JP2005040885A - 中空構造体の製造方法、ｍｅｍｓ素子の製造方法及び電子線マスクの製造方法 - Google Patents
中空構造体の製造方法、ｍｅｍｓ素子の製造方法及び電子線マスクの製造方法 Download PDFInfo
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Abstract
【課題】犠牲層に金属膜を用い、且つ、構造体を構成する薄膜材料、及び犠牲層のエッチング液を最適に組み合わせて、容易且つ安価に製造し得る中空構造体の製造方法、ＭＥＭＳ素子の製造方法及び電子線マスクの製造方法を提供するものである。
【解決手段】本発明に係る中空構造体の製造方法は、基板１上の中空部分を形成すべき位置に、第１の金属材料よりなる犠牲層７を形成する工程と、犠牲層７上に第２の金属材料よりなる薄膜９を形成する工程と、第２の金属材料にダメージを与えないエッチング液により犠牲層７をエッチング除去して中空部１４を形成する工程を有する。
【選択図】 図２
【解決手段】本発明に係る中空構造体の製造方法は、基板１上の中空部分を形成すべき位置に、第１の金属材料よりなる犠牲層７を形成する工程と、犠牲層７上に第２の金属材料よりなる薄膜９を形成する工程と、第２の金属材料にダメージを与えないエッチング液により犠牲層７をエッチング除去して中空部１４を形成する工程を有する。
【選択図】 図２
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、薄膜状の片持ち梁や両持ち梁、あるいは周辺が支持された薄膜等の直下を中空化した、いわゆる中空構造体の製造方法、特に犠牲層を用いて製造される中空構造体の製造方法に関する。さらにこの製法を利用したＭＥＭＳ素子の製造方法及び電子線マスクの製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、半導体デバイスの製造技術を用いて、可動機構を有する微小機械（いわゆるＭｉｃｒｏ Ｅｌｅｃｔｒｏ Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ Ｓｙｓｔｅｍ）素子やマスクパターンとなる開口部のある電子線マスクを製造する技術が検討されている。
このＭＥＭＳ素子や電子線マスクなどの中空ビーム構造や開口部のある構造（即ち、中空マスク構造）を作製するのは、以下に示すような典型的な製造方法が用いられている。
第１の製造方法は、犠牲層としてシリコン酸化（ＳｉＯ２）膜を形成し、その上に構造体となるシリコン（Ｓｉ）や窒化シリコン（ＳｉＮ）、ＳｉＣなどの薄膜を成膜した上で、犠牲層であるシリコン酸化（ＳｉＯ２）膜をフッ酸などのエッチング可能な水溶液で除去する製造方法である。
第２の製造方法は、犠牲層としてポリシリコンやアモルファスシリコン、結晶シリコン膜を形成、またはＳｉ基板そのものを用い、その上に構造体となるＳｉＮ，ＳｉＣなどの薄膜や導電体としてＡｌ等の金属膜を成膜した上で、ＸｅＦ２ガスにより犠牲層であるＳｉをエッチングして製造する方法である。
第３の製造方法としては、犠牲層としてレジストなどの有機膜を形成し、その上に構造体となるＳｉ，ＳｉＮ，ＳｉＣなどの薄膜や導電体としてＡｌ等の金属膜を成膜した上で、犠牲層を反応性イオンエッチング（ＲＩＥ）やＯ２などのプラズマを用いたアッシング処理により除去して製造する方法である。
【０００３】
ＭＥＭＳ素子に関する構成の例は、例えば非特許文献１に示されている。
【０００４】
【非特許文献１】
Ｃ．Ｔ．−Ｎｇｕｙｅｎ，″Ｍｉｃｒｏｍｅｃｈａｎｉｃａｌ ｃｏｍｐｏｎｅｎｔｓ ｆｏｒ ｍｉｎｉａｔｕｒｉｚｅｄ ｌｏｗ−ｐｏｗｅｒ ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｓ（ｉｎｖｉｔｅｄ ｐｌｅｎａｒｙ），″ｐｒｏｃｅｅｄｉｎｇＳ１９９９ ＩＥＥＥ ＭＴＴ−Ｓ Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ Ｍｉｃｒｏｗａｖｅ Ｓｙｍｐｏｓｉｕｍ ＲＦ ＭＥＭＳ Ｗｏｒｋｓｈｏｐ，
Ｊｕｎｅ，１８，１９９９，ｐｐ．４８−７７．
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述した第１の製造方法では、犠牲層をフッ化水素成分を含有する水溶液でエッチング除去するために、構造体としてフッ化水素成分により腐食されない材料を用いる必要がある。このため、導電性を有するアルミニウム（Ａｌ）などの金属を構造体に用いたり、構造体上部の電極や導電膜に用いることが不可能であった。
第２の製造方法では、エッチング除去に原料が高価なＸｅＦ２ガスを用いるために、安価にデバイスを製造することが不可能であった。
第３の製造方法では、レジストなどの有機薄膜が加熱により損傷するため、低温で構造体や導電膜を成膜する必要があり、構造体や導電膜の材料選択の制約が大きくなってしまう。
【０００６】
本発明は、上述の点に鑑み、犠牲層に金属膜を用い、且つ、構造体を構成する薄膜材料、及び犠牲層のエッチング液を最適に組み合わせて、容易且つ安価に製造し得る中空構造体の製造方法、ＭＥＭＳ素子の製造方法及び電子線マスクの製造方法を提供するものである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明に係る中空構造体の製造方法は、基板上の中空部分を形成すべき位置に、第１の金属材料よりなる犠牲層を形成する工程と、犠牲層上に第２の金属材料よりなる薄膜を形成する工程と、第２の金属材料にダメージを与えないエッチング液により犠牲層をエッチング除去して中空部を形成する工程を有する。
【０００８】
本発明に係るＭＥＭＳ素子の製造方法は、基板上の中空部分を形成すべき位置に、第１の金属材料よりなる犠牲層を形成する工程と、犠牲層上に第２の金属材料よりなるビームを形成する工程と、第２の金属材料にダメージを与えないエッチング液により犠牲層をエッチング除去して中空部を形成する工程を有する。
【０００９】
本発明に係る電子線マスクの製造方法は、基板上の中空部分を形成すべき位置に、第１の金属材料よりなる犠牲層を形成する工程と、犠牲層上に第２の金属材料よりなるマスク本体となる薄膜を形成する工程と、薄膜のマスク領域に対応する前記基板の部分を、前記犠牲層まで開口する工程と、薄膜にマスクパターンを形成する工程と、第２の金属材料にダメージを与えないエッチング液により犠牲層をエッチング除去して中空部を形成する工程を有する。
【００１０】
上記薄膜、ビームの第２の金属材料と、犠牲層の第１の金属材料と、犠牲層のエッチング液との最適な組み合わせは次の通りである。
第１の組み合わせは、薄膜、ビームの第２の金属材料をＡｌまたはＣｒまたはＦｅとし、犠牲層の第１の金属材料をＷまたはＺｎまたはＣｕとし、犠牲層のエッチング液を濃硝酸または熱濃硫酸とすることができる。
第２の組み合わせは、薄膜、ビームの第２の金属材料をＡｌとし、犠牲層の第１の金属材料をＷまたはＺｎとし、犠牲層のエッチング液をフッ素含有の酸とすえることができる。
第３の組み合わせは薄膜、ビームの第２の金属材料をＴｉとし、犠牲層の第１の金属材料をＡｌまたはＺｎとし、犠牲層のエッチング液を塩酸または希硝酸とすることができる。
第４の組み合わせは、薄膜、ビームの第２の金属材料をＴｉとし、犠牲層の第１の金属材料をＣｕまたはＺｎとし、犠牲層のエッチング液を硝酸または熱硫酸とすることができる。
第５の組み合わせは、薄膜、ビームの第２の金属材料をＴｉまたはＣｕとし、犠牲層の第１の金属材料をＷとし、犠牲層のエッチング液を酸化性アルカリ溶液とすることができる。
第６の組み合わせは、薄膜、ビームの第２の金属材料をＣｕとし、犠牲層の第１の金属材料をＡｌまたはＺｎとし、犠牲層のエッチング液をフッ酸又は塩酸とすることができる。
第７の組み合わせは、薄膜、ビームの第２の金属材料をＴａとし、犠牲層の第１の金属材料をＡｌまたはＺｎとし、犠牲層のエッチング液を熱濃硫酸と硝酸とフッ酸とを除くそれ以外の酸とすることができる。
【００１１】
本発明に係る中空構造体の製造方法においては、犠牲層に第１の金属材料を用い、薄膜に第２の金属材料を用い、第２の金属材料にダメージを与えないエッチング液、即ち第１の金属材料と第２の金属材料との間でエッチングの選択比が大きいエッチング液を選択することにより、薄膜、ビームに腐食、消失等のダメージを与えることなく、犠牲層のみを選択的に且つ十分な速度でエッチングすることができる。
【００１２】
本発明に係るＭＥＭＳ素子の製造方法においては、犠牲層膜に第１の金属材料を用い、ビームに第２の金属材料を用い、第２の金属材料にダメージを与えないエッチング液、即ち第１の金属材料と第２の金属材料との間でエッチングの選択比が大きいエッチング液を選択することにより、ビームにダメージを与えることなく、犠牲層のみを選択的に且つ十分な速度でエッチングすることができる。
【００１３】
本発明に係る電子線マスクの製造方法においては、犠牲層膜に第１の金属材料を用い、マスク本体となる薄膜に第２の金属材料を用い、第２の金属にダメージを与えないエッチング液、即ち第１の金属材料と第２の金属材料との間でエッチングの選択比が大きいエッチング液を選択することにより、マスク本体となる薄膜にダメージを与えることなく、犠牲層のみを選択的に且つ十分な速度でエッチングすることができる。
【００１４】
【発明の実施の形態】
先ず、本発明の実施形態に係る微細な中空構造体の基本的な製造方法を説明する。
本実施の形態に係る中空構造体の製造方法は、図示せざるも、所要の基板上の中空部分を形成すべき位置に、選択的に第１の金属材料よりなる犠牲層を形成する工程と、この犠牲層上に一部が基板に支持されるように第２の金属材料よりなる薄膜（ビーム状の薄膜を含む）を形成する工程と、第２の金属材料に腐食や消失等のダメージを与えないエッチング液、つまりエッチングすべき犠牲層とエッチングしたくない薄膜との選択比が大きくなるエッチング液を用いて犠牲層をエッチング除去して中空部を形成する工程とを有する。
基板は、例えばシリコン（Ｓｉ）やガリウム砒素（ＧａＡｓ）などの半導体基板上に絶縁膜形成した基板、石英基板やガラス基板のような絶縁性基板等が用いられる。
特に、本実施の形態では、薄膜及び犠牲層の金属材料と、犠牲層のエッチング液（組成、濃度、防蝕剤との組み合わせ）とを選択することにより、即ち表１に示す組み合わせを用いることにより、薄膜にダメージを与えずに犠牲層のみを選択的に、かつ十分な速度でエッチング除去することができる。
【００１５】
【表１】
【００１６】
次に、図面を用いて上記中空構造体の製造方法をＭＥＭＳ素子、電子線マスクの製造に適用した実施の形態について説明する。
【００１７】
図１及び図２は、上述の中空構造体の製造方法を適用した本発明に係るＭＥＭＳ素子の製造方法の一実施の形態を示す。
【００１８】
先ず、図１Ａに示すように、一主面が絶縁性を有する基板１５を用意する。本例では、シリコン基板１上に絶縁膜として例えばシリコン酸化膜である絶縁膜２を成膜した基板１５を用意する。
次に、図１Ｂに示すように、基板１５上に下部電極及び配線層となる下部電極膜３を成膜する。
次に、図１Ｃに示すように、フォトリソグラフィ技術を用いて下部電極膜３をパターニングして下部電極４及びその片側に位置する配線層５を形成する。ここでフォトリソグラフィ技術は、レジストを塗布し、露光・現像処理を行いレジストをマスクに下地をエッチングによりパターニングする技術である。
なお、配線層５は、後述するビーム１０に接続される。この配線層５は、デバイスの特性により複数のビームに共通に接続され、逆に各ビームを個別に動作させる必要があるときは独立に配置される。ビーム１０を構成する上部電極により、全ての配線が可能となる場合には、配線層５を省略することができる。
次に、図１Ｄに示すように、下部電極４、配線層５を含む基板１５上に金属材料よりなる犠牲層７を成膜する。
次に、図１Ｅに示すように、犠牲層７をフォトリソグラフィ技術を用いてパターニングする。このとき、配線層５上に対応する犠牲層７の一部に、配線層５に達する開口８を形成する。
【００１９】
次に、図２Ｆに示すように、配線層上の開口８及び犠牲層７上に金属材料のみからなる薄膜９を成膜する。
次に、図２Ｇに示すように、薄膜９を選択的にパターニングして、一端が配線層５に接続され基板１５上に支持された所望の形状のビーム１０を形成する。本例では、片持ち梁構造のビーム１０となる。このとき、必要に応じて犠牲層７のエッチング時に必要なビアホールのパターニング処理も同時に行う。
次に、図２Ｈに示すように、ビーム１０の上及び犠牲層７上を含む全面に電極パッド部となる電極膜１１を成膜する。
次に、図２Ｉに示すように、電極膜１１をパターニングしてビーム１０の支持部１３に対応する位に電極パッド部１２を形成する。
次に、図２Ｊに示すように、犠牲層７のみを選択的に除去する。これにより、下部電極４とビーム１０の間が中空部１４とされた目的のＭＥＭＳ素子１６を得る。
【００２０】
図３及び図４は、本発明に係るＭＥＭＳ素子の製造方法の他の実施の形態を示す。本例はビームとして金属材料膜と非金属材料膜の積層膜で形成した場合である。
先ず、図３Ａに示すように、前述と同様に一主面が絶縁性を有する基板１５、本例ではシリコン基板１上に絶縁膜として例えばシリコン酸化膜２を成膜した基板１５を用意する。
次に、図３Ｂに示すように、基板１５上に下部電極及び配線層となる下部電極膜３を成膜する。
次に、図３Ｃに示すように、フォトリソグラフィ技術を用いて下部電極膜３をパターニングして下部電極４及びその片側に位置する配線層５を形成する。
次に、図３Ｄに示すように、下部電極４、配線層５を含む基板１５上に金属材料よりなる犠牲層７を成膜する。
次に、図３Ｅに示すように、犠牲層７上にビームの下面金属膜となる金属膜２３を成膜する。
次に、図３Ｆに示すように、金属膜２３及び犠牲層７をフォトリソグラフィ技術を用いてパターニングする。このとき、配線層５上に対応する金属膜２３及び犠牲層７の一部に配線層５に達する開口２８を形成する。
【００２１】
次に、図４Ｇに示すように、配線層５上の開口２８及び金属膜２３上にビームの一部を構成する非金属材料膜２９、本例ではセラミック膜あるいは多結晶シリコン膜を成膜する。
次に、図４Ｈに示すように、非金属材料膜２９の一部に下部の配線層５に達するビーム電極コンタクト用の開口３８を形成する。
次に、図４Ｉに示すように、開口３８及び非金属材料膜２９上にビームの上面金属膜（いわゆるビーム電極）となる金属膜３０を成膜する。この金属膜３０は開口３８を通じて下部の配線層５に接続される。
次に、図４Ｊに示すように、金属膜３０、非金属材料膜２９及び金属膜２３を選択的にパターニングして一端が配線層５に支持された所望形状のビーム、即ち非金属材料膜２９を挟んで下面金属膜２３及び上面金属膜３０を有した積層膜からなるビーム３１を形成する。
次に、図４Ｋに示すように、犠牲層７を選択的に除去する。これにより、下部電極４とビーム３１の間が中空部１４とされた目的のＭＥＭＳ素子３２を得る。本実施の形態のＭＥＭＳ素子３２では、ビーム３１が金属膜２３、３０と非金属材料膜２９の積層膜で構成されるので、長いビームでも十分に可動し得る。因みに、長いビームの場合、金属材料のみで形成すると金属が可塑性を有するため反発力が得られず、可動しにくい。
【００２２】
上述のＭＥＭＳ素子１６及び３２では、ビーム１０及び３１を片持ち梁構造としたが、ビームを両持ち梁構造としたＭＥＭＳ素子にも適用することができる。
【００２３】
図５及び図６は、前述の中空構造体の製造方法を適用した本発明に係る電子線マスクの製造方法の実施の形態を示す。
先ず、図５Ａに示すように、所要の厚さの基板４０を用意する。本例では、シリコン基板４１の表裏両面にシリコン酸化膜、シリコン窒化膜等の絶縁膜４２及び４３、例えばシリコン酸化膜を成膜した基板４０を用意する。そして、一方のシリコン酸化膜４２の中空部を形成すべき位置に対応した部分を一部選択的にパターニングして基板４１に達する開口４８を形成する。
次に、図５Ｂに示すように、絶縁膜４２をマスクに基板４に所要の深さまでエッチングして凹部４９を形成する。
次に、図５Ｃに示すように、シリコン基板４１上面の絶縁膜４２を除去する。
次に、図５Ｄに示すように、シリコン基板４１の上面に形成した凹部４９内に選択的に金属材料よりなる犠牲層４７を堆積する。
【００２４】
次に、図６Ｅに示すように、基板４１上面及び犠牲層４７上面にわたる全面にマスク本体となる金属材料よりなる薄膜４４を積層する。
次に示すように、シリコン基板４１の下面の絶縁層４３をパターニングする。この絶縁膜４３をマスクにシリコン基板４１を選択エッチングし、シリコン基板４１の裏面側から犠牲層４７に達する開口４５を形成する。
次に図６Ｇに示すように、薄膜４４に所望のマスクパターンとなる透孔４６を犠牲層４７に達するように形成する。
次に、図６Ｈに示すように、犠牲層４７を除去する。これによって、透孔４６によって所望のマスクパターンを有する薄膜４４によるマスク本体５１が、その周辺をシリコン基板４１で支持されて成る目的の電子線マスク５０を得る。
【００２５】
次に、上述したＭＥＭＳ素子の製造及び電子線マスクの製造に際して、犠牲層に用いる第１の金属材料と、ビーム、下部電極膜、マスク本体等に用いられる第２の金属材料と、犠牲層のエッチングに用いられるエッチング液との最適な組み合わせを、前述の表１を用いて説明する。なお、以下は、表１の（ｉ）〜（ｖｉｉｉ）に沿ってＭＥＭＳ素子の製造方法について説明する。尚、説明は省略するも、電子線マスクの製造方法でもマスク本体、犠牲層及び犠牲層のエッチング液に対して表１を同様に適用できる。
【００２６】
（ｉ）下部電極膜３、もしくはビームとなる薄膜９または２９、もしくは電極パッドとなる電極膜１１または３０、のいずれかに用いられる材料をＡｌ（アルミニウム）、犠牲層７に用いられる材料をＷ（タングステン）、中空ビーム構造形成に用いる犠牲層７のエッチング液を濃硝酸または熱濃硫酸とすると、Ａｌ膜の表面には不動態層が形成されるためエッチングされず、Ｗ膜のみをエッチングすることが可能となる。このとき、Ａｌ膜とともにＴｉ，ＴｉＮなどのバリアメタル膜を成膜しても良い。また、Ａｌ膜の替わりに、Ｃｒ，Ｆｅなどの濃硝酸中で表面に不動態層を形成する金属を、Ｗの替わりに、Ｃｕ，Ｚｎなどの酸化力のある酸に容易に溶解する金属を用いても良い。
（ｉｉ）下部電極膜３、もしくはビームとなる薄膜９または２９、もしくは電極パッドとなる電極膜１１または３０、のいずれかに用いられる材料をＡｌ（アルミニウム）、犠牲層７に用いられる材料をＷまたはＺｎ（鉛）、中空ビーム構造形成に用いる犠牲層７のエッチング液をＦ（鉄）含有の酸とすると、電池効果により、Ａｌ膜はエッチングされず、Ｗ膜のみをエッチングすることが可能となる。このとき、Ａｌ膜とともにＴｉ（チタン），ＴｉＮ（窒化チタン）などのバリアメタル膜を成膜しても良い。電池効果とは、異種の金属が接触または導電性溶液内で共存した場合、酸化還元電位の違いにより、一方が酸化され溶液中に溶解し、他方が還元され溶解しないという現象である。具体的には、酸化還元電位の低い方の金属が酸化され溶液中に溶解し、酸化還元電位の高い方の金属は還元されるため、溶液中に溶解しない、という現象になる。
（ｉｉｉ）下部電極膜３、もしくはビームとなる薄膜９または２９、もしくは電極パッドとなる電極膜１１または３０、のいずれかに用いられる材料をＴｉ、犠牲層７に用いられる材料をＡｌ、中空ビーム構造形成に用いる犠牲層７のエッチング液を塩酸または希硝酸とすると、Ｔｉ膜は溶解しないためエッチングされず、Ａｌ膜のみをエッチングすることが可能となる。また、Ａｌの替わりに、Ｚｎなどの塩酸または希硝酸に容易に溶解する金属を用いても良い。
（ｉｖ）下部電極膜３、もしくはビームとなる薄膜９または２９、もしくは電極パッドとなる電極膜１１または３０、のいずれかに用いられる材料をＴｉ、犠牲層７に用いられる材料をＣｕ（銅）、中空ビーム構造形成に用いる犠牲層７のエッチング液を硝酸または熱硫酸とすると、Ｔｉ膜は溶解しないためエッチングされず、ＣｕまたはＡｌ膜のみをエッチングすることが可能となる。また、Ｃｕの替わりに、Ｚｎなどの濃硝酸または熱硫酸に容易に溶解する金属を用いても良い。
（ｖ）下部電極膜３、もしくはビームとなる薄膜９または２９、もしくは電極パッドとなる電極膜１１または３０、のいずれかに用いられる材料をＣｕ、犠牲層７に用いられる材料をＷ、中空ビーム構造形成に用いる犠牲層７のエッチング液を酸化性のアルカリ溶液とすると、ＣｕはＷよりも貴な金属であるため、電池効果により、酸化還元電位が低い金属（Ｗ）のみをエッチングすることが可能となる。また、Ｃｕの替わりに、酸化性のアルカリ溶液に溶解しない金属、例えばＴｉを用いても良い。
（ｖｉ）下部電極膜３、もしくはビームとなる薄膜９または２９、もしくは電極パッドとなる電極膜１１または３０、のいずれかに用いられる材料をＣｕ、犠牲層７に用いられる材料をＡｌ、中空ビーム構造形成に用いる犠牲雄７のエッチング液をフッ酸または塩酸とすると、Ｃｕ膜は溶解しないためエッチングされず、Ａｌ膜のみをエッチングすることが可能となる。また、Ａｌの替わりに、Ｚｎなどのフッ酸または塩酸に容易に溶解する金属を用いても良い。
（ｖｉｉ）下部電極膜３、もしくはビームとなる薄膜９または２９、もしくは電極パッドとなる電極膜１１または３０、のいずれかに用いられる材料をＣｕ、犠牲層７に用いられる材料をＣｕよりも酸化還元電位が低い金属（例えばＡｌなど）、中空ビーム構造形成に用いる犠牲層７のエッチング液をＣｕのエッチングレートが低い硝酸や熱硫酸以外の酸（例えばＦ含有の酸や塩酸など）とすると、ＣｕはＡｌよりも貴な金属であるため、電池効果により酸化還元電位が低い金属のみをエッチングすることが可能となる。
（ｖｉｉｉ）下部電極膜３、もしくはビームとなる薄膜９または２９、もしくは電極パッドとなる電極膜１１または３０、のいずれかに用いられる材料をＴａ、犠牲層７に用いられる材料をＡｌ、中空ビーム構造形成に用いるエッチング液を熱硫酸および硝酸およびフッ酸のそれぞれを除いた酸とすると、Ｔａ膜は溶解しないためエッチングされず、ＣｕまたはＡｌ膜のみをエッチングすることが可能となる。また、Ａｌの替わりに、Ｚｎなどの熱硫酸および硝酸およびフッ酸のそれぞれを除いた酸に容易に溶解する金属を用いても良い。
【００２７】
なお、上記各例（ｉ）〜（ｖｉｉｉ）においては、下部電極膜３、もしくはビームとなる薄膜９または２９、もしくは電極パッドとなる電極膜１１または３０、のいずれかに用いられる材料を特定したが、その他の上記電極膜、薄膜の材料は、犠牲層７と異なる必要があり、更に金属材料を用いる場合には犠牲層７のエッチング時に溶解しない材料を用いる。
【００２８】
本実施の形態に係るＭＥＭＳ素子の製造方法によれば、ビーム１０、３１と下部電極４、配線層５、電極パッドの材料及び犠牲層７の材料、エッチング液を選択することで、薄膜の犠牲層７をエッチング除去するときに、ビーム１０、３１及び下部電極４、配線層５、電極パッド１２の材料を腐食することなく犠牲層７のみを選択的に、且つ十分な速度でエッチング除去することができる。従って、精度のよいＭＥＭＳ素子を製造することができる。
【００２９】
本実施の形態に係る電子線マスクの製造方法によれば、マスク本体５１の材料及び犠牲層４７の材料、エッチング液を選択することで、薄膜の犠牲層４７をエッチング除去するときに、マスク本体５１の材料を腐食することなく犠牲層４７のみを選択的に且つ十分な速度でエッチング除去することができる。従って、精度のよい電子線マスクを製造することができる。
【００３０】
なお、図１及び図２のＭＥＭＳ素子１６、図３及び図４のＭＥＭＳ素子３２において、下部電極４、配線層５、電極パッド１２も前述のビームを構成する第２の金属材料膜で形成することができる。
ＭＥＭＳ素子１６、３２は、光学ＭＥＭＳ素子、光強度変調器であるＧＬＶ素子、高周波フィルタ、高周波スイッチ、各種センサ、ダイアフラムなどの微細駆動体、その他等に適用できる。
【００３１】
本製造方法を使い実現するＭＥＭＳ素子及び電子線マスクであれば、形状や構造等は問わないで、最適な材料及びエッチング液の組み合わせ方法によって製造することができる。
【００３２】
【発明の効果】
本発明に係る中空構造体の製造方法によれば、犠牲層に用いる第１の金属材料、薄膜に用いる第２の金属材料及び犠牲層を選択除去するエッチング液（組成や濃度、防蝕剤との組み合わせ）をそれぞれ最適な組み合わせで選択することにより、第２の金属材料の薄膜にダメージを与えずに犠牲層のみを選択てきに除去することができる。これにより、中空構造体を精度よく且つ容易に製造することができ、歩留りの向上を図ることができる。
【００３３】
本発明に係るＭＥＭＳ素子の製造方法によれば、犠牲層に用いる第１の金属材料、ビームに用いる第２の金属材料及び犠牲層を選択除去するエッチング液（組成や濃度、防蝕剤との組み合わせ）をそれぞれ最適な組み合わせで選択することにより、第２の金属材料の薄膜にダメージを与えずに犠牲層のみを選択てきに除去することができる。これにより、中空ビーム構造のＭＥＭＳ素子を精度よく且つ容易に製造することができ、歩留りの向上を図ることができる。
【００３４】
本発明に係る電子線マスクの製造方法によれば、犠牲層に用いる第１の金属材料、マスク本体となる薄膜に用いる第２の金属材料及び犠牲層を選択除去するエッチング液（組成や濃度、防蝕剤との組み合わせ）をそれぞれ最適な組み合わせで選択することにより、第２の金属材料の薄膜にダメージを与えずに犠牲層のみを選択てきに除去することができる。これにより、中空構造の電子線マスクを精度よく且つ容易に製造することができ、歩留りの向上を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】Ａ〜Ｅ 本発明に係るＭＥＭＳ素子の製造方法の一実施の形態を示す工程図である。
【図２】Ｆ〜Ｊ 本発明に係るＭＥＭＳ素子の製造方法の一実施の形態を示す工程図である。
【図３】Ａ〜Ｆ 本発明に係るＭＥＭＳ素子の製造方法の他の実施の形態を示す工程図である。
【図４】Ｇ〜Ｋ 本発明に係るＭＥＭＳ素子の製造方法の他の実施の形態を示す工程図である。
【図５】Ａ〜Ｄ 本発明に係る電子線マスクの製造方法の一実施の形態を示す工程図である。
【図６】Ｅ〜Ｈ 本発明に係る電子線マスクの製造方法の一実施の形態を示す工程図である。
【符号の説明】
１，４０，４１・・基板、２，４２，４３・・絶縁膜、３・・下部電極膜、４・・下部電極、５・・配線層、８，２８，３８，４５，４８・・開口、７，４７・・犠牲層、９，４４・・薄膜、１０，３１・・ビーム、１１・・電極膜、１２・・電極パッド部、１４・・中空部、１５・・基板、１６，３２・・ＭＥＭＳ素子、２３，３０・・金属膜、２９・・非金属材料膜、４１・・シリコン基板、４６・・透孔、４８・・マスク本体、４９・・凹部、５０・・電子線マスク、５１・・マスク本体
【発明の属する技術分野】
本発明は、薄膜状の片持ち梁や両持ち梁、あるいは周辺が支持された薄膜等の直下を中空化した、いわゆる中空構造体の製造方法、特に犠牲層を用いて製造される中空構造体の製造方法に関する。さらにこの製法を利用したＭＥＭＳ素子の製造方法及び電子線マスクの製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、半導体デバイスの製造技術を用いて、可動機構を有する微小機械（いわゆるＭｉｃｒｏ Ｅｌｅｃｔｒｏ Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ Ｓｙｓｔｅｍ）素子やマスクパターンとなる開口部のある電子線マスクを製造する技術が検討されている。
このＭＥＭＳ素子や電子線マスクなどの中空ビーム構造や開口部のある構造（即ち、中空マスク構造）を作製するのは、以下に示すような典型的な製造方法が用いられている。
第１の製造方法は、犠牲層としてシリコン酸化（ＳｉＯ２）膜を形成し、その上に構造体となるシリコン（Ｓｉ）や窒化シリコン（ＳｉＮ）、ＳｉＣなどの薄膜を成膜した上で、犠牲層であるシリコン酸化（ＳｉＯ２）膜をフッ酸などのエッチング可能な水溶液で除去する製造方法である。
第２の製造方法は、犠牲層としてポリシリコンやアモルファスシリコン、結晶シリコン膜を形成、またはＳｉ基板そのものを用い、その上に構造体となるＳｉＮ，ＳｉＣなどの薄膜や導電体としてＡｌ等の金属膜を成膜した上で、ＸｅＦ２ガスにより犠牲層であるＳｉをエッチングして製造する方法である。
第３の製造方法としては、犠牲層としてレジストなどの有機膜を形成し、その上に構造体となるＳｉ，ＳｉＮ，ＳｉＣなどの薄膜や導電体としてＡｌ等の金属膜を成膜した上で、犠牲層を反応性イオンエッチング（ＲＩＥ）やＯ２などのプラズマを用いたアッシング処理により除去して製造する方法である。
【０００３】
ＭＥＭＳ素子に関する構成の例は、例えば非特許文献１に示されている。
【０００４】
【非特許文献１】
Ｃ．Ｔ．−Ｎｇｕｙｅｎ，″Ｍｉｃｒｏｍｅｃｈａｎｉｃａｌ ｃｏｍｐｏｎｅｎｔｓ ｆｏｒ ｍｉｎｉａｔｕｒｉｚｅｄ ｌｏｗ−ｐｏｗｅｒ ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｓ（ｉｎｖｉｔｅｄ ｐｌｅｎａｒｙ），″ｐｒｏｃｅｅｄｉｎｇＳ１９９９ ＩＥＥＥ ＭＴＴ−Ｓ Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ Ｍｉｃｒｏｗａｖｅ Ｓｙｍｐｏｓｉｕｍ ＲＦ ＭＥＭＳ Ｗｏｒｋｓｈｏｐ，
Ｊｕｎｅ，１８，１９９９，ｐｐ．４８−７７．
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述した第１の製造方法では、犠牲層をフッ化水素成分を含有する水溶液でエッチング除去するために、構造体としてフッ化水素成分により腐食されない材料を用いる必要がある。このため、導電性を有するアルミニウム（Ａｌ）などの金属を構造体に用いたり、構造体上部の電極や導電膜に用いることが不可能であった。
第２の製造方法では、エッチング除去に原料が高価なＸｅＦ２ガスを用いるために、安価にデバイスを製造することが不可能であった。
第３の製造方法では、レジストなどの有機薄膜が加熱により損傷するため、低温で構造体や導電膜を成膜する必要があり、構造体や導電膜の材料選択の制約が大きくなってしまう。
【０００６】
本発明は、上述の点に鑑み、犠牲層に金属膜を用い、且つ、構造体を構成する薄膜材料、及び犠牲層のエッチング液を最適に組み合わせて、容易且つ安価に製造し得る中空構造体の製造方法、ＭＥＭＳ素子の製造方法及び電子線マスクの製造方法を提供するものである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明に係る中空構造体の製造方法は、基板上の中空部分を形成すべき位置に、第１の金属材料よりなる犠牲層を形成する工程と、犠牲層上に第２の金属材料よりなる薄膜を形成する工程と、第２の金属材料にダメージを与えないエッチング液により犠牲層をエッチング除去して中空部を形成する工程を有する。
【０００８】
本発明に係るＭＥＭＳ素子の製造方法は、基板上の中空部分を形成すべき位置に、第１の金属材料よりなる犠牲層を形成する工程と、犠牲層上に第２の金属材料よりなるビームを形成する工程と、第２の金属材料にダメージを与えないエッチング液により犠牲層をエッチング除去して中空部を形成する工程を有する。
【０００９】
本発明に係る電子線マスクの製造方法は、基板上の中空部分を形成すべき位置に、第１の金属材料よりなる犠牲層を形成する工程と、犠牲層上に第２の金属材料よりなるマスク本体となる薄膜を形成する工程と、薄膜のマスク領域に対応する前記基板の部分を、前記犠牲層まで開口する工程と、薄膜にマスクパターンを形成する工程と、第２の金属材料にダメージを与えないエッチング液により犠牲層をエッチング除去して中空部を形成する工程を有する。
【００１０】
上記薄膜、ビームの第２の金属材料と、犠牲層の第１の金属材料と、犠牲層のエッチング液との最適な組み合わせは次の通りである。
第１の組み合わせは、薄膜、ビームの第２の金属材料をＡｌまたはＣｒまたはＦｅとし、犠牲層の第１の金属材料をＷまたはＺｎまたはＣｕとし、犠牲層のエッチング液を濃硝酸または熱濃硫酸とすることができる。
第２の組み合わせは、薄膜、ビームの第２の金属材料をＡｌとし、犠牲層の第１の金属材料をＷまたはＺｎとし、犠牲層のエッチング液をフッ素含有の酸とすえることができる。
第３の組み合わせは薄膜、ビームの第２の金属材料をＴｉとし、犠牲層の第１の金属材料をＡｌまたはＺｎとし、犠牲層のエッチング液を塩酸または希硝酸とすることができる。
第４の組み合わせは、薄膜、ビームの第２の金属材料をＴｉとし、犠牲層の第１の金属材料をＣｕまたはＺｎとし、犠牲層のエッチング液を硝酸または熱硫酸とすることができる。
第５の組み合わせは、薄膜、ビームの第２の金属材料をＴｉまたはＣｕとし、犠牲層の第１の金属材料をＷとし、犠牲層のエッチング液を酸化性アルカリ溶液とすることができる。
第６の組み合わせは、薄膜、ビームの第２の金属材料をＣｕとし、犠牲層の第１の金属材料をＡｌまたはＺｎとし、犠牲層のエッチング液をフッ酸又は塩酸とすることができる。
第７の組み合わせは、薄膜、ビームの第２の金属材料をＴａとし、犠牲層の第１の金属材料をＡｌまたはＺｎとし、犠牲層のエッチング液を熱濃硫酸と硝酸とフッ酸とを除くそれ以外の酸とすることができる。
【００１１】
本発明に係る中空構造体の製造方法においては、犠牲層に第１の金属材料を用い、薄膜に第２の金属材料を用い、第２の金属材料にダメージを与えないエッチング液、即ち第１の金属材料と第２の金属材料との間でエッチングの選択比が大きいエッチング液を選択することにより、薄膜、ビームに腐食、消失等のダメージを与えることなく、犠牲層のみを選択的に且つ十分な速度でエッチングすることができる。
【００１２】
本発明に係るＭＥＭＳ素子の製造方法においては、犠牲層膜に第１の金属材料を用い、ビームに第２の金属材料を用い、第２の金属材料にダメージを与えないエッチング液、即ち第１の金属材料と第２の金属材料との間でエッチングの選択比が大きいエッチング液を選択することにより、ビームにダメージを与えることなく、犠牲層のみを選択的に且つ十分な速度でエッチングすることができる。
【００１３】
本発明に係る電子線マスクの製造方法においては、犠牲層膜に第１の金属材料を用い、マスク本体となる薄膜に第２の金属材料を用い、第２の金属にダメージを与えないエッチング液、即ち第１の金属材料と第２の金属材料との間でエッチングの選択比が大きいエッチング液を選択することにより、マスク本体となる薄膜にダメージを与えることなく、犠牲層のみを選択的に且つ十分な速度でエッチングすることができる。
【００１４】
【発明の実施の形態】
先ず、本発明の実施形態に係る微細な中空構造体の基本的な製造方法を説明する。
本実施の形態に係る中空構造体の製造方法は、図示せざるも、所要の基板上の中空部分を形成すべき位置に、選択的に第１の金属材料よりなる犠牲層を形成する工程と、この犠牲層上に一部が基板に支持されるように第２の金属材料よりなる薄膜（ビーム状の薄膜を含む）を形成する工程と、第２の金属材料に腐食や消失等のダメージを与えないエッチング液、つまりエッチングすべき犠牲層とエッチングしたくない薄膜との選択比が大きくなるエッチング液を用いて犠牲層をエッチング除去して中空部を形成する工程とを有する。
基板は、例えばシリコン（Ｓｉ）やガリウム砒素（ＧａＡｓ）などの半導体基板上に絶縁膜形成した基板、石英基板やガラス基板のような絶縁性基板等が用いられる。
特に、本実施の形態では、薄膜及び犠牲層の金属材料と、犠牲層のエッチング液（組成、濃度、防蝕剤との組み合わせ）とを選択することにより、即ち表１に示す組み合わせを用いることにより、薄膜にダメージを与えずに犠牲層のみを選択的に、かつ十分な速度でエッチング除去することができる。
【００１５】
【表１】
次に、図面を用いて上記中空構造体の製造方法をＭＥＭＳ素子、電子線マスクの製造に適用した実施の形態について説明する。
【００１７】
図１及び図２は、上述の中空構造体の製造方法を適用した本発明に係るＭＥＭＳ素子の製造方法の一実施の形態を示す。
【００１８】
先ず、図１Ａに示すように、一主面が絶縁性を有する基板１５を用意する。本例では、シリコン基板１上に絶縁膜として例えばシリコン酸化膜である絶縁膜２を成膜した基板１５を用意する。
次に、図１Ｂに示すように、基板１５上に下部電極及び配線層となる下部電極膜３を成膜する。
次に、図１Ｃに示すように、フォトリソグラフィ技術を用いて下部電極膜３をパターニングして下部電極４及びその片側に位置する配線層５を形成する。ここでフォトリソグラフィ技術は、レジストを塗布し、露光・現像処理を行いレジストをマスクに下地をエッチングによりパターニングする技術である。
なお、配線層５は、後述するビーム１０に接続される。この配線層５は、デバイスの特性により複数のビームに共通に接続され、逆に各ビームを個別に動作させる必要があるときは独立に配置される。ビーム１０を構成する上部電極により、全ての配線が可能となる場合には、配線層５を省略することができる。
次に、図１Ｄに示すように、下部電極４、配線層５を含む基板１５上に金属材料よりなる犠牲層７を成膜する。
次に、図１Ｅに示すように、犠牲層７をフォトリソグラフィ技術を用いてパターニングする。このとき、配線層５上に対応する犠牲層７の一部に、配線層５に達する開口８を形成する。
【００１９】
次に、図２Ｆに示すように、配線層上の開口８及び犠牲層７上に金属材料のみからなる薄膜９を成膜する。
次に、図２Ｇに示すように、薄膜９を選択的にパターニングして、一端が配線層５に接続され基板１５上に支持された所望の形状のビーム１０を形成する。本例では、片持ち梁構造のビーム１０となる。このとき、必要に応じて犠牲層７のエッチング時に必要なビアホールのパターニング処理も同時に行う。
次に、図２Ｈに示すように、ビーム１０の上及び犠牲層７上を含む全面に電極パッド部となる電極膜１１を成膜する。
次に、図２Ｉに示すように、電極膜１１をパターニングしてビーム１０の支持部１３に対応する位に電極パッド部１２を形成する。
次に、図２Ｊに示すように、犠牲層７のみを選択的に除去する。これにより、下部電極４とビーム１０の間が中空部１４とされた目的のＭＥＭＳ素子１６を得る。
【００２０】
図３及び図４は、本発明に係るＭＥＭＳ素子の製造方法の他の実施の形態を示す。本例はビームとして金属材料膜と非金属材料膜の積層膜で形成した場合である。
先ず、図３Ａに示すように、前述と同様に一主面が絶縁性を有する基板１５、本例ではシリコン基板１上に絶縁膜として例えばシリコン酸化膜２を成膜した基板１５を用意する。
次に、図３Ｂに示すように、基板１５上に下部電極及び配線層となる下部電極膜３を成膜する。
次に、図３Ｃに示すように、フォトリソグラフィ技術を用いて下部電極膜３をパターニングして下部電極４及びその片側に位置する配線層５を形成する。
次に、図３Ｄに示すように、下部電極４、配線層５を含む基板１５上に金属材料よりなる犠牲層７を成膜する。
次に、図３Ｅに示すように、犠牲層７上にビームの下面金属膜となる金属膜２３を成膜する。
次に、図３Ｆに示すように、金属膜２３及び犠牲層７をフォトリソグラフィ技術を用いてパターニングする。このとき、配線層５上に対応する金属膜２３及び犠牲層７の一部に配線層５に達する開口２８を形成する。
【００２１】
次に、図４Ｇに示すように、配線層５上の開口２８及び金属膜２３上にビームの一部を構成する非金属材料膜２９、本例ではセラミック膜あるいは多結晶シリコン膜を成膜する。
次に、図４Ｈに示すように、非金属材料膜２９の一部に下部の配線層５に達するビーム電極コンタクト用の開口３８を形成する。
次に、図４Ｉに示すように、開口３８及び非金属材料膜２９上にビームの上面金属膜（いわゆるビーム電極）となる金属膜３０を成膜する。この金属膜３０は開口３８を通じて下部の配線層５に接続される。
次に、図４Ｊに示すように、金属膜３０、非金属材料膜２９及び金属膜２３を選択的にパターニングして一端が配線層５に支持された所望形状のビーム、即ち非金属材料膜２９を挟んで下面金属膜２３及び上面金属膜３０を有した積層膜からなるビーム３１を形成する。
次に、図４Ｋに示すように、犠牲層７を選択的に除去する。これにより、下部電極４とビーム３１の間が中空部１４とされた目的のＭＥＭＳ素子３２を得る。本実施の形態のＭＥＭＳ素子３２では、ビーム３１が金属膜２３、３０と非金属材料膜２９の積層膜で構成されるので、長いビームでも十分に可動し得る。因みに、長いビームの場合、金属材料のみで形成すると金属が可塑性を有するため反発力が得られず、可動しにくい。
【００２２】
上述のＭＥＭＳ素子１６及び３２では、ビーム１０及び３１を片持ち梁構造としたが、ビームを両持ち梁構造としたＭＥＭＳ素子にも適用することができる。
【００２３】
図５及び図６は、前述の中空構造体の製造方法を適用した本発明に係る電子線マスクの製造方法の実施の形態を示す。
先ず、図５Ａに示すように、所要の厚さの基板４０を用意する。本例では、シリコン基板４１の表裏両面にシリコン酸化膜、シリコン窒化膜等の絶縁膜４２及び４３、例えばシリコン酸化膜を成膜した基板４０を用意する。そして、一方のシリコン酸化膜４２の中空部を形成すべき位置に対応した部分を一部選択的にパターニングして基板４１に達する開口４８を形成する。
次に、図５Ｂに示すように、絶縁膜４２をマスクに基板４に所要の深さまでエッチングして凹部４９を形成する。
次に、図５Ｃに示すように、シリコン基板４１上面の絶縁膜４２を除去する。
次に、図５Ｄに示すように、シリコン基板４１の上面に形成した凹部４９内に選択的に金属材料よりなる犠牲層４７を堆積する。
【００２４】
次に、図６Ｅに示すように、基板４１上面及び犠牲層４７上面にわたる全面にマスク本体となる金属材料よりなる薄膜４４を積層する。
次に示すように、シリコン基板４１の下面の絶縁層４３をパターニングする。この絶縁膜４３をマスクにシリコン基板４１を選択エッチングし、シリコン基板４１の裏面側から犠牲層４７に達する開口４５を形成する。
次に図６Ｇに示すように、薄膜４４に所望のマスクパターンとなる透孔４６を犠牲層４７に達するように形成する。
次に、図６Ｈに示すように、犠牲層４７を除去する。これによって、透孔４６によって所望のマスクパターンを有する薄膜４４によるマスク本体５１が、その周辺をシリコン基板４１で支持されて成る目的の電子線マスク５０を得る。
【００２５】
次に、上述したＭＥＭＳ素子の製造及び電子線マスクの製造に際して、犠牲層に用いる第１の金属材料と、ビーム、下部電極膜、マスク本体等に用いられる第２の金属材料と、犠牲層のエッチングに用いられるエッチング液との最適な組み合わせを、前述の表１を用いて説明する。なお、以下は、表１の（ｉ）〜（ｖｉｉｉ）に沿ってＭＥＭＳ素子の製造方法について説明する。尚、説明は省略するも、電子線マスクの製造方法でもマスク本体、犠牲層及び犠牲層のエッチング液に対して表１を同様に適用できる。
【００２６】
（ｉ）下部電極膜３、もしくはビームとなる薄膜９または２９、もしくは電極パッドとなる電極膜１１または３０、のいずれかに用いられる材料をＡｌ（アルミニウム）、犠牲層７に用いられる材料をＷ（タングステン）、中空ビーム構造形成に用いる犠牲層７のエッチング液を濃硝酸または熱濃硫酸とすると、Ａｌ膜の表面には不動態層が形成されるためエッチングされず、Ｗ膜のみをエッチングすることが可能となる。このとき、Ａｌ膜とともにＴｉ，ＴｉＮなどのバリアメタル膜を成膜しても良い。また、Ａｌ膜の替わりに、Ｃｒ，Ｆｅなどの濃硝酸中で表面に不動態層を形成する金属を、Ｗの替わりに、Ｃｕ，Ｚｎなどの酸化力のある酸に容易に溶解する金属を用いても良い。
（ｉｉ）下部電極膜３、もしくはビームとなる薄膜９または２９、もしくは電極パッドとなる電極膜１１または３０、のいずれかに用いられる材料をＡｌ（アルミニウム）、犠牲層７に用いられる材料をＷまたはＺｎ（鉛）、中空ビーム構造形成に用いる犠牲層７のエッチング液をＦ（鉄）含有の酸とすると、電池効果により、Ａｌ膜はエッチングされず、Ｗ膜のみをエッチングすることが可能となる。このとき、Ａｌ膜とともにＴｉ（チタン），ＴｉＮ（窒化チタン）などのバリアメタル膜を成膜しても良い。電池効果とは、異種の金属が接触または導電性溶液内で共存した場合、酸化還元電位の違いにより、一方が酸化され溶液中に溶解し、他方が還元され溶解しないという現象である。具体的には、酸化還元電位の低い方の金属が酸化され溶液中に溶解し、酸化還元電位の高い方の金属は還元されるため、溶液中に溶解しない、という現象になる。
（ｉｉｉ）下部電極膜３、もしくはビームとなる薄膜９または２９、もしくは電極パッドとなる電極膜１１または３０、のいずれかに用いられる材料をＴｉ、犠牲層７に用いられる材料をＡｌ、中空ビーム構造形成に用いる犠牲層７のエッチング液を塩酸または希硝酸とすると、Ｔｉ膜は溶解しないためエッチングされず、Ａｌ膜のみをエッチングすることが可能となる。また、Ａｌの替わりに、Ｚｎなどの塩酸または希硝酸に容易に溶解する金属を用いても良い。
（ｉｖ）下部電極膜３、もしくはビームとなる薄膜９または２９、もしくは電極パッドとなる電極膜１１または３０、のいずれかに用いられる材料をＴｉ、犠牲層７に用いられる材料をＣｕ（銅）、中空ビーム構造形成に用いる犠牲層７のエッチング液を硝酸または熱硫酸とすると、Ｔｉ膜は溶解しないためエッチングされず、ＣｕまたはＡｌ膜のみをエッチングすることが可能となる。また、Ｃｕの替わりに、Ｚｎなどの濃硝酸または熱硫酸に容易に溶解する金属を用いても良い。
（ｖ）下部電極膜３、もしくはビームとなる薄膜９または２９、もしくは電極パッドとなる電極膜１１または３０、のいずれかに用いられる材料をＣｕ、犠牲層７に用いられる材料をＷ、中空ビーム構造形成に用いる犠牲層７のエッチング液を酸化性のアルカリ溶液とすると、ＣｕはＷよりも貴な金属であるため、電池効果により、酸化還元電位が低い金属（Ｗ）のみをエッチングすることが可能となる。また、Ｃｕの替わりに、酸化性のアルカリ溶液に溶解しない金属、例えばＴｉを用いても良い。
（ｖｉ）下部電極膜３、もしくはビームとなる薄膜９または２９、もしくは電極パッドとなる電極膜１１または３０、のいずれかに用いられる材料をＣｕ、犠牲層７に用いられる材料をＡｌ、中空ビーム構造形成に用いる犠牲雄７のエッチング液をフッ酸または塩酸とすると、Ｃｕ膜は溶解しないためエッチングされず、Ａｌ膜のみをエッチングすることが可能となる。また、Ａｌの替わりに、Ｚｎなどのフッ酸または塩酸に容易に溶解する金属を用いても良い。
（ｖｉｉ）下部電極膜３、もしくはビームとなる薄膜９または２９、もしくは電極パッドとなる電極膜１１または３０、のいずれかに用いられる材料をＣｕ、犠牲層７に用いられる材料をＣｕよりも酸化還元電位が低い金属（例えばＡｌなど）、中空ビーム構造形成に用いる犠牲層７のエッチング液をＣｕのエッチングレートが低い硝酸や熱硫酸以外の酸（例えばＦ含有の酸や塩酸など）とすると、ＣｕはＡｌよりも貴な金属であるため、電池効果により酸化還元電位が低い金属のみをエッチングすることが可能となる。
（ｖｉｉｉ）下部電極膜３、もしくはビームとなる薄膜９または２９、もしくは電極パッドとなる電極膜１１または３０、のいずれかに用いられる材料をＴａ、犠牲層７に用いられる材料をＡｌ、中空ビーム構造形成に用いるエッチング液を熱硫酸および硝酸およびフッ酸のそれぞれを除いた酸とすると、Ｔａ膜は溶解しないためエッチングされず、ＣｕまたはＡｌ膜のみをエッチングすることが可能となる。また、Ａｌの替わりに、Ｚｎなどの熱硫酸および硝酸およびフッ酸のそれぞれを除いた酸に容易に溶解する金属を用いても良い。
【００２７】
なお、上記各例（ｉ）〜（ｖｉｉｉ）においては、下部電極膜３、もしくはビームとなる薄膜９または２９、もしくは電極パッドとなる電極膜１１または３０、のいずれかに用いられる材料を特定したが、その他の上記電極膜、薄膜の材料は、犠牲層７と異なる必要があり、更に金属材料を用いる場合には犠牲層７のエッチング時に溶解しない材料を用いる。
【００２８】
本実施の形態に係るＭＥＭＳ素子の製造方法によれば、ビーム１０、３１と下部電極４、配線層５、電極パッドの材料及び犠牲層７の材料、エッチング液を選択することで、薄膜の犠牲層７をエッチング除去するときに、ビーム１０、３１及び下部電極４、配線層５、電極パッド１２の材料を腐食することなく犠牲層７のみを選択的に、且つ十分な速度でエッチング除去することができる。従って、精度のよいＭＥＭＳ素子を製造することができる。
【００２９】
本実施の形態に係る電子線マスクの製造方法によれば、マスク本体５１の材料及び犠牲層４７の材料、エッチング液を選択することで、薄膜の犠牲層４７をエッチング除去するときに、マスク本体５１の材料を腐食することなく犠牲層４７のみを選択的に且つ十分な速度でエッチング除去することができる。従って、精度のよい電子線マスクを製造することができる。
【００３０】
なお、図１及び図２のＭＥＭＳ素子１６、図３及び図４のＭＥＭＳ素子３２において、下部電極４、配線層５、電極パッド１２も前述のビームを構成する第２の金属材料膜で形成することができる。
ＭＥＭＳ素子１６、３２は、光学ＭＥＭＳ素子、光強度変調器であるＧＬＶ素子、高周波フィルタ、高周波スイッチ、各種センサ、ダイアフラムなどの微細駆動体、その他等に適用できる。
【００３１】
本製造方法を使い実現するＭＥＭＳ素子及び電子線マスクであれば、形状や構造等は問わないで、最適な材料及びエッチング液の組み合わせ方法によって製造することができる。
【００３２】
【発明の効果】
本発明に係る中空構造体の製造方法によれば、犠牲層に用いる第１の金属材料、薄膜に用いる第２の金属材料及び犠牲層を選択除去するエッチング液（組成や濃度、防蝕剤との組み合わせ）をそれぞれ最適な組み合わせで選択することにより、第２の金属材料の薄膜にダメージを与えずに犠牲層のみを選択てきに除去することができる。これにより、中空構造体を精度よく且つ容易に製造することができ、歩留りの向上を図ることができる。
【００３３】
本発明に係るＭＥＭＳ素子の製造方法によれば、犠牲層に用いる第１の金属材料、ビームに用いる第２の金属材料及び犠牲層を選択除去するエッチング液（組成や濃度、防蝕剤との組み合わせ）をそれぞれ最適な組み合わせで選択することにより、第２の金属材料の薄膜にダメージを与えずに犠牲層のみを選択てきに除去することができる。これにより、中空ビーム構造のＭＥＭＳ素子を精度よく且つ容易に製造することができ、歩留りの向上を図ることができる。
【００３４】
本発明に係る電子線マスクの製造方法によれば、犠牲層に用いる第１の金属材料、マスク本体となる薄膜に用いる第２の金属材料及び犠牲層を選択除去するエッチング液（組成や濃度、防蝕剤との組み合わせ）をそれぞれ最適な組み合わせで選択することにより、第２の金属材料の薄膜にダメージを与えずに犠牲層のみを選択てきに除去することができる。これにより、中空構造の電子線マスクを精度よく且つ容易に製造することができ、歩留りの向上を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】Ａ〜Ｅ 本発明に係るＭＥＭＳ素子の製造方法の一実施の形態を示す工程図である。
【図２】Ｆ〜Ｊ 本発明に係るＭＥＭＳ素子の製造方法の一実施の形態を示す工程図である。
【図３】Ａ〜Ｆ 本発明に係るＭＥＭＳ素子の製造方法の他の実施の形態を示す工程図である。
【図４】Ｇ〜Ｋ 本発明に係るＭＥＭＳ素子の製造方法の他の実施の形態を示す工程図である。
【図５】Ａ〜Ｄ 本発明に係る電子線マスクの製造方法の一実施の形態を示す工程図である。
【図６】Ｅ〜Ｈ 本発明に係る電子線マスクの製造方法の一実施の形態を示す工程図である。
【符号の説明】
１，４０，４１・・基板、２，４２，４３・・絶縁膜、３・・下部電極膜、４・・下部電極、５・・配線層、８，２８，３８，４５，４８・・開口、７，４７・・犠牲層、９，４４・・薄膜、１０，３１・・ビーム、１１・・電極膜、１２・・電極パッド部、１４・・中空部、１５・・基板、１６，３２・・ＭＥＭＳ素子、２３，３０・・金属膜、２９・・非金属材料膜、４１・・シリコン基板、４６・・透孔、４８・・マスク本体、４９・・凹部、５０・・電子線マスク、５１・・マスク本体
Claims (26)
- 基板上の中空部分を形成すべき位置に、第１の金属材料よりなる犠牲層を形成する工程と、
前記犠牲層上に第２の金属材料よりなる薄膜を形成する工程と、
前記第２の金属材料にダメージを与えないエッチング液により前記犠牲層をエッチング除去して中空部を形成する工程を有する
ことを特徴とする中空構造体の製造方法。 - 前記薄膜の第２の金属材料がＡｌまたはＣｒまたはＦｅであり、前記犠牲層の第１の金属材料がＷまたはＺｎまたはＣｕであり、
前記犠牲層のエッチング液が濃硝酸または熱濃硫酸である
ことを特徴とする請求項１記載の中空構造体の製造方法。 - 前記薄膜の第２の金属材料がＡｌであり、前記犠牲層の第１の金属材料がＷまたはＺｎであり、
前記犠牲層のエッチング液がフッ素含有の酸である
ことを特徴とする請求項１記載の中空構造体の製造方法。 - 前記薄膜の第２の金属材料がＴｉであり、前記犠牲層の第１の金属材料がＡｌまたはＺｎであり、
前記犠牲層のエッチング液が塩酸または希硝酸である
ことを特徴とする請求項１記載の中空構造体の製造方法。 - 前記薄膜の第２の金属材料がＴｉであり、前記犠牲層の第１の金属材料がＣｕまたはＺｎであり、
前記犠牲層のエッチング液が硝酸または熱硫酸である
ことを特徴とする請求項１記載の中空構造体の製造方法。 - 前記薄膜の第２の金属材料がＴｉまたはＣｕであり、前記犠牲層の第１の金属材料がＷであり、
前記犠牲層のエッチング液が酸化性アルカリ溶液である
ことを特徴とする請求項１記載の中空構造体の製造方法。 - 前記薄膜の第２の金属材料がＣｕであり、前記犠牲層の第１の金属材料がＡｌまたはＺｎであり、
前記犠牲層のエッチング液がフッ酸又は塩酸である
ことを特徴とする請求項１記載の中空構造体の製造方法。 - 前記薄膜の第２の金属材料がＴａであり、前記犠牲層の第１の金属材料がＡｌまたはＺｎであり、
前記犠牲層のエッチング液が熱濃硫酸と硝酸とフッ酸とを除くそれ以外の酸である
ことを特徴とする請求項１記載の中空構造体の製造方法。 - 基板上の中空部分を形成すべき位置に、第１の金属材料よりなる犠牲層を形成する工程と、
前記犠牲層上に第２の金属材料よりなるビームを形成する工程と、
前記第２の金属材料にダメージを与えないエッチング液により前記犠牲層をエッチング除去して中空部を形成する工程を有する
ことを特徴とするＭＥＭＳ素子の製造方法。 - 前記ビームは前記第２の金属材料膜のみで形成する
ことを特徴とする請求項９記載のＭＥＭＳ素子の製造方法。 - 前記ビームは前記第２の金属材料膜及び非金属膜の積層膜で形成する
ことを特徴とする請求項９記載のＭＥＭＳ素子の製造方法。 - 前記ビームの第２の金属材料がＡｌまたはＣｒまたはＦｅであり、前記犠牲層の第１の金属材料がＷまたはＺｎまたはＣｕであり、
前記犠牲層のエッチング液が濃硝酸または熱濃硫酸である
ことを特徴とする請求項９記載のＭＥＭＳ素子の製造方法。 - 前記ビームの第２の金属材料がＡｌであり、前記犠牲層の第１の金属材料がＷまたはＺｎであり、
前記犠牲層のエッチング液がフッ素含有の酸である
ことを特徴とする請求項９記載のＭＥＭＳ素子の製造方法。 - 前記ビームの第２の金属材料がＴｉであり、前記犠牲層の第１の金属材料がＡｌまたはＺｎであり、
前記犠牲層のエッチング液が塩酸または希硝酸である
ことを特徴とする請求項９記載のＭＥＭＳ素子の製造方法。 - 前記ビームの第２の金属材料がＴｉであり、前記犠牲層の第１の金属材料がＣｕまたはＺｎであり、
前記犠牲層のエッチング液が硝酸または熱硫酸である
ことを特徴とする請求項９記載のＭＥＭＳ素子の製造方法。 - 前記ビームの第２の金属材料がＴｉまたはＣｕであり、前記犠牲層の第１の金属材料がＷであり、
前記犠牲層のエッチング液が酸化性アルカリ溶液である
ことを特徴とする請求項９記載のＭＥＭＳ素子の製造方法。 - 前記ビームの第２の金属材料がＣｕであり、前記犠牲層の第１の金属材料がＡｌまたはＺｎであり、
前記犠牲層のエッチング液がフッ酸又は塩酸である
ことを特徴とする請求項９記載のＭＥＭＳ素子の製造方法。 - 前記ビームの第２の金属材料がＴａであり、前記犠牲層の第１の金属材料がＡｌまたはＺｎであり、
前記犠牲層のエッチング液が熱濃硫酸と硝酸とフッ酸とを除くそれ以外の酸である
ことを特徴とする請求項９記載のＭＥＭＳ素子の製造方法。 - 基板上の中空部分を形成すべき位置に、第１の金属材料よりなる犠牲層を形成する工程と、
前記犠牲層上に第２の金属材料よりなるマスク本体となる薄膜を形成する工程と、
前記薄膜のマスク領域に対応する前記基板の部分を、前記犠牲層まで開口する工程と、
前記薄膜にマスクパターンを形成する工程と、
前記第２の金属材料にダメージを与えないエッチング液により前記犠牲層をエッチング除去して中空部を形成する工程を有する
ことを特徴とする電子線マスクの製造方法。 - 前記薄膜の第２の金属材料がＡｌまたはＣｒまたはＦｅであり、前記犠牲層の第１の金属材料がＷまたはＺｎまたはＣｕであり、
前記犠牲層のエッチング液が濃硝酸または熱濃硫酸である
ことを特徴とする請求項１９記載の電子線マスクの製造方法。 - 前記薄膜の第２の金属材料がＡｌであり、前記犠牲層の第１の金属材料がＷまたはＺｎであり、
前記犠牲層のエッチング液がフッ素含有の酸である
ことを特徴とする請求項１９記載の電子線マスクの製造方法。 - 前記薄膜の第２の金属材料がＴｉであり、前記犠牲層の第１の金属材料がＡｌまたはＺｎであり、
前記犠牲層のエッチング液が塩酸または希硝酸である
ことを特徴とする請求項１９記載の電子線マスクの製造方法。 - 前記薄膜の第２の金属材料がＴｉであり、前記犠牲層の第１の金属材料がＣｕまたはＺｎであり、
前記犠牲層のエッチング液が硝酸または熱硫酸である
ことを特徴とする請求項１９記載の電子線マスクの製造方法。 - 前記薄膜の第２の金属材料がＴｉまたはＣｕであり、前記犠牲層の第１の金属材料がＷであり、
前記犠牲層のエッチング液が酸化性アルカリ溶液である
ことを特徴とする請求項１９記載の電子線マスクの製造方法。 - 前記薄膜の第２の金属材料がＣｕであり、前記犠牲層の第１の金属材料がＡｌまたはＺｎであり、
前記犠牲層のエッチング液がフッ酸又は塩酸である
ことを特徴とする請求項１９記載の電子線マスクの製造方法。 - 前記薄膜の第２の金属材料がＴａであり、前記犠牲層の第１の金属材料がＡｌまたはＺｎであり、
前記犠牲層のエッチング液が熱濃硫酸と硝酸とフッ酸とを除くそれ以外の酸である
ことを特徴とする請求項１９記載の電子線マスクの製造方法。
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| JP2003201968A JP2005040885A (ja) | 2003-07-25 | 2003-07-25 | 中空構造体の製造方法、ｍｅｍｓ素子の製造方法及び電子線マスクの製造方法 |
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2006321017A (ja) * | 2005-05-19 | 2006-11-30 | Rohm Co Ltd | Ｍｅｍｓ素子およびその製造方法 |
| JP2006321016A (ja) * | 2005-05-19 | 2006-11-30 | Rohm Co Ltd | Ｍｅｍｓパッケージ |
| JP2010510077A (ja) * | 2006-11-20 | 2010-04-02 | アルセス・テクノロジー・インコーポレーテッド | モノリシックｉｃ及びｍｅｍｓマイクロ加工方法 |
| US7977757B2 (en) | 2005-05-19 | 2011-07-12 | Rohm Co., Ltd. | MEMS element, MEMS device and MEMS element manufacturing method |
| JP2018526232A (ja) * | 2015-07-17 | 2018-09-13 | ローベルト ボツシユ ゲゼルシヤフト ミツト ベシユレンクテル ハフツングＲｏｂｅｒｔ Ｂｏｓｃｈ Ｇｍｂｈ | マイクロメカニカル窓構造の製造方法およびそれに対応するマイクロメカニカル窓構造 |
-
2003
- 2003-07-25 JP JP2003201968A patent/JP2005040885A/ja not_active Abandoned
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| US11124412B2 (en) | 2015-07-17 | 2021-09-21 | Robert Bosch Gmbh | Manufacturing method for a micromechanical window structure and corresponding micromechanical window structure |
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