(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
シリコン等方性エッチングにおいて、所定のシリコン部材表面に、所定のパターンを形成するに際し、フッ酸、硝酸及び、酢酸で構成されフッ酸と硝酸の量の比率が１：２〜１：３０の範囲で、且つ、各成分の混合比がフッ酸１〜50％、硝酸１〜50％、酢酸１〜90％のエッチング液を含む処理槽内に、当該シリコン部材の被エッチング表面が当該エッチング液の液面に対して垂直或いは略垂直となるように配置し、当該シリコン部材の中心部を通り、当該シリコン部材表面に対して直交する仮想中心線を中心として、当該シリコン部材を０．０１〜０．０９ｒｐｍで回転させる事を特徴とするエッチング方法。
【請求項２】
前記シリコンエッチングのマスク材料が、熱酸化膜／メタルマスクの組み合わせであることを特徴とする請求項１に記載のエッチング方法。
【請求項３】
当該エッチング液をエッチング処理時に、攪拌する事を特徴とする請求項１〜２のいずれか一に記載のエッチング方法。
【請求項４】
当該エッチング処理に於ける当該エッチング処理温度は、当該エッチング液の凝固点から沸点までの間の任意の温度に設定されることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一に記載のエッチング方法。
【請求項５】
当該エッチング処理操作に於て使用されるシリコンを保持する基板ホルダー及びエッチング液槽、駆動部の材料等を耐酸性材料を用いて構成する事を特徴とする請求項１〜４のいずれか一に記載のエッチング方法。
【請求項６】
複数個のシリコン部材を同時にエッチング処理することを特徴とする請求項１〜５のいずれか一に記載のエッチング方法。
【請求項７】
前記エッチングを所定のシリコン部材表面の残留歪み除去に用いることを特徴とする請求項１〜６のいずれか一に記載のエッチング方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、エッチング方法に関するものであり、特に詳しくは、シリコン等方性エッチング法を用いたシリコンの微細構造体の形成、平滑な表面を形成、或いは残留歪みの除去等に用いられるシリコンエッチング方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、シリコンの等方性エッチング方法は、エッチング液にフッ酸、硝酸、酢酸の混合液を用いる事によって、シリコンの結晶方位に依存しない任意な形状（例えば、円形、半円形、楕円形等）を作成できるエッチング方法として知られている。
【０００３】
このフッ酸−硝酸系エッチング液は、硝酸がシリコンと反応して酸化シリコンを生成し、その酸化シリコンをフッ酸がエッチングすることからシリコンを等方性エッチングする。
【０００４】
しかし、係る３液の混合比の割合によって、エッチング速度やエッチング面状態が異なり、これらの制御が難しいため、一般的には、シリコンの機械加工後に行う、残留歪みの除去や、シリコンのくりぬきなどに用いられているのが一般的である。
【０００５】
最近では、マイクロマシニング技術の発展に伴い、微細構造体形成のための等方性エッチング技術が注目されている。例えば医療用微小化学分析機器の開発においては、採取した血液を分析機器へつなげるための流路が必要とされている。
【０００６】
係る微細な溝部を形成する為に、シリコンをエッチングするには、等方性エッチング法の他に、シリコン基板の結晶方位に対して異なるエッチング速度を持つ異方性エッチング法が上げられる。
【０００７】
然しながら、微細流路中に流れる流体の振る舞いは、流路の形状に深く関連することが知られており、異方性エッチング法で形成される流路がＶ字形状であることから、水を流したときの圧力損失が大きくなることが予想されている。
【０００８】
そこで、流路断面形状が半円形状を得られる等方性エッチング法が現在研究されている。
【０００９】
こうした微細構造体の形成では、鏡面が得られ、安定したエッチングが可能なエッチングを行う必要があるため、従来からさまざまな組成のエッチング液が提示されている。
【００１０】
例えば、通常３液の混合範囲をフッ酸１％〜２０％、硝酸６０％〜９０％、酢酸１０％〜３０％のエッチング液が用いられている。
【００１１】
しかし、係る混合比を使用した場合でも、実際には、面荒れが発生することもあり、係る問題点を改良する為にさまざなエッチング方法が検討されている。
【００１２】
即ち、図７は、こうしたシリコンのエッチングを行う一般的な方法であり、シリコン結晶（シリコンウェハまたはシリコンブロック）７１はエッチング液７３が注入された処理浴槽７２に垂直または水平に設置してエッチングされる。
【００１３】
【発明が解決しようとする課題】
然しながら、上記した従来のエッチング方法に於いて、代表的な組成比のフッ酸−硝酸系のエッチング液を用いてエッチングする方法では、フッ酸による酸化シリコンのエッチング作用が大きくエッチングが安定しないため、エッチングする量の制御やシリコンの形状維持または、鏡面性を得ることは難しかった。
【００１４】
又、一般に行われているシリコンの歪み除去では、機械加工面つまり応力が特に掛かった部分のエッチング速度が速くなることから、エッチング面が均一にならず、さらに上記した３液の混合エッチャントに於けるそれぞれの混合比が適当でない場合には、エッチング面の荒れが激しくなるため、残留応力除去後には、エッチング面を均一にするための無歪み研磨が必要であった。
【００１５】
更には、シリコン部材上に微細な流路形成を行う場合には、こうしたエッチング面の荒れにより、抵抗が大きくなり高精度な流路を形成することができなかった。
【００１６】
一方、等方性エッチング方法を用いてパターン形成する場合は、組成比の割合比の選択によるエッチング面の荒れなどの問題の他に、異常エッチングという問題が発生することが知られている。
【００１７】
図８（Ａ）は、熱酸化膜などシリコンマスク材８１としてパターン形成されているシリコン部材８２をエッチング液に対して垂直に設置してエッチングした時の概略図であり、図８（Ｂ）は、エッチング処理によって、発生する異常エッチングを示すパターン断面の概略図である。
【００１８】
即ち、等方的にエッチングされるならば、シリコン部材８２は、半円状８３に示す様な形状にエッチングされるが、実際のパターン８４は、パターンの上側のエッチング量が多くなり、半円形状が形成されない。
【００１９】
図９は異常エッチング時におけるパターンのエッチング状態を示したグラフである。黒印９１と白印９２はそれぞれ、従来の方法によるエッチング処理操作に於いて得られる、パターンの上側と下側のエッチング時間の経過に対するエッチング量を示しており、パターン内部で均一なエッチングがされていないことを示している。
【００２０】
尚、後述するが、図９に於けるグラフ９３と９４は、本発明に於けるエッチング処理を行った場合には、パターンの上側に於けるエッチング時間の経過に対するエッチング量９３と、同一パターンの下側のエッチング時間の経過に対するエッチング量９４とは実質的に等しくなる事を示すものである。
【００２１】
つまり、従来の技術に於いては、このような異常エッチングが発生することから、等方性エッチング法では、残留歪み除去などのシリコンエッチングエッチングにおいても、均一なエッチング面を得ることは難しかった。
【００２２】
また図１０（Ａ）は、エッチング液に対して、エッチング処理されるシリコン部材１０２を水平に設置してエッチングした時の概略図であり、図１０（Ｂ）は、その時に発生する異常エッチングを示すパターンの概略図である。
【００２３】
即ち、シリコン部材１０２に適宜のパターンを持つマスク１０１を配置した後に、当該シリコン部材１０２の当該マスク１０１が当該エッチング液の液面に対して水平に設置した場合に生じる異常エッチングは、パターン底部の両角のエッチング速度が速く実線１０４で示す様な形状になるのみであって、理想的な半円状のパターン１０３にはならなかった。
【００２４】
また、シリコン１０２全体のエッチング速度も基板を垂直に設置したときよりも１／２倍に減少し、エッチング面が広くなるほどエッチング速度が遅くなるパターン依存性も発生した。
【００２５】
また、図１１のように撹拌器１１２と撹拌子１１３を用いて、エッチング液の攪拌及び混合を行いながらエッチングを行うと基板の外側のエッチング液の流速が内側よりも速度が大きくなるためにエッチング面が流速の影響を受け、最大１０μｍ以上のエッチングむらが発生し、エッチング面も荒れた。
【００２６】
また図１２のように基板全体を矢印方向に回転させた場合は、異常エッチングが大きくなった。
【００２７】
以上の問題は、エッチング液の混合がエッチングの化学反応が生じるシリコン表面上で充分に均一になっていない（エッチング液の流速、代謝等の作用のし方が不均一）と言う事から起こったものと思われる。
【００２８】
例えば図８のようにシリコン基板を垂直に立てたときには、パターン内においてフッ酸の濃度が硝酸の濃度よりも小さく、基板の上側の方がフッ酸の濃度が大きくなりシリコンエッチング速度が下側よりも大きくなった（例ではフッ酸の化学反応が律速する反応である）。
【００２９】
等方性エッチングを用いたパターン形成では、異常エッチングの他に選択比（シリコンエッチング速度／シリコンマスク材のエッチング速度）が小さいことが問題となっている。
【００３０】
一般的に、シリコンマスク材は、簡易なプロセス、低コストという点から熱酸化膜が用いられているが、熱酸化膜は１μｍ以上成膜できないため、シリコンのエッチング量は決定されていた。例えば、熱酸化膜をシリコンマスク材とした時の選択比は、約３程度が一般的な値として知られている。
【００３１】
以上の結果から、従来のシリコン等方性エッチング技術を用いてシリコンエッチングを行う場合は、異常エッチングの発生、エッチング面精度の不均一、選択比が小さいなどの原因から、高精度なエッチング及びパターン形成を行うことが困難であった。
【００３２】
更に、従来のシリコンの等方性エッチング法を用いたシリコンエッチングでは、パターンの形成を行うと、
▲１▼  異常エッチングが発生し等方的なエッチングが行えない。
▲２▼  選択比（シリコンのエッチング速度／シリコンマスク材のエッチング速度）が小さい為、深さ５０μｍ以上のパターン形成を行うことが困難であった。▲３▼  均一なエッチング面を得るために、エッチング液の組成比の範囲を、フッ酸１％〜２０％、硝酸６０％〜９０％、酢酸１０％〜３０％のエッチング液を用いて行っているが、フッ酸の割合が極めて少ない為、エッチング速度も遅くなり、更に、フッ酸が十分に混合されていない為、実際には不均一なエッチング面が形成される。
【００３３】
上記した従来に於ける問題によって、フッ酸ー硝酸ー酢酸を用いたシリコン等方性エッチング法は、パターン断面が半円形を必要とするパターン形成（例えば、マイクロ流路）や、深さ１００μｍ以上を必要とするパターン形成等には適さないものであった。
【００３４】
一方、特開平４−３４０２２６号公報には、半導体基板を自立保持しながら回転させると共に、エッチング液を当該回転中の半導体基板に噴射させてエッチングを行う方法が開示されている。
【００３５】
然しながら、係る公知例に於いては、当該半導体基板を２００〜４００ｒｐｍと言う高速で回転させるものであり、その狙いは、噴射させたエッチング液をスピンコート方式の様に、当該半導体基板表面に均一に分散させると共に、エッチング液を絶えず入れ換える事によって発熱を防止する事にありますが、半導体基板をエッチング液中に浸漬しながら回転させ、微細なパターンを形成する方法に関しては記載がない。
【００３６】
又、特開平５−４７７３９号公報には、半導体ウェハをエッチング液中で垂直に保持しながら回転させると共に、当該半導体ウェハの中心部に、エッチング液を更に吹きつける様に構成されたエッチング方法が開示されている。
【００３７】
然しながら、係る公知例は、半導体ウェハを厚みむらをなくすか、或いは、半導体ウェハの中心部の厚みを薄く、外側の厚みを厚くする様に処理する事が目的であり、半導体基板をエッチング液中に浸漬しながらゆっくり回転させ、微細なパターンを形成する方法に関しては記載がない。
【００３８】
更に、特開平６−８４８８１号公報には、半導体ウェハをエッチング液に水平に浸漬した状態で回転させながらエッチング処理を行う方法に於て、エッチング液を円弧状の流路に沿って流すと共に、当該エッチング液の曲がる方向と同一の方向に半導体ウェハを回転させる様にした方法が開示されている。
【００３９】
然しながら、係る公知例に於いては、均一なエッチングを行う為に半導体ウェハ面の各部位に対するエッチング液の相対平均流速を均一にするものであって、微細なパターンを形成する方法に関しては記載がない。
【００４０】
従って、  本発明の目的は、上記した従来技術の欠点を改良し、上記の問題点を最小限に抑えることが可能なエッチング方法を採用することで、容易なエッチング量の制御、鏡面性の高いエッチング面、選択比の向上を実現させ高精度なシリコン等方性エッチング法を可能とするエッチング方法を提供するものである。
【００４１】
【課題を解決するための手段】
本発明は上記した目的を達成するため、以下に記載されたような技術構成を採用するものである。
【００４２】
即ち、本発明に係る第１の態様としては、所定のシリコン部材表面に、所定のパターンを形成するに際し、エッチング液を含む処理槽内に、当該シリコン部材の被エッチング表面が当該エッチング液の液面に対して垂直或いは略垂直となるように配置し、当該エッチング液を静止状態に維持したままで、当該シリコン部材の中心部を通り、当該シリコン部材表面に対して直交する仮想中心線を中心として、当該シリコン部材を低速度で回転させる様に構成されたエッチング方法である。
【００４５】
【発明の実施の形態】
従来に於ける微細パターンの形成や残留歪み除去、更には、被エッチング処理面の平坦化などのエッチング処理に於ては、エッチングの均一性、及び優れたエッチング面（鏡面性が高い）が得られるエッチング面が不可欠とされているため、高精度等方性エッチング技術が必要されていたが、本発明に係る当該エッチング方法は、上記した様な技術構成を採用しているので、高精度なシリコン等方性エッチングを行う事が可能であり、従って、鏡面または極めて鏡面性のある良好なエッチング面が得られ、均一なシリコンのエッチングが可能となった。
【００４６】
然も、パターン形成処理に際しては、例えば、微細な流路を基板上に形成するに際しては、断面形状が半円または半楕円状が可能となり、さらにこの方法を用いれば深さ１００μｍのパターン形成も可能となった。
【００４７】
また残留歪み除去では、シリコンブロック全体を均一にエッチングできることから、エッチング後の研磨工程が省略できた。
【００４８】
【実施例】
以下に、本発明に係るエッチング方法の一具体例の構成を図面を参照しながら詳細に説明する。
【００４９】
即ち、図１は、本発明に係る当該エッチング方法の一具体的の構成を示す図であり、図中、所定のシリコン部材１１の表面に、所定のパターンを形成するに際し、エッチング液１３を含む処理槽１２内に、当該シリコン部材１１の被エッチング表面１４が当該エッチング液の液面１５に対して垂直或いは略垂直となるように配置し、当該エッチング液１３を静止状態に維持したままで、当該シリコン部材１１の中心部を通り、当該シリコン部材表面に対して直交する仮想中心線１６を中心として、当該シリコン部材１１を低速度で回転させる様に構成されたエッチング方法が示されている。
【００５０】
本発明に於て使用される当該シリコン部材１１は、シリコン基板である事が望ましい。
【００５１】
又、本発明に於ける当該エッチング方法に於て使用される当該シリコン部材１１表面に形成される所定のパターンは、少なくとも当該パターン部底部が均一な表面に形成されるパターンである事が望ましい。
【００５２】
更に、本発明に於ける当該エッチング方法に於いては、当該シリコン部材１１表面に形成される所定のパターンは、少なくとも当該パターン部の深さが５０μｍ、望ましくは１００μｍ以上である。
【００５３】
本発明に係る当該エッチング方法に於いては、当該パターンは、当該パターンの底部は、例えば、図８（Ｂ）に於ける点線８３で示される様に、均一な曲率を有する湾曲部を有している事が好ましい。
【００５４】
一方、本発明に於ける当該エッチング方法に於いては、当該シリコン部材１１の回転速度は、２０ｒｐｍ以下の極低速度回転に設定する事が必要であり、好ましくは、当該シリコン部材を回転速度は、１ｒｐｍ以下に設定するものである。
【００５５】
つまり、本発明に於いては、従来の方法とは逆に、静止させたエッチング液の中で、当該シリコン半導体基板を含むシリコン部材のエッチング面を当該エッチング液の液面と直交する方向に配し、ゆっくりとした回転速度で回転させるものである。
【００５６】
本発明に於いては、必要に応じて、適宜の攪拌手段を使用して、当該エッチング液をエッチング処理時に、攪拌するものである。
【００５７】
一方、本発明に係る当該エッチング方法に於いては、エッチング液の組成及びその混合比率が重要である。
【００５８】
つまり、本発明に係る当該エッチング方法で使用される当該エッチング液は、フッ酸、硝酸及び、酢酸で構成されている事が好ましく、且つ、フッ酸と硝酸の量の比率が１：２〜１：３０の範囲にある様に構成されている事が更に望ましい。
【００５９】
又、本発明に於ける当該エッチング方法で使用される当該エッチング液に於ける上記した各混合成分の混合比は、フッ酸１〜５０％以下、硝酸１〜９０％以下、酢酸１〜９０％以下となる様に設定されている事が望ましい。
【００６０】
尚、本発明に於ける当該当該エッチング処理に於ける当該エッチング処理温度は、当該エッチング液の凝固点から沸点までの間の任意の温度に設定されることが好ましい。
【００６１】
一方、当該エッチング処理に於いて使用されるマスク材は、熱酸化膜で構成される事が望ましい。
【００６２】
更に、当該エッチング処理操作に於て使用されるシリコンを保持する基板ホルダー及びエッチング液槽、駆動部の材料等は耐酸性材料を用いて構成する事も好ましい。
【００６３】
以下に、本発明に係る当該エッチング方法の具体的を実施例の形でより詳細に説明する。
【００６４】
図１はフッ酸、硝酸、酢酸の３液の最適な混合比のエッチング液を用いた時のシリコンエッチング結晶のエッチング方法の概念図である。
【００６５】
本発明に於て、シリコン部材１１は、エッチング液１３が注入されている浴槽１２に液面に対して垂直に設置され、矢印方向に回転しながらエッチングされる。
【００６６】
シリコン部材１１自身が回転することでエッチング液の滞留や濃度変化を防ぎ、さらにエッチング液全体の撹拌も行うために、均一なシリコンエッチング及び高精度なパターン形成が可能となった。
【００６７】
図９に示されている菱形印のグラフ９３と×印のグラフ９４は、それぞれパターンの内部のエッチング状態を示したグラフであり、パターン内部が均一にエッチングされていることを示している。
【００６８】
また図２は、シリコンを垂直に設置して且つ回転させてエッチングする方法２１、垂直に設置してエッチングする方法２２、水平に設置してエッチングする方法２３の選択比を比較したグラフであり、シリコン部材１１のエッチング面を液面に対して直交させた状態で回転させることにより、エッチング反応が最適に行われていることを示している。
【００６９】
この方法を用いることによって、優れたエッチング面が得られると同時に、エッチング液の混合液の範囲が拡大する。
【００７０】
又、均一なエッチング面を得るためには、３液のエッチング液の割合比にフッ酸１％〜２０％、硝酸６０％〜９０％、酢酸１０％〜３０％の範囲が利用されていたが、フッ酸の量が硝酸に比べて極めて少ないため、微細パターンのエッチングには適していたが、それ以外の用途にはエッチング速度が遅いため不適当であった。
【００７１】
本発明に於いては、シリコン部材１１を垂直に設置し回転させることにより、エッチング反応が促進することから、エッチング速度の混合比をフッ酸１〜５０％以下、硝酸１〜９０％以下、酢酸１〜９０％以下でかつ、フッ酸と硝酸の量の比率が１：２〜１：３０の範囲であれば、エッチング速度が速く、面精度の優れたエッチングを行うことができる事が判明した。
【００７２】
此処で、本発明に使用されるエッチング液の組成及びその混合比率に関して、従来のエッチング液の組成及びその混合比率と比較して見た結果を以下に示す。
【００７３】
従来から、一般的に文献等で知られている当該エッチング液の内、代表的なものとしては、
ＨＦ：ＨＮＯ３：ＣＨ３ＣＯＯＨ  ＝  １：３：８
のものである。
【００７４】
係る組成比で加工するとエッチング面にクレータや、うねりが発生し、エッチング面が均一になりにくい。その為、微細加工には適さない。
【００７５】
又、別の従来例としては、例えば、
ＨＦ：ＨＮＯ３：ＣＨ３ＣＯＯＨ  ＝  ２：５：３
のものが知られている。
【００７６】
然しながら、係る組成比のエッチング液は、主にシリコンをくり抜くのに使用されるものであり、従ってエッチング速度が速く、加工面がうねりやすく、その結果、加工面が均一に成りにくいと言う問題が有った。
【００７７】
一方、本発明に於てシリコンを微細加工する為に使用するエッチング液の組成の例は、
ＨＦ：ＨＮＯ３：ＣＨ３ＣＯＯＨ＝１〜２０％：６０〜９０％：１０〜３０％
である。
【００７８】
即ち、上記した従来のエッチング液の組成比では、パターン形成等の微細加工を行うには困難であったが、ウェハを回転させることにいおりエッチング面がきにつでエッチングの制御が容易となった。
【００７９】
その結果、本発明による組成比を使用しなくてもパターン形成が可能となったことによりエッチング速度が速い条件で加工が可能となる。
【００８０】
然しながら、本発明に於ける様に、ウェハを回転させながら、上記した本発明の組成比を使用する場合には、更に優れたエッチング面又はパターン形成が可能となる事が判明した。
【００８１】
従って、微細なパターン、特に曲面を有する半円状の流路等を形成する場合には、上記した本発明に係るエッチング液の組成比を使用する事が望ましい。
【００８２】
上記した本発明に係る、エッチング方法は、残留歪み除去などのエッチングに効果があり、実験を行った範囲の最大ではエッチング速度が約１６倍となった。
【００８３】
またこの混合比の範囲内のエッチング液を選択することによって、鏡面性に優れ、シリコン全体を均一にエッチングできることから、エッチング後の研磨工程を省略することができる。
【００８４】
また微細パターンの形成では、この方法を用いることでシリコンのエッチング速度が向上し、選択比が向上することから、従来不可能であった深さ１００μｍ以上のパターン形成が可能となり、微細流路においては、断面が半円形状の流路の形成が可能となった。
【００８５】
シリコンの回転速度は、用途やエッチング液の各液の割合によって異なるが、高精度なエッチングを行う場合は、２０ｒｐｍ以下、好ましくは１ｒｐｍ以下することが望ましい。
【００８６】
またエッチング速度を向上させるには、エッチング温度を常温から約６０度付近まで上昇させる場合もあるが、エッチング速度が上昇するとエッチング面が荒れ、うねりなどが発生するが、基板回転をさせることで、エッチング面の粗さや、うねりを最小限に抑えることが可能なため、混合液の割合、エッチング液の温度、シリコンの回転が選択することで短時間でかつ、均一なエッチングが可能となった。
【００８７】
本発明に於て、当該シリコン部材１１のエッチング面を当該エッチング液面に対して直交する様にエッチング液内に配置し、且つ回転させる事により、シリコン等方性エッチングする場合、エッチング反応が異なるので、水平に設置した場合よりも、パターン面への液の循環が十分に行われることから、エッチング速度が速く、中心部と外側部とでエッチングばらつきが生じない。
【００８８】
又、形成されるエッチング面の状態やパターンの形状は、ウェハの回転速度の影響を受ける。
【００８９】
従って、当該シリコン部材１１の回転速度が２０ｒｐｍ以上の場合には、流速の影響を受けて外周部のエッチング速度が速くなりエッチングむらが発生し、パターンの形状も歪んでしまう事になる。
【００９０】
この傾向は、当該シリコン部材の回転速度が２０〜１ｒｐｍの範囲でも、程度は小さいが若干発生する事が経験的に見られるので、当該シリコン部材の回転速度が１ｒｐｍ以下とする事が好ましい。
【００９１】
一方、当該エッチング処理に於て、当該シリコン部材の回転速度が０．０１ｒｐｍ以下の場合には、当該シリコン部材を回転させる効果がなく、以上エッチングが発生する。
【００９２】
従って、本発明に於ける当該シリコン部材１１の回転速度は、０．０１ｒｐｍ〜２０ｒｐｍ、好ましくは、０．０１ｒｐｍ〜１ｒｐｍ、より好ましくは０．０１ｒｐｍ〜０・０９ｒｐｍであり、係る回転速度を採用する事によって、エッチング面の鏡面状態を維持しながらエッチングする事が可能となり、流速の影響も受けない事から、パターン形成に好ましい状態が創出される。
【００９３】
更には、エッチング液の組成に関しては、従来の微細加工に用いられるエッチング液の組成比より広い範囲である、フッ酸１〜５０％以下、硝酸１〜９０％以下、酢酸１〜９０％以下の混合比を使用しても、均一なエッチング面及びパターン形成を行う事が可能となる。
【００９４】
一方、本発明に係る当該エッチング方法に於て所定のパターンを形成するに際して使用されるマスク材には、強酸、強アルカリに耐えられる材料を用いる必要があり、従って、フォトレジスト等は、使用出来ず、一般的には、熱酸化膜や窒化膜等の絶縁物や、メタルマスク（特に表面がＡｕのもの）等が用いられている。
【００９５】
然しながら、熱酸化膜や窒化膜は、フッ酸−硝酸−酢酸をエッチング液としたシリコン等方性エッチングに用いる場合は、選択比（シリコンのエッチング速度／シリコンマスク材のエッチング速度）が低く、深さ５０μｍ以上のシリコンパターンを形成するには適していなかった。
【００９６】
又、いくつかの絶縁物を組み合わせた構成のマスク（例えば、熱酸化膜／窒化膜）を用いる方法では、
▲１▼  プロセスが複雑になる事、
▲２▼  シリコンにストレスが発生する事、
▲３▼  選択比がそれ程大きくならない事
等の問題が発生している。
【００９７】
一方、メタルマスクは、金（Ａｕ）を  メタル構成の最上部に設けることで選択比を大きくすることが可能となり、プロセスも容易なことから、シリコンエッチングに適している。
【００９８】
然しながら、シリコンにメタルを直接成膜するとエッチング中に潜傷と言う加工歪みの発生によりメタルが剥離する為、シリコンエッチングのマスク材の場合は、熱酸化膜／メタルマスクの組み合わせが好ましい。
【００９９】
本発明に於いては、上記したシリコン部材の回転方式とマスク材との組み合わせによって、従来不可能であると考えられてきた深さ３００μｍ以上のパターン形成が可能となる。
【０１００】
本発明に係る他の態様としては、例えば、所定のシリコン部材表面の全面を均一にエッチングするに際し、エッチング液を含む処理槽内に、当該シリコン部材の被エッチング表面が当該エッチング液の液面に対して垂直或いは略垂直となるように配置し、当該エッチング液を静止状態に維持したままで、当該シリコン部材の中心部を通り、当該シリコン部材表面に対して直交する仮想中心線を中心として、当該シリコン部材を低速度で回転させる様に構成されたエッチング方法である。
【０１０１】
又、更に別の態様としては、所定のシリコン部材表面の残留歪みを除去するに際し、エッチング液を含む処理槽内に、当該シリコン部材の被エッチング表面が当該エッチング液の液面に対して垂直或いは略垂直となるように配置し、当該エッチング液を静止状態に維持したままで、当該シリコン部材の中心部を通り、当該シリコン部材表面に対して直交する仮想中心線を中心として、当該シリコン部材を低速度で回転させる様に構成されたエッチング方法である。
【０１０２】
本発明に於ける上記態様に於いては、上記した具体例と同様に、当該シリコン部材を回転速度は、２０ｒｐｍ以下に設定する事が望ましく、又、当該エッチング液は、フッ酸、硝酸及び、酢酸で構成されており、且つ、フッ酸と硝酸の量の比率が１：２〜１：３０の範囲にある様に構成されているエッチング液を使用することが好ましい。
【０１０３】
更に、当該エッチング液に於ける各成分の混合比が、フッ酸１〜５０％以下、硝酸１〜５０％以下、酢酸１〜９０％以下である事も好ましい。
【０１０４】
一方、当該エッチング処理に於ける当該エッチング処理温度は、当該エッチング液の凝固点から沸点までの間の任意の温度に設定されることが好ましい。
【０１０５】
以下に本発明に係るエッチング方法を実行する場合のエッチング装置の具体例について、図面を参照して更に詳細に説明する。
【０１０６】
即ち、図３は、本発明における第１の具体例実施例である。
【０１０７】
エッチング装置３１に於いて、処理浴槽３４には、フッ酸１〜５０％、硝酸１〜１００％、酢酸１〜７０％以下でかつ、フッ酸と硝酸の量の比率が１：２〜１：３０の範囲の混合比によるエッチング液が注入されており、その底部には、エッチング液を撹拌するための撹拌子３４ａが設置され、撹拌器３４ｂにより回転速度は制御される。
【０１０８】
またエッチング液温は、ウォータバス３４ｃで制御され、エッチングする用途によって液温を変え、エッチング速度を制御することができる。
【０１０９】
シリコン部材であるシリコン結晶体３３のエッチング処理表面は、基板ホルダー３２によってエッチング液面に対して、略垂直に固定され、エッチング装置３１の主軸３１ａに取り付けが可能であり、取り付け後、エッチング浴槽３４内に設置される。
【０１１０】
基板ホルダー３２は、装置内に設けられたモータ３５ａによって歯車３１ｃを伝わり回転する。
【０１１１】
また、モータの代わりに手動用ハンドル３５ｂを設置することで手動回転しながらのエッチングも可能となる。
【０１１２】
エッチング終了後、シリコン結晶３３は基板ホルダー３２とともに外され洗浄槽３６に移動し、洗浄される。
【０１１３】
エッチング装置本体３１及び基板ホルダー３２または歯車３１ｃ、主軸３１ａなどの駆動部は、耐強酸性に優れた材料、例えばテフロン性または、塩化ビニール等が望ましい。また撹拌子３３ａ及びモータの回転数はシリコンエッチングの用途に選択できる。
【０１１４】
図４は、本発明における第２の具体例を示す図である。
【０１１５】
本具体例に於いては、複数のシリコン結晶体を、一度にエッチングする方法であり、図４はそのの概略図である。
【０１１６】
複数のシリコン結晶体４３を複数エッチング用の基板ホルダー４２に設置し、それを具体例１と同様にエッチング装置４１に設けた主軸４１ａに設置し、エッチング液が注入されている処理浴槽４４に投入し、装置内に設けられたモーター４５ａによって歯車４１ｃを伝わり回転しエッチングを行う。
【０１１７】
またモータの代わりに手動用ハンドル４５ｂを設置することで手動回転しながらのエッチングも可能となる。またエッチング液を撹拌するための撹拌子４４ａ及び撹拌器４４ｂエッチング液の液温を制御するウォータバス４４ｃを設けることによって複数のシリコン結晶体４３を一度にエッチングすることができる。
【０１１８】
エッチング終了後、シリコン結晶体４３は基板ホルダー４２とともに外され洗浄層４６に移動し、洗浄できる。
【０１１９】
図５は、本発明における第３の具体例を示す図である。
【０１２０】
即ち、本具体例は、シリコンブロック等のシリコン結晶体の全面を均一にエッチングする装置に関する概略図である。
【０１２１】
つまり、シリコン結晶体５３の全面がエッチングされるように基板ホルダー５２は、シリコン結晶体５３の角側のみを押さえつける機構になっている。
【０１２２】
シリコン結晶体５３を設置した基板ホルダー５２は具体例１と同様にエッチング装置に設けた主軸５１ａに設置し、エッチング液が注入されている浴槽５４に投入し、装置内に設けられたモーター５５ａによって歯車５１ｃを伝わり回転し、エッチングを行う。
【０１２３】
またモータの代わりに手動用ハンドル５５ｂを設置することで手動回転しながらのエッチングも可能となる。
【０１２４】
またエッチング液を撹拌するための撹拌子５４ａ及び撹拌器５４ｂを設けることにより又、エッチング液の液温を制御するウォータバスを設けることによってシリコン結晶体５３を一度にエッチングすることができる。
【０１２５】
エッチング終了後、シリコン結晶５３は基板ホルダー５２とともに外され洗浄槽５６に移動し、洗浄できる。
【０１２６】
図６は本発明における第４の具体例を示す図であり、シリコンウェハまたはシリコンブロック６２と基板ホルダー６１との取り付け方法に関する概略図である。
【０１２７】
基板ホルダー６１はシリコンウェハまたはシリコンブロック６２のエッチングの目的に応じて、例えば基板ホルダー６１ａ、６１ｂ、６１ｃ、６１ｄの中から選択できる。
【０１２８】
シリコン結晶体からなるシリコンブロック６２と基板ホルダ６１ａ、６１ｂ、６１ｃ、６１ｄとの取り付けは、固定板６５を挟んだネジ６３またはバネ６４などを用いて直接シリコン結晶体６２を固定する方法、シリコン結晶体６２全体をエッチングするためにシリコン結晶体６２を固定治具６７によってエッチングする方法、または真空ポンプ６６を用いた真空吸着等によって取り付けられる。
【０１２９】
固定板６５、ネジ６３またはバネ６４の材料は、基板ホルダー６１ａ〜６１ｄ同様に耐強酸に優れた材質が好ましい。
【０１３０】
上記の実施の形態において、シリコンウェハまたはシリコンブロックの回転駆動方式とモータまたは手動回転の場合を示したが、同様の効果が得られるならばエアー駆動、撹拌される液流を用いる等の方法でも実現可能である。また駆動伝達機構として歯車を用いた例を示したが同様な効果が得られるならば直接駆動、ベルト駆動、チェーン駆動等の方法でも実現可能である。
【０１３１】
【発明の効果】
本発明に於いては、以上説明したような技術構成を採用しているので、本発明によればシリコン等方性エッチング法を用いて、鏡面または極めて鏡面性のある良好なエッチング面が得られ、均一なシリコンのエッチングが可能となった。
【０１３２】
更に、本発明に於いては、パターン形成に於ける微細な流路形成においては、断面形状が半円または半楕円状の均一な形状で且つ内面が平滑な流路を得る事が可能となり、さらにこの方法を用いれば深さ１００μｍのパターン形成も可能となった。
【０１３３】
また、本発明に係る当該エッチング方法は、残留歪み除去にも使用できるので、シリコンブロック全体を均一にエッチングできることから、エッチング後の研磨工程が省略できた。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は、本発明によるエッチング方法の基本的原理を説明するための図である。
【図２】図２は、本発明と従来技術によるエッチング方法によるエッチング速度を比較したグラフである。
【図３】図３は、本発明によるエッチング装置の一具体例の構成を説明するための側面図である。
【図４】図４は、本発明によるエッチング装置の他の具体例で、複数のシリコン結晶体を一括エッチングする場合の装置の構成を説明するための側面図である。
【図５】図５は、本発明によるエッチング装置の別の具体例で、シリコン結晶体全面をエッチングする場合の装置の構成を説明するための図
【図６】図６は、本発明に於ける、シリコン結晶体と基板ホルダーの取り付け方法を説明するための図
【図７】図７は、従来に於けるシリコン結晶体のエッチング方法を説明するための図である。
【図８】図８は、従来のエッチング方法で生じる異常エッチングを説明するための図である。
【図９】図９は、同率パターン内におけるエッチング速度の違いを説明するための図である。
【図１０】図１０は、従来のエッチング方法で生じる異常エッチングを説明するための図である。
【図１１】図１１は、シリコン結晶体の従来のエッチング方法を説明するための図である。
【図１２】図１２は、従来に於けるシリコン結晶体のエッチング方法を説明するための図である。
【符号の説明】
１１…シリコン部材
１２…エッチング液槽
１３…エッチング液
１４…エッチング処理面
１５…エッチング液面
１６…回転軸
３１、４１、５１…エッチング装置
３１ａ、４１ａ、５１ａ…回転主軸
３１ｃ、４１ｃ、５１ｃ…歯車
３２、４２、５２ａ…基板ホルダー
３３、４３、５３…シリコン部材、シリコン結晶体
３４、４４、５４…エッチング液槽
３４ａ、４４ａ、５４ａ…攪拌子
３４ｂ、４４ｂ、５４ｂ…攪拌器
３４ｃ、４４ｃ、５４ｃ…ウオーターバス
３５ａ、４５ａ、５５ａ…モータ
３５ｂ、４５ｂ、５５ｂ…ハンドル
３６、４６、５６…洗浄槽
５２…固定治具
【図１】
0003564326.tif 000002
【図２】
0003564326.tif 000003
【図３】
0003564326.tif 000004
【図４】
0003564326.tif 000005
【図５】
0003564326.tif 000006
【図６】
0003564326.tif 000007
【図７】
0003564326.tif 000008
【図８】
0003564326.tif 000009
【図９】
0003564326.tif 000010
【図１０】
0003564326.tif 000011
【図１１】
0003564326.tif 000012
【図１２】
0003564326.tif 000013