JP2010162629A - Ｍｅｍｓデバイスの製造方法 - Google Patents

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Abstract

【課題】ＭＥＭＳ構造体の構造寸法を広い範囲で調整できると共に、均一な寸法調整を行うことができ、或いは、動作態様を変化させないＭＥＭＳデバイスの調整方法及びこれを用いた製造方法を提供する。
【解決手段】本発明のＭＥＭＳデバイスの製造方法は、基板１０上に、ＭＥＭＳ構造体２０と、該ＭＥＭＳ構造体２０の周囲に外部に開口した空洞部を有する被覆構造とを形成する基板上構造形成工程と、その後、外部より前記ＭＥＭＳ構造体２０の周囲２０ＣにエッチングガスＥＧを供給して前記ＭＥＭＳ構造体の表面エッチングを気相で行う構造体エッチング工程と、を具備することを特徴とする。
【選択図】図２

Description

本発明はＭＥＭＳデバイスの製造方法に係り、特に、ＭＥＭＳ構造体の構造寸法を調整するための製造工程に関する。
ＭＥＭＳ（Micro Electro Mechanical Systems）は微小構造体形成技術の一つで、例えばミクロンオーダー等の微細な電子機械システムを作る技術やその製品のことを言う。半導体チップはシリコン基板上にシリコン、酸化膜、金属等の薄膜を積み重ねて電子回路を作ることから、その回路構造は通常は平面的なパターンで構成されるが、ＭＥＭＳで上記半導体チップの製造技術、すなわち半導体製造技術を用いる場合には、基板上に薄膜を形成し、この薄膜をエッチングにより部分的に基板より分離することによって、ミクロンサイズの板ばね、鏡、回転軸などを形成するので、ＭＥＭＳ構造体は立体的な構造を有し、少なくとも一部には可動部を備えたものとされる。
ＭＥＭＳが注目されている分野として携帯電話機などを構成するための通信技術の分野がある。携帯電話機にはＬＳＩの他にフィルタ、アンテナ・スイッチ、送受信スイッチなど多くの部品が組み込まれている。Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈや無線ＬＡＮを利用するマルチバンド化が進めば、アンテナの切り替えスイッチやバンド切り替えスイッチなどの受動部品が増えるので、小型化、省消費電力化を進めるためには上記の部品を一つの半導体チップに収めて部品点数を減らすことが最も効率の良い対策となる。この対策では、配線が短くなり、ＭＥＭＳ部品がメカニカルに動作することからノイズに強く低損失化などの性能向上も見込めるという利点もある。また、半導体を用いることでＬＳＩと一体化させるなど、従来の既存の構成部品と合体させることも可能になる。上記のようなＭＥＭＳデバイスの製造方法の一例としては、たとえば以下の特許文献１に開示されているものがある。
上述のように、ＭＥＭＳは種々の利点を有するが、その反面、構造が微小であることから、製造プロセスのばらつきが動作特性に及ぼす影響が大きく、高性能で均一な動作特性を得るためには種々の調整方法が必要となる。たとえば、ＭＥＭＳ振動子では所定の周波数信号を出力するが、その周波数特性、たとえば動作周波数（共振周波数）を規定の許容範囲に収める必要がある。このような周波数特性の調整方法としては、駆動電圧（ＤＣバイアス電圧）を変化させることで動作周波数を増減させる方法（以下の非特許文献１参照）、振動する可動部に電流を流して加熱することで材料物性や寸法を変化させる方法（以下の特許文献２参照）、可動部に材料を蒸着させる方法（以下の非特許文献２参照）などが提案されている。
特開２００８−１１４３５４号公報 特表２００７−５３５２７５号公報 S Chowdhury, M Ahmadi and W C Miller, "A Closed-Form Model for The Pull-in Voltage of Electrostatically Actuated Cantilever Beams" Journal of Micromechanics and Microengineering, 2005, pp.756-763, vol.15 Daphne Joachim, Liwei Lin,"Characterization of Selective Polisilicon Deposition for MEMS Resonator Tuning" Journal of Micromechanical Systems, Apr. 2003, pp.193-200, vol.12, No.2, IEEE
しかしながら、前述の駆動電圧を変化させることで動作周波数を変化させる方法では、動作周波数を変化させることのできる範囲が限定されているため、調整ができない場合があり、また、調整可能なデバイスが振動子などの動作態様が駆動電圧に依存するものに限定されるという問題点がある。
また、前述の電流による加熱を用いる方法では、構造体の構成材料に依存するために必ずしも十分な調整ができない場合があるとともに、可動部が部分的に変化することにより振動モードが変化するなど、動作態様自体が変化してしまう虞があるという問題点がある。
さらに、前述の可動部に材料を蒸着させる方法では、可動部に部分的に材料が付着することで、上記と同様に振動モードが変化するなど、動作態様自体が変化してしまう虞があるという問題点がある。
そこで本発明は上記問題点を解決するものであり、その課題は、ＭＥＭＳ構造体の構造寸法を広い範囲で調整できると共に、均一な寸法調整を行うことができ、或いは、動作態様を変化させないＭＥＭＳデバイスの調整方法及びこれを用いた製造方法を提供することにある。
斯かる実情に鑑み、本発明のＭＥＭＳデバイスの製造方法は、基板上に、ＭＥＭＳ構造体と、該ＭＥＭＳ構造体の周囲に外部に開口した空洞部を有する被覆構造とを形成する基板上構造形成工程と、その後、外部より前記ＭＥＭＳ構造体の周囲にエッチングガスを供給して前記ＭＥＭＳ構造体の表面エッチングを気相で行う構造体エッチング工程と、を具備することを特徴とする。
本発明によれば、基板上構造形成工程においてＭＥＭＳ構造体の周囲が外部に開口した被覆構造の空洞部により通気状態を有するように構成され、その後に、ＭＥＭＳ構造体の周囲にエッチングガスを供給してその表面エッチングを行うことにより、ＭＥＭＳ構造体の構造寸法を広い範囲で調整できるとともに、上記表面エッチングは気相で行われるため、微細で複雑な構造を有するＭＥＭＳ構造体でもより均一にエッチングすることができることから、エッチングによるＭＥＭＳ構造体の動作上の弊害の発生を回避することができ、たとえば、部分的な構造寸法の変化に起因する振動モードの変化など、動作態様の変動を防止することができる。また、気相エッチングを用いるので、被覆構造の空洞部内に配置されるＭＥＭＳ構造体に対する表面エッチングであっても、エッチングの均一性やばらつきを招き難くなるという利点がある。
本発明の一の態様においては、前記基板上構造形成工程の後に、前記ＭＥＭＳ構造体の動作特性に関する検査を行い、その検査結果を基準値と比較してさらに前記表面エッチングを実施するか否かを判定する動作特性検査工程をさらに具備する。これによれば、動作特性を検査し、この検査結果を基準値と比較することで表面エッチングをさらに行うか否かを判定し、必要であれば表面エッチングをさらに実施し、必要がなければそのまま次の工程に進むようにすると、基板上構造形成工程において形成されたＭＥＭＳ構造体の構造寸法に応じて基準値に対応する範囲内の動作特性を有するＭＥＭＳデバイスを製造できる。この動作特性検査工程は、上記基板上構造形成工程の後であれば、上記構造体エッチング工程の前、同構造体エッチングの後、或いは、同構造体エッチング工程中のいずれに行っても構わない。また、ＭＥＭＳ構造体は被覆構造の空洞部内に配置されるので、外部より視認してエッチング状態を直接確認することが困難であるが、本発明では動作特性検査工程を設けることで、表面エッチングによる効果を特性面より確認できるという利点がある。
この場合には、前記ＭＥＭＳ構造体は動作可能な可動部を備え、前記動作特性検査工程では前記可動部を動作させた状態で前記検査が行われることが好ましい。これによれば、可動部を動作させた状態でＭＥＭＳ構造体の動作特性の検査が行われるので、可動部を有するＭＥＭＳ構造体の動作特性を確実かつ高精度に検査することができる。
本発明の他の態様においては、前記ＭＥＭＳ構造体はシリコン層により構成され、前記エッチングガスはＸｅＦ２である。ＭＥＭＳ構造体をシリコン層で構成することで、一般的な半導体製造技術を用いてデバイスを形成できるから、製造コストの低減、デバイスの小型化、性能の向上などを図ることができる。なお、上記シリコン層としては、多結晶シリコン、単結晶シリコン、アモルファスシリコンを含むとともに、これらの各種シリコンにｎ型、ｐ型といった種々のドーパントを任意の不純物密度でドーピングしてなるものをも含む。
また、エッチングガスをＸｅＦ２とすることでシリコン層の表面を容易にエッチングすることが可能になる。また、ＸｅＦ２によるシリコン層のエッチングは等方性エッチングであるので、ＭＥＭＳ構造体の露出表面を均一にエッチングすることができることから、動作態様の変化をさらに低減することが可能になる。さらに、ＸｅＦ２によれば、シリコン酸化膜、シリコン窒化膜、アルミニウムに対するエッチングレートが極めて小さいので、半導体製造技術において犠牲層、層間絶縁膜、リリースエッチングに対するエッチングストップ層、配線層、電極層などに用いられる上記の材料をエッチングする虞がないため、表面エッチングによる障害を考慮せずにプロセス設計を行うことができ、表面エッチングの時間その他の条件を広い範囲で設定することが可能になる。
しかしながら、本発明における上記エッチングガスの種類としては、上記のＸｅＦ２に限らず、以下の種々のガスを用いることができる。たとえば、上記のシリコン層に対するエッチングガスとしては、上記のＸｅＦ２の他に、Ｃｌ２、Ｃｌ２とＨＢｒの混合ガス、Ｃｌ２とＯ２の混合ガス、ＣＦ４とＯ２の混合ガス、ＳＦ６、Ｃｌ２とＮ２の混合ガス、Ｃｌ２とＨＣｌの混合ガス、ＨＢｒとＣｌ２とＳＦ６の混合ガス、Ｃ４Ｆ８、ＣＢｒＦ３、ＳｉＣｌ４とＣｌ２の混合ガス、ＳＦ６とＮ２とＡｒの混合ガス、ＢＣｌ２とＣｌ２とＡｒの混合ガスなどが挙げられる。
また、窒化シリコン（Ｓｉ３Ｎ４）に対するエッチングガスとしては、ＣＦ４、ＣＦ４とＯ２の混合ガス、ＣＦ４とＨ２の混合ガス、ＣＨＦ３とＯ２の混合ガス、Ｃ２Ｆ６、ＣＨＦ３とＯ２とＣＯ２の混合ガス、ＣＨ２Ｆ２とＣＦ４の混合ガスなどが挙げられる。
さらに、酸化シリコン（ＳｉＯ２）に対するエッチングガスとしては、ＣＦ４、Ｃ４Ｆ８とＯ２とＡｒの混合ガス、Ｃ５Ｆ８とＯ２とＡｒの混合ガス、Ｃ３Ｆ６とＯ２とＡｒの混合ガス、Ｃ４Ｆ８とＣＯの混合ガス、ＣＨＦ３とＯ２の混合ガス、ＣＦ４とＨ２の混合ガスなどが挙げられる。
また、アルミニウム（Ａｌ）に対するエッチングガスとしては、ＢＣｌ３とＣｌ２の混合ガス、ＢＣｌ３とＣＨＦ３とＣｌ２の混合ガス、ＢＣｌ３とＣＨ２とＣｌ２の混合ガス、ＢとＢｒ３とＣｌ２の混合ガス、ＢＣｌ３とＣｌ２とＮ２の混合ガス、ＳｉＯ４とＣｌ２の混合ガスなどが挙げられる。
さらに、銅（Ｃｕ）に対するエッチングガスとしては、Ｃｌ２、ＳｉＣｌ４とＣｌ２とＮ２とＮＨ３の混合ガス、ＳｉＣl４とＡｒとＮ２の混合ガス、ＢＣｌ３とＳｉＣl４とＮ２とＡｒの混合ガス、ＢＣｌ３とＮ２とＡｒの混合ガスなどが挙げられる。
そして、有機材料（フォトレジスト、ポリイミド樹脂など）に対するエッチングガスとしては、プラズマアッシングを用いる場合にＯ２プラズマが挙げられる。
本発明の別の態様においては、前記動作特性検査工程は前記構造体エッチング工程中に前記表面エッチングと並行して行われ、前記動作特性が前記基準値と対応する範囲に該当したときに前記表面エッチングを停止する。これによれば、構造体エッチング工程が気相エッチングを用いて行われることで、上記のようにリアルタイムで動作特性を検査することができる。そして、この場合には、動作特性を検査して前記範囲に該当したときに表面エッチングを停止することで、動作特性をより精密に調整することが可能になる。また、ＭＥＭＳ構造体が可動部を備える場合には、気相エッチング中に可動部を動作させることでエッチングガスが攪拌され、可動部に対する表面エッチングの均一性や狭隘部（狭い間隔で対向する部分）のエッチングレートがさらに高まるという利点もある。特に、本発明では、ＭＥＭＳ構造体が被覆構造の空洞部内に配置されることで外部より表面エッチングの程度を視認等により直接確認することが困難であるが、表面エッチング中にリアルタイムで動作特性の検査を行うことによりエッチング状態の精密な制御が可能になる点で大きな意義を有する。
本発明のさらに別の態様においては、前記ＭＥＭＳデバイスは前記ＭＥＭＳ構造体の前記可動部を振動させるＭＥＭＳ振動子であり、前記動作特性は周波数特性である。これによれば、動作特性検査工程では可動部を振動させて周波数特性を検出するが、構造体エッチング工程中に検査を行う場合には、可動部が振動することで、上記効果に加えて、エッチングガスの攪拌作用をさらに高めることができるという利点がある。
この場合には、前記動作特性検査工程は前記構造体エッチング工程中に前記表面エッチングと並行して前記可動部を常時振動させて行われ、前記動作特性が前記基準値に対応する範囲に該当したときに前記表面エッチングを停止することが好ましい。これによれば、構造体エッチング工程が気相エッチングを用いて行われることで、上記のようにリアルタイムで動作特性を検査することができる。そして、この場合には、動作特性を検査して前記範囲に該当したときに表面エッチングを停止することで、動作特性をより精密に調整することが可能になる。また、ＭＥＭＳ構造体が可動部を備える場合には、気相エッチング中に可動部を動作させることでエッチングガスが攪拌され、可動部に対する表面エッチングの均一性や狭隘部（狭い間隔で対向する部分）のエッチングレートがさらに高まるという利点もある。さらに、表面エッチングが行われている間は常時可動部が振動していることで、エッチングレートの時間的安定性や再現性がより向上する。
本発明の異なる態様においては、前記基板上構造形成工程は、前記基板上に第１の犠牲層とともにＭＥＭＳ構造体を形成する段階と、前記ＭＥＭＳ構造体の上方に前記被覆構造の少なくとも一部を構成する第２の犠牲層を形成する段階と、第２の犠牲層上に開口を備えた蓋体を形成する段階と、該蓋体の前記開口を通して前記第１の犠牲層及び前記第２の犠牲層を除去し、前記ＭＥＭＳ構造体を解放（リリース）するとともに前記ＭＥＭＳ構造体の周囲に前記空洞部を形成する段階と、を含み、前記構造体エッチング工程は、前記蓋体の前記開口を通して前記エッチングガスを前記空洞部の内部に導入して行われ、前記構造体エッチング工程の後に、前記蓋体の前記開口を閉鎖する開口閉鎖工程を有する。これによれば、蓋体の開口を通してエッチングガスを空洞部の内部に導入することで、支障なく構造体エッチング工程を実施できると共に、開口閉鎖工程により蓋体の開口を閉鎖することで、ＭＥＭＳ構造体が収容される空洞部を密閉することができる。したがって、通常の半導体製造プロセスのようにウエハ単位で複数のチップを加工した後にチップを分割する製造方法を採用する場合には、ＭＥＭＳ構造体の封止をウエハ単位で行うことができ、チップ単位での封止作業を不要とすることができる。
本発明のＭＥＭＳデバイスの調整方法及びこれを用いた製造方法によれば、ＭＥＭＳ構造体の構造寸法を広い範囲で調整できると共に、均一な寸法調整を行うことができ、或いは、動作態様の変動を回避できるという優れた効果を奏し得る。
次に、添付図面を参照して本発明の実施形態について詳細に説明する。最初に、図１及び図２を参照して本発明のＭＥＭＳデバイスの製造方法について説明する。図１及び図２は本実施形態のＭＥＭＳデバイスの製造方法の各工程を模式的に示す概略工程断面図である。
図１（ａ）に示すように、本実施形態では、単結晶シリコン等の半導体等からなる基板（ウエハ）１０を基体とし、この基板１０上にＭＥＭＳ構造体２０を形成してなるＭＥＭＳデバイスを製造する。ただし、基板１０は半導体に限らず、ガラス、セラミックス、樹脂などの種々の素材で構成されたものを用いることが可能である。
基板１０の表面上には必要に応じて酸化シリコン等よりなる絶縁膜（図示せず）が形成され、基板１０との絶縁が確保される。もっとも、基板１０がガラス、セラミックス、樹脂、低ドーピングの半導体などの絶縁性の高い素材で構成されている場合、あるいは、表面に絶縁膜を形成済みの基板（例えばＳＯＩ基板など）を用いる場合には当該絶縁膜は不要である。
また、基板１０の表面上には後述するリリースエッチングや表面エッチング等のエッチング工程に耐性を有する下地層１１が形成される。一般的なシリコンをベースとした半導体製造技術を用いる場合には、下地層１１はＣＶＤ法などで形成される窒化シリコン膜で構成される。この下地層１１は上記エッチング工程において必要とされる範囲に限定的に形成されることが好ましい。
さらに、基板１０上には、固定電極及びその配線部として機能しうる下層パターン２１と、可動電極及びその配線部として機能しうる上層パターン２２とが第１の犠牲層２３を介して形成される。下層パターン２１は上記の下地層１１上に成膜される第１の導電層の一部で構成される。また、上層パターン２２は、下層パターン２１を構成する第１の導電層の上記一部とは分離されて設けられる第１の導電層の他部と、第１の導電層の上記一部上に形成される第１の犠牲層２３上の領域及び第１の導電層の上記他部上の第１の犠牲層２３の形成されていない領域の双方に第２の導電層を成膜することによって、第２の導電層が上記第１の導電層の一部と第１の犠牲層２３を介して対向するとともに上記第１の導電層の他部と導電接続される態様で構成される。以上がＭＥＭＳ構造体２０を形成する段階である。
上記のＭＥＭＳ構造体２０は、図示例の場合、上層パターン２２の一部において、下層パターン２１に対して第１の犠牲層２３を介して対向する可動部２２Ｍを備えたものとされる。この可動部２２Ｍは図１（ａ）の状態では基板１０上に固定されているが、後述する工程を経て最終的に動作可能な状態とされる。導電層（上記の第１の導電層及び第２の導電層）を構成する素材としては、導電性を付与したシリコンを用いることが好ましい。たとえば、リンなどのｎ型ドーパントを不純物として導入した多結晶シリコン若しくはアモルファスシリコンである。ドーパントとしてはｎ型ドーパントに限らず、ホウ素などのｐ型ドーパントを用いることも可能である。このような素材はＣＶＤ法、スパッタリング法等により容易に成膜することができる。ただし、上記の素材としては、ＭＥＭＳ構造体２０の動作に必要な程度の導電性を有する導電体であれば如何なるものであってもよく、たとえば、アルミニウム等の金属であってもよい。
図１（ｂ）に示すように、上記のＭＥＭＳ構造体２０の上には、酸化シリコン等よりなる層間絶縁膜１２が形成され、この層間絶縁膜１２の一部に開口１２ａが形成される。層間絶縁膜１２上にはアルミニウム等の導電体で構成される配線層１３が形成され、この配線層１３は上記開口１２ａを通して下層の導電体、たとえば下層パターン２１、上層パターン２２、その他の下層配線に導電接続される。このとき、配線層１３の一部はＭＥＭＳ構造体２０の周囲を取り巻くように形成される周囲壁１３Ｘを構成する。なお、上記の開口１２ａは、配線接続のためのコンタクトホール、或いは、上記周囲壁１３Ｘを構成するための型枠として機能する。
また、上記と同様にして、配線層１３上には酸化シリコン等よりなる層間絶縁膜１４が形成され、この層間絶縁膜１４にも開口１４ａが形成される。層間絶縁膜１４上にはアルミニウム等の導電体で構成される配線層１５が形成され、この配線層１５は上記開口１４ａを通して下層の導電体、たとえば配線層１３、周囲壁１３Ｘ、その他の配線パターンに導電接続される。このとき、配線層１５の一部はＭＥＭＳ構造体２０の周囲を取り巻くように形成される周囲壁１５Ｘを構成する。なお、上記の開口１４ａは、配線接続のためのコンタクトホール、或いは、上記周囲壁１５Ｘを構成するための型枠として機能する。ここで、層間絶縁膜１２及び１４は、ＭＥＭＳ構造体２０上にある部分、すなわち、ＭＥＭＳ構造体２０と後述する蓋体１５Ｙとの間にある部分が上記の第２の犠牲層となる。したがって、層間絶縁膜１２及び１４を形成する段階が上記の第２の犠牲層を形成する段階である。
配線層１５の他の部分はＭＥＭＳ構造体２０の上方を覆う蓋体１５Ｙを構成する。この蓋体１５Ｙには１又は複数の開口１５ａが設けられる。また、蓋体１５Ｙは上記層間絶縁膜１４上に形成されている。この段階は上記の蓋体を形成する段階である。
なお、基板１０上の上記層間絶縁膜１２、１４と配線層１３、１５が交互に積層されてなる積層構造は上記被覆構造に相当するものであるが、当該被覆構造はこのような積層構造に限らず、例えば上記の第２の犠牲層に対応する絶縁層のみで形成されていてもよい。また、上記積層構造は、図示例では２周期で合計４層の構造として構成されるが、当該積層構造の周期数や積層数は任意であり、例えば１周期でも３周期以上でも構わない。これらの周期数や積層数は基板１０上の配線構造や回路構造によって適宜に判定される。
配線層１５上にはさらに絶縁膜１６が形成される。この絶縁膜１６は最終的に製造されるデバイスの表面を構成する場合がある。絶縁膜１６は酸化シリコンや窒化シリコン等で構成されることが好ましいが、特に、酸化シリコンと窒化シリコンの２層構造とされることが望ましい。この場合、酸化シリコンは下層側（配線層１５の側）に形成され、窒化シリコンはその上（表面）に形成される。なお、デバイスの表面上で電気的接続を可能にする必要がある場合には、絶縁膜１６に図示しない開口を設け、この開口を通して配線層１５と導電接続された接点を形成する。
次に、必要に応じて、上記の構造の表面にＭＥＭＳ構造体２０の上方に開口１７ａを備えた保護膜１７を形成する。この保護膜１７としては特に限定されないが、たとえば、感光性レジストを塗布し、露光、現像を行うことによって上記開口１７ａを形成してなるレジストマスクを用いることができる。この保護膜１７は以下に説明するリリース工程時のエッチングが不要な部分を保護する機能を有する。ただし、上記絶縁膜１６によって当該保護膜１７の機能を果たせる場合には不要である。
次に、図１（ｃ）に示すように、弗酸や緩衝弗酸などのエッチング液を用いて、蓋体１５Ｙの開口１５ａを通して上記の第１の犠牲層及び第２の犠牲層を除去する。これが上記のＭＥＭＳ構造体をリリースするとともにＭＥＭＳ構造体の周囲に空洞部を形成する段階（リリース段階）である。この段階により、ＭＥＭＳ構造体２０の可動部２２Ｍは第１の犠牲層及び第２の犠牲層から解放され、動作可能な状態とされるとともに、ＭＥＭＳ構造体２０の周囲が蓋体１５Ｙの開口１５ａを通して外部と通気状態を有するように構成される。すなわち、蓋体１５Ｙの下方には空洞部２０Ｃが形成され、この空洞部２０Ｃ内にＭＥＭＳ構造体２０が収容された状態とされ、この空洞部２０Ｃは開口１５ａを通して外部と連通する。以上のように上記の各段階を含み、最終的にＭＥＭＳ構造体２０の周囲が外部と通気状態を有するように構成するための工程が上記の基板上構造形成工程である。なお、上記のリリース段階では、空洞部２０Ｃの内部を水洗等により洗浄することで、上記のエッチング液を十分に除去することが好ましい。
上記のように構成されたＭＥＭＳ構造体２０では、上層パターン２２に設けられた可動電極２２Ａの可動部２２Ｍが、下層パターン２１に設けられた固定電極２１Ａと間隙を介して対向配置される。これによって、固定電極２１Ａと可動電極２２Ａの間に交流信号を与えると、静電力により可動部２２Ｍが上記間隙を増減する態様で振動する。可動部２２Ｍは、長さＬと厚みｄによって判定される以下の共振周波数を有し、ＭＥＭＳ構造体２０は共振子、或いは、信号フィルタとして機能する。
ＭＥＭＳ構造体２０の共振周波数Ｆｒは以下の数式１で表わされる。
Figure 2010162629
 ここで、Ｋｍは可動部２２Ｍの機械的剛性、Ｍｅは可動部２２の有効質量である。機械的剛性Ｋｍ及び有効質量Ｍｅは、可動部２２Ｍの長さ、幅及び厚みに大きく影響される。図１（ｃ）では可動部２２Ｍの長さＬ、厚みｄを示してある。
図３にはＭＥＭＳ構造体２０の平面図を示す。上記のように構成されたＭＥＭＳ構造体２０は、固定電極２１Ａの上方に可動電極２２Ａが平面的に重なるように配置され、可動部２２Ｍが固定電極２１Ａ上において可動に構成されている。図示例の場合、可動部２２Ｍの幅ｗより固定電極２１Ａの幅が大きく構成され、可動部２２Ｍが幅方向の全体に亘り固定電極２１Ａ上に配置されるように構成される。
図示例の場合、固定電極２１Ａは下層パターン２１の一部で構成される配線を介して図１（ｃ）に点線で示すように層間絶縁膜１２のコンタクトホールを介して配線層１３の一部で構成される配線パターンに導電接続される。また、可動電極２２Ａは上層パターン２２の一部で構成される配線を介して図１（ｃ）に点線で示すように層間絶縁膜１２の別のコンタクトホールを介して配線層１３の他の一部で構成される配線パターンに導電接続される。さらに、固定電極２１Ａは周囲壁１３Ｘ、１５Ｘにも導電接続されており、周囲壁１３Ｘ、１５Ｘは図３に示すようにＭＥＭＳ構造体２０を取り巻くように構成されている。ただし、周囲壁１３Ｘ，１５Ｘは可動電極２２Ａと接続された上層パターン２２の配線と導電接続しないように一部が欠けた構造とされている。
なお、上記のＭＥＭＳ構造体２０の配線構造は、上記構成に限らず、結果的に固定電極２１Ａと可動電極２２Ａとの間に所定の信号を供給することができるように構成されていればよい。たとえば、上記固定電極２１Ａと可動電極２２Ａの少なくとも一方に接続された配線を、基板１０の表層部に形成された導電性領域を介して外部と導電接続させてもよく、この場合には、周囲壁１３Ｘ，１５ＸがＭＥＭＳ構造体２０を平面的に見て完全に包囲するように構成されていてもよい。また、上記固定電極２１Ａと可動電極２２Ａの少なくとも一方に接続された配線を、配線層１５の一部で構成される配線パターンを介して外部と導電接続させても構わない。
次に、図２（ａ）に示すように、外部からエッチングガスＥＧを上記の開口１５ａを通して空洞部２０Ｃ内に導入し、ＭＥＭＳ構造体２０の表面エッチングを気相で行う。このとき、後述するように、エッチングガスＥＧの導入をスムーズかつ効率的に行うために、空洞部２０Ｃ内を減圧（真空に）してから、エッチングガスＥＧを供給することが好ましい。
エッチングガスＥＧは、本実施形態の場合、弗化キセノン（ＸｅＦ２）を用いる。また、このガスにＮ２やＡｒ等の不活性ガスや他の活性ガスを混合してもよい。弗化キセノンは、以下の化学式１に示すように、シリコン表面上でＸｅとＦに乖離し、Ｆがシリコンと反応して揮発性のＳｉＦｘを生成する。
Figure 2010162629
これによってシリコンはエッチングされるが、シリコンに対するエッチング特性は等方性であり、ＭＥＭＳ構造体２０の表面を均一にエッチングすることができる。また、弗化キセノンは酸化シリコン、窒化シリコン、及び、アルミニウムに対してはほとんどエッチング能力を有しないので、本実施形態ではＭＥＭＳ構造体２０の周囲に配置される空洞部２０Ｃの内壁面、下地面、蓋体などへの影響はほとんどない。ただし、水分があるとＦと反応してＨＦを生成し、酸化シリコンを侵す場合があるので、特に空洞部２０Ｃの内面については水分を十分に除去しておくことが好ましい。
このようにＭＥＭＳ構造体２０の表面エッチングを気相で行う工程が上記の構造体エッチング工程である。この構造体エッチング工程では、ＭＥＭＳ構造体２０のうち、周囲、すなわち空洞部２０Ｃに露出した表面がエッチングガスＥＧによってエッチングされる。この場合、気相でエッチングを行うことで、狭隘部である固定電極２１Ａと可動部２２Ｍの対向面においても良好なエッチング作用が生ずる。また、可動部２２Ｍの表裏面が共に露出していることと、厚みｄに比べて長さＬや幅ｗが十分に大きいことから、主として可動部２２Ｍの厚みｄが相対的に大きく減少する。これによって、ＭＥＭＳ構造体２０の共振周波数Ｆｒは低下する。したがって、この構造体エッチング工程を実施することにより、ＭＥＭＳ構造体２０の動作特性、すなわち周波数特性を調整することができる。本実施形態ではＭＥＭＳ構造体２０の共振周波数Ｆｒを構造体エッチング工程により基準値を中心とする許容周波数範囲内となるように調整する。
この構造体エッチング工程は、固定電極２１Ａと可動電極２２Ａの間に交流電圧を印加してＭＥＭＳ構造体２０を動作させながら行うことができる。ＭＥＭＳ構造体２０を動作させると、本実施形態では可動部２０Ｍが上下に振動する。このように可動部２０Ｍを振動させることで、上記エッチングガスＥＧが空洞部２０Ｃの内部で攪拌されるため、エッチング効率（エッチングレート）を高くすることができるとともに、表面エッチングの均一性を高めることができる。特に、エッチングガスＥＧ内で振動する可動部２２Ｍに対するエッチング量の増大や均一性の向上を図ることができる。
なお、上記の点は、本実施形態のようにＭＥＭＳ構造体２０がＭＥＭＳ振動子を構成する場合に限らず、後述する各種のＭＥＭＳデバイスにおいて可動部が設けられる場合には、可動部を動作（並進移動、回動、撓み変形、開閉）させて行うことにより、程度の差はあるが同様の効果を得ることができる。
また、上記のＭＥＭＳ構造体２０の動作は、構造体エッチング工程の一部期間でのみ行われるようにしてもよく、構造体エッチング工程の全期間に亘って行われるようにしてもよい。後者の場合、構造体エッチング工程中におけるエッチング特性（エッチングレートやエッチング均一性）を時間的に一定に保つことができると共に再現性も向上し、また、エッチング特性（エッチングレートやエッチング均一性）のさらなる向上を図ることができる。
上記のように、ＭＥＭＳ構造体２０を動作させることで、ＭＥＭＳ構造体２０の動作特性を検出することができる。本実施形態の場合、可動部２２Ｍを振動させることでＭＥＭＳ構造体２０の周波数特性、たとえば共振周波数Ｆｒを測定することができる。この工程が上記の動作特性検査工程である。この動作特性検査工程は、ＭＥＭＳ構造体２０の動作特性を検査する工程であるが、この動作特性の検査は、本実施形態の可動部を実際に動作させて行う場合に限らず、ＭＥＭＳ構造体２０の構造寸法を何らかの手段（たとえば静電容量の測定、光学的計測方法など）で静的に検査する場合、ＭＥＭＳ構造体２０の剛性、強度などを機械的に（例えば探針等で）検査する場合、通常のＭＥＭＳ構造体２０の動作とは異なる態様で動作させて（たとえば、異なる振動モードで振動させて）行う場合、外部から振動加速度を付与することで可動部を動作させて行う場合なども含む。
本実施形態では、上記動作特性検査工程は、構造体エッチング工程の一部期間においてのみ行われても良く、或いは、全期間に亘り行われてもよい。前者の場合、動作特性の検査は任意の一部期間において１回若しくは複数回検査を行うことができる。また、後者の場合、動作特性の検査は所定の検査サイクルで、或いは、リアルタイムで行うことができる。
この動作特性検査工程は、構造体エッチング工程ではなく、構造体エッチング工程が一時的に停止されたとき、或いは、構造体エッチング工程の後に行われてもよい。この場合、所定の時間で構造体エッチング工程を実施した後に、動作特性検査工程を実施し、得られた検査結果に応じて、再び上記構造体エッチング工程を再度実施したり、或いは、そのまま次工程へ進んだりすることができる。このような判断は、通常、検査結果を基準値と比較し、所定の許容範囲内に収まっている場合には次工程へ進むこととし、所定の許容範囲内に収まっていない場合には再度構造体エッチング工程を実施することとするといった判定に基づいて行われる。
また、この動作特性検査工程は、上記基板上構造形成工程の後であれば、上記構造体エッチング工程の前に行ってもよい。構造体エッチング工程の前に行うことによって、後に行われる構造体エッチング工程における表面エッチングの時間やエッチングガスの流量を設定することが可能になる。
上記のようにしてＭＥＭＳ構造体２０の調整プロセスが完了すると、最後に、上記蓋体１５Ｙの開口１５ａを閉鎖する。この工程では、たとえば、蓋体１５Ｙ上に封止層１８を形成することによって開口１５ａが閉鎖される。封止層１８はたとえばＣＶＤ法、蒸着法、スパッタリング法などの気相成長法によって減圧下にて成膜されることが好ましい。このような減圧下にて行われる気相成長法によって開口１５ａを閉鎖することで、開口１５ａの閉鎖と同時に空洞部２０Ｃを減圧した状態（真空状態）とすることができる。なお、本実施形態では封止層１８はアルミニウム等の金属、酸化シリコンや窒化シリコン等の絶縁体のいずれによって構成することも可能である。さらには、有機樹脂等を蓋体１５Ｙ上に塗布することなどによっても開口１５ａを閉鎖することができる。
次に、図４乃至図７を参照して、本実施形態のＭＥＭＳデバイスの製造方法において上記の動作特性検査工程を実施する方法についてより詳細に説明する。図４は、上記のようにして製造した図１（ｃ）に示すＭＥＭＳデバイスの１又は複数のＭＥＭＳチップ３０に上記構造体エッチング工程を実施するための処理装置を模式的に示す概略斜視図である。
上記のＭＥＭＳチップ３０は検査冶具３１上に配置され、この検査冶具３１はチャンバー３２内に収容される。チャンバー３２にはガス供給管３３を通して上記エッチングガスＥＧが供給可能に構成される。また、チャンバー３２には排気管３４が接続され、この排気管３４は排気装置３５に接続されている。検査冶具３１上のＭＥＭＳチップ３０の図示しない電極端子には複数のプローブ３６が導電接触し、これらのプローブ３６は配線３７を介して検査装置３８に接続されている。
最初に排気装置３５によりチャンバー３２の内部を減圧し、その後、ガス供給管３３を通してノズル３３ａからエッチングガスＥＧを供給することにより、図１（ｃ）に示す空洞部２０Ｃ内にエッチングガスＥＧを導入し、構造体エッチング工程を実施する。このようにすると、空洞部２０Ｃ内にエッチングガスＥＧを短時間に供給組成のまま導入することができ、その結果、ＭＥＭＳ構造体２０に対する表面エッチングを直ちに開始することができる。また、構造体エッチング工程の開始後においても、空洞部２０Ｃの内外のエッチングガスＥＧの流通性を高めるために、排気装置３５による減圧プロセスと、エッチングガスＥＧのガス導入プロセスとを交互に繰り返して、構造体エッチング工程を間欠的に行うことが可能である。さらに、構造体エッチング工程を停止若しくは終了する際にも、排気装置３５による減圧を行うことで、ＭＥＭＳ構造体２０に対する表面エッチングを直ちに停止することができる。このようにすると、表面エッチングを時間経過やリアルタイム検査の結果によって停止する場合に、表面エッチング量の精度やばらつきを低減することができる。なお、エッチングガスＥＧを供給しながら排気装置３５によって排気を行い、チャンバー３２内を所定の圧力に維持するようにして表面エッチングを行ってもよい。
チャンバー３２内では、プローブ３６が常時ＭＥＭＳチップ３０の電極端子に導電接触しているので、構造体エッチング工程中、或いは、構造体エッチング工程後の任意のタイミングで検査装置３８により動作特性検査工程を実施することができる。
図９には、検査装置３８の構成例を示す。チャンバー３２内のＭＥＭＳ構造体２０の固定電極２１Ａと可動電極２２Ａは、プローブ３６及び配線３８を介してそれぞれ検査装置３８に接続される。検査装置３８の本体はネットワークアナライザで構成され、このネットワークアナライザでＭＥＭＳ構造体２０の周波数特性を測定する。この検査装置３８により、ＭＥＭＳ構造体２０の周波数特性（共振周波数）を任意のタイミングで、或いは、リアルタイムに検出することができる。
図５は、図１（ｃ）に示す構造を多数配列させてなるＭＥＭＳウエハ４０に対し、そのまま構造体エッチング工程を実施するための処理装置を模式的に示す概略斜視図である。なお、この処理装置は基本的に図４に示す処理装置と同様のガス供給管３３、ノズル３３ａ、排気管３４、排気装置３５を有するので、これらの構成及び当該構成を使用するプロセス態様に関する説明は省略する。
この処理装置では、ＭＥＭＳウエハ４０は支持台４１上に配置された状態でチャンバー３２内に配置される。この装置でも、上記と同様に、最初に排気装置３５によりチャンバー３２の内部を減圧し、その後、ガス供給管３３を通してノズル３３ａからエッチングガスＥＧを供給することにより、図１（ｃ）に示す空洞部２０Ｃ内にエッチングガスＥＧを導入し、構造体エッチング工程を実施する。このとき、上記と同様に、空洞部２０Ｃの内外のエッチングガスＥＧの流通性を高めるために、排気装置３５による減圧プロセスと、エッチングガスＥＧのガス導入プロセスとを交互に繰り返して、構造体エッチング工程を間欠的に行うこと、或いは、排気しながらエッチングガスＥＧを導入して表面エッチングを行うことが可能である。
この装置では、複数のＭＥＭＳチップ３０となるべき領域が配列されたＭＥＭＳウエハ４０を一括して処理するので、処理効率を高めることができる。ここで、支持台４１を回転させることで、ガス供給管３３を通して供給されるエッチングガスＥＧの作用の均一性を高めることができる。また、ガス供給管３３を通して供給されるエッチングガスＥＧのＭＥＭＳウエハ４０の表面上の供給量の分布を調整するために、支持台４１の回転数やノズル３３ａの形状などを適宜に調整することが好ましい。
図６は図５と同様にＭＥＭＳウエハ４０を処理する場合を示すが、この装置では、ガス供給管３３にチャンバー３２内部の上部に設置されたガス噴出ヘッド４２が接続され、このガス噴出ヘッド４２の外周に沿って複数のノズル４２ａが配列形成されている。このようにすることで、複数のノズル４２ａによってより広い範囲に均一にエッチングガスＥＧを供給することができるように構成される。また、この装置では、ガス噴出ヘッド４２がチャンバー３２の軸線周りに回転することで、さらに均一なガス供給状態を得ることができるように構成される。なお、以上説明した図６の構成は、図５に示す装置に適用することも可能である。
図７は図５と同様にＭＥＭＳウエハ４０を一括処理する場合を示すが、この装置では、ガス供給管３３にチャンバー３２内部の上部に設置された複数のガス噴出量を制御可能なノズル４３が接続されている。そして、これらの複数のノズル４３からエッチングガスＥＧを噴出させることで、支持台４１上のＭＥＭＳウエハ４０に対して適宜の流量分布でエッチングガスＥＧを供給することができるように構成される。この装置では、ＭＥＭＳウエハ４０内に配列された複数のＭＥＭＳチップとなるべき領域に形成されたＭＥＭＳ構造体２０の動作特性の分布に合わせて構造体エッチング工程の表面エッチング量（エッチングレート）を制御できるように構成される。すなわち、ＭＥＭＳウエハ４０内のＭＥＭＳ構造体２０の動作特性（例えば共振周波数）が図１１に示すグラフにおいて実線で示す分布を備えているとすると、このような分布を低減して点線で示すように動作特性を均一化できるように、複数のノズル４３から噴出されるエッチングガスＥＧの量を調整する。また、同様の目的で、複数のノズル４３のチャンバー３２内の位置分布を調整してもよい。
なお、図７に示す装置構成に、上記図５と図６に示す装置構成の少なくとも一方を適用することも可能である。また、図１１に示すようなＭＥＭＳウエハ４０の動作特性の面内分布を構造体エッチング工程におけるチャンバー３２内のエッチングガスＥＧの流量分布によって緩和することは、上記図５及び図６に示す装置構成についても可能である。たとえば、図７に示す装置で説明した上記の方法を図５や図６で示す装置において支持台４１の回転やガス噴出ヘッド４２の回転を制御することで実施してもよい。また、図５や図６に示す装置のノズル３３ａの代わりに、或いは、ガス噴出ヘッド４２に複数のガス噴出量を制御可能なノズル４３を設けても構わない。
図８には、上記図５乃至図７に示す処理装置或いはこれらの適宜に組み合わせた処理装置を用いて構造体エッチング工程を実施する場合に、動作特性検査工程を含めて行う調整プロセスの手順を示す。ＭＥＭＳウエハ４０に対し一括して構造体エッチング工程を施す場合（図５乃至図７に示す場合）においては、構造体エッチング工程（図示点線で示す。）を一時的に停止し、動作特性検査工程を実施し、検査結果に応じて再度構造体エッチング工程を行うか、或いは、そのまま次工程に進むかを判断するようにすることが考えられる。
この場合には、図８に示すように、ＭＥＭＳウエハ４０内の複数個所のＭＥＭＳ構造体２０について検査を実施して、たとえば検査結果の代表値（平均値、最頻値、中央値など）を算出し、これが基準値を中心とする所定の許容範囲内にあるか否か、或いは、複数個所の検査結果の所定割合以上が当該許容範囲に含まれているか否かなど、検査結果を基準値と比較し、構造体エッチング工程をさらに要するか否かを判定する。そして、例えば、共振周波数が周波数の許容範囲に収まっている場合など、構造体エッチング工程が不要と判定された場合には、そのまま調整プロセスを終了させ、次工程（本実施形態では蓋体１５Ｙの開口１５ａを閉鎖する開口閉鎖工程）に進む。
また、上記の判定の結果に応じて、構造体エッチング工程をさらに要すると判定された場合には、上記の検査結果と基準値若しくは許容範囲との関係により、エッチングガスＥＧの流量と、表面エッチングの時間の少なくとも一方を設定し、再度構造体エッチング工程を実施する。ここで、再度の構造体エッチング工程における表面エッチングの時間を固定値としている場合にはエッチングガスＥＧの流量のみを設定すればよく、また、同表面エッチング時のエッチングガスＥＧの流量を固定値としている場合には表面エッチングの時間のみを設定すればよい。ただし、エッチングガスＥＧの流量と、表面エッチングの時間の双方を可変値とし、状況に応じて双方を適宜の手法で設定してもよい。
上記の再度の表面エッチングが終了すると、再び上記と同様の検査及び判定を行い、上記の手順を繰り返し、最終的に調整プロセスを終了させる。
なお、上述の場合には、ＭＥＭＳチップ３０又はＭＥＭＳウエハ４０をチャンバー３２から一旦取り出して動作特性検査工程を実施してもよく、或いは、チャンバー３２内に配置したまま動作特性検査工程を実施してもよい。また、図８に示す方法を上記の１又は複数のＭＥＭＳチップ３０に対して構造体エッチング工程を個々に行う場合（図４に示す場合）に用いても構わない。
また、図８では、一旦構造体エッチング工程を実施した後に、動作特性検査工程を行い、当該工程で行う判定に従って再度の構造体エッチング工程を実施する場合について説明しているが、前述のように、動作特性検査工程は、上記基板上構造形成工程の後であれば、上記構造体エッチング工程の前に行ってもよい。すなわち、図８において、図示点線の構造体エッチング工程を実施せずに、基板上構造形成工程の後に直ちに動作特性検査工程（代表値測定）を実施し、後に行われる構造体エッチング工程による周波数調整プロセスにおける表面エッチングの時間やエッチングガスの流量を設定する。
上記図５乃至図７に示す処理装置或いはこれらの適宜に組み合わせた処理装置を用いて構造体エッチング工程を実施する場合においても、上記の図８に示す方法とは異なり、図９に示すように構造体エッチング工程の実施時において各ＭＥＭＳチップ３０内のＭＥＭＳ構造体２０の動作特性を検出することが可能である。ただし、この場合、ＭＥＭＳウエハ４０には各ＭＥＭＳチップ３０を並列に接続するダミー配線（図示せず。たとえば、ＭＥＭＳチップ３０を分割する際に失われる領域、或いは、断線する領域に形成し、完成したＭＥＭＳチップ３０においては機能を有しない配線）を設けておき、当該ダミー配線に接続された共通端子をプローブ３６及び配線３７を介して検査装置３８に接続する。この場合、検査装置３８において測定される動作特性は、たとえば、周波数特性としての周波数（ｆ）と挿入損失（ＩＬ）のグラフで表すと、図１０（ａ）に示すように複数の共振点を示すものとなる。このとき、図１１に示すようにＭＥＭＳウエハ４０内の動作特性（共振周波数）の分布を緩和するように構造体エッチング工程を実施することにより、周波数特性のばらつきが低減され、図１０（ｂ）に示すような周波数特性を得ることが可能になる。
また、上記ダミー配線を各ＭＥＭＳ構造体２０にそれぞれ対応させて設け、これらのダミー配線の組をＭＥＭＳウエハ４０の一部領域（例えば外周部等の廃棄予定領域）にそれぞれ引き出し、当該一部領域にダミー配線の各組に対応する複数の端子が配列されてなる端子群を形成してもよい。この場合には、当該端子群に対応するプローブ群を備えた検査ヘッドを設け、この検査ヘッドを上記検査装置３８に接続することで、複数のＭＥＭＳ構造体２０について個々に独立して検査を行うことが可能になる。
以上説明した動作特性検査工程の検査方法では、ＭＥＭＳ構造体２０が本来的な動作状態にあるときの動作特性を検査しているが、本発明はこのような検査方法に限定されるものではない。たとえば、図１２に示すように、可動電極２２Ａの可動部２２Ｍの下方に固定電極２１Ａを配置するだけでなく、当該可動部２２Ｍの側方にも補助電極２１Ｓを設けておく。そして、動作特性検査工程では可動電極２２Ａと補助電極２１Ｓとの間に電圧を印加して可動部２２Ｍを水平方向Ｘに振動させ、これによって可動部２２Ｍの周波数特性を測定してもよい。この場合、動作特性検査工程における可動部２２Ｍの振動モード（水平方向Ｘに振動するモード）と、実際のＭＥＭＳデバイスの動作時における可動部２２Ｍの振動モード（垂直方向Ｚに振動するモード）とは異なるものとなるが、両振動モードの相対的関係が予め把握されていれば、ＭＥＭＳ構造体２０の動作特性と関連する他の値を測定することで、動作特性の検査を支障なく行うことができる。
また、動作特性検査工程における検査方法としては、たとえば、ＭＥＭＳデバイスに外部より振動を加えることでＭＥＭＳ構造体２０の可動部２２Ｍを機械的に振動させ、このときのＭＥＭＳ構造体２０における固定電極２１Ａと可動電極２２Ａの間の静電容量を測定するなど、ＭＥＭＳ構造体２０の実際の動作時とは異なる駆動方法で可動部２２Ｍを動作させるようにしてもよい。
以上述べたように本実施形態によれば、基板上構造形成工程においてＭＥＭＳ構造体２０の周囲が外部と通気状態を有するように構成した後に、ＭＥＭＳ構造体２０の周囲（空洞部２０Ｃ）にエッチングガスＥＧを供給してその表面エッチングを行うことにより、ＭＥＭＳ構造体２０の構造寸法を広い範囲で調整できるとともに、上記表面エッチングは気相で行われるため、微細で複雑な構造を有するＭＥＭＳ構造体２０でもより均一にエッチングすることができることから、エッチングによるＭＥＭＳ構造体の動作上の弊害の発生を回避することができ、たとえば、部分的な構造寸法の調整に起因する振動モードの変化など、動作態様の変動を防止することができる。
特に、ＭＥＭＳ構造体２０に動作可能な可動部２２Ｍが設けられている場合には、当該可動部２２Ｍは基板１０上においてより広い表面積を有する構造、たとえば、図示例では表裏が共に露出した構造となっている場合が多いことから、気相で行われる表面エッチングにより効率的かつ均一に構造寸法を調整することが可能になる。また、気相エッチングを用いるので、空洞部２０Ｃ内に配置されるＭＥＭＳ構造体２０に対する表面エッチングであっても、エッチングの均一性やばらつきを招き難くなるという利点がある。
また、本実施形態では、ＭＥＭＳ構造体２０の動作特性に関する検査を行い、その検査結果を基準値と比較してさらに表面エッチングを実施するか否かを判定する動作特性検査工程を有するので、基板上構造形成工程において形成されたＭＥＭＳ構造体の構造寸法に応じて基準値に対応する許容範囲内の動作特性を有するＭＥＭＳデバイスを製造できる。また、ＭＥＭＳ構造体２０は空洞部２０Ｃ内に配置されるので、外部より視認してエッチング状態を直接確認することが困難であるが、本実施形態では動作特性検査工程を設けることで、表面エッチングによる効果を特性面より確認できるという利点がある。
さらに、本実施形態では、ＭＥＭＳ構造体２０が動作可能な可動部２２Ｍを備え、動作特性検査工程では可動部２２Ｍを動作させた状態で検査が行われるので、可動部２２Ｍを動作させずに上記動作特性を検査する場合に比べて、可動部２２Ｍを有するＭＥＭＳ構造体の動作特性を確実かつ高精度に検査することができる。
また、本実施形態では、ＭＥＭＳ構造体２０をシリコン層で構成することで一般的な半導体製造技術を用いてデバイスを形成できるから、製造コストの低減、デバイスの小型化、性能の向上などを図ることができる。
さらに、ＭＥＭＳ構造体２０の表面エッチングを行うためのエッチングガスＥＧがＸｅＦ２であることにより、ＸｅＦ２によるシリコン層のエッチングは等方性エッチングであるので、ＭＥＭＳ構造体２０の露出表面を均一にエッチングすることができることから、動作態様の変化をさらに低減することが可能になる。さらに、ＸｅＦ２によれば、シリコン酸化膜、シリコン窒化膜、アルミニウムに対するエッチングレートが極めて小さいので、半導体製造技術において犠牲層、層間絶縁膜、リリースエッチングに対するエッチングストップ層、配線層、電極層に用いられる上記の材料をエッチングする虞がないため、表面エッチングによる障害を考慮せずにプロセス設計を行うことができ、表面エッチングの時間その他の条件を広い範囲で設定することが可能になる。
ただし、本実施形態のエッチングガスＥＧとしては、Ｃｌ２、Ｃｌ２とＨＢｒの混合ガス、Ｃｌ２とＯ２の混合ガス、ＣＦ４とＯ２の混合ガス、ＳＦ６、Ｃｌ２とＮ２の混合ガス、Ｃｌ２とＨＣｌの混合ガス、ＨＢｒとＣｌ２とＳＦ６の混合ガス、Ｃ４Ｆ８、ＣＢｒＦ３、ＳｉＣｌ４とＣｌ２の混合ガス、ＳＦ６とＮ２とＡｒの混合ガス、ＢＣｌ２とＣｌ２とＡｒの混合ガスなどを用いることも可能である。
また、ＭＥＭＳ構造体２０が窒化シリコン（Ｓｉ３Ｎ４）で構成される場合には、エッチングガスとして、ＣＦ４、ＣＦ４とＯ２の混合ガス、ＣＦ４とＨ２の混合ガス、ＣＨＦ３とＯ２の混合ガス、Ｃ２Ｆ６、ＣＨＦ３とＯ２とＣＯ２の混合ガス、ＣＨ２Ｆ２とＣＦ４の混合ガスなどを用いることができる。
さらに、ＭＥＭＳ構造体２０が酸化シリコン（ＳｉＯ２）で構成される場合には、エッチングガスとして、ＣＦ４、Ｃ４Ｆ８とＯ２とＡｒの混合ガス、Ｃ５Ｆ８とＯ２とＡｒの混合ガス、Ｃ３Ｆ６とＯ２とＡｒの混合ガス、Ｃ４Ｆ８とＣＯの混合ガス、ＣＨＦ３とＯ２の混合ガス、ＣＦ４とＨ２の混合ガスなどを用いることができる。
また、ＭＥＭＳ構造体２０がアルミニウム（Ａｌ）で構成される場合には、エッチングガスとして、ＢＣｌ３とＣｌ２の混合ガス、ＢＣｌ３とＣＨＦ３とＣｌ２の混合ガス、ＢＣｌ３とＣＨ２とＣｌ２の混合ガス、ＢとＢｒ３とＣｌ２の混合ガス、ＢＣｌ３とＣｌ２とＮ２の混合ガス、ＳｉＯ４とＣｌ２の混合ガスなどを用いることができる。
さらに、ＭＥＭＳ構造体２０が銅（Ｃｕ）で構成される場合には、エッチングガスとして、Ｃｌ２、ＳｉＣｌ４とＣｌ２とＮ２とＮＨ３の混合ガス、ＳｉＣl４とＡｒとＮ２の混合ガス、ＢＣｌ３とＳｉＣl４とＮ２とＡｒの混合ガス、ＢＣｌ３とＮ２とＡｒの混合ガスなどを用いることができる。
そして、ＭＥＭＳ構造体２０が有機材料（フォトレジスト、ポリイミド樹脂など）で構成される場合には、エッチングガスとして、プラズマアッシングを用いる場合にＯ２プラズマを用いることができる。
また、本実施形態では、動作特性検査工程は構造体エッチング工程中に表面エッチングと並行して行われ、動作特性が基準値と対応する許容範囲に該当したときに表面エッチングを停止することにより、構造体エッチング工程が気相エッチングを用いて行われることからリアルタイムで動作特性を検査することができ、そして、動作特性を検査して許容範囲に該当したときに表面エッチングを停止することで、動作特性をより精密に調整することが可能になる。また、ＭＥＭＳ構造体２０が可動部２２Ｍを備えるため、気相エッチング中に可動部２２Ｍを動作させることでエッチングガスが攪拌され、可動部２２Ｍに対する表面エッチングの均一性や狭隘部として構成されている部分、すなわち、狭い間隔で対向する、固定電極２１Ａの表面及び可動部２２Ｍの固定電極２１Ａと対向する面のエッチングレートがさらに高まるという利点もある。その上、表面エッチングが行われている間は常時可動部が振動しているようにすることで、エッチングレートの再現性がより向上する。特に、本実施形態では、ＭＥＭＳ構造体２０が空洞部２０Ｃ内に配置されることで外部より表面エッチングの程度を視認等により直接確認することが困難であるが、表面エッチング中にリアルタイムで動作特性の検査を行うことによりエッチング状態の精密な制御が可能になる点で大きな意義を有する。
また、本実施形態では、ＭＥＭＳデバイスはＭＥＭＳ構造体２０の可動部２２Ｍを振動させるＭＥＭＳ振動子であり、動作特性は周波数特性であるため、構造体エッチング工程において可動部２２Ｍを振動させる場合には、エッチングガスの攪拌作用をさらに高めることができるという利点がある。
さらに、本実施形態では、蓋体１５Ｙの開口１５ａを通してエッチングガスＥＧを空洞部２０Ｃの内部に導入することで、支障なく構造体エッチング工程を実施できると共に、開口閉鎖工程により蓋体１５Ｙの開口１５ａを閉鎖することで、ＭＥＭＳ構造体２０が収容される空洞部２０Ｃを密閉することができる。したがって、通常の半導体製造プロセスのようにウエハ単位で複数のチップを加工した後にチップを分割する製造方法を採用する場合には、ＭＥＭＳ構造体２０の封止をウエハ単位で行うことができ、チップ単位での封止作業を省略することができる。
尚、本発明のＭＥＭＳデバイスの製造方法は、上述の図示例にのみ限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々変更を加え得ることは勿論である。たとえば、上記実施形態ではＭＥＭＳデバイスとしてＭＥＭＳ振動子を例に説明したが、本発明のＭＥＭＳデバイスとしては、マイクロアクチュエータ、圧力センサ、加速度センサ、マイクロミラーデバイス、マイクロスイッチ、インクジェットヘッドなどの各種のＭＥＭＳデバイスに適用することができる。
実施形態のＭＥＭＳデバイスの製造方法を模式的に示す概略工程断面図（ａ）〜（ｃ）。 実施形態のＭＥＭＳデバイスの製造方法を模式的に示す概略工程断面図（ａ）及び（ｃ）。 実施形態のＭＥＭＳ構造体の平面図。 実施形態の構造体エッチング工程の一例の様子を模式的に示す概略斜視図。 実施形態の構造体エッチング工程の他の例の様子を模式的に示す概略斜視図。 実施形態の構造体エッチング工程の別の例の様子を模式的に示す概略斜視図。 実施形態の構造体エッチング工程のさらに別の例の様子を模式的に示す概略斜視図。 実施形態の調整プロセスの手順の一例を示す概略フローチャート。 実施形態の動作特性検査工程の一例の様子を示す概略図。 実施形態の挿入損失の周波数特性の測定結果を示すグラフ（ａ）及び（ｂ）。 実施形態の動作特性のウエハ上の分布を示すグラフ。 実施形態のＭＥＭＳ構造体の他の構成例を示す概略斜視図。
１０…基板、１１…下地層、１２、１４…層間絶縁膜（第２の犠牲層）、１３、１５…配線層、１３Ｘ、１５Ｘ…周囲壁、１５Ｙ…蓋体、１５ａ…開口、１６…絶縁膜、１７…保護膜、１８…封止層、２０…ＭＥＭＳ構造体、２０Ｃ…空洞部、２１…下層パターン、２１Ａ…固定電極、２２…上層パターン、２２Ａ…可動電極、２２Ｍ…可動部、２３…第１の犠牲層、３０…ＭＥＭＳチップ、３１、４１…支持台、３２…チャンバー、３３…ガス供給管、３３ａ…ノズル、３４…排気管、３５…排気装置、３６…プローブ、３７…配線、３８…検査装置、４０…ＭＥＭＳウエハ

Claims (8)

  1. 基板上に、ＭＥＭＳ構造体と、該ＭＥＭＳ構造体の周囲に外部に開口した空洞部を有する被覆構造とを形成する基板上構造形成工程と、
    その後、外部より前記ＭＥＭＳ構造体の周囲にエッチングガスを供給して前記ＭＥＭＳ構造体の表面エッチングを気相で行う構造体エッチング工程と、
    を具備することを特徴とするＭＥＭＳデバイスの製造方法。
  2. 前記基板上構造形成工程の後に、前記ＭＥＭＳ構造体の動作特性に関する検査を行い、その検査結果を基準値と比較してさらに前記表面エッチングを実施するか否かを判定する動作特性検査工程をさらに具備することを特徴とする請求項１に記載のＭＥＭＳ構造体の製造方法。
  3. 前記ＭＥＭＳ構造体は動作可能な可動部を備え、前記動作特性検査工程では前記可動部を動作させた状態で前記検査が行われることを特徴とする請求項２に記載のＭＥＭＳ構造体の製造方法。
  4. 前記ＭＥＭＳ構造体はシリコン層により構成され、前記エッチングガスはＸｅＦ２であることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか一項に記載のＭＥＭＳデバイスの製造方法。
  5. 前記動作特性検査工程は前記構造体エッチング工程中に前記表面エッチングと並行して行われ、前記動作特性が前記基準値に対応する範囲に該当したときに前記表面エッチングを停止することを特徴とする請求項２又は３に記載のＭＥＭＳデバイスの製造方法。
  6. 前記ＭＥＭＳデバイスは前記ＭＥＭＳ構造体の前記可動部を振動させるＭＥＭＳ振動子であり、前記動作特性は周波数特性であることを特徴とする請求項２、３又は５に記載のＭＥＭＳデバイスの製造方法。
  7. 前記動作特性検査工程は前記構造体エッチング工程中に前記表面エッチングと並行して前記可動部を常時振動させて行われ、前記動作特性が前記基準値に対応する範囲に該当したときに前記表面エッチングを停止することを特徴とする請求項６に記載のＭＥＭＳデバイスの製造方法。
  8. 前記基板上構造形成工程は、前記基板上に第１の犠牲層とともにＭＥＭＳ構造体を形成する段階と、前記ＭＥＭＳ構造体の上方に前記被覆構造の少なくとも一部を構成する第２の犠牲層を形成する段階と、第２の犠牲層上に開口を備えた蓋体を形成する段階と、該蓋体の前記開口を通して前記第１の犠牲層及び前記第２の犠牲層を除去し、前記ＭＥＭＳ構造体を解放するとともに前記ＭＥＭＳ構造体の周囲に前記空洞部を形成する段階と、を含み、
    前記構造体エッチング工程は、前記蓋体の前記開口を通して前記エッチングガスを前記空洞部の内部に導入して行われ、
    前記構造体エッチング工程の後に、前記蓋体の前記開口を閉鎖する開口閉鎖工程を有することを特徴とする請求項１乃至７のいずれか一項に記載のＭＥＭＳデバイスの製造方法。
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