(57)【要約】  本発明の石英エッチング方法は、石英ガラス基板上にマスクを形成し、フッ酸系エッチャント溶液を用いてエッチングを施す。この石英エッチング方法は、石英ガラス基板を準備し、前記石英ガラス基板上に所定のパターンを有するマスクを形成し、前記石英ガラス基板にエッチングを施す。石英ガラス基板を準備する際には、含有するＯＨ基濃度が３００ｐｐｍ以下であるという基準で前記石英ガラス基板を選択する。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
石英ガラス基板上にマスクを形成し、フッ酸系エッチャント溶液を用いてエッチングを施す石英エッチング方法であって、
石英ガラス基板を準備し、
前記石英ガラス基板上に所定のパターンを有するマスクを形成し、
前記石英ガラス基板にエッチングを施し、
前記石英ガラス基板を準備する際に、
含有するＯＨ基濃度が３００ｐｐｍ以下であるという基準で前記石英ガラス基板を選択する、
石英エッチング方法。
【請求項２】
前記石英ガラス基板を準備する際に、
複屈折率が１０ｎｍ／ｃｍ以下
という基準で前記石英ガラス基板を選択する、
請求項１に記載の石英エッチング方法。
【請求項３】
前記石英ガラス基板を準備する際に、
ＶＡＤ法により製造された合成石英からなるという基準で前記石英ガラス基板を選択する、
請求項１又は請求項２に記載の石英エッチング方法。
【請求項４】
前記石英ガラス基板を準備する際に、脈理フリーであるという基準で前記石英ガラス基板を選択する、
請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の石英エッチング方法。
【請求項５】
前記マスクを形成する際に、
前記マスクは、少なくとも、主成分がクロムである、
請求項１から請求項４のいずれか一項に記載の石英エッチング方法。
【請求項６】
前記石英ガラス基板にエッチングを施す際に、
前記石英ガラス基板を、前記フッ酸系エッチャント溶液に浸漬する、
請求項１から請求項５のいずれか一項に記載の石英エッチング方法。
【請求項７】
請求項１から請求項６のいずれか一項に記載の石英エッチング方法によって製造されたエッチング基板。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、石英エッチング方法及びエッチング基板に関し、特にエッチングにより石英基板等を加工する際に用いて好適な技術に関する。
本願は、２０１９年５月７日に日本に出願された特願２０１９−０８７８３２号に基づき優先権を主張し、その内容をここに援用する。
【背景技術】
【０００２】
フォトマスクや、他の石英ガラス基板を用いた製品において、所定の形状を得るために石英に対して部分的にエッチャントによるウェットエッチングをおこなう場合がある。
この際、所定部分をマスクした後、ガラス基板をエッチングすることが可能な薬液（例えば、フッ化水素酸、フッ化アンモニウム、水酸化カリウムなど）に同基板を浸漬することにより、マスクに覆われておらずガラスが露出した領域のみガラスが侵食（エッチング）される。
ガラス基板に対するフッ酸系のエッチャントによるウェットエッチングにおいて金属マスク材料としてクロム（Ｃｒ）が用いられる。（特許文献１）【０００３】
ここで、上記のエッチングでは、ガラス基板の表面におけるエッチング処理されるそれぞれの位置で、エッチング量が均一であることが必要である（特許文献２、３）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】国際公開第２０１４／０８０９３５号
【特許文献２】日本国特許第５７９６５９８号
【特許文献３】日本国特表２０１０−５０２５３８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかし、エッチャントの条件、および、エッチング条件を正確にそろえた場合でも、ガラス基板の表面の各位置でのエッチング量に差が出る場合、や、ガラス基板ごとにエッチング量に差が生じる場合があるという問題があった。【０００６】
特に、ガラス基板の面内位置によるエッチング量の差の分布が、ガラス基板の表裏面で対応するように分布が生じることから、ガラス基板の材質に起因してエッチング量のバラツキが生じると考えられる。【０００７】
本発明は、上記の事情に鑑みてなされたもので、以下の目的を達成しようとするものである。
１．石英のエッチングの精度を向上すること。
２．石英ガラス基板のエッチングにおいて面内位置でのエッチング量のばらつき発生を低減すること。
３．石英ガラス基板のエッチングにおいて、基板ごとのエッチング量のばらつき発生を低減すること。
４．石英ガラス基板のエッチングにおいて、処理バッチごとのエッチング量のばらつき発生を低減すること。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
ここで、ＭＥＭＳ用パッケージ、センサー用部品、光学部品などの加工においては、エッチング深さに対して数％程度の高精度の加工が要求される。特に、数百μｍ程度の深いエッチング加工において、公差±数μｍが必要とされた場合、エッチング深さに対する許容されるバラツキの割合は、１％程度になってきている。
化学反応であるエッチングにおいては、ある一定スピード（エッチングレート）でエッチング加工が行われる。
このエッチングレートのバラツキとしては、各基板の面内における複数の箇所（例えば、基板面上における中央部分や周辺部分等）でのエッチングレートのバラツキ（基板面内のバラツキ）と、複数の基板の各々におけるエッチングレートのバラツキ（基板間のバラツキ）とが考えられる。エッチングレートのバラツキは、上記２つのバラツキの最終的なエッチング深さ・幅のバラツキの値として表される。【０００９】
つまり、エッチング深さバラツキの値であるデルタエッチング深さバラツキに関しては、
「デルタエッチングレートバラツキ」×「エッチング時間」＝「デルタエッチング深さバラツキ」
という関係がある。
したがって、エッチング時間が長くなればエッチング深さバラツキは大きくなる。
言い換えると、
「デルタエッチングレートバラツキ％」×「エッチング深さ」＝「デルタエッチング深さバラツキ」
という関係がある。
したがって、エッチング深さが深い程、デルタエッチング深さバラツキの値は、大きくなる。【００１０】
しかし、一般的には加工深さ（エッチング深さ）が１０μｍ、１００μｍ程度の違いであれば、公差±数μｍとする、といったようにあらかじめ設定できる。これに対して、加工深さが深くなるほど精度を確保する難易度が上がってしまう。
当然のことながら、加工深さが浅く、公差が厳しい場合も同様となる。例えば、加工深さに対して公差が１％であれば、少なくとも材料に起因するエッチングレートのバラツキを１％以下にしなければ、材料以外のバラツキの要因を仮にゼロにしても、要求された加工精度を満たすことはできない。【００１１】
このような事情に基づいて、本発明は、例えば、２５０μｍ程度の深さで加工する際に、±２．５μｍ程度となる要求精度の維持を可能とするためになされたものである。
なお、特許文献２、３では、本発明が対象とする加工精度と同等レベルであり、１％レベルのエッチングバラツキを議論している。【００１２】
本発明の一態様に係る石英エッチング方法は、石英ガラス基板上にマスクを形成し、フッ酸系エッチャント溶液を用いてエッチングを施す。この石英エッチング方法は、石英ガラス基板を準備し（準備工程）、前記石英ガラス基板上に所定のパターンを有するマスクを形成し（マスク形成工程）、前記石英ガラス基板にエッチングを施す（エッチング工程）。前記石英ガラス基板を準備する際に（準備工程の際に）、含有するＯＨ基濃度が３００ｐｐｍ以下であるという基準で前記石英ガラス基板を選択する。これにより上記課題を解決した。
本発明の一態様は、前記石英ガラス基板を準備する際に（準備工程の際に）、複屈折率が１０ｎｍ／ｃｍ以下という基準で前記石英ガラス基板を選択することができる。
本発明の一態様において、前記石英ガラス基板を準備する際に（準備工程の際に）、ＶＡＤ法により製造された合成石英からなるという基準で前記石英ガラス基板を選択することが好ましい。
本発明の一態様は、前記石英ガラス基板を準備する際に（準備工程の際に）、脈理フリーであるという基準で前記石英ガラス基板を選択することが可能である。
また、本発明の一態様において、前記マスクを形成する際に（マスク形成工程の際に）、前記マスクは、少なくとも、主成分がクロムであってもよい。
本発明は、前記石英ガラス基板にエッチングを施す際に（エッチング工程の際に）、前記石英ガラス基板を、前記フッ酸系エッチャント溶液に浸漬することができる。
また、本発明の一態様に係るエッチング基板は、上記のいずれかに記載の石英エッチング方法によって製造されたことが好ましい。【００１３】
本発明の一態様に係る石英エッチング方法は、石英ガラス基板上にマスクを形成し、フッ酸系エッチャントを用いてエッチングを施す石英エッチング方法であって、石英ガラス基板を準備する準備工程と、前記石英ガラス基板上に所定のパターンを有するマスクを形成するマスク形成工程と、前記石英ガラス基板にエッチングを施すエッチング工程と、を有し、前記準備工程において、含有するＯＨ基濃度が３００ｐｐｍ以下であるという基準で前記石英ガラス基板を選択する。これにより、エッチング箇所、すなわち、マスクの形成されていない部分におけるエッチング量のバラツキ発生を防止することができる。具体的には、エッチング工程後のエッチング深さのバラツキであり、被処理基板にとなる石英ガラス基板の表面におけるエッチング箇所の位置の違いによるエッチング量のバラツキを低減する。さらに、同一バッチ処理における異なる複数の石英ガラス基板の各々における表面におけるエッチング箇所でのエッチング量のバラツキを低減する。さらに、異なるバッチ間における石英ガラス基板における表面におけるエッチング箇所の位置の違いによるエッチング量のバラツキを低減する。さらに、バラツキの発生低減と、バラツキそのもの、つまり、エッチング深さの差そのものを低減することが可能となる。【００１４】
代表的な合成石英ガラスの製造方法として、直接法とスート法がある。ともに材料となるＳｉＣｌ４をＨ２、Ｏ２と一緒に燃焼させてＳｉＯ２を合成する。
直接法は、四塩化ケイ素（ＳｉＣｌ４）を酸水素火炎中で加水分解し、直接的に、堆積・ガラス化することによりシリカガラスを合成する方法である。
スート法では最初にシリカの微粒子を生成して多孔質体を形成する。次に適当な雰囲気中での熱処理により、ＯＨ基を制御する。最後に、高温で透明ガラス化する。この合成方法は、複数の工程を有するため、ガラスの性状を制御しやすい。【００１５】
ここで、ガラスの主な不純物としては、Ｓｉ−ＯＨ、Ｓｉ−Ｃｌの形で含まれるＯＨ基とＣｌ基がある。一般的に、直接法で製造されたガラスでは、ＯＨ基の濃度が４００〜１５００ｐｐｍ程度となる。また、スート法に分類されるＶＡＤ法で製造されたガラスでは、ＯＨ基の濃度が２００ｐｐｍ以下となる。直接法とスート法とにおいて製造されたガラスには、このような違いがある。
主要な不純物であるＯＨ基の濃度を３００ｐｐｍ以下とした石英ガラス基板を採用することによって、エッチングレートのバラツキの原因となる組成のバラツキを抑え、エッチングレートのバラツキを１％以下にすることができる。【００１６】
本発明の一態様に係る石英エッチング方法においては、前記準備工程において、複屈折率が１０ｎｍ／ｃｍ以下という基準で前記石英ガラス基板を選択することができる。これにより、含有するＯＨ基濃度が３００ｐｐｍ以下であることが可能となる。したがって、エッチング箇所、すなわち、マスクの形成されていない部分におけるエッチング量のバラツキ発生を防止することができる。具体的には、エッチング工程後におけるエッチング深さのバラツキであり、被処理基板にとなる石英ガラス基板における表面におけるエッチング箇所の位置の違いによるエッチング量のバラツキを低減する。さらに、同一バッチ処理における異なる複数の石英ガラス基板の各々における表面におけるエッチング箇所でのエッチング量のバラツキを低減する。さらに、異なるバッチ間における石英ガラス基板における表面におけるエッチング箇所の位置の違いによるエッチング量のバラツキを低減する。さらに、バラツキの発生低減と、バラツキそのもの、つまり、エッチング深さの差そのものを低減することが可能となる。【００１７】
これは、ガラスの応力・歪みもエッチングレートに影響を及ぼすからである。
複屈折は、ガラス中の残留応力が原因としてしられている。本発明では、石英ガラス基板の複屈折率を１０ｎｍ／ｃｍ以下とすることによって、エッチングレートのバラツキを１％以下にすることができる。
また、複屈折は、石英ガラス製造工程で除去しきれずに残留した応力のみならず、その後の基板の切り出す際に生じた応力等、基板に残留する応力全体を反映する値である。このため、複屈折率により用いるガラス基板を規定することは、応力のバラツキによるエッチングレートのバラツキを低減させるためには良い指標となる。【００１８】
本発明の一態様に係る石英エッチング方法においては、前記準備工程において、ＶＡＤ法により製造された合成石英からなるという基準で前記石英ガラス基板を選択する。これにより、含有するＯＨ基濃度が３００ｐｐｍ以下であり、複屈折率が１０ｎｍ／ｃｍ以下であることが可能となる。したがって、エッチング箇所、すなわち、マスクの形成されていない部分におけるエッチング量のバラツキ発生を防止することができる。具体的には、エッチング工程後におけるエッチング深さのバラツキであり、被処理基板にとなる石英ガラス基板における表面におけるエッチング箇所の位置の違いによるエッチング量のバラツキを低減する。さらに、同一バッチ処理における異なる複数の石英ガラス基板の各々における表面におけるエッチング箇所でのエッチング量のバラツキを低減する。さらに、異なるバッチ間における石英ガラス基板における表面におけるエッチング箇所の位置の違いによるエッチング量のバラツキを低減する。さらに、バラツキの発生低減と、バラツキそのもの、つまり、エッチング深さの差そのものを低減することが可能となる。【００１９】
これは、スート法（ＶＡＤ法）で製造された石英ガラス基板は、合成時の温度が低いために塩素や金属などの不純物の混入が少ないという特徴による。
スート法では、最初にシリカ微粒子を生成して多孔質体を形成し、次に適当な雰囲気中（真空、Ｈｅ中など）での熱処により焼結・ガラス透明体化する工程を有する。このため、スート法では、焼結・ガラス透明体化する工程において、ＯＨ濃度、塩素濃度を所定の範囲に制御することが可能である。
これにより、ＯＨ濃度を１ｐｐｍ未満〜２００ｐｐｍの範囲とし、金属を０．０１ｐｐｍ未満の範囲とするとともに、塩素については３００ｐｐｍ以下とする。さらに塩素については、１ｐｐｍ以下と実質的に全く含まないことも可能である。したがって、エッチングレートへの影響を及ぼす不純物を減らすことができる。このため、ＶＡＤ法により製造された石英ガラス基板を選択することが望ましい。【００２０】
本発明の一態様に係る石英エッチング方法においては、前記準備工程において、脈理フリーであるという基準で前記石英ガラス基板を選択する。これにより、エッチング箇所、すなわち、マスクの形成されていない部分におけるエッチング量のバラツキ発生を防止することができる。具体的には、エッチング工程後におけるエッチング深さのバラツキであり、被処理基板にとなる石英ガラス基板における表面におけるエッチング箇所の位置の違いによるエッチング量のバラツキを低減する。さらに、同一バッチ処理における異なる複数の石英ガラス基板の各々における表面におけるエッチング箇所でのエッチング量のバラツキを低減する。さらに、異なるバッチ間における石英ガラス基板における表面におけるエッチング箇所の位置の違いによるエッチング量のバラツキを低減する。さらに、バラツキの発生低減と、バラツキそのもの、つまり、エッチング深さの差そのものを低減することが可能となる。【００２１】
ここで、直接法は、ＳｉＯ２の合成と同時にガラス化されるために材料ガス（ＳｉＣｌ４、Ｈ２、Ｏ２）の流量の変化（脈動）により組成のバラツキが生じ、脈理（層状）が発生し易い。
これに対し、スート法では最初にシリカ微粒子を生成して多孔質体を形成する工程と、次に適当な雰囲気中（真空、Ｈｅ中など）での熱処理により焼結・ガラス透明体かする工程と、少なくとも２段階以上の製造プロセスからなっている。このため、スート法は、ＯＨ基濃度やＣｌ基濃度の調整だけでなく、脈理がないなど性状の制御が容易である。したがって、ＶＡＤ法により脈理フリーとして製造された石英ガラス基板を選択することが望ましい。
なお、脈理とはガラス中の化学的成分の異なった部分のことであり、線状、もしくは、層状に観察される。例えば、点光源とレンズからなる脈理検査器を用い、対面を研磨したガラスの内部の脈理が最も濃く見える位置で、日本光学硝子工業会指定の標準試料と比較検査し、観察できないことを脈理フリーと称する。【００２２】
また、本発明の一態様に係る石英エッチング方法において、前記マスク形成工程において、前記マスクは、少なくとも、主成分がクロムである。これにより、エッチング箇所以外をエッチャントから保護することができる。【００２３】
本発明の一態様に係る石英エッチング方法においては、前記エッチング工程において、前記石英ガラス基板を、前記フッ酸系エッチャント溶液に浸漬する。これにより、複数枚の石英ガラス基板を一バッチとして同時に処理するとともに、これを複数回おこなうことで、複数バッチ処理をすることができる。【００２４】
また、本発明の一態様に係るエッチング基板は、上記のいずれかに記載の石英エッチング方法によって製造されたことができる。
【発明の効果】
【００２５】
本発明の一態様によれば、エッチング箇所におけるエッチング量のバラツキとして、基板表面の面内におけるエッチング箇所の位置と、同一バッチ処理において石英ガラス基板が異なることと、バッチ処理が異なること、とに起因したバラツキを低減することができるという効果を奏することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】本発明の第１実施形態に係る石英エッチング方法を示す断面工程図である。
【図２】本発明の第１実施形態に係る石英エッチング方法を示す断面工程図である。
【図３】本発明の第１実施形態に係る石英エッチング方法を示す断面工程図である。
【図４】本発明の第１実施形態に係る石英エッチング方法を示す断面工程図である。
【図５】本発明の第１実施形態に係る石英エッチング方法を示す断面工程図である。
【図６】本発明の第１実施形態に係る石英エッチング方法を示す断面工程図である。
【図７】本発明の第１実施形態に係る石英エッチング方法を示すフローチャートである。
【図８】本発明の実施例に係る石英エッチング方法の実験例を示す図であり、石英エッチング基板におけるエッチング位置を示す模式図である。
【図９】本発明の実施例に係る石英エッチング方法の実験例を示す図であり、エッチング量のばらつきを示すグラフである。
【図１０】本発明の実施例に係る石英エッチング方法の実験例を示す図であり、エッチング量のばらつきを示すグラフである。
【図１１】本発明の実施例に係る石英エッチング方法の実験例を示す図であり、エッチング量のばらつきを示すグラフである。
【図１２】本発明の実施例に係る石英エッチング方法の実験例を示す図であり、エッチング量のばらつきを示すグラフである。
【図１３】本発明の実施例に係る石英エッチング方法の実験例を示す図であり、エッチング量の分布を示す図である。
【図１４】本発明の実施例に係る石英エッチング方法の実験例を示す図であり、エッチング量の分布を示す図である。
【図１５】本発明の実施例に係る石英エッチング方法の実験例を示す図であり、エッチング量の分布を示す図である。
【図１６】本発明の実施例に係る石英エッチング方法の実験例を示す図であり、エッチング量の分布を示す図である。
【図１７】本発明の実施例に係る石英エッチング方法の実験例を示す図であり、エッチング量の分布を示す図である。
【図１８】本発明の実施例に係る石英エッチング方法の実験例を示す図であり、エッチング量のばらつきを示すグラフである。
【図１９】本発明の実施例に係る石英エッチング方法の実験例を示す図であり、エッチング量の分布を示す図である。
【図２０】本発明の実施例に係る石英エッチング方法の実験例を示す図であり、エッチング量の分布を示す図である。
【図２１】本発明の実施例に係る石英エッチング方法の実験例を示す図であり、エッチング量のばらつきを示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００２７】
以下、本発明の第１実施形態に係る石英エッチング方法及びエッチング基板を、図面に基づいて説明する。
図１〜図６は、本実施形態におけるエッチング方法を示す断面工程図であり、図７は、本実施形態における石英エッチング方法を示すフローチャートであり、図において、符号１０は、石英ガラス基板である。
【００２８】
本実施形態に係る石英エッチング方法は、石英ガラス基板１０上にマスク１１を形成し、フッ酸系エッチャント溶液（エッチング液）を用いてエッチングを施すエッチング方法である。
本実施形態における石英エッチング方法においては、図１〜図７に示すように、準備工程Ｓ０１と、前処理工程Ｓ０２と、マスク形成工程Ｓ０３と、石英ガラス基板にエッチングを施すエッチング工程Ｓ０４と、マスク除去工程Ｓ０５と、を有する。
【００２９】
図７に示す準備工程Ｓ０１は、所定の基準に合致する石英ガラス基板１０を準備する。
具体的には、含有するＯＨ基濃度が３００ｐｐｍ以下、好ましくは、２００ｐｐｍ以下０ｐｐｍ以上であるという基準で石英ガラス基板１０を選択する。
このとき、複屈折率が１０ｎｍ／ｃｍ以下１ｎｍ／ｃｍ以上という基準で石英ガラス基板１０を選択する。さらに、ＶＡＤ法により製造された合成石英からなるという基準で石英ガラス基板１０を選択する。また、脈理フリーであるという基準で石英ガラス基板１０を選択する。
【００３０】
本実施形態の石英エッチング方法における前処理工程Ｓ０２は、図１に示すように、エッチングがおこなわれる石英ガラス基板１０の被加工面１０Ａを研磨して、研磨後の石英ガラス基板１０を洗浄する。
ここで、例えば、研磨パッド５０と、酸化セリウム、望ましくは、コロイダルシリカを主成分とする研磨液とを用いて石英ガラス基板１０の被加工面１０Ａを研磨する。この研磨工程の回数としては、０回から任意の複数回行うことができる。研磨処理後の石英ガラス基板１０を公知の洗浄方法を用いて洗浄し、基板面に付着した研磨液などを除去する。石英ガラス基板１０の洗浄方法としては、洗剤を用いて洗浄した後、純水洗浄を施すのが一般的である。
【００３１】
前処理工程Ｓ０２が終了した後、図７に示すマスク形成工程Ｓ０３として、石英ガラス基板１０上に所定のパターンを有するマスク１１を形成する。
ここでは、マスク材膜形成工程と、エッチングマスク形成工程と、を有する。マスク材膜形成工程は、石英ガラス基板１０上にエッチングマスク１１となるマスク材膜（マスク）１１Ａを形成する。エッチングマスク形成工程は、マスク材膜１１Ａ上にレジストパターン１２をパターン形成し、マスクとしてのレジストパターン１２を介してマスク材膜１１Ａを部分的に除去してエッチングマスク１１を得る。
【００３２】
マスク材膜形成工程においては、図２に示すように、石英ガラス基板１０上にエッチングマスク１１となるマスク材膜（マスク）１１Ａを形成する。このように石英ガラス基板１０とマスク材膜１１Ａとで積層構造体３０を構成する。マスク材膜１１Ａとしては、主成分がクロムで、１５ａｔｏｍ％以上、３９ａｔｏｍ％未満の窒素を含む膜を主層として有する。あるいは、マスク材膜１１Ａとして、クロム／金（Ｃｒ／Ａｕ）などの積層金属とすることもできる。なお、マスク材膜１１Ａとしてのクロム膜の平均厚さは、５〜５００ｎｍ、例えば、１００〜３００ｎｍとすることができる。
【００３３】
マスク材膜１１Ａとしてのクロム膜の成膜方法としては、量産性等を考慮して、スパッタリング法を用いることが好ましい。この場合、スパッタガスとしては、アルゴンガス、窒素ガス及び二酸化炭素ガスの混合ガスを用いることが好ましく、所望の応力、反射率が得られるように、流量比を設定できる。特に膜中の窒素濃度が上記の範囲となるように窒素ガス流量等の条件を設定する。なお、スパッタリング装置としては、公知の構造を有する装置を用いることができる。
【００３４】
ここで、マスク材膜１１Ａの膜組成は、主成分としてクロムを１５ａｔｏｍ％以上、３９ａｔｏｍ％未満の窒素を含むように調整されて成膜されていてもよい。マスク材膜１１Ａのエッチャント耐性を調整するために、マスク材膜１１Ａに窒素を含有させる場合には、反応性スパッタリング法により成膜することが好ましい。この場合、マスク材膜１１Ａを成膜する際には、所定の組成（クロム）のターゲットを用い、スパッタリングガスとしてアルゴンなどの不活性ガスに窒素を添加すればよい。さらに、各種酸化窒素、各種酸化炭素などの酸素、窒素、若しくは、炭素などを含むガスを適宜添加することもできる。また、マスク材膜１１Ａの窒素濃度は、スパッタガス割合およびスパッタパワーを制御することで調整する。
【００３５】
エッチングマスク形成工程では、マスク材膜１１Ａ上にレジストパターン１２をパターン形成し、マスクとしてのレジストパターン１２を介してマスク材膜１１Ａを部分的に除去してエッチングマスク１１を得る。
ここではまず、積層構造体３０のマスク材膜１１Ａにレジストを塗布し、レジストを露光、現像処理することで、図３に示すように、開口部１２ａを有するレジストパターン１２を形成する。あるいは、ドライフィルムを用いることもできる。
次いで、図４に示すように、レジストパターン１２をマスクとする湿式エッチング処理によりマスク材膜１１Ａを部分的に除去することで、レジストパターン１２の開口部１２ａに通じる開口部１１ａをマスク材膜１１Ａに形成する。これにより、所定形状の平面パターンを有するエッチングマスク１１を得る。
【００３６】
図７に示すエッチング工程Ｓ０４では、石英ガラス基板１０上に形成されたエッチングマスク１１およびレジストパターン１２をマスクとし、フッ酸系のエッチャント溶液を用いた湿式エッチング処理を行う。
エッチング液としては、例えば、フッ酸を含むエッチング液（フッ酸系エッチング液）を用いることができる。フッ酸を含むエッチング液としては、特に限定されないが、目的とする処理速度が速い場合はフッ酸濃度を高く、処理速度が遅い場合はフッ酸濃度を低くすることができる。
【００３７】
この湿式エッチング処理では、レジストパターン１２の開口部１２ａに連続するエッチングマスク１１の開口部１１ａから等方的に石英ガラス基板１０のエッチングを進行させる。これにより、図５に示すように、開口部１１ａに対応する位置に断面半円型の凹部１０ｂを形成する。石英ガラス基板１０のエッチング処理にはフッ酸系のエッチャントを用いるのが一般的である。フッ酸系のエッチャントとしては、フッ酸、フッ酸と無機酸の混合液、フッ酸にフッ化アンモニウムを加えたＢＦＨ、が用いられることができる。
【００３８】
具体的には、この湿式エッチング処理において、次のようなエッチング装置を用いる。
このエッチング装置は、基板支持部と、貯留槽と、揺動部と、循環部とを有する。
エッチング装置は、基板支持部に複数の石英ガラス基板１０を保持して、これら複数の石英ガラス基板１０を１バッチとする。さらに、複数の石英ガラス基板１０および基板支持部を貯留槽に貯留されたエッチング液に浸漬する。
【００３９】
同時に、揺動部によって、基板支持部を支持するとともに基板支持部を揺動可能とする。さらに、石英ガラス基板１０を貯留槽のエッチング液の内部に浸漬した状態で、循環部は、貯留槽の内部のエッチング液を循環可能とする。
【００４０】
これにより、エッチング装置においては、例えば、５枚の石英ガラス基板１０を１バッチとして、湿式エッチング処理を行う。
所定時間エッチング液に浸漬した後、貯留槽から複数の石英ガラス基板および基板支持部を引き上げて、洗浄部により石英ガラス基板１０からエッチング液を洗浄する。
【００４１】
このように、石英ガラス基板１０を揺動させること、および、エッチング液Ｅを循環させることで、複数の石英ガラス基板１０における複数の開口部１１ａに対応したエッチング箇所でのエッチング量を均一化する。
さらに、処理の終わった石英ガラス基板１０に変えて新たな石英ガラス基板１０を基板支持部にセットして、次のバッチ処理をおこなう。
【００４２】
マスク除去工程Ｓ０５では、図６に示すように、石英ガラス基板１０上のエッチングマスク１１およびレジストパターン１２を、公知の剥離方法を用いて剥離すれば、一面側に微細凹凸構造を構成する凹部１０ｂが形成された石英ガラス基板を得ることができる。この石英ガラス基板は、フォトマスク、あるいは、ＭＥＭＳ（Ｍｉｃｒｏ  Ｅｌｅｃｔｒｏ  Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ  Ｓｙｓｔｅｍｓ）や、ＤＮＡ（ｄｅｏｘｙｒｉｂｏｎｕｃｌｅｉｃ  ａｃｉｄ）チップに代表されるようなバイオ関係であるバイオチップなどの特定の機能部品、および、これらの中間体等とすることもできる。
【００４３】
本実施形態においては、湿式エッチングにより石英ガラス基板１０に凹部１０ｂを形成する。
このとき、準備工程Ｓ０１において、上述したように、所定の基準により石英ガラス基板１０を準備することで、１枚の石英ガラス基板１０において、複数のエッチング箇所となる凹部１０ｂにおけるエッチング量が等しくなるようにできる。また、同一バッチの複数枚の石英ガラス基板１０において、複数のエッチング箇所となる凹部１０ｂにおけるエッチング量が等しくなるようにできる。さらに、異なるバッチの複数枚の石英ガラス基板１０において、複数のエッチング箇所となる凹部１０ｂにおけるエッチング量が等しくなるようにできる。
【００４４】
本実施形態においては、以下のことに留意する必要がある。
少なくとも、石英ガラス基板１０の一面において異なる位置でのエッチングレートが均一でない場合には、石英ガラス基板１０に複数のチップを配列していずれも同一形状となるように加工することができない。
したがって、石英ガラス基板１０の一面において、異なる位置でのエッチングレートが均一であることが必要である。
【００４５】
また、実施例に記載した６インチ角程度の大きな石英ガラス基板を処理する場合には、石英ガラス基板におけるエッチングレート分布が、石英ガラス基板での位置によらずに均一である必要がある。
したがって、石英ガラス基板１０の一面において、異なる位置でのエッチングレートが均一であることが必要である。
【００４６】
ここで、石英ガラス基板ごとに、複数のエッチング箇所の深さをそれぞれ管理しながら、一枚ずつ加工する枚葉式処理が知られている。この処理方法においては、石英ガラス基板における面内でのエッチングレートの分布が均一であれば、個々の加工位置において、充分な加工精度を維持することができる。しかし、この場合には、生産性は劣る。
【００４７】
これに対して、複数枚の石英ガラス基板を同時に加工するバッチ式処理は、枚葉式処理に比べて、生産性の点で有利である。しかし、バッチ式処理として複数枚の石英ガラス基板の処理を同時に可能とするためには、少なくとも同一バッチとして処理する石英ガラス基板において、すべてのエッチング箇所において、いずれもエッチングレートが均一であることが必要である。
したがって、同一バッチとして処理する複数枚の石英ガラス基板１０において、全ての位置でのエッチングレートが、いずれも均一であることが必要である。
【００４８】
さらに、バッチに組む石英ガラス基板、つまり、同一バッチとして処理する複数枚の石英ガラス基板を選定する際に、エッチングレートの異なる基板が混ざっている場合、エッチングレート毎に基板を分別することはできない。このため、エッチングレートの異なる基板が混ざっている場合には、バッチを組むことができない、つまり、バッチ式処理をおこなうことができない。
したがって、同一バッチとして処理する複数枚の石英ガラス基板１０において、全ての基板でのエッチングレートが、いずれも同一であることが必要である。
【００４９】
また、石英ガラス基板のロットによってエッチングレートが異なる場合は、ロット毎にバッチを区分する必要がある。この場合には、端数によりバッチが組みづらくなる。さらに、この場合、ロット毎にエッチングレートを事前に測定しておく手間も増えてしまう。
したがって、同一バッチとして処理する複数枚の石英ガラス基板１０において、全てのロットでのエッチングレートが、いずれも同一であることが必要である。
【００５０】
なお、凹部１０ｂの形状としては、適宜選択することができる。
【実施例】
【００５１】
以下、本発明の実施例に係る石英エッチング方法の実験例について説明する。【００５２】
＜実験例１〜３＞
石英ガラス基板としては、厚さ１ｍｍで、６インチ角の石英ガラス基板（ＶＡＤ法、ＯＨ基：２００ｐｐｍ以下、複屈折率：１０ｎｍ／ｃｍ以下）を使用した。まず、石英ガラス基板を洗剤、純水を用いて洗浄後、ＤＣスパッタリング法を用いて次の条件でクロム膜を成膜した。【００５３】
スパッタガス：Ａｒ／Ｎ２  ＝  ８６／８（ｓｃｃｍ）
ＣＤパワー：１．６ｋＷ
成膜されたクロム膜の膜厚１５０．０ｎｍにおけるＡＥＳによる分析の結果、成膜されたクロム膜に含まれるガス成分は、
Ｏ／Ｃ／Ｎ  ＝  １０／６／１５ａｔｏｍ％
であった。【００５４】
成膜されたクロム膜の上にポジ型感光性レジストを１μｍの膜厚を有するようにスピンコーターで塗布した。次いで、感光性レジストを露光し、現像処理し、硝酸第二セリウムアンモニウムを主成分とするクロム用エッチング液でクロム膜をエッチングし、石英ガラス基板対するエッチング用マスクパターンを得た。【００５５】
ここで、１枚の石英ガラス基板におけるエッチング箇所を、図８に示すように、縦横４箇所ずつ、１６箇所設定した。図８において、それぞれのエッチング箇所には、１−１、１−２、〜、４−４までの符号が付されている。
なお、各エッチング箇所は、縦横が互いに４０ｍｍ間隔となるように設定した。また、それぞれのエッチング箇所は、一箇所の面積が５ｍｍ×５ｍｍとなるように設定した。【００５６】
次いで、石英ガラス基板を５枚／バッチとして、エッチング装置により、フッ酸を主成分とするガラスエッチング液に石英ガラス基板を浸漬して揺動するとともにエッチング液を循環して、石英ガラス基板のエッチングを行った。
またエッチング処理の条件としては、次のように設定した。
エッチャント溶液；  ＢＨＦ【００５７】
これにより、エッチング箇所におけるエッチング深さが２５０μｍとなるようにエッチングをおこなった。
さらに、３バッチ繰り返して、それぞれを実験例１〜３とした。【００５８】
それぞれの実験例となるバッチごとで、各石英ガラス基板のエッチング箇所におけるエッチング量、つまり、エッチング深さを測定した。その結果を図９〜図１１に示す。
図９〜図１１においては、バッチ全体での平均値を基準にした比率％で示している。また、図９〜図１１においては、各バッチにおける何枚目の石英ガラス基板であるかをＰｌｅｔｅ１〜５で示している。【００５９】
＜実験例４＞
石英ガラス基板として、厚さ１ｍｍで、６インチ角の石英ガラス基板（直接法、ＯＨ基：６００−１３００ｐｐｍ、複屈折率：３０ｎｍ／ｃｍ）を用い、同様にして、エッチング箇所におけるエッチング深さが２５０μｍとなるようにエッチングし、実験例４とした。
さらに、石英ガラス基板のエッチング箇所におけるエッチング量、つまり、エッチング深さを測定した。その結果を図１２に示す。
図１２においても、バッチ全体での平均値を基準にした比率％で示している。また、図１２においても、バッチにおける何枚目の石英ガラス基板であるかをＰｌｅｔｅ１〜５で示している。【００６０】
さらに、これら実験例１〜４のエッチング深さに対して、深さバラツキ３σ％および３σμｍを算出した。その結果を表１に示す。【００６１】
【表１】
2020226030.tif 000003
【００６２】
これらの結果から、実験例４における（直接法、ＯＨ基：６００−１３００ｐｐｍ、複屈折率：３０ｎｍ／ｃｍ）の石英ガラス基板では、基板面内３σ＝４％、基板間３σ＝７％の深さバラツキがあった。これに対し、実験例１〜３における（ＶＡＤ法、ＯＨ基：２００ｐｐｍ以下、複屈折率：１０ｎｍ／ｃｍ以下）の石英ガラス基板では、基板面内のバラツキ及び基板間のバラツキともに、深さバラツキ３σ＝１％以下とすることができた。【００６３】
＜実験例５〜８＞
次に、実験例５〜７として、実験例１〜３における各バッチの５枚目となる基板面内でのエッチング深さの分布を測定した。その結果を図１３〜図１５に示す。
さらに、実験例８として、実験例４におけるバッチの５枚目となる基板面内でのエッチング深さの分布を測定した。その結果を図１６に示す。
図１３〜図１６において、基板内の平均値を基準にした比率％を丸（記号「●」または記号「〇」）の大きさで示しており、黒く塗りつぶした丸（記号「●」）はプラスを示しており、白い丸（記号「○」）はマイナスを示している。また、図１３〜図１６において、各エッチング箇所ではないが、参考のため比率４％である場合の丸記号「●」のサイズをグラフの右下に示している。【００６４】
これらの結果から、実験例８における（直接法、ＯＨ基：６００−１３００ｐｐｍ、複屈折率：３０ｎｍ／ｃｍ）の石英ガラス基板に比べて、実験例１〜３における（ＶＡＤ法、ＯＨ基：２００ｐｐｍ以下、複屈折率：１０ｎｍ／ｃｍ以下）の石英ガラス基板では、基板面内でのバラツキが小さいことがわかる。【００６５】
さらに、これら実験例１〜４のエッチング深さに対応して、実験例５〜８における深さバラツキ３σ％および３σμｍを算出した。その結果を表２に示す。【００６６】
【表２】
2020226030.tif 000004
【００６７】
これらの結果から、実験例８における（直接法、ＯＨ基：６００−１３００ｐｐｍ、複屈折率：３０ｎｍ／ｃｍ）の石英ガラス基板では、基板面内３σ＝４．０％の深さバラツキがあった。これに対し、実験例５〜７における（ＶＡＤ法、ＯＨ基：２００ｐｐｍ以下、複屈折率：１０ｎｍ／ｃｍ以下）の石英ガラス基板では、基板面内で深さバラツキ３σ＝０．７％以下とすることができた。【００６８】
＜実験例８〜１１＞
さらに、上記の実験例４において、バッチの１枚目および４枚目となる石英ガラス基板において、表面側のみならず、裏面側においても、同様にして、エッチング箇所におけるエッチング深さの分布を測定し、これらを実験例９〜１１とした。【００６９】
実験例８の結果として、実験例４のバッチの１枚目の表面側を図１６に示し、実験例９の結果として、同じバッチの１枚目の裏面側を図１７に示す。また、表裏面における石英ガラス基板面内の平均値を基準にした比率％を図１８に示す。【００７０】
同様に、実験例１０の結果として、実験例４のバッチの４枚目の表面側を図１９に示し、実験例１０の結果として、同じバッチの４枚目の裏面側を図２０に示す。また、実験例８〜１１での表裏面における石英ガラス基板面内の平均値を基準にした比率％を図２１に示す。【００７１】
なお、図１７における横軸の配置は図１６に対して鏡映としてある。同様に、図２０における横軸の配置は図１９に対して鏡映としてある。【００７２】
ここで、エッチング条件（エッチング装置）がエッチングバラツキの原因であるならば、石英ガラス基板の表裏でもエッチング深さバラツキの傾向がバラバラで相関が見られないと考えられる。
しかしながら、図１６〜図２１に示す結果から、石英ガラス基板における表裏でおなじバラツキの分布を持っている。つまり、図における左右対称の分布を有している。これにより、材料の不均一性がエッチングバラツキの原因と推測することができる。【００７３】
さらに、実験例４における石英ガラス基板の厚さは１ｍｍと薄いので、石英ガラス基板表裏での材料の不均一性は同じ傾向を持っていると考えられる。
したがって、これら実験例９、１０の比較より、エッチングバラツキの原因が石英（材料）起因であると推測できる。
【産業上の利用可能性】
【００７４】
本発明の活用例として、特に、ＭＥＭＳ用部品やセンサー用部品などで数百μｍ程度の深いエッチング加工が必要とされる場合が挙げられる。また、本発明の活用例としては、公差が±数μｍ程度であっても、加工深さに対する許容される公差の割合％は小さく、精度に対する要求が厳しい値になる石英ガラス基板への処理を挙げることができる。
なぜならば、エッチングのように一定時間に加工エリア全体の加工が進むような化学反応による加工にとっては、例えば、加工精度の要求が１０μｍ±１μｍ程度である場合と比較して、加工精度の要求が１００μｍ±１μｍ程度である場合は、一桁厳しい精度となるためである。【００７５】
機械加工処理において、このような寸法関係は、どちらも±１μｍの公差であるため、実質的に要求される精度に差はないと見なせる場合が多い。これに対して、エッチング処理の場合には、上述したように、異なる状況となるからである。
また、ナノインプリントなど、必要な加工深さは浅い場合でも、要求される精度自体が小さい（厳しい）用途においても、本発明は、有効である。
【符号の説明】
【００７６】
１０…石英ガラス基板
１０ａ…凹部
１１…マスク
【図１】
2020226030.tif 000005
【図２】
2020226030.tif 000006
【図３】
2020226030.tif 000007
【図４】
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【図５】
2020226030.tif 000009
【図６】
2020226030.tif 000010
【図７】
2020226030.tif 000011
【図８】
2020226030.tif 000012
【図９】
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【図１０】
2020226030.tif 000014
【図１１】
2020226030.tif 000015
【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
2020226030.tif 000018
【図１５】
2020226030.tif 000019
【図１６】
2020226030.tif 000020
【図１７】
2020226030.tif 000021
【図１８】
2020226030.tif 000022
【図１９】
2020226030.tif 000023
【図２０】
2020226030.tif 000024
【図２１】
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【国際調査報告】
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2020226030.tif 000027
2020226030.tif 000028
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