(57)【要約】【課題】深さの異なる凹部を容易に且つ高精度に形成することができる結晶基板のエッチング方法を提供する。【解決手段】結晶基板１に深さの浅い第１の凹部と深い第２の凹部とを形成するマスクとして、第１の凹部を形成する第１の補正パターン２１と第２の凹部を形成する第２の補正パターン２２とを設けて当該結晶基板１を異方性エッチングすると共に、エッチング工程として、第２の補正パターン２２を用いて第２の凹部の深さ方向の途中までエッチングする第１のエッチング工程と、マスク１０の一部を除去して第１の補正パターン２１の長さと第２の補正パターン２２の残り長さを同じ長さにする除去工程と、第１の補正パターン２１及び第２の補正パターン２２とを用いて第１の凹部及び第２の凹部を形成する第２のエッチング工程とを具備する。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
表面の結晶面方位が（１００）面又は（１１０）面からなる結晶基板の表面に開口部を有するマスクを設け、該マスクに前記基板と共に開始部から終端部まで徐々にエッチングされて前記開口部の開口面積を広げる補正パターンを設け、前記結晶基板を前記マスクを介して複数回異方性エッチングすることにより、深さの異なる凹部を形成する結晶基板のエッチング方法であって、
前記補正パターンとして、前記第１の凹部を形成する際に用いられる第１の厚膜部と、該第１の厚膜部よりも薄く且つ前記結晶基板の表面を覆う第１の薄膜部とを具備する第１の補正パターンと、前記第１の凹部よりも深い第２の凹部を形成する際に用いられると共に、前記開始部側に設けられた第２の薄膜部と、該第２の薄膜部よりも厚く且つ前記第１の厚膜部と同一長さを有する第２の厚膜部とを具備する第２の補正パターンとを設け、
前記第２の補正パターンの前記第２の薄膜部を用いて前記第２の凹部の深さ方向の途中までエッチングを行う第１のエッチング工程と、前記マスク全体を薄くすることにより、前記第１の薄膜部と前記第２の薄膜部とを同時に除去する除去工程と、前記第２の補正パターンの前記第２の厚膜部を用いて前記第２の凹部の深さ方向の途中からエッチングを開始して当該第２の凹部を形成すると共に前記第１の補正パターンの前記第１の厚膜部を用いて前記第１の凹部を形成する第２のエッチング工程とを具備することを特徴とする結晶基板のエッチング方法。
【請求項２】
前記マスクを前記第１の凹部と前記第２の凹部とが連通するように隣接して形成することを特徴とする請求項１記載の結晶基板のエッチング方法。
【請求項３】
前記第１の厚膜部及び前記第２の補正パターンとして、外周の前記開始部以外の領域が前記結晶基板の結晶面方位の（１１１）面に沿った面で囲まれ、且つ前記開始部以外で１８０度より小さい角度の角部が画成されないように形成することを特徴とする請求項１又は２記載の結晶基板のエッチング方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、表面の結晶面方位が（１００）面又は（１１０）面の結晶基板を複数回異方性エッチングすることにより、深さの異なる凹部を同時に形成する結晶基板のエッチング方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
マイクロデバイスなどに用いられる結晶基板に設けられた貫通孔などを含む凹部は、平行四辺形に開口する開口部を有するマスクを介して異方性エッチング（ウェットエッチング）することによって形成することができる。
【０００３】
しかしながら、基板の狭い領域を異方性エッチングして微細加工を行う場合、マスクに狭い領域に開口する開口部を設けても、異方性エッチングの特性により、狭い領域に開口する凹部を形成することができないという問題がある。
【０００４】
このため、マスクに基板と共に徐々にエッチングされて開口部の開口面積を広げる補正パターン（細長部）を設け、この補正パターンによって基板に微小な貫通孔を形成するようにしたマイクロデバイスの製造方法がある（例えば、特許文献１参照）。
【０００５】
【特許文献１】特開平１１−２２７１９７号公報（第６頁、第５図）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ここで、結晶基板に深さの異なる微細な凹部を形成するには、深さの異なる凹部をそれぞれ別のエッチング工程で形成することができるが、深さの深い又は浅い一方の凹部を形成した後に、他方の凹部を形成する際に一方の凹部がエッチングされないように保護膜等で保護しなくてはならない。このように、エッチング工程の途中で保護膜を形成するためには、エッチング液の洗浄などの作業が必要になって煩雑であると共に製造コストが高コストになってしまうという問題がある。
【０００７】
また、結晶基板に深さの異なる凹部を形成する方法として、マスクに深い凹部を形成する第２の補正パターンを設け、第２の補正パターンを用いて結晶基板を異方性エッチングすることで深い凹部の深さ方向の途中まで形成した後（第１のエッチング工程）、浅い凹部を形成する第１の補正パターンを設け、第１の補正パターンと第２の補正パターンとを用いて結晶基板を異方性エッチングすることで（第２のエッチング工程）、深さの異なる凹部を同時に形成する方法が挙げられる。
【０００８】
しかしながら、結晶基板の異方性エッチングでは、エッチング液の温度やエッチング液の成分などの環境によって、エッチングレート（エッチング速さ）にばらつきが生じてしまうため、第１のエッチング工程で残留させて第２のエッチング工程で使用される第２の補正パターンの長さにばらつきが生じてしまう。このため、第２のエッチング工程を行うと、第１の補正パターンを用いた浅い凹部の壁面位置に対して、第２の補正パターンを用いた深い凹部の壁面位置を制御することができず、深い凹部の壁面位置にばらつきが生じてしまうという問題がある。また、残留した第２の補正パターンの長さにばらつきが生じた状態で、第２のエッチング工程で深い凹部の壁面位置が所望の位置となるまでエッチングを行うと、逆に第１の凹部の壁面位置を制御することができず、第１の凹部の壁面位置にばらつきが生じてしまうという問題がある。特に、結晶基板に深さの異なる凹部が連通して段差状に形成する場合、深さの異なる凹部を別のエッチング工程では形成することができず、上述のように結晶基板を複数回の異方性エッチングすることによって深さの異なる凹部を同時に形成しなくてはならず、このような問題が顕著に現れる。
【０００９】
本発明はこのような事情に鑑み、深さの異なる凹部を容易に且つ高精度に形成することができる結晶基板のエッチング方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記課題を解決する本発明は、表面の結晶面方位が（１００）面又は（１１０）面からなる結晶基板の表面に開口部を有するマスクを設け、該マスクに前記基板と共に開始部から終端部まで徐々にエッチングされて前記開口部の開口面積を広げる補正パターンを設け、前記結晶基板を前記マスクを介して複数回異方性エッチングすることにより、深さの異なる凹部を形成する結晶基板のエッチング方法であって、前記補正パターンとして、前記第１の凹部を形成する際に用いられる第１の厚膜部と、該第１の厚膜部よりも薄く且つ前記結晶基板の表面を覆う第１の薄膜部とを具備する第１の補正パターンと、前記第１の凹部よりも深い第２の凹部を形成する際に用いられると共に、前記開始部側に設けられた第２の薄膜部と、該第２の薄膜部よりも厚く且つ前記第１の厚膜部と同一長さを有する第２の厚膜部とを具備する第２の補正パターンとを設け、前記第２の補正パターンの前記第２の薄膜部を用いて前記第２の凹部の深さ方向の途中までエッチングを行う第１のエッチング工程と、前記マスク全体を薄くすることにより、前記第１の薄膜部と前記第２の薄膜部とを同時に除去する除去工程と、前記第２の補正パターンの前記第２の厚膜部を用いて前記第２の凹部の深さ方向の途中からエッチングを開始して当該第２の凹部を形成すると共に前記第１の補正パターンの前記第１の厚膜部を用いて前記第１の凹部を形成する第２のエッチング工程とを具備することを特徴とする結晶基板のエッチング方法にある。
かかる態様では、深さの異なる第１の凹部と第２の凹部との相対的な壁面位置をエッチングレートのばらつきに影響されることなく制御することができるため、深さの異なる凹部を容易に且つ高精度に形成することができる。また、除去工程によって第１の薄膜部と第２の薄膜部とを同時に除去することができるため、製造工程を簡略化してコストを低減することができる。さらに、結晶基板に深さの異なる凹部を別のエッチング工程で形成するのに比べて、保護膜等が不要となり、製造コストを低減することができる。
【００１１】
ここで、前記マスクを前記第１の凹部と前記第２の凹部とが連通するように隣接して形成することもできる。これによれば、別のエッチング工程で形成することができない深さの異なる凹部を容易に且つ高精度に形成することができる。
【００１２】
また、前記第１の厚膜部及び前記第２の補正パターンとして、外周の前記開始部以外の領域が前記結晶基板の結晶面方位の（１１１）面に沿った面で囲まれ、且つ前記開始部以外で１８０度より小さい角度の角部が画成されないように形成することが好ましい。これによれば、補正パターンの開始部以外の領域からエッチングが開始されることなく、狭い幅の領域に所望の異なる深さの凹部を容易に且つ高精度に形成することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
以下に本発明を実施形態に基づいて詳細に説明する。
（実施形態１）
図１は、本発明の実施形態１に係る結晶基板の断面図である。図１に示すように、本実施形態の結晶基板１は、表面の結晶面方位が（１１０）面のシリコン単結晶基板からなる。また、結晶基板１には、結晶基板１の厚さ方向に深さの浅い第１の凹部２と、第１の凹部２よりも深い第２の凹部３とが形成されている。なお、本実施形態では、第１の凹部２と第２の凹部３とは連通することなく、所定間隔離した位置に設けられている。
【００１４】
ここで、本実施形態の結晶基板１に深さの異なる第１の凹部２及び第２の凹部３を異方性エッチングにより形成する結晶基板１のエッチング方法について詳細に説明する。なお、図２〜５は、本発明の実施形態１に係る結晶基板のエッチング方法を示す平面図であり、図６及び図７は、図２〜図５のＡ−Ａ′断面図である。
【００１５】
図２及び図６（ａ）に示すように、結晶基板１の表面にマスク１０を形成する。マスク１０の材料としては、例えば、二酸化シリコン（ＳｉＯ２）や窒化シリコン（ＳｉＮ）などを用いることができる。また、マスクの形成方法としては、例えば、シリコン単結晶基板を熱酸化することによりその表面に二酸化シリコンからなるマスクを形成する方法や、スパッタリング法、ＣＶＤ法などにより二酸化シリコン又は窒化シリコンなどのマスクを形成する方法などが挙げられる。
【００１６】
また、マスク１０をパターニングすることで、第１の凹部２を形成する第１の開口部１１と、第２の凹部３を形成する第２の開口部１２とを設け、各開口部１１、１２に補正パターン２０を設ける。
【００１７】
補正パターン２０は、第１の開口部１１に設けられて第１の凹部２を形成する第１の補正パターン２１と、第２の開口部１２に設けられて第２の凹部３を形成する第２の補正パターン２２とで構成されている。
【００１８】
第１の補正パターン２１は、第１の開口部１１を覆い、後の除去工程で除去されて、第１の開口部１１を露出する第１の薄膜部３０と、第１の薄膜部３０よりも厚さの厚い第２の厚膜部３１とで構成されている。
【００１９】
第１の厚膜部３１は、結晶基板１と共に開始部２１ａから終端部２１ｂまで徐々にエッチングされて第１の開口部１１の開口面積を広げるものであり、外周の開始部２１ａ以外の領域が結晶基板１の結晶面方位の（１１１）面に沿った面で囲まれている。また、第１の厚膜部３１は、開始部２１ａ以外の外周に１８０度より小さい角度の角部が画成されないように設けられている。
【００２０】
また、第１の厚膜部３１は、後述する第２のエッチング工程で結晶基板１を異方性エッチングした際に、第１の凹部２を所定の深さ及び幅で形成できる長さで設けられている。
【００２１】
第２の補正パターン２２は、結晶基板１と共に開始部２２ａから終端部２２ｂまで徐々にエッチングされて第２の開口部１２の開口面積を広げるものであり、外周の開始部２２ａ以外の領域が結晶基板１の結晶面方位の（１１１）面に沿った面で囲まれている。また、第２の補正パターン２２は、開始部２２ａ以外の外周に１８０度より小さい角度の角部が画成されないように設けられている。
【００２２】
また、第２の補正パターン２２は、開始部２２ａ側に第２の薄膜部３２と、終端部２２ｂ側に第２の薄膜部３２よりも厚さの厚い第２の厚膜部３３とが設けられている。
【００２３】
第２の薄膜部３２は、後述する第１のエッチング工程で結晶基板１を異方性エッチングした際に残留する長さで設けられている。また、第２の厚膜部３３の長さＬ２は、第１の補正パターン２１の第１の厚膜部３１の長さＬ１と同じ長さで設けられている。
【００２４】
なお、第１の補正パターン２１及び第２の補正パターン２２は、結晶基板１の全面に亘ってマスク１０を形成した後、マスク１０上に所定形状に設けたレジストを介して当該マスク１０をエッチングすることで所定形状に形成することができる。そして、第１の補正パターン２１の第１の薄膜部３０、第１の厚膜部３１や、第２の補正パターン２２の第２の薄膜部３２、第２の厚膜部３３などは、レジストの形状を変えてマスク１０を複数回エッチングすることで形成することができる。
【００２５】
次に、図３及び図６（ｂ）に示すように、結晶基板１をマスク１０を介して異方性エッチングすることにより、第２の凹部３の深さ方向の途中までエッチングを行う（第１のエッチング工程）。
【００２６】
ここで、異方性エッチングは、シリコン単結晶基板からなる結晶基板１のエッチングレートの違いを利用して行われる。本実施形態では、結晶基板１が面方位（１１０）のシリコン単結晶基板からなるため、シリコン単結晶基板の（１１０）面のエッチングレートと比較して（１１１）面のエッチングレートが約１／１８０であるという性質を利用して行われる。すなわち、シリコン単結晶基板を水酸化カリウム水溶液（ＫＯＨ）、水酸化テトラメチルアンモニウム（ＴＭＡＨ）等のアルカリ溶液に浸漬すると、徐々に侵食されて（１１０）面に垂直な第１の（１１１）面と、この第１の（１１１）面と７０．５３度の角度をなし且つ上記（１１０）面と３７．５度の角度をなす第２の（１１１）面とが出現する。かかる異方性エッチングにより、二つの平行する面である第１の（１１１）面と二つの平行する面である第２の（１１１）面とで形成される平行四辺形状を基本として精密加工を行うことができる。
【００２７】
本実施形態では、第１の凹部２を形成する第１の開口部１１は、第１の補正パターン２１により覆われているため、結晶基板１の第１の凹部２側はエッチングが行われず、結晶基板１の第２の凹部３側のみがエッチングされる。そして、第１のエッチング工程では、第２の補正パターン２２の開始部２２ａ側に設けられた第２の薄膜部３２を用いて、第２の凹部３の深さ方向の途中までエッチングする。
【００２８】
このような第２の薄膜部３２（第２の補正パターン２２）は、外周の異方性エッチングが開始される開始部２２ａ以外の領域が全て結晶基板１の結晶面方位の第１の（１１１）面及び第２の（１１１）面に沿った面で囲まれている。このため、第２の薄膜部３２は、開始部２２ａ以外の領域からエッチングが開始されることなく、開始部２２ａから徐々にエッチングされて第２の開口部１２の開口面積を徐々に広げるようになっている。
【００２９】
また、この第１のエッチング工程では、第２の補正パターン２２の第２の薄膜部３２が完全に除去されずに、第１のエッチング工程が終了した段階で第２の薄膜部３２が残留するように行う。すなわち、第２の薄膜部３２は、その長さが、第１のエッチング工程で第２の凹部３が所望の深さとなる長さよりも長くなるように予め形成しておく必要がある。なお、第１のエッチング工程で第２の凹部３が所望の深さとなるとは、後述する第２のエッチング工程でエッチングにより形成する第２の凹部３の深さから逆算して規定することができる。
【００３０】
次に、図４及び図７（ａ）に示すように、マスク１０の全体を薄くして、第１の補正パターン２１の第１の薄膜部３０と第２の補正パターン２２の残留した第２の薄膜部３２とを同時に除去する（除去工程）。本実施形態では、マスク１０の表面側を厚さ方向にエッチングすることで、マスク１０の全体を薄くして、第１の薄膜部３０と第１のエッチング工程で残留した第２の薄膜部３２とを同時に除去する。
【００３１】
このとき、第１の厚膜部３１及び第２の厚膜部３３は、第１の薄膜部３０及び第２の薄膜部３２に比べて厚く形成されているため、第１の厚膜部３１及び第２の厚膜部３３は除去されず、第１の補正パターン２１及び第２の補正パターン２２には、それぞれ第１の厚膜部３１及び第２の厚膜部３３が形成される。これにより、第１の凹部２が形成される領域に第１の厚膜部３１が形成された第１の開口部１１が開口する。
【００３２】
このように、本実施形態では、マスク１０の全体を薄くすることで、第１の薄膜部３０と第２の薄膜部３２とを同時に除去して、第１の厚膜部３１と第２の厚膜部３３とを形成するようにしたため、製造工程を簡略化してコストを低減することができる。
【００３３】
次に、図５及び図７（ｂ）に示すように、結晶基板１をマスク１０を介して異方性エッチングすることにより、第１の凹部２と第２の凹部３とを同時に形成する（第２のエッチング工程）。
【００３４】
詳しくは、結晶基板１を第１の補正パターン２１の第１の厚膜部３１を用いて異方性エッチングすることにより第１の凹部２を形成する。また、同時に結晶基板１を第２の補正パターン２２の第２の厚膜部３３を用いて異方性エッチングすることにより第２の凹部３をさらに深くエッチングして第２の凹部３を形成する。このとき、第２の厚膜部３３の長さＬ２は、第１の厚膜部３１の長さＬ１と同じ長さで形成されているため、エッチングを所望のタイミング（時間による制御）で終了させることで、第１の厚膜部３１の終端部２１ｂの位置（第１の凹部２の壁面位置）に対して、第２の厚膜部３３の終端部２２ｂの位置（第２の凹部３の壁面位置）を所望の位置に制御することができる。
【００３５】
すなわち、異方性エッチング（ウェットエッチング）では、エッチング液の温度やエッチング液の成分などの環境によってエッチングレートが変化するため、例えば、厚さの均一な第２の補正パターンを設けた場合、第１のエッチング工程で残留する第２の補正パターンの長さにばらつきが生じてしまう。このため、第２のエッチング工程でエッチングを行うと、第１の補正パターンを用いた第１の凹部２の壁面位置に対して、第２の補正パターンを用いた第２の凹部３の壁面位置を制御することができず、第２の凹部３の壁面位置にばらつきが生じてしまう。また、第１のエッチング工程で残留する第２の補正パターンの長さにばらつきが生じた状態で、第２の凹部３の壁面位置を所望の位置までエッチングすると、第１の凹部２の壁面位置を制御することができず、第１の凹部２の壁面位置にばらつきが生じてしまうことになる。
【００３６】
以上説明したように、本発明では、第１の補正パターン２１と第２の補正パターン２２とを用いて結晶基板１を異方性エッチングすることによって、第１の凹部２と第２の凹部３との相対的な壁面位置を制御することができる。これにより、結晶基板１に深さの異なる第１の凹部２及び第２の凹部３を容易に且つ高精度に形成することができる。
【００３７】
（他の実施形態）
以上、本発明の実施形態１を説明したが、本発明の基本的構成は上述したものに限定されるものではない。例えば、上述した実施形態１では、結晶基板１として、表面の結晶面方位が（１１０）面のシリコン単結晶基板を例示したが、特にこれに限定されず、例えば、結晶基板として、表面の結晶面方位が（１００）のシリコン単結晶基板を用いてもよく、また、シリコン単結晶基板以外の材料、例えば、ガラス基板、ガラスエポキシ基板、セラミックス基板などを用いるようにしてもよい。
【００３８】
また、上述した実施形態１では、結晶基板１に第１の凹部２と第２の凹部３とを所定の間隔となる位置で設け、第１の凹部２と第２の凹部３とが連通しないものを例示したが、特にこれに限定されず、例えば、第１の凹部２と第２の凹部３とを連通して段差が形成されるように隣接して設けるようにしてもよい。このような場合であっても、上述した実施形態１と同様の補正パターン２０を用いて、結晶基板１を複数回異方性エッチングすることにより容易に且つ高精度に形成することができる。
【００３９】
さらに、上述した実施形態１では、結晶基板１に深さの異なる第１の凹部２と第２の凹部３とを設けるようにしたが、特にこれに限定されず、例えば、第２の凹部３が結晶基板１を厚さ方向に貫通する貫通孔であってもよい。例えば、貫通孔からなる第２の凹部を形成する場合には、結晶基板１の両面に第２の補正パターン２２を設け、結晶基板１の両面側から異方性エッチングを行うようにしてもよい。
【００４０】
また、上述した実施形態１では、結晶基板１に第１の凹部２と第２の凹部３との２種類の深さの凹部を形成するようにしたが、特にこれに限定されず、例えば、３種類以上の深さの異なる凹部を形成するようにしてもよい。例えば、３種類の深さの異なる凹部を形成する場合には、最も浅い凹部を形成する第１の補正パターンとして上述した実施形態１と同様の第１の補正パターン２１を設け、中間深さの凹部を形成する第２の補正パターンとして上述した実施形態１と同様の第２の補正パターン２２を設け、最も深い凹部を形成する第３の補正パターンとして、終端部側が第２の補正パターン２２と同様の厚さ及び長さで形成され且つ先端部側に第２の薄膜部３２よりも厚さの薄い第３の薄膜部を設けたものを用いる。そして、結晶基板１の１回目の異方性エッチングを行った後、第３の薄膜部を除去するようにマスク全体の厚さを薄くし、その後、上述した実施形態１と同様に第１のエッチング工程及び第２のエッチング工程を行うことで、３種類の深さの異なる凹部を形成することができる。なお、４種類以上の深さの凹部についても同様に行えばよい。
【００４１】
なお、上述した結晶基板１のエッチング方法は、例えば、液体噴射ヘッド等のマイクロデバイスなどのＭＥＭＳを構成する部材を形成する際に用いることができる。
【図面の簡単な説明】
【００４２】
【図１】本発明の実施形態１に係る結晶基板の断面図である。
【図２】本発明の実施形態１に係る結晶基板のエッチング方法を示す平面図である。
【図３】本発明の実施形態１に係る結晶基板のエッチング方法を示す平面図である。
【図４】本発明の実施形態１に係る結晶基板のエッチング方法を示す平面図である。
【図５】本発明の実施形態１に係る結晶基板のエッチング方法を示す平面図である。
【図６】本発明の実施形態１に係る結晶基板のエッチング方法を示す断面図である。
【図７】本発明の実施形態１に係る結晶基板のエッチング方法を示す断面図である。
【符号の説明】
【００４３】
１  基板、  ２  第１の凹部、  ３  第２の凹部、  １０  マスク、  １１  第１の開口部、  １２  第２の開口部、  ２０  補正パターン、  ２１  第１の補正パターン、  ２２  第２の補正パターン、  ３０  第１の薄膜部、  ３１  第１の厚膜部、  ３２  第２の薄膜部、  ３３  第２の厚膜部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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