JP2002200599A

JP2002200599A - 三次元構造体の作製方法

Info

Publication number: JP2002200599A
Application number: JP2000385176A
Authority: JP
Inventors: Masateru Hara; 昌輝原; Toshiyuki Samejima; 俊之鮫島
Original assignee: Sony Corp
Current assignee: Sony Corp
Priority date: 2000-10-30
Filing date: 2000-12-19
Publication date: 2002-07-16

Abstract

(57)【要約】【課題】比較的簡単な工程でウィンドウ効果を低減
し、複雑な構造であってもエッチング工程に要する時間
を短縮することができる三次元構造体の作製方法を提供
する。【構成】ガラス基板１１上に第１の犠牲層（フォトレ
ジスト膜）を形成した後、フォトレジスト膜上に第２の
犠牲層（二酸化シリコン膜）を形成し、そののちフォト
レジスト膜を除去することにより空隙１４を形成する。
続いて、第２の犠牲層（二酸化シリコン膜）上に第３の
犠牲層（非晶質シリコン膜１５）を形成した後、第２の
犠牲層を除去することにより空隙１４を拡大させる。続
いて、第３の犠牲層上に所望の構造膜（窒化シリコン膜
１６）を形成した後、第３の犠牲層（非晶質シリコン膜
１５）をドライエッチングにより除去する。非晶質シリ
コン膜１５をエッチングする際に、下部の空隙１４が大
きいため、エッチングガスの接触面積が大きくなり、エ
ッチング工程に要する時間が短縮される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、犠牲層を除去する
ことにより空隙を形成する工程を有する三次元構造体の
作製方法に係り、特に、ＭＥＭＳ（Micro Electro Mech
anical System ）分野におけるデバイスを製造する際に
用いて好適な三次元構造体の作製方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、ＭＥＭＳ分野において、三次元構
造体を実現する技術の１つとして、基板上に予め犠牲層
を形成し、この犠牲層上に構造膜を形成した後、犠牲層
をエッチングして除去することにより所望の構造を実現
する方法が採用されている。犠牲層としてはＳｉＯ
₂（二酸化シリコン）やＳｉ（シリコン）が用いられ、
ＳｉＯ₂により犠牲層を形成した場合にはＨＦ（フッ化
水素）系のエッチング液、また、Ｓｉにより犠牲層を形
成した場合には気相のＸｅＦ₂（フッ化キセノン）やＢ
ｒＦ₃（フッ化臭素）が用いられている。

【０００３】ＭＥＭＳデバイスの一例としては、例え
ば、ＳＬＭ(Silicon Light Machines)社の三次元構造の
ＧＬＶ(Grating Light Valve) と称される光バルブがあ
る。この光バルブは、基板上に６本の可動リボン（架橋
部）を一組として設け、これら可動リボンのうちのいく
つかを選択的に動かすことによって回折格子を形成して
入射光の方向を変えるものである。その動作原理は、可
動リボンに電極を付設し、可動リボンの下方の基板側に
設けた対向電極との間の静電引力で可動リボンを変形さ
せるというものである。この可動リボンを基板から浮い
た形（架橋構造）に作製するプロセスとして、Ｓｉ（シ
リコン）の犠牲層を例えばＸｅＦ₂ガスでエッチングす
る技術が使われている。

【０００４】ところで、このような液系あるいはガスな
どのエッチャントを用いて犠牲層を除去する場合、エッ
チングは犠牲層とエッチェントが接した部分で進行する
わけであるから、その接し方、つまり接触面積が反応速
度を律速している。従って、上述の光バルブのような簡
単な構造であれば、反応速度は比較的速くなる。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述の
光バルブ以上に幅の広い可動リボンや、リボンの下の基
板上に複雑な構造がある場合、あるいはリボンと基板の
間が更に狭いなど、入り組んだ複雑な構造でエッチング
物質が侵入しにくい場合や、犠牲層の膜厚が薄い場合に
は、エッチェントが除去しようとする犠牲層に接触する
ことが困難になり、エッチング工程に多大な時間を要し
ていた。ちなみに、このようなエッチェントの犠牲層部
分への入りにくさがエッチング速度を大幅に落とす現象
は「ウィンドウ（window）効果」と呼ばれている。

【０００６】本発明はかかる問題点に鑑みてなされたも
ので、その目的は、比較的簡単な工程でウィンドウ効果
を低減し、複雑な構造であってもエッチング工程に要す
る時間を短縮することができる三次元構造体の作製方法
を提供することにある。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明による三次元構造
体の作製方法は、犠牲層をエッチングすることにより空
隙を有する構造体を作製する工程において、最終の犠牲
層の下に１または２以上の別の種類の犠牲層を予め設け
ておき、これら別の種類の犠牲層を最終の犠牲層のエッ
チングの前に除去し、これにより得られた空隙を利用し
て最終の犠牲層のエッチングを行うようにしたものであ
る。

【０００８】本発明による三次元構造体の作製方法は、
具体的には、基板上に第１の犠牲層を形成した後、第１
の犠牲層上に別の種類の第２の犠牲層を形成し、そのの
ち第１の犠牲層を除去することにより第１の空隙を形成
する工程と、第２の犠牲層上に別の種類の第３の犠牲層
を形成した後、第２の犠牲層を除去することにより第１
の空隙よりも大きな第２の空隙を形成する工程と、第３
の犠牲層上に所望の構造膜を形成した後、第２の空隙を
利用して第３の犠牲層を除去する工程とを含むものであ
る。

【０００９】本発明による三次元構造体の作製方法は、
その他、基板上に第１の犠牲層を形成した後、第１の犠
牲層上に別の種類の第２の犠牲層を形成し、そののち第
１の犠牲層を除去することにより空隙を形成する工程
と、第２の犠牲層上に所望の構造膜を形成した後、空隙
を利用して第２の犠牲層の一部あるいは全部を除去する
工程とを含むようにしてもよい。

【００１０】また、基板の表面に複数の柱状部を有する
型の柱状部を覆うように柱状部とは別の種類の第１の犠
牲膜を形成し、そののち柱状部を除去することにより空
隙を形成する工程と、空隙を形成した後、第１の犠牲膜
を覆うように更に別の種類の第２の犠牲膜を形成し、そ
ののち基板上に前記複数の柱状部を埋め込むように所望
の構造体を形成する工程と、構造体を形成した後、基板
を除去し、そののち空隙を利用して第１の犠牲膜および
第２の犠牲膜をこの順に除去する工程とを含むような構
成としてもよい。

【００１１】さらに、基板の表面に複数の柱状凹部を有
する膜を形成して型を作製する工程と、型の膜上に柱状
凹部に沿って第１の犠牲膜を形成し、そののち膜を除去
することにより第１の空隙を形成する工程と、空隙を形
成した後、第１の犠牲膜を覆うように別の種類の第２の
犠牲膜を形成し、そののち第２の犠牲膜上に複数の凹部
を埋め込むように所望の構造体を形成する工程と、構造
体を形成した後、第１の犠牲膜を選択的に除去すること
により第１の空隙よりも大きな第２の空隙を形成すると
共に、構造体を前記基板から切り離す工程と、構造体を
基板から切り離したのち、空隙を利用して第２の犠牲膜
を除去する工程とを含むようにしてもよい。

【００１２】本発明による三次元構造体の作製方法で
は、最終の犠牲層（犠牲膜）をエッチングにより除去す
る前に、その下の別の種類の犠牲層（犠牲膜）が除去さ
れ、これにより得られた空隙を利用して最終の犠牲層
（犠牲膜）のエッチングが行われる。これによりエッチ
ャントの侵入が容易になると共にエッチャントの犠牲層
との接触面積が大きくなり、最終の犠牲層のエッチング
工程が効率よく実行される。

【００１３】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て図面を参照して詳細に説明する。

【００１４】〔第１の実施の形態〕図１〜図７は本発明
の第１の実施の形態に係る三次元構造体の製造工程を表
すものである。ここでは、前述のような光バルブの架橋
構造（可動リボン部）を一例としてその作製方法につい
て説明する。なお、図１〜図７の各図において、（Ｂ）
は平面構造、（Ａ）は（Ｂ）のＡ−Ａ線に沿った断面構
造を示している。

【００１５】まず、図１に示したように、基板、例えば
ガラス基板１１の上の所定位置に、例えば長方形のフォ
トレジスト（感光性樹脂）膜１２を例えば１００ｎｍの
厚みに形成する。次に、図２に示したように、フォトレ
ジスト膜１２の上に二酸化シリコン（ＳｉＯ₂）膜１３
を例えば１００ｎｍの厚みに形成し、更に、例えばフッ
化水素（ＨＦ）溶液を用いたウェットエッチングによ
り、二酸化シリコン膜１３を図３（Ｂ）のようなフォト
レジスト膜１２を覆う形状に成形する。ここで、二酸化
シリコン膜１３の成膜には、例えば基板加熱をしないス
パッタリング法等の低温の成膜法が用いられる。それ
は、後にエッチング除去されるフォトレジスト膜１２が
一般的に１５０℃以上の温度で加熱されると剥離が困難
になるためであり、二酸化シリコン膜１３の形成はおし
なべて１５０℃以下の低温で行なうことが望ましい。な
お、フォトレジスト膜１２が本発明の「第１の犠牲層」
の一具体例に対応している。

【００１６】次に、図３に示したように、例えばこのガ
ラス基板１１に対してエッチングを施し、フォトレジス
ト膜１２のみを除去して空隙１４を形成する。ここで
は、二酸化シリコン膜１３を選択的に残すようにエッチ
ングを行なうもので、例えば高圧アセトン処理法（例え
ば、第４７回応用物理学関係連合講演会講演予稿集,p86
8,29a-YK-2(2000)）などが用いられる。高圧アセトン処
理法とは、例えば、ガラス基板１１をアセトンと共に密
閉容器内に封入して、２８０℃に加熱する方法である。
この方法によれば、二酸化シリコン膜１３の側から浸透
してきたアセトンがフォトレジスト膜１２を容易に分解
する。

【００１７】次に、図４に示したように、例えば、二酸
化シリコン膜１３の上に水素を導入した非晶質シリコン
（ａ−Ｓｉ：Ｈ）膜１５を例えば１００ｎｍの厚みで形
成する。形成方法としては、例えばプラズマＣＶＤ（Ch
emical Vapor Deposition:化学的気相成長 )法が用いら
れ、成膜後、例えばＳＦ₆ガスを用いたドライエッチン
グにより非晶質シリコン膜１５を所定形状に成形する。
非晶質シリコン膜１５は、ここでは二酸化シリコン膜１
３よりも幅が狭くなっている。なお、二酸化シリコン膜
１３が本発明の「第２の犠牲層」，また、非晶質シリコ
ン膜１５が本発明の「第３の犠牲層」の一具体例にそれ
ぞれ対応している。

【００１８】次に、図５に示したように、二酸化シリコ
ン膜１３を例えばエッチングにより選択的に除去する。
ここでは、非晶質シリコン膜１５を選択的に残すように
エッチングが行なわれ、例えばフッ化水素溶液を用いた
短時間のウェットエッチングなどが用いられる。これに
より、空隙１４は、フォトレジスト膜１２に加えて二酸
化シリコン膜１３が占めていた空間にまで拡張される。

【００１９】次に、図６に示したように、例えば非晶質
シリコン膜１５の上に架橋するようにして、窒化シリコ
ン（ＳｉＮ_X）膜１６を例えば１００ｎｍの厚みで形成
する。形成方法としては、例えばプラズマＣＶＤ法が用
いられ、成膜後、例えばＣＦ ₄ガスを用いたドライエッ
チングにより窒化シリコン膜１６を所定形状に成形す
る。窒化シリコン膜１６は、非晶質シリコン膜１５より
も更に幅が狭くなっている。

【００２０】最後に、図７に示したように、例えばエッ
チングにより非晶質シリコン膜１５を除去する。エッチ
ング方法としては、ＸｅＦ₂ガスを用いたドライエッチ
ング等を用いることができ、これによれば非晶質シリコ
ン膜１５の除去を高い選択比で行なうことが可能であ
る。ここで、空隙１４は、以上の工程において形成・除
去された膜の形状や厚みにより図７（Ａ）に示したよう
な形状に形成される。このようにして、空隙１４をエア
ギャップとして湾曲した断面形状を有すると共に、所定
の幅の短冊状の窒化シリコン膜１６が得られる。以後、
説明は省略するが電極等を形成することにより、この窒
化シリコン膜１６が例えば静電気力によって上下に変位
する可動リボンとして機能する。

【００２１】このように、本実施の形態によれば、犠牲
層である二酸化シリコン膜１３、非晶質シリコン膜１５
の下に空隙１４を設けるようにしたので、エッチングの
際にこれら犠牲層にエッチャントが空隙１４の側から達
し、容易かつ充分に除去することができ、エッチング所
要時間を大幅に短縮することができる。よって、このよ
うな方法によれば、ウィンドウ効果を防止し、例えば犠
牲層の膜厚が薄かったり、犠牲層を含む形成物の構造が
複雑であったりして、従来はエッチャントが犠牲層の隅
々まで浸透しにくかった場合にも容易にエッチングする
ことができる。

【００２２】また、二酸化シリコン膜１３を介すること
によって、フォトレジスト膜１２を除去した後に非晶質
シリコン膜１５を形成するようにしたので、高温で形成
されるために直接フォトレジスト１２の上に形成するこ
とが難しかった非晶質シリコン膜１５を犠牲層として利
用することが可能となる。

【００２３】（変形例）次に、第１の実施の形態の変形
例について図８〜図１２を参照して説明する。この変形
例は、所望の架橋部の下の空隙が比較的大きく、上記実
施の形態よりエッチングの難易度が低い場合に簡便で好
適な方法である。

【００２４】まず、図８に示したように、基板、例えば
ガラス基板２１の上の所定位置に、例えば矩形状のフォ
トレジスト膜２２を例えば３００ｎｍの厚みに形成す
る。次に、図９に示したように、例えばスパッタリング
法により非晶質シリコン（ａ−Ｓｉ）膜２３を例えば２
００ｎｍの厚みで形成する。続いて、例えばＳＦ₆ガス
を用いたドライエッチングにより非晶質シリコン膜２３
を所定形状に成形する。非晶質シリコン膜２３は、ここ
ではフォトレジスト膜２２よりも幅が狭くなっている。
ここで、フォトレジスト膜２２が本発明の「第１の犠牲
層」、また、非晶質シリコン膜２３が本発明の「第２の
犠牲層」の一具体例にそれぞれ対応している。

【００２５】次に、図１０に示したように、フォトレジ
スト膜２２を選択的に除去する。これによりフォトレジ
スト膜２２が占めていた空間に空隙２４が形成される。
ここでは、非晶質シリコン膜２３を選択的に残すよう
に、前述の高圧アセトン処理を行う。次に、図１１に示
したように、例えば非晶質シリコン膜２３の上に架橋す
るようにして、例えばプラズマＣＶＤ法により窒化シリ
コン（ＳｉＮ_X）膜２５を例えば１００ｎｍの厚みで形
成する。成膜後、例えばＣＦ₄ガスを用いたドライエッ
チングにより窒化シリコン膜２５を所定形状に成形す
る。なお、窒化シリコン膜２５は、更に、非晶質シリコ
ン膜２３よりも幅を狭くする。

【００２６】最後に、図１２に示したようにエッチング
により非晶質シリコン膜２３を除去する。エッチング方
法としては、ＸｅＦ₂ガスを用いたドライエッチング等
を用いることができ、これにより非晶質シリコン膜２３
の除去を高い選択比で行なうことができる。ここで、空
隙２４は、以上の工程において形成・除去された膜の形
状や厚みにより図１２（Ａ）に示したような形状にな
る。このようにして、空隙２４をエアギャップとして湾
曲した断面形状を有すると共に、所定の幅の短冊状の窒
化シリコン膜２５が得られる。

【００２７】このように、本変形例では、形成しようと
する可動リボン（窒化シリコン膜２５）下の空隙が大き
いという前提のもとに、フォトレジスト膜２２上に非晶
質シリコン膜２３を直接スパッタリングにより成膜し、
これを第２の犠牲層として利用した。スパッタリングに
より非晶質シリコン膜を形成すると不純物が混入しやす
いが、空隙が大きければ、犠牲層（非晶質シリコン膜）
のエッチングが比較的容易に進むからである。なお、本
来なら、上記実施の形態のように不純物の少ないＣＶＤ
法により非晶質シリコン膜を形成することがエッチング
の観点からは望ましいが、成膜温度が高くなるという不
利な点がある。これに対して本変形例では、温度は高く
する必要はないので、比較的簡便な方法で犠牲層のエッ
チングを行うことができる。なお、その他の作用効果は
上記実施の形態の場合と同様である。

【００２８】〔第２の実施の形態〕次に、図１３〜図１
８を参照して本発明の第２の実施の形態に係る三次元構
造体の製造工程を説明する。本実施の形態では、第１の
犠牲層をエッチングする際に、第１の犠牲層を被覆する
膜（第２の犠牲層）に開孔を設け、その開孔を利用して
第１の犠牲層のエッチングを容易にしたものである。

【００２９】まず、図１３に示したように、基板、例え
ばガラス基板３１の上に、水素を導入した非晶質シリコ
ン（ａ−Ｓｉ：Ｈ）膜３２をプラズマＣＶＤ法により１
００ｎｍの厚みで形成する。成膜後、例えばＳＦ₆ガス
を用いたドライエッチングにより非晶質シリコン膜３２
を所定形状に成形する。ここで、非晶質シリコン膜３２
が本発明の「第１の犠牲層」の一具体例に対応してい
る。

【００３０】次に、図１４に示したように、蒸着法によ
り非晶質シリコン膜３２を覆うようにアルミニウム（Ａ
ｌ）膜３３を成膜し、ウェットエッチング法によって方
形状に成形する。続いて、陽極化成法によりアルミニウ
ム膜３３を陽極化することによって、多数の微細な開孔
３４を有するポーラスアルミナ膜３３ａとする。次い
で、図１５に示したように、このポーラスアルミナ膜３
３ａを軽くドライエッチングすることによって開孔３４
が下地の非晶質シリコン膜３２まで到達するようにす
る。なお、開孔３４は、後にポーラスアルミナ膜３３ａ
の上に形成する窒化シリコン膜３６の内部への侵入を防
止するために、高アスペクト比、例えば５〜１０程度の
ものとすることが望ましい。なお、アルミニウム膜３３
またはポーラスアルミナ膜３３ａが本発明の「第２の犠
牲層」の一具体例に対応している。

【００３１】次に、図１６に示したように、例えばＸｅ
Ｆ₂ガスを用いたドライエッチング等によって非晶質シ
リコン膜３２を除去する。このとき非晶質シリコン膜３
２を覆っているポーラスアルミナ膜３３ａには多数の開
孔３４が設けられているので、これら開孔３４を通して
非晶質シリコン膜３２が容易に除去される。これにより
ポーラスアルミナ膜３３ａの下に空隙３５が形成され
る。続いて、図１７に示したように、例えばプラズマＣ
ＶＤ法によってポーラスアルミナ膜３３ａの上に架橋す
るようにして、窒化シリコン膜３６を例えば１００ｎｍ
の厚みで形成する。成膜後、例えばＣＦ₄ガスを用いた
ドライエッチングにより窒化シリコン膜３６を所定形状
に成形する。なお、窒化シリコン膜３６はポーラスアル
ミナ膜３３ａよりも幅が狭くなっている。

【００３２】最後に、図１８に示したように、ウェット
エッチングによってポーラスアルミナ膜３３ａを除去す
る。これにより窒化シリコン膜１６の下の空隙３５がポ
ーラスアルミナ膜３３ａの分だけ拡大される。

【００３３】このように本実施の形態では、第１の犠牲
層（非晶質シリコン膜３２）を覆う第２の犠牲層を多数
の開孔３４を有するポーラスアルミナ膜３３ａとしたの
で、非晶質シリコン膜３２をドライエッチングにより除
去する際に、ＸｅＦ₂などのガスが開孔３４を通して進
入するため、非晶質シリコン膜３２の除去が容易に行わ
れる。すなわち、犠牲層が複雑に入り組んだ構造上に成
膜されている場合でも、犠牲層へのエッチングガスの接
触を容易にすることができる。ちなみに、ポーラスアル
ミナ膜３３ａ上に、窒化シリコン膜１６を成膜する際に
は、開孔３４が極めて微細でかつ高アスペクト比である
ため、開孔３４内へ窒化シリコンが侵入することは殆ど
なく、窒化シリコン膜１６への開孔の影響はない。ま
た、窒化シリコンの成膜方法として、ＣＶＤ法よりも被
覆率（カバレッジ）の悪い（低被覆率の）成膜方法、例
えばスパッタリング法を適用することによっても開孔の
影響を防止することができる。なお、本実施の形態で
は、最後にはポーラスアルミナ膜３３ａを除去したが、
ポーラスアルミナ膜３３ａは構造材として残して利用す
ることも可能である。

【００３４】〔第３の実施の形態〕次に、本発明の第３
の実施の形態について説明する。本実施の形態では、図
１９に示したシリコンの型４０を用いて圧電材料の三次
元構造体を実現するものである。このような構造体は例
えば医療用超音波振動子，ピエゾ素子などに利用するこ
とができる。シリコンの型４０はシリコン基板４１の表
面に、例えば直径１０μｍ，高さ１００μｍ程度の多数
のシリコン柱４２を剣山状に設けたものである。なお、
この型４０はディープＲＩＥ（Reactive Ion Etching)
によって作製することができる。

【００３５】この型４０を用いて圧電材料の三次元構造
体を作製するには、従来では、図２０に示したように、
型４０の上に圧電材料、例えばＰＺＴ（鉛ジルコン酸塩
チタン酸塩）の粉末４３を埋込み、所定の圧力を加えて
固めたのち、シリコン基板４１をＣＭＰ（Chemical and
Mechanical Polishing : 化学的機械研磨）法によって
削り取り、引き続き例えばＸｅＦ₂ガスを用いたドライ
エッチングによってシリコン柱４２を除去する。これに
より、型４０に対して反転した形状の圧電材料による構
造体４４を得ることができる。しかしながら、この方法
では、シリコン柱４２の高さが径に比較して大きいた
め、高価なＸｅＦ₂ガスによるエッチング工程に長時間
を要する。

【００３６】このようなことから、本実施の形態では、
まず、図２１（Ａ）に示したように、シリコン基板４１
の表面に多数のフォトレジスト柱４５を設け、型を形成
した後、非加熱プラズマＣＶＤ法により、これらフォト
レジスト柱４５を覆うように二酸化シリコン膜４７（第
１の犠牲膜）を形成する。引き続き、図２１（Ｂ）に示
したように、例えば高圧アセトン法を用いたエッチング
によりフォトレジスト柱４５を除去し、空隙４９を設け
る。その後、図２２（Ａ）に示したように、二酸化シリ
コン膜４７を覆うように熱ＣＶＤ法によってシリコン膜
４８（第２の犠牲膜）を形成した後に、ＰＺＴの粉末４
３を埋め込み、所定の圧力をかけて固める。次いで、図
２２（Ｂ）に示したように、シリコン基板４１をＣＭＰ
法により削り取って、更に二酸化シリコン膜４７を除去
し、続いて、ＸｅＦ₂ガスを用いたドライエッチングに
よってシリコン膜４８を除去する。

【００３７】この方法によれば、空隙の分だけＸｅＦ₂
ガスの接触面積が広がるので、ドライエッチングによる
シリコン膜４６のエッチングが容易になり、高価なＸｅ
Ｆ₂ガスによるエッチング時間を短縮することができ
る。

【００３８】〔第４の実施の形態〕次に、図２３〜図２
９を参照して本発明の第４の実施の形態に係る三次元構
造体の製造工程を説明する。本実施の形態も、圧電材料
の三次元構造体を実現するものである。本実施の形態に
係る三次元構造体も例えば医療用超音波振動子，ピエゾ
素子などに利用することができる。

【００３９】本実施の形態では、まず、図２３（Ａ）に
示したように、シリコン基板５１の表面を熱酸化して、
例えば厚さ２．０μｍのＳｉＯ₂からなる熱酸化膜５２
を全面に形成する。次いで、シリコン基板５１の主面上
において、熱酸化膜５２上にフォトレジストを厚さ１０
０μｍに塗布する。このフォトレジストをパターニング
して図２３（Ｂ）に示したように、例えば直径３０μｍ
の円柱形の多数の凹部５３ａを有するフォトレジストパ
ターン５３を形成し型を作製する。なお、凹部５３ａの
形状は、円柱状に限らず角柱状でもよく、所望の構造体
の形状により決定される。

【００４０】次に、図２４に示したように、例えば１４
０℃程度の基板加熱を伴うプラズマＣＶＤ法により、こ
のフォトレジストパターン５３を覆うように二酸化シリ
コン膜５４（第１の犠牲膜）を形成する。二酸化シリコ
ン膜５４の厚さは、例えば５００ｎｍである。引き続
き、図２５に示したように、例えば高圧アセトン法を用
いたエッチングによりフォトレジストパターン５３を除
去し、空隙５５（第１の空隙）を設ける。

【００４１】その後、図２６に示したように、例えば６
００℃程度の基板加熱を伴う減圧ＣＶＤ法により、二酸
化シリコン膜５４を覆うように多結晶シリコン（ｐｏｌ
ｙ−Ｓｉ）膜５６（第２の犠牲膜）を形成し、薄い３次
元構造の二酸化シリコン膜５４を補強する。この多結晶
シリコン膜５６の厚さは例えば１．５μｍである。その
後、図２７に示したように、ＰＺＴの粉末を１０％ＰＶ
Ａ（polyvinyl alcohol ）に混合して得たスラリー状の
ＰＺＴ５７を埋め込み、ＨＩＰ（Hot Isostatic Pressi
ng；高温静水圧圧縮）法により所定の圧力をかけて（例
えば１０００℃、７０ＭＰａ）固める。

【００４２】次いで、図２８に示したように、フッ酸中
に浸漬することにより二酸化シリコン膜５４をエッチン
グ除去すると共に、ＰＺＴ５７をシリコン基板５１から
切り離す。なお、このとき空隙５５が拡大される（第２
の空隙）。続いて、図２９に示したように、拡大された
空隙５５を利用し、ＸｅＦ₂ガスを用いたドライエッチ
ングによって多結晶シリコン膜５６を除去する。このよ
うにして、例えば直径２６μｍ、高さ１００μｍの多数
の円柱状の柱状部（ロッド）５７ａを有する、ＰＺＴか
らなる三次元構造体が完成する。

【００４３】本実施の形態によれば、多結晶シリコン膜
５６のみをＸｅＦ₂ガスを用いたドライエッチングによ
って除去すればよいので、エッチングすべきシリコンの
量を大幅に低減させることができ、プロセスのスループ
ットを向上させることができる。また、空隙の分だけＸ
ｅＦ₂ガスの接触面積が広がるので、ドライエッチング
による多結晶シリコン膜５６のエッチングが容易にな
り、高価なＸｅＦ₂ガスによるエッチング時間を短縮す
ることができる。

【００４４】以下、本発明の具体的な実施例について説
明する。

【００４５】〔実施例１〕本実施例は第１〜第３の犠牲
層を利用した第１の実施の形態（図１〜図７）に対応す
るもので、ガラス基板上に可動リボンを作製した例であ
る。

【００４６】本実施例では、先ず、ガラス基板１１上
に、厚さ１００ｎｍ、１．５μｍ×３．０μｍのフォト
レジスト膜１２のパターンを形成した（図１参照）。続
いて、ガラス基板１１を加熱することなくスパッタリン
グ法によって膜厚１００ｎｍの二酸化シリコン（ＳｉＯ
₂）膜１３を成膜し、続いて、この二酸化シリコン膜１
３をＨＦ溶液を用いたウェットエッチングによって、フ
ォトレジスト膜１２を覆うように２．０μｍ×４．０μ
ｍの大きさにパターニングした（図２参照）。なお、こ
の二酸化シリコン膜は強い引っ張り応力を示した。な
お、スパッタリング時の温度は、８０℃とした。

【００４７】次に、密閉した容器内にアセトンと共にガ
ラス基板１１を入れて２８０℃に加熱した。これによ
り、二酸化シリコン膜１３を通して侵入したアセトンが
容易にレジストを分解し、その結果二酸化シリコン膜１
３のパターンの下に高さ０．１μｍの空隙１４を得た
（図３参照）。次いで、ガラス基板１１を３００℃に加
熱してプラズマＣＶＤ法によって、厚さ１００ｎｍの非
晶質シリコン（ａ- Ｓｉ：Ｈ）膜１５を成膜し、続いて
ＳＦ₆ガスを用いたドライエッチング法によって非晶質
シリコン膜１５を１．２μｍ×５．０μｍの大きさにパ
ターニングした（図４参照）。

【００４８】次に、ガラス基板１１を短時間、ＨＦ溶液
中に保持することにより、二酸化シリコン膜１３を除去
し、非晶質シリコン膜１５の下の空隙１４を拡大した
（図５参照）。続いて、ガラス基板１１を３００℃に加
熱してプラズマＣＶＤ法により厚さ１００ｎｍの窒化シ
リコン膜１６を成膜し、ＣＦ₄ガスを用いたドライエッ
チング法により１．０μｍ×６．０μｍの大きさにパタ
ーニングした（図６参照）。なお、この窒化シリコン膜
１６も強い引っ張り応力を示した。

【００４９】次に、このガラス基板１１を図示しないエ
ッチングチャンバに投入し、ＸｅＦ ₂ガスを０．８Ｔｏ
ｒｒの圧力で流すことにより、高い選択比で非晶質シリ
コン膜１５だけを除去した（図７参照）。以上のプロセ
スにより、ガラス基板１１の上にその表面から０．３μ
ｍの大きな空隙１４を持つ窒化シリコン膜１６の架橋構
造（リボン）が完成した。本実施例では、ＸｅＦ₂ガス
のエッチングを行う際に、既に非晶質シリコン膜１５の
下に０．２μｍの空隙１４があるため、ＸｅＦ ₂ガスの
侵入が容易になり、犠牲層の断面積が小さい場合の所謂
ウィンドウ効果を低減させることができた。以上のプロ
セスにより、犠牲層の膜厚が薄い場合や犠牲層下地の凹
凸が激しくエッチャントが侵入しにくい場合であって
も、容易に犠牲層をエッチングすることが可能になっ
た。

【００５０】〔実施例２〕本実施例は第１の実施の形態
の変形例に対応するものであるが、ここでは２層の犠牲
層を用いた場合の例である。

【００５１】本実施例では、先ず、ガラス基板２１上
に、厚さ３００ｎｍ，１．５μｍ×３．０μｍのフォト
レジスト膜２２のパターンを形成した（図８参照）。続
いて、ガラス基板１１を加熱することなくスパッタリン
グ法によって厚さ２００ｎｍの非晶質シリコン（ａ- Ｓ
ｉ：Ｈ）膜２３を成膜し、続いてＳＦ₆ガスを用いたド
ライエッチング法によって１．２μｍ×４．０μｍの大
きさにパターニングした（図９参照）。なお、この非晶
質シリコン膜２３は強い引っ張り応力を示した。また、
スパッタリング時の温度は、８０℃とした。

【００５２】次に、密閉した容器内にアセトンと共に上
記ガラス基板２１を入れて２８０℃に加熱する。これに
より、非晶質シリコン膜２３を通して侵入したアセトン
が容易にレジストを分解し、その結果、非晶質シリコン
膜２３のパターンの下に高さ０．３μｍの空隙２４を得
た（図１０参照）。続いて、ガラス基板２１を３００℃
に加熱し、プラズマＣＶＤ法により非晶質シリコン膜２
３の上に厚さ１００ｎｍの窒化シリコン膜２５を成膜
し、ＣＦ₄ガスを用いたドライエッチング法により１．
０μｍ×６．０μｍの大きさにパターニングした（図１
１参照）。この窒化シリコン膜２５も強い引っ張り応力
を示した。

【００５３】次に、このガラス基板２１を図示しないエ
ッチングチャンバに投入し、ＸｅＦ ₂ガスを０．８Ｔｏ
ｒｒの圧力で流すことにより、高い選択比で非晶質シリ
コン膜２３だけを除去した（図１２参照）。以上のプロ
セスにより、ガラス基板２１の上にその表面から０．５
μｍの空隙２４を持つ窒化シリコン膜２５の架橋構造
（リボン）が完成した。前述のように、スパッタリング
により非晶質シリコン膜を形成すると不純物が混入しや
すいが、ＸｅＦ₂ガスのエッチングを行う際に、既に非
晶質シリコン膜２３の下に０．３μｍの空隙１４があ
り、しかも非晶質シリコン膜２３の膜厚が０．２μｍと
厚く、ＸｅＦ₂ガスの侵入が容易であるため、犠牲層と
して十分に機能した。従って、本実施例は、犠牲層のエ
ッチングが容易な場合に簡便な手法として利用すること
ができる。

【００５４】〔実施例３〕本実施例は第２の実施の形態
（図１２〜図１８）に対応するもので、第２の犠牲層に
開孔を設け、その開孔を利用して第１の犠牲層のエッチ
ングを容易にする例である。

【００５５】本実施例では、先ず、ガラス基板３１を３
００℃に加熱し、プラズマＣＶＤ法により厚さ１００ｎ
ｍの非晶質シリコン（ａ- Ｓｉ：Ｈ）膜３２を成膜し、
続いてＳＦ₆ガスを用いたドライエッチング法によって
３．０μｍ×６．０μｍの大きさにパターニングした
（図１３参照）。次に、蒸着法によりアルミニウム（Ａ
ｌ）膜３３を２００ｎｍの厚みに形成し、引き続き、燐
酸中でウェットエッチングを行い、４．０μｍ×６．０
μｍの大きさにパターニングした（図１４参照）。この
アルミニウム膜は強い引っ張り圧力を示した。

【００５６】続いて、ガラス基板３１を３ｗｔ％のシュ
ウ酸に入れ、アルミニウム膜３３を陽極にしてアルミニ
ウム膜を陽極酸化した。化成電圧は９０Ｖであった。そ
の結果、アルミニウム膜３３はポーラスアルミナ膜３３
ａに変化し、孔径が約４０ｎｍの開孔３４を持つに至っ
た（図１５参照）。続いて、塩素（Ｃｌ₂）ガスを用い
たドライエッチング法によって、ポーラスアルミナ膜３
３ａを軽くエッチングすることにより、開孔３４が下地
の非晶質シリコン膜３２まで到達するように変えた。

【００５７】次に、このガラス基板３１を図示しないエ
ッチングチャンバに投入し、ＸｅＦ ₂ガスを０．８Ｔｏ
ｒｒの圧力で流すことにより、高い選択比で非晶質シリ
コン膜３２だけをポーラスアルミナ膜３３ａの開孔３４
を通して除去した（図１６参照）。その結果、ポーラス
アルミナ膜３３ａの下に１００ｎｍの空隙３５を得るこ
とができた。

【００５８】続いて、ガラス基板３１を３５０℃に加熱
し、プラズマＣＶＤ法によって窒化シリコン（Ｓｉ
Ｎ_x）膜３６を１００ｎｍの厚みに形成し、ＣＦ₄ガス
を用いたドライエッチング法により３．０μｍ×８．０
μｍの大きさにパターニングした（図１７参照）。この
とき、下地のポーラスアルミナ膜３３ａの孔径が微細で
あるため、ＣＶＤ膜でもこの孔の中に均一に成膜され
ず、開孔は窒化シリコンにより塞がれて、窒化シリコン
膜３６の表面に下地の開孔の影響が出ることは殆ど無か
った。続いて、燐酸によりポーラスアルミナ膜３３ａを
エッチングして除去し、窒化シリコン膜３６の下に３０
０ｎｍの空隙３５を得ることができた（図１８参照）。
以上のプロセスにより、犠牲層の膜厚が薄い場合や犠牲
層下地の凹凸が激しくエッチャントが侵入しにくい場合
であっても容易に犠牲層をエッチングすることが可能に
なった。

【００５９】以上、実施の形態を挙げて本発明を説明し
たが、本発明は上記実施の形態に限定されるものではな
く、種々変形可能である。例えば、各部の寸法、基板の
材質、膜厚、プロセス条件等は本発明の主旨を逸脱しな
い限りにおいて変更が可能である。例えば、フッ化キセ
ノン（ＸｅＦ₂）ガスの代わりにフッ化臭素（Ｂｒ
Ｆ ₃）ガスを用いることも可能である。

【００６０】また、第１の実施の形態および実施例１で
は、二酸化シリコン膜でレジストパターンを完全に被覆
するようにしたが、完全に被覆しないようなパターンと
してもよい。更に、第２の実施の形態および実施例３で
は、陽極酸化によりポーラスアルミナ膜を形成するよう
にしたが、ポーラスアルミナ以外でも、微細な開孔を持
つ他の物質、例えばスパッタ法により形成されたポーラ
スＳｉＯ₂などを使用するようにしてもよい。

【００６１】また、各実施の形態において、二酸化シリ
コン膜，非晶質シリコン膜および窒化シリコン膜をスパ
ッタリング法またはプラズマＣＶＤ法により形成するよ
うにしたが、その他の方法でもよいことはいうまでもな
い。更に、膜の種類についても、三次元構造の態様に応
じて適宜選択することができるものであり、また、その
エッチングについても膜の材質に応じた方法を選択する
ことができる。

【００６２】また、上記実施の形態においては、２層ま
たは３層の犠牲層を用いるようにしたが、４層以上の犠
牲層を用いるようにして、より空隙を大きくするように
してもよい。

【００６３】加えて、上記実施の形態では、半導体デバ
イスの一例として光バルブ等を例に挙げて説明したが、
本発明は、ＭＥＭＳ分野におけるセンサなどの他の半導
体デバイスを製造する場合についても広く適用すること
ができる。

【００６４】

【発明の効果】以上説明したように本発明の三次元構造
体の製造方法によれば、犠牲層をエッチングして空隙を
有する構造体を作製する工程において、最終の犠牲層の
下に１または２以上の別の種類の犠牲層を予め設けてお
き、これら別の種類の犠牲層を最終の犠牲層のエッチン
グの前に除去し、これにより得られた空隙を利用して最
終の犠牲層のエッチングを行うようにしたので、最終の
犠牲層のエッチングの際に、エッチャントの侵入が容易
になると共にエッチャントの犠牲層との接触面積が大き
くなるため、最終の犠牲層のエッチング工程を効率よく
実行することができる。よって、凹凸の激しい犠牲層や
膜厚の薄い犠牲層を短時間で効率良くエッチングするこ
とが可能になり、複雑な立体構造を容易に実現すること
ができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施の形態に係る光バルブの製
造工程を説明するための図であり、（Ｂ）は平面図、
（Ａ）は（Ｂ）のＡ−Ａ線に沿った断面図である。

【図２】図１の工程に続く工程を説明するための断面図
および平面図である。

【図３】図２の工程に続く工程を説明するための断面図
および平面図である。

【図４】図３の工程に続く工程を説明するための断面図
および平面図である。

【図５】図４の工程に続く工程を説明するための断面図
および平面図である。

【図６】図５の工程に続く工程を説明するための断面図
および平面図である。

【図７】図６の工程に続く工程を説明するための断面図
および平面図である。

【図８】第１の実施の形態の変形例を説明するための断
面図および平面図である。

【図９】図８の工程に続く工程を説明するための断面図
および平面図である。

【図１０】図９の工程に続く工程を説明するための断面
図および平面図である。

【図１１】図１０の工程に続く工程を説明するための断
面図および平面図である。

【図１２】図１１の工程に続く工程を説明するための断
面図および平面図である。

【図１３】本発明の第２の実施の形態に係る光バルブの
製造工程を説明するための断面図および平面図である。

【図１４】図１３の工程に続く工程を説明するための断
面図および平面図である。

【図１５】図１４の工程に続く工程を説明するための断
面図および平面図である。

【図１６】図１５の工程に続く工程を説明するための断
面図および平面図である。

【図１７】図１６の工程に続く工程を説明するための断
面図である。

【図１８】図１７の工程に続く工程を説明するための断
面図および平面図である。

【図１９】本発明の第３の実施の形態を説明するための
シリコンの型の斜視図である。

【図２０】図１９の型を用いた三次元構造体の製造工程
の一例を説明するための断面図である。

【図２１】図１９の型を用いた三次元構造体の製造工程
の他の例を説明するための断面図である。

【図２２】図２１に続く工程を説明するための断面図で
ある。

【図２３】本発明の第４の実施の形態に係る三次元構造
体の製造工程の一例を説明するための図であり、（Ｂ）
は平面図、（Ａ）は（Ｂ）のＡ−Ａ線に沿った断面図で
ある。

【図２４】図２３に続く工程を説明するための断面図で
ある。

【図２５】図２４に続く工程を説明するための断面図で
ある。

【図２６】図２５に続く工程を説明するための断面図で
ある。

【図２７】図２６に続く工程を説明するための断面図で
ある。

【図２８】図２７に続く工程を説明するための断面図で
ある。

【図２９】図２８に続く工程を説明するための断面図で
ある。

【符号の説明】

１１，２１，３１…ガラス基板、１２，２２…フォトレ
ジスト膜、１３，５４…二酸化シリコン（ＳｉＯ₂）
膜、１４，２４，３５，４９，５５…空隙、１５…非晶
質シリコン（ａ- Ｓｉ：Ｈ）膜、１６，２５…窒化シリ
コン（ＳｉＮ_x）膜（可動リボン）、２３，３２…非晶
質シリコン膜、３３…アルミニウム膜、３３ａ…ポーラ
スアルミナ膜、３４…開孔、４３，５７…ＰＺＴ、５１
…シリコン基板、５２…熱酸化膜、５３…フォトレジス
トパターン、５３ａ…凹部、５５…多結晶シリコン膜

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】犠牲層をエッチングすることにより空隙
を有する構造体を作製する工程を含む三次元構造体の作
製方法において、最終の犠牲層の下に１または２以上の別の種類の犠牲層
を予め設けておき、これら別の種類の犠牲層を前記最終
の犠牲層のエッチングの前に除去し、これにより得られ
た空隙を利用して前記最終の犠牲層のエッチングを行う
ことを特徴とする三次元構造体の作製方法。
【請求項２】基板上に第１の犠牲層を形成した後、前
記第１の犠牲層上に別の種類の第２の犠牲層を形成し、
そののち前記第１の犠牲層を除去することにより第１の
空隙を形成する工程と、前記第２の犠牲層上に別の種類の第３の犠牲層を形成し
た後、前記第２の犠牲層を除去することにより前記第１
の空隙よりも大きな第２の空隙を形成する工程と、前記第３の犠牲層上に所望の構造膜を形成した後、前記
第２の空隙を利用して前記第３の犠牲層を除去する工程
とを含むことを特徴とする三次元構造体の作製方法。
【請求項３】前記第１の犠牲層がフォトレジスト膜で
あることを特徴とする請求項２記載の三次元構造体の作
製方法。
【請求項４】前記第２の犠牲層を１５０℃以下の基板
温度で成膜し、前記第３の犠牲層を１５０℃以上の温度
で成膜することを特徴とする請求項２記載の三次元構造
体の作製方法。
【請求項５】前記第３の犠牲層がＳｉ（シリコン）で
あり、その除去にＸｅＦ₂（フッ化キセノン）あるいは
ＢｒＦ₃（フッ化臭素）を用いることを特徴とする請求
項４記載の三次元構造体の作製方法。
【請求項６】基板上に第１の犠牲層を形成した後、前
記第１の犠牲層上に別の種類の第２の犠牲層を形成し、
そののち前記第１の犠牲層を除去することにより空隙を
形成する工程と、前記第２の犠牲層上に所望の構造膜を形成した後、前記
空隙を利用して前記第２の犠牲層の一部あるいは全部を
除去する工程とを含むことを特徴とする三次元構造体の
作製方法。
【請求項７】前記第１の犠牲層がフォトレジスト膜で
あることを特徴とする請求項６記載の三次元構造体の作
製方法。
【請求項８】前記第１の犠牲層を１５０℃以下の基板
温度で成膜し、前記所望の膜を１５０℃以上の温度で成
膜することを特徴とする請求項６記載の三次元構造体の
作製方法。
【請求項９】前記第１の犠牲層の上に前記第２の犠牲
層を形成した後、前記第２の犠牲層に選択的に開孔を形
成し、そののち前記開孔を利用して前記第１の犠牲層を
除去することを特徴とする請求項６記載の三次元構造体
の作製方法。
【請求項１０】前記第１の犠牲層をフォトレジスト膜
により形成することを特徴とする請求項８記載の三次元
構造体の作製方法。
【請求項１１】前記第１の犠牲層を非晶質Ｓｉ（シリ
コン）により形成すると共に、前記第２の犠牲層をＡｌ
（アルミニウム）により形成し、そののちＡｌ層を陽極
酸化することによりポーラスアルミナ層とすることを特
徴とする請求項８記載の三次元構造体の作製方法。
【請求項１２】前記第２の犠牲層に形成する開孔を高
アスペクト比のものとし、前記開孔の形成された第２の
犠牲層上に低被覆率の成膜方法で前記構造膜を形成する
ことにより、前記第１の犠牲層の開孔の影響を前記構造
膜表面で無視できるようにしたことを特徴とする請求項
９記載の三次元構造体の作製方法。
【請求項１３】基板の表面に複数の柱状部を有する型
の前記柱状部を覆うように前記柱状部とは別の種類の第
１の犠牲膜を形成し、そののち前記柱状部を除去するこ
とにより空隙を形成する工程と、前記空隙を形成した後、前記第１の犠牲膜を覆うように
更に別の種類の第２の犠牲膜を形成し、そののち前記基
板上に前記第２の犠牲膜を埋め込むように所望の構造体
を形成する工程と、前記構造体を形成した後、前記基板を除去し、そののち
前記空隙を利用して前記第１の犠牲膜および第２の犠牲
膜をこの順に除去する工程とを含むことを特徴とする三
次元構造体の作製方法。
【請求項１４】前記柱状部はフォトレジストによって
形成されたものであることを特徴とする請求項１３記載
の三次元構造体の作製方法。
【請求項１５】前記第２の犠牲膜がＳｉ（シリコン）
であり、その除去にＸｅＦ₂（フッ化キセノン）あるい
はＢｒＦ₃（フッ化臭素）を用いることを特徴とする請
求項１４記載の三次元構造体の作製方法。
【請求項１６】前記構造体を圧電材料の粉末を固める
ことにより形成することを特徴とする請求項１４記載の
三次元構造体の作製方法。
【請求項１７】基板の表面に複数の柱状凹部を有する
膜を形成して型を作製する工程と、前記型の膜上に柱状凹部に沿って第１の犠牲膜を形成
し、そののち前記膜を除去することにより第１の空隙を
形成する工程と、前記空隙を形成した後、前記第１の犠牲膜を覆うように
別の種類の第２の犠牲膜を形成し、そののち前記第２の
犠牲膜上に複数の凹部を埋め込むように所望の構造体を
形成する工程と、前記構造体を形成した後、前記第１の犠牲膜を選択的に
除去することにより前記第１の空隙よりも大きな第２の
空隙を形成すると共に、前記構造体を前記基板から切り
離す工程と、前記構造体を前記基板から切り離したのち、前記空隙を
利用して前記第２の犠牲膜を除去する工程とを含むこと
を特徴とする三次元構造体の作製方法。
【請求項１８】前記型を、Ｓｉ（シリコン）基板の表
面を酸化し酸化膜（ＳｉＯ₂）を形成した後、前記酸化
膜上にフォトレジストのパターンを形成することにより
作製することを特徴とする請求項１７記載の三次元構造
体の作製方法。
【請求項１９】前記第１の犠牲膜を酸化膜（Ｓｉ
Ｏ₂）により形成し、その除去にフッ酸を用いると共
に、前記第２の犠牲膜をＳｉ（シリコン）により形成
し、その除去にＸｅＦ₂（フッ化キセノン）あるいはＢ
ｒＦ₃（フッ化臭素）を用いることを特徴とする請求項
１８記載の三次元構造体の作製方法。
【請求項２０】前記構造体を圧電材料の粉末を固める
ことにより形成することを特徴とする請求項１８記載の
三次元構造体の作製方法。