JPH0799789B2 - エッチング処理のモニター方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は金属層をエッチング溶液
に暴露することによる金属層のエッチング処理に関す
る。更に詳細には、本発明は正味のエッチング速度を決
定するための、このようなエッチング処理のモニター方
法に関する。

【０００２】

【従来の技術】ハイブリッド回路またはプリント配線板
の製造に関する従来の製造工程は、パターン付けされた
導電層を形成するために、一般的に、銅層（または同等
な金属層）のエッチング工程を含む。このような加工の
結果が合格基準を満たし、かつ、再現性よく実施できる
ようにするため、従業者は特にエッチング速度を連続的
または定期的に測定しなければならない。そして、エッ
チング速度が所定の許容範囲から逸脱していることが確
認された場合、加工条件を調整しなければならない。所
定のエッチング加工を制御する方法は一般的に、その加
工プロセスの化学作用に対し特有のものである。しか
し、エッチング速度を監視する一般的な方法は、既知の
均一な初期膜厚を有する銅層を準備し、この銅層をエッ
チング溶液に暴露し、エッチング加工処理が進むに応じ
て、銅層の膜厚を定期的に測定することからなる。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】この方法はエッチング
溶液の化学的性質に左右されず、エッチング加工の物質
移動条件に応動しやすいという利点を有するが、幾つか
の欠点も有している。すなわち、満足のいく正確度を得
るためには、膜厚測定を多数回行わなければならない。
各測定は特別な測定装置を使用しなければならないの
で、この測定により比較的多大な時間が費やされる。こ
れはエッチング加工の作業性を劣化させ、加工時間の増
大により製造コストの増大をもたらす。

【０００４】

【課題を解決するための手段】広い意味で、本発明は基
板を必要とする。この基板はエッチング加工すべき工作
物の基板と物理的に似ているものから選択される。しか
し、このような類似性は必須要件ではない。エッチング
すべき金属層を例えば、電気メッキにより基板の少なく
とも一方の主要面上に堆積させる。このような層を以下
「指示層」と呼ぶ。指示層の膜厚は均一ではなく、断面
は、概ね楔状のプロファイルを有する。このため、膜厚
は側面方向に向かって増大する。この方向を“縦”方向
と呼ぶ。（“側面方向”という用語は基板の表面に対し
て平行な方向を意味する。）

【０００５】モニター基板を工作物と同じエッチング処
理にかける。工作物およびモニター基板から所定時間で
除去された金属の累積量は指示層の端部の位置により直
接的に示される。すなわち、累積的にエッチングされた
膜厚よりも薄い金属膜厚を有する指示層部分は概ね除去
され、下部の基板表面が露出されるか、または、エッチ
ング処理に対して比較的抵抗性のある下部金属層が露出
される。その結果、除去された指示層の部分の範囲を定
める端部は目視検査または例えば、反射計を用いる機械
検査により容易に観察することができる。オペレータは
予め作成されているスケールと端部の位置を容易に比較
することができる。このスケールは端部位置と除去され
た金属の累積量とを関係づけるものである。（あるい
は、所定のエッチング時間を参照することにより、正味
のエッチング速度と関係づける。）

【０００６】

【実施例】以下、図面を参照しながら本発明の方法を更
に詳細に説明する。

【０００７】本発明のモニターは銅をエッチングするの
にアンモニア性塩化銅エッチング溶液と併用される。し
かし、本発明のモニターは、下部基板（または比較的耐
エッチング性の層）がエッチングされた金属層に視覚コ
ントラストを与える金属膜の化学的エッチング用の全て
のシステムについても同等に適用することができる。

【０００８】エッチング速度モニターは例えば、横寸法
が３．７５インチ×４．５インチ（＝９．５ｃｍ×１
１．２５ｃｍ）の標準的なセラミック基板上に一連の導
電性金属薄膜をスパッタデポジションすることにより作
製した。最上層は銅であり、銅の下部はセラミック基板
に対して優れた密着性を付与するために選択された一対
の層である。次いで、この基板をハル（Ｈｕｌｌ）電池
のカソードパネル１０として組み込んだ（図１参照）。
そして、当業者に周知の方法により銅を電気メッキし
た。

【０００９】ハル電池のカソード１０とアノード２０を
非平行に配列させた結果として、電気メッキにより長さ
方向に厚さが変化する楔状銅膜厚プロファイルが得られ
た。（ハル電池は電気メッキ分野では周知であり、電気
メッキ浴の評価に広く使用されている。この電池は米国
特許第２１４９３４４号明細書に開示されている。）

【００１０】図２は５インチ（＝１２．５ｃｍ）のカソ
ードパネルに３アンペアの電流を流したときの、容量１
リットルのハル電池のカソードにおける予想電流分布を
示す。セラミック基板の長さは僅か４．５インチ（＝１
１．２５ｃｍ）しかないので、殆ど変性することなく、
前記のような標準的な１リットルハル電池内で容易に処
理されてしまった。再度実験するために、電気メッキ銅
層の中間膜厚として１０μｍを選定した。メッキ時間は
１５分間であった。以下、アノードに対向する主要モニ
ター表面を“前面”と呼び、ハル電池で上方に向けられ
た端部を“上端”と呼び、下方に向けられた端部を“下
端”と呼ぶ。ハル電池内に配向されたような、モニター
前面に沿った平面位置は“縦位置”と呼ぶ。従って、堆
積銅層の膜厚が変化する方向に沿った基本的方向が縦方
向である。

【００１１】膜厚プロフィルの再現性を決定するため、
１３５個のエッチング速度モニターを作製し、これらの
うちの６個をランダムに選択し、Ｘ線蛍光分析計（ＵＰ
Ａモデル３００）を用いて組織的に膜厚測定を行った。
選択されたモニターのそれぞれについて、中央矩形部分
を区別し、４ｍｍ×４ｍｍの間隔を有する格子パターン
の頂点を測定した。測定された膜厚を等高線図として図
３に示す。この結果を統計的に分析した。特に、基板の
中央付近の膜厚は縦方向位置に対して直線的な変動を示
した。

【００１２】図３に示した各モニターの下端から１．５
インチ（３．８ｃｍ）のラインに沿って測定された膜厚
は一群のサンプルで一まとめにした。各縦位置における
サンプル群の最大、中間および最小値をプロットし、図
４に示すグラフを得た。この図から明らかなように、中
央部付近の測定値は最小の変動幅を示した。縦方向位置
の関数として測定値の標準偏差を表１に示す。

【００１３】モニターの中央部分の８０％以上は、測定
膜厚の標準偏差が７％未満であった。最大および最小測
定値の差（平均膜厚の百分率で表される）は２０％未満
であった。加工処理の進行具合を監視するために、一般
的に、エッチング速度を約１０％の正確度で知る必要が
ある。従って、前記のエッチング速度モニターの製造方
法は、モニターの製造を更に改良することなしでも、有
用なモニターをもたらす。既知の中間膜厚を使用すれ
ば、エッチングされた金属の累積量の判読を容易にする
スケールを簡単に作成することができる。

【００１４】図５にこのようなスケールを示す。このス
ケールは図４のデータから作成した。例えば、このよう
なスケールを透明な高分子材料のシート上に作成すれ
ば、エッチングされたモニター上にオーバーレイとして
重ね、次いで、指示層のエッチバックされた端部の位置
をオーバーレイを通して視認し、スケールに応じた位置
を突き止めることができる。対応する累積エッチング膜
厚は端部の位置に対応するスケールから容易に読み出す
ことができる。

【００１５】別のスケールは、指示層の下部に存在し、
基板上に形成された比較的耐エッチング性の金属のパタ
ーン（例えば、格子パターン）からなる。指示層がエッ
チングされるにつれて、このようなパターン部分は段々
と露出してくる。このようなパターンは、上部および下
部の材料の両方に対して視覚的コントラストを与える金
属から作成することが好ましい。このようなパターンは
例えば、適当なマスクを通して金を蒸着するか、また
は、指示層の下部に存在する金属層にパターンをエッチ
ングすることにより作成される。

【００１６】本発明のモニターの用途の一例は、エッチ
ング処理における変性を評価することである。例えば、
本発明のモニターを使用し、様々なデザインのエッチン
グ溶液噴霧ノズルの性能を評価することができる。エッ
チング速度モニターが前記のようなノズルから噴霧され
るエッチング溶液に暴露された後の、指示層のエッチバ
ック端部の外観を図６に示す。モニターを支持クランプ
から垂直に懸垂させた。従って、モニターは図示されて
いるように配向された。端部内のノッチ様の凹み４０
は、支持クランプからエッチング溶液が続いて滴り落ち
ることにより生じた。図６に示されるように、モニター
の上端は電気メッキ中の下端に対応し、下端は上端に対
応する。指示層は図６のモニターの下端までは延びな
い。なぜなら、電気メッキ中、メッキ浴は端部にまで達
しないからである。

【００１７】始めから均一な膜厚を有する銅層を備えた
サンプルから同等の情報を常法通りに得るために、比較
例として、エッチングサンプルについて多数の膜厚測定
を行う必要がある。例えば、基板全体をカバーする１ｍ
ｍ×１ｍｍの分解能を有する地図を作成するには９３７
５個の測定値が必要である。

【００１８】本発明のモニターの用途の一例はハイブリ
ッド回路またはプリント回路の製造ラインにおけるプロ
セスコントロールに使用することである。このような回
路は基板（例えば、セラミック材料基板）とパターン付
金属層（例えば、銅層）を含む。製造過程の或る段階
で、概ね均一な膜厚の銅層を有し、パターン付レジスト
層が上塗りされた基板を準備する。レジストにより保護
されていない金属部分を除去するために、基板をエッチ
ング溶液浴に浸漬するかまたはエッチング溶液を噴霧す
る。これは一殿的に、コンベヤベルトに沿って所定の間
隔で基板または基板群を配置することにより、大量生産
的に実施される。各基板または基板群は、基板がエッチ
ング処理ステーションを通過するにつれて、エッチング
される。

【００１９】オペレータによりコントロールされるよう
な特定のプロセスパラメータは金属が除去される速度に
影響を及ぼす。このようなパラメータは例えば、エッチ
ング溶液温度およびエッチング工程の時間などである。
プロセスパラメータを所望の設定値に確実に維持するた
めに、適当な時間間隔でエッチング速度を測定する必要
がある。本発明のモニターは、加工すべき少なくとも１
個の基板に隣接して、または、基板の適所に少なくとも
１個のモニターを設けることにより、この目的に好都合
に使用される。

【００２０】エッチング後にモニターを単に目視検査す
ることによりエッチング速度を知ることができる。この
ような検査は前記の透明オーバーレイを用いて実施する
ことが好ましい。別法として、モニター基板上に予めマ
ークされたスケールを用いて検査することもできる。こ
のような検査の結果により、オペレータはプロセスパラ
メータを必要な値に調整する。従って、エッチング速度
の測定に必要な時間は本発明のモニターの一つをエッチ
ングするのに必要な時間よりも短い。一般的に、モニタ
ーは、周期的間隔（例えば、各８時間シフト内に２回）
で、この処理にかけられる。

【００２１】

【表１】

【００２２】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
正味のエッチング速度を簡単に決定することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明により指示層を堆積するのに有用な一般
的に“ハル電池”と呼ばれる種類の電気メッキ電池の模
式的平面図である。

【図２】図１のハル電池の代表的なカソードパネルの予
想電流分布を示すグラフ図である。

【図３】図１のハル電池に銅を堆積することにより形成
された代表的な指示層の銅膜厚（μｍ）の表面等高線図
である。

【図４】図１のハル電池に形成された銅支持層のバッチ
に関する、銅膜厚対縦方向位置のグラフ図である。各選
定位置における、一群のサンプルの最大、中間および最
小膜厚が示されている。

【図５】エッチングされた指示層の端部を除去された銅
の累積膜厚に関係づけるために使用することができる、
銅膜厚（μｍ）スケールの一例の平面図である。

【図６】エッチングされた代表的なエッチング速度モニ
ターの輪郭に図５のスケールのようなスケールを重ねた
状態の模式図である

【符号の説明】

１０ カソードパネル ２０ アノードパネル ３０ 指示層のエッチバック端部 ４０ 凹み

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 エッチング可能な金属層により被覆され
   た基板本体をエッチング溶液に暴露し、金属層の一部分
   をエッチングで除去する際、前記エッチングの速度が所
   定の範囲内に入るように前記エッチング条件を調整する
   為に、前記エッチング処理をモニターする方法におい
   て、 （ａ）モニター基板とその表面にエッチングが可能な指
   示層とを有するモニター本体を用意するステップと、 前記指示層は、前記モニタ本体の縦方向に沿って概ね楔
   状のプロファイルを有する膜厚を有し、 （ｂ）前記モニター本体を前記基板本体と共に前記エッ
   チング溶液に暴露し、前記指示層の膜厚の薄い方の部分
   を完全に除去し、前記モニター基板の一部分を露出させ
   るステップと、 （ｃ） 前記露出したモニター基板の縦方向の長さを参
   照することにより前記エッチングの速度を決定するステ
   ップと、 からなることを特徴とするエッチング処理のモニター方
   法。
2. 【請求項２】 モニター基板は、比較的耐エッチング性
   の金属の格子パターンからなり、前記ステップ（ｂ）の
   処理中に、前記格子パターンの一部を露出させ、前記ス
   テップ（ｃ）は、露出したモニター基板の端部位置を前
   記格子パターンに関連づけて読みとることを特徴とする
   請求項１の方法。