JP2005161493A - マイクロ構造体の製造方法とその製造装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 シリコン窒化膜上にシリコン酸化膜が形成されており、そのシリコン酸化膜がシリコン系材料で覆われており、そのシリコン系材料の開口からシリコン酸化膜が露出している試料を加工して中空空間を有するマイクロ構造体を製造すると、シリコン窒化膜が変質膨張してシリコン系材料の破壊が生じる。
【解決手段】 （I）ＨＦ_２ ⁻を含むガスを用いてシリコン酸化膜をガスエッチングする段階と、（II）試料を加温する段階と、（III）試料を冷却する段階とを含むサイクルを１サイクル以上実行する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、マイクロ構造体の製造方法と製造装置に関する。本明細書でいうマイクロ構造体は、製造中あるいは製造後において、シリコン系材料が含まれている構造体をいう。シリコン系材料とは、単結晶シリコン、多結晶シリコン、酸化シリコン、窒化シリコン等をいう。マイクロ構造体には、シリコン系材料以外の材料が含まれていてもよい。

半導体製造技術の進展によって様々なシリコン系材料の加工技術が開発されている。このシリコン系材料の加工技術を用いることで、ＭＯＳ（Metal Oxide Semiconductor）等の半導体素子のみならず、センサやアクチュエータ等の機能を有する様々なマイクロ構造体の製造も可能となっている。今日ではシリコン系材料のμｍオーダ以下の微細加工が可能となっており、この微細加工技術（マイクロマシニング技術）によって、μｍオーダの微小構造体の製造も可能となっている。

マイクロ構造体の一例として、図１２に示すマイクロ構造体が知られている。図１２に示すマイクロ構造体は、シリコンからなる基板２０２と、その基板２０２上に形成されたシリコン窒化膜からなる基板保護膜２０４と、その基板保護膜２０４との間に中空空間２２０を形成する多結晶シリコン膜２１２を備えている。
このマイクロ構造体は、例えば加速度センサとして用いられる。加速度センサとして用いられる場合、多結晶シリコン膜２１２の一部は、加速度が作用すると変位するビームあるいはマスとして用いられる。例えば基板２０２の基板面に垂直な方向（紙面上下方向）の加速度が作用するとマスＡが基板面垂直方向に変位する。マスＡの変位を図示しない電極対間の静電容量の変化として検出することで、作用した加速度を検出できる。あるいはシリコン基板２０２の基板面に垂直な方向の加速度が作用するとビームＡがたわむ。ビームＡのたわみを図示しないピエゾ抵抗の抵抗変化として検出することで、作用した加速度を検出できる。なお、シリコン基板２０２の基板面に平行な方向（紙面左右方向）の加速度を検出することも可能である。

このマイクロ構造体の製造方法とその製造装置の一例が、本出願人によって特許文献１によって開示されている。特許文献１で開示される製造方法の一例は、基板保護膜２０４上に形成されたシリコン酸化膜からなる犠牲層と、その犠牲層上に形成された多結晶シリコン膜２１２を備えた試料を用い、フッ化水素ガスとメチルアルコールガスの混合ガスによって犠牲層をガスエッチングすることで中空空間を形成する。犠牲層をガスエッチングするに先立って、多結晶シリコン膜２１２に開口２１８を形成しておく。開口２１８から犠牲層（シリコン酸化膜）をガスエッチングすることによって中空空間２２０が形成される。
特願２００２−０６２５５８号公報

本発明者らの研究の結果、特許文献１に例示されたマイクロマシニング技術には、改良の余地が残されていることが判明した。即ち、犠牲層をガスエッチングする際に基板保護膜が変質膨張する現象が生じることを発見し、変質膨張に対する対策が必要とされていることを発見した。この現象を、図１３〜１６を用いて説明する。

まず、図１３に示すように、シリコンからなる基板２０２と、その基板２０２上に形成されたシリコン窒化膜からなる基板保護膜２０４と、その基板保護膜２０４上に形成されたシリコン酸化膜からなる犠牲層２０８と、その犠牲層上に形成された多結晶シリコン膜２１２を備えている試料を準備する。多結晶シリコン膜２１２には開口２１８が形成されており、その開口から犠牲層２０８が露出している。即ち、シリコン窒化膜２０４上にシリコン酸化膜２０８が形成されており、そのシリコン酸化膜２０８がシリコン系材料２１２で覆われており、そのシリコン系材料２１２に形成されている開口２１８からシリコン酸化膜２０８が露出している試料を用意する。
次に図１４に示すように、開口２１８を介してフッ化水素ガスとメチルアルコールガスの混合ガスを犠牲層２０８へ供給する。フッ化水素ガスとメチルアルコールガスの混合ガスはＨＦ_２ ⁻を含み、酸化シリコン２０８を等方性エッチングする一方、多結晶シリコン膜２１２とシリコン窒化膜２０４をほとんどエッチングしない。従って、開口２１８から犠牲層２０８のガスエッチング進行する。犠牲層２０８のガスエッチングが横方向へ進行するのに伴って基板保護膜２０４が露出する。露出した基板保護膜（シリコン窒化膜）２０４は、ＨＦ_２ ⁻を含むガスによってエッチングされることはない（シリコン酸化膜２０８をエッチングしてシリコン窒化膜２０４をエッチングしないガスが選択されている）。
本発明者らの研究によって、基板保護膜（シリコン窒化膜）２０４は、ＨＦ_２ ⁻を含むガスに曝されてもエッチングされることはないが、ＨＦ_２ ⁻を含むガスに対して反応しないというものではなく、ＨＦ_２ ⁻を含むガスに曝されると反応して変質膨張することを見出した（図１４のＢ参照）。
犠牲層（シリコン酸化膜）２０８のガスエッチングが進行すると、図１５に示すように、基板保護膜２０４が大きく変質膨張し、ついには多結晶シリコン膜２１２と接触し、多結晶シリコン膜２１２を湾曲させる。さらにガスエッチングが進行すると、図１６に示すように、変質膨張した基板保護膜２０４の力に抗することができず、多結晶シリコン膜２１２の一部が破壊される（図１６の２１２ａ参照）。この結果、マイクロ構造体を歩留まりよく製造することができない。
なお、変質膨張した基板保護膜２０４の量が少ないときは、多結晶シリコン膜２１２が破壊されないことがある。しかしながら、この場合でも変質膨張した基板保護膜２０４によってマイクロ構造体が所望の特性を実現できないために、結局は歩留まりの低下を招くことになる。

センサやアクチュエータ等の高感度化、高精度化の要求が高まっている近年では、マイクロ構造体の構造寸法はより小さくする必要がある。マイクロ構造体の構造寸法がより小さくなると、上記の問題はより生じ易くなる。
本発明の目的は、基板保護膜にシリコン窒化膜を用い、犠牲層にシリコン酸化膜を用い、その犠牲層をＨＦ_２ ⁻を含むガスによってガスエッチングして中空空間を形成するマイクロ構造体を製造する際に、歩留まりよく製造できる製造方法を実現することである。
本発明の他の目的は、上記の製造方法を実現するのに最適なマイクロ構造体の製造装置を提供することである。

本発明者らの研究の結果、ＨＦ_２ ⁻を含むガスとシリコン窒化膜が接触すると、両者が反応してヘキサフルオロ珪酸アンモニウム（（ＮＨ_４）_２ＳｉＦ_６）とフッ化水素アンモニウム（ＮＨ_４ＨＦ_２）等を生成し、これらがシリコン窒化膜を変質膨張させることが見出された。さらに研究を進めたところ、これらの生成物質は、所定の温度まで加温することによって熱分解され、飛散することが判明した。
本発明では、変質膨張したシリコン窒化膜を加熱して生成物質を熱分解、飛散することによって変質膨張したシリコン窒化膜がマイクロ構造体を破壊するのを抑制する。

本発明のマイクロ構造体の製造方法では、シリコン窒化膜上にシリコン酸化膜が形成されており、そのシリコン酸化膜がシリコン系材料で覆われており、そのシリコン系材料に形成されている開口からシリコン酸化膜が露出している試料を加工して中空空間を有するマイクロ構造体を製造する。この方法では、(1) ＨＦ_２ ⁻を含むガスを用いて前記開口からシリコン酸化膜をガスエッチングする段階と、(2) 試料を加温する段階と、(3) 試料を冷却する段階によって１サイクルを構成し、そのサイクルを１回以上実行する。
シリコン系材料は、ＨＦ_２ ⁻を含むガスでほとんどエッチングされないシリコン系材料をいい、例えば多結晶シリコン、単結晶シリコン、シリコン窒化膜などが挙げられる。シリコン窒化膜は、ＨＦ_２ ⁻を含むガスと反応して変質膨張するために、多結晶シリコンを用いるのが好ましい。
試料を加温する手段は特に限定されない。シリコン窒化膜を所定温度にまで加温可能な手段であればよい。ここでいう所定温度とは、試料が加温により破壊されない範囲内の温度で、且つシリコン窒化膜の変質物を熱分解する温度であり、好ましくは200〜300℃の範囲内である。

上記の製造方法によると、シリコン系材料の開口を介して、ＨＦ_２ ⁻を含むガスがシリコン酸化膜に向けて供給される。シリコン酸化膜は、ＨＦ_２ ⁻を含むガスによって、等方的にガスエッチングされる。シリコン酸化膜のガスエッチングが進行すると、中空空間が拡大されていくとともにシリコン窒化膜が露出していく。この結果、シリコン窒化膜の露出面は、ＨＦ_２ ⁻を含むガスに曝されることになり、この露出面からシリコン窒化膜が変質膨張する。シリコン窒化膜の変質膨張を伴うシリコン酸化膜のエッチング工程では、変質膨張したシリコン窒化膜がシリコン系材料を破壊する前にエッチングを停止させる。この場合、変質膨張したシリコン窒化膜がシリコン系材料と接する前に、ＨＦ_２ ⁻を含むガスの供給を停止するのが好ましい。

ＨＦ_２ ⁻を含むガスの供給を停止したら、試料を所定の温度で加温する。試料を所定の温度で加温すると、シリコン窒化膜の変質物が熱分解され飛散する。これにより、シリコン窒化膜の母材が削られた状態となる。

シリコン窒化膜の変質物を熱分解したら、試料を冷却する。この冷却段階では、試料が自然に冷却されるのを待ってもよく、あるいは試料を積極的に冷却してもよい。試料が高温であると、ＨＦ_２ ⁻を含むガスにシリコン酸化膜を曝してもシリコン酸化膜がガスエッチングされない。このため、エッチングが可能となる温度まで試料を冷却する。
本発明では、上記の第１〜第３段階を少なくとも１回実行する。これによりシリコン系材料を破壊することなく、中空空間を有するマイクロ構造体を歩留まりよく製造することができる。

なお、上記の第１〜第３段階を１回実行しただけでは、所定量のシリコン酸化膜を除去しきれない場合がある。この場合は、上記の第１〜第３段階を１サイクルとする工程を２回以上実行するのが好ましい。この場合、試料の冷却が終了した後にサイクルの初期段階に戻し、シリコン系材料の開口を介してＨＦ_２ ⁻を含むガスがシリコン酸化膜に向けて供給する。この段階では、シリコン酸化膜のガスエッチングが進行するとともに、シリコン窒化膜の露出面が再度変質膨張する。前記の加熱段階によって、シリコン窒化膜の変質物が熱分解されているために、新たに変質膨張したシリコン窒化膜が、シリコン系材料を破壊するまでの時間の余裕ができている。この間に、シリコン酸化膜のガスエッチングが進行する。この場合も、変質膨張したシリコン窒化膜がシリコン系材料を破壊する前に、ＨＦ_２ ⁻を含むガスの供給を停止する。
このように、第１〜第３の段階を１サイクルとする工程を少なくとも２回以上実行することにより、シリコン系材料を破壊しないでシリコン酸化膜をガスエッチングすることができる。中空空間を有するマイクロ構造体を歩留まりよく製造することができる。

本発明によれば、上記のマイクロ構造体の製造方法を実施するのに適したマイクロ構造体の製造装置を提供することができる。
即ち、本発明のマイクロ構造体の製造装置は、シリコン窒化膜上にシリコン酸化膜が形成されており、そのシリコン酸化膜がシリコン系材料で覆われており、そのシリコン系材料に形成されている開口からシリコン酸化膜が露出している試料を加工して中空空間を有するマイクロ構造体を製造する装置である。
本発明のマイクロ構造体の製造装置の一つの特徴は、エッチングガス供給部とエッチング反応室とガス排出手段と加温手段とを備えている。
エッチングガス供給部は、ＨＦ_２ ⁻を含むガスをエッチング反応室へ供給する。ガス排出手段は、エッチング反応室内のガスを排出する。加温手段は、エッチング反応室に設けられているとともに、試料を加温可能であることを特徴としている。

上記の製造装置によれば、エッチングガス供給部からＨＦ_２ ⁻を含むガスがエッチング反応室へ供給される。エッチング反応室内に試料が収容されており、供給されたガスによって試料のシリコン酸化膜はガスエッチングされる。ガスエッチングを実施した後に、ガスエッチングを停止し、加温手段を用いて試料を加温する。これによりシリコン窒化膜の変質物を熱分解することができる。試料を冷却した後に、ガスを再度供給してシリコン酸化膜のガスエッチングを実施する。この工程を繰返し実施すると、シリコン系材料を破壊することなく、シリコン酸化膜をガスエッチングすることができる。
上記の製造装置を用いることで、中空のマイクロ構造体を歩留まり良く製造することができる。

本発明のマイクロ構造体の製造装置の他の一つの特徴は、エッチングガス供給部とエッチング反応室とガス排出手段と予備室と連結部と加温手段とを備えている。
エッチングガス供給部は、ＨＦ_２ ⁻を含むガスをエッチング反応室へ供給する。ガス排出手段は、エッチング反応室内のガスを排出する。連結部は、エッチング反応室と予備室を連結するとともに外気からは遮断されている。加温手段は、予備室に設けられるとともに、試料を加温可能であることを特徴としている。

上記のマイクロ構造体の製造装置では、エッチング反応室とは別に予備室を備えており、その予備室内で試料の加温を実施可能となっている。これにより、試料を加温、冷却するのに要する時間を短縮することができる。
なお、上記の連結部を備えることで、試料を外気に曝すことなくエッチング反応室と予備室との間の搬送が可能となっている。これにより、試料の自然酸化等を防止することができる。

加温手段が、試料のシリコン系材料側から加温可能であることが好ましい。
一般的に、シリコン窒化膜のシリコン系材料が形成されている面の反対側には基板が形成されている。したがって、この基板側から試料を加温しようとすると、シリコン窒化膜を所定の温度まで上昇させるのに要する時間が長くなってしまう。シリコン系材料側から加温すると、シリコン窒化膜を所定の温度まで加温するのに要する時間を短くすることができる。

エッチングガス供給部は、フッ化水素ガスとメチルアルコールガスを反応させてＨＦ_２ ⁻を含むガスを発生させることが好ましい。
フッ化水素ガスと反応してＨＦ_２ ⁻を生成するガスとして水蒸気等が挙げられるが、メチルアルコールは水蒸気等と比較して飽和蒸気圧が高い。したがって、メチルアルコールを用いた場合、エッチング反応室内の圧力を高くすることができるので、シリコン酸化膜のガスエッチングの速度を速くすることができる。

本発明によれば、基板保護膜にシリコン窒化膜を用い、犠牲層にシリコン酸化膜を用い、その犠牲層をＨＦ_２ ⁻を含むガスによってガスエッチングして中空空間を有するマイクロ構造体の製造過程において、マイクロ構造体が破壊されるのを抑制し、歩留まりよくマイクロ構造体を製造することができる。

最初に実施例の主要な特徴を列記する。
（第１実施形態） シリコン窒化膜上にシリコン酸化膜が形成されており、そのシリコン酸化膜が多結晶シリコン構造体層で覆われており、その多結晶シリコン構造体層に形成されている開口からシリコン酸化膜が露出している試料を加工して中空空間を有するマイクロ構造体を製造する製造方法であり、ＨＦ_２ ⁻を含むガスを用いてシリコン酸化膜をガスエッチングする時間は、変質膨張したシリコン窒化膜が、多結晶シリコン構造体層に接しない時間範囲内に設定されている。
（第２実施形態） シリコン酸化膜のガスエッチングを実施した時間からシリコン窒化膜の変質物の変質膨張量を推測する。その推測された変質膨張量を熱分解するのに要する加温時間を推測する。その推測された加熱時間によって、加温段階の持続時間を決定する。

加熱手段を備えたマイクロ構造体の製造装置の構成を、図１を参照して詳細に説明する。なお、加熱手段を備えていないマイクロ構造体の製造装置としては、本出願人が既に出願している特願２００２−０６２５５８号公報の技術を参考にすることができる。

図１に示すマイクロ構造体の製造装置は、フッ化水素容器２０と、メチルアルコール容器３０と、ガス供給プレート１３と、ガスエッチングを行うエッチング反応室１０と、ターボ分子ポンプ４０と、ロータリーポンプ５０と、ドライポンプ６０とを備えている。エッチング反応室１０内には、試料１００を載置する試料テーブル１１が備えられており、この試料テーブル１１自体が所定の温度に昇温する機能を有し、試料１００を加温することができる。具体的には、試料テーブル１１に加温用ヒーター、冷却用配管等が組み込まれている。
エッチング反応室１０とフッ化水素容器２０の間の配管には、第１質量流量計２２と第１バルブ２１が設けられており、このフッ化水素容器２０と、第１バルブ２１と、第１質量流量計２２とを合わしてフッ化水素ガス供給部と称する。一方、エッチング反応室１０とメチルアルコール容器３０の間の配管には、第２質量流量計３１と第２バルブ３２が設けられており、このメチルアルコール容器３０と、第２バルブ３１と、第２質量流量計３２とを合わしてメチルアルコールガス供給部と称する。

フッ化水素容器２０には、フッ化水素酸（ＨＦ）の溶液が収容されている。メチルアルコール容器３０には、メチルアルコール（ＣＨ_３ＯＨ）の溶液が収容されている。ドライポンプ６０は、エッチング中のエッチング反応室１０や、容器２０、３０を減圧する。ターボ分子ポンプ４０とロータリーポンプ４１は、エッチング前後のエッチング反応室１０、フッ化ガス供給部及び率メチルアルコールガス供給部の配管を高真空にする。ドライポンプ６０とエッチング反応室１０の間の配管には、第４バルブ６１と、圧力調整バルブ６２が設けられている。ターボ分子４０とエッチング反応室１０の間の配管には、第３バルブ４１が設けられている。
なお、メチルアルコール容器３０には、阻止板が設けられて迷路構造となっているのが好ましい。この阻止板が設けられていると、メチルアルコール容器３０をドライポンプ６０等で減圧したときに、メチルアルコールが突沸したとしても、そのメチルアルコール溶液が配管に直接進入することを防止できる。
エッチング反応室１０には、圧力計１２が接続されている。

次に、中空空間を有するマイクロ構造体を、図１に示す製造装置を用いて製造する方法を、図２〜図８を参照して詳細に説明する。この製造方法は、発明が解決しようとする課題の項目において、図１３〜図１６を用いて説明した従来の製造方法と対比することで、その違いが明瞭に理解される。

まず、図２に示す試料を準備する。図２に示す試料は、シリコン基板１０２上に、例えばＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition）法等によってシリコン窒化膜１０４を形成する。次に、シリコン窒化膜１０４上の所定の領域に、例えばＣＶＤ法等によってシリコン酸化膜１０８を形成する。その後に、そのシリコン酸化膜１０８を覆うように、例えばＣＶＤ法等によって多結晶シリコン構造体層１１２を形成する。次に、多結晶シリコン構造体層１１２の一部を、例えば二フッ化キセノンガスを用いて局所的にドライエッチングすることで、開口１１８を形成する。開口１１８からはシリコン酸化膜１０８が露出している。これらの工程によって図２に示す試料が準備される。
なお、これらの工程を図１に示す製造装置とは別の製造装置を用いて製造してもよい。あるいはシリコン構造体層１１２の一部をドライエッチングする工程は、図１に示すエッチング反応室１０内で実施してもよい。この場合、二フッ化キセノンガスをエッチング反応室１０へ供給するための供給部を別に設ければよい。

上記の工程によって準備された試料を、図１に示す製造装置のエッチング反応室１０内の試料テーブル１１に載置して、エッチング反応室１０を密閉する。このとき、全てのバルブは閉じられた状態である。
以下の工程では、図１に示す製造装置の操作手順に沿って、中空空間を有するマイクロ構造体の製造方法を説明する。なお、製造装置の操作は、各構成要素に電気的に接続されている制御部（図示しない）によって制御プログラムに従って制御されていてもよく、またはその一部を手動によって操作してもよい。
まず、第３バルブ４１を開き、ターボ分子ポンプ４０とロータリーポンプ５０を駆動してエッチング反応室１０内の真空引きをする。このとき、エッチング反応室１０内の圧力は、圧力計１２によって監視されている。エッチング反応室１０内が所定の圧力に到達したことを合図に、第３バルブ４１を閉じるとともに、第４バルブ６１と圧力調整バルブ６２を開き、ドライポンプ６０を駆動して、エッチング反応室１０内の真空引きをする。

次に、第１バルブ２１と第２バルブ３１を開くと、フッ化水素容器２０内とメチルアルコール容器３０内が減圧され、フッ化水素とメチルアルコールが気化するとともに、ガス供給プレート１０を介してフッ化水素ガスとメチルアルコールガスの混合ガスがエッチング反応室１０へ供給される。この混合ガスには、ＨＦ_２ ⁻が含まれている。このとき、フッ化水素ガスとメチルアルコールガスの供給量は、第１質量流量計２２と第２質量流量計３２によって監視され、必要に応じて調整される。また、エッチング反応室１０内の圧力は、圧力計１２によって監視するとともに、圧力調整バルブ６２によって所定の圧力に調整されている。
ガス供給プレート１３からエッチング反応室１０内にＨＦ_２ ⁻を含むガスが供給されると、試料のシリコン酸化膜１０８のガスエッチングが開始される。この場合、以下の式（１）と式（２）で表される反応が生じる。式（１）と（２）中の「Ｍ」は、メチルアルコールを表す。
Ｍ＋２ＨＦ→ＨＦ_２ ⁻＋ＭＨ^＋ （１）
ＳｉＯ_２＋２ＨＦ_２ ⁻＋２ＭＨ^＋→ＳｉＦ_４＋２Ｈ_２Ｏ＋２Ｍ （２）

メチルアルコールとフッ化水素の混合ガスは、シリコン酸化膜（ＳｉＯ_２）を選択的にエッチングして、シリコン（Ｓｉ：多結晶シリコンと単結晶シリコンの両方を含む））とシリコン窒化膜（ＳｉＮ）をほとんどエッチングしない。具体的には、メチルアルコールとフッ化水素の混合ガスによるシリコン酸化膜のエッチング速度は約１０００Å／ｍｉｎであり、シリコンのエッチング速度は約０Å／ｍｉｎであり、シリコン窒化膜のエッチング速度は約１０Å／ｍｉｎである。但し、これらの値は種々の条件によって変動し得るものである。
したがって、図３に示すように、多結晶シリコン構造体層１１２とシリコン窒化膜１０４はほとんどエッチングされずに、シリコン酸化膜１０８が選択的にガスエッチングされる。このときのガスエッチングは等方的に進行する。シリコン酸化膜１０８のガスエッチングが進行すると、シリコン窒化膜１０４が露出する。したがって、このシリコン窒化膜１０４の露出面は、ＨＦ_２ ⁻を含む混合ガスに曝されることになる。このため、この露出面からシリコン窒化膜１０４が変質膨張する（図３参照）。

シリコン酸化膜１０８のガスエッチングを所定の時間で実施した後に、第１バルブ２１と第２バルブ３１を閉じて、エッチング反応室１０内への混合ガスの供給を停止する。この状態で、試料テーブル１１を所定の温度まで昇温して、試料テーブル１１に載置されている試料１００を所定の時間で加温する。すると、図４に示すように、シリコン窒化膜１０４の変質物が熱分解し、飛散する。

上記のシリコン酸化膜１０８のガスエッチングの持続時間や、試料１００の加温温度や加温に要する持続時間等は、次の知見に基づいて制御するのが好ましい。
（a）シリコン窒化膜１０４が、ＨＦ_２ ⁻を含む混合ガスに曝されて形成される変質物の組成は、ヘキサフルオロ珪酸アンモニウム（（ＮＨ_４）_２ＳｉＦ_６）とフッ化水素アンモニウム（ＮＨ_４ＨＦ_２）を主成分としている。
（b）ヘキサフルオロ珪酸アンモニウム（（ＮＨ_４）_２ＳｉＦ_６）とフッ化水素アンモニウム（ＮＨ_４ＨＦ_２）は、その変質量にも拠るが、およそ200℃、1分間の加温によって熱分解される。
（c）減圧ＣＶＤ法によって形成されたシリコン窒化膜１０８は、フッ化水素ガスの流量が200sccm、メチルアルコールの流量が120sccm、エッチング反応室１０内の圧力が30Torr、試料テーブル１０の温度が30℃の場合、中空空間側へおよそ1分間に30nmの割合で変質膨張する。
（d）上記（c）の処理条件の場合、シリコン窒化膜１０４の母材側へは、およそ１分間で3nmで変質する。

例えば、シリコン酸化膜１０８のガスエッチングの持続時間を設定する場合であれば、（c）の知見に基づいて、変質膨張したシリコン窒化膜１０４が、多結晶シリコン構造体層１１２に接しない時間範囲内でガスエッチングの持続時間を設定すればよい。時間によって制御すればよいので、製造工程あるいは製造装置が簡単化できる。
試料を加温する持続時間を設定する場合であれば、シリコン酸化膜１０８のガスエッチングに要した時間から形成された変質物の変質膨張量を推測し、その推測された変質物の変質膨張量を分解するのに要する加温温度と加温時間を設定すればよい。加温後に変質物が残存するのを抑制できる。
なお、シリコン窒化膜１０２の変質物は、シリコン窒化膜１０４の母材側へも所定の速度で形成される（上記の（d）を参照）。したがって、すべてのシリコン酸化膜１０８をガスエッチングするのに要する時間から、シリコン窒化膜１０４の母材側へ侵入する変質物量を推測することで、シリコン窒化膜１０４の膜厚を設定することができる。

試料テーブル１１に載置されている試料１００のシリコン窒化膜１０４の変質物を分解した後に、試料テーブル１１の昇温を停止し、試料１００を冷却する。冷却は試料１００のシリコン酸化膜１０８をガスエッチングするのに適切な温度にまで冷却する。
試料１００が冷却されると、第１バルブ２１と第２バルブ３１を再度開けて、混合ガスをエッチング反応室１０内に供給し、シリコン酸化膜１０８のガスエッチングを開始する。図５に示すように、シリコン酸化膜１０８の横方向へのガスエッチングはさらに進行するとともに、シリコン窒化膜１０４の露出面からは再度変質膨張が生じる。
しかしながら、１回目のガスエッチングで生じたシリコン窒化膜１０４の変質物が熱分解されているために、新たに変質膨張したシリコン窒化膜１０４の変質物が、多結晶シリコン構造体層１１２と接するまでの時間に余裕ができている。したがって、その間にシリコン酸化膜１０８のガスエッチングは横方向へと進行させることができる。この場合でも、上記の（a）〜（d）等の知見に基づいて、変質膨張したシリコン窒化膜１０４の変質物が多結晶シリコン構造体層１１２と接する前に、ガスエッチングを停止する。そして、変質膨張したシリコン窒化膜１０４の変質物を、上記と同様の操作により試料１００を加温して分解する。これにより、図６に示す状態となる。
なお、図６に示す状態では、シリコン窒化膜１０４の母材側へ切り欠かれている。これは、シリコン窒化膜１０４の変質物が母材側へも進行しているために（上記の知見（d）参照）、変質膨張した変質物を加温により除去する操作と同時に、母材側へ進行した変質物も分解されるためである。

上記の操作を繰返して、図７に示すように、シリコン酸化膜１０８を完全にガスエッチングして除去し、中空空間１２０を形成する。
なお、エッチング反応室１０には、図示しないエッチング終了検出部が設けられているのが好ましい。このエッチング終了検出部は、試料のエッチングが終了したのを何らかの手段によって検出するものや、または何らかの条件によって判別するものであればよい。エッチング終了検出手段を設けることで、シリコン酸化膜１０８のガスエッチングが不充分であるなどの事態が生じるのを抑制することができる。なお、本出願人によって既に出願している特開２００１−１８５５３０号公報の技術を参考にすることができる。

図９に、実施例２の製造装置を示す。実施例１との違いは、エッチング反応室１０内に加熱ランプ２００が設けられている。なお、実施例１と同一の構成に関しては説明を省略する。
この製造装置では、試料テーブル１１に載置されている試料１００の多結晶シリコン構造体層１１２側から、加熱ランプ２００によって加温することができる。試料１００は多結晶シリコン構造体層１１２をガス供給プレート１３に向けて載置されている。したがって、加熱ランプ２００は、ガス供給プレート１３の側方であるとともに、試料テーブル１１に向けて加温可能な位置関係で配置されている。複数個の加熱ランプが配置されているのが好ましい。この場合、試料１００の多結晶シリコン構造体層１１２側から均等に加温することができる。

実施例１のように、試料テーブル１１を昇温し、その熱伝導により試料１００を加温する場合、試料１００の裏面側に形成されているシリコン基板１０２の膜厚等によって試料１００を加温するのに要する時間が長くなる。また、シリコン基板１０２の熱伝導度と膜厚によっては、シリコン窒化膜１０４を所定の温度に加温するために、試料テーブル１１をかなり高温にする必要が生じることがある。
一方、実施例２の加熱ランプ２００によって、試料１００の表面側から加温する場合、シリコン窒化膜１０４が素早く加温されるため、シリコン窒化膜１０４の変質物を分解する工程に要する時間を短くすることができる。

図１０に実施例３の製造装置を示す。この製造装置は、実施例１の製造装置に加えて、連結部８０と予備室７０が設けられている。なお、実施例１と同一の構成に関しては説明を省略する。
連結部８０は、エッチング反応室１０と予備室７０とを連結するとともに、外気からは遮断された構造となっている。
予備室７０内の圧力は、第２圧力計７２によって監視されている。予備室７０内には、第２試料テーブル７１が設けられており、この試料テーブル７１自体が昇温する機能を有している。なお、この場合、エッチング反応室１０内の試料テーブル１１が昇温機能を有していても、また有していなくてもよい。
ターボ分子ポンプ４０とエッチング反応室１０との間の配管は、予備室７０に分岐しており、そのターボ分子ポンプ４０と予備室７０との間の配管には、第５バルブ４２が設けられている。

実施例３の製造装置は、シリコン窒化膜１０４の変質物を加温して分解する工程を、予備室７０で実施することができる。
実施例１のように、エッチング反応室１０内で、試料１００のガスエッチング工程と試料１００の加温の工程を実施した場合、試料テーブル１１自体の温度が高くなる。そのため、試料１００の加温工程から試料のガスエッチング工程に移行するのに、試料テーブル１１が冷却される必要があり、工程間の移行に要する時間が長くなる。また、試料１００の加温の工程を実施した場合に、エッチング反応室１０内の雰囲気温度も上昇する。したがって、そのエッチング反応室１０内の雰囲気温度が冷却される必要があり、工程間の移行に要する時間が長くなる。その他に、試料１００の加温工程時に、エッチング反応室１０内に混合ガスが残存していると、所定の時間で変質物の熱分解が精度よく行えない場合が起こり得る。

実施例３の製造装置では、試料１００のガスエッチングする工程と、試料１００を加温する工程とを分けて実施するために、実施例１のような問題を解決することができる。したがって、中空空間１２０を有するマイクロ構造体の製造を、精度良く短時間で製造できる。
なお、エッチング反応室１０と予備室７０の間を開状態と閉状態に切換可能な開閉手段を備えているのが好ましい。この場合、エッチング反応室１０の混合ガスが予備室７０へ進入するのを防ぐことができる。
エッチング反応室１０と予備室７０の間で試料１００を搬送可能な搬送手段が設けられているのが好ましい。この場合、試料１００を外気に曝すことなく、エッチング反応室１０と予備室７０の間で試料１００の搬送が可能となる。
なお、図１１に示すように、予備室７０に加熱ランプ２００が設けられていてもよい。この場合、試料１００の多結晶シリコン構造体層１１２側から加温することが可能となるため、さらに中空空間を有するマイクロ構造体を短時間で製造することが可能である。

以上、本発明の具体例を詳細に説明したが、これらは例示に過ぎず、特許請求の範囲を限定するものではない。特許請求の範囲に記載の技術には、以上に例示した具体例を様々に変形、変更したものが含まれる。
例えば、上記の各実施例の製造装置の構成に加えて、コーティング室と、有機ケイ素化合物を収容する容器と、水を収容する容器と、これらをガスに変換してコーティング室へ供給する供給部を備えていてもよい。この構成が設けられていると、コーティング室内で、試料の多結晶シリコン構造体層の表面に、撥水性の膜をコーティングすることができる。これにより多結晶シリコン構造体のスティッキング現象の発生を抑制できる。
本発明に係るマイクロ構造体は、加速度センサーの他に、例えば角速度センサ、圧力センサ等に好適に用いることができる。
また、本明細書または図面に説明した技術要素は、単独であるいは各種の組合せによって技術的有用性を発揮するものであり、出願時請求項記載の組合せに限定されるものではない。また、本明細書または図面に例示した技術は複数目的を同時に達成し得るものであり、そのうちの一つの目的を達成すること自体で技術的有用性を持つものである。

実施例１のマイクロ構造体の製造装置の構成を示す。 実施例１のマイクロ構造体の製造過程を示す（１）。 実施例１のマイクロ構造体の製造過程を示す（２）。 実施例１のマイクロ構造体の製造過程を示す（３）。 実施例１のマイクロ構造体の製造過程を示す（４）。 実施例１のマイクロ構造体の製造過程を示す（５）。 実施例１のマイクロ構造体の製造過程を示す（６）。 実施例１のマイクロ構造体の製造過程を示す（７）。 実施例２のマイクロ構造体の製造装置の構成を示す。 実施例３のマイクロ構造体の製造装置の構成を示す（１）。 実施例３のマイクロ構造体の製造装置の構成を示す（２）。 マイクロ構造体の断面図を示す。 従来のマイクロ構造体の構造過程を示す（１）。 従来のマイクロ構造体の構造過程を示す（２）。 従来のマイクロ構造体の構造過程を示す（３）。 従来のマイクロ構造体の構造過程を示す（４）。

符号の説明

１０：エッチング反応室
１３：ガス供給プレート
２０：フッ化水素容器
３０：メチルアルコール容器
４０：ターボ分子ポンプ
５０：ロータリーポンプ
６０：ドライポンプ
２１、３１：バルブ
２２、３２：質量流量計

Claims (5)

1. シリコン窒化膜上にシリコン酸化膜が形成されており、そのシリコン酸化膜がシリコン系材料で覆われており、そのシリコン系材料に形成されている開口からシリコン酸化膜が露出している試料を加工して中空空間を有するマイクロ構造体を製造する方法であり、
   (1) ＨＦ_２ ⁻を含むガスを用いて前記開口からシリコン酸化膜をガスエッチングする段階と、
   (2) 試料を加温する段階と、
   (3) 試料を冷却する段階と、
   を含むサイクルを1サイクル以上実行することを特徴とするマイクロ構造体の製造方法。
2. シリコン窒化膜上にシリコン酸化膜が形成されており、そのシリコン酸化膜がシリコン系材料で覆われており、そのシリコン系材料に形成されている開口からシリコン酸化膜が露出している試料を加工して中空空間を有するマイクロ構造体を製造する装置であり、
   エッチングガス供給部とエッチング反応室とガス排出手段と加温手段を備え、
   エッチングガス供給部は、ＨＦ_２ ⁻を含むガスをエッチング反応室へ供給し、
   ガス排出手段は、エッチング反応室内のガスを排出し、
   加温手段は、エッチング反応室内に設けられるとともに、試料を加温可能であることを特徴とするマイクロ構造体の製造装置。
3. シリコン窒化膜上にシリコン酸化膜が形成されており、そのシリコン酸化膜がシリコン系材料で覆われており、そのシリコン系材料に形成されている開口からシリコン酸化膜が露出している試料を加工して中空空間を有するマイクロ構造体を製造する装置であり、
   エッチングガス供給部とエッチング反応室とガス排出手段と予備室と連結部と加温手段を備え、
   エッチングガス供給部は、ＨＦ_２ ⁻を含むガスをエッチング反応室へ供給し、
   ガス排出手段は、エッチング反応室内のガスを排出し、
   連結部は、エッチング反応室と予備室を連結するとともに外気からは遮断されており、
   加温手段は、予備室内に設けられるとともに、試料を加温可能であることを特徴とするマイクロ構造体の製造装置。
4. 加温手段が、試料のシリコン系材料側から加温可能であることを特徴とする請求項２または３のマイクロ構造体の製造装置。
5. エッチングガス供給部は、フッ化水素ガスとメチルアルコールガスを反応させてＨＦ_２ ⁻を含むガスを発生させることを特徴とする請求項２〜４のいずれかのマイクロ構造体の製造装置。

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