JPH0860400A

JPH0860400A - ラミナ金属箔のエッチング方法および電気エッチング装置

Info

Publication number: JPH0860400A
Application number: JP7137743A
Authority: JP
Inventors: Denis J Brophy; デニス・ジョン・ブロフィー; Madhav Datta; マドハヴ・ダッタ; Derek B Harris; デレク・ブレント・ハリス; Matthew T Kurdziel; マシュー・トーマス・カージール; Frank S Ryan; フランク・サヴェイジ・ライアン
Original assignee: International Business Machines Corp
Current assignee: International Business Machines Corp
Priority date: 1994-08-03
Filing date: 1995-06-05
Publication date: 1996-03-05
Anticipated expiration: 2015-10-23
Also published as: JP3101538B2; US5476575A

Abstract

(57)【要約】【目的】金属箔または薄いシートにバイアまたはホー
ルを形成する装置と方法を提供する。【構成】マイクロ・エレクトニクス技術用のマスク
は、電解エッチングにより作製される。モリブデン・シ
ートまたは箔の一方の面は、パターニングされたフォト
レジストでマスクされ、フォトレジスタの鏡像パターン
は、第１のパターンに正確に位置決めされて、箔Ｆの他
方の面に設けられる。箔はアノード・プレート３２０と
ともに電解液中に浸漬される。アノード・プレートは、
箔表面に１ｃｍ〜３ｃｍ離して平行に保持される。アノ
ード・プレートは、箔のマスク領域よりわずかに小さく
作られている。電解槽に電圧が印加されると、箔をエッ
チングしてバイアが形成される。電解液は箔表面を流れ
るため、箔表面で一定の流速になる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、金属マスク、特に、
マイクロ・エレクトロニクス・パッケージングのモリブ
デン・マスクの作製方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】マイクロ・エレクトロニクスでは、通
常、半導体シリコンの結晶を用いる。結晶は、“ウェ
ハ”に切断され、デバイスの回路を構成するトランジス
タおよび抵抗のような部品を形成する結晶表面の上に各
種材料を積層および拡散することにより処理される。

【０００３】デバイスは直径が２．５４ｃｍ（１イン
チ）の何分の一かにすぎないが、結晶ウェハの表面は、
直径数ｃｍ（最大２０．３２ｃｍ（８インチ））ある。
それぞれの結晶ウェハは、繰り返しパターンで配置され
た、１デバイスの数十個〜数百個のコピーを含んでい
る。デバイスの形成後、ウェハは、“チップ（ｃｈｉ
ｐ）”または“ダイ（ｄｉｅ）”と呼ばれる長方形の断
片に分割される。各ダイは、１個のデバイスを含んでい
る。

【０００４】実際に使用するには、ダイを他の電子デバ
イスと電気的に接続しなければならない。この接続は、
複数のダイを一緒に直接配線するだけでは、簡単に行な
うことはできない。それどころか、複数のダイがユニッ
トに“パッケージング”されている。パッケージは、パ
ッケージの外側からダイの金属パッドまで延びる導電リ
ードを含む。

【０００５】パッケージの内部において、ダイは、各種
材料で作ることのできる基板上に固着されている。基板
材料は、複数のダイを保持するために望ましくは機械的
に強く堅固であり、望ましくはパッケージを流れる電流
が漏洩しないような絶縁体であり、温度が上昇するに従
ってシリコンと同じように膨張するのが望ましい。複数
のダイが基板に対して膨張および収縮する場合、ダイは
極度に多くの加熱サイクルと冷却サイクルの後に破壊す
るおそれがある。基板材料は、アルミナのようなセラミ
ックス、ポリイミドのようなプラスチック、非常に高純
度の結晶シリコン（ドープされたシリコンと異なり導電
性がそれほど高くない）を含んでいる。

【０００６】機械的マウント後、ダイからパッケージの
外側のプロング（ｐｒｏｎｇ），ピン，またはパッドへ
の電気的接続が行われる。

【０００７】マイクロ・エレクトロニクスの回路の速度
とコストは、そのサイズに直接的に関係しているので、
チップ上のコンポーネントはできるだけ微細に作製され
る。チップ・コンポーネントのサイズは、コンポーネン
トをできる限り小さくしようとする技術者のたゆまぬ努
力により年々約１０％ずつ縮小してきた。チップも情報
をやりとりする必要があるので、パッケージ・サイズも
小さくできる。パッケージは、処理時間遅延と電子デバ
イスのコストの大きな部分を占めている。小さいが高密
度のパッケージは商業的に重要である。

【０００８】ダイを外側のリードに接続する従来の技術
では、リードとダイパッドとの間の接続は、非常に細い
金のワイヤではんだ付けすることにより行っていた。よ
り最近の効率的な方法であるＴＡＢ（ＴａｐｅＡｕｔ
ｏｍａｔｅｄＢｏｎｄｉｎｇ）は、絶縁プラスチック
と、ワイヤとして機能するストリップがレイアウトされ
たパターン化導電モリブデン箔とのサンドイッチ構造を
使用している。各ダイパッドは、小さなソルダ・バンプ
を備えている。箔パターンは、ダイパッドに位置決めさ
れているので、各モリブデン・ストリップ端は、パッド
・ソルダ・バンプの上にある。箔はチップ上に圧着さ
れ、ソルダ・バンプは箔ストリップをパッドに接続し
て、すべての接続を同時に行う。ＴＡＢを用いると、チ
ップ・パッケージの周辺で、パッドの間隔を０．２５ｍ
ｍだけ離すことができるようになる。

【０００９】モリブデンの熱膨張係数は、シリコンの熱
膨張係数とほとんど同じであるため、モリブデンが用い
られている。温度が変化すると、モリブデンおよびシリ
コン両方は、同じ量だけ膨張または収縮して、パッドと
箔ストリップとのミスアラインメントを防いでいる。ま
た、モリブデンは、優れた機械的特性を有し、熱を良好
に伝える。

【００１０】モリブデンの機械的強度，熱膨張係数，導
電率，高温にも耐えうる能力は、マイクロ・エレクトロ
ニクス技術の他の応用にも有用である。このような応用
の１つが、さまざまなマイクロ・エレクトロニクス製造
作業でテンプレートとして用いられているモリブデン箔
のシートである“モリ・マスク（ｍｏｌｙｍａｓ
ｋ）”である。

【００１１】モリ・マスクは、制御された破壊チップ接
続（ＣｏｎｔｒｏｌｌｅｄＣｏｌｌａｐｓｅＣｈｉ
ｐＣｏｎｎｅｃｔｉｏｎ；Ｃ４）パッケージとともに
用いられる。Ｃ４は“ソルダ・バンプ”および“フリッ
プ・チップ”としても知られている。Ｃ４において、チ
ップ・パッケージの全表面は、導電パッドで覆われてい
る。パッケージは、ソルダ・パッドまたはソルダ・ボウ
ルを備える対応パッドを有する基板またはＰＣボードの
上に圧着され、ソルダ・ボウルを部分的に壊し、各パッ
ドの間を接続する。Ｃ４は高密度の相互接続を可能にす
る。これは、ＴＡＢシステムとは次の点で異なる。すな
わち、パッドは、周辺よりはむしろ全面に点在してい
る。

【００１２】Ｃ４に用いられているモリ・マスクのタイ
プは、全体を通して最大１００，０００個のホールがあ
るシートである“デバイス・マスク”または“蒸着マス
ク”である。それぞれのホールまたは“バイア（ｖｉ
ａ）”は、直径が約０．１ｍｍ（約４／１０００イン
チ）である。マスク中のバイアは、適切な場所の小さな
ソルダ・バンプの形成に用いられる。

【００１３】高真空チャンバ内で、マスクはウェハ表面
上のコンポーネントに対し正確なアラインメントでシリ
コン・ウェハの上に置かれる。はんだは、マスク上に蒸
発して、金属蒸気がバイア中を通り抜け、ウェハ表面上
に凝縮してソルダ・バンプを形成する。モリ・マスク上
のバイアは、±０．０１ｍｍ（±４／１００００イン
チ）の精度で設けるのが望ましい。そうしないと、熱金
属が正しくない場所に凝縮し、非常に高価なウェハを破
壊してしまう。加熱すると、シリコンとともにモリブデ
ンが膨張するため、パッドとバイアを正しい位置に保持
する。

【００１４】多層セラミック（ＭＬＣ）基板の形成に用
いられる他のタイプのモリ・マスクは、“スクリーニン
グ・マスク”である。スクリーニング・マスクのバイア
が、一種のモールドとして働き、このモールドを通し
て、モリブデン・パウダとバインダとで作られたスクリ
ニーング・ペーストが、基板の選択領域に押し出され
る。基板の上にマスクが置かれ、マスク上に渡されたノ
ズルからマスク・ホールに注入される。余分なペースト
は、マスク表面から取り除かれる。次に炉の中で基板を
加熱して、バインダを除去し、導電金属中にパウダを沈
殿させる。導電金属領域の間の領域は、非導電ガラスま
たはセラミック材料によって充填される。

【００１５】この処理は、堆積層を形成するため、いく
つかの異なるマスクを用いて基板上で繰り返すことがで
きる。マスクは、導電金属パターンが選択位置で層間を
接続するように構成されている。したがって、全積層
は、基板表面にマウントされた各種チップを電気的に接
続する複雑な回路を形成する。

【００１６】ＭＬＣ処理は、各層に数千のバイアとライ
ンを含み、および最大数百万の接続を含む１２７ｍｍ
（５インチ）平方の大きさの基板に適用できる。

【００１７】スクリニーング・マスクのバイアは、直径
が２．５４ｃｍ（１インチ）の１／１０００のオーダで
あるので、スクリーニング・マスクの寸法安定性は、重
要な基準である。

【００１８】モリ・マスクの従来の作製方法には、モリ
ブデン箔のフォトリソグラフィおよび化学エッチングが
含まれる。この技術は当業者にはよく知られた技術であ
る。

【００１９】モリブデン箔を溶解するのに一般的に用い
られている溶液の１つが、アルカリフェロシアン化カリ
ウムである。ＡｄａｍＨｉｌｇｅｒが１９８６年にボ
ストンで刊行したＤ．ＭＡｌｌｅｎ著「ＴｈｅＰｒ
ｉｎｃｉｐａｌｅｓａｎｄＰｒａｃｔｉｃｅｏｆ
ＰｈｏｔｏｃｈｅｍｉｃａｌＭａｃｈｉｎｉｎｇａｎ
ｄＰｈｏｔｏｅｔｃｈｉｎｇ」に説明されているよう
に、前記溶液はしばしばマスク表面上に噴霧される。

【００２０】エッチングに用いるフェロシアン化カリウ
ムおよび他のシアン化物溶液は、きわめて毒性が強い。
さらに、ガス状あるいは廃棄化学物質の形態のシアン化
物は、環境汚染物である。作業現場において、シアン化
物は、嗅覚を鈍化させるため、ガス状のシアン化物は特
に油断がならない。作業者は次第に濃度が増してくる毒
性ガスにさらされるが、作業者は毒性ガスは消散すると
信じている。シアン化物は、最近、ニューヨーク州にお
いて禁止された。

【００２１】シアン化物エッチングによる危険性と汚染
に加えて、処理には別の欠点がある。それは、処理が遅
いということである。これはある速度でマスクを作製す
るのに、巨額の資本投資とさらに多くのシアン化物が必
要であることを意味している。他の問題として、モリ・
マスク箔の開口の“アスペクト比”すなわち箔厚に対す
る開口幅またはバイアの直径の比に制限があることであ
る。

【００２２】シアン化物によるエッチングは、ドリルの
ように真っすぐにホールを開けない。エッチングは等方
的であり、露出された全表面に作用し、フォトレジスト
のエッジの下側のモリブデンを除去する。このアンダー
カットは、アスペクト比を制限する。

【００２３】アンダーカットにより、意図した以上にマ
スク・ホールおよびスロットのサイズを拡大するだけで
なく、フォトレジスト・エッジによって定められる鮮明
な輪郭がぼけて、バイアの近接性または他の特徴を制限
する。

【００２４】箔厚を溶解するに充分すぎるほど長くマス
クがシアン化物中に置かれるので、シアン化物は、フォ
トレジストのエッジの下側を大体同じくらいの時間で溶
解する。したがって、第１の近似として、アンダーカッ
ト幅は、箔の厚さと同じオーダである。しかし、箔は非
常に薄くすることができず、機械的強度も不足する。

【００２５】シアン化物処理から生じるアンダーカット
は、マスク・パターンの微細さを制限し、モリ・マスク
を小さなマイクロ・エレクトロニクス・コンポーネント
と共に用いることを妨げる。アンダーカットの低減は、
商業的な前進に貢献するだろう。

【００２６】化学エッチングのいくつかの欠点は、電解
液（塩溶液）と電気とを組み合わせて金属のエッチング
を行う電解エッチングに代えることにより克服できる。
エッチングされる金属はアノードと呼ばれる。カソード
と呼ばれる他の金属片は、アノードと一緒に塩溶液中に
浸され、アノードとカソードとの間に電圧が保持され
る。電流と電解液との組み合わせにより、アノードを徐
々にエッチングし、溶解除去する。用いる塩溶液は危険
性が少なく、電圧も低いので、処理は安全に実行され環
境汚染の心配もない。

【００２７】電解エッチングの１形態が、電解マシニン
グ（ＥＣＭ）である。ＥＣＭは、一定の所望形状を有す
るツール、電解液、およびツールと金属加工物との間の
大電流を用いる。ＥＣＭは、加工物内にツールに類似し
た形状の凹部を形成する。マシニング動作中、電解液
は、ツールと加工物との間の小さなギャップを通して、
連続的に高速で送られる。

【００２８】図１に、基本的な電解エッチング槽を示
す。タンクＴには、塩の水溶液（たとえば食塩および
水）である電解液Ｅが入っている。アノードＡとカソー
ドＣは、バッテリＢのような電源へ接続されている。装
置に電源が供給されたとき、アノードＡの金属原子は、
電気によりイオン化され、金属から溶液中に強制的に放
出されるので、溶液中で金属が溶解する。溶解速度は、
ファラデーの法則により、電流に比例している。金属お
よび塩の化学的特性に応じて、アノードからの金属イオ
ンは、カソードをメッキするか、沈殿するか、または溶
液中に停留する。

【００２９】電解マシニング（ＥＣＭ）は、図１の基本
的な電気エッチング構成に基づいている。普通のＥＣＭ
において、カソードは、形状化ツールであり、このツー
ルは、アノードの近くに配置され、アノードに向かいゆ
っくりと移動する。アノードは溶解するにつれ機械的に
除去される加工品である。ＥＣＭの変形として、レジス
トパターンＥＣＭまたは電解マイクロ・マシニング（Ｅ
ＭＭ）がある。これらにおいては、アノードの表面に抵
抗層が設けられる。カソードを移動することなく、また
はアノード−カソード間隔の狭い公差を維持することな
く、エッチングは露出金属上のレジスト層の間で起こ
る。

【００３０】米国特許第４，２１２，９０７号明細書
は、リン酸ニッケル・コーティングを被着する前のモリ
ブデン表面の処理方法を教示している。モリブデン表面
は酸性溶液中で陽極酸化され、灰色の酸化モリブデンの
膜を形成し、この膜は後で除去される。この処理方法
は、モリブデンとニッケルとの間の粘着を改善し、レー
ザ・コンポーネントの作製に有用である。

【００３１】米国特許第４，６２８，５８８号明細書
は、金属ゲート半導体デバイスの製造におけるモリ・マ
スクの使用法について教示している。この発明は、酸化
物／モリブデン・スタックの側壁から酸化モリブデンを
除去する問題に関するものである。この方法では、まず
耐火物質，絶縁体，モリブデン，およびパターニングさ
れたフォトレジストの層を形成し、次にフォトレジスト
をマスクとして用いてモリブデンをエッチングし、最後
にエッチングされたモリブデンをマスクとして用いて絶
縁物をエッチングする。

【００３２】

【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、金属
箔または薄いシートにバイアまたはホールを形成する装
置と方法を提供することである。

【００３３】

【課題を解決するための手段】マスク領域をもつラミナ
金属箔をエッチングする。露出領域と被覆領域を含むマ
スク・パターンをマスク領域の上に配置する。カソード
領域をもつカソードを設ける。カソードを、マスク領域
から一定電極間距離に配置する。マスク領域とカソード
との間の空間を、電解液により充填する。マスク領域の
上に電解液を流すように誘導した後、箔の露出領域に電
気エッチングするために、相対的に正の箔電圧と相対的
に負のカソード電圧を供給する。相対的に正の箔電圧と
相対的に負のカソード電圧は、箔をエッチングして開口
ができるまで保持される。

【００３４】

【実施例】以下の用語を次のように定義して明細書全体
を通して用いる。

【００３５】モリブデン − モリブデンまたはモリブ
デンの合金。

【００３６】電極間距離 − カソード上の点からアノ
ード表面までを、その点においてカソード表面に垂直方
向に測定した距離。

【００３７】マスク領域 − エッチングできる箔の全
領域。マスク領域は、箔の片面あるいは両面にあって、
連続しており、または分離した副領域からなる。

【００３８】マスク・パターン − 被覆（フォトレジ
ストによりマスクされたまたは被覆された）または露出
（マスクされていないまたは被覆されていない）が交互
に連続した領域群をいう。

【００３９】相対的に正および相対的に負 − グラン
ド電位とは無関係に、互いに関連する電気的極性をい
う。

【００４０】浸漬した − 浸漬した物体は、電解液の
ような液体により全体的または部分的に濡れている。

【００４１】水圧抵抗要素 − 電解液のフローを妨げ
る、バッフル・プレート（ホール，スロットなどを有す
る），マニホールド，フィルタ，スクリーン，羽根，プ
ロペラ，または他の構成。

【００４２】ラミナ（ｌａｍｉｎａｒ） − 片方に湾
曲しているまたは平坦な、少なくとも１つの滑らかな表
面をもつ。

【００４３】この発明は、金属箔または薄いシートにバ
イアまたは他の開口を形成する装置と方法に関する。こ
の発明の応用例としては、マイクロ・エレクトロニクス
製造用のマスク作製があげられる。モリブデン金属は、
マイクロ・エレクトロニクスに専ら適する特性をもつの
で、この発明は、特に、モリブデン・マスクの作製に適
用される。なお、これ以降モリブデン・マスクをモリ・
マスクと呼ぶ。

【００４４】図２は、この発明により作製されたモリ・
マスクの走査型電子顕微鏡の写真に基づいている。図
は、この発明のエッチングにより形成した開口とバイア
Ｖを有する箔Ｆのマスク領域部分を示している。図は拡
大されており、開口の幅は、０．０７１〜０．１２２ｍ
ｍ（０．００２８インチ〜０．００４８インチ）の範囲
である。箔Ｆの厚さは、０．０７６ｍｍ（０．００３０
インチ）である。

【００４５】この発明においては、レジスト・パターン
の電気エッチングを用いて、金属箔のホールを形成す
る。パターニングされたフォトレジスト（または他のマ
スク材料）は、フォトリソグラフィなどのような通常の
手段により、箔表面に設けられる。図２を再び参照する
と、ホールとスロットとの間の金属領域は、エッチング
時、保護レジストにより被覆される。エッチングは、レ
ジストのない領域の露出金属を侵食する。露出領域のエ
ッチングの進行につれ、箔は最終的に貫通され図２のよ
うにホールが形成される。エッチング後、レジスト・マ
スクが除去される。図２は、レジストが除去された後の
箔Ｆを示す。

【００４６】マスク材料は、電気絶縁体で水に溶解しな
いことが望ましい。

【００４７】エッチングとホール形成の速度を増大させ
るには、箔の両面を同時にエッチングすることが望まし
い。互いに完全に鏡像になっている２つの個別のマスク
を用いる。箔の両面の側のフォトレジスト・マスクは、
両面で正確に位置決めしなければならない。

【００４８】図３にこの発明の実施例である装置を示
す。展開図で示した装置は、ボックス状の容器１００
（図１のタンクＴに対応する）の上にカバー・アッセン
ブリ２００を備え、使用時この中に挿入する。同様に、
クランプ・プレート２６０が、フレーム２５０から外さ
れた状態で示されており、この発明を用いるとき、それ
らの間に固定された箔Ｆを露出する。箔Ｆは、図示した
装置では２２．８６ｃｍ（９インチ）平方である。

【００４９】容器１００は、その上部プレート１２０の
スロット１０２（カバー・フレーム２５０を受け入れ
る）およびパイプ接続口４３０，４４０を除き、水密性
がある。容器１００は、使用時、循環する電解液で満た
される（電解液は図３には示されていない）。容器１０
０は、任意の適切な材料、好ましくは透明なプラスチッ
クのような絶縁材料で構成できる。容器１００の端部プ
レートは図３には示されておらず、側壁および上部プレ
ート１２０の部分は、切り取られ内部構成が見えるよう
にしている。

【００５０】カバー・アッセンブリ２００には、カバー
・プレート２１０、容器１００からカバー・アッセンブ
リ２００を持ち上げるハンドル２０１、エッチングのた
め箔Ｆを装着するフレーム２５０を含む。フレーム２５
０は溝２５１を有し、その中にＯリング型ガスケット２
５２がある。箔Ｆは、箔がガスケット２５０を覆うよう
に、フレーム２５０の上に設けられる。クランプ・プレ
ート２６０は、箔Ｆの上に設けられ、ネジ１０でフレー
ム２５０の上に固定する。これでカバー・アッセンブリ
２００の組み立てが終了する。

【００５１】箔Ｆに面しているクランプ・プレート２６
０の側面は、ちょうどフレーム２５０の溝２５１とＯリ
ング２５２のような溝２６１とＯリング２６２を有して
いる。これらのガスケットは、箔Ｆの両面間の漏れを防
止する。

【００５２】カバー・アッセンブリ２００は、スロット
１０２内に下げられ、容器１００の上にネジ１０で固定
される。電解液の漏れを防止するために、カバー・プレ
ート２１０の下面と上部プレート１２０との間にガスケ
ット（図示されていない）を設けることができる。

【００５３】装置を組み立てると、フレーム２５０およ
び箔Ｆは、容器１００の内部空間を２つに分割する。図
３に示す装置は、装置が組み立てられると、フレーム２
５０の一方の側から他方の側へ電解液が過剰に漏れるこ
とはないように構成される。空隙が極端に大きい場合、
ガスケットを設ける。図４はまた装置を示す。

【００５４】エッチング処理時、電解液が流入口４３０
ａと４３０ｂから注入される。電解液のフローは、図３
において矢印で示されている。電解液が容器１００の両
側のチャンバに入る。チャンバは、容器１００の壁，バ
ッフル・プレート１５０ａと１５０ｂ，および上部プレ
ート１５２ａと１５２ｂから形成されている。電解液
は、バッフル・プレート１５０ａと１５０ｂの下部のホ
ール１５５ａと１５５ｂを通って、これらのチャンバか
ら流れ出す。ホール１５５ａと１５５ｂは、各バッフル
・プレート１５０ａと１５０ｂに沿って均等にフローを
分配する。電解液は、バッフル・プレート１５０ａと１
５０ｂおよび箔Ｆの間を上方に流れる。フレーム２５０
とクランプ・プレート２６０の内側は、電解液フローの
抵抗を少なくするために面取りできる。

【００５５】バッフル・プレート１５０ａと１５０ｂの
上部において、流出口４４０ａと４４０ｂをそれぞれ通
って電解液が流れ出る。フロー特性を改善するには、複
数の流出口または多岐管（ｍａｎｉｆｏｌｄ）を容器１
００の両側に設けることができる。フローは、以下でさ
らに詳しく説明するように、一様でなければならない。

【００５６】ニッケルが好ましい金属カソード３２０ａ
と３２０ｂは、バッフル・プレート１５０ａと１５０ｂ
の内面にそれぞれ取り付けられている。取り付けは、通
常の任意の手段を用いている。電源から箔Ｆおよび金属
カソード３２０ａと３２０ｂまでの電気的接続は図３に
示されていない。図４を参照されたい。これらの接続
は、従来の任意の手段により行われる。

【００５７】図４に容器１００とカバー・アッセンブリ
２００を一緒に組み立てた略図を示す。図中、二重線
は、電解液を運ぶパイプまたはチューブを示す。一重線
は電源線を示す。

【００５８】電気回路は、電源３００の正の端子から箔
Ｆへ、さらに電解液を通り金属カソード３２０ａと３２
０ｂを経て、電源３００の負の端子へ戻る。電源と配線
は通常のものである。

【００５９】水圧系は、電解液タンク４００，フィルタ
４１０，ポンプ４２０，バルブ４２２ａと４２２ｂ，バ
ルブ４３２ａと４３２ｂ，流入口４３０ａと４３０ｂ，
容器１００，流出口４４０ａと４４０ｂ，バルブ４４２
ａと４４２ｂ，およびフロー・センサすなわち流量計４
５０ａと４５０ｂを含む。フィルタは電解液から沈殿物
を除去する。容器１００から電解液を排水する排出弁４
０１ａと４０１ｂが、容器１００に設けられている。

【００６０】図３の装置を動作させるとき、組み立て後
にポンプ４２０がスイッチ・オンされる。電解液フロー
が１５リットル／分〜４５リットル／分（４ｇｐｍ〜１
２ｇｐｍ（ガロン／分））になるようにバルブ類を調節
する。センサ４５０ａと４５０ｂが一定フローであるこ
とを示した後、電源３００の電解槽電圧は、４ボルト〜
１０ボルトの間に設定され、電気エッチングが開始され
る。電流は、２０アンペア〜７０アンペアであり、６０
秒〜１２０秒の間保持される。

【００６１】電極間の間隔、すなわち、両電極面に垂直
な直線に沿って測った、エッチングされた箔表面とニッ
ケル・プレートの平行面との間の距離の設計には、いく
つかの考慮事項がある。

【００６２】１つの事項は、流体力学である。箔Ｆ表面
上の電解液の流速は、ポンプ圧、容器とパイプの流体力
学的抵抗、箔Ｆと各バッフル・プレート１５０ａ，１５
０ｂとの間で電解液が流れることのできる断面積の関数
である。アノード面とカソード面が接近すればするほ
ど、断面積が小さくなる。効率的なエッチングを行うに
は、大きな流速が必要であることが電解マシニングの実
施から周知であるので、平均流速は大きくなければなら
ない。

【００６３】他の事項は、電気に関するものである。電
解液は電流の流れを阻止しようとする。電解液の抵抗率
は、２．５４ｃｍ（１インチ）立方の電解液あたり１オ
ームのオーダの抵抗を有する。したがって、アノードと
カソードとの間の全抵抗は、電極の間隔、故に電解槽に
必要な電圧および処理のエネルギー要件に直接的に依存
する。

【００６４】電解作用の当然の結果として、ニッケル・
カソードの上に泡が生じる。箔Ｆとニッケル・プレート
３２０ａ，３２０ｂとが互いに非常に接近している場
合、泡は流れ去る前に間隙を橋絡し、泡が接触するマス
ク表面のエッチングを停止してしまう。

【００６５】スパークもモリ・マスクに影響を与える。
プレート面が非常に接近し、電圧が高い場合、アノード
とカソードの間でスパークが発生する。これは、モリ・
マスクが損傷を受けるので、避けるべきである。

【００６６】好ましい電極間間隔は１ｃｍ〜３ｃｍであ
る。

【００６７】発明に対し最適な電解液と動作条件を決定
するために、テストを実施した。テストでは、いくつか
の独立変数の関数として、アノード（モリブデン箔），
電解液，およびカソードを流れる電流を測定した。独立
変数には、電圧，箔表面上での電解液の流速，および電
解液の化学組成が含まれる。

【００６８】金属の溶解速度は、金属の原子価（イオン
化電荷）に対し電流に正比例しているので、電解槽電流
の値を測定するのが望ましい。

【００６９】塩化ナトリウム（ＮａＣｌ），硝酸ナトリ
ウム（ＮａＮＯ₃），硫酸カリウム（Ｋ₂ＳＯ₄）の５
Ｍ（５モル濃度）の中性塩水溶液を用いた予備試験によ
り、モリブデンにはすべて適切な電解液であることが判
明した。

【００７０】電解液の流速の影響をテストするために、
種々の回転速度で回転するディスク電極を用いて、アノ
ードの溶解作用を研究した。表面の電解液の速度は、回
転速度とディスク電極の中心からの距離とに比例してい
るので、これらのテストは有意義であった。

【００７１】回転速度を１０００回転／分に固定して、
電流密度を、０ボルト〜４ボルトのアノード電位の関数
として測定した。種々の電解溶液を、０．５ＭのＫ₂Ｓ
Ｏ₄，５ＭのＮａＮＯ₃，５ＭのＮａＣｌ，および４Ｍ
のＮａＮＯ₃＋１ＭのＨＮＯ₃のさまざまな条件下でテ
ストした。これらの電解液はすべて、同じような電流−
電圧作用を示した。

【００７２】電解液が中性塩または塩＋酸（４Ｍの硝酸
ナトリウムと１Ｍの硝酸）を含んでいるとき、ディスク
電極の回転速度は溶解速度にわずかの影響しか与えない
ことがわかった。

【００７３】しかし、電解液が塩と塩基（３Ｍの硝酸ナ
トリウムと０．１Ｍの水酸化ナトリウム）を含んでいる
とき、制限電流は回転速度に依存し、モリブデンの溶解
は、これらの条件下で質量転送制御されたことを示して
いる。−０．２ボルトのアノード電位での電流密度は、
１００ＲＰＭで５０ミリアンペア／ｃｍ²未満から６０
００ＲＰＭで約２００ミリアンペア／ｃｍ²の間で変化
した。

【００７４】これらの実験結果から、質量輸送制御され
た溶解を可能にする、好ましい電解溶液は、０．０５Ｍ
〜１Ｍの水酸化ナトリウムを含む２Ｍ〜５Ｍの硝酸ナト
リウム溶液であることがわかった。

【００７５】アノードの重量欠損を測定し、ファラデー
の電解則を適用して、モリブデンは、アノードの電位に
かかわらず、常に、６＋の最大原子価で溶解することが
調べられた（Ｍ．Ｄａｔｔａ著ＩＢＭＪｏｕｒｎａ
ｌｏｆＲｅｓｅａｃｈａｎｄＤｅｖｅｌｏｐｍｅ
ｎｔ，ｖｏｌ．３７，ｎｏ．２，ｐｐ．２０７−２２
６，１９９３年を参照されたい）。仮に金属が種々の原
子価で溶解した場合、エッチング速度は、質量輸送の代
わりに、より電流分布に依存するようになるだろう。

【００７６】これらのデータは図５に要約されている。
アノード電圧は、ｍＡ／ｃｍ²の電流密度と見かけのモ
リブデン原子価の両方に対してプロットされている。

【００７７】３次電流分布は、質量輸送制御された制限
電流でまたはそれ以上で行われるエッチング条件に対応
する。電解槽電圧または電流密度は、エッチングは質量
輸送制御された溶解反応により行われるように選択され
ており、一定の電流分布条件を与え、一様で滑らかなエ
ッチング表面を実現する（電解研磨）。

【００７８】この発明は、１ミクロン／秒の除去という
非常に高速なエッチングを可能にする。これは化学エッ
チングよりも４倍〜１０倍速い。さらに、エッチング
は、電解研磨の条件下で行われるので、エッチングされ
たマスクの表面は非常に滑らかである。

【００７９】水酸化ナトリウムのほかに、他の化学物質
が電解液を改良でき、電解液の中に含ませるのが好まし
い。

【００８０】界面活性剤は表面張力を減少させ、濡れを
改善する（通常の洗剤は界面活性剤である）。改良され
た濡れは、電解液がモリ・マスクの全領域を等しく濡ら
し（接触する）それらの全領域で同じように作用するこ
とを保証する。好ましい電解液は、たとえば、３Ｍ社が
製造したＦＣ−９８のような泡の立たない界面活性剤を
含み、２０ｐｐｍ〜２００ｐｐｍ（１００万分の一）、
好ましくは１００ｐｐｍの濃度で加えられる。（“３
Ｍ”は登録商標である）。

【００８１】チオ尿素（ｔｈｉｏｕｒｅａ）（たとえ
ば、ＡｌｄｒｉｃｈＣｈｅｍｉｃａｌＣｏｍｐａｎ
ｙから市販されている）、すなわちバンキング剤を、１
０ｍＭ〜３０ｍＭ、好ましくは２０ｍＭの濃度で電解液
に加えるのが好ましい。

【００８２】バンキング剤は、箔表面に吸着するが、ア
ンダーカットされたフォトレジストの棚（ｌｅｄｇｅ）
のようなコーナでより強力に吸着する。吸着したバンキ
ング剤は、金属の溶解を抑制するので、バンキング剤が
たまるコーナの金属除去速度は遅くなる。したがって、
バンキング剤は、マスク・パターンのエッジがアンダー
カットされるのを防止するのに役立つ。

【００８３】チオ尿素および界面活性剤の添加が、電気
エッチング処理に効果的な影響を与えることはわからな
かった。

【００８４】この発明は、５０％〜１００％のアンダー
カットを教示しており、これにより化学エッチングで実
現できるものよりもさらに微細なマスク構成を可能にす
る。改良は、一定のフロー制御と、方向性のある電流分
布を与える作用物質の添加により達成される。

【００８５】溶解が質量輸送制御されないとき、原子構
造の不規則性による金属表面電圧の局部的変動が、溶解
速度を不規則にする。溶解が質量輸送制御されるとき、
流体力学的条件がエッチングの均一性を決定する。マス
ク領域上の電解液の流速が一定でない場合、エッチング
は不均一になる。ある領域においてエッチング処理が遅
い場合、すでに箔にホールが開けられている他の領域に
おいてアンダーカットが継続される。

【００８６】電気エッチング時に、箔Ｆ（および特にマ
スク領域）の表面上の電解液のフローを一様に保持する
には、図３に示す装置でバッフル・ホール１５５を用い
る。ホール１５５は、水圧抵抗を与えるが、すぐ上流の
チャンバでは低抵抗である。これによりバッフル・プレ
ート１５０上の圧力を均等にし、ホール１５５の列にわ
たって、および箔Ｆの上のフローを一様にする。

【００８７】また、この発明によれば、液体を層流にし
または水圧抵抗を生じさせる他の手段がある。たとえ
ば、多岐管パイプ，スロット，スクリーン，羽根，これ
らの目的のための他の構成である。

【００８８】バルブ４４２を部分的に閉じると発生する
容器１００内の背圧は、電解液フローの制御に役立つこ
とがわかっている。これはフロー方向のフロー変動を最
小にし、マスク表面でより均一な溶解を可能にする。０
ｋｇ／ｃｍ²〜１．０５４５ｋｇ／ｃｍ²（０ｐｓｉ〜
１５ｐｓｉ（ｌｂｆ／平方インチ））の背圧が、効果的
であるとして用いられている。

【００８９】金属除去を均一にする無水圧技術は、ニッ
ケル・カソードのサイズを調節する。

【００９０】箔Ｆのマスク領域（エッチングが行なわれ
る箔領域）および各金属カソード３２０ａと３２０ｂ
は、それぞれ矩形または正方形の形状をしている。箔Ｆ
上のモリブデンを均一に溶解するには、カソード３２０
ａと３２０ｂを、マイクロ・ストップのような絶縁被覆
を施すことにより、マスク領域よりわずかに小さくする
ことが望ましい。金属プレート３２０ａと３２０ｂが極
端に小さい場合、エッチング速度は、ニッケル・プレー
トに対向するマスク領域の中央部において大きいので、
マスク領域の縁部は、充分に速い速度でエッチングされ
ない。金属プレート３２０ａと３２０ｂが極端に大きな
場合、逆の問題が発生し、マスク領域の縁部でより速く
除去され、再び、不均一になる。

【００９１】テストにより、ニッケルでできている７．
６２ｃｍ（３インチ）平方の金属プレート３２０ａと３
２０ｂは、箔のマスク領域が１０．１６ｃｍ（４イン
チ）平方のとき、カソードとして良好に機能することが
わかっている。カソードが６．３５ｃｍ（２．５イン
チ）平方であったとき、マスク領域の縁部においてエッ
チングが減少することがわかった。カソードのサイズが
マスク領域より大きいまたは等しい場合、縁部はモリ・
マスクの中央部よりも速くエッチングされる。

【００９２】図３の装置において、平坦な箔Ｆのアノー
ドおよび金属プレート３２０ａと３２０ｂは、平坦であ
り、平行に保持される。この発明の他の実施例におい
て、箔Ｆは平坦な構成にする必要のないことがわかるで
あろう。平坦な箔は、片方に曲がった構成にすることも
できる（“片方に曲がった”とは円柱または円錐のよう
に１方向に曲がった表面をいう）。電解液の中に浸漬さ
せる円筒ローラの周囲に部分的に巻かれた箔が１つの例
であろう。

【００９３】この発明はまた、箔を静止状態に保持する
代わりに移動でき、および片方に曲げることができるこ
とを意図している。曲げられた箔表面に対し、この発明
は、アノードから一定の距離（通常、アノード表面に対
し垂直に測定して）離れたカソード、または表面上の電
解液フローが一様になるという主要基準を満足する形状
のカソードのいずれかを意図している。カソードを平坦
にすることは、必要でない。

【００９４】箔が円筒ローラの上に設けられ、電解液フ
ローがローラ軸に対し垂直になっている場合、箔表面の
一様なフローの主要基準は、ローラ軸に対し垂直な一定
の断面になることである。

【００９５】この発明は蒸着マスクとスクリーニング・
マスクの作製に用いることができるが、これらに制限さ
れない。任意の用途のために、エッチングされたまたは
ホールが形成された金属箔を、この発明によって作製で
きる。

【００９６】この発明を実施例によって説明したが、こ
の発明の精神と範囲内の変形例を上述したように実施で
きるものと考えられる。

【００９７】まとめとして、本発明の構成に関し以下の
事項を開示する。（１）マスク領域をもつラミナ金属箔のエッチング方法
において、露出領域と被覆領域とを有するマスク・パタ
ーンを、前記箔のマスク領域の上に設けるステップと、
前記マスク領域から一定の電極間距離にカソードを配置
するステップと、前記マスク領域と前記カソードとの間
の空間を電解液で充填するステップと、前記マスク領域
の上に電解液を流すように誘導するステップと、前記箔
の前記露出領域を電気エッチングするために、前記箔へ
相対的に正の電圧を、前記カソードへ相対的に負の電圧
を供給するステップと、前記箔をエッチングして開口が
できるまで、前記相対的に正の電圧と前記相対的に負の
電圧とを保持するステップと、を含むことを特徴とする
ラミナ金属箔のエッチング方法。（２）上記（１）に記載のエッチング方法において、前
記箔はモリブデン箔であり、前記電解液は２Ｍ〜５Ｍの
硝酸ナトリウムの水溶液であることを特徴とするエッチ
ング方法。（３）上記（２）に記載のエッチング方法において、前
記電解液はｐＨ基準で作製されていることを特徴とする
エッチング方法。（４）上記（３）に記載のエッチング方法において、前
記電解液は０．０５Ｍ〜１．０Ｍの水酸化ナトリウムを
含むことを特徴とするエッチング方法。（５）上記（１）に記載のエッチング方法において、前
記電解液は界面活性剤を含むことを特徴とするエッチン
グ方法。（６）上記（１）に記載のエッチング方法において、前
記電解液はバンキング剤を含むことを特徴とするエッチ
ング方法。（７）上記（６）に記載のエッチング方法において、前
記バンキング剤は濃度が１０ｍＭ〜３０ｍＭのチオ尿素
であることを特徴とするエッチング方法。（８）上記（１）に記載のエッチング方法において、前
記一定の電極間距離は１ｃｍ〜３ｃｍであることを特徴
とするエッチング方法。（９）上記（８）に記載のエッチング方法において、前
記一定の電極間距離は１．５ｃｍ〜２．５ｃｍであるこ
とを特徴とするエッチング方法。（１０）上記（１）に記載のエッチング方法において、
前記カソード領域は前記マスク領域の６０％〜１００％
であることを特徴とするエッチング方法。（１１）上記（１）に記載のエッチング方法において、
フローを誘導する前記ステップが、前記マスク領域上で
ほぼ一定の電解液流速を実現するステップを含むことを
特徴とするエッチング方法。（１２）２つの面をもつラミナ金属箔を電解液で電気エ
ッチングする装置において、前記電解液を入れる容器
と、前記容器の中に配置され、前記電解液の中に浸漬さ
れたラミナ・カソードと、前記容器の中に配置され、前
記電解液の中に浸漬されるように、前記箔を保持する保
持手段と、前記箔の上に前記電解液を誘導するフロー手
段と、前記箔に相対的に正の電圧を印加するアノード手
段と、前記カソードに相対的に負の電圧を印加するカソ
ード手段と、を備えることを特徴とするラミナ金属箔の
電気エッチング装置。（１３）上記（１２）に記載のラミナ金属箔の電気エッ
チング装置において、前記フロー手段は、前記箔のマス
ク領域上へほぼ一定速度の電解液フローを供給する一定
速度手段を有することを特徴とするラミナ金属箔の電気
エッチング装置。（１４）上記（１３）に記載のラミナ金属箔の電気エッ
チング装置において、前記一定速度手段は水圧抵抗要素
を有することを特徴とするラミナ金属箔の電気エッチン
グ装置。（１５）上記（１２）に記載のラミナ金属箔の電気エッ
チング装置において、前記箔は、中央マスク領域と周辺
部をもつシートを含み、前記保持手段は、前記シートの
中央マスク領域が前記電解液中に浸漬されるように、取
り外し可能に前記周辺部を保持するオープン・フレーム
を有することを特徴とするラミナ金属箔の電気エッチン
グ装置。（１６）上記（１５）に記載のラミナ金属箔の電気エッ
チング装置において、前記シートは、第１の平坦形状に
保持され、前記ラミナ・カソードは、第２の平坦形状に
保持され、前記シートと前記カソードとは平行である、
ことを特徴とするラミナ金属箔の電気エッチング装置。（１７）上記（１５）に記載のラミナ金属箔の電気エッ
チング装置において、前記オープン・フレームは、フレ
ームを挿入したとき前記シートのマスク領域が前記電解
液中に浸漬されるように、前記容器の上部開口を通し
て、前記容器の中に取り外し可能に挿入できることを特
徴とするラミナ金属箔の電気エッチング装置。（１８）上記（１７）に記載のラミナ金属箔の電気エッ
チング装置において、前記箔の両面が前記電解液中に浸
漬されることを特徴とするラミナ金属箔の電気エッチン
グ装置。

【００９８】

【発明の効果】本発明の実施により、金属箔または薄い
シートにバイアまたはホールを形成する装置と方法を提
供することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】従来の技術による電解エッチング槽の略図であ
る。

【図２】バイアおよび開口を備えたモリ・マスクの一部
の斜視図である。

【図３】この発明の実施例によるエッチング装置の一部
分解斜視図である。

【図４】この発明のエッチング装置の略図である。

【図５】この発明の電解槽電圧，電流密度，および溶融
原子価の関係を示すグラフである。

【符号の説明】

１０ネジ１００容器１０２スロット１２０，１５２ａ，１５２ｂ上部プレート１５０ａ，１５０ｂバッフル・プレート１５５ａ，１５５ｂバッフル・ホール２００カバー・アッセンブリ２０１ハンドル２１０カバー・プレート２５０フレーム２５１，２６１溝２５２ガスケット２６０クランプ・プレート２６２Ｏリング３００電源３２０ａ，３２０ｂ金属カソード（ニッケル・プレー
ト）４００電解液タンク４０１ａ，４０１ｂ排出弁４１０フィルタ４２０ポンプ４２２ａ，４２２ｂ，４３２ａ，４３２ｂ，４４２ａ，
４４２ｂバルブ４３０，４４０パイプ接続口４３０ａ，４３０ｂ流入口４４０ａ，４４０ｂ流出口４５０ａ，４５０ｂ流量計

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者マドハヴ・ダッタアメリカ合衆国ニューヨーク州ヨークタウンハイツワイルドウッドコート 816 (72)発明者デレク・ブレント・ハリスアメリカ合衆国ニューヨーク州ドライデンビームヒルロード 107 (72)発明者マシュー・トーマス・カージールアメリカ合衆国ニューヨーク州ソルトポイントウッドローンドライブ 331 (72)発明者フランク・サヴェイジ・ライアンアメリカ合衆国コロラド州ボウルダーシマロンウェイ 240

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】マスク領域をもつラミナ金属箔のエッチン
グ方法において、露出領域と被覆領域とを有するマスク・パターンを、前
記箔のマスク領域の上に設けるステップと、前記マスク領域から一定の電極間距離にカソードを配置
するステップと、前記マスク領域と前記カソードとの間の空間を電解液で
充填するステップと、前記マスク領域の上に電解液を流すように誘導するステ
ップと、前記箔の前記露出領域を電気エッチングするために、前
記箔へ相対的に正の電圧を、前記カソードへ相対的に負
の電圧を供給するステップと、前記箔をエッチングして開口ができるまで、前記相対的
に正の電圧と前記相対的に負の電圧とを保持するステッ
プと、を含むことを特徴とするラミナ金属箔のエッチン
グ方法。
【請求項２】請求項１記載のエッチング方法において、
前記箔はモリブデン箔であり、前記電解液は２Ｍ〜５Ｍ
の硝酸ナトリウムの水溶液であることを特徴とするエッ
チング方法。
【請求項３】請求項２記載のエッチング方法において、
前記電解液はｐＨ基準で作製されていることを特徴とす
るエッチング方法。
【請求項４】請求項３記載のエッチング方法において、
前記電解液は０．０５Ｍ〜１．０Ｍの水酸化ナトリウム
を含むことを特徴とするエッチング方法。
【請求項５】請求項１記載のエッチング方法において、
前記電解液は界面活性剤を含むことを特徴とするエッチ
ング方法。
【請求項６】請求項１記載のエッチング方法において、
前記電解液はバンキング剤を含むことを特徴とするエッ
チング方法。
【請求項７】請求項６記載のエッチング方法において、
前記バンキング剤は濃度が１０ｍＭ〜３０ｍＭのチオ尿
素であることを特徴とするエッチング方法。
【請求項８】請求項１記載のエッチング方法において、
前記一定の電極間距離は１ｃｍ〜３ｃｍであることを特
徴とするエッチング方法。
【請求項９】請求項８記載のエッチング方法において、
前記一定の電極間距離は１．５ｃｍ〜２．５ｃｍである
ことを特徴とするエッチング方法。
【請求項１０】請求項１記載のエッチング方法におい
て、前記カソード領域は前記マスク領域の６０％〜１０
０％であることを特徴とするエッチング方法。
【請求項１１】請求項１記載のエッチング方法におい
て、フローを誘導する前記ステップが、前記マスク領域
上でほぼ一定の電解液流速を実現するステップを含むこ
とを特徴とするエッチング方法。
【請求項１２】２つの面をもつラミナ金属箔を電解液で
電気エッチングする装置において、前記電解液を入れる容器と、前記容器の中に配置され、前記電解液の中に浸漬された
ラミナ・カソードと、前記容器の中に配置され、前記電解液の中に浸漬される
ように、前記箔を保持する保持手段と、前記箔の上に前記電解液を誘導するフロー手段と、前記箔に相対的に正の電圧を印加するアノード手段と、前記カソードに相対的に負の電圧を印加するカソード手
段と、を備えることを特徴とするラミナ金属箔の電気エ
ッチング装置。
【請求項１３】請求項１２記載のラミナ金属箔の電気エ
ッチング装置において、前記フロー手段は、前記箔のマ
スク領域上へほぼ一定速度の電解液フローを供給する一
定速度手段を有することを特徴とするラミナ金属箔の電
気エッチング装置。
【請求項１４】請求項１３記載のラミナ金属箔の電気エ
ッチング装置において、前記一定速度手段は水圧抵抗要
素を有することを特徴とするラミナ金属箔の電気エッチ
ング装置。
【請求項１５】請求項１２記載のラミナ金属箔の電気エ
ッチング装置において、前記箔は、中央マスク領域と周辺部をもつシートを含
み、前記保持手段は、前記シートの中央マスク領域が前記電
解液中に浸漬されるように、取り外し可能に前記周辺部
を保持するオープン・フレームを有することを特徴とす
るラミナ金属箔の電気エッチング装置。
【請求項１６】請求項１５記載のラミナ金属箔の電気エ
ッチング装置において、前記シートは、第１の平坦形状に保持され、前記ラミナ・カソードは、第２の平坦形状に保持され、前記シートと前記カソードとは平行である、ことを特徴
とするラミナ金属箔の電気エッチング装置。
【請求項１７】請求項１５記載のラミナ金属箔の電気エ
ッチング装置において、前記オープン・フレームは、フ
レームを挿入したとき前記シートのマスク領域が前記電
解液中に浸漬されるように、前記容器の上部開口を通し
て、前記容器の中に取り外し可能に挿入できることを特
徴とするラミナ金属箔の電気エッチング装置。
【請求項１８】請求項１７記載のラミナ金属箔の電気エ
ッチング装置において、前記箔の両面が前記電解液中に浸漬されることを特徴と
するラミナ金属箔の電気エッチング装置。