JP2000340541A

JP2000340541A - エッチング方法

Info

Publication number: JP2000340541A
Application number: JP11152592A
Authority: JP
Inventors: Yuji Akimoto; 裕二秋本; Kenichiro Suzuki; 健一郎鈴木; Hidekazu Kimura; 英和木村; Tomofumi Tomitaka; 奉文富高
Original assignee: NEC Corp
Current assignee: NEC Corp
Priority date: 1999-05-31
Filing date: 1999-05-31
Publication date: 2000-12-08
Anticipated expiration: 2019-05-31
Also published as: JP3564326B2

Abstract

(57)【要約】【課題】容易なエッチング量の制御、鏡面性の高いエ
ッチング面、選択比の向上による高精度なシリコン等方
性エッチング法を提供する。【解決手段】所定のシリコン部材１１の表面に、所定
のパターンを形成するに際し、エッチング液１３を含む
処理槽１２内に、当該シリコン部材１１の被エッチング
表面１４が当該エッチング液の液面１５に対して垂直或
いは略垂直となるように配置し、当該エッチング液１３
を静止状態に維持したままで、当該シリコン部材１１の
中心部を通り、当該シリコン部材表面に対して直交する
仮想中心線１６を中心として、当該シリコン部材１１を
低速度で回転させる様に構成されたエッチング方法。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、エッチング方法に
関するものであり、特に詳しくは、シリコン等方性エッ
チング法を用いたシリコンの微細構造体の形成、平滑な
表面を形成、或いは残留歪みの除去等に用いられるシリ
コンエッチング方法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来より、シリコンの等方性エッチング
方法は、エッチング液にフッ酸、硝酸、酢酸の混合液を
用いる事によって、シリコンの結晶方位に依存しない任
意な形状（例えば、円形、半円形、楕円形等）を作成で
きるエッチング方法として知られている。

【０００３】このフッ酸−硝酸系エッチング液は、硝酸
がシリコンと反応して酸化シリコンを生成し、その酸化
シリコンをフッ酸がエッチングすることからシリコンを
等方性エッチングする。

【０００４】しかし、係る３液の混合比の割合によっ
て、エッチング速度やエッチング面状態が異なり、これ
らの制御が難しいため、一般的には、シリコンの機械加
工後に行う、残留歪みの除去や、シリコンのくりぬきな
どに用いられているのが一般的である。

【０００５】最近では、マイクロマシニング技術の発展
に伴い、微細構造体形成のための等方性エッチング技術
が注目されている。例えば医療用微小化学分析機器の開
発においては、採取した血液を分析機器へつなげるため
の流路が必要とされている。

【０００６】係る微細な溝部を形成する為に、シリコン
をエッチングするには、等方性エッチング法の他に、シ
リコン基板の結晶方位に対して異なるエッチング速度を
持つ異方性エッチング法が上げられる。

【０００７】然しながら、微細流路中に流れる流体の振
る舞いは、流路の形状に深く関連することが知られてお
り、異方性エッチング法で形成される流路がＶ字形状で
あることから、水を流したときの圧力損失が大きくなる
ことが予想されている。

【０００８】そこで、流路断面形状が半円形状を得られ
る等方性エッチング法が現在研究されている。

【０００９】こうした微細構造体の形成では、鏡面が得
られ、安定したエッチングが可能なエッチングを行う必
要があるため、従来からさまざまな組成のエッチング液
が提示されている。

【００１０】例えば、通常３液の混合範囲をフッ酸１％
〜２０％、硝酸６０％〜９０％、酢酸１０％〜３０％の
エッチング液が用いられている。

【００１１】しかし、係る混合比を使用した場合でも、
実際には、面荒れが発生することもあり、係る問題点を
改良する為にさまざなエッチング方法が検討されてい
る。

【００１２】即ち、図７は、こうしたシリコンのエッチ
ングを行う一般的な方法であり、シリコン結晶（シリコ
ンウェハまたはシリコンブロック）７１はエッチング液
７３が注入された処理浴槽７２に垂直または水平に設置
してエッチングされる。

【００１３】

【発明が解決しようとする課題】然しながら、上記した
従来のエッチング方法に於いて、代表的な組成比のフッ
酸−硝酸系のエッチング液を用いてエッチングする方法
では、フッ酸による酸化シリコンのエッチング作用が大
きくエッチングが安定しないため、エッチングする量の
制御やシリコンの形状維持または、鏡面性を得ることは
難しかった。

【００１４】又、一般に行われているシリコンの歪み除
去では、機械加工面つまり応力が特に掛かった部分のエ
ッチング速度が速くなることから、エッチング面が均一
にならず、さらに上記した３液の混合エッチャントに於
けるそれぞれの混合比が適当でない場合には、エッチン
グ面の荒れが激しくなるため、残留応力除去後には、エ
ッチング面を均一にするための無歪み研磨が必要であっ
た。

【００１５】更には、シリコン部材上に微細な流路形成
を行う場合には、こうしたエッチング面の荒れにより、
抵抗が大きくなり高精度な流路を形成することができな
かった。

【００１６】一方、等方性エッチング方法を用いてパタ
ーン形成する場合は、組成比の割合比の選択によるエッ
チング面の荒れなどの問題の他に、異常エッチングとい
う問題が発生することが知られている。

【００１７】図８（Ａ）は、熱酸化膜などシリコンマス
ク材８１としてパターン形成されているシリコン部材８
２をエッチング液に対して垂直に設置してエッチングし
た時の概略図であり、図８（Ｂ）は、エッチング処理に
よって、発生する異常エッチングを示すパターン断面の
概略図である。

【００１８】即ち、等方的にエッチングされるならば、
シリコン部材８２は、半円状８３に示す様な形状にエッ
チングされるが、実際のパターン８４は、パターンの上
側のエッチング量が多くなり、半円形状が形成されな
い。

【００１９】図９は異常エッチング時におけるパターン
のエッチング状態を示したグラフである。黒印９１と白
印９２はそれぞれ、従来の方法によるエッチング処理操
作に於いて得られる、パターンの上側と下側のエッチン
グ時間の経過に対するエッチング量を示しており、パタ
ーン内部で均一なエッチングがされていないことを示し
ている。

【００２０】尚、後述するが、図９に於けるグラフ９３
と９４は、本発明に於けるエッチング処理を行った場合
には、パターンの上側に於けるエッチング時間の経過に
対するエッチング量９３と、同一パターンの下側のエッ
チング時間の経過に対するエッチング量９４とは実質的
に等しくなる事を示すものである。

【００２１】つまり、従来の技術に於いては、このよう
な異常エッチングが発生することから、等方性エッチン
グ法では、残留歪み除去などのシリコンエッチングエッ
チングにおいても、均一なエッチング面を得ることは難
しかった。

【００２２】また図１０（Ａ）は、エッチング液に対し
て、エッチング処理されるシリコン部材１０２を水平に
設置してエッチングした時の概略図であり、図１０
（Ｂ）は、その時に発生する異常エッチングを示すパタ
ーンの概略図である。

【００２３】即ち、シリコン部材１０２に適宜のパター
ンを持つマスク１０１を配置した後に、当該シリコン部
材１０２の当該マスク１０１が当該エッチング液の液面
に対して水平に設置した場合に生じる異常エッチング
は、パターン底部の両角のエッチング速度が速く実線１
０４で示す様な形状になるのみであって、理想的な半円
状のパターン１０３にはならなかった。

【００２４】また、シリコン１０２全体のエッチング速
度も基板を垂直に設置したときよりも１／２倍に減少
し、エッチング面が広くなるほどエッチング速度が遅く
なるパターン依存性も発生した。

【００２５】また、図１１のように撹拌器１１２と撹拌
子１１３を用いて、エッチング液の攪拌及び混合を行い
ながらエッチングを行うと基板の外側のエッチング液の
流速が内側よりも速度が大きくなるためにエッチング面
が流速の影響を受け、最大１０μｍ以上のエッチングむ
らが発生し、エッチング面も荒れた。

【００２６】また図１２のように基板全体を矢印方向に
回転させた場合は、異常エッチングが大きくなった。

【００２７】以上の問題は、エッチング液の混合がエッ
チングの化学反応が生じるシリコン表面上で充分に均一
になっていない（エッチング液の流速、代謝等の作用の
し方が不均一）と言う事から起こったものと思われる。

【００２８】例えば図８のようにシリコン基板を垂直に
立てたときには、パターン内においてフッ酸の濃度が硝
酸の濃度よりも小さく、基板の上側の方がフッ酸の濃度
が大きくなりシリコンエッチング速度が下側よりも大き
くなった（例ではフッ酸の化学反応が律速する反応であ
る）。

【００２９】等方性エッチングを用いたパターン形成で
は、異常エッチングの他に選択比（シリコンエッチング
速度／シリコンマスク材のエッチング速度）が小さいこ
とが問題となっている。

【００３０】一般的に、シリコンマスク材は、簡易なプ
ロセス、低コストという点から熱酸化膜が用いられてい
るが、熱酸化膜は１μｍ以上成膜できないため、シリコ
ンのエッチング量は決定されていた。例えば、熱酸化膜
をシリコンマスク材とした時の選択比は、約３程度が一
般的な値として知られている。

【００３１】以上の結果から、従来のシリコン等方性エ
ッチング技術を用いてシリコンエッチングを行う場合
は、異常エッチングの発生、エッチング面精度の不均
一、選択比が小さいなどの原因から、高精度なエッチン
グ及びパターン形成を行うことが困難であった。

【００３２】更に、従来のシリコンの等方性エッチング
法を用いたシリコンエッチングでは、パターンの形成を
行うと、異常エッチングが発生し等方的なエッチングが行え
ない。選択比（シリコンのエッチング速度／シリコンマス
ク材のエッチング速度）が小さい為、深さ５０μｍ以上
のパターン形成を行うことが困難であった。均一なエッチング面を得るために、エッチング液の
組成比の範囲を、フッ酸１％〜２０％、硝酸６０％〜９
０％、酢酸１０％〜３０％のエッチング液を用いて行っ
ているが、フッ酸の割合が極めて少ない為、エッチング
速度も遅くなり、更に、フッ酸が十分に混合されていな
い為、実際には不均一なエッチング面が形成される。

【００３３】上記した従来に於ける問題によって、フッ
酸ー硝酸ー酢酸を用いたシリコン等方性エッチング法
は、パターン断面が半円形を必要とするパターン形成
（例えば、マイクロ流路）や、深さ１００μｍ以上を必
要とするパターン形成等には適さないものであった。

【００３４】一方、特開平４−３４０２２６号公報に
は、半導体基板を自立保持しながら回転させると共に、
エッチング液を当該回転中の半導体基板に噴射させてエ
ッチングを行う方法が開示されている。

【００３５】然しながら、係る公知例に於いては、当該
半導体基板を２００〜４００ｒｐｍと言う高速で回転さ
せるものであり、その狙いは、噴射させたエッチング液
をスピンコート方式の様に、当該半導体基板表面に均一
に分散させると共に、エッチング液を絶えず入れ換える
事によって発熱を防止する事にありますが、半導体基板
をエッチング液中に浸漬しながら回転させ、微細なパタ
ーンを形成する方法に関しては記載がない。

【００３６】又、特開平５−４７７３９号公報には、半
導体ウェハをエッチング液中で垂直に保持しながら回転
させると共に、当該半導体ウェハの中心部に、エッチン
グ液を更に吹きつける様に構成されたエッチング方法が
開示されている。

【００３７】然しながら、係る公知例は、半導体ウェハ
を厚みむらをなくすか、或いは、半導体ウェハの中心部
の厚みを薄く、外側の厚みを厚くする様に処理する事が
目的であり、半導体基板をエッチング液中に浸漬しなが
らゆっくり回転させ、微細なパターンを形成する方法に
関しては記載がない。

【００３８】更に、特開平６−８４８８１号公報には、
半導体ウェハをエッチング液に水平に浸漬した状態で回
転させながらエッチング処理を行う方法に於て、エッチ
ング液を円弧状の流路に沿って流すと共に、当該エッチ
ング液の曲がる方向と同一の方向に半導体ウェハを回転
させる様にした方法が開示されている。

【００３９】然しながら、係る公知例に於いては、均一
なエッチングを行う為に半導体ウェハ面の各部位に対す
るエッチング液の相対平均流速を均一にするものであっ
て、微細なパターンを形成する方法に関しては記載がな
い。

【００４０】従って、本発明の目的は、上記した従来
技術の欠点を改良し、上記の問題点を最小限に抑えるこ
とが可能なエッチング方法を採用することで、容易なエ
ッチング量の制御、鏡面性の高いエッチング面、選択比
の向上を実現させ高精度なシリコン等方性エッチング法
を可能とするエッチング方法を提供するものである。

【００４１】

【課題を解決するための手段】本発明は上記した目的を
達成するため、以下に記載されたような技術構成を採用
するものである。

【００４２】即ち、本発明に係る第１の態様としては、
所定のシリコン部材表面に、所定のパターンを形成する
に際し、エッチング液を含む処理槽内に、当該シリコン
部材の被エッチング表面が当該エッチング液の液面に対
して垂直或いは略垂直となるように配置し、当該エッチ
ング液を静止状態に維持したままで、当該シリコン部材
の中心部を通り、当該シリコン部材表面に対して直交す
る仮想中心線を中心として、当該シリコン部材を低速度
で回転させる様に構成されたエッチング方法である。

【００４３】又、本発明に係るエッチング方法の第２の
態様としては、所定のシリコン部材表面の全面を均一に
エッチングするに際し、エッチング液を含む処理槽内
に、当該シリコン部材の被エッチング表面が当該エッチ
ング液の液面に対して垂直或いは略垂直となるように配
置し、当該エッチング液を静止状態に維持したままで、
当該シリコン部材の中心部を通り、当該シリコン部材表
面に対して直交する仮想中心線を中心として、当該シリ
コン部材を低速度で回転させる様に構成されたエッチン
グ方法である。

【００４４】更に、本発明に係るエッチング方法に於け
る第３の態様としては、所定のシリコン部材表面の残留
歪みを除去するに際し、エッチング液を含む処理槽内
に、当該シリコン部材の被エッチング表面が当該エッチ
ング液の液面に対して垂直或いは略垂直となるように配
置し、当該エッチング液を静止状態に維持したままで、
当該シリコン部材の中心部を通り、当該シリコン部材表
面に対して直交する仮想中心線を中心として、当該シリ
コン部材を低速度で回転させる様に構成されたエッチン
グ方法である。

【００４５】

【発明の実施の形態】従来に於ける微細パターンの形成
や残留歪み除去、更には、被エッチング処理面の平坦化
などのエッチング処理に於ては、エッチングの均一性、
及び優れたエッチング面（鏡面性が高い）が得られるエ
ッチング面が不可欠とされているため、高精度等方性エ
ッチング技術が必要されていたが、本発明に係る当該エ
ッチング方法は、上記した様な技術構成を採用している
ので、高精度なシリコン等方性エッチングを行う事が可
能であり、従って、鏡面または極めて鏡面性のある良好
なエッチング面が得られ、均一なシリコンのエッチング
が可能となった。

【００４６】然も、パターン形成処理に際しては、例え
ば、微細な流路を基板上に形成するに際しては、断面形
状が半円または半楕円状が可能となり、さらにこの方法
を用いれば深さ１０0μｍのパターン形成も可能となっ
た。

【００４７】また残留歪み除去では、シリコンブロック
全体を均一にエッチングできることから、エッチング後
の研磨工程が省略できた。

【００４８】

【実施例】以下に、本発明に係るエッチング方法の一具
体例の構成を図面を参照しながら詳細に説明する。

【００４９】即ち、図１は、本発明に係る当該エッチン
グ方法の一具体的の構成を示す図であり、図中、所定の
シリコン部材１１の表面に、所定のパターンを形成する
に際し、エッチング液１３を含む処理槽１２内に、当該
シリコン部材１１の被エッチング表面１４が当該エッチ
ング液の液面１５に対して垂直或いは略垂直となるよう
に配置し、当該エッチング液１３を静止状態に維持した
ままで、当該シリコン部材１１の中心部を通り、当該シ
リコン部材表面に対して直交する仮想中心線１６を中心
として、当該シリコン部材１１を低速度で回転させる様
に構成されたエッチング方法が示されている。

【００５０】本発明に於て使用される当該シリコン部材
１１は、シリコン基板である事が望ましい。

【００５１】又、本発明に於ける当該エッチング方法に
於て使用される当該シリコン部材１１表面に形成される
所定のパターンは、少なくとも当該パターン部底部が均
一な表面に形成されるパターンである事が望ましい。

【００５２】更に、本発明に於ける当該エッチング方法
に於いては、当該シリコン部材１１表面に形成される所
定のパターンは、少なくとも当該パターン部の深さが５
０μｍ、望ましくは１００μｍ以上である。

【００５３】本発明に係る当該エッチング方法に於いて
は、当該パターンは、当該パターンの底部は、例えば、
図８（Ｂ）に於ける点線８３で示される様に、均一な曲
率を有する湾曲部を有している事が好ましい。

【００５４】一方、本発明に於ける当該エッチング方法
に於いては、当該シリコン部材１１の回転速度は、２０
ｒｐｍ以下の極低速度回転に設定する事が必要であり、
好ましくは、当該シリコン部材を回転速度は、１ｒｐｍ
以下に設定するものである。

【００５５】つまり、本発明に於いては、従来の方法と
は逆に、静止させたエッチング液の中で、当該シリコン
半導体基板を含むシリコン部材のエッチング面を当該エ
ッチング液の液面と直交する方向に配し、ゆっくりとし
た回転速度で回転させるものである。

【００５６】本発明に於いては、必要に応じて、適宜の
攪拌手段を使用して、当該エッチング液をエッチング処
理時に、攪拌するものである。

【００５７】一方、本発明に係る当該エッチング方法に
於いては、エッチング液の組成及びその混合比率が重要
である。

【００５８】つまり、本発明に係る当該エッチング方法
で使用される当該エッチング液は、フッ酸、硝酸及び、
酢酸で構成されている事が好ましく、且つ、フッ酸と硝
酸の量の比率が１：２〜１：３０の範囲にある様に構成
されている事が更に望ましい。

【００５９】又、本発明に於ける当該エッチング方法で
使用される当該エッチング液に於ける上記した各混合成
分の混合比は、フッ酸１〜５０％以下、硝酸１〜９０％
以下、酢酸１〜９０％以下となる様に設定されている事
が望ましい。

【００６０】尚、本発明に於ける当該当該エッチング処
理に於ける当該エッチング処理温度は、当該エッチング
液の凝固点から沸点までの間の任意の温度に設定される
ことが好ましい。

【００６１】一方、当該エッチング処理に於いて使用さ
れるマスク材は、熱酸化膜で構成される事が望ましい。

【００６２】更に、当該エッチング処理操作に於て使用
されるシリコンを保持する基板ホルダー及びエッチング
液槽、駆動部の材料等は耐酸性材料を用いて構成する事
も好ましい。

【００６３】以下に、本発明に係る当該エッチング方法
の具体的を実施例の形でより詳細に説明する。

【００６４】図１はフッ酸、硝酸、酢酸の３液の最適な
混合比のエッチング液を用いた時のシリコンエッチング
結晶のエッチング方法の概念図である。

【００６５】本発明に於て、シリコン部材１１は、エッ
チング液１３が注入されている浴槽12に液面に対して垂
直に設置され、矢印方向に回転しながらエッチングされ
る。

【００６６】シリコン部材１１自身が回転することでエ
ッチング液の滞留や濃度変化を防ぎ、さらにエッチング
液全体の撹拌も行うために、均一なシリコンエッチング
及び高精度なパターン形成が可能となった。

【００６７】図９に示されている菱形印のグラフ９３と
×印のグラフ９４は、それぞれパターンの内部のエッチ
ング状態を示したグラフであり、パターン内部が均一に
エッチングされていることを示している。

【００６８】また図２は、シリコンを垂直に設置して且
つ回転させてエッチングする方法２１、垂直に設置して
エッチングする方法２２、水平に設置してエッチングす
る方法２３の選択比を比較したグラフであり、シリコン
部材１１のエッチング面を液面に対して直交させた状態
で回転させることにより、エッチング反応が最適に行わ
れていることを示している。

【００６９】この方法を用いることによって、優れたエ
ッチング面が得られると同時に、エッチング液の混合液
の範囲が拡大する。

【００７０】又、均一なエッチング面を得るためには、
３液のエッチング液の割合比にフッ酸１％〜２０％、硝
酸６０％〜９０％、酢酸１０％〜３０％の範囲が利用さ
れていたが、フッ酸の量が硝酸に比べて極めて少ないた
め、微細パターンのエッチングには適していたが、それ
以外の用途にはエッチング速度が遅いため不適当であっ
た。

【００７１】本発明に於いては、シリコン部材１１を垂
直に設置し回転させることにより、エッチング反応が促
進することから、エッチング速度の混合比をフッ酸１〜
５０％以下、硝酸１〜９０％以下、酢酸１〜９０％以下
でかつ、フッ酸と硝酸の量の比率が１：２〜１：３０の
範囲であれば、エッチング速度が速く、面精度の優れた
エッチングを行うことができる事が判明した。

【００７２】此処で、本発明に使用されるエッチング液
の組成及びその混合比率に関して、従来のエッチング液
の組成及びその混合比率と比較して見た結果を以下に示
す。

【００７３】従来から、一般的に文献等で知られている
当該エッチング液の内、代表的なものとしては、ＨＦ：ＨＮＯ₃：ＣＨ₃ＣＯＯＨ＝１：３：８のものである。

【００７４】係る組成比で加工するとエッチング面にク
レータや、うねりが発生し、エッチング面が均一になり
にくい。その為、微細加工には適さない。

【００７５】又、別の従来例としては、例えば、ＨＦ：ＨＮＯ₃：ＣＨ₃ＣＯＯＨ＝２：５：３のものが知られている。

【００７６】然しながら、係る組成比のエッチング液
は、主にシリコンをくり抜くのに使用されるものであ
り、従ってエッチング速度が速く、加工面がうねりやす
く、その結果、加工面が均一に成りにくいと言う問題が
有った。

【００７７】一方、本発明に於てシリコンを微細加工す
る為に使用するエッチング液の組成の例は、ＨＦ：ＨＮＯ₃：ＣＨ₃ＣＯＯＨ＝１〜２０％：６０〜９
０％：１０〜３０％である。

【００７８】即ち、上記した従来のエッチング液の組成
比では、パターン形成等の微細加工を行うには困難であ
ったが、ウェハを回転させることにいおりエッチング面
がきにつでエッチングの制御が容易となった。

【００７９】その結果、本発明による組成比を使用しな
くてもパターン形成が可能となったことによりエッチン
グ速度が速い条件で加工が可能となる。

【００８０】然しながら、本発明に於ける様に、ウェハ
を回転させながら、上記した本発明の組成比を使用する
場合には、更に優れたエッチング面又はパターン形成が
可能となる事が判明した。

【００８１】従って、微細なパターン、特に曲面を有す
る半円状の流路等を形成する場合には、上記した本発明
に係るエッチング液の組成比を使用する事が望ましい。

【００８２】上記した本発明に係る、エッチング方法
は、残留歪み除去などのエッチングに効果があり、実験
を行った範囲の最大ではエッチング速度が約１６倍とな
った。

【００８３】またこの混合比の範囲内のエッチング液を
選択することによって、鏡面性に優れ、シリコン全体を
均一にエッチングできることから、エッチング後の研磨
工程を省略することができる。

【００８４】また微細パターンの形成では、この方法を
用いることでシリコンのエッチング速度が向上し、選択
比が向上することから、従来不可能であった深さ１００
μｍ以上のパターン形成が可能となり、微細流路におい
ては、断面が半円形状の流路の形成が可能となった。

【００８５】シリコンの回転速度は、用途やエッチング
液の各液の割合によって異なるが、高精度なエッチング
を行う場合は、２０ｒｐｍ以下、好ましくは１ｒｐｍ以
下することが望ましい。

【００８６】またエッチング速度を向上させるには、エ
ッチング温度を常温から約６０度付近まで上昇させる場
合もあるが、エッチング速度が上昇するとエッチング面
が荒れ、うねりなどが発生するが、基板回転をさせるこ
とで、エッチング面の粗さや、うねりを最小限に抑える
ことが可能なため、混合液の割合、エッチング液の温
度、シリコンの回転が選択することで短時間でかつ、均
一なエッチングが可能となった。

【００８７】本発明に於て、当該シリコン部材１１のエ
ッチング面を当該エッチング液面に対して直交する様に
エッチング液内に配置し、且つ回転させる事により、シ
リコン等方性エッチングする場合、エッチング反応が異
なるので、水平に設置した場合よりも、パターン面への
液の循環が十分に行われることから、エッチング速度が
速く、中心部と外側部とでエッチングばらつきが生じな
い。

【００８８】又、形成されるエッチング面の状態やパタ
ーンの形状は、ウェハの回転速度の影響を受ける。

【００８９】従って、当該シリコン部材１１の回転速度
が２０ｒｐｍ以上の場合には、流速の影響を受けて外周
部のエッチング速度が速くなりエッチングむらが発生
し、パターンの形状も歪んでしまう事になる。

【００９０】この傾向は、当該シリコン部材の回転速度
が２０〜１ｒｐｍの範囲でも、程度は小さいが若干発生
する事が経験的に見られるので、当該シリコン部材の回
転速度が１ｒｐｍ以下とする事が好ましい。

【００９１】一方、当該エッチング処理に於て、当該シ
リコン部材の回転速度が０．０１ｒｐｍ以下の場合に
は、当該シリコン部材を回転させる効果がなく、以上エ
ッチングが発生する。

【００９２】従って、本発明に於ける当該シリコン部材
１１の回転速度は、０．０１ｒｐｍ〜２０ｒｐｍ、好ま
しくは、０．０１ｒｐｍ〜１ｒｐｍ、より好ましくは
０．０１ｒｐｍ〜０・０９ｒｐｍであり、係る回転速度
を採用する事によって、エッチング面の鏡面状態を維持
しながらエッチングする事が可能となり、流速の影響も
受けない事から、パターン形成に好ましい状態が創出さ
れる。

【００９３】更には、エッチング液の組成に関しては、
従来の微細加工に用いられるエッチング液の組成比より
広い範囲である、フッ酸１〜５０％以下、硝酸１〜９０
％以下、酢酸１〜９０％以下の混合比を使用しても、均
一なエッチング面及びパターン形成を行う事が可能とな
る。

【００９４】一方、本発明に係る当該エッチング方法に
於て所定のパターンを形成するに際して使用されるマス
ク材には、強酸、強アルカリに耐えられる材料を用いる
必要があり、従って、フォトレジスト等は、使用出来
ず、一般的には、熱酸化膜や窒化膜等の絶縁物や、メタ
ルマスク（特に表面がＡｕのもの）等が用いられてい
る。

【００９５】然しながら、熱酸化膜や窒化膜は、フッ酸
−硝酸−酢酸をエッチング液としたシリコン等方性エッ
チングに用いる場合は、選択比（シリコンのエッチング
速度／シリコンマスク材のエッチング速度）が低く、深
さ５０μｍ以上のシリコンパターンを形成するには適し
ていなかった。

【００９６】又、いくつかの絶縁物を組み合わせた構成
のマスク（例えば、熱酸化膜／窒化膜）を用いる方法で
は、プロセスが複雑になる事、シリコンにストレスが発生する事、選択比がそれ程大きくならない事等の問題が発生している。

【００９７】一方、メタルマスクは、金（Ａｕ）をメ
タル構成の最上部に設けることで選択比を大きくするこ
とが可能となり、プロセスも容易なことから、シリコン
エッチングに適している。

【００９８】然しながら、シリコンにメタルを直接成膜
するとエッチング中に潜傷と言う加工歪みの発生により
メタルが剥離する為、シリコンエッチングのマスク材の
場合は、熱酸化膜／メタルマスクの組み合わせが好まし
い。

【００９９】本発明に於いては、上記したシリコン部材
の回転方式とマスク材との組み合わせによって、従来不
可能であると考えられてきた深さ３００μｍ以上のパタ
ーン形成が可能となる。

【０１００】本発明に係る他の態様としては、例えば、
所定のシリコン部材表面の全面を均一にエッチングする
に際し、エッチング液を含む処理槽内に、当該シリコン
部材の被エッチング表面が当該エッチング液の液面に対
して垂直或いは略垂直となるように配置し、当該エッチ
ング液を静止状態に維持したままで、当該シリコン部材
の中心部を通り、当該シリコン部材表面に対して直交す
る仮想中心線を中心として、当該シリコン部材を低速度
で回転させる様に構成されたエッチング方法である。

【０１０１】又、更に別の態様としては、所定のシリコ
ン部材表面の残留歪みを除去するに際し、エッチング液
を含む処理槽内に、当該シリコン部材の被エッチング表
面が当該エッチング液の液面に対して垂直或いは略垂直
となるように配置し、当該エッチング液を静止状態に維
持したままで、当該シリコン部材の中心部を通り、当該
シリコン部材表面に対して直交する仮想中心線を中心と
して、当該シリコン部材を低速度で回転させる様に構成
されたエッチング方法である。

【０１０２】本発明に於ける上記態様に於いては、上記
した具体例と同様に、当該シリコン部材を回転速度は、
２０ｒｐｍ以下に設定する事が望ましく、又、当該エッ
チング液は、フッ酸、硝酸及び、酢酸で構成されてお
り、且つ、フッ酸と硝酸の量の比率が１：２〜１：３０
の範囲にある様に構成されているエッチング液を使用す
ることが好ましい。

【０１０３】更に、当該エッチング液に於ける各成分の
混合比が、フッ酸１〜５０％以下、硝酸１〜５０％以
下、酢酸１〜９０％以下である事も好ましい。

【０１０４】一方、当該エッチング処理に於ける当該エ
ッチング処理温度は、当該エッチング液の凝固点から沸
点までの間の任意の温度に設定されることが好ましい。

【０１０５】以下に本発明に係るエッチング方法を実行
する場合のエッチング装置の具体例について、図面を参
照して更に詳細に説明する。

【０１０６】即ち、図３は、本発明における第１の具体
例実施例である。

【０１０７】エッチング装置３１に於いて、処理浴槽３
４には、フッ酸１〜５０％、硝酸１〜１００％、酢酸１
〜７０％以下でかつ、フッ酸と硝酸の量の比率が１：２
〜１：３０の範囲の混合比によるエッチング液が注入さ
れており、その底部には、エッチング液を撹拌するため
の撹拌子３４ａが設置され、撹拌器３４ｂにより回転速
度は制御される。

【０１０８】またエッチング液温は、ウォータバス３４
ｃで制御され、エッチングする用途によって液温を変
え、エッチング速度を制御することができる。

【０１０９】シリコン部材であるシリコン結晶体３３の
エッチング処理表面は、基板ホルダー３２によってエッ
チング液面に対して、略垂直に固定され、エッチング装
置３１の主軸３１ａに取り付けが可能であり、取り付け
後、エッチング浴槽３４内に設置される。

【０１１０】基板ホルダー３２は、装置内に設けられた
モータ３５ａによって歯車３１ｃを伝わり回転する。

【０１１１】また、モータの代わりに手動用ハンドル３
５ｂを設置することで手動回転しながらのエッチングも
可能となる。

【０１１２】エッチング終了後、シリコン結晶３３は基
板ホルダー３２とともに外され洗浄槽３６に移動し、洗
浄される。

【０１１３】エッチング装置本体３１及び基板ホルダー
３２または歯車３１ｃ、主軸３１ａなどの駆動部は、耐
強酸性に優れた材料、例えばテフロン性または、塩化ビ
ニール等が望ましい。また撹拌子３３ａ及びモータの回
転数はシリコンエッチングの用途に選択できる。

【０１１４】図４は、本発明における第２の具体例を示
す図である。

【０１１５】本具体例に於いては、複数のシリコン結晶
体を、一度にエッチングする方法であり、図４はそのの
概略図である。

【０１１６】複数のシリコン結晶体４３を複数エッチン
グ用の基板ホルダー４２に設置し、それを具体例１と同
様にエッチング装置４１に設けた主軸４１ａに設置し、
エッチング液が注入されている処理浴槽４４に投入し、
装置内に設けられたモーター４５ａによって歯車４１ｃ
を伝わり回転しエッチングを行う。

【０１１７】またモータの代わりに手動用ハンドル４５
ｂを設置することで手動回転しながらのエッチングも可
能となる。またエッチング液を撹拌するための撹拌子４
４ａ及び撹拌器４４ｂエッチング液の液温を制御するウ
ォータバス４４ｃを設けることによって複数のシリコン
結晶体４３を一度にエッチングすることができる。

【０１１８】エッチング終了後、シリコン結晶体４３は
基板ホルダー４２とともに外され洗浄層４６に移動し、
洗浄できる。

【０１１９】図５は、本発明における第３の具体例を示
す図である。

【０１２０】即ち、本具体例は、シリコンブロック等の
シリコン結晶体の全面を均一にエッチングする装置に関
する概略図である。

【０１２１】つまり、シリコン結晶体５３の全面がエッ
チングされるように基板ホルダー５２は、シリコン結晶
体５３の角側のみを押さえつける機構になっている。

【０１２２】シリコン結晶体５３を設置した基板ホルダ
ー５２は具体例１と同様にエッチング装置に設けた主軸
５１ａに設置し、エッチング液が注入されている浴槽５
４に投入し、装置内に設けられたモーター５５ａによっ
て歯車５１ｃを伝わり回転し、エッチングを行う。

【０１２３】またモータの代わりに手動用ハンドル５５
ｂを設置することで手動回転しながらのエッチングも可
能となる。

【０１２４】またエッチング液を撹拌するための撹拌子
５４ａ及び撹拌器５４ｂを設けることにより又、エッチ
ング液の液温を制御するウォータバスを設けることによ
ってシリコン結晶体５３を一度にエッチングすることが
できる。

【０１２５】エッチング終了後、シリコン結晶５３は基
板ホルダー５２とともに外され洗浄槽５６に移動し、洗
浄できる。

【０１２６】図６は本発明における第４の具体例を示す
図であり、シリコンウェハまたはシリコンブロック６２
と基板ホルダー６１との取り付け方法に関する概略図で
ある。

【０１２７】基板ホルダー６１はシリコンウェハまたは
シリコンブロック６２のエッチングの目的に応じて、例
えば基板ホルダー６１ａ、６１ｂ、６１ｃ、６１ｄの中
から選択できる。

【０１２８】シリコン結晶体からなるシリコンブロック
６２と基板ホルダ６１ａ、６１ｂ、６１ｃ、６１ｄとの
取り付けは、固定板６５を挟んだネジ６３またはバネ６
４などを用いて直接シリコン結晶体６２を固定する方
法、シリコン結晶体６２全体をエッチングするためにシ
リコン結晶体６２を固定治具６７によってエッチングす
る方法、または真空ポンプ６６を用いた真空吸着等によ
って取り付けられる。

【０１２９】固定板６５、ネジ６３またはバネ６４の材
料は、基板ホルダー６１ａ〜６１ｄ同様に耐強酸に優れ
た材質が好ましい。

【０１３０】上記の実施の形態において、シリコンウェ
ハまたはシリコンブロックの回転駆動方式とモータまた
は手動回転の場合を示したが、同様の効果が得られるな
らばエアー駆動、撹拌される液流を用いる等の方法でも
実現可能である。また駆動伝達機構として歯車を用いた
例を示したが同様な効果が得られるならば直接駆動、ベ
ルト駆動、チェーン駆動等の方法でも実現可能である。

【０１３１】

【発明の効果】本発明に於いては、以上説明したような
技術構成を採用しているので、本発明によればシリコン
等方性エッチング法を用いて、鏡面または極めて鏡面性
のある良好なエッチング面が得られ、均一なシリコンの
エッチングが可能となった。

【０１３２】更に、本発明に於いては、パターン形成に
於ける微細な流路形成においては、断面形状が半円また
は半楕円状の均一な形状で且つ内面が平滑な流路を得る
事が可能となり、さらにこの方法を用いれば深さ１００
μｍのパターン形成も可能となった。

【０１３３】また、本発明に係る当該エッチング方法
は、残留歪み除去にも使用できるので、シリコンブロッ
ク全体を均一にエッチングできることから、エッチング
後の研磨工程が省略できた。

【図面の簡単な説明】

【図１】図１は、本発明によるエッチング方法の基本的
原理を説明するための図である。

【図２】図２は、本発明と従来技術によるエッチング方
法によるエッチング速度を比較したグラフである。

【図３】図３は、本発明によるエッチング装置の一具体
例の構成を説明するための側面図である。

【図４】図４は、本発明によるエッチング装置の他の具
体例で、複数のシリコン結晶体を一括エッチングする場
合の装置の構成を説明するための側面図である。

【図５】図５は、本発明によるエッチング装置の別の具
体例で、シリコン結晶体全面をエッチングする場合の装
置の構成を説明するための図

【図６】図６は、本発明に於ける、シリコン結晶体と基
板ホルダーの取り付け方法を説明するための図

【図７】図７は、従来に於けるシリコン結晶体のエッチ
ング方法を説明するための図である。

【図８】図８は、従来のエッチング方法で生じる異常エ
ッチングを説明するための図である。

【図９】図９は、同率パターン内におけるエッチング速
度の違いを説明するための図である。

【図１０】図１０は、従来のエッチング方法で生じる異
常エッチングを説明するための図である。

【図１１】図１１は、シリコン結晶体の従来のエッチン
グ方法を説明するための図である。

【図１２】図１２は、従来に於けるシリコン結晶体のエ
ッチング方法を説明するための図である。

【符号の説明】

１１…シリコン部材１２…エッチング液槽１３…エッチング液１４…エッチング処理面１５…エッチング液面１６…回転軸３１、４１、５１…エッチング装置３１ａ、４１ａ、５１ａ…回転主軸３１ｃ、４１ｃ、５１ｃ…歯車３２、４２、５２ａ…基板ホルダー３３、４３、５３…シリコン部材、シリコン結晶体３４、４４、５４…エッチング液槽３４ａ、４４ａ、５４ａ…攪拌子３４ｂ、４４ｂ、５４ｂ…攪拌器３４ｃ、４４ｃ、５４ｃ…ウオーターバス３５ａ、４５ａ、５５ａ…モータ３５ｂ、４５ｂ、５５ｂ…ハンドル３６、４６、５６…洗浄槽５２…固定治具

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者木村英和東京都港区芝五丁目７番１号日本電気株式会社内 (72)発明者富高奉文東京都港区芝五丁目７番１号日本電気株式会社内Ｆターム(参考） 4K057 WA04 WB06 WD10 WE02 WE07 WE12 WG10 WM01 WM11 WM13 WN01 5F043 AA02 BB02 DD30 EE04 EE08 EE35 FF01 FF07 FF10

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】所定のシリコン部材表面に、所定のパタ
ーンを形成するに際し、エッチング液を含む処理槽内
に、当該シリコン部材の被エッチング表面が当該エッチ
ング液の液面に対して垂直或いは略垂直となるように配
置し、当該エッチング液を静止状態に維持したままで、
当該シリコン部材の中心部を通り、当該シリコン部材表
面に対して直交する仮想中心線を中心として、当該シリ
コン部材を低速度で回転させる事を特徴とするエッチン
グ方法。
【請求項２】当該シリコン部材は、シリコン基板であ
る事を特徴とする請求項１記載のエッチング方法。
【請求項３】当該シリコン部材表面に形成される所定
のパターンは、少なくとも当該パターン部底部が均一な
表面に形成されるパターンである事を特徴とする請求項
１又は２に記載のエッチング方法。
【請求項４】当該シリコン部材表面に形成される所定
のパターンは、少なくとも当該パターン部の深さが５０
μｍである事を特徴とする請求項１又は２に記載のエッ
チング方法。
【請求項５】当該パターンは、当該パターンの底部が
均一な曲率を有する湾曲部を有している事を特徴とする
請求項３記載のエッチング方法。
【請求項６】当該シリコン部材の回転速度は、２０ｒ
ｐｍ以下に設定する事を特徴とする請求項１乃至５の何
れかに記載のエッチング方法。
【請求項７】当該シリコン部材の回転速度は、１ｒｐ
ｍ以下に設定する事を特徴とする請求項６記載のエッチ
ング方法。
【請求項８】当該エッチング液をエッチング処理時
に、攪拌する事を特徴とする請求項１乃至７の何れかに
記載のエッチング方法。
【請求項９】当該エッチング液は、フッ酸、硝酸及
び、酢酸で構成されており、且つ、フッ酸と硝酸の量の
比率が１：２〜１：３０の範囲にある様に構成されてい
るエッチング液を使用することを特徴とする請求項１乃
至８の何れかに記載のエッチング方法。
【請求項１０】当該エッチング液に於ける各成分の混
合比が、フッ酸１〜５０％以下、硝酸１〜９０％以下、
酢酸１〜９０％以下である事を特徴とする請求項９記載
のエッチング方法。
【請求項１１】当該エッチング処理に於ける当該エッ
チング処理温度は、当該エッチング液の凝固点から沸点
までの間の任意の温度に設定されることを特徴とする請
求項１乃至１０の何れかに記載のエッチング方法。
【請求項１２】当該エッチング処理に於いて使用され
るマスク材は、熱酸化膜で構成される事を特徴とする請
求項１乃至１１の何れかに記載のエッチング方法。
【請求項１３】当該エッチング処理操作に於て使用さ
れるシリコンを保持する基板ホルダー及びエッチング液
槽、駆動部の材料等を耐酸性材料を用いて構成する事を
特徴とする請求項１乃至１２の何れかに記載のエッチン
グ方法。
【請求項１４】複数個のシリコン部材を同時にエッチ
ング処理することを特徴とする請求項１乃至１３の何れ
かに記載のエッチング方法。
【請求項１５】所定のシリコン部材表面の全面を均一
にエッチングするに際し、エッチング液を含む処理槽内
に、当該シリコン部材の被エッチング表面が当該エッチ
ング液の液面に対して垂直或いは略垂直となるように配
置し、当該エッチング液を静止状態に維持したままで、
当該シリコン部材の中心部を通り、当該シリコン部材表
面に対して直交する仮想中心線を中心として、当該シリ
コン部材を低速度で回転させる事を特徴とするエッチン
グ方法。
【請求項１６】所定のシリコン部材表面の残留歪みを
除去するに際し、エッチング液を含む処理槽内に、当該
シリコン部材の被エッチング表面が当該エッチング液の
液面に対して垂直或いは略垂直となるように配置し、当
該エッチング液を静止状態に維持したままで、当該シリ
コン部材の中心部を通り、当該シリコン部材表面に対し
て直交する仮想中心線を中心として、当該シリコン部材
を低速度で回転させる事を特徴とするエッチング方法。
【請求項１７】当該シリコン部材を回転速度は、２０
ｒｐｍ以下に設定する事を特徴とする請求項１５又は１
６に記載のエッチング方法。
【請求項１８】当該エッチング液は、フッ酸、硝酸及
び、酢酸で構成されており、且つ、フッ酸と硝酸の量の
比率が１：２〜１：３０の範囲にある様に構成されてい
るエッチング液を使用することを特徴とする請求項１５
乃至１７の何れかに記載のエッチング方法。
【請求項１９】当該エッチング液に於ける各成分の混
合比が、フッ酸１〜50％以下、硝酸１〜50％以下、酢酸
１〜90％以下である事を特徴とする請求項１８記載のエ
ッチング方法。
【請求項２０】当該エッチング処理に於ける当該エッ
チング処理温度は、当該エッチング液の凝固点から沸点
までの間の任意の温度に設定されることを特徴とする請
求項１５乃至１９の何れかに記載のエッチング方法。