JP2004249403A - Method of manufacturing microstructure and microstructure - Google Patents

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JP2004249403A
JP2004249403A JP2003043078A JP2003043078A JP2004249403A JP 2004249403 A JP2004249403 A JP 2004249403A JP 2003043078 A JP2003043078 A JP 2003043078A JP 2003043078 A JP2003043078 A JP 2003043078A JP 2004249403 A JP2004249403 A JP 2004249403A
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conductive layer
gas
xef
cantilever
film
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Japanese (ja)
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Kazunori Kawase
和典 川瀬
Toshiyuki Numazawa
稔之 沼澤
Kosuke Miura
宏介 三浦
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Sumitomo Electric Industries Ltd
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Sumitomo Electric Industries Ltd
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a microstructure manufacturing method, and a microstructure for restraining deformation of a metallic body while simplifying a manufacturing process. <P>SOLUTION: When manufacturing the microstructure, first of all, a Ti conductive layer 8 is formed on an upper surface of a silicon substrate 6. Then, a cantilever 9 is formed on an upper surface of the conductive layer 8, and a mirror 10 is formed on this cantilever 9. Then, after patterning the conductive layer 8, a TiO<SB>2</SB>film 8a is formed on a surface of the conductive layer 8, and the conductive layer 8 is formed into a passive state to XeF<SB>2</SB>gas. Then, a recessed part 7 is formed on the silicon substrate 6 by etching the silicon substrate 6 by the XeF<SB>2</SB>gas. At this time, the conductive layer 8 is not directly etched by the XeF<SB>2</SB>gas, and the XeF<SB>2</SB>gas wraps around into a lower part of the conductive layer 8 according too etching of the silicon substrate 6, and the conductive layer 8 is etched from the under surface side. <P>COPYRIGHT: (C)2004,JPO&NCIPI

Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、光スイッチ等の微細構造体を製造する微細構造体の製造方法及び微細構造体に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
微細構造体の基板に凹部を形成する方法としては、基板上に、XeF(2フッ化キセノン)ガスに対するエッチングマスク、例えばSiO膜やレジスト膜等をパターンニングした後、XeFガスの分子流を基板上に照射することにより、基板をエッチングするものが知られている(例えば、特許文献1参照)。
【0003】
【特許文献1】
特開昭61−181131号公報
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
例えば光スイッチは、基板上に片持ち梁や両持ち梁等の金属駆動体が設けられた微細構造体を有しているが、このような微細構造体の製造方法に上記従来技術を適用した場合には、以下の問題点が生じる。
【0005】
即ち、上記従来技術を用いて光スイッチの微細構造体を製作する場合には、エッチングマスク上に金属駆動体を形成した後、基板をエッチングして、金属駆動体の一部分が入り込むための凹部を形成することになる。このとき、エッチングマスクであるSiO膜等は、XeFガスによってはエッチングされないため、エッチングマスクは完全に残った状態となる。金属駆動体とSiO膜等とでは熱膨張係数が大きく異なるため、エッチングマスクがそのまま残っていると、金属駆動体の材料によっては、温度変化により金属駆動体が変形してしまう。このため、基板に凹部を形成した後に、ウェットエッチング等によってエッチングマスクの一部分を除去することがある。しかし、この場合には、手間のかかる製造プロセスが一つ増えることになり、その分コストも高くなる。
【0006】
本発明の目的は、製造プロセスの簡略化を図りつつ、金属体の変形を抑えることができる微細構造体の製造方法及び微細構造体を提供することである。
【0007】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上面に開口した凹部を有する基板と、基板上に設けられた金属体とを備えた微細構造体を製造する微細構造体の製造方法において、基板の上面に、XeFガスに対して不動態化可能な金属からなる導電層を形成する工程と、導電層の上面に金属体を形成する工程と、金属体を形成した後、導電層の表面に不動態膜を形成することにより、導電層をXeFガスに対して不動態化させる工程と、XeFガスによって基板をエッチングして、基板に凹部を形成する工程とを含むことを特徴とするものである。
【0008】
このような本発明において、XeFガスに対して不動態化可能な金属は、それ自体はXeFガスでエッチングされるが、不動態化されるとXeFガスでエッチングされなくなる。このことを利用すると、導電層にエッチングマスクとしての機能を持たせることができる。つまり、導電層の表面に、XeFガスに対して耐性を有する不動態膜を形成した後、XeFガスによって基板をエッチングするときに、導電層の表面がXeFガスでエッチングされることは無い。これにより、金属体との熱膨張係数の差が大きいシリコン酸化膜等を、エッチングマスクとして基板上に形成する必要がない。また、XeFガスによる基板のエッチングが進み、導電層下の基板がエッチングされると、不動態膜が形成されていない導電層の下面から導電層がエッチングされ、最終的には、基板のサイドエッチング分だけ導電層が除去される。従って、温度変化による金属体の変形が十分に抑えられる。さらに、上述したように基板のエッチングと一緒に導電層の除去が行われるので、基板のエッチング処理後に導電層の除去工程を実施しなくて済む。従って、エッチングマスクとしてシリコン酸化膜等を用いる場合に比べて、微細構造体の製造プロセスを簡略化することができる。
【0009】
好ましくは、導電層にXeFガスを導くと共に、導電層を酸素中に置くことにより、導電層の表面に不動態膜を形成する。上述したように導電層の材料自体はXeFガスでエッチングされるが、導電層の表面にフッ素F成分が付いていると、導電層の表面に酸素O成分が浸透しやすくなる。そこで、最初にXeFガスによって導電層の表面を少しだけエッチングし、その後で導電層を酸素中に置くことで、所望厚の不動態膜(酸化膜)が容易に形成される。このような方法によれば、XeFガスによって基板をエッチングするためのエッチング装置を使って、導電層の表面に不動態膜を形成することが可能となるため、微細構造体の製造に要する設備投資を減らすことができる。
【0010】
また、好ましくは、XeFガスに対して不動態化可能な金属を、TiまたはCrとする。この場合には、電気めっきによって導電層の上面に金属体を形成する場合に、導電層を電極(陰極)として利用可能となる。
【0011】
また、本発明の微細構造体は、上記の微細構造体の製造方法によって製作されたことを特徴とするものである。この場合には、上述したように、温度変化による金属体の変形が極めて少ない微細構造体を得ることができる。
【0012】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係る微細構造体の製造方法及び微細構造体の好適な実施形態について図面を参照して説明する。
【0013】
図1は、本発明に係る微細構造体の一実施形態を含む光スイッチを示す垂直方向断面図である。同図において、光スイッチ1は、光信号を導波させる光導波路(図示せず)を有するプラットホーム2を備え、このプラットホーム2の上面には、ニッケルNi等からなる電極3が設けられている。この電極3上には、シリコン酸化膜(SiO膜)等からなる絶縁層4が設けられている。
【0014】
絶縁層4の上部には、アクチュエータ構造体5が配置されている。アクチュエータ構造体5はシリコン基板6を有し、このシリコン基板6には凹部7が形成されている。シリコン基板6には、導電層8を介して片持ち梁9が固定されている。導電層8はチタンTiで形成され、片持ち梁9はNi等の金属で形成されている。片持ち梁9は、電極3と対向するように配置された状態で、その基端側部分が絶縁層4上に載置されている。片持ち梁9の先端側部分は、シリコン基板6に形成された凹部7内に入り込むように反っている。片持ち梁9の先端部には、光路上を通る光信号を所定方向に反射させるミラー10が固定されている。このミラー10は、片持ち梁9と同様にNi等で形成されている。導電層8の表面における片持ち梁9に接していない部分には、チタン酸化膜(TiO膜)が形成されている。
【0015】
電極3と片持ち梁9とは、電圧源11を介して接続されている。そして、この電圧源11により電極3と片持ち梁9との間に所定の電圧を印加することで、両者間に静電気力を発生させて片持ち梁9の先端側部分を電極3に引き寄せ、ミラー10を下方に動かす。
【0016】
このような光スイッチ1において、初期状態では、片持ち梁9の先端側部分は上方に反っている。このとき、光スイッチ1はオン状態であり、入力された信号光は、そのままプラットホーム2に形成された光導波路(図示せず)を通って出力される。一方、電圧源11により片持ち梁9と電極3との間に所定の電圧を印加すると、両者間に生じる静電気力によってミラー10が下降する(図1の2点鎖線参照)。このとき、光スイッチ1はオフ状態であり、入力された信号光はミラー10で反射される。
【0017】
図2及び図3は、アクチュエータ構造体5の製造方法を示したものである。なお、図2は、部品を横から見たときの製造プロセスを示したものであり、図3は、部品を上から見たときの製造プロセスを示したものである。
【0018】
各図において、まずシリコン基板6を用意し、スパッタ等によって、シリコン基板6の上面に導電層8を成膜する(図2(a)及び図3(a)参照)。なお、シリコン基板6の厚さは2mm程度であり、導電層8の厚さは1μm程度である。
【0019】
続いて、例えばフォトリソグラフィー及び電気めっきによって、導電層8の上面に片持ち梁9を形成する(図2(b)及び図3(b)参照)。このとき、導電層8を電気めっきの電極(陰極)として使用する。なお、片持ち梁9の厚さは5μm程度である。
【0020】
続いて、例えばSR(シンクロトロン放射光)リソグラフィー及び電気めっきによって、片持ち梁9上にミラー10を形成する(図2(c)及び図3(c)参照)。このとき、ミラー10の光反射率を高めるべく、めっき等によりミラー10の表面にAu等の反射膜を形成するのが望ましい。
【0021】
続いて、例えばフォトリソグラフィーによって、導電層8をパターンニングする(図2(d)及び図3(d)参照)。これにより、片持ち梁9の先端側部分の下側に存在する導電層8が除去される。
【0022】
続いて、導電層8の表面(上面及び側面)にTiO膜(不動態膜)8aを形成する(図2(e)及び図3(e)参照)。導電層8の材料であるTiは、そのままではXeF(2フッ化キセノン)でエッチングされるが、導電層8の表面にTiO膜8aを設けることで、導電層8がXeFに対して不動態化されてエッチングされなくなる。
【0023】
TiO膜8aの形成処理は、図4に示すような処理装置12を使用して行う。この処理装置12は、本処理と、後続するシリコン基板6のエッチング処理(後述)とに使用されるものである。
【0024】
処理装置12は、図2(d)及び図3(d)に示す部品13を収容するためのチャンバ14を有し、このチャンバ14には、チャンバ14内を真空減圧するための真空ポンプ15がバルブ16を介して接続されている。また、チャンバ14には、XeFガス供給源17及びNガス供給源18がそれぞれバルブ19,20を介して接続されている。さらに、チャンバ14には、Oガス供給源21がバルブ22を介して接続されている。Oガス供給源21は、TiO膜8aの形成処理においてのみ使用されるものである。
【0025】
このような処理装置12を用いて導電層8の表面にTiO膜8aを形成する処理手順を図5に示す。
【0026】
同図において、まず部品13をチャンバ14内の支持台(図示せず)に置く。その状態で、バルブ20を開き、Nガス供給源18の不活性窒素Nガスをチャンバ14内に導入する(手順51)。続いて、バルブ16を開き、真空ポンプ15によりチャンバ14内を所定の到達真空度まで真空引きする(手順52)。続いて、バルブ19を開き、XeFガス供給源17のXeFガスをチャンバ14内に導入する(手順53)。続いて、再び真空ポンプ15によりチャンバ14内を所定の到達真空度まで真空引きする(手順54)。XeFガスは、大気中の水素H成分と反応すると、有害なフッ酸を生成する。このため、上記のように、チャンバ14内をNガスで置換し、真空引きを行い、その後XeFガスをチャンバ14内に入れるようにする。
【0027】
このような手順51〜54により、導電層8の材料であるTiがXeFと連続的に反応し、導電層8はエッチングされてしまう。しかし、XeFによってエッチングされた導電層8の表面部分にはフッ素F成分が存在するため、酸素O成分の浸透性が高まる。
【0028】
そこで、導電層8の表面部分が多少エッチングされるまで、手順51〜54を繰り返して行う(手順55)。そして、導電層8が所定量だけエッチングされたときには、バルブ22を開き、Oガス供給源21のOガスをチャンバ14内に導入する(手順56)。これにより、導電層8の表面には、フッ素F成分を含んだTiO膜が形成されるようになる。上記の手順51〜56は、導電層8の表面に所望厚のTiO膜が形成されるまで行われる(手順57)。
【0029】
なお、以上の処理において、XeFガス、Nガス、Oガスの供給流量及び供給時間等は、TiO膜の成膜条件に応じて適宜設定される。また、XeFガスの濃度やXeFガスの導入サイクル数を抑え、導電層8が完全にエッチングされていない状態で、導電層8を大気に開放させることによっても、導電層8の表面にTiO膜を形成することができる。
【0030】
また、特にXeFガスを用いなくても、TiO膜8aの成膜は可能である。例えば、部品13を空気中で熱酸化させる加熱処理、部品13を収容したチャンバ内にプラズマを発生させ、その状態でチャンバ内に酸素を入れるプラズマ処理、部品13を酸溶液等に浸漬させる薬品処理、酸化炉内に部品13を入れる酸化炉処理等を用いてもよい。
【0031】
以上のように導電層8の表面にTiO膜8aを形成した後、処理装置12を用いてシリコン基板6を上面からエッチングする。これにより、シリコン基板6には、上面に開口し片持ち梁9が入り込むための凹部7が形成される(図2(f)〜(h)及び図3(f)〜(h)参照)。このようなエッチング処理手順を図6に示す。
【0032】
同図において、図2(e)及び図3(e)に示す部品13がチャンバ14内の支持台(図示せず)上に載置された状態で、図5の手順51〜54と同様の処理を行う。即ち、Nガス供給源18のNガスをチャンバ14内に導入し(手順61)、真空ポンプ15によりチャンバ14内を真空引きする(手順62)。続いて、XeFガス供給源17のXeFガスをチャンバ内14に導入し(手順63)、真空ポンプ15によりチャンバ14内を真空引きする(手順64)。
【0033】
これにより、シリコン基板6の材料であるSiがXeFと反応して、シリコン基板6の表面がSiF(フッ化シリコン)として気体化され、シリコン基板6がエッチングされる。そして、シリコン基板6の深さ方向のエッチングと共に、シリコン基板6の水平方向のエッチング(サイドエッチング)が進んでいく。
【0034】
このとき、導電層8の表面にはTiO膜8aが形成され不動態化されているため、XeFガスによって導電層8が直接エッチングされることは無い。しかし、導電層8下のシリコン基板6がサイドエッチングされることで、XeFガスが導電層8の下部に回り込み、導電層8が下面側からエッチングされる。これにより、導電層8下のシリコン基板6のサイドエッチングと一緒に、導電層8が片持ち梁9の基端側に除去されていく(図2(f)〜(h)及び図3(f)〜(h)参照)。
【0035】
以上の手順61〜64は、シリコン基板6が所定量だけエッチングされるまで、繰り返し行われる(手順65)。なお、XeFガス、Nガスの供給流量及び供給時間等は、エッチング条件に応じて適宜設定される。
【0036】
ここで、比較例として、SiO膜で形成されたエッチングマスクを用いたアクチュエータ構造体の製造方法を図7に示す。
【0037】
同図において、まずシリコン基板81の上面に、エッチングマスクとなるSiO膜82をパターンニングする(図7(a)参照)。続いて、シリコン基板81上に導電層83を成膜する(図7(b)参照)。続いて、導電層83の上面に片持ち梁84を形成し(図7(c)参照)、この片持ち梁84上にミラー85を形成する(図7(d)参照)。続いて、片持ち梁84の先端側部分の下側に存在する導電層83を除去する(図7(e)参照)。
【0038】
続いて、XeFガスによってシリコン基板81をエッチングする(図7(f)参照)。このとき、SiO膜82はXeFガスでエッチングされないため、シリコン基板81のエッチング処理が終了した後も、SiO膜82はそのまま残った状態となる(図7(g)参照)。
【0039】
ところで、SiO膜82の熱膨張係数は、金属である片持ち梁84及び導電層83の熱膨張係数とは大きく異なる。このため、SiO膜82をそのまま残しておくと、温度変化により片持ち梁84が変形し、片持ち梁84の反り量が変わってしまう。この場合には、温度によって片持ち梁84の駆動条件が変わることになるため、片持ち梁84の設計が困難になることがある。また、SiO膜82がそのまま残っている状態で光スイッチを完成させた場合には、片持ち梁84を駆動させたときに、片持ち梁84と一緒にSiO膜82が大きく動かされるため、光スイッチの動作に支障をきたす可能性がある。
【0040】
そのような不具合を回避すべく、エッチング処理の終了後に、ウェットエッチングによってSiO膜82の一部分を除去する(図7(h)参照)。しかし、この場合には、エッチング液を蒸発させる際に、エッチング液の表面張力によって片持ち梁84がシリコン基板81のエッチング面に張り付いてしまい、片持ち梁84をシリコン基板81から離すのに多くの手間を要することがある。
【0041】
これに対し本実施形態では、導電層8の表面にTiO膜(不動態膜)8aを形成し、導電層8がXeFガスによって直接エッチングされることが無いようにしたので、エッチングマスクとしてSiO膜をシリコン基板6上に成膜する必要がない。このため、シリコン基板6のエッチング処理が終了した後に、ウェットエッチングを行わずに済むので、片持ち梁9がシリコン基板6の凹部7の底面に張り付くことがなく、片持ち梁9をシリコン基板6から離す手間が省ける。また、XeFガスによるシリコン基板6のサイドエッチングと一緒に、導電層8が片持ち梁9の基端方向に除去されるため、シリコン基板6のエッチング処理が終了した後に、別途導電層8の一部の除去を行う必要もない。以上により、アクチュエータ構造体5の製造プロセスが簡略化され、製造コストを削減することができる。
【0042】
また、導電層8と片持ち梁9は金属同士であり、両者の熱膨張係数は近く、しかも片持ち梁9の根元側部分と接触する導電層8は、上記のようにシリコン基板6のサイドエッチングに伴って一部除去されるため、温度変化による片持ち梁9の変形はほとんど無く、片持ち梁9の反り量はほぼ一定になる。また、そのように導電層8が一部除去されるので、光スイッチ1を実際に使用する際に、導電層8が片持ち梁9と一緒に大きく動かされることは無く、これにより光スイッチ1の動作に支障をきたすことが防止される。
【0043】
なお、本発明は、上記実施形態に限定されるものではない。例えば、上記実施形態は、Tiで形成された導電層の表面に不動態膜を成膜するものであるが、導電層の材料としては、XeFガスでエッチングされると共にXeFガスに対して不動態化するものであれば、特にTiに限らず、例えばCr等でも良い。また、導電層の表面に形成する不動態膜は、特に酸化膜に限らず、窒化膜等であっても良い。
【0044】
また、本発明は、上述したような光スイッチの構成部品に限らず、上面に開口した凹部を有する基板の上部に金属体が設けられた微細構造体に係るものであれば、適用可能である。
【0045】
【発明の効果】
本発明によれば、基板の上面に、XeFガスに対して不動態化可能な金属からなる導電層を形成し、この導電層の上面に金属体を形成した後、導電層の表面に不動態膜を形成することにより、導電層をXeFガスに対して不動態化させ、その後XeFガスによって基板をエッチングするようにしたので、微細構造体の製造プロセスの簡略化を図りつつ、温度変化等に起因した金属体の変形を抑えることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明に係る微細構造体の一実施形態を含む光スイッチを示す垂直方向断面図である。
【図2】図1に示すアクチュエータ構造体の製造方法を示す図であり、部品を横から見たときの製造プロセスを示したものである。
【図3】図1に示すアクチュエータ構造体の製造方法を示す図であり、部品を上から見たときの製造プロセスを示したものである。
【図4】図2(e)〜(h)及び図3(e)〜(h)に示す処理に使用される処理装置の概略構成図である。
【図5】図4に示す処理装置を使用して導電層の表面にTiO膜を形成する処理の手順を示すフローチャートである。
【図6】図4に示す処理装置を使用してシリコン基板をエッチングする処理の手順を示すフローチャートである。
【図7】比較例として、SiO膜で形成されたエッチングマスクを用いてアクチュエータ構造体を製造する方法を示す図である。
【符号の説明】
5…アクチュエータ構造体(微細構造体)、6…シリコン基板、7…凹部、8…導電層、8a…チタン酸化膜(不動態膜)、9…片持ち梁(金属体)、12…処理装置、17…XeFガス供給源、18…Nガス供給源、21…Oガス供給源。
[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a method for manufacturing a fine structure for manufacturing a fine structure such as an optical switch, and to a fine structure.
[0002]
[Prior art]
As a method of forming a concave portion on a substrate of a microstructure, an etching mask for XeF 2 (xenon difluoride) gas, for example, an SiO 2 film or a resist film is patterned on the substrate, and then a molecule of XeF 2 gas is formed. There is known a method in which a substrate is etched by irradiating a flow onto the substrate (for example, see Patent Document 1).
[0003]
[Patent Document 1]
JP-A-61-181131
[Problems to be solved by the invention]
For example, an optical switch has a microstructure in which a metal driver such as a cantilever or a cantilever is provided on a substrate, and the above-described conventional technology is applied to a method for manufacturing such a microstructure. In such a case, the following problems occur.
[0005]
That is, when fabricating a fine structure of an optical switch using the above-described conventional technique, after forming a metal driver on an etching mask, the substrate is etched to form a concave portion into which a part of the metal driver enters. Will be formed. At this time, since the SiO 2 film or the like serving as the etching mask is not etched by the XeF 2 gas, the etching mask remains completely. Since the thermal expansion coefficient of the metal driving body is largely different from that of the SiO 2 film or the like, if the etching mask remains as it is, depending on the material of the metal driving body, the metal driving body is deformed due to a temperature change. For this reason, after forming the concave portion in the substrate, a part of the etching mask may be removed by wet etching or the like. However, in this case, the number of laborious manufacturing processes increases by one, and the cost increases accordingly.
[0006]
An object of the present invention is to provide a method for manufacturing a fine structure and a fine structure capable of suppressing deformation of a metal body while simplifying a manufacturing process.
[0007]
[Means for Solving the Problems]
The present invention relates to a method for manufacturing a microstructure including a substrate having a concave portion opened on the upper surface and a metal body provided on the substrate, wherein the XeF 2 gas is applied to the upper surface of the substrate. Forming a conductive layer made of a passivable metal, forming a metal body on the upper surface of the conductive layer, and forming a passivation film on the surface of the conductive layer after forming the metal body. A step of passivating the conductive layer with respect to the XeF 2 gas, and a step of etching the substrate with the XeF 2 gas to form a concave portion in the substrate.
[0008]
In the present invention, passivatable metal against XeF 2 gas, per se is etched by XeF 2 gas, no longer etched with XeF 2 gas when passivated. By utilizing this, the conductive layer can have a function as an etching mask. That is, the surface of the conductive layer, after forming the passivation film which is resistant to XeF 2 gas, when etching the substrate by XeF 2 gas, the surface of the conductive layer is etched by XeF 2 gas There is no. Thus, it is not necessary to form a silicon oxide film or the like having a large difference in thermal expansion coefficient from the metal body on the substrate as an etching mask. In addition, when the etching of the substrate by the XeF 2 gas proceeds and the substrate under the conductive layer is etched, the conductive layer is etched from the lower surface of the conductive layer where the passivation film is not formed, and finally, the side of the substrate is etched. The conductive layer is removed by the etching amount. Therefore, the deformation of the metal body due to the temperature change can be sufficiently suppressed. Further, since the conductive layer is removed together with the etching of the substrate as described above, it is not necessary to perform the step of removing the conductive layer after the etching of the substrate. Therefore, the manufacturing process of the fine structure can be simplified as compared with the case where a silicon oxide film or the like is used as an etching mask.
[0009]
Preferably, a passivation film is formed on the surface of the conductive layer by introducing the XeF 2 gas into the conductive layer and placing the conductive layer in oxygen. As described above, the material of the conductive layer itself is etched with the XeF 2 gas. However, if the surface of the conductive layer has a fluorine F component, the oxygen O 2 component easily permeates the surface of the conductive layer. Therefore, a passivation film (oxide film) having a desired thickness can be easily formed by first slightly etching the surface of the conductive layer with XeF 2 gas and then placing the conductive layer in oxygen. According to such a method, a passivation film can be formed on the surface of the conductive layer by using an etching apparatus for etching a substrate with a XeF 2 gas. Investment can be reduced.
[0010]
Preferably, the metal that can be passivated with respect to the XeF 2 gas is Ti or Cr. In this case, when a metal body is formed on the upper surface of the conductive layer by electroplating, the conductive layer can be used as an electrode (cathode).
[0011]
Further, a microstructure according to the present invention is characterized by being manufactured by the method for manufacturing a microstructure described above. In this case, as described above, it is possible to obtain a fine structure in which the deformation of the metal body due to the temperature change is extremely small.
[0012]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Hereinafter, a preferred embodiment of a method for manufacturing a microstructure and a microstructure according to the present invention will be described with reference to the drawings.
[0013]
FIG. 1 is a vertical sectional view showing an optical switch including one embodiment of a microstructure according to the present invention. In FIG. 1, an optical switch 1 includes a platform 2 having an optical waveguide (not shown) for guiding an optical signal, and an electrode 3 made of nickel Ni or the like is provided on an upper surface of the platform 2. An insulating layer 4 made of a silicon oxide film (SiO 2 film) or the like is provided on the electrode 3.
[0014]
An actuator structure 5 is disposed on the insulating layer 4. The actuator structure 5 has a silicon substrate 6, on which a recess 7 is formed. A cantilever 9 is fixed to the silicon substrate 6 via a conductive layer 8. The conductive layer 8 is formed of titanium Ti, and the cantilever 9 is formed of a metal such as Ni. The base of the cantilever 9 is placed on the insulating layer 4 in a state where the cantilever 9 is arranged to face the electrode 3. The tip side portion of the cantilever 9 is warped so as to enter the recess 7 formed in the silicon substrate 6. A mirror 10 that reflects an optical signal passing through the optical path in a predetermined direction is fixed to the tip of the cantilever 9. The mirror 10 is made of Ni or the like, like the cantilever 9. A titanium oxide film (TiO 2 film) is formed on a portion of the surface of the conductive layer 8 that is not in contact with the cantilever 9.
[0015]
The electrode 3 and the cantilever 9 are connected via a voltage source 11. Then, by applying a predetermined voltage between the electrode 3 and the cantilever 9 by the voltage source 11, an electrostatic force is generated between the two and the tip side portion of the cantilever 9 is drawn to the electrode 3, Move the mirror 10 downward.
[0016]
In such an optical switch 1, in the initial state, the tip side portion of the cantilever 9 is warped upward. At this time, the optical switch 1 is in the ON state, and the input signal light is output as it is through an optical waveguide (not shown) formed on the platform 2. On the other hand, when a predetermined voltage is applied between the cantilever 9 and the electrode 3 by the voltage source 11, the mirror 10 descends due to the electrostatic force generated between them (see the two-dot chain line in FIG. 1). At this time, the optical switch 1 is in the off state, and the input signal light is reflected by the mirror 10.
[0017]
FIGS. 2 and 3 show a method of manufacturing the actuator structure 5. FIG. 2 illustrates a manufacturing process when the component is viewed from the side, and FIG. 3 illustrates a manufacturing process when the component is viewed from the top.
[0018]
In each figure, first, a silicon substrate 6 is prepared, and a conductive layer 8 is formed on the upper surface of the silicon substrate 6 by sputtering or the like (see FIGS. 2A and 3A). Note that the thickness of the silicon substrate 6 is about 2 mm, and the thickness of the conductive layer 8 is about 1 μm.
[0019]
Subsequently, the cantilever 9 is formed on the upper surface of the conductive layer 8 by, for example, photolithography and electroplating (see FIGS. 2B and 3B). At this time, the conductive layer 8 is used as an electrode (cathode) for electroplating. The thickness of the cantilever 9 is about 5 μm.
[0020]
Subsequently, the mirror 10 is formed on the cantilever 9 by, for example, SR (synchrotron radiation) lithography and electroplating (see FIGS. 2C and 3C). At this time, it is desirable to form a reflective film such as Au on the surface of the mirror 10 by plating or the like in order to increase the light reflectance of the mirror 10.
[0021]
Subsequently, the conductive layer 8 is patterned by, for example, photolithography (see FIGS. 2D and 3D). As a result, the conductive layer 8 existing below the tip end portion of the cantilever 9 is removed.
[0022]
Subsequently, a TiO 2 film (passive film) 8a is formed on the surface (upper surface and side surface) of the conductive layer 8 (see FIGS. 2E and 3E). Ti, which is the material of the conductive layer 8, is etched with XeF 2 (xenon difluoride) as it is. However, by providing the TiO 2 film 8 a on the surface of the conductive layer 8, the conductive layer 8 is compared with XeF 2 . Passivated and no longer etched.
[0023]
The formation process of the TiO 2 film 8a is performed using a processing apparatus 12 as shown in FIG. The processing apparatus 12 is used for the main processing and the subsequent etching processing (described later) of the silicon substrate 6.
[0024]
The processing apparatus 12 has a chamber 14 for accommodating the components 13 shown in FIGS. 2D and 3D. In the chamber 14, a vacuum pump 15 for depressurizing the inside of the chamber 14 is provided. It is connected via a valve 16. Further, a XeF 2 gas supply source 17 and a N 2 gas supply source 18 are connected to the chamber 14 via valves 19 and 20, respectively. Further, an O 2 gas supply source 21 is connected to the chamber 14 via a valve 22. The O 2 gas supply source 21 is used only in the process of forming the TiO 2 film 8a.
[0025]
FIG. 5 shows a processing procedure for forming the TiO 2 film 8a on the surface of the conductive layer 8 using such a processing apparatus 12.
[0026]
In the figure, the component 13 is first placed on a support (not shown) in the chamber 14. In this state, the valve 20 is opened, and the inert nitrogen N 2 gas from the N 2 gas supply source 18 is introduced into the chamber 14 (procedure 51). Subsequently, the valve 16 is opened, and the inside of the chamber 14 is evacuated to a predetermined ultimate vacuum by the vacuum pump 15 (procedure 52). Subsequently, by opening the valve 19, the XeF 2 gas XeF 2 gas supply source 17 into the chamber 14 (Step 53). Subsequently, the inside of the chamber 14 is evacuated again to a predetermined ultimate vacuum degree by the vacuum pump 15 (step 54). XeF 2 gas generates harmful hydrofluoric acid when it reacts with hydrogen H component in the atmosphere. For this reason, as described above, the inside of the chamber 14 is replaced with the N 2 gas, vacuum is evacuated, and then the XeF 2 gas is introduced into the chamber 14.
[0027]
By this sequence 51-54, which is a material of the conductive layer 8 Ti is continuously reacted with XeF 2, conductive layer 8 are etched. However, since the fluorine F component exists on the surface of the conductive layer 8 etched by XeF 2 , the permeability of the oxygen O 2 component increases.
[0028]
Therefore, steps 51 to 54 are repeated until the surface portion of the conductive layer 8 is etched to some extent (step 55). When the conductive layer 8 is etched by a predetermined amount, opening the valve 22, the O 2 gas O 2 gas supply source 21 into the chamber 14 (Step 56). As a result, a TiO 2 film containing a fluorine F component is formed on the surface of the conductive layer 8. The above steps 51 to 56 are performed until a TiO 2 film having a desired thickness is formed on the surface of the conductive layer 8 (step 57).
[0029]
In the above processing, the supply flow rate and the supply time of the XeF 2 gas, the N 2 gas, and the O 2 gas are appropriately set in accordance with the conditions for forming the TiO 2 film. TiO Also, suppressing the number of introduction cycles concentration and XeF 2 gas XeF 2 gas, in a state where the conductive layer 8 is not completely etched, the conductive layer 8 also by open to the atmosphere, the surface of the conductive layer 8 Two films can be formed.
[0030]
Further, the TiO 2 film 8a can be formed without using XeF 2 gas. For example, a heat treatment for thermally oxidizing the component 13 in the air, a plasma treatment for generating plasma in a chamber containing the component 13 and putting oxygen into the chamber in that state, and a chemical treatment for dipping the component 13 in an acid solution or the like Alternatively, an oxidation furnace process for putting the component 13 in the oxidation furnace may be used.
[0031]
After the TiO 2 film 8a is formed on the surface of the conductive layer 8 as described above, the silicon substrate 6 is etched from the upper surface using the processing apparatus 12. As a result, a concave portion 7 is formed in the silicon substrate 6 so as to be opened on the upper surface and into which the cantilever 9 enters (see FIGS. 2F to 3H and FIGS. 3F to 3H). FIG. 6 shows such an etching procedure.
[0032]
In the same figure, in a state where the part 13 shown in FIG. 2 (e) and FIG. 3 (e) is mounted on a support base (not shown) in the chamber 14, the same procedures 51 to 54 in FIG. Perform processing. That, N 2 gas introduced into the chamber 14 (Step 61) of the N 2 gas supply source 18 to evacuate the chamber 14 by the vacuum pump 15 (Step 62). Then, by introducing the XeF 2 gas XeF 2 gas supply source 17 to the chamber 14 (Step 63), evacuating the chamber 14 by the vacuum pump 15 (Step 64).
[0033]
Thereby, Si, which is the material of the silicon substrate 6, reacts with XeF 2 , the surface of the silicon substrate 6 is gasified as SiF (silicon fluoride), and the silicon substrate 6 is etched. Then, the horizontal etching (side etching) of the silicon substrate 6 proceeds along with the etching of the silicon substrate 6 in the depth direction.
[0034]
At this time, since the TiO 2 film 8a is formed and passivated on the surface of the conductive layer 8, the conductive layer 8 is not directly etched by the XeF 2 gas. However, when the silicon substrate 6 under the conductive layer 8 is side-etched, the XeF 2 gas flows under the conductive layer 8 and the conductive layer 8 is etched from the lower surface side. Thereby, the conductive layer 8 is removed toward the base end side of the cantilever 9 together with the side etching of the silicon substrate 6 under the conductive layer 8 (FIGS. 2F to 3H and 3F). )-(H)).
[0035]
The above procedures 61 to 64 are repeatedly performed until the silicon substrate 6 is etched by a predetermined amount (procedure 65). The supply flow rate and supply time of the XeF 2 gas and the N 2 gas are appropriately set according to the etching conditions.
[0036]
Here, as a comparative example, FIG. 7 shows a method of manufacturing an actuator structure using an etching mask formed of a SiO 2 film.
[0037]
In the figure, first, an SiO 2 film 82 serving as an etching mask is patterned on the upper surface of a silicon substrate 81 (see FIG. 7A). Subsequently, a conductive layer 83 is formed on the silicon substrate 81 (see FIG. 7B). Subsequently, a cantilever 84 is formed on the upper surface of the conductive layer 83 (see FIG. 7C), and a mirror 85 is formed on the cantilever 84 (see FIG. 7D). Subsequently, the conductive layer 83 existing below the tip end portion of the cantilever 84 is removed (see FIG. 7E).
[0038]
Subsequently, the silicon substrate 81 is etched with a XeF 2 gas (see FIG. 7F). At this time, since the SiO 2 film 82 is not etched by the XeF 2 gas, the SiO 2 film 82 remains as it is even after the etching process of the silicon substrate 81 is completed (see FIG. 7G).
[0039]
Incidentally, the thermal expansion coefficient of the SiO 2 film 82 is significantly different from the thermal expansion coefficients of the cantilever 84 and the conductive layer 83 which are metal. Therefore, if the SiO 2 film 82 is left as it is, the cantilever 84 is deformed due to a temperature change, and the amount of warpage of the cantilever 84 changes. In this case, since the driving condition of the cantilever 84 changes depending on the temperature, it may be difficult to design the cantilever 84. When the optical switch is completed in a state where the SiO 2 film 82 remains as it is, when the cantilever 84 is driven, the SiO 2 film 82 is largely moved together with the cantilever 84. However, there is a possibility that the operation of the optical switch is hindered.
[0040]
To avoid such a problem, a part of the SiO 2 film 82 is removed by wet etching after the end of the etching process (see FIG. 7H). However, in this case, when evaporating the etching solution, the cantilever 84 sticks to the etching surface of the silicon substrate 81 due to the surface tension of the etching solution. It can take a lot of work.
[0041]
On the other hand, in the present embodiment, a TiO 2 film (passive film) 8 a is formed on the surface of the conductive layer 8 so that the conductive layer 8 is not directly etched by the XeF 2 gas. There is no need to form a SiO 2 film on the silicon substrate 6. For this reason, since the wet etching does not need to be performed after the etching process of the silicon substrate 6 is completed, the cantilever 9 does not stick to the bottom surface of the concave portion 7 of the silicon substrate 6 and the cantilever 9 is attached to the silicon substrate 6. You can save the trouble of separating from. In addition, since the conductive layer 8 is removed in the base end direction of the cantilever 9 together with the side etching of the silicon substrate 6 with the XeF 2 gas, the conductive layer 8 is separately formed after the etching of the silicon substrate 6 is completed. There is no need to do some removal. As described above, the manufacturing process of the actuator structure 5 is simplified, and the manufacturing cost can be reduced.
[0042]
Further, the conductive layer 8 and the cantilever 9 are made of metal, and their thermal expansion coefficients are close to each other. Further, the conductive layer 8 that is in contact with the root side portion of the cantilever 9 is formed on the side of the silicon substrate 6 as described above. Since the cantilever 9 is partially removed along with the etching, there is almost no deformation of the cantilever 9 due to a temperature change, and the amount of warpage of the cantilever 9 becomes substantially constant. In addition, since the conductive layer 8 is partially removed, the conductive layer 8 is not largely moved together with the cantilever 9 when the optical switch 1 is actually used. The operation of the device is prevented from being hindered.
[0043]
Note that the present invention is not limited to the above embodiment. For example, in the above embodiment, a passivation film is formed on the surface of a conductive layer formed of Ti. As a material of the conductive layer, the passivation film is etched with a XeF 2 gas and is exposed to a XeF 2 gas. As long as it is passivated, it is not particularly limited to Ti, but may be Cr, for example. The passivation film formed on the surface of the conductive layer is not limited to an oxide film, but may be a nitride film or the like.
[0044]
In addition, the present invention is not limited to the components of the optical switch as described above, but is applicable as long as it relates to a microstructure in which a metal body is provided on a substrate having a concave portion opened on the upper surface. .
[0045]
【The invention's effect】
According to the present invention, a conductive layer made of a metal that can be passivated with respect to XeF 2 gas is formed on the upper surface of the substrate, and a metal body is formed on the upper surface of the conductive layer. By forming the active film, the conductive layer is passivated with respect to the XeF 2 gas, and then the substrate is etched with the XeF 2 gas. Therefore, the temperature is reduced while simplifying the manufacturing process of the microstructure. Deformation of the metal body due to a change or the like can be suppressed.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a vertical sectional view showing an optical switch including an embodiment of a microstructure according to the present invention.
FIG. 2 is a diagram illustrating a method of manufacturing the actuator structure illustrated in FIG. 1, illustrating a manufacturing process when components are viewed from the side.
FIG. 3 is a view illustrating a method of manufacturing the actuator structure illustrated in FIG. 1, illustrating a manufacturing process when components are viewed from above.
FIG. 4 is a schematic configuration diagram of a processing apparatus used for processing shown in FIGS. 2 (e) to (h) and FIGS. 3 (e) to (h).
FIG. 5 is a flowchart showing a procedure of a process of forming a TiO 2 film on a surface of a conductive layer using the processing apparatus shown in FIG.
6 is a flowchart showing a procedure of a process of etching a silicon substrate using the processing apparatus shown in FIG.
FIG. 7 is a diagram illustrating, as a comparative example, a method of manufacturing an actuator structure using an etching mask formed of a SiO 2 film.
[Explanation of symbols]
5 Actuator structure (microstructure), 6 Silicon substrate, 7 Depression, 8 Conductive layer, 8a Titanium oxide film (passive film), 9 Cantilever (metal body), 12 Processing device , 17 ... XeF 2 gas supply source, 18 ... N 2 gas supply source, 21 ... O 2 gas supply source.

Claims (4)

上面に開口した凹部を有する基板と、前記基板上に設けられた金属体とを備えた微細構造体を製造する微細構造体の製造方法において、
前記基板の上面に、XeFガスに対して不動態化可能な金属からなる導電層を形成する工程と、
前記導電層の上面に前記金属体を形成する工程と、
前記金属体を形成した後、前記導電層の表面に不動態膜を形成することにより、前記導電層を前記XeFガスに対して不動態化させる工程と、
前記XeFガスによって前記基板をエッチングして、前記基板に前記凹部を形成する工程とを含むことを特徴とする微細構造体の製造方法。
A substrate having a concave portion opened on the upper surface, and a method of manufacturing a microstructure including a metal body provided on the substrate,
Forming a conductive layer made of a metal that can be passivated with respect to XeF 2 gas on the upper surface of the substrate;
Forming the metal body on the upper surface of the conductive layer;
Forming a passivation film on a surface of the conductive layer after forming the metal body, thereby passivating the conductive layer with respect to the XeF 2 gas;
Etching the substrate with the XeF 2 gas to form the recess in the substrate.
前記導電層に前記XeFガスを導くと共に、前記導電層を酸素中に置くことにより、前記導電層の表面に前記不動態膜を形成することを特徴とする請求項1記載の微細構造体の製造方法。 2. The microstructure according to claim 1, wherein the passivation film is formed on a surface of the conductive layer by introducing the XeF 2 gas into the conductive layer and placing the conductive layer in oxygen. 3. Production method. 前記XeFガスに対して不動態化可能な金属を、TiまたはCrとすることを特徴とする請求項1または2記載の微細構造体の製造方法。 3. The method according to claim 1, wherein the metal passivable with respect to the XeF2 gas is Ti or Cr. 請求項1〜3のいずれか一項記載の微細構造体の製造方法によって製作されたことを特徴とする微細構造体。A microstructure manufactured by the method for manufacturing a microstructure according to claim 1.
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