JP3417767B2

JP3417767B2 - 単結晶部品の製造方法

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Publication number: JP3417767B2
Application number: JP22826596A
Authority: JP
Inventors: 英人古山
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1996-08-29
Filing date: 1996-08-29
Publication date: 2003-06-16
Anticipated expiration: 2016-08-29
Also published as: DE69708235T2; DE69708235D1; EP0826886A1; EP0826886B1; JPH1074728A; US5980119A

Description

【発明の詳細な説明】

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【００２６】

【課題を解決するための手段】

（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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【図面の簡単な説明】

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【符号の説明】

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

(57)【特許請求の範囲】

【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。