JP6053423B2 - シリコン基板のエッチング方法 - Google Patents

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。

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。

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。

特開平６−３４９８００号公報

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。

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。

そこで、本発明は、
内部にエッチング液を一方向に流動可能な流路と、該流路の前記エッチング液の流動方向に平行な面に開口部とを有するチャンバーに、第一の面にエッチングマスク層を有するシリコン基板を前記エッチングマスク層が前記チャンバーの開口部を介して前記流路内を流動するエッチング液に曝されるように固定し、前記流路内を流動す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、前記凹部に対応し、前記エッチング液の流動方向に複数配列されたエッチング開口と、該エッチング開口の配列のエッチング液の流動方向の最上流側に前記エッチング開口に対して並列に配置されたダミー開口と、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。

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。

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。

本実施形態で用いることができる枚葉式ウェットエッチング装置の構成例を示す模式図である。 従来の製法におけるシリコン基板の一例を示す模式図である。 本実施形態におけるシリコン基板の一例を示す模式図である。 従来の製法におけるシリコン基板のエッチングレート分布を示す模式図及びグラフである。 本実施形態におけるシリコン基板のエッチングレート分布を示す模式図及びグラフである。 本実施形態におけるシリコン基板のエッチング方法の工程例を示す模式的断面図である。 本実施形態におけるシリコン基板のエッチング方法の工程例を示す模式的断面図である。

（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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

（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。

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））。

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））。

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））。

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））。

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。

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。

（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。

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。

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

Claims (12)

1. 内部にエッチング液を一方向に流動可能な流路と、該流路の前記エッチング液の流動方向に平行な面に開口部とを有するチャンバーに、第一の面にエッチングマスク層を有するシリコン基板を前記エッチングマスク層が前記チャンバーの開口部を介して前記流路内を流動するエッチング液に曝されるように固定し、前記流路内を流動す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、前記凹部に対応し、前記エッチング液の流動方向に複数配列されたエッチング開口と、該エッチング開口の配列のエッチング液の流動方向の最上流側に前記エッチング開口に対して並列に配置されたダミー開口と、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。
2. 前記ダミー開口から前記エッチング液によりエッチングされて形成される凹形状は前記シリコン基板を貫通しない請求項１に記載のシリコン基板のエッチング方法。
3. 前記チャンバーと前記シリコン基板は、前記チャンバーの前記開口部側の外壁と前記シリコン基板の第一の面との間に存在するシール部材によって固定される請求項１又は２に記載のシリコン基板のエッチング方法。
4. 前記ダミー開口は、前記エッチング開口よりも上流側であって前記シール部材に近接する位置に形成される請求項３に記載のシリコン基板のエッチング方法。
5. 前記エッチング開口及び前記ダミー開口の形状は矩形状である請求項１乃至４のいずれかに記載のシリコン基板のエッチング方法。
6. 前記エッチング開口及び前記ダミー開口の長手方向が前記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前記シリコン基板が前記チャンバーに配置される請求項５に記載のシリコン基板のエッチング方法。
7. 前記ダミー開口の長手方向の幅が前記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請求項６に記載のシリコン基板のエッチング方法。
8. 前記エッチング開口は前記エッチングマスク層に前記エッチング液の流動方向と直交する方向に複数列配されており、各列の最上流側にそれぞれダミー開口が設けられている請求項１乃至７のいずれかに記載のシリコン基板のエッチング方法。
9. 前記凹部は前記シリコン基板を貫通する請求項１乃至８のいずれかに記載のシリコン基板のエッチング方法。
10. 前記シリコン基板のエッチングが結晶異方性エッチングである請求項１乃至９のいずれかに記載のシリコン基板のエッチング方法。
11. 前記エッチング液によるエッチング中は、前記シリコン基板の第１の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設置される請求項１乃至１０のいずれかに記載のシリコン基板のエッチング方法。
12. 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であって、
    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。

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