JPH0562964A - Silicon substrate processing method - Google Patents
Silicon substrate processing methodInfo
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 本発明は、アルカリ液を用いた異方性エッチ
ングによりシリコン基板を加工する際の加工形状精度を
向上させることを目的とする。
【構成】 本発明は、アルカリ液を用いた異方性エッチ
ングにより、シリコン基板に溝、貫通穴、ダイアフラム
等を形成する加工工程において、エッチングマスクとし
て厚みが異なる部分を有するSiO2 膜を用い、シリコ
ン基板のエッチングの最中に該SiO2 膜の厚みがより
薄い部分を順次エッチングにより消失させ、消失したS
iO2 膜に下地のシリコンを続いてエッチングすること
によりシリコン基板に複数の深さを有する構造を形成す
ることを特徴とする。
(57) [Summary] [Object] An object of the present invention is to improve the processed shape accuracy when processing a silicon substrate by anisotropic etching using an alkaline solution. According to the present invention, a SiO 2 film having portions having different thicknesses is used as an etching mask in a processing step of forming a groove, a through hole, a diaphragm, etc. in a silicon substrate by anisotropic etching using an alkaline solution, During the etching of the silicon substrate, the thinner portion of the SiO 2 film was sequentially eliminated by etching, and the disappeared S
It is characterized in that a structure having a plurality of depths is formed in a silicon substrate by subsequently etching underlying silicon on the iO 2 film.
Description
【0001】[0001]
【産業上の利用分野】本発明は、アルカリ液を用いたエ
ッチングによるシリコン基板の加工方法に関し、特にシ
リコン基板上に溝、貫通穴、ダイアフラム等を形成し、
マイクロポンプやインクジェットプリンタヘッド等の流
体制御素子や圧力センサ等を作製する際のエッチング方
法に関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a method for processing a silicon substrate by etching using an alkaline solution, and in particular, forming a groove, a through hole, a diaphragm, etc. on the silicon substrate,
The present invention relates to an etching method for producing a fluid control element such as a micropump or an inkjet printer head, a pressure sensor, or the like.
【0002】[0002]
【従来の技術】アルカリ液によるシリコン基板のエッチ
ングでは、結晶面方位によりエッチング速度が異なる、
いわゆる異方性エッチングが可能となり、たとえば(1
00)シリコン基板では(100)面に対し(111)
面のエッチング速度が著しく低いため、エッチングによ
り(100)及び(111)の平滑な面が得られ、その
ため、この特徴を生かした各種の素子が考案されてい
る。そして、これらの素子により高い機能を与えるため
に、より複雑な形状に加工することが求められている。
従来の加工例として、インクジェットプリンタヘッドに
ついて図6にその加工工程図を示す。シリコン基板61
に熱酸化膜62を形成し(図6(a))、前記熱酸化膜
62をフォトリソグラフィ及びフッ酸エッチングにより
インク流路65に相当する形状にパターン加工し(図6
(b))、アルカリ液によりシリコン基板61を所定深
さにエッチングしてインク流路65を形成し(図6
(c))、熱酸化により全面に熱酸化膜63を形成し
(図6(d))、前記熱酸化膜63を同様にインク吐出
口64に相当する形状にパターン加工し(図6
(e))、アルカリ液により吐出口64が貫通して形成
されるまでエッチングを行う(図6(f))ものであ
る。2. Description of the Related Art In etching a silicon substrate with an alkaline solution, the etching rate varies depending on the crystal plane orientation.
So-called anisotropic etching becomes possible, for example (1
(00) Silicon substrate has (111) to (100) plane
Since the etching rate of the surface is extremely low, a smooth surface of (100) and (111) is obtained by etching. Therefore, various devices utilizing this characteristic have been devised. Then, in order to give these elements higher functions, it is required to process them into more complicated shapes.
As a conventional processing example, FIG. 6 shows a processing step diagram of an inkjet printer head. Silicon substrate 61
A thermal oxide film 62 is formed on the surface (FIG. 6A), and the thermal oxide film 62 is patterned into a shape corresponding to the ink flow path 65 by photolithography and hydrofluoric acid etching (FIG. 6A).
(B), the silicon substrate 61 is etched to a predetermined depth with an alkaline solution to form an ink flow path 65 (see FIG. 6).
(C)), a thermal oxide film 63 is formed on the entire surface by thermal oxidation (FIG. 6D), and the thermal oxide film 63 is similarly patterned into a shape corresponding to the ink ejection port 64 (FIG. 6).
(E)) Etching is performed until the discharge port 64 is formed by the alkaline liquid (FIG. 6 (f)).
【0003】[0003]
【発明が解決しようとする課題】しかし前述の従来技術
では、以下に述べるような課題があった。図6の工程
(e)において、シリコン基板61には既にインク流路
65が形成されており、その深さは100から200ミ
クロン程度であるが、このように深い段差を有するシリ
コン基板に、フォトレジストを均一に塗布するのは非常
に困難であり、特に凸部66ではフォトレジスト膜の厚
みが極端に薄くなるために、下地の熱酸化膜がフッ酸エ
ッチング時に若干エッチングされ、続くシリコンエッチ
ング時にインク流路65の上部がエッチングされ、所望
形状が得られないという問題があった。又、凹部67で
は逆にフォトレジスト膜の厚みが極端に厚くなると共
に、パターン露光が100から200ミクロン程度もの
距離を隔てて行われるため、パターン精度は非常に悪
く、結果として得られる吐出口64の形状精度も非常に
悪かった。このような問題はここに述べた例だけでな
く、シリコンをアルカリ異方性エッチングにより数10
0ミクロンの深さにエッチングして、圧力センサ等の素
子を作製する場合には全て生じる問題である。そこで、
本発明はこのような課題を解決するもので、その目的と
するところはアルカリエッチング液を用いた異方性エッ
チングによりシリコン基板を加工する際の形状精度を向
上させるところにある。However, the above-mentioned prior art has the following problems. In the step (e) of FIG. 6, the ink channel 65 has already been formed in the silicon substrate 61, and the depth thereof is about 100 to 200 μm. It is very difficult to apply the resist uniformly, and especially since the thickness of the photoresist film is extremely thin at the convex portions 66, the underlying thermal oxide film is slightly etched during hydrofluoric acid etching, and during subsequent silicon etching. There is a problem that the upper portion of the ink flow path 65 is etched and a desired shape cannot be obtained. On the contrary, in the concave portion 67, the thickness of the photoresist film becomes extremely thick and the pattern exposure is performed with a distance of about 100 to 200 μm, so that the pattern accuracy is very poor and the resulting ejection port 64 is obtained. The shape precision of was also very poor. Such a problem is not limited to the example described here, and silicon is subjected to alkali anisotropic etching for several tens of times.
This is a problem that occurs when an element such as a pressure sensor is manufactured by etching to a depth of 0 micron. Therefore,
The present invention solves such a problem, and an object thereof is to improve the shape accuracy when processing a silicon substrate by anisotropic etching using an alkaline etching solution.
【0004】[0004]
【課題を解決するための手段】本発明のシリコン基板の
加工方法は、アルカリエッチング液を用いた異方性エッ
チングにより、シリコン基板に溝、貫通穴、ダイアフラ
ム等を形成するシリコン基板の加工工程において、エッ
チングマスクとして厚みが異なる部分を有するSiO2
膜を用い、シリコン基板のエッチングの最中に、該Si
O2 膜の厚みがより薄い部分を順次エッチングにより消
失させ、消失したSiO2 膜の下地のシリコンを続いて
エッチングすることにより、シリコン基板に複数の深さ
を有する構造を形成することを特徴とする。又、前記厚
みが異なる部分を有するSiO2膜の形成方法として
は、シリコン基板の熱酸化及び該熱酸化膜のパターン加
工を複数回繰り返し行うか、又は、シリコン基板上にS
iO2 膜を形成し、該SiO2 膜に1回、又は複数回の
ハーフエッチングを含むパターン加工を施すか、又は、
SiO2 膜上にポジ型フォトレジストを塗布し、該ポジ
型フォトレジストに複数回の、それぞれ異なるパターン
形成を行い、各々の該パターン形成毎に、該SiO2 膜
にハーフエッチングを含む選択エッチングを行うことを
特徴とする。A method of processing a silicon substrate of the present invention is a method of processing a silicon substrate in which a groove, a through hole, a diaphragm or the like is formed in the silicon substrate by anisotropic etching using an alkaline etching solution. , SiO 2 having portions with different thickness as an etching mask
Using a film, during the etching of the silicon substrate, the Si
A structure having a plurality of depths is formed on a silicon substrate by sequentially removing portions of the O 2 film having a smaller thickness by etching, and subsequently etching the underlying silicon of the removed SiO 2 film. To do. Further, as a method of forming the SiO 2 film having the portions having different thicknesses, thermal oxidation of the silicon substrate and patterning of the thermal oxide film are repeated a plurality of times, or S is formed on the silicon substrate.
forming an iO 2 film and subjecting the SiO 2 film to patterning including half-etching once or a plurality of times; or
A positive photoresist is applied on the SiO 2 film, different patterns are formed on the positive photoresist a plurality of times, and selective etching including half etching is performed on the SiO 2 film for each pattern formation. It is characterized by performing.
【0005】[0005]
【実施例】(実施例1)以下に本発明の第一の実施例に
基づき詳細に説明する。図1に本発明のシリコン基板の
加工工程図を示す。本実施例は、インクジェットプリン
タヘッドの加工例であるが、シリコン基板11上にイン
ク流路15及びインク吐出口14を形成するものであ
る。結晶面方位が(100)である厚み200ミクロン
のシリコン基板11を、水蒸気を含む酸素雰囲気下で5
0分間、摂氏1000度に加熱し、0.4ミクロンの熱
酸化膜12を形成した(図1(a))。熱酸化膜12を
インク流路15に相当する形状にフォトリソグラフィ及
びフッ酸エッチングによりパターン加工する(図1
(b))。続いて、シリコン基板11を再び水蒸気を含
む酸素雰囲気下で加熱し熱酸化を行うが、処理条件は摂
氏900度、50分間とし、インク流路15に相当する
部分には0.2ミクロンの熱酸化膜13が形成される。
この際、処理前には厚みが0.4ミクロンであった部分
も、同時に厚みが増し、0.5ミクロンとなる(図1
(c))。次に、熱酸化膜13をインク吐出口14に相
当する形状にフォトリソグラフィ及びフッ酸エッチング
によりパターン加工する(図1(d))。次に、アルカ
リ液によるシリコンのエッチングを行う。本実施例で
は、アルカリ液として、KOH水溶液(KOH濃度25
重量%、摂氏80度)を用いた。前述の条件では、シリ
コンのエッチングレートは1.0ミクロン/分であり、
又、熱酸化膜のエッチングレートは0.002ミクロン
/分である。前記KOH水溶液によるシリコン基板11
のエッチングを200分行った。200分のエッチング
により、厚み200ミクロンのシリコン基板11に吐出
口14が貫通するが、エッチング開始後100分たった
ところでインク流路15に相当する部分の厚み0.2ミ
クロンの熱酸化膜13がエッチングにより消失し、その
下のシリコン基板が露出する(図1(e))が、この部
分はその後に続く100分のエッチングで100ミクロ
ンだけエッチングされる(図1(f))。即ち、図1
(e)及び図1(f)の工程において、インクジェット
プリンタヘッドの吐出口14とインク流路15が一括し
て形成される。この工程は、従来のような深い段差上で
のフォトリソグラフィを含まないため、エッチングマス
クである熱酸化膜のパターン加工精度は非常に良く、従
って、シリコン基板のエッチング形状も所望通りとな
る。EXAMPLE 1 Example 1 will be described in detail below based on the first example of the present invention. FIG. 1 shows a process drawing of the silicon substrate of the present invention. The present embodiment is an example of processing an inkjet printer head, in which an ink flow path 15 and an ink ejection port 14 are formed on a silicon substrate 11. A silicon substrate 11 having a crystal plane orientation of (100) and a thickness of 200 μm is subjected to 5 in an oxygen atmosphere containing water vapor.
It was heated to 1000 degrees Celsius for 0 minutes to form a 0.4-micron thermal oxide film 12 (FIG. 1A). The thermal oxide film 12 is patterned into a shape corresponding to the ink flow path 15 by photolithography and hydrofluoric acid etching (see FIG. 1).
(B)). Subsequently, the silicon substrate 11 is again heated in an oxygen atmosphere containing water vapor to perform thermal oxidation. The processing conditions are 900 ° C. and 50 minutes, and the portion corresponding to the ink flow path 15 is heated to 0.2 μm. The oxide film 13 is formed.
At this time, the thickness of the portion that had been 0.4 micron before the treatment also increased to 0.5 micron at the same time (Fig. 1).
(C)). Next, the thermal oxide film 13 is patterned into a shape corresponding to the ink ejection port 14 by photolithography and hydrofluoric acid etching (FIG. 1D). Next, silicon is etched with an alkaline solution. In this embodiment, as an alkaline solution, a KOH aqueous solution (KOH concentration 25
% By weight, 80 degrees Celsius) was used. Under the above conditions, the etching rate of silicon is 1.0 micron / minute,
The etching rate of the thermal oxide film is 0.002 micron / minute. Silicon substrate 11 made of the KOH aqueous solution
Was etched for 200 minutes. By the etching for 200 minutes, the ejection port 14 penetrates the silicon substrate 11 having a thickness of 200 μm. However, 100 minutes after the start of etching, the thermal oxide film 13 having a thickness of 0.2 μm corresponding to the ink flow path 15 is etched. Disappears and the underlying silicon substrate is exposed (FIG. 1 (e)), but this portion is etched by 100 microns in the subsequent 100 minutes of etching (FIG. 1 (f)). That is, FIG.
In the processes of (e) and FIG. 1 (f), the ejection ports 14 and the ink flow paths 15 of the inkjet printer head are collectively formed. Since this step does not include photolithography on a deep step as in the prior art, the patterning accuracy of the thermal oxide film that is the etching mask is very good, and therefore the etching shape of the silicon substrate is also as desired.
【0006】(実施例2)以下に本発明の第二の実施例
について説明する。図2は、本発明のシリコン基板の加
工工程図である。本実施例も又、インクジェットプリン
タヘッドの加工例である。結晶面方位が(100)であ
る厚み200ミクロンのシリコン基板21を、水蒸気を
含む酸素雰囲気下で70分間、摂氏1000度に加熱
し、0.5ミクロンの熱酸化膜22を形成した(図2
(a))。次に、熱酸化膜22上にフォトリソグラフィ
によりインク流路25に相当する形状のフォトレジスト
パターンを形成し、フッ酸系エッチング液を用いて、熱
酸化膜22をハーフエッチングにより0.3ミクロンだ
けエッチングする(図2(b))。次に、熱酸化膜23
上にフォトリソグラフィにより吐出口24に相当する形
状のフォトレジストパターンを形成し、フッ酸系エッチ
ング液を用いて、熱酸化膜23をエッチングする(図2
(c))。続くアルカリによるシリコンのエッチング工
程は第一の実施例と同様に行い、吐出口24とインク流
路25を形成する。本実施例においても、第一の実施例
の場合と同様に、従来のような深い段差上でのフォトリ
ソグラフィを行わないため、シリコン基板のエッチング
形状は欠陥がなく所望のものが得られる。(Second Embodiment) A second embodiment of the present invention will be described below. FIG. 2 is a process drawing of the silicon substrate of the present invention. This embodiment is also an example of processing an inkjet printer head. A 200-micron-thick silicon substrate 21 having a crystal plane orientation of (100) was heated to 1000 ° C. for 70 minutes in an oxygen atmosphere containing water vapor to form a 0.5-micron thermal oxide film 22 (FIG. 2).
(A)). Next, a photoresist pattern having a shape corresponding to the ink flow path 25 is formed on the thermal oxide film 22 by photolithography, and the thermal oxide film 22 is half-etched to 0.3 μm by using a hydrofluoric acid-based etching solution. Etching is performed (FIG. 2B). Next, the thermal oxide film 23
A photoresist pattern having a shape corresponding to the ejection port 24 is formed thereon by photolithography, and the thermal oxide film 23 is etched using a hydrofluoric acid-based etching solution (FIG. 2).
(C)). The subsequent etching process of silicon with alkali is performed in the same manner as in the first embodiment to form the ejection port 24 and the ink flow path 25. In the present embodiment as well, as in the case of the first embodiment, since photolithography on a deep step unlike the conventional case is not performed, the desired etching shape of the silicon substrate is obtained without defects.
【0007】(実施例3)以下に本発明の第三の実施例
に基づき詳細に説明する。図3に本発明のシリコン基板
の加工工程図を示す。本実施例はマイクロポンプの加工
例であり、図4に本実施例において作製されたマイクロ
ポンプの上面図及び断面図を示す。図4において、マイ
クロポンプの構造は本発明のシリコン基板の加工方法に
より加工されたシリコン基板41を2枚のガラス板42
及び43でサンドイッチした構造になっており、吸入側
パイプ411より流体を吸入し、吐出側パイプ412へ
流体を吐出するものである。その動作原理は、シリコン
基板41の中央部に形成されたダイアフラム45に貼り
付けられた圧電素子44に電圧を印加し、たわませるこ
とにより圧力室410内の圧力を変化せしめ、該圧力室
410と空間的に連続している吸入側弁膜46及び吐出
側弁膜48を変位させることにより、吸入弁47及び吐
出弁49を開閉し、吸入側パイプ411から吐出側パイ
プ412に流体を圧送するものである。図4(b)にお
いて、圧力室410と吸入側弁膜46の上側の空間及び
吐出側弁膜48の下側の空間とは連続している。次に、
図3に示したシリコン基板の加工工程図について説明す
る。(100)シリコンウェハの両面をポリッシュし、
厚さ280ミクロンのシリコン基板31を形成した後
に、該シリコン基板31に水蒸気を含む酸素雰囲気下で
摂氏1100度、4時間の加熱処理を行い、シリコン基
板31の両面に厚さ1ミクロンのSiO2 膜34及び3
5を形成する(図3(a))。次に、シリコン基板31
の一方の面32上に形成されたSiO2 膜34上には、
吸入側弁膜313、ダイアフラム317、吐出側弁膜3
15等に相当するパターンからなるレジストパターン3
6を形成し、シリコン基板31の他方の面33上に形成
されたSiO2 膜35上には、吸入側弁膜313、吸入
弁314、ダイアフラム317、吐出側弁膜315、吐
出弁316等に相当するパターンからなるレジストパタ
ーン37を形成し、緩衝フッ酸液によりSiO2 膜34
及び35のハーフエッチングを行う。エッチング量は
0.92ミクロンとし、0.08ミクロンのSiO2 膜
38及び39を残すようにエッチングした。(図3
(c))。次に、他方の面33上のSiO2 膜39上
に、吸入弁314中に形成する貫通穴318及び圧力室
319と吸入側弁膜313の上側の空間とをつなぐ貫通
穴(図示していない)に相当するパターンからなるレジ
ストパターン310を形成し、一方の面32の側には全
面にレジストを塗布し(図3(d))、同様に緩衝フッ
酸液によりSiO2 膜39のエッチングを行う(図3
(e))。(Third Embodiment) The third embodiment of the present invention will be described in detail below. FIG. 3 shows a process drawing of the silicon substrate of the present invention. This example is an example of processing a micropump, and FIG. 4 shows a top view and a cross-sectional view of the micropump manufactured in this example. In FIG. 4, the structure of the micropump includes a silicon substrate 41 processed by the method for processing a silicon substrate of the present invention and two glass plates 42.
And 43, the structure is sandwiched between the suction side pipe 411 and the discharge side pipe 412. The operating principle is that the pressure in the pressure chamber 410 is changed by applying a voltage to the piezoelectric element 44 attached to the diaphragm 45 formed in the central portion of the silicon substrate 41 and causing the piezoelectric element 44 to bend. By displacing the suction side valve film 46 and the discharge side valve film 48 that are spatially continuous with the suction side valve 47 and the discharge valve 49, the fluid is pumped from the suction side pipe 411 to the discharge side pipe 412. is there. In FIG. 4B, the pressure chamber 410 and the space above the suction side valve membrane 46 and the space below the discharge side valve membrane 48 are continuous. next,
The process steps of the silicon substrate shown in FIG. 3 will be described. Polish both sides of (100) silicon wafer,
After the silicon substrate 31 having a thickness of 280 μm is formed, the silicon substrate 31 is subjected to heat treatment at 1100 ° C. for 4 hours in an oxygen atmosphere containing water vapor, and both sides of the silicon substrate 31 are made of SiO 2 having a thickness of 1 μm. Membranes 34 and 3
5 is formed (FIG. 3A). Next, the silicon substrate 31
On the SiO 2 film 34 formed on the one surface 32 of
Intake-side valve film 313, diaphragm 317, discharge-side valve film 3
Resist pattern 3 consisting of patterns corresponding to 15 etc.
6 is formed, and on the SiO 2 film 35 formed on the other surface 33 of the silicon substrate 31, the suction side valve film 313, the suction valve 314, the diaphragm 317, the discharge side valve film 315, the discharge valve 316, etc. are formed. A resist pattern 37 composed of a pattern is formed, and the SiO 2 film 34 is formed by a buffered hydrofluoric acid solution.
And 35 are half-etched. The etching amount was 0.92 μm, and etching was performed so as to leave the SiO 2 films 38 and 39 of 0.08 μm. (Fig. 3
(C)). Next, on the SiO 2 film 39 on the other surface 33, a through hole (not shown) that connects the through hole 318 and the pressure chamber 319 formed in the intake valve 314 with the space above the intake valve film 313. A resist pattern 310 having a pattern corresponding to is formed, a resist is applied to the entire surface on one surface 32 side (FIG. 3D), and the SiO 2 film 39 is similarly etched with a buffer hydrofluoric acid solution. (Fig. 3
(E)).
【0008】次に、アルカリ液によるシリコンのエッチ
ングを行う。第一及び第二の実施例と同様、濃度25重
量%、温度摂氏80度のKOH水溶液を用いてエッチン
グを行った。エッチング開始から40分後、深さ40ミ
クロンの、貫通穴318となるべき凹部312が形成さ
れた時点で、SiO2 膜38及び39のうち、アルカリ
エッチングを行う前は、厚み0.08ミクロンであった
部分はエッチングにより消失し、該SiO2 膜38及び
39の下地のシリコンが露出し(図3(f))、該下地
のシリコンは連続してエッチングされるが、総計160
分のエッチングを行うと凹部312は貫通穴318とな
り、又、吸入側弁膜313、吸入弁314、ダイアフラ
ム317、吐出側弁膜315、吐出弁316等が形成さ
れる(図3(g))。Next, etching of silicon with an alkaline solution is performed. As in the first and second examples, etching was performed using a KOH aqueous solution having a concentration of 25% by weight and a temperature of 80 degrees Celsius. After 40 minutes from the start of etching, when a recess 312 having a depth of 40 μm and serving as a through hole 318 is formed, the thickness of the SiO 2 films 38 and 39 is 0.08 μm before alkali etching. The existing portion disappears by etching, the underlying silicon of the SiO 2 films 38 and 39 is exposed (FIG. 3 (f)), and the underlying silicon is continuously etched.
When the etching is performed for a minute, the concave portion 312 becomes a through hole 318, and the suction side valve film 313, the suction valve 314, the diaphragm 317, the discharge side valve film 315, the discharge valve 316, etc. are formed (FIG. 3 (g)).
【0009】本実施例においても、第一及び第二の実施
例の場合と同様に従来のような深い段差上でのフォトリ
ソグラフィを行わないため、吸入弁や吐出弁等をエッチ
ングにより形成する際の耐エッチング材のマスクパター
ンが正確に形成できるので、マイクロポンプの性能上、
特に形状精度が要求される吸入弁や吐出弁等の形状が正
確に形成され、性能のよいマイクロポンプが得られる。In this embodiment as well, as in the first and second embodiments, since photolithography on a deep step like in the prior art is not performed, when the intake valve, the discharge valve, etc. are formed by etching. Since the mask pattern of the etching resistant material of can be accurately formed, in terms of the performance of the micro pump,
In particular, the shape of the intake valve, the discharge valve, etc., which requires shape accuracy, is accurately formed, and a micropump with good performance can be obtained.
【0010】(実施例4)以下に本発明の第四の実施例
に基づき詳細に説明する。本実施例は本発明の第三の実
施例と同様、マイクロポンプの加工例であるが、特に、
エッチングマスクとなる厚みが異なるSiO2 膜の形成
方法に特徴を有する。図5に本発明のシリコン基板の加
工工程図を示す。第三の実施例と同様、両面をポリッシ
ュした厚み280ミクロンのシリコン基板51上に、厚
さ1ミクロンのSiO2 膜54及び55を形成し、該S
iO2 膜54及び55上にポジ型フォトレジスト56及
び57を塗布する(図5(a))。レジスト膜の塗布条
件の詳細は次のとおりである。まずSiO2 膜54上
に、粘度50cpのレジスト液を滴下、2500rpm
にてスピンコートし、摂氏100度にてプレベークを1
0分間行い、レジスト膜56を形成する。次にSiO2
膜55上に同様にレジストをスピンコートし、摂氏10
0度にてプレベークを30分間行い、レジスト膜57を
形成するが、この際レジスト膜56は総計で40分間の
プレベークを施されたことになる。(Fourth Embodiment) A fourth embodiment of the present invention will be described in detail below. Similar to the third embodiment of the present invention, this embodiment is a processing example of a micro pump, but in particular,
The method is characterized by a method of forming SiO 2 films having different thicknesses that serve as etching masks. FIG. 5 shows a process drawing of the silicon substrate of the present invention. Similar to the third embodiment, 1-micron-thick SiO 2 films 54 and 55 are formed on a 280-micron-thick silicon substrate 51 whose both surfaces are polished.
Positive type photoresists 56 and 57 are applied on the iO 2 films 54 and 55 (FIG. 5A). Details of the coating conditions for the resist film are as follows. First, a resist solution having a viscosity of 50 cp is dropped on the SiO 2 film 54 and 2500 rpm.
Spin coat at 100 degrees Celsius and pre-bake 1
This is performed for 0 minutes to form a resist film 56. Next, SiO 2
Similarly, a resist is spin-coated on the film 55, and the temperature is 10 degrees Celsius.
Prebaking is performed at 0 ° C. for 30 minutes to form the resist film 57. At this time, the resist film 56 is prebaked for 40 minutes in total.
【0011】次に、レジスト膜57に貫通穴520及び
圧力室521と吸入側弁膜515の上側の空間とをつな
ぐ貫通穴(図示していない)に相当するパターン露光及
び現像を行い、レジストパターン58を形成する(図5
(b))が、ポストベークは行わない。その理由は、レ
ジスト膜56及び57には、後に別のパターン形成(露
光、現像)を行うからである。次いで、フッ酸系エッチ
ング液により、SiO2 膜55の選択エッチングを行
う。後に行う2回目のフッ酸エッチングにおいて0.9
2ミクロンのエッチングをするので、ここでのエッチン
グ量は0.08ミクロン以上であればよく、本実施例で
は、0.1ミクロンとし、0.9ミクロンのSiO2 膜
59を残した(図5(c))。フッ酸エッチングのエッ
チングマスクとして用いたレジスト膜56及び57は高
温による焼成(ポストベーク)を受けていないため、残
膜部は、感光性を維持しているので、剥離せず、次工程
でさらにパターン露光及び現像によるパターン加工を行
う。レジスト膜56には吸入側弁膜515、ダイアフラ
ム519、吐出側弁膜517に相当するパターン露光を
行い、レジスト膜57には吸入側弁膜515、吸入弁5
16、ダイアフラム519、吐出側弁膜517、吐出弁
518等に相当するパターン露光を行い、次いで、レジ
スト膜56及び57の現像を同時に行い、レジストパタ
ーン510及び511を形成する(図5(d))。Next, the resist film 57 is subjected to pattern exposure and development corresponding to a through hole (not shown) that connects the through hole 520 and the pressure chamber 521 to the space above the suction side valve film 515, and the resist pattern 58 is formed. To form (Fig. 5
(B)), but no post bake is performed. The reason is that another pattern formation (exposure, development) is performed on the resist films 56 and 57 later. Then, the SiO 2 film 55 is selectively etched with a hydrofluoric acid-based etching solution. 0.9 in the second hydrofluoric acid etching performed later
Since the etching is performed to 2 μm, the etching amount here may be 0.08 μm or more. In this embodiment, the etching amount is 0.1 μm, and the SiO 2 film 59 of 0.9 μm is left (FIG. 5). (C)). Since the resist films 56 and 57 used as the etching mask for the hydrofluoric acid etching have not been subjected to baking (post-baking) at high temperature, the residual film portion does not peel off because it maintains the photosensitivity. Pattern processing by pattern exposure and development is performed. The resist film 56 is subjected to pattern exposure corresponding to the suction side valve film 515, the diaphragm 519, and the discharge side valve film 517, and the resist film 57 is subjected to the suction side valve film 515 and the suction valve 5.
16, pattern exposure corresponding to the diaphragm 519, the discharge side valve film 517, the discharge valve 518 and the like is performed, and then the resist films 56 and 57 are simultaneously developed to form resist patterns 510 and 511 (FIG. 5D). ..
【0012】次にフッ酸系エッチング液による、2回目
のSiO2 膜の選択エッチングを行うが、エッチング量
としては、前述のとおり、0.92ミクロンとした。こ
のときSiO2 膜55の貫通穴520及び圧力室521
と吸入側弁膜515の上側の空間とをつなぐ貫通穴(図
示していない)に相当する部分は、完全にエッチングさ
れ、又、それ以外のエッチング部分は、SiO2 膜の残
り厚さは0.08ミクロンとなる(図5(e))。図5
(e)の段階で、SiO2 膜512及び513は、それ
ぞれ本発明の第三の実施例における、図3(e)のSi
O2 膜38及び39の形状と同一となる。続いて、アル
カリ液によるシリコンのエッチングを行うが、これ以降
の工程は、第三の実施例の場合と全く同様であるので、
説明は省略する。本発明の特徴は、シリコン基板の表裏
面においてレジスト膜の塗布を各1回ずつしかせずに、
SiO2 膜の複数回のパターン加工を行うことにある。
本実施例では、加工すべき対象であるマイクロポンプの
構造により、該レジスト膜のパターン加工は、一方の面
(図5の52)で1回、他方の面(図5の53)で2回
行っているが、前述したようにポストベークを施してい
ないポジ型レジスト膜は、感光性を維持するので、本実
施例でのパターン加工回数に限られず、複数回の加工が
可能であり、本実施例のマイクロポンプ以外の複雑な形
状を有する素子を加工、作製する際にも本発明が応用で
きる。Next, the second selective etching of the SiO 2 film is performed with a hydrofluoric acid-based etching solution, and the etching amount is 0.92 μm as described above. At this time, the through hole 520 of the SiO 2 film 55 and the pressure chamber 521
A portion corresponding to a through hole (not shown) connecting the suction side valve membrane 515 and the space above the suction side valve membrane 515 is completely etched, and the remaining etching portion has a remaining SiO 2 film thickness of 0. It becomes 08 microns (Fig. 5 (e)). Figure 5
At the stage of (e), the SiO 2 films 512 and 513 are respectively formed of Si of FIG. 3 (e) in the third embodiment of the present invention.
It has the same shape as the O 2 films 38 and 39. Then, etching of silicon with an alkaline solution is performed. Since the subsequent steps are exactly the same as in the case of the third embodiment,
The description is omitted. The feature of the present invention is that the resist film is not applied once on the front and back surfaces of the silicon substrate,
This is to perform patterning of the SiO 2 film a plurality of times.
In this embodiment, the pattern processing of the resist film is performed once on one surface (52 in FIG. 5) and twice on the other surface (53 in FIG. 5) depending on the structure of the micropump to be processed. Although performed, as described above, the positive resist film not subjected to the post-baking maintains the photosensitivity, so that the number of pattern processing is not limited to the number of pattern processing in this embodiment, and it is possible to process a plurality of times. The present invention can also be applied to processing and producing elements having a complicated shape other than the micropumps of the examples.
【0013】[0013]
【発明の効果】以上述べたように本発明によれば、アル
カリ異方性エッチングにより、シリコン基板に溝、貫通
穴、ダイアフラム等を形成する工程において、エッチン
グマスクとして厚みが異なる部分を有するSiO2 膜を
用いることによって、形状精度の高い各種の素子を形成
することができるという効果を有する。As described above, according to the present invention, in the step of forming a groove, a through hole, a diaphragm or the like in a silicon substrate by alkali anisotropic etching, SiO 2 having a portion having a different thickness as an etching mask. By using the film, it is possible to form various elements having high shape accuracy.
【図1】(a)〜(f)は、本発明におけるシリコン基
板の加工工程図。1A to 1F are process diagrams of a silicon substrate according to the present invention.
【図2】(a)〜(d)は、本発明におけるシリコン基
板の加工工程図。2A to 2D are process diagrams of a silicon substrate according to the present invention.
【図3】(a)〜(g)は、本発明におけるシリコン基
板の加工工程図。3A to 3G are process diagrams of a silicon substrate according to the present invention.
【図4】(a)は、本発明におけるマイクロポンプの上
面図。(b)は、本発明におけるマイクロポンプの断面
図。FIG. 4A is a top view of the micropump according to the present invention. (B) is sectional drawing of the micro pump in this invention.
【図5】(a)〜(g)は、本発明におけるシリコン基
板の加工工程図。5A to 5G are process diagrams of a silicon substrate according to the present invention.
【図6】(a)〜(f)は、従来のシリコン基板の加工
工程図。6A to 6F are process diagrams of a conventional silicon substrate.
11,21,31,41,51,61 シリコン基
板 12,13,22,23,34,35 熱酸化膜 38,39,54,55,59 熱酸化膜 512,513,62,63 熱酸化膜 14,24,64 インク吐出
口 15,25,65 インク流路 32,52 シリコン基板
の一方の面 33,53 シリコン基板
の他方の面 56,57 レジスト膜 36,37,310,58,510 レジストパ
ターン 511 レジストパター
ン 312,514 凹部 313,46,515 吸入側弁膜 314,47,516 吸入弁 315,48,517 吐出側弁膜 316,49,518 吐出弁 317,45,519 ダイアフラ
ム 318,413,414,520 貫通穴 319,410,521 圧力室 411 吸入側パイプ 412 吐出側パイプ 42,43 ガラス板 44 圧電素子 66 凸部 67 凹部11, 21, 31, 41, 51, 61 Silicon substrate 12, 13, 22, 23, 34, 35 Thermal oxide film 38, 39, 54, 55, 59 Thermal oxide film 512, 513, 62, 63 Thermal oxide film 14 , 24, 64 Ink ejection port 15, 25, 65 Ink flow channel 32, 52 One side of silicon substrate 33, 53 The other side of silicon substrate 56, 57 Resist film 36, 37, 310, 58, 510 Resist pattern 511 Resist pattern 312,514 Recessed portion 313,46,515 Suction side valve membrane 314,47,516 Suction valve 315,48,517 Discharge side valve membrane 316,49,518 Discharge valve 317,45,519 Diaphragm 318,413,414,520 Penetration Hole 319,410,521 Pressure chamber 411 Suction side pipe 412 Discharge side pipe 42,43 Glass plate 44 Piezoelectric element 66 Convex portion 67 Recessed portion
Claims (4)
ッチングにより、シリコン基板に溝、貫通穴、ダイアフ
ラム等を形成するシリコン基板の加工工程において、エ
ッチングマスクとして厚みが異なる部分を有するSiO
2 膜を用い、シリコン基板のエッチングの最中に、該S
iO2 膜の厚みがより薄い部分を順次エッチングにより
消失させ、消失したSiO2 膜の下地のシリコンを続い
てエッチングすることにより、シリコン基板に複数の深
さを有する構造を形成することを特徴とするシリコン基
板の加工方法。1. In a process of processing a silicon substrate in which a groove, a through hole, a diaphragm and the like are formed in the silicon substrate by anisotropic etching using an alkaline etching solution, SiO having a portion having a different thickness as an etching mask.
Two films are used, and during the etching of the silicon substrate, the S
A structure having a plurality of depths is formed on a silicon substrate by sequentially removing the thinner part of the iO 2 film by etching, and subsequently etching the underlying silicon of the SiO 2 film. Method for processing silicon substrate.
パターン加工を複数回繰り返し行い、前記厚みが異なる
部分を有するSiO2 膜を形成することを特徴とする請
求項1記載のシリコン基板の加工方法。2. The silicon substrate according to claim 1, wherein the thermal oxidation of the silicon substrate and the pattern processing of the thermal oxide film are repeated a plurality of times to form a SiO 2 film having portions having different thicknesses. Processing method.
該SiO2 膜に1回、又は、複数回のハーフエッチング
を含むパターン加工を施して、前記厚みが異なる部分を
有するSiO2 膜を形成することを特徴とする、請求項
1記載のシリコン基板の加工方法。3. A SiO 2 film is formed on a silicon substrate,
2. The silicon substrate according to claim 1, wherein the SiO 2 film is subjected to pattern processing including half etching once or a plurality of times to form a SiO 2 film having portions with different thicknesses. Processing method.
塗布し、該ポジ型フォトレジストに複数回の、それぞれ
異なるパターン形成を行い、各々の該パターン形成毎
に、該SiO2 膜にハーフエッチングを含む選択エッチ
ングを行なうことを特徴とする請求項3記載のシリコン
基板の加工方法。4. A positive photoresist is applied on the SiO 2 film, different patterns are formed on the positive photoresist a plurality of times, and half etching is performed on the SiO 2 film after each pattern formation. 4. The method of processing a silicon substrate according to claim 3, wherein selective etching including is performed.
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|---|---|---|---|
| JP23008391A JPH0562964A (en) | 1990-10-12 | 1991-09-10 | Silicon substrate processing method |
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|---|---|---|---|
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Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6139132A (en) * | 1995-09-05 | 2000-10-31 | Seiko Epson Corporation | Ink jet recording head with nozzle communicating hole having smaller width than pressurizing chambers in direction of array of pressurizing chambers |
| US6729002B1 (en) | 1995-09-05 | 2004-05-04 | Seiko Epson Corporation | Method of producing an ink jet recording head |
| US7485238B2 (en) * | 2001-08-31 | 2009-02-03 | Daishinku Corporation | Etching method, etched product formed by the same, and piezoelectric vibration device, method for producing the same |
-
1991
- 1991-09-10 JP JP23008391A patent/JPH0562964A/en active Pending
Cited By (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6139132A (en) * | 1995-09-05 | 2000-10-31 | Seiko Epson Corporation | Ink jet recording head with nozzle communicating hole having smaller width than pressurizing chambers in direction of array of pressurizing chambers |
| EP1104698A2 (en) | 1995-09-05 | 2001-06-06 | Seiko Epson Corporation | Ink jet recording head and method of producing the same |
| US6460981B1 (en) | 1995-09-05 | 2002-10-08 | Seiko Epson Corp | Ink jet recording head having spacer with etched pressurizing chambers and ink supply ports |
| US6561633B2 (en) | 1995-09-05 | 2003-05-13 | Seiko Epson Corporation | Ink jet recording head having spacer with etched pressurizing chambers and ink supply ports |
| US6729002B1 (en) | 1995-09-05 | 2004-05-04 | Seiko Epson Corporation | Method of producing an ink jet recording head |
| US7028377B2 (en) | 1995-09-05 | 2006-04-18 | Seiko Epson Corporation | Method of producing an ink jet recording head |
| US7485238B2 (en) * | 2001-08-31 | 2009-02-03 | Daishinku Corporation | Etching method, etched product formed by the same, and piezoelectric vibration device, method for producing the same |
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