(57)【要約】【課題】エッチング時に発生・付着する気泡を効果的に剥離・除去して、高い品質のエッチングを可能にするシリコン基板のエッチング方法とシリコン基板のエッチング装置を提供すること。【解決手段】エッチングマスクを施したシリコン基板をエッチング液中に浸漬させることによりエッチングを行うようにしたシリコン基板のエッチング方法において、エッチング液中に空気を供給して空気撹拌することによりシリコン基板において発生・付着する気泡を剥離・除去させ、同時に、エッチング液中に超音波振動を付与することによりシリコン基板において発生・付着する気泡を剥離・除去させるようにしたもの。【選択図】　図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
エッチングマスクを施したシリコン基板をエッチング液中に浸漬させることによりエッチングを行うようにしたシリコン基板のエッチング方法において、
エッチング液中に空気を供給して空気撹拌することによりシリコン基板において発生・付着する気泡を剥離・除去させ、
同時に、エッチング液中に超音波振動を付与することによりシリコン基板において発生・付着する気泡を剥離・除去させるようにしたことを特徴とするシリコン基板のエッチング方法。
【請求項２】
請求項１記載のシリコン基板のエッチング方法において、
上記シリコン基板をエッチング液の液面に垂直になるような姿勢で浸漬させるようにしたことを特徴とするシリコン基板のエッチング方法。
【請求項３】
エッチング液を収容するエッチング液槽と、
上記エッチング液槽内に空気を供給して撹拌する空気供給手段と、
上記エッチング液槽内に超音波振動を付与する超音波振動付与手段と、
を具備したことを特徴とするシリコン基板のエッチング装置。
【請求項４】
請求項３記載のシリコン基板のエッチング装置において、
上記エッチング液槽内にてシリコン基板をエッチング液の液面に垂直になるような姿勢で浸漬させて保持するシリコン基板保持手段が設けられていることを特徴とするシリコン基板のエッチング装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明が属する技術分野】
本発明は、シリコン基板のエッチング方法とシリコン基板のエッチング装置に係り、特に、エッチング時にシリコン基板のエッチング面にて発生・付着する気泡を効果的に剥離・除去させてエッチングの品質及び速さ・均一性を向上させることができるように工夫したものに関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来用いられているシリコン基板の異方性エッチング方法は概略次のようなものである。まず、アルカリ性溶液（例えば水酸化カリウム溶液等）のエッチング液があり、このエッチング液中にエッチングマスク（例えばシリコン酸化膜）が施されたシリコン基板を浸漬させる。そして、エッチング液の濃度、温度を制御すると共に所定のエッチング時間を設定し、且つ、機械的手段によってエッチング液を撹拌しながらエッチングを行うというものである。
【０００３】
具体例として、例えば、マイクロチャンネルの作成を挙げてみる。この場合は深い溝を作成するためにシリコンのいわゆる（１１０）面を利用してウエットエッチングを行うことになる。
尚、上記（　）はシリコン結晶方位面を示す記号である。
すなわち、（１１０）面シリコン基板の一側表面のある方向にシリコン酸化膜等によりマスキングを施し、そのシリコン基板を水酸化カリウム溶液等のエッチング液に浸漬させるものである。
【０００４】
この場合（１１０）面のエッチングレートに対して溝の側面である（１１１）面のエッチングレートが極めて遅く（１１０）面に対して（１１１）面は垂直であるため、（１１０）面に対して垂直な方向にエッチングが進むことになる。その様子を図４に示す。図４は、エッチング前のシリコン基板１０１とエッチング後のシリコン基板１０１を示すものである。上記シリコン基板１０１にはエッチングマスク１０３が施されている。
【０００５】
そして、水酸化カリウム溶液をエッチング液として用いた場合は次の式（Ｉ）に示すような反応が起こる。
Ｓｉ＋２ＫＯＨ＋Ｈ２Ｏ→Ｋ２ＳｉＯ３＋２Ｈ２　　―――（Ｉ）
このときの２Ｈ２の水素ガスが気泡となってエッチング面に付着する。その様子を図４の下側に示す。シリコン基板１０１の溝１０５の底面に気泡１０７が発生・付着している。そこで、このような気泡１０７を剥離・除去するために、既に説明したように、機械的手段によって撹拌を行いながらエッチングを行うものである。
又、機械的手段によって撹拌する以外にも、例えば、超音波振動を付与することによってエッチング面に付着した気泡を剥離させるように構成されたものもある（例えば、特許文献１参照）。
【０００６】
【特許文献１】
特開平７―２４０３９８号公報
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
上記従来の構成によると次のような問題があった。
既に説明したように、シリコン基板１０１を例えば水酸化カリウム溶液でウエットエッチングするような場合には、図４に示すように、エッチング中にエッチング面から水素の気泡１０７が発生する。この水素の気泡１０７が付着している箇所はエッチング液がエッチング面に直接接触せず、よって、反応が起こり難い状態となる。さらに気泡１０７はエッチング面の溝１０５の底面に溜まりやすく、このためエッチング面の深さが、図４の下側の図に示すように、結果として不均一になってしまう。
これに対しては、従来、撹拌パドルやスターラー等の機械的手段による撹拌或いは超音波振動を与えることによって、エッチング面に発生・付着している気泡１０７を剥離・除去していた。
しかしながら、そのような手段では気泡１０７の剥離・除去効果が不充分であり、結局、エッチング面に残留している気泡１０７のためにエッチングが不均一になりがちになってしまい、またエッチングレートが減少するといった問題があった。
又、エッチング中に温度分布が起こり、シリコン基板１０１内のエッチング速度がまばらとなり、均一性を損ねてしまうという問題があった。
【０００８】
本発明はこのような点に基づいてなされたものでその目的とするところは、エッチング時に発生・付着する気泡を効果的に剥離・除去して、均一且つ一定速度のエッチングレートの高品質なエッチングを可能にするシリコン基板のエッチング方法とシリコン基板のエッチング装置を提供することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するべく本願発明の請求項１によるシリコン基板のエッチング方法は、エッチングマスクを施したシリコン基板をエッチング液中に浸漬させることによりエッチングを行うようにしたシリコン基板のエッチング方法において、　エッチング液中に空気を供給して空気撹拌することによりシリコン基板において発生・付着する気泡を剥離・除去させ、同時に、エッチング液中に超音波振動を付与することによりシリコン基板において発生・付着する気泡を剥離・除去させるようにしたことを特徴とするものである。
又、請求項２によるシリコン基板のエッチング方法は、請求項１記載のシリコン基板のエッチング方法において、上記シリコン基板をエッチング液の液面に垂直になるような姿勢で浸漬させるようにしたことを特徴とするものである。
又、請求項３によるシリコン基板のエッチング装置は、エッチング液を収容するエッチング液槽と、上記エッチング液槽内に空気を供給して撹拌する空気供給手段と、上記エッチング液槽内に超音波振動を付与する超音波振動付与手段と、
を具備したことを特徴とするものである。
又、請求項４によるシリコン基板のエッチング装置は、請求項３記載のシリコン基板のエッチング装置において、上記エッチング液槽内にてシリコン基板をエッチング液の液面に垂直になるような姿勢で浸漬させて保持するシリコン基板保持手段が設けられていることを特徴するものである。
【００１０】
すなわち、本願発明によるシリコン基板のエッチング方法は、エッチング液中に空気を供給して撹拌することによりシリコン基板において発生・付着する気泡を効果的に剥離・除去すると共に、エッチング液中に超音波振動を付与することによりシリコン基板において発生・付着する気泡をさらに効果的に剥離・除去するように構成したものである。
その際、シリコン基板をエッチング液の液面に垂直になるような姿勢で浸漬させることが考えられ、それによって、エッチング面において発生・付着した気泡の上方への剥離・浮上を促進させようとするものである。
又、請求項３、請求項４は上記内容をシリコン基板のエッチング装置としてクレームしたものである。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下、図１乃至図３を参照して本発明の一実施の形態を説明する。図１は本実施の形態によるシリコン基板のエッチング方法を実施するためのエッチング装置の全体構成を示す図であり、まず、超音波浴槽１がある。この超音波浴槽１内には水３が収容されている。又、この超音波浴槽１には超音波振動発生装置５が設置されていて、この超音波振動発生装置５によって超音波振動を発生させるようになっている。
【００１２】
上記超音波浴槽１内にはエッチング液槽７が収容・配置されている。このエッチング液槽７内には、エッチング液９が収容されている。このエッチング液９ととしては様々なものが想定されるが、この実施の形態においては水酸化カリウム溶液を使用している。又、上記エッチング液槽７の側部には加熱用のヒータ１１が設置されていて、エッチング液９を加熱して所定温度に保持するように構成されている。
【００１３】
上記エッチング液９内にはエッチングの対象物であるシリコン基板１３が浸漬される。上記シリコン基板１３は、図示するように、エッチング液９の液面に対して直交するような姿勢で浸漬・保持されるようになっている。
尚、実際には図２に示すような保持冶具１６を用いてシリコン基板１３を垂直に保持してエッチングを行う。上記保持冶具１６は、プレート１８と、該プレート１８より垂下されたプレート２０と、このプレート２０の下端に設けられたシリコン基板保持部２２とから構成されている。上記シリコン基板保持部２２はシリコン基板１３をその四隅を介して保持するものである。
因みに、図２に示す保持冶具の場合は３枚のシリコン基板１３を保持できるような構成になっている。
【００１４】
又、上記シリコン基板１３の一方の面には、図３に示すように、エッチングマスクとしてのシリコン酸化膜１４が設けられている。又、この実施の形態では、シリコン基板１３のいわゆる（１１０）面を用いることにより、アスペクト比の高いマイクロチャンネルを作成するようにしたものである。そして、フォトリソグラフィーにより酸化膜パターン（シリコン酸化膜１４）が作製されたシリコン基板１３を純水に浸漬させて馴染ませておく。これはシリコン基板１３をエッチング液９内に入れる際に、エッチング開始時の化学反応の影響が出ないようにするためである。
【００１５】
又、上記エッチング液槽７の底面には空気供給手段１５が接続されている。この空気供給手段１５は、エアーポンプ１７と、このエアーポンプ１７の吐出側に接続された空気供給配管１９とから構成されている。この空気供給配管１９の先端は、上記エッチング液槽７の底面に連結されている。このような構成をなす空気供給手段１９によって、エッチング液９内に浸漬されているシリコン基板１３の下方から空気を供給し、それによって、空気撹拌を起こして、シリコン基板にて発生・付着している気泡を剥離・除去させようとするものである。
尚、図中符号２１は空気供給配管１９より供給される空気の気泡を示している。
【００１６】
以上の構成を基にその作用を説明する。まず、エアーポンプ１７を起動して空気供給配管１９を介してエッチング液９中に空気を供給して撹拌する。それと同時にヒータ１１による加熱によってエッチング液９の温度を上昇させる。又、超音波振動発生装置５によって超音波振動を発生・付与する。このような状態でエッチングを開始するものである。
【００１７】
その際、シリコン基板１３はエッチング液９の液面に対して垂直になるような姿勢で浸漬され、その状態を保持する為に図２に示すような保持冶具１６を使用する。これによって、エッチングが開始されることになるが、開始されるとすぐにシリコン基板１３の被エッチング面から気泡が発生する。この気泡がシリコン基板１３のエッチング面に付着してしまい、エッチング面とエッチング液９との接触を遮断してしまうことになる。その結果、その部分におけるエッチングが損なわれることが懸念される。
【００１８】
しかしながら、本実施の形態の場合には、シリコン基板１３がエッチング液９の液面に対して垂直になるような姿勢で浸漬されているので、発生した気泡が上方に効果的に剥離・浮上していき、それによって、気泡の付着に起因した不具合を低減させることができる。
【００１９】
又、それと同時に、本実施の形態の場合には、空気による撹拌、超音波振動を加えることにより、気泡がさらに効果的に剥離・除去されることになる。したがって、気泡に起因した問題は効果的に解決されることになり、アスペクト比の高い深い溝であっても品質の高いエッチングを行うことが可能になる。
【００２０】
ここで、超音波振動のみによって気泡の剥離・除去を行おうとする場合と本実施の形態の場合を比較する実験を行ってみた。実験に際しては、同じマスクパターン、同一結晶面のシリコン基板１３それぞれに新たに用意した水酸化カリウム溶液９を用いて実験を行った。その結果を表１に示す。
【００２１】
【表１】
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【００２２】
上記表１からわかるように、エッチング時に超音波振動と空気撹拌を同時に加えることにより、溝の幅の広がりを抑え、深さ方向のエッチングレートを向上させ、幅に対する深さのアスペクト比が向上させることができるものである。
又、このときのエッチング液層７内の温度分布を測定した。超音波振動のみの場合は、上層部と下層部とで１℃の温度誤差を示した。一方、空気撹拌＋超音波振動の場合には上層部、下層部ともに一定で温度誤差はなかった。この結果からウエットエッチングでは温度によるエッチングレートの依存性が高いため、空気撹拌を用いて実験を行うことでより良い実験結果が得られる。
【００２３】
又、底面の均一性を測定するために、エッチングされた底面の荒れ具合を測定した。結果を表２に示す。
【００２４】
【表２】
2004146545.tif 000004
【００２５】
上記表２からエッチング底面における均一性は、機械的撹拌又は超音波振動のみの方法と比較すると、本実施の形態の場合においては明らかに改善される結果が得られた。又、細かいパターンになるにしたがってウエットエッチングを行う際に、よりよい実験方法が求められてくる。本実施の形態によるエッチング方法を採用することにより、パターンの狭いエッチング、また深い溝のエッチングが可能となるものである。
【００２６】
尚、本実施の形態によるエッチング方法によってエッチングした結果を図３に示す。図３中上側の図はエッチング前の状態であり、下側の図がエッチング後の状態を示している。溝１６内に付着する気泡も効果的に剥離・除去されて均一な深さのエッチングが行われたことがわかる。
【００２７】
以上本実施の形態によると次のような効果を奏することができるものである。まず、エッチング時に発生・付着する気泡の剥離・除去を効果的に行うことができる。これは、まず、シリコン基板１３をエッチング液９の液面に対して直交する方向に向けて浸漬させたからであり、又、空気撹拌と超音波振動を併用するように構成したからである。
気泡の剥離・除去効果が高くなったことにより、エッチングの品質は向上することになり、その結果、パターンの狭いエッチング、また深い溝のエッチング等が可能になったものである。
【００２８】
尚、本発明は前記一実施の形態に限定されるものではない。
例えば、シリコン基板を保持する保持機構の構成はこれを特に限定するものではなく、要は垂直な状態で保持できるものであればよい。
又、空気撹拌のための構成、超音波振動を付与するための構成についてもこれを特に限定するものではない。
その他図示したものはあくまで一例である。
【００２９】
【発明の効果】
以上詳述したように本発明によるシリコン基板のエッチング方法とシリコン基板のエッチング装置によると、エッチング時に発生・付着する気泡の剥離・除去を効果的に行うことができる。これは、空気撹拌と超音波振動の両方を併用するように構成したからである。
又、シリコン基板をエッチング液の液面に対して直交する方向に向けて浸漬させた場合にはその効果をさらに高めることができる。
そして、気泡の剥離・除去効果が高くなるので、エッチングの品質が向上することになり、その結果、パターンの狭いエッチング、また深い溝のエッチング等が可能になるものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施の形態を示す図で、エッチング装置の全体の構成を示す図である。
【図２】本発明の一実施の形態を示す図で、シリコン基板を保持する保持冶具の構成を示しており、図２（ａ）は正面図、図２（ｂ）は側面図、図２（ｃ）は底面図である。
【図３】本発明の一実施の形態を示す図で、エッチング前後の状態を示す断面図である。
【図４】従来例を示す図で、エッチング時における気泡の発生を説明するための図である。
【符号の説明】
１　超音波浴槽
３　水
５　超音波振動発生装置
７　エッチング液槽
９　エッチング液
１１　ヒータ
１３　シリコン基板
１５　圧縮空気供給手段
１７　エアーポンプ
１９　圧縮空気供給配管
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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