JP2004066379A

JP2004066379A - マイクロ構造体の製造方法

Info

Publication number: JP2004066379A
Application number: JP2002227722A
Authority: JP
Inventors: Kazuhiko Sugiura; 杉浦　和彦; Takeshi Fukada; 深田　毅
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 2002-08-05
Filing date: 2002-08-05
Publication date: 2004-03-04

Abstract

【課題】基板に固定電極と可動電極とを形成してなるマイクロ構造体としての容量式加速度センサにおいて、スティッキングを防止しつつパーティクルを除去できるような製造方法を提供する。
【解決手段】基板１０に対して、固定電極１７および可動電極１６を画定するための溝１５を形成する溝形成工程と、熱処理により蒸発若しくは昇華する蒸発昇華性部材２０を、基板１０に対して溝１５を埋めるように形成することにより、蒸発昇華性部材２０によって可動電極１６を保持する可動部保持工程と、さらに基板１０のエッチングを行って可動電極１６を基板１０から切り離した後、蒸発昇華性部材２０を熱処理して除去することにより、可動電極１６を可動状態とする蒸発昇華性部材除去工程とを備える。
【選択図】　　　　図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、可動電極と固定電極とを有する容量式センサ等のように、基板に固定部と可動部とを形成してなるマイクロ構造体の製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
この種のマイクロ構造体としては、例えば、基板において互いに解放されている可動電極（可動部）と固定電極（固定部）とからなる一対の電極部を形成し、力学量の印加によって可動電極を変位させるようにした容量式センサが知られている。
【０００３】
従来の一般的なマイクロ構造体の製造方法を容量式センサを例にとって図４（ａ）〜（ｄ）に示す。図４（ａ）に示すように、基板１０としては、埋め込み酸化膜１３を介して二つのシリコン基板１１、１２が貼り合わされた張り合わされたＳＯＩ（シリコン−オン−インシュレータ）基板１０が示されている。
【０００４】
次に、図４（ｂ）に示すように、この基板１０に対して、その一面側から可動電極１６および固定電極１７を画定するための溝１５をエッチングにて形成する。この溝１５は埋め込み酸化膜１３まで到達する溝である。
【０００５】
次に、図４（ｃ）、（ｄ）に示すように、基板１０の他面側から、シリコンエッチングを行ってキャビティ１４を形成し、さらに、エッチングを行ってキャビティ１４内の電極部１６、１７の下部にある埋め込み酸化膜１３を除去する。それにより、可動部である可動電極１６が溝１５を介して固定部である固定電極１７から切り離され開放される。
【０００６】
ここで、従来より、マイクロ構造体の可動部を切り離す工程としては、プラズマドライエッチング法やウェットエッチング法が広く使われている。プラズマドライエッチング法では、プラズマ中でエッチングガスを導入し、基板１０と可動部１６とを固定している部分（例えば、ＳｉやＳｉＯ２などの半導体材料）を除去することで、可動部１６を切り離す。
【０００７】
しかし、この方法ではエッチング時の反応生成物や装置の反応室内からのパーティクルが構造体の可動部に付着し、可動部１６の可動機能を妨げるという問題が生じることで、ひいては歩留まりの低下といった問題につながる。
【０００８】
また、このドライエッチングで可動部１６を切り離した後にパーティクルを除去しようとして、水などを用いたウェットプロセスによる洗浄（ウェット洗浄）を追加する場合、液体の乾燥時に発生する表面張力によって、可動部１６がその周囲部、例えば固定部１７などに付着する、すなわちスティッキングが発生する。このスティッキングの発生によっても可動部１６の機能が妨げられる。
【０００９】
また、ウェットエッチング法では、そもそもエッチング液を用いているため、そのエッチング液の表面張力によって、上記ウェット洗浄の場合と同様に、スティッキングが発生する。
【００１０】
この場合のスティッキング防止方法としては、特表平７−５０５７４３号公報に記載されているように、可動部とその下部に位置する基板との間にホトレジストを設け、このホトレジストにより可動部を支持することでスティッキングを防止する方法がある。
【００１１】
しかしながら、この方法では、最終的にホトレジストを除去するためにＯ_２アッシングなどのプラズマを用いたアッシングでレジスト除去を行う必要があり、上記したドライエッチングと同様、パーティクルの発生が問題となる。
【００１２】
このような問題は、基板に対して固定部と可動部とを形成したマイクロ構造体、すなわち、基板の固定部に部分的に支持され、この支持部以外では周囲部と切り離されて解放され可動となっている可動部を持つ構造体において、共通して発生しやすい。
【００１３】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、上記事情に鑑みてなされたもので、基板に固定部と可動部とを形成してなるマイクロ構造体において、スティッキングを防止しつつパーティクルを除去できるような製造方法を提供することを目的とする。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、請求項１に記載の発明では、基板（１０）に固定部（１７）と可動部（１６）とを形成してなるマイクロ構造体の製造方法において、基板に対して、固定部および可動部を画定するための溝（１５）を形成する溝形成工程と、熱処理により蒸発若しくは昇華する蒸発昇華性部材（２０）を、基板に対して溝を埋めるように形成することにより、蒸発昇華性部材によって可動部を保持する可動部保持工程と、しかる後、蒸発昇華性部材を熱処理して除去することにより、可動部を可動状態とする蒸発昇華性部材除去工程とを備えることを特徴とする。
【００１５】
まず、可動部保持工程によれば、基板に対して形成された固定部および可動部を画定するための溝を、蒸発昇華性部材で埋めるようにすることで、蒸発昇華性部材が橋渡しとなって可動部とその周囲部とが固定され、可動部は動かないように保持される。
【００１６】
その状態で、更に基板をエッチングするなどにより、基板と可動部とが切り離されてはいるが、蒸発昇華性部材を介して可動部が固定されている状態を実現することができる。
【００１７】
つまり、蒸発昇華性部材にて溝が埋まっている状態すなわち可動部とその周囲部との間が蒸発昇華性部材で埋まっている状態で、基板における可動部と固定部とを切り離す工程が行われる。そのため、当該工程にて基板をエッチングすることで発生したパーティクルは、可動部とその周囲部との対向間に付着しにくく、可動部の可動機能が妨げられるのを抑制できる。
【００１８】
また、基板における可動部と固定部とを切り離す工程をウェットエッチング法で行った場合でも、このウェットエッチング時において可動部は蒸発昇華性部材により保持された状態であるので、スティッキングは生じない。
【００１９】
また、基板における可動部と固定部とを切り離す工程を行った後、当該工程にて発生したパーティクルを除去するために、蒸発昇華性部材除去工程の前に基板をウェットプロセスにより洗浄した場合でも、可動部は保持されているため、スティッキングは発生しない。
【００２０】
その後、蒸発昇華性部材除去工程にて、蒸発昇華性部材を熱処理して蒸発または昇華により除去するので、蒸発昇華性部材による可動部の拘束が解除され、可動部を可動状態とすることができる。このとき、蒸発昇華性部材自体は気体となって除去されるのでパーティクルとして残らない。
【００２１】
以上のように、本発明によれば、基板に固定部と可動部とを形成してなるマイクロ構造体において、スティッキングを防止しつつパーティクルを除去できるような製造方法を提供することができる。そして、適切に可動部を可動状態とすることができる。
【００２２】
ところで、溝形成工程の後に、蒸発昇華性部材を形成する可動部保持工程が行われるが、上述したように、可動部保持工程の後で蒸発昇華性部材にて保持された状態で可動部と固定部との切り離しを行ってもよいし、この可動部保持工程において、可動部と固定部とはすでに切り離されていてもよい。
【００２３】
請求項３に記載の発明は、後者の場合に関わるものであり、請求項１に記載のマイクロ構造体の製造方法において、溝形成工程では、形成された溝（１５）を介して可動部（１６）と固定部（１７）とをドライエッチングにて切り離すことにより可動部を可動状態とし、可動部保持工程では、蒸発昇華性部材（２０）の形成により可動部を保持することで非可動状態とし、その後、基板（１０）をウェットプロセスにより洗浄する洗浄工程を行い、続いて、蒸発昇華性部材除去工程を行うことを特徴とする。
【００２４】
それによれば、蒸発昇華性部材の形成前に行われた可動部と固定部とのドライエッチングによる切り離しによって、パーティクルが生じるため、このパーティクルを洗浄して除去する必要がある。
【００２５】
そこで、本発明では、切り離されている可動部と固定部との間の溝を埋めるように蒸発昇華性部材を形成し、可動部を保持した状態で、ウェット洗浄を行うことができるので、該ウェット洗浄によるスティッキングを防止しつつパーティクルを除去できる。
【００２６】
なお、上記各手段の括弧内の符号は、後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示す一例である。
【００２７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を図に示す実施形態について説明する。なお、以下の各実施形態相互において互いに同一の部分には、図中、同一符号を付してある。
【００２８】
（第１実施形態）
図１は、本発明の第１実施形態に係るマイクロ構造体としての容量式加速度センサＳ１の製造方法を示す概略断面図である。本製造方法は最終的に図１（ｆ）に示すセンサＳ１を製造するものであり、まず、図１（ｆ）を参照してセンサ構成の概略を述べておく。
【００２９】
センサＳ１は、本発明でいう基板としてのＳＯＩ（シリコン−オン−インシュレータ）基板１０を備えている。このＳＯＩ基板１０は、第１のシリコン基板１１と第２のシリコン基板１２とが埋め込み酸化膜１３を介して積層されたものである。
【００３０】
ＳＯＩ基板１０の下面には、第１のシリコン基板１１および埋め込み酸化膜１３の一部が除去されてなるキャビティ１４が形成されている。このキャビティ１４に対応した第２のシリコン基板１２には、上面からキャビティ１４へと厚み方向に貫通する溝１５が形成されている。
【００３１】
この溝１５により、第２のシリコン基板１２は、可動電極（可動部）１６と固定電極（固定部）１７とに区画されている。図示例では、可動電極１６と固定電極１７とは交互に配置され、溝１５を介して互いに隣り合っている。図示しないが、固定電極１７は、埋め込み酸化膜１３を介して第１のシリコン基板１１に支持固定されており、可動電極１６は、第１のシリコン基板１１に対して弾性的に支持される等により可動となっている。
【００３２】
これら、可動および固定電極１６、１７は例えば、良く知られている櫛歯状の梁構造体にすることができる。この場合、加速度印加に伴い可動電極１６が変位し、それによって可動電極１６と固定電極１７との間の距離が変化する。そして、例えば、この距離変化に基づく両電極１６、１７間の容量変化を検出することで、印加加速度を求めることができる。
【００３３】
次に、上記センサＳ１の製造方法について、図１を参照して説明する。なお、本例は、基板１０の表裏両面からの加工による工程で示すが、これに限定されるものではない。
【００３４】
まず、図１（ａ）、（ｂ）に示すように、上記ＳＯＩ基板１０を用意し、この基板１０に対して、その上面（表面、第２のシリコン基板１２の上面）側から可動電極（可動部）１６および固定電極（固定部）１７を画定するための上記溝１５を形成する（溝形成工程）。
【００３５】
この溝形成工程は、通常のホト、エッチング工程で行うことができる。具体的には、電極部１６、１７を形成するために、ホトレジストにより形成したパターンを用いたドライエッチング等を行い、残した部分を電極部１６、１７とする。
【００３６】
ＳＯＩ基板１０を用いた本例では、埋め込み酸化膜１３でエッチングをストップさせることにより、制御性に優れたものになる。なお、通常のシリコン基板を基板１０として用いた場合、エッチングの深さをエッチング時間等により制御することで溝１５を形成することができる。
【００３７】
次に、図１（ｃ）に示すように、熱処理により蒸発若しくは昇華する蒸発昇華性部材２０を、基板１０に対して溝１５を埋めるように形成する。それにより、この蒸発昇華性部材２０が橋渡しとなって、可動電極１６と、固定電極１７などの可動電極１６の周囲部とが固定され、蒸発昇華性部材２０によって可動電極１６が保持された形となる（可動部保持工程）。
【００３８】
図１（ｃ）に示す例では、蒸発昇華性部材２０は、溝１５を埋めつつ第２のシリコン基板１２の上面の略全域を覆うように形成されている。この蒸発昇華性部材は熱処理により蒸発若しくは昇華する性質のものであれば、特に限定されないが、例えば室温から２００℃程度で固体状態となって上記可動部の保持を実現でき且つ５００℃程度で蒸発又は昇華するものが使用しやすい。
【００３９】
具体的に、蒸発昇華性部材２０としてはナフタリンなどが使用できる。このような蒸発昇華性部材２０は、例えば、ある程度加熱して流動状態としたものを基板１０上に流し込んだり、あるいは、固体状態で基板２０の上に搭載した後ある程度加熱して流動状態とすることで基板１０に密着させたりするなどにより、基板１０に形成することができる。
【００４０】
次に、図１（ｄ）、（ｅ）に示すように、蒸発昇華性部材２０により可動電極１６を保持した状態で、さらに基板１０をエッチングすることにより、基板１０において可動電極１６と固定電極１７とを切り離す。
【００４１】
具体的には、図１（ｄ）に示すように、ＳＯＩ基板１０の下面（裏面、第１のシリコン基板１１の下面）側から、所定の領域をＫＯＨ溶液等を用いたウェットエッチングによりシリコンエッチングを行って除去し、キャビティ１４を形成する（キャビティ形成工程）。この場合も、ＳＯＩ基板１０を用いた本例では、埋め込み酸化膜１３でエッチングをストップさせることによって制御性に優れる。
【００４２】
次に、図１（ｅ）に示すように、キャビティ１４内の電極部１６、１７の下部にある埋め込み酸化膜１３をドライエッチングやフッ酸溶液によるウェットエッチングなどによって別途除去する。それにより、電極部１６、１７の部分がＳＯＩ基板１０から切り離される（可動部−基板間切り離し工程）。
【００４３】
このとき、電極部１６、１７は、基板１０とは切り離されているけれども、電極部１６、１７は、対向する電極１６、１７の間すなわち溝１５に充填されている蒸発昇華性部材２０によって動かないように保持されている。
【００４４】
この状態にて可動部−基板切り離し工程が行われるため、当該工程にて基板１０をエッチングすることで発生したパーティクルは、可動電極１６とその周囲部との対向間に付着しにくく、可動電極１６の可動機能（変位機能）が妨げられるのを抑制できる。
【００４５】
また、可動部−基板切り離し工程をウェットエッチング法で行った場合でも、このウェットエッチング時において可動電極１６は蒸発昇華性部材２０により動かないように保持された状態であるので、電極同士が接触することはなく、スティッキングは生じない。
【００４６】
また、この可動部−基板切り離し工程の後、水などを洗浄液として用いたウェットプロセスにより洗浄する洗浄工程を行って、上記可動部−基板間切り離し工程にて発生したパーティクルを除去するようにした場合でも、可動電極１６は保持されているため、スティッキングは発生しない。
【００４７】
こうして、さらに基板１０のエッチングを行って可動電極１６を基板１０から切り離した後、次に、図１（ｆ）に示すように、蒸発昇華性部材２０を熱処理して除去することにより、可動電極１６を可動状態とする（蒸発昇華性部材除去工程）。蒸発昇華性部材２０自体は蒸発または昇華により気体となって除去されるのでパーティクルとして残らない。
【００４８】
そして、蒸発昇華性部材２０による可動電極１６の拘束が解除され、可動電極１６を可動状態すなわち印加加速度によって変位し容量変化可能な状態とすることができる。こうして、センサＳ１ができあがる。更に言うならば、蒸発昇華性部材２０は、除去時の熱によって例えば液体状態で存在してその表面張力が可動電極１６に加わるものよりは、昇華により除去できるものの方が好ましい。
【００４９】
以上のように、本実施形態の製造方法によれば、基板１０に固定部１７と可動部１６とを形成してなるマイクロ構造体において、スティッキングを防止しつつパーティクルを除去することができる。そして、適切に可動部１６を可動状態とすることができる。
【００５０】
なお、上記図１に示す例では、蒸発昇華性部材２０を、溝１５を埋めつつ第２のシリコン基板１２の上面の略全域を覆うように形成したが、少なくとも溝１５を埋めるように形成すればよい。
【００５１】
そのような変形例として、図２（ａ）〜（ｃ）は、蒸発昇華性部材２０を、可動電極１６とその周囲部との対向間である溝１５の部分すなわち可動電極１６の可動領域にのみ形成した例を示す概略断面図である。
【００５２】
このように蒸発昇華性部材２０を形成し（図２（ａ））、後は、図２（ｂ）、（ｃ）に示すように、キャビティ形成工程、可動部−基板間切り離し工程を行う。さらに、場合によって洗浄工程、そして蒸発昇華性部材除去工程を行うことで上記したのと同様の効果が得られる。
【００５３】
（第２実施形態）
図３は、本発明の第２実施形態に係るマイクロ構造体としての容量式加速度センサＳ１の製造方法を示す概略断面図である。本製造方法も最終的に上記図１（ｆ）に示すセンサＳ１を製造するものである。
【００５４】
本実施形態では、図３（ａ）〜（ｄ）までに示す工程が溝形成工程となる。まず、図３（ａ）、（ｂ）に示す工程では、上記図１（ａ）、（ｂ）に示す工程と同様に、ＳＯＩ基板１０に対して、可動電極（可動部）１６および固定電極（固定部）１７を画定するための溝１５を形成する。
【００５５】
次に、図３（ｃ）、（ｄ）に示す工程では、上記図１（ｄ）、（ｅ）に示す工程と同様の要領で、さらに基板１０をエッチングする。すなわち、ＳＯＩ基板１０の下面側からキャビティ１４を形成し、さらに埋め込み酸化膜１３を別途除去することにより、電極部１６、１７の部分を基板１０から切り離す。
【００５６】
このように本実施形態の製造方法では、溝形成工程において、形成された溝１５を介して可動電極１６と固定電極１７とを切り離すことにより可動電極１６をいったん可動状態とする。
【００５７】
ここまでにおいて行われた可動電極１６と固定電極１７とのドライエッチングによる切り離しによってパーティクルが生じるため、このパーティクルを洗浄して除去する必要がある。
【００５８】
そこで、本実施形態では、次に、図３（ｅ）に示すように、可動部保持工程を行い、蒸発昇華性部材２０の形成により可動電極１６を保持することで非可動状態とする。その後、基板１０をウェットプロセスにより洗浄する洗浄工程を行う。
【００５９】
この洗浄工程では、切り離されている可動電極１６と固定電極１７との間の溝１５を埋めるように形成された蒸発昇華性部材２０によって可動電極１６を保持した状態で、ウェット洗浄を行うことができるので、該ウェット洗浄によるスティッキングを防止しつつパーティクルを除去できる。
【００６０】
続いて、図示しないが、上記第１実施形態と同様に、蒸発昇華性部材除去工程を行うことにより、可動電極１６を適切な可動状態とすることができ、上記センサＳ１を完成させることができる。
【００６１】
このように、本実施形態では、上記図４に示した従来の製造方法にさらに、可動部保持工程、洗浄工程、蒸発昇華性部材除去工程を追加した形の製造方法となり、これによっても、上記第１実施形態の製造方法と同様の効果を奏することができる。
【００６２】
（他の実施形態）
なお、本発明は上記容量式センサに限定されるものではなく、基板に対して固定部と可動部とを形成し可動部がその周囲部とスティッキングする可能性のあるマイクロ構造体に対して適用可能なものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施形態に係るマイクロ構造体としての容量式加速度センサの製造方法を示す概略断面図である。
【図２】上記第１実施形態の変形例を示す概略断面図である。
【図３】本発明の第２実施形態に係るマイクロ構造体としての容量式加速度センサの製造方法を示す概略断面図である。
【図４】従来の一般的なマイクロ構造体の製造方法を示す概略断面図である。
【符号の説明】
１０…ＳＯＩ基板、１５…溝、１６…可動電極、１７…固定電極、
２０…蒸発昇華性部材。

Claims

基板（１０）に固定部（１７）と可動部（１６）とを形成してなるマイクロ構造体の製造方法において、
前記基板に対して、前記固定部および前記可動部を画定するための溝（１５）を形成する溝形成工程と、
熱処理により蒸発若しくは昇華する蒸発昇華性部材（２０）を、前記基板に対して前記溝を埋めるように形成することにより、前記蒸発昇華性部材によって前記可動部を保持する可動部保持工程と、
しかる後、前記蒸発昇華性部材を熱処理して除去することにより、前記可動部を可動状態とする蒸発昇華性部材除去工程とを備えることを特徴とするマイクロ構造体の製造方法。
前記可動部保持工程と前記蒸発昇華性部材除去工程の間に、前記基板（１０）をウェットプロセスにより洗浄する洗浄工程を行うことを特徴とする請求項１に記載のマイクロ構造体の製造方法。
前記溝形成工程では、形成された前記溝（１５）を介して前記可動部（１６）と前記固定部（１７）とをドライエッチングにて切り離すことにより前記可動部を可動状態とし、
前記可動部保持工程では、前記蒸発昇華性部材（２０）の形成により前記可動部を保持することで非可動状態とし、
その後、前記基板（１０）をウェットプロセスにより洗浄する洗浄工程を行い、
続いて、前記蒸発昇華性部材除去工程を行うことを特徴とする請求項１に記載のマイクロ構造体の製造方法。