JP2005118939A - Etching method, vibrator, and electronic equipment - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、エッチング方法、振動子および電子機器に関するものである。 The present invention relates to an etching method, a vibrator, and an electronic device.
ある振動電流の周波数に同調して機械的に振動する振動子は、携帯電話等の通信機器用のバンドパスフィルター、基準クロック、振動式センサ等に応用されている。
このような振動子としては、シリコン基板上に、半導体製造プロセスを利用したマイクロマシニング技術により、振動を発生するための構造(浮上部とアンカー部とを有する構造)を形成する方法が提案されている(特許文献1参照。)。
A vibrator that mechanically vibrates in synchronization with the frequency of a certain vibration current is applied to a band-pass filter, a reference clock, a vibration sensor, and the like for communication equipment such as a mobile phone.
As such a vibrator, a method for forming a structure for generating vibration (a structure having a floating part and an anchor part) on a silicon substrate by a micromachining technique using a semiconductor manufacturing process has been proposed. (See Patent Document 1).
この特許文献1に記載の方法について、図12に基づいて簡単に説明する。
まず、図12(a)に示すように、シリコン基板91上に、シリコ酸化物層(犠牲層)92とシリコン層93とが積層された基板90を用意する。
次に、図12(b)に示すように、シリコン層93上に、マスクパターン94を形成する。
The method described in Patent Document 1 will be briefly described with reference to FIG.
First, as shown in FIG. 12A, a
Next, as shown in FIG. 12B, a
次に、図12(c)に示すように、マスクパターン94をマスクとして、シリコン層93をエッチングして、所望の形状にパターニングする。
次に、図12(d)に示すように、犠牲層エッチング技術を用いて、浮上部となる部分に対応するシリコン酸化物層92を除去する。このとき、アンカー部の平面視での面積が浮上部のそれより大きいことから、アンカー部となる部分に対応するシリコン酸化物層92は、除去されず残存する。
Next, as shown in FIG. 12C, the
Next, as shown in FIG. 12D, the
ところが、マスクパターン94を用いてシリコン層93をエッチングする際に、マスクパターン94に形成された間隙941の幅が異なると、間隔941の幅が広い領域において、シリコン層93が早くエッチングされる現象が生じる。
このため、間隔941の幅が狭い領域において、シリコン層93が十分にエッチングされるまで時間が経過すると、間隔941の幅が広い領域においては、シリコン層93のオーバーエッチング(厚さ方向に対して垂直な方向へのエッチング)が生じるという問題がある。
このようなオーバーエッチングが生じると、振動子において目的とする特性が得られない。
However, when the
For this reason, when time elapses until the
When such over-etching occurs, the desired characteristics cannot be obtained in the vibrator.
本発明の目的は、所望の形状の構造体を精密に形成し得、また、エッチングに際して、例えば基板から飛散する物質の量を低減し、環境に優しいエッチングが可能なエッチング方法、このエッチング方法を用いて製造された振動子、および、かかる振動子を備える電子機器を提供することにある。 An object of the present invention is to provide an etching method capable of accurately forming a structure having a desired shape and reducing the amount of a substance scattered from a substrate, for example, and performing environmentally friendly etching. An object of the present invention is to provide a vibrator manufactured using the electronic device and an electronic device including the vibrator.
このような目的は、下記の本発明により達成される。
本発明のエッチング方法は、第1のエッチングによりエッチングされる第1の層と、該第1の層に隣接し、前記第1のエッチングにより実質的にエッチングされない第2の層と、該第2の層の前記第1の層と反対側に設けられた基材とを有する基板に対して、前記第1のエッチングを施すことにより、前記第1の層を所定形状の構造体に加工するエッチング方法であって、
前記第1の層の前記第2の層と反対側のエッチング領域内に、前記構造体に対応する形状のパターン用マスクと、前記パターン用マスクから分離され、前記エッチング領域内の各部における間隙の幅がほぼ等しくなるように配置されるダミー用マスクとを備えるマスクを形成する第1の工程と、
該マスクを用いて、前記第1の層に前記第1のエッチングを施して、前記第1の層をパターニングする第2の工程と、
前記第1の層の前記ダミー用マスクに対応してパターニングされたダミー部を除去する第3の工程とを有することを特徴とする。
これにより、所望の形状の構造体を精密に形成することができる。
Such an object is achieved by the present invention described below.
The etching method of the present invention includes a first layer etched by the first etching, a second layer adjacent to the first layer and not substantially etched by the first etching, and the second layer Etching to process the first layer into a structure having a predetermined shape by applying the first etching to a substrate having a base material provided on the opposite side of the first layer to the first layer A method,
A pattern mask having a shape corresponding to the structure body is formed in an etching region of the first layer opposite to the second layer, and a gap in each part in the etching region is separated from the pattern mask. A first step of forming a mask comprising a dummy mask arranged to be substantially equal in width;
A second step of patterning the first layer by applying the first etching to the first layer using the mask;
And a third step of removing the patterned dummy portion corresponding to the dummy mask of the first layer.
Thereby, the structure of a desired shape can be formed precisely.
本発明のエッチング方法では、前記第3の工程において、前記ダミー部は、前記第1の層が実質的にエッチングされず、前記第2の層をエッチング可能な第2のエッチングにより、前記第2の層を除去する際に除去されることが好ましい。
これにより、ダミー部の除去を容易かつ確実に行うことができる。
本発明のエッチング方法では、前記構造体は、複数の帯状体を組み合わせたような形状をなす第1の部分と、平面視において、前記第1の部分を構成する帯状体の面積(最大)より面積が大きい第2の部分とを有し、
前記第2の層を前記第2のエッチングにより除去する際に、前記第1の部分と前記第2の部分との面積の差により、前記第2の部分の直下の前記第2の層を残存させ、これにより、前記構造体を前記基材に固定するとともに、前記第1の部分が前記基材から浮上した状態とすることが好ましい。
これにより、構造体の基材への固定を容易かつ確実に行うことができる。
In the etching method of the present invention, in the third step, the dummy portion is formed by performing the second etching that allows the second layer to be etched without substantially etching the first layer. It is preferably removed when the layer is removed.
Thereby, the dummy part can be easily and reliably removed.
In the etching method according to the present invention, the structure includes a first portion having a shape such as a combination of a plurality of strips, and an area (maximum) of the strips constituting the first portion in plan view. A second portion having a large area,
When the second layer is removed by the second etching, the second layer immediately below the second portion remains due to a difference in area between the first portion and the second portion. Thus, it is preferable that the structure is fixed to the base material and the first portion is lifted from the base material.
Thereby, fixation to the base material of a structure can be performed easily and reliably.
本発明のエッチング方法では、前記ダミー用マスクは、帯状をなしていることが好ましい。
ダミー用マスクの形状を帯状とすることにより、マスクに形成される間隙の幅の調整が容易となる。
本発明のエッチング方法では、帯状の前記ダミー用マスクの幅は、前記パターン用マスクの前記帯状体に対応する部分の幅(平均)とほぼ等しいことが好ましい。
これにより、第2の層を第2のエッチングにより除去する際に、ダミー部を基材から確実に離脱させることができる。
In the etching method of the present invention, it is preferable that the dummy mask has a strip shape.
By making the dummy mask into a strip shape, the width of the gap formed in the mask can be easily adjusted.
In the etching method of the present invention, it is preferable that the width of the band-shaped dummy mask is substantially equal to the width (average) of the portion corresponding to the band-shaped body of the pattern mask.
Thereby, when removing a 2nd layer by 2nd etching, a dummy part can be reliably made to detach | leave from a base material.
本発明のエッチング方法では、前記第2のエッチングは、ウェットエッチングであることが好ましい。
第2のエッチングとしてウェットエッチングを用いることにより、第2の層を等方的にエッチングすることができる。このため、マスクに対応してパターニングされた第1の層の直下の第2の層も効率よく除去することができる。
In the etching method of the present invention, the second etching is preferably wet etching.
By using wet etching as the second etching, the second layer can be etched isotropically. For this reason, the second layer immediately below the first layer patterned corresponding to the mask can also be efficiently removed.
本発明のエッチング方法では、前記第1のエッチングは、ドライエッチングであることが好ましい。
第1のエッチングとしてドライエッチング(特に、反応性イオンエッチング)を用いることにより、第1の層に対して異方性の高いエッチングを行うことができ、第1の層のパターニングを寸法精度よく行うことができる。
In the etching method of the present invention, it is preferable that the first etching is dry etching.
By using dry etching (particularly reactive ion etching) as the first etching, etching with high anisotropy can be performed on the first layer, and patterning of the first layer is performed with high dimensional accuracy. be able to.
本発明のエッチング方法では、前記第1の層の厚さ(平均)は、0.2〜100μmであることが好ましい。
これにより、第1の層の各部において、オーバーエッチングが生じるのをより確実に防止または抑制することができるとともに、エッチングレートが極端に低下するのを防止することができる。
In the etching method of the present invention, the thickness (average) of the first layer is preferably 0.2 to 100 μm.
Thereby, it is possible to more reliably prevent or suppress the occurrence of overetching in each part of the first layer, and it is possible to prevent the etching rate from being extremely lowered.
本発明のエッチング方法では、前記第3の工程に先立って、前記マスクを除去する工程を有することが好ましい。
第2のエッチング工程に先立って、マスクを除去することにより、第2のエッチング工程において、ウェットエッチングを用いる場合には、マスク材料(レジスト材料や、金属材料)の溶解によるエッチング液の汚染を防止または抑制することができる。
The etching method of the present invention preferably includes a step of removing the mask prior to the third step.
By removing the mask prior to the second etching step, when wet etching is used in the second etching step, contamination of the etching solution due to dissolution of the mask material (resist material or metal material) is prevented. Or it can be suppressed.
本発明のエッチング方法では、前記基板は、主としてSiで構成された前記基材上に、主としてSiO2で構成された前記第2の層と、主としてSiで構成された前記第1の層とがこの順で積層されてなるSOI基板であることが好ましい。
基板としてSOI基板を用いることにより、第1の層の厚さが比較的厚いものを作製することができるようになる。
In the etching method of the present invention, the substrate includes the second layer mainly made of SiO 2 and the first layer mainly made of Si on the base material mainly made of Si. It is preferable that the SOI substrate is laminated in this order.
By using an SOI substrate as the substrate, a substrate having a relatively thick first layer can be manufactured.
本発明の振動子は、本発明のエッチング方法を用いて製造されたことを特徴とする。
これにより、信頼性の高い振動子が得られる。
本発明の振動子では、マイクロレゾネータであることが好ましい。
本発明は、各種の振動子に適用することができるが、特に、マイクロレゾネータへの適用に適する。
本発明の電子機器は、本発明の振動子を備えることを特徴とする。
これにより、信頼性の高い電子機器が得られる。
The vibrator of the present invention is manufactured using the etching method of the present invention.
Thereby, a highly reliable vibrator is obtained.
In the vibrator of the present invention, a microresonator is preferable.
The present invention can be applied to various types of vibrators, and is particularly suitable for application to a microresonator.
An electronic apparatus according to the present invention includes the vibrator according to the present invention.
As a result, a highly reliable electronic device can be obtained.
以下、本発明のエッチング方法、振動子および電子機器を添付図面に示す好適実施形態に基づいて詳細に説明する。
以下では、本発明の振動子をマイクロレゾネータに適用した場合を、一例にして説明する。
Hereinafter, an etching method, a vibrator, and an electronic device of the present invention will be described in detail based on preferred embodiments shown in the accompanying drawings.
Below, the case where the vibrator of the present invention is applied to a microresonator will be described as an example.
<マイクロレゾネータの構成>
図1は、本発明の振動子をマイクロレゾネータに適用した場合の実施形態を示す平面図、図2は、図1中のA−A線断面図、図3は、図1に示すマイクロレゾネータが備える可動電極の移動方向を示す模式図である。なお、以下の説明では、図2中の上側を「上」、下側を「下」と言う。
<Configuration of micro-resonator>
FIG. 1 is a plan view showing an embodiment in which the vibrator of the present invention is applied to a microresonator, FIG. 2 is a cross-sectional view taken along line AA in FIG. 1, and FIG. 3 is a microresonator shown in FIG. It is a schematic diagram which shows the moving direction of the movable electrode provided. In the following description, the upper side in FIG. 2 is referred to as “upper” and the lower side is referred to as “lower”.
図1および図2に示すマイクロレゾネータ1は、基部2と、この基部2に固定された一対の固定電極31、32と、固定電極31、32同士の間で振動可能に設けられた可動部4とを有している。
可動部4は、各固定電極31、32にそれぞれ対向する可動電極41、42と、基部2に支持部51、52(図1および2参照)を介して固定された固定部45、46と、各可動電極41、42と各固定部(アイランド部)45、46とを連結する梁部43、44とを有している。
The microresonator 1 shown in FIGS. 1 and 2 includes a
The movable part 4 includes
各可動電極41、42は、それぞれ、複数の411、421が併設された櫛歯形状をなしている。
一方、各固定電極31、32は、それぞれ、併設された電極指311、321と、固定部312、322とを有している。
そして、各固定部312、322は、それぞれ、支持部53、54(図1参照)を介して基部2に固定されている。
Each of the
On the other hand, the fixed
And each fixing | fixed part 312,322 is being fixed to the
固定電極31と可動電極41とは、電極指311と電極指411とが交互に位置するように、すなわち、互いに噛み合うようにして配置されている。また、固定電極32と可動電極42とも、固定電極31と可動電極41と同様に配置されている。
マイクロレゾネータ1では、これらの電極指311、321および411、421の幅、間隔、厚さ等を調整することにより、共振周波数等の特性を所望のものに設定することができる。
The fixed
In the microresonator 1, by adjusting the width, interval, thickness, and the like of these
本実施形態では、可動部4を構成する各部のうち、各可動電極41、42および各梁部43、44が、また、各固定電極31、32を構成する各部のうち、各電極指311、321が、それぞれ、複数の帯状体を組み合わせたような形状をなす第1の部分を構成している。そして、これらの部分は、基部2から浮いた状態、すなわち、所定の距離(後述する第2の層102の厚さ)離間した状態となっている。
一方、可動部4を構成する各部のうち、各固定部45、46が、また、各固定電極31、32を構成する各部のうち、各固定部312、322が、それぞれ、平面視において、前記第1の部分を構成する帯状体の面積(最大)より面積が大きい第2の部分を構成している。そして、これらの部分は、基部2に固定された状態となっている。
In the present embodiment, among the parts constituting the movable part 4, the
On the other hand, among the respective parts constituting the movable part 4, each
このようなマイクロレゾネータ1では、固定電極31と可動電極41との間に電圧を印加すると、図3に示すように、両電極31、41間に静電引力が発生し、可動電極41が固定電極31に接近するように移動する。
一方、この固定電極31と可動電極41との間への電圧の印加を停止するとともに、固定電極32と可動電極42との間に電圧を印加すると、両電極32、42間に静電引力が発生し、可動電極42が固定電極32に向かって移動する。
このように、固定電極31と可動電極41との間、および、固定電極32と可動電極42との間に、交互に電圧を印加することにより、可動電極41、42が一定の周波数で往復動する。この周波数(振動周波数)は、可動電極41、42の合計質量と、梁部43、44のバネ定数で定まる変位に対する復元力によって定まる。
In such a microresonator 1, when a voltage is applied between the fixed
On the other hand, when the application of the voltage between the fixed
Thus, by alternately applying a voltage between the fixed
<マイクロレゾネータの製造方法>
次に、本発明のエッチング方法を、図1および図2に示すマイクロレゾネータの製造方法に適用した場合を、一例にして説明する。
図4〜図8は、それぞれ、図1および図2に示すマイクロレゾネータの製造方法を説明するための図である。なお、図6〜図8中(a)は、図5中のB−B線断面図、図6〜図8中(b)は、図5中のC−C線断面図である。
<Manufacturing method of microresonator>
Next, the case where the etching method of the present invention is applied to the method of manufacturing the microresonator shown in FIGS. 1 and 2 will be described as an example.
4 to 8 are diagrams for explaining a method of manufacturing the microresonator shown in FIGS. 1 and 2, respectively. 6A to 8A is a cross-sectional view taken along the line BB in FIG. 5, and FIG. 6B to FIG. 8B is a cross-sectional view taken along the line CC in FIG.
また、以下の説明では、図4および図6〜図8中の上側を「上」、下側を「下」と言う。
このマイクロレゾネータ1の製造方法は、[1]マスク形成工程、[2]第1のエッチング工程、[3]マスク除去工程、[4]第2のエッチング工程とを有している。以下、各工程について、順次説明する。
In the following description, the upper side in FIGS. 4 and 6 to 8 is referred to as “upper”, and the lower side is referred to as “lower”.
The method for manufacturing the microresonator 1 includes [1] a mask forming step, [2] a first etching step, [3] a mask removing step, and [4] a second etching step. Hereinafter, each process will be described sequentially.
[1]マスク形成工程(第1の工程)
まず、図4に示すように、基材101上に、後述する第1のエッチングにより実質的にエッチングされない第2の層102と、第1のエッチングによりエッチングされる第1の層103とがこの順で積層されてなる3層構成の基板10を用意する。
この基板10を構成する各層のうち、第1の層103は、前述したマイクロレゾネータ1の可動部4および各固定電極31、32に、第2の層102は、各支持部51、52、53、54に加工される部分であり、基材101は、基部2となる部分である。
この基板10としては、各層101、102、103の組み合わせで各種のものが挙げられるが、特に、主としてSiで構成された基材101上に、主としてSiO2で構成された第2の層と、主としてSiで構成された第1の層(活性層)103とがこの順で積層されてなるSOI基板が好適である。
[1] Mask formation process (first process)
First, as shown in FIG. 4, the
Among the layers constituting the
Examples of the
基板10としてSOI基板を用いることにより、第1の層103の厚さが比較的厚いものを作製することができるようになる。このため、形成される各電極指311、321、411、421の厚さを大きくすることができるので、各電極指311、321、411、421の断面積(長手方向に対して垂直な方向での面積)を大きくすることができる。これにより、マイクロレゾネータ1では、静電容量を大きくすることができ、その結果、印加電圧に対する可動部4の変位量を増大させることができる。
また、各電極指311、321、411、421の厚さを大きく設定することができるので、必要とする断面積を確保しつつ、その幅を小さくすることができる。これにより、各固定電極31、32、41、42の小型化、ひいては、マイクロレゾネータ1全体の小型化を図ることができる。
By using an SOI substrate as the
Moreover, since the thickness of each
第1の層103の厚さ(平均)は、特に限定されないが、0.2〜100μm程度であるのが好ましく、20〜60μm程度であるのがより好ましい。第1の層103の厚さが薄過ぎると、第1の層103の構成材料等によっては、マイクロレゾネータ1において、可動部4の印加電圧に対する変位量を十分に大きくするのが困難となるおそれがあり、一方、第1の層103の厚さを前記上限値を超えて大きくしても、それ以上の効果の増大が期待できないばかりでなく、エッチングを深く垂直に行うことが難しくなる。
以下では、可動部4の形成を一例にして、説明する。
The thickness (average) of the
Hereinafter, the formation of the movable portion 4 will be described as an example.
次に、このような基板10の第1の層103上(第2の層102と反対側)のエッチング領域内に、例えばフォトリソグラフィー法等を用いてマスク11を形成する。
Next, a
ここで、本発明のエッチング方法では、図5に示すように、マスク11として、可動部(構造体)4に対応する形状のパターン用マスク111を形成するとともに、帯状のダミー用マスク112を形成する。
ダミー用マスク112は、パターン用マスク111から分離され、エッチング領域内の各部において、マスク11に形成される間隙110の幅がほぼ等しくなるよう配置される。これにより、第1の層103に対して第1のエッチングを施す際に、第1の層103の各部において、オーバーエッチングが生じるのを防止または抑制することができる(後述参照)。
Here, in the etching method of the present invention, as shown in FIG. 5, as a
The
なお、ダミー用マスク112の形状は、いかなるものであってもよいが、本実施形態のように、各可動電極41、42および各梁部43、44を、帯状体を組み合わせたような形状とする場合には、帯状とするのが好適である。これにより、マスク11に形成される間隙110の幅の調整が容易となる。その結果、第1のエッチングによる第1の層103の各部におけるエッチングレートの差をより確実に小さくすることができる。
The
この間隙110の幅(図5中W1)は、0.5〜3μm程度とするのが好ましいが、図示の構成の場合、例えば、電極指311(321)と電極指411(421)との間隔の幅と同一程度の幅であればよい。これにより、前記効果をより向上させることができるとともに、第1のエッチングによる第1の層103のエッチングレートが極端に低下するのを防止することができる。
The width of the gap 110 (W 1 in FIG. 5) is preferably about 0.5 to 3 μm. However, in the case of the illustrated configuration, for example, between the electrode finger 311 (321) and the electrode finger 411 (421) The width may be the same as the width of the interval. As a result, the effect can be further improved, and the etching rate of the
また、ダミー用マスク112の形状を帯状とする場合、その幅は、パターン用マスク111の帯状体に対応する部分の幅(平均)とほぼ等しくなるように設定するのが好ましい。これにより、第2の層102を第2のエッチングにより除去する際に、各ダミー部9を、基材101から確実に離脱させることができる(後述参照)。
なお、マスク11としては、レジスト材料で構成されるマスク(レジストマスク)に代えて、例えばAl等の金属材料で構成されるマスク(メタルマスク)を用いることもできる。
Further, when the
The
[2]第1のエッチング工程(第2の工程)
次に、形成されたマスク11を用いて、第1の層103に対して第1のエッチングを施す。これにより、第1の層103は、パターン用マスク111およびダミー用マスク112に対応した形状にパターニングされる。
なお、第2の層102は、第1のエッチングにより実質的にエッチングされないものであり、第1のエッチングに際して、その侵攻を阻止するストップ層として機能する。
[2] First etching step (second step)
Next, first etching is performed on the
Note that the
第1のエッチングには、例えば、反応性イオンエッチング、プラズマエッチング、ビームエッチング、光アシストエッチングのようなドライエッチング、ウェットエッチング等のうちの1種または2種以上を組み合わせて用いることができるが、ドライエッチング、特に、反応性イオンエッチングを用いるのが好適である。
第1のエッチングとしてドライエッチング(特に、反応性イオンエッチング)を用いることにより、第1の層103に対して異方性の高いエッチングを行うことができ、第1の層103のパターニングを寸法精度よく行うことができる。
For the first etching, for example, reactive ion etching, plasma etching, beam etching, dry etching such as optically assisted etching, wet etching, etc. can be used alone or in combination of two or more. It is preferable to use dry etching, particularly reactive ion etching.
By using dry etching (particularly reactive ion etching) as the first etching, highly anisotropic etching can be performed on the
このとき、本発明のエッチング方法では、ダミー用マスク112が形成され、エッチング領域の各部において、マスク11に形成される間隙110の幅がほぼ等しくなっている。このため、第1のエッチングによる第1の層103のエッチングは、エッチング領域の各部においてほぼ等しい速度(エッチングレート)で進行し、ほぼ等しい時点で第2の層102が露出するようになる。
At this time, in the etching method of the present invention, the
これにより、第1の層103の各部において、オーバーエッチング(第2の層102との界面付近における面方向へのエッチング)が生じるのを防止または抑制することができる。その結果、図7に示すように、第1の層103は、パターン用マスク111およびダミー用マスク112に対応し、かつ、厚さ方向にほぼ平行な側面を有する精密な形状に加工される。
Accordingly, overetching (etching in the surface direction near the interface with the second layer 102) can be prevented or suppressed in each part of the
本工程[2]により、第1の層103がパターニング(加工)され、可動部4、各固定電極31、32および複数のダミー部9が形成される。
なお、各ダミー部9は、後の工程[4]において、基材101から取り除かれる。
ここで、従来のエッチング方法では、これらのダミー部9も、エッチングにより除去することが行われていた。この場合、エッチングに、例えばドライエッチングを用いる場合には、ダミー部9のエッチングにより飛散する物質が環境中に排出されることとなる。
これに対して、本発明のエッチング方法では、ダミー部9をエッチングしないので、ダミー部9のエッチングに伴って、基板10から飛散する物質の量を抑制することができる。これにより、本発明のエッチング方法を用いることにより、環境に優しいエッチングが可能となる。
By this step [2], the
In addition, each
Here, in the conventional etching method, these
On the other hand, in the etching method of the present invention, since the
[3]マスク除去工程
次に、マスク11(パターン用マスク111およびダミー用マスク112)を除去する。第2のエッチング工程に先立って、マスク11を除去することにより、後述する工程[4]において、ウェットエッチングを用いる場合には、マスク材料(レジスト材料や、金属材料)の溶解によるエッチング液の汚染を防止または抑制することができる。
このマスク11の除去方法としては、例えば、マスク11がレジスト材料で構成される場合には、レジスト剥離液、マスク11が金属材料で構成される場合には、リン酸溶液のようなメタル剥離液等を用いることができる。
[3] Mask Removal Step Next, the mask 11 (
As a method for removing the
[4]第2のエッチング工程(第3の工程)
次に、第2の層102に対して、第1の層103が実質的にエッチングされず、第2の層102をエッチング可能な第2のエッチングを施す。これにより、第2の層102の一部を除去する。
この第2のエッチングには、例えば、反応性イオンエッチング、プラズマエッチング、ビームエッチング、光アシストエッチングのようなドライエッチング、ウェットエッチング等のうちの1種または2種以上を組み合わせて用いることができるが、ウェットエッチングを用いるのが好適である。
第2のエッチングとしてウェットエッチングを用いることにより、第2の層102を等方的にエッチングすることができる。このため、前記工程[3]において加工されて残存する第1の層103直下の第2の層102も効率よく除去することができる。
[4] Second etching step (third step)
Next, the
For the second etching, for example, one or more of reactive ion etching, plasma etching, beam etching, dry etching such as light-assisted etching, wet etching, and the like can be used. It is preferable to use wet etching.
By using wet etching as the second etching, the
このウェットエッチングに用いるエッチング液としては、例えばフッ酸等が挙げられる。
このようなエッチング液に基板10を浸漬すると、まず、残存する第1の層103(可動部4、各固定電極31、32および各ダミー部9)によって覆われていない第2の層102は、上面からエッチングが開始し、等方的にエッチングが進行する。
As an etchant used for this wet etching, for example, hydrofluoric acid or the like can be given.
When the
次に、可動部4、各固定電極31、32および各ダミー部9の直下の第2の層102も、それぞれ、露出した側面側からエッチングが進行して、徐々に除去される。
そして、第2の層102が除去されていくことにより、基材101と第1の層103との間には、間隙が形成されていく。
ここで、固定部45、46は、それぞれ、平面視において、各可動電極41、42および各梁部43、44を構成する帯状体の面積(最大)より面積が大きく設定されている。このため、これらの面積の差により、固定部45、46以外の部分(各可動電極41、42および各梁部43、44)の直下の第2の層102がほぼ完全に除去された時点では、各固定部45、46の直下の第2の層102の一部が残存した状態となる。
Next, the
Then, by removing the
Here, each of the fixed
このような時点(状態)で、第2のエッチングを終了すると、残存した第2の層102が支持部51、52となり、この支持部51、52を介して、可動部4は、各固定部45、46において基材101(基部2)に、それぞれ固定される。一方、可動部4の他の部分は、基材101から浮いた状態となる。
また、このとき、各ダミー部9は、それぞれ、可動部4および各固定電極31、32から分離されているため、その直下の第2の層102が除去されると、基材101から離脱する(取り除かれる)。
When the second etching is completed at this time (state), the remaining
At this time, since each
本実施形態では、前述したように、マスク11において、ダミー用マスク112は、帯状とされ、その幅がパターン用マスク111の帯状体に対応する部分の幅(平均)とほぼ等しくなるように設定されている。このため、各可動電極41、42および各梁部43、44と、各ダミー部9との間においてもほぼ等しい状態(条件)となっている。
これにより、第2の層102は、各固定部45、46の直下を除いて、ほぼ同時に除去されるので、各ダミー部9を、基材101から確実に離脱させることができる。
In the present embodiment, as described above, in the
As a result, the
このように、第2の層102を第2のエッチングにより除去する際に、各ダミー部9が除去される構成とすることにより、マイクロレゾネータ1の製造工程の簡略化を図ることができる。なお、各ダミー部9の除去は、他の方法を用いるようにしてもよい。
以上のような工程を経て、マイクロレゾネータ1が製造される。
このようにして製造されたマイクロレゾネータ1は、可動部4の断面形状が目的の形状となるように精密に形成されるので、目的とする共振振動数と正確に一致する共振周波数が得られる。
As described above, when the
The microresonator 1 is manufactured through the above steps.
Since the microresonator 1 manufactured in this way is precisely formed so that the cross-sectional shape of the movable portion 4 becomes a target shape, a resonance frequency that exactly matches the target resonance frequency can be obtained.
なお、マイクロレゾネータ1において、各部の寸法、形状等は任意に変更することができる。ここで、例えば、可動部4の一部分を平面視での面積を比較的大きく設定する場合には、第1のエッチング工程において、かかる部分を複数の孔部を有する形状(例えば、格子状等)にパターニングするのが好ましい。これにより、第2のエッチング工程において、かかる部分の直下の第2の層102を確実に除去することができる。
上述したようなマイクロレゾネータ1は、各種の電子機器に適用することができ、得られる電子機器は、信頼性の高いものとなる。
In the microresonator 1, the dimensions, shapes, etc. of each part can be arbitrarily changed. Here, for example, in the case where a part of the movable portion 4 is set to have a relatively large area in plan view, in the first etching step, the portion has a shape having a plurality of holes (for example, a lattice shape or the like). It is preferable to perform patterning. Thereby, in the second etching step, the
The microresonator 1 as described above can be applied to various electronic devices, and the obtained electronic device is highly reliable.
次に、このような電子機器(本発明の振動子を備える電子機器)について、図9〜図11に示す実施形態に基づき、詳細に説明する。
図9は、本発明の電子機器を適用したモバイル型(またはノート型)のパーソナルコンピュータの構成を示す斜視図である。
Next, such an electronic device (an electronic device including the vibrator of the present invention) will be described in detail based on the embodiment shown in FIGS.
FIG. 9 is a perspective view showing a configuration of a mobile (or notebook) personal computer to which the electronic apparatus of the present invention is applied.
この図において、パーソナルコンピュータ1100は、キーボード1102を備えた本体部1104と、表示ユニット1106とにより構成され、表示ユニット1106は、本体部1104に対しヒンジ構造部を介して回動可能に支持されている。
このようなパーソナルコンピュータ1100には、例えば、基準クロック、計時用クロック、無線機器の発振回路、フィルタ等として機能するマイクロレゾネータ1や、アンテナ1101が内蔵されている。
In this figure, a
Such a
図10は、本発明の電子機器を適用した携帯電話機(PHSも含む)の構成を示す斜視図である。
この図において、携帯電話機1200は、アンテナ1201、複数の操作ボタン1202、受話口1204および送話口1206を備え、操作ボタン1202と受話口1204との間には、表示部が配置されている。
このような携帯電話機1200には、例えば、搬送波、検波用の発振回路、フィルタ、マイコン用クロック、計時用クロック等として機能するマイクロレゾネータ1が内蔵されている。
FIG. 10 is a perspective view showing a configuration of a mobile phone (including PHS) to which the electronic apparatus of the invention is applied.
In this figure, a
Such a
図11は、本発明の電子機器を適用したディジタルスチルカメラの構成を示す斜視図である。なお、この図には、外部機器との接続についても簡易的に示されている。
ここで、通常のカメラは、被写体の光像により銀塩写真フィルムを感光するのに対し、ディジタルスチルカメラ1300は、被写体の光像をCCD(Charge Coupled Device)などの撮像素子により光電変換して撮像信号(画像信号)を生成する。
FIG. 11 is a perspective view showing the configuration of a digital still camera to which the electronic apparatus of the present invention is applied. In this figure, connection with an external device is also simply shown.
Here, an ordinary camera sensitizes a silver halide photographic film with a light image of a subject, whereas a
ディジタルスチルカメラ1300におけるケース(ボディー)1302の背面には、表示部が設けられ、CCDによる撮像信号に基づいて表示を行う構成になっており、表示部は、被写体を電子画像として表示するファインダとして機能する。
また、ケース1302の正面側(図中裏面側)には、光学レンズ(撮像光学系)やCCDなどを含む受光ユニット1304が設けられている。
撮影者が表示部に表示された被写体像を確認し、シャッタボタン1306を押下すると、その時点におけるCCDの撮像信号が、メモリ1308に転送・格納される。
A display unit is provided on the back of a case (body) 1302 in the
A
When the photographer confirms the subject image displayed on the display unit and presses the
また、このディジタルスチルカメラ1300においては、ケース1302の側面に、ビデオ信号出力端子1312と、データ通信用の入出力端子1314とが設けられている。そして、図示されるように、ビデオ信号出力端子1312にはテレビモニタ1430が、デ−タ通信用の入出力端子1314にはパーソナルコンピュータ1440が、それぞれ必要に応じて接続される。さらに、所定の操作により、メモリ1308に格納された撮像信号が、テレビモニタ1430や、パーソナルコンピュータ1440に出力される構成になっている。
このようなディジタルスチルカメラ1300には、例えば、マイクロコンピュータ用クロック、計時用クロック等として機能するマイクロレゾネータ1が内蔵されている。
In the
Such a
なお、本発明の電子機器は、図9のパーソナルコンピュータ(モバイル型パーソナルコンピュータ)、図10の携帯電話機、図11のディジタルスチルカメラの他にも、例えば、インクジェット式吐出装置(例えばインクジェットプリンタ)、ラップトップ型パーソナルコンピュータ、テレビ、ビデオカメラ、ビデオテープレコーダ、カーナビゲーション装置、ページャ、電子手帳(通信機能付も含む)、電子辞書、電卓、電子ゲーム機器、ワードプロセッサ、ワークステーション、テレビ電話、防犯用テレビモニタ、電子双眼鏡、POS端末、医療機器(例えば電子体温計、血圧計、血糖計、心電図計測装置、超音波診断装置、電子内視鏡)、魚群探知機、各種測定機器、計器類(例えば、車両、航空機、船舶の計器類)、フライトシュミレータ等に適用することができる。 In addition to the personal computer (mobile personal computer) in FIG. 9, the mobile phone in FIG. 10, and the digital still camera in FIG. 11, the electronic apparatus of the present invention includes, for example, an ink jet discharge device (for example, an ink jet printer), Laptop personal computers, TVs, video cameras, video tape recorders, car navigation systems, pagers, electronic notebooks (including those with communication functions), electronic dictionaries, calculators, electronic game machines, word processors, workstations, videophones, crime prevention TV monitor, electronic binoculars, POS terminal, medical equipment (eg, electronic thermometer, blood pressure monitor, blood glucose meter, electrocardiogram measuring device, ultrasonic diagnostic device, electronic endoscope), fish detector, various measuring devices, instruments (eg, Vehicle, aircraft, ship instrumentation), Flight Schumi It can be applied to a chromatography data, and the like.
以上、本発明のエッチング方法、振動子および電子機器について説明したが、本発明は、これらに限定されるものではない。
例えば、本発明の振動子は、マイクロレゾネータへの適用に限定されず、例えば、MEMS応用のセンサ(圧力、加速度、角速度、姿勢)等に適用することができる。
また、本発明のエッチング方法は、前述したような振動子の製造への適用に限定されるものではなく、各種形状の構造体の形成に適用可能である。
また、本発明のエッチング方法では、必要に応じて、任意の目的の工程を追加することもできる。
The etching method, vibrator, and electronic device of the present invention have been described above, but the present invention is not limited to these.
For example, the vibrator of the present invention is not limited to the application to a microresonator, and can be applied to, for example, a sensor (pressure, acceleration, angular velocity, posture) for MEMS application.
The etching method of the present invention is not limited to the application to the manufacture of the vibrator as described above, and can be applied to the formation of structures having various shapes.
Moreover, in the etching method of this invention, the process of arbitrary objectives can also be added as needed.
次に、本発明の具体的実施例について説明する。
1.マイクロレゾネータの製造
(実施例)
まず、Si基材(基材)上に、SiO2層(第2の層)、Si層(第1の層)が積層されたSOI基板を用意した。
なお、Si基材、SiO2層、Si層の厚さ(平均)は、それぞれ、525μm、4μm、60μmとした。
次に、SOI基板のSi層上に、レジスト材料を塗布して、フォトリソグラフィー法により、図5に示すようなマスク(パターン用マスクおよびダミー用マスク)を形成した。
なお、ダミー用マスクの幅は、パターン用マスクの帯状体に対応する部分の幅(平均)と等しく設定した。また、マスクの各部における間隙の幅は、3μmとした。
次に、Si層に対して、SiO2層をストッパーとして反応性ドライエッチングを施した。なお、反応性ドライエッチングの条件は、SF6:20sccm、O2:10sccm、圧力:200mtorr、Rfpower:190Wとした。
次に、レジスト剥離液を用いて、マスクを除去した。
次に、エッチング液としてフッ酸を用いて、SiO2層に対して、ウェットエッチングを施した。
これにより、図1および図2に示すようなマイクロレゾネータを製造した。
(比較例)
ダミー用マスクを省略したマスクを用いた以外は、前記実施例と同様にしてマイクロレゾネータを製造した。
Next, specific examples of the present invention will be described.
1. Production of microresonator (Example)
First, an SOI substrate in which a SiO 2 layer (second layer) and a Si layer (first layer) were laminated on a Si base material (base material) was prepared.
The thicknesses (average) of the Si base material, the SiO 2 layer, and the Si layer were 525 μm, 4 μm, and 60 μm, respectively.
Next, a resist material was applied onto the Si layer of the SOI substrate, and a mask (pattern mask and dummy mask) as shown in FIG. 5 was formed by photolithography.
The width of the dummy mask was set to be equal to the width (average) of the portion corresponding to the strip of the pattern mask. The width of the gap in each part of the mask was 3 μm.
Next, reactive dry etching was performed on the Si layer using the SiO 2 layer as a stopper. The conditions for reactive dry etching were SF 6 : 20 sccm, O 2 : 10 sccm, pressure: 200 mtorr, and Rfpower: 190 W.
Next, the mask was removed using a resist stripping solution.
Next, wet etching was performed on the SiO 2 layer using hydrofluoric acid as an etchant.
Thus, a microresonator as shown in FIGS. 1 and 2 was manufactured.
(Comparative example)
A microresonator was manufactured in the same manner as in the previous example except that a mask without the dummy mask was used.
2.評価
実施例および比較例で製造されたマイクロレゾネータについて、それぞれ、条件:既知の発振回路で駆動し、振動子の変位の様子や共振時に流れる電流値の変化により、共振周波数を測定した。
また、各マイクロレゾネータの梁部をそれぞれ切断して、その断面形状を観察するとともに断面形状の上辺および下辺の寸法を測定した。
その結果を表1に示す。
2. Evaluation Each of the microresonators manufactured in the examples and comparative examples was driven by a known oscillation circuit, and the resonance frequency was measured based on the state of displacement of the vibrator and the change in the current value flowing during resonance.
Moreover, the beam part of each micro resonator was cut | disconnected, respectively, the cross-sectional shape was observed, and the dimension of the upper side and lower side of the cross-sectional shape was measured.
The results are shown in Table 1.
表1に示すように、実施例で製造されたマイクロレゾネータは、梁部の断面形状がほぼ直方体状をなしており、上辺および下辺がほぼ等しい寸法となっていた。また、共振周波数も、設計値(32.768Hz)とほぼ等しい値であった。
これに対して、比較例で製造されたマイクロレゾネータは、梁部の断面形状が台形をなしており、上辺の方が下辺よりも長かった。また、共振周波数も、設計値から大きくずれていた。
以上の結果から、Si層をマスクを用いてドライエッチングによりパターニングする際に、マスクに形成される間隙の幅が等しくなるように設定することにより、Si層を精密な形状でパターニングし得ることがわかった。
As shown in Table 1, in the microresonator manufactured in the example, the cross-sectional shape of the beam portion has a substantially rectangular parallelepiped shape, and the upper side and the lower side have substantially the same dimensions. Further, the resonance frequency was also substantially equal to the design value (32.768 Hz).
In contrast, in the microresonator manufactured in the comparative example, the cross-sectional shape of the beam portion has a trapezoidal shape, and the upper side is longer than the lower side. Further, the resonance frequency was also greatly deviated from the design value.
From the above results, when patterning the Si layer by dry etching using a mask, the Si layer can be patterned in a precise shape by setting the widths of the gaps formed in the mask to be equal. all right.
1……マイクロレゾネータ 2……基部 31、32……固定電極 311、321……電極指 312、322……固定部 4……可動部 41、42……可動電極 411、421……電極指 43、44……梁部 45、46……固定部 51、52、53、54……支持部 9……ダミー部 10……基板 101……基材 102……第2の層 103……第1の層 11……マスク 110……間隙 111……パターン用マスク 112……ダミー用マスク 90……基板 91……シリコン基板 92……シリコン酸化物層 93……シリコン層 94……マスクパターン 941……間隙 1100‥‥パーソナルコンピュータ 1101‥‥アンテナ 1102‥‥キーボード 1104‥‥本体部 1106‥‥表示ユニット 1200‥‥携帯電話機 1201‥‥アンテナ 1202‥‥操作ボタン 1204‥‥受話口 1206‥‥送話口 1300‥‥ディジタルスチルカメラ 1302‥‥ケース(ボディー) 1304‥‥受光ユニット 1306‥‥シャッタボタン 1308‥‥メモリ 1312‥‥ビデオ信号出力端子 1314‥‥データ通信用の入出力端子 1430‥‥テレビモニタ 1440‥‥パーソナルコンピュータ
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Micro-resonator 2 ...
Claims (13)
前記第1の層の前記第2の層と反対側のエッチング領域内に、前記構造体に対応する形状のパターン用マスクと、前記パターン用マスクから分離され、前記エッチング領域内の各部における間隙の幅がほぼ等しくなるように配置されるダミー用マスクとを備えるマスクを形成する第1の工程と、
該マスクを用いて、前記第1の層に前記第1のエッチングを施して、前記第1の層をパターニングする第2の工程と、
前記第1の層の前記ダミー用マスクに対応してパターニングされたダミー部を除去する第3の工程とを有することを特徴とするエッチング方法。 A first layer etched by a first etch; a second layer adjacent to the first layer and not substantially etched by the first etch; and the first layer of the second layer An etching method for processing the first layer into a structure having a predetermined shape by performing the first etching on a substrate having a base provided on the opposite side of the layer,
A pattern mask having a shape corresponding to the structure body is formed in an etching region of the first layer opposite to the second layer, and a gap in each part in the etching region is separated from the pattern mask. A first step of forming a mask comprising a dummy mask arranged to be substantially equal in width;
A second step of patterning the first layer by applying the first etching to the first layer using the mask;
And a third step of removing the patterned dummy portion corresponding to the dummy mask of the first layer.
前記第2の層を前記第2のエッチングにより除去する際に、前記第1の部分と前記第2の部分との面積の差により、前記第2の部分の直下の前記第2の層を残存させ、これにより、前記構造体を前記基材に固定するとともに、前記第1の部分が前記基材から浮上した状態とする請求項2に記載のエッチング方法。 The structure includes a first portion having a shape such as a combination of a plurality of strip-shaped bodies, and a second portion having a larger area than the area (maximum) of the strip-shaped bodies constituting the first portion in plan view. And
When the second layer is removed by the second etching, the second layer immediately below the second portion remains due to a difference in area between the first portion and the second portion. The etching method according to claim 2, wherein the structure is fixed to the base material, and the first portion is lifted from the base material.
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