JP5152468B2 - Crystal substrate etching method - Google Patents

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本発明は、表面の結晶面方位が(100)面又は(110)面の結晶基板を複数回異方性エッチングすることにより、深さの異なる凹部を同時に形成する結晶基板のエッチング方法に関する。   The present invention relates to a method for etching a crystal substrate in which recesses having different depths are simultaneously formed by anisotropically etching a crystal substrate having a (100) plane or (110) plane crystal surface orientation.

マイクロデバイスなどに用いられる結晶基板に設けられた貫通孔などを含む凹部は、平行四辺形に開口する開口部を有するマスクを介して異方性エッチング(ウェットエッチング)することによって形成することができる。   A recess including a through-hole provided in a crystal substrate used for a micro device or the like can be formed by anisotropic etching (wet etching) through a mask having an opening that opens in a parallelogram. .

しかしながら、基板の狭い領域を異方性エッチングして微細加工を行う場合、マスクに狭い領域に開口する開口部を設けても、異方性エッチングの特性により、狭い領域に開口する凹部を形成することができないという問題がある。   However, when performing microfabrication by anisotropically etching a narrow region of the substrate, even if the mask is provided with an opening that opens in the narrow region, a recess that opens in the narrow region is formed due to the characteristics of anisotropic etching. There is a problem that can not be.

このため、マスクに基板と共に徐々にエッチングされて開口部の開口面積を広げる補正パターン(細長部)を設け、この補正パターンによって基板に微小な貫通孔を形成するようにしたマイクロデバイスの製造方法がある(例えば、特許文献1参照)。   For this reason, there is a method for manufacturing a microdevice in which a mask is provided with a correction pattern (elongated portion) that is gradually etched together with the substrate to widen the opening area of the opening, and a minute through hole is formed in the substrate by this correction pattern. Yes (see, for example, Patent Document 1).

特開平11−227197号公報(第6頁、第5図)JP-A-11-227197 (page 6, FIG. 5)

ここで、結晶基板に深さの異なる微細な凹部を形成するには、深さの異なる凹部をそれぞれ別のエッチング工程で形成することができるが、深さの深い又は浅い一方の凹部を形成した後に、他方の凹部を形成する際に一方の凹部がエッチングされないように保護膜等で保護しなくてはならない。このように、エッチング工程の途中で保護膜を形成するためには、エッチング液の洗浄などの作業が必要になって煩雑であると共に製造コストが高コストになってしまうという問題がある。   Here, in order to form fine recesses having different depths in the crystal substrate, the recesses having different depths can be formed by different etching processes, but one recess having a deep or shallow depth was formed. Later, when forming the other recess, one of the recesses must be protected with a protective film or the like so as not to be etched. Thus, in order to form a protective film in the middle of an etching process, work, such as washing | cleaning of etching liquid, is needed, and there exists a problem that manufacturing cost will become high cost.

また、結晶基板に深さの異なる凹部を形成する方法として、マスクに深い凹部を形成する第2の補正パターンを設け、第2の補正パターンを用いて結晶基板を異方性エッチングすることで深い凹部の深さ方向の途中まで形成した後(第1のエッチング工程)、浅い凹部を形成する第1の補正パターンを設け、第1の補正パターンと第2の補正パターンとを用いて結晶基板を異方性エッチングすることで(第2のエッチング工程)、深さの異なる凹部を同時に形成する方法が挙げられる。   Further, as a method of forming recesses having different depths in the crystal substrate, a second correction pattern for forming deep recesses is provided on the mask, and the crystal substrate is deeply etched anisotropically using the second correction pattern. After forming the recess in the middle of the depth direction (first etching step), a first correction pattern for forming a shallow recess is provided, and the crystal substrate is formed using the first correction pattern and the second correction pattern. By anisotropic etching (second etching step), a method of simultaneously forming recesses having different depths can be mentioned.

しかしながら、結晶基板の異方性エッチングでは、エッチング液の温度やエッチング液の成分などの環境によって、エッチングレート(エッチング速さ)にばらつきが生じてしまうため、第1のエッチング工程で残留させて第2のエッチング工程で使用される第2の補正パターンの長さにばらつきが生じてしまう。このため、第2のエッチング工程を行うと、第1の補正パターンを用いた浅い凹部の壁面位置に対して、第2の補正パターンを用いた深い凹部の壁面位置を制御することができず、深い凹部の壁面位置にばらつきが生じてしまうという問題がある。また、残留した第2の補正パターンの長さにばらつきが生じた状態で、第2のエッチング工程で深い凹部の壁面位置が所望の位置となるまでエッチングを行うと、逆に第1の凹部の壁面位置を制御することができず、第1の凹部の壁面位置にばらつきが生じてしまうという問題がある。特に、結晶基板に深さの異なる凹部が連通して段差状に形成する場合、深さの異なる凹部を別のエッチング工程では形成することができず、上述のように結晶基板を複数回の異方性エッチングすることによって深さの異なる凹部を同時に形成しなくてはならず、このような問題が顕著に現れる。   However, in anisotropic etching of a crystal substrate, the etching rate (etching speed) varies depending on the environment such as the temperature of the etching solution and the components of the etching solution, so that it remains in the first etching step. The length of the second correction pattern used in the second etching process varies. For this reason, when the second etching step is performed, the wall surface position of the deep recess using the second correction pattern cannot be controlled with respect to the wall surface position of the shallow recess using the first correction pattern. There is a problem that variations occur in the wall surface position of the deep recess. In addition, when etching is performed until the wall surface position of the deep recess becomes a desired position in the second etching step in the state where the length of the remaining second correction pattern varies, the first recess There is a problem in that the wall surface position cannot be controlled, and the wall surface position of the first concave portion varies. In particular, when recesses with different depths communicate with the crystal substrate and are formed in steps, the recesses with different depths cannot be formed in different etching processes, and the crystal substrate is changed multiple times as described above. Recesses with different depths must be formed simultaneously by isotropic etching, and such a problem appears remarkably.

本発明はこのような事情に鑑み、深さの異なる凹部を容易に且つ高精度に形成することができる結晶基板のエッチング方法を提供することを目的とする。   In view of such circumstances, an object of the present invention is to provide a method for etching a crystal substrate that can easily and accurately form recesses having different depths.

上記課題を解決する本発明は、表面の結晶面方位が(100)面又は(110)面からなる結晶基板の表面に開口部を有するマスクを設け、該マスクに前記基板と共に開始部から終端部まで徐々にエッチングされて前記開口部の開口面積を広げる補正パターンを設け、前記結晶基板を前記マスクを介して複数回異方性エッチングすることにより、深さの異なる凹部を形成する結晶基板のエッチング方法であって、前記補正パターンとして、前記凹部である第1の凹部を形成する際に用いられる第1の厚膜部と、該第1の厚膜部よりも薄く且つ前記結晶基板の表面を覆う第1の薄膜部とを具備する第1の補正パターンと、前記第1の凹部よりも深い第2の凹部を形成する際に用いられると共に、前記開始部側に設けられた第2の薄膜部と、該第2の薄膜部よりも厚く且つ前記第1の厚膜部と同一長さを有する第2の厚膜部とを具備する第2の補正パターンとを設け、前記第2の補正パターンの前記第2の薄膜部を用いて前記第2の凹部の深さ方向の途中までエッチングを行う第1のエッチング工程と、前記マスク全体を薄くすることにより、前記第1の薄膜部と前記第2の薄膜部とを同時に除去する除去工程と、前記第2の補正パターンの前記第2の厚膜部を用いて前記第2の凹部の深さ方向の途中からエッチングを開始して当該第2の凹部を形成すると共に前記第1の補正パターンの前記第1の厚膜部を用いて前記第1の凹部を形成する第2のエッチング工程とを具備することを特徴とする結晶基板のエッチング方法にある。
かかる態様では、深さの異なる第1の凹部と第2の凹部との相対的な壁面位置をエッチングレートのばらつきに影響されることなく制御することができるため、深さの異なる凹部を容易に且つ高精度に形成することができる。また、除去工程によって第1の薄膜部と第2の薄膜部とを同時に除去することができるため、製造工程を簡略化してコストを低減することができる。さらに、結晶基板に深さの異なる凹部を別のエッチング工程で形成するのに比べて、保護膜等が不要となり、製造コストを低減することができる。
The present invention for solving the above-described problems provides a mask having an opening on the surface of a crystal substrate having a crystal plane orientation of (100) or (110) on the surface, and the mask and the substrate together with the substrate from the start portion to the end portion. Etching of crystal substrate to form recesses having different depths by providing a correction pattern that gradually etches until the opening area of the opening is widened and anisotropically etching the crystal substrate a plurality of times through the mask In the method, as the correction pattern, a first thick film portion used when forming the first concave portion which is the concave portion, and a surface of the crystal substrate which is thinner than the first thick film portion and which is thinner than the first thick film portion. A first thin film provided on the start portion side and used for forming a first correction pattern including a first thin film portion to be covered and a second concave portion deeper than the first concave portion. And the part A second correction pattern comprising a second thick film portion that is thicker than the thin film portion and has the same length as the first thick film portion, and the second correction pattern includes the second correction pattern. A first etching step in which etching is performed halfway in the depth direction of the second recess using the thin film portion; and the first thin film portion and the second thin film portion are formed by thinning the entire mask. And removing the film simultaneously, and using the second thick film portion of the second correction pattern, etching is started in the middle of the depth direction of the second recess to form the second recess. And a second etching step of forming the first recess by using the first thick film portion of the first correction pattern.
In this aspect, since the relative wall surface positions of the first concave portion and the second concave portion having different depths can be controlled without being affected by variations in the etching rate, the concave portions having different depths can be easily formed. In addition, it can be formed with high accuracy. In addition, since the first thin film portion and the second thin film portion can be simultaneously removed by the removing process, the manufacturing process can be simplified and the cost can be reduced. Furthermore, a protective film or the like is not necessary and manufacturing costs can be reduced as compared with the case where recesses having different depths are formed in a crystal substrate by another etching process.

ここで、前記マスクを前記第1の凹部と前記第2の凹部とが連通するように隣接して形成することもできる。これによれば、別のエッチング工程で形成することができない深さの異なる凹部を容易に且つ高精度に形成することができる。   Here, the mask may be formed adjacent to the first recess so as to communicate with the second recess. According to this, the recessed part from which the depth which cannot be formed in another etching process can be formed easily and with high precision.

また、前記第1の厚膜部及び前記第2の補正パターンとして、外周の前記開始部以外の領域が前記結晶基板の結晶面方位の(111)面に沿った面で囲まれ、且つ前記開始部以外で180度より小さい角度の角部が画成されないように形成することが好ましい。これによれば、補正パターンの開始部以外の領域からエッチングが開始されることなく、狭い幅の領域に所望の異なる深さの凹部を容易に且つ高精度に形成することができる。   Further, as the first thick film portion and the second correction pattern, a region other than the start portion on the outer periphery is surrounded by a plane along the (111) plane of the crystal plane orientation of the crystal substrate, and the start It is preferable to form such that the corner portion having an angle smaller than 180 degrees is not defined other than the portion. According to this, it is possible to easily and accurately form the recesses having different desired depths in the narrow width region without starting etching from the region other than the start portion of the correction pattern.

以下に本発明を実施形態に基づいて詳細に説明する。
(実施形態1)
図1は、本発明の実施形態1に係る結晶基板の断面図である。図1に示すように、本実施形態の結晶基板1は、表面の結晶面方位が(110)面のシリコン単結晶基板からなる。また、結晶基板1には、結晶基板1の厚さ方向に深さの浅い第1の凹部2と、第1の凹部2よりも深い第2の凹部3とが形成されている。なお、本実施形態では、第1の凹部2と第2の凹部3とは連通することなく、所定間隔離した位置に設けられている。
Hereinafter, the present invention will be described in detail based on embodiments.
(Embodiment 1)
FIG. 1 is a cross-sectional view of a crystal substrate according to Embodiment 1 of the present invention. As shown in FIG. 1, the crystal substrate 1 of the present embodiment is formed of a silicon single crystal substrate whose surface crystal plane orientation is (110) plane. The crystal substrate 1 is formed with a first recess 2 having a shallow depth in the thickness direction of the crystal substrate 1 and a second recess 3 deeper than the first recess 2. In the present embodiment, the first recess 2 and the second recess 3 do not communicate with each other and are provided at positions separated by a predetermined distance.

ここで、本実施形態の結晶基板1に深さの異なる第1の凹部2及び第2の凹部3を異方性エッチングにより形成する結晶基板1のエッチング方法について詳細に説明する。なお、図2〜5は、本発明の実施形態1に係る結晶基板のエッチング方法を示す平面図であり、図6及び図7は、図2〜図5のA−A′断面図である。   Here, the etching method of the crystal substrate 1 in which the first recess 2 and the second recess 3 having different depths are formed in the crystal substrate 1 of the present embodiment by anisotropic etching will be described in detail. 2 to 5 are plan views showing the method for etching a crystal substrate according to Embodiment 1 of the present invention, and FIGS. 6 and 7 are cross-sectional views taken along the line AA ′ of FIGS.

図2及び図6(a)に示すように、結晶基板1の表面にマスク10を形成する。マスク10の材料としては、例えば、二酸化シリコン(SiO)や窒化シリコン(SiN)などを用いることができる。また、マスクの形成方法としては、例えば、シリコン単結晶基板を熱酸化することによりその表面に二酸化シリコンからなるマスクを形成する方法や、スパッタリング法、CVD法などにより二酸化シリコン又は窒化シリコンなどのマスクを形成する方法などが挙げられる。 As shown in FIGS. 2 and 6A, a mask 10 is formed on the surface of the crystal substrate 1. As a material of the mask 10, for example, silicon dioxide (SiO 2 ), silicon nitride (SiN), or the like can be used. As a mask forming method, for example, a silicon single crystal substrate is thermally oxidized to form a mask made of silicon dioxide on its surface, or a mask made of silicon dioxide or silicon nitride by sputtering, CVD, or the like. The method of forming is mentioned.

また、マスク10をパターニングすることで、第1の凹部2を形成する第1の開口部11と、第2の凹部3を形成する第2の開口部12とを設け、各開口部11、12に補正パターン20を設ける。   Further, by patterning the mask 10, a first opening 11 for forming the first recess 2 and a second opening 12 for forming the second recess 3 are provided, and the openings 11, 12 are provided. A correction pattern 20 is provided.

補正パターン20は、第1の開口部11に設けられて第1の凹部2を形成する第1の補正パターン21と、第2の開口部12に設けられて第2の凹部3を形成する第2の補正パターン22とで構成されている。   The correction pattern 20 is provided in the first opening 11 to form the first recess 2 and the first correction pattern 21 is provided in the second opening 12 to form the second recess 3. 2 correction patterns 22.

第1の補正パターン21は、第1の開口部11を覆い、後の除去工程で除去されて、第1の開口部11を露出する第1の薄膜部30と、第1の薄膜部30よりも厚さの厚い第2の厚膜部31とで構成されている。   The first correction pattern 21 covers the first opening 11, is removed in a subsequent removal step, and the first thin film portion 30 exposing the first opening 11 and the first thin film portion 30. The second thick film portion 31 also has a large thickness.

第1の厚膜部31は、結晶基板1と共に開始部21aから終端部21bまで徐々にエッチングされて第1の開口部11の開口面積を広げるものであり、外周の開始部21a以外の領域が結晶基板1の結晶面方位の(111)面に沿った面で囲まれている。また、第1の厚膜部31は、開始部21a以外の外周に180度より小さい角度の角部が画成されないように設けられている。   The first thick film portion 31 is gradually etched together with the crystal substrate 1 from the start portion 21a to the end portion 21b to widen the opening area of the first opening portion 11, and a region other than the outer periphery of the start portion 21a is formed. The crystal substrate 1 is surrounded by a plane along the (111) plane of the crystal plane orientation. In addition, the first thick film portion 31 is provided on the outer periphery other than the start portion 21a so that corner portions having an angle smaller than 180 degrees are not defined.

また、第1の厚膜部31は、後述する第2のエッチング工程で結晶基板1を異方性エッチングした際に、第1の凹部2を所定の深さ及び幅で形成できる長さで設けられている。   The first thick film portion 31 is provided with such a length that the first concave portion 2 can be formed with a predetermined depth and width when the crystal substrate 1 is anisotropically etched in a second etching step described later. It has been.

第2の補正パターン22は、結晶基板1と共に開始部22aから終端部22bまで徐々にエッチングされて第2の開口部12の開口面積を広げるものであり、外周の開始部22a以外の領域が結晶基板1の結晶面方位の(111)面に沿った面で囲まれている。また、第2の補正パターン22は、開始部22a以外の外周に180度より小さい角度の角部が画成されないように設けられている。   The second correction pattern 22 is gradually etched together with the crystal substrate 1 from the start portion 22a to the end portion 22b to widen the opening area of the second opening portion 12, and the region other than the outer periphery start portion 22a is a crystal. The substrate 1 is surrounded by a plane along the (111) plane of the crystal plane orientation. Further, the second correction pattern 22 is provided so that corners with an angle smaller than 180 degrees are not defined on the outer periphery other than the start portion 22a.

また、第2の補正パターン22は、開始部22a側に第2の薄膜部32と、終端部22b側に第2の薄膜部32よりも厚さの厚い第2の厚膜部33とが設けられている。   The second correction pattern 22 includes a second thin film portion 32 on the start portion 22a side and a second thick film portion 33 that is thicker than the second thin film portion 32 on the end portion 22b side. It has been.

第2の薄膜部32は、後述する第1のエッチング工程で結晶基板1を異方性エッチングした際に残留する長さで設けられている。また、第2の厚膜部33の長さLは、第1の補正パターン21の第1の厚膜部31の長さLと同じ長さで設けられている。 The second thin film portion 32 is provided with a length that remains when the crystal substrate 1 is anisotropically etched in a first etching step described later. Further, the length L 2 of the second thick film portion 33 is provided to be the same length as the length L 1 of the first thick film portion 31 of the first correction pattern 21.

なお、第1の補正パターン21及び第2の補正パターン22は、結晶基板1の全面に亘ってマスク10を形成した後、マスク10上に所定形状に設けたレジストを介して当該マスク10をエッチングすることで所定形状に形成することができる。そして、第1の補正パターン21の第1の薄膜部30、第1の厚膜部31や、第2の補正パターン22の第2の薄膜部32、第2の厚膜部33などは、レジストの形状を変えてマスク10を複数回エッチングすることで形成することができる。   The first correction pattern 21 and the second correction pattern 22 are formed by forming the mask 10 over the entire surface of the crystal substrate 1 and then etching the mask 10 through a resist provided in a predetermined shape on the mask 10. By doing so, it can be formed in a predetermined shape. The first thin film portion 30 and the first thick film portion 31 of the first correction pattern 21, the second thin film portion 32 and the second thick film portion 33 of the second correction pattern 22, etc. are resists. The mask 10 can be formed by etching a plurality of times while changing the shape.

次に、図3及び図6(b)に示すように、結晶基板1をマスク10を介して異方性エッチングすることにより、第2の凹部3の深さ方向の途中までエッチングを行う(第1のエッチング工程)。   Next, as shown in FIGS. 3 and 6B, the crystal substrate 1 is anisotropically etched through the mask 10, so that the second recess 3 is etched halfway in the depth direction (first step). 1 etching step).

ここで、異方性エッチングは、シリコン単結晶基板からなる結晶基板1のエッチングレートの違いを利用して行われる。本実施形態では、結晶基板1が面方位(110)のシリコン単結晶基板からなるため、シリコン単結晶基板の(110)面のエッチングレートと比較して(111)面のエッチングレートが約1/180であるという性質を利用して行われる。すなわち、シリコン単結晶基板を水酸化カリウム水溶液(KOH)、水酸化テトラメチルアンモニウム(TMAH)等のアルカリ溶液に浸漬すると、徐々に侵食されて(110)面に垂直な第1の(111)面と、この第1の(111)面と70.53度の角度をなし且つ上記(110)面と37.5度の角度をなす第2の(111)面とが出現する。かかる異方性エッチングにより、二つの平行する面である第1の(111)面と二つの平行する面である第2の(111)面とで形成される平行四辺形状を基本として精密加工を行うことができる。   Here, anisotropic etching is performed using the difference in etching rate of the crystal substrate 1 made of a silicon single crystal substrate. In this embodiment, since the crystal substrate 1 is composed of a silicon single crystal substrate having a plane orientation (110), the etching rate of the (111) plane is about 1 / compared with the etching rate of the (110) plane of the silicon single crystal substrate. It is performed using the property of being 180. That is, when the silicon single crystal substrate is immersed in an alkaline solution such as aqueous potassium hydroxide (KOH) or tetramethylammonium hydroxide (TMAH), the first (111) plane perpendicular to the (110) plane is gradually eroded. Then, a second (111) plane appears at an angle of 70.53 degrees with the first (111) plane and at an angle of 37.5 degrees with the (110) plane. By this anisotropic etching, precision processing is performed based on a parallelogram formed by two first parallel surfaces (111) and two second parallel surfaces (111). It can be carried out.

本実施形態では、第1の凹部2を形成する第1の開口部11は、第1の補正パターン21により覆われているため、結晶基板1の第1の凹部2側はエッチングが行われず、結晶基板1の第2の凹部3側のみがエッチングされる。そして、第1のエッチング工程では、第2の補正パターン22の開始部22a側に設けられた第2の薄膜部32を用いて、第2の凹部3の深さ方向の途中までエッチングする。   In the present embodiment, since the first opening 11 forming the first recess 2 is covered with the first correction pattern 21, the first recess 2 side of the crystal substrate 1 is not etched, Only the second recess 3 side of the crystal substrate 1 is etched. In the first etching step, etching is performed halfway in the depth direction of the second concave portion 3 using the second thin film portion 32 provided on the start portion 22a side of the second correction pattern 22.

このような第2の薄膜部32(第2の補正パターン22)は、外周の異方性エッチングが開始される開始部22a以外の領域が全て結晶基板1の結晶面方位の第1の(111)面及び第2の(111)面に沿った面で囲まれている。このため、第2の薄膜部32は、開始部22a以外の領域からエッチングが開始されることなく、開始部22aから徐々にエッチングされて第2の開口部12の開口面積を徐々に広げるようになっている。   In such a second thin film portion 32 (second correction pattern 22), the region other than the start portion 22a where the outer peripheral anisotropic etching is started is all in the first (111) crystal plane orientation of the crystal substrate 1. ) Plane and a plane along the second (111) plane. For this reason, the second thin film portion 32 is gradually etched from the start portion 22a without gradually starting etching from a region other than the start portion 22a, so that the opening area of the second opening portion 12 is gradually widened. It has become.

また、この第1のエッチング工程では、第2の補正パターン22の第2の薄膜部32が完全に除去されずに、第1のエッチング工程が終了した段階で第2の薄膜部32が残留するように行う。すなわち、第2の薄膜部32は、その長さが、第1のエッチング工程で第2の凹部3が所望の深さとなる長さよりも長くなるように予め形成しておく必要がある。なお、第1のエッチング工程で第2の凹部3が所望の深さとなるとは、後述する第2のエッチング工程でエッチングにより形成する第2の凹部3の深さから逆算して規定することができる。   Further, in the first etching process, the second thin film portion 32 of the second correction pattern 22 is not completely removed, and the second thin film portion 32 remains after the first etching process is completed. Do as follows. That is, the second thin film portion 32 needs to be formed in advance so that the length of the second thin film portion 32 is longer than the length at which the second recess 3 has a desired depth in the first etching step. Note that the second recess 3 having a desired depth in the first etching step can be defined by calculating backward from the depth of the second recess 3 formed by etching in the second etching step described later. .

次に、図4及び図7(a)に示すように、マスク10の全体を薄くして、第1の補正パターン21の第1の薄膜部30と第2の補正パターン22の残留した第2の薄膜部32とを同時に除去する(除去工程)。本実施形態では、マスク10の表面側を厚さ方向にエッチングすることで、マスク10の全体を薄くして、第1の薄膜部30と第1のエッチング工程で残留した第2の薄膜部32とを同時に除去する。   Next, as shown in FIGS. 4 and 7A, the entire mask 10 is thinned, and the second thin film portion 30 of the first correction pattern 21 and the second correction pattern 22 remain. The thin film portion 32 is simultaneously removed (removal step). In the present embodiment, the entire surface of the mask 10 is thinned by etching the surface side of the mask 10 in the thickness direction, and the second thin film portion 32 remaining in the first thin film portion 30 and the first etching step. And at the same time.

このとき、第1の厚膜部31及び第2の厚膜部33は、第1の薄膜部30及び第2の薄膜部32に比べて厚く形成されているため、第1の厚膜部31及び第2の厚膜部33は除去されず、第1の補正パターン21及び第2の補正パターン22には、それぞれ第1の厚膜部31及び第2の厚膜部33が形成される。これにより、第1の凹部2が形成される領域に第1の厚膜部31が形成された第1の開口部11が開口する。   At this time, since the first thick film portion 31 and the second thick film portion 33 are formed thicker than the first thin film portion 30 and the second thin film portion 32, the first thick film portion 31. The second thick film portion 33 is not removed, and the first thick film portion 31 and the second thick film portion 33 are formed in the first correction pattern 21 and the second correction pattern 22, respectively. As a result, the first opening 11 in which the first thick film portion 31 is formed opens in the region where the first recess 2 is formed.

このように、本実施形態では、マスク10の全体を薄くすることで、第1の薄膜部30と第2の薄膜部32とを同時に除去して、第1の厚膜部31と第2の厚膜部33とを形成するようにしたため、製造工程を簡略化してコストを低減することができる。   As described above, in the present embodiment, the first thin film portion 30 and the second thin film portion 32 are simultaneously removed by thinning the entire mask 10, and the first thick film portion 31 and the second thin film portion 32 are removed. Since the thick film portion 33 is formed, the manufacturing process can be simplified and the cost can be reduced.

次に、図5及び図7(b)に示すように、結晶基板1をマスク10を介して異方性エッチングすることにより、第1の凹部2と第2の凹部3とを同時に形成する(第2のエッチング工程)。   Next, as shown in FIGS. 5 and 7B, the first recess 2 and the second recess 3 are simultaneously formed by anisotropically etching the crystal substrate 1 through the mask 10 ( Second etching step).

詳しくは、結晶基板1を第1の補正パターン21の第1の厚膜部31を用いて異方性エッチングすることにより第1の凹部2を形成する。また、同時に結晶基板1を第2の補正パターン22の第2の厚膜部33を用いて異方性エッチングすることにより第2の凹部3をさらに深くエッチングして第2の凹部3を形成する。このとき、第2の厚膜部33の長さLは、第1の厚膜部31の長さLと同じ長さで形成されているため、エッチングを所望のタイミング(時間による制御)で終了させることで、第1の厚膜部31の終端部21bの位置(第1の凹部2の壁面位置)に対して、第2の厚膜部33の終端部22bの位置(第2の凹部3の壁面位置)を所望の位置に制御することができる。 Specifically, the first concave portion 2 is formed by anisotropically etching the crystal substrate 1 using the first thick film portion 31 of the first correction pattern 21. Simultaneously, the crystal substrate 1 is anisotropically etched using the second thick film portion 33 of the second correction pattern 22 so that the second recess 3 is further deeply etched to form the second recess 3. . At this time, since the length L2 of the second thick film portion 33 is formed with the same length as the length L1 of the first thick film portion 31, the etching is performed at a desired timing (control by time). , The position of the terminal portion 22b of the second thick film portion 33 (the second wall surface position of the first concave portion 2) with respect to the position of the terminal portion 21b of the first thick film portion 31 (the second wall surface position). The wall surface position of the recess 3 can be controlled to a desired position.

すなわち、異方性エッチング(ウェットエッチング)では、エッチング液の温度やエッチング液の成分などの環境によってエッチングレートが変化するため、例えば、厚さの均一な第2の補正パターンを設けた場合、第1のエッチング工程で残留する第2の補正パターンの長さにばらつきが生じてしまう。このため、第2のエッチング工程でエッチングを行うと、第1の補正パターンを用いた第1の凹部2の壁面位置に対して、第2の補正パターンを用いた第2の凹部3の壁面位置を制御することができず、第2の凹部3の壁面位置にばらつきが生じてしまう。また、第1のエッチング工程で残留する第2の補正パターンの長さにばらつきが生じた状態で、第2の凹部3の壁面位置を所望の位置までエッチングすると、第1の凹部2の壁面位置を制御することができず、第1の凹部2の壁面位置にばらつきが生じてしまうことになる。   That is, in anisotropic etching (wet etching), the etching rate varies depending on the environment such as the temperature of the etching solution and the components of the etching solution. For example, when the second correction pattern having a uniform thickness is provided, The length of the second correction pattern remaining in the first etching process varies. For this reason, when etching is performed in the second etching step, the wall surface position of the second recess 3 using the second correction pattern with respect to the wall surface position of the first recess 2 using the first correction pattern. Cannot be controlled, and the wall surface position of the second recess 3 will vary. Further, when the wall surface position of the second recess 3 is etched to a desired position in the state where the length of the second correction pattern remaining in the first etching process varies, the wall surface position of the first recess 2 Cannot be controlled, and the wall surface position of the first recess 2 will vary.

以上説明したように、本発明では、第1の補正パターン21と第2の補正パターン22とを用いて結晶基板1を異方性エッチングすることによって、第1の凹部2と第2の凹部3との相対的な壁面位置を制御することができる。これにより、結晶基板1に深さの異なる第1の凹部2及び第2の凹部3を容易に且つ高精度に形成することができる。   As described above, in the present invention, the first concave portion 2 and the second concave portion 3 are obtained by anisotropically etching the crystal substrate 1 using the first correction pattern 21 and the second correction pattern 22. The relative wall surface position can be controlled. Thereby, the 1st recessed part 2 and the 2nd recessed part 3 from which the depth differs in the crystal substrate 1 can be formed easily and with high precision.

(他の実施形態)
以上、本発明の実施形態1を説明したが、本発明の基本的構成は上述したものに限定されるものではない。例えば、上述した実施形態1では、結晶基板1として、表面の結晶面方位が(110)面のシリコン単結晶基板を例示したが、特にこれに限定されず、例えば、結晶基板として、表面の結晶面方位が(100)のシリコン単結晶基板を用いてもよく、また、シリコン単結晶基板以外の材料、例えば、ガラス基板、ガラスエポキシ基板、セラミックス基板などを用いるようにしてもよい。
(Other embodiments)
As mentioned above, although Embodiment 1 of this invention was demonstrated, the basic composition of this invention is not limited to what was mentioned above. For example, in Embodiment 1 described above, a silicon single crystal substrate whose surface crystal plane orientation is a (110) plane is exemplified as the crystal substrate 1, but the present invention is not particularly limited thereto. A silicon single crystal substrate having a plane orientation of (100) may be used, or a material other than the silicon single crystal substrate, for example, a glass substrate, a glass epoxy substrate, a ceramic substrate, or the like may be used.

また、上述した実施形態1では、結晶基板1に第1の凹部2と第2の凹部3とを所定の間隔となる位置で設け、第1の凹部2と第2の凹部3とが連通しないものを例示したが、特にこれに限定されず、例えば、第1の凹部2と第2の凹部3とを連通して段差が形成されるように隣接して設けるようにしてもよい。このような場合であっても、上述した実施形態1と同様の補正パターン20を用いて、結晶基板1を複数回異方性エッチングすることにより容易に且つ高精度に形成することができる。   In the first embodiment described above, the first concave portion 2 and the second concave portion 3 are provided in the crystal substrate 1 at a predetermined interval, and the first concave portion 2 and the second concave portion 3 do not communicate with each other. However, the present invention is not limited to this. For example, the first recess 2 and the second recess 3 may be provided adjacent to each other so that a step is formed. Even in such a case, the crystal substrate 1 can be formed easily and with high accuracy by performing anisotropic etching a plurality of times using the correction pattern 20 similar to that of the first embodiment described above.

さらに、上述した実施形態1では、結晶基板1に深さの異なる第1の凹部2と第2の凹部3とを設けるようにしたが、特にこれに限定されず、例えば、第2の凹部3が結晶基板1を厚さ方向に貫通する貫通孔であってもよい。例えば、貫通孔からなる第2の凹部を形成する場合には、結晶基板1の両面に第2の補正パターン22を設け、結晶基板1の両面側から異方性エッチングを行うようにしてもよい。   Furthermore, in the first embodiment described above, the crystal substrate 1 is provided with the first recess 2 and the second recess 3 having different depths. However, the present invention is not limited to this, and for example, the second recess 3 May be a through-hole penetrating the crystal substrate 1 in the thickness direction. For example, in the case where the second concave portion formed of the through hole is formed, the second correction pattern 22 may be provided on both surfaces of the crystal substrate 1 and anisotropic etching may be performed from both surfaces of the crystal substrate 1. .

また、上述した実施形態1では、結晶基板1に第1の凹部2と第2の凹部3との2種類の深さの凹部を形成するようにしたが、特にこれに限定されず、例えば、3種類以上の深さの異なる凹部を形成するようにしてもよい。例えば、3種類の深さの異なる凹部を形成する場合には、最も浅い凹部を形成する第1の補正パターンとして上述した実施形態1と同様の第1の補正パターン21を設け、中間深さの凹部を形成する第2の補正パターンとして上述した実施形態1と同様の第2の補正パターン22を設け、最も深い凹部を形成する第3の補正パターンとして、終端部側が第2の補正パターン22と同様の厚さ及び長さで形成され且つ先端部側に第2の薄膜部32よりも厚さの薄い第3の薄膜部を設けたものを用いる。そして、結晶基板1の1回目の異方性エッチングを行った後、第3の薄膜部を除去するようにマスク全体の厚さを薄くし、その後、上述した実施形態1と同様に第1のエッチング工程及び第2のエッチング工程を行うことで、3種類の深さの異なる凹部を形成することができる。なお、4種類以上の深さの凹部についても同様に行えばよい。   Moreover, in Embodiment 1 mentioned above, although the recessed part of the 2 types of depth of the 1st recessed part 2 and the 2nd recessed part 3 was formed in the crystal substrate 1, it is not limited to this in particular, For example, You may make it form the recessed part from which 3 or more types of depth differs. For example, when forming three types of concave portions having different depths, the first correction pattern 21 similar to that of the first embodiment described above is provided as the first correction pattern for forming the shallowest concave portion, and the intermediate depth is set. The second correction pattern 22 similar to that of the first embodiment described above is provided as the second correction pattern for forming the concave portion, and the terminal portion side is the second correction pattern 22 as the third correction pattern for forming the deepest concave portion. A third thin film portion formed with the same thickness and length and having a thickness thinner than that of the second thin film portion 32 on the tip side is used. Then, after the first anisotropic etching of the crystal substrate 1 is performed, the thickness of the entire mask is reduced so as to remove the third thin film portion, and then the first etching is performed in the same manner as in the first embodiment described above. By performing the etching step and the second etching step, three types of recesses having different depths can be formed. It should be noted that the same operation may be performed for four or more types of recesses.

なお、上述した結晶基板1のエッチング方法は、例えば、液体噴射ヘッド等のマイクロデバイスなどのMEMSを構成する部材を形成する際に用いることができる。   The above-described etching method of the crystal substrate 1 can be used, for example, when forming a member constituting the MEMS such as a microdevice such as a liquid jet head.

本発明の実施形態1に係る結晶基板の断面図である。It is sectional drawing of the crystal substrate which concerns on Embodiment 1 of this invention. 本発明の実施形態1に係る結晶基板のエッチング方法を示す平面図である。It is a top view which shows the etching method of the crystal substrate which concerns on Embodiment 1 of this invention. 本発明の実施形態1に係る結晶基板のエッチング方法を示す平面図である。It is a top view which shows the etching method of the crystal substrate which concerns on Embodiment 1 of this invention. 本発明の実施形態1に係る結晶基板のエッチング方法を示す平面図である。It is a top view which shows the etching method of the crystal substrate which concerns on Embodiment 1 of this invention. 本発明の実施形態1に係る結晶基板のエッチング方法を示す平面図である。It is a top view which shows the etching method of the crystal substrate which concerns on Embodiment 1 of this invention. 本発明の実施形態1に係る結晶基板のエッチング方法を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the etching method of the crystal substrate which concerns on Embodiment 1 of this invention. 本発明の実施形態1に係る結晶基板のエッチング方法を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the etching method of the crystal substrate which concerns on Embodiment 1 of this invention.

符号の説明Explanation of symbols

1 基板、 2 第1の凹部、 3 第2の凹部、 10 マスク、 11 第1の開口部、 12 第2の開口部、 20 補正パターン、 21 第1の補正パターン、 22 第2の補正パターン、 30 第1の薄膜部、 31 第1の厚膜部、 32 第2の薄膜部、 33 第2の厚膜部   DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Board | substrate, 2 1st recessed part, 3 2nd recessed part, 10 Mask, 11 1st opening part, 12 2nd opening part, 20 Correction pattern, 21 1st correction pattern, 22 2nd correction pattern, 30 1st thin film part, 31 1st thick film part, 32 2nd thin film part, 33 2nd thick film part

Claims (3)

表面の結晶面方位が(100)面又は(110)面からなる結晶基板の表面に開口部を有するマスクを設け、該マスクに前記基板と共に開始部から終端部まで徐々にエッチングされて前記開口部の開口面積を広げる補正パターンを設け、前記結晶基板を前記マスクを介して複数回異方性エッチングすることにより、深さの異なる凹部を形成する結晶基板のエッチング方法であって、
前記補正パターンとして、前記凹部である第1の凹部を形成する際に用いられる第1の厚膜部と、該第1の厚膜部よりも薄く且つ前記結晶基板の表面を覆う第1の薄膜部とを具備する第1の補正パターンと、前記第1の凹部よりも深い第2の凹部を形成する際に用いられると共に、前記開始部側に設けられた第2の薄膜部と、該第2の薄膜部よりも厚く且つ前記第1の厚膜部と同一長さを有する第2の厚膜部とを具備する第2の補正パターンとを設け、
前記第2の補正パターンの前記第2の薄膜部を用いて前記第2の凹部の深さ方向の途中までエッチングを行う第1のエッチング工程と、前記マスク全体を薄くすることにより、前記第1の薄膜部と前記第2の薄膜部とを同時に除去する除去工程と、前記第2の補正パターンの前記第2の厚膜部を用いて前記第2の凹部の深さ方向の途中からエッチングを開始して当該第2の凹部を形成すると共に前記第1の補正パターンの前記第1の厚膜部を用いて前記第1の凹部を形成する第2のエッチング工程とを具備することを特徴とする結晶基板のエッチング方法。
A mask having an opening is provided on the surface of the crystal substrate having a crystal plane orientation of (100) plane or (110) plane, and the opening is gradually etched together with the substrate from the start portion to the end portion. A correction pattern for expanding the opening area of the crystal substrate, and anisotropically etching the crystal substrate a plurality of times through the mask, thereby forming recesses having different depths,
As the correction pattern, a first thick film portion used when forming the first concave portion that is the concave portion, and a first thin film that is thinner than the first thick film portion and covers the surface of the crystal substrate And a second thin film portion provided on the start portion side, the second thin film portion being used when forming a second concave portion deeper than the first concave portion. A second correction pattern comprising a second thick film portion that is thicker than the two thin film portions and has the same length as the first thick film portion,
A first etching step in which etching is performed halfway in the depth direction of the second concave portion using the second thin film portion of the second correction pattern; Removing the thin film portion and the second thin film portion simultaneously, and etching from the middle of the second concave portion in the depth direction using the second thick film portion of the second correction pattern And a second etching step of forming the second recess and forming the first recess using the first thick film portion of the first correction pattern. A method for etching a crystal substrate.
前記マスクを前記第1の凹部と前記第2の凹部とが連通するように隣接して形成することを特徴とする請求項1記載の結晶基板のエッチング方法。   2. The crystal substrate etching method according to claim 1, wherein the mask is formed adjacent to each other so that the first recess and the second recess communicate with each other. 前記第1の厚膜部及び前記第2の補正パターンとして、外周の前記開始部以外の領域が前記結晶基板の結晶面方位の(111)面に沿った面で囲まれ、且つ前記開始部以外で180度より小さい角度の角部が画成されないように形成することを特徴とする請求項1又は2記載の結晶基板のエッチング方法。   As the first thick film portion and the second correction pattern, a region other than the start portion on the outer periphery is surrounded by a plane along the (111) plane of the crystal plane orientation of the crystal substrate, and other than the start portion 3. The method for etching a crystal substrate according to claim 1, wherein a corner portion having an angle smaller than 180 degrees is not defined.
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