JP2005183419A - Processing method of silicon substrate - Google Patents

Processing method of silicon substrate Download PDF

Info

Publication number
JP2005183419A
JP2005183419A JP2003417568A JP2003417568A JP2005183419A JP 2005183419 A JP2005183419 A JP 2005183419A JP 2003417568 A JP2003417568 A JP 2003417568A JP 2003417568 A JP2003417568 A JP 2003417568A JP 2005183419 A JP2005183419 A JP 2005183419A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
etching
silicon substrate
mask layer
photosensitive material
etching mask
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP2003417568A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Masaaki Sato
正章 佐藤
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Ricoh Co Ltd
Original Assignee
Ricoh Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Ricoh Co Ltd filed Critical Ricoh Co Ltd
Priority to JP2003417568A priority Critical patent/JP2005183419A/en
Publication of JP2005183419A publication Critical patent/JP2005183419A/en
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To form trenches having different depths in a silicon substrate by crystal surface anisotropic etching employing alkali etching liquid without forming a photosensitive material on an underlying film having a level difference and without increasing the number of photolithographic steps. <P>SOLUTION: An etching mask layer 3 is formed on a silicon substrate 1 substantially having no level difference (a), and after a photosensitive material 5 is formed on the etching mask layer 3 (b), a photosensitive material 5 having a three-dimensional structure is formed on the etching mask layer 3 through exposure using a transmissivity regulation mask (c), three-dimensional profile of the photosensitive material 5 is then transferred to an etching mask layer 7 by dry etching (d), and trenches having different depths are formed in the silicon substrate 1 using the etching mask layer 7 as a mask by crystal surface anisotropic etching employing alkali etching liquid ((e) and (f)). <P>COPYRIGHT: (C)2005,JPO&NCIPI

Description

本発明は、アルカリエッチング液を用いた結晶面異方性エッチングによりシリコン基板に深さの異なる溝を形成するシリコン基板の加工方法に関するものである。本願特許請求の範囲及び本明細書において、シリコン基板に形成される溝には貫通孔も含まれる。このようなシリコン基板の加工方法は、例えば半導体圧力センサ、半導体加速度センサ、半導体角速度センサなどの半導体センサや、シリコンを用いたインクジェットプリンター用記録印字ヘッド等のシリコン基板の微細加工に用いられる。   The present invention relates to a silicon substrate processing method in which grooves having different depths are formed in a silicon substrate by crystal plane anisotropic etching using an alkaline etching solution. In the claims and the specification of the present application, the groove formed in the silicon substrate includes a through hole. Such a silicon substrate processing method is used for fine processing of a silicon substrate such as a semiconductor sensor such as a semiconductor pressure sensor, a semiconductor acceleration sensor, and a semiconductor angular velocity sensor, and a recording print head for an ink jet printer using silicon.

シリコン基板のエッチング方法としてアルカリエッチング液を用いた結晶面異方性エッチングがある。単結晶シリコンはアルカリエッチング液に対して結晶面方位によりエッチング速度が異なり、例えば(100)シリコン基板では(100)面に対し(111)面のエッチング速度が著しく低いため、エッチングにより(100)及び(111)の平滑な面が得られる。このような特性を利用して例えば半導体センサやインクジェットプリンター用記録印字ヘッド等の三次元構造体がシリコン基板に加工される。   As an etching method for a silicon substrate, there is crystal plane anisotropic etching using an alkaline etchant. Since the etching rate of single crystal silicon differs depending on the crystal plane orientation with respect to the alkaline etching solution, for example, the (100) silicon substrate has a significantly lower etching rate of the (111) plane than the (100) plane. A smooth surface of (111) is obtained. Using such characteristics, a three-dimensional structure such as a semiconductor sensor or a recording print head for an inkjet printer is processed into a silicon substrate.

図2は従来のシリコン基板の加工方法を説明するための工程断面図である。この従来例はインクジェットプリンタヘッドの加工方法を示す。
(1)シリコン基板21に熱酸化膜23を形成する((a)参照)。
(2)写真製版技術及びフッ酸エッチングにより、熱酸化膜23をインク流路に対応する形状にパターニングする((b)参照)。
(3)アルカリエッチング液によりシリコン基板21を所定の深さにエッチングしてインク流路25を形成する((c)参照)。
(4)熱酸化によりインク流路25の表面に熱酸化膜27を形成する((d)参照)。
(5)写真製版技術及びフッ酸エッチングにより、熱酸化膜27のインク吐出口に対応する位置に開口部を形成する((e)参照)。
(6)アルカリエッチング液により吐出口29が貫通して形成されるまでエッチングを行なう。これにより、シリコン基板21に互いに深さの異なるインク流路25と吐出口29が形成される((f)参照)。
FIG. 2 is a process cross-sectional view for explaining a conventional silicon substrate processing method. This conventional example shows a method for processing an inkjet printer head.
(1) A thermal oxide film 23 is formed on the silicon substrate 21 (see (a)).
(2) The thermal oxide film 23 is patterned into a shape corresponding to the ink flow path by photolithography and hydrofluoric acid etching (see (b)).
(3) The silicon substrate 21 is etched to a predetermined depth with an alkaline etchant to form the ink flow path 25 (see (c)).
(4) A thermal oxide film 27 is formed on the surface of the ink flow path 25 by thermal oxidation (see (d)).
(5) An opening is formed at a position corresponding to the ink discharge port of the thermal oxide film 27 by photolithography and hydrofluoric acid etching (see (e)).
(6) Etching is performed until the discharge port 29 is formed through the alkali etching solution. Thereby, the ink flow path 25 and the ejection port 29 having different depths are formed in the silicon substrate 21 (see (f)).

上記のようなシリコン基板の加工方法では、図2(e)を参照して説明した上記工程(5)においてシリコン基板21には既にインク流路25が形成されている。インク流路25の深さは100μm(マイクロメートル)から200μm程度であるが、このような深い段差を有するシリコン基板21に、熱酸化膜27の所定の領域に開口部を形成するためのフォトレジスト(感光性材料の代表例)を均一に塗布するのは非常に困難である。特にシリコン基板21の段差部ではフォトレジストの厚みが極端に薄くなるため、フッ酸エッチング時に熱酸化膜27の段差部に対応する部分が若干エッチングされ、続くシリコンエッチング時にシリコン基板21の段差部がエッチングされ、所望形状が得られないという問題があった。   In the silicon substrate processing method as described above, the ink flow path 25 is already formed in the silicon substrate 21 in the step (5) described with reference to FIG. The depth of the ink flow path 25 is about 100 μm (micrometer) to 200 μm. A photoresist for forming an opening in a predetermined region of the thermal oxide film 27 in the silicon substrate 21 having such a deep step. It is very difficult to apply (a representative example of a photosensitive material) uniformly. In particular, since the photoresist is extremely thin at the step portion of the silicon substrate 21, a portion corresponding to the step portion of the thermal oxide film 27 is slightly etched during the hydrofluoric acid etching, and the step portion of the silicon substrate 21 is etched during the subsequent silicon etching. There was a problem that the desired shape could not be obtained due to etching.

さらに、インク流路25の底面では逆にフォトレジストの厚みが厚くなると共に、パターン露光が100μmから200μm程度もの距離を隔てて行なわれるため、パターン精度は悪く、結果として得られる吐出口29の形状精度も悪くなるという問題があった。
このような問題はインクジェットプリンタヘッドの作製だけでなく、例えば半導体センサ等の素子をシリコン基板に作製する場合など、シリコン基板を結晶面異方性エッチングにより数100μmの深さにエッチングする場合に上記と同じ問題が生じる。
また、従来のシリコン加工方法においては、既に溝が形成されて強度が低下したシリコン基板に対してパターニング工程が行なわれるため、そのパターニング工程においてシリコン基板が破損する虞れがあった。
Further, on the bottom surface of the ink flow path 25, the thickness of the photoresist is increased, and the pattern exposure is performed at a distance of about 100 μm to 200 μm, so that the pattern accuracy is poor, and the shape of the resulting discharge port 29 is obtained. There was a problem that accuracy deteriorated.
Such a problem is not only when the inkjet printer head is manufactured, but also when the silicon substrate is etched to a depth of several hundred μm by crystal plane anisotropic etching, such as when an element such as a semiconductor sensor is manufactured on a silicon substrate. The same problem occurs.
Further, in the conventional silicon processing method, since the patterning step is performed on the silicon substrate whose strength has been reduced by the already formed grooves, the silicon substrate may be damaged in the patterning step.

このような問題に対して、アルカリエッチング液を用いた結晶面異方性エッチングによってシリコン基板に溝、貫通穴、ダイアフラム等を形成するシリコン基板の加工工程において、エッチングマスクとして厚みが異なる部分を有する酸化膜を用い、シリコン基板のエッチングの最中に、該酸化膜の厚みが薄い部分を順次エッチングにより消失させ、消失した酸化膜の下地のシリコン基板を続いてエッチングすることにより、シリコン基板に複数の深さを有する構造を形成する技術が開示されている(例えば、特許文献1参照)。   In order to solve such a problem, in a silicon substrate processing step in which grooves, through holes, diaphragms, etc. are formed in a silicon substrate by crystal plane anisotropic etching using an alkaline etching solution, there are portions having different thicknesses as etching masks. During the etching of the silicon substrate using the oxide film, the thin portion of the oxide film is sequentially erased by etching, and the silicon substrate underlying the disappeared oxide film is subsequently etched, so that a plurality of silicon substrates are etched. Has been disclosed (see, for example, Patent Document 1).

特許文献1では、シリコン基板上に厚みが異なる部分を有する酸化膜を形成する方法として、(1)シリコン基板の熱酸化及び熱酸化膜のパターン加工を複数回繰り返し行なう方法、(2)シリコン基板上に酸化膜を形成し、その酸化膜に1回又は複数回のハーフエッチング処理を含んでパターン加工を施す方法、(3)酸化膜上にポジ型フォトレジストを塗布し、そのポジ型フォトレジストに複数回の、それぞれ異なるパターン形成を行い、各々のパターン形成毎に、該酸化膜にハーフエッチングを含む選択エッチングを行なう方法が開示されている。
特開2001−230241号公報 特開平9−80740号公報
In Patent Document 1, as a method of forming an oxide film having a portion having a different thickness on a silicon substrate, (1) a method of performing thermal oxidation of the silicon substrate and patterning of the thermal oxide film a plurality of times, and (2) a silicon substrate. A method of forming an oxide film on the oxide film and performing pattern processing on the oxide film including one or more half-etching processes; and (3) applying a positive photoresist on the oxide film, and then applying the positive photoresist. A method is disclosed in which different pattern formation is performed a plurality of times, and selective etching including half etching is performed on the oxide film for each pattern formation.
JP 2001-230241 A Japanese Patent Laid-Open No. 9-80740

しかし、特許文献1に開示された方法においても、上記方法(1)及び(2)では写真製版工程にてフォトレジストを形成する際に下地膜となる酸化膜に0.2〜0.3μm程度の段差が生じており、図2を参照して説明した従来技術と同様の不具合を招く虞れがあった。
さらに、厚みが異なる部分を有する酸化膜を形成する際に、目的とする形状に加工するにはマスクパターンである熱酸化膜形成の工程を増やすか、又はマスクパターンに対して少なくとも2回以上の写真製版工程が必要であり、このような工程の増加に起因して製造工程が増加してプロセス時間の増大を招き、製造工程が複雑化するという問題があった。
However, even in the method disclosed in Patent Document 1, in the above methods (1) and (2), when forming a photoresist in the photolithography process, an oxide film serving as a base film is about 0.2 to 0.3 μm. There is a possibility of causing the same problem as that of the prior art described with reference to FIG.
Furthermore, when forming oxide films having portions with different thicknesses, the number of steps for forming a thermal oxide film, which is a mask pattern, is increased in order to process the target shape, or at least twice or more with respect to the mask pattern. There is a problem that a photoengraving process is necessary, and the manufacturing process is increased due to such an increase in the process, resulting in an increase in process time and a complicated manufacturing process.

そこで本発明は、アルカリエッチング液を用いた結晶面異方性エッチングによりシリコン基板に深さの異なる溝を形成するシリコン基板の加工方法において、段差が形成された下地膜上に感光性材料を形成することなく、かつ写真製版工程数を増加させることなくシリコン基板に深さの異なる溝を形成することを目的とするものである。   Accordingly, the present invention provides a method for processing a silicon substrate in which grooves having different depths are formed in a silicon substrate by crystal plane anisotropic etching using an alkaline etchant, and a photosensitive material is formed on a base film on which a step is formed. It is an object to form grooves having different depths in a silicon substrate without increasing the number of photolithography processes.

本発明はアルカリエッチング液を用いた結晶面異方性エッチングによりシリコン基板に深さの異なる溝を形成するシリコン基板の加工方法であって、以下の工程(A)から(D)を含む。
(A)実質的に段差が形成されていないシリコン基板上にエッチングマスク層を形成する工程、
(B)上記エッチングマスク層上に感光性材料を形成した後、透過度調整マスクを用いた露光により上記エッチングマスク層上に三次元構造をもつ感光性材料を形成する工程、
(C)ドライエッチング技術により感光性材料の三次元形状を上記エッチングマスク層に転写する工程、
(D)アルカリエッチング液を用いた結晶面異方性エッチングにより、上記エッチングマスク層をマスクにして上記シリコン基板に深さの異なる溝を形成する工程。
The present invention is a method for processing a silicon substrate in which grooves having different depths are formed in a silicon substrate by crystal plane anisotropic etching using an alkaline etchant, and includes the following steps (A) to (D).
(A) a step of forming an etching mask layer on a silicon substrate on which no step is substantially formed;
(B) a step of forming a photosensitive material having a three-dimensional structure on the etching mask layer by exposure using a transmittance adjusting mask after forming the photosensitive material on the etching mask layer;
(C) a process of transferring the three-dimensional shape of the photosensitive material to the etching mask layer by dry etching technology;
(D) A step of forming grooves having different depths in the silicon substrate by crystal plane anisotropic etching using an alkali etching solution, using the etching mask layer as a mask.

ここで実質的に段差が形成されていないシリコン基板とは、シリコン基板上に形成するエッチングマスク層表面に段差が形成されない程度の段差がシリコン基板に形成されていてもよいことを意味する。また、ここでのシリコン基板は深さの異なる溝を形成する領域とは異なる領域に段差が形成されているものであってもよい。   Here, the silicon substrate on which no step is substantially formed means that a step that does not form a step on the surface of the etching mask layer formed on the silicon substrate may be formed on the silicon substrate. Further, the silicon substrate here may have a step formed in a region different from a region where grooves having different depths are formed.

また、透過度調整マスク(TCM:Transmittance Controlled Mask)とは1枚の露光マスク内に透過度(光の透過率)の差を設けて被露光体に露光量の差をつけるようにしたものである。透過度調整マスクは例えば特許文献2に開示されている。   A transmittance control mask (TCM: Transmission Controlled Mask) is a device in which a difference in transmittance (light transmittance) is provided in a single exposure mask so as to give a difference in exposure amount to an object to be exposed. is there. For example, Patent Document 2 discloses a transmittance adjustment mask.

本発明において、上記エッチングマスク層の例としてアルカリエッチング液に対して上記シリコン基板よりも小さいエッチングレートをもつもの、例えば酸化膜を挙げることができる。
さらに、上記工程(C)において、上記感光性材料と上記エッチングマスク層のエッチングレートが同じになる条件で異方性エッチングを行なうようにしてもよい。
In the present invention, examples of the etching mask layer include those having an etching rate smaller than that of the silicon substrate with respect to an alkaline etching solution, such as an oxide film.
Further, in the step (C), anisotropic etching may be performed under the condition that the etching rates of the photosensitive material and the etching mask layer are the same.

本発明のシリコン基板の加工方法では、実質的に段差が形成されていないシリコン基板上にエッチングマスク層を形成するので(工程(A))、エッチングマスク層表面に段差が形成されることはない。さらに、エッチングマスク層上に感光性材料を形成した後、透過度調整マスクを用いた露光によりエッチングマスク層上に三次元構造をもつ感光性材料を形成するので(工程(B))、1回の写真製版工程で三次元構造をもつ感光性材料を形成することができ、その感光性材料の三次元形状をエッチングマスク層に転写することによって(工程(C))、シリコン基板に形成する溝形状に対応した三次元構造をもつエッチングマスク層を形成することができる。そして、エッチングマスク層をマスクにしてシリコン基板に対してアルカリエッチング液を用いた結晶面異方性エッチングを実施することにより、エッチングマスク層の厚みが薄い部分を順次エッチングにより消失させ、消失したエッチングマスク層の下地のシリコン基板を続いてエッチングすることにより、シリコン基板に複数の深さを有する構造を形成することができる。
このように、本発明のシリコン基板の加工方法によれば、段差が形成された下地膜上に感光性材料を形成することをなく、かつ写真製版工程数を増加させることなくシリコン基板に深さの異なる溝を形成することができ、製造工程を複雑化することなくシリコン基板に形成する三次元構造体の加工形状精度を向上させることができる。
In the method for processing a silicon substrate according to the present invention, an etching mask layer is formed on a silicon substrate on which no step is substantially formed (step (A)), so that no step is formed on the surface of the etching mask layer. . Furthermore, after forming a photosensitive material on the etching mask layer, a photosensitive material having a three-dimensional structure is formed on the etching mask layer by exposure using a transmittance adjusting mask (step (B)), once. A photosensitive material having a three-dimensional structure can be formed by the photoengraving process of (1), and a groove formed on the silicon substrate by transferring the three-dimensional shape of the photosensitive material to the etching mask layer (step (C)). An etching mask layer having a three-dimensional structure corresponding to the shape can be formed. Then, by performing crystal plane anisotropic etching using an alkaline etchant on the silicon substrate using the etching mask layer as a mask, the thin portions of the etching mask layer are sequentially erased by etching, and the disappeared etching By subsequently etching the silicon substrate underlying the mask layer, a structure having a plurality of depths can be formed in the silicon substrate.
As described above, according to the method for processing a silicon substrate of the present invention, the depth of the silicon substrate can be reduced without forming a photosensitive material on the base film on which the step is formed and without increasing the number of photolithography processes. Thus, it is possible to improve the processing shape accuracy of the three-dimensional structure formed on the silicon substrate without complicating the manufacturing process.

本発明において、エッチングマスク層としてアルカリエッチング液に対してシリコン基板よりも小さいエッチングレートをもつもの、例えば酸化膜を用いるようにすれば、シリコン基板に形成する溝の深さに対してエッチング層の膜厚を薄くすることができるので、シリコン基板上に形成するエッチングマスク層全体の膜厚を薄くすることができる。   In the present invention, if an etching mask layer having an etching rate smaller than that of the silicon substrate, such as an oxide film, is used with respect to the alkaline etching solution, the etching layer is formed with respect to the depth of the groove formed in the silicon substrate. Since the film thickness can be reduced, the film thickness of the entire etching mask layer formed on the silicon substrate can be reduced.

さらに、工程(C)において、感光性材料とエッチングマスク層のエッチングレートが同じになる条件で異方性エッチングを行なうようにすれば、感光性材料に形成した三次元形状をそのままエッチングマスク層に転写することができるので、設計が容易になる。   Furthermore, in the step (C), if anisotropic etching is performed under the condition that the etching rates of the photosensitive material and the etching mask layer are the same, the three-dimensional shape formed in the photosensitive material is directly used as the etching mask layer. Since it can be transferred, the design becomes easy.

図1は一実施例を説明するための工程断面図である。この実施例はインクジェットプリンタヘッドの加工例であり、シリコン基板上にインク流路及びインク吐出口を形成するものである。図1を参照してこの実施例を説明する。   FIG. 1 is a process sectional view for explaining one embodiment. This embodiment is a processing example of an ink jet printer head, in which an ink flow path and an ink discharge port are formed on a silicon substrate. This embodiment will be described with reference to FIG.

(1)結晶面方位が(100)である厚み200μmのシリコン基板1の表面に膜厚が0.5μmの熱酸化膜(エッチングマスク層)3を形成する。ここで、シリコン基板1の表面には段差は形成されていないので、熱酸化膜3の表面にも段差は形成されていない((a)参照)。 (1) A thermal oxide film (etching mask layer) 3 having a film thickness of 0.5 μm is formed on the surface of a silicon substrate 1 having a crystal plane orientation of (100) and having a thickness of 200 μm. Here, since no step is formed on the surface of the silicon substrate 1, no step is formed on the surface of the thermal oxide film 3 (see (a)).

(2)スピンコート法により、熱酸化膜3上にポジ型のフォトレジスト(感光性材料)5を0.5μmの膜厚に塗布した後、フォトレジスト5のプリベークを行なう。ここで、熱酸化膜3の表面には段差は形成されていないので、プリベーク後のフォトレジスト5の表面にも段差は形成されていない((b)参照)。 (2) A positive photoresist (photosensitive material) 5 is applied to a thickness of 0.5 μm on the thermal oxide film 3 by spin coating, and then the photoresist 5 is pre-baked. Here, since no step is formed on the surface of the thermal oxide film 3, no step is formed on the surface of the pre-baked photoresist 5 (see (b)).

(3)透過度調節マスク(図示は省略)の透過率を、インク吐出口に対応する領域7は100%、インク流路に対応する領域9は60%、他の領域は0%の透過率である未露光領域として、現像処理時にフォトレジスト5が100%の露光量で0.5μmだけ溶解する光量で一度に露光し、その後、現像処理を行なってフォトレジスト5のパターニングを行なう。これにより、フォトレジスト5の残膜は、インク吐出口に対応する領域7では0μm、インク流路に対応する領域9では0.2μm、他の領域では0.5μmとなり、フォトレジスト5は深さの異なる溝をもつ三次元構造になる。その後、フォトレジスト5のポストベークを行なう((c)参照)。 (3) The transmittance of the transmittance adjustment mask (not shown) is 100% for the region 7 corresponding to the ink ejection port, 60% for the region 9 corresponding to the ink flow path, and 0% for the other regions. As an unexposed area, the photoresist 5 is exposed at a time with a light amount that dissolves by 0.5 μm at an exposure amount of 100% during the development process, and thereafter the development process is performed to pattern the photoresist 5. As a result, the remaining film of the photoresist 5 becomes 0 μm in the region 7 corresponding to the ink discharge port, 0.2 μm in the region 9 corresponding to the ink flow path, and 0.5 μm in the other regions, and the photoresist 5 has a depth. It becomes a three-dimensional structure with different grooves. Thereafter, the photoresist 5 is post-baked (see (c)).

(4)フォトレジスト5と熱酸化膜3のエッチングレートが1:1になる条件にてドライエッチングを行なう。これにより、フォトレジスト5の三次元形状が熱酸化膜3にそのまま転写され、熱酸化膜3の残膜は、インク吐出口に対応する領域7では0μm、インク流路に対応する領域9では0.2μm、他の領域では0.5μmとなり、熱酸化膜3は深さの異なる溝をもつ三次元構造になる((d)参照)。 (4) Dry etching is performed under the condition that the etching rate of the photoresist 5 and the thermal oxide film 3 is 1: 1. As a result, the three-dimensional shape of the photoresist 5 is transferred to the thermal oxide film 3 as it is, and the remaining film of the thermal oxide film 3 is 0 μm in the region 7 corresponding to the ink discharge port and 0 in the region 9 corresponding to the ink flow path. 0.2 μm and 0.5 μm in other regions, and the thermal oxide film 3 has a three-dimensional structure having grooves with different depths (see (d)).

(5)アルカリエッチング液によるシリコン基板1の結晶面異方性エッチングを行なう。本実施例ではアルカリエッチング液として例えばKOH水溶液(KOH濃度25重量%、摂氏80度)を用いた。この条件ではシリコン基板1のエッチングレートは1.0μm/分であり、熱酸化膜3のエッチングレートは0.002μm/分である。本実施例ではKOH水溶液によるシリコン基板1のエッチングを200分行なった。
エッチング開始後100分たったところでインク流路に対応する領域9において熱酸化膜3がエッチングにより消失し、その下のシリコン基板1が露出する。また、インク流路に対応する領域9ではシリコン基板が100μmだけ選択的に除去される((e)参照)。
その後に続く100分のエッチングにより、厚み200μmのシリコン基板1のインク吐出口に対応する領域7において吐出口11が貫通する。また、インク流路に対応する領域9においてシリコン基板1が100μmだけ選択的に除去され、インク流路13が完成する((f)参照)。
(5) Crystal plane anisotropic etching of the silicon substrate 1 is performed with an alkaline etchant. In the present embodiment, for example, a KOH aqueous solution (KOH concentration 25 wt%, 80 degrees Celsius) was used as the alkaline etching solution. Under this condition, the etching rate of the silicon substrate 1 is 1.0 μm / min, and the etching rate of the thermal oxide film 3 is 0.002 μm / min. In this example, etching of the silicon substrate 1 with a KOH aqueous solution was performed for 200 minutes.
At 100 minutes after the start of etching, the thermal oxide film 3 disappears by etching in the region 9 corresponding to the ink flow path, and the underlying silicon substrate 1 is exposed. Further, in the region 9 corresponding to the ink flow path, the silicon substrate is selectively removed by 100 μm (see (e)).
By subsequent etching for 100 minutes, the discharge port 11 penetrates in the region 7 corresponding to the ink discharge port of the silicon substrate 1 having a thickness of 200 μm. Further, the silicon substrate 1 is selectively removed by 100 μm in the region 9 corresponding to the ink flow path, and the ink flow path 13 is completed (see (f)).

この実施例によれば、図1(e)及び(f)を参照して説明した上記工程(5)工程において、インクジェットプリンタヘッドの吐出口11とインク流路13を1回の結晶面異方性エッチング処理により連続して形成することができ、別々に溝を作成する場合のように、強度が低下したシリコン基板に対してパターニング工程が行なわれることは一切ないため、フォトレジストなどの成膜時に、溝に起因するシリコン基板の強度低下はなく、破損などの不具合を招く虞れはない。   According to this embodiment, in the step (5) described with reference to FIGS. 1 (e) and 1 (f), the discharge port 11 and the ink flow path 13 of the ink jet printer head are separated by one crystal plane anisotropy. Since the patterning process is not performed on a silicon substrate with reduced strength unlike the case where grooves are separately formed, the patterning process is not performed at all. Sometimes, the strength of the silicon substrate is not reduced due to the grooves, and there is no possibility of causing problems such as breakage.

さらに、従来技術のようには段差上での写真製版工程を一切含まず、熱酸化膜3上の平滑な表面に対して写真製版工程が行なわれるので、フォトレジスト5と、エッチングマスク層である熱酸化膜3のパターン加工精度は非常に良く、シリコン基板1の加工形状精度を向上させることができる。
さらに、上記工程(3)でのフォトレジスト5に対する露光工程において、領域ごとに露光量を任意に可変させることができる透過度調節マスクを用い、シリコン基板1に形成する吐出口11及びインク流路13に対応する、深さの異なる溝をもつ三次元構造のフォトレジスト5を1回の写真製版工程で形成することができ、製造工程の簡略化を図ることができる。
Further, since the photoengraving process is performed on the smooth surface on the thermal oxide film 3 without including any photoengraving process on the step as in the prior art, the photo resist 5 and the etching mask layer are provided. The pattern processing accuracy of the thermal oxide film 3 is very good, and the processing shape accuracy of the silicon substrate 1 can be improved.
Further, in the exposure step for the photoresist 5 in the above step (3), the discharge port 11 and the ink flow path formed in the silicon substrate 1 using a transmittance adjustment mask capable of arbitrarily changing the exposure amount for each region. The three-dimensional photoresist 5 corresponding to the groove 13 having different depths can be formed by one photolithography process, and the manufacturing process can be simplified.

以上、本発明の実施例を説明したが、材料、寸法、形状及び配置などは一例であり、本発明はこれに限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の範囲内で種々の変更が可能である。   Although the embodiments of the present invention have been described above, the materials, dimensions, shapes, arrangements, and the like are examples, and the present invention is not limited thereto, and is within the scope of the present invention described in the claims. Various changes can be made.

例えば上記実施例では本発明をインクジェットプリンタヘッドの加工に適用しているが、本発明のシリコン基板の加工方法はこれに限定されるものではなく、ダイアフラムなどの可撓部をもつ半導体センサなど、シリコン基板に深さの異なる溝をもつ三次元構造体の加工に適用することができる。   For example, in the above embodiment, the present invention is applied to the processing of an ink jet printer head, but the processing method of the silicon substrate of the present invention is not limited to this, a semiconductor sensor having a flexible part such as a diaphragm, etc. The present invention can be applied to the processing of a three-dimensional structure having grooves with different depths on a silicon substrate.

また、上記の実施例ではシリコン基板1上にエッチングマスク層としての熱酸化膜3を形成しているが、本発明はこれに限定されるものではなく、エッチングマスク層は例えばCVD(Chemical Vapor Deposition)法により形成したCVD酸化膜など、他の膜であってもよい。   In the above embodiment, the thermal oxide film 3 as an etching mask layer is formed on the silicon substrate 1. However, the present invention is not limited to this, and the etching mask layer is formed by, for example, CVD (Chemical Vapor Deposition). ) May be another film such as a CVD oxide film formed by the method.

また、上記の実施例では感光性材料であるフォトレジスト5とエッチングマスク層である熱酸化膜3のエッチングレートが1:1になる条件にてドライエッチングを行なってフォトレジスト5の三次元形状を熱酸化膜3に転写しているが、本発明はこれに限定されるものではなく、感光性材料とエッチングマスク層のエッチングレートが異なる条件でドライエッチングを行なって感光性材料の三次元形状をエッチングマスク層に転写するようにしてもよい。   In the above embodiment, dry etching is performed under the condition that the etching rate of the photoresist 5 as the photosensitive material and the thermal oxide film 3 as the etching mask layer is 1: 1 so that the three-dimensional shape of the photoresist 5 is obtained. However, the present invention is not limited to this, and the three-dimensional shape of the photosensitive material is formed by dry etching under conditions where the etching rates of the photosensitive material and the etching mask layer are different. You may make it transcribe | transfer to an etching mask layer.

一実施例を説明するための工程断面図である。It is process sectional drawing for demonstrating one Example. 従来のシリコン基板の加工方法を説明するための工程断面図である。It is process sectional drawing for demonstrating the processing method of the conventional silicon substrate.

符号の説明Explanation of symbols

1 シリコン基板
3 熱酸化膜
5 フォトレジスト
7 インク吐出口に対応する領域
9 インク流路に対応する領域
11 吐出口
13 インク流路
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Silicon substrate 3 Thermal oxide film 5 Photoresist 7 Area | region corresponding to an ink discharge port 9 Area | region corresponding to an ink flow path 11 Discharge port 13 Ink flow path

Claims (4)

アルカリエッチング液を用いた結晶面異方性エッチングによりシリコン基板に深さの異なる溝を形成するシリコン基板の加工方法において、以下の工程(A)から(D)を含むことを特徴とするシリコン基板の加工方法。
(A)実質的に段差が形成されていないシリコン基板上にエッチングマスク層を形成する工程、
(B)前記エッチングマスク層上に感光性材料を形成した後、透過度調整マスクを用いた露光により前記エッチングマスク層上に三次元構造をもつ感光性材料を形成する工程、
(C)ドライエッチング技術により感光性材料の三次元形状を前記エッチングマスク層に転写する工程、
(D)アルカリエッチング液を用いた結晶面異方性エッチングにより、前記エッチングマスク層をマスクにして前記シリコン基板に深さの異なる溝を形成する工程。
A silicon substrate processing method for forming grooves having different depths in a silicon substrate by crystal plane anisotropic etching using an alkaline etchant, comprising the following steps (A) to (D): Processing method.
(A) a step of forming an etching mask layer on a silicon substrate on which no step is substantially formed;
(B) After forming a photosensitive material on the etching mask layer, forming a photosensitive material having a three-dimensional structure on the etching mask layer by exposure using a transmittance adjustment mask;
(C) transferring the three-dimensional shape of the photosensitive material to the etching mask layer by a dry etching technique;
(D) A step of forming grooves having different depths in the silicon substrate by crystal plane anisotropic etching using an alkali etching solution, using the etching mask layer as a mask.
前記エッチングマスク層はアルカリエッチング液に対して前記シリコン基板よりも小さいエッチングレートをもつ請求項1に記載のシリコン基板の加工方法。   The method for processing a silicon substrate according to claim 1, wherein the etching mask layer has an etching rate smaller than that of the silicon substrate with respect to an alkaline etching solution. 前記エッチングマスク層は酸化膜である請求項1又は2に記載のシリコン基板の加工方法。   The method for processing a silicon substrate according to claim 1, wherein the etching mask layer is an oxide film. 前記工程(C)において、前記感光性材料と前記エッチングマスク層のエッチングレートが同じになる条件で異方性エッチングを行なう請求項1、2又は3に記載のシリコン基板の加工方法。   4. The method for processing a silicon substrate according to claim 1, wherein in the step (C), anisotropic etching is performed under the condition that etching rates of the photosensitive material and the etching mask layer are the same.
JP2003417568A 2003-12-16 2003-12-16 Processing method of silicon substrate Pending JP2005183419A (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2003417568A JP2005183419A (en) 2003-12-16 2003-12-16 Processing method of silicon substrate

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2003417568A JP2005183419A (en) 2003-12-16 2003-12-16 Processing method of silicon substrate

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JP2005183419A true JP2005183419A (en) 2005-07-07

Family

ID=34780028

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2003417568A Pending JP2005183419A (en) 2003-12-16 2003-12-16 Processing method of silicon substrate

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP2005183419A (en)

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2007053189A (en) * 2005-08-17 2007-03-01 Konica Minolta Holdings Inc Silicon substrate including mask pattern used for manufacture of silicon structure body and manufacturing method of silicon structure body
JP2009044031A (en) * 2007-08-10 2009-02-26 Seiko Epson Corp Method of forming micro structure and method of manufacturing fluid spray head
US7841085B2 (en) 2005-10-05 2010-11-30 Seiko Epson Corporation Method for manufacturing liquid jet head
JP2011148296A (en) * 2009-12-22 2011-08-04 Canon Inc Substrate for liquid discharge head and method for manufacturing the liquid discharge head
WO2014019523A1 (en) * 2012-07-31 2014-02-06 无锡华润上华半导体有限公司 One-step forming method of two corrosion depths

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2007053189A (en) * 2005-08-17 2007-03-01 Konica Minolta Holdings Inc Silicon substrate including mask pattern used for manufacture of silicon structure body and manufacturing method of silicon structure body
US7841085B2 (en) 2005-10-05 2010-11-30 Seiko Epson Corporation Method for manufacturing liquid jet head
JP2009044031A (en) * 2007-08-10 2009-02-26 Seiko Epson Corp Method of forming micro structure and method of manufacturing fluid spray head
JP2011148296A (en) * 2009-12-22 2011-08-04 Canon Inc Substrate for liquid discharge head and method for manufacturing the liquid discharge head
WO2014019523A1 (en) * 2012-07-31 2014-02-06 无锡华润上华半导体有限公司 One-step forming method of two corrosion depths

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR20000067571A (en) method for etching
JP3962713B2 (en) Alignment mark forming method and substrate on which device is formed
US20070102842A1 (en) Process of microlens mold
JP5353101B2 (en) Microstructure formation method
JP2018083316A (en) Manufacturing method of nozzle plate and manufacturing method of ink jet head
JP7119943B2 (en) Nozzle plate manufacturing method and inkjet head manufacturing method
JP2002283580A5 (en)
JP2008024543A (en) Glass substrate for micro-processing and method of processing glass substrate
JP2005183419A (en) Processing method of silicon substrate
US8623674B2 (en) Method of manufacturing liquid ejection head substrate
JP4206669B2 (en) Etching pattern forming method
US20080020576A1 (en) Method of forming polysilicon pattern
JP2016117174A (en) Silicon substrate processing method and liquid discharge head
JPH05155030A (en) Processing of silicone wafer
US9373772B2 (en) CMOS integrated method for the release of thermopile pixel on a substrate by using anisotropic and isotropic etching
JP6136721B2 (en) Pattern forming method and imprint mold manufacturing method
JP4994096B2 (en) Semiconductor device manufacturing method and semiconductor device using the same
JPH042790A (en) Method for etching silicon substrate
JP4983313B2 (en) Transfer mask and manufacturing method thereof
US20100233833A1 (en) Method for Producing Ink-Jet Head
EP4316855A1 (en) Nozzle plate production method, nozzle plate, and fluid discharge head
JPS63157444A (en) Manufacture of selective oxide film
JP5862116B2 (en) Method for manufacturing flow path plate of liquid ejection device
JP5003321B2 (en) Mask blank and mask blank manufacturing method
JP2012200799A (en) Method of manufacturing silicon structure