で反応させ、次いで該反応液６
を廃棄する操作を、上記反応液６の温度が室温から１０
０℃付近に達するまで７〜８回繰り返して行い（同図
（ｂ））、銀鏡反応により上記ガラス系素材１のエッチ
ング面の全面に銀皮膜層２を形成する（同図（ｃ））。
その後該銀皮膜層２の表面を研磨し、銀皮膜層２の構造
を密にする。次いで該銀皮膜層２の表面にフォトレジス
ト層３を形成し、該フォトレジスト層３にフォトマスク
４を介して図中矢印のように紫外線を照射し、フォトレ
ジスト層３の紫外線照射部分を反応させる（同図
（ｄ））。その後フォトレジスト層３の反応部分を現像
除去して反エッチングパターン状の反応硬化フォトレジ
スト層３を形成すると共に銀皮膜層２をエッチングパタ
ーン状に露出させる（同図（ｅ））。次いで、エッチン
グパターン状に露出している銀皮膜層２をエッチングし
て、ガラス系素材１の表面をエッチングパターン状に露
出させる（同図（ｆ））。その後上記反エッチングパタ
ーン状の反応硬化フォトレジスト層３とその下層の銀皮
膜層２をマスクとして、ガラス系素材１をフッ酸でエッ
チングした後、ガラス系素材１の表面に残っている反エ
ッチングパターン状の反応硬化フォトレジスト層３とそ
の下層の銀皮膜層２をそれぞれ除去してガラス系素材１
の表面に凹凸形状５が形成される（同図（ｇ））。

【０００９】本発明方法によれば、銀皮膜層２は、厚さ
数十μｍ程度に厚く形成されるので、該銀皮膜層２をパ
ターン状に形成してガラスエッチング用マスクとしてガ
ラス系素材１をフッ酸でエッチングする際、フッ酸に長
時間充分に耐えて、上記銀皮膜層が剥離することなく上
記ガラス系素材１を数十μｍ以上の深さにエッチングす
ることができる。

【００１０】また本発明方法によれば、形成された銀皮
膜層２の表面を研磨して銀皮膜の構造を密にするので、
上記銀皮膜層２をエッチングする際、上記銀皮膜は非常
に素早く短時間にエッチングされることによりエッチン
グのキレが良く、シャープなパターンを形成することが
できる。そのため、上記銀皮膜層２をガラスエッチング
用マスクとしてガラス系素材１をフッ酸でエッチングす
る際、上記ガラス系素材１を、〔深さ／パターン幅〕が
０．８〜１．５程度に深くて且つ線画のギザギザ等もな
くパターンエッヂがシャープで、パターン幅の精度の高
い状態にエッチングすることができる。

【００１１】図２はエッチングしたガラス系素材のエッ
チング面の凹凸形状において、本発明方法を用いた場合
の例と従来方法を用いた場合の例とを比較した縦断面斜
視図である。図２に示すように、凹凸形状５は本発明方
法を用いて形成した場合、パターン状に形成された銀皮
膜層２は膜厚が数十μｍと厚く、耐フッ酸性が良好で長
時間のエッチングに充分に耐えるので、凹凸形状５の深
さｄ₁ は数十μｍ以上にできる。しかも上記銀皮膜層２
の構造が密なので、該銀皮膜層２をエッチングして形成
されたパターンはパターンエッヂがシャープで線画のギ
ザギザ等のない状態にできる（同図（ａ））。一方凹凸
形状５を従来の方法で形成した場合、ニッケル、銀、ク
ローム等の金属皮膜９の膜厚は厚くてもせいぜい０．数
μｍと薄く、そのためフッ酸が浸透して長時間のエッチ
ングに対しては金属皮膜９の全部、もしくはその一部が
剥離したり、パターンエッヂにギザギザ１０を生じたり
して、凹凸形状５の深さｄ₂ を数十μｍ程度以上にする
ことは不可能である（同図（ｂ））。

【００１２】本発明方法において、反応液６は２液から
なる銀鏡反応用の反応液であり、従来公知のものが使用
できる。上記２液の反応液は、還元剤を主成分とする溶
液、及び銀イオンを主成分とする溶液であって、上記還
元剤としては例えば、ヒドラジン、ヒドラジン塩、ホル
ムアルデヒド、アセトアルデヒド、蟻酸、グリオキザー
ル、ロッシェル塩、ヒドロキシルアミン、ブドウ等、ア
スコルビン酸、シュウ酸、ナトリウムボロハイドライ
ド、カリウムボロハイドライド、ジメチルアミンボラ
ン、ジエチルアミンボラン、水素、次亜燐酸、次亜燐酸
塩等が挙げられる。また上記銀イオンを有する化合物と
しては、硝酸銀等が挙げられる。

【００１３】耐熱性反応槽７は、本発明方法において、
ガラス系素材１と反応液６を収容して、その中で上記ガ
ラス系素材１の表面で銀鏡反応を起こさせるための反応
用容器、及び予め加温した反応液６を保温しかつ該反応
液６を上記耐熱性反応槽７の中で更に加温するための容
器及び加熱媒体であり、従来公知のものを用いることが
できる。特に、上記耐熱性反応槽７の内面は該内面表面
で不都合な化学反応が起きないものが好ましい。また上
記耐熱性反応槽７本体の材質としては、熱伝導性と保温
性に優れた材質であることが好ましい。このような材質
としては例えば、中空構造ＦＲＰ、ＦＲＰコーティング
鉛、ＦＲＰコーティング鉄、ＦＲＰコーティング銅、塩
ビコーティング鉛、塩ビコーティング鉄、塩ビコーティ
ング銅、ガラスコーティング鉛、ガラスコーティング
鉄、ガラスコーティング銅等のガラス含有樹脂、樹脂コ
ーティング金属材料、ガラスコーティング金属材料等が
挙げられる。また更に、上記耐熱性反応槽７のヒーター
８によって加熱される部分は、熱伝導性に優れ、かつ部
分的で急激な繰り返しの加熱、冷却によって容易に破壊
されない程度の材質、例えば熱膨張係数の小さい材質な
どであることが好ましい。このような材質としては例え
ば、鉄、銅、黄銅、鉛等の金属材料等が挙げられる。

【００１４】ヒーター８は上記耐熱性反応槽７を介して
上記反応液６を加温するための加熱装置であり、上記耐
熱性反応槽７に供給される反応液６の容量に対応して該
反応液６を室温から１００℃まで加温及び保温できる能
力を有していれば良く、市販のものが使用できる。この
ようなものとしては例えば、電熱ヒーター、石英ヒータ
ー、及びガス、灯油、アルコール類、重油、水蒸気等を
熱源とした各種の加熱用機器等が挙げられる。またヒー
ター８は投げ込み型のものでも良く、その場合は石英ヒ
ーター等を用いることができる。更にヒーター８には温
度コントロール用のサーモスタットが接続されていれ
ば、耐熱性反応槽７中の反応液の温度をより精密に制御
できて好ましい。

【００１５】ガラス系素材１は、フッ酸でエッチングす
ることの可能な材質であればいずれでもよく、ガラス、
石英等のガラス類、セラミック類等の材料が用いられ
る。又、フッ酸は、フッ酸溶液に限らずフッ酸の各種化
合物の溶液や、硫酸等との混合物でもよい。

【００１６】フォトレジスト層３は上記銀皮膜層２をエ
ッチングしてパターン状に形成するための銀皮膜エッチ
ング用マスクとして用いられるもので、従来公知のもの
が使用できる。上記フォトレジスト層３を上記銀皮膜層
２の表面に塗布するには、カーテンコート、ディップコ
ート、スピンコート、スプレーコート、スクリーンベタ
印刷、もしくはドライフィルムフォトレジストを用いる
場合は、これを銀皮膜層２の表面に熱圧着させる等、従
来公知の方法を用いることができる。上記方法で塗布さ
れたフォトレジスト３をパターン形成するには、フォト
レジスト層３の表面にフォトマスク４を介して紫外線等
のフォトレジスト層３の感光波長光を照射して、ネガ型
レジストの場合はパターン状に反応硬化させ、未硬化部
分を現像除去したのち乾燥してパターン形成する等の従
来公知の方法を用いることができる。尚、ネガ型レジス
トの代わりにポジ型レジストを用いてパターン形成する
こともでき、ポジ型レジストを用いた場合は上記ネガ型
レジストを用いた場合とは逆になる。

【００１７】フォトマスク４は上記フォトレジスト層３
をパターン状に形成するために用いられるフォトレジス
ト層３の感光波長光に対するマスクであり、ポリエステ
ル、塩ビ等のフィルム、又はアクリル板、ガラス板等、
フォトレジスト層３の感光波長光を充分に透過する素材
の表面に上記フォトレジスト層３の感光波長光を完全に
遮蔽する材質（塩化銀等が一般的である）を用いて所望
のパターンを描画したもの等従来公知のものを用いるこ
とができる。

【００１８】尚、本発明方法によれば、パターンは銀皮
膜層の表面にフォトレジスト層を形成した後、フォトマ
スクを通し露光し、現像、固化する所謂フォト法によっ
て形成されるので、最小パターン幅が数μｍ程度の繊細
なパターンを形成することができる。例えば上記フォト
レジスト層として液状タイプフォトレジストを前記の方
法により銀皮膜層の表面に厚さ数μｍ〜十数μｍに均一
に塗布した場合、形成可能な最小パターン幅は数μｍ〜
十数μｍ程度であり、またフォトレジスト層として厚さ
数十μｍ程度のドライタイプフォトレジスト（ドライフ
ィルム）を銀皮膜層の表面に熱圧着させた場合は、最小
パターン幅を数十μｍ程度に形成可能である。

【００１９】

【発明の効果】以上説明したように本発明方法は、ガラ
ス系素材を新しい室温の反応液に浸漬して反応させた後
該反応液を廃棄する操作を２〜３回繰り返した後、次い
で反応液の温度が１００℃付近に達するまで室温から徐
々に加温した上記の新しい反応液に上記ガラス系素材を
浸漬して反応させた後該反応液を廃棄する操作を、上記
反応液の温度が室温から１００℃付近に達するまで７〜
８回繰り返して銀皮膜層を形成するので、銀皮膜層が、
厚さ数十μｍ程度に厚く形成され、しかも皮膜中の不純
物の混入が少なく皮膜の構造が密に形成される。 そし
て、更に銀皮膜層の表面を研磨して銀皮膜の構造を密に
するので、銀皮膜層の構造はより一層密に形成される。
従って、上記銀皮膜層をエッチングする際、エッチング
の速度が速いため、銀皮膜層の厚さが厚くてもエッチン
グのキレが良く、シャープなパターンを形成することが
できる。そのため、上記銀皮膜層をガラスエッチング用
マスクとしてガラス系素材をフッ酸でエッチングする
際、上記ガラス系素材を、〔深さ／パターン幅〕が０．
８〜１．５程度であって、数十μｍ以上の深さで且つ線
画のギザギザ等を生じずパターンエッヂをシャープに、
パターン幅を高精度にエッチングすることができる効果
を有する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明方法の１例の工程を示す説明図である。

【図２】エッチングしたガラス系素材のエッチング面の
凹凸形状において、本発明方法を用いた場合と従来方法
を用いた場合とを比較した縦断面斜視図である。

【符号の説明】

１ ガラス系素材 ２ 銀皮膜層 ３ フォトレジスト層 ４ フォトマスク ５ 凹凸形状 ６ 反応液 ７ 耐熱性反応槽 ８ ヒーター

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ガラス系素材にエッチングパターンを形
   成した後、フッ酸を用いエッチングを行い素材表面に凹
   凸パターンを設けるエッチング加工方法において、銀鏡
   反応を利用し、ガラス系素材を新しい室温の反応液に浸
   漬して反応させた後該反応液を廃棄する操作を２〜３回
   繰り返した後、次いで反応液の温度が１００℃付近に達
   するまで室温から徐々に加温した上記の新しい反応液に
   上記ガラス系素材を浸漬して反応させた後該反応液を廃
   棄する操作を、上記反応液の温度が室温から１００℃付
   近に達するまで７〜８回繰り返して、銀鏡反応により上
   記ガラス系素材のエッチング面の全面に銀皮膜層を形成
   し、該銀皮膜層の表面を研磨して銀皮膜層の構造を密に
   した後、該銀皮膜層の表面にフォトレジスト層を形成し
   てフォトマスクを通しエッチングパターン状又は反エッ
   チングパターン状に露光し、現像、固化して、反エッチ
   ングパターン状の反応硬化フォトレジスト層を形成する
   と共に前記銀皮膜層の表面をエッチングパターン状に露
   出させ、次いでエッチングパターン状に露出した部分の
   銀皮膜層をエッチングして前記ガラス系素材の表面をエ
   ッチングパターン状に露出させ、その後、前記反エッチ
   ングパターン状の反応硬化フォトレジスト層とその下層
   の銀皮膜層とをガラスエッチング用マスクとして、ガラ
   ス系素材をフッ酸を用いて所望の深さにエッチングし、
   しかる後反応硬化フォトレジスト層とその下層の銀皮膜
   層を除去して凹凸パターンを設けることを特徴とするガ
   ラス系素材のエッチング加工方法。