JPH08218184A - エッチング方法及びその装置 - Google Patents

エッチング方法及びその装置

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JPH08218184A
JPH08218184A JP7020594A JP2059495A JPH08218184A JP H08218184 A JPH08218184 A JP H08218184A JP 7020594 A JP7020594 A JP 7020594A JP 2059495 A JP2059495 A JP 2059495A JP H08218184 A JPH08218184 A JP H08218184A
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JP
Japan
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etching
etching rate
corrosion potential
chamber
relationship
Prior art date
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Pending
Application number
JP7020594A
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English (en)
Inventor
Masayuki Shibuya
将行 渋谷
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Nippon Steel Corp
Original Assignee
Sumitomo Metal Industries Ltd
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Publication date
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 エッチング速度の実時間での計測が可能なエ
ッチング方法及びその実施に使用するエッチング装置を
提供すること。 【構成】 被エッチング加工素材2である金属材料に関
し、エッチング速度が腐食電位に対して、例えば片対数
上で略直線的に増加するといった腐食電位とエッチング
速度との関係を予め求めておく。そしてエッチング時に
チャンバ小室1a内の5個のセンサ8にて白金電極11、及
び被エッチング加工素材2と同一材質のステンレス鋼電
極12の電位差を同時に測定する。制御装置9は、この測
定値及び腐食電位とエッチング速度との関係に基づいて
各位置におけるエッチング速度を求め、各位置における
エッチング速度が均一となるスプレー圧力が得られるよ
うに、制御バルブ6の開度を制御する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、エッチング液の腐食作
用により金属材料を加工するエッチング方法及びその実
施に使用するエッチング装置に関する。
【0002】
【従来の技術】近年、精密機器及びその構成部品の微細
化,高集積化が進むにつれ、金属微細加工におけるエッ
チング技術に対しても高い加工精度が要求されている。
具体的にはエッチング技術は、集積回路素子のリードフ
レーム,カソード陰極線管のシャドウマスクの作製等に
適用される。このような微細な加工を正確に行うにはエ
ッチング速度の実時間での把握が重要である。エッチン
グ速度は、被エッチング加工素材の材質,レジストパタ
ーンの間隔,及びエッチング液の種類,組成,スプレー
圧力,温度等の多数のパラメータの影響を受けるので、
実時間で一義的に決定することは非常に困難である。
【0003】例えば複数のノズルを使用したスプレーエ
ッチングでは、スプレーノズルの個体差,配置状態,揺
動条件,エッチング液の液溜まり等に起因する流動条件
の違いによって、同一チャンバ内でも各部位によりエッ
チング速度が異なることがあり、エッチングむらの原因
となっている。また生産性向上のためにチャンバ面積が
拡大される傾向にあり、チャンバ内でのエッチング速度
の均一化が強く求められている。
【0004】従来、スプレーエッチングにおけるエッチ
ング速度は、エッチング液の酸化還元電位,pH,比重
等の値を主たる管理指標とし、そのときのスプレー圧力
及びレジストパターン間隔を基に、蓄積された経験から
大まかに推定されていた。そして推定されたエッチング
速度を参考にして実際にエッチングを行い、その結果を
帰還してその後のスプレー圧力等の加工条件が決定され
ていた。
【0005】また上田龍二らは、回転リング・ディスク
電極と類似の形状をなす、白金−白金の2電極を使用
し、作用電極である一方の白金電極をカソード限界拡散
電流領域に分極し、カソード限界拡散電流密度を測定す
ることによって、スプレーエッチング速度の実時間計測
を行う方法を報告している(防食技術,vol.43,No.11,19
92,1065-1069)。しかしながらこの方法で計測するに
は、定電位分極装置と電流計を備える必要がある。しか
もエッチング速度の分布状態を計測するには多数の電極
及び測定装置が必要であるので、簡便な方法であるとは
言い難い。さらにスプレーエッチングという激しい流動
条件下では、分極を安定して行い、電流値を連続してモ
ニターすることが困難であることは否めない。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】このように従来はエッ
チングチャンバ内における金属材料のエッチング速度の
分布状態を実時間で把握するための適切な方法は無いに
等しく、一般的には実際にエッチングを行った結果から
エッチング速度の分布状態を推定し、金属材料の各部位
におけるエッチング速度を均一にするようにエッチング
条件が調整されているのが実情である。従って実時間で
エッチング速度を把握してエッチング条件を調整するこ
とは行われておらず、その評価方法も目視検査,重量変
化等に頼る他はなく精度的にも問題がある。
【0007】本発明は、斯かる事情に鑑みてなされたも
のであり、流動条件の変化に対応したエッチング速度の
実時間での計測が可能なエッチング方法及びその実施に
使用するエッチング装置を提供することを目的とする。
【0008】
【課題を解決するための手段】本発明に係るエッチング
方法は、エッチングチャンバ内の流動するエッチング液
にて金属材料のエッチングを行う方法において、前記金
属材料の腐食電位とエッチング速度との関係を予め求め
ておき、前記金属材料と同一材質の金属片をセンサとし
てエッチングチャンバ内に複数個配置し、エッチング時
に前記金属片の腐食電位を測定し、この測定値に基づい
て前記腐食電位とエッチング速度との関係から、前記エ
ッチングチャンバ内の金属材料のエッチング速度分布が
均一となるようにエッチング条件を実時間で制御するこ
とを特徴とする。
【0009】本発明に係るエッチング装置は、エッチン
グチャンバ内の流動するエッチング液にて金属材料のエ
ッチングを行う装置において、予め求められている、前
記金属材料の腐食電位とエッチング速度との関係を記憶
しておく記憶手段と、エッチングチャンバ内に配置され
た、前記金属材料と同一材質の複数の金属片と、エッチ
ング時に前記金属片の腐食電位を測定する手段と、該手
段による測定値,及び前記記憶手段が記憶している前記
腐食電位とエッチング速度との関係に基づいて、前記エ
ッチングチャンバ内の金属材料のエッチング速度分布が
均一となるようにエッチング条件を実時間で制御する手
段とを備えることを特徴とする。
【0010】
【作用】通常のエッチング加工は、外部から流動力を加
えたエッチング液と被エッチング加工素材とを接触させ
た状態で行われる。エッチング反応は、内部アノード電
流である腐食電流と内部カソード電流との大きさが等し
くなる電位(以下、腐食電位という)において電気化学
的に進行する。このときエッチング速度はこれら内部電
流値と等価であるが、内部アノード電流を直接的に計測
することは不可能である。そこで本発明者は、電位に着
目して反応速度をモニターする方法を探求した。内部ア
ノード電流又は内部カソード電流が変化する場合、又は
その両方が変化し変化率が異なる場合、両者が釣り合う
電位である腐食電位も変化する。従ってこの腐食電位の
変化に基づいて逆に流動条件,即ちエッチング速度を求
めることが可能である。
【0011】以下に本発明に至った実験結果について述
べる。腐食電位とエッチング速度との関係を回転ディス
ク電極により測定した。エッチング液としてボーメ度4
8の塩化第二鉄水溶液を使用した。測定結果を図4に示
す。図4よりエッチング速度の対数は、腐食電位に対し
て略直線的に増加することが判り、最小2乗法により次
式が得られた。 W= exp{(Ecorr. + 248.98 )/ 28.109 } …(1) ここで、Wはエッチング速度(mg・cm-2・min.-1)であ
り、Ecorr. は腐食電位(mVvs.Ag/AgCl(3.33M-KCl))で
ある。
【0012】エッチング液の流動を付加する様式,フォ
トレジストのパターン等の条件によって必ずしもこのよ
うな直線関係が得られるとは限らないが、予め各条件に
対して腐食電位とエッチング速度との関係を求めておく
ことにより、そのエッチング液におけるエッチング速度
を実時間で計測することが可能となる。
【0013】なお腐食電位の測定には照合電極が必要で
あり、一般に液絡を確保した照合電極を外部に設置して
腐食電位は測定される。しかしながらスプレーエッチン
グという激しい流動条件下では安定して液絡を確保する
ことは非常に困難である。そこで白金を照合電極として
利用すると、本発明を容易に実施することができる。白
金は、エッチング液として広く利用されている塩化第二
鉄水溶液中に浸漬した状態で安定した酸化還元電位を示
すことが知られている。白金回転ディスク電極が各流動
条件で示す酸化還元電位を図5に示す。横軸には白金回
転ディスク電極のディスク回転速度の平方根を採って示
す。図5に示す如く白金電極の酸化還元電位は、溶液の
流動条件に関わらず略一定であることが判る。従って電
位測定に内部抵抗が十分に大きい電圧計を使用すれば、
白金電極をエッチングチャンバ中に設置する照合電極と
して使用することができる。これにより外部に設置する
照合電極は不要である。
【0014】本発明にあっては、予め求めてある腐食電
位とエッチング速度との関係と、金属片の腐食電位の測
定値とに基づいてエッチング速度を求め、エッチングチ
ャンバ内の金属材料のエッチング速度分布が均一となる
ようにエッチング条件を制御する。これにより実時間の
エッチング速度を把握することができ、また複雑な装置
構成も必要としない。
【0015】
【実施例】以下、本発明をその実施例を示す図面に基づ
き具体的に説明する。図1は、本発明に係るエッチング
装置を示す模式的縦断面図である。図中1は、全長8m
のエッチングチャンバであり、エッチングチャンバ1は
その長手方向に4つのチャンバ小室1aに分割されてい
る。被エッチング加工素材(SUS304)2は、搬送ロール
3にて白抜き矢符で示すエッチングチャンバ1の長手方
向に搬送されるようになっている。搬送ロール3の下側
にはセンサ8が設置されており、その下側にノズルライ
ン4が配設されている。このノズルライン4から上方へ
向けてエッチング液5がスプレーされ、被エッチング加
工素材2がエッチングされる。
【0016】図2はチャンバ小室1aを示す模式的横断面
図である。各チャンバ小室1aの底部には、その上部にノ
ズル孔が開設された3本のノズルライン4が、エッチン
グチャンバ1の長手方向(被エッチング加工素材2の搬
送方向)に配設されている。エッチング液5は、制御バ
ルブ6にてその流量を制御されて図示しないタンクから
ノズルライン4へ供給されるようになっている。搬送ロ
ール3の下側には、電位差計7に接続された5個のセン
サ8が、その検出面を下に向けた態様で、3本のノズル
ライン4と直交する方向に並設されている。制御装置9
は、予め求められている腐食電位とエッチング速度との
関係を記憶しており、電位差計7から得られる測定結果
に応じて、制御バルブ6の開度を制御する信号を生成
し、制御バルブ6へ与える。
【0017】図3はセンサ8を示す斜視図である。セン
サ8は、回転リング・ディスク電極と類似の形状をな
し、ステンレス鋼(SUS304)−白金の2電極を用いてい
る。白金からなりリング状をなす白金電極11と、被エッ
チング加工素材2と同一素材のステンレス鋼からなりデ
ィスク状をなすステンレス鋼電極12との間は絶縁性樹脂
13にて絶縁されており、白金電極11の周囲は絶縁性樹脂
13にて覆われている。各電極(11,12) は耐酸性樹脂15に
より被覆された導線14にて電位差計7と接続されてい
る。ディスク状電極は必ずしも被エッチング加工素材と
同一素材である必要はないが、互いに素材が異なるとエ
ッチング速度と電位差との関係が複雑になるので、同一
素材と限定した。
【0018】腐食電位を測定しながらエッチング処理を
行う場合、1つのチャンバ小室1a内の5個のセンサ8に
て同時に白金電極11とステンレス鋼電極12との電位差を
測定する。制御装置9は、この測定値及び予め求めてあ
る腐食電位とエッチング速度との関係に基づいて各位置
におけるステンレス鋼のエッチング速度を求める。そし
て1つのチャンバ小室1a内の5個のセンサ8にて得られ
るエッチング速度が異なる場合は、各位置におけるエッ
チング速度が均一となるスプレー圧力が得られるよう
に、3本の制御バルブ6の開度を制御する。また4つの
チャンバ小室1a間でエッチング速度が異なる場合も、同
様に、これらが均一となるように全ての制御バルブ6の
開度を調節して各位置におけるスプレー圧力を制御す
る。
【0019】以上の如き構成のエッチング装置において
エッチングを行う方法について説明する。予め腐食電位
とエッチング速度との関係を求め、そのデータを制御装
置9に記憶しておく。そしてこのようなエッチング装置
において実際にリードフレームを作製する。被エッチン
グ加工素材として 600× 500×0.15mmのFe−42Ni合
金板を使用し、この合金板1枚から48個の 128ピンリー
ドフレームを作製した。ここでセンサ8は、被エッチン
グ加工素材と同じFe−42Ni合金と白金との2電極を
用いている。このときのエッチング条件を表1に示す。
【0020】
【表1】
【0021】エッチング時におけるセンサ8が示す電位
差は、 640〜700mVの間で変動し、電位差が変動する都
度、制御装置9により制御バルブ6の調整が行われた。
エッチング加工終了後、各合金板の48個のリードフレー
ムに対し特定箇所のインナーリードピン幅を測定し、こ
の測定値の標準偏差により均一性の評価を行った(3チ
ャージ)。比較例として、本発明装置にてスプレー圧力
分布を調整後、圧力分布を変えずに3日間稼動させ、本
実施例と同一素材の被エッチング加工素材のエッチング
加工を行った(2チャージ)。これらの結果を表2に示
す。
【0022】
【表2】
【0023】センサ8の測定結果から得られるエッチン
グ液のスプレー圧力分布を調整することにより、一枚の
被エッチング加工素材におけるエッチング製品の寸法ば
らつきが大幅に減少し、均一な製品の製造が安定して行
えることが表2の標準偏差より判る。また本発明で使用
するセンサ8は電位計測に使用するものであり、基本的
に電極面積には依存しないので、極めて微小な電極を使
用することができる。従って多数のセンサ8をエッチン
グチャンバ1内に配置しても、センサ8の存在がエッチ
ング加工を妨げることはほとんどない。
【0024】
【発明の効果】以上のように本発明に係るエッチング方
法及びその実施に使用するエッチング装置は、予め求め
てある腐食電位とエッチング速度との関係と、金属片の
腐食電位の測定値とに基づいてエッチング速度を求め、
エッチングチャンバ内のエッチング速度分布が均一とな
るようにエッチング条件を制御することにより、複雑な
装置構成も必要とすることなく、エッチング速度を実時
間で把握しエッチング条件をその場調整することができ
る。これにより均一な加工が精度良く行えるので歩留り
が向上する。またエッチングチャンバが拡大化しても容
易に対応することができるので、生産性の向上も図れる
等、本発明は優れた効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明に係るエッチング装置を示す模式的縦断
面図である。
【図2】図1に示すチャンバ小室を示す模式的横断面図
である。
【図3】図1,2に示すセンサを示す斜視図である。
【図4】腐食電位とエッチング速度との関係を示すグラ
フである。
【図5】白金電極の酸化還元電位とその回転速度との関
係を示すグラフである。
【符号の説明】
1 エッチングチャンバ 2 被エッチング加工素材 4 ノズルライン 5 エッチング液 6 制御バルブ 7 電位差計 8 センサ 9 制御装置

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 エッチングチャンバ内の流動するエッチ
    ング液にて金属材料のエッチングを行う方法において、
    前記金属材料の腐食電位とエッチング速度との関係を予
    め求めておき、前記金属材料と同一材質の金属片をセン
    サとしてエッチングチャンバ内に複数個配置し、エッチ
    ング時に前記金属片の腐食電位を測定し、この測定値に
    基づいて前記腐食電位とエッチング速度との関係から、
    前記エッチングチャンバ内の金属材料のエッチング速度
    分布が均一となるようにエッチング条件を実時間で制御
    することを特徴とするエッチング方法。
  2. 【請求項2】 エッチングチャンバ内の流動するエッチ
    ング液にて金属材料のエッチングを行う装置において、
    予め求められている、前記金属材料の腐食電位とエッチ
    ング速度との関係を記憶しておく記憶手段と、エッチン
    グチャンバ内に配置された、前記金属材料と同一材質の
    複数の金属片と、エッチング時に前記金属片の腐食電位
    を測定する手段と、該手段による測定値,及び前記記憶
    手段が記憶している前記腐食電位とエッチング速度との
    関係に基づいて、前記エッチングチャンバ内の金属材料
    のエッチング速度分布が均一となるようにエッチング条
    件を実時間で制御する手段とを備えることを特徴とする
    エッチング装置。
JP7020594A 1995-02-08 1995-02-08 エッチング方法及びその装置 Pending JPH08218184A (ja)

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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2015050321A (ja) * 2013-09-02 2015-03-16 凸版印刷株式会社 エッチング液分析装置およびエッチング液分析方法

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2015050321A (ja) * 2013-09-02 2015-03-16 凸版印刷株式会社 エッチング液分析装置およびエッチング液分析方法

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