(57)【要約】【課題】  誘導結合型プラズマエッチング装置において、処理時間や処理枚数の増加にともない、チャンバー内壁へフッ素化合物のポリマーが付着していくことによる、エッチング速度低下改善およびノズル穴または溝部の深さ方向に対する垂直性およびウェハ面内の深さバラツキ低減方法の確立。【解決手段】  本発明による誘導結合型プラズマエッチング装置を用いてＯ2ガスによるプラズマエッチング処理を本処理前におこなうことで、ダミーウェハを用いなくても同一条件下において得られるエッチング速度を安定的に維持するを可能にした。また、誘導結合型プラズマエッチング装置において加工条件範囲内でエッチング加工を行なうことで、原材料がシリコン単結晶であるノズルウェハ３上にノズル穴２ａまたは供給口７ａ等の溝部を形成する際にエッチング深さに対する垂直性を維持しつつ且つウェハ面内のエッチング深さバラツキを低減できる。【選択図】  図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
誘導結合型プラズマエッチング装置を利用し、エッチング工程によって穴または溝部の形成方法において、
前記誘導結合型プラズマエッチング装置のチャンバーをＯ2ガスによるクリーニング処理を前記エッチング工程前におこなうことを特徴とする穴または溝部の形成方法。
【請求項２】
請求項１記載において、
前記エッチング工程の加工条件は、
下部電極のＲＦ ＰＯＷＥＲは５Ｗ〜３０Ｗ、
コイルのＲＦ ＰＯＷＥＲは５００〜６００Ｗ、
チャンバー内部圧力は３Ｐａ以下、
ＳＦ6ガス及びＣ4Ｆ8ガスの総量は２００ｓｃｃｍ以上、
Ｃ4Ｆ8ガスに対するＳＦ6ガスの比率は０．５〜１．０
であることを特徴とする穴または溝部の形成方法。
【請求項３】
請求項１、２記載の形成方法において、
シリコン基板上にポジレジスト膜やＳｉＯ2膜もしくはＳｉ3Ｎ4膜を成膜し、このポジレジスト膜やＳｉＯ2膜もしくはＳｉ3Ｎ4膜をマスクとしてエッチングすることを特徴とした穴または溝部の形成方法。
【請求項４】
請求項１〜３記載の形成方法により、インクジェットヘッドの構成部材であるシリコン基板上にノズル穴または溝部を形成することを特徴とするインクジェットヘッドの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、誘導結合型プラズマを利用したマイクロマシンに用いるシリコンの穴または溝部の形成方法およびインクジェットヘッドの製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、マイクロマシン技術を用いてＳｉＯ2膜やＳｉ3Ｎ4膜等の保護膜でパターニングされたシリコン基板上に穴または溝部を形成する方法としては、結晶方位を利用してＫＯＨ水溶液やＴＭＡＨ液等のエッチング液で加工する方法やレーザー加工または高密度を利用したプラズマエッチング加工方法がある。特に、シリコン基板の厚さ方向に対する異方性エッチングを行なう方法としては、高密度を利用したプラズマエッチング加工方法が一般的に用いられており、例えば誘導結合型プラズマ装置により、ＳＦ6,ＣＦ4,ＮＦ3のいずれかのガスを用いてエッチングした後、Ｃ2Ｆ6,Ｃ4Ｆ8,ＣＨＦ3のいずれかのガスを用いてフッ素化合物のポリマーを側壁に形成する工程を繰り返すことにより穴または溝部を形成する方法がある。
【０００３】
また、品質を維持する場合において、エッチング速度を常に安定化させることが必要不可欠になってくるが、その場合においては、先行技術として特開平６−３０２５５７号、特開平１０−１１６８１７号の公報記載の発明のように、所望のエッチング深さや形状を得るために、自動処理が可能な補正装置を上記プラズマエッチング装置本体に備えつけ、都度補正を行ないながら処理していくといった方法でエッチング速度を維持管理していく方法がとられている。
【０００４】
【特許文献１】特開平６−３０２５５７号公報
【特許文献２】特開平１０−１１６８１７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
このような上記の反応ガスを用いた誘導結合型プラズマエッチング装置においては、処理時間や処理枚数が増えていくにつれ徐々にチャンバー内壁へフッ素化合物のポリマーが付着していき、エッチング速度が低下していってしまう。
【０００６】
そのため、同じエッチング時間で所望のエッチング深さを得るにはエッチング速度を常に一定に維持する必要がある。エッチング速度を回復させる方法としては、減圧雰囲気のチャンバーを大気開放し、内壁のフッ素化合物のポリマー付着物を削り落とすといったクリーニングをおこなう方法やダミーウェハを使用してエッチング速度が安定する領域で使用するといった方法がある。また、先程述べた特開平６−３０２５５７号、特開平１０−１１６８１７号の公報記載の発明のように、所望のエッチング深さや形状を得るために、自動処理が可能な補正装置をエッチング装置本体に備えつけ、都度補正を行ないながら処理していくといった方法がある（例えば特許文献１および特許文献２参照）。
【０００７】
しかしながら、このようなクリーニング方法ではチャンバーの開閉または内壁のフッ素化合物のポリマー付着物の除去に要するに時間や人工数がかかってしまい、処理枚数が増加すればクリーニング頻度も同様に増えてしまう。また、ダミーウェハを用いる場合や上記特開平６−３０２５５７号、特開平１０−１１６８１７号の公報記載の発明の場合では、エッチング速度が徐々に低下していくとその分だけ余分な加工時間が発生してしまい、場合によっては保護膜の膜厚が減ってしまい保護膜として十分に機能しなくなってしまう。
【０００８】
さらに、上記方法によるクリーニング頻度を減らした場合、所望のエッチング深さを得るために、都度処理時間の調整を行なう必要があるだけでなく、加工処理条件によっては、穴または溝部の深さ方向に対する垂直性およびウェハ面内の深さバラツキにも影響してしまうという問題点があり、課題となっている。
【０００９】
本発明によれば、上記のような非効率な方法を解決し、エッチング速度や加工品質を維持することを可能にすべく、誘導結合型プラズマエッチング装置を利用した穴または溝部の形成方法及びインクジェットヘッドの製造方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
この発明によれば、上記の課題を解決するため、誘導結合型プラズマエッチング装置による本処理加工の前にＯ2ガスによるクリーニング処理をおこなうことにより、チャンバー内壁に付着したフッ素化合物のポリマーを除去することが可能となり、エッチング速度の低下が抑えられる。
【００１１】
その結果、ダミーウェハの必要性も無くなり、毎処理ごとにエッチング速度を計算し、次の加工処理ウェハにフィードバックする手間も省くことが可能となる。
【００１２】
また上記の処理方法に加え、一定の加工処理条件下でエッチングすることでウェハ間におけるエッチング速度についても一定の速度に維持することが可能となり、更にはノズル穴または溝部の深さ方向に対する垂直性およびウェハ面内の深さバラツキを抑えることが実現できるため、インクジェットヘッドの製造が可能となった。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
（実施例１）
本発明に係わるインクジェットヘッドは、図１に示すように、薄肉部１にノズル穴２ａを形成したノズルウェハ３と、キャビティウェハ４と配線板５とから成っている。
【００１４】
図２は図１中の矢印６の方向から見た断面図である。キャビティウェハ４には一方がノズル穴２ａと連通し、他方が供給口７ａと連通した圧力室８が形成され、前記圧力室８の別の一方には振動板９が一体に形成されている。振動板９の配線板５側には空気室１０が形成され、空気室１０の振動板９に対向する位置に電極１１が設けてある。キャビティウェハ４及び振動板９は、表面が絶縁体で覆われた導体である。
【００１５】
電極１１と振動板９に電圧を印加すると、発生する静電吸引力により振動板９が撓み、前記電圧の印加を停止すると前記撓みが復元するという振動動作を行い、圧力室８内の液体インク（以降インクと略記する。）には圧力振動が発生する。前記圧力振動により、ノズル穴２ａよりインクが押し出されてインク滴１２を吐出する。
【００１６】
本発明では、インクジェットヘッドのノズルウェハ３上に形成されたノズル穴２ａおよび供給口７ａや圧力室８等の溝形成方法に際し、図３（ａ）〜（ｃ）に示すように、ノズルウェハ３の表面にノズル穴２ｂおよび供給口７ｂや圧力室８を形成するためのパターニングを行なう。この場合の保護膜１３には、ＳｉＯ2膜が望ましいが、ポジレジスト膜やＳｉ3Ｎ4膜でも良い。
【００１７】
また、ノズルウェハ３はシリコン単結晶が望ましいが、ＧａＡｓやシリコン化合物でも良い。パターニング終了後、図４に示すように誘導結合型プラズマエッチング装置により加工を行なうが、本加工の前にＯ2ガスによりチャンバー内部１６のクリーニング処理を行なう。このＯ2ガスによるクリーニング処理はバッチ処理を行なう前にあらかじめ単独で実施しても良いし、本加工処理のシーケンスに組み入れて実施することでも良い。
【００１８】
さらにＯ2ガスによるクリーニング処理時間は、処理枚数や１加工あたりの処理時間によりチャンバー内部１６の内壁に付着するフッ素化合物のポリマーの堆積量は変化するが、一般的にウェハをセットするキャリアが２５枚であることを考慮すると、約３０ｍｉｎ〜６０ｍｉｎの範囲で処理することが望ましい。
【００１９】
図５に誘導結合型プラズマエッチング装置によるノズルウェハ加工について、１バッチあたり２５枚のものを５バッチ連続処理した際のエッチング速度の推移を示す。Ｏ2ガスによるクリーニングをまったく行なわない場合は、バッチ処理を行なうにつれ、エッチング速度が徐々に低下していく。それに対し、バッチ毎にＯ2ガスによるクリーニングを行なった場合は、エッチング速度が安定して推移しており、５バッチ全体を含めたエッチング速度バラツキを標準偏差により計量すると、Ｏ2ガスによるクリーニングをまったく行なわない場合に比べて、約１／７の速度バラツキで推移した。
（実施例２）
【００２０】
実施例１におけるインクジェットヘッドのノズルウェハ３上に形成されたノズル穴２ａおよび供給口７ａや圧力室８等の溝形成方法において、本発明に関わる誘導結合型プラズマエッチング装置による好適実施例に基づいて以下に説明する。
【００２１】
実施例１で説明したノズルウェハ３のようなエッチング対象の試料を図４に示す誘導結合型プラズマエッチング装置を用いて異方性エッチングを施す場合、本発明の実施の形態では例えば反応ガスとしてＳＦ6を用いるエッチングステップと反応ガスとしてＣ4Ｆ8を用いる堆積ステップとを繰り返す手法を例として用いる。まず、ノズル穴２ｂおよび供給口７ｂや圧力室８等の溝部といったエッチング対象以外の領域をポジレジスト膜やＳｉＯ2膜あるいはＳｉ3Ｎ4膜といった保護膜１３で形成し、減圧下のチャンバー内部１６にある下部電極１４へ搬送によりセットする。
【００２２】
そして、下部電極１４への高周波電力１７の印加によるプラズマエッチングを開始する。この場合、１３．５６ＭＨｚの交流電力１７をコイル１８および下部電極１４に印加しながらエッチングステップと堆積ステップとを交互に繰り返し異方性エッチングを実行する。この場合、両ステップを利用したエッチング加工条件は、以下の範囲であることが好ましい。
【００２３】
誘導結合型プラズマエッチング装置による加工条件
下部電極１４の  ＲＦ ＰＯＷＥＲ ： ５Ｗ〜３０Ｗ。
コイル１８のＲＦ ＰＯＷＥＲ ： ５００〜６００Ｗ。
チャンバー１６の内部圧力 ： ３Ｐａ以下。
ＳＦ6ガス及びＣ4Ｆ8ガスの総量  ： ２００ｓｃｃｍ以上。
Ｃ4Ｆ8ガスに対するＳＦ6ガスの比率  ： ０．５〜１．０。
【００２４】
この理由は下記の通りである。すなわち、ノズルウェハ３上にポジレジスト膜やＳｉＯ2膜あるいはＳｉ3Ｎ4膜といった保護膜１３で形成されたノズル穴２ａおよび供給口７ａ等の溝部を誘導結合型プラズマエッチング装置を用いて加工する際に、先に述べた条件から外れた場合、保護膜１３とノズル穴２ａや供給口７ａ等を形成する部分のエッチング速度の差が小さくなり、保護膜１３としての役割が十分でなくなってしまう。また、図５に示すようにバッチ内におけるウェハの処理順番によってもエッチング速度が徐々に変化してしまうといった影響がでてしまう。
【００２５】
一方、下部電極１４のＲＦ ＰＯＷＥＲが５Ｗ〜３０Ｗの範囲を超えたり、Ｃ4Ｆ8ガスに対するＳＦ6ガスの比率が０．５〜１．０の範囲を超えるとエッチング深さ方向に対する垂直性の維持が確保できなくなってしまう。そのため、先の条件の範囲で加工処理を行なうことが上記の問題点を解消できるものであり、結果的には、エッチング速度が安定するまでダミーウェハ処理を行なう必要性もなくなり、加工コストや産業廃棄物の削減といったメリットがある。
【００２６】
また、ＳＦ6ガスやＣ4Ｆ8ガスについてもダミーウェハ処理に要する量は削減できることから、温暖化防止やエネルギー削減の効果も得られるものである。更に、品質といった観点からはウェハ面内のエッチング深さバラツキの低減をも実現できるものでもある。
【産業上の利用可能性】
【００２７】
以上説明したように、本発明による誘導結合型プラズマエッチング装置を利用した穴または溝部の形成方法及びインクジェットヘッドの製造方法において、同誘導結合型プラズマエッチング装置を用いてＯ2ガスによるプラズマエッチング処理を本処理前におこなうことにより、ダミーウェハを用いなくても同一条件下において得られるエッチング速度を安定的に維持することが実現可能となる。
【００２８】
また、本発明の実施例１におけるインクジェットヘッドのノズルウェハ上に形成されたノズル穴および供給口や圧力室等の溝部の形成方法においては、シリコン基板上にポジレジスト膜やＳｉＯ2膜もしくはＳｉ3Ｎ4膜を成膜し、このポジレジスト膜やＳｉＯ2膜もしくはＳｉ3Ｎ4膜をマスクとして実施例２に示した加工条件でエッチングすることが最適であり、エッチング深さに対する垂直性を維持しつつ且つウェハ面内のエッチング深さバラツキを低減させることができる。
【００２９】
これは、インクジェットヘッドの製造のみならず誘導結合型プラズマエッチング装置を利用したあらゆる分野での応用が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】本発明のインクジェットヘッド外形説明図。
【図２】本発明のインクジェットヘッド断面説明図。
【図３】本発明の実施例１におけるパターニング断面図。
【図４】本発明の実施例１および実施例２における誘導結合型プラズマエッチング装置概略図。
【図５】本発明の実施例１におけるＯ2ガスのクリーニング有無に対するエッチング速度推移図。
【符号の説明】
【００３１】
１      薄肉部                             １０      空気室
２ａ    ノズル穴                           １１      電極
２ｂ    パターニングで得られたノズル穴部   １２     インク滴  
３      ノズルウェハ                       １３     保護膜
４      キャビティウェハ                   １４     下部電極
５      配線板                             １５     反応ガス供給口
６      矢印                               １６     チャンバー内部
７ａ    供給口                             １７     高周波電力
７ｂ    パターニングで得られた供給口部     １８     コイル
８      圧力室                             １９     排気口
９      振動板
【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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