JP3944585B2 - Vertical surface fabrication method by dry etching - Google Patents
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Description
本発明は、半導体材料を用いたMEMSの3次元形状をRIE装置によりドライエッチングするに際して、例えば光スイッチ等の反射面の性能を向上するために、垂直面を高精度で製作することができるようにしたドライエッチングによる垂直側面作製方法、及びその製作方法を実施するドライエッチング処理装置に関する。 According to the present invention, when dry-etching a three-dimensional shape of a MEMS using a semiconductor material by an RIE apparatus, a vertical surface can be manufactured with high accuracy in order to improve the performance of a reflective surface such as an optical switch. The present invention relates to a vertical side surface manufacturing method by dry etching, and a dry etching processing apparatus for performing the manufacturing method.
シリコンを高密度プラズマで高速にドライエッチングするRIE (Reactive Ion Etching)装置が、半導体材料を用いたMEMS (Micro Electro Mechanical Systems) の3次元形状作製に広く用いられるようになっている。RIE装置を用いて加工するとエッチング異方性を強くすることができ、また、ほぼ垂直のエッチング側面が実現できる。これを利用して、様々なMEMSデバイスが開発されている。 2. Description of the Related Art An RIE (Reactive Ion Etching) apparatus that performs high-speed dry etching of silicon with high-density plasma has been widely used for three-dimensional shape fabrication of MEMS (Micro Electro Mechanical Systems) using semiconductor materials. Etching anisotropy can be strengthened by processing using an RIE apparatus, and a substantially vertical etching side surface can be realized. Various MEMS devices have been developed using this.
上記のような種々のMEMSデバイスの中でも、垂直側面をミラーに利用する光スイッチなどの光応用MEMS は、垂直側面の角度や面粗さが性能に大きな影響を与えるため、高精度なエッチングが必要とされる。 Among the various MEMS devices described above, optical application MEMS such as an optical switch that uses the vertical side as a mirror greatly affects the performance because the angle and surface roughness of the vertical side greatly affect the performance. It is said.
従来のエッチングによってミラー構造物を形成するに際しては、例えば図4(a)に示されるようなマスクパターン31を用いる。このマスクパターン31においては、最終的に作製される同図(c)のようなミラー構造物32の上面形状に一致し、エッチング側面であるミラー面33を画定する輪郭34を備えたマスク遮光部35が形成されており、その周囲はマスク透明部36となっている。 When forming a mirror structure by conventional etching, for example, a mask pattern 31 as shown in FIG. 4A is used. In this mask pattern 31, a mask light-shielding portion provided with a contour 34 that coincides with the upper surface shape of a mirror structure 32 as finally produced (c) and defines a mirror surface 33 that is an etching side surface. 35 is formed, and the periphery thereof is a mask transparent portion 36.
このようなマスクパターン31を用いて図4(b)に示すようにシリコン基板37の表面38に塗布したポジレジストを光学的に除去して、前記マスク遮光部34に一致するレジスト39を形成する。このシリコン基板37に対してドライエッチング処理すると、マスクパターンの遮光部分が保護され、前記レジスト39以外の部分がエッチングによって剥離し除去されるため、図4(c)に示すようなミラー構造物32が作製され、そのエッチング側面であるミラー面33が形成される。 Using this mask pattern 31, the positive resist applied to the surface 38 of the silicon substrate 37 is optically removed as shown in FIG. 4B to form a resist 39 corresponding to the mask light shielding portion 34. . When this silicon substrate 37 is dry-etched, the light-shielding portion of the mask pattern is protected, and portions other than the resist 39 are peeled off and removed by etching. Therefore, the mirror structure 32 as shown in FIG. And a mirror surface 33 which is an etching side surface thereof is formed.
ドライエッチング装置は、被加工物の前面に反応ガスの高密度プラズマを形成し、このプラズマ中のイオンやラジカルを被加工物に照射することでエッチングを行うものである。このようなドライエッチングに際しては、反応ガスの種類、ガス圧力、高周波印加電力、バイアス電圧等のエッチング条件を変えることで、エッチングに寄与するイオン・ラジカルの作用は変化する。中でも特に、ほとんどのイオンが被加工物に垂直に入射するような条件でエッチングを行うとエッチング異方性が極めて強くなり、被加工物の表面と垂直方向にエッチングが進行する。このとき、フォトレジスト等でエッチングマスクのパターンを作成しておくと、その輪郭で垂直側面を形成することが可能になる。これら、条件の変化によるエッチング形状の変化は、下記非特許文献1に詳しく報告されている。 A dry etching apparatus performs etching by forming a high-density plasma of a reactive gas on the front surface of a workpiece and irradiating the workpiece with ions or radicals in the plasma. In such dry etching, the action of ions / radicals contributing to etching is changed by changing the etching conditions such as the type of reaction gas, gas pressure, high frequency applied power, bias voltage and the like. In particular, when etching is performed under such a condition that most ions are perpendicularly incident on the workpiece, the etching anisotropy becomes extremely strong and the etching proceeds in a direction perpendicular to the surface of the workpiece. At this time, if a pattern of an etching mask is prepared with a photoresist or the like, a vertical side surface can be formed with the contour. These changes in etching shape due to changes in conditions are reported in detail in Non-Patent Document 1 below.
また、プラズマによってエッチングが起こるガスと、プラズマによって保護膜の堆積が起こるガスの2種類のガスを交互に切り替えることで、エッチング側面を保護しながらエッチングを行う、通称ボッシュプロセスと呼ばれる処理手法も実用化されている。この垂直側面をアクチュエータ等と組み合わせて可動ミラーとし、光の信号を制御する光通信用スイッチなどのMEMSデバイスが、例えば下記特許文献1等に多数提案されている。 In addition, a processing technique called the Bosch process, in which etching is performed while protecting the etching side surface by alternately switching between a gas that causes etching by plasma and a gas that causes deposition of a protective film by plasma, is also practical. It has become. A number of MEMS devices such as an optical communication switch for controlling a light signal by combining the vertical side surface with an actuator or the like to form a movable mirror have been proposed in, for example, Patent Document 1 below.
また、上記のような各種の方法を用いて、シリコンで作った原型を元にメッキ等の技術を使用して形状を転写した金型を作製し、成形加工を利用して原型と同一の形状を持つプラスチック、ガラスの超小型部品を作製する研究も例えば下記非特許文献2等に報告されている。
前記のようなドライエッチングによって数μm〜100μm程度の比較的狭い幅を持つ溝を作製する場合は、エッチング側面の垂直性はよく保たれ、ガス圧力等のエッチング条件の調整により、従来技術でも±0.1度程度の垂直精度が実現可能である。 When a groove having a relatively narrow width of about several μm to 100 μm is produced by dry etching as described above, the verticality of the etching side surface is kept well, and by adjusting the etching conditions such as gas pressure, the conventional technique can also be ± A vertical accuracy of about 0.1 degree can be realized.
しかし、垂直側面のミラーとしての利用を考えると、光の通路を確保するためにミラー面の前面には通常500μm以上の空間が必要であり、エッチング幅は大きくならざるを得ない。 However, considering use as a mirror on the vertical side, a space of 500 μm or more is usually required in front of the mirror surface in order to ensure a light path, and the etching width must be increased.
例えば図6に示すドライエッチング処理装置41の例において、対向した上部電極42と下部電極48の間において、下部電極48上に被加工物ウエハ47を固定し、反応ガス雰囲気中で両電極に高周波電圧をかけると上部電極42から下部電極48上の被加工物ウエハ47側にプラズマグロー43が発生し、そのプラズマグローの境界から被加工物ウエハ47の表面に向けてイオン・ラジカル45が生じる。異方性の強い処理条件を適用すると、このイオン・ラジカルは被加工物ウエハ47の表面に対して最初は全て垂直に進む。 For example, in the example of the dry etching processing apparatus 41 shown in FIG. 6, a workpiece wafer 47 is fixed on the lower electrode 48 between the opposed upper electrode 42 and lower electrode 48, and high frequency is applied to both electrodes in a reactive gas atmosphere. When a voltage is applied, a plasma glow 43 is generated from the upper electrode 42 to the workpiece wafer 47 on the lower electrode 48, and ions and radicals 45 are generated from the boundary of the plasma glow toward the surface of the workpiece wafer 47. When processing conditions with strong anisotropy are applied, all of these ions and radicals initially proceed perpendicular to the surface of the workpiece wafer 47.
その後、被加工物ウエハ47表面にエッチングマスク46が形成されていない部分では、このイオン・ラジカル45によってエッチングが進む。上記エッチングマスク46が形成されていない部分の幅が狭いときには、図中狭い溝49と示されるような溝が形成され、その部分の幅が広いときには、図中広い溝50として示されるような溝が形成される。図6から明らかなように、狭い溝49を形成する部分ではエッチングが垂直に進行することにより、溝側壁が互いに平行な溝が形成される。それに対して、広い溝50を形成する部分ではエッチングが進んで溝底部が下方に進行するにしたがって、プラズマグローの境界変形部44が図示するように加工されていく溝底部に向けて突出するように生じる。 Thereafter, in the portion where the etching mask 46 is not formed on the surface of the workpiece wafer 47, etching proceeds by the ions / radicals 45. When the width of the portion where the etching mask 46 is not formed is narrow, a groove as shown as a narrow groove 49 in the drawing is formed. When the width of the portion is wide, the groove as shown as a wide groove 50 in the drawing. Is formed. As apparent from FIG. 6, in the portion where the narrow groove 49 is formed, the etching proceeds vertically, so that grooves whose groove side walls are parallel to each other are formed. On the other hand, in the portion where the wide groove 50 is formed, the plasma glow boundary deforming portion 44 protrudes toward the groove bottom which is processed as shown in the drawing as the etching progresses and the groove bottom advances downward. To occur.
前記のようなプラズマグロー43の境界変形部44の側面は、形成される溝の形状とは異なりなだらかな突出変形となるため、側面は傾斜した形状となる。したがってプラズマグロー43の境界から放射されるイオンラジカルは、境界変形部44の側面から傾斜して放射され、それにより広い溝50の溝側壁51はサイドエッチングによって傾斜して形成される。 Since the side surface of the boundary deformation portion 44 of the plasma glow 43 as described above has a gentle protruding deformation unlike the shape of the groove to be formed, the side surface has an inclined shape. Therefore, ion radicals radiated from the boundary of the plasma glow 43 are radiated from the side surface of the boundary deformation portion 44 so that the groove sidewall 51 of the wide groove 50 is formed to be inclined by side etching.
このように、被加工物ウエハ47に形成する溝が狭い溝49のときには、その溝側壁51は表面から直角に形成されるのに対して、広い溝50のときにはその溝側壁51は図示するように傾斜する。そのため、前記図4に示した従来の手法によるエッチングを行う際に、幅500μm、厚さ100μm、高さ120μmの矩形のミラーを作製するときには、実際には図5の顕微鏡写真に示されるような逆テーパの角度をもつ傾斜側面が形成される。図示する例においては、そのエッチング側面の角度は87度〜89.5であった。 Thus, when the groove formed in the workpiece wafer 47 is a narrow groove 49, the groove side wall 51 is formed at a right angle from the surface, whereas when the groove 50 is wide, the groove side wall 51 is illustrated. Inclined to. Therefore, when a rectangular mirror having a width of 500 .mu.m, a thickness of 100 .mu.m and a height of 120 .mu.m is produced when performing etching by the conventional method shown in FIG. 4, as shown in the micrograph of FIG. An inclined side surface having an inverse taper angle is formed. In the illustrated example, the angle of the etching side surface was 87 degrees to 89.5.
図7にエッチングガスSF6と堆積ガスC4F8の2種類のガスを交互に切り替えながら、2種類の異なる条件でシリコン単結晶のドライエッチングを行った場合、エッチング溝幅によってエッチング側面の角度が変化する様子の実測結果を示す。溝幅が10μm〜100μm程度の場合はエッチング条件を調整することで側面角度をほぼ正確に90度にすることが可能であるが、200μm以上の溝幅ではいずれの条件でも困難となり、1mm以上の溝幅では大きく垂直からのズレが生じてしまい、残されたミラー構造は前記のように逆テーパー形状となる。したがって、開口部の幅の広いエッチングマスクを使用して作製した垂直側面の角度は、エッチング条件を最適化しても、89.5度程度にしかならない。 In FIG. 7, when the silicon single crystal is dry-etched under two different conditions while alternately switching between two kinds of gases, the etching gas SF6 and the deposition gas C4F8, the angle of the etching side surface changes depending on the etching groove width. The actual measurement result is shown. When the groove width is about 10 μm to 100 μm, it is possible to make the side surface angle almost 90 degrees by adjusting the etching conditions. However, when the groove width is 200 μm or more, it becomes difficult under any condition, and the surface angle is 1 mm or more. The groove width causes a large deviation from the vertical, and the remaining mirror structure has an inversely tapered shape as described above. Therefore, the angle of the vertical side surface manufactured using an etching mask having a wide opening is only about 89.5 degrees even if the etching conditions are optimized.
なお、図6に示すような実験結果から、エッチング条件を調整することによって、エッチングで形成される側面をできる限り直角に形成するように設定する場合と、逆に側面をできる限り傾斜して形成するように設定する場合とで、これらを任意に選択して処理を行うことができることがわかる。本発明においてはこの性質を利用して、後述するようにその条件を任意に選択して、形成する側面から直角に形成する場合と、大きな傾斜に形成する場合とを選択することが可能となる。 From the experimental results shown in FIG. 6, by adjusting the etching conditions, the side surface formed by etching is set to be formed at a right angle as much as possible, and conversely, the side surface is inclined as much as possible. It can be seen that the processing can be performed by arbitrarily selecting these in the case of setting to do so. In the present invention, by utilizing this property, it is possible to select a case where it is formed at a right angle from a side surface to be formed and a case where it is formed with a large inclination, as will be described later. .
このような垂直からの誤差は、わずかであっても、光デバイスとして使用する場合に光軸のズレを生じ、光量の挿入損失を引き起こしてしまうとともに、製造時の光軸調整が困難となる。そのため、前記のように垂直側面をミラーとして利用するとき、光の通路を確保するためにミラー面の前面に500μm以上の空間を設けるときには、その部分は広い溝とならざるを得ず、したがってそのミラーは傾斜した形状となり、所望の垂直なミラー面を形成することができない。 Even if such an error from the vertical is slight, an optical axis shift occurs when used as an optical device, causing an insertion loss of the amount of light and making it difficult to adjust the optical axis at the time of manufacture. Therefore, when the vertical side surface is used as a mirror as described above, when a space of 500 μm or more is provided in front of the mirror surface in order to secure a light path, the portion must be a wide groove, and therefore The mirror has an inclined shape, and a desired vertical mirror surface cannot be formed.
また、前記のように溝側面が逆テーパー形状となるため、上記のような光学デバイスを製作する以外に、ドライエッチングによって作製された形状を原型として金型を作り成形加工を行う場合には、ホットエンボス加工や射出成形加工では製品の抜けが悪くなるという問題もある。 In addition, since the groove side surface has a reverse taper shape as described above, in addition to manufacturing the optical device as described above, when performing a molding process using a mold made by dry etching as a prototype, In hot embossing and injection molding, there is also a problem that product omission becomes worse.
したがって本発明は、ドライエッチング処理によって正確に垂直な側面を容易に形成することができるようにしたドライエッチングによる垂直面製作方法を得ること、及びその方法を実施する装置を提供することを目的とする。 SUMMARY OF THE INVENTION Accordingly, an object of the present invention is to provide a method for manufacturing a vertical surface by dry etching, which can easily form an accurate vertical side surface by dry etching, and to provide an apparatus for performing the method. To do.
本発明に係るドライエッチングによる垂直面製作方法は、上記課題を解決するため、構造体の垂直側面の前に広い空間をドライエッチングにより形成する垂直面製作方法において、最初に前記構造体の側面に一致する輪郭を備えている細い溝を形成するための第1マスクパターンを用いて第1のエッチング処理を行い、前記細い溝を形成する第1のエッチング処理による垂直面形成特性によって、構造体の垂直な側面を形成し、次いで前記第1のエッチング処理により形成される溝より構造体側面から離れた位置に輪郭を備えた広い面をエッチング除去するための第2マスクパターンを用いて第2のエッチング処理を行い、前記広い面の第2のエッチング処理により生じる深さ方向に広がる傾斜エッチング面形成特性によって、前記第2のエッチング処理で除去される空間に隣接し、前記第1のエッチング溝に隣接した、前記第1及び第2のエッチング処理で除去されなかった部分を該溝底部においてシリコン基板から分離し、最後に第2マスクパターンのレジストを剥離して前記シリコン基板から分離した部分を除去することにより、第1のエッチング処理によって形成された構造体の垂直側面の前に第2のエッチング処理によって広い空間を形成するようにしたものである。 In order to solve the above problems, a vertical surface manufacturing method by dry etching according to the present invention is a vertical surface manufacturing method in which a wide space is formed by dry etching before a vertical side surface of a structure. The first etching process is performed using the first mask pattern for forming the narrow groove having the matching contour, and the vertical plane formation characteristic by the first etching process for forming the thin groove is used to form the structure. The second mask pattern is used to form a vertical side surface, and then use a second mask pattern to etch away a wide surface having a contour at a position farther from the structure side surface than the groove formed by the first etching process. It was etched by the inclined etched surface forming properties extending in the depth direction caused by a second etching process in the wide surface, the second d A portion adjacent to the space to be removed by the chucking process and adjacent to the first etching groove and not removed by the first and second etching processes is separated from the silicon substrate at the bottom of the groove. By removing the resist of the two-mask pattern and removing the portion separated from the silicon substrate , a wide space is formed by the second etching process in front of the vertical side surface of the structure formed by the first etching process. It is what I did.
また、本発明による他のドライエッチングによる垂直面製作方法は、前記ドライエッチングによる垂直面製作方法において、前記第1のエッチング処理では、深さ方向に均一な細い溝を形成する処理条件を選択して行うようにしたものである。 In another vertical surface manufacturing method by dry etching according to the present invention, in the vertical etching method by dry etching, in the first etching process, a processing condition for forming a uniform thin groove in a depth direction is selected. This is what we do.
また、本発明による他のドライエッチングによる垂直面製作方法は、前記ドライエッチングによる垂直面製作方法において、前記第2のエッチング処理では、第1のエッチング処理の処理条件より、処理の進行により深さ方向に傾斜する側面を形成する処理条件を選択して行うようにしたものである。 According to another aspect of the present invention, there is provided a method for manufacturing a vertical surface by dry etching. In the method for manufacturing a vertical surface by dry etching, in the second etching process, the depth depends on the progress of the process from the processing conditions of the first etching process. The processing conditions for forming the side surfaces inclined in the direction are selected and performed.
ドライエッチングを、溝の輪郭を定義をする幅の細い第1のエッチング処理と、残りの広い面積を除去する第2のエッチング処理の2回に分けて処理を行うことにより、第1のエッチング処理によって安定的かつ精密なエッチング側面角度の制御が可能になり、特に精度の高い垂直度の側面を形成することができる。このとき、垂直からの誤差は従来の±0.5度程度から±0.1度程度まで減少させることが可能である。 The dry etching is divided into two processes, a first etching process with a narrow width for defining the outline of the groove and a second etching process for removing the remaining large area, thereby performing the first etching process. This makes it possible to stably and precisely control the etching side surface angle, and to form a highly accurate side surface with high accuracy. At this time, the vertical error can be reduced from about ± 0.5 degrees to about ± 0.1 degrees.
また、第2のエッチング処理は広い面積を除去するエッチングを行うことにより、第1のエッチングを行う部分の外側から内側に向けて傾斜したエッチング側面を形成し、第1エッチング処理で残った不要部分を容易に除去することができる。また、第1マスクパターンと第2マスクパターンの位置ずれが生じても図3のようなエッチング残りや二重エッチングを生じることなく、所望の構造物を確実に形成することができる。 In addition, the second etching process performs etching to remove a large area, thereby forming an etching side surface inclined from the outside to the inside of the part where the first etching is performed, and an unnecessary part remaining in the first etching process. Can be easily removed. Moreover, even if the first mask pattern and the second mask pattern are misaligned, a desired structure can be reliably formed without causing etching residue or double etching as shown in FIG.
この技術により光スイッチのミラーを製造することで、予め設定した光軸からのの偏向が小さくなり、精密な光路調整が可能になるため、より低い挿入損失を、より少ない組立調整で得ることができ、光通信分野での基本コンポーネントである光スイッチの高性能化・低コスト化に寄与することができる。 By manufacturing the mirror of the optical switch with this technology, the deflection from the preset optical axis is reduced and precise optical path adjustment is possible, so lower insertion loss can be obtained with less assembly adjustment. It is possible to contribute to high performance and low cost of an optical switch which is a basic component in the optical communication field.
また、作製したエッチング形状を原型として金型を作製した成形プロセスで、逆テーパーによる抜け性の困難さを改善することができる。 In addition, it is possible to improve the difficulty of removal due to reverse taper in a molding process in which a mold is manufactured using the manufactured etching shape as a prototype.
本発明は、ドライエッチング処理によって正確に垂直な側面を容易に形成することができるようにするため、広いエッチング幅を持つ領域をドライエッチングすることにより形成した垂直側面を利用する構造体を製作するに際して、最初に前記構造体の側面に一致する輪郭を備え細い溝を形成するための第1マスクパターンを用いて第1のエッチング処理を行い、次いで前記第1のエッチング処理により形成される溝の幅より構造体側面から離れた位置に輪郭を備えた広い面をエッチング除去するための第2マスクパターンを用いて第2のエッチング処理を行い、前記第2のエッチング処理によって第2マスクパターンの輪郭と前記第1マスクパターンの輪郭の間の部分を除去するようにしたものである。 The present invention manufactures a structure that uses a vertical side surface formed by dry etching a region having a wide etching width so that a precise vertical side surface can be easily formed by a dry etching process. In this case, first, a first etching process is performed using a first mask pattern for forming a narrow groove having a contour that matches the side surface of the structure, and then a groove formed by the first etching process is performed. A second etching process is performed using a second mask pattern for etching away a wide surface having a contour at a position farther from the structure side surface than the width, and the contour of the second mask pattern is obtained by the second etching process. And a portion between the contours of the first mask pattern is removed.
本発明によるドライエッチングによる垂直面作製方法及び装置を、前記図4に示す例と同様に、シリコン単結晶基板上に垂直壁面を持つ、孤立した幅500μm、厚さ100μm、高さ120μmの矩形のミラーを作製する例に基づいて説明する。 As in the example shown in FIG. 4, the vertical surface manufacturing method and apparatus according to the present invention is a rectangular single-walled substrate having a vertical wall surface on a silicon single crystal substrate and having a width of 500 μm, a thickness of 100 μm, and a height of 120 μm. A description will be given based on an example of manufacturing a mirror.
最初、図1(a)に示すような第1マスクパターンを用意する。図 1(a)に示す第1マスクパターン1においては、前記図4(a)に示したマスクパターン31のマスク遮光部35と同様の第1中央マスク遮光部2を中央に備えており、その第1中央マスク遮光部2の輪郭である第1中央マスク輪郭3から距離aだけ離れた部分を周辺マスク輪郭4とする周辺マスク遮光部5を備えている。図示の例においては、前記距離aを均一に70μmとしたマスク透明部8が形成されている。 First, a first mask pattern as shown in FIG. The first mask pattern 1 shown in FIG. 1A includes a first central mask light shielding portion 2 similar to the mask light shielding portion 35 of the mask pattern 31 shown in FIG. A peripheral mask light-shielding part 5 is provided that has a peripheral mask contour 4 that is a distance a from the first central mask contour 3, which is the contour of the first central mask light-shielding part 2. In the example shown in the figure, a mask transparent portion 8 having the distance a uniformly set to 70 μm is formed.
この第1マスクパターン1を用いてシリコン基板6上にレジスト7を形成すると、図1(b)に示されるように、幅70μmのレジスト7が除去された第1のレジストパターン9が形成される。このレジスト7を用いて第1のエッチング処理を行うと、図1(c)に示すようにシリコン基板6の表面から直角に平行な側面をもつ溝10が形成されていく。 When the resist 7 is formed on the silicon substrate 6 using the first mask pattern 1, as shown in FIG. 1B, the first resist pattern 9 from which the resist 7 having a width of 70 μm is removed is formed. . When the first etching process is performed using this resist 7, grooves 10 having side surfaces parallel to the right angle from the surface of the silicon substrate 6 are formed as shown in FIG.
このときエッチング条件を前記図7の条件2のように調整することによって、幅70μmのエッチング領域のエッチング側面角度は89.9度〜90.1度に制御することができる。 At this time, the etching side angle of the etching region having a width of 70 μm can be controlled to 89.9 degrees to 90.1 degrees by adjusting the etching conditions as in condition 2 in FIG.
所定の深さ、即ち形成するミラーの高さである前記120μmの深さまでエッチングを行ったときにその処理を停止し、表面のレジスト7を剥離する。その状態は図1(d)に示される。その後次に行う第2のエッチング処理のために、図1(e)に示されるように第2のレジスト11を表面全体に均等に施す。その際には、幅の狭い溝10の周壁にもレジストが確実に塗布されるように、スプレーコーティング等によって塗布する。 When the etching is performed to a predetermined depth, that is, the depth of 120 μm, which is the height of the mirror to be formed, the processing is stopped and the resist 7 on the surface is peeled off. The state is shown in FIG. Thereafter, for the second etching process to be performed next, as shown in FIG. 1E, the second resist 11 is uniformly applied to the entire surface. In this case, the resist is applied by spray coating or the like so that the resist is reliably applied also to the peripheral wall of the narrow groove 10.
次いで、図1(f)に示すような第2マスクパターン12を用いる。図1(f)に示す第2マスクパターン12においては、その中央部に第2中央マスク遮光部13を備えており、第2中央マスク遮光部13は前記第1マスクパターン1における周辺マスク輪郭4よりも距離bだけ外側に位置するように設定されている。図示の例においては、前記距離bを3μmとしている。 Next, a second mask pattern 12 as shown in FIG. The second mask pattern 12 shown in FIG. 1 (f) has a second central mask light shielding part 13 at the center thereof, and the second central mask light shielding part 13 is a peripheral mask contour 4 in the first mask pattern 1. It is set so as to be located outside by a distance b. In the illustrated example, the distance b is 3 μm.
この第2マスクパターン12を用いて図1(e)の第2のレジスト11を除去すると、同図(g)に示されるような第2のレジストパターン14が形成される。このとき形成される第2のレジストパターン13の輪郭15は、図1(g)に示されるように、図1(d)に示される溝10の外側壁16よりも更にbだけ外側の位置迄第2のレジスト14で覆われている。 When the second resist 11 in FIG. 1E is removed using the second mask pattern 12, a second resist pattern 14 as shown in FIG. 1G is formed. As shown in FIG. 1G, the contour 15 of the second resist pattern 13 formed at this time extends further to the position outside the outer wall 16 of the groove 10 shown in FIG. Covered with a second resist 14.
このとき位置合わせ誤差が3μm以内の場合には、溝周辺の保護長さは最小0μm、最大6μmとなる。従って、第1のエッチング処理によって形成された溝10は完全にフォトレジストで保護されることとなる。 At this time, when the alignment error is within 3 μm, the protection length around the groove is 0 μm minimum and 6 μm maximum. Therefore, the groove 10 formed by the first etching process is completely protected by the photoresist.
その後図1(g)のように第2のレジストパターン14が形成された状態で、第2のエッチング処理を施す。このとき図6の条件1で示したようなサイドエッチングの大きなエッチング条件を選択すると、エッチング幅が広いこともあり、側面17の角度αは約87度になる。このときのサイドエッチング幅は、深さ120μmのエッチングを行ったときには、120μm/tan87度 =6.3μm となり、溝周辺の保護長さが最大の6μmの場合でも、1回目のエッチング溝とその溝底部において連結が起きる。 Thereafter, a second etching process is performed with the second resist pattern 14 formed as shown in FIG. At this time, if a large etching condition for side etching as shown in condition 1 in FIG. 6 is selected, the etching width may be wide, and the angle α of the side surface 17 is about 87 degrees. The side etching width at this time is 120 μm / tan 87 degrees = 6.3 μm when etching is performed at a depth of 120 μm. Even when the protection length around the groove is 6 μm at the maximum, the first etching groove and its groove Connection occurs at the bottom.
次いで第2のレジスト14の剥離処理を行うと、上記のように残存したウエハ18も含めて除去し排出される。このようにして形成した最終製品の構造体19は図1(i)に示されるように、側面20の角度は1回目のエッチング時の89.9度〜90.1度を維持される。実際に試作した形状の走査型電子顕微鏡写真を図2に示す。 Next, when the second resist 14 is peeled off, the remaining wafer 18 is removed and discharged as described above. In the final product structure 19 formed in this way, as shown in FIG. 1 (i), the angle of the side surface 20 is maintained at 89.9 to 90.1 degrees during the first etching. FIG. 2 shows a scanning electron micrograph of the actual prototype shape.
なお、通常このように2回のエッチングを行うと、リソグラフィ時のわずかな位置合わせ誤差により、図3のようなエッチング残りによる突出部、二重エッチングによる溝の形成等の不必要な干渉構造が生じてしまう。しかし、本発明による方法では、2回目に側面方向へのサイドエッチングが進むことを利用し、1回目と2回目のエッチングマスクにわずかな距離bの空隙を作ることで、位置合わせ誤差が生じても不必要な干渉構造が生ずることなく、1回目の溝と連結したエッチングとすることができる。 Normally, when etching is performed twice in this way, unnecessary interference structures such as protrusions due to etching residue and grooves due to double etching as shown in FIG. 3 occur due to slight alignment errors during lithography. It will occur. However, the method according to the present invention uses the fact that side etching proceeds in the lateral direction for the second time, and creates a gap of a slight distance b in the first and second etching masks, thereby causing an alignment error. However, the etching connected to the first groove can be performed without generating an unnecessary interference structure.
上記のような製造方法によって、1回目のエッチングでは狭い溝をエッチング処理することにより、ほぼ正確に直角な構造体の側面が得られ、残る広い面積を2回目のエッチングにより全て落とすことができる。特に、このとき起きるエッチング側面のサイドエッチング効果を利用し、1回目と2回目のエッチングマスクの間ににわずかな空隙を作っても1回目の溝と連結したエッチングとすることができるので、位置合わせ誤差に伴う干渉構造を避けることができる。
Thus the production how as described above by etching a narrow trench in the first etching, almost exactly sides perpendicular structures can be obtained, be dropped all the second etching large areas remaining it can. In particular, by utilizing the side etching effect of the etching side surface that occurs at this time, even if a slight gap is formed between the first and second etching masks, the etching can be connected to the first groove. Interference structures associated with alignment errors can be avoided.
本発明の技術を用いて光スイッチのミラーを製造することで、予め設定した光軸からのの偏向が小さくなり、精密な光路調整が可能になるため、より低い挿入損失を、より少ない組立調整で得ることができ、光通信分野での基本コンポーネントである光スイッチの高性能化・低コスト化に寄与することができる。 By manufacturing the mirror of the optical switch using the technology of the present invention, the deflection from the preset optical axis is reduced and precise optical path adjustment is possible, so lower insertion loss and less assembly adjustment And can contribute to higher performance and lower cost of an optical switch which is a basic component in the field of optical communication.
例えば、ミラーで反射後の光路長が5mmの場合、側面角度誤差によるスポット位置の偏向は、角度誤差±0.5度では±44μm、角度誤差±0.1度では±9μmとなる。通信用光ファイバのコアの直径は最も細いシングルモードファイバーの場合9μm前後であるので、従来無調整では全く光ファイバに入射しなかった光ビームが、無調整の状態でもコアに入射するようになり、光軸調整を大幅に簡略化することが可能になる。 For example, when the optical path length after reflection by the mirror is 5 mm, the deflection of the spot position due to the side surface angle error is ± 44 μm when the angle error is ± 0.5 degrees, and ± 9 μm when the angle error is ± 0.1 degrees. The diameter of the core of the communication optical fiber is about 9 μm in the case of the thinnest single-mode fiber, so that a light beam that was not incident on the optical fiber at all without adjustment is now incident on the core even without adjustment. The optical axis adjustment can be greatly simplified.
本発明は、垂直側面に極めて精度の高い垂直度を実現できるので、特に光通信分野での基本コンポーネントである光スイッチ等に好適に利用されるが、その他本発明の前記特徴を利用してマイクロマシン等の種々の分野に用いることができる。 Since the present invention can realize a highly accurate verticality on the vertical side surface, the present invention is particularly suitably used for an optical switch which is a basic component in the field of optical communication. Can be used in various fields.
1 第1マスクパターン
2 第1中央マスク遮光部
3 第1中央マスク輪郭
4 周辺マスク輪郭
5 周辺マスク遮光部
6 シリコン基板
7 レジスト
8 マスク透明部
9 第1のレジストパターン
10 溝
11 第2のレジスト
12 第2マスクパターン
13 第2中央マスク遮光部
14 第2のレジストパターン
15 輪郭
16 外側壁
17 側面
18 残存したウエハ
19 構造体
20 側面
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 1st mask pattern 2 1st center mask light-shielding part 3 1st center mask outline 4 Perimeter mask outline 5 Peripheral mask light-shielding part 6 Silicon substrate 7 Resist 8 Mask transparent part 9 1st resist pattern 10 Groove 11 2nd resist 12 2nd mask pattern 13 2nd center mask light-shielding part 14 2nd resist pattern 15 Outline 16 Outer side wall 17 Side 18 Remaining wafer 19 Structure 20 Side
Claims (3)
最初に前記構造体の側面に一致する輪郭を備えている細い溝を形成するための第1マスクパターンを用いて第1のエッチング処理を行い、
前記細い溝を形成する第1のエッチング処理による垂直面形成特性によって、構造体の垂直な側面を形成し、
次いで前記第1のエッチング処理により形成される溝より構造体側面から離れた位置に輪郭を備えた広い面をエッチング除去するための第2マスクパターンを用いて第2のエッチング処理を行い、
前記広い面の第2のエッチング処理により生じる深さ方向に広がる傾斜エッチング面形成特性によって、前記第2のエッチング処理で除去される空間に隣接し、前記第1のエッチング溝に隣接した、前記第1及び第2のエッチング処理で除去されなかった部分を該溝底部においてシリコン基板から分離し、
最後に第2マスクパターンのレジストを剥離して前記シリコン基板から分離した部分を除去することにより、第1のエッチング処理によって形成された構造体の垂直側面の前に第2のエッチング処理によって広い空間を形成することを特徴とするドライエッチングによる垂直面製作方法。 In the vertical surface manufacturing method of forming a wide space by dry etching in front of the vertical side surface of the structure,
First, a first etching process is performed using a first mask pattern for forming a narrow groove having a contour matching the side surface of the structure,
Due to the vertical plane formation characteristics of the first etching process that forms the narrow groove, the vertical side surface of the structure is formed,
Next, a second etching process is performed using a second mask pattern for etching and removing a wide surface having a contour at a position farther from the structure side surface than the groove formed by the first etching process,
Due to the inclined etching surface formation characteristic spreading in the depth direction generated by the second etching process on the wide surface, the first etching groove is adjacent to the space removed by the second etching process and adjacent to the first etching groove. Separating a portion not removed by the first and second etching processes from the silicon substrate at the bottom of the groove;
Finally, by removing the resist of the second mask pattern and removing the part separated from the silicon substrate , a large space is obtained by the second etching process in front of the vertical side surface of the structure formed by the first etching process. Forming a vertical surface by dry etching.
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