JP2744826B2 - パターン化法及び製品 - Google Patents

パターン化法及び製品

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JP2744826B2 JP1320408A JP32040889A JP2744826B2 JP 2744826 B2 JP2744826 B2 JP 2744826B2 JP 1320408 A JP1320408 A JP 1320408A JP 32040889 A JP32040889 A JP 32040889A JP 2744826 B2 JP2744826 B2 JP 2744826B2
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Description

【発明の詳細な説明】 本発明は一体マスク及びマスク特有除去剤を使用して
基材上にエッチング耐性材料のパターンを供する方法に
関する。
剛性又は可撓性基材上に保持される薄膜に対して多く
の用途がある。印刷回路はその用途の例でありそして広
く使用される。他の特性も特定のパターンでそれらを蒸
着することによって薄膜に組み込むことができる。
代表的には、パターン化薄膜は１蒸着マスクを使用し
て基材上に膜を蒸着すること又は従来のフオトレジスト
及びエッチングを使用して非パターン化薄膜をエッチン
グすることにより調製された。これらの技術は種々の欠
点を有する。蒸着マスクは正確に配置されて正しい位置
に保持されねばならず、そこには小さい臨界許容量が含
まれる。マスクと蒸着基材の間に相対運動を避けること
は不可能である。これは特に基質が可撓性である時に当
てはまる。
エッチング技術も欠点を有する。この技術の使用は比
較的大きな面積の非パターン化薄膜を蒸着することそし
てこれを所望のパターンにエッチングすることを含む。
大きな面積の連続したフィルムの蒸着は膜内に応力を生
じてひび割れ及び破砕を促進する。異なる熱的性質又は
化学的性質を有する異なる材料の複層が含まれる場合に
は、応力の問題が際立つ。更に、エッチングは小寸法
の、厳しい許容量のパターンに対して必要な程度に正確
に調節し得る方法ではない。更に、多くの材料は通常の
化学的技術によりエッチングすることは難しい。即ち、
そのエッチング速度は通常のエッチング剤では非実際的
に遅く、又は周りの材料が望ましくなく影響されるほど
厳しいエッチング条件が必要である。
前記に論議したように、無機フィルムへのパターンの
形成は公知であり、そして印刷回路工業で広範囲に使用
されている。広く使用される方法は写真平版である。従
来の写真平版法の変型はネガレリーフマスクを使用する
ことである。ネガレリーフマスクはまた電鋳及び付加写
真製版に使用されるが、これらの場合には、マスクの上
部は被覆されない。真空金属化法におけるネガレリーフ
マスクの使用は被覆されるマスクの上部に成果をあげ
る。溶媒はフィルム中のピンホールを通して又はマスク
の縁に沿ってフィルムの不連続部分を通してレリーフマ
スクを攻撃し又はマスクへ溶媒の直接接近を供するよう
にマスクとフィルムの両方を切断することにより攻撃す
る。ある限定された場合には、無機ネガレリーフマスク
は真空金属化室において高温性能と低蒸気圧の利点を有
するために使用される。無機ネガ蒸着マスクを使用する
時には、このマスクは通常には酸を用いた選択的エッチ
ングにより除去される。今日まで、処理は小さな剛性基
材に限定されそして厚さ約0.1μｍの単一フィルムのみ
が像形成されている。
特定の蒸着法の“スローイング”パワーを使用して従
来法の欠陥を克服する利点を有することが発見された。
更に特に、特定の蒸着法が材料を実質上視線で蒸着し、
このため特定のエッチング可能マスク材料と組合わせて
使用した時に一体の、エッチング可能なマスクが可撓性
基材上に形成でき、そしてそこから除去できることが発
見された。また特定のエッチング可能な材料がエッチン
グ困難な薄膜パターン材料と共に使用のため有用なマス
キング寸法まで積上げられることも発見された。減法的
及び加法的の両方の写真平版技術を使用してこのマスク
を形成できる。
本発明は無機フィルムにおけるパターンが下記のとこ
ろで形成できる独特な方法を供することによって従来技
術の欠陥を克服する； １）使用した基材が可撓性でありそして多量の材料が安
価に作られるように一つ又はそれ以上の蒸着ステーショ
ンを通って連続的に移送され、２）使用した無機フィル
ムはエッチングすることが難しく、 ３）この無機フィルムは比較的厚く、例えば、0.1μｍ
より厚く、そして４）この無機フィルムは優れた解像力
でパターン化できる。
更に特に、本発明は下記の工程を含む可撓性基材上に
エッチング困難な材料のパターンを供する方法に関す
る； ａ） キャリア又は基材の第一表面上に、一体の物理的
突出部を含む第一のエッチング可能材料のマスクを供す
ること。この突出部は一般に表面に大体垂直であり、基
材上に上昇したネガがパターンを供する。
ｂ） マスク区域を通して、第一の材料とは異なる、第
二のエッチング困難なパターン材料の層を蒸着するこ
と。一態様では、蒸着ステーションを通して基材を連続
的に移動することによってこの蒸着を行なう。劣ったス
ローイングパワー、例えば電子線蒸発を有する蒸着技術
を使用することによって、この第二の材料は主として基
材表面の平面に並行な表面上に蒸着されそして突出する
マスク材料の垂直な壁を完全に被覆せず又は密封しな
い。この垂直の分離又は露出は下記の次の工程を許す； ｃ） マスク材料を選択的にエッチングしてこれを除去
しそして基材上に蒸着された第二の材料のポジパターン
を残す。
好適な具体例では、同一の材料又はそのすべてがマス
ク材料とは異なる別の材料の一つ又はそれ以上の層の形
で第二のパターン材料が蒸着される。
本願で使用される“エッチング困難な”又は“エッチ
ング不能な”材料とはマスクがパターン材料で悪影響す
ることなく満足して除去できるように使用されるマスク
材料と比較して一定のエッチング剤で比較的遅いエッチ
ング速度を有する材料である。
本発明の方法は剛性又は可撓性基材の上に種々の材料
のパターンを供するために有用である。本方法は正確に
調節されたパターンがごく厳密な許容量内で蒸着できる
ので有益である。更に、このパターン材料が材料の比較
的小部分として蒸着されるので、続いてパターン化され
る大きな蒸着物と比較して応力が更に容易に消失され
る。これは材料のより大きな部分の蒸着に関連したひび
割れ及び破壊問題を減ずる。なお別の利点は可撓性基材
に一体マスクの存在により付加の硬度と剛性が与えられ
ることである。これは基材の取扱いを助けそしてパター
ン化工程の完了後にパターン材料の離層の可能性を減ず
る。
本発明の方法を図面に関連してより明確に説明でき
る。第１図は本発明による好適具体例の種々の工程のフ
ロー線図を示す。第２−８図は材料がこの方法の種々の
段階にある時のターン化材料の部分図である。
第１図の工程１に示す可撓性フィルムのような基材52
をこの方法のために選択する。この基材は充分な寸法安
定性を有し、そして処理と使用で出会う環境条件下でこ
の性質を保つべきであり、そのため熱膨張計数間の差は
最小でありかつ基材が保持しそして支持する材料は基材
から分離しない傾向を示す。鋼、セラミック、例えば、
ガラス及び重合体の厚いシートを剛性基材として通常に
使用する。ステンレス鋼又は重合体フィルムを可撓性基
材として通常に使用する。商品名“Kapton"（デュポ
ン）として市販されるような重合体フィルムが特に好適
であり、その理由は比較的高い温度、例えば、200〜300
℃で一体性と寸法安定性を保つその性能のためである。
第１図及び第２−５図に示すように、プライマー層54
が工程３でフィルム上に蒸着される。この層は当業者に
周知のように続いて適用される金属性層の接着を改良す
ることを意図する。例えば、所望に応じて種々の有機樹
脂多び金属酸化物を使用してポリイミドへ銅の接着を改
良できる。プライマー層が必要でない場合には、省略で
きる。簡潔さと明確さのため、このプライマー層54を残
りの図では示さない。次の工程は基材上に銅のようなエ
ッチング可能なマスク材料のサブ層を蒸着することであ
る。一方法では、工程５に示すように、代表的には約10
00〜1500Åの厚さに、基材の上に、又はプライマー層を
存在する場合にはその上に、マスク材料の薄いサブ層56
をスパッタし又は他の方法で蒸着する。次の処理に望ま
しく思われる場合には、位置７で、このサブ層56を電気
めっきにより更に厚くできる。
所望のパターンを有する第４図及び第５図に示すよう
に一体マスク70を形成する一方法はここで記載する“付
加”工程の使用によるものである。
フォトレジスト材料58を工程９で銅表面上に積層し又
は被覆し、そしてステンシル60を通してこのフォトレジ
ストを光64に露出する（工程11で）。ステンシル60は従
来の写真又は他の周知の技術により製造でき、これはパ
ターンのために必要な寸法と正確さに応じて容易に選択
できる。これはポジ又はネガのフォトレジストの何れを
使用するかに応じて所望のマスクのポジ又はネガでよ
い。この記載では、ステンシルでマスクのポジである。
従って、ステンシルがスクリーンパターンである場合に
は、パターンライン62は不透明であり、光の通過を阻止
する。フォトレジスト58は第２図に示すように光が層58
に衝突しない区域では硬化しないままでありそしてステ
ンシルの透明部分の下の残りの区域58では架橋される。
工程のこの段階にある物品50の断面を第２図に示す。
フォトレジスト58が露光されそして特定の区域58′で
硬化した後に、これを工程13で現像剤で洗浄してステン
シルの不透明ライン62に対応する未反応部分を除去す
る。物品66の結果の断面を第３図に示す。
次にこの露出した銅を従来の技術により、例えば、硫
酸の希釈（５％）溶液により洗浄し又はエッチングして
工程15での次の電気めっきのために表面を準備しそして
工程17で、これに銅電気めっきを行なって、第４図の物
品68に示すような一体のマスク70を形成するために露出
区域に付加の銅を蒸着する。この銅マスクは続いて適用
されるべきパターン材料の予想した高さに等しいか又は
それを越える高さにまで作り上げられる。この高さはマ
スク70が続いて適用されるべきパターン材料74に対して
境界を供することができるのに十分であり、そしてなお
第５図に関連して説明するように続くエッチングに銅マ
スクを露出できるのに十分であるべきである。代表的に
は、２ミリまでの高さが薄膜材料をマスクするために十
分である。しかしながら、上限は単に実際的な配慮、例
えば置かれるマスク材料の一体性、置かれるべきパター
ン材料の性質、パターン材料74の続く蒸着と共にマスク
70による妨害の程度等に基づく。
このパターン材料は一般に厚さで0.1μｍ以上に及
ぶ。若干の適用では、0.5μｍそしてそれ以上の比較的
厚いフィルムが有用でありそして厚さで１または２μｍ
又はそれ以上に及ぶことができる。注目されるように、
所望に応じてより厚いフィルムを製造でき、厚さが２ミ
リ（50μｍ）又はそれ以上であるマスクの高さにより制
限される。
この方法はマスク材料70として銅の使用に関してここ
で記載したが、適用されるパターン材料74に悪影響する
ことなく選択的に除去できる有機物質のような、他の通
常に使用されるエッチング可能な金属を使用できよう。
従来種々の可溶性又はストリップ可能な重合体がそれら
が有用なマスクを形成するのに十分な一体性と安定性を
有し、蒸着工程又はパターン材料74により悪影響され
ず、そして選択的に除去できる限りマスク材料70として
使用できる。有機なマスク材料の例はパターン材料が悪
影響されない程度まで、融解、分解又は脱気なしに蒸着
工程の温度に耐えられる有機フォトレジスト等である。
一体マスク70の蒸着が完了した時に、残りの架橋した
フォトレジスト58′は工程19で従来の技術によりストリ
ップされそして先にフォトレジスト58′により保護され
た露出銅サブ層56は例えば、位置21でフラッシュエッチ
ングにより除去される。マスク材料70の若干の小い部分
も除去されるが、この量は一般にマスクを実質上影響す
るほど十分ではない。とにかく、フラッシュエッチング
後に残る量が好適なマスクを供するように技術が使用さ
れるかどうかに意を用いてこの蒸着したマスク70の高さ
をフラッシュエッチング工程で選択すべきである。
本発明の別の具体例では、加法的方法よりむしろ減法
的方法によりこのマスクを製造する。即ち、第１−４図
に関連して記載したように銅スクリーンを積上げるより
むしろ、ポリイミドシートのような基質に厚い銅ホイル
を積層しそして第１図から第４図に関連して記載したよ
うなフォトレジスト技術を使用して銅の不要部分をエッ
チングして第４図に示すような銅スクリーン又はマスク
を残す。
この方法の実施では、市販のポリイミド／銅積層複合
品で開始することが望ましく、工程15と17で一体マスク
を形成する付加の銅の電気めっきを省略する。むしろ、
フォトレジストを銅ホイルに積層しそして工程９から工
程13に関連したステンシルを通して露光する。減法技術
の場合には、パターン材料を蒸着させたい場所でフォト
レジストをストリップし／現像しそして次にこれらの区
域で銅をエッチングして第４図（サブ層56のない）に示
すような基材52上の一体マスク70を供する。残りのフォ
トレジストをストリップした後に、マスクを形成するた
め加法技術を使用したものと同じようにこの材料を処理
する。
ここで一体の、正確に配置されたマスク70が第４図に
示すように可撓性基材52上に形成されそして今度はパタ
ーン材料74が一体マスク70を保持する基板52の上に蒸着
される。パターン材料は所望の装飾的又は実利的作用を
供する多数のエッチング困難な材料の何れかでよく、例
えば、金属、合金、セラミック及び有機重合体材料であ
る。
伝導性金属、例えば、銀、タングステン、又は炭素が
有用である。特定のセラミック、磁性体、絶縁体及びま
た特定の純粋に装飾的材料を使用でき、多くの最終用途
に対して利点を有する。
位置23で起こる工程に対して多くの従来の蒸着技術を
使用できる。しかしながら、マスク70の垂直表面の若干
の部分が被覆されず又は密封されず、そこでこのマスク
70がマスクに特有の除去剤、例えばパターン材料に悪影
響しない銅エッチに接近できてマスク70の続く除去を許
すように限定されたスローイングパワーを有する技術を
使用することが望ましい。この蒸着工程はマスク材料に
悪影響しない温度で操作できなければならない。
実際には、パターン材料を蒸着するため種々の蒸着法
の何れかを用することが有用であると判った。例とし
て、金属合金蒸着のため電子線蒸発を使用できそして非
伝導性材料に対して誘導蒸発を使用できる。これらの方
法は劣ったスローイングパワーを示す。即ち、これらは
基材表面に垂直な表面上に材料が殆ど蒸着しない傾向を
示し、これは蒸着される材料の流れが本質的に殆ど乱流
なしに視線で真直ぐかつ平行であるためである。別の方
法で述べると、劣ったスローイングパワーとは材料の放
出流に平行な表面に殆ど被覆されず又は密封されないこ
とを意味する。かくして、マスクの垂直表面はパターン
材料により被覆されず又は密封されない。
マスク70の高さを越えない限りパターン材料74を所望
の通り厚く蒸着できる。マスク70が完全に被覆される場
合には、続く除去のため、例えばエッチングによる、接
近点がなくなるであろう。パターン材料の単層又は複層
を蒸着できる。パターン材料の層はこれらが所望の最終
用途を行なうのに十分に相和性である限り、例えばこれ
らが互いに接着しそして望ましくなく化学的に反応性で
ない限り、同一又は異なってもよい。
第９図には、パターン材料を連続的に蒸着するための
パターン装置32の略示図を示す。この装置32は反転でき
る取上げ及び供給リール33,34を含み、この上にマスク
された基材68が巻かれる。基材68は引張りローラ35,36
及び必要に応じて、加熱し又は冷却できる可逆被覆ロー
ル37を通過する。二つの別の蒸着ステーション39及び43
を示す。これは同一又は異なってもよい。二つを示す
が、この方法は単に一つのステーションで使用でき、そ
して二つ以上のステーションも若干の適用では有用であ
る。
操作に際して、基材68を最初に供給リール33から供給
し、ロール37を回ってそしてステーション39及び43の一
つ又は両方で被覆後にロール34上に取上げる。基材68の
速度は基材68上に所望量のパターン材料が蒸着されるこ
とを許すように選択される。異なる材料の交互の層はス
テーション39を使用して一方向へそして43は使用して他
方向へ、可逆ロール33及び34により蒸着できる。別法と
して、何れかの方向に操作した時に両被覆ステーション
を同時に操作して種々の層形成効果を供する。
39及び43で表わされる蒸着ステーションはパターン材
料が蒸着される限定されたスローイングパワーを有す
る、種々の公知の蒸着システムの何れでもよい。固体金
属は電子線蒸発のような蒸発技術により蒸着できる。非
金属固体材料は誘導又は抵抗蒸発等のような従来技術に
より蒸着できる。
パターン材料蒸着が完了した時に、物品72は第５図に
示すものに類似した断面を有し、そこではパターン材料
74は蒸着流に直角である銅マスク70の表面上に蒸着され
ている。マスク70の垂直壁のかなりの部分はパターン材
料74の積上げにより塞がれているが、マスクの頂部に近
い銅マスク70の一部は塞がれずかつ露出したままであり
マスク特有の除去剤による続く攻撃を許す。
パターン蒸着後に、このマスク材料70,56を工程25に
示すように除去できる。代表的には、このマスク材料7
0,56はエッチング可能な金属でありそして化学的エッチ
ング、例えば、銅に対して硫酸、即ちマスク材料70に対
して特有なものにより除去でき、パターン材料74を決っ
た場所に残す。
基材プライマー54を使用した場合には（第２図を見
よ）その除去は工程27で起こる。このプライマー層を除
去するため使用する化学品はパターン材料を攻撃しては
ならない。パターン化製品76の断面を第６図に示し、こ
こでボンドにより分離されたままのパターン材料74の垂
直エッジ78がマスク材料の除去により残る。
パターン化物品８の上面図を第８図に示し、ここでは
パターン材料74はパターン材料74のエッジ78により形成
された、正確に調節された空間により分離される種々の
パターンで示される。これらの空間の幅と精度はステン
シル60を調製するため利用し得る技術、過剰のマスク高
さにより引起こされるシャドー効果の抑制、エッチング
材料の適正な選択、エッチング条件等により指定され
る。
第１図に示す工程の位置29で、パターン化物品上で多
くの変換操作を行なうことができる。例えば、物品を種
々の形状に切断し、スリットし又はパンチできる。保護
又は接着材料の層82を加えて汚染を阻止し又は別の材料
の結合を許す。最終に意図する適用に応じてこの可撓性
パターン化物品をロール、積重ね、積層等を行なう。接
着層は第７図に示すようにリレーズライナー84を有して
もよい。
本発明のパターン化物品は種々の装飾的又は電気的適
用、例えば印刷回路板等に有用性があり、そこではパタ
ーンはカーボン、エッチングが困難な超伝導材料の伝導
性パターンを含む。
本発明の別の具体例では、第１に示した方法を変型し
てパターン材料の粒子の正確に成形された小片を供する
ことができる。更に特に、パターン化法を第１図に示す
ように実施したが、ただし突出するマスク材料70の下に
は直接にないマスク材料56の一部（第２図〜第５図を見
よ）を除去する工程21で通常に行なわれるフラッシュエ
ッチング工程が省略される。
この工程を省略する結果として、パターン材料74はマ
スクサブ層56の上部の上に蒸着される。結果的に、マス
ク材料70の続くエッチングが起こる時には、第１図の位
置25に示すように、パターン材料74下の銅サブ層56がま
た付着されそしてパターン材料74はサブ層52から放出さ
れる。パターン材料74が不連続な島の形状である場合に
は、パターン材料の小片又は粒子が得られる。これらは
長い糸、矩形、円形又他の望ましい幾何学的形状でよ
く、そして丁度前記の方法におけるように材料の一つ又
はそれ以上の層を含むことができる。粒子の寸法分布は
使用したパターンにより調節できる。粒子の混合物は非
常に狭くかつ均一な分布から非常に広い粒度分布の粒径
の分布を有することができる。粒子内の複層の厚さは、
使用される場合には、また調節できる。
このように得られた小片又は粒子は単一で又は他の材
料との混合物で有用である。例えば、これらを種のビヒ
クル又はマトリックスに配合して補強組成プラスチッ
ク、コーティング、塗料等を供することができる。別法
として、これらをその組成に応じて研摩材又は光学的機
能性材料として有用である。
本発明をむしろ特定の材料に関連して前記に説明し
た。しかしながら、別法は本開示を知った時本発明に関
係する当業者には容易に明らかであろう。
例 本発明の実施を例示するために、印刷回路デバイスを
作る。このデバイスを作るために、可撓性ポリイミドフ
ィルム（kapton、デュポン）の一表面にスパッタ蒸着に
より銅を被覆した。厚さ0.5ミル（13μｍ）のポジ作用
フォトレジストの層を銅コーティングに積層した。ステ
ンシルとして印刷回路ネガを使用して、このフォトレジ
ストを露出しそして現像した。
フォトレジスト材料が現像により除去された区域に
は、銅を電気めっきして約0.5ミル（13μｍ）以下の高
さを有するマスクを供する。次に残りのフォトレジスト
を除去しその酸／ジクロム酸カリウムエッチを使用して
試料にフラッシュエッチングを行なって非マスク区域の
銅フィルムを除去した。
次にこのマスクされたフィルムを真空室に入れそして
数百オングストロームのカーボンで被覆した。次に硫酸
／ジクロム酸カリウムエッチを使用してこの銅マスク材
料をエッチングしてポリイミド基材上にカーボンの印刷
回路パターンを残した。
【図面の簡単な説明】
第１図は本出願に記載したパターン化方法のフロー線図
であり、第２図〜第８図はこのパターン化方法の種々の
段階でシート材料の平面図と断面図である。 第９図は本発明で有用なパターン蒸着装置の略示図であ
る。

Claims (2)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】可撓性でシート状の基材を配置しかつこの
    シートの一つの主要表面の少なくとも一部分に前記の基
    材の前記の表面に大体垂直の物理的突出部を形成する第
    一のエッチング可能なマスク材料を結合すること； マスクされた区域の少なくとも一部の上に前記の第一の
    材料と化学的に異なる第二のパターン材料を蒸着し、こ
    こにこの第二のパターン材料は、主として前記基材の露
    出した部分上に及び前記基材の前記の主要な表面に対し
    て平行であるマスク表面上に蒸着されること； 前記のマスク材料が完全に被覆されず又は密封されない
    ように前記の蒸着を調節すること；そして 前記の第一のエッチング可能なマスク材料を選択的にエ
    ッチングするために化学剤を適用し、これによって前記
    の第二のパターン材料のパターンが基材上に残ること、 の諸工程を含む可撓性基材上にパターン化蒸着物を製造
    する方法。
  2. 【請求項２】基材を配置しかつこの基材の少なくとも一
    部に、その一部が前記の基材の表面に垂直に物理的突出
    部を形成する第一のエッチング可能なマスク材料を被覆
    すること； このマスクされた区域の少なくとも一部の上に前記の第
    一のエッチング可能なマスク材料とは化学的に異なる第
    二のパターン材料を蒸着すること、ここにこの第二のパ
    ターン材料は前記の基材の表面に平行である前記の第一
    のエッチング可能なマスク材料の上に主として蒸着され
    ること； 前記の第一のエッチング可能なマスク材料のすべてが完
    全に被覆される前に前記の蒸着を中断すること；そして 前記の第二のパターン材料の下の前記の第一のエッチン
    グ可能なマスク材料を選択的にエッチングするために化
    学剤を適用し、これによって前記の第二のパターン材料
    の小片が前記の基材から放出されること； の諸工程を含む、予め選択されたパターンに対応する形
    状を有する物品を製造する方法。
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