JP2013202559A - 濾過用フィルタの製造方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】幅だけでなく深さも精度よく制御された溝を形成することができる濾過用フィルタの製造方法を提供する。
【解決手段】下の珪素層23、上の珪素層23、及び2つの珪素層23に挟まれた中間酸化層24からなるSOI基板25において、SOI基板25の上面へ処理時間が調整された熱酸化処理を施して厚さが所定値に調整された上部酸化層26を形成し、厚さが調整された上部酸化層26の上に、濾過前流路13や濾過後流路15に対応する流路用開口部28と、各濾過スリット14に対応するスリット用開口部29とを有するマスク膜27を形成し、超高純度バッファードフッ酸によりウェットエッチング処理をSOI基板25へ施し、流路用開口部28やスリット用開口部29において露出する上部酸化層26をエッチングして上の珪素層23まで到達する溝30や溝31を形成する。
【選択図】図3
【解決手段】下の珪素層23、上の珪素層23、及び2つの珪素層23に挟まれた中間酸化層24からなるSOI基板25において、SOI基板25の上面へ処理時間が調整された熱酸化処理を施して厚さが所定値に調整された上部酸化層26を形成し、厚さが調整された上部酸化層26の上に、濾過前流路13や濾過後流路15に対応する流路用開口部28と、各濾過スリット14に対応するスリット用開口部29とを有するマスク膜27を形成し、超高純度バッファードフッ酸によりウェットエッチング処理をSOI基板25へ施し、流路用開口部28やスリット用開口部29において露出する上部酸化層26をエッチングして上の珪素層23まで到達する溝30や溝31を形成する。
【選択図】図3
Description
本発明は、エッチング処理を用いた濾過用フィルタの製造方法に関する。
工場や家庭からの排水(下水)から汚染物質や不純物を除去して上水を精製し、若しくは、海水から塩分等を除去して淡水を精製する際、濾過用フィルタが多用されている。濾過用フィルタとしては、高分子材料から成るもの、例えば、酢酸メチルの高分子膜を用いる逆浸透膜が知られている。
ところが、逆浸透膜は高分子膜を主要構成要素とするため、強度が低く、精製効率向上のために下水や海水へ印加する圧力(一次側圧力)を上昇させて負荷をかけると破れてしまうという問題がある。そこで、近年、剛性の高い多孔質セラミック体からなる逆浸透膜が開発されている(例えば、特許文献1参照)。
多孔質セラミック体からなる逆浸透膜を用いた場合、一次側圧力を上げることによって濾過の効率を上げることができるが、多孔質セラミック体からなる逆浸透膜は製造過程において貫通孔の径を直接的に制御することができない。また、逆浸透膜の貫通孔を径が数nm以下の径の貫通孔で構成する必要がある場合でも、逆浸透膜には径が数nmよりも大きい貫通孔、例えば、径が数十nmとなる貫通孔が少なからず存在し、場合によっては径が数百nmの貫通孔が数個存在する可能性がある。そのため、汚染物質や塩分の除去に関して依然として懸念がある。さらに、逆浸透膜を液体中に含まれる大きさが異なる複数の医薬成分の仕分けに利用する場合、所望の大きさではない医薬成分が貫通孔を通過する虞があり、医薬成分の仕分けができないという問題がある。すなわち、逆浸透膜の貫通孔を形成する際、該貫通孔のサイズ及び形状を精度よく制御することは重要な課題であるといえる。
本発明者等は、これに対応して、半導体デバイスの製造分野において微細溝加工や微細貫通孔加工に多数の実績があるエッチング処理、例えば、プラズマエッチング処理を用いることを提唱している(例えば、特許文献2参照。)。具体的には、開口部の幅がリソグラフィ技術によって制御されたマスク膜を使用して珪素基板にエッチング処理によって幅が均一に調整された多数の溝を得、該溝を濾過用フィルタのスリットとして用いることを提唱している。
リソグラフィ技術を用いたエッチング処理では、溝の幅を均一に数nm単位で制御できるため、所望の径よりも大きい径を持つ球体状の異物が濾過用フィルタを通過するのを確実に防止することができる。
しかしながら、エッチング処理で溝を形成する場合、溝の断面形状は先細りした形状や 逆紡錘形となる傾向があり、例えば、逆紡錘形となった場合、図8に示すように、所定の径Rの球体状異物80(図中破線で示す。)の選別を行うために、エッチング処理によって幅Rのスリット81を形成すると、スリット81の深さはR以上となり、例えば、長径がR以上の楕円断面形状の異物82がスリット81を通過するおそれがある。また、形成された溝が意図しない深さとなり、当該溝を通過させたい液体の流量を正確に制御できないという問題が生じる。すなわち、より正確に濾過を行うためには、幅だけでなく深さも精度よく制御されたスリットを形成する必要がある。
本発明の目的は、幅だけでなく深さも精度よく制御された溝を形成することができる濾過用フィルタの製造方法を提供することにある。
上記目的を達成するために、請求項1記載の濾過用フィルタの製造方法は、予め第1の所定の厚さに調整された第1の層を有する基板から濾過用フィルタを製造する濾過用フィルタの製造方法であって、前記第1の層の上に上部層として第2の層を第2の所定の厚さに調整して形成する上部層形成ステップと、前記厚さが調整された第2の層の上に、所定の幅の開口部を有するマスク膜を形成するマスク膜形成ステップと、前記マスク膜の開口部に露出する前記第2の層をエッチングして前記第1の層まで到達する溝を形成する上部層エッチングステップとを有し、前記第1の層は、前記第2の層がエッチングされる際にエッチングされない材料からなることを特徴とする。
請求項2記載の濾過用フィルタの製造方法は、請求項1記載の濾過用フィルタの製造方法において、前記第2の層のエッチングは、前記溝が前記第1の層まで到達した後も所定の時間に亘って継続されることを特徴とする。
請求項3記載の濾過用フィルタの製造方法は、請求項1又は2記載の濾過用フィルタの製造方法において、前記第2の層は前記第1の層の酸化によって形成され、前記上部層形成ステップにおいて、前記第2の層の厚さは酸化時間によって調整されることを特徴とする。
請求項4記載の濾過用フィルタの製造方法は、請求項1乃至3のいずれか1項に記載の濾過用フィルタの製造方法において、前記第1の層は珪素からなり、前記第2の層は酸化珪素からなることを特徴とする。
請求項5記載の濾過用フィルタの製造方法は、請求項1又は2記載の濾過用フィルタの製造方法において、前記第2の層は原子層堆積方法によって形成され、前記上部層形成ステップにおいて、前記第2の層の厚さは堆積時間によって調整されることを特徴とする。
請求項6記載の濾過用フィルタの製造方法は、請求項1乃至5のいずれか1項に記載の濾過用フィルタの製造方法において、前記基板は前記第1の層の下に下部層として形成された第3の層をさらに備え、前記第3の層は前記第1の層がエッチングされる際にエッチングされない材料からなり、前記上部層エッチングステップにおいて露出した前記第1の層をエッチングして前記第3の層まで到達する他の溝を形成する第1の層エッチングステップを有することを特徴とする。
上記目的を達成するために、請求項7記載の濾過用フィルタの製造方法は、予め第1の所定の厚さに調整された第1の層と、該第1の層の下に形成された下部層とを備え、前記下部層は前記第1の層がエッチングされる際にエッチングされない材料からなる基板から濾過用フィルタを製造する濾過用フィルタの製造方法であって、前記厚さが調整された第1の層の上に、所定の幅の開口部を有するマスク膜を形成するマスク膜形成ステップと、前記マスク膜の開口部に露出する前記第1の層をエッチングして前記下部層まで到達する溝を形成する第1の層エッチングステップとを有することを特徴とする。
請求項8記載の濾過用フィルタの製造方法は、請求項7記載の濾過用フィルタの製造方法において、前記第1の層エッチングステップ後、前記第1の層エッチングステップにおいてエッチングされなかった前記第1の層の上部をエッチングして前記第1の層の上部に複数の浅溝を形成することを特徴とする。
請求項9記載の濾過用フィルタの製造方法は、請求項7又は8記載の濾過用フィルタの製造方法において、前記第1の層のエッチングは、前記溝が前記下部層まで到達した後も所定の時間に亘って継続されることを特徴とする。
請求項10記載の濾過用フィルタの製造方法は、請求項7乃至9のいずれか1項に記載の濾過用フィルタの製造方法において、前記基板は前記下部層の下に形成された第4の層をさらに備え、前記第4の層は前記下部層がエッチングされる際にエッチングされない材料からなり、前記第1の層エッチングステップにおいて露出した前記下部層を、前記溝とは異なる部分においてエッチングして前記第4の層まで到達する他の溝を形成する下部層エッチングステップを有することを特徴とする。
請求項11記載の濾過用フィルタの製造方法は、請求項7乃至10のいずれか1項に記載の濾過用フィルタの製造方法において、前記第1の層は化学機械研磨によって研磨されて前記第1の所定の厚さに調整されることを特徴とする。
請求項12記載の濾過用フィルタの製造方法は、請求項10記載の濾過用フィルタの製造方法において、前記第1の層及び前記第4の層は珪素からなり、前記下部層は酸化珪素からなることを特徴とする。
本実施の形態に係る濾過用フィルタの製造方法によれば、所定の厚さに調整された第2の層の上に形成された所定の幅の開口部を有するマスク膜を用いたエッチングによってマスク膜の開口部に露出する第2の層をエッチングして第1の層まで到達する溝を形成する。第1の層は、第2の層がエッチングされる際にエッチングされない材料からなるので、溝が第1の層に到達しても第1の層はエッチングされない。すなわち、第2の層が貫通されて形成される溝の幅はマスク膜における開口部によって規制され、溝の深さは第1の層によって規制される。これにより、幅だけでなく深さも精度よく制御された溝を形成することができる。
以下、本発明の実施の形態について図面を参照しながら詳細に説明する。
図1は、本実施の形態に係る濾過用フィルタの製造方法によって製造される濾過用フィルタの構成を概略的に示す図であり、図1(A)は濾過用フィルタが積層されて構成される濾過ユニットの側面図であり、図1(B)は図1(A)における線B−Bに沿う断面図であって、濾過用フィルタの平面図であり、図1(C)は図1(B)における線C−Cに沿う断面図であり、図1(D)は図1(B)における線D−Dに沿う断面図であり、図1(E)は図1(B)における線E−Eに沿う断面図である。
図1(A)において、濾過ユニット10は、積層された3つの濾過用フィルタ11と、最上位の濾過用フィルタ11の上面を覆う透明な材料、例えば、ガラスからなる観測板12と、濾過前の液体を導入する導入管19と、濾過後の液体を排出する排出管20とを備える。3つの濾過用フィルタ11は全て同じ構造を有し、互いに後述する導入孔17や排出孔18で内部が連通されている。
図1(B)乃至図1(E)において、濾過用フィルタ11は、互いにエッチング特性 が異なる2種類の材料の層が積層されてなる基板、例えば、SOI(Silicon On Insulator)基板からなる本体にエッチング処理による溝加工で形成された濾過前流路13、濾過スリット14、濾過後流路15を有する。
濾過前流路13及び濾過後流路15は平面視櫛状に形成され、濾過前流路13の櫛の歯に相当する各濾過前分流路13aと、濾過後流路15の櫛の歯に相当する各濾過後分流路15aとが互いに入れ子になるように向かい合わせで配置されている。各濾過前分流路13a及び各濾過後分流路15aの間には壁部16が介在し、該壁部16の上面には複数の濾過スリット14が濾過前分流路13aと濾過後分流路15aとを連通するように配置されている。
濾過用フィルタ11では、異物を含む液体が、濾過前流路13から各濾過前分流路13a、各濾過スリット14、各濾過後分流路15aを介して濾過後流路15へ流れるが(図1(B)の破線を参照。)、各濾過スリット14の幅及び深さはそれぞれ所定値、例えば、100nmに設定されているので、濾過前分流路13a内を流れる液体に含まれる径が所定値、例えば、100nm以上の異物は各濾過スリット14を通過することができず、濾過後分流路15aへ流入することがない。すなわち、各濾過スリット14が所定値以上の径を有する異物を除去して液体を濾過する。壁部16の上面に形成される濾過スリット14の数は、濾過効率向上の観点から多いのが好ましく、例えば、1,000,000個以上形成されるのが好ましい。
濾過前流路13の底面には該底面を貫通する導入孔17が設けられ、該導入孔17を介して当該濾過用フィルタ11の濾過前流路13は他の濾過用フィルタ11の濾過前流路13と連通する。また、濾過後流路15の底面には該底面を貫通する排出孔18が設けられ、該排出孔18を介して当該濾過用フィルタ11の濾過後流路15は他の濾過用フィルタ11の濾過後流路15と連通する。したがって、濾過ユニット10では導入管19から最上位の濾過用フィルタ11の濾過前流路13へ導入された濾過前の液体が各導入孔17によって各濾過用フィルタ11の濾過前流路13へ分配され、各濾過用フィルタ11の濾過スリット14によって濾過された後、各濾過用フィルタ11の濾過後流路15に存在する濾過後の液体が各排出孔18によって最上位の濾過用フィルタ11の濾過後流路15へ集合し、排出管20を介して排出される。
図2は、本実施の形態に係る濾過用フィルタの製造方法において用いられるSOI基板の製造方法の工程図である。
まず、珪素(Si)のみからなる基板21を準備し(図2(A))、該基板21の上面に熱酸化処理を施して上部を酸化珪素(SiO2)に変質させて酸化層22を形成する(図2(B))。珪素から形成される酸化珪素の量は熱酸化処理が施される時間にほぼ比例するため、熱酸化処理時間を調整することによって酸化層22の厚さを調整する。図2(A)及び図2(B)では、1枚の基板21しか図示していないが、SOIは後述するように2枚の基板21を貼り合わせて製造されるため、少なくとも2枚の基板21が準備され、各基板21に熱酸化処理が施される。
次いで、2枚の基板21を互いの酸化層22が当接するように貼り合わせ(図2(C))、さらに所定時間に亘って加熱する。このとき、各酸化層22同士が接合されて2つの基板21が密着し、2つの珪素層23と、該2つの珪素層23に挟まれた1つの中間酸化層24とを有するSOI基板25が形成される(図2(D))。その後、本処理を終了する。
上述したように、SOI基板25は、2つの基板21に熱酸化処理を施した後、該2つの基板21を貼り合わせて加熱するだけで得られるため、非常に簡便且つ安価に製造することができる。なお、中間酸化層24は厚さが調整された2つの酸化層22からなるため、該中間酸化層24の厚さも調整されることになる。
図3及び図4は、本実施の形態に係る濾過用フィルタの製造方法の工程図である。
まず、SOI基板25を準備し(図3(A))、該SOI基板25の上面に熱酸化処理を施して上部を酸化珪素に変質させて上部層としての上部酸化層26(第2の層)を形成する(図3(B))。このとき、熱酸化処理時間が調整されて上部酸化層26の厚さは、所定値(第2の所定の厚さ)、例えば、10nmに調整される(上部層形成ステップ)。
ここで、SOI基板25を構成する前の基板21は化学研磨処理(CMP、Chemical Mechanical Polishing)によって厚さが予め調整されており、該基板21に形成される酸化層22や上部酸化層26も厚さが調整されるため、結果として、下部層としての中間酸化層24(第3の層)の上の珪素層23(第1の層)の厚さも所定値(第1の所定の厚さ)に予め調整されることになる。
次いで、上部酸化層26の上に、例えば、フォトレジストからなるマスク膜27を形成する(マスク膜形成ステップ)。該マスク膜27には、濾過前流路13や濾過後流路15に対応する流路用開口部28と、各濾過スリット14に対応するスリット用開口部29とが設けられ、流路用開口部28及びスリット用開口部29は上部酸化層26を露出させる(図3(C))。特に、スリット用開口部29の幅(所定の幅)は、厳密に調整され、例えば、上部酸化層26の厚さと同じ10nmに調整される。
次いで、超高純度バッファードフッ酸(BHF:NH4F及びHFの混合物)をエッチャントとして用いてSOI基板25へウェットエッチング処理を施す酸化層エッチングプロセスにより、流路用開口部28やスリット用開口部29において露出する上部酸化層26をエッチングして上の珪素層23まで到達する溝30や溝31を形成する(図3(D))(上部層エッチングステップ)。
このとき、珪素単体はBHFによって溶解されないため、上の珪素層23はBHFによってエッチングされない。したがって、上部酸化層26がエッチングされて形成される溝30や溝31は上の珪素層23に到達するとそれ以上深くならず、結果として深さが精度よく制御される。一方、溝30や溝31が上の珪素層23に到達したときは、溝30や溝31は先細りの形状、例えば、下に凸の紡錘形を呈するため、個々の溝30や溝31の幅は深さ方向に関して一定でない。これに対応して本実施の形態では、溝30や溝31が上の珪素層23まで到達した後もウェットエッチング処理を所定時間、例えば、溝30や溝31が上の珪素層23まで到達する時間の3割に該当する時間に亘って継続する。これにより、溝30や溝31の深さ方向の成長を上の珪素層23によって規制したまま、溝30や溝31の幅方向の成長を促すことができ、もって、溝30や溝31に流路用開口部28やスリット用開口部29の幅を正確に反映することができ、結果として溝30や溝31の幅が精度よく制御される。
次いで、酸素プラズマ、又は有機洗浄液によるアッシング処理をSOI基板25へ施してマスク膜27を除去する(図3(E))。
次いで、再度、上部酸化層26の上に、例えば、フォトレジストからなるマスク膜32を形成する。該マスク膜32には溝30に対応する流路用開口部33が設けられ、流路用開口部33は上の珪素層23を露出させる一方、マスク膜32は各溝31を覆い、溝31における上の珪素層23を露出させない(図4(A))。
次いで、弗化炭素ガス(例えば、C4F8)から生じたプラズマによってSOI基板25へ所定の時間、例えば5秒間、エッチング処理とともに施されるデポ付着処理と、弗化硫黄ガス(例えば、SF6)及び酸素ガスからなる処理ガスから生じたプラズマによってSOI基板25へ他の所定の時間、例えば10秒間、施されるプラズマエッチング処理を交互に繰返す珪素層エッチングプロセスにより、流路用開口部33において露出する上の珪素層23をエッチングして中間酸化層24まで到達する溝34を形成する(図4(B))(第1の層エッチングステップ)。
このとき、酸化珪素は上記珪素層エッチングプロセスにおいて生じるプラズマによってエッチングされないため、中間酸化層24はプラズマエッチング処理においてエッチングされない。したがって、上の珪素層23がエッチングされて形成される溝34は中間酸化層24に到達するとそれ以上深くならず、結果として深さが精度よく制御される。一方、溝34が中間酸化層24に到達したときは、溝34は先細りの形状、例えば下に凸の紡錘形を呈するため、個々の溝34の幅は深さ方向に関して一定でない。これに対応して本実施の形態では、溝34が中間酸化層24まで到達した後もプラズマエッチング処理を他の所定時間、例えば、5秒に亘って継続する。これにより、溝34の深さ方向の成長を中間酸化層24によって規制したまま、溝34の幅方向の成長を促すことができ、もって、溝34に流路用開口部33の幅を正確に反映することができ、結果として溝34の幅が精度よく制御される。
次いで、酸素プラズマ、又は有機洗浄液によるアッシング処理をSOI基板25へ施してマスク膜32を除去する(図4(C))。このとき、深さ及び幅が精度よく制御された溝34が濾過前流路13や濾過後流路15を構成し、深さ及び幅が精度よく制御された溝31が濾過スリット14を構成する。
その後、濾過ユニット10における最上位の濾過用フィルタ11には観測板12が上部に貼り付けられ(図4(D))、本製造方法が終了する。
本実施の形態に係る濾過用フィルタの製造方法によれば、厚さが所定値に調整された上部酸化層26の上に形成された、所定の幅の流路用開口部28やスリット用開口部29を有するマスク膜27を用いたBHFによるウェットエッチング処理により、マスク膜27の流路用開口部28やスリット用開口部29に露出する上部酸化層26をエッチングして上の珪素層23まで到達する溝30や溝31を形成する。上の珪素層23はBHFによって溶解しない珪素単体からなるので、溝30や溝31が上の珪素層23へ到達しても上の珪素層23はエッチングされない。すなわち、溝30や溝31の深さは上の珪素層23によって規制される。これにより、深さが精度よく制御された溝30や濾過スリット14を形成することができる。
また、本実施の形態に係る濾過用フィルタの製造方法では、厚さが所定値に予め調整された上の珪素層23の上に形成されたマスク膜32をマスクとして用いるプラズマエッチング処理によって溝34が中間酸化層24まで到達する。中間酸化層24は上記処理ガスから生じたプラズマによってエッチングされない酸化珪素からなるので、溝34が中間酸化層24へ到達しても中間酸化層24はエッチングされない。すなわち、上の珪素層23が貫通されて形成される溝34の深さは中間酸化層24によって規制される。これにより、深さが精度よく制御された濾過前流路13や濾過後流路15を形成することができる。
上述した本実施の形態に係る濾過用フィルタの製造方法では、さらに、溝31が上の珪素層23まで到達した後もBHFによるエッチングを所定時間に亘って継続し、溝34が中間酸化層24まで到達した後もプラズマによるエッチングを他の所定時間に亘って継続するので、溝31や溝34にスリット用開口部29や流路用開口部33の幅を正確に反映することができ、結果として幅が精度よく制御された濾過前流路13、濾過スリット14や濾過後流路15を形成することができる。
上述した本実施の形態に係る濾過用フィルタの製造方法によって製造される濾過用フィルタ11では、各濾過スリット14の幅及び深さが精度よく制御されるので、より正確に濾過を行うことができる。
また、上述した本実施の形態に係る濾過用フィルタの製造方法によって製造される濾過用フィルタ11は剛性の高い珪素を基材とするSOI基板25から製造され、濾過スリット14は硬質の酸化珪素からなる酸化層22に形成されるため、各濾過用フィルタ11において異物を含む液体に高圧を負荷して各濾過スリット14を通過させることができ、もって、単位時間当たりの濾過量を増加させることができ、濾過効率を向上させることができる。
さらに、上述した本実施の形態に係る濾過用フィルタの製造方法では、濾過スリット14の数はマスク膜27における各スリット用開口部29の数によって決定されるため、マスク膜27において各スリット用開口部29の幅の精度が悪化しない範囲で各スリット用開口部29の数を増やすことにより、濾過スリット14の数を増やすことができ、もって、単位時間当たりの濾過量をさらに増加させて濾過効率をさらに向上させることができる。
上述した本実施の形態に係る濾過用フィルタの製造方法では、各濾過スリット14が上部酸化層26に形成され、且つ濾過前流路13や濾過後流路15が上の珪素層23に形成されたが、各濾過スリット14が上の珪素層23に形成され、且つ濾過前流路13や濾過後流路15が中間酸化層24に形成されてもよい。
図5は、本実施の形態に係る濾過用フィルタの製造方法の第1の変形例の工程図である。
本変形例では、例えば、まず、SOI基板25を準備し(図5(A))、上の珪素層23を化学研磨処理によって研磨して、該上の珪素層23の厚さを所定値、例えば、10nmに調整する(図5(B))。
次いで、フォトレジストからなり、濾過前流路13、濾過スリット14や濾過後流路15に対応する開口部を有するマスク膜(図示しない)を用いて開口部において露出する上の珪素層23を上記珪素層エッチングプロセスによってエッチングして中間酸化層24まで到達する溝30や溝31を上の珪素層23に形成し(図5(C))、さらに、マスク膜を除去した後、溝30に対応する開口部を有する他のマスク膜(図示しない)を用いて開口部において露出する中間酸化層24をBHFによってエッチングして下の珪素層23(第4の層)にまで到達する溝34を形成し、他のマスク膜を除去して本製造方法を終了する(図5(D))。
本変形例でも、上記処理ガスから生じたプラズマによって中間酸化層24はエッチングされないため、溝31の深さ方向の成長が中間酸化層24によって規制され、BHFによって中間酸化層24の下に形成される下の珪素層23はエッチングされないため、溝34の深さ方向の成長が下の珪素層23によって規制される。その結果、深さが精度よく制御された濾過前流路13、濾過後流路15や濾過スリット14を形成することができる。
なお、本変形例でも、溝31が中間酸化層24まで到達した後もプラズマによるエッチングを所定時間に亘って継続し、溝34が下の珪素層23まで到達した後もBHFによるエッチングを他の所定時間に亘って継続するので、溝31や溝34にマスク膜や他のマスク膜の開口部の幅を正確に反映することができ、結果として幅が精度よく制御された濾過前流路13、濾過スリット14や濾過後流路15を形成することができる。
また、各濾過スリット14、濾過前流路13及び濾過後流路15が上の珪素層23に形成されてもよい。
図6は、本実施の形態に係る濾過用フィルタの製造方法の第2の変形例の工程図である。
本変形例では、例えば、まず、SOI基板25を準備し、上の珪素層23を化学研磨処理によって研磨して、該上の珪素層23の厚さを所定値、例えば、100nmに調整する(図6(A))。
次いで、フォトレジストからなり、濾過前流路13や濾過後流路15に対応する開口部を有するマスク膜(図示しない)を用いて開口部において露出する上の珪素層23を上記珪素層エッチングプロセスによってエッチングして中間酸化層24まで到達する溝30を上の珪素層23に形成し(図6(B))、さらに、マスク膜を除去した後、溝30を覆い且つ各濾過スリット14に対応する開口部を有する他のマスク膜(図示しない)を用いて開口部において露出する上の珪素層23を上記珪素層エッチングプロセスによってエッチングして所定の深さの各濾過スリット14を形成し、他のマスク膜を除去して本製造方法を終了する(図6(C))。
本変形例でも、上記珪素層エッチングプロセスによって中間酸化層24はエッチングされないため、溝30の深さ方向の成長が中間酸化層24によって規制される。その結果、深さが精度よく制御された濾過前流路13や濾過後流路15を形成することができる。
なお、本変形例でも、溝30が中間酸化層24まで到達した後もプラズマによるエッチングを所定時間に亘って継続するので、溝30にマスク膜の開口部の幅を正確に反映することができ、結果として幅が精度よく制御された溝30から濾過前流路13や濾過後流路15を形成することができる。
また、SOI基板25でなく1つの基板21を用いて濾過用フィルタ11を製造してもよい。
図7は、本実施の形態に係る濾過用フィルタの製造方法の第3の変形例の工程図である。
本変形例では、例えば、まず、基板21を準備し、該基板21の上面に熱酸化処理を施して酸化層22を形成する。このとき、熱酸化処理時間を調整することによって酸化層22の厚さを所定値、例えば、2000nmに調整する(図7(A))。
次いで、フォトレジストからなり、濾過前流路13、濾過スリット14や濾過後流路15に対応する開口部を有するマスク膜(図示しない)を用いて開口部において露出する酸化層22をBHFによってエッチングして珪素層23まで到達する溝30や各溝31を酸化層22に形成し(図7(B))、さらに、マスク膜を除去した後、各溝31を覆い且つ溝30に対応する開口部を有する他のマスク膜(図示しない)を用いて開口部において露出する珪素層23を上記珪素層エッチングプロセスによってエッチングして所定の深さの溝34を形成し、他のマスク膜を除去して本製造方法を終了する(図7(C))。
本変形例でも、BHFによって珪素層23はエッチングされないため、溝31の深さ方向の成長が珪素層23によって規制される。その結果、深さが精度よく制御された濾過スリット14を形成することができる。
なお、本変形例でも、溝31が珪素層23まで到達した後もBHFによるエッチングを所定時間に亘って継続するので、溝31にマスク膜の開口部の幅を正確に反映することができ、結果として幅が精度よく制御された各濾過スリット14を形成することができる。
上述した基板21には熱酸化処理が施されて酸化層22が形成されたが、基板21を高温雰囲気において所定のガスに晒して表面に他の変質層を形成してもよく、例えば、基板21を高温雰囲気において窒素ガスに晒すと該基板21の表面に窒化珪素からなる窒化層が形成される。この場合も高温雰囲気において窒素ガスに晒す時間を調整することによって窒化層の厚さを調整することができる。なお、他の変質層は炭化珪素、珪酸塩 (MgSiO3等)や珪素樹脂等の安定した珪素化合物によって構成するのが好ましい。
また、基板21において酸化層22を形成することなく、酸化珪素をALD(Atomic Layer Deposition:原子層堆積)によって積層して基板21の表面に異質層を形成してもよい。ALDでは酸化珪素のラジカルを一層毎に積層するので、nm単位で厚さ調整が可能であり、基板21ではALDの処理時間を調整することによって異質層の厚さを調整することができる。
上述した他の変質層や異質層は、珪素層23がエッチングされる際にエッチングされない材料により構成されるのが好ましく、また、珪素層23は他の変質層や異質層がエッチングされる際にエッチングされないのが好ましい。これにより、珪素層23、他の変質層、若しくは異質層に形成される溝34(濾過前流路13や濾過後流路15)又は溝31(濾過スリット14)の深さ方向の成長を、溝34や溝31が形成される層とは別の層で規制することができる。
また、基板21も珪素からなる必要はなく、酸化や窒化を起こしてエッチングレートが大幅に変更される、又はエッチングされない材料へ変質する材料、例えば、アルミニウム等によって構成されてもよい。
以上、本発明について、上記各実施の形態を用いて説明したが、本発明は上記各実施の形態に限定されるものではない。
例えば、上記各実施の形態においては、珪素層エッチングプロセスを、弗化炭素ガスとしてのC4F8のプラズマによる処理と、弗化硫黄ガスとしてのSF6及び酸素ガスの混合ガスのプラズマによる処理とを繰り返す交互処理によって構成したが、珪素層エッチングプロセスにおいて用いることができる処理ガスは、精度よく異方性エッチングのできるガスであれば、これらの処理ガスに限られず、例えば、弗化炭素ガスとしてC5F8やCF4等を用いてもよく、また、珪素層エッチングプロセスは、異種ガスのプラズマによる処理を交互に繰り返す交互処理ではなく、例えば、六弗化硫黄ガスと酸素ガスの混合ガスのプラズマや、塩素ガス、臭素ガス、CCl4、CF2Cl2、SiCl4、若しくは、HBr等の単独ガスのプラズマによる単独処理であってもよい。
また、上記各実施の形態においては、酸化層エッチングプロセスとしてウェットエッチングを用いたが、酸化層エッチングプロセスはこれに限らず、ドライエッチングを用いてもよい。
10 濾過ユニット
11 濾過用フィルタ
13 濾過前流路
14 濾過スリット
15 濾過後流路
21 基板
22 酸化層
23 珪素層
24 中間酸化層
25 SOI基板
26 上部酸化層
27,32 マスク膜
28,33 流路用開口部
29 スリット用開口部
30,34 溝
31 スリット
11 濾過用フィルタ
13 濾過前流路
14 濾過スリット
15 濾過後流路
21 基板
22 酸化層
23 珪素層
24 中間酸化層
25 SOI基板
26 上部酸化層
27,32 マスク膜
28,33 流路用開口部
29 スリット用開口部
30,34 溝
31 スリット
Claims (12)
- 予め第1の所定の厚さに調整された第1の層を有する基板から濾過用フィルタを製造する濾過用フィルタの製造方法であって、
前記第1の層の上に上部層として第2の層を第2の所定の厚さに調整して形成する上部層形成ステップと、
前記厚さが調整された第2の層の上に、所定の幅の開口部を有するマスク膜を形成するマスク膜形成ステップと、
前記マスク膜の開口部に露出する前記第2の層をエッチングして前記第1の層まで到達する溝を形成する上部層エッチングステップとを有し、
前記第1の層は、前記第2の層がエッチングされる際にエッチングされない材料からなることを特徴とする濾過用フィルタの製造方法。 - 前記第2の層のエッチングは、前記溝が前記第1の層まで到達した後も所定の時間に亘って継続されることを特徴とする請求項1記載の濾過用フィルタの製造方法。
- 前記第2の層は前記第1の層の酸化によって形成され、
前記上部層形成ステップにおいて、前記第2の層の厚さは酸化時間によって調整されることを特徴とする請求項1又は2記載の濾過用フィルタの製造方法。 - 前記第1の層は珪素からなり、前記第2の層は酸化珪素からなることを特徴とする請求項1乃至3のいずれか1項に記載の濾過用フィルタの製造方法。
- 前記第2の層は原子層堆積方法によって形成され、
前記上部層形成ステップにおいて、前記第2の層の厚さは堆積時間によって調整されることを特徴とする請求項1又は2記載の濾過用フィルタの製造方法。 - 前記基板は前記第1の層の下に下部層として形成された第3の層をさらに備え、前記第3の層は前記第1の層がエッチングされる際にエッチングされない材料からなり、
前記上部層エッチングステップにおいて露出した前記第1の層をエッチングして前記第3の層まで到達する他の溝を形成する第1の層エッチングステップを有することを特徴とする請求項1乃至5のいずれか1項に記載の濾過用フィルタの製造方法。 - 予め第1の所定の厚さに調整された第1の層と、該第1の層の下に形成された下部層とを備え、前記下部層は前記第1の層がエッチングされる際にエッチングされない材料からなる基板から濾過用フィルタを製造する濾過用フィルタの製造方法であって、
前記厚さが調整された第1の層の上に、所定の幅の開口部を有するマスク膜を形成するマスク膜形成ステップと、
前記マスク膜の開口部に露出する前記第1の層をエッチングして前記下部層まで到達する溝を形成する第1の層エッチングステップとを有することを特徴とする濾過用フィルタの製造方法。 - 前記第1の層エッチングステップ後、前記第1の層エッチングステップにおいてエッチングされなかった前記第1の層の上部をエッチングして前記第1の層の上部に複数の浅溝を形成することを特徴とする請求項7記載の濾過用フィルタの製造方法。
- 前記第1の層のエッチングは、前記溝が前記下部層まで到達した後も所定の時間に亘って継続されることを特徴とする請求項7又は8記載の濾過用フィルタの製造方法。
- 前記基板は前記下部層の下に形成された第4の層をさらに備え、前記第4の層は前記下部層がエッチングされる際にエッチングされない材料からなり、
前記第1の層エッチングステップにおいて露出した前記下部層を、前記溝とは異なる部分においてエッチングして前記第4の層まで到達する他の溝を形成する下部層エッチングステップを有することを特徴とする請求項7乃至9のいずれか1項に記載の濾過用フィルタの製造方法。 - 前記第1の層は化学機械研磨によって研磨されて前記第1の所定の厚さに調整されることを特徴とする請求項7乃至10のいずれか1項に記載の濾過用フィルタの製造方法。
- 前記第1の層及び前記第4の層は珪素からなり、前記下部層は酸化珪素からなることを特徴とする請求項10記載の濾過用フィルタの製造方法。
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