JP5762915B2 - エッチング方法及びエッチング装置 - Google Patents

Description

本発明は、エッチング方法及びエッチング装置に関し、特にプリント配線板を製造する工程において、基板上の被加工導電層をパターンエッチングして配線部をパターン形成するエッチング方法及びエッチング装置に関する。

半導体等の部品が実装されるプリント配線板（基板）の表面に微細なパターンの配線部を形成するエッチング方法として、１流体ノズルから基板上にエッチング液を噴射する方法が広く用いられている。銅箔上には予めマスク層であるレジスト膜がパターン形成されており、レジスト膜で保護されていない銅箔にエッチング液が接触することによって、銅箔がパターン加工される。

しかし、１流体ノズルを用いる方法では、エッチング液滴の粒径が大きく、例えば隣接する配線部間の間隔が５０μｍ以下である微細化された配線パターンの加工においては、エッチング液滴が被エッチング層上のレジスト膜のパターン内をエッチングすることができず、Ｅ／Ｆ（エッチファクター）を向上させることは難しい。

このような不都合を解消する方法として、エッチング液と圧縮空気とを混合して噴射する２流体ノズルを用いる方法が提案されている。２流体ノズルを用いることにより、１流体ノズルよりもエッチング液の微小液滴化が可能となり、噴射速度も大きくなる。例えば５０μｍ以下に微細化されたパターンのエッチングにおいても、エッチング液の微小液滴を高速でパターン内に押し込みＥ／Ｆを向上させることができる。

特開２００２−２５６４５８号公報 特開２０１０−２８７８８１号公報

しかし、２流体ノズルを用いる方法では、多量の圧縮空気を消費するため、設備の大型化やコストの上昇を招く。

そこで、本発明は、圧縮空気の消費量を最小限に抑えつつ、好適なＥ／Ｆを得ることが可能なエッチング方法及びエッチング装置の提供を目的とする。

上記目的を達成すべく、本発明の第１の態様に係るエッチング方法は、エッチング液を１流体ノズルから噴射してエッチング対象物のエッチング対象面に吹き付けることによって、エッチング対象面をエッチングする第１のエッチング工程と、エッチング液と気体とを混合して２流体ノズルから噴射し、第１のエッチング工程でエッチングされたエッチング対象面にエッチング液を吹き付けることによって、エッチング対象面をさらにエッチングする第２のエッチング工程と、を備える。第２のエッチング工程では、第１のエッチング工程よりも微小液滴のエッチング液を、第１のエッチング工程よりも強い打力でエッチング対象面に吹き付ける。

本発明の第１の態様に係るエッチング装置は、搬送手段と１流体ノズルと２流体ノズルとを備える。搬送手段は、第１のエッチング処理部と第２のエッチング処理部とを順に通る所定の搬送経路に沿ってエッチング対象物を搬送する。１流体ノズルは、第１のエッチング処理部に配置され、搬送手段によって搬送されるエッチング対象物のエッチング対象面に、エッチング液を噴射して吹き付ける。２流体ノズルは、第２のエッチング処理部に配置され、搬送手段によって第１のエッチング処理部から搬送されるエッチング対象物のエッチング対象面に、エッチング液と気体とを混合し噴射して吹き付ける。２流体ノズルは、１流体ノズルよりも微小液滴のエッチング液を、１流体ノズルよりも強い打力でエッチング対象面に吹き付ける。

上記方法及び装置では、被エッチング層の表面側では、先ず１流体ノズルからの比較的大きい液滴のエッチング液による大まかなエッチング処理が行われる。次に、２流体ノズルからの微小液滴のエッチング液による細かなエッチング処理が行われ、微細化された配線パターンの加工であっても、エッチング液滴を被エッチング層上のレジスト膜のパターン内に押し込むことができる。このように、全てのエッチング処理に２流体ノズルを使用せず、１流体ノズルと２流体ノズルとを効果的に併用するので、圧縮空気の消費量を最小限に抑えつつ、好適なＥ／Ｆを得ることができる。なお、Ｅ／Ｆとは、被エッチング層の横方向のエッチ量（アンダカット量）に対するエッチング深さ（被エッチング層の厚さ）の比率であり、数値が大きいほど好適である。

本発明の第２の態様に係るエッチング方法は、上記第１の態様のエッチング方法であって、エッチング対象面は、エッチング対象物の上面であり、第１のエッチング工程は、１流体ノズルからエッチング対象面に吹き付けられたエッチング液を吸引して除去する第１の吸引工程を含む。また、第２のエッチング工程は、２流体ノズルからエッチング対象面に吹き付けられたエッチング液を吸引して除去する第２の吸引工程を含む。

本発明の第２の態様に係るエッチング装置は、上記第１の態様のエッチング装置であって、第１のエッチング処理部と第２のエッチング処理部の双方に配置される吸引手段を備える。搬送手段は、エッチング対象面が上方を向いた状態でエッチング対象物を略水平方向に搬送する。吸引手段は、１流体ノズルと２流体ノズルとからエッチング対象面にそれぞれ吹き付けられたエッチング液を吸引して除去する。

上記方法及び装置では、１流体ノズル及び２流体ノズルから吹き付けられたエッチング液がエッチング対象面から早期に除去される。従って、エッチング液の吹き付けに対して障害となり得るエッチング液の滞留の発生を未然に防止することができ、面内均一性の高いエッチングを行うことができる。

上記第１又は第２の態様に係るエッチング方法やエッチング装置において、エッチング速度が略等しいエッチング液を１流体ノズルと２流体ノズルとからエッチング対象面にそれぞれ吹き付ける。また、上記第１又は第２の態様に係るエッチング方法やエッチング装置において、１流体ノズル及び２流体ノズルからエッチング対象面へのエッチング液の総吹き付け量に対する２流体ノズルからエッチング対象面へのエッチング液の吹き付け量の割合は、２％以上５０％以下である。

本発明によれば、圧縮空気の消費量を最小限に抑えつつ、好適なＥ／Ｆを得ることができる。

本発明の一実施形態に係るエッチング装置を模式的に示す概略構成図である。 エッチング処理を説明するためのプリント配線板の拡大断面図であり、（ａ）はエッチング処理前の状態を示し、（ｂ）はエッチング処理後の理想的な状態を示す。 エッチング試験の結果を示す表である。 エッチング試験の結果を示すグラフである。

以下、本発明の一実施形態を図面に基づいて説明する。

まず、本実施形態のエッチング方法およびエッチング装置を適用するプリント配線板の製造方法の概要について、図２の断面図を参照して説明する。

図２（ａ）に示すように、エポキシ樹脂などの熱硬化性樹脂やその他の樹脂などからなる絶縁性の基板（エッチング対象物）１の両面に、例えば銅箔などの導電層（被エッチング層）２を数〜数１０μｍの膜厚で形成する。導電層２を形成する方法は、張り付け、めっき、気相成長など、どのような方法でも可能であり、基板１の両面がエッチング対象面となる。

次に、図２（ｂ）に示すように、フォトリソグラフィー工程（ドライフィルムレジストや液状レジストなど）によって導電層２の上層にレジスト膜３を成膜し、パターン露光し、現像処理を行うことによって、導電層２の上層にレジスト膜３をパターン形成する。レジスト膜３の形成処理は、基板１の両面に対してそれぞれ行われる。

次に、図２（ｃ）に示すように、基板１の両面上の導電層２に対してレジスト膜３をマスクとしたエッチング処理を施す。すなわち、導電層２をレジスト膜３のパターンに沿ってエッチングし、配線部２ａをパターン形成する。

配線部２ａをパターン形成した後、例えば、強アルカリ溶液または有機溶剤処理などによりレジスト膜３を剥離する。これにより、所望のプリント配線板が形成される。

上記のレジスト膜３をマスクとした導電層２に対するエッチング処理は、本実施形態に係るエッチング装置および方法を用いて行われる。図１は、本実施形態に係るエッチング装置を模式的に示す概略構成図である。

エッチング装置１０のエッチング処理室１１内には、一側（図１中左側）の入口１４から他側（図１中右側）の出口１５に向かって水平直線状に延びる搬送経路が設定され、この搬送経路に複数の搬送ローラ（搬送手段）１６が設けられている。搬送ローラ１６は、レジスト膜３がパターン形成された基板１を、一面が上方を向き他面が下面を向く略水平状に保持して搬送経路に沿って搬送する。

エッチング処理室１１内の上部は、第１のエッチング工程を行う第１のエッチング処理部１２と、第２のエッチング工程を行う第２のエッチング処理部１３とに概ね分かれており、搬送経路は、入口１４側の第１のエッチング処理部１２と出口１５側の第２のエッチング処理部１３とを順に通る。第１のエッチング処理部１２には複数個の１流体ノズル２０が、第２のエッチング処理部１３には複数個の２流体ノズル３０がそれぞれ配列して設けられている。１流体ノズル２０及び２流体ノズル３０は、搬送経路に対して固定的（静置）であってもよく、揺動（オシレーション）させてもよい。

搬送経路の下方のエッチング処理室１１内の底部には、塩化第二銅、塩化第二鉄又はアルカリ性物質をベースとしたエッチング液５が貯留される。各１流体ノズル２０には、エッチング処理室１１内に貯留したエッチング液５を供給する第１のエッチング液供給管路２１が接続されている。第１のエッチング液供給管路２１には第１のポンプ２２とフィルタ２４と圧力計２３とが設けられ、エッチング処理室１１内のエッチング液５は、第１のポンプ２２からフィルタ２４によって濾過された後、所定圧で各１流体ノズル２０に供給される。１流体ノズル２０へのエッチング液の供給圧は、圧力計２３によって計測される。

各２流体ノズル３０には、エッチング処理室１１内に貯留したエッチング液５を供給する第２のエッチング液供給管路３１が接続されている。第２のエッチング液供給管路３１には第２のポンプ３２とフィルタ３４と圧力計３３とが設けられ、エッチング処理室１１内のエッチング液５は、第２のポンプ３２からフィルタ３４によって濾過された後、所定圧で各２流体ノズル３０に供給される。２流体ノズル３０へのエッチング液の供給圧は、圧力計３３によって計測される。なお、２流体ノズル３０への供給は、第２のポンプ３２およびフィルタ３４を使用せず、第１のポンプ２２およびフィルタ２４を共用してもよい。

また、各２流体ノズル３０には、気体供給源４１が生成した圧縮空気（加圧エア）を供給するエア供給管路４０が接続されている。エア供給管路４０には、エアフィルタ４２と流量計４３と圧力計４４とが設けられている。気体供給源４１は、ファンやコンプレッサーやブロワ等である。２流体ノズル３０へのエア供給量は流量計４３によって計測され、エア供給圧は圧力計４４によって計測される。

１流体ノズル２０は、エッチング液を噴射して基板１に吹き付ける。一方、２流体ノズル３０は、異なる経路から別々に供給されたエッチング液と空気（加圧エア）とを混合して噴射し、１流体ノズル２０よりも微小液滴のエッチング液を、１流体ノズル２０よりも強い打力で基板１に吹き付ける。

１流体ノズル２０と２流体ノズル３０とは、搬送経路の上方と下方とにそれぞれ配置される。上側及び下側の１流体ノズル２０は、搬送ローラ１６によって搬送される基板１の上面及び下面にエッチング液をそれぞれ噴射して吹き付ける。また、上側及び下側の２流体ノズル３０は、搬送ローラ１６によって搬送される基板１の上面及び下面に、エッチング液と空気とを混合し噴射して吹き付ける。

第１及び第２のエッチング処理部１２，１３の搬送経路の上方には、上側の１流体ノズル２０及び２流体ノズル３０から基板１の上面にそれぞれ吹き付けられたエッチング液を吸引して除去する複数個の吸引ユニット（吸引手段）５０が配列して設けられている。各吸引ユニット５０は、基板１の全幅を覆うように搬送経路と略直交する方向に略水平状に延びる吸引パイプ（図示省略）と、吸引パイプの外周面（本実施形態では下面）に形成され搬送経路に向かって開口する複数のスリット状の吸引ノズル（図示省略）とから構成され、吸引ノズルは、１流体ノズル２０及び２流体ノズル３０からそれぞれ噴射されるエッチング液の吹き付け領域の間に配置され、その配置領域で所望の吸引作用を生じさせる。

各吸引パイプは、循環管路５４の途中に設けられたエジェクタ５２の吸引口５２ａに、吸引管路５１を介して接続されている。循環管路５４には、両端がエッチング処理室１１内と連通し、途中に循環ポンプ５３が設けられ閉回路である。循環ポンプ５３は、エッチング処理室１１内のエッチング液５を汲み出し、エジェクタ５２で圧力を加えた状態として、再びエッチング処理室１１へ戻す。循環管路５４を循環するエッチング液は、エジェクタ５２を通過する際に、エジェクタ５２の吸引口５２ａを負圧とするため、基板１の上面に吹き付けられたエッチング液は、吸引ノズルから吸引管路５１を通って吸引される。

上記エッチング装置１を用いてエッチング処理を行うと、基板１（導電層２）の表面側では、第１のエッチング処理部１２において、１流体ノズル２０からの比較的大きい液滴のエッチング液による大まかなエッチング処理が行われる。次に、第２のエッチング処理部１３において、２流体ノズル３０からの微小液滴のエッチング液による細かなエッチング処理が行われる。従って、微細化された配線パターンの加工であっても、エッチング液滴を導電層２上のレジスト膜３のパターン内に押し込むことができる。

このように、全てのエッチング処理に２流体ノズル３０を使用せず、１流体ノズル２０と２流体ノズル３０とを効果的に併用するので、圧縮空気の消費量を最小限に抑えつつ、好適なＥ／Ｆを得ることができる。

また、１流体ノズル２０及び２流体ノズル３０から吹き付けられたエッチング液が基板１の上面から早期に除去されるので、エッチング液の吹き付けに対して障害となり得るエッチング液の滞留の発生を未然に防止することができ、面内均一性の高いエッチングを行うことができる。

次に、上記エッチング装置１を用いて実施したエッチング試験について説明する。

このエッチング試験では、１流体ノズル２０及び２流体ノズル３０からエッチング対象面へのエッチング液の総吹き付け量に対する２流体ノズル３０からエッチング対象面へのエッチング液の吹き付け量の割合を、０％、２％、５％、１１％、２３％、４３％、１００％と変更した場合の、加圧エアの使用量（Ｌ／min）と、Ｅ／Ｆ（エッチファクター）とを測定した。Ｅ／Ｆとは、被エッチング層の横方向のエッチ量（アンダカット量）に対するエッチング深さ（被エッチング層の厚さ）の比率であり、数値が大きいほど好適である。

エッチング対象面には、次の２種類のパターン形成を行った。試料１では、１８μｍ銅箔のプリント配線板にＬ／Ｓ＝２０／２０μｍのパターン形成を行い、試料２では、３５μｍ銅箔のプリント配線板にＬ／Ｓ＝５０／５０μｍのパターン形成を行った。図２（ｃ）に示すように、Ｌはレジスト膜３の下層となる配線パターン（配線部２ａ）の幅であり、Ｓは隣接するレジスト膜３のそれぞれの下層となる配線パターン（隣接する配線パターン）間の距離である。Ｌ／Ｓ＝２０／２０μｍのパターン形成の場合、配線パターンの幅と、隣接する配線パターン間の距離とは、ともに２０μｍである。

試料１及び試料２に対するエッチング条件は、１流体ノズル２０におけるエッチング液圧力を０．２ＭＰａに設定し、２流体ノズル３０におけるエッチング液圧力と空気圧とをともに０．３ＭＰａに設定した。

１流体ノズル数と２流体ノズル数の比率を変えて実験を行った結果、Ｅ／Ｆは図３及び図４のようになった。パターン形成するまでにプリント配線板に噴射された総液量に対して、２流体ノズル３０を使用した噴射液量が多くなるとＥ／Ｆが向上することがわかった（図３及び図４参照）。しかし、２流体ノズル３０からの噴射液量が一定量以上になるとＥ／Ｆに大きな変化はなくなり、加圧エアの使用量を考慮すると、１流体ノズル２０及び２流体ノズル３０からの総吹き付け量に対する２流体ノズル３０からの吹き付け量の割合（２流体ノズル３０を使用したエッチング液量の割合）は５０％以下とすることが好適であることが判った。２流体ノズル３０からのエッチング液量の割合が５０％を超えると、加圧エアが１５，０００Ｌ／min以上必要となる。一般的に使用されているオイルフリースクリューコンプレッサーを使用して、０．３ＭＰａの加圧エアを１５，０００Ｌ／min以上供給するとなると、コンプレッサーが複数台必要となるため、その量以下での使用が妥当であると考える。また、Ｅ／Ｆの向上を考慮すると、２流体ノズル３０を使用したエッチング液量の割合は２％以上とすることが好適であることが判った。以上から、１流体ノズル２０及び２流体ノズル３０からの総吹き付け量に対する２流体ノズル３０からの吹き付け量の割合は、２％以上５０％以下が好適であることが判った。

以上、本発明について、上記実施形態に基づいて説明を行ったが、本発明は上記実施形態の内容に限定をされるものではなく、当然に本発明を逸脱しない範囲では適宜の変更が可能である。

例えば、上記実施形態では、１つのエッチング処理室１１でエッチング処理を行う例を示したが、連続する複数のエッチング処理室によってエッチング処理を行ってもよい。この場合、第１のエッチング処理部のみが設けられた上流側のエッチング処理室や第２のエッチング処理部のみが設けられた下流側のエッチング処理室が存在してもよい。

１：基板（エッチング対象物）
２：導電層（被エッチング層）
３：レジスト膜３
１０：エッチング装置
１２：第１のエッチング処理部
１３：第２のエッチング処理部
１６：搬送ローラ（搬送手段）
２０：１流体ノズル
３０：２流体ノズル
５０：吸引ユニット（吸引手段）

Claims (4)

1. エッチング液を１流体ノズルから噴射してエッチング対象物のエッチング対象面に吹き付けることによって、前記エッチング対象面をエッチングする第１のエッチング工程と、
   エッチング液と気体とを混合して２流体ノズルから噴射し、前記第１のエッチング工程でエッチングされた前記エッチング対象面にエッチング液を吹き付けることによって、前記エッチング対象面をさらにエッチングする第２のエッチング工程と、を備え、
   前記第１のエッチング工程と前記第２のエッチング工程とにおいて、エッチング速度が略等しいエッチング液を前記１流体ノズルと前記２流体ノズルとから前記エッチング対象面にそれぞれ吹き付けるとともに、前記第２のエッチング工程では、前記第１のエッチング工程よりも微小液滴のエッチング液を、前記第１のエッチング工程よりも強い打力で前記エッチング対象面に吹き付け、
   前記１流体ノズル及び前記２流体ノズルから前記エッチング対象面へのエッチング液の総吹き付け量に対する前記２流体ノズルから前記エッチング対象面へのエッチング液の吹き付け量の割合は、２％以上５０％以下である
   ことを特徴とするエッチング方法。
2. 第１のエッチング処理部と第２のエッチング処理部とを順に通る所定の搬送経路に沿ってエッチング対象物を搬送する搬送手段と、
   前記第１のエッチング処理部に配置され、前記搬送手段によって搬送されるエッチング対象物のエッチング対象面に、エッチング液を噴射して吹き付ける１流体ノズルと、
   前記第２のエッチング処理部に配置され、前記搬送手段によって前記第１のエッチング処理部から搬送されるエッチング対象物の前記エッチング対象面に、エッチング液と気体とを混合し噴射して吹き付ける２流体ノズルと、を備え、
   前記第１のエッチング処理部と前記第２のエッチング処理部とにおいて、エッチング速度が略等しいエッチング液を前記１流体ノズルと前記２流体ノズルとから前記エッチング対象面にそれぞれ吹き付けるとともに、前記２流体ノズルは、前記１流体ノズルよりも微小液滴のエッチング液を、前記１流体ノズルよりも強い打力で前記エッチング対象面に吹き付け、
   前記１流体ノズル及び前記２流体ノズルから前記エッチング対象面へのエッチング液の総吹き付け量に対する前記２流体ノズルから前記エッチング対象面へのエッチング液の吹き付け量の割合は、２％以上５０％以下である
   ことを特徴とするエッチング装置。
3. 請求項１に記載のエッチング方法であって、
   前記エッチング対象面は、前記エッチング対象物の上面であり、
   前記第１のエッチング工程は、前記１流体ノズルから前記エッチング対象面に吹き付けられたエッチング液を吸引して除去する第１の吸引工程を含み、
   前記第２のエッチング工程は、前記２流体ノズルから前記エッチング対象面に吹き付けられたエッチング液を吸引して除去する第２の吸引工程を含む
   ことを特徴とするエッチング方法。
4. 請求項２に記載のエッチング装置であって、
   前記第１のエッチング処理部と前記第２のエッチング処理部の双方に配置される吸引手段を備え、
   前記搬送手段は、前記エッチング対象面が上方を向いた状態で前記エッチング対象物を略水平方向に搬送し、
   前記吸引手段は、前記１流体ノズルと前記２流体ノズルとから前記エッチング対象面にそれぞれ吹き付けられたエッチング液を吸引して除去する
   ことを特徴とするエッチング装置。

Images