JP2016131174A - Dry etching method - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、ドライエッチング方法に関する。 The present invention relates to a dry etching method.
従来から、ジャイロセンサーに用いられる駆動用振動腕や検出用振動腕を有するジャイロ素子は水晶などの二酸化ケイ素（ＳｉＯ2）基板をフォトリソグラフィー技術やエッチング技術を用いて加工することで形成されている。二酸化ケイ素（ＳｉＯ2）基板を加工するエッチング技術には、ウェットエッチング方法やドライエッチング方法があり、近年では、エッチング異方性や加工プロセスのばらつきなどにより、振動腕の断面形状が矩形状とならずに、平行四辺形や菱形になってしまうウェットエッチング方法に代わり、振動腕の断面形状が設計に近い矩形状に加工し易いドライエッチング方法が多用されている。例えば、特許文献１では、シリコン膜などの被エッチング体（被加工物）を炭素（Ｃ）およびフッ素（Ｆ）を含むエッチングガスを用い、被エッチング体の保護が必要な側壁に均一に緻密で薄い側壁保護膜を形成して、最終的に形成されるパターンの加工形状の歪みを防ぎ、且つパターンの加工精度を向上させたドライエッチングによる半導体装置の製造方法が開示されている。 Conventionally, a gyro element having a driving vibration arm and a detection vibration arm used for a gyro sensor is formed by processing a silicon dioxide (SiO 2 ) substrate such as quartz using a photolithography technique or an etching technique. . Etching techniques for processing silicon dioxide (SiO 2 ) substrates include wet etching methods and dry etching methods. In recent years, the cross-sectional shape of the vibrating arm has become rectangular due to etching anisotropy and variations in processing processes. Instead, a dry etching method that is easy to process into a rectangular shape with a cross-sectional shape of the vibrating arm is frequently used instead of the wet etching method that becomes a parallelogram or a rhombus. For example, in Patent Document 1, an etching object containing carbon (C) and fluorine (F) is used as an object to be etched (workpiece) such as a silicon film, and the object to be etched needs to be uniformly and densely formed on a side wall. There has been disclosed a method of manufacturing a semiconductor device by dry etching in which a thin sidewall protective film is formed to prevent distortion of the processed shape of a pattern to be finally formed and the processing accuracy of the pattern is improved.
しかしながら、特許文献１に記載のエッチングガスを用い、被加工物として水晶などの二酸化ケイ素（ＳｉＯ2）基板をドライエッチングした場合、エッチング中に側壁保護膜が側壁から剥離してしまい、剥がれた側壁保護膜によって、エッチングする領域が覆われエッチングされず段差状のエッチング残渣が生じるという課題があった。特に、ジャイロ素子の振動腕に段差状のエッチング残渣が生じると振動のＱ値が低下し検出感度が劣化してしまい問題であった。 However, when the etching gas described in Patent Document 1 is used and dry etching is performed on a silicon dioxide (SiO 2 ) substrate such as quartz as a workpiece, the side wall protective film is peeled off from the side wall during etching, and the side wall is peeled off. There is a problem in that the region to be etched is covered by the protective film, and the etching residue is not etched and a step-shaped etching residue is generated. In particular, when a step-like etching residue is generated on the vibrating arm of the gyro element, the Q value of the vibration is lowered and the detection sensitivity is deteriorated.
本発明は、上述の課題の少なくとも一部を解決するためになされたものであり、以下の形態または適用例として実現することが可能である。 SUMMARY An advantage of some aspects of the invention is to solve at least a part of the problems described above, and the invention can be implemented as the following forms or application examples.
［適用例１］本適用例に係るドライエッチング方法は、炭素（Ｃ）およびフッ素（Ｆ）を含むエッチングガスを用い、被加工物の側壁に側壁保護膜を形成しながら前記被加工物をエッチングするドライエッチング方法であって、前記側壁保護膜のフッ素（Ｆ）と炭素（Ｃ）との組成比（フッ素（Ｆ）／炭素（Ｃ））を、２．０以上７．８以下とすることを特徴とする。 Application Example 1 A dry etching method according to this application example uses an etching gas containing carbon (C) and fluorine (F) to etch the workpiece while forming a sidewall protective film on the sidewall of the workpiece. In the dry etching method, the composition ratio of fluorine (F) to carbon (C) (fluorine (F) / carbon (C)) in the sidewall protective film is set to 2.0 or more and 7.8 or less. It is characterized by.
本適用例によれば、側壁保護膜のフッ素（Ｆ）と炭素（Ｃ）との組成比（フッ素（Ｆ）／炭素（Ｃ））を、２．０以上７．８以下とすることで、被加工物と側壁保護膜との線膨張係数の差を小さくできる、又は、側壁保護膜の硬度を軟らかくできるため、エッチング中の熱による被加工物と側壁保護膜との間に生じる応力歪を緩和することができ、被加工物の側壁に生成する側壁保護膜を剥がれ難くすることができる。そのため、側壁保護膜の剥離に起因した段差状のエッチング残渣の発生を低減することができる。従って、エッチング中に生成する側壁保護膜が被加工物の側壁から剥離するのを低減できるドライエッチング方法を提供することができる。 According to this application example, the composition ratio (fluorine (F) / carbon (C)) of fluorine (F) and carbon (C) of the sidewall protective film is set to 2.0 or more and 7.8 or less. Since the difference in coefficient of linear expansion between the workpiece and the sidewall protective film can be reduced, or the hardness of the sidewall protective film can be softened, the stress strain generated between the workpiece and the sidewall protective film due to heat during etching can be reduced. Therefore, the side wall protective film formed on the side wall of the workpiece can be made difficult to peel off. Therefore, it is possible to reduce the generation of step-like etching residues due to peeling of the sidewall protective film. Therefore, it is possible to provide a dry etching method capable of reducing the side wall protective film generated during the etching from peeling from the side wall of the workpiece.
［適用例２］上記適用例に記載のドライエッチング方法において、前記側壁保護膜は、フッ素（Ｆ）、炭素（Ｃ）、およびケイ素（Ｓｉ）を含む膜であることが好ましい。 Application Example 2 In the dry etching method described in the application example, the sidewall protective film is preferably a film containing fluorine (F), carbon (C), and silicon (Si).
本適用例によれば、側壁保護膜がフッ素（Ｆ）、炭素（Ｃ）、およびケイ素（Ｓｉ）を含む膜であるため、炭素（Ｃ）およびフッ素（Ｆ）を含むエッチングガスによる浸食を防ぐ強固な保護膜となるため、エッチング加工を施すことで生じる被加工物の側壁を侵食することを防ぎ、被加工物の厚さ方向にエッチングすることができる。そのため、加工精度が高く、アスペクト比の大きいエッチング加工を行うことができる。 According to this application example, since the sidewall protective film is a film containing fluorine (F), carbon (C), and silicon (Si), erosion due to an etching gas containing carbon (C) and fluorine (F) is prevented. Since it becomes a strong protective film, it is possible to prevent erosion of the side wall of the workpiece caused by etching and to etch in the thickness direction of the workpiece. Therefore, it is possible to perform etching with high processing accuracy and a large aspect ratio.
［適用例３］上記適用例に記載のドライエッチング方法において、前記エッチングガスは、六フッ化エタン（Ｃ2Ｆ6）とヘリウム（Ｈｅ）であることが好ましい。 Application Example 3 In the dry etching method described in the above application example, the etching gas is preferably hexafluoroethane (C 2 F 6 ) and helium (He).
本適用例によれば、六フッ化エタン（Ｃ2Ｆ6）は、被加工物としての二酸化ケイ素（ＳｉＯ2）基板等のエッチング効果が高いプラズマイオンと、側壁保護膜を形成するラジカルと、を効率よく生成することができ、側壁を保護しながら高速で二酸化ケイ素（ＳｉＯ2）基板等をエッチングすることができる。また、ヘリウム（Ｈｅ）は、六フッ化エタン（Ｃ2Ｆ6）のプラズマイオンやラジカルを適度に分散させる効果があるためエッチング加工の面内均一性を向上させることができる。従って、被加工物としての二酸化ケイ素（ＳｉＯ2）基板等のエッチング加工を高速で精度良く行うことができる。 According to this application example, hexafluoroethane (C 2 F 6 ) includes plasma ions having a high etching effect such as a silicon dioxide (SiO 2 ) substrate as a workpiece, radicals that form a sidewall protective film, Can be efficiently generated, and a silicon dioxide (SiO 2 ) substrate or the like can be etched at a high speed while protecting the side wall. In addition, helium (He) has an effect of appropriately dispersing plasma ions and radicals of hexafluoroethane (C 2 F 6 ), so that in-plane uniformity of etching processing can be improved. Therefore, it is possible to perform etching processing of a silicon dioxide (SiO 2 ) substrate or the like as a workpiece at high speed and with high accuracy.
［適用例４］上記適用例に記載のドライエッチング方法において、前記被加工物は、６０μｍ以上の厚さを有する二酸化ケイ素（ＳｉＯ2）基板であることが好ましい。 Application Example 4 In the dry etching method described in the above application example, the workpiece is preferably a silicon dioxide (SiO 2 ) substrate having a thickness of 60 μm or more.
本適用例によれば、水晶などの二酸化ケイ素（ＳｉＯ2）基板からジャイロ素子を製造する場合、基板の厚さが６０μｍより薄いと、角速度の印加に伴い振動腕の側面部に生じる電荷が少ないため、検出感度が小さくなり、高精度のジャイロ素子を製造することができない。そのため、二酸化ケイ素（ＳｉＯ2）基板の厚さを６０μｍ以上とすることで、高い検出感度を有するジャイロ素子を製造することができる。 According to this application example, when a gyro element is manufactured from a silicon dioxide (SiO 2 ) substrate such as quartz, if the thickness of the substrate is less than 60 μm, less charge is generated on the side surface of the vibrating arm due to the application of angular velocity. Therefore, the detection sensitivity is reduced, and a highly accurate gyro element cannot be manufactured. Therefore, a gyro element having high detection sensitivity can be manufactured by setting the thickness of the silicon dioxide (SiO 2 ) substrate to 60 μm or more.
以下、本発明の実施形態について、図面を参照して説明する。なお、以下の各図においては、各層や各部材を認識可能な程度の大きさにするため、各層や各部材の尺度を実際とは異ならせている。また、図１、図３、および図４において、説明の便宜上、互いに直交する３軸として、Ｘ軸、Ｙ軸およびＺ軸を図示しており、その図示した矢印の先端側を「＋側」、基端側を「−側」としている。また、以下の説明では、Ｘ軸に平行な方向を「Ｘ軸方向」と言い、Ｙ軸に平行な方向を「Ｙ軸方向」と言い、Ｚ軸に平行な方向を「Ｚ軸方向」と言う。更に、説明の便宜上、Ｚ軸方向から見たときの平面視において、Ｚ軸方向の面を主面として、また、Ｘ軸方向から見たときの平面視において、Ｘ軸方向の面を側面として説明する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. In the following drawings, the scale of each layer and each member is different from the actual scale so that each layer and each member can be recognized. 1, 3, and 4, for convenience of explanation, the X axis, the Y axis, and the Z axis are illustrated as three axes orthogonal to each other, and the tip side of the illustrated arrow is “+ side”. The base end side is the “− side”. In the following description, a direction parallel to the X axis is referred to as an “X axis direction”, a direction parallel to the Y axis is referred to as a “Y axis direction”, and a direction parallel to the Z axis is referred to as a “Z axis direction”. say. Furthermore, for convenience of explanation, the surface in the Z-axis direction is a main surface in a plan view when viewed from the Z-axis direction, and the surface in the X-axis direction is a side surface in a plan view when viewed from the X-axis direction. explain.
＜実施形態＞
［ジャイロ素子の形状］
先ず、本発明の実施形態に係るドライエッチング方法で加工したジャイロ素子の形状について、図１を参照して説明する。図１はジャイロ素子を模式的に示す概略平面図である。なお、ジャイロ素子１００には、検出用電極、検出用配線、駆動用電極、駆動用配線、および調整用電極などが設けられているが、説明の便宜上、図１においては省略している。
<Embodiment>
[Gyro element shape]
First, the shape of the gyro element processed by the dry etching method according to the embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. FIG. 1 is a schematic plan view schematically showing a gyro element. Note that the
ジャイロ素子１００は、図１に示すように、基材（主要部分を構成する材料）を加工することにより一体に形成された基部１０と、基部１０のＹ軸方向の端部１０ａ，１０ｂのうち一方の端部１０ｂから、並行するようにＹ軸に沿って延出された一対の駆動用振動腕１２ａ，１２ｂと、基部１０の他方の端部１０ａからＹ軸に沿って並行するように延出された一対の検出用振動腕１４ａ，１４ｂと、基部１０の他方の端部１０ａからＹ軸に沿って並行するように延出された一対の調整用振動腕１６ａ，１６ｂと、を有している。
As shown in FIG. 1, the
また、基部１０から延出する第１連結部２０ａ、および第１連結部２０ａに連結する第１支持部２２ａと、基部１０から第１連結部２０ａと反対方向に延出する第２連結部２０ｂ、および第２連結部２０ｂに連結する第２支持部２２ｂと、が設けられている。更に、第１支持部２２ａおよび第２支持部２２ｂは、駆動用振動腕１２ａ，１２ｂの側で一体的に繋って、固定枠部２４を構成している。そして、ジャイロ素子１００は、固定枠部２４の所定の位置で、図示しないパッケージ等の基板に固定される。
Moreover, the
なお、駆動用振動腕１２ａ，１２ｂの先端部には錘部３２ａ，３２ｂが設けられており、検出用振動腕１４ａ，１４ｂの先端部には錘部３４ａ，３４ｂが設けられている。錘部３２ａ，３２ｂ，３４ａ，３４ｂを設けることによって、共振周波数を同一で駆動用振動腕１２ａ，１２ｂおよび検出用振動腕１４ａ，１４ｂの延出する方向の長さ（Ｙ軸方向の長さ）を短くすることができるため、ジャイロ素子１００の小型化を図ることができる。また、駆動用振動腕１２ａ，１２ｂおよび検出用振動腕１４ａ，１４ｂの共振周波数を低めることができる。更に、錘部３２ａ，３２ｂ，３４ａ，３４ｂは、必要に応じて複数の幅（Ｘ軸方向の長さ）を有していても良く、省略しても良い。なお、錘部３２ａ，３２ｂ，３４ａ，３４ｂに金属膜等で形成された質量部（図示せず）を設け、この質量部の一部をレーザー光等で除去することにより駆動用振動腕１２ａ，１２ｂおよび検出用振動腕１４ａ，１４ｂの共振周波数を調整することができる。
In addition,
本実施形態のジャイロ素子１００では、基材として圧電体材料である水晶を用いた例について説明する。ジャイロ素子１００をなす基材は、水晶結晶軸において直交するＸ軸およびＹ軸で規定される平面に沿って切り出されて平板状に加工され、平面と直交するＺ軸方向に所定の厚みを有している。Ｘ軸を中心に０度から２度の範囲で回転して切り出したものを使用することができる。Ｙ軸およびＺ軸についても同様である。本実施形態においてジャイロ素子１００は、水晶を用いたが他の圧電材料、例えば、タンタル酸リチウムやチタン酸ジルコン酸鉛等を基材として用いても良い。なお、所定の厚み（Ｚ軸方向の長さ）は、振動周波数、外形サイズ、加工性などにより適宜設定される。
In the
更に、ジャイロ素子１００には、図１に示すように、水晶の結晶Ｘ軸（電気軸）と交差する方向に検出用振動腕１４ａ，１４ｂと並行させて且つ検出用振動腕１４ａ，１４ｂを内側に挟むように、基部１０の他方の端部１０ａから延出された一対の調整用振動腕１６ａ，１６ｂが設けられている。即ち、調整用振動腕１６ａ，１６ｂは、Ｙ軸に沿って＋Ｙ軸方向に延出され、検出用振動腕１４ａ，１４ｂと所定の間隔を空けて内側に挟むように位置し、且つ並行するように設けられている。
Further, as shown in FIG. 1, the
なお、調整用振動腕１６ａ，１６ｂは、チューニングアームと呼ばれることもある。このような調整用振動腕１６ａ，１６ｂが設けられていることにより、水晶のエッチング異方性や加工プロセスのばらつきなどによって、駆動用振動腕１２ａ，１２ｂの断面形状が矩形状とならずに、平行四辺形や菱形となることによる駆動用振動腕１２ａ，１２ｂの振動方向の設計値からのずれ、所謂振動漏れによる漏れ出力を調整することが可能となる。換言すれば、駆動振動が漏れる（伝播する）、所謂振動漏れで発生する検出用振動腕１４ａ，１４ｂの電荷を調整用振動腕１６ａ，１６ｂに発生する電荷で相殺することができる。
The
また、調整用振動腕１６ａ，１６ｂは、駆動用振動腕１２ａ，１２ｂおよび検出用振動腕１４ａ，１４ｂよりも全長が短く形成されている。これにより、漏れ出力を調整するための調整用振動腕１６ａ，１６ｂの振動が、駆動用振動腕１２ａ，１２ｂと検出用振動腕１４ａ，１４ｂによるジャイロ素子１００の主要な振動を阻害することがないので、ジャイロ素子１００の振動特性が安定するとともに、ジャイロ素子１００の小型化にも有利となる。
The
更に、調整用振動腕１６ａ，１６ｂの基部１０と接続する一端と反対側の他端側の先端部には、調整用振動腕１６ａ，１６ｂより幅が広い（Ｘ軸方向の寸法が大きい）略矩形状の幅広部としての錘部３６ａ，３６ｂが設けられている。このように、調整用振動腕１６ａ，１６ｂの先端部に錘部３６ａ，３６ｂを設けることにより、調整用振動腕１６ａ，１６ｂにおける質量変化を顕著にさせることができ、ジャイロ素子１００の高感度化に寄与する効果を更に向上させることができる。
Further, the tip of the other end side opposite to the one end connected to the
基部１０の中央は、ジャイロ素子１００の重心とすることができる。そして、Ｘ軸、Ｙ軸およびＺ軸は、互いに直交し、重心を通るものとする。ジャイロ素子１００の外形は、重心を通るＹ軸方向の仮想の中心線に対して線対称とすることができる。これにより、ジャイロ素子１００の外形はバランスのよいものとなり、ジャイロ素子１００の特性が安定して、検出感度が向上するので好ましい。このようなジャイロ素子１００の外形は、フォトリソグラフィー技術を用いたエッチング（ウェットエッチング又はドライエッチング）により形成することができる。なお、ジャイロ素子１００は、１枚の水晶ウェハーから複数個取りすることが可能である。
The center of the base 10 can be the center of gravity of the
［ジャイロ素子の動作原理］
次に、ジャイロ素子１００の動作原理について説明する。
駆動モードにおいて、駆動用電極に所定の交流電圧を印加すると、駆動用振動腕１２ａ，１２ｂは、ＸＹ面内方向で逆向きに即ち互いに接近離反する向きに屈曲振動（面内モード振動）する。また、調整用振動腕１６ａ，１６ｂは、駆動用振動腕１２ａ，１２ｂの屈曲振動（面内モード振動）に基部１０を介して共振し、駆動用振動腕１２ａ，１２ｂと同様に、ＸＹ面内方向で逆向きに即ち互いに接近離反する向きに屈曲振動（面内モード振動）する。
[Gyro element operating principle]
Next, the operation principle of the
When a predetermined AC voltage is applied to the drive electrode in the drive mode, the
この状態でジャイロ素子１００が各振動腕の延出方向であるＹ軸回りに回転する角速度ωを印加すると、その角速度ωに応じて発生するコリオリ力の作用により、駆動用振動腕１２ａ，１２ｂは主面に垂直な面外方向即ちＺ軸方向に互いに逆向きに屈曲振動（面外モード振動）する。このＺ軸方向の振動に共振して、検出用振動腕１４ａ，１４ｂが検出モードで、同じくＺ軸方向に互いに逆向きに屈曲振動（面外モード振動）する。このとき、検出用振動腕１４ａ，１４ｂの振動方向は、駆動用振動腕１２ａ，１２ｂの振動方向とは逆相になる。
In this state, when the angular velocity ω that rotates around the Y axis that is the extending direction of each vibrating arm is applied, the
つまり、駆動用振動腕１２ａが＋Ｚ軸方向に振動すると、駆動用振動腕１２ｂは−Ｚ軸方向に振動する面外モード振動の屈曲振動となる。この駆動用振動腕１２ａ，１２ｂの面外モードの屈曲振動が基部１０を介して検出用振動腕１４ａ，１４ｂに伝わることで、検出用振動腕１４ａ，１４ｂを共振させ、検出用振動腕１４ａが−Ｚ軸方向に振動すると、検出用振動腕１４ｂは＋Ｚ軸方向に振動する面外モードの屈曲振動となる。
That is, when the
この検出モードにおいて、検出用振動腕１４ａ，１４ｂの検出用電極間に発生する電荷量を取り出すことによって、ジャイロ素子１００に加えられた角速度ωが求められる。
In this detection mode, the angular velocity ω applied to the
このようなジャイロ素子１００の外形は、後述する二酸化ケイ素（ＳｉＯ2）基板をドライエッチングすることで形成することができる。また、ジャイロ素子１００は、１枚の二酸化ケイ素（ＳｉＯ2）基板から複数個取りすることが可能である。
Such an outer shape of the
［ジャイロ素子の製造方法］
次に、本発明の実施形態に係るドライエッチング方法を用い、水晶を基材（主要部分を構成する材料）とするジャイロ素子１００を製造する方法を図２から図４を参照して説明する。
図２は、ジャイロ素子の外形を形成する製造方法を示す工程図である。図３（ａ）〜図３（ｄ）は、図２に示す主要な工程毎の図１におけるＡ−Ａ線での概略断面図である。図４（ｅ）〜図４（ｈ）は、図２に示す主要な工程毎の図１におけるＡ−Ａ線での概略断面図である。
[Gyro element manufacturing method]
Next, a method for manufacturing the
FIG. 2 is a process diagram showing a manufacturing method for forming the outer shape of the gyro element. FIG. 3A to FIG. 3D are schematic cross-sectional views taken along line AA in FIG. 1 for each main process shown in FIG. 4E to 4H are schematic cross-sectional views taken along the line AA in FIG. 1 for each main process shown in FIG.
ジャイロ素子１００の外形を形成する製造方法は、図２に示すように、下地層形成工程（Ｓｔｅｐ１）と、レジストパターニング工程（Ｓｔｅｐ２）と、金属層形成工程（Ｓｔｅｐ３）と、レジスト・下地層剥離工程（Ｓｔｅｐ４）と、支持基板固定工程（Ｓｔｅｐ５）と、ドライエッチング工程（Ｓｔｅｐ６）と、支持基板分離工程（Ｓｔｅｐ７）と、下地層剥離工程（Ｓｔｅｐ８）と、を含んでいる。
As shown in FIG. 2, the manufacturing method for forming the outer shape of the
＜下地層形成工程（Ｓｔｅｐ１）＞
先ず、下地層形成工程（Ｓｔｅｐ１）では、二酸化ケイ素（ＳｉＯ2）基板としての水晶基板１１０の表裏の両主面に下地層１２０を形成する。図３（ａ）は、水晶基板１１０に下地層１２０を形成した後の概略断面図である。下地層１２０は、スパッタリング法、ＣＶＤ（ｃｈｅｍｉｃａｌ ｖａｐｏｒ ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法、無電解めっき法などで成膜できる。下地層１２０の材料としては、例えば、金（Ａｕ）、銅（Ｃｕ）、チタンタングステン（ＴｉＷ）、クロム（Ｃｒ）、ニッケルクロム（ＮｉＣｒ）、アルミニウム（Ａｌ）などを使用することができる。水晶基板１１０と下地層１２０との密着性を高めるための密着層（図示せず）が設けられていてもよい。本実施形態では、６０μｍ以上の厚さを有する厚さ略１１０μｍの水晶基板１１０上にクロム（Ｃｒ）の密着層を介して厚さ略１００ｎｍの下地層１２０を銅（Ｃｕ）で形成している。
<Under layer forming step (Step 1)>
First, in the foundation layer forming step (Step 1), the foundation layers 120 are formed on both main surfaces of the front and back surfaces of the
＜レジストパターニング工程（Ｓｔｅｐ２）＞
レジストパターニング工程（Ｓｔｅｐ２）では、フォトリソグラフィーを用いて一方（＋Ｚ軸方向）の主面上にレジスト１３０をパターニングする。図３（ｂ）は、パターニング後の概略断面図である。レジスト１３０は、例えばコーターなどを使用して水晶基板１１０の一方（＋Ｚ軸方向）の主面に略２５μｍの厚さで均一に塗布される。水晶基板１１０に塗布されたレジスト１３０は、例えば、コンタクトアライナー、プロキシミティアライナーなどの露光装置を用いて図示しないフォトマスクを介して露光される。その後、レジスト１３０を現像することにより、平面視におけるジャイロ素子１００の外形形状に開口されたパターンのレジスト１３０が形成される。
<Resist patterning step (Step 2)>
In the resist patterning step (Step 2), the resist 130 is patterned on one (+ Z-axis direction) main surface using photolithography. FIG. 3B is a schematic cross-sectional view after patterning. The resist 130 is uniformly applied with a thickness of approximately 25 μm on one main surface (+ Z-axis direction) of the
＜金属層形成工程（Ｓｔｅｐ３）＞
次に、金属層形成工程（Ｓｔｅｐ３）では、水晶基板１１０をエッチングしてジャイロ素子１００を形成する際のマスクになる金属層１４０を水晶基板１１０の表裏の両主面に形成する。図３（ｃ）は、金属層１４０を形成した後の概略断面図である。金属層１４０は、パターニングしたレジスト１３０をマスクとして露出している下地層１２０の上と、他方（−Ｚ軸方向）の主面側の下地層１２０の上と、にめっき技術により形成される。本実施形態の金属層１４０は、ニッケル（Ｎｉ）を無電解めっき法により略１５μｍの厚さで形成されている。
<Metal layer forming step (Step 3)>
Next, in the metal layer forming step (Step 3), the
＜レジスト・下地層剥離工程（Ｓｔｅｐ４）＞
レジスト・下地層剥離工程（Ｓｔｅｐ４）では、レジスト１３０と下地層１２０とを除去して金属マスクとなる金属層１４０を形成する。図３（ｄ）は、レジスト１３０と下地層１２０とを剥離した後の概略断面図である。金属層形成工程（Ｓｔｅｐ３）で下地層１２０のマスクとして使用され不要となったレジスト１３０を剥離し、露出した下地層１２０を除去することで、金属マスクとなるジャイロ素子１００の外形形状にパターニングされた金属層１４０が形成される。レジスト１３０の剥離方法としては、レジスト剥離剤を用いたウェットエッチング法や、オゾンやプラズマを用いたドライエッチング法などを用いることができる。下地層１２０の剥離方法としては、下地層１２０に用いた材料に反応する反応性ガスなどを用いたドライエッチング法や、下地層１２０に用いた材料を腐食溶解する液体に浸漬させるウェットエッチング法などを用いることができる。
<Resist / Underlayer Stripping Step (Step 4)>
In the resist / underlying layer peeling step (Step 4), the resist 130 and the
＜支持基板固定工程（Ｓｔｅｐ５）＞
支持基板固定工程（Ｓｔｅｐ５）では、シリコンなどの支持基板１５０上に両面接着テープなどの固定用部材１６０を介して金属層１４０が形成された水晶基板１１０を固定する。図４（ｅ）は、支持基板１５０上に水晶基板１１０を固定した後の概略断面図である。水晶基板１１０は固定用部材１６０を介して支持基板１５０に貼り合わせた状態で、ドライエッチング装置のチャンバー内への搬入とチャンバー内に設けられたステージへの載置がなされる。前述のように本実施形態の水晶基板１１０は厚さが略１１０μｍと非常に薄いが、厚さが６００〜８００μｍと十分な強度を有する支持基板１５０に貼り合わせた状態で取り扱うことによって搬入時に作用する外力による水晶基板１１０の損傷を確実に防止できる。
<Supporting substrate fixing step (Step 5)>
In the support substrate fixing step (Step 5), the
＜ドライエッチング工程（Ｓｔｅｐ６）＞
ドライエッチング工程（Ｓｔｅｐ６）では、ドライエッチング装置（図示せず）を用い、本実施形態に係るドライエッチング方法により、金属層１４０をマスクとしてジャイロ素子１００の外形に水晶基板１１０をエッチングする。ドライエッチング装置には、一例として、ＩＣＰ（Ｉｎｄｕｃｔｉｖｅ Ｃｏｕｐｌｉｎｇ Ｐｌａｓｍａ）型（誘導結合プラズマ型）のＲＩＥ（Ｒｅａｃｔｉｖｅ Ｉｏｎ Ｅｔｃｈｉｎｇ）装置を用いる。図４（ｆ）は、水晶基板１１０をエッチングした後の概略断面図である。
<Dry etching process (Step 6)>
In the dry etching step (Step 6), the
ドライエッチング工程（Ｓｔｅｐ６）は、先ず、ドライエッチング装置のチャンバー内に設けられたステージ上に、水晶基板１１０を固定した支持基板１５０を静電吸着によって高い密着度で固定する。その後、チャンバー内を１．０Ｐａ程度まで減圧し、炭素（Ｃ）およびフッ素（Ｆ）を含むエッチングガスである六フッ化エタン（Ｃ2Ｆ6）と、ヘリウム（Ｈｅ）と、をチャンバー内に供給する。なお、六フッ化エタン（Ｃ２Ｆ６）とヘリウム（Ｈｅ）とを含むエッチングガスの流量については、一例として、六フッ化エタン（Ｃ2Ｆ6）の流量を４０ｓｃｃｍ（ｓｔａｎｄａｒｄ ｃｕｂｉｃ ｃｅｎｔｉｍｅｔｅｒ ｐｅｒ ｍｉｎｕｔｅ）〜６０ｓｃｃｍの範囲とし、ヘリウム（Ｈｅ）の流量を１５ｓｃｃｍとしている。
In the dry etching step (Step 6), first, a
次に、チャンバー内に設けられているコイルに高周波数の大電流を流すことによって高電圧と高周波数の変動磁場により、六フッ化エタン（Ｃ2Ｆ6）の誘導結合プラズマイオンを発生させる。その後、ステージの電位をマイナス電位とすると、誘導結合プラズマのプラスイオンがステージに引き寄せられて、水晶基板１１０に衝突し、金属層１４０でマスクされていない部分の水晶基板１１０がエッチングされ、ジャイロ素子１００の外形が形成される。また、その時に発生するフッ素（Ｆ）および炭素（Ｃ）のラジカルと、ケイ素（Ｓｉ）と、の反応生成物は真空排気されるが、一部はエッチング側面に付着する。これは側壁保護膜２００（図５参照）と呼ばれエッチングが進行する水晶基板１１０の厚さ方向（Ｚ軸方向）と交差する横方向（Ｘ軸方向）のエッチングを阻止する役目を果たす。
Next, inductively coupled plasma ions of hexafluoroethane (C 2 F 6 ) are generated by a high voltage and a high-frequency fluctuating magnetic field by flowing a high-frequency large current through a coil provided in the chamber. Thereafter, when the potential of the stage is set to a negative potential, positive ions of inductively coupled plasma are attracted to the stage, collide with the
ここで、生成された側壁保護膜２００（図５参照）のフッ素（Ｆ）と炭素（Ｃ）との組成比（フッ素（Ｆ）／炭素（Ｃ））は、２．０以上７．８以下の範囲であり、エッチング中に側壁から剥離することはない。なお、この範囲の組成比（フッ素（Ｆ）／炭素（Ｃ））を有する側壁保護膜２００（図５参照）が剥離しない理由については、後に詳細に説明する。 Here, the composition ratio (fluorine (F) / carbon (C)) of fluorine (F) and carbon (C) in the generated sidewall protective film 200 (see FIG. 5) is 2.0 or more and 7.8 or less. And does not peel from the sidewall during etching. The reason why the sidewall protective film 200 (see FIG. 5) having the composition ratio (fluorine (F) / carbon (C)) in this range does not peel will be described in detail later.
なお、本実施形態では、ドライエッチング装置に誘導結合型を用いた場合を説明したが、ドライエッチング装置には、コイルの部分に対向電極を用いた容量結合型（平行平板型）を用いてもよい。 In this embodiment, the case where the inductive coupling type is used for the dry etching apparatus has been described. However, the dry etching apparatus may be a capacitive coupling type (parallel plate type) using a counter electrode in the coil portion. Good.
＜支持基板分離工程（Ｓｔｅｐ７）＞
支持基板分離工程（Ｓｔｅｐ７）では、金属層１４０を剥離してエッチングを施した水晶基板１１０から支持基板１５０を分離する。図４（ｇ）は、金属層１４０を剥離し水晶基板１１０と支持基板１５０とを分離した後の概略断面図である。金属層１４０の剥離方法としては、金属層１４０に用いた材料を腐食溶解する液体に浸漬させるウェットエッチング法などを用いることができる。
<Support substrate separation step (Step 7)>
In the support substrate separation step (Step 7), the
＜下地層剥離工程（Ｓｔｅｐ８）＞
下地層剥離工程（Ｓｔｅｐ８）では、下地層１２０を剥離する。図４（ｈ）は、下地層１２０を剥離した後の概略断面図である。下地層１２０の剥離方法としては、下地層１２０に用いた材料に反応する反応性ガスなどを用いたドライエッチング法や、下地層１２０に用いた材料を腐食溶解する液体に浸漬させるウェットエッチング法などを用いることができる。
<Underlayer peeling step (Step 8)>
In the base layer peeling step (Step 8), the
以上の工程を経てジャイロ素子１００の外形が形成される。その後、フォトリソグラフィー技術により電極が形成されることで、ジャイロ素子１００が完成する。
The outer shape of the
次に、図２のドライエッチング工程（Ｓｔｅｐ６）において生じる段差状のエッチング残渣不良について述べる。 Next, a step-like etching residue defect occurring in the dry etching step (Step 6) of FIG. 2 will be described.
［段差状のエッチング残渣不良］
ドライエッチング中に生じる段差状のエッチング残渣３００による不良について、図５を参照し説明する。
図５（ａ）〜（ｆ）は、ドライエッチング工程において生じる段差状のエッチング残渣の発生要因を説明する図４（ｅ）におけるＢ部の拡大図である。
図５（ｆ）で示す段差状のエッチング残渣３００は、以下に説明する経緯で発生するものと考えられる。
先ず、図５（ａ）における金属層１４０のマスクで覆われていない水晶基板１１０の表面にエッチングガスの誘導結合プラズマのプラスイオンが衝突し、エッチングが始まる。
[Step-like etching residue defect]
A defect caused by the step-shaped
5 (a) to 5 (f) are enlarged views of a portion B in FIG. 4 (e) for explaining the generation factor of the step-shaped etching residue generated in the dry etching process.
The step-shaped
First, positive ions of inductively coupled plasma of an etching gas collide with the surface of the
その後、水晶基板１１０のエッチングと同時に、エッチングにより生じる水晶基板１１０のケイ素（Ｓｉ）と、エッチングガスに含まれる六フッ化エタン（Ｃ2Ｆ6）の誘導結合プラズマのラジカルであるフッ素（Ｆ）および炭素（Ｃ）と、の反応生成物が側壁保護膜２００として、図５（ｂ）に示すように、水晶基板１１０の側壁１７０に付着する。なお、フッ素（Ｆ）、炭素（Ｃ）、およびケイ素（Ｓｉ）の反応生成物である側壁保護膜２００は、六フッ化エタン（Ｃ2Ｆ6）を含むエッチングガスによる浸食を防ぐ強固な保護膜であるため、エッチング加工を施すことで生じる水晶基板１１０の側壁１７０を侵食することを防ぎ、水晶基板１１０の厚さ方向（Ｚ軸方向）にエッチングすることができる。そのため、加工精度が高く、アスペクト比の大きいエッチング加工を行うことができる。
Thereafter, simultaneously with the etching of the
更に、エッチングを継続し、図５（ｃ）に示すように、水晶基板１１０の厚さ方向（Ｚ軸方向）の半分以上をエッチングする。
すると、エッチング装置のチャンバー内の温度上昇に伴い、水晶基板１１０とフッ素（Ｆ）、炭素（Ｃ）、およびケイ素（Ｓｉ）の反応生成物である側壁保護膜２００との線膨張係数の違い、又は側壁保護膜２００の硬度が硬いことにより側壁保護膜２００に内部応力が発生することで、側壁保護膜２００が亀裂し、図５（ｄ）に示すように、水晶基板１１０の側壁１７０から剥離してしまう。
Further, the etching is continued, and as shown in FIG. 5C, more than half of the
Then, with the temperature rise in the chamber of the etching apparatus, the difference in linear expansion coefficient between the
その後、エッチングを継続すると、水晶基板１１０の側壁１７０から剥離した側壁保護膜２００の一部がエッチング加工する水晶基板１１０の表面を覆い、一種のマスクとなるため、図５（ｅ）に示すように、エッチングされずに残ってしまう。
そのため、水晶基板１１０のエッチングが終了しても、図５（ｆ）に示すように、剥離した側壁保護膜２００の一部に覆われた領域は、段差状のエッチング残渣３００を生じる。
この段差状のエッチング残渣３００は、水晶基板１１０から前述したジャイロ素子１００などを製造する場合、ジャイロ素子１００の各振動腕に生じると、各振動腕の振動を阻害しＱ値を著しく低下させ、検出感度を劣化してしまい、製造歩留まりの点で問題となる。そのため、このような段差状のエッチング残渣３００が生じない良好な側壁保護膜２００の組成比を見出す必要がある。
After that, when the etching is continued, a part of the side wall
Therefore, even after the etching of the
When the step-shaped
［側壁保護膜の組成比］
次に、本実施形態に係るドライエッチング方法におけるエッチング中に側壁保護膜２００の剥離が生じない側壁保護膜２００のフッ素（Ｆ）と炭素（Ｃ）との組成比（フッ素（Ｆ）／炭素（Ｃ））について、図６および図７を参照し説明する。
図６は、側壁保護膜の剥離が生じない側壁保護膜のフッ素（Ｆ）と炭素（Ｃ）との組成比（フッ素（Ｆ）／炭素（Ｃ））を示す図である。図７は、側壁保護膜の剥離が生じた側壁保護膜のフッ素（Ｆ）と炭素（Ｃ）との組成比（フッ素（Ｆ）／炭素（Ｃ））を示す図である。なお、図６と図７において、フッ素（Ｆ）および炭素（Ｃ）はat％（アトミックパーセント：原子組成百分率）で示してある。at％とは、原子１００個の中に考えている原子が何個含まれていれるかを百分率で示すものであり、例えば、２０個含まれていれば２０at％である。フッ素（Ｆ）と炭素（Ｃ）との組成比（フッ素（Ｆ）／炭素（Ｃ））の測定には、ＳＥＭ−ＥＤＸと呼ばれる走査型電子顕微鏡（Ｓｃａｎｎｉｎｇ Ｅｌｅｃｔｒｏｎ Ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｅ）に付属するエネルギー分散型Ｘ線分析装置（Ｅｎｅｒｇｙ Ｄｉｓｐｅｒｓｉｖｅ Ｘ−ｒａｙ Ｄｅｔｅｃｔｏｒ）を用いて行っている。
[Composition ratio of sidewall protective film]
Next, the composition ratio (fluorine (F) / carbon (fluorine (F) / carbon (C)) of the sidewall
FIG. 6 is a view showing the composition ratio (fluorine (F) / carbon (C)) of fluorine (F) and carbon (C) of the sidewall protective film in which peeling of the sidewall protective film does not occur. FIG. 7 is a diagram showing the composition ratio (fluorine (F) / carbon (C)) of fluorine (F) and carbon (C) of the sidewall protective film where the sidewall protective film is peeled off. In FIGS. 6 and 7, fluorine (F) and carbon (C) are indicated by at% (atomic percent: atomic composition percentage). “at%” indicates a percentage of how many atoms to be considered are contained in 100 atoms. For example, if 20 atoms are included, it is 20 at%. For measurement of the composition ratio of fluorine (F) and carbon (C) (fluorine (F) / carbon (C)), an energy dispersive X attached to a scanning electron microscope called SEM-EDX (Scanning Electron Microscope) is used. This is performed using a line analyzer (Energy Dispersive X-ray Detector).
先ず、図５（ｄ）に示す側壁保護膜２００の剥離が発生しない側壁保護膜２００のフッ素（Ｆ）と炭素（Ｃ）との組成比（フッ素（Ｆ）／炭素（Ｃ））を見出すために、六フッ化エタン（Ｃ2Ｆ6）の流量を４０ｓｃｃｍ〜６０ｓｃｃｍの範囲とし、ヘリウム（Ｈｅ）の流量を１５ｓｃｃｍとして側壁保護膜２００を生成し、各資料（１−１〜１−１４）のフッ素（Ｆ）と炭素（Ｃ）とを分析した結果を図６に示す。
図６より、側壁保護膜２００の剥離が発生しない側壁保護膜２００のフッ素（Ｆ）と炭素（Ｃ）との組成比（フッ素（Ｆ）／炭素（Ｃ））は、最小が資料１−１２の２．０であり、最大が資料１−３の７．８であることが明らかとなった。
First, in order to find the composition ratio (fluorine (F) / carbon (C)) of fluorine (F) and carbon (C) in the sidewall
As shown in FIG. 6, the minimum composition ratio (fluorine (F) / carbon (C)) of fluorine (F) and carbon (C) of the sidewall
次に、側壁保護膜２００の剥離が発生する側壁保護膜２００のフッ素（Ｆ）と炭素（Ｃ）との組成比（フッ素（Ｆ）／炭素（Ｃ））を見出すために、六フッ化エタン（Ｃ2Ｆ6）の流量を６５ｓｃｃｍ以上とし、ヘリウム（Ｈｅ）の流量を４５ｓｃｃｍとして側壁保護膜２００を生成し、各資料（２−１〜２−９）のフッ素（Ｆ）と炭素（Ｃ）とを分析した結果を図７に示す。
図７より、側壁保護膜２００の剥離が発生する側壁保護膜２００のフッ素（Ｆ）と炭素（Ｃ）との組成比（フッ素（Ｆ）／炭素（Ｃ））は、最小が資料２−６の０．８であり、最大が資料２−９の１．５であることが明らかとなった。
Next, in order to find the composition ratio (fluorine (F) / carbon (C)) of fluorine (F) and carbon (C) of the sidewall
From FIG. 7, the minimum composition ratio (fluorine (F) / carbon (C)) of fluorine (F) and carbon (C) of the sidewall
従って、側壁保護膜２００の剥離が発生しない側壁保護膜２００のフッ素（Ｆ）と炭素（Ｃ）との組成比（フッ素（Ｆ）／炭素（Ｃ））は、２．０以上７．８以下であるといえる。
Therefore, the composition ratio (fluorine (F) / carbon (C)) of fluorine (F) and carbon (C) of the sidewall
以上、本実施形態に係るドライエッチング方法において、炭素（Ｃ）およびフッ素（Ｆ）を含むエッチングガスを用い、被加工物である二酸化ケイ素（ＳｉＯ2）基板としての水晶基板１１０の側壁１７０に側壁保護膜２００を形成しながら水晶基板１１０をエッチングする際に、側壁保護膜２００のフッ素（Ｆ）と炭素（Ｃ）との組成比（フッ素（Ｆ）／炭素（Ｃ））を、２．０以上７．８以下としている。
As described above, in the dry etching method according to the present embodiment, the etching gas containing carbon (C) and fluorine (F) is used, and the
そのため、水晶基板１１０と側壁保護膜２００との線膨張係数の差を小さくできる、又は、側壁保護膜２００の硬度を軟らかくできるため、エッチング中の熱による水晶基板１１０と側壁保護膜２００との間に生じる応力歪を緩和することができ、水晶基板１１０の側壁１７０に生成する側壁保護膜２００を剥がれ難くすることができる。また、側壁保護膜２００の剥離に起因した段差状のエッチング残渣３００の発生を低減することができる。従って、エッチング中に生成する側壁保護膜２００が水晶基板１１０の側壁１７０から剥離するのを低減できるドライエッチング方法を提供することができる。
Therefore, the difference in the coefficient of linear expansion between the
また、側壁保護膜２００は、フッ素（Ｆ）、炭素（Ｃ）、およびケイ素（Ｓｉ）を含む膜であるため、六フッ化エタン（Ｃ2Ｆ6）を含むエッチングガスによる浸食を防ぐ強固な保護膜とすることができるため、エッチング加工を施すことで生じる水晶基板１１０の側壁１７０を侵食することを防ぎ、水晶基板１１０の厚さ方向（Ｚ軸方向）にエッチングすることができる。そのため、加工精度が高く、アスペクト比の大きいエッチング加工を行うことができる。
Further, since the sidewall
また、エッチングガスが六フッ化エタン（Ｃ2Ｆ6）とヘリウム（Ｈｅ）である。そのため、六フッ化エタン（Ｃ2Ｆ6）は、被加工物である二酸化ケイ素（ＳｉＯ2）基板としての水晶基板１１０等のエッチング効果が高いプラズマイオンと、側壁保護膜２００を形成するラジカルと、を効率よく生成することができ、側壁１７０を保護しながら高速で水晶基板１１０等をエッチングすることができる。また、ヘリウム（Ｈｅ）は、六フッ化エタン（Ｃ2Ｆ6）のプラズマイオンやラジカルを適度に分散させる効果があるためエッチング加工の面内均一性を向上させることができる。従って、被加工物である二酸化ケイ素（ＳｉＯ2）基板としての水晶基板１１０等のエッチング加工を高速で精度良く行うことができる。
The etching gas is ethane hexafluoride (C 2 F 6 ) and helium (He). Therefore, hexafluoroethane (C 2 F 6 ) contains plasma ions having a high etching effect, such as the
また、被加工物である二酸化ケイ素（ＳｉＯ2）基板としての水晶基板１１０の厚さを６０μｍ以上とすることで、水晶基板１１０からジャイロ素子１００を製造する場合、水晶基板１１０の厚さが６０μｍより薄いと、角速度の印加に伴い振動腕の側面部に生じる電荷が少ないため、検出感度が小さくなり、高精度のジャイロ素子を製造することができない。そのため、高い検出感度を有するジャイロ素子１００を製造することができる。
Further, when the
１０…基部、１０ａ，１０ｂ…端部、１２ａ，１２ｂ…駆動用振動腕、１４ａ，１４ｂ…検出用振動腕、１６ａ，１６ｂ…調整用振動腕、２０ａ…第１連結部、２０ｂ…第２連結部、２２ａ…第１支持部、２２ｂ…第２支持部、２４…固定枠部、３２ａ，３２ｂ，３４ａ，３４ｂ，３６ａ，３６ｂ…錘部、１００…ジャイロ素子、１１０…二酸化ケイ素（ＳｉＯ2）基板としての水晶基板、１２０…下地層、１３０…レジスト、１４０…金属層、１５０…支持基板、１６０…固定用部材、１７０…側壁、２００…側壁保護膜、３００…段差状のエッチング残渣。
DESCRIPTION OF
Claims (4)
被加工物の側壁に側壁保護膜を形成しながら前記被加工物をエッチングするドライエッチング方法であって、
前記側壁保護膜のフッ素（Ｆ）と炭素（Ｃ）との組成比（フッ素（Ｆ）／炭素（Ｃ））を、２．０以上７．８以下とすることを特徴とするドライエッチング方法。 Using an etching gas containing carbon (C) and fluorine (F),
A dry etching method for etching a workpiece while forming a sidewall protective film on a sidewall of the workpiece,
A dry etching method, wherein a composition ratio (fluorine (F) / carbon (C)) of fluorine (F) and carbon (C) of the sidewall protective film is set to 2.0 or more and 7.8 or less.
前記側壁保護膜は、フッ素（Ｆ）、炭素（Ｃ）、およびケイ素（Ｓｉ）を含む膜であることを特徴とするドライエッチング方法。 The dry etching method according to claim 1,
The dry etching method, wherein the sidewall protective film is a film containing fluorine (F), carbon (C), and silicon (Si).
前記エッチングガスは、六フッ化エタン（Ｃ2Ｆ6）とヘリウム（Ｈｅ）であることを特徴とするドライエッチング方法。 In the dry etching method according to claim 1 or 2,
The dry etching method, wherein the etching gas is ethane hexafluoride (C 2 F 6 ) and helium (He).
前記被加工物は、６０μｍ以上の厚さを有する二酸化ケイ素（ＳｉＯ2）基板であることを特徴とするドライエッチング方法。 In the dry etching method according to any one of claims 1 to 3,
The dry etching method, wherein the workpiece is a silicon dioxide (SiO 2 ) substrate having a thickness of 60 μm or more.
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