(57)【要約】【課題】  シリコン基板への微細な貫通形状の形成方法及び簡易な貫通確認方法の提供。【解決手段】  シリコン基板の貫通出口面にチタン薄膜を形成しておき、シリコン土台に貼り合わせ、エッチングで貫通させる。シリコン土台の裏面から赤外線を照射して貫通確認を行う。【選択図】  図１
2008198642.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板にドライエッチングによって貫通形状を形成するシリコン基板の加工方法に於いて、該ドライエッチングに於けるエッチングレートがシリコンと同程度もしくはシリコンより早く、かつ１０００ｎｍより長波長の電磁波を透過する材質の第２の基板に第１のシリコン基板を貼り付けて第１のシリコン基板の第２の基板と対向する面からドライエッチングで第１のシリコン基板に貫通加工を行う工程とを含み、第１のシリコン基板と第２の基板を貼り合わせた状態で１０００ｎｍより長波長の電磁波を照射して第１のシリコン基板と第２の基板の界面での透過特性の変化を検知することにより貫通確認を行う事を特徴とするシリコン基板の貫通加工方法。
【請求項２】
請求項１に記載のシリコン基板の貫通加工方法に於いて、第１のシリコン基板と第２の基板との間に、１０００ｎｍより長波長の電磁波の遮断層を形成する事とを特徴とするシリコン基板の貫通加工方法。
【請求項３】
請求項１に記載のシリコン基板の貫通加工方法に於いて、第１のシリコン基板と第２の基板との間に、１０００ｎｍより長波長の電磁波の散乱層を形成する事とを特徴とするシリコン基板の貫通加工方法。
【請求項４】
前記第１のシリコン基板の片面に非貫通形状の加工を施した後、加工した面に１０００ｎｍより長波長の電磁波の遮断層または散乱層を形成した後、１０００ｎｍより長波長の電磁波の遮断層または散乱層を形成した面と対向する面からエッチングを行って前記電磁波の遮断層または散乱層まで貫通させる事を特徴とする請求項１から３のいずれかに記載のシリコン基板の貫通加工方法。
【請求項５】
前記ドライエッチングがフッ素を含むガスによるエッチング工程を含むドライエッチング方法であり、前記１０００ｎｍより長波長の電磁波の遮断層がチタンもしくはチタンを含む合金であり、前記第２の基板の熱伝導率がシリコンと同等もしくはシリコン以上である事を特徴とする請求項１から４のいずれかに記載のシリコン基板の貫通加工方法。
【請求項６】
シリコン基板に貫通加工を施して形成したインクジェットヘッドであって、貫通面にチタンもしくはチタンを含む合金層を有することを特徴とするインクジェットヘッド。
【請求項７】
請求項６に記載のインクジェットヘッドであって、前記チタンもしくはチタンを含む合金層の上に撥水層を有する事を特徴とするインクジェットヘッド。
【請求項８】
１０００ｎｍより長波長の電磁波を照射する手段と１０００ｎｍより長波長の電磁波を検出する手段とを備え、貫通加工を行った箇所の数と１０００ｎｍより長波長の電磁波が検出された数を比較する手段もしくは貫通加工を行った位置データと１０００ｎｍより長波長の電磁波が検出された位置データを比較する手段又はその両者を備えている事を特徴とするシリコン基板の貫通加工の検査装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ドライエッチングを用いたシリコン基板への貫通形状の形成方法並びに簡便な貫通確認方法に係り、特にインクジェットヘッドなどMEMS（Micro Electro Mechanical System）分野のデバイス製造方法に好適なシリコン基板の加工方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、シリコン基板の微細加工技術としてICP（誘導性結合プラズマ）などを用いたドライエッチングが広く用いられるようになってきている。家庭用プリンタとして広く普及してきているインクジェットヘッドの吐出用ノズルなど、微細な貫通形状を形成する需要も多い。
【特許文献１】特開２００１−１４４０７０号公報
【特許文献２】特開２００１−１１５２８２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
従来、インクジェットヘッドなどのMEMSデバイスを製造する際に上述したような微細な貫通形状をドライエッチングで形成する場合、エッチングの終点を目視によって判断するか、前もって測定して於いたエッチングレートからエッチング時間を算出し、エッチング終点を決定する手法が行われていた。しかしながら貫通形状が微細かつ深くなるにつれ、目視による判断は極めて困難となる。また、エッチングレートはエッチング装置の状態などに依存し、常に一定では無い。従って貫通を確実に行う為に、実際に必要なエッチング時間より長くエッチングを行う、所謂オーバーエッチングが必要であった。過剰にオーバーエッチングを行うと、貫通部分からエッチングガスやイオン、ラディカルなどが侵入し、サイドエッチングによる貫通部近傍の形状崩れ、また裏面に形成された構造物をエッチングして形状崩れを引き起こすなどの問題がある。また、エッチング装置のステージにダメージを与えるという問題点がある。更にICPなどの高密度プラズマを用いる場合には基板を冷却するために基板の裏面にヘリウムを吹き付けて冷却する手法が一般的であるが、貫通した場合に貫通穴を通してヘリウムが洩れ、圧力や基板温度などのエッチング条件が変化してしまうという問題点もある。このような問題を鑑み、貫通エッチングの終点を判断する技術が開発されている。例えば、特開２００１−１４４０７０公報では基体の片側にエッチング終点検出用の物質を設けておき、終点検出用物質の反応生成物を四重極質量分析器で検出してエッチング終点を判断する技術が公開されている。しかし、終点検出用に高価な四重極質量分析器を必要とする。さらに該公報にも記載されているように、エッチングの面内むらや基板厚みのむらにより貫通のタイミングには差が生じ、全てを貫通させるためには最初に貫通した部分にはオーバーエッチングを施さざるを得ないが、それに起因するエッチング条件の変化やエッチング装置のステージに与えるダメージなどの問題は言及されていない。また、別の手法として特開２００１−１１５２８２公報では基板冷却用のヘリウムの流量変化を検知してエッチング終点を検出する技術が公開されている。先にも述べた貫通部からのヘリウムの洩れを利用して簡便にエッチング終点を検出する手法であるが、特開２００１−１４４０７０公報と同様にオーバーエッチングによるエッチング条件の変化や装置へのダメージなどについては言及されていない。また、両公報において、エッチング後に全点貫通したかどうかの確認方法については言及されていない。
【０００４】
そこで、本発明の目的はオーバーエッチングを行っても形状崩れや装置へのダメージなどの悪影響を抑え、貫通確認が簡便かつ確実に行えるシリコン基板のドライエッチングによる貫通加工方法を提供する事である。また、全点の貫通確認を簡便かつ確実に行える貫通確認方法及び検査装置の提供を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明は上記問題点を鑑みて為されたものであり、シリコンと同程度または同等以上のエッチングレートの材質の第２の基板とを貼り合わせた後にドライエッチングを用いて第１のシリコン基板に貫通加工を施し、第１のシリコン基板及び第２のシリコン基板を透過する波長の電磁波を照射し、貫通によって生じる界面の透過特性の変化を検知する事により貫通の確認を行う事を特徴とする。貫通してオーバーエッチングを行っても第２の基板があるため貫通部からのヘリウムの洩れが無いため温度変化などのエッチング条件の変化が無く、さらに装置へのダメージも起こらない。また、第２の基板がエッチングされる第１のシリコン基板よりエッチングレートが同程度もしくは同等以上の物質であるため、貫通してもエッチングガスが滞留する事無く、貫通形状がきれいに形成できる。基板冷却を考慮すると第２の基板の熱伝導率は高いほうが好ましいが、貫通時のエッチング形状の均一性の観点からするとシリコンと同程度である事が好ましい。照射する電磁波としては、シリコン基板を透過する波長、すなはち１０００ｎｍより波長が長いものが好ましく、発生装置ならびに検知装置を考慮するといわゆる赤外線が好ましい。尚、シリコンのバンドギャップエネルギーに対応する波長は約１１２７ｎｍであるが、シリコンウェハーの分光測定を行うと、１０００ｎｍ近辺から急激に透過が増加しているため、本発明に於いては１０００ｎｍより長波長としている。また、本発明による貫通加工方法は、第１のシリコン基板と第２の基板との間に１０００ｎｍより長波長の電磁波の遮断層または拡散層を形成した後に貫通加工を行い、１０００ｎｍより長波長の電磁波を照射して、前記第１のシリコン基板と第２の基板との間に形成された電磁波の遮断層または散乱層を通過してきた電磁波を検知する事により貫通確認を行う事を特徴とする。貫通が確実に行われた箇所は電磁波の遮断層または拡散層までエッチングされるため、貫通していない所と電磁波の透過特性が異なるため、コントラストの高い検知が簡便に行える。遮光層または散乱層としては簡易に形成できて十分な電磁波の遮断または散乱能力を有し、また、シリコンのエッチング条件に於いて簡易にエッチング出来る事が好ましく、エッチング加工後にシリコンに影響を与えずに除去出来る材料で有ればさらに好ましい。シリコンのドライエッチングとしてフッ素系ガスを用いるものであれば、チタンなどが前記条件を満たすものとして好適である。
【発明の効果】
【０００６】
以上説明したように本発明によれば、赤外線の遮光膜を間に有するように加工を行うシリコン基板とシリコンと同程度または同等以上のエッチングレートの材質の基板とを貼り合わせ、加工を行うシリコン基板にドライエッチングを用いて赤外線遮光膜をも貫通するように貫通加工を施す事で貫通部近傍のエッチング形状崩れや装置へのダメージを与えることなく貫通加工を行うことが出来る。また、赤外線を用いて簡便かつ確実に全点の貫通確認を行うことが出来、確認作業後に追加エッチングを行う事も容易である。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００７】
以下に本発明を図面に基づいて説明する。図１は本発明によるシリコン貫通加工の工程を示す図である。本例においては第２の基板としてシリコン基板を用いている。片面に赤外線遮光膜104としてチタンを成膜した第１のシリコン基板100と、第２のシリコン基板を図１（Ａ）に示すように貼り合わせる。赤外線遮光膜104は第２のシリコン基板に設けても良い。図１（Ａ）中でＡはドライエッチングを行う面、Ｂは第２のシリコン基板102の第１のシリコン基板100と対向する面である。次に図１（Ｂ）に示すように、第１のシリコン基板100に赤外線遮光膜104がエッチングされるようにドライエッチングを行い、貫通穴106を形成する。図中107は貫通されなかった部分であり、107に対応する部分の赤外線遮光膜104はエッチングされていない。図１（Ｂ）に示すように、第１のシリコン基板100を完全に貫通させても第２のシリコン基板102が貫通していないため、装置のエッチングステージ108にダメージを与える事は無い。また、装置の基板冷却用ヘリウム導入孔110からのヘリウムが第１のシリコン基板100の貫通部から洩れ出す事も無い。次にエッチング装置から取り出し、図１（Ｃ）に示すようにＢ側から赤外線112を照射し、Ａ側でＣＣＤ（不図示）でＡ側に出射する赤外線114を検知する事で貫通検査を行う。赤外線は赤外線遮光膜104が存在しない部分、すなはち第１のシリコン基板100が完全に貫通して赤外線遮光膜104までエッチングした部分106からのみ検知され、完全に貫通しなかった部分107からは検知されない。こうして貫通加工を行ったものの貫通確認を簡易に行う事が出来る。また、この確認は第１のシリコン基板100と第２のシリコン基板102を分離せずに行えるため、未貫通部分が確認できた場合には即時にエッチング装置に導入して追加工を行う事が出来る。
【０００８】
図２は本発明を用いてインクジェットヘッドに用いるノズルを作製した例である。図２において同一の図番は図１と同じものを示す。図２（Ａ）に示すように厚さ１００μmである第１のシリコン基板100の片面に直径５０μm、深さ４０μmである円筒部200を連通部として形成した。この円筒部200の形成法としてはICP（Inductively Coupled Plasma）を用いたドライエッチングを用いた。次に図２（Ｂ）に示すように、第１のシリコン基板100の円筒部200を形成した面にチタン10nmをスパッタ法にて成膜して赤外線遮光膜104とした後で図２（Ｃ）に示すように厚さ３００μmである第２のシリコン基板102と貼り合わせた。貼り合わせる方法としては、第２のシリコン基板102の第１のシリコン基板100と貼り合わせる面にフォトレジストをスピン塗布し、第１のシリコン基板100と重ね合わせて９０℃に加熱する事で行った。この場合、フォトレジストが貫通部に対応する部位に塗布されているとシリコンよりもエッチングレートが低いために貫通した部位においてサイドエッチングが生じやすい為、貫通部に対応する部位には塗布されないように留意する必要がある。また、熱伝導の観点においてもフォトレジストを塗布する場所は少なくし、第１のシリコン基板100と第２のシリコン基板102の接触面積をなるべく広くとる事が好ましい。第１のシリコン基板100と第２のシリコン基板102との間にチタン１０nmからなる赤外線遮光膜104が介在していてもチタンの熱伝導率は良く、また１０nmと極めて薄いため問題は無い。図２（Ｃ）のように貼り合わせた後、直径１５μmのパターンをエッチングを行って先に加工してある200と貫通させ、深さ６０μmであるノズル部２０２を形成する。ここでノズル部202の形成手法は200と同様にICPエッチングであり、エッチングガスとしてはSF6及びC4F8を用い、基板温度は１０℃に冷却してエッチングを行った。深さ４０μm程度までは光学的に深さが測定出来たが、それ以上エッチングを行うと光学的手法による深さ測定は不可能であった。４０μmまでエッチングしたときのエッチングレートから６０μmエッチングするための時間を求めると２０分であったが、１０％のオーバーエッチングを行う事とし、２２分のエッチングを行った。次に第２のシリコン基板102側から赤外線を照射し、第１のシリコン基板100側からＣＣＤによって観察した所、１００箇所の加工場所のうち９５箇所から赤外線が観測された。この赤外線が観察された９５箇所は図２（Ｄ）に示したように赤外線遮光膜104がエッチングされている、すなはち第１のシリコン基板100が完全に貫通している場所であり、赤外線が観測できなかった５箇所は赤外線遮光膜104がエッチングされておらず、貫通していないと判断出来た。その後、貫通していない５箇所を貫通させるため更に３分の追加エッチングを行い、同様に赤外線を用いて観察した所、全て貫通していた。また、貫通形状を観察するために断面の電子顕微鏡観察を行ったが特に形状崩れなどは観察されなかった。また、赤外線の代わりに可視光を用いてより簡易に貫通確認が出来るかどうか、第２のシリコン基板102の代わりに石英基板を用いて貫通エッチングを試みたところ、図３に示すような形状崩れ部300が観察された。これは本実施例のエッチング条件ではシリコンのエッチングレートが石英のエッチング���ートの１５０倍程度であり、貫通した界面でエッチングレートが極端に変わるため、エッチングガスが貫通部近傍に滞留し、サイドエッチングが進行したと考えられる。第１のシリコン基板100と第２のシリコン基板102をフォトレジストを用いて貼り合わせを行った際、貫通部202に対応する部分にフォトレジストが塗布されてしまっていた場合にも図３の300のような形状崩れが観察された。本実施例のエッチング条件ではシリコンのエッチングレートはフォトレジストの４０倍程度であり、貫通した界面でエッチングレートが極端に変わるため、エッチングガスが貫通部近傍に滞留し、サイドエッチングが進行したと考えられる。
【０００９】
なお、赤外線遮光膜104として第１のシリコン基板100に形成したチタン膜は、貫通後に必要無ければフッ化アンモニウム溶液とフッ化水素酸の混合溶液を用いて、第１のシリコン基板に影響を与える事無く除去出来る。チタン膜を除去せずに上に金を成膜し、他の部材との接合に用いても好適である。
【００１０】
次に本発明の異なる実施例として、シリコン基板に貫通穴を形成し、インクジェットヘッド用ノズルプレートを形成した例を示す。図４はインクジェットヘッド用ノズルプレートの断面図である。最初の実施例と同様にしてシリコン基板400にノズル穴402を貫通させた後、赤外線遮断層として形成したチタン膜404を鍍金の下地層として用い、テフロン（登録商標）粒子を含む撥水層を３μm形成し、撥水層406とした。赤外線遮断膜をめっきの下地層として用いる事で、新たにめっきの下地を形成する必要が無く工程が省略できた。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明によるシリコン基板の貫通加工方法の説明図。
【図２】本発明によるインクジェットヘッド用ノズルの製造工程の断面図。
【図３】貫通部の形状崩れを示す図。
【図４】本発明によるインクジェットヘッド用ノズルプレートの断面図。
【符号の説明】
【００１２】
100  第１のシリコン基板
102  第２の基板
104  赤外線遮光膜
106  貫通部
107  未貫通部
108  基板ステージ
110  基板冷却用ヘリウム導入部
112  赤外線
114  貫通部を透過してきた赤外線
200  連通部
202  ノズル部
300  形状崩れ部
400  シリコンノズルプレート
402  ノズル穴
404  チタン膜
406  撥水膜
【図１】
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【図２】
2008198642.tif 000004
【図３】
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【図４】
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