JPH0319339A - エッチング方法及びエッチング装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、半導体材料や光学材料の高精度加工を行うエ
ッチング方法及びエッチング装置に関する。

〔従来の技術〕

従来、半導体材料や光学材料を高精度且つ無歪に加工す
る場合、例えば「セラミック基板とその応用」、学献社
刊、第２５０ページに「セラミック研磨技術」として発
表された論文の中で述べている様に、遊離砥粒を用いて
被加工物を軟質ポリシャ上で相対運動させて加工するボ
リシングが多く用いられている。

又、被加工物表面の形状を無歪に、かつ任意の形状に制
御して加工する方法として、例えば、機能材料１９８５
年、１月号、第５０ページに森が「機能性セラミックの
超精密加工Ｅｌａｓｔｉｃ　Ｅｍ＋ｓｓ＋ｏｎＭａｃｈ
ｉｎｉｎｇＪとして発表された論文の中で述べているよ
うに０．１μｍ以下の微細粉末粒子を被加工物表面ｉ供
給し、微細領域で原子オーダの除去を行う「エラスティ
ック・エミツション・マシニング法」がある。

〔発明が解決しようとする課題〕

上述したようにボリシングではポリシャの形状を被加工
物に転写して所要形状を得るため、相対運動させながら
密着させられる平面や球面には適用が容易であるが、そ
の他の形状、例えば非球面等には適用が困難であった。

又、軟質の材料に対して歪を導入しないために軟質のボ
リシャを用いると、ボリシャの弾性変形のために被加工
物のエッジ近傍にぶちだれが生じ、平坦性が悪化すると
いう問題点があった。又、エラスティック・エミッショ
ン・マニシング法では微細粒子の衝突で除去を行うため
、加工能率が低く、大面積加工には非常に時間がかかる
という問題点があった。さらに歪を導入しない加工法と
してはエッチャントの化学作用を利用するウェットエッ
チングがあるが、表面形状が悪化し易く高精度加工には
適さなかった。

本発明の目的は、従来の上記欠点を解消して、高精度で
無歪な加工面が得られるエッチング方法及び工，チング
装置を提供することにある。

〔課題を解決するための手段〕

本願第ｌの発明のエッチング方法は、被加工物の加工面
全面に対して予め測定した表面形状と所要形状の差を計
算し、これに基づき被加工面上を走査するエッチャント
噴出用のノズルの走査速度を所要加工量に反比例させて
制御するというものである。

又、本願第２の発明のエッチング方法は、被加工物の加
工面全面に対して予め測定した表面形状と所要形状の差
を計算し、これに基づき被加工面上を走査するエッチャ
ント噴出用のノズルから噴出するエッチャント量を所要
加工量に応じて制御するというものである。

更に、本願第３の発明のエッチング装置は、被加工物を
固定する機構と、被加工物加工面上を全面走査可能な二
次元走査機構と、該二次元走査機構上に設置されたエッ
チャント噴出用ノズル及び被加工物表面形状測定用変位
計と、ノズルにエッチャントを圧送する機構と、圧送さ
れるエッチャント量を調整する機構と、変位計及び走査
位置の情報を計算してエッチャントが噴出する噴出ノズ
ルの走査速度または噴出するエッチャント量を調整スる
コントローラとを備えているというものである。

〔作用〕

本発明は、上述の構戒を取ることにより、従来技術の問
題点を解消した。すなわち、被加工物の全面を走査して
厚さを測定した後に、所要の形状寸法との差を計算し、
これに相当する加工量が得られる様にエッチャントを噴
出するノズルの走査速度を調節し、又は供給されるエッ
チャント量を調節して任意の所要形状を得るエッチング
方法及びエッチング装置を得る。

〔実施例〕

次に、本発明の実施例について図面を参照して説明する
。

第２図はノズル７から被加工物ｌ表面に垂直に噴出させ
たエッチャント流１４により被加工物１を加工する場合
の状態を示す模式図である。図に於いて加工面断面図状
ｌ５は深さ方向に拡大して示している。例えば被加工物
１にＧａＡｓの単結晶材料を用い、エッチャントとして
次亜塩素酸ナトリウム系の水溶液を用いると、エッチャ
ント中に被加工物ｌを浸漬するだけでは表面に酸化膜が
生じてこれ以上加工が進まない。しかし、エッチャント
を例えば３　ｍ　／　ｓ程度の流速で加工面に垂直に作
用させると、エッチャントの運動エネルギにより酸化膜
が除去され、作用部分の近傍だけが１５に示す様に加工
される。

ここで加工量と加工深さの関係を調査すると、加工深さ
が加工面積に比べ小さい範囲では加工深さは加工時間に
ほぼ比例する。又、エッチャント供給量と加工速度の関
係を調査すると、加工速度はエッチャント供給量の増加
に伴って増加する。

すなわち、ノズル７０寸法、ノズル７と被加工物１表面
との距離、エッチャント流速等のエッチング条件を一定
にすると加工深さは加工時間で調整することができ、加
工時間を一定にした場合にはエッチャント供給量によっ
て加工深さを調整することができる。又、エッチャント
の作用部分から一定距離以上離れた部分は表面の酸化膜
の影響で加工が進まないというエッチング状態が得られ
る。

第３図は本発明のエッチング方法で所要の形状を得る原
理を説明するための概念図、第４図は本願第１の発明の
エッチング方法の一実施例を説明するためのフローチャ
ートであり、所要の形状を得るためにエッチャントを噴
出するノズルの走査速度の制御をコントローラで行う場
合を説明するためのフローチャートである。すなわち、
最初にＸ，Ｙ方向に走査しながら各位置における加工面
の形状ｚ１を測定する．所要の形状寸法ｚ２を各位置に
おける座標として入力することにより、各位置における
加工しろはＺ２−Ｚｌで表される。

前記のエッチング特性から加工量は加工時間に比例する
ことが明らかになっているので、各位置におけるノズル
の走査速度を加工しるに反比例させて調整することによ
り、所要の形状を得ることができる。

第５図は本願第２の発明のエッチング方法の一実施例を
説明するためのフ一一チャートであり、所要の形状を得
るためにノズルから噴出するエッチャント量の制御をコ
ントローラで行う場合を説明するためのフローチャート
である。すなわち、最初にＸ，Ｙ方向に走査しながら各
位置における加工面の形状ｚ１を測定する。所要の形状
寸法ｚ２を各位置における座標として入力することによ
り、各位置における加工しろはＺ２−Ｚｌで表される。

前記のエッチング特性から加工速度はエッチャント供給
量の増加に伴って増加することが明らかになっているの
で、各位置におけるエッチャント供給量を加工しろに対
応させて調整することにより、所要の形状を得ることが
できる。

ここで、加工面の形状測定の測定点の数が少ないと加工
後の形状と所要の形状との差が大きくなってしまう可能
性が高いが、エッチングの特性として第２図の加工面断
面形状１５に示す様に加工中心から外側に向かって滑ら
かな形状の加工が行われるため、第２図の加工部分の直
径の１／４〜１／５程度の測定点の間隔で十分な形状精
度が得られる。

第ｌ図は本願第３の発明のエッチング装置のー実施例を
説明するための断面図である。被加工物ｌ　（ここでは
薄板状のウェハーを想定している）はホルダ２（被加工
物を固定する機構）上に加工面を上向きにして固定され
ている。ホルダ２は桶状の容器３の内部に固定されてお
り、容器３は加工後のエッチ＋ントを受ける構造となっ
ている。

被加工物ｌの上部にはエンコーダ付きバルスモータ４を
備えたＸＹステージ５が設置されており、スライダ６が
被加工物ｌの加工面上を全面移動可能な構造となってい
る。スライダ６上にはノズル７と赤外線を用いた非接触
変位計８（例えば、■ニデック製のオプトマイクロメー
タ）が設置されてスライダ６と共に移動可能となってお
り、ノズル７及び非接触変位計８の位置がエンコーダ付
きパルスモータ４によって認識できる構造となっている
．ノズル７には管９を介してボンブ１０とエッチャント
タンク１１が接続されており、エッチャントタンクｌｌ
内のエッチャントｌ２をポンブ１０によってノズル７を
通して被加工物１表面に作用させる。非接触変位計８は
被加工物１表面との距離を非接触で測定するもので、エ
ンコーダ付きバルスモータ４からの位置データと非接触
変位計８からの厚さデータにより各位置における被加工
物１の厚さのデータがコントローラ１３に送られる。

ノズルの走査速度を制御して所要の形状を得る場合、被
加工物１の加工面全面の厚さデータを取った後にコント
ローラ１３内で第４図に示す様な計算を行い、各位置に
おけるノズル７の走査速度を決定し、二ンコーダ付きパ
ルスモータ４に信号を送り、ノズル７からエッチャント
を噴出させなからＸＹステージ５によりノズル７を走査
し、被加工物１を加工する。

ノズルから噴出するエッチャント量を制御して所要の形
状を得る場合、被加工物１の加工面全面の厚さデータを
取った後にコントローラｌ３内で第５図に示す様な計算
を行い、各位置におけるノズル７からのエッチャント噴
出量を決定し、ボンブ１０の吐出量の調整、又は管９中
に設けた工，チャント流量制御機構（図示せず）により
、ノズル７から噴出するエッチャント量を調整しながら
、ＸＹステージ５によりノズル７を一定速度で走査し、
被加工物」を加工する。

本発明のノズルの走査速度を制御して所要形状を得るエ
ッチング方法では、バルスモータを使用したＸＹステー
ジの走査速度を変化させるため、詳細な制御が可能であ
るという特徴がある。

又、ノズルからのエッチャント供給量を変化させるエッ
チング方法では，ＸＹステージは一定の速度で走査し、
供給するエッチャント量の制御のみを制御するため、制
御が比較的簡単に行え、さらに加工面積が一定ならば加
工時間が一定であるという特徴がある。すなわち、加工
目的，加工精度，加工量等を考慮して最適の制御方法を
選択することができる。

以上の説明では被加工物の保持方法として加工面を上に
向けて保持してエッチャントを上から供給する方法を採
用しているが、加工面を傾けたり、横向きに保持しても
同様の効果が得られる。又、変位測定手段として赤外線
を用いた非接触式の変位計を用いたが、同様の効果が得
られるならば可視光や超音波等を用いた他の非接触変位
測定手段でも、又触針弐等の接触式の変位計でも可能で
ある。

〔発明の効果〕

以上説明したように本発明のエッチング方法及びエッチ
ング装置によれば、半導体材料や光学材料に対して平面
，球面，非球面を取わず加工が可能で、エッチングによ
る加工であるため、歪の導入も無いという優れた特徴が
あり、精密形状加工に対して極めて有効である。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明のエッチング装置の一実施例を説明する
ための断面図、第２図はノズルから被加工物表面に垂直
に噴出させたエッチャント流により被加工物を加工する
場合の状態を示す模式図、第３図は本発明のエッチング
方法の原理を説明するための概念図、第４図は本願第１
の発明のエッチング方法の一実施例において所要の形状
を得るためにエッチャントを噴出するノズルの走査速度
の制御をコントローラで行う場合を説明するためのフロ
ーチャート、第５図は本願第２の発明のエッチング方法
の一実施例において所要の形状を得るためにノズルから
噴出するエッチャントｊｔの制御をコントローラで行う
場合を説明するためのフローチャートである。 １・・・・・・被加工物、２・・・・・・ホルダ、３・
・・・・・容器、４・・・・・・エンコーダ付キバルス
モータ、５・・川・ＸＹステージ、６・・・・・・スラ
イダ、７・・・・・・ノズル、８・・・・・・非接触変
位計、９・・・・・・管、ＩＯ・・・・・・ポンプ、ｌ
１・・・・・・エッチャントタンク、１２・・・・・・
エッチャン｝、１３・・・・・・コントローラ、１４・
・・・・・エッチャント流、ｌ５・・・・・・加工面断
面図形状。

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. （１）被加工物の加工面全面に対して予め測定した表面
   形状と所要形状の差を計算し、これに基づき被加工面上
   を走査するエッチャント噴出用のノズルの走査速度を所
   要加工量に反比例させて制御することを特徴とするエッ
   チング方法。
2. （２）被加工物の加工面全面に対して予め測定した表面
   形状と所要形状の差を計算し、これに基づき被加工面上
   を走査するエッチャント噴出用のノズルから噴出するエ
   ッチャント量を所要加工量に応じて制御することを特徴
   とするエッチング方法。
3. （３）被加工物に対して酸化性があり、被加工物表面に
   酸化膜を作り、静止液中もしくは弱い攪拌状態のエッチ
   ャント中では加工が進行せず、被加工物に対向させて噴
   出させると加工が進行するエッチャントを使用する請求
   項（１）及び請求項（２）に記載のエッチング方法。
4. （４）被加工物を固定する機構と、被加工物加工面上を
   全面走査可能な二次元走査機構と、該二次元走査機構上
   に設置されたエッチャント噴出用ノズル及び被加工物表
   面形状測定用変位計と、ノズルにエッチャントを圧送す
   る機構と、圧送されるエッチャント量を調整する機構と
   、変位計及び走査位置の情報を計算してエッチャントが
   噴出する噴出ノズルの走査速度または噴出するエッチャ
   ント量を調整するコントローラとを備えていることを特
   徴とするエッチング装置。