JP2007126692A - 凹部付き基板の製造方法および凹部付き基板 - Google Patents

Abstract

【課題】複数の深さの異なる凹部が高い寸法精度で形成された凹部付き基板を製造する凹部付き基板の製造方法、および、かかる製造方法により製造された凹部付き基板を提供すること。
【解決手段】凹部付き基板１０は、基板１の上面に、開口部３１と他の部分より厚さが薄い薄肉部３２とを有するマスク３を形成し、次いでマスク３の開口部３１から露出する基板１を、ドライエッチング法により除去して、第１の凹部１１を形成し、この際、基板１の一方の面側に形成された被膜５に対して紫外線を照射することにより、被膜５を分解した後、ウェットエッチング法により、マスク３を、その厚さ方向にほぼ均一に除去して、薄肉部３２直下の基板１を露出させ、残存するマスク３から露出する基板１をドライエッチング法により除去して、第１の凹部１１の深さを深くするとともに第２の凹部１２を形成することにより得られる。
【選択図】図３

Description

本発明は、凹部付き基板の製造方法および凹部付き基板に関するものである。

例えば、インクジェットヘッド等の各種デバイスを構成する基板には、複数の深さの異なる凹部や段差形状が形成されたものを用いることがある。
近年、ドライエッチング法により基板を加工して、前記形状を形成することが行われている。この場合、ドライエッチング法による基板の加工工程が、複数回繰り返して行われる。

ところが、ドライエッチング法を用いると、基板の表面にエッチングに用いるガスの反応物が堆積して被膜が形成されることがある。かかる被膜が基板の表面に形成されると、次の工程以降の基板の処理効率が低下する。
そこで、例えば、特許文献１には、この被膜をアッシング（例えば、Ｏ_２プラズマ処理等）により除去することが開示されている。ところが、アッシングによる方法では、被膜を選択的に除去することが難しく、基板の被膜が形成された面までも除去されてしまい、基板の加工精度が低下してしまうという問題がある。

特開平５−１０２１０８号公報

本発明の目的は、複数の深さの異なる凹部が高い寸法精度で形成された凹部付き基板を確実に製造し得る凹部付き基板の製造方法、および、かかる製造方法により製造された凹部付き基板を提供することにある。

このような目的は、下記の本発明により達成される。
本発明の凹部付き基板の製造方法は、基板の一方の面に、第１の凹部と、前記第１の凹部より深さの浅い第２の凹部とを形成して凹部付き基板を製造する方法であって、
前記基板の一方の面に、開口部と、他の部分より厚さが薄い薄肉部とを有するマスクを形成する第１の工程と、
前記マスクの開口部から露出する前記基板を、ドライエッチング法により除去して、前記第１の凹部を形成する第２の工程と、
前記第２の工程において、前記基板の一方の面側に形成された被膜に対して、紫外線を照射することにより、前記被膜を分解する第３の工程と、
ウェットエッチング法により、前記マスクを、その厚さ方向にほぼ均一に除去して、前記薄肉部直下の前記基板を露出させる第４の工程と、
残存するマスクから露出する前記基板を、ドライエッチング法により除去して、前記第１の凹部の深さを深くするとともに、前記第２の凹部を形成する第５の工程とを有することを特徴とする。
これにより、複数の深さの異なる凹部が高い寸法精度で形成された凹部付き基板を確実に製造し得る。

本発明の凹部付き基板の製造方法では、前記マスクは、主として金属材料で構成されていることが好ましい。
これにより、ドライエッチングに対して耐性（不揮発性）を有する。このため、基板に高い寸法精度で凹部を確実に形成することが可能である。また、成膜が容易であることからも好ましい。

本発明の凹部付き基板の製造方法では、前記金属材料は、Ａｌを主成分とするものであることが好ましい。
これにより、ドライエッチングに対して高い耐性（不揮発性）を有する。このため、基板に高い寸法精度で凹部をより確実に形成することが可能である。また、成膜が容易であることからも特に好ましい。

本発明の凹部付き基板の製造方法では、前記第２の工程において、前記ドライエッチング法は、エッチングと重合膜の形成とを交互に繰り返し行う方法により行われることが好ましい。
これにより、寸法精度がより高く、かつ、より深い第１の凹部を確実に形成することができる。

本発明の凹部付き基板の製造方法では、前記第３の工程において、照射する紫外線の波長は、１５０〜３００ｎｍであることが好ましい。
これにより、被膜を必要かつ十分に分解することができる。
本発明の凹部付き基板の製造方法では、前記第３の工程において、照射する紫外線のエネルギーは、前記重合膜を構成する重合体の分子結合エネルギーより高いことが好ましい。
これにより、被膜を必要かつ十分に分解することができる。

本発明の凹部付き基板の製造方法では、前記第３の工程において、照射する紫外線のエネルギーは、５０ｍＪ／ｃｍ^２以上であることが好ましい。
これにより、被膜を必要かつ十分に分解することができる。
本発明の凹部付き基板の製造方法では、前記第３の工程において、紫外線の照射時間は、１〜５分間であることが好ましい。
これにより、被膜を必要かつ十分に分解することができる。

本発明の凹部付き基板の製造方法では、前記第５の工程において、前記ドライエッチング法は、エッチングと重合膜の形成とを交互に繰り返し行う方法により行われることが好ましい。
これにより、寸法精度がより高く、かつ、より深い第１の凹部および第２の凹部を確実に形成することができる。

本発明の凹部付き基板は、本発明の凹部付き基板の製造方法により製造されたことを特徴とする。
これにより、複数の深さの異なる凹部が高い寸法精度で形成された凹部付き基板が得られる。

以下、本発明の凹部付き基板の製造方法および凹部付き基板を添付図面に示す好適実施形態に基づいて詳細に説明する。
図１〜図３は、それぞれ、本発明の凹部付き基板の製造方法を説明するための図（断面図）である。
なお、以下では、図１〜図３中、上側を「上」または「上方」、下側を「下」または「下方」として説明する。

本発明の凹部付き基板の製造方法は、図３（ｎ）に示すように、基板１の一方の面に、第１の凹部１１と、第１の凹部１１より深さの浅い第２の凹部１２とを形成して、凹部付き基板１０を製造する方法である。
本実施形態の凹部付き基板の製造方法は、マスク形成工程［１］と、第１の基板除去工程［２］と、紫外線照射工程［３］と、マスク部分除去工程［４］と、第２の基板除去工程［５］とを有する。

以下、各工程について、順次説明する。
［１］ マスク形成工程（第１の工程）
まず、基板１を用意する（図１（ａ）参照。）。
この基板１は、例えば、石英ガラス、二酸化ケイ素、窒化ケイ素、ポリエチレンテレフタレート、ポリイミド、各種低誘電率材料（いわゆる、ｌｏｗ−Ｋ材）等の各種絶縁材料（誘電体）や、シリコン（例えば、アモルファスシリコン、多結晶シリコン等）、インジウムティンオキサイド（ＩＴＯ）、インジウムオキサイド（ＩＯ）、酸化スズ（ＳｎＯ_２）、アンチモンティンオキサイド（ＡＴＯ）、インジウムジンクオキサイド（ＩＺＯ）、Ａｌ、Ａｌ合金、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｔａ等の導電性材料で構成された基板、または、これらのうちの任意に２種以上を用いて構成された基板（例えば、複数層の積層基板）等が挙げられる。

次に、この基板１上（一方の面側）に、図２（ｊ）に示すように、開口部３１と、他の部分より厚さが薄い薄肉部３２とを有するマスク３とを形成する。
マスク３の構成材料としては、例えば、Ａｌ、Ｐｔ、Ａｕ、Ｎｉ、Ｃｒ、Ｃｕ、Ｔａ、Ｗ、Ｔｉまたはこれらを含む合金のような各種金属材料、各種セラミックス材料（例えば、酸化物、窒化物）、各種樹脂材料（例えば、レジスト材料）等が挙げられ、これらのうちの１種または２種以上を用いることができる。

中でも、マスク３は、主として金属材料で構成されるものであるのが好ましく、さらに金属材料としては、Ａｌを主成分とするものが特に好ましい。金属材料（特にＡｌ）は、ドライエッチングに対して高い耐性（不揮発性）を有する。このため、基板１に高い寸法精度で凹部を確実に形成することが可能である。また、成膜が容易であることからも好ましい。

［１−１］ まず、基板１上に金属膜３ａを形成する（図１（ｂ）参照。）。
この金属膜３ａは、例えば、電解めっき、浸漬めっき、無電解めっき等の湿式めっき法、真空蒸着、スパッタリング、熱ＣＶＤ、プラズマＣＶＤ、レーザーＣＶＤ等の化学蒸着法（ＣＶＤ）、イオンプレーティング等の気相成膜法（乾式めっき法）、無機シートの接合等により形成することができる。

［１−２］ 次に、金属膜３ａ上に、図１（ｅ）に示すように、開口部３１に対応した領域に開口部３１ｂを有するレジスト膜３ｂを形成する。
このレジスト膜３ｂは、例えば、金属膜３ａ上に、レジスト材料膜３０ｂを形成（図１（ｃ）参照。）した後、形成すべきレジスト膜３ｂに対応する形状のフォトマスク４ａ、本実施形態では、形成すべきレジスト膜３ｂと反対パターンで開口４１ａを有するフォトマスク４ａを介して、光（例えば、紫外線等）を照射（図１（ｄ）参照。）し、光が照射された部分を現像液（例えば、アルカリ溶液等）を用いて現像（除去）することにより形成することができる。

レジスト材料膜３０ｂは、例えば、ポジ型のレジスト材料を金属膜３ａ上に供給した後、乾燥することにより形成することができる。
また、レジスト材料を金属膜３ａ上に供給する方法としては、例えば、ディップコート法、スピンコート法、スリットコート法、キャップコート法、ディスペンサー法、スプレーコート法、ロールコート法、スクリーン印刷法、インクジェット印刷法等の各種塗布法が好適に用いられる。塗布法によれば、容易、確実かつ均一に、レジスト材料を金属膜３ａの上面に供給することができる。
ポジ型のレジスト材料としては、例えば、ｏ−キノンジアジドノボラック樹脂、ポリイミド樹脂等が挙げられる。

［１−３］ 次に、このレジスト膜３ｂをマスクとして、金属膜３ａのレジスト膜３ｂから露出する部分を除去する。このとき、金属膜３ａを厚さ方向の途中（例えば、ほぼ中央）まで除去する（図２（ｆ）参照。）。
金属膜３ａの除去（パターニング）には、ウェットエッチング法が好適に用いられる。
［１−４］ 次に、開口部３１および薄肉部３２に対応して開口４１ｂを有するフォトマスク４ｂを介して、前述と同様に、光を照射（図２（ｇ）参照。）し、光が照射された部分を現像液を用いて現像する。これにより、レジスト膜３ｂの開口部３１ｂの開口面積が拡大する（図２（ｈ）参照。）。

［１−５］ 次に、再度、レジスト膜３ｂをマスクとして、金属膜３ａのレジスト膜３ｂから露出する部分を除去する。これにより、前記工程［１−３］で形成された凹部は貫通して開口部３１となり、その他の部分は、金属膜３ａの厚さ方向の途中まで除去され、薄肉部３２が形成される（図２（ｉ）参照。）。
［１−６］ 次に、レジスト膜３ｂを、例えば剥離液を用いて除去する。これにより、マスク３が得られる（図２（ｊ）参照。）。
なお、マスク３の形成方法は、上述の方法に限定されず、マスク３の構成材料等によっては、例えば、レーザ加工等により形成することもできる。

［２］ 第１の基板除去工程（第２の工程）
次に、マスク３の開口部３１から露出する基板１を、ドライエッチング法により除去して、第１の凹部１１を形成する（図３（ｋ）参照。）。
このドライエッチング法には、例えば、プラズマエッチング法、リアクティブイオンエッチング法、ビームエッチング法、光アシストエッチング法等を用いることができるが、エッチングと重合膜（デポ膜）の形成とを交互に繰り返し行う方法（いわゆる、ボッシュプロセス法）を用いるのが好ましい。
具体的には、ボッシュプロセス法とは、ＳＦ_６のようなフッ化硫黄系のガスによるエッチングと、ＣＨＦ_３、Ｃ_４Ｆ_８のようなフッ化炭素系ガスによる側壁保護膜（デポ膜）の形成（デポジション）とを繰り返す方法（米国特許５５０１８９３参照）であり、異方性の高いエッチングが可能となる。

ドライエッチング法として、かかるボッシュプロセス法を用いることにより、比較的深い第１の凹部１１を寸法精度よく形成することができる。
また、このようなボッシュプロセス法によれば、積極的に重合膜（被膜５）を形成するため、前述したような問題を生じ易い。したがって、本発明は、ドライエッチング法としてボッシュプロセス法を用いる場合への適用に特に適する。

［３］ 被膜除去工程（第３の工程）
次に、前記工程［２］において、基板１の一方の面側に形成された被膜５に対して、紫外線を照射する（図２（ｌ）参照。）。これにより、被膜５を分解する。
照射する紫外線の波長は、１５０〜３００ｎｍ程度であるのが好ましく、１７５〜２７５ｎｍ程度であるのがより好ましく、例えば、１８５ｎｍや２５４ｎｍのものが好適に選択される。

また、照射する紫外線のエネルギーは、特に限定されないが、被膜５を構成する重合体の分子結合エネルギーより高いことが好ましく、具体的には、５０ｍＪ／ｃｍ^２以上であるのが好ましく、５０〜１００ｍＪ／ｃｍ^２程度であるのがより好ましい。
また、紫外線の照射時間は、１〜５分間程度であるのが好ましく、１〜３分間程度であるのがより好ましい。
用いる紫外線の条件をそれぞれ前記範囲とすることにより、被膜５を必要かつ十分に分解することができる。

［４］ マスク部分除去工程（第４の工程）
次に、ウェットエッチング法により、マスク３を、その厚さ方向にほぼ均一に除去して、薄肉部３２直下の基板１を露出させる（図２（ｍ）参照。）。これにより、マスク３の開口部３１の開口面積が増大する。
エッチング液には、例えば、マスク３が金属材料を主材料として構成される場合、塩酸、硫酸、硝酸、フッ化水素、リン酸、酢酸、クエン酸、水酸化カリウム、水酸化ナトリウム、炭酸ナトリウム、炭酸水素ナトリウム、炭酸カリウム、ＴＭＡＨ（テトラメチル・アンモニウム・ハイドロオキサイド）、エタノールアミン等が、また、マスク３が樹脂材料を主材料として構成される場合、ベンゼン、トルエン等が挙げられる。
また、エッチング液の温度は、特に限定されないが、２０〜９０℃程度であるのが好ましく、４０〜８０℃程度であるのがより好ましい。

ここで、前記工程［３］において、被膜５を除去しない場合、マスク３の表面とエッチング液との親和性（濡れ性）が低く、マスク３の除去を効率よく行うことができない。
ところが、被膜５の除去をアッシングのような物理的な方法で行うと、第１の凹部１１の底面が荒らされ、この荒れを維持した状態で、次工程［５］のエッチングが進行して、凹部１１の寸法精度が低下する。また、マスク３が金属材料を主材料として構成される場合、マスク３の上面が除去されると、その除去物（粒子）が第１の凹部１１の底面に付着してマイクロマスクが形成され、第１の凹部１１の底面に柱状または針状の残渣（いわゆる、グラス）が形成されるという問題がある。
また、被膜５の除去にウェットエッチング法を用いることも考えられるが、基板１の種類やマスク３の構成材料等によっては、このウェットエッチング法を適用できないものが多いことや、処理工程数が増えるということ等があり好ましくない。

これに対して、本発明では、まず、被膜５を除去するので、マスク３の表面とエッチング液との高い親和性が得られ、マスク３を効率よく除去することができる。また、被膜５を紫外線の照射により分解するので、第１の凹部１１の底面が荒れることや、マスク３の上面が除去されることが好適に防止され、高い寸法精度で第１の凹部１１を形成することができる。

［５］ 第２の基板除去工程（第５の工程）
次に、残存するマスク３から露出する基板１を、ドライエッチング法により除去する。これにより、第１の凹部１１の深さを深くするとともに、第２の凹部１２を形成する（図３（ｎ）参照。）。
このドライエッチング法にも、前述したのと同様の理由から、ボッシュプロセス法を用いるのが好ましい。これにより、寸法精度がより高く、かつ、より深い第１の凹部１１および第２の凹部１２を確実に形成することができる。
次いで、必要に応じて、基板１の一方の面側に形成された被膜５を除去する。

以上のような凹部付き基板の製造方法は、例えば、液滴吐出ヘッドが備えるキャビティ基板の製造の他、各種振動子、各種センサ、各種ジャイロ等が備える基板の製造に適用することができる。
以上、本発明の凹部付き基板の製造方法および凹部付き基板について説明したが、本発明は、これらに限定されるものではない。
例えば、本発明の凹部付き基板の製造方法では、１または２以上の任意の工程を追加することもできる。

次に、本発明の具体的実施例について説明する。
１．凹部付き基板の製造
以下に示すようにして、実施例および各比較例の凹部付き基板を製造した。
（実施例）
＜１＞ まず、平均厚さ６２５μｍの多結晶シリコン基板を用意した。
次に、この多結晶シリコン基板の上面に、前述のようにして、図２（ｊ）に示す形状のＡｌ製のマスクを形成した。

＜２＞ 次に、マスクの開口部から露出する多結晶シリコン基板を、ＳＦ_６によるエッチングと、ＣＨＦ_３によるデポジションとを繰り返すボッシュプロセス法により除去した。これにより、第１の凹部を形成した。
＜３＞ 次に、前記工程＜２＞において形成された重合膜に対して、ＵＶ照射装置（オーク製作所製）を使用し、紫外線（波長：２５４ｎｍ、エネルギー：７５ｍＪ／ｃｍ^２）を３分間照射した。これにより、重合膜を分解した。

＜４＞ 次に、マスクを、その厚さ方向に、エッチング液（多磨化学工業株式会社製、「ＴＭＡＨ」）を用いて除去した。なお、エッチング液の温度は、４０℃とした。
＜５＞ 次に、残存するマスクから露出する多結晶シリコン基板を、前記と同様のボッシュプロセス法により除去した。これにより、第１の凹部の平均深さを７０μｍとするとともに、平均厚さ１０μｍの第２の凹部を形成して、凹部付き基板を得た。

（比較例１）
前記工程＜３＞を省略した以外は、前記実施例１と同様にして、凹部付き基板を製造した。
（比較例２）
前記工程＜３＞において、Ｏ_２プラズマ処理（アッシング）により重合膜を除去した以外は、前記実施例１と同様にして、凹部付き基板を製造した。
なお、Ｏ_２プラズマ処理における条件は、次の通りである。
プロセスガス ；Ｏ_２とＣＨＦ_３との混合ガス
ガス流量 ；Ｏ_２：４００ＳＣＣＭ、ＣＨＦ_３：２０ＳＣＣＭ
マイクロ波電力；周波数：２．４５ＧＨｚ、出力：６００Ｗ
基板温度 ；２０℃
処理時間 ；３分間

２．凹部形状の評価
実施例および各比較例で得られた凹部付き基板について、それぞれ、第１の凹部および第２の凹部の形状を走査電子顕微鏡で観察した。
その結果、実施例では、各凹部が目的とする矩形形状、すなわち、凹部の側面が底面に対してほぼ垂直をなす形状であることが確認された。
これに対して、各比較例では、いずれも、凹部の中には、その側面に段差が形成されて歪な形状をしていたり、底面にグラスが形成されていることが確認された。

本発明の凹部付き基板の製造方法を説明するための図（断面図）である。 本発明の凹部付き基板の製造方法を説明するための図（断面図）である。 本発明の凹部付き基板の製造方法を説明するための図（断面図）である。

符号の説明

１……基板 １１……第１の凹部 １２……第２の凹部 ３……マスク ３１……開口部 ３２……薄肉部 ３ａ……金属膜 ３ｂ……レジスト膜 ３１ｂ……開口部 ３０ｂ……レジスト材料膜 ４ａ、４ｂ……フォトマスク ４１ａ、４１ｂ……開口 ５……被膜 １０……凹部付き基板

Claims (10)

1. 基板の一方の面に、第１の凹部と、前記第１の凹部より深さの浅い第２の凹部とを形成して凹部付き基板を製造する方法であって、
   前記基板の一方の面に、開口部と、他の部分より厚さが薄い薄肉部とを有するマスクを形成する第１の工程と、
   前記マスクの開口部から露出する前記基板を、ドライエッチング法により除去して、前記第１の凹部を形成する第２の工程と、
   前記第２の工程において、前記基板の一方の面側に形成された被膜に対して、紫外線を照射することにより、前記被膜を分解する第３の工程と、
   ウェットエッチング法により、前記マスクを、その厚さ方向にほぼ均一に除去して、前記薄肉部直下の前記基板を露出させる第４の工程と、
   残存するマスクから露出する前記基板を、ドライエッチング法により除去して、前記第１の凹部の深さを深くするとともに、前記第２の凹部を形成する第５の工程とを有することを特徴とする凹部付き基板の製造方法。
2. 前記マスクは、主として金属材料で構成されている請求項１に記載の凹部付き基板の製造方法。
3. 前記金属材料は、Ａｌを主成分とするものである請求項２に記載の凹部付き基板の製造方法。
4. 前記第２の工程において、前記ドライエッチング法は、エッチングと重合膜の形成とを交互に繰り返し行う方法により行われる請求項１ないし３のいずれかに記載の凹部付き基板の製造方法。
5. 前記第３の工程において、照射する紫外線の波長は、１５０〜３００ｎｍである請求項１ないし３のいずれかに記載の凹部付き基板の製造方法。
6. 前記第３の工程において、照射する紫外線のエネルギーは、前記重合膜を構成する重合体の分子結合エネルギーより高い請求項１ないし５のいずれかに記載の凹部付き基板の製造方法。
7. 前記第３の工程において、照射する紫外線のエネルギーは、５０ｍＪ／ｃｍ^２以上である請求項１ないし６のいずれかに記載の凹部付き基板の製造方法。
8. 前記第３の工程において、紫外線の照射時間は、１〜５分間である請求項１ないし７のいずれかに記載の凹部付き基板の製造方法。
9. 前記第５の工程において、前記ドライエッチング法は、エッチングと重合膜の形成とを交互に繰り返し行う方法により行われる請求項１ないし８のいずれかに記載の凹部付き基板の製造方法。
10. 請求項１ないし９のいずれかに記載の凹部付き基板の製造方法により製造されたことを特徴とする凹部付き基板。

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