JP2003305697A

JP2003305697A - 中空構造体の製造方法

Info

Publication number: JP2003305697A
Application number: JP2002110583A
Authority: JP
Inventors: Junichi Muramoto; 准一村本; Kazuhiro Matsuhisa; 和弘松久
Original assignee: Sony Corp
Current assignee: Sony Corp
Priority date: 2002-04-12
Filing date: 2002-04-12
Publication date: 2003-10-28

Abstract

(57)【要約】【課題】犠牲層の除去を行う犠牲層露出部分の残渣に
よって、犠牲層エッチングが不均一で時間が長いので、
それだけ他の部分に与える損傷が大きい。【解決手段】基板２に支持された膜４，１０上に所定
パターンの犠牲層１３を形成する工程と、犠牲層１３の
表面を覆う中空構造体の支持膜１３を堆積し、ドライエ
ッチングにより開口部１２ａを形成し、犠牲層１３の上
面の一部を露出させる工程と、表面に所定の液体を塗布
し、開口部１２ａの犠牲層露出上面にレーザー光を照射
して当該液体を加熱し蒸発させる洗浄工程と、支持膜の
開口部１２ａを介したエッチングにより、犠牲層１３を
除去し中空部を形成する工程と含む。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、中空構造体の支持
膜を犠牲層の少なくとも上面で開口して犠牲層の上面の
一部を露出させ、この露出部分から犠牲層をエッチング
により除去して中空部を形成する工程を含む中空構造体
の製造方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】柱状コンデンサや中空配線およびＭＥＭ
Ｓ（マイクロ・エレクトロ・メカニカル・システム）な
ど、中空立体構造をもつ半導体デバイスが開発されてき
た。これらの中空立体構造は、犠牲層の上に堆積した多
層堆積膜にパターンを形成し、その開口部分を通して犠
牲層を除去することによって作製される。

【０００３】ここで図１１（Ａ）〜図１２（Ｂ）に、例
として、光学ＭＥＭＳの製造工程の一部を示す。光学Ｍ
ＥＭＳは、レーザーなどの光源を用いたディスプレイの
光強度変調素子として用いられる。光学ＭＥＭＳは、表
面の反射膜と、これを支え、中空構造をもつ支持膜とを
有する。反射膜材料として、可視領域において反射光の
分散が小さいアルミニウムＡｌなどが用いられる。図１
１（Ａ）に示すように、基板６０上にエッチング防止膜
６１、中空にする部分の形状を決める犠牲層６２、支持
膜６３および反射膜（被支持体）６４を堆積させる。こ
こで、反射膜６４およびその支持膜６３に対してエッチ
ングの選択性が高い材質が犠牲層６２に用いられる。

【０００４】反射膜６４上にレジストを塗布し、パター
ニング後に、図１１（Ｂ）に示すように、反射膜６４お
よび支持膜６３をプラズマエッチングする。また、レジ
スト除去後（図１１（Ｃ））、エッチングによる残渣６
６を除去する（図１２（Ａ））。そして、図１２（Ｂ）
の工程では、このエッチング開口部を通して、犠牲層６
２を除去して中空構造にする。

【０００５】従来、この犠牲層６２の除去は、主に、ウ
エットエッチングにより行われてきた。具体的には、犠
牲層６２に酸化シリコンを用いた場合、その除去を、フ
ッ酸ＨＦを用いて行うなどが例示できる。

【０００６】しかしながら、近年の立体構造の微細化に
よって、洗浄液による構造物自体へのエッチング損傷あ
るいは洗浄液やリンス液の表面張力による微細構造物の
倒壊といった不具合が発生することが多くなってきた。
また、フッ酸ＨＦによって酸化シリコンからなる犠牲層
６２をウエット処理で除去する場合、フッ酸ＨＦは酸化
力が強いため、中空配線、例えばＡｌ反射膜６４を構成
する金属が溶解してしまう。さらに、１００ｎｍ以下の
パターンサイズで構造物が作製されている場合、水の表
面張力がシリコンの最大応力を超えてしまい、構造物が
倒壊してしまうことも問題となる。

【０００７】したがって、犠牲層除去を実行する方法と
してのウエットエッチング法は、ドライエッチング法に
代替されてきた。例えば犠牲層６２にシリコンを用いる
場合、ＸｅＦ_２プラズマエッチング法が用いられる。Ｘ
ｅＦ_２プラズマエッチングのシリコンのエッチング選択
比は、二酸化シリコンＳｉＯ_２、金属あるいはレジスト
に対して約１万倍と非常に高い。このため犠牲層６２を
有効に除去することが可能である。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】ところが、プラズマエ
ッチングを行う場合、そのエッチングが開始されるとき
に反射膜６４の開口部から露出した犠牲層表面に付着し
ている残渣６６が問題となる。つまり、犠牲層６２上の
積層膜（反射膜６４およびその支持膜６３）をエッチン
グにより加工するプロセスにおいて、図１１（Ｂ）およ
び図１１（Ｃ）に示すように、その開口部表面がエッチ
ング時の副生成物（例えば、ポリマー重合物）からなる
残渣６６で覆われてしまう。

【０００９】レジスト６５塗布前の表面洗浄液、レジス
ト現像液、リンス液からのポリマー、あるいはその後の
洗浄に用いた水が残存していると、これらが図１１
（Ｂ）のエッチング時にエッチングプラズマと反応して
ポリマー残渣６６となって開口部周囲に付着する。この
残渣６６は、レジスト除去後の図１１（Ｃ）の状態でも
除去できず、多くが残存している。

【００１０】反射膜６４の開口部から露出した犠牲層表
面に付着した残渣６６は除去しなくてはならない。その
残渣６６が存在すると、犠牲層６２の除去を行うプラズ
マの接触を妨害するため犠牲層除去が速やかに行われな
い。とくに、犠牲層除去時のプラズマエッチング開始の
潜伏期間（インキュベーションタイム）を増加させる。
インキュベーションタイムの増大はプラズマエッチング
時間の増大をもたらし、プラズマによる反射膜６４への
損傷が引き起こされる。このようなポリマー残渣６６に
よるエッチングの阻害はエッチング処理を不均一にし、
反射膜表面の傾斜やねじれなどの力学的応力が発生し、
反射表面に歪みを発生させる。この歪みやエッチング損
傷によって、反射膜表面に微細な凹凸が生じる。これら
の反射膜表面の微細な凹凸や歪みは、その光学特性、例
えば反射率の低下やオペレーション電圧の変動をきた
し、デバイスの動作特性を低下させる。

【００１１】したがって、プロセス効率や歩留まりを向
上させるためには、そのようなポリマー残渣６６を完全
に除去してからプラズマエッチングを行って犠牲層を除
去することが必要となる。この残渣除去後の様子を図１
２（Ａ）に示すが、このエッチングによって反射膜表面
の微細な凹凸形成がさらに進行して、表面荒れ６４ａと
なって現れ、これがデバイス特性を著しく低下させる。

【００１２】また、この犠牲層除去前に、付着したポリ
マー残渣６６をウエット洗浄で除去することもできる
が、この場合、洗浄面に残存する水素原子がＸｅＦ_２プ
ラズマ内のフッ素ラジカルと反応してフッ化水素ＨＦを
生成する。フッ化水素ＨＦは、反射膜表面にエッチング
損傷をもたらし、前記したと同様、反射膜表面の反射率
を著しく低下させる。また、フッ化水素は、エッチング
装置のチャンバー内壁や配管等を腐食させるため発塵の
原因となる。さらにフッ化水素は有毒であるため、外部
環境への悪影響を考慮すると、排気系統にフッ化水素ガ
ス処理装置を準備する必要性があるなど様々な不利益を
もたらす。

【００１３】本発明の目的は、犠牲層の除去を行う犠牲
層露出部分の残渣を、他の部分に損傷を与えることなく
有効に除去する工程を含む中空構造体の製造方法を提供
することにある。

【００１４】

【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、基板に支持された膜上に所定パターンの
犠牲層を形成する工程と、当該犠牲層の表面を覆う中空
構造体の支持膜を堆積する工程と、当該支持膜にドライ
エッチングにより開口部を形成し、前記犠牲層の上面の
一部を露出させる工程と、表面に所定の液体を塗布し、
前記開口部から露出する前記犠牲層の上面にレーザー光
を照射して当該液体を加熱し蒸発させる洗浄工程と、前
記支持膜の開口部を介したエッチングにより、前記犠牲
層を除去し中空部を形成する工程と含む。

【００１５】好適に、前記液体の塗布時に、前記開口部
から露出する前記犠牲層の上面を超臨界流体の雰囲気に
さらす。好適に、前記レーザー光の照射後に所定時間、
前記開口部から露出する前記犠牲層の上面を超臨界流体
の雰囲気にさらす乾燥工程をさらに含む。好適に、前記
堆積した支持膜上に、当該支持膜により支えられる所定
パターンの被支持体を形成する工程をさらに有し、前記
支持膜の開口工程では、前記被支持体をマスクにしたエ
ッチングにより当該被支持体のパターン間スペースから
露出する前記支持膜の部分を除去し、前記犠牲層の上面
の一部を露出させる。

【００１６】この中空構造体の製造方法では、犠牲層を
形成し、これを覆う支持膜を堆積した後、この支持膜に
エッチングにより開口部を形成する。この支持膜が、そ
の上の被支持体を支える場合、先に、この被支持体をパ
ターニングして、パターニング後の被支持体をマスクに
用いたエッチングにより支持膜に開口部を形成する。こ
のエッチング後に、本発明では当該犠牲層の露出上面の
洗浄工程を含む。具体的には、最初に、表面に液体（例
えば、有機物溶媒または水）を塗布する。この液体の塗
布よって、犠牲層の露出上面に液体が付着する。つぎ
に、この液体が付着した犠牲層の露出上面にレーザー光
を照射する。すると、高いエネルギー密度のレーザー光
が照射された部分で液体が爆発的に蒸発し、その瞬間的
な液体の昇華にともなって、犠牲層の露出上面に先のエ
ッチング工程で付着していた残渣が除去される。

【００１７】たとえばレーザー光照射の前に予め導入し
た超臨界流体の雰囲気に前記犠牲層の露出上面をさらし
ておく。超臨界状態ではガスの密度が急激に上昇し気体
とも液体ともつかない流体の状態になっていることか
ら、超臨界流体の種類に応じて特定の化学的親和性が高
い物質を溶解する。この超臨界流体の種類を、乾燥させ
たい物質（例えば、超臨界流体ＣＯ_２に対してイソプロ
ピルアルコールＩＰＡやエタノールに代表される有機物
溶媒や水）に適合して予め選択すると、このレーザー光
の照射後の乾燥時に、昇華されないで残存した有機物溶
媒や水などが除去される。また、液体を塗布する場合、
この塗布の前に超臨界流体の雰囲気の導入を開始する
と、この液体の塗布中に気体と液体との界面で働く表面
張力が低減される。

【００１８】

【発明の実施の形態】本発明は、中空部となる箇所に犠
牲層を形成し、犠牲層周囲を囲む支持膜を形成し、この
支持膜の一部を、フォトリソグラフィ技術を用いて開口
し、この開口部から露出する犠牲層部分をエッチングに
より除去して空隙（中空部）を形成する種々の中空構造
体に適用できる。そして、本実施形態に係る中空構造体
の製造方法は、支持膜に開口部を形成し犠牲層を除去す
る前に、開口部による露出表面の残渣を除去するための
表面洗浄を、いわゆるレーザー・クリーニング法あるい
はスチーム・レーザー・クリーニング法により施すこと
に特徴がある。

【００１９】このような中空構造体を有するデバイスの
代表的なものとして、ＭＥＭＳ素子がある。ＭＥＭＳ素
子は、シリコン基板、ガラス基板等の基板上に中空構造
体として形成され、機械的に駆動してその物理的または
物性値の変化を出力に反映させる駆動体と、駆動体の駆
動を制御する半導体集積回路等とを電気的、機械的に結
合させた素子である。ＭＥＭＳ素子の基本的な特徴は、
機械的構造として構成されている駆動体が素子の一部に
組み込まれ、半導体プロセスにより集積回路と一体とし
て形成されることである。

【００２０】以下、光学ＭＥＭＳのうち、例えばレーザ
ーディスプレイ用の光強度変調に用いられる光変調素子
を例に、本発明の実施形態を説明する。

【００２１】図１は、本発明の実施形態に係る光変調素
子の機械的駆動体の斜視図である。この光変調素子の機
械的駆動体、すなわち中空構造体１は、基板２の上に、
複数個のＭＥＭＳエレメント３を並列に密に配置させた
構造を有し、個々のＭＥＭＳエレメント３は、大別する
と、全てのエレメントで共通な基板側電極４と、この基
板側電極４に対しブリッジ状に配置され、当該基板側電
極４と空隙を挟んで一定距離で対向した電極を含む薄膜
構造体とからなる。この薄膜構造体は、静電駆動型メン
ブレンと称せられる。静電駆動型メンブレン５側の電極
（以下、メンブレン電極という）は、基板側電極４との
電位差に応じて、その間に働く静電引力あるいは静電反
発力によって機械的に動く。メンブレン電極の表面は高
い反射率の材料からなり、入射光が、この反射面に当た
って反射する。基板側電極４とメンブレン電極との距離
が変わると反射光の光強度が変わるため、基板側電極４
を基準に各メンブレン電極に与える電圧値の組み合わせ
に応じて入射光の光強度を変調でき、変調後の光（反射
光）を出力する。

【００２２】図２は、１つのエレメントを拡大して示す
斜視図である。ガラスまたは単結晶シリコンからなる基
板２上に、例えばクロム（Ｃｒ）、タングステン（Ｗ）
あるいはアルミニウム（Ａｌ）などからなる基板側電極
４が形成されている。基板側電極４は、必要に応じて、
この電極を犠牲層のエッチングから保護するエッチング
ストッパ膜１０で覆われている。

【００２３】基板側電極４の上方をブリッジ状に交差す
る薄膜構造体５は、その最上部に形成されたメンブレン
電極１１と、このメンブレン電極１１を下方から支えて
基板側電極４との距離を定常状態で一定に維持させるブ
リッジ状の支持膜１２とからなる。支持膜１２が支える
被支持体は、この場合、メンブレン電極１１となる。支
持膜１２は、支柱として機能する２つの側板部と、側板
部の上端を結びメンブレン電極１１の下面に接する支持
平面部と、側板部の下端それぞれから外側に延びた裾部
とを有し、１つの絶縁膜から構成されている。支持膜１
２の絶縁材料に限定はないが、その強度、弾性係数など
の物性値が機械的駆動に対して適切であるため、例えば
窒化シリコンが選択できる。また、被支持体であるメン
ブレン電極１１は、反射率が高い金属材料などからな
り、本例では、アルミニウムから構成されている。アル
ミニウムは、比較的容易に成膜、加工でき、可視光領域
での光反射率の波長分散が小さく、かつ、表面にできる
アルミナ自然酸化膜が保護膜となって反射面を保護する
などの理由から、メンブレン電極材料として好適であ
る。なお、図示を省略したが、メンブレン電極１１のそ
れぞれには電極の引き出し配線部を有し、個々に異なる
電圧が印加可能となっている。なお、このブリッジ状の
薄膜構造体５に代えて、支柱として機能する支持膜の側
板部が１つである片持ち梁形、即ちカンチレバー形の薄
膜構造体の採用も可能である。

【００２４】以下、この光変調素子の製造を例として、
本発明に係る中空構造体の製造方法の実施形態を説明す
る。

【００２５】［第１実施形態］図３（Ａ）〜図５（Ｂ）
は、この光変調素子の製造途中の断面図である。なお、
図３（Ａ）〜図３（Ｄ）に図２に示すＡ方向の断面を示
し、図４（Ａ）以降は図２に示すＢ方向の断面を拡大し
て示す。図３（Ａ）に示すように、例えばガラスまたは
単結晶シリコンなどからなる基板２上に、Ｃｒ、Ｗまた
はＡｌ等の金属膜を成膜して、これを方形状にパターン
ニングして基板側電極４を形成する。必要に応じて、こ
の基板側電極４を覆うエッチングストッパ膜１０を成膜
する。

【００２６】続いて、これら基板に支持された膜４，１
０上に、犠牲層１３となる膜を成膜して、これを図３
（Ｂ）に示すように基板側電極４とほぼ同様なパターン
に加工して犠牲層１３を形成する。犠牲層１３は、例え
ばアモルファスシリコンやポリシリコンなどの半導体材
料あるいは酸化シリコンなどの絶縁材料から構成され
る。前記したエッチングストッパ膜１０は、この犠牲層
材料とのエッチング選択比が高い材料からなる。例え
ば、犠牲層１３がアモルファスシリコンやポリシリコン
からなる場合、エッチングストッパ膜１０の材料として
酸化シリコンが選択される。また、犠牲層１３が酸化シ
リコンからなる場合、エッチングストッパ膜１０の材料
として、例えば窒化シリコンが選択される。なお、エッ
チングストッパ膜１０は、後述する犠牲層１３の除去時
に基板側電極４が損傷を受けないように設けられている
が、電極材料あるいはエッチング方法の適切な選択によ
って、このような懸念がない場合は省略可能である。

【００２７】この犠牲層１３とのエッチング選択比が高
い膜を全面に成膜し、これをパターニングして、図３
（Ｃ）に示す支持膜１２を形成する。なお、このときの
エッチングでは、少なくとも犠牲層１３の上面に接する
支持膜部分はエッチングにより分離しないで、その他の
部分を分離する。

【００２８】全面にＡｌ膜を形成し、これをパターニン
グして、図３（Ｄ）に示す被支持体としてのメンブレン
電極１１を形成する。具体的には、図４（Ａ）に示すよ
うに、Ａｌ膜上に所定の開口部１４ａを有するレジスト
１４を形成し、これをマスクとしてドライエッチングに
よりＡｌ膜を個々のメンブレン電極１１に分離する。

【００２９】続いて、エッチングガスを切り替えて、図
４（Ｂ）に示すように、メンブレン電極間に露出した支
持膜１２の部分をエッチングにより除去する。これによ
り、支持膜１２が個々のエレメントごとに分離され、犠
牲層上面を露出させるための開口部（例えば、エッチン
グ溝）１２ａが形成される。このメンブレン電極間を狭
く形成するための微細加工用のレジスト１４は薄いの
で、支持膜１２のエッチング途中でエッチオフされるこ
とがある。その場合、メンブレン電極１１のＡｌ反射面
がむき出しとなる。また、図４（Ｂ）に示すように、エ
ッチング途中に生成される重合物や変質したレジストの
滓が残渣１５となって支持膜１２のエッチング面に付着
する。この残渣１５は次の犠牲層除去を妨げるため除去
する必要があるが、これをドライエッチングで強制的に
除去しようとするとかなりのオーバーエッチングを施さ
なければならず、むき出しとなったＡｌ反射面への損
傷、ひいてはデバイス特性の低下が懸念される。

【００３０】そこで、本発明の実施形態では、支持膜１
２に開口部１２ａが形成された段階でエッチングを停止
し、この残渣除去のためにレーザー・クリーニングある
いはスチーム・レーザー・クリーニングを行う。この工
程は、本発明の“洗浄工程”の具体例に該当し、以下、
レーザー洗浄と言う。

【００３１】図６は、第１実施形態に係るレーザー洗浄
工程のフロー図である。まず、所定のレーザー洗浄装置
のチャンバー内に、光変調素子が図４（Ｂ）の段階まで
形成された基板２をセットする。このレーザー洗浄装置
には、そのチャンバー内に液体の塗布機構を内蔵してい
る。

【００３２】ステップＳＴ０において、このチャンバー
内に超臨界状態の流体（例えばＣＯ _２流体）を導入す
る。超臨界状態の流体は、一方側からチャンバー内に導
入され、他方側から外部に排気される。この状態で、次
のステップＳＴ１において、レーザー洗浄の剥離用蒸気
となる液体、例えば純度が高いイソプロピルアルコール
ＩＰＡやエタノールなどの有機物溶媒または水を塗布す
る。

【００３３】液体塗布では、液体を微粒子状は気相状態
にして基板表面まで搬送し、付着または結露させる。こ
のとき、微細構造物に液体と気体との間の表面張力によ
る力が加わり、微細構造物の強度が弱い場合に、これが
倒壊するおそれがある。

【００３４】本実施形態では、このとき既に超臨界状態
の流体が導入されおり、超臨界状態の流体は、気体と液
体の中間状態であると考えられることから、その超臨界
流体雰囲気内では液体（有機物溶媒または水）と気体と
の界面で働く表面張力が低減される。その結果、中空構
造体に余計な力が加わらず、微細構造物が存在しても、
その倒壊が有効に防止できる。本実施形態の液体塗布方
法としては、噴霧状の液体微粒子を混合した気体を用い
る方法、液体を気相で含む蒸気を用いる方法、あるいは
液体を液相のまま導入し雰囲気ガスの流れによって散布
する方法などがある。

【００３５】次のステップＳＴ２において、この液体が
塗布された基板上に、図４（Ｂ）の支持膜１２のエッチ
ング溝１２ａに照準を合わせてレーザー光を外部からチ
ャンバーの光学窓等を通して照射し、レーザー光が個々
の開口部（エッチング溝）１２ａに沿って走査されるよ
うにレーザー光軸と基板との相対位置を動かす。あるい
は、レーザー光のエネルギーが十分小さい場合は、開口
部にレーザー光を照準させる必要は必ずしもなく、これ
を基板表面全域に繰り返し走査してもよい。これによ
り、開口部１２ａ内の有機物溶媒が急激に加熱され爆発
的に蒸発する。このときの昇華エネルギーによって、開
口部１２ａの内面に付着していた残渣１５が除去され、
超臨界流体とともにチャンバー外に排出される。とくに
超臨界流体がＣＯ_２流体の場合、ポリマー重合物と化学
的親和性が高いため残渣１５が有効に除去される。

【００３６】ステップＳＴ３において、引き続き超臨界
流体ＣＯ_２の雰囲気に基板を所定時間さらすことによ
り、このレーザー洗浄工程あるいはそれより前の工程に
おいて付着した水分を乾燥させる。例えば、Ｅｒ：ＹＡ
Ｇレーザーなどのように、その波長が水に強く吸収され
る場合、基板上に残存する水は、より効果的に基板上か
ら除去される。

【００３７】図５（Ａ）は、このレーザー洗浄により残
渣が除去された状態を示している。レーザー洗浄の後
は、水分が吸着しないように直ちにエッチング装置に基
板を移送し、例えば等方性が強い条件のプラズマエッチ
ングを行う。このエッチングでは、開口部１２ａの底面
に接した犠牲層露出部からエッチングが始まり、エッチ
ング途中も、この開口部１２ａを通ってエッチングガス
およびプラズマが出入りする。上述したレーザー洗浄に
より、この犠牲層露出部の表面からポリマー残渣や水分
が除去されているので、直ぐにエッチングが開始されイ
ンキュベーションタイムが殆どない。また、エッチング
が均一に進み、このため、全ての犠牲層１３を除去する
時間が一定で、オーバーエッチング量も必要最小限でよ
い。このため、被支持体としてのメンブレン電極１１の
Ａｌ反射面の面荒れが最低限に抑えられる結果、その光
学特性，力学特性が著しく変化するようなことがなく、
さらには微細構造体の変形もない。これにより、図５
（Ｂ）に示すように中空部１６が形成され、中空構造体
の基本構造が完成する。

【００３８】仮に、レーザー洗浄を行わず、ポリマー残
渣や水分の除去が不十分だとする。この場合、例えば犠
牲層材料がアモルファスシリコンやポリシリコンで、そ
のエッチングにＸｅＦ_２ガスが用いられた場合に、これ
らポリマー残渣や水分がＸｅＦ_２プラズマ内のフッ素ラ
ジカルと反応してフッ化水素（ＨＦ）が生成される。Ｈ
ＦはＡｌの反射表面にエッチング損傷をもたらし、その
反射率を著しく低下させる。また、ＨＦはチャンバー内
壁を腐食するため発塵の原因となる。さらにＨＦは有毒
であるため、外部環境への悪影響を考慮すると、レーザ
ー洗浄装置の排気系統にＨＦガス用の排ガス処理装置を
装備することが必須となる。

【００３９】本実施形態では、上述したレーザー洗浄に
よりポリマー残渣や水分を完全に除去することが可能で
あり、このような不具合がなく、特性低下のない、ある
いは、それが最小限に抑制された光変調素子の製造が可
能となるという利点がある。

【００４０】［第２実施形態］第２実施形態は、レーザ
ー洗浄において超臨界流体の導入タイミングが第１実施
形態と異なる。中空構造体の構造および製法の基本は同
じである。

【００４１】図７は、第２実施形態に係るレーザー洗浄
工程のフロー図である。先の第１実施形態ではエタノー
ル等の液体塗布を超臨界流体雰囲気中で行うため、寸法
が１００ｎｍ以下の微細構造体であっても、その構造体
の倒壊を有効に防止できた。これに対し、第２実施形態
では、液体塗布（ステップＳＴ１）より後に超臨界流体
の導入（ステップＳＴ０）を行うこととしている。この
ため、エタノール塗布では倒壊のおそれが少ない、寸法
が１００ｎｍより大きい中空構造体に適している。超臨
界流体の導入（ステップＳＴ０）は、レーザー光照射
（ステップＳＴ２）の前または後、さらにはレーザー光
照射中でもよい。超臨界流体の流れによって除去した残
渣を基板から遠ざけて再付着を防止する意味では、レー
ザー光照射の前に予め超臨界流体をチャンバー内に導入
して、予め、この流れを作っておくことが望ましい。な
お、各ステップの具体的な方法は、第１実施形態と同じ
であり、ここでの説明は省略する。

【００４２】第２実施形態では、超臨界流体の導入時間
が短くて済むためガス原材料の節約になり、またＣＯ_２
ガスを超臨界状態にするための装置の稼働率を低減でき
るという利点がある。

【００４３】以下、より詳細なレーザー洗浄の方法を、
具体的な洗浄装置構造も含めて実施例にて説明する。

【００４４】［実施例１］図８（Ａ）は実施例１に係る
レーザー洗浄装置の概略を模式的に示す図である。ま
た、図８（Ｂ）は図８（Ａ）の一部を拡大した図であ
る。このレーザー洗浄装置２０は、第１実施形態の手順
（図６）でレーザー洗浄を行うのに適している。

【００４５】このレーザー洗浄装置２０は、そのチャン
バー２１の壁面の一方に超臨界流体の導入口２４を備
え、これと反対側のチャンバー壁面に排気口２５を備え
ている。超臨界流体の導入口２４には、図示を省略した
超臨界流体の生成装置が配管を介して接続されている。
チャンバー２１内には、例えば２軸移動可能なステージ
２３が設置され、その上に、前述した光変調素子等の中
空構造体を有する素子を途中まで作り込んだ基板２がセ
ットされている。一方のチャンバー壁面下部には基板２
の搬入搬出口２２が設けられている。また、チャンバー
２１の上部には、有機物溶媒または水等を含む洗浄ガス
の混合部２６と、基板状態を視認または測定可能な光学
窓２７とを備える。

【００４６】図８（Ｂ）では、有機物溶媒（例えばエタ
ノール）を噴霧状にして不活性ガスからなる搬送気体と
混合した後、基板上に吹き付ける噴霧式溶媒塗布機構を
例示する。この洗浄ガス混合部２６は、有機物溶媒導入
部２６ａ，搬送気体導入部２６ｂ，有機物溶媒噴射ノズ
ル２６ｃ，洗浄ガス供給口２６ｄを有する。

【００４７】まず、搬入搬出口２２を通してチャンバー
２１内のステージ２３上に基板２がセットされると、Ｃ
Ｏ_２流体を導入口２４から、例えば所定流量で供給す
る。有機物溶媒１０１は液体のまま導入しても、条件に
よってはＣＯ_２流体内で霧状に散在する状態となって塗
布されることもあるが、ここでは、搬送気体導入部２６
ｂから搬送気体１０２を導入し、有機物溶媒噴射ノズル
２６ｂからこの搬送気体に霧状に噴出させて混合し、こ
の混合後のガス（洗浄ガス）を洗浄ガス供給口２６ｄか
らチャンバー内に供給する。洗浄ガス１０３は、その供
給口から基板２に到達される間に供給速度に応じた距離
だけ超臨界流体１００の流れる方向に流される。しがた
って、洗浄ガス１０３の供給速度を調整することによ
り、有機物溶媒等をレーザー光が照射される基板表面領
域Ｓに搬送することができる。

【００４８】有機物溶媒の塗布を行ってから適切な遅延
時間を計り、必要に応じて集光レンズ等の光調整部２８
によりスポット径等が調整されたレーザー光Ｌが、基板
２上の表面領域Ｓに照射される。この照射によって、こ
の領域に搬送されて付着した有機物溶媒が爆発的に蒸発
し、それに伴って残渣が除去される。レーザー光Ｌのエ
ネルギー密度は基板２に損傷を与えないように十分小さ
い。また、エネルギー密度が高い場合でも、レーザー光
Ｌを十分に絞ると反射面の影響を十分小さくでき、さら
には、この基板表面側部分は犠牲層により支持されてい
るので変形し難い。溶媒蒸気とともに剥離された残渣
は、超臨界流体や洗浄ガスの流れ１００´に乗って排気
口２５から外部に排出され処分される。

【００４９】この洗浄装置の構成では、有機物溶媒を含
む洗浄ガス１０３を必要量だけ局所的に供給できる。ま
た、その洗浄ガス１０３の供給口２６ｄがチャンバー天
井面から突出していないので超臨界流体１００の乱流が
抑制され、その結果、除去された残渣が基板２に再付着
することなくスムーズに排出される。

【００５０】［実施例２］図９は実施例２に係るレーザ
ー洗浄装置の概略を模式的に示す図である。このレーザ
ー洗浄装置３０は、第２実施形態の手順（図７）でレー
ザー洗浄を行うのに適している。

【００５１】このレーザー洗浄装置３０の超臨界流体の
導入口３４はチャンバー３１の内部奥深くに設けられ、
導入口３４からチャンバー内を内部配管３４ａが通って
いる。また、洗浄ガスの混合部３６と光学窓３７が分離
して設けられ、その間に排気口３５を備えている。この
ため、排気口３５より左側のレーザー照射領域と、右側
の液体塗布領域が区分され、例えばレーザー照射領域の
みに超臨界流体が導入可能である。導入口３４に接続さ
れた不図示の超臨界流体の生成装置から配管３４ａを通
って導入口３４からチャンバー３１内に導入された超臨
界流体１００は、短い距離だけ流れ、その大部分が直ぐ
に排気口３５から外部に排出される。一方、超臨界流体
の導入側と反対側のチャンバー側壁には、不活性ガスの
導入口３９が設けられている。供給ガスの混合部３６
は、図８（Ｂ）に示す実施例１の混合部２６と基本的構
造は同じであり、エタノール等の有機物溶媒または水１
０１をノズルから噴射し搬送気体１０２と混合して基板
２に所定速度で搬送する。余分な洗浄ガスは、導入口３
９から導入された不活性ガス１０４に導かれて排気口３
５から排出される。

【００５２】また、光学窓３７は、レーザー光Ｌの入射
光、これが基板面で反射して戻る反射光の双方が透過で
きるように幅広に形成されている。反射光は外部に設け
た光ダンパー４０により捕獲され吸収される。レーザー
光Ｌの入射側外部には、可動反射ミラー３８が設置され
ている。可動反射ミラー３８はミラー面の角度を変更す
る駆動部を備え、これにより横方向から入射したレーザ
ー光Ｌの光軸を曲げる角度調整が可能であり、この動作
を連続的に行うことにより、基板２に対しレーザー光Ｌ
を一方向に走査することができる。一方、基板２を保持
するステージ３３は、基本的に洗浄中はレーザー光Ｌの
走査方向とほぼ直交する方向（図の左方向）に移動す
る。基板２上の支持膜の開口部に沿ってレーザー光Ｌを
正確にトレースする場合、基板２とステージ３３との相
対的な回転角度の微調整を行う機構も必要となる。

【００５３】まず、搬入搬出口３２を通してチャンバー
３１内のステージ３３上に基板２がセットされると、ス
テージ３３が搬入搬出口３２より遠い側から図９の矢印
の方向に移動し、基板の処理する領域の最端部分に対し
液体塗布がされる。有機物溶媒１０１は液体のまま導入
してもよいが、ここでは、洗浄ガスの混合部３６内で、
有機物溶媒１０１を有機物溶媒噴射ノズルから搬送気体
１０２に霧状に噴出させて混合し、この混合後のガス
（洗浄ガス）をチャンバー内に供給する。洗浄ガス１０
３の基板到達量は不活性ガス１０４の供給量である程度
調整でき、余分な供給ガスは基板に到達しないまま排出
される。

【００５４】ステージは間欠的に動き、その全体として
見た移動速度を一定とした場合、ステージの停止時間と
基板上のレーザー光Ｌの所定長さの１ラインまたは複数
の所定数のラインの走査時間とが連動して動くようにす
る。この場合、有機物溶媒の塗布を行ってから所定の遅
延時間経過後に同じ場所へのレーザー照射が施される。
つまり、有機物溶媒供給位置からレーザー照射位置まで
の空間的距離とステージの移動速度とから決まる時間が
前記所定の遅延時間となる。レーザー光Ｌが基板２上の
表面領域に照射されると、この領域に予め供給された有
機物溶媒等が爆発的に蒸発し、それに伴って残渣が除去
される。レーザー光Ｌのエネルギー密度は基板２に損傷
を与えないように十分小さい。また、エネルギー密度が
高い場合でも、レーザー光Ｌを十分に絞ると反射面の影
響を十分小さくでき、さらには、この基板表面側部分は
犠牲層により支持されているので変形し難い。溶媒蒸気
とともに剥離され、離脱した残渣は、超臨界流体１００
に乗って排気口３５から外部に排出され処分される。レ
ーザー光照射が済んだ基板表面領域は、ステージ移動中
の超臨界流体１００にさらされている間に乾燥される。
その後、ステージ３３の移動方向に設けられた搬入搬出
口３２から処理後のウェハが取り出される。

【００５５】この洗浄装置の構成では、基板上のある領
域にとっては、エタノール塗布、レーザー光照射、乾燥
の各ステップが図７のように施されている。しかし、基
板上の異なる領域に対しては、常に、この３つの処理が
並列に施されることになるため全体的に処理の効率、ス
ループットが高い。

【００５６】また、超臨界流体１００はチャンバー３１
内の流路が短いため、比較的、その供給量を小さくして
も十分な役目を果たすことができ、ガス原材料の節約が
できる。本実施例に限らないが超臨界流体１００自体も
残渣等の付着物の除去効果がある。しかし、レーザー光
照射により除去効果が格段に高いため全体の残渣除去効
果は実施例１と同等である。なお、チャンバー内全体で
超臨界流体の供給量と排気速度を調整して、この超臨界
流体雰囲気がチャンバー内全体に行き渡るようにしても
よい。この場合、導入口３９から導入する不活性ガスの
温度と圧力は、超臨界状態が保てる臨界温度範囲と臨界
圧力範囲に設定される。この場合、有機物溶媒の塗布も
超臨界状態において施されることとなり、本実施例は第
１実施形態の具体例となる。

【００５７】また、排気口３５がレーザー光の照射位置
からみて基板が動く方向と反対側に、しかも近距離にあ
るので、除去された残渣が基板２に再付着することなく
スムーズに排出される。また、処理中のウェハの動きが
一方の方向に制御され、その方向から搬出されるので、
その点でも残渣の再付着防止に配慮されている。さら
に、例えば光変調素子のように高反射率表面が素子全体
でかなりの割合を示すデバイスでは、レーザースポット
が反射面にかかる割合によってはかなりの光量の反射光
が放たれる。この反射光がチャンバー内で遮られると、
その部分で光反応または熱反応によって発塵する可能性
がある。この実施例２では、反射光が外部の光ダンパー
４０によって終端されるため、このような発塵の問題が
ない。

【００５８】［実施例３］図１０（Ａ）〜図１０（Ｃ）
は実施例３に係るレーザー洗浄装置の概略を模式的に示
す図である。図１０（Ａ）は正面図、図１０（Ｂ）は上
面図であり、図１０（Ｃ）は一部の拡大図である。

【００５９】このレーザー洗浄装置５０のチャンバー５
１の一方側壁面に基板２の搬入搬出口５２が設けられ、
チャンバー内のほぼ中央に設置されたステージ５３上に
基板２がセットされる。超臨界流体の導入口５４は図１
０（Ｂ）に示すように、基板２の中心からやや手前の上
方に設けられ、基板中心付近に超臨界流体１００を導入
できるようになっている。また、基板中心付近に横方向
から洗浄ガスを供給する洗浄ガスの混合部５６が設けら
れている。供給ガスの混合部５６は、図１０（Ｃ）に示
すように、実施例１の混合部２６と基本的構造は同じで
あり、導入路５６ａと５６ｂからそれぞれ導入されたエ
タノール等の有機物溶媒または水１０１と搬送気体１０
２とを混合し、洗浄ガス１０３として基板中心付近に供
給する構成となっている。

【００６０】チャンバー５１の天井は基板表面に近くま
で迫っており、その天井に基板２の半径方向に長い気体
通路５１ａが形成され、気体通路５１ａの奥側端に排気
口５５が形成されている。したがって、超臨界流体１０
０や洗浄ガス１０３は、この気体通路５１ａ内を基板２
の半径方向に流れ排気口５５から排出される。光学窓３
７が気体通路５１ａの上方に設けられ、その上方の装置
外部に実施例２と同様に、可動反射ミラー３８と光ダン
パー４０が配置されている。可動反射ミラーの動作によ
って、レーザー光Ｌが基板中心から超臨界流体が流れる
方向の半径方向に基板上を走査され、その反射光が光ダ
ンパーで捕獲される。このレーザー光Ｌの基板半径方向
の走査時のみレーザー光Ｌを通し、それ以外の回帰時間
はレーザー光Ｌを遮るために、シャッター５７が可動反
射ミラー３８の光入力側に設置されている。

【００６１】このような構成のレーザー洗浄装置５０で
は、第１実施形態で説明した図６の手順、第２実施形態
で説明した図７の手順の何れも採用可能である。搬入搬
出口５２を通してチャンバー内中央のステー５３上にセ
ットされた基板２に対しエタノール等の塗布がされる
が、このとき、図６の場合は超臨界流体１００と搬送気
体１０２によって運ばれたエタノール等が基板２の半径
方向に流され塗布される。また、図７の場合は、搬送気
体１０２に運ばれてエタノール等が基板２の半径方向で
塗布される。つぎにレーザー光Ｌを同じ半径方向の基板
部分で走査させレーザー洗浄を行う。このとき、図６の
場合、あるいは図７で超臨界流体導入をレーザー照射前
に行う場合に、超臨界流体自体による残渣の剥離効果が
補助的に作用する。一方、図７で超臨界流体導入をレー
ザー照射後に行う場合は、超臨界流体は基板乾燥にのみ
用いられる。

【００６２】ステージ５３は間欠的に回転動作し、その
停止時間にレーザー照射が行われる。エタノール等の塗
布は予め全体に塗布してもよいし、半径方向に部分的に
塗布し、その部分のレーザー照射が済んだら、ステージ
５３の回転動作により位置出しし、この塗布、レーザー
照射、ステージの回転動作を繰り返してもよい。ステー
ジの回転動作は、レーザーの回帰時間に連動して微小角
度ずつ行ってもよい。この回帰期間中はシャッター５７
によりレーザー光路が遮られている。レーザー光Ｌのエ
ネルギー密度は基板２に損傷を与えないように十分小さ
い。溶媒蒸気とともに剥離され、離脱した残渣は、超臨
界流体１００等に乗って排気口５５から外部に排出され
処分される。レーザー光照射が済んだ基板表面領域は、
その後、超臨界流体にさらされている間に乾燥される。

【００６３】この洗浄装置の構成では、ステージ５３が
回転動作しかしないこと、レーザー照射、液体の塗布お
よび流体，気体を流す方向が基板の半径方向に限られ気
体通路が限定的であることなどの理由から装置構成がシ
ンプルで、小型化されている。超臨界流体１００や洗浄
ガス１０３の供給量を小さくしても十分な役目を果たす
ことができ、ガス原材料の節約ができる。また、周辺雰
囲気ガスの流れとレーザー光Ｌの走査方向が一致するた
め、レーザー洗浄により除去された残渣が、洗浄後の基
板部分に再付着することがない。さらに、例えば光変調
素子のように高反射率表面が素子全体でかなりの割合を
示すデバイスの洗浄であっても、反射光が外部の光ダン
パー４０によって終端されているため、反射光による発
塵が有効に防止されている。

【００６４】

【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、液体を塗布し、これをレーザー照射で瞬時に蒸発
させるときに、そのエネルギーによって残渣が剥離され
るので、この蒸気と一緒に残渣を除去できる。このと
き、レーザー照射による熱上昇は、塗布された液体の沸
点程度に抑えられるため、レーザー照射部分に対して熱
損傷を与えない。残渣を除去した状態で行う犠牲層の除
去工程では、エッチングのインキュベーション時間が抑
制され、均一なエッチングが達成できる。また、エッチ
ング時間が必要最小限なので他に与えるエッチングダメ
ージも最小限に抑制できる。その結果、損傷の少ない中
空構造体が形成でき、中空構造体の微細化も可能とな
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施形態に係る光変調素子の機械的駆
動部分の斜視図である。

【図２】図１に示す光変調素子の機械的駆動部分を構成
する１つのエレメントを拡大して示す斜視図である。

【図３】（Ａ）〜（Ｄ）は、図１に示す光変調素子の製
造途中の断面図であり、図２に示すＡ方向の断面を示す
ものである。

【図４】（Ａ），（Ｂ）は、図３（Ｄ）の工程に続く光
変調素子の製造途中の断面図であり、図２に示すＢ方向
の断面を拡大して示すものである。

【図５】（Ａ），（Ｂ）は、図４（Ｂ）の工程に続く光
変調素子の製造途中の断面図であり、図２に示すＢ方向
の断面を拡大して示すものである。

【図６】本発明の第１実施形態に係るレーザー洗浄工程
のフロー図である。

【図７】本発明の第２実施形態に係るレーザー洗浄工程
のフロー図である。

【図８】（Ａ）は本発明の実施例１に係るレーザー洗浄
装置の概略を模式的に示す図である。（Ｂ）は（Ａ）の
一部を拡大した図である。

【図９】本発明の実施例２に係るレーザー洗浄装置の概
略を模式的に示す図である。

【図１０】（Ａ）〜（Ｃ）は本発明の実施例３に係るレ
ーザー洗浄装置の概略を模式的に示す図である。（Ａ）
は正面図、（Ｂ）は上面図、（Ｃ）は一部の拡大図であ
る。

【図１１】（Ａ）〜（Ｃ）は、従来の中空構造体の問題
点の指摘に用いた、光学ＭＥＭＳの製造工程の一部を示
す断面図である。

【図１２】（Ａ），（Ｂ）は、図１１（Ｃ）に続く工程
を示す光学ＭＥＭＳの断面図である。

【符号の説明】

１…中空構造体、２…基板、３…ＭＥＭＳエレメント、
４…基板側電極、５…薄膜構造体、１０…エッチングス
トッパ膜、１１…被支持体としてのメンブレン電極、１
２ａ…支持膜の開口部、１２…支持膜、１３…犠牲層、
１４…レジスト、１４ａ…レジスト開口部、１５…残
渣、１６…中空部、２０，３０，５０…レーザー洗浄装
置、１００…超臨界流体、１０１…有機物溶媒、Ｌ…レ
ーザー光

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】基板に支持された膜上に所定パターンの犠
牲層を形成する工程と、当該犠牲層の表面を覆う中空構造体の支持膜を堆積する
工程と、当該支持膜にドライエッチングにより開口部を形成し、
前記犠牲層の上面の一部を露出させる工程と、表面に所定の液体を塗布し、前記開口部から露出する前
記犠牲層の上面にレーザー光を照射して当該液体を加熱
し蒸発させる洗浄工程と、前記支持膜の開口部を介したエッチングにより、前記犠
牲層を除去し中空部を形成する工程とと含む中空構造体
の製造方法。
【請求項２】前記液体の塗布時に、前記開口部から露出
する前記犠牲層の上面を超臨界流体の雰囲気にさらす請
求項１記載の中空構造体の製造方法。
【請求項３】前記レーザー光の照射時に、前記開口部か
ら露出する前記犠牲層の上面を超臨界流体の雰囲気にさ
らす請求項１記載の中空構造体の製造方法。
【請求項４】前記レーザー光の照射後に所定時間、前記
開口部から露出する前記犠牲層の上面を超臨界流体の雰
囲気にさらす乾燥工程をさらに含む請求項１記載の中空
構造体の製造方法。
【請求項５】前記堆積した支持膜上に、当該支持膜によ
り支えられる所定パターンの被支持体を形成する工程を
さらに有し、前記支持膜の開口工程では、前記被支持体をマスクにし
たエッチングにより当該被支持体のパターン間スペース
から露出する前記支持膜の部分を除去し、前記犠牲層の
上面の一部を露出させる請求項１記載の中空構造体の製
造方法。