JP2010059529A - シリコン基板のエッチング方法 - Google Patents

Abstract

【課題】突起の先端径について高い寸法精度を得たり、各突起を均一に形成することができるシリコン基板のエッチング方法を提供する。
【解決手段】シリコン基板Ｋの表面に形成されたレジスト膜６０に、先端部５４を形成するための穴を備えたマスクパターンを形成する第１工程と、シリコン基板Ｋの表面を異方性エッチングして溝６１を形成する第２工程と、シリコン基板Ｋの表面に形成されたレジスト膜６２に、基部５３を形成するための穴を備えたマスクパターンを形成する第３工程と、溝６１内に埋め込まれた当該溝底部のレジスト６２が露出するまでシリコン基板Ｋの表面を等方性エッチングする第４工程と、シリコン基板Ｋの表面を異方性エッチングし、基部５３を形成する第５工程と、シリコン基板Ｋのレジスト膜６２を除去する第６工程とを順次実施することにより、基部５３と先端部５４とを備えた複数の突起５２をシリコン基板Ｋに形成する。
【選択図】図４

Description

本発明は、先端径又は先端幅が基部側よりも小さくなった突起、或いは、開口径又は開口幅が底部側よりも大きくなった凹所を、エッチングによってシリコン基板の表面に形成するためのエッチング方法に関する。

例えば、原子間力顕微鏡のピックアップ部分、ウェハのテスタ、流量制御のためのマイクロバルブ、患者の皮膚から体内に薬剤を投与するためのマイクロニードルなどに適用されるシリコン構造体として、例えば、図２及び図３に示すように、複数の突起を表面に備えたものがある。

このシリコン構造体５０は、図示するように、平板状をしたベース部５１と、このベース部５１上に立設された角柱状の複数の突起５２とを有し、この突起５２は、下端がベース部５１の表面に接続した基部５３と、この基部５３の上端に形成され、基部５３側よりも小径となった先細りの先端部５４とを備える。

そして、このような形状を形成するためのシリコン基板のエッチング方法として、従来、特許第３６９６５１３号公報に開示されたものが知られており、このエッチング方法は、突起５２を形成すべき部分にマスクを設けてシリコン基板に等方性エッチングを施し、先端部５４のある程度の形状を形成する工程と、マスクを設けた状態でシリコン基板の厚み方向に異方性エッチングを施し、基部５３を形成する工程と、マスクを設けた状態でシリコン基板に等方性エッチングを施し、先端部５４を所定寸法に仕上げる工程とを順次実施するというものである。

特許第３６９６５１３号公報

ところで、前記シリコン構造体５０は、例えば、原子間力顕微鏡のピックアップ部分に用いられるときのように、突起５２（先端部５４）の先端の外径ｄ（図３参照）に非常に高い寸法精度が要求されることがある。

しかしながら、上記従来のエッチング方法では、先端部５４の形状精度が等方性エッチングのエッチング速度やその処理時間に依存することから、例えば、シリコン基板の中央側におけるエッチング速度が速く、シリコン基板の外周側におけるエッチング速度が中央側に比べて遅い場合など、シリコン基板表面の位置によってエッチング速度にバラツキを生じていると、突起５２の先端の外径ｄが不均一になって高精度なエッチング形状を得ることができなかった。また、連続的にエッチングした複数のシリコン基板の間においても突起５２の先端の仕上がり径が不均一となっていた。

本発明は、以上の実情に鑑みなされたものであって、突起の先端径又は先端幅について高い寸法精度を得たり、均一に形成することができるシリコン基板のエッチング方法の提供をその目的とする。また、更に、本発明は、突起と同様、溝や穴といった凹所についても、その開口径又は開口幅について高い寸法精度を得たり、均一に形成することができるシリコン基板のエッチング方法の提供をその目的とする。尚、この凹所は、例えば、配線の埋め込みなどに使用され、開口径又は開口幅について非常に高い寸法精度が要求されている。

上記目的を達成するための本発明は、
先端径又は先端幅が基部側よりも小さくなった突起（開口径又は開口幅が底部側よりも大きくなった凹所）を、エッチングによってシリコン基板の表面に形成する方法であって、
前記シリコン基板の表面にレジストを塗布し、塗布したレジスト膜に、前記突起の先端部（前記凹所の開口部）を形成するための穴を備えたマスクパターンを形成する第１工程と、
前記第１工程で形成されたレジスト膜をマスクとして、前記シリコン基板の表面を異方性エッチングし、前記シリコン基板表面に溝を形成する第２工程と、
前記第２工程で形成された溝を含む前記シリコン基板の表面に前記レジストを塗布し、塗布したレジスト膜に、前記突起の基部（前記凹所の底部）を形成するための穴を備えたマスクパターンを形成する第３工程と、
前記第３工程で形成されたレジスト膜をマスクとして、前記シリコン基板表面の溝に埋め込まれた該溝底部のレジストが露出されるまで、前記シリコン基板表面を等方性エッチングする第４工程と、
前記第３工程で形成されたレジスト膜をマスクとして、前記シリコン基板の表面を異方性エッチングし、前記突起の基部（前記凹所の底部）を形成する第５工程と、
前記シリコン基板表面のレジスト膜を除去する第６工程とを順次実施す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に係る。

この発明によれば、シリコン基板の表面にレジストを塗布し、塗布したレジスト膜に、突起の先端部或いは凹所の開口部を形成するための穴を備えたマスクパターンを形成する第１工程が行われた後、このレジスト膜をマスクとして、シリコン基板の表面を異方性エッチングし、シリコン基板表面に溝を形成する第２工程が行われる。尚、この溝は、その側壁が突起先端部或いは凹所開口部の側壁を構成する。

次に、前記溝を含むシリコン基板の表面にレジストを塗布し、塗布したレジスト膜に、突起の基部或いは凹所の底部を形成するための穴を備えたマスクパターンを形成する第３工程が行われた後、このレジスト膜をマスクとして、シリコン基板表面の溝に埋め込まれた当該溝底部のレジストが露出されるまで、シリコン基板表面を等方性エッチングする第４工程が行われる。これにより、突起先端部或いは凹所開口部の一部が形成される。尚、レジストは、シリコンに比べて非常にエッチングされ難く、溝内のレジストによって突起先端部或いは凹所開口部の側壁のエッチングが防止されるので、突起先端部或いは凹所開口部の側壁は、第２工程で得られた形状のまま維持される。

ついで、第４工程と同様、第３工程で形成したレジスト膜をマスクとして、シリコン基板の表面を異方性エッチングし、突起の基部或いは凹所の底部を形成する第５工程が行われる。そして、最後に、シリコン基板表面のレジスト膜を除去する第６工程が行われると、突起先端部或いは凹所開口部が完全に形成され、このようにして、シリコン基板の表面に、先端径又は先端幅が基部側よりも小さくなった突起、或いは開口径又は開口幅が底部側よりも大きくなった凹所が形成される。

尚、突起や凹所の側壁形状は何ら限定されるものではないが、例えば、側壁の傾斜角度を所定のテーパ角度にするには、第４工程の等方性エッチングや第５工程の異方性エッチングの際に側壁部分のエッチングを制御するようにすると良い。

このように、本発明に係るシリコン基板のエッチング方法によれば、シリコン基板の表面に溝を形成してこの溝内にレジストを埋め込み、この埋め込んだレジストによって突起先端部或いは凹所開口部の側壁がエッチングされるのを防止するようにしたので、エッチング速度にバラツキがあったとしても（特に第４工程の等方性エッチングの際）、突起の先端径又は先端幅或いは凹所の開口径又は開口幅を高精度に形成することができる。また、シリコン基板の表面に複数の突起又は凹所を形成するときには、各突起又は凹所を均一な寸法にすることができる。また、更に、シリコン基板によって突起の先端径又は先端幅或いは凹所の開口径又は開口幅が異なるのを防止して同一寸法の突起或いは凹所を形成することができる。

また、本発明は、
先端径又は先端幅が基部側よりも小さくなった突起（開口径又は開口幅が底部側よりも大きくなった凹所）を、エッチングによってシリコン基板の表面に形成する方法であって、
前記シリコン基板の表面にレジストを塗布し、塗布したレジスト膜に、前記突起の先端部（前記凹所の開口部）を形成するための穴を備えたマスクパターンを形成する第１工程と、
前記第１工程で形成されたレジスト膜をマスクとして、前記シリコン基板の表面を異方性エッチングし、前記シリコン基板表面に溝を形成する第２工程と、
前記シリコン基板表面のレジスト膜を除去する第３工程と、
前記第２工程で形成された溝を含む前記シリコン基板の表面に酸化膜を形成する第４工程と、
前記溝内に形成された酸化膜を残して、前記第４工程で前記シリコン基板表面に形成された酸化膜を除去する第５工程と、
前記シリコン基板の表面にレジストを塗布し、塗布したレジスト膜に、前記突起の基部（前記凹所の底部）を形成するための穴を備えたマスクパターンを形成する第６工程と、
前記第６工程で形成されたレジスト膜をマスクとして、前記シリコン基板表面の溝に形成された酸化膜が露出されるまで、前記シリコン基板表面を等方性エッチングする第７工程と、
前記第６工程で形成されたレジスト膜をマスクとして、前記シリコン基板の表面を異方性エッチングし、前記突起の基部（前記凹所の底部）を形成する第８工程と、
前記シリコン基板表面のレジスト膜を除去する第９工程と、
前記シリコン基板表面の酸化膜を除去する第１０工程とを順次実施す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に係る。

この発明によれば、シリコン基板の表面にレジストを塗布し、塗布したレジスト膜に、突起の先端部或いは凹所の開口部を形成するための穴を備えたマスクパターンを形成する第１工程が行われた後、このレジスト膜をマスクとして、シリコン基板の表面を異方性エッチングし、シリコン基板表面に溝を形成する第２工程が行われる。尚、この溝は、その側壁が突起先端部或いは凹所開口部の側壁を構成する。

次に、シリコン基板表面のレジスト膜を除去する第３工程が行われ、前記溝を含むシリコン基板の表面に酸化膜を形成する第４工程が行われた後、前記溝内に形成された酸化膜を残して、シリコン基板表面に形成された酸化膜を除去する第５工程が行われる。尚、酸化膜は、前記溝の幅が狭く、レジスト塗布の際にレジストをこの溝内に埋め込むことが難しいような場合にも形成することができるので、このような場合に効果的である。

ついで、シリコン基板の表面にレジストを塗布し、塗布したレジスト膜に、突起の基部或いは凹所の底部を形成するための穴を備えたマスクパターンを形成する第６工程が行われた後、このレジスト膜をマスクとして、シリコン基板表面の溝に形成された酸化膜が露出されるまで、シリコン基板表面を等方性エッチングする第７工程が行われる。これにより、突起先端部或いは凹所開口部の一部が形成される。尚、酸化膜は、シリコンに比べて非常にエッチングされ難く、溝内の酸化膜によって突起先端部或いは凹所開口部の側壁のエッチングが防止されるので、突起先端部或いは凹所開口部の側壁は、第２工程で得られた形状のまま維持される。

この後、第７工程と同様、第６工程で形成したレジスト膜をマスクとして、シリコン基板の表面を異方性エッチングし、突起の基部或いは凹所の底部を形成する第８工程が行われる。そして、最後に、シリコン基板表面のレジスト膜を除去する第９工程、シリコン基板表面の酸化膜を除去する第１０工程が順次行われると、突起先端部或いは凹所開口部が完全に形成され、このようにして、シリコン基板の表面に、先端径又は先端幅が基部側よりも小さくなった突起、或いは開口径又は開口幅が底部側よりも大きくなった凹所が形成される。

尚、突起や凹所の側壁形状は何ら限定されるものではないが、例えば、側壁の傾斜角度を所定のテーパ角度にするには、第７工程の等方性エッチングや第８工程の異方性エッチングの際に側壁部分のエッチングを制御するようにすると良い。

このように、本発明に係るシリコン基板のエッチング方法によれば、シリコン基板の表面に溝を形成してこの溝内に酸化膜を形成し、この形成した酸化膜によって突起先端部或いは凹所開口部の側壁がエッチングされるのを防止するようにしたので、エッチング速度にバラツキがあったとしても（特に第７工程の等方性エッチングの際）、上記と同様、突起の先端径又は先端幅或いは凹所の開口径又は開口幅を高精度に形成することができる。また、シリコン基板の表面に複数の突起又は凹所を形成するときには、各突起又は凹所を均一な寸法にすることができる。また、更に、シリコン基板によって突起の先端径又は先端幅或いは凹所の開口径又は開口幅が異なるのを防止して同一寸法の突起或いは凹所を形成することができる。

斯くして、本発明に係るシリコン基板のエッチング方法によれば、突起先端部や凹所開口部をレジストや酸化膜により保護しつつシリコン基板をエッチングすることができるので、先端径又は先端幅が高精度な突起や開口径又は開口幅が高精度な凹所をシリコン基板の表面に形成することができる。また、シリコン基板の表面に形成される複数の突起或いは凹所を均一な精度でエッチングすることができるとともに、シリコン基板により突起或いは凹所の形状精度が変わるのを防止して一定精度の突起或いは凹所を形成することができる。

以下、本発明の具体的な実施形態について、添付図面に基づき説明する。尚、本実施形態では、シリコン基板Ｋのエッチングに図１に示すようなエッチング装置１を用いて行う場合を一例に挙げて説明する。

まず、図１に示したエッチング装置１について説明する。このエッチング装置１は、閉塞空間を有する処理チャンバ１１と、処理チャンバ１１内に昇降自在に配設され、シリコン基板Ｋが載置される基台１５と、基台１５を昇降させる昇降シリンダ１８と、処理チャンバ１１内の圧力を減圧する排気装置２０と、処理チャンバ１１内に処理ガスを供給するガス供給装置２５と、処理チャンバ１１内に供給された処理ガスをプラズマ化するプラズマ生成装置３０と、基台１５に高周波電力を印加する基台用高周波電源３５とを備える。

前記処理チャンバ１１は、相互に連通した内部空間を有する下部容器１２及び上部容器１３から構成され、上部容器１３は、下部容器１２よりも小さく形成される。前記基台１５は、シリコン基板Ｋが載置される上部材１６と、昇降シリンダ１８が接続される下部材１７とから構成される。

前記排気装置２０は、下部容器１２の側面に接続した排気管２１を備え、排気管２１を介して処理チャンバ１１の内部を所定圧力にする。前記ガス供給装置２５は、上部容器１３の上面に接続した供給管２６を備え、前記処理ガスとして、エッチングガス（例えば、ＳＦ_６ガス）や耐エッチング層形成ガス（例えば、Ｃ_４Ｆ_８ガス）、酸素ガスを、供給管２６を介し処理チャンバ１１内に供給する。

前記プラズマ生成装置３０は、上部容器１３の外周部に上下に並設された複数のコイル３１と、各コイル３１に高周波電力を印加するコイル用高周波電源３２とから構成され、コイル用高周波電源３２によってコイル３１に高周波電力を印加することで、上部容器１３内に供給された処理ガスをプラズマ化する。前記基台用高周波電源２５は、基台１５に高周波電力を印加することで、基台１５とプラズマとの間に電位差（バイアス電位）を生じさせる。

次に、以上のように構成されたエッチング装置１などを用いてシリコン基板Ｋを、図２及び図３に示すようなシリコン構造体５０となるようにエッチングする第１実施形態に係る方法について説明する。尚、以下の例では、図４（ｇ）に示すように、先端部５４が先細りのテーパ状且つ先端部５４が段付き状となった突起５２を形成するものとして説明する。

まず、第１工程を行うが、この第１工程では、シリコン基板Ｋの表面にレジストを塗布してレジスト膜６０を形成するレジスト塗布処理、このレジスト膜６０の所定領域を感光させる露光処理、レジスト膜６０上に現像液を塗布してレジスト膜６０の感光部又は未感光部を除去する現像処理を順次行い、レジスト膜６０に所定形状のマスクパターンを形成する（図４（ａ）参照）。尚、このときのマスクパターンは、先端部５４を形成するための環状穴を備えたものとなっている。

ついで、シリコン基板Ｋをエッチング装置１に搬入して基台１５上に載置し、前記レジスト膜６０をマスクとしてシリコン基板Ｋの表面を異方性エッチングする第２工程を行う。このとき、エッチング装置１では、シリコン基板Ｋをエッチングするエッチング処理と、シリコン基板Ｋに耐エッチング層を形成する耐エッチング層形成処理とが交互に繰り返される。エッチング処理では、各高周波電源３２，３５によってコイル３１及び基台１５に高周波電力をそれぞれ印加し、ガス供給装置２５から処理チャンバ１１内にエッチングガスを供給し、排気装置２０によって処理チャンバ１１内を所定圧力にし、これにより、処理チャンバ１１内のエッチングガスがプラズマ化されてシリコン基板Ｋがエッチングされ、溝が形成される。一方、耐エッチング層形成処理では、コイル用高周波電源３２によってコイル３１に高周波電力を印加し、ガス供給装置２５から処理チャンバ１１内に耐エッチング層形成ガスを供給し、排気装置２０によって処理チャンバ１１内を所定圧力にし、これにより、処理チャンバ１１内の耐エッチング層形成ガスがプラズマ化されて重合物がシリコン基板Ｋの表面、即ち、エッチングで形成される溝の側壁や底面などに堆積し、耐エッチング層（フロロカーボン膜）が形成される。

そして、このようなエッチング処理と耐エッチング層形成処理とが交互に繰り返されることで、シリコン基板Ｋは、溝の側壁が耐エッチング層によって保護されつつその深さ方向にエッチングが進行し、シリコン基板Ｋの表面には、内周面が先端部５４の外周面を構成する環状溝６１が形成される（図４（ｂ）参照）。

この後、上記第１工程と同様にして第３工程を行う。即ち、この第３工程では、シリコン基板Ｋをエッチング装置１から搬出し、環状溝６１を含むシリコン基板Ｋの表面にレジストを塗布してレジスト膜６２を形成するレジスト塗布処理（図４（ｃ）参照）、このレジスト膜６２の所定領域を感光させる露光処理、レジスト膜６２上に現像液を塗布してレジスト膜６２の感光部又は未感光部を除去する現像処理を順次行い、レジスト膜６２に所定形状のマスクパターンを形成する（図４（ｄ）参照）。尚、このときのマスクパターンは、基部５３を形成するための穴を備えたものとなっている。

次に、シリコン基板Ｋをエッチング装置１に搬入して基台１５上に載置し、前記レジスト膜６２をマスクとしてシリコン基板Ｋの表面を等方性エッチングする第４工程を行う。このとき、エッチング装置１では、各高周波電源３２，３５によってコイル３１及び基台１５に高周波電力がそれぞれ印加され、ガス供給装置２５から処理チャンバ１１内にエッチングガス，耐エッチング層形成ガス及び酸素ガスがそれぞれ供給され、排気装置２０によって処理チャンバ１１内が所定圧力とされる。そして、この第４工程では、シリコン基板Ｋの表面の環状溝６１に埋め込まれた当該溝底部のレジスト６２が露出されるまでエッチングが実施される。これにより、先端部５４の一部が形成される。このとき、レジスト６２は、シリコンに比べて非常にエッチングされ難く、環状溝６１内のレジスト６２によって環状溝６１の内周面（先端部５４の外周面）のエッチングが防止されるので、環状溝６１の内周面が第２工程で得られた形状のまま維持される（図４（ｅ）参照）。

ついで、前記レジスト膜６２をマスクとしてシリコン基板Ｋの表面を異方性エッチングする第５工程を行う。このとき、エッチング装置１は、上記第２工程と同様に制御される。そして、このような第５工程では、エッチングが深さ方向に進行することで、シリコン基板Ｋの表面に基部５３が形成される（図４（ｆ）参照）。

そして、最後に、シリコン基板Ｋをエッチング装置１から搬出し、シリコン基板Ｋの表面からレジスト膜６２をアッシング処理により除去する第６工程を行い、これにより、先端部５４が完全に形成される（図４（ｇ）参照）。このようにして、基部５３及び先端部５４からなる複数の突起５２を備えたシリコン構造体５０が形成される。

斯くして、第１実施形態に係るシリコン基板Ｋのエッチング方法によれば、内周面が先端部５４の外周面となる環状溝６１を形成してこの環状溝６１内にレジスト６２を埋め込み、この埋め込んだレジスト６２によって環状溝６１の内周面（先端部５４の外周面）がエッチングされるのを防止するようにしたので、シリコン基板Ｋの表面の位置によってエッチング速度にバラツキがあったとしても（特に第４工程の等方性エッチングの際）、突起５２（先端部５４）の先端径を高精度且つ均一に形成することができる。また、更に、シリコン基板Ｋによって突起５２の先端径が異なるのを防止して同一先端径の突起５２を形成することができる。

次に、前記エッチング装置１などを用いてシリコン基板Ｋを、図２及び図３に示すようなシリコン構造体５０となるようにエッチングする第２実施形態に係る方法について説明する。尚、以下の例では、図５（ｊ）に示すように、先端部５４が先細りのテーパ状且つ先端部５４が段付き状となった突起５２を形成するものとして説明する。

まず、前記第１実施形態の第１工程と同様に、シリコン基板Ｋの表面にレジスト膜７０を形成し、このレジスト膜７０に所定形状のマスクパターンを形成する第１工程を行う（図５（ａ）参照）。尚、このときのマスクパターンは、先端部５４を形成するための環状穴を備えたものとなっている。

ついで、前記第１実施形態の第２工程と同様に、前記レジスト膜７０をマスクとしてシリコン基板Ｋの表面を異方性エッチングする第２工程を行う。そして、この第２工程により、シリコン基板Ｋの表面には、内周面が先端部５４の外周面を構成する環状溝７１が形成される（図５（ｂ）参照）。

この後、シリコン基板Ｋをエッチング装置１から搬出し、シリコン基板Ｋの表面からレジスト膜７０をアッシング処理により除去する第３工程を行い（図５（ｃ）参照）、環状溝７１を含むシリコン基板Ｋの表面に、ＣＶＤ処理や熱酸化処理により酸化膜７２を形成する第４工程を行う（図５（ｄ）参照）。尚、酸化膜７２は、環状溝７１の幅が狭く（例えば、約１μｍ程度の場合など）、レジスト塗布の際にレジストを環状溝７１内に埋め込むことが難しいような場合にも形成することができるので、このような場合に効果的である。

次に、シリコン基板Ｋの表面に形成された酸化膜７２の内、環状溝７１部分の酸化膜７２を残して、シリコン基板Ｋの表面の酸化膜７２をエッチバック処理により除去する第５工程を行う（図５（ｅ）参照）。尚、このエッチバック処理ではフッ酸の溶液やガスを用いて酸化膜を除去する。

ついで、前記第１実施形態の第３工程と同様に、シリコン基板Ｋの表面にレジストを塗布してレジスト膜７３を形成し、このレジスト膜７３に所定形状のマスクパターンを形成する第６工程を行う（図５（ｆ）参照）。尚、このときのマスクパターンは、基部５３を形成するための穴を備えたものとなっている。

この後、前記第１実施形態の第４工程と同様に、前記レジスト膜７３をマスクとしてシリコン基板Ｋの表面を等方性エッチングする第７工程を行い、シリコン基板Ｋの表面の環状溝７１に形成された酸化膜７２が露出されるまでエッチングを実施する。これにより、先端部５４の一部が形成される。このとき、酸化膜７２は、シリコンに比べて非常にエッチングされ難く、環状溝７１内の酸化膜７２によって環状溝７１の内周面（先端部５４の外周面）のエッチングが防止されるので、環状溝７１の内周面が第２工程で得られた形状のまま維持される（図５（ｇ）参照）。

次に、前記レジスト膜７３をマスクとしてシリコン基板Ｋの表面を異方性エッチングする第８工程を行う。このとき、エッチング装置１は、上記第２工程と同様に制御される。そして、このような第８工程により、エッチングが深さ方向に進行してシリコン基板Ｋの表面に基部５３が形成される（図５（ｈ）参照）。

そして、最後に、前記第１実施形態の第６工程と同様に、シリコン基板Ｋの表面からレジスト膜７３をアッシング処理により除去する第９工程を行い（図５（ｉ）参照）、ついで、シリコン基板Ｋの表面から酸化膜７２（第５工程でシリコン基板Ｋに残した酸化膜７２であって先端部５４の外周面の酸化膜７２）を、例えば、フッ酸の溶液やガスを用いて除去する第１０工程を行うと、先端部５４が完全に形成される（図５（ｊ）参照）。このようにして、基部５３及び先端部５４からなる複数の突起５２を備えたシリコン構造体５０が形成される。

斯くして、第２実施形態に係るシリコン基板Ｋのエッチング方法によれば、内周面が先端部５４の外周面となる環状溝７１を形成してこの環状溝７１内に酸化膜７２を形成し、この形成した酸化膜７２によって環状溝７１の内周面（先端部５４の外周面）がエッチングされるのを防止するようにしたので、シリコン基板Ｋの表面の位置によってエッチング速度にバラツキがあったとしても（特に第７工程の等方性エッチングの際）、上記第１実施形態と同様、突起５２（先端部５４）の先端径を高精度且つ均一に形成することができる。また、更に、シリコン基板Ｋによって突起５２の先端径が異なるのを防止して同一先端径の突起５２を形成することができる。

因みに、実施例として、第１実施形態及び第２実施形態のエッチング方法により複数のシリコン基板Ｋをエッチングして突起５２を形成し、突起５２の先端寸法をそれぞれ測定したところ、同一シリコン基板Ｋにおける各突起５２の寸法のバラツキは±３％以内、異なるシリコン基板Ｋ間における各突起５２の寸法のバラツキは±２％以内に抑えることができた。尚、突起５２は、先端部５４の外径ｄが５μｍ、基部５３の外径Ｄが２０μｍ、高さｈが５０μｍのものをエッチングにより形成し、それぞれ図２におけるＡ〜Ｅの５ヶ所で先端径ｄを測定した。また、等方性エッチングにおける処理条件は、ＳＦ_６ガスを４０ｓｃｃｍ、酸素ガスを１４０ｓｃｃｍ、Ｃ_４Ｆ_８ガスを８０ｓｃｃｍで処理チャンバ１１内にそれぞれ供給するとともに、処理チャンバ１１内の圧力を４Ｐａに減圧し、コイル３１に１２００Ｗの、基台１５に４０Ｗの高周波電力をそれぞれ印加し、処理時間を８分とした。一方、異方性エッチングにおける処理条件は、２．５秒のエッチング処理と２秒の耐エッチング層形成処理を一定時間交互に繰り返すとともに、エッチング処理については、ＳＦ_６ガスを５００ｓｃｃｍで処理チャンバ１１内に供給し、処理チャンバ１１内の圧力を６Ｐａに減圧し、コイル３１に２２００Ｗの、基台１５に５０Ｗの高周波電力をそれぞれ印加し、耐エッチング層形成処理については、Ｃ_４Ｆ_８ガスを４００ｓｃｃｍで処理チャンバ１１内に供給し、処理チャンバ１１内の圧力を６Ｐａに減圧し、コイル３１に２２００Ｗの高周波電力を印加した。この実験結果からも明らかなように、本発明に係るシリコン基板Ｋのエッチング方法によれば、各突起５２の先端径を均一に形成することができる。

また、更に、前記エッチング装置１などを用いてシリコン基板Ｋを、図６及び図７に示すようなシリコン構造体８０となるようにエッチングする第３実施形態に係る方法について説明する。尚、前記シリコン構造体８０は、図示するように、表面に複数の穴（凹所）８１を備えたものであり、この穴８１は、開口部８２の近傍の穴径が広がるように形成され、開口径ｒが底部８３側よりも大きくなっている。また、以下の例では、穴８１の具体的な形状として、図８（ｇ）に示すように、開口部８２がテーパ状且つ段付き状となったものを形成するものとして説明する。また、第１実施形態におけるエッチング方法とほぼ同様のため簡単に説明する。

まず、シリコン基板Ｋの表面にレジストを塗布し、塗布したレジスト膜６０に所定形状のマスクパターンを形成する第１工程を行う（図８（ａ）参照）。尚、このときのマスクパターンは、開口部８２を形成するための環状穴を備えたものとなっている。ついで、前記レジスト膜６０をマスクとしてシリコン基板Ｋの表面を異方性エッチングし、シリコン基板Ｋの表面に、内周面が開口部８２の内周面を構成する環状溝６１を形成する第２工程を行う（図８（ｂ）参照）。

この後、環状溝６１を含むシリコン基板Ｋの表面にレジストを塗布し、塗布したレジスト膜６２に所定形状のマスクパターンを形成する第３工程を行う（図８（ｃ）及び（ｄ）参照）。尚、このときのマスクパターンは、底部８３を形成するための穴を備えたものとなっている。

次に、前記レジスト膜６２をマスクとして、シリコン基板Ｋの表面の環状溝６１に埋め込まれた当該溝底部のレジスト６２が露出されるまで、シリコン基板Ｋの表面を等方性エッチングする第４工程を行う（図８（ｅ）参照）。これにより、開口部８２の一部が形成される。このとき、シリコンに比べて非常にエッチングされ難い、環状溝６１内のレジスト６２によって環状溝６１の内周面（開口部８２の内周面）のエッチングが防止される。

ついで、前記レジスト膜６２をマスクとしてシリコン基板Ｋの表面を異方性エッチングし、シリコン基板Ｋの表面に底部８３を形成する第５工程を行う（図８（ｆ）参照）。そして、最後に、シリコン基板Ｋの表面からレジスト膜６２を除去する第６工程を行い、これにより、開口部８２が完全に形成される（図８（ｇ）参照）。このようにして、複数の前記穴８１を備えたシリコン構造体８０が形成される。

斯くして、第３実施形態に係るシリコン基板Ｋのエッチング方法によれば、内周面が開口部８２の内周面となる環状溝６１を形成してこの環状溝６１内にレジスト６２を埋め込み、この埋め込んだレジスト６２によって環状溝６１の内周面（開口部８２の内周面）がエッチングされるのを防止するようにしたので、シリコン基板Ｋの表面の位置によってエッチング速度にバラツキがあったとしても（特に第４工程の等方性エッチングの際）、穴８１（開口部８２）の開口径を高精度且つ均一に形成することができる。また、更に、シリコン基板Ｋによって穴８１の開口径が異なるのを防止して同一開口径の穴８１を形成することができる。

また、更に、前記エッチング装置１などを用いてシリコン基板Ｋを、図６及び図７に示すようなシリコン構造体８０となるようにエッチングする、第４実施形態における方法について説明する。尚、以下の例では、図９（ｊ）に示すように、開口部８２がテーパ状且つ段付き状となった穴８１を形成するものとして説明する。また、第２実施形態におけるエッチング方法とほぼ同様のため簡単に説明する。

まず、シリコン基板Ｋの表面にレジスト膜７０を形成し、このレジスト膜７０に所定形状のマスクパターンを形成する第１工程を行う（図９（ａ）参照）。尚、このときのマスクパターンは、開口部８２を形成するための環状穴を備えたものとなっている。ついで、前記レジスト膜７０をマスクとしてシリコン基板Ｋの表面を異方性エッチングし、シリコン基板Ｋの表面に、内周面が開口部８２の内周面を構成する環状溝７１を形成する第２工程を行う（図９（ｂ）参照）。

この後、シリコン基板Ｋの表面からレジスト膜７０を除去する第３工程を行い（図９（ｃ）参照）、環状溝７１を含むシリコン基板Ｋの表面に酸化膜７２を形成する第４工程を行う（図９（ｄ）参照）。尚、酸化膜７２は、環状溝７１の幅が非常に狭いような場合にも形成することができるので、好都合である。次に、シリコン基板Ｋの表面に形成された酸化膜７２の内、環状溝７１部分の酸化膜７２を残して、シリコン基板Ｋの表面の酸化膜７２を除去する第５工程を行う（図９（ｅ）参照）。

ついで、シリコン基板Ｋの表面にレジストを塗布してレジスト膜７３を形成し、このレジスト膜７３に所定形状のマスクパターンを形成する第６工程を行う（図９（ｆ）参照）。尚、このときのマスクパターンは、基部８３を形成するための穴を備えたものとなっている。

この後、前記レジスト膜７３をマスクとして、シリコン基板Ｋの表面の環状溝７１に形成された酸化膜７２が露出されるまで、シリコン基板Ｋの表面を等方性エッチングする第７工程を行う（図９（ｇ）参照）。これにより、開口部８２の一部が形成される。このとき、シリコンに比べて非常にエッチングされ難い、環状溝７１内の酸化膜７２によって環状溝７１の内周面（開口部８２の内周面）のエッチングが防止される。

次に、前記レジスト膜７３をマスクとしてシリコン基板Ｋの表面を異方性エッチングし、シリコン基板Ｋの表面に底部８３を形成する第８工程を行う（図９（ｈ）参照）。そして、最後に、シリコン基板Ｋの表面からレジスト膜７３を除去する第９工程を行い（図９（ｉ）参照）、ついで、シリコン基板Ｋの表面から酸化膜７２（第５工程でシリコン基板Ｋに残した酸化膜７２であって開口部８２の内周面の酸化膜７２）を、例えば、フッ酸の溶液やガスを用いて除去する第１０工程を行うと、開口部８２が完全に形成される（図９（ｊ）参照）。このようにして、複数の前記穴８１を備えたシリコン構造体８０が形成される。

斯くして、第４実施形態に係るシリコン基板Ｋのエッチング方法によれば、内周面が開口部８２の内周面となる環状溝７１を形成してこの環状溝７１内に酸化膜７２を形成し、この形成した酸化膜７２によって環状溝７１の内周面（開口部８２の内周面）がエッチングされるのを防止するようにしたので、シリコン基板Ｋの表面の位置によってエッチング速度にバラツキがあったとしても（特に第７工程の等方性エッチングの際）、第３実施形態と同様、穴８１（開口部８２）の開口径を高精度且つ均一に形成することができる。また、更に、シリコン基板Ｋによって穴８１の開口径が異なるのを防止して同一開口径の穴８１を形成することができる。

以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明の採り得る具体的な態様は、何らこれに限定されるものではない。

第１実施形態及び第２実施形態では、シリコン基板Ｋの表面に、角柱状且つ先端がテーパ状をした複数の突起５２を形成するようにしたが、形成する突起５２の形状は、何ら限定されるものではなく、円柱状であっても良い。また、先端部５４は、必ずしもテーパ状でなくても良い。また、更に、突起５２は、図１０に示すように、リブ状に形成されたものや、図１１に示すように、環状に形成されたものであっても良く、第１実施形態及び第２実施形態のエッチング方法を使用することで、先端幅ｄが均一で精度の良い突起５２を形成することができる。尚、突起５２の側壁を所定のテーパ角度にするには、第１実施形態の第４工程又は第２実施形態の第７工程における等方性エッチングや、第１実施形態の第５工程又は第２実施形態の第８工程における異方性エッチングで側壁部分のエッチング制御を行うようにすると良い。また、突起５２の形成数は特に限定されるものではない。

また、第３実施形態及び第４実施形態では、シリコン基板Ｋの表面に、複数の丸穴８１を形成するようにしたが、形成する穴８１の形状は、何ら限定されるものではなく、角穴であっても良い。また、開口部８２は、必ずしもテーパ状でなくても良い。また、更に、穴８１に代えて、図１２に示すような溝（凹所）８４を形成するようにしても良く、第３実施形態及び第４実施形態のエッチング方法を使用することで、開口幅ｒが均一で精度の良い溝８４を形成することができる。尚、穴８１や溝８４の内壁を所定のテーパ角度にするには、第３実施形態の第４工程又は第４実施形態の第７工程における等方性エッチングや、第３実施形態の第５工程又は第４実施形態の第８工程における異方性エッチングで側壁部分のエッチング制御を行うようにすると良い。また、穴８１や溝８４の形成数は特に限定されるものではない。

本発明の実施形態に係るエッチング方法を実施するためのエッチング装置の概略構成を示した断面図である。 エッチングにより形成するシリコン構造体の概略構成を示した平面図である。 図２における矢示Ｘ−Ｘ方向の断面図である。 本発明の第１実施形態に係るエッチング方法を説明するための説明図である。 本発明の第２実施形態に係るエッチング方法を説明するための説明図である。 エッチングにより形成するシリコン構造体の概略構成を示した平面図である。 図６における矢示Ｙ−Ｙ方向の断面図である。 本発明の第３実施形態に係るエッチング方法を説明するための説明図である。 本発明の第４実施形態に係るエッチング方法を説明するための説明図である。 エッチングにより形成する突起例を示した斜視図である。 エッチングにより形成する突起例を示した斜視図である。 エッチングにより形成する凹所例を示した斜視図である。

符号の説明

１ エッチング装置
１１ 処理チャンバ
１５ 基台
２０ 排気装置
２５ ガス供給装置
３０ プラズマ生成装置
３１ コイル
３２ コイル用高周波電源
３５ 基台用高周波電源
５０ シリコン構造体
５２ 突起
５３ 基部
５４ 先端部
６０，６２，７０，７３ レジスト膜
６１，７１ 環状溝
７２ 酸化膜
８０ シリコン構造体
８１ 穴
８２ 底部
８３ 開口部
Ｋ シリコン基板

Claims (4)

1. 先端径又は先端幅が基部側よりも小さくなった突起を、エッチングによってシリコン基板の表面に形成する方法であって、
   前記シリコン基板の表面にレジストを塗布し、塗布したレジスト膜に、前記突起の先端部を形成するための穴を備えたマスクパターンを形成する第１工程と、
   前記第１工程で形成されたレジスト膜をマスクとして、前記シリコン基板の表面を異方性エッチングし、前記シリコン基板表面に溝を形成する第２工程と、
   前記第２工程で形成された溝を含む前記シリコン基板の表面に前記レジストを塗布し、塗布したレジスト膜に、前記突起の基部を形成するための穴を備えたマスクパターンを形成する第３工程と、
   前記第３工程で形成されたレジスト膜をマスクとして、前記シリコン基板表面の溝に埋め込まれた該溝底部のレジストが露出されるまで、前記シリコン基板表面を等方性エッチングする第４工程と、
   前記第３工程で形成されたレジスト膜をマスクとして、前記シリコン基板の表面を異方性エッチングし、前記突起の基部を形成する第５工程と、
   前記シリコン基板表面のレジスト膜を除去する第６工程とを順次実施す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。
2. 先端径又は先端幅が基部側よりも小さくなった突起を、エッチングによってシリコン基板の表面に形成する方法であって、
   前記シリコン基板の表面にレジストを塗布し、塗布したレジスト膜に、前記突起の先端部を形成するための穴を備えたマスクパターンを形成する第１工程と、
   前記第１工程で形成されたレジスト膜をマスクとして、前記シリコン基板の表面を異方性エッチングし、前記シリコン基板表面に溝を形成する第２工程と、
   前記シリコン基板表面のレジスト膜を除去する第３工程と、
   前記第２工程で形成された溝を含む前記シリコン基板の表面に酸化膜を形成する第４工程と、
   前記溝内に形成された酸化膜を残して、前記第４工程で前記シリコン基板表面に形成された酸化膜を除去する第５工程と、
   前記シリコン基板の表面にレジストを塗布し、塗布したレジスト膜に、前記突起の基部を形成するための穴を備えたマスクパターンを形成する第６工程と、
   前記第６工程で形成されたレジスト膜をマスクとして、前記シリコン基板表面の溝に形成された酸化膜が露出されるまで、前記シリコン基板表面を等方性エッチングする第７工程と、
   前記第６工程で形成されたレジスト膜をマスクとして、前記シリコン基板の表面を異方性エッチングし、前記突起の基部を形成する第８工程と、
   前記シリコン基板表面のレジスト膜を除去する第９工程と、
   前記シリコン基板表面の酸化膜を除去する第１０工程とを順次実施す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。
3. 開口径又は開口幅が底部側よりも大きくなった凹所を、エッチングによってシリコン基板の表面に形成する方法であって、
   前記シリコン基板の表面にレジストを塗布し、塗布したレジスト膜に、前記凹所の開口部を形成するための穴を備えたマスクパターンを形成する第１工程と、
   前記第１工程で形成されたレジスト膜をマスクとして、前記シリコン基板の表面を異方性エッチングし、前記シリコン基板表面に溝を形成する第２工程と、
   前記第２工程で形成された溝を含む前記シリコン基板の表面に前記レジストを塗布し、塗布したレジスト膜に、前記凹所の底部を形成するための穴を備えたマスクパターンを形成する第３工程と、
   前記第３工程で形成されたレジスト膜をマスクとして、前記シリコン基板表面の溝に埋め込まれた該溝底部のレジストが露出されるまで、前記シリコン基板表面を等方性エッチングする第４工程と、
   前記第３工程で形成されたレジスト膜をマスクとして、前記シリコン基板の表面を異方性エッチングし、前記凹所の底部を形成する第５工程と、
   前記シリコン基板表面のレジスト膜を除去する第６工程とを順次実施す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。
4. 開口径又は開口幅が底部側よりも大きくなった凹所を、エッチングによってシリコン基板の表面に形成する方法であって、
   前記シリコン基板の表面にレジストを塗布し、塗布したレジスト膜に、前記凹所の開口部を形成するための穴を備えたマスクパターンを形成する第１工程と、
   前記第１工程で形成されたレジスト膜をマスクとして、前記シリコン基板の表面を異方性エッチングし、前記シリコン基板表面に溝を形成する第２工程と、
   前記シリコン基板表面のレジスト膜を除去する第３工程と、
   前記第２工程で形成された溝を含む前記シリコン基板の表面に酸化膜を形成する第４工程と、
   前記溝内に形成された酸化膜を残して、前記第４工程で前記シリコン基板表面に形成された酸化膜を除去する第５工程と、
   前記シリコン基板の表面にレジストを塗布し、塗布したレジスト膜に、前記凹所の底部を形成するための穴を備えたマスクパターンを形成する第６工程と、
   前記第６工程で形成されたレジスト膜をマスクとして、前記シリコン基板表面の溝に形成された酸化膜が露出されるまで、前記シリコン基板表面を等方性エッチングする第７工程と、
   前記第６工程で形成されたレジスト膜をマスクとして、前記シリコン基板の表面を異方性エッチングし、前記凹所の底部を形成する第８工程と、
   前記シリコン基板表面のレジスト膜を除去する第９工程と、
   前記シリコン基板表面の酸化膜を除去する第１０工程とを順次実施す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。

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