JP2014067773A - Silicon substrate etching method - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、エッチング液を用いてシリコン基板のエッチングを行うシリコン基板のエッチング方法に関する。 The present invention relates to a silicon substrate etching method for etching a silicon substrate using an etchant.
半導体装置の高集積化やインクジェットヘッドの高密度化が進むにつれて、ウエハの大口径化が行われている。6インチから8インチのウエハであれば、加温されたエッチング液が満たされた槽内に浸漬させるバッチ式装置でも複数枚のウエハを同時にウェットエッチング処理することが可能であった。しかし、8インチを超えるウエハをエッチングする場合や、6インチや8インチでもより高精度にエッチングを行う場合には、枚葉式装置を用いることが要求される。 As the integration of semiconductor devices and the density of ink jet heads increase, wafer diameters have been increased. In the case of a 6-inch to 8-inch wafer, it was possible to simultaneously wet-etch a plurality of wafers even with a batch-type apparatus immersed in a bath filled with a heated etching solution. However, when a wafer exceeding 8 inches is etched, or when etching is performed with higher accuracy even at 6 inches or 8 inches, it is required to use a single wafer type apparatus.
特許文献1では、エッチング液が半導体ウエハ表面に並行して層流状態を形成しつつ連続してウエハ表面を流れる構造を有する枚葉式装置が開示されている。
従来の構成では、エッチング液を漏らさないためにウエハ外周部に設けられたシール部材によって、上流側より流入したエッチング液に流速低下等のよどみが起こっていた。よどみは、エッチング液の速さ等の条件にもよるが、特にシール部材付近(ウエハ外周部付近)で生じていた。そして、発生したよどみにより、ウエハ上でエッチング液の置換性が低下する部分が生じ、ウエハ面でのエッチングレートの低下が起こる場合があった。 In the conventional configuration, in order not to leak the etching solution, a stagnation such as a decrease in flow rate has occurred in the etching solution flowing from the upstream side by a seal member provided on the outer peripheral portion of the wafer. Although stagnation occurs depending on conditions such as the speed of the etching solution, it has occurred particularly near the seal member (near the outer periphery of the wafer). Then, due to the stagnation that occurs, there is a portion where the substituting property of the etching solution is lowered on the wafer, and the etching rate on the wafer surface may be lowered.
そこで、本発明は、エッチング液のよどみを改善し、エッチング液の置換性を向上することにより、ウエハ面でのエッチングレートの低下を改善することが可能なシリコン基板のエッチング方法を提供することを目的とする。 Accordingly, the present invention provides a method for etching a silicon substrate that can improve the stagnation of the etching solution and improve the substitution property of the etching solution, thereby improving the decrease in the etching rate on the wafer surface. Objective.
そこで、本発明は、
チャンバーと第一の面にエッチングマスク層を有するシリコン基板とを前記エッチングマスク層が前記チャンバー内に露出するように固定し、前記チャンバー内を上流側から下流側へ流れるエッチング液によって前記エッチングマスクを介して前記シリコン基板をエッチングすることにより目的の凹部を形成するシリコン基板のエッチング方法であって、
前記エッチングマスク層は、前記凹部に対応するエッチング開口と、該エッチング開口よりも上流側にかつ前記エッチング開口と配列するダミー開口と、を有することを特徴とするシリコン基板のエッチング方法である。
Therefore, the present invention provides
A chamber and a silicon substrate having an etching mask layer on a first surface are fixed so that the etching mask layer is exposed in the chamber, and the etching mask is removed by an etching solution flowing from the upstream side to the downstream side in the chamber. A silicon substrate etching method for forming a target recess by etching the silicon substrate via:
The etching mask layer has an etching opening corresponding to the recess, and a dummy opening arranged upstream of the etching opening and arranged with the etching opening.
本発明の構成によれば、エッチング液に生じるよどみを改善し、エッチング液の置換性を向上することにより、ウエハ面でのエッチングレートの低下を改善することが可能なシリコン基板のエッチング方法を提供することができる。 According to the configuration of the present invention, there is provided a silicon substrate etching method capable of improving the stagnation generated in the etching solution and improving the substitution property of the etching solution, thereby improving the decrease in the etching rate on the wafer surface. can do.
特に、本発明の好ましい構成によれば、ウエハ外周部で流速低下等のよどみが生じたエッチング液の置換性を改善することにより、ウエハ外周付近で生じるエッチングレートの低下を改善することができる。それにより、ウエハ面内で異なっていたエッチングレートを均一化でき、精度の良い開口幅のエッチングを行うことができる。 In particular, according to the preferred configuration of the present invention, it is possible to improve the lowering of the etching rate that occurs in the vicinity of the outer periphery of the wafer by improving the substituting property of the etching solution in which the stagnation such as a decrease in the flow velocity occurs in the outer peripheral portion of the wafer. This makes it possible to make the etching rate different in the wafer surface uniform and perform etching with an accurate opening width.
(実施形態)
以下、本発明の実施の形態について、図面に基づいて説明する。なお、以下では、液体吐出ヘッドを例に挙げて本実施形態について説明するが、本発明はこの形態に限定されるものではない。
(Embodiment)
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. Hereinafter, the present embodiment will be described by taking a liquid discharge head as an example, but the present invention is not limited to this embodiment.
図1(a)は、本実施形態における枚葉式ウェットエッチング装置のチャンバーの構成例を示す模式図である。図1(b)は、図1(a)におけるA方向から見た状態を示す模式図である。図1(c)は、図1(b)における点線Bで囲まれる部分の拡大図である。図1(d)は、図1(b)における点線a−a’における断面図である。図1(e)は、図1(b)における点線b−b’における断面図である。 FIG. 1A is a schematic diagram illustrating a configuration example of a chamber of a single wafer wet etching apparatus according to the present embodiment. FIG.1 (b) is a schematic diagram which shows the state seen from the A direction in Fig.1 (a). FIG.1 (c) is an enlarged view of the part enclosed by the dotted line B in FIG.1 (b). FIG. 1D is a cross-sectional view taken along a dotted line a-a ′ in FIG. FIG. 1E is a cross-sectional view taken along a dotted line b-b ′ in FIG.
図1(a)において、ウェットエッチング装置8は、流路を内部に有するチャンバー4を有する。シリコン基板1はチャンバー4に固定されている。シリコン基板1は支持部材5により支持され、支持部材5はエアシリンダー6によりシリコン基板をチャンバー4に押し付ける応力を受けている。矢印の向きは、エッチング液が流れる方向を示しており、エッチング液は上流側(図1(a)において下側)から下流側(図1(a)において上側)へ流れている。
In FIG. 1A, a wet etching apparatus 8 has a
シリコン基板の表面にはエッチングマスク層(不図示)が設けられており、シリコン基板1は、チャンバー4の内部、つまりエッチング液の流路7にエッチングマスク層が露出するように、シール部材10を介して液密にチャンバー4に固定されている。エッチングマスク層には、目的の凹部(本実施形態においては液体供給口)に対応するエッチング開口と、該エッチング開口よりも上流側にかつエッチング開口と配列するダミー開口と、が設けられている。
An etching mask layer (not shown) is provided on the surface of the silicon substrate. The
シール部材10はウェットエッチング装置の構成の一部として配置されてもよく、別部材として配置されてもよい。
The
ウェットエッチング装置8において、エッチング液がシリコン基板1の表面上を流れることによりシリコン基板1がエッチングされて、シリコン基板表面に目的の凹部(本実施形態では液体供給口)が形成される。また、エッチングされない面を保護層などで覆う必要をなくすため、シリコン基板1の片面のみがエッチング液に触れる構造であることが望ましい。
In the wet etching apparatus 8, the etching liquid flows on the surface of the
また、本実施形態では、シール部材を用いてシリコン基板とチャンバーとを液密に配置することが好ましく、シール部材としては、特に制限されるものではないが、例えば、O−リングやゴム等の弾性部材や接着材等を用いることができる。シール部材はシリコン基板の外周付近に配置される。 Further, in the present embodiment, it is preferable that the silicon substrate and the chamber are disposed in a liquid-tight manner using a seal member, and the seal member is not particularly limited, but for example, an O-ring, rubber, or the like. An elastic member, an adhesive material, or the like can be used. The seal member is disposed near the outer periphery of the silicon substrate.
また、ウェットエッチング装置8は解放式でも密閉式でも良いが、保温や安全性の観点からは密閉構造であることが望ましい。 The wet etching apparatus 8 may be an open type or a closed type, but is preferably a closed structure from the viewpoint of heat retention and safety.
シリコン基板1は、基板面が水平方向に対して垂直になるように装置へセットしても良いし、基板面が水平方向となるように装置にセットしても良いし、基板面が斜めに傾くように装置にセットしても良い。ただし、エッチング時においてシリコン基板1から気泡が発生するようなエッチング液を用いる場合は、泡の抜けやすさを考慮して、シリコン基板1の基板面が水平方向に対して垂直方向もしくは斜め方向となるように装置にセットすることが望ましい。
The
図1(a),(d)及び(e)に示すように、ウエハ等のシリコン基板1、チャンバー4、シール部材10に囲まれた領域(流路7)にエッチング液が上流側から下流側に向かって流れる。
As shown in FIGS. 1A, 1D, and 1E, an etching solution flows from an upstream side to a downstream side in a region (flow path 7) surrounded by a
シリコン基板1のエッチング処理に使用するエッチング液は、特に制限されるものではないが、例えば、水酸化テトラメチルアンモニウム(TMAH)、水酸化カリウム(KOH)や水酸化ナトリウム(NaOH)等の強アルカリ溶液を用いることができる。また、エッチング液は、一種を単独で、又は二種以上を混合して用いても良い。また、エッチングレートを向上させるため、エッチング液に一種類以上の添加物を添加しても良い。さらに、エッチングレートをより向上させるため、エッチング液の温度を40℃以上98℃以下に調整することが好ましく、70℃以上95℃以下に調整することがより好ましい。
The etching solution used for the etching treatment of the
次に、エッチング開口2及びダミー開口3について、図2から図5を用いて詳細に説明する。
Next, the
図2及び図3はシリコン基板1のエッチングマスク層が設けられている面側を示す模式的平面図である。図4(a)及び図5(a)は、シリコン基板の一部分の拡大図であり、図4(b)及び図5(b)は、図4(a)及び図5(a)におけるシリコン基板1のA−A’付近における流速の変化を表したグラフである。
2 and 3 are schematic plan views showing the side of the
図2は、従来の製法における液体供給口を形成する際のエッチング開口102の配置例を示した図である。また、図3は、本実施形態における液体供給口を形成する際のエッチング開口2及びダミー開口3の配置例を示した図である。
FIG. 2 is a view showing an arrangement example of the
従来では、図2に示すように、複数のエッチング開口102が並列して配置されている。一方、本実施形態では、図3に示すように、シリコン基板上に(エッチングマスク層に)配列して設けられた目的のエッチング開口2よりも上流側であってシール部材に近接する位置にダミー開口3が設けられている。ダミー開口3は、目的の凹部(本実施形態では液体供給口)を形成するためのエッチング開口2とは異なり、該ダミー開口3からエッチング液により目的とされない凹形状が形成される。ダミー開口3は、シール部材に近接する位置に設けられることが好ましい。エッチング液のよどみが生じる位置は、エッチング液の流速等によって変化するが、とくにシール部材付近で生じる可能性が高いためである。
Conventionally, as shown in FIG. 2, a plurality of
エッチング開口及びダミー開口は矩形状であることが好ましい。また、ダミー開口の長手方向の幅がエッチング開口の長手方向の幅に対して同じ又は大きいことが好ましい。また、エッチング液の流れる方向と平行な方向に、エッチング開口及びダミー開口が並列して形成されていることが好ましい。 The etching opening and the dummy opening are preferably rectangular. Moreover, it is preferable that the width of the dummy opening in the longitudinal direction is the same as or larger than the width of the etching opening in the longitudinal direction. Moreover, it is preferable that the etching opening and the dummy opening are formed in parallel in a direction parallel to the flowing direction of the etching solution.
図において、エッチング開口2及びダミー開口3は、エッチング液の流れる方向に対して垂直な方向にそれらの長手方向が保たれるように配置されている。換言すると、エッチング開口2及びダミー開口3の長手方向がエッチング液の流れる方向に対して垂直な方向となるようにシリコン基板1がチャンバー4に配置されている。
In the figure, the
また、複数の矩形状のエッチング開口はウエハ上に並列して配置されている。また、隣接するエッチング開口において、長手方向の端辺が近接するように列を成してエッチング開口が複数配列されており、その列の最も上流側にダミー開口が設けられている。 A plurality of rectangular etching openings are arranged in parallel on the wafer. Further, in adjacent etching openings, a plurality of etching openings are arranged in a row so that the ends in the longitudinal direction are close to each other, and a dummy opening is provided on the most upstream side of the row.
図4(a)の従来形態ではダミー開口3が設けられていないため、シール部材付近で流速低下(よどみ)が起きている。つまり、チャンバーとシリコン基板との間の段差によってよどみが起きている。より具体的には、チャンバーの内壁とシリコン基板面との間に存在する段差によってその段差付近によどみが発生している。一方、図5(a)に示す本実施形態では、ダミー開口3を設けているため、図5(b)に示すように、シール部材付近において流速低下(よどみ)が起きていない又は改善されている。
Since the
シリコン基板は、エッチング開口2の長手方向がエッチング液の流れに対して垂直になるようにチャンバーに配置してもよいし、平行になるように配置してもよい。しかし、上述のように、エッチング開口2の長手方向がエッチング液の流れに対して垂直になるように配置することが好ましい。
The silicon substrate may be arranged in the chamber so that the longitudinal direction of the
なお、エッチング開口2の形状は、特に制限されるものではなく、例えば、矩形状、正方形状、円状、楕円状等が挙げられる。エッチング開口2の形状は特に矩形状であることが好ましい。
The shape of the
また、エッチング開口2の上流側に配置するダミー開口3の形状は、特に限定されるものではなく、エッチング口2と同じ形状でも良いし、異なっている形状でも良い。ただし、よどみの改善効果の観点から、エッチング開口よりもエッチング液の流れる方向に対して垂直な方向における幅が広くなるような形状であることが好ましい。例えば、エッチング開口2の形状が矩形状である場合、エッチング開口2の長手方向の幅は例えば10〜40mmであり、短手方向の幅は例えば0.2〜2.0mmである。また、ダミー開口3の形状が矩形状である場合、長手方向の幅は例えば11〜60mmであり、エッチング開口2の長手方向の幅の1.1倍以上1.5倍以下であることが好ましい。ダミー開口3の形状が矩形状である場合、短手方向の幅は例えば0.2〜2.0mmである。
Further, the shape of the
また、エッチング開口2からはシリコン基板1を貫通させて目的の凹部が形成されるが、ダミー開口3に露出するシリコン基板面からは、目的としない凹形状が形成される。また、シリコン基板1の強度を低下させないためにも、図6に示すように、凹形状がシリコン基板1を貫通しないようにダミー開口3を形成することが望ましい。図6は、図5のA−A’断面に相当する。より詳細に説明すると、図6(c)に示すように、ダミー開口3及びエッチング開口2を有するエッチングマスク層11をシリコン基板の裏面(図において下側の面)に形成する。ダミー開口3はエッチング開口2よりもシリコン基板の外周付近に位置するように形成する。また、ダミー開口3は、後工程の結晶異方性エッチングにおいて該ダミー開口3から形成される凹形状が基板を貫通しないような形状とされる。続いて、図6(d)に示すように、液体流路13及び該液体流路に連通する液体吐出口を有する流路形成部材をシリコン基板の表面(図において上側の面)に形成する。続いて、図6(e)及び(f)に示すように、シリコン基板の裏面側から結晶異方性エッチングを行うことにより、液体供給口20(目的の凹部)を形成する。また、ダミー開口3からは目的とされない凹形状30が基板を未貫通に形成される。該エッチングの際、エッチング開口2の長手方向がエッチング液の流れに対して垂直になるように配置される。また、ダミー開口3がエッチング開口2よりもエッチング液の上流側に位置するようにシリコン基板がチャンバー4に固定される。
The target recess is formed from the
また、ダミー開口3から形成される凹形状が基板を貫通しないようにエッチングする方法の一つとして、図7に示すような方法が挙げられる。図7に示す方法では、エッチング開口2に露出するエッチング開始面にレーザーを利用して先導孔14を形成し、ダミー開口3に露出するシリコン基板面には先導孔を形成しない。
Further, as one method for etching so that the concave shape formed from the
本実施形態は、液体吐出口と、該液体吐出口に連通する液体流路と、該液体流路に液体を供給するための液体供給口と、を有する液体吐出ヘッドの製造方法に好ましく適用可能である。この際、液体供給口を目的の凹部として形成することができる。 The present embodiment is preferably applicable to a method for manufacturing a liquid discharge head having a liquid discharge port, a liquid flow channel communicating with the liquid discharge port, and a liquid supply port for supplying liquid to the liquid flow channel. It is. At this time, the liquid supply port can be formed as a target recess.
(実施例1)
本実施形態のシリコン基板のエッチング方法の実施例を図6を用いて説明する。
Example 1
An example of the silicon substrate etching method of this embodiment will be described with reference to FIG.
まず、シリコン基板1のエッチングを行う面(図において下側の面、第二の面とも称す)に、エッチングマスク層11として、HIMAL−1200CH(商品名:日立化成工業製)をスピンコート法により塗布した。その後、ポジ型レジストであるTHMR−iP5700(商品名:東京応化工業製)をスピンコート法によりエッチングマスク層11の上に塗布してレジスト層12を形成した(図6(b))。 First, HIMAL-1200CH (trade name: manufactured by Hitachi Chemical Co., Ltd.) is applied as an etching mask layer 11 to the surface to be etched of the silicon substrate 1 (also referred to as the lower surface or the second surface in the drawing) by spin coating. Applied. Thereafter, a positive resist THMR-iP5700 (trade name: manufactured by Tokyo Ohka Kogyo Co., Ltd.) was applied onto the etching mask layer 11 by a spin coating method to form a resist layer 12 (FIG. 6B).
続いて、露光装置により紫外光を照射してレジスト層12を露光し、さらに現像処理を行い、エッチングマスク層11の上にエッチング開口に相当するエッチングパターン及びダミー開口に相当するダミーパターンを形成した。次に、このレジスト層12をマスクとして用いてエッチングマスク層11をドライエッチングし、エッチングマスク11にエッチング開口2及びダミー開口3を形成した。この際、ダミー開口3はエッチング開口2より幅を小さくして形成した。その後、不要となったレジスト層12を除去した(図6(c))。
Subsequently, the resist layer 12 was exposed by irradiating ultraviolet light with an exposure apparatus, and further developed, thereby forming an etching pattern corresponding to the etching opening and a dummy pattern corresponding to the dummy opening on the etching mask layer 11. . Next, the etching mask layer 11 was dry-etched using the resist layer 12 as a mask, and an
次に、エッチング面とは反対の面(図において上側の面、第一の面とも称す)に、インク流路13及び吐出口を構成する流路形成部材を形成した(図6(d))。 Next, on the surface opposite to the etching surface (also referred to as the upper surface or the first surface in the drawing), the flow path forming member constituting the ink flow path 13 and the ejection port was formed (FIG. 6D). .
その後、シリコン基板1をチャンバー4と支持部材5で挟み込み、エアシリンダー6で支持部材5を加圧することにより、エッチング液に耐性のあるO−リング(不図示)で液漏れのないようにシールして、シリコン基板をエッチング装置8にセットした(図1(a)参照)。そして、エッチング液をチャンバー4の下方よりチャンバー内に供給し、シリコン基板1の一方の面のみをウェットエッチング処理した。エッチング液としてTMAH22重量部の水溶液を用いた。また、チャンバー4より流出したエッチング液はオーバーフロー槽(図示せず)で受けた。そして、オーバーフロー槽の中に加熱用ヒーター(不図示)を投入してエッチング液を83℃に保持することによって加温を行い、循環ポンプ(不図示)により常にチャンバー4内へエッチング液を供給し、エッチングを行った。該ウェットエッチングにより、エッチング開口2から液体供給口20が、またダミー開口3から未貫通の凹形状30が形成された(図6(e)及び(f))。
Thereafter, the
最後に、エッチングマスク層11を除去して、目的の凹部としての液体供給口が形成されたシリコン基板を得た。 Finally, the etching mask layer 11 was removed to obtain a silicon substrate having a liquid supply port as a target recess.
上記方法にてシリコン基板をエッチングした結果、シリコン基板の外周付近を流れるエッチング液のよどみが低減され、エッチングの均一性が向上した。 As a result of etching the silicon substrate by the above method, the stagnation of the etchant flowing near the periphery of the silicon substrate was reduced, and the etching uniformity was improved.
(実施例2)
本実施例では、レーザーにより先導孔をエッチング開口2に露出するシリコン基板面に形成した後に、ウェットエッチングを行った。先導孔を設けるためのレーザーは、YAGレーザーの3倍波(波長355nm)を用い、周波数100kHz、出力10Wの条件とした。なお、ダミー開口に露出するシリコン基板面にはレーザーを打たなかった(図7(e))。
その後、実施例1と同じようにエッチング装置8にシリコン基板をセットし、ウェットエッチングを行った。最後に、エッチングマスク層11を除去して、目的の凹部としての液体供給口が形成されたシリコン基板を得た。
(Example 2)
In this example, the wet etching was performed after the lead hole was formed on the silicon substrate surface exposed to the
Thereafter, as in Example 1, a silicon substrate was set in the etching apparatus 8 and wet etching was performed. Finally, the etching mask layer 11 was removed to obtain a silicon substrate having a liquid supply port as a target recess.
上記方法にてシリコン基板をエッチングした結果、シリコン基板の外周付近を流れるエッチング液のよどみが低減され、エッチングの均一性が向上した。 As a result of etching the silicon substrate by the above method, the stagnation of the etchant flowing near the periphery of the silicon substrate was reduced, and the etching uniformity was improved.
1:シリコン基板
2:エッチング開口
3:ダミー開口
4:チャンバー
5:支持部材
6:エアシリンダー
7:エッチング液
8:エッチング装置
10:シール部材
1: Silicon substrate 2: Etching opening 3: Dummy opening 4: Chamber 5: Support member 6: Air cylinder 7: Etching solution 8: Etching apparatus 10: Seal member
Claims (12)
前記エッチングマスク層は、前記凹部に対応するエッチング開口と、該エッチング開口よりも上流側にかつ前記エッチング開口と配列するダミー開口と、を有することを特徴とするシリコン基板のエッチング方法。 A chamber and a silicon substrate having an etching mask layer on a first surface are fixed so that the etching mask layer is exposed in the chamber, and the etching mask is removed by an etching solution flowing from the upstream side to the downstream side in the chamber. A silicon substrate etching method for forming a target recess by etching the silicon substrate via:
The method of etching a silicon substrate, wherein the etching mask layer includes an etching opening corresponding to the recess, and a dummy opening arranged upstream of the etching opening and arranged with the etching opening.
請求項1乃至11のいずれかに記載のシリコン基板のエッチング方法を用いて、前記液体供給口を前記凹部として形成することを特徴とする液体吐出ヘッドの製造方法。 A method for manufacturing a liquid ejection head, comprising: a liquid ejection port; a liquid channel communicating with the liquid ejection port; and a liquid supply port for supplying liquid to the liquid channel,
A method for manufacturing a liquid discharge head, wherein the liquid supply port is formed as the concave portion by using the method for etching a silicon substrate according to claim 1.
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