JP3417767B2 - 単結晶部品の製造方法 - Google Patents
単結晶部品の製造方法Info
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- G02B6/3648—Supporting carriers of a microbench type, i.e. with micromachined additional mechanical structures
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Description
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、単結晶基板の表面
部に溝を形成した単結晶部品に係わり、特にマイクロマ
シニング技術等に用いる深い溝を有する単結晶部品の製
造方法に関する。
部に溝を形成した単結晶部品に係わり、特にマイクロマ
シニング技術等に用いる深い溝を有する単結晶部品の製
造方法に関する。
【0002】
【従来の技術】Si等の単結晶基板は、原子配列の異方
性によるエッチング速度の結晶方位依存性があり、適切
なエッチング種を選定することにより、結晶構造を反映
した幾何的形状をエッチングで形成できる。これが所謂
異方性エッチングであり、各種の半導体プロセスや、微
小機械機構を基板上に作製するマイクロマシニング技術
等で活用されている。
性によるエッチング速度の結晶方位依存性があり、適切
なエッチング種を選定することにより、結晶構造を反映
した幾何的形状をエッチングで形成できる。これが所謂
異方性エッチングであり、各種の半導体プロセスや、微
小機械機構を基板上に作製するマイクロマシニング技術
等で活用されている。
【0003】近年、この異方性エッチングが高精度の機
械加工を必要とする光実装部品の加工手法として注目を
集めている。光実装部品への異方性エッチングの適用例
としては、光ファイバを保持させるためのV溝をSi基
板に加工する例があり、機械的な切削加工によるものと
比較して加工精度,量産性の点で優れる特徴がある。そ
の理由として、半導体プロセスを適用しているためサブ
ミクロン単位の制御が可能なこと、ICチップと同様に
Siウェハに多数の加工物を組み込み、数十枚のSiウ
ェハを同時処理(加工)できるため一度に大量数が加工
できること、等がある。また、半導体プロセスを用いて
いるため基板に配線電極等を形成することが容易であ
り、機械加工と電気配線加工を同時、又は一連の工程の
中で実施できる利点がある。
械加工を必要とする光実装部品の加工手法として注目を
集めている。光実装部品への異方性エッチングの適用例
としては、光ファイバを保持させるためのV溝をSi基
板に加工する例があり、機械的な切削加工によるものと
比較して加工精度,量産性の点で優れる特徴がある。そ
の理由として、半導体プロセスを適用しているためサブ
ミクロン単位の制御が可能なこと、ICチップと同様に
Siウェハに多数の加工物を組み込み、数十枚のSiウ
ェハを同時処理(加工)できるため一度に大量数が加工
できること、等がある。また、半導体プロセスを用いて
いるため基板に配線電極等を形成することが容易であ
り、機械加工と電気配線加工を同時、又は一連の工程の
中で実施できる利点がある。
【0004】しかしながら、これらの技術には半導体プ
ロセスを用いているための問題もある。即ち、半導体プ
ロセスは所謂薄膜加工を主体としているため適用できる
加工範囲に実質的制限があり、あまり大きな段差を有す
る機械加工には適してない。一般に、半導体プロセスで
許容されうる基板内の段差は10μm以下であり、表面
にマスクパターンを形成して溝を掘るだけの場合でも、
段差が100μm前後までの加工に制限されることが多
い。これらは本来、半導体プロセスがμmオーダの加工
を目的としているため、極端に大きな段差加工に対応で
きないことによる。
ロセスを用いているための問題もある。即ち、半導体プ
ロセスは所謂薄膜加工を主体としているため適用できる
加工範囲に実質的制限があり、あまり大きな段差を有す
る機械加工には適してない。一般に、半導体プロセスで
許容されうる基板内の段差は10μm以下であり、表面
にマスクパターンを形成して溝を掘るだけの場合でも、
段差が100μm前後までの加工に制限されることが多
い。これらは本来、半導体プロセスがμmオーダの加工
を目的としているため、極端に大きな段差加工に対応で
きないことによる。
【0005】ー般に、半導体プロセスで多く用いられて
いるドライエッチングの場合、エッチング速度が比較的
小さいことと、枚葉式で処理が行われるため、加工時間
の経済的な制限からあまり深いエッチングができない。
この場合、実質的に可能なエッチング深さは50〜10
0μm程度である。また、エッチング速度が比較的大き
くバッチ式の処理が容易なウェットエッチングの場合、
原理的には非常に深いエッチングも可能であるが、エッ
チングむらや結晶欠陥に起因する微小形状変形がエッチ
ングの進行と共に拡大する問題があり、加工歩留まりの
点からある程度の深さに制限される。この場合の深さが
前述した100μm前後であり、以下図面を参照しなが
らこれを説明していく。
いるドライエッチングの場合、エッチング速度が比較的
小さいことと、枚葉式で処理が行われるため、加工時間
の経済的な制限からあまり深いエッチングができない。
この場合、実質的に可能なエッチング深さは50〜10
0μm程度である。また、エッチング速度が比較的大き
くバッチ式の処理が容易なウェットエッチングの場合、
原理的には非常に深いエッチングも可能であるが、エッ
チングむらや結晶欠陥に起因する微小形状変形がエッチ
ングの進行と共に拡大する問題があり、加工歩留まりの
点からある程度の深さに制限される。この場合の深さが
前述した100μm前後であり、以下図面を参照しなが
らこれを説明していく。
【0006】図4は、従来の異方性エッチング法による
加工例を示す工程断面図である。ここでは、マイクロマ
シニング等で用いられる代表的な例として、単結晶基板
がSiの場合を示している。図4において、1はSi単
結晶基板、2はエッチングマスク、3はエッチング加工
部である。Siの異方性エッチングの例としては、マス
ク2にSiO2 ,Si3 N4 等の酸化膜や窒化膜を用
い、エッチング液にKOH水溶液やヒドラジン等のエッ
チング速度の結晶方位依存性の高いエッチング液が用い
られる。図4では、Si基板1の表面が(100)面
で、エッチング加工部3がSi基板表面で<110>,
<1-10>方向となるような矩形開口を有する場合の断
面を示している。
加工例を示す工程断面図である。ここでは、マイクロマ
シニング等で用いられる代表的な例として、単結晶基板
がSiの場合を示している。図4において、1はSi単
結晶基板、2はエッチングマスク、3はエッチング加工
部である。Siの異方性エッチングの例としては、マス
ク2にSiO2 ,Si3 N4 等の酸化膜や窒化膜を用
い、エッチング液にKOH水溶液やヒドラジン等のエッ
チング速度の結晶方位依存性の高いエッチング液が用い
られる。図4では、Si基板1の表面が(100)面
で、エッチング加工部3がSi基板表面で<110>,
<1-10>方向となるような矩形開口を有する場合の断
面を示している。
【0007】まず、図4(a)はSi基板1上にマスク
2を形成し、フォトレジストのパターン化とマスクへの
パターン転写を終えた状態である。図4(b)はこれを
エッチング液に入れてエッチングを行っている途中経過
の状態である。Si単結晶は(111)面のエッチング
速度が他の結晶面のエッチング速度より遅い性質を持っ
ており、(100)面からエッチングを始めた場合、図
のようにマスク境界から続く(111)斜面を露出する
ような形状でエッチングが進行していく。
2を形成し、フォトレジストのパターン化とマスクへの
パターン転写を終えた状態である。図4(b)はこれを
エッチング液に入れてエッチングを行っている途中経過
の状態である。Si単結晶は(111)面のエッチング
速度が他の結晶面のエッチング速度より遅い性質を持っ
ており、(100)面からエッチングを始めた場合、図
のようにマスク境界から続く(111)斜面を露出する
ような形状でエッチングが進行していく。
【0008】ここで、4はエッチングのむらや結晶欠陥
に誘発されてできたエッチング異常部であり、マスク2
と基板表面との境界が部分的に速くエッチングされるこ
とで発生するエッチングの欠陥である。この異常エッチ
ングは、基板とマスク境界への異物混入や基板の結晶欠
陥がある場合、またエッチング液の撹拌むらや気泡の発
生による液流異常がある場合等に見られ、外見的にマス
クの形状欠陥が無いにも拘らず発生するものである。勿
論、マスクパターンに欠陥がある場合もエッチング形状
の変形が見られるが、この要因はマスクパターンの形成
不良であるため別の問題である。
に誘発されてできたエッチング異常部であり、マスク2
と基板表面との境界が部分的に速くエッチングされるこ
とで発生するエッチングの欠陥である。この異常エッチ
ングは、基板とマスク境界への異物混入や基板の結晶欠
陥がある場合、またエッチング液の撹拌むらや気泡の発
生による液流異常がある場合等に見られ、外見的にマス
クの形状欠陥が無いにも拘らず発生するものである。勿
論、マスクパターンに欠陥がある場合もエッチング形状
の変形が見られるが、この要因はマスクパターンの形成
不良であるため別の問題である。
【0009】また、前述したマスクの直線部分の結晶方
位に対するずれがある場合、エッチング斜面に結晶面と
マスクの方向ずれを埋めるための周期的な不連続境界が
現れ、異常エッチングと同様な結果をもたらすが、これ
も別の問題である。従つて、エッチング歩留まり等は異
常エッチングに起因するものを指すことになり、以下マ
スクパターンの欠陥や方位ずれは除外して扱うことにす
る。
位に対するずれがある場合、エッチング斜面に結晶面と
マスクの方向ずれを埋めるための周期的な不連続境界が
現れ、異常エッチングと同様な結果をもたらすが、これ
も別の問題である。従つて、エッチング歩留まり等は異
常エッチングに起因するものを指すことになり、以下マ
スクパターンの欠陥や方位ずれは除外して扱うことにす
る。
【0010】図4(c)は更にエッチングを進めて、マ
スクを境界とする(111)面同士がぶつかる深さまで
エッチングした状態である。このとき、正常部分はマス
ク2に対して左右対称なV形状となるが、4の異常エッ
チングに起因する形状変形が進行した部分(4′)では
V形状の中心がずれるだけでなく、V溝の幅自体も広く
なつてしまう。しかも、異常エッチングは部分的に深さ
方向に進むだけでなく、実際には横方向にも進んで全体
の形状を変形させてしまうという深刻な問題を引き起こ
す。これを、図5を用いて説明する。
スクを境界とする(111)面同士がぶつかる深さまで
エッチングした状態である。このとき、正常部分はマス
ク2に対して左右対称なV形状となるが、4の異常エッ
チングに起因する形状変形が進行した部分(4′)では
V形状の中心がずれるだけでなく、V溝の幅自体も広く
なつてしまう。しかも、異常エッチングは部分的に深さ
方向に進むだけでなく、実際には横方向にも進んで全体
の形状を変形させてしまうという深刻な問題を引き起こ
す。これを、図5を用いて説明する。
【0011】図5は、図4で示したエッチングの状況を
上面からと、異常部,正常部のそれぞれ断面を対応させ
て示した図であり、図5の上面図に付したA(異常エッ
チング部)、B(正常エッチング部)の断面を右図にそ
れぞれ示した。また、図4と同一の部分には同一の符号
を付してある。
上面からと、異常部,正常部のそれぞれ断面を対応させ
て示した図であり、図5の上面図に付したA(異常エッ
チング部)、B(正常エッチング部)の断面を右図にそ
れぞれ示した。また、図4と同一の部分には同一の符号
を付してある。
【0012】まず、図5(a)は図4(a)と同様にマ
スクの形成を行った状態、図5(b)は図4(b)と同
様にエッチングの途中状態をそれぞれ示しており、図5
(b)は4の欠陥(エッチング異常部)が発生した初期
の状態を示している。この段階でのエッチング形状の崩
れは小さいが、異常部断面がマスク端から延長される
(111)面(4″)より突き出る形となるため、エッ
チング速度が速くなりやすい。
スクの形成を行った状態、図5(b)は図4(b)と同
様にエッチングの途中状態をそれぞれ示しており、図5
(b)は4の欠陥(エッチング異常部)が発生した初期
の状態を示している。この段階でのエッチング形状の崩
れは小さいが、異常部断面がマスク端から延長される
(111)面(4″)より突き出る形となるため、エッ
チング速度が速くなりやすい。
【0013】従って、エッチング異常部は全体のエッチ
ング進行に比例する形で拡大するのではなく、まず深さ
方向に比較的速く進み(図5(c))、このとき同時に
横方向にも広がり始める。そして、異常部の横方向の広
がりがある程度まで達すると、深さ方向のエッチングが
正常部の深さに追いついてしまう(図5(d))。その
後、異常部も正常部と同様に深さ方向へのエッチングが
進行するが、このとき異常部は横方向への広がりも進行
する。
ング進行に比例する形で拡大するのではなく、まず深さ
方向に比較的速く進み(図5(c))、このとき同時に
横方向にも広がり始める。そして、異常部の横方向の広
がりがある程度まで達すると、深さ方向のエッチングが
正常部の深さに追いついてしまう(図5(d))。その
後、異常部も正常部と同様に深さ方向へのエッチングが
進行するが、このとき異常部は横方向への広がりも進行
する。
【0014】最終的に、正常部が完全にV形状になって
も、異常部は中心のずれた更に深いV溝を形成するよう
にエッチングが進行し、異常部がV形状に達した後も横
方向への広がりが進行する(図5(e))。このままエ
ッチングを進めると、ついには異常部V形状の幅で、全
体に中心がずれた単一のV溝になつてしまう。このよう
に、最初は僅かな異常エッチングであっても、最終的に
はエッチングの所定形状を大きく変形させる本質的問題
となりうる。
も、異常部は中心のずれた更に深いV溝を形成するよう
にエッチングが進行し、異常部がV形状に達した後も横
方向への広がりが進行する(図5(e))。このままエ
ッチングを進めると、ついには異常部V形状の幅で、全
体に中心がずれた単一のV溝になつてしまう。このよう
に、最初は僅かな異常エッチングであっても、最終的に
はエッチングの所定形状を大きく変形させる本質的問題
となりうる。
【0015】このような異常エッチングは、エッチング
が比較的浅い時にはあまり見られないが、深いエッチン
グを行う場合かなりの頻度で見られるようになる。エッ
チング条件等にもよるが、100μm前後まではあまり
異常エッチングは見られず、300μm以上というよう
な深いエッチングの場合かなりの頻度で現れる。しか
も、異常エッチングは上述のように単一で現れるのでは
なく、発生し始めると多数発生することが多い。このた
め、異常エッチングの有無は、エッチング状態の比較的
マクロな観測でも判別できることが多い。
が比較的浅い時にはあまり見られないが、深いエッチン
グを行う場合かなりの頻度で見られるようになる。エッ
チング条件等にもよるが、100μm前後まではあまり
異常エッチングは見られず、300μm以上というよう
な深いエッチングの場合かなりの頻度で現れる。しか
も、異常エッチングは上述のように単一で現れるのでは
なく、発生し始めると多数発生することが多い。このた
め、異常エッチングの有無は、エッチング状態の比較的
マクロな観測でも判別できることが多い。
【0016】図6は、異方性エッチングを用いた光実装
部品の例であり、上述した異常エッチングの影響を具体
的に示すための例である。図の1はSi基板、3は比較
的深いV溝、5は比較的浅いV溝、7は光素子搭載用の
電極金属である。ここで、比較的深いV溝3と比較的浅
いV溝5の2種類があるのは、互いに位置整合の必要な
異なる部材を同一の基板に搭載して位置合わせさせるた
めのものであり、浅いV溝5が光ファイバ保持用、深い
V溝3が光コネクタのガイドピン保持用というような用
途に用いる。光ファイバ,ガイドピンの例としては、光
ファイバが直径で125μm、ガイドピンが直径で70
0μmという組み合わせがある。この場合、Si基板表
面を基準位置とすると、浅い溝5が62.5μm以上、
深い溝3が350μm以上の深さが必要ということにな
る。
部品の例であり、上述した異常エッチングの影響を具体
的に示すための例である。図の1はSi基板、3は比較
的深いV溝、5は比較的浅いV溝、7は光素子搭載用の
電極金属である。ここで、比較的深いV溝3と比較的浅
いV溝5の2種類があるのは、互いに位置整合の必要な
異なる部材を同一の基板に搭載して位置合わせさせるた
めのものであり、浅いV溝5が光ファイバ保持用、深い
V溝3が光コネクタのガイドピン保持用というような用
途に用いる。光ファイバ,ガイドピンの例としては、光
ファイバが直径で125μm、ガイドピンが直径で70
0μmという組み合わせがある。この場合、Si基板表
面を基準位置とすると、浅い溝5が62.5μm以上、
深い溝3が350μm以上の深さが必要ということにな
る。
【0017】図7は、2つの溝を単純に同時にエッチン
グした場合の例である。Si基板表面を基準とし、光フ
ァイバ,ガイドピンの中心がSiの表面と同じ高さにな
るようにするには、V溝の表面の幅が光ファイバで約1
53μm、ガイドピンで約857μmとなれば良い。エ
ッチングマスク2は、この幅からエッチング時間に応じ
たエッチングのアンダーカット量を差し引いた値にす
る。
グした場合の例である。Si基板表面を基準とし、光フ
ァイバ,ガイドピンの中心がSiの表面と同じ高さにな
るようにするには、V溝の表面の幅が光ファイバで約1
53μm、ガイドピンで約857μmとなれば良い。エ
ッチングマスク2は、この幅からエッチング時間に応じ
たエッチングのアンダーカット量を差し引いた値にす
る。
【0018】このような設計に基づいて図7(a)に示
すように、エッチングマスクのパターン化を行い、異方
性エッチングを施す。上記設定の場合、エッチング深さ
が約108μmに達したとき、又はその後のアンダーカ
ットを考慮して5のマスク幅を狭めにした場合、108
μmより前に狭いV溝が完全にV形状化する(図7
(b))。この段階では、エッチングが比較的浅いため
大部分が正常であり、エッチングの歩留りが問題となる
ことは殆どない。
すように、エッチングマスクのパターン化を行い、異方
性エッチングを施す。上記設定の場合、エッチング深さ
が約108μmに達したとき、又はその後のアンダーカ
ットを考慮して5のマスク幅を狭めにした場合、108
μmより前に狭いV溝が完全にV形状化する(図7
(b))。この段階では、エッチングが比較的浅いため
大部分が正常であり、エッチングの歩留りが問題となる
ことは殆どない。
【0019】前述した異常エッチングは、経験的にエッ
チング深さが200μm前後のときに確認されることが
多いため、図7(b)の時点かこの後の早い時点で異常
エッチングの種となる部分が発生していると考えられ
る。この後、広いV溝が少なくとも350μm以上の深
さとなるまでエッチングを行うが、エッチングが深いた
め異常エッチングの発生割合も高くなり、図7(c)の
ように異常エッチング部4′を持つものが多くなる。
チング深さが200μm前後のときに確認されることが
多いため、図7(b)の時点かこの後の早い時点で異常
エッチングの種となる部分が発生していると考えられ
る。この後、広いV溝が少なくとも350μm以上の深
さとなるまでエッチングを行うが、エッチングが深いた
め異常エッチングの発生割合も高くなり、図7(c)の
ように異常エッチング部4′を持つものが多くなる。
【0020】また、狭いV溝5も長時間エッチング液に
晒される結果、異常エッチングを伴うものが多くなる。
本発明者らの実験結果では、10枚以上のSiウェハを
同時エッチングする試作を10数回行ったが、両方の溝
が正常にエッチング加工される良品率は数%にも満たな
かった。これは、エッチング条件を幾つか変えてみても
同様な結果であり、ウェハ面内,ウェハ間,ロット間の
相関性はあまり無かった。
晒される結果、異常エッチングを伴うものが多くなる。
本発明者らの実験結果では、10枚以上のSiウェハを
同時エッチングする試作を10数回行ったが、両方の溝
が正常にエッチング加工される良品率は数%にも満たな
かった。これは、エッチング条件を幾つか変えてみても
同様な結果であり、ウェハ面内,ウェハ間,ロット間の
相関性はあまり無かった。
【0021】図8は、図7で示した従来例の狭いV溝の
欠陥による歩留まり低下を救済するための改良例であ
る。図8では、(a)(b)及び(c)(d)に示すよ
うに、狭いV溝5と広いV溝3を別個に加工しており、
広いV溝5が正常にも拘らず狭いV溝3に欠陥があるこ
とによる不良を排除できる特徴がある。この場合、エッ
チングマスクを2回形成する必要があるが、狭いV溝5
は、比較的浅いエッチング後2回目のエッチングマスク
2′に保護されるため、長時間エッチング液に晒されて
異常エッチングを発生させることが殆ど無くなる。この
ため、図7の従来例に比し狭い(浅い)V溝5の不良率
を激減でき、全体的な歩留まりは向上できる。
欠陥による歩留まり低下を救済するための改良例であ
る。図8では、(a)(b)及び(c)(d)に示すよ
うに、狭いV溝5と広いV溝3を別個に加工しており、
広いV溝5が正常にも拘らず狭いV溝3に欠陥があるこ
とによる不良を排除できる特徴がある。この場合、エッ
チングマスクを2回形成する必要があるが、狭いV溝5
は、比較的浅いエッチング後2回目のエッチングマスク
2′に保護されるため、長時間エッチング液に晒されて
異常エッチングを発生させることが殆ど無くなる。この
ため、図7の従来例に比し狭い(浅い)V溝5の不良率
を激減でき、全体的な歩留まりは向上できる。
【0022】しかしながら、この方法においても広い
(深い)V溝の歩留まりは特に変化しないため、全体的
なエッチングの歩留まりはそれほど大きくなく、比較的
良い場合でも10%程度の良品率であった。しかも、こ
の方法ではそれぞれの溝を別個に加工するためエッチン
グ時間が長くなって工程コストが高くなる他、1回目の
マスクと2回目のマスクとの間のアライメントずれによ
る不良が発生することがある。
(深い)V溝の歩留まりは特に変化しないため、全体的
なエッチングの歩留まりはそれほど大きくなく、比較的
良い場合でも10%程度の良品率であった。しかも、こ
の方法ではそれぞれの溝を別個に加工するためエッチン
グ時間が長くなって工程コストが高くなる他、1回目の
マスクと2回目のマスクとの間のアライメントずれによ
る不良が発生することがある。
【0023】エッチング時間を短くするため、図7の従
来例で(b)の状態になったものに2回目のマスクを設
け、図8の(c)(d)に移行する方法もあるが、アラ
イメントずれの問題は図8の従来例と同じであり、深い
溝3の歩留まりも依然として問題である。いずれにせ
よ、従来の異方性エッチング法においては、300μm
以上となるような深いエッチングが必要な場合、異常エ
ッチングによる工程歩留まりが問題となる。
来例で(b)の状態になったものに2回目のマスクを設
け、図8の(c)(d)に移行する方法もあるが、アラ
イメントずれの問題は図8の従来例と同じであり、深い
溝3の歩留まりも依然として問題である。いずれにせ
よ、従来の異方性エッチング法においては、300μm
以上となるような深いエッチングが必要な場合、異常エ
ッチングによる工程歩留まりが問題となる。
【0024】
【発明が解決しようとする課題】このように従来、単結
晶部品を形成するために異方性エッチングを用いても、
実用的エッチング深さが100μm前後までであり、深
い溝を要するような加工は極めて困難であるという問題
があった。
晶部品を形成するために異方性エッチングを用いても、
実用的エッチング深さが100μm前後までであり、深
い溝を要するような加工は極めて困難であるという問題
があった。
【0025】本発明は、上記事情を考慮してなされたも
ので、その目的とするところは、異方性エッチングで単
結晶基板の深いエッチング、例えばSi単結晶の場合で
300μm以上の深いエッチングを再現性良く、しかも
高い歩留まりで実現することができ、エッチングによる
溝の加工精度の向上をはかり得る単結晶部品の製造方法
を提供することにある。
ので、その目的とするところは、異方性エッチングで単
結晶基板の深いエッチング、例えばSi単結晶の場合で
300μm以上の深いエッチングを再現性良く、しかも
高い歩留まりで実現することができ、エッチングによる
溝の加工精度の向上をはかり得る単結晶部品の製造方法
を提供することにある。
【0026】
(構成)
上記課題を解決するために本発明は、次のような構成を
採用している。
採用している。
【0027】即ち本発明は、単結晶基板の表面部に矩形
状の開口を有する溝を有してなる単結晶部品の製造方法
において、前記基板上に矩形状の開口を有する第1のマ
スクを形成する工程と、第1のマスクを用い前記基板に
対して第1の異方性エッチングを行う工程と、次いで第
1の異方性エッチングにより形成されたエッチングの遅
い結晶面に境界を有し、かつ前記溝の内側が開口部とな
る第2のマスクを形成する工程と、該第2のマスクを用
い前記基板に対して第2の異方性エッチングを行う工程
とを含むことを特徴とする。
状の開口を有する溝を有してなる単結晶部品の製造方法
において、前記基板上に矩形状の開口を有する第1のマ
スクを形成する工程と、第1のマスクを用い前記基板に
対して第1の異方性エッチングを行う工程と、次いで第
1の異方性エッチングにより形成されたエッチングの遅
い結晶面に境界を有し、かつ前記溝の内側が開口部とな
る第2のマスクを形成する工程と、該第2のマスクを用
い前記基板に対して第2の異方性エッチングを行う工程
とを含むことを特徴とする。
【0028】ここで、本発明の望ましい実施態様として
は次のものがあげられる。 (1) 単結晶基板が面方位(100)面のSiであり、第
1のマスク及び第2のマスクが酸化Si又は窒化Siで
あると共に、第2のマスクの境界を設ける結晶面が(1
11)面であること。 (2) 溝として、幅の広い(深い)溝と幅の狭い(浅い)
溝の両方を設けること。 (3) 突起部は、第2の異方性エッチングによるエッチン
グ段差により形成されるものであること。 (作用)本発明の骨子は、深いエッチング加工を行う際
のマスク端をエッチング速度の遅い結晶面に設けること
にある。即ち、マスク端に接する結晶面のエッチング速
度が遅いためマスク端での異常エッチングが起こり難く
なること、また例え異常エッチングが発生しても結晶面
のエッチング速度が遅いため面方向ヘの進行が遅く加工
形状の大幅な変形には至らないということが原理であ
る。このことは、上述した異常エッチングの殆どがマス
クと結晶の界面で起こることを本発明者らの鋭意観測に
より見出した絶果に基づいている。
は次のものがあげられる。 (1) 単結晶基板が面方位(100)面のSiであり、第
1のマスク及び第2のマスクが酸化Si又は窒化Siで
あると共に、第2のマスクの境界を設ける結晶面が(1
11)面であること。 (2) 溝として、幅の広い(深い)溝と幅の狭い(浅い)
溝の両方を設けること。 (3) 突起部は、第2の異方性エッチングによるエッチン
グ段差により形成されるものであること。 (作用)本発明の骨子は、深いエッチング加工を行う際
のマスク端をエッチング速度の遅い結晶面に設けること
にある。即ち、マスク端に接する結晶面のエッチング速
度が遅いためマスク端での異常エッチングが起こり難く
なること、また例え異常エッチングが発生しても結晶面
のエッチング速度が遅いため面方向ヘの進行が遅く加工
形状の大幅な変形には至らないということが原理であ
る。このことは、上述した異常エッチングの殆どがマス
クと結晶の界面で起こることを本発明者らの鋭意観測に
より見出した絶果に基づいている。
【0029】本発明では、エッチング工程を2つ以上の
工程に分けて行う。まず、1回目の異方性エッチングを
所定のエッチング深さより浅く、即ち異常エッチング等
が生じない、又は実質的に問題とならない深さまでに止
め、次に2回目の異方性エッチングを1回目の異方性エ
ッチングで露出したエッチング速度の遅い結晶面にマス
ク境界が位置するようにして行う。また、マスクの耐性
を考慮して、或いは他の工程との組合せ等を考慮して3
回目以降のエッチングを行う場合、上記2回目のエッチ
ングと同様にマスクを形成して行えば良い。
工程に分けて行う。まず、1回目の異方性エッチングを
所定のエッチング深さより浅く、即ち異常エッチング等
が生じない、又は実質的に問題とならない深さまでに止
め、次に2回目の異方性エッチングを1回目の異方性エ
ッチングで露出したエッチング速度の遅い結晶面にマス
ク境界が位置するようにして行う。また、マスクの耐性
を考慮して、或いは他の工程との組合せ等を考慮して3
回目以降のエッチングを行う場合、上記2回目のエッチ
ングと同様にマスクを形成して行えば良い。
【0030】なお、本発明において、異方性エッチング
による加工形状を規定するためと、マスクを設ける分だ
けエッチングの遅い結晶面を露出させるため、ある程度
の深さまでは従来技術と同様な方法でエッチングする必
要があるが、これは従来技術で説明したような異常エッ
チングの発生しない、或いは実質的に問題とならない深
さまでに止めれば良いものである。また、本発明では、
エッチングを2回以上に分けて行うため1回目のエッチ
ングマスクと2回目以降のエッチングマスクとのアライ
メントずれが問題となるように見受けられるが、後述す
るように2回目のマスクは1回目のマスクに対してパタ
ーンが自己整合化する効果を持つためアライメントずれ
の問題がないという特徴も持っている。
による加工形状を規定するためと、マスクを設ける分だ
けエッチングの遅い結晶面を露出させるため、ある程度
の深さまでは従来技術と同様な方法でエッチングする必
要があるが、これは従来技術で説明したような異常エッ
チングの発生しない、或いは実質的に問題とならない深
さまでに止めれば良いものである。また、本発明では、
エッチングを2回以上に分けて行うため1回目のエッチ
ングマスクと2回目以降のエッチングマスクとのアライ
メントずれが問題となるように見受けられるが、後述す
るように2回目のマスクは1回目のマスクに対してパタ
ーンが自己整合化する効果を持つためアライメントずれ
の問題がないという特徴も持っている。
【0031】このようにして本発明によれば、異常エッ
チングの発生によるエッチング加工形状の変形を排除、
若しくは実質的に抑制することが可能であり、深い異方
性エッチングに対して工程歩留まりを大幅に改善するこ
とができる。また、本発明による溝の開口付近に突出し
た突起部は、溝内に樹脂を埋め込む場合にその脱落を防
止する、又は接着剤によるガイドピン等の固定をより確
実にする機能を果たすことになる。
チングの発生によるエッチング加工形状の変形を排除、
若しくは実質的に抑制することが可能であり、深い異方
性エッチングに対して工程歩留まりを大幅に改善するこ
とができる。また、本発明による溝の開口付近に突出し
た突起部は、溝内に樹脂を埋め込む場合にその脱落を防
止する、又は接着剤によるガイドピン等の固定をより確
実にする機能を果たすことになる。
【0032】
【発明の実施の形態】以下、本発明の詳細を図示の実施
形態によって説明する。ここでは、まず基本的な工程手
順を実施形態1として図1を用いて説明し、次に実施形
態2以降で従来例と対比した具体例を示していく。ま
た、実施形態では従来技術と同様に単結晶基板がSiの
場合について示していくが、その他の単結晶基板、例え
ばGeやSiC等の各種半導体基板、Al2 O3 やSi
3 N4 等の各種誘電体基板においても、マスク材料,エ
ッチング種を適宜選定して本発明を適用できることは述
べるまでもないことである。 (実施形態1)図1は、本発明の第1の実施形態に係わ
る単結晶部品の製造方法を示す工程断面図である。図
中、1は表面が(100)面のSi単結晶基板、2は第
1のエッチングマスクである。エッチングマスク2に
は、SiO2 膜やSi3 N4 膜等を用いることができ、
ここではSi基板1の高温酸化処理で得られる熱酸化膜
(SiO2 膜)を例として示す。熱酸化SiO2 は、酸
素ガスや酸素ガスをキャリアとした水蒸気の雰囲気で、
例えば1100℃の熱処理を行えばSi基板の表面元素
と雰囲気中の酸素が化合して形成される。このような手
法で熱酸化膜を形成したSi基板1に所謂フォトリソグ
ラフィーを施して、SiO2 膜上にフォトレジストのパ
ターンを形成する。次に、これをドライエッチングや希
弗酸溶液によるウェットエッチングでSiO2 膜に転写
し、フォトレジストを除去すれば(a)の状態になる。
形態によって説明する。ここでは、まず基本的な工程手
順を実施形態1として図1を用いて説明し、次に実施形
態2以降で従来例と対比した具体例を示していく。ま
た、実施形態では従来技術と同様に単結晶基板がSiの
場合について示していくが、その他の単結晶基板、例え
ばGeやSiC等の各種半導体基板、Al2 O3 やSi
3 N4 等の各種誘電体基板においても、マスク材料,エ
ッチング種を適宜選定して本発明を適用できることは述
べるまでもないことである。 (実施形態1)図1は、本発明の第1の実施形態に係わ
る単結晶部品の製造方法を示す工程断面図である。図
中、1は表面が(100)面のSi単結晶基板、2は第
1のエッチングマスクである。エッチングマスク2に
は、SiO2 膜やSi3 N4 膜等を用いることができ、
ここではSi基板1の高温酸化処理で得られる熱酸化膜
(SiO2 膜)を例として示す。熱酸化SiO2 は、酸
素ガスや酸素ガスをキャリアとした水蒸気の雰囲気で、
例えば1100℃の熱処理を行えばSi基板の表面元素
と雰囲気中の酸素が化合して形成される。このような手
法で熱酸化膜を形成したSi基板1に所謂フォトリソグ
ラフィーを施して、SiO2 膜上にフォトレジストのパ
ターンを形成する。次に、これをドライエッチングや希
弗酸溶液によるウェットエッチングでSiO2 膜に転写
し、フォトレジストを除去すれば(a)の状態になる。
【0033】図1(b)は上記基板に第1の異方性エッ
チングを施した状態である。このエッチングは従来技術
と同様に行えば良く、ヒドラジンやKOH水溶液を用い
て比較的浅いエッチング、例えば深さが70μmとなる
までエッチングする。このときの(111)結晶面(エ
ッチング斜面)は、マスク面に投影したときの幅で約5
0μmとなり、次の工程でマスク境界を位置させるに十
分な幅となる。従来技術の項で説明したように、100
μm程度までの比較浅いエッチングでは異常エッチング
の発生が殆ど問題とならず、当然、ここでの70μmの
エッチングも問題とはならない。仮に、異常エッチング
部4が発生したとしても、この部分4は次の工程におい
て第2のマスク下部に閉じこめられるため、それ以上エ
ッチングが進行できなくなり、実質的に問題とならな
い。
チングを施した状態である。このエッチングは従来技術
と同様に行えば良く、ヒドラジンやKOH水溶液を用い
て比較的浅いエッチング、例えば深さが70μmとなる
までエッチングする。このときの(111)結晶面(エ
ッチング斜面)は、マスク面に投影したときの幅で約5
0μmとなり、次の工程でマスク境界を位置させるに十
分な幅となる。従来技術の項で説明したように、100
μm程度までの比較浅いエッチングでは異常エッチング
の発生が殆ど問題とならず、当然、ここでの70μmの
エッチングも問題とはならない。仮に、異常エッチング
部4が発生したとしても、この部分4は次の工程におい
て第2のマスク下部に閉じこめられるため、それ以上エ
ッチングが進行できなくなり、実質的に問題とならな
い。
【0034】次に、深いエッチングを行うための第2の
マスク2′を形成する。このとき、第1のマスク2は残
したままでも良いが、第1の異方性エッチングでのマス
ク下部アンダーカットにより第1のマスク2のひさしが
形成されており、次のフォトリソグラフィーを行う際に
邪魔になることがある。そこで、第1のマスク2を弗酸
溶液などで除去しておき、第1のマスク2と同様にSi
基板の熱酸化処理を行って第2のマスク2′としてのS
iO2 膜を形成する。
マスク2′を形成する。このとき、第1のマスク2は残
したままでも良いが、第1の異方性エッチングでのマス
ク下部アンダーカットにより第1のマスク2のひさしが
形成されており、次のフォトリソグラフィーを行う際に
邪魔になることがある。そこで、第1のマスク2を弗酸
溶液などで除去しておき、第1のマスク2と同様にSi
基板の熱酸化処理を行って第2のマスク2′としてのS
iO2 膜を形成する。
【0035】その後、フォトリソグラフィーを行つてマ
スクのパターン化を行うが、ここでのパターンは図1
(c)に示すように第1の異方性エッチングで形成した
エッチング斜面にパターン開口部の境界が位置するよう
に形成する。このためマスクとしては、第1のマスクに
対する開口部境界が所定量狭くなるように設定し、例え
ば開口幅で40μm、即ち第1の異方性エッチングパタ
ーンに対する第2のマスクの迫り出し量が各辺20μm
となるようにする。
スクのパターン化を行うが、ここでのパターンは図1
(c)に示すように第1の異方性エッチングで形成した
エッチング斜面にパターン開口部の境界が位置するよう
に形成する。このためマスクとしては、第1のマスクに
対する開口部境界が所定量狭くなるように設定し、例え
ば開口幅で40μm、即ち第1の異方性エッチングパタ
ーンに対する第2のマスクの迫り出し量が各辺20μm
となるようにする。
【0036】このとき、マスクパタ一ンの端部は表面か
ら約30μm程度のギャップがあり、使用するマスクア
ライナ(フォトレジスト露光機)の性能によつてはパタ
ーン形成精度の低下が生じる。しかしながら、その値は
通常のマスクアライナでおよそ数μmであり、ここで設
定した20μmを越えることはあまりない。仮に、20
μmを越えるとしても、上述したようにエッチングの斜
面幅がマスク面投影値で50μmあるため、マスク迫り
出し量を最大50μmまで設定することができる。
ら約30μm程度のギャップがあり、使用するマスクア
ライナ(フォトレジスト露光機)の性能によつてはパタ
ーン形成精度の低下が生じる。しかしながら、その値は
通常のマスクアライナでおよそ数μmであり、ここで設
定した20μmを越えることはあまりない。仮に、20
μmを越えるとしても、上述したようにエッチングの斜
面幅がマスク面投影値で50μmあるため、マスク迫り
出し量を最大50μmまで設定することができる。
【0037】次に、第2の異方性エッチング、即ち深い
エッチングを行い、溝加工の終了となる(図1
(d))。この深いエッチングでは、マスクの構造以外
は用いるマスク材料やエッチング液等は通常の異方性エ
ッチングと同じでよく、マスクのエッチング選択性で決
まるマスク耐久時間内であればいくらでも深くエッチン
グすることができる。このエッチングにおいては、マス
ク下部のアンダーカットエッチングが(100)面にマ
スクを設けた通常のエッチングと同様に生じるが、その
後退量は通常の(100)面にマスクを設ける場合に比
して少なく、約80%程度の値となる。しかも、アンダ
ーカットの進む方向は最初に形成した(111)面に沿
う方向であり、マスク2′下部のアンダーカットでV溝
形状のパターン幅が変動することはない。
エッチングを行い、溝加工の終了となる(図1
(d))。この深いエッチングでは、マスクの構造以外
は用いるマスク材料やエッチング液等は通常の異方性エ
ッチングと同じでよく、マスクのエッチング選択性で決
まるマスク耐久時間内であればいくらでも深くエッチン
グすることができる。このエッチングにおいては、マス
ク下部のアンダーカットエッチングが(100)面にマ
スクを設けた通常のエッチングと同様に生じるが、その
後退量は通常の(100)面にマスクを設ける場合に比
して少なく、約80%程度の値となる。しかも、アンダ
ーカットの進む方向は最初に形成した(111)面に沿
う方向であり、マスク2′下部のアンダーカットでV溝
形状のパターン幅が変動することはない。
【0038】このことは、第1の異方性エッチングのパ
ターンに対する第2のマスクのパターンが多少ずれてい
ても、第2のマスクのアンダーカット領域の位置はずれ
るもののV溝形状の実効的パターン幅やパターン位置は
変動しないことを意味している。即ち、V溝のパターン
幅等は第1の異方性エッチングにおいて決定され、第2
のマスクは異常エッチングを抑制して深いエッチングを
可能にするが、パターン的には第1のマスク(パター
ン)に自己整合して自らはパターン決定を行わない受動
的なマスクとなることを意味する。
ターンに対する第2のマスクのパターンが多少ずれてい
ても、第2のマスクのアンダーカット領域の位置はずれ
るもののV溝形状の実効的パターン幅やパターン位置は
変動しないことを意味している。即ち、V溝のパターン
幅等は第1の異方性エッチングにおいて決定され、第2
のマスクは異常エッチングを抑制して深いエッチングを
可能にするが、パターン的には第1のマスク(パター
ン)に自己整合して自らはパターン決定を行わない受動
的なマスクとなることを意味する。
【0039】第2のマスク2′のパターン条件として
は、その境界が第1の異方性エッチングで形成されたエ
ッチング速度の遅い面(図1(c)の場合は(111)
斜面)内にあることである。また、図1(d)で、マス
クの端部近傍でマスクが接する結晶面は(111)面で
あり、アンダーカットにより形成される結晶面(即ち、
V溝の斜面とマスク下部からV溝斜面を繋ぐアンダーカ
ットの端面)も、全て(111)面、結晶学的に正確な
表現では(111)等価面となるため、多少のエッチン
グ欠陥が生じてもこれらの相対的形状が大幅に崩れるこ
とはない。このため、第2の異方性エッチングにおける
V溝形状の変動要因は、V溝斜面のエッチングだけとな
り、Siの(111)結晶面のエッチング速度を詳細に
割り出すことで、V溝加工の設計,制御が精密に行える
ようになる。
は、その境界が第1の異方性エッチングで形成されたエ
ッチング速度の遅い面(図1(c)の場合は(111)
斜面)内にあることである。また、図1(d)で、マス
クの端部近傍でマスクが接する結晶面は(111)面で
あり、アンダーカットにより形成される結晶面(即ち、
V溝の斜面とマスク下部からV溝斜面を繋ぐアンダーカ
ットの端面)も、全て(111)面、結晶学的に正確な
表現では(111)等価面となるため、多少のエッチン
グ欠陥が生じてもこれらの相対的形状が大幅に崩れるこ
とはない。このため、第2の異方性エッチングにおける
V溝形状の変動要因は、V溝斜面のエッチングだけとな
り、Siの(111)結晶面のエッチング速度を詳細に
割り出すことで、V溝加工の設計,制御が精密に行える
ようになる。
【0040】以上のようにして、単結晶基板の異方性エ
ッチングを実施することができ、この方法を適用した例
として従来技術の項で示した直径700μmのガイトピ
ンを保持する溝の場合、図1(d)のマスクの無い部分
のV溝斜面を表面まで延長したときの幅が857μmと
なるように第1及び第2のマスクを設定し、第1の異方
性エッチングを70μm、第2の異方性エッチングを4
50μmの深さまで施せば良い。本発明者らの試作結果
では、本発明を適用して10枚のウェハを一度に処理す
る試作を5回繰り返し、良品率がそれそれ95%以上と
いう非常に優れた結果が得られた。しかも、不良となっ
たものの殆どはレジスト、或いはSiO2 マスクにパタ
ーン欠陥があったものであり、これらパターン不良を除
くとエッチング歩留まりは殆ど100%に近い結果とな
った。
ッチングを実施することができ、この方法を適用した例
として従来技術の項で示した直径700μmのガイトピ
ンを保持する溝の場合、図1(d)のマスクの無い部分
のV溝斜面を表面まで延長したときの幅が857μmと
なるように第1及び第2のマスクを設定し、第1の異方
性エッチングを70μm、第2の異方性エッチングを4
50μmの深さまで施せば良い。本発明者らの試作結果
では、本発明を適用して10枚のウェハを一度に処理す
る試作を5回繰り返し、良品率がそれそれ95%以上と
いう非常に優れた結果が得られた。しかも、不良となっ
たものの殆どはレジスト、或いはSiO2 マスクにパタ
ーン欠陥があったものであり、これらパターン不良を除
くとエッチング歩留まりは殆ど100%に近い結果とな
った。
【0041】なお、この試作では、溝の深さがV形状の
頂点(深さで約606μm)まで達していないため、エ
ッチング断面形状は逆台形状となつている。このため、
表面からの観測ではV形状の測定が正確に行い難く、こ
こではウェハを割った断面の観測で形状評価した。その
結果、V溝斜面を表面まで延長したときの幅、又は特定
の深さを設定したときの斜面間の幅のばらつきは2〜3
μm程度であり、パターンの元になるガラスマスク精
度、フォトリソグラフィーのパターン形成精度、溝幅の
測定精度等を考慮すると、エッチング精度は1μm程度
であると考えられる。
頂点(深さで約606μm)まで達していないため、エ
ッチング断面形状は逆台形状となつている。このため、
表面からの観測ではV形状の測定が正確に行い難く、こ
こではウェハを割った断面の観測で形状評価した。その
結果、V溝斜面を表面まで延長したときの幅、又は特定
の深さを設定したときの斜面間の幅のばらつきは2〜3
μm程度であり、パターンの元になるガラスマスク精
度、フォトリソグラフィーのパターン形成精度、溝幅の
測定精度等を考慮すると、エッチング精度は1μm程度
であると考えられる。
【0042】このように、本発明の異方性エッチングで
は300μm以上の深いエッチングを行うような場合に
おいて、従来技術に比し加工歩留まりや加工精度の大幅
な改善が得られるという効果を奏する。
は300μm以上の深いエッチングを行うような場合に
おいて、従来技術に比し加工歩留まりや加工精度の大幅
な改善が得られるという効果を奏する。
【0043】また、第2のマスク2′で覆われた溝3の
上部は第2の異方性エッチングではエッチングされずに
残り一種の突起部となるが、この突起部が存在すること
により次のような利点もある。即ち、溝内にイオンを検
出するための高分子樹脂等を埋め込むイオンセンサにお
いては、上記突起部が高分子樹脂の脱落を防止する機能
を果たす。また、溝内にガイドピンを挿入して接着剤に
より固定する場合、上記突起部の存在によって接着をよ
り確実にすることができる。 (実施形態2)図2は、本発明の第2の実施形態を示す
断面構成図であり、前記図6に示したような直径125
μmの光ファイバを保持する溝と、直径700μmのガ
イドピンを保持する溝を同一基板に作製する例に本発明
を適用した実施形態である。図2(a)において、1は
表面が(100)面のSi単結晶基板、2は熱酸化Si
O2 マスク(第1のマスク)、3はガイドピン保持溝、
5は光ファイバ保持溝である。
上部は第2の異方性エッチングではエッチングされずに
残り一種の突起部となるが、この突起部が存在すること
により次のような利点もある。即ち、溝内にイオンを検
出するための高分子樹脂等を埋め込むイオンセンサにお
いては、上記突起部が高分子樹脂の脱落を防止する機能
を果たす。また、溝内にガイドピンを挿入して接着剤に
より固定する場合、上記突起部の存在によって接着をよ
り確実にすることができる。 (実施形態2)図2は、本発明の第2の実施形態を示す
断面構成図であり、前記図6に示したような直径125
μmの光ファイバを保持する溝と、直径700μmのガ
イドピンを保持する溝を同一基板に作製する例に本発明
を適用した実施形態である。図2(a)において、1は
表面が(100)面のSi単結晶基板、2は熱酸化Si
O2 マスク(第1のマスク)、3はガイドピン保持溝、
5は光ファイバ保持溝である。
【0044】まず、第1の実施形態と同様に第1のマス
ク2を形成した(図2(a))後、第1の異方性エッチ
ングを施す(図2(b))。このとき、エッチング深さ
が108μm以上であれば図のように光ファイバ保持溝
5は完全にV化するが、光ファイバ半径が62.5μm
であるため、エッチング深さは70μm以上あれば完全
にV化するまでエッチングする必要はない。この深さ
は、異常エッチングの発生状況等で決定すればよい。
ク2を形成した(図2(a))後、第1の異方性エッチ
ングを施す(図2(b))。このとき、エッチング深さ
が108μm以上であれば図のように光ファイバ保持溝
5は完全にV化するが、光ファイバ半径が62.5μm
であるため、エッチング深さは70μm以上あれば完全
にV化するまでエッチングする必要はない。この深さ
は、異常エッチングの発生状況等で決定すればよい。
【0045】次に、第2のマスク2′を形成するが、こ
のとき第1の実施形態と同様に、ガイドピン保持溝3に
対しては第1の異方性エッチングで形成したエッチング
斜面にパターン開口部の境界が位置するように形成す
る。さらに、光ファイバ保持溝5は第2の異方性エッチ
ングを行う必要が無いため、マスク2′から露出させず
にそのままの形状を保つようにする(図2(c))。最
後に、第2の異方性エッチングを施し、エッチング加工
が完了する(図2(d))。このとき、図のようにガイ
トピン保持溝3が完全にV化するためには約600μm
の深さが必要であるが、前述のようにガイドピン半径の
350μm以上の深さであれば良く、基板の強度等も考
慮して浅いエッチングの方が良いため400μm程度の
深さがあればよい。
のとき第1の実施形態と同様に、ガイドピン保持溝3に
対しては第1の異方性エッチングで形成したエッチング
斜面にパターン開口部の境界が位置するように形成す
る。さらに、光ファイバ保持溝5は第2の異方性エッチ
ングを行う必要が無いため、マスク2′から露出させず
にそのままの形状を保つようにする(図2(c))。最
後に、第2の異方性エッチングを施し、エッチング加工
が完了する(図2(d))。このとき、図のようにガイ
トピン保持溝3が完全にV化するためには約600μm
の深さが必要であるが、前述のようにガイドピン半径の
350μm以上の深さであれば良く、基板の強度等も考
慮して浅いエッチングの方が良いため400μm程度の
深さがあればよい。
【0046】このようにして作製した光実装部品(基
板)は、第1の実施形態で示したように深い溝の精度,
歩留まりが高く、従来技術で問題であった歩留まり問題
を殆ど解消することができる。
板)は、第1の実施形態で示したように深い溝の精度,
歩留まりが高く、従来技術で問題であった歩留まり問題
を殆ど解消することができる。
【0047】ここで、図1及び図2では示していない
が、本発明を適用したガイドピン保持溝の場合等、第2
のマスクの迫り出し量が極端に大きい場合、保持する対
象物とV溝の接触部に第2のマスクの境界部が達してし
まうことがある。その相対関係の具体例を図3を用いて
説明する。
が、本発明を適用したガイドピン保持溝の場合等、第2
のマスクの迫り出し量が極端に大きい場合、保持する対
象物とV溝の接触部に第2のマスクの境界部が達してし
まうことがある。その相対関係の具体例を図3を用いて
説明する。
【0048】図3は、エッチング加工が終了したガイド
ピン保持溝に実際にガイドピンを装着した構成断面図で
ある。図3で、1はSi基板、2′は第2のマスク、6
はガイドピンであり、W0はV溝の実効的な開口幅、S
0はV溝の実効開口端からガイドピン端の距離、S1は
実際のV溝開口端からガイドピン端の距離、S2は第2
のマスクの迫り出し量である。S0とS1の差は、第2
の異方性エッチングでの(111)面エッチングによっ
て生じた段差を表面に投影した距離であり、例えば、K
OH水溶液によるエッチングで第2の異方性エッチング
を300μm行った場合、おおよそ10μm程度の値に
なる。
ピン保持溝に実際にガイドピンを装着した構成断面図で
ある。図3で、1はSi基板、2′は第2のマスク、6
はガイドピンであり、W0はV溝の実効的な開口幅、S
0はV溝の実効開口端からガイドピン端の距離、S1は
実際のV溝開口端からガイドピン端の距離、S2は第2
のマスクの迫り出し量である。S0とS1の差は、第2
の異方性エッチングでの(111)面エッチングによっ
て生じた段差を表面に投影した距離であり、例えば、K
OH水溶液によるエッチングで第2の異方性エッチング
を300μm行った場合、おおよそ10μm程度の値に
なる。
【0049】また、直径700μmのガイドピンの中心
がSi基板の表面と同じ高さになるように設定した場
合、S0は約79μmであり、S0とS1の差が10μ
mとすると、S1は約69μmとなる。図から分かるよ
うに、第2のマスク2′の迫り出し量S2はS1以下で
あれば良く、この場合S2を65μm以内に止めておけ
ば、何ら問題は無い。第1の実施形態で示したように、
第2のマスク2′の迫り出し量S2は20μm程度あれ
ば良く、本発明の適用は十分可能である。
がSi基板の表面と同じ高さになるように設定した場
合、S0は約79μmであり、S0とS1の差が10μ
mとすると、S1は約69μmとなる。図から分かるよ
うに、第2のマスク2′の迫り出し量S2はS1以下で
あれば良く、この場合S2を65μm以内に止めておけ
ば、何ら問題は無い。第1の実施形態で示したように、
第2のマスク2′の迫り出し量S2は20μm程度あれ
ば良く、本発明の適用は十分可能である。
【0050】なお、本発明は上述した各実施形態に限定
されるものではない。実施形態ではSi基板を用いた
が、これに限らず単結晶基板であれば用いることがで
き、例えばGeやSiC等の半導体基板、Al2 O3 や
Si3 N4 等の誘電体基板を用いることも可能である。
さらに、エッチング溶液は用いる基板に応じて適宜変更
可能である。また、エッチング方法は必ずしもウェット
エッチングに限るものではなく、異方性エッチングが可
能であればドライエッチングでもよい。その他、本発明
の要旨を逸脱しない範囲で、種々変形して実施すること
ができる。
されるものではない。実施形態ではSi基板を用いた
が、これに限らず単結晶基板であれば用いることがで
き、例えばGeやSiC等の半導体基板、Al2 O3 や
Si3 N4 等の誘電体基板を用いることも可能である。
さらに、エッチング溶液は用いる基板に応じて適宜変更
可能である。また、エッチング方法は必ずしもウェット
エッチングに限るものではなく、異方性エッチングが可
能であればドライエッチングでもよい。その他、本発明
の要旨を逸脱しない範囲で、種々変形して実施すること
ができる。
【0051】
【発明の効果】以上説明してきたように本発明は、単結
晶基板に異方性エッチングを行って機械加工などを行う
場合において、比較的深い異方性エッチングを高精度に
かつ歩留まり良く行える特徴がある。これにより本発明
は、光実装部品等の加工に適用する場合の加工範囲を大
幅に拡大すると共に、高精度で低コストの機械加工部品
を大量生産できるため、光デバイスの低コスト化や量産
化等を可能にする効果を奏する。
晶基板に異方性エッチングを行って機械加工などを行う
場合において、比較的深い異方性エッチングを高精度に
かつ歩留まり良く行える特徴がある。これにより本発明
は、光実装部品等の加工に適用する場合の加工範囲を大
幅に拡大すると共に、高精度で低コストの機械加工部品
を大量生産できるため、光デバイスの低コスト化や量産
化等を可能にする効果を奏する。
【図1】本発明の第1の実施形態に係わる単結晶部品の
製造工程を示す断面図。
製造工程を示す断面図。
【図2】本発明の第2の実施形態に係わる単結晶部品の
製造工程を示す断面図。
製造工程を示す断面図。
【図3】本発明に係わる単結晶部品を用いた光実装部品
の装着状態を示す断面図。
の装着状態を示す断面図。
【図4】従来の異方性エッチング法による加工例を示す
工程断面図。
工程断面図。
【図5】従来技術の問題点を説明するための上面図と断
面図。
面図。
【図6】異方性エッチングを用いた光実装部品の例を示
す斜視図。
す斜視図。
【図7】従来技術で2つの溝を同時にエッチングする例
を示す工程断面図。
を示す工程断面図。
【図8】従来技術で2つの溝を同時にエッチングする別
の例を示す工程断面図。
の例を示す工程断面図。
1…Si単結晶基板
2,2′…エッチングマスク
3…エッチング加工部(浅い溝)
4,4′…異常エッチング部
5…エッチング加工部(深い溝)
6…ガイドピン
7…光部品実装用電極
Claims (4)
- 【請求項1】単結晶基板の表面部に矩形状の開口を有す
る溝を有してなる単結晶部品の製造方法において、 前記基板上に矩形状の開口を有する第1のマスクを形成
する工程と、第1のマスクを用い前記基板に対して第1
の異方性エッチングを行う工程と、次いで第1の異方性
エッチングにより形成されたエッチングの遅い結晶面に
境界を有し、かつ前記溝の内側が開口部となる第2のマ
スクを形成する工程と、該第2のマスクを用い前記基板
に対して第2の異方性エッチングを行う工程とを含むこ
とを特徴とする単結晶部品の製造方法。 - 【請求項2】前記単結晶基板は面方位が(100)面の
Siであり、第1のマスク及び第2のマスクは酸化Si
又は窒化Siであり、第2のマスクの境界を設ける結晶
面は(111)面であることを特徴とする請求項1記載
の単結晶部品の製造方法。 - 【請求項3】前記溝として、幅の広い溝と幅の狭い溝の
両方を設けることを特徴とする請求項1記載の単結晶部
品の製造方法。 - 【請求項4】前記第2の異方性エッチングを行うことに
よって、前記溝の内側方向に突出する突起部を設けるこ
とを特徴とする請求項1記載の単結晶部品の製造方法。
Priority Applications (4)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP22826596A JP3417767B2 (ja) | 1996-08-29 | 1996-08-29 | 単結晶部品の製造方法 |
US08/917,892 US5980119A (en) | 1996-08-29 | 1997-08-27 | Single-crystal component to be applied to optical module and its fabrication method |
DE69708235T DE69708235T2 (de) | 1996-08-29 | 1997-08-29 | Optisches Einkristallmodul |
EP97306665A EP0826886B1 (en) | 1996-08-29 | 1997-08-29 | Single crystal optical module |
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Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
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Publication Number | Publication Date |
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ID=16873771
Family Applications (1)
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---|---|---|---|
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---|---|
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EP (1) | EP0826886B1 (ja) |
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US6208787B1 (en) * | 1999-04-01 | 2001-03-27 | The Hong Kong Polytechnic University | Microlens and long period gratings |
FR2823859B1 (fr) * | 2001-04-19 | 2003-08-29 | Teem Photonics | Support de positionnement et de maintien de fibres optiques et son procede de realisation |
US20040067027A1 (en) * | 2002-10-04 | 2004-04-08 | Plotts Alan Edward | Optical device having an integral array interface |
JP4947887B2 (ja) * | 2004-09-24 | 2012-06-06 | 富士通株式会社 | 半導体製品の製造工程における処理評価方法および装置 |
US8048789B2 (en) * | 2005-04-26 | 2011-11-01 | Northwestern University | Mesoscale pyramids, arrays and methods of preparation |
US7999353B1 (en) * | 2005-04-26 | 2011-08-16 | Northwestern University | Mesoscale pyramids, hole arrays and methods of preparation |
US9277792B2 (en) | 2010-08-24 | 2016-03-08 | Board Of Trustees Of Michigan State University | Multicolored single crystal diamond gemstones and methods for forming the same |
US9166002B2 (en) | 2010-09-02 | 2015-10-20 | Board Of Trustees Of Michigan State University | N-doped single crystal diamond substrates and methods therefor |
US11215762B2 (en) * | 2018-08-15 | 2022-01-04 | Advanced Semiconductor Engineering, Inc. | Optical device package and method for manufacturing the same |
US11500160B2 (en) * | 2020-05-29 | 2022-11-15 | Corning Research & Development Corporation | Multicore optical fiber fan-out assemblies and apparatuses |
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Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US4394196A (en) * | 1980-07-16 | 1983-07-19 | Tokyo Shibaura Denki Kabushiki Kaisha | Method of etching, refilling and etching dielectric grooves for isolating micron size device regions |
US4472240A (en) * | 1981-08-21 | 1984-09-18 | Tokyo Shibaura Denki Kabushiki Kaisha | Method for manufacturing semiconductor device |
US4821997A (en) * | 1986-09-24 | 1989-04-18 | The Board Of Trustees Of The Leland Stanford Junior University | Integrated, microminiature electric-to-fluidic valve and pressure/flow regulator |
US4897711A (en) * | 1988-03-03 | 1990-01-30 | American Telephone And Telegraph Company | Subassembly for optoelectronic devices |
GB9106183D0 (en) * | 1991-03-22 | 1991-05-08 | Bicc Plc | Optical guide connection |
JPH06204566A (ja) * | 1992-10-14 | 1994-07-22 | Fujitsu Ltd | 光ファイバ・光素子結合用パッケージ及び光ファイバ・光素子モジュール |
US5412748A (en) * | 1992-12-04 | 1995-05-02 | Kabushiki Kaisha Toshiba | Optical semiconductor module |
US5535296A (en) * | 1994-09-28 | 1996-07-09 | Optobahn Corporation | Integrated optoelectronic coupling and connector |
JPH09178962A (ja) * | 1995-12-27 | 1997-07-11 | Mitsubishi Gas Chem Co Inc | 光ファイバアレイおよびその製造法 |
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1996
- 1996-08-29 JP JP22826596A patent/JP3417767B2/ja not_active Expired - Fee Related
-
1997
- 1997-08-27 US US08/917,892 patent/US5980119A/en not_active Expired - Fee Related
- 1997-08-29 DE DE69708235T patent/DE69708235T2/de not_active Expired - Fee Related
- 1997-08-29 EP EP97306665A patent/EP0826886B1/en not_active Expired - Lifetime
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---|---|
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DE69708235D1 (de) | 2001-12-20 |
EP0826886A1 (en) | 1998-03-04 |
EP0826886B1 (en) | 2001-11-14 |
JPH1074728A (ja) | 1998-03-17 |
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