SE513829C2

SE513829C2 - Electrolytically etching patterns with very small dimensions without preliminary masking

Info

Publication number: SE513829C2
Application number: SE9800695A
Authority: SE
Inventors: Babak Heidari
Original assignee: Etchtech Sweden Ab
Priority date: 1998-03-05
Filing date: 1998-03-05
Publication date: 2000-11-13
Also published as: SE9800695D0; SE9800695L

Abstract

A film of an etchant-resistant material which is soluble when exposed to electromagnetic radiation is formed on a substrate. A voltage is then applied to an electrode in proximity to the surface, the electrode having conductive regions conforming to the required pattern while the substrate is exposed to perpendicular electromagnetic radiation to remove the passivating layer from the desired areas. An Independent claim is also included for an etching tank comprising a vessel of etching fluid having a voltage source and containing an electrode as above. Preferred Features: The conductive regions of the electrode surface are also transparent to electromagnetic radiation, and are separated by nonconductive and non-transparent regions. The passivating film may be generated by a component of the etchant. The latter may contain a reagent that in concentrated solution is capable of etching isotropically in the absence of an electric field, but is used in low concentration with such a field whereby anisotropic etching occurs.

Description

15 20 25 30 35 513 829 etstid, temperatur och etsmedelskoncentration. Vanligtvis består etslösningen av oxiderande etsmedel, exempelvis Hzoz, HNo, Hzsou Hcl, HF, NaoH, medel, exempelvis vatten eller metanol. Exempel på all- Brv samt ett lösnings- mänt använda och rekommenderade sammansättningar av ets- lösningar för olika metaller beskrivs i exempelvis "Handbok i metallmikroskopiering", Helfrid Modin och Sten Modin (1977, Meritförlaget, Ty- piska etsmedelskoncentrationer för etsning av små struk- Johanneshov, Sverige). turer, s k mikrostrukturer, är för etsning av exempelvis krom eller koppar i storleksordningen 0,8-1,2 M. 15 20 25 30 35 513 829 etching time, temperature and etchant concentration. Usually the etching solution consists of oxidizing etchants, for example H 2 O 2, HNo, H 2 SO 4 HCl, HF, NaoH 2, for example water or methanol. Examples of all- Brv and a solution-commonly used and recommended compositions of etching solutions for different metals are described in, for example, "Handbook of metal microscopy", Helfrid Modin and Sten Modin (1977, Meritförlaget, Typical etchant concentrations for etching small structures). Johanneshov, Sweden). tours, so-called microstructures, are for etching, for example, chromium or copper in the order of 0.8-1.2 M.

Vid våta etsmetoder, främst vid kemisk etsning, upp- träder p g a de isotropa etsegenskaperna s k underets- ning, varvid material bortetsas under den yta som är be- lagd med ett etsskyddsskikt. att det vid konventionell kemisk etsning ej går En viktig konsekvens av detta är, att framställa spalter som har större djup än bredd. Vid etsning av små dimensioner gäller detta även för elektro- kemisk etsning. Vid användning av våta etsmetoder är följaktligen möjligheterna att framställa smala spalter, exempelvis för placering av ledare nära varandra, be- gränsade. Vidare är det idag ej möjligt att medelst våta etsmetoder åstadkomma jämna strukturer, såsom exempelvis spalter med raka väggar, vars bredd eller djup under- stiger 1 um. ' Dessutom är konventionell kemisk etsning en allmänt sett svàrstyrd process, eftersom etshastigheten påverkas av ett flertal parametrar (se ovan).In wet etching methods, mainly in chemical etching, so-called under-etching occurs due to the isotropic etching properties, whereby material is etched away under the surface which is coated with an etch protection layer. that conventional chemical etching is not possible An important consequence of this is to produce gaps that have a greater depth than width. When etching small dimensions, this also applies to electrochemical etching. When using wet etching methods, the possibilities of producing narrow gaps, for example for placing conductors close to each other, are consequently limited. Furthermore, today it is not possible to achieve even structures by means of wet etching methods, such as, for example, columns with straight walls, the width or depth of which is less than 1 μm. In addition, conventional chemical etching is a generally difficult process, as the etching rate is affected by a number of parameters (see above).

Av viss relevans i sammanhanget är EP 0 595 053, genom vilken det är förut känt ett förfarande för aniso- trop kemisk etsning, vid vilket etsmaterialet bringas i kontakt med såväl ett etsmedel som ett passiverande ämne, såsom I2, med förmåga att bilda ett passivt skikt på ets- materialets yta, varigenom denna blir oreaktiv gentemot etsmedlet. Medelst bestràlning av etsmaterialet i en riktning som är parallell med den önskade etsriktningen, varunder det passiva skiktet avlägsnas i bestrålningens 10 15 20 25 30 35 515 829 f riktning samtidigt som etsmaterialets yta förblir passiv i övriga riktningar, åstadkommes en anisotrop kemisk ets- ning.Of some relevance in this context is EP 0 595 053, by which a process for anisotropic chemical etching is previously known, in which the etching material is brought into contact with both an etchant and a passivating substance, such as I2, capable of forming a passive layer on the surface of the etchant, whereby it becomes unreactive towards the etchant. By irradiating the etching material in a direction parallel to the desired etching direction, during which the passive layer is removed in the direction of the irradiation while the surface of the etching material remains passive in other directions, anisotropic chemical etching is achieved.

Emellertid har ännu ingen våt etsmetod beskrivits, som med betydande framgång kan användas vid framställning av små elektroniska kretsar, såsom integrerade kretsar.However, no wet etching method has yet been described which can be used with considerable success in the manufacture of small electronic circuits, such as integrated circuits.

Beskrivning av uppfinningen Ett ändamål med föreliggande uppfinning är att åstadkomma ett nytt och förbättrat förfarande för ets- ning.Description of the invention An object of the present invention is to provide a new and improved method for etching.

Ett speciellt ändamål är därvid att åstadkomma ett förbättrat förfarande för etsning av små strukturer, i huvudsak strukturer som i en eller flera riktningar har mindre dimension än 50 um, och framförallt strukturer som i en eller flera riktningar har mindre dimension än 1o pm.A special object is to provide an improved method for etching small structures, mainly structures which in one or more directions have a dimension smaller than 50 μm, and in particular structures which in one or more directions have a dimension smaller than 10 μm.

Ett särskilt ändamål är att åstadkomma ett förfaran- de för vàt etsning, vilket möjliggör anisotrop etsning av små strukturer.A special object is to provide a method for wet etching, which enables anisotropic etching of small structures.

Ett speciellt ändamål är därvid att åstadkomma ett enkelt styrbart förfarande för etsning av små strukturer.A special object is to provide a simple controllable method for etching small structures.

Dessa och andra ändamål, som kommer att framgå av efterföljande beskrivning, uppnås genom uppfinningen medelst ett sätt som är av det inledningsvis beskrivna slaget och som därutöver har de särdrag som anges i den kännetecknande delen av patentkrav 1. I Enligt uppfinningen âstadkommes anisotrop etsning när ett elektriskt fält anbringas i samband med att en vald delyta av etsmaterialet utsätts för sådan behandling att det passiverande ämnets verkan på delytan helt eller delvis upphävs eller övervinns.These and other objects, which will become apparent from the following description, are achieved by the invention by means of a method which is of the kind initially described and which in addition has the features stated in the characterizing part of claim 1. In the invention anisotropic etching is achieved when a electric field is applied in connection with a selected partial surface of the etching material being subjected to such treatment that the effect of the passivating substance on the partial surface is completely or partially eliminated or overcome.

Det passiverande ämnet kan vara något ämne som bil- dar ett skikt vid etsmaterialets yta och som därvid be- gränsar, dvs förhindrar eller åtminstone försvårar, ets- ning av etsmaterialets yta. Det passiverande ämnet kan var ett ämne som enbart fungerar som passiverande ämne, lO l5 20 25 30 35 513 829 men det kan också var ett ämne som bildas vid etsreak- tioner mellan etsmedel och etsmaterial.The passivating substance can be a substance which forms a layer at the surface of the etching material and which thereby limits, ie prevents or at least complicates, etching of the surface of the etching material. The passivating substance may be a substance which only functions as a passivating substance, but it may also be a substance which is formed in etching reactions between etchant and etchant material.

Det passiverande ämnet har en förmåga att med ets- materialet bilda komplex eller kemiska föreningar som, i frånvaro av ett elektriskt fält, är inerta gentemot ets- medlet. Det passiverande ämnet kan t ex utgöras av en oxid av etsmaterialet.The passivating substance has the ability to form complex or chemical compounds with the etching material which, in the absence of an electric field, are inert to the etchant. The passivating substance may, for example, consist of an oxide of the etching material.

Det passiverande ämnet kan t ex väljas ur gruppen bestående av jod, halogenidsalter, tiosulfater, tiocyana- ter, ammoniak och aminer.The passivating substance can, for example, be selected from the group consisting of iodine, halide salts, thiosulphates, thiocyanates, ammonia and amines.

Uppfinningen hänför sig till etsning av elektriskt ledande material, även kallat etsmaterialet. Tester har gjorts med olika metaller men förfarandet enligt uppfin- ningen förväntas fungera på andra ledande material, såsom legeringar, och på halvledare. Etsmaterialets elektriska ledningsförmåga bör vara sådan att ett elektriskt fält kan upprättas i den utspädda lösningen mellan etsmate- rialet och ett elektrodaggregat.The invention relates to etching of electrically conductive material, also called the etching material. Tests have been performed with various metals, but the method according to the invention is expected to work on other conductive materials, such as alloys, and on semiconductors. The electrical conductivity of the etching material should be such that an electric field can be established in the diluted solution between the etching material and an electrode assembly.

Etsmaterialets kristallstruktur är av underordnad betydelse, och etsmaterialet kan följaktligen vara såväl mono- som polykristallint eller amorft.The crystal structure of the etching material is of secondary importance, and the etching material can consequently be both mono- and polycrystalline or amorphous.

Etsmedlet skall ha förmåga att i lösning reagera etsande med en för etsning avsedd etsyta hos etsmateria- let. Dessutom förmodas etsmedlet vara av sådan natur att det, för möjliggörande av lokal anrikning av etsmedlet, kan påverkas kinetiskt av ett elektriskt fält. ' En viktig egenskap hos uppfinningen är att den möj- liggör etsning av spår och spalter som har större djup än bredd.The etchant must be capable of reacting in solution with an etching surface of the etchant material intended for etching. In addition, the etchant is believed to be of such a nature that, to enable local enrichment of the etchant, it can be kinetically affected by an electric field. An important feature of the invention is that it enables etching of grooves and gaps which have a greater depth than width.

Föredragna utföringsformer av uppfinningen anges i underkraven.Preferred embodiments of the invention are set out in the subclaims.

Vid en föredragen utföringsform utsätts en vald del- yta av etsmaterialet för sådan behandling att det passi- verande ämnets effekt helt eller delvis upphävs. En sådan behandling kan bestå i att nämnda delyta utsätts för be- strålning vars företrädesvis riktning, för upphävning av det passiverande ämnets verkan på delytan, är parallell 10 15 20 25 30 35 513 829 med den önskade etsriktningen. Nämnda bestrålning kan utgöras av synligt eller ultraviolett ljus.In a preferred embodiment, a selected partial surface of the etching material is subjected to such treatment that the effect of the passivating substance is completely or partially canceled. Such a treatment may consist in that said partial surface is exposed to radiation whose preferred direction, in order to cancel out the effect of the passivating substance on the partial surface, is parallel to the desired etching direction. Said irradiation may be visible or ultraviolet light.

Enligt en alternativ utföringsform kan delytan ut- sättas för ett magnetiskt fält som upphäver det passive- rande ämnets verkan på delytan.According to an alternative embodiment, the partial surface can be exposed to a magnetic field which cancels out the effect of the passivating substance on the partial surface.

Vid en särskild aspekt av uppfinningen föreligger etsmedlet i lösning i låg koncentration. Någon nedre kon- centrationsgräns för god anisotrop etsverkan har dock ej kunnat fastställas. Dessutom förmodas att etsmedlet mäste ha tillräcklig rörlighet i lösningen för möjliggörande av lokal anrikning av etsmedlet.In a particular aspect of the invention, the etchant is in low concentration solution. However, no lower concentration limit for good anisotropic etching effect has been established. In addition, it is believed that the etchant must have sufficient mobility in the solution to enable local enrichment of the etchant.

Det elektriska fältet förmodas ha två funktioner, dels lokal anrikning av etsmedlet och dels päskyndande av etsningen, varav för närvarande den förstnämnda funktio- nen antas vara av störst betydelse.The electric field is presumed to have two functions, partly local enrichment of the etchant and partly acceleration of the etching, of which at present the former function is assumed to be of the greatest importance.

Enligt den särskilda aspekten används ett etsmedel som i koncentrerad lösning är användbart för isotrop ets- ning av strukturer i etsmaterialet. Etsmaterialet bringas i kontakt med etsmedlet i en så utspädd lösning att den resulterande etshastigheten medför att etsmedlet blir oanvändbart för nämnda isotropa etsning av strukturer.According to the special aspect, an etchant is used which in concentrated solution is useful for isotropic etching of structures in the etching material. The etchant material is contacted with the etchant in such a dilute solution that the resulting etch rate renders the etchant unusable for said isotropic etching of structures.

Genom att etsmedlet, som bringas i kontakt med etsmate- rialet, utsätts för ett elektriskt fält ästadkommes en anisotrop etsning av etsmaterialet med en etshastighet som är relevant för åstadkommande av nämnda struktur i etsmaterialet. ' Genom att lösningen har synnerligen låg koncentra- tion av etsmedel, samtidigt som en relevant etsprocess sker under påverkan av ett elektriskt fält, uppvisar etsprocessen väsentligt förbättrad styrbarhet och aniso- tropi jämfört med tidigare kända våta metoder. Därigenom möjliggörs framställning och användning av små etsade strukturer, dels för kända konstruktioner och dels inom nya teknikomràden.By exposing the etchant, which is brought into contact with the etch material, to an electric field, an anisotropic etching of the etch material is achieved at an etch rate which is relevant for producing said structure in the etch material. Because the solution has an extremely low concentration of etchant, at the same time as a relevant etching process takes place under the influence of an electric field, the etching process shows significantly improved controllability and anisotropy compared with previously known wet methods. This enables the production and use of small etched structures, partly for known constructions and partly in new areas of technology.

Det passiverande ämnet kan med fördel ha förmåga att passivera etsmaterialet pä ett sådant sätt att etsmedlet 10 15 20 25 30 35 515 829 i frånvaro av ett elektriskt fält ej, ens i koncentrerad lösning, kan etsa ett sålunda passiverat etsmaterial.The passivating substance may advantageously be capable of passivating the etching material in such a way that the etchant in the absence of an electric field cannot, even in concentrated solution, etch an etch material thus passivated.

Nedan beskrivs den ovan angivna särskilda aspekten av uppfinningen närmare. Förfarandet uppvisar ej någon kritisk känslighet för koncentrationsvariationer inom ett effektivt koncentrationsintervall. Experiment har visat att man kring ett koncentrationsvärde som ger goda ets- resultat för en viss kombination etsmedel - etslösnings- medel kan förändra koncentrationsvärdet en faktor två utan att etsresultatet försämras väsentligt.The specific aspect of the invention set forth above is described in more detail below. The method does not show any critical sensitivity to concentration variations within an effective concentration range. Experiments have shown that a concentration value that gives good etching results for a certain combination of etchants - etching solvents can change the concentration value by a factor of two without the etching result deteriorating significantly.

Eftersom praktiskt taget ingen etsning sker vid om- råden utan elfältspåverkan, möjliggör förfarandet enligt uppfinningen även anisotrop etsning av små strukturer utan användning av etsskyddsskikt på etsmaterialets om- givande områden.Since practically no etching takes place in areas without the action of electric fields, the method according to the invention also enables anisotropic etching of small structures without the use of etch protection layers on the surrounding areas of the etching material.

Etslösningen, i utspädd lösning, föreligger före- draget vid etsning i sådant tillstånd att dess förmåga att etsa spontant, dvs i avsaknad av elektriskt fält, är begränsad till en etshastighet av 5 nm/s och ännu hellre till 3 nm/s eller mindre, leder till hög grad av aniso- tropi vid av etsning av små strukturer.The etching solution, in dilute solution, is preferred for etching in such a state that its ability to etch spontaneously, i.e. in the absence of electric field, is limited to an etching rate of 5 nm / s and more preferably to 3 nm / s or less. leads to a high degree of anisotropy when etching small structures.

Etsmedlet bringas medelst det elektriska fältets in- verkan att etsa anisotropt med en ökad etshastighet som företrädesvis är minst tvåfaldigt, och ännu hellre minst tiofaldigt, förhöjd.The etchant is caused by the action of the electric field to etch anisotropically with an increased etching rate which is preferably at least twice, and more preferably at least ten times, elevated.

Den föredragna koncentrationen av etsmedlet i den utspädda lösningen är högst 200 mM, mer föredraget högst 100 mM, ännu mer föredraget högst 20 mM och mest före- draget högst 10 mM. Generellt kan sägas att etsprocessens styrbarhet, speciellt vid etsning av små strukturer, ökar med minskad etsmedelskoncentration. Därvid har det i vissa sammanhang visat sig vara fördelaktigt med etsme- delskoncentrationer understigande 2 mM, och speciellt fördelaktigt med etsmedelskoncentrationer av ca 1 mM och därunder.The preferred concentration of the etchant in the dilute solution is at most 200 mM, more preferably at most 100 mM, even more preferably at most 20 mM and most preferably at most 10 mM. In general, it can be said that the controllability of the etching process, especially when etching small structures, increases with reduced etchant concentration. In this context, it has in some contexts been found to be advantageous with etchant concentrations below 2 mM, and especially advantageous with etchant concentrations of about 1 mM and below.

Etsmedlet kan företrädesvis definieras som ett i lösning joniskt ämne med förmåga att reagera etsande med 10 15 20 25 30 35 513 829 etsmaterialet. De koncentrationer som anges i samband med uppfinningen avser koncentrationen av det enligt uppfin- ningen verksamma etsmedlet.The etchant can preferably be defined as a solution ionic substance capable of reacting etching with the etching material. The concentrations stated in connection with the invention refer to the concentration of the etchant active according to the invention.

Steget att utsätta etsmedlet för ett elektriskt fält innefattar företrädesvis att ett elektrodaggregat bringas i kontakt med etsmedlet och att en spänning päläggs mel- lan elektrodaggregatet och etsmaterialet. Därvid är av- ståndet mellan elektrodaggregatet och etsmaterialet högst 3 cm, ännu hellre högst 1 cm, och helst högst 1 mm. Ju närmare elektrodaggregatet placeras den yta av etsmate- rialet som skall etsas, desto högre etshastighet och styrbarhet erhålles vid etsförfarandet enligt uppfin- ningen.The step of exposing the etchant to an electric field preferably comprises bringing an electrode assembly into contact with the etchant and applying a voltage between the electrode assembly and the etch material. In this case, the distance between the electrode assembly and the etching material is at most 3 cm, more preferably at most 1 cm, and preferably at most 1 mm. The closer the electrode assembly is to the surface of the etching material to be etched, the higher the etching speed and controllability obtained in the etching process according to the invention.

Det är föredraget att spänningen mellan elektrod- aggregatet och etsmaterialet är minst 0,5 V, företrädes- vis minst l V och ännu hellre minst 1,5 V, samt högst 10 V, företrädesvis högst 5 V och ännu hellre högst 3 V.It is preferred that the voltage between the electrode assembly and the etching material is at least 0.5 V, preferably at least 1 V and more preferably at least 1.5 V, and at most 10 V, preferably at most 5 V and even more preferably at most 3 V.

Vid en speciell utföringsform anbringas det elekt- riska fältet i pulser, så att etsning sker under bestämda tidsperioder. Däremellan anbringas över etslösningen en motriktad spänning som företrädesvis är lika stor som nämnda elektrokemiska potential, varigenom etsningen upp- hör. Med detta tillvägagångssätt kan man frigöra och forsla bort av restprodukter, s k residualer, från ets- materialets etsade yta. I Enligt en utföringsform av föreliggande uppfinning, upphävs det passiverande ämnets verkan på en vald delyta eller en del av, den tid som lösningen, som utsätts för det under hela, bringas i kontakt med etsmaterialet, elektriska fältet. Etsning och upphävande av etsning sker således parallellt. Detta kan t ex åstadkommas genom att passiveringen upphävs i regelbundna intervall under in- verkan av ett konstant fält.In a special embodiment, the electric field is applied in pulses, so that etching takes place for certain periods of time. In between, an opposite voltage is applied across the etching solution, which is preferably equal to said electrochemical potential, whereby the etching ceases. With this approach, residual products, so-called residuals, can be released and removed from the etched surface of the etching material. According to an embodiment of the present invention, the action of the passivating substance on a selected partial surface or part of it is canceled, the time the solution, which is exposed to it throughout, is brought into contact with the etching material, the electric field. Etching and cancellation of etching thus take place in parallel. This can be achieved, for example, by canceling the passivation at regular intervals under the influence of a constant field.

Enligt en annan utföringsform upphävs passiveringen innan etsning påbörjas med hjälp av det elektriska fäl- tet . 10 15 20 25 30 35 513 829 Enligt båda ovan nämnda utföringsformer upphävs det passiverande ämnets verkan företrädesvis medelst an- bringande av bestrålning och/eller magnetiskt fält på den valda delytan.According to another embodiment, the passivation is canceled before the etching is started by means of the electric field. According to both of the above-mentioned embodiments, the action of the passivating substance is preferably eliminated by applying radiation and / or magnetic field to the selected partial surface.

Etsning sker företrädesvis under åtskilda tidsperio- der, mellan vilka det elektriska fåltets riktning ändras eller mätning av etsat djup i frånvaro av elektriskt fält utförs.Etching preferably takes place during separate time periods, between which the direction of the electric field changes or measurement of etched depth in the absence of electric field is performed.

Kort beskrivning av figurerna I det följande kommer uppfinningen att beskrivas närmare i exemplifierande syfte under hänvisning till figurerna, som visar föredragna utföringsformer.Brief Description of the Figures In the following, the invention will be described in more detail for exemplary purposes with reference to the figures, which show preferred embodiments.

Fig l visar schematisk etsning i ett etsmaterial i enlighet med en första utföringsform.Fig. 1 shows schematic etching in an etching material according to a first embodiment.

Fig 2 visar schematiskt etsning i ett etsmaterial i enlighet med en andra utföringsform.Fig. 2 schematically shows etching in an etching material in accordance with a second embodiment.

Fig 3 visar schematisk en elektrod.Fig. 3 schematically shows an electrode.

Beskrivning av föredragna utförinqsformer I fig l visas en elektrod l, vilken är genomskinlig och ett etsmaterial 2 i vilket etsning har genomförts.Description of preferred embodiments Fig. 1 shows an electrode 1, which is transparent and an etching material 2 in which etching has been carried out.

Elektroden 1 och etsmatrialet 2 år vid etsning nedsänkta i en etsvätska (ej visad) vilken är av spontant etsande slag, men som spätts ut till att sakna spontan etsför- måga.The electrode 1 and the etching material 2 are etched immersed in an etching liquid (not shown) which is of a spontaneously etching type, but which is diluted to lack spontaneous etching ability.

Elektroden l och etsmaterialet 2 kan anslutas till varsin potential Ul respektive U2 för etsning. En strål- ningskålla (ej visad) i form av en UV-lampa för avgivande av parallellt och polariserat ljus är anordnad att genom- lysa elektroden l med strålning Ä. Elektroden är placerad i ett motstående förhållande till etsmaterialet på ett avstånd i intervallet 5-1000 p.The electrode 1 and the etching material 2 can each be connected to potentials U1 and U2, respectively, for etching. A radiation source (not shown) in the form of a UV lamp for emitting parallel and polarized light is arranged to illuminate the electrode 1 with radiation Ä. The electrode is placed in an opposite relation to the etching material at a distance in the range 5- 1000 p.

Etsmaterialet 2 är försett med ett etsskyddsskikt 3 i form av ett fotoresistskikt 3 för att förhindra etsning av därunder liggande ytor. Vid etsning bildas hàlrum 4 i etsmaterialet.The etching material 2 is provided with an etching protection layer 3 in the form of a photoresist layer 3 to prevent etching of underlying surfaces. When etching, cavities 4 are formed in the etching material.

Vid etsning bildas ett passiverande skikt ll utmed alla fria ytor av etsmaterialet, dvs hålrummets 4 botten 10 15 20 25 30 35 _ 513 829 5 och väggar 6. När man sedan bestrålar bottnen 5 med strålningen Ä exciteras det passiverande skiktet 11 på bottnen 5, varefter etsning kan återupptagas. Genom att strålningen är vinkelrät mot bottnen kommer väggarna 6 inte att bestràlas, varför passiveringsskiktet blir kvar på väggarna 6 och förhindrar etsning på dessa ytor. Däri- genom säkerställs en nedåtriktad etsning.When etching, a passivating layer 11 is formed along all free surfaces of the etching material, i.e. the bottom of the cavity 4 and walls 6. When the bottom 5 is then irradiated with the radiation Ä, the passivating layer 11 is excited on the bottom 5. after which etching can be resumed. Because the radiation is perpendicular to the bottom, the walls 6 will not be irradiated, so that the passivation layer remains on the walls 6 and prevents etching on these surfaces. This ensures a downward etching.

Nedan beskrivs ett experiment med passivering och upphävande därav i enlighet med uppfinningen.An experiment with passivation and abolition thereof in accordance with the invention is described below.

Förutom fotoresistskikt behövs en kemisk lösning vilken påverkar etsmaterialet men inte fotoresisten.In addition to the photoresist layer, a chemical solution is needed which affects the etching material but not the photoresist.

Denna kemiska lösning kan etsa metallen med en hastighet understigande 20 nm/min.This chemical solution can etch the metal at a speed of less than 20 nm / min.

Etsningen sker kemiskt men etshastigheten ökar avse- värt vid en pålagd spänning understigande lOV.The etching takes place chemically, but the etching speed increases considerably at an applied voltage below 10V.

Nedan beskrivs etsning med Cr som etsmaterial. Ets- lösningen som används är Ce(NH4)2(NOQ +-CEgCOOH +Ig0, med förhållandet 5g:lmL:l liter, Denna lösning bildar vid etsning av Cr en restpro- för etsning av Cr. dukt intill metallytan med ett avstånd av 4-10 nm. Rest- produkten kan endast lösa sig i lösningen efter en mycket lång tid, men kan däremot exciteras och därmed joniseras för att sedan lösa sig i lösningen och transporteras bort.Etching with Cr as the etching material is described below. The etching solution used is Ce (NH 4) 2 (NOQ + -CEgCOOH + IgO, with the ratio 5g: lmL: 1 liter. This etching forms when etching Cr a residual pro- etching of Cr. Duct next to the metal surface at a distance of 4-10 nm The residual product can only dissolve in the solution after a very long time, but can instead be excited and thus ionized to then dissolve in the solution and be transported away.

Joniseringen åstadkommes med hjälp av en tillförd energi som är större än jonisationsenergin. I detta fall kan man åstadkomma jonisering t ex med ljusstrålning med en fotonenergi överstigande 0,74 eV (beroende på materia- lets bandggap).The ionization is effected by means of an input energy which is greater than the ionization energy. In this case, ionization can be achieved, for example, with light radiation with a photon energy exceeding 0.74 eV (depending on the band gap of the material).

Nedan beskrivs etsning i Cu med följande etslösning: fecl + H20 <1mM) Genom den elektrokemiska etsreaktionen bildas CuCl2 FeCl + EQO -> (2Cl' éè C12 + 2e' + 1,3595eV cu ++ Cu” + ze' + 0,337eV) -> l,3595eV + 0,337eV = l,6965eV total energi 10 15 20 25 30 35 513 829 10 Genom en fotonexitation (jonisationsreaktion) med foto- nenergier motsvarande 1,3595eV + O,337eV z l,6965eV gàr det att lösa de fasta ämnena.Etching in Cu with the following etching solution is described below: fecl + H 2 O <1 mM) The electrochemical etching reaction forms CuCl 2 FeCl + EQO -> (2Cl 'éè C12 + 2e' + 1.3595eV cu ++ Cu "+ ze '+ 0.337eV) -> 1.3595eV + 0.337eV = 1.6965eV total energy 10 15 20 25 30 35 513 829 10 Through a photon excitation (ionization reaction) with photon energies corresponding to 1.3595eV + 0.337eV zl, 6965eV it is possible to solve the solids the substances.

Man kan också minska energin t ex genom att till- sätta andra joner med lägre jonisationsenergi än C12. Man (jod) , energi=0,5355J i lösning. kan använda t ex I som har en jonisations- I2 + 2e' +O,535ev -> 2I" CuCl2 + 2I' -> CuI2 + 2Cl" + 2e' CuI2 + 0,54 ev -> Cu* + 2I' (lösbart i lösningen) Resultatet blir en elektrokemisk reaktion mellan Cu och Cl' sedan bildas andra produkter kemiskt och slut- ligen bryts produkterna upp med fotonenergi och löses därmed i lösningen.You can also reduce the energy, for example by adding other ions with lower ionization energy than C12. Man (iodine), energy = 0.5355J in solution. can use for example I which has an ionisation- I2 + 2e '+ 0.535ev -> 2I "CuCl2 + 2I' -> CuI2 + 2Cl" + 2e 'CuI2 + 0.54 ev -> Cu * + 2I' (soluble in the solution) The result is an electrochemical reaction between Cu and Cl 'then other products are formed chemically and finally the products are broken up with photon energy and thus dissolved in the solution.

I fig 2 visas en annan utföringsform av uppfinning- en, vilken enbart skiljer sig från den första genom att inget etsskyddskikt är anordnat pà etsmaterialet. Istäl- let är ett isolerande och ljustätt skikt 7 anordnat på elektrodens 1 yta och definierar mellanliggande elektrod- partier 8. Elektodens l elektrodpartier 8 bildar ett elektrodmönster, vilket vid etsning åstadkommer ett i förhållande därtill spegelvänt etsmönster på etsmate- rialet 2. Härigenom kan man, särskilt vid etsningsbe- arbetning av stora serier med likadana produkter ästad- komma avsevärda arbetsbesparingar. Tack vare kombina- tionen mellan avgränsade elektrodytor 8 och passivering samt upphävande av passiveringen medelst parallella strålar kan man, trots avsaknaden av etsskyddsskikt på etsmaterialet 2, erhålla goda etsfördjupningar 4 med vinkelräta kanter och större djup än bredd.Fig. 2 shows another embodiment of the invention, which differs from the first only in that no etch protection layer is provided on the etching material. Instead, an insulating and light-tight layer 7 is arranged on the surface of the electrode 1 and defines intermediate electrode portions 8. The electrode portions 8 of the electrode 1 form an electrode pattern, which upon etching produces a relatively inverted etching pattern on the etching material 2. Hereby one can , especially when etching large series with similar products, achieve significant labor savings. Thanks to the combination of delimited electrode surfaces 8 and passivation and cancellation of the passivation by means of parallel beams, despite the lack of etching protection layers on the etching material 2, good etching depressions 4 with perpendicular edges and greater depth than width can be obtained.

I fig 3 visas en annan utformning av en elektrod 2', vilken omfattar en elektrisk ledare 10, som är ansluten till en spänningskälla, och en därmed förbunden strål- ningsledare 9 för ljus K. Strálningsledaren 9 och den 10 15 _ 513 829 ll elektriska ledaren 10 är anordnade intill varandra och är avsedda att föras över en yta som ska etsas i pilens A riktning, så att passiveringen i ett första steg upphävs genom bestràlning och att etsning därefter genomförs i ett andra steg medelst ett elektriskt fält.Fig. 3 shows another embodiment of an electrode 2 ', which comprises an electrical conductor 10, which is connected to a voltage source, and an associated radiation conductor 9 for light K. The radiation conductor 9 and the electrical conductor 9 the conductors 10 are arranged next to each other and are intended to be passed over a surface to be etched in the direction of the arrow A, so that the passivation in a first step is eliminated by irradiation and that etching is subsequently carried out in a second step by means of an electric field.

Uppfinningen är ej begränsad till de beskrivna ut- föringsformerna utan flera modifieringar och vidareut- vecklingar är möjliga inom ramen för den uppfinningstanke som kommer till uttryck i de efterföljande patentkraven.The invention is not limited to the described embodiments, but several modifications and further developments are possible within the scope of the inventive concept which is expressed in the following claims.

Upphävandet av passiveringen kan t ex istället åstad- kommas genom att man riktar ett magnetiskt fält genom passiveringsskiktet för att på motsvarande sätt som be- skrivits ovan excitera och jonisera passiveringsskiktet.The cancellation of the passivation can, for example, instead be achieved by directing a magnetic field through the passivation layer in order to excite and ionize the passivation layer in the corresponding manner as described above.

Passiveringen kan åstadkommas av ett särskilt passive- ringsämne i lösningen som ej är inblandat i etsreaktio- nerna. Med UV-ljus kan man excitera ytan så att passive- ring på de bestràlade ytorna ej bildas vid elektrokemisk etsning.The passivation can be effected by a special passivation substance in the solution which is not involved in the etching reactions. With UV light, you can excite the surface so that passivation on the irradiated surfaces is not formed by electrochemical etching.

Claims

10 15 20 25 30 35 _ 513 829 12 PATENT REQUIREMENTS

A method of anisotropically etching an electrically conductive etchant (2) by an etchant, characterized by the steps of: providing an etchant solution which with the etchant forms complex or chemical compounds with the etchant which, in the absence of an electric field, are inert relative to the etchant, to coat a surface of the etchant material (2) with a (II), which limits the etchant pre- (2), the agent solution in contact with the etchant material, passivating substance capable of etching the etchant material by bringing etchant over a selected sub-surface ( 5) at least partially cancel or overcome the limiting effect of the passivating substance, that by means of the etchant and under the influence of an electric field etch the selected partial surface (5) the material (2).

A method according to claim 1, that the etchant in etching is present in such a dilute solution that it is unusable for isotropic etching of etching and of etching characteristics characterized by the material (2) in the absence of passivating substance and electrical field. . _

3. A method according to claim 2, characterized in that the etchant in the dilute solution is present in a concentration of at most 200 mM, preferably at most 100 mM, more preferably at most 50 mM and most preferably at a concentration of less than 10 mM.

4. A method according to any one of claims 1-3, in that the passivating substance over the sub-surface can be exposed to radiation (Ä) to cancel the limiting effect.

5. A method according to claim 4, characterized in that the irradiation (Ä) is parallel to the desired etching direction. 10 15 20 25 30 35 513 829 13

6. A method according to claim 4 or 5, characterized in that the irradiation (Ä) consists of visible or ultraviolet light.

7. A method according to any one of the preceding claims, characterized in that said partial surface is exposed to a magnetic field for canceling the limiting effect of the passivating substance.

8. A method according to any one of the preceding claims, characterized in that the strength of the electric field is such that the etchant over the sub-surface (5) is given an increased etch rate which is preferably doubled, and more preferably at least tenfold, increased.

9. A method according to any one of the preceding claims, characterized in that the passivating substance (II) has the ability to completely cancel the ability of the etchant to etch the etchant material (2). k ä n - (ll) effect over the selected sub-area is canceled throughout, or

10. A method according to any one of the preceding claims, wherein the part of the passivating substance is part of, the time during which the etchant is exposed to the electric field.

11. ll. Method according to one of the preceding claims, characterized in that the effect of the passivating substance over the selected partial surface (5) is eliminated before the etchant is exposed to the electric field. k ä n - (ll) is formed by an etching reaction between etchant and etchant

12. l2. A method according to any one of the preceding claims, n e t e c k n a t of the passivating substance material (2).

13. A method according to any one of the preceding claims, characterized in that the etchant is present in a solution, which also contains a passivating substance.

Method according to one of the preceding claims, characterized in that no passivating coating can be formed on the partial surface (5). n e t e c k n a t of the selected sub-surface (5) such treatment, such as irradiation or magnetic field,