JP2004354977A - 光学干渉型ディスプレイセルの製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】光学干渉型ディスプレイセルの製造のための、構造物リリースエッチング法を提供すること。
【解決手段】第一電極および犠牲層を透明基板の上に順番に形成し、少なくとも２個の開口部を第一電極および犠牲層に形成して光学干渉型ディスプレイセルの位置を定める。第二電極を犠牲層および支持体上に形成する。最後に、リモートプラズマエッチング法により犠牲層を除去する。
【選択図】図３Ａ

Description

本発明は構造物リリース用構造体の製造方法に関し、さらに特に本発明は、光学干渉型ディスプレイセルに適する構造物リリース用構造体およびその製造方法に関する。

微細電気機械システム（ＭＥＭＳ）において、犠牲層技術の開発は、吊下げ型構造物（suspended structure）の製造、例えば２，３の例を挙げると、片持ばり、ビーム、膜、チャンネル、空洞、継手またはヒンジ、リンク、クランク、ギアまたはラックなどの製造にとって、重要な因子になっている。構造物リリースエッチング法（structure release etching process）は犠牲層の除去に適しており、従って微細電気機械システムにおける構造物リリース用構造体は、犠牲層の除去プロセスに臨界的に重要な影響を及ぼす。

従来の構造物リリースエッチング法は、一例として、干渉型ディスプレイセルに最初に導入された。微細電気機械システムの一種である干渉型ディスプレイセルは、平面ディスプレイの製作に用いられる。これらが軽量であり、また小型であることから、平面ディスプレイは、携帯型ディスプレイデバイスおよび空間制限型ディスプレイ市場で格別の卓越性を有している。これまでのところ光学干渉型ディスプレイの形式は、液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）、有機電気発光ディスプレイ（ＯＬＥＤ）およびプラズマディスプレイパネル（ＰＤＰ）に加えて、平面ディスプレイのもう一つの選択肢である。

図１Ａおよび図１Ｂは、従来の光学干渉型ディスプレイセルの製造方法を示す。図１Ａを参照すると、第一電極１１０および犠牲層１１１は透明基板１０９の上に順番に形成され、開口部１１２は各々がその内部に支持体を形成するのに好適であって、第一電極１１０および犠牲層１１１内に形成される。支持体１０６は各開口部１１２内に形成される。次に、電極１１４は、犠牲層１１１および支持体１０６の上に形成される。続いて図１Ｂを参照すると、図１Ａに示された犠牲層１１１はリリースエッチング法により除去され、空洞１１６が形成されて犠牲層１１１の場所に位置し、空洞１１６の長さＤは犠牲層１１１の厚さである。

微細電気機械プロセスにおいては、微細な吊下げ型構造物は犠牲層を使用して製造される。吊下げ型可動微細構造は、デバイス構造層と犠牲層との間における選択的エッチングによって犠牲層を除去し、構造層を残すことにより製造され、この方法は構造物リリースエッチングと呼ばれる。構造物リリースエッチング法とＩＣプロセスとの違いは、構造物リリースエッチング法においては選択的エッチングは等方性エッチングであり、構造層にはアンダーカットまたはアンダーエッチングが形成されて、構造層と基板が容易に分離される点にある。

最も一般的な構造物リリースエッチング法は、湿式構造物リリース法である。この湿式構造物リリース法では通常、すすぎ工程および乾燥工程をエッチング後に行わなければならず、また微細構造は基板上に実質的に吊り下げられ得る。しかしながら、湿式構造物リリース操作中に構造物と基板は非常に容易に付着し合うため、デバイスの損傷が生じる。エッチング剤として二フッ化キセノン（ＸｅＦ_２）を用いる乾式エッチング法は、湿式エッチング法で生じる問題の解決に使用することができる。

二フッ化キセノンは常温および常圧で固体状態にあり、低圧で気体状態に昇華する。二フッ化キセノンはシリコン材料、例えば単結晶シリコン、ポリシリコンおよびアモルファスシリコン、ならびに数種の金属、例えばモリブデン（Ｍｏ）、モリブデン合金などに対し高いエッチング速度を有する。キセノンは不活性気体であり、また二フッ化キセノンは非常に不安定である。二フッ化キセノンのエッチング機構は、２個のフッ素遊離基がキセノンによって反応位置にもたらされ、また二フッ化キセノンがエッチングされる材料と接触した場合、二フッ化キセノンは分解され、この２個のフッ素遊離基が放出されることである。二フッ化キセノンの等方性エッチング効果が大きいため、二フッ化キセノンはラテラルエッチングに優れた能力を有する。微細電気機械システムプロセスにおいては、二フッ化キセノンが、構造物リリースエッチングのプロセスにおいて犠牲層を除去するエッチング剤として用いられる。一般に、二フッ化キセノンの活性は非常に高いため、すなわち、二フッ化キセノンをフッ素遊離基に分解する活性化エネルギーは非常に低く、二フッ化キセノンがエッチングされる材料と接触すると、室温であってもほとんど即座に反応が起こる。したがって、エッチング温度を上げても二フッ化キセノンのエッチング速度はほとんど増加し得ない。二フッ化キセノンによるエッチングプロセスは、典型的に７０℃より低い温度で行われる。

図２は、従来の光学干渉型ディスプレイセル２００の平面図を示す。光学干渉型ディスプレイセル２００は、点線２０２１により示されており、光学干渉型ディスプレイセル２００の向い合った２面上に位置する分離構造体２０２、および光学干渉型ディスプレイセル２００の他方の向い合った２面上に位置する支持体２０４を包含する。分離構造体２０２および支持体２０４は、２個の電極の間に位置している。支持体２０４の間および、支持体２０４と分離構造体２０２との間には空隙が存在する。気体状二フッ化キセノンは、この空隙に侵入し、犠牲層（図２には示されていない）をエッチングする。気体状二フッ化キセノンをエッチング剤として用いる構造物リリースエッチング法のエッチング速度は、エッチングすることが望まれる犠牲層の材料に依存する。一般に、このエッチング速度は１０μｍ／分よりも速く、或る種の材料の場合、２０〜３０μｍ／分までとなることもある。存在する光学干渉型ディスプレイセルの大きさが関与する限り、１回の構造物リリースエッチング操作は数十秒〜３分を要するのみである。

気体状二フッ化キセノンをエッチング剤として行われる構造物リリースエッチング法は前記の利点を有するが、構造物リリースエッチング法には欠点が存在する：二フッ化キセノン自体の特性から、コストが低減できないことである。二フッ化キセノンは高価であり、また水分に対し特に敏感であって、不安定である。二フッ化キセノンは水分と接触するとフッ化水素を生成する。フッ化水素は有害であるばかりでなく、エッチング効率を減少させる。これに加えて、エッチング剤として二フッ化キセノンを用いて行われる構造物リリースエッチング法は、半導体プロセスおよび典型的な平面ディスプレイプロセスではほとんど見出されず、現在の半導体プロセスおよび液晶ディスプレイプロセスにおいて十分に開発されたエッチング装置（etchers）は二フッ化キセノンエッチング剤を用いる構造物リリースエッチング法には不適である。光学干渉型ディスプレイの主要な製造プロセスの大部分においては、従来の半導体または平面ディスプレイ加工装置を引き続き使用することができるが、構造物リリースエッチング法には全く異なる装置設計が必要である。加工装置の再編成と統合は、光学干渉型ディスプレイの開発および大量生産に障害となると考えられる。

二フッ化キセノンエッチング剤を用いるエッチング装置の開発は成熟しておらず、これは、光学干渉型ディスプレイの開発および大量生産にとって不利益となり、またエッチング剤二フッ化キセノンは高価で不安定である。従って、半導体または典型的な平面ディスプレイの製造に使用されるエッチング装置を適用して構造物リリースエッチング法を行うことができるならば、光学干渉型ディスプレイの加工装置の再編成と統合が容易に可能となり、構造物リリースエッチング法を一層低価格で実施できる。

典型的な半導体または平面ディスプレイの製造に用いられるエッチング装置が構造物リリースエッチング法で使用するには適していないことの原因は、ラテラルエッチング用には容量が貧弱であり、また優れたエッチング特性を有するエッチング剤、例えば三フッ化窒素（ＮＦ_３）または六フッ化硫黄（ＳＦ_６）などのフッ素基または塩素基を有するエッチング剤を使用してさえも、エッチング速度が３μｍ〜１０μｍ／分にしかならないことにある。この速度は、エッチング剤として二フッ化キセノンを使用した場合より数倍から数十倍遅い。従って、これは光学干渉型ディスプレイのスループットにかかわる重大な欠点となる。

リモートプラズマは、まずプラズマ発生装置によりプラズマを発生し、プラズマ中の一部または全ての帯電成分をフィルターで取除き、残されたプラズマであるリモートプラズマを、反応を行うチャンバー内に送ることにより実施する。活性成分の拡散が、ラテラルエッチングの主な制御メカニズムである。遊離基はリモートプラズマの主要な成分であり、リモートプラズマのライフサイクルは一層長く、犠牲層の構造物リリースエッチングが効率的に行われる。さらに、遊離基は電荷を有せず、電場の影響を受けにくいため、等方性エッチングの効果がラテラルエッチングに有益であるために一層良好となる。

さらに、エッチング速度を上げエッチング時間を短縮する一つの方法は、リモートプラズマエッチング法の温度を上げることであり、なぜならば温度の上昇は、リモートプラズマ中の遊離基のエネルギーを高め、反応の活性化エネルギーを低め、分子の拡散速度を増加させるからである。しかし、光学干渉型ディスプレイセルの現在の製造プロセスにおいては、支持体はポリウレタン、エポキシ樹脂などの有機ポリマーから形成され、構造物リリースエッチング法は支持体が形成された後に実施される。典型的に有機材料は高い温度に耐えられないため、そこで提供された有機組成物からなる要素を含む構造物のその後の加工温度は、一定限度内に維持しなければならず、通常は２５０℃より低い温度である。したがって、温度の上昇によりエッチング速度を増加できるとしても、温度をどれだけ高く上昇させることができるかには尚限界が存在する。

したがって、本発明の一つの目的は、温度に制限されることなく、構造物リリースエッチング法のエッチング速度を増加できる、光学干渉型ディスプレイセルの製造方法を提供することである。

本発明の他の目的は、フッ素基または塩素基を有するエッチング剤のラテラルエッチング速度を増加できる、光学干渉型ディスプレイセル構造物、および該セル構造物の製造方法を提供することである。
本発明のさらなる他の目的は、二フッ化キセノンの代わりにフッ素基または塩素基を有するエッチング剤を使用して実施でき、それによって製造コストを低減し、加工装置の再編成および統合から生じる困難を回避できる、光学干渉型ディスプレイセル構造物のための構造物リリースエッチング法を提供することである。

本発明の尚他の目的は、従来のエッチング装置により実施でき、それによって加工装置の再編成および統合から生じる困難を回避できる、光学干渉型ディスプレイセル構造物のための構造物リリースエッチング法を提供することである。

前記の本発明の目的に従い、本発明の好ましい態様の一つにより、間に位置する支持体によって支持される第一および第二電極を含む、光学干渉型ディスプレイセル構造物を提供する。該支持体は耐熱無機材料、例えば、スピン−オン−ガラス、ホスホシリケートガラス（ＰＳＧ）、およびボロホスホシリケートガラス（ＢＰＳＧ）で作製する。代替的に、支持体は代表的な誘電材料、例えば酸化ケイ素、窒化ケイ素、シリコンオキシナイトライド、金属酸化物などで作製してもよい。しかし最も重要なのは、支持体は耐熱絶縁無機材料で作製しなければならないということである。

さらに第二電極には、第二電極を通り抜けてその下の犠牲層を露出させる多数の孔を設けて、それにより構造物リリースエッチング法を加速させてもよい。したがって、例えばＣＦ_４、ＢＣｌ_３、ＮＦ_３、ＳＦ_６またはこれらの任意の組み合わせなど、フッ素基または塩素基を有するエッチング剤を使用する、半導体または典型的な平面ディスプレイの製造に好適な従来のリモートプラズマエッチング法を、光学干渉型ディスプレイセルのための構造物リリースエッチング法の実施に用いることができる。支持体が耐熱絶縁無機材料で作製されている場合、リモートプラズマエッチング法の加工温度は２５０℃より低く維持する必要はなく、すなわち、リモートプラズマエッチング法は、２５０℃より高い温度、または５００℃までの温度で実施することができ、したがってその加工時間は二フッ化キセノンによるプロセスのそれと同等となる。

本発明記載の光学干渉型ディスプレイセルの製造方法においては、支持体は従来の有機ポリマーの代わりに耐熱絶縁無機材料で作製され、そのため、二フッ化キセノンを用いたエッチング法の代わりに従来のエッチング法を用いることができ、加工装置の再編成と統合から生じる困難を回避することができる。リモートプラズマの使用は、エッチングプラズマのライフサイクルを延長させ、プラズマのラテラルエッチング容量を増加させ、構造物リリースエッチング速度を上げ、構造物リリースエッチングに必要な時間を短縮し、それによって光学干渉型ディスプレイのスループットを増加させる。

本発明による光学干渉型ディスプレイセルの製造方法をさらに明確に示すために、ここで本発明の態様として、光学干渉型ディスプレイセル構造物を例として、本発明の利点をさらに説明する。

図３Ａ〜図３Ｃは、本発明の好ましい態様による、光学干渉型ディスプレイセル構造物の製造方法を示す。図３Ａを参照すると、第一電極３０２および犠牲層３０６は、透明基板３０１の上に順番に形成される。犠牲層３０６は、誘電材料などの透明材料、または、金属材料、ポリシリコンもしくはアモルファスシリコンなどの不透明材料で作製することができる。本態様においては、犠牲層３０６の材料としてポリシリコンが使用されている。開口部３０８は、第一電極３０２および犠牲層３０６内に、フォトリソグラフィおよびエッチング法により形成され、各開口部３０８はその中に支持体を形成するのに好適である。

さらに、材料層３１０を犠牲層３０６の上に形成し、開口部３０８を充填する。材料層３１０は、支持体を形成するにの好適であり、材料層３１０は、耐熱絶縁無機材料（例えば、スピン−オン−ガラス、ホスホシリケートガラス（ＰＳＧ）、およびボロホスホシリケートガラス（ＢＰＳＧ）などのケイ酸塩）からスピンコーティングにより作製される。代替的に材料層３１０は、代表的な誘電材料（例えば、酸化ケイ素、窒化ケイ素、シリコンオキシナイトライド、金属酸化物など）から化学蒸着（ＣＶＤ）法によって作製することもできる。

図３Ｂを参照すると、支持体３１２は、材料層３１０をフォトリソグラフィエッチング法でパターニングすることにより定められる。次に、第二電極３０４を、犠牲層３０６および支持体３１２上に形成する。第二電極３０４には、その中に定められた少なくとも１個の孔３１４を設けてもよく、該孔によりその後の構造物リリースエッチングプロセスのエッチング時間が短縮できる。代替的に、化学機械研磨法を用いて、支持体３１２を形成するため、犠牲層３０６上の材料層３１０の一部を除去することも可能である。

最後に、犠牲層３０６を、例えばＣＦ_４、ＢＣｌ_３、ＮＦ_３、またはＳＦ_６などのフッ素基または塩素基を有するエッチング試薬を先駆体として使用して発生させたリモートプラズマにより、エッチングする。リモートプラズマは、支持体の間の空隙（示されず）を通して犠牲層３０６をエッチングし、もし孔３１４が第二電極３０４に設けられている場合は、リモートプラズマは孔３１４を通り抜けて犠牲層３０６をエッチングすることができ、その結果犠牲層３０６が構造物リリースエッチング法により除去されて、図３Ｃに示すような空洞３１６が形成される。

従来の技術と比較して、支持体が耐熱絶縁無機材料で作製されているため、構造物リリースエッチング法は２５０℃より高い温度で、または５００℃までの温度で行うことができる。エッチングプロセスの温度を上げると、リモートプラズマの活性成分、すなわち遊離基と、犠牲層の材料との間の反応の活性化エネルギーが減少し、それによってエッチング反応速度が増加し、構造物のリリースエッチングプロセス全体に必要な時間が短縮される。

さらに、構造物リリースエッチング法に必要な時間は、変形可能な電極内に少なくとも１個の孔を設けることによりさらに短縮でき、そのため半導体または平面ディスプレイプロセスに好適なエッチング法を光学干渉型ディスプレイセル構造物の構造物リリースエッチング法に適用することができ、それによって二フッ化キセノンエッチング装置や他の蒸着装置（またはエッチング装置）を再編成および統合することから生じる困難が回避できる。さらに、高価な二フッ化キセノンエッチング法が不要となるため、製造コストが低減できる。

当業者に理解されるように、本発明の前記の好ましい態様は本発明を限定するものではなく、本発明を説明するものである。種々の修正および類似の装置が特許請求の範囲の精神および範囲内に包含されること、本発明の範囲は最も広く解釈されるべきであってかかる修正および類似構造体の全体を包含することが意図される。

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符号の説明

１０６、２０４、３１２ 支持体
１０９、３０１ 基板
１１０、３０２ 第一電極
１１１、３０６ 犠牲層
１１２、３０８ 開口部
１１４ 電極
１１６、３１６ 空洞
２００ 従来の光学干渉型ディスプレイセル
２０２ 分離構造体
３０４ 第二電極
３１０ 材料層
３１４ 孔

Claims (15)

1. 光学干渉型ディスプレイセルを基板上に製造する方法であって、該方法が：
   第一電極を前記基板上に形成すること；
   犠牲層を第一電極上に形成すること；
   少なくとも２個の開口部を前記犠牲層および第一電極中に形成して、光学干渉型ディスプレイセルの位置を定めること；
   耐熱絶縁無機支持体を前記各開口部中に形成すること；
   第二電極を前記犠牲層および各開口部の耐熱絶縁無機支持体の上に形成すること；そして
   前記犠牲層をリモートプラズマエッチング法により除去すること；
   を含む、前記方法。
2. 第二電極が変形可能な電極である、請求項１に記載の光学干渉型ディスプレイセルの製造方法。
3. 第二電極が、その下に犠牲層を露出させている少なくとも１個の孔をさらに含む、請求項１に記載の光学干渉型ディスプレイセルの製造方法。
4. リモートプラズマエッチング法において生成されるリモートプラズマの先駆体が、フッ素基または塩素基を有するエッチング試薬である、請求項１に記載の光学干渉型ディスプレイセルの製造方法。
5. リモートプラズマエッチング法において生成されるリモートプラズマの先駆体が、ＣＦ_４、ＢＣｌ_３、ＮＦ_３、ＳＦ_６およびこれらの任意の組み合わせからなる群から選択される、請求項１に記載の光学干渉型ディスプレイセルの製造方法。
6. 犠牲層が、誘電材料、金属材料およびシリコン材料からなる群から選択される材料で作製される、請求項１に記載の光学干渉型ディスプレイセルの製造方法。
7. 耐熱絶縁無機支持体が、ケイ酸塩または誘電材料で作製される、請求項１に記載の光学干渉型ディスプレイセルの製造方法。
8. ケイ酸塩が、スピン−オン−ガラス、ホスホシリケートガラス（ＰＳＧ）、ボロホスホシリケートガラス（ＢＰＳＧ）および酸化ケイ素からなる群から選択される、請求項７に記載の光学干渉型ディスプレイセルの製造方法。
9. 誘電材料が、酸化ケイ素、窒化ケイ素、シリコンオキシナイトライド、および金属酸化物からなる群から選択される、請求項７に記載の光学干渉型ディスプレイセルの製造方法。
10. 耐熱絶縁無機支持体を形成するステップが、
    耐熱絶縁無機材料層を開口部内および犠牲層上に形成すること、そして
    犠牲層上の前記耐熱絶縁無機材料層の一部を除去すること、
    をさらに含む、請求項１に記載の光学干渉型ディスプレイセルの製造方法。
11. 耐熱絶縁無機材料層が、スピンコーティング法により形成される、請求項１０に記載の光学干渉型ディスプレイセルの製造方法。
12. 耐熱絶縁無機材料層が、化学蒸着（ＣＶＤ）法により形成される、請求項１０に記載の光学干渉型ディスプレイセルの製造方法。
13. 犠牲層上の耐熱絶縁無機材料層の一部が、フォトリソグラフィエッチング法により除去される、請求項１０に記載の光学干渉型ディスプレイセルの製造方法。
14. 犠牲層上の耐熱絶縁無機材料層の一部が、化学機械研磨法により除去される、請求項１０に記載の光学干渉型ディスプレイセルの製造方法。
15. リモートプラズマエッチング法が、約２５０℃〜約５００℃の温度において実施される、請求項１に記載の光学干渉型ディスプレイセルの製造方法。

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