JPS62151583A - スプレ−エツチング方法 - 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 この発明は、例えばメタルフィルター、シャドウマスク
、光学機器などの精密加工に利用されるエツチング方法
、とくにエツチング液をスプレーノズルから霧状に噴出
させ、これを感光性被膜（以下、フォトレジストという
）によるパターンの形成された被加工物の表面に吹き付
けてエツチング処理を行うようにしたスプレーエツチン
グ方法に関する。

従来の技術 従来、メタルフィルター、シャドウマスク、光学機器な
どの精密加工には、フォトエツチングと称されるエツチ
ング方法、即ち被加工物の表面にフォトレジストによる
パターンを形成し、その表面の露出部分を選択的に除去
することによって所要の形状を得る加工法が広く利用さ
れている。かつこのフォトエツチング法のなかでも前記
露出部分の選択除去手段としてエツチング液を用い、こ
れをスプレーノズルから霧状に噴出させ被加工物の表面
に吹き付けることによりエツチング処理を行う、いわゆ
るスプレーノズルと称される方法が広く用いられている
。

発明が解決しようとする問題点 ところが、この種のエツチング方法は、彼加上物とエツ
チング液の接触界面における電気料学的反応を応用した
ものであるため、その加工に方向性がなく、被加工面と
垂直な方向のみならず水平な方向へも加工される、いわ
ゆるサイドエッチと称される現象が生じ、加工精度を低
下させるという本質的な問題を内包している。

又、一方において生産効率を向上させるために、加工精
度を高く維持しつつ加工速度の増大を図ることが切望さ
れていた。

この発明は、前記の問題点を解決し、エツチングの加工
速度を増大すると共に、加工精度を向上しうる改善され
たスプレーエツチング方法を提供することを目的とする
ものである。

問題点を解決するための手段 本発明者等は、上記目的において、加工速度を増大させ
るには、被加工面に常に新鮮なエツチング液を供給する
ことが有効であり、このためにはエツチング液の供給量
、すなわちスプレーノズルからのエツチング液の噴出量
を増加すれば良いと考え、この予測のもとに種々鋭意研
究を重ねたところ、上記を確認するとともに、更に、 第１に、エツチングの加工速度、すなわち電気化学反応
の反応速度は、被加工物である金属の表面付近に存在す
る電気二重層中を拡散によって移動するイオンの拡散速
度に支配されるものであり、その拡散速度は拡散層の厚
さを薄くすることにより増大され、結局、加工速度を増
大させるには拡散層の厚さを薄くすれば良いということ
、 第２に、その拡散層の厚さは、被加工面のエツチング液
を激しく攪拌することにより、静止状態において数百ミ
クロンにも及ぶものを数十ミクロンにまで減少されるこ
と、 第３に、スプレーエツチングにおいて、加速されたエツ
チング液の粒子は、単に被加工面のエツチング液を激し
く攪拌することにより拡散層の厚さを薄くして加工速度
の増大に寄与するのみならず、薄い拡散層を部分的に破
壊し、新鮮なエツチング液を反応面に供給すると共に、
金属表面の不溶性反応生成物を除去する役割も果し、こ
の速やかな反応生成物の除去が局部電池の形成と破壊の
くり返しを促進し、その結果、加工速度を増大させると
いうこと、 を知見し得るに至った。

この発明は斯かる知見に基づいて完成されたものである
。

即ち、この発明はエツチング液をスプレーノズルから噴
霧させて被加工物表面に吹き付けてエツチング処理を行
なうに際し、前記スプレーノズルにエツチング液と共に
圧縮空気を同時給送し、両者を混合状態にして高速噴射
せしめることを特徴とするスプレーエツチング方法を要
旨とするものである。

上記エツチング処理は、たとえば第１図に示すような装
置にて好適に行われるものである。

この装置において、エツチング液は液槽（１）内にてヒ
ータ（２）、サーモレギュレータ（３）およびリレー（
４）によって一定の温度に保たれ、ポンプ（５）によっ
て汲み上げられ、液圧設定バルブ（６）により所定の液
圧、液流量に設定された後、液流量計（７）を経てスプ
レーノズル（８）に送給される。なお、余分な液はバイ
パス（９）によって液槽（１）内に戻される。一方、コ
ンプレッサー（１０）から出た空気は、空気圧、空気流
量調節装置（１１）に導かれ、任意の空気圧、空気流量
に設定され、空気流−計（１２）を経てガラス製の液だ
め（１３）に入り温度測定が行われた後、エツチング液
の逆流を防止する逆流防止弁（１４）を経てスプレーノ
ズル（８）に供給される。而して、スプレーノズル（８
）内において、第２図に示すようにそのノズル本体（８
ｄ）内に供給される前記エツチング液と該本体（８ａ）
内の中心部に噴射口（８Ｃ）に向けて配置された空気噴
出管（８ｂ）から噴出される前記圧縮空気とが混合され
、前記ノズル（８）から前記エツチング液が霧状となっ
て圧縮空気とともに噴出される。上記スプレーノズル（
８）は、加工室（１５）内に配置されており、エツチン
グ液の粒子が外部に飛散しないように配慮されている。

該加工室（１５）内には前記ノズル（８）に対向する位
置に被加工物を載置するための加工台（１６）が設けら
れており、この加工台（１６）は外部のモーター（１７
）とベルト（１８）により任意の回転数で回転されるよ
うになっている。

また、上記加工台（１６）とスプレーノズル（８）との
間には、エツチング液の噴霧が定常状態になるまで、エ
ツチング液が被加工物に吹き付けられることのないよう
に遮蔽板（１９）が移動自在に設けられている。

上記装置において、この発明によるエツチング処理は、
該処理を施すべき被加工物を予め従来の常法による前処
理とフォトレジストパターンの形成処理を行ったのち、
加工台（１６）に載置し、所定速度の回転を与えつつ、
これに向けてスプレーノズル（８）から前記のように圧
縮空気との混合状態にしてエツチング液を吹き付けるこ
とにより行われるものである。

ところで、上記のようなエツチング処理を行うに際し、
スプレーノズル（８）に供給されるエツチング液および
空気の各流量は、均一なエツチング処理を行うために連
続スプレー状態を保持しうる範囲に設定することが必要
である。

そのために要する液圧および空気圧は、使用するスプレ
ーノズルの種類、仕様などによって適宜設定されるもの
であるが、例えば第２図に示すような充円錐型のノズル
であって口径３ｍｍ。

噴出角５５°程度のものを用いる場合、液圧は１−　０
）ｃｇ／ｃｄ程度に設定し、かつこれとの対応関係にお
いて空気圧は１６０〜２−　５ｋｇ／ｃｄ程度の範囲、
特に最も広い連続スプレー領域の得られる１、５）ｃｇ
／ｃｊ程度に設定することが好ましい。

エツチング液の流量密度は加工速度に然程影響を与える
ことはないが、空気の流量は大きな影響を及ぼす。即ち
、空気流量が増大すればする程加工速度が増大される。

したがって、空気流量はエツチング液のスプレーノズル
からの噴霧が連続状態となる領域内で最大値に設定して
エツチング処理を行うことが好ましい。例えば前記ノズ
ル（８）にあっては、液圧を１．　０ｋｇ／ｃｄ、空気
圧を１．　５ｋｇ／ｃ−に設定した場合、空気流量が４
．０Ω／ｍｆｎ程度以下では加工特性の目立った改善は
期待し得ず、又１５．（Ｎ２／ｍｉｎ程度を超えるとき
には断続スプレー状態となる。したがって、空気流量は
４．０〜１５゜（Ｎ２／ｆｆ１ｉｎ程度の範囲内、特に
その最大値である１５．　　Ｏｆｆ／ｌ１ｉｎ程度に設
定することが好ましい。

エツチング処理内に用いるエツチング液は、特に限定さ
れるものではなく、被加工物の種類に応じて既知のもの
を任意に採択し使用しうる。

例えば、被加工物がＳＵＳ　４３０ステンレス鋼の場合
には、液温を６０℃に設定した３０重量％の塩化第２鉄
水溶液が好適に用いられる。

加工台（１６）は、エツチング液を被加工面に万遍なく
均一に吹き付けるために回転させることが好ましいが、
加工むらを防ぎかつ遠心力の影響をほとんど受けない程
度の回転速度、例えば６　ｒｐｗ程度の回転数で回転さ
せることが好ましい。

作　　用 この発明による前記のスプレーノズル方法によれば、ス
プレーノズルにエツチング液とともに圧縮空気を同時送
給することによって、エツチング液のスプレーノズルか
らの噴出速度が増大され、もってエツチング液の被加工
面への衝突速度が増大される。これにより、拡散層付近
のエツチング液をより激しく攪拌することにより拡散層
を薄くして電気化学的反応速度を増大させると共に、被
加工面に生成した不溶性反応物を速やかに除去させるこ
とにより、加工速度の著しい増大を可能とするものであ
る。

また、エツチング加工精度の良否を判断する目安の１つ
として用いられるエッチファクターの改善をも実現しう
るちのである。ここで、このエッチファクター（Ｅ、　
　Ｆ）とは、第４図に示すように、フォトレジスト（Ａ
）の形成されていない露出部分の幅Ｗ１　（μｍ）、サ
イドエッチの最大幅Ｗ２（μｍ）および加工深さＤ（μ
ｍ）の相対的な関係、即ち次式で定義される。

Ｅ、Ｆ　、＝　　Ｗ　−Ｗ 上述したように、圧縮空気の混入によりエッチファクタ
ーが改善されるのは、加速されたエツチング液の粒子が
直接衝突することのない凹部の側壁面では、エツチング
液の攪拌効果が増加しないこと、および激しい攪拌によ
り対流液中に多量に気泡を含みこれが前記側壁面での電
気化学的反応を阻害することによって、深さ方向の加工
量が側方方向の加工量に比べて増大するためと考えられ
る。

発明の効果 この発明に係るスプレーエツチング方法は、下記の実施
例の参酌によって明らかなように、圧縮空気を混入しな
い従来の方法と較べて、圧縮空気を混入することにより
、エツチング液のスプレーノズルからの噴出速度を増大
し、エツチング液の被加工面への衝突速度を増大しうる
から、拡散層付近のエツチング液がより激しく攪拌され
て拡散層が薄くなり、電気料学的反応速度を増大させる
と共に、被加工面に生成した不溶性反応物を速やかに除
去し、もって少量のエツチング液で加工速度を著しく増
大しうる。

また、加速されたエツチング液の粒子が直接衝突するこ
とのない凹部の側壁面では、加工液の攪拌効果がそれ、
程増加せず、かつまた激しい攪拌により対流液中に多量
に気泡を含みこれが前記側壁面での電気化学的反応を阻
害することによって、深さ加工量がサイドエッチ量に比
べて増大し、もってエッチファクターを改善しうるちの
である。

実施例 次に、この発明の実施例を示す。

供試材として、厚さ０．８ｍｍ、大きさ３０ｍｍＸ３０
＋ａｍの５ＵＳ４３０ステンレス鋼板を用い、この表面
にフォトレジストによるパターンを次の手順に従って形
成した。

先ず、供試材の表面の傷、汚れ、酸化被膜等を除去する
と共に、フォトレジストの密着性を向上させるために、
＃８００．＃１０００のエメリー紙によって表面研磨を
行った。次いで、８％塩酸水溶液と１２％硝酸水溶液と
の混合溶液に３０秒ないし１分間浸漬した。そして水洗
いした後、アルコール脱脂および冷風により乾燥させた
。

その後、１２５℃に加熱し、膜厚２ｏμｍのドライフィ
ルム状のフォトレジスト（デュポン社製、ネガティブタ
イプ商品名ＲＩＳＴＯＮＴＹＰＥ６）をローラーによっ
てラミネートさせた。次いで、第３図に示す形状のフィ
ルム状フォトマスクを真空焼枠で密着させて定常状態の
水銀灯で１０秒間照射し露光を行った。その後１．１．
１．　　）リクロルエタン水溶液中に２分間浸漬させた
後、新液で３０秒間洗浄し、光の当らなかった部分のフ
ォトレジストを取り除き、流水による洗浄を行い、冷風
により乾燥させた。

このようにして、上記ステンレス鋼板の表面に第１表に
示すように、順次幅の異なる細帯状の露出部分Ｐ１、Ｐ
２、Ｐ３、Ｐ４、Ｐ５、Ｐ６、およびＰアを有するフォ
トレジストによるパターンを形成した。該パターンにお
ける上記各部分の幅は第１表に示すとおりとした。

第１表 そして、上記供試材を既に説明した第１図に示す装置を
用いてエツチング処理を行い前記露出部分の除去を行っ
た。ここに、エツチング条件は次のとおりとした。

液組成＝３０重量％塩化第２鉄水溶液 液温：６０℃ 液圧：　１．　Ｏｋｇ／ｃｄ 空気圧：　１．　５ｋｇ／ｃシ スプレーノズル ：ロ径３ｍｍ、噴出角５５°の充円錐 型のノズル （八州興業株式会社製、 商品名ＫＩＮＧ　　Ｎ０ＺＺＬＥ ｋ７　５−ＴＹＰＥ） スプレ一方向：下向き スプレーと供試材間の距離：１２印 加工台の回転数：６ｒｐａ＋ 加工時間：３分間 空気流量：実施例１＝−４，、Ｈ！１０＋ｉｎ実施例２
・・・９．２ρ／ｗｉｎ 実施例３−１４．　７０　／ｍｉｎ 上記エツチング条件の下で処理を行った供試材を水洗い
てエツチング液を洗い流し、　１．１．ｌ。

トリクロルエチレン、１．１．１．　　トリクロルエタ
ンおよび塩化ジメチルを２：２：１の割合で混合した除
去液でフォトレジストの除去を行いエツチング加工板製
品を得た。

比較例 エツチング処理工程において、スプレーノズルに圧縮空
気を給送することなしに行ったこと、すなわち空気圧お
よび空気流量を共に零としたこと以外、上記実施例と同
一の条件でスプレーエツチング処理を施し、比較対象と
するエツチング加工板製品を得た。

上記実施例および比較例によって得られた供試材のエツ
チング加工面の加工深さおよび加工幅を金属顕微鏡を用
いて測定した。そしてこれより加工速度およびエッチフ
ァクターをそれぞれ算出し、加工速度と空気流量との関
係、およびエッチファクターと空気流量との関係を実施
例１〜３と比較例とで対比した。その結果を第５図及び
第６図にそれぞれ示した。

上記図に示した結果により、圧縮空気を混入させること
なくスプレーエツチング処理を行った比較例のものに比
べて、この発明の実施例によれば、露出部分の幅の広狭
にかかわらず、いずれも加工速度が増大されると共に、
エッチファクターが改善されることを確認し得た。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明を実施するための装置の一例を示す概略
説明図、第２図はこの発明に使用されるスプレーノズル
の一例の縦断面図、第３図はフィルム状フォトマスクの
平面図、第４図はエツチングされた被加工物の表面のエ
ツチング部分の断面図、第５図は加工速度と空気流量と
の関係を示す図、第６図はエッチファクターと空気流量
との関係を示す図である。 以上 第１図 １１：Ｉ 工ｌ÷フ〒クタ−

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）エッチング液をスプレーノズルから噴霧させて被
   加工物表面に吹き付けてエッチング処理を行なうに際し
   、前記スプレーノズルにエッチング液と共に圧縮空気を
   同時給送し、両者を混合状態にして高速噴射せしめるこ
   とを特徴とするスプレーエッチング方法。
2. （２）スプレーノズルへ給送する空気の流量を、エッチ
   ング液のスプレーノズルからの噴霧が連続状態となる領
   域内で最大値に設定してエッチング処理を行う特許請求
   の範囲第１項記載のスプレーエッチング方法。