JP5324342B2 - ウェットエッチング方法 - Google Patents

Description

本発明は、等方性ウェットエッチング方法に関する。

従来より、半導体基板等の基板表面にエッチングマスクを形成し、エッチング溶液に浸すことで、基板をエッチングする等方性ウェットエッチング方法が知られている。このような等方性ウェットエッチング方法では、エッチング溶液によりエッチングマスクに覆われている部分の基板がエッチングされるアンダーカットが発生する場合が多い。特許文献１では、そのようなアンダーカットを利用して、テーパ部を形成している技術が開示されている（例えば特許文献１の段落［００６５］、［００６６］、図３（ｄ）参照）。

しかしながら、アンダーカットにより形成されたテーパ部は、一般的にテーパ面が曲線状になり、例えば、上記テーパ部をヴィアホールとして用いた場合、ヴィアホールに設けられた配線等が断絶してしまうことがある。従って、アンダーカットの形状を調節して、基板に所望のテーパ面を有するテーパ部を形成することが求められている。

例えば、特許文献２に記載のウェットエッチング方法では、ホウケイ酸ガラス層の表面に、エッチングマスクとして所定の窒化ケイ素層を形成する。そうすると、ホウケイ酸ガラス層がエッチング溶液に浸されエッチングされる際に、窒化ケイ素層も徐々にエッチングされる。エッチングされた窒化ケイ素層の開口が徐々に拡大すると、ホウケイ酸ガラス層の表面が付加的に露出されてエッチングされることになり、これにより、制御されたテーパ面がホウケイ酸ガラス層に形成される。

なお、本発明に関連する文献として、特許文献３、４には、エッチング溶液中で金属をクロムに接触させることにより、クロムのエッチングが起こる旨の技術が開示されている。

特開２００８−１６００３９号公報 特開昭６０−４６０３４号公報 特公昭４６−１９５３０号公報 特開平１０−８８３７１号公報

特許文献２に記載のウェットエッチング方法では、窒化ケイ素層がエッチングされる速度により、形成されるテーパ面の角度が定まる。窒化ケイ素層がエッチングされる速度は、窒化ケイ素層の物性値により定まるので、形成されるテーパ面の角度に応じて、窒化ケイ素層の物性値を適宜設定しなければならない。従って、ウェットエッチングにおける作業効率が低い。

また、特許文献２に記載のウェットエッチング方法は、ホウケイ酸ガラス層のエッチングについての発明であり、その他の材料でなる基板のエッチングについては記載がなく、基板の材料の選択範囲が小さい。

以上のような事情に鑑み、本発明の目的は、作業効率がよく、エッチングされる基板の材料の選択範囲も大きい、ウェットエッチング方法を提供することにある。

上記目的を達成するため、本発明の一形態に係るウェットエッチング方法は、基板の表面に金属層を形成することを含む。
前記金属層の表面にはレジスト層が形成される。
露光及び現像された前記レジスト層の形状に応じて、前記金属層はエッチングされる。
前記基板はエッチング液に浸されることによりエッチングされる。
前記基板がエッチングされている間に、前記金属層の露出面に、前記金属層と異なる材料でなる金属が接触され、前記金属層がエッチングされる。

本発明の別の形態に係るウェットエッチング方法は、基板の表面に金属層を形成することを含む。
前記金属層の表面にはレジスト層が形成される。
露光及び現像された前記レジスト層の形状に応じて、前記金属層はエッチングされる。
前記金属層の露出面に前記金属層と異なる材料でなる金属が接触されながら、前記基板がエッチング液に浸されることにより、前記基板及び前記金属層がエッチングされる。

本発明の一実施形態に係るウェットエッチング方法を順に示す模式的な断面図である。 図１に示すウェットエッチング方法の一部の工程を上方から見た模式的な平面図である。 本発明の別の実施形態に係るウェットエッチング方法を順に示す模式的な断面図である。 図３に示すウェットエッチング方法の一部の工程を上方から見た模式的な平面図である。

本発明の一実施形態に係るウェットエッチング方法は、基板の表面に金属層を形成することを含む。
前記金属層の表面にはレジスト層が形成される。
露光及び現像された前記レジスト層の形状に応じて、前記金属層はエッチングされる。
前記基板はエッチング液に浸されることによりエッチングされる。
前記基板がエッチングされている間に、前記金属層の露出面に、前記金属層と異なる材料でなる金属が接触され、前記金属層がエッチングされる。

このウェットエッチング方法では、基板がエッチングされる際に、レジスト層の形状に応じてエッチングされた金属層の露出面に金属を接触させることで、金属層をエッチングする。この際、例えば接触のタイミングを適宜設定することで、金属層のエッチング量を適宜設定することができる。また、金属層及び金属の接触による金属層のエッチングは、基板の材料にかかわらず発生させることができる。これにより、作業効率がよく、エッチングされる基板の材料の選択範囲も大きい、ウェットエッチング方法を提供することができる。

本発明の別の実施形態に係るウェットエッチング方法は、基板の表面に金属層を形成することを含む。
前記金属層の表面にはレジスト層が形成される。
露光及び現像された前記レジスト層の形状に応じて、前記金属層はエッチングされる。
前記金属層の露出面に前記金属層と異なる材料でなる金属が接触されながら、前記基板がエッチング液に浸されることにより、前記基板及び前記金属層がエッチングされる。

前記金属層はクロムでなってもよい。また、前記金属は、鉄又はアルミニウムでなってもよい。

前記エッチング液は、フッ酸及び塩酸の混合液であってもよい。この場合、前記フッ酸は１重量パーセント以上２０重量パーセント以下であり、前記塩酸は１０重量パーセント以上３５重量パーセント以下であってもよい。

以下、図面を参照しながら、本発明の実施形態を説明する。以下の説明では、材料や寸法等が例示されているが、これはその材料や寸法等に限定されるという意味ではない。

図１は、本発明の一実施形態に係るウェットエッチング方法を順に示す模式的な断面図である。図２は、図１に示すウェットエッチング方法の一部の工程を上方から見た模式的な平面図である。

図１（Ａ）に示すように、ガラス基板１の表面に、例えば真空蒸着法やスパッタリング法等によりクロム層２が形成される。またクロム層２の表面に、例えばスピンコート法やロールコート法等により、感光性の材料でなるレジスト層３が形成される。

クロム層２は、ガラス基板１がウェットエッチングされる際のエッチングマスクとして機能するものであり、表面が窒化処理又は酸化処理されたものが用いられてもよい。クロム層２の厚みは、例えば８０ｎｍ〜１２０ｎｍの範囲である。

レジスト層３は、単一フォトレジスト層でもよいし、複合フォトレジスト層でもよい。レジスト層３が単一フォトレジスト層の場合、その厚みは例えば１μｍ〜２μｍの範囲である。レジスト層３が複合フォトレジスト層の場合、その厚みは例えば３．５μｍ〜４．５μｍの範囲である。

ガラス基板１としては、例えば、石英、白板ガラス、青板ガラス、ホウケイ酸ガラス、無アルカリガラス、又は鉛ガラス等が適用可能である。すなわち本実施形態に係るウェットエッチング方法では、エッチングされるガラス基板１の材料の選択範囲が大きい。

図１（Ｂ）に示すように、レジスト層３が露光・現像され、現像されたレジスト層３の形状に応じてクロム層２がエッチングされる。クロム層２のエッチングとしては、典型的には、第２セリウムアンモニウム及び過塩素酸の混合液によるウェットエッチングが用いられる。しかしながら、例えば反応性イオンエッチング等のドライエッチングによりクロム層２がエッチングされてもよい。

図２（Ａ）は、図１（Ｂ）に示す工程を上方から見た平面図であり、図２（Ａ）のＡ−Ａ線断面図が図１（Ｂ）に相当する。説明の便宜上、図２（Ａ）では、ガラス基板１及びレジスト層３の形状を矩形状で示しており、ガラス基板１とレジスト層３との間に挟まれたクロム層２も矩形状となっている。しかしながら、ガラス基板１、クロム層２、及びレジスト層３の形状が、これに限定されるというわけではない。

図１（Ｃ）に示すように、フッ酸と塩酸の混合液からなるエッチング液４が収容されたタンク５の中に、ガラス基板１が浸され、ガラス基板１に対する等方性のウェットエッチングが開始する。本実施形態のエッチング液４では、フッ酸が１重量パーセント以上２０重量パーセント以下の範囲となり、塩酸が１０重量パーセント以上３５重量パーセント以下の範囲となるように、フッ酸と塩酸が混合されている。

ガラス基板１がエッチングされている間に、図示しない把持機構によりアルミニウム又は鉄からなる棒状の金属６（以後、金属棒６という）が把持され、この金属棒６がタンク５内のエッチング液４に浸される。そして、把持機構が制御されることにより、所望のタイミングで、クロム層２の露出面２ａと金属棒６の端部とが一度接触される。その場合、人手により金属棒６をその露出面２ａに接触するようにしてもよい。

金属棒６が、エッチング液４により溶解しつつクロム層２と接触することで、電気化学反応等により、クロム層２が徐々にエッチングされる。なお、エッチング液４中で、一度金属棒６がクロム層２に接触されれば、それ以後、金属棒６をクロム層２から離してもクロム層２のエッチングが進行する。

クロム層２は、その表面に不動態被膜が形成されていることにより、例えば強酸や、強塩酸等に対して高い耐蝕性を有するものである。従って、クロム層２がエッチング液４に浸されている間、クロム層２の露出面２ａと金属棒６とが接触されるまでは、クロム層２のエッチングはほとんど進行しない。金属棒６が露出面２ａの不動態被膜に一度接触することにより、その被膜が除去され、クロム層２のエッチングが進行すると考えられる。

図２（Ｂ）は、図１（Ｃ）に示す工程を上方から見た平面図であり、図２（Ｂ）のＡ−Ａ線断面図が図１（Ｃ）に相当する。なお、図２（Ｂ）ではタンク５の図示は省略されている。

矩形状のクロム層２の周囲の４つの露出面を、それぞれ露出面２ａ、２ｂ、２ｃ、及び２ｄとすると、上記したように金属棒６はクロム層２の露出面２ａに一度接触される。そうするとクロム層２は、露出面２ａのみならず、他の露出面（露出面２ｂ、２ｃ、及び２ｄ）においてもエッチングが進行し、矩形状の形状をほぼ保った状態で徐々に小さくなる。このことは、クロム層２の露出面２ａではない他の露出面に金属棒６が接触した場合でも同様であり、クロム層２を囲む４つの露出面が物理的または電気的につながっていることがその要因であると考えられる。図２（Ｂ）では、エッチングされたクロム層２が破線で示されている。

クロム層２がエッチングされ徐々に小さくなると、ガラス基板１のエッチング液４にさらされる部分が徐々に増え、その部分がウェットエッチングされる。これにより、ガラス基板１のアンダーカット形状が調節され、図１（Ｃ）に示すように、ガラス基板１にテーパ面７が形成される。なお、図２（Ｂ）では、テーパ面７の図示は省略されている。

図１（Ｃ）に示すように、テーパ面７は、エッチングされたクロム層２の各露出面（露出面２ａ、２ｂ、２ｃ、及び２ｄ）付近から形成され、各露出面の位置は、クロム層２がエッチングされる量により定まる。クロム層２のエッチングは、クロム層２の露出面２ａ及び金属棒６が一度接触した後進行し、ガラス基板１がタンク５内から取り出されることで、その進行が停止する。従って、例えば露出面２ａに金属棒６を接触させるタイミング、及びガラス基板１をタンク５から取り出すタイミングを適宜設定することで、クロム層２のエッチング量を適宜設定することができる。これにより、形成されるテーパ面７の形成位置等が適宜設定される。

テーパ面７の角度は、クロム層２がエッチングされる速度により定まる。本実施形態では、エッチング液４であるフッ酸と塩酸の混合比を適宜設定することで、クロム層２がエッチングされる速度を適宜設定することができる。上記したように、本実施形態では、エッチング液４として、フッ酸が１重量パーセント以上２０重量パーセント以下であり、塩酸が１０重量パーセント以上３５重量パーセント以下である混合液が用いられている。例えば、フッ酸が多すぎるとガラス基板１のエッチングが速くなり過ぎ、また、塩酸が多すぎるとクロム層２のエッチングが速くなり過ぎる場合が考えられる。その場合には所望のテーパ面７が得られない可能性があるので、フッ酸及び塩酸の重量パーセントを上記の範囲とした。しかしながら、この範囲に限られるという意味ではない。また、エッチング液４の温度が適宜設定されることで、テーパ面７の角度等が適宜設定されてもよい。

図１（Ｄ）に示すように、タンク５から取り出されたガラス基板１は、例えば脱イオン水等により洗浄される。また、例えばアルカリ溶液等でレジスト層３が除去され、第２セリウムアンモニウムと過塩素酸との混合液によりクロム層２が除去される。これにより、所望のテーパ面７を有するガラス基板１が得られる。

本実施形態のウェットエッチング方法により得られたガラス基板１のテーパ面７に、例えば配線等が形成される場合、所望のテーパ面７を形成することにより、配線等の断絶を防止することができる。また、テーパ面７に形成される配線等の密着性も向上させることができる。その他にも、例えばガラス基板１が太陽光パネルとして用いられた場合、所望のテーパ面７を形成することにより、太陽光の集光量を増加させることができる。また例えば、マイクロ化学チップによる光センサーにガラス基板１が組み込まれる場合、所望のテーパ面７を形成することで光の検知精度を向上させることもできる。

なお、本実施形態では、ガラス基板１がエッチング液４に浸されエッチングされている間に、金属棒６がタンク５内に入れられた。しかしながら、ガラス基板１がエッチング液４に浸される前に、クロム層２の露出面２ａと金属棒６とが接触されてもよい。この場合、クロム層２の露出面２ａ及び金属棒６が接触された状態のまま、ガラス基板１がエッチング液４に浸される。そうすると、ガラス基板１のウェットエッチングの開始とほぼ同時にクロム層２のエッチングが開始される。その後、所定のタイミングでガラス基板１をタンク５から取り出し、クロム層２のエッチングの進行を停止させることで、ガラス基板１に所望のテーパ面７が形成されてもよい。例えばガラス基板１がエッチング液４に浸されてからタンク５から取り出されるまでの所定時間をあらかじめ設定しておけば、ガラス基板１のウェットエッチングの作業効率はさらに向上する。また、ガラス基板１がエッチング液４に浸される前に、金属棒６をクロム層２の露出面２ａに接触させるので、金属棒６とクロム層２の位置合わせが容易になる。

図３は、本発明の別の実施形態に係るウェットエッチング方法を順に示す模式的な断面図である。図４は、図３に示すウェットエッチング方法の一部の工程を上方から見た模式的な平面図である。これ以降の説明では、上記の実施形態で説明したウェットエッチング方法についての構成及び作用と同様な部分については、その説明を省略又は簡略化する。

図３（Ａ）に示すように、ガラス基板１０１の表面にクロム層１０２及びレジスト層１０３が形成され、レジスト層１０３の露光・現像、及び、クロム層１０２のエッチングが行われる。図４（Ａ）は、図３（Ａ）の工程を上方から見た平面図であり、図４（Ａ）のＢ−Ｂ線断面図が図３（Ａ）に相当する。図４（Ａ）に示すように、本実施形態では、ガラス基板１０１の中央部分を被覆するクロム層１０２及びレジスト層１０３が、矩形状にガラス基板１０１から除去される。すなわち図４（Ａ）において、ガラス基板１０１の中央部分の矩形状の領域にて、ガラス基板１０１が露出している。

図３（Ｂ）に示すように、ガラス基板１０１をフッ酸及び塩酸の混合液でなるエッチング液１０４に浸し、ガラス基板１０１をウェットエッチングする。そして、その直後金属棒１０６をエッチング液１０４に浸し、ガラス基板１０１が露出している中央部分で、金属棒１０６の端部とクロム層１０２の露出面１０２ａとを一度接触させる。上記実施形態でも説明したように、エッチング液１０４外にガラス基板１０１があるときに金属棒１０６をクロム層１０２に接触させ、その接触を維持しながら、ガラス基板１０１をエッチング液１０４に浸すことを開始してもよい。エッチング液１０４中で、一度金属棒１０６がクロム層１０２の露出面１０２ａに接触されれば、それ以後、金属棒１０６をクロム層１０２から離してもクロム層１０２のエッチングが進行し、また、ガラス基板１０１のエッチングも進行する。

上記の実施形態で説明したように、クロム層１０２は、金属棒１０６とクロム層１０２との接触位置にかかわらず、矩形状の領域を囲う露出面１０２ａ、１０２ｂ、１０２ｃ、及び１０２ｄでそれぞれ同様にエッチングされる。クロム層１０２が徐々に小さくなることで、図３（Ｂ）に示すように、ガラス基板１０１にテーパ面１０７が形成される。そして、上記金属棒１０６がクロム層１０２に接触してから所定時間経過後、ガラス基板１０１がエッチング液１０４を収容したタンク１０５から取り出されることにより、クロム層１０２及びガラス基板１０１のエッチングの進行が停止する。これにより、所望のテーパ面１０７が形成される。つまり、所望のテーパ面１０７を形成することができるように、上記所定時間が設定される。図４（Ｂ）では、エッチングされ小さくなったクロム層１０２の４面が破線で示されている。

次に、再度ガラス基板１０１がエッチング液１０４中に浸される。このとき、金属棒１０６は用いない。クロム層１０２はその表面に形成された不動態膜によりエッチングされず、ガラス基板１０１について、図３（Ｃ）に示すように、曲面状に等方性エッチングが進行する。これにより、テーパ面１０７のガラス基板１０１の表面に近い部分に、曲線状のアンダーカット１０８が形成される。

図３（Ｄ）に示すように、ガラス基板１０１を洗浄し、レジスト層１０３及びクロム層１０２を除去する。

以上のように、本実施形態のウェットエッチング方法では、エッチング液１０４によるアンダーカットを利用することができ、これにより、ガラス基板１０１のテーパ面１０７の形状を適宜設定することができる。これにより、例えばガラス基板１０１が、上記した太陽光パネルや光センサー等に用いられる場合に有効である。

本発明は上述の実施形態にのみ限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々変更され得る。

例えば、上記の実施形態では、金属棒としてアルミニウム又は鉄が用いられた。しかしながら、金属棒として、例えば、すず、マグネシウム、亜鉛、カドミウム、銅、ステンレス又はこれらの合金が用いられてもよい。また、複数の金属棒が用いられ、所望のテーパ面が形成されてもよい。また、クロム層に接触する金属の形状は棒状に限られず、例えば板状の金属がクロム層に接触してもよい。

エッチング液として、フッ酸及び塩酸の混合液の代わりに、例えば、フッ酸及び硫酸の混合液や、リン酸及び硫酸の混合液が用いられてもよい。

本実施形態では、このように金属層によるエッチングマスクとしてクロム層が用いられたが、クロム層の代わりに、上記した種々の材料の金属棒や種々のエッチング液との組み合わせにより、上記実施形態と同様な作用効果を得られるような金属層がエッチングマスクとして用いられてもよい。

１、１０１…ガラス基板
２、１０２…クロム層
２ａ、１０２ａ…クロム層の露出面
３、１０３…レジスト層
４、１０４…エッチング液
６、１０６…金属棒

Claims (8)

1. 基板の表面に前記基板のエッチングのためのマスクとして金属層を形成し、
   前記金属層の表面にレジスト層を形成し、
   露光及び現像された前記レジスト層の形状に応じて、前記金属層をエッチングし、
   前記基板をエッチング液に浸すことによりエッチングしている間に、前記金属層の露出面に前記金属層と異なる材料でなる金属を接触させることで前記マスクである金属層をエッチングすることにより、前記基板にテーパ面を形成する
   ウェットエッチング方法。
2. 請求項１に記載のウェットエッチング方法であって、
   前記テーパ面を形成する工程は、前記基板を前記エッチング液に浸した後に、前記金属層の露出面に前記金属を接触させる
   ウェットエッチング方法。
3. 請求項１に記載のウェットエッチング方法であって、
   前記テーパ面を形成する工程は、前記金属層の露出面に前記金属を接触させながら、前記基板を前記エッチング液に浸す
   ウェットエッチング方法。
4. 請求項１から３のうちいずれか１項に記載のウェットエッチング方法であって、
   前記テーパ面を形成する工程は、前記金属層のエッチング量を調整することで、前記テーパ面の形成位置を調節する
   ウェットエッチング方法。
5. 請求項１から４のうちいずれか１項に記載のウェットエッチング方法であって、
   前記テーパ面を形成する工程は、前記金属層のエッチング速度を調整することで、前記テーパ面の角度を調節する
   ウェットエッチング方法。
6. 請求項１から５のうちいずれか１項に記載のウェットエッチング方法であって、
   前記金属層はクロムでなり、
   前記金属は、鉄又はアルミニウムでなる
   ウェットエッチング方法。
7. 請求項１から６のうちいずれか１項に記載のウェットエッチング方法であって、
   前記エッチング液は、フッ酸及び塩酸の混合液であるウェットエッチング方法。
8. 請求項７に記載のウェットエッチング方法であって、
   前記フッ酸は、１重量パーセント以上２０重量パーセント以下であり、
   前記塩酸は、１０重量パーセント以上３５重量パーセント以下である
   ウェットエッチング方法。