JP6471505B2 - ドライエッチング方法および素子の製造方法 - Google Patents
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Description
[ジャイロ素子の形状]
先ず、本発明の実施形態に係るドライエッチング方法で加工したジャイロ素子の形状について、図1を参照して説明する。図1はジャイロ素子を模式的に示す概略平面図である。なお、ジャイロ素子100には、検出用電極、検出用配線、駆動用電極、駆動用配線、および調整用電極などが設けられているが、説明の便宜上、図1においては省略している。
次に、ジャイロ素子100の動作原理について説明する。
駆動モードにおいて、駆動用電極に所定の交流電圧を印加すると、駆動用振動腕12a,12bは、XY面内方向で逆向きに即ち互いに接近離反する向きに屈曲振動(面内モード振動)する。また、調整用振動腕16a,16bは、駆動用振動腕12a,12bの屈曲振動(面内モード振動)に基部10を介して共振し、駆動用振動腕12a,12bと同様に、XY面内方向で逆向きに即ち互いに接近離反する向きに屈曲振動(面内モード振動)する。
次に、本発明の実施形態に係るドライエッチング方法を用い、水晶を基材(主要部分を構成する材料)とするジャイロ素子100を製造する方法を図2から図4を参照して説明する。
図2は、ジャイロ素子の外形を形成する製造方法を示す工程図である。図3(a)〜図3(d)は、図2に示す主要な工程毎の図1におけるA−A線での概略断面図である。図4(e)〜図4(h)は、図2に示す主要な工程毎の図1におけるA−A線での概略断面図である。
先ず、下地層形成工程(Step1)では、二酸化ケイ素(SiO2)基板としての水晶基板110の表裏の両主面に下地層120を形成する。図3(a)は、水晶基板110に下地層120を形成した後の概略断面図である。下地層120は、スパッタリング法、CVD(chemical vapor deposition)法、無電解めっき法などで成膜できる。下地層120の材料としては、例えば、金(Au)、銅(Cu)、チタンタングステン(TiW)、クロム(Cr)、ニッケルクロム(NiCr)、アルミニウム(Al)などを使用することができる。水晶基板110と下地層120との密着性を高めるための密着層(図示せず)が設けられていてもよい。本実施形態では、60μm以上の厚さを有する厚さ略110μmの水晶基板110上にクロム(Cr)の密着層を介して厚さ略100nmの下地層120を銅(Cu)で形成している。
レジストパターニング工程(Step2)では、フォトリソグラフィーを用いて一方(+Z軸方向)の主面上にレジスト130をパターニングする。図3(b)は、パターニング後の概略断面図である。レジスト130は、例えばコーターなどを使用して水晶基板110の一方(+Z軸方向)の主面に略25μmの厚さで均一に塗布される。水晶基板110に塗布されたレジスト130は、例えば、コンタクトアライナー、プロキシミティアライナーなどの露光装置を用いて図示しないフォトマスクを介して露光される。その後、レジスト130を現像することにより、平面視におけるジャイロ素子100の外形形状に開口されたパターンのレジスト130が形成される。
次に、金属層形成工程(Step3)では、水晶基板110をエッチングしてジャイロ素子100を形成する際のマスクになる金属層140を水晶基板110の表裏の両主面に形成する。図3(c)は、金属層140を形成した後の概略断面図である。金属層140は、パターニングしたレジスト130をマスクとして露出している下地層120の上と、他方(−Z軸方向)の主面側の下地層120の上と、にめっき技術により形成される。本実施形態の金属層140は、ニッケル(Ni)を無電解めっき法により略15μmの厚さで形成されている。
レジスト・下地層剥離工程(Step4)では、レジスト130と下地層120とを除去して金属マスクとなる金属層140を形成する。図3(d)は、レジスト130と下地層120とを剥離した後の概略断面図である。金属層形成工程(Step3)で下地層120のマスクとして使用され不要となったレジスト130を剥離し、露出した下地層120を除去することで、金属マスクとなるジャイロ素子100の外形形状にパターニングされた金属層140が形成される。レジスト130の剥離方法としては、レジスト剥離剤を用いたウェットエッチング法や、オゾンやプラズマを用いたドライエッチング法などを用いることができる。下地層120の剥離方法としては、下地層120に用いた材料に反応する反応性ガスなどを用いたドライエッチング法や、下地層120に用いた材料を腐食溶解する液体に浸漬させるウェットエッチング法などを用いることができる。
支持基板固定工程(Step5)では、シリコンなどの支持基板150上に両面接着テープなどの固定用部材160を介して金属層140が形成された水晶基板110を固定する。図4(e)は、支持基板150上に水晶基板110を固定した後の概略断面図である。水晶基板110は固定用部材160を介して支持基板150に貼り合わせた状態で、ドライエッチング装置のチャンバー内への搬入とチャンバー内に設けられたステージへの載置がなされる。前述のように本実施形態の水晶基板110は厚さが略110μmと非常に薄いが、厚さが600〜800μmと十分な強度を有する支持基板150に貼り合わせた状態で取り扱うことによって搬入時に作用する外力による水晶基板110の損傷を確実に防止できる。
ドライエッチング工程(Step6)では、ドライエッチング装置(図示せず)を用い、本実施形態に係るドライエッチング方法により、金属層140をマスクとしてジャイロ素子100の外形に水晶基板110をエッチングする。ドライエッチング装置には、一例として、ICP(Inductive Coupling Plasma)型(誘導結合プラズマ型)のRIE(Reactive Ion Etching)装置を用いる。図4(f)は、水晶基板110をエッチングした後の概略断面図である。
支持基板分離工程(Step7)では、金属層140を剥離してエッチングを施した水晶基板110から支持基板150を分離する。図4(g)は、金属層140を剥離し水晶基板110と支持基板150とを分離した後の概略断面図である。金属層140の剥離方法としては、金属層140に用いた材料を腐食溶解する液体に浸漬させるウェットエッチング法などを用いることができる。
下地層剥離工程(Step8)では、下地層120を剥離する。図4(h)は、下地層120を剥離した後の概略断面図である。下地層120の剥離方法としては、下地層120に用いた材料に反応する反応性ガスなどを用いたドライエッチング法や、下地層120に用いた材料を腐食溶解する液体に浸漬させるウェットエッチング法などを用いることができる。
ドライエッチング中に生じる段差状のエッチング残渣300による不良について、図5を参照し説明する。
図5(a)〜(f)は、ドライエッチング工程において生じる段差状のエッチング残渣の発生要因を説明する図4(e)におけるB部の拡大図である。
図5(f)で示す段差状のエッチング残渣300は、以下に説明する経緯で発生するものと考えられる。
先ず、図5(a)における金属層140のマスクで覆われていない水晶基板110の表面にエッチングガスの誘導結合プラズマのプラスイオンが衝突し、エッチングが始まる。
すると、エッチング装置のチャンバー内の温度上昇に伴い、水晶基板110とフッ素(F)、炭素(C)、およびケイ素(Si)の反応生成物である側壁保護膜200との線膨張係数の違い、又は側壁保護膜200の硬度が硬いことにより側壁保護膜200に内部応力が発生することで、側壁保護膜200が亀裂し、図5(d)に示すように、水晶基板110の側壁170から剥離してしまう。
そのため、水晶基板110のエッチングが終了しても、図5(f)に示すように、剥離した側壁保護膜200の一部に覆われた領域は、段差状のエッチング残渣300を生じる。
この段差状のエッチング残渣300は、水晶基板110から前述したジャイロ素子100などを製造する場合、ジャイロ素子100の各振動腕に生じると、各振動腕の振動を阻害しQ値を著しく低下させ、検出感度を劣化してしまい、製造歩留まりの点で問題となる。そのため、このような段差状のエッチング残渣300が生じない良好な側壁保護膜200の組成比を見出す必要がある。
次に、本実施形態に係るドライエッチング方法におけるエッチング中に側壁保護膜200の剥離が生じない側壁保護膜200のフッ素(F)と炭素(C)との組成比(フッ素(F)/炭素(C))について、図6および図7を参照し説明する。
図6は、側壁保護膜の剥離が生じない側壁保護膜のフッ素(F)と炭素(C)との組成比(フッ素(F)/炭素(C))を示す図である。図7は、側壁保護膜の剥離が生じた側壁保護膜のフッ素(F)と炭素(C)との組成比(フッ素(F)/炭素(C))を示す図である。なお、図6と図7において、フッ素(F)および炭素(C)はat%(アトミックパーセント:原子組成百分率)で示してある。at%とは、原子100個の中に考えている原子が何個含まれていれるかを百分率で示すものであり、例えば、20個含まれていれば20at%である。フッ素(F)と炭素(C)との組成比(フッ素(F)/炭素(C))の測定には、SEM−EDXと呼ばれる走査型電子顕微鏡(Scanning Electron Microscope)に付属するエネルギー分散型X線分析装置(Energy Dispersive X−ray Detector)を用いて行っている。
図6より、側壁保護膜200の剥離が発生しない側壁保護膜200のフッ素(F)と炭素(C)との組成比(フッ素(F)/炭素(C))は、最小が資料1−12の2.0であり、最大が資料1−3の7.8であることが明らかとなった。
図7より、側壁保護膜200の剥離が発生する側壁保護膜200のフッ素(F)と炭素(C)との組成比(フッ素(F)/炭素(C))は、最小が資料2−6の0.8であり、最大が資料2−9の1.5であることが明らかとなった。
Claims (5)
- 炭素(C)およびフッ素(F)を含むエッチングガスを用い、
二酸化ケイ素(SiO 2 )基板の側壁に側壁保護膜を形成しながら前記二酸化ケイ素(SiO 2 )基板をエッチングして、前記二酸化ケイ素(SiO 2 )基板の厚さ方向に沿った面を形成するドライエッチング方法であって、
前記側壁保護膜のフッ素(F)と炭素(C)との組成比(フッ素(F)/炭素(C))を、2.0以上7.8以下とすることを特徴とするドライエッチング方法。 - 請求項1に記載のドライエッチング方法において、
前記側壁保護膜は、フッ素(F)、炭素(C)、およびケイ素(Si)を含む膜であることを特徴とするドライエッチング方法。 - 請求項1又は請求項2に記載のドライエッチング方法において、
前記エッチングガスは、六フッ化エタン(C2F6)とヘリウム(He)であることを特徴とするドライエッチング方法。 - 請求項1乃至請求項3のいずれか一項に記載のドライエッチング方法において、
前記二酸化ケイ素(SiO 2 )基板は、60μm以上の厚さを有することを特徴とするドライエッチング方法。 - 請求項1乃至請求項4のいずれか一項に記載のドライエッチング方法を用いて製造されたことを特徴とする素子の製造方法。
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