JPH05302200A - 電気化学マイクロマシニング装置及びその方法 - Google Patents
電気化学マイクロマシニング装置及びその方法Info
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- JPH05302200A JPH05302200A JP4350677A JP35067792A JPH05302200A JP H05302200 A JPH05302200 A JP H05302200A JP 4350677 A JP4350677 A JP 4350677A JP 35067792 A JP35067792 A JP 35067792A JP H05302200 A JPH05302200 A JP H05302200A
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Classifications
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C25—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES; APPARATUS THEREFOR
- C25F—PROCESSES FOR THE ELECTROLYTIC REMOVAL OF MATERIALS FROM OBJECTS; APPARATUS THEREFOR
- C25F3/00—Electrolytic etching or polishing
- C25F3/02—Etching
- C25F3/14—Etching locally
-
- H—ELECTRICITY
- H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H05K—PRINTED CIRCUITS; CASINGS OR CONSTRUCTIONAL DETAILS OF ELECTRIC APPARATUS; MANUFACTURE OF ASSEMBLAGES OF ELECTRICAL COMPONENTS
- H05K3/00—Apparatus or processes for manufacturing printed circuits
- H05K3/02—Apparatus or processes for manufacturing printed circuits in which the conductive material is applied to the surface of the insulating support and is thereafter removed from such areas of the surface which are not intended for current conducting or shielding
- H05K3/06—Apparatus or processes for manufacturing printed circuits in which the conductive material is applied to the surface of the insulating support and is thereafter removed from such areas of the surface which are not intended for current conducting or shielding the conductive material being removed chemically or electrolytically, e.g. by photo-etch process
- H05K3/07—Apparatus or processes for manufacturing printed circuits in which the conductive material is applied to the surface of the insulating support and is thereafter removed from such areas of the surface which are not intended for current conducting or shielding the conductive material being removed chemically or electrolytically, e.g. by photo-etch process being removed electrolytically
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Abstract
(57)【要約】
【目的】試料２０の表面に高精度のパターンを均一かつ
高速度で生成する。 【構成】本発明は絶縁材料によつて支持された導通箔及
び導通膜の片面をマスクを用いてミクロン単位でパター
ン化する高速、高精度の電気化学マイクロマシニング装
置、化学的解決法及び方法を開示する。本発明のこの装
置はワークピース２０をカソードアツセンブリ１８上方
における移動を考慮する可動プレート手段２８、又はワ
ークピース２０の下方におけるカソードアツセンブリ１
８の移動を考慮する可動カソードアツセンブリのいずれ
かを含み得る。またカソードアツセンブリ１８はノズル
アツセンブリ２６から構成され、このノズルアツセンブ
リ２６から電解液シヤワーとして電解質溶液が流出して
ワークピース２０に散布される。また電気化学マイクロ
マシニングプロセス中に電気的接触がなくなることに関
する問題を解決する方法についても提案する。
高速度で生成する。 【構成】本発明は絶縁材料によつて支持された導通箔及
び導通膜の片面をマスクを用いてミクロン単位でパター
ン化する高速、高精度の電気化学マイクロマシニング装
置、化学的解決法及び方法を開示する。本発明のこの装
置はワークピース２０をカソードアツセンブリ１８上方
における移動を考慮する可動プレート手段２８、又はワ
ークピース２０の下方におけるカソードアツセンブリ１
８の移動を考慮する可動カソードアツセンブリのいずれ
かを含み得る。またカソードアツセンブリ１８はノズル
アツセンブリ２６から構成され、このノズルアツセンブ
リ２６から電解液シヤワーとして電解質溶液が流出して
ワークピース２０に散布される。また電気化学マイクロ
マシニングプロセス中に電気的接触がなくなることに関
する問題を解決する方法についても提案する。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は電気化学マイクロマシニ
ング装置及びその方法に関し、特に非導通表面又は導通
が不十分な表面によつて支持された薄い金属膜を高精度
にパターン化する必要がある電子構成部品の製造につい
て、マスクを用いる処理によつて非導通表面上に金属パ
ターンを電子エツチングすることができる装置、化学的
解決法及びプロセスに適用して好適なものである。本発
明は高速かつ高精度の電子化学マイクロマシニング装置
及びそのプロセスを開示し、絶縁材料によつて支持され
た導通箔及び導通膜の片面をマスクを用いてマイクロパ
ターン化する。また電気化学マイクロマシニングプロセ
ス中、片面電子エツチングにおいて一般的に遭遇する電
気的接触がなくなる問題を解決する方法を開示する。電
気化学マイクロマシニング装置及びそのプロセスは異な
る製品に適用することができ、例えばスライダサスペン
シヨン、ＴＡＢ及びコントロールドコラプスチツプ接続
（Ｃ４）等をマイクロパターン化するために片面エツチ
ングを必要とする。
ング装置及びその方法に関し、特に非導通表面又は導通
が不十分な表面によつて支持された薄い金属膜を高精度
にパターン化する必要がある電子構成部品の製造につい
て、マスクを用いる処理によつて非導通表面上に金属パ
ターンを電子エツチングすることができる装置、化学的
解決法及びプロセスに適用して好適なものである。本発
明は高速かつ高精度の電子化学マイクロマシニング装置
及びそのプロセスを開示し、絶縁材料によつて支持され
た導通箔及び導通膜の片面をマスクを用いてマイクロパ
ターン化する。また電気化学マイクロマシニングプロセ
ス中、片面電子エツチングにおいて一般的に遭遇する電
気的接触がなくなる問題を解決する方法を開示する。電
気化学マイクロマシニング装置及びそのプロセスは異な
る製品に適用することができ、例えばスライダサスペン
シヨン、ＴＡＢ及びコントロールドコラプスチツプ接続
（Ｃ４）等をマイクロパターン化するために片面エツチ
ングを必要とする。
【０００２】
【従来の技術】多数の電子構成部品を製造するには非導
通の表面又は導通が不十分な表面によつて支持される薄
い金属膜又は金属箔を高精度にマイクロマシニングする
必要がある。マイクロエレクトロニクス分野において
は、薄膜の大部分をパターン化して機能的な抵抗、コン
デンサ及び導体を形成する必要がある。この薄膜のパタ
ーン化はフオトリソグラフイ技術及びエツチング技術を
連続的に用いることによつて達成される。
通の表面又は導通が不十分な表面によつて支持される薄
い金属膜又は金属箔を高精度にマイクロマシニングする
必要がある。マイクロエレクトロニクス分野において
は、薄膜の大部分をパターン化して機能的な抵抗、コン
デンサ及び導体を形成する必要がある。この薄膜のパタ
ーン化はフオトリソグラフイ技術及びエツチング技術を
連続的に用いることによつて達成される。
【０００３】マイクロエレクトロニクス回路の製造順序
は金属膜又は金属箔をもつ試料の表面にフオトレジスト
層を適用することから開始される。次にポリマ混合物で
あるフオトレジストがドライされて必要とするパターン
のフオトグラフイマスクを介して紫外線（ＵＶ）光に露
光される。通常各試料は特別の縮小レンズ上にマスクを
保持するステツプアンドリピート装置内に実装される。
このステツプアンドリピート装置はマスクを試料の一部
に露出させて次の位置に移動させ、再度マスクを露出さ
せる。これを試料の表面エリアがパターンで満たされる
まで反復する。その後この試料はこの装置から取り外さ
れ、露出されてないレジストが除去される。次にこの試
料を加熱してエツチングステツプ中に保護層の働きをす
る残存フオトレジストを重合させる。エツチング後、こ
の残存フオトレジストは溶剤によつて除去され得、これ
により試料上に必要な薄膜パターンが残る。
は金属膜又は金属箔をもつ試料の表面にフオトレジスト
層を適用することから開始される。次にポリマ混合物で
あるフオトレジストがドライされて必要とするパターン
のフオトグラフイマスクを介して紫外線（ＵＶ）光に露
光される。通常各試料は特別の縮小レンズ上にマスクを
保持するステツプアンドリピート装置内に実装される。
このステツプアンドリピート装置はマスクを試料の一部
に露出させて次の位置に移動させ、再度マスクを露出さ
せる。これを試料の表面エリアがパターンで満たされる
まで反復する。その後この試料はこの装置から取り外さ
れ、露出されてないレジストが除去される。次にこの試
料を加熱してエツチングステツプ中に保護層の働きをす
る残存フオトレジストを重合させる。エツチング後、こ
の残存フオトレジストは溶剤によつて除去され得、これ
により試料上に必要な薄膜パターンが残る。
【０００４】高精度のマイクロマシニングを必要とする
このような電子構成部品の１つはデイスクフアイルエレ
クトロニクスにおいて用いられるスライダサスペンシヨ
ンである。特別の形式の集積化されたスライダサスペン
シヨンはステンレス鋼／カプトン（Kapton）／銅膜から
なるサンドウイツチを含み、厚さ75〔μｍ〕のステンレ
ス鋼箔は厚さ６〔μｍ〕のカプトン膜の一方の側面に、
カプトン膜の他方の側面に12.5〔μｍ〕の銅膜が配置さ
れて積層構造となつている。金属層は共にフオトレジス
トによりパターン化される（厚さ５〔μｍ〕）。集積化
されたスライダサスペンシヨンの製造はフオトレジスト
によりパターン化された金属層の片面をマスクを用いて
マイクロマシニングする必要がある。従来、化学エツチ
ングだけを大規模に用いてこれらの構成部品を製造した
がほとんど成功しなかつた。このような場合に化学エツ
チングを使用したときに生ずる幾つかの最も重要な問題
はストレートウオールを製造できず、その製造速度が遅
いことである。さらに化学エツチングプロセスは実際非
常に高度に選択的であるので、ステンレス鋼及び銅には
異なるプロセスが必要となる。
このような電子構成部品の１つはデイスクフアイルエレ
クトロニクスにおいて用いられるスライダサスペンシヨ
ンである。特別の形式の集積化されたスライダサスペン
シヨンはステンレス鋼／カプトン（Kapton）／銅膜から
なるサンドウイツチを含み、厚さ75〔μｍ〕のステンレ
ス鋼箔は厚さ６〔μｍ〕のカプトン膜の一方の側面に、
カプトン膜の他方の側面に12.5〔μｍ〕の銅膜が配置さ
れて積層構造となつている。金属層は共にフオトレジス
トによりパターン化される（厚さ５〔μｍ〕）。集積化
されたスライダサスペンシヨンの製造はフオトレジスト
によりパターン化された金属層の片面をマスクを用いて
マイクロマシニングする必要がある。従来、化学エツチ
ングだけを大規模に用いてこれらの構成部品を製造した
がほとんど成功しなかつた。このような場合に化学エツ
チングを使用したときに生ずる幾つかの最も重要な問題
はストレートウオールを製造できず、その製造速度が遅
いことである。さらに化学エツチングプロセスは実際非
常に高度に選択的であるので、ステンレス鋼及び銅には
異なるプロセスが必要となる。
【０００５】金属製のワークピースを電気化学的にマシ
ニングする（ＥＣＭ）方法は周知である。この方法は高
速でアノードを腐食させて金属を原子単位で除去する。
化学反応においては、反応種間における電子の移動はあ
る反応種の電子の損失、すなわち酸化と、同じ領域にお
いて他の反応種の電子を得る、すなわち還元とによつて
生ずる。しかしながら電気化学反応が生ずる場合、還元
から離れた領域において酸化が生じなければならない。
この状況を達成するためには酸化が生ずる試料（アノー
ド）及び還元が生ずる領域（カソード）間に電解液を挿
入する。
ニングする（ＥＣＭ）方法は周知である。この方法は高
速でアノードを腐食させて金属を原子単位で除去する。
化学反応においては、反応種間における電子の移動はあ
る反応種の電子の損失、すなわち酸化と、同じ領域にお
いて他の反応種の電子を得る、すなわち還元とによつて
生ずる。しかしながら電気化学反応が生ずる場合、還元
から離れた領域において酸化が生じなければならない。
この状況を達成するためには酸化が生ずる試料（アノー
ド）及び還元が生ずる領域（カソード）間に電解液を挿
入する。
【０００６】マスクを用いないＥＣＭプロセスに関し、
整形されるべき金属ワークピースはアノードであり、こ
の整形を実行する電気化学マシニング装置はカソードで
ある。直流（ｄｃ）の低電圧源はこれらの電極に接続さ
れる。アノード及びカソードは適正に設計されたフイク
スチヤによつて適正な位置に保持され、強電解質の溶液
がこの２つの電極間に送り込まれる。ＥＣＭプロセスに
おいて副反応が生じない場合、通過電荷量が金属溶解量
となる。
整形されるべき金属ワークピースはアノードであり、こ
の整形を実行する電気化学マシニング装置はカソードで
ある。直流（ｄｃ）の低電圧源はこれらの電極に接続さ
れる。アノード及びカソードは適正に設計されたフイク
スチヤによつて適正な位置に保持され、強電解質の溶液
がこの２つの電極間に送り込まれる。ＥＣＭプロセスに
おいて副反応が生じない場合、通過電荷量が金属溶解量
となる。
【０００７】電気化学マシニングプロセスは自動車産業
及び航空産業において幅広く用いられている。例えばＥ
ＣＭプロセスの使用例として、米国特許第 3,235,475
号、米国特許第 3,276,988号及び米国特許第 4,083,767
号並びに英国特許第 933,731号がある。これらはすべて
大部分が電気化学的整形及び仕上げに関連している。従
来、ＥＣＭ技術は薄い金属膜又は薄い金属箔を生成する
際には実施されなかつた。
及び航空産業において幅広く用いられている。例えばＥ
ＣＭプロセスの使用例として、米国特許第 3,235,475
号、米国特許第 3,276,988号及び米国特許第 4,083,767
号並びに英国特許第 933,731号がある。これらはすべて
大部分が電気化学的整形及び仕上げに関連している。従
来、ＥＣＭ技術は薄い金属膜又は薄い金属箔を生成する
際には実施されなかつた。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】本発明はマイクロ構成
部品を製造する際に電気化学マシニングプロセスを用い
るものであり、薄い金属箔及び薄い金属膜をマスクを用
いてエツチングすることによりミクロン範囲の高精度の
特徴を生成する。このようなミクロン範囲の高精度の均
一な特徴を得るためには、電気化学マシニング装置が必
要となり、これを用いることにより表面に大量の電解液
を高速に運ぶことができると共に、表面における電流分
布を均一にすることができる。さらに絶縁材料によつて
支持された薄膜の場合、このプロセス中において電気的
接触がなくなることから生ずる問題を克服する。
部品を製造する際に電気化学マシニングプロセスを用い
るものであり、薄い金属箔及び薄い金属膜をマスクを用
いてエツチングすることによりミクロン範囲の高精度の
特徴を生成する。このようなミクロン範囲の高精度の均
一な特徴を得るためには、電気化学マシニング装置が必
要となり、これを用いることにより表面に大量の電解液
を高速に運ぶことができると共に、表面における電流分
布を均一にすることができる。さらに絶縁材料によつて
支持された薄膜の場合、このプロセス中において電気的
接触がなくなることから生ずる問題を克服する。
【０００９】
【課題を解決するための手段】かかる課題を解決するた
め本発明においては、試料２０を電気化学的にマイクロ
マシニングする装置において、電解質溶液用の供給源か
ら電解質溶液を受けて一時的に保持する容器手段１６
と、容器手段１６内に配置され得、容器手段１６から電
解質溶液を供給するレセプタクル手段３４及びレセプタ
クル手段３４から電解質溶液を受けて当該電解質溶液を
試料２０に向けるノズル手段２６を含むカソードアツセ
ンブリ１８と、カソードアツセンブリ１８上に配置さ
れ、試料２０からの可変距離において試料２０をカソー
ドアツセンブリ１８の方向に対向させるプレート手段２
８と、カソードアツセンブリ１８に接続された負端子及
び試料２０に接続された正端子を有する電源手段１０と
を設けるようにする。
め本発明においては、試料２０を電気化学的にマイクロ
マシニングする装置において、電解質溶液用の供給源か
ら電解質溶液を受けて一時的に保持する容器手段１６
と、容器手段１６内に配置され得、容器手段１６から電
解質溶液を供給するレセプタクル手段３４及びレセプタ
クル手段３４から電解質溶液を受けて当該電解質溶液を
試料２０に向けるノズル手段２６を含むカソードアツセ
ンブリ１８と、カソードアツセンブリ１８上に配置さ
れ、試料２０からの可変距離において試料２０をカソー
ドアツセンブリ１８の方向に対向させるプレート手段２
８と、カソードアツセンブリ１８に接続された負端子及
び試料２０に接続された正端子を有する電源手段１０と
を設けるようにする。
【００１０】また本発明においては、試料２０を電気化
学的にマイクロマシニングする方法において、試料２０
をプレート手段２８上に実装してカソードアツセンブリ
１８の方向に対向させるステツプと、試料２０及びカソ
ードアツセンブリ１８のそれぞれを電気回路におけるア
ノード及びカソードにするステツプと、試料２０及びカ
ソードアツセンブリ１８間の電極間間隔を調整すること
により、アノード及びカソードが相互に干渉しないよう
に効果的な距離を保持すると共に、アノード及びカソー
ド間に電荷を保持するステツプと、電流が電気回路を介
して絶えず流れるようにするステツプと、電解質溶液が
カソードアツセンブリ１８を通つて絶えず循環すること
により、電解質溶液が電解液シヤワーとして試料２０に
散布されて試料２０を効果的にエツチするステツプとを
設けるようにする。
学的にマイクロマシニングする方法において、試料２０
をプレート手段２８上に実装してカソードアツセンブリ
１８の方向に対向させるステツプと、試料２０及びカソ
ードアツセンブリ１８のそれぞれを電気回路におけるア
ノード及びカソードにするステツプと、試料２０及びカ
ソードアツセンブリ１８間の電極間間隔を調整すること
により、アノード及びカソードが相互に干渉しないよう
に効果的な距離を保持すると共に、アノード及びカソー
ド間に電荷を保持するステツプと、電流が電気回路を介
して絶えず流れるようにするステツプと、電解質溶液が
カソードアツセンブリ１８を通つて絶えず循環すること
により、電解質溶液が電解液シヤワーとして試料２０に
散布されて試料２０を効果的にエツチするステツプとを
設けるようにする。
【００１１】
【作用】本発明は試料を電気化学的にマイクロマシニン
グする装置を開示し、この装置は電解質溶液用の供給源
から電解質溶液を受けて一時的に保持する容器手段を含
み、この容器手段内に配置することができるカソードア
ツセンブリは容器手段から電解質溶液を供給するレセプ
タクル手段と、このレセプタクル手段から電解質溶液を
受けてこの電解質溶液を試料に向けるノズル手段とを含
む。また本発明の装置は、試料からの可変距離において
試料をカソードアツセンブリの方向に対向させるように
保持する、カソードアツセンブリ上に配置されたプレー
ト手段と、カソードアツセンブリに接続された負端子及
び試料に接続された正端子を有する電源手段とを含む。
電極間の間隔すなわち試料及びカソードアツセンブリ間
の距離は手動で調整してもよい。さらにプレート手段又
はカソードアツセンブリのいずれかをラテラル方向に移
動させることができるので、試料をカソードアツセンブ
リ上方においてラテラル方向に移動させるか、又はカソ
ードアツセンブリを試料の下方においてラテラル方向に
移動させることによつて電解質溶液を試料全体に亘つて
散布することができる。後者のカソードアツセンブリを
試料の下方においてラテラル方向に移動させることによ
つて電解質溶液を試料全体に亘つて散布させる方が望ま
しいのは、大きな試料をマイクロマシニングするときに
空間を節約することができるからである。
グする装置を開示し、この装置は電解質溶液用の供給源
から電解質溶液を受けて一時的に保持する容器手段を含
み、この容器手段内に配置することができるカソードア
ツセンブリは容器手段から電解質溶液を供給するレセプ
タクル手段と、このレセプタクル手段から電解質溶液を
受けてこの電解質溶液を試料に向けるノズル手段とを含
む。また本発明の装置は、試料からの可変距離において
試料をカソードアツセンブリの方向に対向させるように
保持する、カソードアツセンブリ上に配置されたプレー
ト手段と、カソードアツセンブリに接続された負端子及
び試料に接続された正端子を有する電源手段とを含む。
電極間の間隔すなわち試料及びカソードアツセンブリ間
の距離は手動で調整してもよい。さらにプレート手段又
はカソードアツセンブリのいずれかをラテラル方向に移
動させることができるので、試料をカソードアツセンブ
リ上方においてラテラル方向に移動させるか、又はカソ
ードアツセンブリを試料の下方においてラテラル方向に
移動させることによつて電解質溶液を試料全体に亘つて
散布することができる。後者のカソードアツセンブリを
試料の下方においてラテラル方向に移動させることによ
つて電解質溶液を試料全体に亘つて散布させる方が望ま
しいのは、大きな試料をマイクロマシニングするときに
空間を節約することができるからである。
【００１２】さらに本発明は試料を電気化学的にマイク
ロマシニングする方法を開示し、この方法はカソードア
ツセンブリ上のプレート手段上に試料を実装するステツ
プと、この試料及びカソードアツセンブリをそれぞれ電
気回路におけるアノード及びカソードにするステツプ
と、試料及びカソードアツセンブリ間の電極間間隔を調
整してアノード及びカソードが相互に干渉しないように
十分な距離を保持すると共に、アノード及びカソード間
の電荷を保持するステツプと、電流が絶えず電気回路を
流れるようにするステツプと、カソードアツセンブリを
通る電解質溶液を絶えず循環させてこの電解質溶液が電
解液シヤワーとして試料に散布されることにより、当該
試料を効果的にエツチするステツプとを含む。
ロマシニングする方法を開示し、この方法はカソードア
ツセンブリ上のプレート手段上に試料を実装するステツ
プと、この試料及びカソードアツセンブリをそれぞれ電
気回路におけるアノード及びカソードにするステツプ
と、試料及びカソードアツセンブリ間の電極間間隔を調
整してアノード及びカソードが相互に干渉しないように
十分な距離を保持すると共に、アノード及びカソード間
の電荷を保持するステツプと、電流が絶えず電気回路を
流れるようにするステツプと、カソードアツセンブリを
通る電解質溶液を絶えず循環させてこの電解質溶液が電
解液シヤワーとして試料に散布されることにより、当該
試料を効果的にエツチするステツプとを含む。
【００１３】本発明の装置及び方法はミクロ電子工学構
成部品を製造する際に用いられ、片面をマスクを用いて
マイクロパターン化して、絶縁材料によつて支持された
金属箔及び金属膜を導通させる際に特に有用である。
成部品を製造する際に用いられ、片面をマスクを用いて
マイクロパターン化して、絶縁材料によつて支持された
金属箔及び金属膜を導通させる際に特に有用である。
【００１４】さらに特定的には本発明はスライダサスペ
ンシヨンを製造する際に用いられる電気化学マイクロマ
シニング方法に関する。外部電流の適用によつて制御さ
れた方法でアノードの形状に変更することができるの
で、金属を除去する電気化学プロセスは化学エツチング
よりも良好にマイクロマシニングプロセスを制御する。
他の利点はマシニングの速度が一段と高速度であり、無
関係電解質を利用することである。さらに金属分解反応
のポテンシヤル依存は他の存在下において金属層が選択
的に分解される際に用いられ得る。適正な電気的条件及
び流体力学上の条件を選択することによつて、幾つかの
異なる材料をマイクロマシニングする際に同じ電解液を
用いることができる。さらに電流密度における変化は基
板形状及びセルの幾何学的形状の関数として作用するの
で、電気化学マイクロマシニング装置は異方性の結果を
生み出すことができる。電気化学的にマシニングする間
にこのような方向的効果を得るためには、活性表面にお
ける電解質溶液の衝突速度を高くする必要がある。
ンシヨンを製造する際に用いられる電気化学マイクロマ
シニング方法に関する。外部電流の適用によつて制御さ
れた方法でアノードの形状に変更することができるの
で、金属を除去する電気化学プロセスは化学エツチング
よりも良好にマイクロマシニングプロセスを制御する。
他の利点はマシニングの速度が一段と高速度であり、無
関係電解質を利用することである。さらに金属分解反応
のポテンシヤル依存は他の存在下において金属層が選択
的に分解される際に用いられ得る。適正な電気的条件及
び流体力学上の条件を選択することによつて、幾つかの
異なる材料をマイクロマシニングする際に同じ電解液を
用いることができる。さらに電流密度における変化は基
板形状及びセルの幾何学的形状の関数として作用するの
で、電気化学マイクロマシニング装置は異方性の結果を
生み出すことができる。電気化学的にマシニングする間
にこのような方向的効果を得るためには、活性表面にお
ける電解質溶液の衝突速度を高くする必要がある。
【００１５】
【実施例】以下図面について、本発明の一実施例を詳述
する。
する。
【００１６】図１は本発明の電気化学マイクロマシニン
グ装置の概略図である。電気化学マイクロマシニング装
置は、電解液用の貯蔵部として働く容器手段１６と、移
動ステージ１２に付着しカソードアツセンブリ１８上方
に配設された試料支持体２４と、カソードアツセンブリ
１８に接続される負端子及び試料２０に接続される正端
子をもつ電源手段１０と、ポンプ１４及びフイルタ２２
からなりカソードアツセンブリ１８に電解液を供給する
流体供給手段とから構成されている。電解液はタンク１
６からフイルタ２２を通つてカソードアツセンブリ１８
内に送り込まれ、このカソードアツセンブリ１８から電
解液シヤワーとして流出して試料すなわちワークピース
のアノード２０に散布される。その後この電解液は重力
によつて貯蔵部１６に落下して再利用される。
グ装置の概略図である。電気化学マイクロマシニング装
置は、電解液用の貯蔵部として働く容器手段１６と、移
動ステージ１２に付着しカソードアツセンブリ１８上方
に配設された試料支持体２４と、カソードアツセンブリ
１８に接続される負端子及び試料２０に接続される正端
子をもつ電源手段１０と、ポンプ１４及びフイルタ２２
からなりカソードアツセンブリ１８に電解液を供給する
流体供給手段とから構成されている。電解液はタンク１
６からフイルタ２２を通つてカソードアツセンブリ１８
内に送り込まれ、このカソードアツセンブリ１８から電
解液シヤワーとして流出して試料すなわちワークピース
のアノード２０に散布される。その後この電解液は重力
によつて貯蔵部１６に落下して再利用される。
【００１７】図２（Ａ）、図２（Ｂ）及び図２（Ｃ）は
カソードアツセンブリ１８の詳細を示す。マルチノズル
カソードアツセンブリは図２（Ｂ）に示す包囲手段３２
によつて包囲された図２（Ａ）に示すノズルアツセンブ
リ２６から構成されている。ノズルアツセンブリ２６
は、容器手段１６からの電解質溶液３０を供給するレセ
プタクル手段３４及びこのレセプタクル手段３４からの
電解質溶液３０を受けてこの電解質溶液３０を試料２０
に向けるノズル手段すなわちノズルプレート２８から構
成されている。また図２（Ｃ）に示すノズルプレート２
８はカソードとして作用し、その一方の終端に狭い開口
をもつ包囲手段３２を覆うように実装され、この狭い開
口を通つて電解質溶液３０がレセプタクル手段３４に入
り、この電解質溶液３０が電解液シヤワーとしてノズル
アツセンブリ２６のノズル手段を通つて流出する前に包
囲手段３２を一杯にする。試料２０は試料支持体２４上
に実装され、カソードノズルプレート２８から所望の距
離を置いて配設される。電極間の距離はカソードアツセ
ンブリに付着されたテフロン（teflon）製のスペーサ制
御手段（図示せず）によつて調整され得る。試料が静止
した状態において電解液シヤワーが試料全体に散布され
ない場合は、マルチノズルカソードアツセンブリ１８上
方において試料２０をラテラル方向に移動させるか、又
は試料２０の下方においてマルチノズルカソードアツセ
ンブリ１８をラテラル方向に移動させることができる。
電解液シヤワーが試料２０を横切る速度及び試料２０に
おける衝撃を所望の速度及び衝撃に調整してよい。
カソードアツセンブリ１８の詳細を示す。マルチノズル
カソードアツセンブリは図２（Ｂ）に示す包囲手段３２
によつて包囲された図２（Ａ）に示すノズルアツセンブ
リ２６から構成されている。ノズルアツセンブリ２６
は、容器手段１６からの電解質溶液３０を供給するレセ
プタクル手段３４及びこのレセプタクル手段３４からの
電解質溶液３０を受けてこの電解質溶液３０を試料２０
に向けるノズル手段すなわちノズルプレート２８から構
成されている。また図２（Ｃ）に示すノズルプレート２
８はカソードとして作用し、その一方の終端に狭い開口
をもつ包囲手段３２を覆うように実装され、この狭い開
口を通つて電解質溶液３０がレセプタクル手段３４に入
り、この電解質溶液３０が電解液シヤワーとしてノズル
アツセンブリ２６のノズル手段を通つて流出する前に包
囲手段３２を一杯にする。試料２０は試料支持体２４上
に実装され、カソードノズルプレート２８から所望の距
離を置いて配設される。電極間の距離はカソードアツセ
ンブリに付着されたテフロン（teflon）製のスペーサ制
御手段（図示せず）によつて調整され得る。試料が静止
した状態において電解液シヤワーが試料全体に散布され
ない場合は、マルチノズルカソードアツセンブリ１８上
方において試料２０をラテラル方向に移動させるか、又
は試料２０の下方においてマルチノズルカソードアツセ
ンブリ１８をラテラル方向に移動させることができる。
電解液シヤワーが試料２０を横切る速度及び試料２０に
おける衝撃を所望の速度及び衝撃に調整してよい。
【００１８】本発明の電気化学マイクロマシニング装置
はワークピースに対して高速度で電解質溶液を散布する
条件を提供するので、分解された製品及びジユール熱に
よつて発生した熱を効果的に除去することができる。こ
の装置は異なる大きさの種々の試料を電気化学的にマイ
クロマシニングする際に適している。試料がノズルの幅
よりもかなり大きい場合、マイクロマシニングプロセス
中の活性領域は当該試料の一部と接触する電解液によつ
て定義される。試料が静止している場合、電流分布は試
料の表面で異なる。この電流分布、従つて金属除去率は
この電解質溶液が散布される領域においては高く、その
金属除去は均一であるが、電解質溶液が散布される領域
から離れるに従つて試料における電流分布は徐々に低下
する（すなわち電流分布は電解質溶液の散布領域からの
距離の関数である）ので金属除去率も低下する。試料又
はカソードアツセンブリをラテラル方向に移動すること
により、金属除去率の分布状態を均等化して漂遊電流に
よる影響を補償する。これは、試料のすべての部分につ
いて、漂遊電流領域を循環させて電流分布を高くするこ
とにより達成される。
はワークピースに対して高速度で電解質溶液を散布する
条件を提供するので、分解された製品及びジユール熱に
よつて発生した熱を効果的に除去することができる。こ
の装置は異なる大きさの種々の試料を電気化学的にマイ
クロマシニングする際に適している。試料がノズルの幅
よりもかなり大きい場合、マイクロマシニングプロセス
中の活性領域は当該試料の一部と接触する電解液によつ
て定義される。試料が静止している場合、電流分布は試
料の表面で異なる。この電流分布、従つて金属除去率は
この電解質溶液が散布される領域においては高く、その
金属除去は均一であるが、電解質溶液が散布される領域
から離れるに従つて試料における電流分布は徐々に低下
する（すなわち電流分布は電解質溶液の散布領域からの
距離の関数である）ので金属除去率も低下する。試料又
はカソードアツセンブリをラテラル方向に移動すること
により、金属除去率の分布状態を均等化して漂遊電流に
よる影響を補償する。これは、試料のすべての部分につ
いて、漂遊電流領域を循環させて電流分布を高くするこ
とにより達成される。
【００１９】この装置を少し変更すると、大きなシー
ト、プレート及びカードに入れられた部分を電気化学的
にマイクロマシニングすることができる。１つの大きな
マルチノズルアツセンブリ又は注意深く間隔を置かれた
連続するマルチノズルカソードアツセンブリを用いるこ
とによつて金属の大部分の領域又は特定の領域を除去し
得ることを当業者は理解することができる。また電解質
溶液が絶えず流れるように製造する必要がある場合に本
発明のこの装置を用いることができる。
ト、プレート及びカードに入れられた部分を電気化学的
にマイクロマシニングすることができる。１つの大きな
マルチノズルアツセンブリ又は注意深く間隔を置かれた
連続するマルチノズルカソードアツセンブリを用いるこ
とによつて金属の大部分の領域又は特定の領域を除去し
得ることを当業者は理解することができる。また電解質
溶液が絶えず流れるように製造する必要がある場合に本
発明のこの装置を用いることができる。
【００２０】一般的に電気化学マシニングプロセスにお
いて使用する電解液は、例えば塩化ナトリウム、硝酸ナ
トリウム及び硫酸ナトリウムからなる溶液のような塩溶
液から選択される。本発明の電気化学マイクロマシニン
グプロセスの目的のために、当分野において通常の知識
を有する者は中性の塩溶液が最適であることを理解す
る。中性の塩溶液の利点の１つは、陽極溶解中に形成さ
れる金属イオンがこの溶液に侵入して水酸化物の化学的
沈積物を形成し、その後この水酸化物の化学的沈積物を
容易に濾過することができることである。従つてこれら
の溶液を再生するための努力をほとんど行う必要がな
い。他の利点は、金属イオンはこの溶液内には残らない
ので、カソードにおける金属堆積は問題にならないこと
である。カソードにおいては水素が発生するだけであ
る。さらに他の利点は、中性の塩溶液を用いれば操作者
を危険に曝すことがないことである。一般的に濃塩溶液
は、この溶液が高導電率であり、金属溶解の速度を高め
るので最善の結果を生み出す。しかしながら注意すべき
はこの溶液の濃度は所与の塩の溶解度によつて制限され
る。従つて硝酸ナトリウム及び塩化ナトリウムの水溶液
の濃度は例えば約１〔Ｍ〕及び約５〔Ｍ〕間の範囲であ
るが、硫酸ナトリウムの場合は約 0.5〔Ｍ〕と水におけ
るその溶解度の限界に近い。また当業者は、通常の条件
下において硝酸イオンは腐食問題を生じないので硝酸溶
液が好ましいことが分かる。従つてこの硝酸塩溶液は多
数の金属材料と融和し得る。
いて使用する電解液は、例えば塩化ナトリウム、硝酸ナ
トリウム及び硫酸ナトリウムからなる溶液のような塩溶
液から選択される。本発明の電気化学マイクロマシニン
グプロセスの目的のために、当分野において通常の知識
を有する者は中性の塩溶液が最適であることを理解す
る。中性の塩溶液の利点の１つは、陽極溶解中に形成さ
れる金属イオンがこの溶液に侵入して水酸化物の化学的
沈積物を形成し、その後この水酸化物の化学的沈積物を
容易に濾過することができることである。従つてこれら
の溶液を再生するための努力をほとんど行う必要がな
い。他の利点は、金属イオンはこの溶液内には残らない
ので、カソードにおける金属堆積は問題にならないこと
である。カソードにおいては水素が発生するだけであ
る。さらに他の利点は、中性の塩溶液を用いれば操作者
を危険に曝すことがないことである。一般的に濃塩溶液
は、この溶液が高導電率であり、金属溶解の速度を高め
るので最善の結果を生み出す。しかしながら注意すべき
はこの溶液の濃度は所与の塩の溶解度によつて制限され
る。従つて硝酸ナトリウム及び塩化ナトリウムの水溶液
の濃度は例えば約１〔Ｍ〕及び約５〔Ｍ〕間の範囲であ
るが、硫酸ナトリウムの場合は約 0.5〔Ｍ〕と水におけ
るその溶解度の限界に近い。また当業者は、通常の条件
下において硝酸イオンは腐食問題を生じないので硝酸溶
液が好ましいことが分かる。従つてこの硝酸塩溶液は多
数の金属材料と融和し得る。
【００２１】容器手段１６及び包囲手段３２は使用され
る電解液に耐性のある材料、例えばプレキシガラス、Ｐ
ＶＣ及びこれらに類した材料から作られる。
る電解液に耐性のある材料、例えばプレキシガラス、Ｐ
ＶＣ及びこれらに類した材料から作られる。
【００２２】電解槽の電圧の選択は溶解速度及び表面仕
上げにかなり影響する。当業者は、材料を高速度で除去
して表面を良好に仕上げるためには電解槽の電圧が高い
ことが好ましいことを理解する。さらに電解液の流量を
低めよりも比較的高めに選択することが望ましいのは、
材料を高速度で除去しかつ反応生成物を生じない表面を
得ることができるからである。また流量の選択はマイク
ロマシニングされる試料の大きさに依存する。試料が一
段と大きくなればなるほど流量も一段と多くなる。
上げにかなり影響する。当業者は、材料を高速度で除去
して表面を良好に仕上げるためには電解槽の電圧が高い
ことが好ましいことを理解する。さらに電解液の流量を
低めよりも比較的高めに選択することが望ましいのは、
材料を高速度で除去しかつ反応生成物を生じない表面を
得ることができるからである。また流量の選択はマイク
ロマシニングされる試料の大きさに依存する。試料が一
段と大きくなればなるほど流量も一段と多くなる。
【００２３】電気化学マイクロマシニングプロセスにお
いて用いられる電極間の間隔は大きすぎても小さすぎて
も好ましくなく、一般的には１〔mm〕及び３〔mm〕間で
変更する。電極間の間隔が小さすぎるのが望ましくない
のは、アノードの反応生成物及びカソードの反応生成物
が相互に干渉して、処理されるワークピースをスパーク
させて損傷させるからである。他方、電極間の間隔が広
すぎると電解槽の電圧を一段と高くする必要がある。最
初に述べたように試料の速度も変更できるが、試料の移
動速度が比較的高速度であるのが望ましくないのは電解
液と試料の全表面との間の接触が不足するからである。
一般的に試料の適正な移動速度の範囲は約 0.2〔cm／
ｓ〕から約 0.6〔cm／ｓ〕である。
いて用いられる電極間の間隔は大きすぎても小さすぎて
も好ましくなく、一般的には１〔mm〕及び３〔mm〕間で
変更する。電極間の間隔が小さすぎるのが望ましくない
のは、アノードの反応生成物及びカソードの反応生成物
が相互に干渉して、処理されるワークピースをスパーク
させて損傷させるからである。他方、電極間の間隔が広
すぎると電解槽の電圧を一段と高くする必要がある。最
初に述べたように試料の速度も変更できるが、試料の移
動速度が比較的高速度であるのが望ましくないのは電解
液と試料の全表面との間の接触が不足するからである。
一般的に試料の適正な移動速度の範囲は約 0.2〔cm／
ｓ〕から約 0.6〔cm／ｓ〕である。
【００２４】図６（Ａ）は集積化されたスライダサスペ
ンシヨンのステンレス鋼側の設計を示し、複雑さ及びこ
のような構成部品をマイクロマシニングする間に遭遇す
る課題を説明するために示されている。図の陰影部分は
フオトレジストマスクを示す。マスクされていない露出
された開口がマイクロマシニングされてスライダサスペ
ンシヨンを製造する。特に注意すべきは、露出された開
口が同じアンダーカツトを用いてエツチされても、これ
らの開口は異なる寸法を有することである。このパター
ン開口はステンレス鋼においては 100〔μｍ〕及び2100
〔μｍ〕間で変化し、銅膜においては50〔μｍ〕及び16
00〔μｍ〕間で変化する。
ンシヨンのステンレス鋼側の設計を示し、複雑さ及びこ
のような構成部品をマイクロマシニングする間に遭遇す
る課題を説明するために示されている。図の陰影部分は
フオトレジストマスクを示す。マスクされていない露出
された開口がマイクロマシニングされてスライダサスペ
ンシヨンを製造する。特に注意すべきは、露出された開
口が同じアンダーカツトを用いてエツチされても、これ
らの開口は異なる寸法を有することである。このパター
ン開口はステンレス鋼においては 100〔μｍ〕及び2100
〔μｍ〕間で変化し、銅膜においては50〔μｍ〕及び16
00〔μｍ〕間で変化する。
【００２５】また本発明の方法は試料内の最大開口の領
域を最初にマスクするステツプと、同じ試料内の幅の広
い開口の領域にダミーのフオトレジストアートワークを
導入するステツプとの新たなステツプを開示する。
域を最初にマスクするステツプと、同じ試料内の幅の広
い開口の領域にダミーのフオトレジストアートワークを
導入するステツプとの新たなステツプを開示する。
【００２６】以下の例は本発明をさらに説明するために
提示する。
提示する。
【００２７】例１ 幅 2.540〔cm〕からなるノズルプレート、各方向におい
てその隣接するホールから 0.318〔cm〕の間隔を置かれ
た直径 0.318〔cm〕の円形状ホールのアレイを含む厚さ
0.318〔cm〕のステンレス鋼プレートから構成されるカ
ソードアツセンブリを用いた。容器手段及び包囲手段は
共にプレキシガラスから作られている。電解液の流量は
毎分１ガロンに一定に保持され、電極間の間隔は 1.5
〔mm〕に調整された。集積化されたスライダサスペンシ
ヨン試料は 0.4〔cm／ｓ〕の速度でマルチノズルカソー
ドアツセンブリ上を移動した。
てその隣接するホールから 0.318〔cm〕の間隔を置かれ
た直径 0.318〔cm〕の円形状ホールのアレイを含む厚さ
0.318〔cm〕のステンレス鋼プレートから構成されるカ
ソードアツセンブリを用いた。容器手段及び包囲手段は
共にプレキシガラスから作られている。電解液の流量は
毎分１ガロンに一定に保持され、電極間の間隔は 1.5
〔mm〕に調整された。集積化されたスライダサスペンシ
ヨン試料は 0.4〔cm／ｓ〕の速度でマルチノズルカソー
ドアツセンブリ上を移動した。
【００２８】２つの異なる電解液が検査された。第１の
電解液は３〔Ｍ〕の硝酸ナトリウム及び 100〔ppm 〕の
ＦＣ−９８表面活性剤であり、第２の電解液は３〔Ｍ〕
の塩化ナトリウム及び 100〔ppm 〕のＦＣ−９８表面活
性剤であつた。表面活性剤（３〔Ｍ〕）を基礎にしたフ
ルオロカーボンである少量のＦＣ−９８は試料の表面を
濡らす際に効果的であるこが分かり、これによつて表面
上の金属分解反応が均一に生じた。ＦＣ−９８を用いた
が、同じ目的のために泡の立たない表面活性剤を使用す
ることができる。濃度が３〔Ｍ〕の硝酸ナトリウムは導
電率及び溶解性の観点から好適であることが分かつた。
電解液は３〔Ｍ〕の硝酸ナトリウム及び 100〔ppm 〕の
ＦＣ−９８表面活性剤であり、第２の電解液は３〔Ｍ〕
の塩化ナトリウム及び 100〔ppm 〕のＦＣ−９８表面活
性剤であつた。表面活性剤（３〔Ｍ〕）を基礎にしたフ
ルオロカーボンである少量のＦＣ−９８は試料の表面を
濡らす際に効果的であるこが分かり、これによつて表面
上の金属分解反応が均一に生じた。ＦＣ−９８を用いた
が、同じ目的のために泡の立たない表面活性剤を使用す
ることができる。濃度が３〔Ｍ〕の硝酸ナトリウムは導
電率及び溶解性の観点から好適であることが分かつた。
【００２９】上述に述べたような２つの電解液において
は、高電圧の電解槽（又は電流密度）がストレートウオ
ール、一段と高い分解速度及び電解研磨された平滑な表
面を生成する。約５〔ｖ〕及び約15〔ｖ〕間の電圧を用
いると良好な結果を得られ、ステンレス鋼の場合は約12
〔ｖ〕、銅の場合は約９〔ｖ〕で最適な結果が得られ
た。
は、高電圧の電解槽（又は電流密度）がストレートウオ
ール、一段と高い分解速度及び電解研磨された平滑な表
面を生成する。約５〔ｖ〕及び約15〔ｖ〕間の電圧を用
いると良好な結果を得られ、ステンレス鋼の場合は約12
〔ｖ〕、銅の場合は約９〔ｖ〕で最適な結果が得られ
た。
【００３０】上述に示したような実験条件及び静止状態
のカソードアツセンブリを用いた場合、ステンレス鋼パ
ターンを電気化学的にマイクロマシニングするには４回
通過すれば十分であり、銅パターンを電気化学的にマイ
クロマシニングするには３回通過すれば十分である。当
業者は、通過数は試料の速度に関係していることを理解
する。すなわち試料の速度が一段と高くなるばなるほど
必要となる通過数も一段と多くなる。また通過数は試料
上の除去されるべき材料の厚さにも同様に依存すること
は当業者には明白である。ワークピース当たりの試料の
数すなわち試料の大きさに依存するので、試料が通過す
るごとに衝撃距離が調整された。本発明の実験例におけ
る６個の集積化されたスライダサスペンシヨンをもつ直
径 7.6〔cm〕のワークピースの場合、衝撃距離は10〔c
m〕に保持された。ステンレス鋼パターンを電気化学的
にマイクロマシニングすると、４回の通過で完了し所要
時間はほんの 100〔秒〕であつた。
のカソードアツセンブリを用いた場合、ステンレス鋼パ
ターンを電気化学的にマイクロマシニングするには４回
通過すれば十分であり、銅パターンを電気化学的にマイ
クロマシニングするには３回通過すれば十分である。当
業者は、通過数は試料の速度に関係していることを理解
する。すなわち試料の速度が一段と高くなるばなるほど
必要となる通過数も一段と多くなる。また通過数は試料
上の除去されるべき材料の厚さにも同様に依存すること
は当業者には明白である。ワークピース当たりの試料の
数すなわち試料の大きさに依存するので、試料が通過す
るごとに衝撃距離が調整された。本発明の実験例におけ
る６個の集積化されたスライダサスペンシヨンをもつ直
径 7.6〔cm〕のワークピースの場合、衝撃距離は10〔c
m〕に保持された。ステンレス鋼パターンを電気化学的
にマイクロマシニングすると、４回の通過で完了し所要
時間はほんの 100〔秒〕であつた。
【００３１】例２ 図３（Ａ）及び図３（Ｂ）はステンレス鋼試料の完全に
エツチされた領域を走査型電子顕微鏡により撮つた写真
であり、この領域は本発明の装置によつて電気化学的に
マイクロマシニングされたものである。それぞれ図３
（Ａ）及び図３（Ｂ）には得られた一段と平滑な表面及
びストレートウオールを容易に見ることができる。しか
しながらこのような結果が得られるのは一定の範囲の開
口の場合だけに限定された。ステンレス鋼パターン及び
銅パターンを電気化学的にマイクロマシニングする間に
２つの異なる問題が確認された。第１の問題は大きなサ
イズの開口におけるある位置において電気的接触がなく
なることである。このためこれらの領域において、エツ
チされない材料からなるアイソレートされた島が形成さ
れた。第２の問題は電気的接触が全くないことであり、
これにより電気エツチングプロセスが早期に中止される
結果となつたことである。
エツチされた領域を走査型電子顕微鏡により撮つた写真
であり、この領域は本発明の装置によつて電気化学的に
マイクロマシニングされたものである。それぞれ図３
（Ａ）及び図３（Ｂ）には得られた一段と平滑な表面及
びストレートウオールを容易に見ることができる。しか
しながらこのような結果が得られるのは一定の範囲の開
口の場合だけに限定された。ステンレス鋼パターン及び
銅パターンを電気化学的にマイクロマシニングする間に
２つの異なる問題が確認された。第１の問題は大きなサ
イズの開口におけるある位置において電気的接触がなく
なることである。このためこれらの領域において、エツ
チされない材料からなるアイソレートされた島が形成さ
れた。第２の問題は電気的接触が全くないことであり、
これにより電気エツチングプロセスが早期に中止される
結果となつたことである。
【００３２】同じ試料に段階的に実験がなされることに
より、電気的接触がなくなつた領域を確認した。最大開
口の領域において電気的接触がなくなつたことが分かつ
た。次にこの最大開口の領域はめつきテープによつてマ
スクされ、実験が反復された。めつきテープは高温、酸
及びアルカリに耐性のある付着力のある絶縁テープであ
る。めつきテープによつてマスクされた最大開口をもつ
試料をマイクロマシニングすると大幅に改善された。こ
の結果を図４（Ａ）及び図４（Ｂ）に示す。図４（Ａ）
は全く修正せずに電気化学的にマイクロマシニングされ
た試料を示す。種々の開口内における暗部は材料のエツ
チされてない島を示す。最大開口の領域は領域Ａとして
示されている。図４（Ｂ）は領域Ａを小さいめつきテー
プ４０によつて覆つた以外は同じ試料である。図４
（Ｂ）の種々の開口の内部における暗部はかなり少なく
なり、これはマイクロマシニング又はエツチングの振舞
いがかなり改善されたことを示す。領域Ａの幅の広い開
口の下方を狭くすることにより、その位置おいて電気的
接触がなくならないようにし、アンダエツチングはかな
り改善される。図４（Ｂ）においては図４（Ａ）におけ
るよりエツチされてない材料がかなり少なくなるが、電
気的接触がなくなることにより生ずる問題はエツチされ
てない材料の島がなお図４（Ｂ）において観察すること
ができるので、さらに注目すべきことである。
より、電気的接触がなくなつた領域を確認した。最大開
口の領域において電気的接触がなくなつたことが分かつ
た。次にこの最大開口の領域はめつきテープによつてマ
スクされ、実験が反復された。めつきテープは高温、酸
及びアルカリに耐性のある付着力のある絶縁テープであ
る。めつきテープによつてマスクされた最大開口をもつ
試料をマイクロマシニングすると大幅に改善された。こ
の結果を図４（Ａ）及び図４（Ｂ）に示す。図４（Ａ）
は全く修正せずに電気化学的にマイクロマシニングされ
た試料を示す。種々の開口内における暗部は材料のエツ
チされてない島を示す。最大開口の領域は領域Ａとして
示されている。図４（Ｂ）は領域Ａを小さいめつきテー
プ４０によつて覆つた以外は同じ試料である。図４
（Ｂ）の種々の開口の内部における暗部はかなり少なく
なり、これはマイクロマシニング又はエツチングの振舞
いがかなり改善されたことを示す。領域Ａの幅の広い開
口の下方を狭くすることにより、その位置おいて電気的
接触がなくならないようにし、アンダエツチングはかな
り改善される。図４（Ｂ）においては図４（Ａ）におけ
るよりエツチされてない材料がかなり少なくなるが、電
気的接触がなくなることにより生ずる問題はエツチされ
てない材料の島がなお図４（Ｂ）において観察すること
ができるので、さらに注目すべきことである。
【００３３】例３ さらに図４（Ｂ）によつて示される試料に関連する上述
の残りのエツチされてない領域は電流分布が不均一であ
ることから生ずる問題であり、この問題は既存の幅の広
い開口における表面を分解する際に生ずることが分かつ
た。この問題及び解決方法を図５に示す。図５（Ａ）、
図５（Ｂ）及び図５（Ｃ）は試料ワークピースを示し、
各試料ワークピースはポリアミド５４上に堆積された金
属膜５２でなり、フオトレジスト５０で被覆され、種々
の大きさの開口を有している。電気化学マイクロマシニ
ングプロセスは時間と共に進行するので、既存のキヤビ
テイの境界は絶えず変化した。この変化する境界線を図
５（Ａ）、図５（Ｂ）及び図５（Ｃ）の各キヤビテイに
示す。
の残りのエツチされてない領域は電流分布が不均一であ
ることから生ずる問題であり、この問題は既存の幅の広
い開口における表面を分解する際に生ずることが分かつ
た。この問題及び解決方法を図５に示す。図５（Ａ）、
図５（Ｂ）及び図５（Ｃ）は試料ワークピースを示し、
各試料ワークピースはポリアミド５４上に堆積された金
属膜５２でなり、フオトレジスト５０で被覆され、種々
の大きさの開口を有している。電気化学マイクロマシニ
ングプロセスは時間と共に進行するので、既存のキヤビ
テイの境界は絶えず変化した。この変化する境界線を図
５（Ａ）、図５（Ｂ）及び図５（Ｃ）の各キヤビテイに
示す。
【００３４】クイケン（Proc.R.Soc. 、A392、199-225
、1984）は化学エツチングのための移動境界に関する
数学的モデルを開発し、この場合エツチ液の種類は拡散
を制御するように考慮される。十分に幅の広い開口の場
合、エツチングは開口のエツジよりもその中央において
一段と速く、開口の角において周知の膨張効果を発生す
ることが分かつた。同様の現象は幅の広い開口を電気的
にマイクロマシニングする間に生ずることが分かつた。
図５（Ｂ）に示すように、開口のエツジにおいて一段と
エツチングを行つた。さらに開口のエツジにおいて分解
速度が一段と速くなるので、エツチされてない材料から
なる島５６は金属表面の残りと接触しないままである。
この問題は図５（Ｂ）に示す幅の広い開口状態を図５
（Ａ）と同様の一段と幅の狭い開口を多数もつ状態に変
えることによつて原理的に解決され、この問題は最小限
になつた。これは図５（Ｃ）に示すようにダミーのフオ
トレジストアートワークを導入することによつて達成さ
れる。ダミーのフオトレジストアートワーク５８を導入
するプロセスはフオトリソグラフイステツプに幾つかの
他の非機能的なパターン（ライン及びこれに類したも
の）を含むことを必要とする。最善の結果として、ダミ
ーのフオトレジストアートワークの寸法はダミーのフオ
トレジストアートワークをその両側からアンダカツトし
たものと整合し、マイクロマシニングプロセスは垂直方
向に仕上げるので、ダミーのフオトレジストはマイクロ
マシニングされてストレートウオールに取り囲まれた幅
の広いトレンチを作れない。
、1984）は化学エツチングのための移動境界に関する
数学的モデルを開発し、この場合エツチ液の種類は拡散
を制御するように考慮される。十分に幅の広い開口の場
合、エツチングは開口のエツジよりもその中央において
一段と速く、開口の角において周知の膨張効果を発生す
ることが分かつた。同様の現象は幅の広い開口を電気的
にマイクロマシニングする間に生ずることが分かつた。
図５（Ｂ）に示すように、開口のエツジにおいて一段と
エツチングを行つた。さらに開口のエツジにおいて分解
速度が一段と速くなるので、エツチされてない材料から
なる島５６は金属表面の残りと接触しないままである。
この問題は図５（Ｂ）に示す幅の広い開口状態を図５
（Ａ）と同様の一段と幅の狭い開口を多数もつ状態に変
えることによつて原理的に解決され、この問題は最小限
になつた。これは図５（Ｃ）に示すようにダミーのフオ
トレジストアートワークを導入することによつて達成さ
れる。ダミーのフオトレジストアートワーク５８を導入
するプロセスはフオトリソグラフイステツプに幾つかの
他の非機能的なパターン（ライン及びこれに類したも
の）を含むことを必要とする。最善の結果として、ダミ
ーのフオトレジストアートワークの寸法はダミーのフオ
トレジストアートワークをその両側からアンダカツトし
たものと整合し、マイクロマシニングプロセスは垂直方
向に仕上げるので、ダミーのフオトレジストはマイクロ
マシニングされてストレートウオールに取り囲まれた幅
の広いトレンチを作れない。
【００３５】ダミーのフオトレジストアートワークの寸
法を設計するためにはアンダカツト及び開口の幅におけ
るその依存性の知識が必要となる。アンダカツトは最初
のフオトレジストの開口及び電気化学マイクロマシニン
グ後に形成されたトレンチの寸法を測定することによつ
て実験的に決定された。トレンチの寸法はフオトレジス
ト層を除去した後に測定された。この測定は完全にエツ
チされた、すなわちトレンチ内にエツチされてない材料
を残さずにマイクロマシニングされたトレンチだけに実
行された。この結果は、アンダカツトがライン開口と関
係なく、主にマイクロマシニングが行われる金属層の厚
さに依存することを示していた。厚さ75〔μｍ〕のステ
ンレス鋼の場合、アンダカツトの平均値は50〔μｍ〕で
あつた。厚さ12.5〔μｍ〕の銅の場合、アンダカツトの
平均値は６〔μｍ〕であつた。
法を設計するためにはアンダカツト及び開口の幅におけ
るその依存性の知識が必要となる。アンダカツトは最初
のフオトレジストの開口及び電気化学マイクロマシニン
グ後に形成されたトレンチの寸法を測定することによつ
て実験的に決定された。トレンチの寸法はフオトレジス
ト層を除去した後に測定された。この測定は完全にエツ
チされた、すなわちトレンチ内にエツチされてない材料
を残さずにマイクロマシニングされたトレンチだけに実
行された。この結果は、アンダカツトがライン開口と関
係なく、主にマイクロマシニングが行われる金属層の厚
さに依存することを示していた。厚さ75〔μｍ〕のステ
ンレス鋼の場合、アンダカツトの平均値は50〔μｍ〕で
あつた。厚さ12.5〔μｍ〕の銅の場合、アンダカツトの
平均値は６〔μｍ〕であつた。
【００３６】上述の実験結果に基づくと、フオトレジス
トアートワーク設計の修正はダミーのアートワークを導
入し、可能な場所であれば大きな開口のどこでも削減す
ることを含むこと示唆している。図６は集積化されたス
ライダサスペンシヨンのステンレス鋼側について、示唆
されたように修正したアートワーク設計を示す。図６
（Ａ）は修正していない集積化されたスライダサスペン
シヨンの設計を示す。図６（Ｂ）には 100〔μｍ〕の幅
をもつ（アンダカツトを２回）ダミーのフオトレジスト
ライン６０が示されている。注意すべきは図６（Ａ）の
本発明のアートワークにおける幾つかの寸法は機能的で
はない、すなわち集積化されたスライダサスペンシヨン
を適正に用いる際に必要ではないということであり、構
成部品の機能に悪影響を与えずにアートワークにおける
幾つかの寸法を削減することができる。
トアートワーク設計の修正はダミーのアートワークを導
入し、可能な場所であれば大きな開口のどこでも削減す
ることを含むこと示唆している。図６は集積化されたス
ライダサスペンシヨンのステンレス鋼側について、示唆
されたように修正したアートワーク設計を示す。図６
（Ａ）は修正していない集積化されたスライダサスペン
シヨンの設計を示す。図６（Ｂ）には 100〔μｍ〕の幅
をもつ（アンダカツトを２回）ダミーのフオトレジスト
ライン６０が示されている。注意すべきは図６（Ａ）の
本発明のアートワークにおける幾つかの寸法は機能的で
はない、すなわち集積化されたスライダサスペンシヨン
を適正に用いる際に必要ではないということであり、構
成部品の機能に悪影響を与えずにアートワークにおける
幾つかの寸法を削減することができる。
【００３７】電気化学マイクロマシニングプロセス中に
電気的接触がなくなることに関連する問題は既存の開口
のサイズを削減することによつて解決することができる
ことが上述の説明で分かつた。図７は開口を狭くするこ
とによつて島形成問題を解決したその結果を示す。図７
（Ａ）は電気化学的にマイクロマシニングされた後にお
ける幅の広い開口をもつワーク領域を示す走査型電子顕
微鏡の写真であり、この領域は残存するエツチされてな
い材料を有し、これを容易に観察することができる。図
７（Ｂ）の走査型電子顕微鏡による写真はラツカを適用
することによつて開口を削減したワーク領域を示す。図
７（Ｂ）の写真に示すように電気化学マイクロマシニン
グプロセス後の製品はきれいである。
電気的接触がなくなることに関連する問題は既存の開口
のサイズを削減することによつて解決することができる
ことが上述の説明で分かつた。図７は開口を狭くするこ
とによつて島形成問題を解決したその結果を示す。図７
（Ａ）は電気化学的にマイクロマシニングされた後にお
ける幅の広い開口をもつワーク領域を示す走査型電子顕
微鏡の写真であり、この領域は残存するエツチされてな
い材料を有し、これを容易に観察することができる。図
７（Ｂ）の走査型電子顕微鏡による写真はラツカを適用
することによつて開口を削減したワーク領域を示す。図
７（Ｂ）の写真に示すように電気化学マイクロマシニン
グプロセス後の製品はきれいである。
【００３８】ダミーのフオトレジストアートワークを導
入するという考えは一方においてラテラル方向分解と垂
直方向分解との間の微妙なバランスを考慮し、他方にお
いてダミーのフオトレジストの幅を考慮する。ダミーの
アートワーク寸法を適正に選択することにより、トレン
チから材料を完全に除去する。エツチされてない材料か
らなる幾つかの最後に残つた跡を電気化学マイクロマシ
ニングプロセスによつて除去することが困難な条件下に
おいては、化学エツチングプロセスを用いてこのエツチ
されてない島を壁の角度を大きく変更せずに効果的に除
去することができる。化学エツチング方法によつて除去
すべき材料はほんの少しだけであるので、電気化学マイ
クロマシニング及び化学エツチングの双方を含む２ステ
ツププロセスが化学エツチングプロセスだけを使用する
場合よりも格段的に効果的である。
入するという考えは一方においてラテラル方向分解と垂
直方向分解との間の微妙なバランスを考慮し、他方にお
いてダミーのフオトレジストの幅を考慮する。ダミーの
アートワーク寸法を適正に選択することにより、トレン
チから材料を完全に除去する。エツチされてない材料か
らなる幾つかの最後に残つた跡を電気化学マイクロマシ
ニングプロセスによつて除去することが困難な条件下に
おいては、化学エツチングプロセスを用いてこのエツチ
されてない島を壁の角度を大きく変更せずに効果的に除
去することができる。化学エツチング方法によつて除去
すべき材料はほんの少しだけであるので、電気化学マイ
クロマシニング及び化学エツチングの双方を含む２ステ
ツププロセスが化学エツチングプロセスだけを使用する
場合よりも格段的に効果的である。
【００３９】上述の通り本発明をその最適な実施例に基
づいて図示、説明したが、本発明の精神及び範囲から脱
することなく詳細構成について種々の変更を加えてもよ
い。
づいて図示、説明したが、本発明の精神及び範囲から脱
することなく詳細構成について種々の変更を加えてもよ
い。
【００４０】
【発明の効果】上述のように本発明によれば、試料及び
カソードアツセンブリの双方をそれぞれに対してラテラ
ル方向に移動できるようにして電解質溶液が試料の表面
に均一に散布されるようにする、すなわち金属除去率を
均一にすると同時に、カソード及びアノードが干渉しな
いようにこの試料及びカソードアツセンブリ間の距離を
調整して試料に対する電解質溶液の衝撃度を調節するこ
とができるようにした電気化学マイクロマシニング装置
を提供することにより、試料の表面に大量の電解質溶液
を高速度に運ぶことができ、これによつて試料の表面に
高精度のパターンを均一にかつ高速度で生成することが
できる。
カソードアツセンブリの双方をそれぞれに対してラテラ
ル方向に移動できるようにして電解質溶液が試料の表面
に均一に散布されるようにする、すなわち金属除去率を
均一にすると同時に、カソード及びアノードが干渉しな
いようにこの試料及びカソードアツセンブリ間の距離を
調整して試料に対する電解質溶液の衝撃度を調節するこ
とができるようにした電気化学マイクロマシニング装置
を提供することにより、試料の表面に大量の電解質溶液
を高速度に運ぶことができ、これによつて試料の表面に
高精度のパターンを均一にかつ高速度で生成することが
できる。
【図１】図１はワークピースを電気化学的にマイクロマ
シニングするための本発明の装置の概略を示す略線図で
ある。
シニングするための本発明の装置の概略を示す略線図で
ある。
【図２】図２（Ａ）、図２（Ｂ）及び図２（Ｃ）は電気
化学的にマイクロマシニングするための本発明の装置の
マルチノズルカソードアツセンブリの詳細を示す略線図
である。
化学的にマイクロマシニングするための本発明の装置の
マルチノズルカソードアツセンブリの詳細を示す略線図
である。
【図３】図３（Ａ）及び図３（Ｂ）は平滑な表面（図３
（Ａ））及びストレートウオール（図３（Ｂ））を示す
本発明の装置によつて電気化学的にマイクロマシニング
されたステンレス鋼試料の完全にエツチされた領域を示
す走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）による写真である。
（Ａ））及びストレートウオール（図３（Ｂ））を示す
本発明の装置によつて電気化学的にマイクロマシニング
されたステンレス鋼試料の完全にエツチされた領域を示
す走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）による写真である。
【図４】図４（Ａ）及び図４（Ｂ）は電気化学的にマイ
クロマシニングされ、集積化されたスライダサスペンシ
ヨンの試料を示す略線図であり、図４（Ａ）は修正され
ていない試料、図４（Ｂ）は小さなめつきテープを特定
の領域に置くことによつて修正されたことを除いて図４
（Ａ）と同じ試料を示す。
クロマシニングされ、集積化されたスライダサスペンシ
ヨンの試料を示す略線図であり、図４（Ａ）は修正され
ていない試料、図４（Ｂ）は小さなめつきテープを特定
の領域に置くことによつて修正されたことを除いて図４
（Ａ）と同じ試料を示す。
【図５】図５（Ａ）、図５（Ｂ）及び図５（Ｃ）は一段
と狭い開口（図５（Ａ））と比較して幅の広い開口をも
つワークピース（図５（Ｂ））におけるエツチされてな
い材料からなる島を形成する問題及びダミーのフオトレ
ジストアートワーク（図５（Ｃ））を用いることによつ
てこの問題を解決するのに有用であることを示す略線図
である。
と狭い開口（図５（Ａ））と比較して幅の広い開口をも
つワークピース（図５（Ｂ））におけるエツチされてな
い材料からなる島を形成する問題及びダミーのフオトレ
ジストアートワーク（図５（Ｃ））を用いることによつ
てこの問題を解決するのに有用であることを示す略線図
である。
【図６】図６（Ａ）は集積化されたスライダサスペンシ
ヨン設計のステンレス鋼側を示し、図６（Ｂ）はこの集
積化されたスライダサスペンシヨン設計を示唆されたア
ートワーク設計に修正したことを示す略線図である。
ヨン設計のステンレス鋼側を示し、図６（Ｂ）はこの集
積化されたスライダサスペンシヨン設計を示唆されたア
ートワーク設計に修正したことを示す略線図である。
【図７】図７（Ａ）及び図７（Ｂ）は既存の開口を狭く
することによつて島形成（図７（Ａ））の問題の除去
（図７（Ｂ））を示す本発明の装置によつて電気化学的
にマイクロマシニングされた実際のワーク領域を示す走
査型電子顕微鏡による写真である。
することによつて島形成（図７（Ａ））の問題の除去
（図７（Ｂ））を示す本発明の装置によつて電気化学的
にマイクロマシニングされた実際のワーク領域を示す走
査型電子顕微鏡による写真である。
１０……電源手段、１２……移動ステージ、１４……ポ
ンプ、１６……容器手段、１８……カソードアツセンブ
リ、２０……試料、２２……フイルタ、２４……試料支
持体、２６……ノズルアツセンブリ、２８……ノズルプ
レート、３０……電解質溶液、３２……包囲手段、３４
……レセプタクル手段、４０……めつきテープ、５０…
…フオトレジスト、５２……金属膜、５４……ポリアミ
ド、５６……島、５８……フオトレジストアートワー
ク、６０……フオトレジストライン。
ンプ、１６……容器手段、１８……カソードアツセンブ
リ、２０……試料、２２……フイルタ、２４……試料支
持体、２６……ノズルアツセンブリ、２８……ノズルプ
レート、３０……電解質溶液、３２……包囲手段、３４
……レセプタクル手段、４０……めつきテープ、５０…
…フオトレジスト、５２……金属膜、５４……ポリアミ
ド、５６……島、５８……フオトレジストアートワー
ク、６０……フオトレジストライン。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ラボミル・タラス・ロマンキウ アメリカ合衆国、ニユーヨーク州10510、 ブリアークリフ・マナー、ダン・レイン ７番地
Claims (4)
- 【請求項１】試料を電気化学的にマイクロマシニングす
る装置において、 電解質溶液用の供給源から電解質溶液を受けて一時的に
保持する容器手段と、 上記容器手段内に配置され得、上記容器手段から上記電
解質溶液を供給するレセプタクル手段及び上記レセプタ
クル手段から上記電解質溶液を受けて当該電解質溶液を
上記試料に向けるノズル手段を含むカソードアツセンブ
リと、 上記カソードアツセンブリ上に配置され、上記試料から
の可変距離において上記試料を上記カソードアツセンブ
リの方向に対向させるプレート手段と、 上記カソードアツセンブリに接続された負端子及び上記
試料に接続された正端子を有する電源手段とを具えるこ
とを特徴とする電気化学マイクロマシニング装置。 - 【請求項２】上記プレート手段にラテラル方向に移動さ
せる手段を与えることにより、上記試料を上記カソード
アツセンブリに対して容易にラテラル方向に移動させる
ことができることを特徴とする請求項１に記載の電気化
学マイクロマシニング装置。 - 【請求項３】上記カソードアツセンブリをラテラル方向
に移動することができることにより、上記カソードアツ
センブリを上記試料に対して容易にラテラル方向に移動
させることができることを特徴とする請求項１に記載の
電気化学マイクロマシニング装置。 - 【請求項４】試料を電気化学的にマイクロマシニングす
る方法において、 試料をプレート手段上に実装してカソードアツセンブリ
の方向に対向させるステツプと、 上記試料及び上記カソードアツセンブリのそれぞれを電
気回路におけるアノード及びカソードにするステツプ
と、 上記試料及び上記カソードアツセンブリ間の電極間間隔
を調整することにより、上記アノード及びカソードが相
互に干渉しないように効果的な距離を保持すると共に、
上記アノード及びカソード間に電荷を保持するステツプ
と、 電流が上記電気回路を介して絶えず流れるようにするス
テツプと、 電解質溶液が上記カソードアツセンブリを通つて絶えず
循環することにより、上記電解質溶液が電解液シヤワー
として上記試料に散布されて上記試料を効果的にエツチ
するステツプとを具えることを特徴とする電気化学マイ
クロマシニング方法。
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