JPH07297172A

JPH07297172A - バルク微細加工法

Info

Publication number: JPH07297172A
Application number: JP7087335A
Authority: JP
Inventors: Leslie A Field; レスリー・エー・フィールド; Phillip W Barth; フィリップ・ダブリュー・バース
Original assignee: Hewlett Packard Co
Current assignee: HP Inc
Priority date: 1994-03-22
Filing date: 1995-03-20
Publication date: 1995-11-10
Also published as: EP0674194A2; US5804314A; US5709773A; EP0674194A3

Abstract

(57)【要約】【目的】高縦横比の微細構造を製作するバルク微細加
工法を提供する。【構成】本発明は、直角なコーナーで交わる平面で規
定される微細構造を制作する微細加工法を提供する。こ
の微細構造は、光ファイバーの精密な位置合わせのよう
な高精度が要求されるプロセスにおいてスペーサとして
使用するのに適している。上平面および反対平面を有す
る第１の基板を準備し、反対面を異方性エッチングし
て、第１の薄い領域を形成する。第１の基板の上面は、
垂直な側壁を有する第１のくぼみ部分が第１の薄い領域
とつながり一体になるように、異方性エッチングされ
る。この異方性エッチングで残された部分が微細構造の
一部分となる。同様の構造を第２の基板に形成し、２つ
の基板を合わせて所望の微細構造が得られる。基板は切
り出されて、微細構造が取り出される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、微細加工法に関し、特
に高縦横比の微細構造を製作するバルク微細加工法に関
する。

【０００２】

【従来の技術】微細加工とはバッチ処理法における一連
のホトリソグラフィ・パターン転写、エッチング、およ
び蒸着を用いて三次元の微細構造を生成する処理の集合
のことである。微細構造の縦横比は、この微細構造の高
さ寸法を幅寸法で割ったものとして表わされる。顕微鏡
的スケールでの微細な冶具の作成等のさまざまな応用に
は、それぞれ幅寸法よりかなり大きな高さ寸法を有する
高縦横比の微細構造が必要とされる。これらの応用の多
くにおいて、微細構造は、直角に交わる平面によって規
定されることが重要である。このような微細構造は、高
精度が要求される組み立て処理におけるスペーサとして
有用である。組み立て処理の例としては、光ファイバー
あるいは導体の高精度の位置決めが挙げられる。このよ
うな微細構造によってスペーシングを行なうと、エポキ
シ等の接着剤を用いて組み立てられた構成要素を永久的
に固定することができる。このような応用には数μから
数百μの範囲の高さ寸法と数μから数千μの幅寸法を有
する高縦横比の微細構造が必要とされる。また、このよ
うな微細構造は数十μから数千μの範囲の奥行き寸法を
有することが好まれる。このような応用の中には、高縦
横比の微細構造に高さ方向に沿って設けられた棚構造が
含まなければならないものがある。

【０００３】微細加工法は、一般的にはバルク微細加工
と面微細加工の２種類に分類される。バルク微細加工法
は、シリコン等の適当なバルク基板を化学エッチャント
を用いて彫ることを特徴とする。これに対して、面微細
加工法は基板に蒸着された膜をエッチングすることを特
徴とする。

【０００４】従来のシリコン加工を用いた場合、一般に
蒸着層の厚みが約10μ以上に及ぶことはあり得ない。し
たがって、面微細加工装置は基本的には二次元構造であ
り、三次元機構はごく限られている。従来から知られる
LIGA処理は、バッチ製造される構造の範囲を実に三次元
構造にまで広げるものである。LIGAとはドイツ語のLIth
ographie、Galvanoformung、Abformungを表している。
訳すると、ホトリソグラフィ、電鋳、およびモールドで
ある。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】LIGA処理は厚いレジス
トマスクとシンクロトロンで発生させたX線を利用する
タイプのホトリソグラフィ技術を用いるものである。X
線はネガティブマスクとして原子番号の高い材料を介し
て交差結合されたポリメタクリレートからなる厚いレジ
ストマスク部分に照射される。レジストが現像されてこ
の厚いレジストマスクのX線の当たった部分が除去され
る。次に、レジストが除去された部分をニッケルまたは
その他の金属でめっきすることによって縦横比を大きく
した微細構造が得られる。さらに詳しくいえば、こうし
て得られた縦横比の大きい微細構造は２から３μの側面
を有するが、高さは100μ以上にもなる。LIGA処理はそ
の他の微細加工処理と同様にAcademic Press（1992年）
の“Encylopedia of Physical Science and Technolog
y”、10号139-155ページのIwao Fujimasaによる論文“M
icromechanical Devices”に説明されている。この論文
から有益な背景的情報を知ることができるのでここに参
考文献として掲げておく。LIGA処理には利点があるが、
それに必要なシンクロトロンは高価であり、容易に入手
できるものではない。さらに、金属微細構造は応用によ
っては望ましくない場合がある。したがって、高縦横比
の微細構造を製作するために他の微細加工法が必要とさ
れている。

【０００６】バルク微細加工法は化学エッチャントを用
いてシリコン等の適当なバルク基板を彫るものである。
ホトリソグラフィの原理にしたがって、シリコン表面の
一部をエッチャントに対して露出させ、他の部分をカバ
ーするようにパターン形成したマスクが製作される。19
50年代以来、シリコンの化学エッチング処理はHF、HN
O₃、CH₃COOH等の等方性エッチャントを用いて開発され
てきた。1954年に最初に報告された配向依存型異方性エ
ッチングでは、水酸化カリウム（KOH）またはその他の
アルカリ性溶液を用いてシリコン結晶の異なる面を異な
る速度でエッチングする。

【０００７】特に、（100）シリコンとして知られるあ
る特定の結晶格子配向を有するシリコンの異方性エッチ
ングは従来の微細加工法において重要な役割をはたして
きた。しかし、このような従来から知られている方法
は、複雑な形状の微細構造では外向きに曲がった凸状コ
ーナーが横方向にアンダーカット、すなわち下がくり抜
かれるため、需要にこたえられないことが多かった。こ
のように横方向にアンダーカットする結果、微細構造は
完全に平坦ではない面で結合されることになる。これら
の問題はマスク・レイアウトのコーナーに加えられるい
わゆるコーナー補償構造によって低減可能である。選択
されるエッチング液に応じて、異なったコーナー補償構
造が用いられる。“Proceedings of the International
Conference on Solid-State Sensors and Actuator
s”、1991年６月14-15日の456-459ページのH. Sandmaie
rその他の“Corner Compensation Techniques in Aniso
tropicEtching of (100)-silicon”から有益な背景的情
報を得ることができるので、ここに参考文献として掲げ
る。コーナー補償技術には利点がはあるが、マスク・レ
イアウトの手順を複雑にするという問題がある。さら
に、コーナー補償構造のアンダーカットによって直角な
凸状機構を有する微細構造の縦横比が制限される。

【０００８】そこで、直角なコーナーにおいてのみ交わ
る平面で規定される高縦横比の微細構造を製造するため
に、融通性があり且つ効率的なバルク微細加工法が必要
とされる。さらに、その結果得られる微細構造は数μか
ら数百μの範囲の高さ寸法を有し、数μから数千μの範
囲の幅寸法を有することが求められる。その微細構造の
奥行き寸法は数十μから数千μの範囲であることが好ま
しい。応用によっては、高縦横比の微細構造が高さ方向
に設けられた棚構造を含むことが求められる。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明は、直角なコーナ
ーで交わる平面で規定される新しい微細構造を製造する
ための融通性がありかつ効率的なバルク微細加工法を提
供する。本発明による新しい微細構造は数μから数百μ
の範囲の高さ寸法を有し、また数μから数千μの範囲の
幅寸法を有する。この新しい微細構造の一実施例はその
微細構造の高さ寸法がその幅寸法よりかなり大きい高縦
横比を有する。また、この微細構造の奥行き寸法は数十
μから数千μの範囲であることが好ましい。本発明によ
る新しい微細構造は、光ファイバーあるいは導体の高精
度位置決め等の高い精度が要求される組み立て処理にお
けるスペーサとして有効である。一実施例において、本
発明の微細構造は応用によって必要となる高さ方向に設
けられた棚構造を含む。

【００１０】つまり、本発明のバルク微細加工法によれ
ば上平面および反対平面を有する第１の基板が準備され
る。この基板の反対面がマスクされ、それに異方性エッ
チングが施されて、第１の薄くなった領域が形成され
る。第１の基板の上面がマスク層によってマスクされ、
垂直な側壁を有する第１のくぼみ部分が第１の薄い領域
と一体に形成されるように異方性エッチングが施され
る。

【００１１】同様に、上平面および反対平面を有する第
２の基板が準備される。この第２の基板の反対面がマス
クされ、それに異方性エッチングが施されて、第２の薄
くなった領域が形成される。第２の基板の上面が別のマ
スク層によってマスクされ、垂直な側壁を有する第２の
くぼみ部分が第２の薄い領域と一体に形成されるように
異方性エッチングが施される。第１の基板の上面は第２
の基板の上面に位置合わせされ結合されて、所望の微細
構造を形成する。基板を結合することの別の利点は、微
細構造の高さ寸法を拡大して所望の縦横比を得ることが
できることである。これらの基板が切り出しあるいは鋸
引きされて微細構造が取り外される。

【００１２】本発明の微細構造のほぼ平坦な面およびほ
ぼ直角なコーナー構造は、シリコン等の基板材料の均一
な結晶格子構造を利用して形成される。第１および第２
の基板は各々<100>結晶格子方向群によって特徴づけら
れる結晶構造を有することが好ましい。各基板の平面は
<100>結晶格子方向群の一つに対して直角である。さら
にマスク層は<100>結晶格子方向群の別の一つに沿って
配向されたマスクエッジを有する。くぼみ部分の各側壁
は対応するマスクエッジの下をくり抜き（アンダーカッ
ト）、基板表面に直交する。これらの基板は、好ましく
は<100>結晶格子方向群のうちのさらに別の一つに沿っ
て鋸引きされて、直角なコーナー構造においてのみ合わ
さる平面で結合される所望の高縦横比の微細構造が得ら
れる。あるいは、これらの基板はたとえばレーザー・ス
クライブ技術を用いて切り出される。

【００１３】本発明の他の特徴および利点は、本発明の
原理を例示する図面に関連して以下の詳細な説明から明
らかになるであろう。

【００１４】

【実施例】図に示されるように、本発明はほぼ直角なコ
ーナー構造においてのみ合わさるほぼ平坦な面で結合さ
れる新しい高縦横比の微細構造を製造するための、融通
性があり且つ効率的なバルク微細加工法を提供するもの
である。本発明の微細構造はシリコン等の材料の均一な
結晶格子構造を利用して得られる。

【００１５】ここで述べる結晶面および結晶格子方向と
いう用語法は、Wiley and Sons、NY、1968年、3-9ペー
ジのSorab K. Ghandhi著“The Theory and Practice of
Microelectronics”に従うものである。後に詳述する
が、この広く認められた用法では、角括弧[x x x]、鈎
括弧<x x x>、丸括弧(x x x)あるいは中括弧{x x x}で
囲った３つの引数が用いられる。

【００１６】均一な結晶格子構造内には、高度の対称性
が存在する。このような対称性を図１(ａ)から図１(ｃ)
に示す。各図はエッジ長ａを有するシリコン結晶格子立
方体の概略等角図である。図１(ａ)から図１(ｃ)の各図
には互いに直交する３つのデカルト座標軸を示す。これ
ら互いに直交する３つの軸に沿った方向の要素を有する
最下位の結晶格子方向群は、Ｘ軸に沿った方向の第１の
要素[100]、Ｙ軸に沿った方向の第２の要素[010]、およ
びＺ軸に沿った方向の第３の要素[001]からなる。

【００１７】対称性を考慮して、この最下位の結晶格子
方向群は<100>結晶格子方向群として示される。同様
に、平坦な結晶面は面の表面に直交するベクトルによっ
て表される。Ｘ軸に沿った方向の第１の要素[100]に直
交するすべての面の集合を(100)平面群とし、これを代
表して図１(ａ)に斜線を施した(100)平面を示す。Ｙ軸
に沿った方向の第２の要素[010]に直交するすべての面
の集合を(010)平面群とし、これを代表して図１(ａ)に
(010)平面を示す。Ｚ軸に沿った方向の第３の要素[001]
に直交するすべての面の集合を(001)平面群とし、これ
を代表して図１(ａ)に(001)平面を示す。対称性を考
え、<100>結晶格子方向群に直交するすべての平面の集
合を{100}平面群とする。

【００１８】[100]格子方向に対して45゜の角度を成す
[110]格子方向のような他の結晶格子方向も存在する。
[100]格子方向に直交するすべての平面群を(110)平面群
とし、これを代表して図１(ｂ)に斜線を施した(110)平
面を示す。対称性から、それぞれが<100>格子方向群の
うちの最寄りの１つに対して45゜の角度を成す、<110>
格子方向群等の他の結晶格子方向群が存在する。<110>
格子方向群には{110}平面群が対応する。

【００１９】さらに別の格子方向を[111]格子方向とす
る。この[111]格子方向は[100]格子方向から約54.73゜
に配向されている。[111]格子方向に直交するすべての
平面群を(111)平面群とし、これを代表して図１(ｃ)に
斜線を施した(111)平面を示す。また、それぞれが<100>
格子方向群のうちの対応する最寄りの１つに対して約5
4.73゜の角度を成す、<111>方向群が存在する。<111>格
子方向群には{111}平面群が対応する。同様に指定され
た他の上位の平面群が多数存在する。たとえば、<310>
方向群のそれぞれの要素は対応する最寄りの<100>方向
から18.43゜に配向されている。

【００２０】本発明では第１および第２のシリコンウエ
ハ基板を用いることが好ましい。各基板は上平面および
反対平面を有する。各基板の平面はそれぞれ基板の<100
>結晶格子方向群のうちの１つに直交する。このような
ウエハは通常<100>シリコンウエハと呼ばれる。第１お
よび第２の基板は<100>シリコンウエハ基板であること
が好ましいが、この分野で通常の知識を有する者であれ
ば、ここで説明する本発明の原理はひ化ガリウム等の均
一な結晶格子構造を有する他の材料、および上記のよう
な他の結晶格子方向に直交する面を有する基板にも同様
に適用できることは明らかであろう。

【００２１】図２(ａ)から図４(ｄ)は基板の概略断面図
であり、本発明の微細加工法の一実施例におけるマスキ
ングおよびエッチング工程を示す。本実施例では、ウエ
ハ研磨機を用いて各基板の平面を研磨する。減圧化学蒸
着（LPCVD）あるいはそれに代わる適当な手段を用いて
基板の各平面上に窒化珪素マスク層を同時に蒸着させ
る。低応力窒化珪素マスク層は各々約120ナノメートル
の厚みを有することが好ましい。しかし、低応力窒化物
層の厚さを変えたり、異方性食刻剤に抵抗する他の厚さ
の他の材料を用いてもよい。たとえば、二酸化珪素や正
規組成窒素等の材料は異方性食刻剤に抵抗するものであ
るから、これらを用いることもできる。

【００２２】図２(ａ)および図２(ｂ)は各々第１の基板
１と第２の基板２の詳細な断面図を簡略化したものであ
る。図２(ａ)に示すように、第１の窒化珪素マスク層４
が第１の基板１の上面に蒸着される。また同図に示すよ
うに、第２の窒化珪素マスク層８が第１の基板の反対面
に蒸着される。同様に、図２(ｂ)に示すように、第３の
窒化珪素マスク層６が第２の基板の上面に蒸着される。
さらに、同図に示すように、第４の窒化珪素マスク層10
が第２の基板の反対面に蒸着される。

【００２３】周知のホトリソグラフィ処理を用いて、基
板の平面上に蒸着された窒化物マスク層にフォトレジス
ト（図示せず）が塗布される。各基板の上面と反対面の
両方に蒸着されたフォトレジスト層の選択された部分が
両面マスク位置合わせ装置内のホトマスクを用いて露光
される。第１の基板については、第１および第２の窒化
物層に蒸着されたフォトレジストはそこに得られる後述
の構造が良好に位置合わせされるように同時に露光され
ることが好ましい。同じ理由から、第２の基板について
も、第３および第４の窒化物層に蒸着されたフォトレジ
ストは同時に露光されることが好ましい。次に露光され
たフォトレジスト層が現像されて、フォトレジストを通
過してその下にある窒化珪素層の各部を露出させるパタ
ーン部分が生成される。酸素（O₂）プラズマを用いて下
のシリコン窒化物層の露出した部分から不要物を除去す
るためにフォトレジスト層を“灰化除去”する。

【００２４】四フッ化炭素CF_4、酸素O₂あるいは他の適当
な気体のプラズマを用いて下の窒化珪素層の露出した部
分がエッチングされる。各基板の反対面に蒸着された窒
化珪素層については、エッチングすることによって所望
の幅寸法となり、これらの窒化珪素層を貫通するパター
ン部分が生成される。図２(ｃ)の断面図に示すように、
パターン部分12は第１の基板の反対側を選択的に露出さ
せる。同様に、図３(ａ)に示すように別のパターン部分
が第２の基板の反対側を選択的に露出させる。

【００２５】各基板の上面に蒸着された各窒化珪素層に
ついては、窒化珪素層の半ばまで延びるパターン部分を
生成するために、エッチング時間等のエッチング・パラ
メータを調整することが好ましい。図３(ｂ)に示すよう
に、パターン部分16は第１の基板の上面に蒸着された窒
化珪素層の半ばまで延びる。第１の基板の上面に蒸着さ
れた窒化珪素層に延びるパターン部分16は、第１の基板
の反対面に蒸着された窒化珪素層を突き抜けて延びるパ
ターン部分12と良好に位置合わせされなければならな
い。図３(ｃ)に示すように、別のパターン部分18は第２
の基板の上面に蒸着された窒化珪素層の半ばまで延び
る。この場合も、第２の基板の上面に蒸着された窒化珪
素層に延びるパターン部分18は、第２の基板の反対面に
蒸着された窒化珪素層の突き抜けて延びるパターン部分
14と良好に位置合わせされなければならない。

【００２６】好適な異方性食刻剤を用いて第１および第
２の基板をエッチングする。一般に、異方性食刻剤は異
なった速度でさまざまな方向へエッチングを行う。たと
えば、本発明の微細加工法に用いられる好適な異方性食
刻剤はシリコンを<111>結晶格子方向へ他のいかなる格
子方向よりも低速でエッチングする。さらに、この好適
な異方性食刻剤はシリコンを<100>方向内へ<110>方向お
よび他の多くの上位の方向より低速でエッチングする。

【００２７】本発明で使用する異方性食刻剤は水酸化カ
リウム（KOH）水溶液である。エチレンジアミンおよび
ピロカテコール（EDP）水溶液等の別の異方性食刻剤を
代わりに用いても良好な結果が得られる。本発明で使用
する異方性食刻剤の温度は摂氏100゜、KOHの重量濃度は
30％である。この温度および濃度の場合、各<100>格子
方向へのシリコンのエッチング速度は約３μ／分であ
る。異なったエッチング速度が求められる場合、この溶
液の温度とKOH濃度を変えることによってエッチング速
度を変えることができる。

【００２８】この異方性食刻剤を用いて各基板の反対面
の露出部分に垂直にエッチングを行い、各々薄い領域を
形成する。エッチング時間は各基板に対して所望の量だ
け垂直方向のエッチングが行なわれるように設定され
る。各シリコン基板の垂直方向エッチングは基板の反対
面に平行な露出された{100}平面で行われる。

【００２９】したがって本発明の微細加工法によれば、
図４(ａ)示すようにこの異方性食刻剤を用いて第１の薄
い領域20を形成するために第１の基板の反対面の第１の
露出部分に垂直にエッチングを行う。エッチング時間は
第１の基板が第１の量だけ垂直にエッチングされるよう
に設定される。この第１の薄い領域は第１の基板の{10
0}結晶平面群のうちの１つからなる第１の床部21を有す
る。この第１の床部は第１の基板の反対面に平行であ
る。

【００３０】同様に、図４(ｂ)に示すように、この異方
性食刻剤を用いて第２の薄い領域22を形成するために第
２の基板の反対面の第２の露出部分に垂直にエッチング
を行う。エッチング時間は第２の基板が第２の量だけ垂
直にエッチングされるように設定される。この第２の薄
い領域は第２の基板の{100}結晶平面群のうちの１つか
らなる第２の床部23を有する。この第２床部は第２の基
板の反対面に平行である。

【００３１】各シリコン基板の横方向のエッチングは各
々の反対面に直交する{100}平面で行われる。図４(ａ)
および図４(ｂ)に示すように、横方向のエッチングによ
って反対基板面に蒸着されたマスク層がアンダーカッ
ト、すなわち下がくり抜かれる。横方向エッチングの量
は前述の垂直方向エッチングの量にほぼ等しい。

【００３２】さらにプラズマエッチングを用いることに
より、図４(ｃ)および図４(ｄ)に示すように基板上面に
蒸着された各窒化物マスク層に、パターン部分が完全に
貫通する。基板上面に蒸着された各窒化物マスク層は、
パターン部分に沿ったマスクエッジ30、32を有する。前
述のように、各基板の平面は各基板の<100>結晶格子方
向群のうちの１つに直交する。本発明の方法ではさらに
各マスクエッジの縦方向の寸法を各基板の<100>結晶格
子方向群のうちの他の１つに沿って配向する。<100>シ
リコンウエハ基板については、各マスクエッジの縦方向
寸法をウエハ平面に対して45゜の角度に配向することに
よって達成される。代わりに、結晶配向および基準マー
キング法を用いても良好な結果を得ることができる。

【００３３】前述の薄い領域の場合と同様に、この異方
性食刻剤を用いて、図４(ｃ)および図４（ｄ)に示すよ
うに各シリコン基板の上面に垂直に延びるくぼみ部分2
4、26をエッチングする。各シリコン基板の垂直方向エ
ッチングは対応する上面に平行な露出された{100}平面
において行われる。この場合も、エッチング時間は各基
板上面に所望の量だけ垂直方向エッチングが行なわれる
ように設定される。図に示すように、くぼみ部分24、26
は各々薄い領域に垂直方向に隣接する。

【００３４】第１のくぼみ部分24は、第１の基板の{10
0}結晶平面群のうちの１つからなる第１の側壁25を有す
る。同様に、第２のくぼみ部分26は、第２の基板の{10
0}結晶平面群のうちの１つからなる第２の側壁27を有す
る。図３(ｂ)に示すように、第１の側壁25は第１の基板
の上面に直交する。同様に、第２の側壁27は第２の基板
の上面に直交する。

【００３５】図４(ｃ)および図４(ｄ)に示すように、各
マスク層は横方向のエッチングによってアンダーカット
される。たとえば、図に示すように、第１のマスクエッ
ジ30は第１のくぼみ部分によってアンダーカットされ
る。図に示すように、第１のくぼみ部分24は第１のマス
クエッジ30に隣接する。同様に、第２のマスク層６は第
２のくぼみ部分によってアンダーカットされる第２のマ
スクエッジ32を有する。図に示すように、第２のくぼみ
部分26は第２のマスクエッジ32に隣接する。

【００３６】前述のように、第１および第２のマスクエ
ッジは各々縦方向寸法を有する。図５は第１のマスク層
４の詳細平面図であり、第１のマスクエッジ30の縦方向
寸法Lを例示する。図５はさらにマスクエッジの縦方向
寸法に沿って配設された第１のマスク層の切削案内マー
キングを示す。図５に示すように第１のくぼみ部分24
は、図４(ｃ)を参照して前述したように第１のマスクエ
ッジ30に隣接する。エッチングの完了を確認するために
第１のマスク層にさらに基準マーキングを設けるとよ
い。図５はまた第１のくぼみ部分の両端の近くに設けた
別の基準マーキングを示す。

【００３７】第１および第２の基板は適当なフッ化水素
酸槽内で窒化珪素層を除去することによって連結するよ
うに製作されることが好ましい。基板はこの分野の知識
を有する者には周知である硫酸、過酸化水素、および逆
RCA洗浄処理を用いて洗浄される。そして、各基板の上
面が位置合わせされて合わさるように基板が結合され
る。

【００３８】図６は、各基板の上面の位置合わせされた
結合を示す詳細な断面図であり、くぼみ部分を詳細に示
している。図に示すように、第１の基板は第１のくぼみ
部分が第２のくぼみ部分に隣接するように第２の基板に
位置合わせされる。後に詳述するが、機械的位置合わせ
処理を用いることにより各基板の上面が位置合わせされ
て合わされる。第１の基板の上面は溶着処理を用いて第
２の基板の上面に結合され、縦横比の大きい微細構造40
1が得られる。溶着処理は位置合わせされた基板を約100
0℃で約１時間加熱することによって行なわれる。図に
示すように、この微細構造は数μから数百μの範囲の所
望の高さ寸法Ｈを有する。この微細構造の所望の高さ寸
法Ｈは第１の薄い領域20と第２の薄い領域22の形成に用
いられる垂直方向のエッチングの各量を制御することに
よって選択される。これら垂直方向エッチングの量につ
いては図４(ａ)および図４(ｂ)を参照して前述してい
る。

【００３９】図６に示すように、本発明の微細構造の実
施例はその高さ寸法に沿って配設された棚構造403を有
する。図に示すように、第１のくぼみ部分の側壁25は第
２のくぼみ部分の側壁27に対して適当な段差を成して棚
構造403が形成される。この棚構造の幅寸法は前述のマ
スキングとエッチングを適当に制御することによって選
択される。同様に、この微細構造は数μから数千μの範
囲内で前述のマスキングとエッチングを制御することに
よって選択される所望の幅寸法Ｗを有する。

【００４０】本実施例において、この微細構造は<100>
格子方向群のうちの別の１つに沿った奥行き寸法Ｄ（図
４には示さない）を有する。この微細構造は、その奥行
き寸法が数十μから数千μの範囲内になるようにレーザ
ーあるいはのこぎりによって切断される。図７は本発明
の微細構造の一実施例の等角図であり、この微細構造の
奥行き寸法Ｄ、図６参照して前述した高さ寸法Ｈおよび
幅寸法Ｗを示す。この微細構造は、直角なコーナー構造
においてのみ合わさる平面で規定されるように切り出し
あるいはのこ引きされる。

【００４１】一般に、この微細構造は接合されたシリコ
ンウエハ基板を完全に切断するための切り溝幅を有する
ダイシング・マシンで切断されることが好ましい。接合
されたシリコンウエハ基板はキャリアに載せられ、接合
されたウエハの平面に対してさらに45゜の角度を成す刃
を有するダイシング・マシンによって完全に切断され
る。しかし、この微細構造の所望の奥行き寸法がこのソ
ーの切り溝幅より小さいならば、ダイシング・マシンを
用いてのこ引きするよりレーザー・スクライビング・マ
シンを用いて切断するほうが好ましいことを述べてお
く。

【００４２】この機械的な位置合わせ処理では、各シリ
コンウエハ基板の上面の周辺領域にホトリソグラフィに
よってエッチングを施したファイバー位置合わせ溝内に
配置された円筒状のパイレックス・グラスファイバーを
用いる。図８(ａ)は第１および第２のシリコンウエハ基
板の上面と、シリコンウエハ基板の上面の周辺領域にエ
ッチングされた４つのファイバー位置合わせ溝を示す概
略平面図である。図に示すように、各基板のファイバー
位置合わせ溝は対称なパターンに構成され、各基板の上
面の位置合わせされたはめ合いを可能にしている。たと
えば、第１の基板の第１のファイバー位置合わせ溝602
と第２の基板の第１のファイバー位置合わせ溝604は各
々基板上に対称に構成されて、各基板の上面の位置合わ
せされた結合を可能にしている。簡略化のため、図８
(ａ)にはシリコンウエハ基板の中央に配設された第１お
よび第２のくぼみ部分は示さない。前述の原理をシリコ
ンウエハ基板の中央に配設された第１および第２のくぼ
み部分の多数のセットに適用して多数の微細構造を同時
に製作することができる。

【００４３】図８(ｂ)は各基板の上面の位置合わせされ
たはめ合いを示す別の切り欠き断面図であり、第１およ
び第２のファイバー位置合わせ溝602、604を詳細に示し
ている。図に示すように、第１の円筒状のグラスファイ
バー606は第１の基板の第１のファイバー位置合わせ溝6
02および第２の基板の第１のファイバー位置合わせ溝60
4内に設けられる。このグラスファイバーは125μの十分
に制御された直径を有するパイレックスグラス光ファイ
バーであることが好ましい。図に示すように、各ファイ
バー位置合わせ溝は“v”字状の断面を有する。ファイ
バー位置合わせ溝はまずホトリソグラフィ技術によって
形成され、続いて前述の窒化珪素マスク層に適当な溝を
エッチングすることによって構成される。ファイバー位
置合わせ溝は適当な食刻剤を用いてシリコンウエハ基板
をエッチングすることによって形成される。エッチング
時間は基板にエッチングされる溝の深さが約107.5μ、
幅が約153μになるように設定されることが好ましい。
ファイバー位置合わせ溝は第１および第２のくぼみ部分
の作成に先立って前述の薄い領域と同時に形成される。

【００４４】各ファイバーはまず第２の基板のファイバ
ー位置合わせ溝に置かれる。それから、各基板の上面は
各ファイバーが第１の基板のファイバー位置合わせ溝の
対応するものに係合するように位置合わせされる。そし
て、これらの基板は前述したように溶着される。

【００４５】シリコン基板は各々第１の熱膨張係数を有
し、パイレックス・グラスファイバーは各々第２の熱膨
張係数を有する。パイレックス・グラスファイバーの熱
膨張係数はシリコンの熱膨張係数より小さいため、ファ
イバーは溶着処理中ほとんどその悪影響を受けることな
く溝の内部にとどまる。

【００４６】本発明の方法の別の実施例は図２(ａ)から
図３(ｂ)、図５および図６を参照して上述した実施例と
ほぼ同様である。しかし別の本実施例では、第２の基板
の第２のくぼみ部分は第２の基板を完全には突き抜け
ず、また基板はファイバー位置合わせ溝の代わりに両面
マスク位置合わせ装置を用いて互いに位置合わせされ
る。たとえば、図９の切り欠き断面図に示すように、第
２のくぼみ部分726は第２の基板の途中まで延び、その
結果厚さ約５から30μの非常に薄いシリコン層750が残
る。

【００４７】このシリコン層は微細構造の寸法に比べて
薄いが、両面マスク位置合わせ装置とともに標準の真空
転送ウエハ処理装置を用いることのできる十分な厚さで
ある。この薄いシリコン層は両面マスク位置合わせ装置
の真空チャックで第２のウエハ基板を安定的に保持する
ことを可能とする。第１のウエハ基板は透明板によって
保持される。この両面マスク位置合わせ装置を用いてこ
の本実施例の第１および第２のシリコウエハ基板が位置
合わせされる。図９に示すように基板が位置合わせさ
れ、前述のように溶着される。

【００４８】基板が溶着されると、本実施例の微細構造
は上述の実施例と同様に数十μから数千μの範囲の所望
の奥行き寸法になるように切断あるいはのこ引きされ
る。適当な圧力を加えることによって、本実施例の微細
構造は、数μから数千μの範囲の所望の幅寸法になるよ
うにその垂直な壁に隣接する位置で薄いシリコン層から
切り離される。

【００４９】以上本発明の具体的な実施例を説明および
図示したが、本発明はここに説明および図示した形態や
部品構成には限定されず、本発明の範囲と精神から逸脱
することなくさまざまな改造や変更を加えることができ
る、したがって、本発明は特許請求の範囲内でここに説
明および図示されたもの以外の態様で実施することがで
きる。本発明の実施態様には例として次のものがある。 (１) 上面および反対面を有する第１の基板を準備する
ステップと、前記基板の前記反対面をエッチングして第
１の薄い領域を設けるステップと、前記第１の基板の前
記上面に、前記の第１の薄い領域と一体になるように垂
直な側壁を有する第１のくぼみ部分を異方性エッチング
するステップとを含むバルク微細加工法。 (２) 前記第１の基板は、{100}結晶格子平面群を含む
結晶構造を有し、前記垂直な側壁は、前記{100}結晶格
子平面群のうちの１つの平面である上記(１)に記載のバ
ルク微細加工法。 (３) 前記第１の基板は、<100>結晶格子方向群を含む
結晶構造を有し、前記基板の前記上面は、前記<100>結
晶格子方向群のうちの１つの方向に直交し、前記異方性
エッチングするステップは、前記第１の基板の前記上面
をある縦方向寸法を有する第１のマスクエッジを有する
第１のマスク層を用いてマスキングし、前記第１のマス
クエッジの前記縦方向寸法を前記<100>結晶格子方向群
のうちの別の方向に配向し、前記第１の機構が前記第１
のマスクエッジをアンダーカットするように前記第１の
基板を異方性エッチングする、上記(１)に記載のバルク
微細加工法。 (４) 前記基板の各々を前記{100}結晶格子平面群のう
ちのさらに別の方向に沿ってレーザ光で切断する、上記
(３)に記載のバルク微細加工法。 (５) 前記基板の各々を前記{100}結晶格子平面群のう
ちのさらに別の方向に沿って切り出す、上記(３)に記載
のバルク微細加工法。 (６) 上面を有する第２の基板を設けるステップと、前
記第１の基板の前記上面を前記第２の基板の前記上面と
結合するステップとを含む、上記(１)に記載のバルク微
細加工法。 (７) 前記結合するステップは前記第１の基板の前記上
面を前記第２の基板の前記上面に溶着するステップを含
む、上記(６)に記載のバルク微細加工法。 (８) 上面および反対面を有する第２の基板を設けるス
テップと、前記第２の基板の前記反対面をエッチングし
て第２の薄い領域を設けるステップと、前記第２の基板
の前記上面に、前記第２の薄い領域と一体になるように
垂直な側壁を有する第２のくぼみ部分を異方性エッチン
グするステップと、前記第１の基板の前記上面を前記第
２の基板の前記上面と結合するステップと、を含む上記
(１)に記載のバルク微細加工法。 (９) 前記結合するステップは前記第１の基板の機構が
前記第２の基板の機構に隣接するように前記各基板を位
置合わせするステップを含む上記(８)に記載のバルク微
細加工法。 (10) 前記結合するステップは、位置合わせ溝群を前記
各基板の前記上面にエッチングするステップと、前記第
２の基板の前記溝に位置合わせファイバーを入れるステ
ップであって、各ファイバーの一部が前記溝のうちの対
応する１つに配設されるようにするステップと、前記第
１の基板を前記の第２基板に対して、各ファイバーが前
記第１の基板の対応する溝に係合するように位置合わせ
するステップと、を含む上記(９)に記載のバルク微細加
工法。 (11) 前記結合された基板は、前記第１の機構の前記垂
直な側壁と前記第２の基板の前記上面によって形成され
る棚構造を有する微細構造を形成するように位置合わせ
される、上記(９)に記載のバルク微細加工法。 (12) 前記基板は、前記第１のくぼみ部分の前記垂直な
側壁が前記第２の基板の前記上面に直交するように結合
される、上記(11)に記載のバルク微細加工法。 (13) 各々が上面を有する第１および第２の基板を設け
るステップと、前記第１の基板の前記上面に第１のくぼ
み部分を異方性エッチングするステップと、前記第２の
基板の前記上面に第２のくぼみ部分を異方性エッチング
するステップと、前記第１の基板の前記上面を前記第２
の基板の前記上面に対して、前記第１の機構が前記第２
の機構に隣接するように位置合わせするステップと、前
記第１の基板の前記上面を前記第２の基板の前記上面に
結合するステップと、を含むバルク微細加工法。 (14) ほぼ平坦な面によって結合され、前記の面は、ほ
ぼ直角な角度でのみあわさるバルク微細加工された微細
構造。 (15) シリコン材料を含む上記(14)に記載の微細構造。 (16) ある高さ寸法を有し、前記高さ寸法に沿って配設
された棚構造を有する上記(14)に記載の微細構造。 (17) 数μから数千μの範囲の高さ寸法を有する上記(1
4)に記載の微細構造。 (18) 数μから数千μの範囲の幅寸法を有する上記(14)
に記載の微細構造。 (19) 数十μから数千μの範囲の奥行き寸法を有する上
記(14)の微細構造。

【００５０】

【発明の効果】本発明は、高縦横比の微細構造を製作す
ることができるという効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

【図１】シリコン結晶格子立方体の概略等角図であ
る。

【図２】本発明の微細加工法の実施例のマスキングお
よびエッチングステップを示す基板の部分断面図であ
る。

【図３】本発明の微細加工法の実施例のマスキングお
よびエッチングステップを示す基板の部分断面図であ
る。

【図４】本発明の微細加工法の実施例のマスキングお
よびエッチングステップを示す基板の部分断面図であ
る。

【図５】本発明の実施例の第１のマスク層の部分平面
図である。

【図６】本発明の実施例のくぼみ部分を詳細に示すそ
れぞれの基板の上面の位置合わせされた結合を示す部分
断面図である。

【図７】本発明の微細構造の一実施例の断面図であ
る。

【図８】 (ａ)は、第１および第２の基板の上面を示す
概略平面図である。(ｂ)は、ファイバー位置合わせ溝を
詳細に示すそれぞれの基板の上面の位置合わせされた結
合の別の部分断面図である。

【図９】本発明の別の実施例のくぼみ部分を詳細に示
すそれぞれの基板の上面の位置合わせされた結合の部分
断面図である。

【符号の説明】

１: 第１の基板２: 第２の基板４: 第１の窒化珪素マスク層８: 第２の窒化珪素マスク層６: 第３の窒化珪素マスク層 10: 第４の窒化珪素マスク層 12: パターン構造 14: パターン構造 16: パターン構造 18: パターン構造 20: 第１の薄い領域 21: 第１の床部 22: 第２の薄い領域 23: 第２の床部 24: 第１のくぼみ部分 25: 第１の側壁 26: 第２のくぼみ部分 27: 第２の側壁 30: 第１のマスクエッジ 32: 第２のマスクエッジ 401: 微細構造 403: 棚構造 602: 第１のファイバー位置合わせ溝 604: 第１のファイバー位置合わせ溝 606: 第１の円筒状のグラスファイバー 726: 第２のくぼみ部分 750: シリコン層

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】上面および反対面を有する第１の基板を
準備するステップと、前記基板の前記反対面をエッチングして第１の薄い領域
を設けるステップと、前記第１の基板の前記上面に、前記第１の薄い領域と一
体になるように垂直な側壁を有する第１のくぼみ構造を
異方性エッチングするステップと、を含むバルク微細加工法。