JP2010214480A - Method of manufacturing microstructure - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、可動部および可動空間を備えるなど、微細な構造体の間に空間を備えた微細構造体の製造方法に関するものである。 The present invention relates to a method for manufacturing a fine structure having a space between fine structures, such as a movable portion and a movable space.
シリコンなどの半導体基板上やガラスなどの絶縁体基板上などに、微細な構造を作製するＭＥＭＳ（Micro Electro Mechanical System）技術が開発されている。ＭＥＭＳは、各種センサー分野、医療分野、無線通信分野など、様々な分野で利用されるようになりつつある。一例として、マイクロマシン技術により作製された微細スイッチ構造を有するＭＥＭＳスイッチは、高周波スイッチとして優れた特性を有している（非特許文献１参照）。 2. Description of the Related Art MEMS (Micro Electro Mechanical System) technology for producing a fine structure on a semiconductor substrate such as silicon or an insulating substrate such as glass has been developed. MEMS are being used in various fields such as various sensor fields, medical fields, and wireless communication fields. As an example, a MEMS switch having a fine switch structure manufactured by micromachine technology has excellent characteristics as a high-frequency switch (see Non-Patent Document 1).
ＭＥＭＳスイッチは、固定電極と可動電極を備え、例えば静電力により可動電極を変位させ、可動電極に固定された接点電極と固定電極とが接触することで、電気的なスイッチ動作を実現させるものである。このようなスイッチでは、接触する部分が良好な接点であることが重要となる。例えば、金属材料から各電極を構成する場合、各電極の表面には金属面が露出し、なおかつ接触抵抗が小さいことが要求される。 The MEMS switch includes a fixed electrode and a movable electrode. For example, the movable electrode is displaced by an electrostatic force, and the contact electrode fixed to the movable electrode and the fixed electrode are brought into contact with each other, thereby realizing an electrical switch operation. is there. In such a switch, it is important that the contact portion is a good contact. For example, when each electrode is made of a metal material, it is required that the metal surface be exposed on the surface of each electrode and that the contact resistance be small.
上述したような電極構造の間に空間を有する微細構造は、一般に、犠牲層を用いて製造されている。例えば、下側の電極の上に犠牲層を形成し、この上に上側の電極を形成し、この後、犠牲層を選択的に除去する。これらのことにより、互いに離間して配置される２つの電極構造を形成することができる。犠牲層の材料としては、一般には有機樹脂が用いられている。有機樹脂は低温で成膜可能であり、パターニングも容易に行えるなどの特徴がある。従って、有機樹脂を犠牲層に用いれば、例えばＣＭＯＳ−ＬＳＩ上に、熱によるＬＳＩの特性劣化を引き起こすことなく、低コストで微細構造体を作製することが可能となる。 A microstructure having a space between the electrode structures as described above is generally manufactured using a sacrificial layer. For example, a sacrificial layer is formed on the lower electrode, an upper electrode is formed on the sacrificial layer, and then the sacrificial layer is selectively removed. As a result, two electrode structures that are spaced apart from each other can be formed. As a material for the sacrificial layer, an organic resin is generally used. An organic resin can be formed at a low temperature and can be easily patterned. Therefore, if an organic resin is used for the sacrificial layer, for example, a microstructure can be manufactured at low cost on a CMOS-LSI without causing deterioration of LSI characteristics due to heat.
ところで、上述したように、犠牲層は除去することになる。有機樹脂の犠牲層を除去する方法には、酸素プラズマによるアッシング（非特許文献２参照）や、犠牲層を加熱するとともにオゾン雰囲気に晒すことによるアッシング（特許文献１参照）などがある。しかしながらこれらの方法では、電極の表面に重合膜や微粒子などが残渣となり、微細構造の動作を妨げるという問題がある。なお、上述したアッシング後の残渣は、主として有機樹脂と基板との密着性を高めるために添加されている密着助剤に由来するものである。 By the way, as described above, the sacrificial layer is removed. Methods for removing the sacrificial layer of the organic resin include ashing using oxygen plasma (see Non-Patent Document 2) and ashing by heating the sacrificial layer and exposing it to an ozone atmosphere (see Patent Document 1). However, these methods have a problem that polymer films, fine particles, and the like become residues on the surface of the electrode and hinder the operation of the fine structure. In addition, the residue after ashing mentioned above originates in the adhesion | attachment adjuvant added mainly in order to improve the adhesiveness of organic resin and a board | substrate.
このようなアッシング後の残渣を除去する方法として、ウエット処理により洗浄して残渣を除去する方法が提案されている。ウエット処理により電極表面を洗浄することで、残渣が除去されて清浄な表面が得られるようになる。しかしながらこの方法では、微細な寸法の電極構造では、ウエット処理に用いる溶液の表面張力により、ウエット処理後の乾燥工程などで電極同士が張り付き、また、破壊されるなどの問題が発生する（非特許文献３参照）。 As a method of removing such a residue after ashing, a method of removing the residue by washing by a wet process has been proposed. By cleaning the electrode surface by wet treatment, the residue is removed and a clean surface can be obtained. However, in this method, in the case of an electrode structure with a fine dimension, problems such as the electrodes sticking to each other in the drying process after the wet treatment or the like are broken due to the surface tension of the solution used in the wet treatment (non-patent). Reference 3).
ここで、液処理における表面張力の問題を解消するため、ウエット処理により洗浄した後に、超臨界流体を用いて乾燥する方法が提案されている（非特許文献３参照）。しかしながら、超臨界流体を用いる処理では、まず、高い圧力に耐えられる専用の特殊な洗浄装置が必要となる。また、加圧，加熱，減圧，置換などの処理を複数回繰り返す必要がある。このように、超臨界流体を用いた処理では、適用が容易ではなく、また、洗浄処理に多くの時間を必要とするため、製造プロセスの低コスト化や大量生産への対応が容易ではない（特許文献２参照）。 Here, in order to solve the problem of surface tension in the liquid treatment, a method of drying using a supercritical fluid after washing by a wet treatment has been proposed (see Non-Patent Document 3). However, in a process using a supercritical fluid, first, a special cleaning device that can withstand high pressure is required. In addition, it is necessary to repeat the processes such as pressurization, heating, decompression, and replacement a plurality of times. As described above, in the process using the supercritical fluid, the application is not easy, and the cleaning process requires a lot of time, so it is not easy to reduce the manufacturing process and cope with mass production ( Patent Document 2).
以上に説明したように、従来では、ＭＥＭＳなどの可動部を有する微細な構造体を製造するなど、有機樹脂の犠牲層を用いて所望とする構造体を作製する場合、犠牲層を除去した後の残渣が問題となり、この残渣を除去することが容易ではないという問題があった。 As described above, conventionally, when a desired structure is manufactured using a sacrificial layer of an organic resin, such as manufacturing a fine structure having a movable part such as MEMS, the sacrificial layer is removed. There was a problem that the residue was not easy to remove.
本発明は、以上のような問題点を解消するためになされたものであり、有機樹脂からなる犠牲層を用いて構造体を形成する場合に発生する残渣を、より容易に除去できるようにすることを目的とする。 The present invention has been made to solve the above-described problems, and makes it possible to more easily remove residues generated when a structure is formed using a sacrificial layer made of an organic resin. For the purpose.
本発明に係る微細構造体の製造方法は、基板の上に有機樹脂からなる犠牲層を用いて構造体を形成する第１工程と、活性な酸素を用いて犠牲層を除去する第２工程と、フッ化水素ガスを含む雰囲気に基板を晒す第３工程とを少なくとも備えるものである。なお、例えば、第１工程では、犠牲層を形成した後に、犠牲層の上に構造体を形成すればよい。 The method for manufacturing a microstructure according to the present invention includes a first step of forming a structure using a sacrificial layer made of an organic resin on a substrate, and a second step of removing the sacrificial layer using active oxygen. And a third step of exposing the substrate to an atmosphere containing hydrogen fluoride gas. For example, in the first step, after forming the sacrificial layer, a structure may be formed on the sacrificial layer.
上記微細構造体の製造方法において、第３工程の前に、基板の上にシリコン化合物からなる構造体を形成する工程を含む場合、第３工程では、処理温度を４０℃以上にするとよい。また、この場合、第３工程では、フッ化水素ガスの分圧を１０ｋＰａ以上とするとよい。また、第３工程の後に、基板を活性な酸素を含む雰囲気に晒す第４工程を備えるようにしてもよい。 In the method for manufacturing a fine structure, in the case where a step of forming a structure made of a silicon compound on a substrate is included before the third step, the processing temperature is preferably set to 40 ° C. or higher in the third step. In this case, the partial pressure of the hydrogen fluoride gas is preferably 10 kPa or more in the third step. Further, after the third step, a fourth step of exposing the substrate to an atmosphere containing active oxygen may be provided.
以上説明したように、本発明によれば、活性な酸素を用いて犠牲層を除去した後、フッ化水素ガスを含む雰囲気に基板を晒すようにしたので、有機樹脂からなる犠牲層を用い、基板の上に離間して配置される可撓性を有する構造体を有する微細構造体を製造するときに発生する残渣を、より容易に除去できるようになるという優れた効果が得られる。 As described above, according to the present invention, after removing the sacrificial layer using active oxygen, the substrate is exposed to an atmosphere containing hydrogen fluoride gas, so the sacrificial layer made of an organic resin is used, An excellent effect is obtained in that a residue generated when manufacturing a microstructure having a flexible structure that is spaced apart from the substrate can be more easily removed.
以下、本発明の実施の形態について図を参照して説明する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
［実施の形態１］
始めに、本発明の実施の形態１について説明する。まず、図１Ａに示すように、例えばシリコンからなる基板１０１の上に、めっき法で金属膜を形成するために必要となるシード層１０２を形成する。例えば、スパッタ法および蒸着法などにより、チタン層および金層をこの順に積層し、これら積層膜をシード層１０２とすればよい。このときのチタン層の層厚は、０．１μｍ程度、金層の層厚は０．１μｍ程度とすればよい。
[Embodiment 1]
First, the first embodiment of the present invention will be described. First, as shown in FIG. 1A, a
次に、図１Ｂに示すように、まず、シード層１０２の上に開口部１０３ａを備えるレジストパターン１０３を形成する。例えば、よく知られたフォトレジスト材料をシード層の上に塗布してレジスト膜を形成する。次いで、開口部１０３ａに対応するパターンを備えるフォトマスクを用いた公知のフォトリソグラフィ技術によりレジスト膜をパターニングすることで、レジストパターン１０３が形成できる。レジストパターン１０３の膜厚は１μｍ程度とする。
Next, as shown in FIG. 1B, first, a resist
次に、開口部１０３ａに露出するシード層１０２の上に、電解めっき法により金を堆積することで金属パターン１０４が形成された状態とする。金属パターン１０４は、膜厚０．３μｍ程度とすればよい。金属パターン１０４は、後述する下部電極の一部を構成するものである。このようにして金属パターン１０４を形成した後、レジストパターン１０３は除去する。
Next, the
次に、金属パターン１０４をマスクとしてシード層１０２を選択的にエッチング除去し、図１Ｃに示すように、基板１０１の上に下部電極１４１が形成された状態とする。金属パターン１０４の周囲のシード層１０２のエッチングでは、まず、上層の金層は、ヨウ素、ヨウ化アンモニウム、水、エタノールからなるエッチング液を用いたウエットエッチングにより除去できる。なお、このエッチングでは、金属パターン１０４の一部もエッチングされる。また、下層のチタン層は、フッ化水素水溶液を用いたウエットエッチングにより除去できる。
Next, the
次に、図１Ｄに示すように、下部電極１４１を覆うように基板１０１の上に有機樹脂からなる犠牲層１０５を形成し、また、犠牲層１０５に開口部１０５ａを形成する。例えば、ＰＢＯ（ポリベンザオキサゾール）により構成された感光性を有する有機樹脂を、基板１０１の上に塗布して塗布膜を形成する。次いで、形成した塗布膜を公知のリソグラフィ技術によりパターニングすれば、開口部１０５ａを備える犠牲層１０５が形成できる。犠牲層１０５のパターニング処理では、前処理として、塗布膜に対して１２０℃のプリベーク処理を４分程度行う。また、パターニングした後には、３１０℃程度の加熱処理を行い、硬化させる。なお、犠牲層１０５に用いる有機樹脂としては、例えば、住友ベークライト社製のＣＲＣ８３００を用いればよい。
Next, as shown in FIG. 1D, a
次に、図１Ｅに示すように、まず、開口部１０５ａ内を含めた犠牲層１０５の上に、シード層１０６を形成する。また、開口部１０５ａ（図１Ｄ）の一部から下部電極１４１の上部にあたる領域に渡る金属パターン１０７を形成する。なお、金属パターン１０７の一端側には、開口部１０５ｂが形成される。金属パターン１０７は、図１Ｆの断面図に示すように、支持部１０８，連結部１０９，および上部電極１１０となる部分から構成されている。開口部１０５ｂは、支持部１０８に隣接する。なお、図１Ｅは、図１Ｆのｅｅ’線の断面を示している。
Next, as shown in FIG. 1E, first, a
ここで、シード層１０６は、前述したシード層１０２と同様に形成すればよい。また、金属パターン１０７は、上述した金属パターン１０４と同様に、所望とする領域が開口したレジストパターンを用い、この開口部に露出するシード層１０６の上に、選択的に金をめっきすることで形成すればよい。この場合においても、レジストパターンの膜厚は１μｍ程度とすればよい。また、金属パターン１０７のめっき厚は０．３μｍ程度とすればよい。
Here, the
次いで、金属パターン１０７をマスクとしてシード層１０６を選択的にエッチング除去し、図１Ｇに示すように、上部電極１１０が下部電極１４１の上方に対向して配置される上部電極構造体１７１が形成された状態とする。上部電極構造体１７１は、基板１０１に接続する支持部１０８と、支持部１０８と上部電極１１０とを連結する連結部１０９とを備える。シード層１０６のエッチングは、前述したシード層１０２のエッチングと同様である。
Next, the
次に、例えば酸素プラズマやオゾン雰囲気を用いたアッシングにより犠牲層１０５を除去することで、図１Ｈに示すように、下部電極１４１と上部電極１１０とが離間した状態とする。ここで、上述したような有機樹脂である犠牲層１０５の活性な酸素を用いた除去では、犠牲層１０５が接していた領域に残渣１１１が形成される。このようなアッシング処理では、有機樹脂を完全に除去することが容易ではなく、エッチングしきれずに残る部分や再付着により発生する微量子などより残渣１１１が形成される。上部電極構造体１７１は、例えば連結部１０９が変形する（撓む）ことで、下部電極１４１に対して上部電極１１０を変位させる微細構造体である。ところが、残渣１１１は、上部電極構造体１７１の上述した動作を阻害するものとなる。
Next, the
残渣１１１は、犠牲層１０５の基板との密着性を高めるために有機樹脂に添加されている助剤に由来するものであり、シリコンサブオキサイドを主成分とするものである。このため、上述したような活性酸素を用いた処理では完全に除去することが容易ではない。これに対し、残渣１１１は、フッ化水素ガスによって除去することができる。従って、上述したように犠牲層１０５を除去した後、下部電極１４１および上部電極構造体１７１が形成されている基板１０１を、フッ化水素ガス中に所定の時間配置する。
The
例えば、密閉可能な所定の容器内に基板１０１を配置し、この容器にフッ化水素ガスを導入すれば、基板１０１の上に形成された下部電極１４１および上部電極構造体１７１などに付着している残渣１１１を、フッ化水素ガスに晒すことができる。これにより、フッ化水素を残渣１１１に作用させ、残渣１１１をエッチング除去することで、図１Ｉに示すように、残渣などがない状態で、基板１０１の上に、下部電極１４１および上部電極構造体１７１が形成できる。
For example, if the
上述したように、本実施の形態では、有機樹脂からなる犠牲層の除去をドライエッチングによって行い、さらに犠牲層を除去した後に電極表面に形成される残渣を、フッ化水素ガスを用いたドライエッチングで除去する。このように、本実施の形態によれば、例えば、２つの電極構造体により可動構造を形成し、形成した電極構造体の表面について十分な清浄化処理を行うことができる。このため、残渣による電極同士の貼りつきなどの問題は生じることが無く、残渣に駆動を阻害されることのない微小な可動構造を作製することができるようになる。また、本実施の形態によれば、表面張力が問題となる液処理を行うことなく、残渣を除去している。このため、表面張力による微細なパターンの変形や固着などの破損が発生しない。 As described above, in this embodiment, the sacrificial layer made of an organic resin is removed by dry etching, and the residue formed on the electrode surface after the sacrificial layer is further removed is dry-etched using hydrogen fluoride gas. Remove with. Thus, according to the present embodiment, for example, a movable structure can be formed by two electrode structures, and the surface of the formed electrode structure can be sufficiently cleaned. For this reason, problems such as sticking of electrodes due to the residue do not occur, and a minute movable structure that does not impede driving by the residue can be manufactured. Moreover, according to this Embodiment, the residue is removed, without performing the liquid process from which surface tension becomes a problem. For this reason, damage such as fine pattern deformation or fixation due to surface tension does not occur.
なお、上述したようにフッ化水素ガスによる処理をした後に、オゾンガスや酸素ガスのプラズマなど活性な酸素を用いた雰囲気に基板を晒すアッシング処理を行うようにしてもよい。フッ化水素ガスによる処理の後、電極などの構造体の表面に炭素を含む残渣が残る場合、活性な酸素を用いたアッシング処理によりこの残渣を除去することができる。 Note that after the treatment with hydrogen fluoride gas as described above, an ashing treatment may be performed in which the substrate is exposed to an atmosphere using active oxygen such as ozone gas or oxygen gas plasma. When a residue containing carbon remains on the surface of a structure such as an electrode after the treatment with hydrogen fluoride gas, the residue can be removed by an ashing treatment using active oxygen.
［実施の形態２］
次に、本発明の実施の形態２について説明する。まず、図２Ａに示すように、例えばシリコンからなる基板２０１の上に、めっき法で金属膜を形成するために必要となるシード層２０２を形成する。例えば、スパッタ法および蒸着法などにより、チタン層および金層をこの順に積層し、これら積層膜をシード層２０２とすればよい。このときのチタン層の層厚は、０．１μｍ程度、金層の層厚は０．１μｍ程度とすればよい。
[Embodiment 2]
Next, a second embodiment of the present invention will be described. First, as shown in FIG. 2A, a
次に、図２Ｂに示すように、まず、シード層２０２の上に開口部２０３ａを備えるレジストパターン２０３を形成する。例えば、よく知られたフォトレジスト材料をシード層の上に塗布してレジスト膜を形成する。次いで、開口部２０３ａに対応するパターンを備えるフォトマスクを用いた公知のフォトリソグラフィ技術によりレジスト膜をパターニングすることで、レジストパターン２０３が形成できる。レジストパターン２０３の膜厚は１μｍ程度とする。
Next, as shown in FIG. 2B, first, a resist
次に、開口部２０３ａに露出するシード層２０２の上に、電解めっき法により金を堆積することで金属パターン２０４が形成された状態とする。金属パターン２０４は、膜厚０．３μｍ程度とすればよい。金属パターン２０４は、後述する下部電極の一部を構成するものである。このようにして金属パターン２０４を形成した後、レジストパターン２０３は除去する。
Next, a
次に、金属パターン２０４をマスクとしてシード層２０２を選択的にエッチング除去し、図２Ｃに示すように、基板２０１の上に下部電極（第１電極）２４１が形成された状態とする。金属パターン２０４の周囲のシード層２０２のエッチングでは、まず、上層の金層は、ヨウ素、ヨウ化アンモニウム、水、エタノールからなるエッチング液を用いたウエットエッチングにより除去できる。なお、このエッチングでは、金属パターン２０４の一部もエッチングされる。また、下層のチタン層は、フッ化水素水溶液を用いたウエットエッチングにより除去できる。
Next, the
次に、図２Ｄに示すように、下部電極２４１の上に絶縁膜２４１ａを形成する。例えば、酸化シリコンを堆積して酸化シリコン膜を形成し、これを公知のフォトリソグラフィ技術およびエッチング技術によりパターニングすることで、下部電極２４１の上に絶縁膜２４１ａが形成できる。絶縁膜２４１ａは、例えば、膜厚０．１μｍ程度に形成すればよい。
Next, as illustrated in FIG. 2D, an insulating
次に、図２Ｅに示すように、絶縁膜２４１ａが形成された下部電極２４１を覆うように基板２０１の上に有機樹脂からなる犠牲層２０５を形成し、また、犠牲層２０５に開口部２０５ａを形成する。例えば、ＰＢＯにより構成された感光性を有する有機樹脂を、基板２０１の上に塗布して塗布膜を形成する。次いで、形成した塗布膜を公知のリソグラフィ技術によりパターニングすれば、開口部２０５ａを備える犠牲層２０５が形成できる。
Next, as shown in FIG. 2E, a
犠牲層２０５のパターニング処理では、前処理として、塗布膜に対して１２０℃のプリベーク処理を４分程度行う。また、パターニングした後には、３１０℃程度の加熱処理を行い、硬化させる。なお、犠牲層２０５に用いる有機樹脂としては、例えば、住友ベークライト社製のＣＲＣ８３００を用いればよい。
In the patterning process of the
次に、図２Ｆに示すように、まず、開口部２０５ａ内を含めた犠牲層２０５の上に、シード層２０６を形成する。また、開口部２０５ａ（図２Ｆ）の一部から下部電極２４１の上部にあたる領域に渡る金属パターン２０７を形成する。なお、金属パターン２０７の一端側には、開口部２０５ｂが形成される。金属パターン２０７は、前述した実施の形態１における金属パターン１０７と同様に、支持部２０８，連結部２０９，および上部電極２１０となる部分から構成されている。開口部２０５ｂは、支持部２０８に隣接する。
Next, as shown in FIG. 2F, first, a
ここで、シード層２０６は、前述したシード層２０２と同様に形成すればよい。また、金属パターン２０７は、上述した金属パターン２０４と同様に、所望とする領域が開口したレジストパターンを用い、この開口部に露出するシード層２０６の上に、選択的に金をめっきすることで形成すればよい。この場合においても、レジストパターンの膜厚は１μｍ程度とすればよい。また、金属パターン２０７のめっき厚は０．３μｍ程度とすればよい。
Here, the
次いで、金属パターン２０７をマスクとしてシード層２０６を選択的にエッチング除去し、図２Ｇに示すように、上部電極２１０が下部電極２４１の上方に対向して配置される上部電極構造体２７１が形成された状態とする。上部電極構造体２７１は、基板２０１に接続する支持部２０８と、支持部２０８と上部電極２１０とを連結する連結部２０９とを備える。シード層２０６のエッチングは、前述したシード層２０２のエッチングと同様である。
Next, the
次に、例えば酸素プラズマやオゾン雰囲気を用いたアッシングにより犠牲層２０５を除去することで、図２Ｈに示すように、下部電極２４１と上部電極２１０とが離間した状態とする。ここで、上述したような有機樹脂である犠牲層２０５の活性な酸素を用いた除去では、犠牲層２０５が接していた領域に残渣２１１が形成される。このようなアッシング処理では、有機樹脂を完全に除去することが容易ではなく、エッチングしきれずに残る部分や再付着により発生する微量子などより残渣２１１が形成される。上部電極構造体２７１は、例えば連結部２０９が変形する（撓む）ことで、下部電極２４１に対して上部電極２１０を変位させる微細構造体である。ところが、残渣２１１は、上部電極構造体２７１の上述した動作を阻害するものとなる。
Next, the
残渣２１１は、犠牲層２０５の基板との密着性を高めるために有機樹脂に添加されている助剤に由来するものであり、シリコンサブオキサイドを主成分とするものである。このため、上述したような活性酸素を用いた処理では完全に除去することが容易ではない。これに対し、残渣２１１は、フッ化水素ガスによって除去することができる。ところで、本実施の形態では、下部電極２４１の上に絶縁膜（シリコン化合物からなる構造体）２４１ａを備えている。酸化シリコンから構成されている絶縁膜２４１ａは、フッ化水素ガスによりある程度エッチングされる。このため、フッ化水素ガスを用いて残渣２１１を除去するためには、フッ化水素ガスにより絶縁膜２４１ａが除去されないようにすることが重要となる。
The
ここで、発明者らの研究により、フッ化水素ガスを用いる場合の処理温度の制御およびフッ化水素ガスの分圧の制御により、残渣２１１および酸化シリコンのエッチングレートを制御できることが見いだされた。
Here, the inventors' research has found that the etching rate of the
まず、図３に示すように、フッ化水素ガスによる酸化シリコンのエッチングレートは、処理温度が高いほど低下することが判明した。図３は、シリコン基板の上に形成したシリコン熱酸化膜のフッ化水素ガスによるエッチレートの基板温度依存性を示している。シリコン基板の温度を２５℃，４０℃，７０℃と変化させ、各温度において、飽和蒸気圧のフッ化水素ガスで基板表面のシリコン熱酸化膜をエッチングする。この結果、シリコン熱酸化膜のエッチレートは、基板温度条件２５℃において１８０ｎｍ／分以上であるのに対し、４０℃を超えると急激に低下し、７０℃条件では３．５ｎｍ／分に低下する。 First, as shown in FIG. 3, it has been found that the etching rate of silicon oxide by hydrogen fluoride gas decreases as the processing temperature increases. FIG. 3 shows the substrate temperature dependence of the etching rate of the silicon thermal oxide film formed on the silicon substrate by the hydrogen fluoride gas. The temperature of the silicon substrate is changed to 25 ° C., 40 ° C., and 70 ° C., and the silicon thermal oxide film on the surface of the substrate is etched with hydrogen fluoride gas having a saturated vapor pressure at each temperature. As a result, the etch rate of the silicon thermal oxide film is 180 nm / min or more at the substrate temperature condition of 25 ° C., but rapidly decreases when the temperature exceeds 40 ° C., and decreases to 3.5 nm / min at the 70 ° C. condition. .
一方、シリコン基板に感光性有機樹脂膜を形成し、これをアッシングして残渣が形成されたものを試料とし、基板を７０℃に加熱して飽和蒸気圧のフッ化水素ガスに暴露する。この処理では、膜厚１６０ｎｍの残渣が１分以内で除去できる。従って、基板を加熱するなど処理温度を４０℃以上、特に７０℃にすることで、残渣と酸化シリコンとのエッチング選択比を大きくすることができる。なお、処理温度は、製造している微細構造体の耐熱温度より低くすることが重要である。 On the other hand, a photosensitive organic resin film is formed on a silicon substrate, and this is ashed to form a residue. The substrate is heated to 70 ° C. and exposed to hydrogen fluoride gas having a saturated vapor pressure. In this treatment, a residue having a thickness of 160 nm can be removed within 1 minute. Accordingly, the etching selectivity between the residue and silicon oxide can be increased by setting the processing temperature to 40 ° C. or higher, particularly 70 ° C., such as heating the substrate. It is important that the processing temperature is lower than the heat resistance temperature of the microstructure manufactured.
また、フッ化水素ガスの分圧を１０ｋＰａ以上にすることにより、酸化シリコンに対して残渣のエッチング速度が上昇することも確認された。従って、フッ化水素ガスの分圧を１０ｋＰａ以上にすることで、残渣と酸化シリコンとの選択比を大きくすることができる。なお、当然ではあるが、この処理におけるフッ化水素ガスの圧力（分圧）は、処理温度におけるフッ化水素ガスの飽和蒸気圧が最大となる。 It was also confirmed that the etching rate of the residue increased with respect to silicon oxide by setting the partial pressure of hydrogen fluoride gas to 10 kPa or more. Therefore, the selective ratio between the residue and silicon oxide can be increased by setting the partial pressure of hydrogen fluoride gas to 10 kPa or more. As a matter of course, the pressure (partial pressure) of hydrogen fluoride gas in this treatment is the maximum saturated vapor pressure of hydrogen fluoride gas at the treatment temperature.
従って、上述したように犠牲層２０５を除去した後、形成された残渣２１１を除去するためには、下部電極２４１および上部電極構造体２７１が形成されている基板２０１を、例えば基板温度を７０℃とし、また分圧１０ｋＰａ以上のフッ化水素ガス中に所定の時間配置すればよい。なお、温度条件および分圧条件について、各々個別に対応させてもよく、これら２つを組み合わせてもよい。このようなフッ化水素ガスの処理により、残渣２１１をエッチング除去することで、図２Ｉに示すように、残渣などがない状態で、基板２０１の上に、絶縁膜２４１ａが形成された下部電極２４１および上部電極構造体２７１が形成できる。
Therefore, in order to remove the formed
なお、上述では、絶縁膜２４１ａを酸化シリコンから構成した場合について説明したが、これに限るものではない。酸化シリコンや窒化シリコンなどのシリコン化合物のように、フッ化水素ガスにエッチングされる材料より構成された構造体を、犠牲層を除去する前に形成しておく場合、上述同様にすればよい。
Although the case where the insulating
また、本実施の形態においても、上述したようにフッ化水素ガスによる処理をした後に、オゾンガスや酸素ガスのプラズマなど活性な酸素の雰囲気に基板を晒すアッシング処理を行うようにしてもよい。フッ化水素ガスによる処理の後、電極などの構造体の表面に炭素を含む残渣が残る場合、活性な酸素を用いたアッシング処理によりこの残渣を除去することができる。 Also in this embodiment, after the treatment with hydrogen fluoride gas as described above, an ashing treatment may be performed in which the substrate is exposed to an active oxygen atmosphere such as plasma of ozone gas or oxygen gas. When a residue containing carbon remains on the surface of a structure such as an electrode after the treatment with hydrogen fluoride gas, the residue can be removed by an ashing treatment using active oxygen.
ところで、下部電極２４１の上に絶縁膜２４１ａを形成しておくことで、図４に示すように、上部電極２１０が変位した際に、下部電極２４１と上部電極２１０との接触による短絡を防止することができる。絶縁膜２４１ａにより、下部電極２４１と上部電極２１０とが直接接触することがない。
By the way, by forming the insulating
なお、前述した実施の形態では、支持部、連結部、および上部電極を、めっき法により一体に形成したが、これに限るものではない。例えば、図５に示すように、基板５０１の上に、下部電極５０２と共に支持部５０３を形成し、この状態で、下部電極５０２を埋め込み支持部５０３の上面は露出する犠牲層５０４を形成する。この後、犠牲層５０４の上に、上部電極５０５を形成し、加えて、支持部５０３および上部電極５０５に接続する梁部５０６を形成してもよい。このように、支持部５０３，上部電極５０５，および梁部５０６を個別に形成してもよい。なお、支持部５０３および梁部５０６は、金属から構成されていてもよく、酸化シリコンや窒化シリコンなどの絶縁物から構成されていてもよい。
In the above-described embodiment, the support portion, the connecting portion, and the upper electrode are integrally formed by plating, but the present invention is not limited to this. For example, as shown in FIG. 5, a
以上に説明したように、本発明によれば、上下に離間して配置される２つの構造体（電極）を有する微細構造体を製造するなど、基板の上に有機樹脂からなる犠牲層を用いて構造体を形成するときに、犠牲層を除去した後に発生する残渣を、より容易に除去できるようになる。 As described above, according to the present invention, a sacrificial layer made of an organic resin is used on a substrate, such as manufacturing a microstructure having two structures (electrodes) that are spaced apart from each other in the vertical direction. Thus, when the structure is formed, residues generated after removing the sacrificial layer can be more easily removed.
リソグラフィ技術で用いられるレジストパターンを含む、有機樹脂からなる犠牲層を用いて構造体を形成する場合、犠牲層を除去した後の残渣が問題となる。例えば、上述した可動電極構造体の場合には、上部電極の動作に支障を来すようになる。また、ＬＳＩの多層配線構造などにおいては、レジストパターンを用いて配線構造などを形成した後、残渣が残っていると、次の配線形成工程に大きな影響を及ぼす。また、レジストパターンを用いてマイクロ流路などを形成した後、残渣などが残っていると、流路としての所期の性能を発揮することができないという問題が発生する。 When a structure is formed using a sacrificial layer made of an organic resin including a resist pattern used in a lithography technique, a residue after the sacrificial layer is removed becomes a problem. For example, in the case of the movable electrode structure described above, the operation of the upper electrode is hindered. In addition, in an LSI multilayer wiring structure or the like, if a residue remains after a wiring structure or the like is formed using a resist pattern, it greatly affects the next wiring formation process. Further, if a residue or the like remains after forming a micro flow path using a resist pattern, there arises a problem that the desired performance as the flow path cannot be exhibited.
このように、犠牲層を用いて構造体を形成するときに、犠牲層を除去した後の残渣は大きな問題となる。本発明によれば、この残渣を、超臨界流体を用いるなど、複雑な工程を経ることや複雑な装置を用いること無く、より容易に除去できるようなる。また、本発明によれば、酸化シリコンなどシリコン化合物を備えている場合においても、残渣を除去することが可能となる。 Thus, when forming a structure using a sacrificial layer, the residue after removing the sacrificial layer becomes a serious problem. According to the present invention, this residue can be removed more easily without using a complicated process such as using a supercritical fluid or using a complicated apparatus. Furthermore, according to the present invention, it is possible to remove residues even when a silicon compound such as silicon oxide is provided.
また、本発明によれば、例えば、静電容量式圧力センサー，加速度センサー，可変容量素子，可動ミラー構造，バイブレーター，メカニカルフィルター，およびスイッチなどの、２つの電極構造体の間に空間を有する他の微細構造においても、前述した実施の形態と同様の効果が得られる。 In addition, according to the present invention, for example, there is a space between two electrode structures such as a capacitive pressure sensor, an acceleration sensor, a variable capacitance element, a movable mirror structure, a vibrator, a mechanical filter, and a switch. Even in this fine structure, the same effect as the above-described embodiment can be obtained.
１０１…基板、１０２…シード層、１０３…レジストパターン、１０３ａ…開口部、１０４…金属パターン、１０５…犠牲層、１０５ａ…開口部、１０５ｂ…開口部、１０６…シード層、１０７…金属パターン、１０８…支持部、１０９…連結部、１１０…上部電極、１１１…残渣、１４１…下部電極、１７１…上部電極構造体。
DESCRIPTION OF
Claims (5)
活性な酸素を用いて前記犠牲層を除去する第２工程と、
前記基板をフッ化水素ガスを含む雰囲気に晒す第３工程と
を少なくとも備えることを特徴とする微細構造体の製造方法。 A first step of forming a structure using a sacrificial layer made of an organic resin on a substrate;
A second step of removing the sacrificial layer using active oxygen;
And a third step of exposing the substrate to an atmosphere containing hydrogen fluoride gas.
前記第１工程では、前記犠牲層を形成した後に、前記犠牲層の上に前記構造体を形成することを特徴とする微細構造体の製造方法。 In the manufacturing method of the fine structure according to claim 1,
In the first step, after the sacrifice layer is formed, the structure is formed on the sacrifice layer.
前記第３工程の前に、前記基板の上にシリコン化合物からなる構造体を形成する工程を含み、前記第３工程では、処理温度を４０℃以上にすることを特徴とする微細構造体の製造方法。 In the manufacturing method of the fine structure according to claim 1 or 2,
Before the third step, a step of forming a structure made of a silicon compound on the substrate is included, and in the third step, a processing temperature is set to 40 ° C. or more. Method.
前記第３工程の前に、前記基板の上にシリコン化合物からなる構造体を形成する工程を含み、前記第３工程では、フッ化水素ガスの分圧を１０ｋＰａ以上とすることを特徴とする微細構造体の製造方法。 In the manufacturing method of the fine structure according to claim 1 or 2,
Before the third step, a step of forming a structure made of a silicon compound on the substrate is included, and in the third step, the partial pressure of hydrogen fluoride gas is 10 kPa or more. Manufacturing method of structure.
前記第３工程の後に、前記基板を活性な酸素を含む雰囲気に晒す第４工程を備えることを特徴とする微細構造体の製造方法。 In the manufacturing method of the microstructure according to any one of claims 1 to 4,
After the third step, the method for manufacturing a microstructure includes a fourth step of exposing the substrate to an atmosphere containing active oxygen.
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