JP4547429B2

JP4547429B2 - メンブレン構造体及びその製造方法

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Publication number: JP4547429B2
Application number: JP2007557897A
Authority: JP
Inventors: 聖人林; 真典山口; 容平山田; 淳村瀬; 勝之小野; 直行佐藤
Original assignee: Tokyo Electron Ltd; Ushio Denki KK
Current assignee: Tokyo Electron Ltd; Ushio Denki KK
Priority date: 2006-02-10
Filing date: 2007-02-08
Publication date: 2010-09-22
Anticipated expiration: 2027-02-08
Also published as: WO2007091657A1; TWI348733B; US20090022946A1; TW200746288A; JPWO2007091657A1

Description

本発明は、薄膜を備えるメンブレン構造体及びその製造方法に関する。

従来、メンブレン構造体は、基板と、基板上に設けられた開口部を覆うように形成された薄膜とを備え、電子線照射装置の電子線透過窓、圧力センサ、音センサ、等様々な技術分野で用いられている。

例えば、メンブレン構造体が電子線照射装置に用いられる場合、電子線照射装置には真空容器内に電子線発生源が設置されており、この真空容器の電子線を取り出す領域にメンブレン構造体が設置される（例えば、特開２００５−２６５４３７号公報参照）。そして、電子線発生源から発生された電子線はメンブレン構造体に設けられた薄膜を透過し、大気中又は減圧環境中に設置された処理対象物に対して照射される。なお、電子線（EB：Electron Beam）照射装置は、樹脂の化学処理・改質、レジスト・層間絶縁膜の化学処理または殺菌等に利用されている。

ところで、メンブレン構造体は、上述したように開口部を備える基板と、開口部を覆うように基板上に設けられた薄膜とから構成される。例えば、電子線照射管に設置される場合、基板を内側として設置され、照射管の内部は一般に真空に設定され、外部は大気圧もしくは減圧状態に設定される。このため、メンブレン構造体の薄膜は、圧力の差によって照射管の内部、つまり基板側へとたわむ。この際、基板に設けられた開口部側面に突起等が形成されていると、薄膜が基板側へとたわんだ際に突起に接触したり、応力が集中して破ける場合があり、メンブレン構造体の強度を低下させる問題がある。また、突起等に繰り返し接触することによって、薄膜の強度が徐々に弱まり、メンブレン構造体の寿命が短くなる恐れがある。

また、メンブレン構造体を圧力センサや音センサとして利用する場合も、同様に開口部に突起等が形成されると、突起に接触したり、応力が集中して薄膜が破ける場合があり、同様にメンブレン構造体の強度や寿命に問題がある。

本発明は上記実情に鑑みてなされたものであって、良好な強度と寿命とを備えるメンブレン構造体とその製造方法を提供することを目的とする。

上記目的を達成するため、本発明の観点にかかるメンブレン構造体は、
第１の開口部が形成された第１の層と、
前記第１の層の一方の主面に、前記第１の開口部を覆うように形成された第２の層と、を備え、
前記第１の層の前記第１の開口部の側面は、前記第１の層の前記一方の主面に対してほぼ垂直に形成され、
前記第１の開口部の前記第２の層側の端に、特定の結晶面が現れることを特徴とする。

本発明によれば、ドライエッチングによって基板に開口部を設けた後、ウエットエッチングによって開口部の側面（内周面）を平滑化することによって、良好な強度と寿命を備えるメンブレン構造体とその製造方法を提供することができる。

本発明の実施の形態に係るメンブレン構造体を示す図である。（ａ）は平面図、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ線断面図である。シリコン基板の庇部を拡大して示す図である。本実施の形態のメンブレン構造体が電子線照射管に設置された場合を模式的に示す図である。本発明の実施の形態に係るメンブレン構造体に用いる基板の断面図である。表面に保護膜を形成した基板の断面図である。保護膜に開口部を形成した基板の断面図である。シリコン基板に開口部を形成した基板の断面図である。レジストパターンを除去した基板の断面図である。ＢＯＸ層に開口部を形成したメンブレン構造体の断面図である。本発明の実施の形態に係るメンブレン構造体の耐圧性の実験結果を示す図である。

符号の説明

１０メンブレン構造体
１１基板
１２薄膜
２１シリコン基板（第１の層）
２１ａ開口部（第１の開口部）
２１ｂ庇部
２２ＢＯＸ層（第３の層）
２２ａ開口部（第２の開口部）
３１シリコン活性層（第２の層）

本発明の実施の形態に係るメンブレン構造体とその製造方法を図面を用いて説明する。メンブレン構造体は、圧力センサ、音センサ、電子線照射装置の電子線取り出し窓等に用いられる。本実施の形態では、特にメンブレン構造体が電子線照射装置に設置される電子線照射管の電子線取り出し窓として用いられる場合を例に挙げて説明する。電子線照射装置は、一般に樹脂のキュア（化学処理）・改質、レジスト・層間絶縁膜のキュア、殺菌等に用いられる。

本発明の実施の形態に係るメンブレン構造体１０を図１（ａ）及び（ｂ）に示す。図１（ａ）はメンブレン構造体１０を示す平面図であり、図１（ｂ）は、図１（ａ）に示すＡ−Ａ線断面図である。

本発明の実施の形態に係るメンブレン構造体１０は、電子線照射装置（図示せず）の電子線照射管４０に設置される。例えば、電子線照射管４０は、図３に示すように電子線発生源が設置される円筒部４０ａと、電子線が放出される面である平板部４０ｂと、を備える。そして、メンブレン構造体１０は、電子線照射管４０の平板部４０ｂに図１（ｂ）に示す基板１１が接するように設置される。電子線発生源で発生した電子線は、基板１１に設けられた開口部１１ａを介して、薄膜１２を透過し外部へと照射される。

電子線照射管４０の内部は高真空、例えば１．３×１０^−７〜１０^−１０Ｐａ（１×１０^−９〜１０^−１２Torr）程度に保たれる。電子線照射管４０の外部は大気圧又は減圧状態、例えば１．３×１０^−４Ｐａ（１×１０^−６Torr）〜大気圧程度の範囲で変化する可能性があり、この内部と外部との差圧によってメンブレン構造体１０の薄膜１２は基板１１方向へたわむ。

メンブレン構造体１０は、図１（ａ）及び（ｂ）に示すように、基板１１と薄膜１２とから構成される。

基板１１は、シリコン基板２１とＢＯＸ層２２と保護膜２３とを備え、略方形の平板状に形成されている。また、基板１１はマトリックス状に配置された複数の開口部１１ａを備える。開口部１１ａは、シリコン基板２１の開口部２１ａとＢＯＸ層２２の開口部２２ａと保護膜２３の開口部２３ａとから構成される。開口部１１ａは、図１（ａ）に示すように平面形状が略方形状に形成され、図１（ｂ）に示すように開口部１１ａの側面は基板１１の主面に対してほぼ垂直に形成されており断面形状も略方形に形成される。このように、開口部１１ａの断面形状が略方形状（寸胴型）であることから、限られた基板１１の面積に対して複数の開口部１１ａを密に配置させることができ効率的である。

さらに、開口部１１ａの断面形状が略方形状となることによって、例えば断面形状が膜方向に狭まる台形状に形成される場合と異なり、開口部１１ａを介して露出する薄膜１２の面積を広くすることができる。換言すれば、開口部１１ａを介して露出する薄膜１２の総面積を所定程度得ようとする場合、必要となる基板１１の面積が小さくて済むので、限られた面積のウエハから製造することができるメンブレン構造体１０の数が増え、製造効率の上昇、製造コストの削減を図ることができる。

シリコン基板２１は、シリコン単結晶基板から構成され、開口部２１ａと庇部２１ｂとを備える。本実施の形態では例えばシリコン基板２１は、結晶面方位（１００）のシリコン単結晶基板を用いる。また、シリコン基板２１は、例えば１００〜１０００μｍ程度の厚さを有する。詳細に後述するように開口部２１ａは、深堀り反応性イオンエッチング（ＤＲＩＥ：Deep Reactive Ion Etching）によって形成される。さらに、ＤＲＩＥによって開口部２１ａの側面（内周面）に生じた縦筋（ドライエッチング方向に生じる筋状の凹凸）は、アルカリエッチャントによるライトエッチングによって除去され、滑らかに形成される。

このようにシリコン基板２１の開口部２１ａが滑らかに形成され、突起等が形成されていないことにより、メンブレン構造体１０に高真空と大気圧との差圧、もしくはそれ以上の差圧がかかり、薄膜１２がシリコン基板２１の方向にたわんだ場合であっても、薄膜１２が突起に接触したり応力が集中することによって破壊されることを良好に防ぐことができる。

また、図１（ｂ）に示すようにシリコン基板２１とＢＯＸ層２２との境界面に庇部２１ｂが、開口部１１ａの周囲に沿って薄膜１２の上に張り出た庇状に形成される。庇部２１ｂは、断面形状を拡大した図２に示すように、開口側に突き出た鋭角のテーパ状に形成される場合がある。詳細に後述するように、庇部２１ｂは、ＢＯＸ層２２の開口部２２ａを形成する際に、ＢＯＸ層２２の開口部２２ａの側面がシリコン基板２１の開口部２１ａより後退する（開口部２２ａのエッチングが、開口部２１ａより進む）ことにより生じる。

シリコン基板２１の開口部２１ａの内周面を平滑化する際に、（１１０）結晶面方向にはエッチングが進むものの（１１１）結晶面方向にはエッチングが進まないことから、シリコン基板２１の開口部２１ａの端に（１１１）結晶面が現れる。その結果、庇部２１ｂは、シリコン基板２１の主面（図２に示す水平線）に対して５５°の角度を有する。

詳細に後述するように、ＢＯＸ層２２のエッチング時のオーバーエッチ量を抑制したり、ドライエッチングなどの異方性エッチングを用いることによって、シリコン基板２１とＢＯＸ層２２の境界面においてＢＯＸ層２２の開口部２２ａがシリコン基板２１の開口部２１ａに対して後退する量を抑制し、好ましくはＢＯＸ層２２の膜厚とほぼ同じ、もしくは膜厚より小さくすることができる。換言すれば、庇部２１ｂの張り出し量を抑制することができる。

このように、ドライエッチングで開口部１１ａを形成した後に、開口部１１ａの側面にライトエッチングを施すことにより、開口部２１ａの側面の凹凸を削減することができる。さらにＢＯＸ層２２をエッチングする際の条件を調節することにより、庇部２１ｂの張り出し量を抑制することができる。従って、メンブレン構造体１０の外部を大気圧以上の圧力に設定する等して、薄膜１２のたわみが大きくなった場合でも、庇部２１ｂに接したり、応力が集中することを回避して、薄膜１２は良好な強度を備える。

ＢＯＸ（Buried Oxide：埋込酸化膜）層２２は、シリコン酸化膜から構成される。また、ＢＯＸ層２２は、薄膜１２を構成するシリコン活性層３１とシリコン基板２１との間に形成される。ＢＯＸ層２２は、例えば０．１〜５μｍ程度の厚さを有する。ＢＯＸ層２２は、シリコン基板２１の開口部２１ａと開口面が同心に形成された開口部２２ａを備える。ＢＯＸ層２２は、シリコン基板２１の開口部２１ａをドライエッチングで形成する際のエッチングストッパ膜として機能する。ＢＯＸ層２２の開口部２２ａは、シリコン基板２１に開口部２１ａを形成した後に、開口部２１ａを介して、例えば、フッ酸（ＨＦ）溶液等によってエッチングすることによって形成される。このため開口部２２ａの側面は、図１（ｂ）に示すようにシリコン基板２１の開口部２１ａより後退し、換言すれば開口部２１ａの側面は開口部２２ａの側面から張り出し、庇部２１ｂが生じる。

保護膜２３は、例えばＳｉ_３Ｎ_４膜から構成され、図１（ｂ）に示すようにシリコン基板２１の上面（薄膜１２が形成される面に対向する面）に形成される。また、保護膜２３は、開口部２１ａと重なってほぼ同じ形状に形成された開口部２３ａを備える。保護膜２３は０．０５μｍ〜５μｍ程度の厚さを有する。

薄膜１２は、シリコン活性層３１、保護膜３２から構成される。薄膜１２は基板１１の下主面を覆うように形成され、基板１１の開口部１１ａと重なる領域を、電子線が通過する。従って、薄膜１２は電子線が通過可能な程度に薄く形成される。

シリコン活性層３１は、ＳＯＩ（Silicon On Insulation）基板を構成する。シリコン活性層３１は、ＢＯＸ層２２と保護膜３２との間に形成される。シリコン活性層３１は、０．１μｍ〜１０μｍ程度の厚さを有する。

保護膜３２は、例えばＳｉ_３Ｎ_４膜から構成され、図１（ｂ）に示すようにシリコン活性層３１の下面に形成され、シリコン活性層３１の表面を保護する。保護膜３２は、後述するように保護膜２３と同時に形成されるため、保護膜２３とほぼ同じ厚さを有し、具体的には０．０５μｍ〜５μｍ程度の厚さに形成される。

本実施の形態のメンブレン構造体１０は、ドライエッチングによってシリコン基板２１に開口部２１ａを形成した後、開口部２１ａの側面にライトエッチングを施すことによって、ドライエッチングの際に生じた開口部２１ａの内周面の凹凸が除去され、平滑化されている。このため、薄膜１２が圧力差によって基板１１方向へたわんだ場合であっても、薄膜１２が破壊されることを良好に防ぐことができる。

また、ＢＯＸ層２２に開口部２２ａを形成する際、オーバーエッチング量を抑制させることにより、開口部２２ａの側面の開口部２１ａの側面からの後退量を抑制する。従って、薄膜１２が圧力差によってたわんだ場合であっても、庇部２１ｂに接触することがなく、応力の集中により薄膜１２が破壊されることを良好に防ぐことができる。
このように本実施の形態のメンブレン構造体１０は良好な強度を備える。

次に、本発明の実施の形態に係るメンブレン構造体の製造方法を図を用いて説明する。図４Ａ〜図４Ｆは製造方法を示す図である。

まず、図４Ａに示すように基板５１を用意する。基板５１は、いわゆるＳＯＩ(Silicon On Insulation)基板であり、シリコン活性層３１と、ＢＯＸ（Buried Oxide：埋込酸化膜）層２２と、シリコン基板２１とが積層されたものである。本実施の形態では、シリコン基板２１として例えば結晶面方位（１００）のシリコン単結晶基板を用いる。また、本実施の形態では基板５１は複数のメンブレン構造体１０を同時に形成可能な面積を有する。

図４Ｂは、表面に保護膜を形成した基板５１の断面図である。基板５１の上面及び下面にＬＰ−ＣＶＤ（Low Pressure Chemical Vapor Deposition ）によって、Ｓｉ_３Ｎ_４膜を形成する。これにより、図４Ｂに示すように基板５１の上面に保護膜２３が、基板５１の下面に保護膜３２が形成される。

図４Ｃは、保護膜２３に開口部２３ａを形成した基板５１の断面図である。開口部１１ａを形成するために、まず、保護膜３２の表面にワックス又はグリース等の仮止め材を塗布して、基板５１を支持基板（図示せず）に固定する。次に、保護膜２３の上面（図４Ｂに示す上面）に、開口部２１ａが形成される領域に対応する開口部８１ａを備えるレジストパターン８１を、フォトリソグラフィ等によって形成する。そして、レジストパターン８１をマスクとして、エッチングにより保護膜２３に開口部２３ａを形成する。

図４Ｄは、シリコン基板２１に開口部２１ａを形成した基板５１の断面図である。レジストパターン８１の開口部８１ａ、保護膜２３の開口部２３ａを介して、深堀り反応性イオンエッチング（ＤＲＩＥ）によってシリコン基板２１をエッチングし、開口部２１ａを形成する。開口部２１ａは、シリコン基板２１を貫通して、薄膜１２に達する。その際、ＢＯＸ層２２はエッチングストッパ膜として機能する。この時点で、開口部２１ａの側面はほぼ垂直に形成され、概略（１１０）結晶面が露出した状態である。また、開口部２１ａの側面は、ＤＲＩＥの影響によりシリコン基板２１に（エッチング方向に沿って）縦筋が入った状態である。

図４Ｅに示すようにレジストパターン８１を除去する。そして、保護膜３２と支持基板（図示しない）との間のワックス、グリース等の仮止め材を除去し、保護膜３２と支持基板とを剥離させた上でダイシングし、チップ単位に切り分ける。

図４Ｆは、ＢＯＸ層２２に開口部２２ａを形成したメンブレン構造体１０の断面図である。アルカリエッチャント、又はアルカリエッチャントを混合させた有機溶剤に開口部２１ａを浸し、ドライエッチング時に開口部２１ａの側面（内周面）に形成された縦筋を除去する。アルカリエッチャントとしては、例えば水酸化カリウム（ＫＯＨ）、水酸化テトラメチルアンモニウム（ＴＭＡＨ）、ヒドラジン（Ｎ_２Ｈ_４）、エチレンジアミンピロカテコール（ＥＤＰ）、水酸化ナトリウム（ＮａＯＨ）等、又はこれらのいずれかを、アルコール溶剤に混合させたものを用いる。また、有機溶剤としては例えばイソプロピルアルコール（ＩＰＡ）等を用いる。その際、エッチングはシリコン基板２１の（１１０）結晶面方向には進むが、（１１１）結晶面方向には進まないため、図２に示すように開口部２１ａの薄膜１２側の端部、つまりＢＯＸ層２２と接する面は（１１１）結晶面が露出し、シリコン基板２１の主面（図２の水平面）に対して約５５°の角度を有するテーパ状に形成される。

続いて、開口部２１ａを介して露出するＢＯＸ層２２をＨＦ溶液を用いて除去する。これにより、図４Ｆに示すようにＢＯＸ層２２の開口部２２ａが形成される。この際、エッチングは開口部２１ａ近傍のシリコン基板２１とＢＯＸ層２２との境界面にも及び、開口部２２ａの側面（内周面）はサイドエッチングが入り、庇部２１ｂが生じる。本実施の形態では、特にこの工程で、シリコン基板２１とＢＯＸ層２２との境界面において、ＢＯＸ層２２の開口部２２ａがシリコン基板２１の開口部２１ａに対して後退する量が減少するように、好ましくはＢＯＸ層２２の膜厚と同程度まで抑えられるよう、オーバーエッチング量を調節する。
以上の工程から、メンブレン構造体１０が製造される。

上述したように、本実施の形態のメンブレン構造体１０の製造方法では、ＤＲＩＥによってシリコン基板２１に開口部２１ａを形成した後、ＫＯＨ等のアルカリエッチャントを用いて開口部２１ａの内周面にライトエッチングを施すことによって、開口部２１ａの内周面に生じた縦筋を除去し、平滑化させることができる。従って、薄膜１２が圧力差によって基板１１方向へたわんだ場合であっても、シリコン基板２１の開口部２１ａ内に突起が形成されていないため薄膜１２に突起が接触したり、応力が集中したりすることを抑制することができ、薄膜１２が破壊されることを良好に防ぐことができる。

また、ＢＯＸ層２２に開口部２２ａを形成する際、オーバーエッチング量を抑制することによって庇部２１ｂの張り出し量を抑制することができる。従って、薄膜１２が圧力差によってたわんだ場合であっても、庇部２１ｂの張り出し量が抑制されているためさらに薄膜１２の破壊を良好に防ぐことができる。

側面がほぼ垂直の開口部２１ａは、例えばウエットエッチングのみによって形成することも可能であるが、特殊な結晶方位の基板を用いる等の工夫が必要であり製造コストが割高になる問題がある上、加工形状の自由度が失われる問題がある。それに対して、本実施の形態のメンブレン構造体１０の製造方法では、ドライエッチングによって側面がほぼ垂直な開口部２１ａを形成した上で、ウエットエッチングによって側面を平滑化する。そのために、一般的な安価な基板を用いて、垂直形状且つ表面が平滑な開口部２１ａを設けることができる。

上述した製造方法で製造した複数の開口部１１ａを備えるメンブレン構造体１０の耐圧性の実験結果を図５に示す。実験は、基板１１側を大気圧に保ったまま薄膜１２側を大気圧から徐々に上昇させ、薄膜が破壊されたところで加圧を停止する方法で行った。そして、薄膜が破壊された箇所の数を数え、破壊割合を算出した。

第１は、ドライエッチングによりシリコン基板に開口部を形成した後、ウエットエッチングを施さず、さらにエッチング条件の最適化を行わずにシリコン基板の開口部を介してＢＯＸ層を除去し、サイドエッチングによるＢＯＸ層の後退量がＢＯＸ層の膜厚の５倍程度生じたメンブレン構造体（図５に示すＤｒｙのみ（庇部５倍））の場合である。このメンブレン構造体は、０．２９ＭＰａ以下で約５％の箇所で薄膜が破壊された。また、０．３０〜０．４９ＭＰａでも、０．５０〜０．６９ＭＰａでも同様に５％前後の破壊が生じた。なお、０．７０ＭＰａ以上では、５％と同じもしくはそれ以上割合の破壊が当然に予想されることから０．７０ＭＰａ以上では実験を行っていない。

第２は、ドライエッチングによりシリコン基板に開口部を形成した後、ＴＭＡＨによるウエットエッチングを行い、さらにエッチング条件の最適化を行わずにシリコン基板の開口部を介してＢＯＸ層を除去し、サイドエッチングによるＢＯＸ層の後退量がＢＯＸ層の膜厚の５倍程度であるメンブレン構造体（図５に示すＴＭＡＨ（庇部膜厚５倍））の場合である。このメンブレン構造体は、０．８９ＭＰａまでは破壊が生じないが、０．９０ＭＰａを超えると約４５％の箇所で薄膜が破壊された。なお、１．２ＭＰａ以上の圧力では、当然に破壊することが予想されるので、１．２ＭＰａ以上では実験は行っていない。

第３は、ドライエッチングによりシリコン基板に開口部を形成した後、ＴＭＡＨによるウエットエッチングを行い、さらにエッチング条件をＢＯＸ層の開口部の後退量が減少するように最適化した上でシリコン基板の開口部を介してＢＯＸ層を除去し、サイドエッチングによるＢＯＸ層の後退量がＢＯＸ層の膜厚の２倍強生じたメンブレン構造体（図５に示すＴＭＡＨ（庇部２倍））の場合である。このメンブレン構造体では、エッチング条件を最適化しなかった場合と比較してさらに耐圧性が向上し、１．１９ＭＰａまで薄膜の破壊が生じないという結果が得られた。

このように図５で、Ｄｒｙのみ（庇部５倍）とＴＭＡＨ（庇部５倍）とを比較すると、ドライエッチング時に生じた開口部側面の縦筋が除去されることにより耐圧性が飛躍的に向上することが明らかである。さらに、ＴＭＡＨ（庇部５倍）とＴＭＡＨ（庇部２倍）とを比較すると、エッチング条件を最適化しＢＯＸ層のオーバーエッチング量を抑制することによって、耐圧性が向上することが明らかである。以上の結果、ドライエッチングの後にウエットエッチングを施すことにより、メンブレン構造体の耐圧性は飛躍的に向上する。加えて、ＢＯＸ層を除去する際のサイドエッチング量を抑制することにより、メンブレン構造体の耐圧性がさらに向上するといえる。

本発明は上述した実施の形態に限られず、様々な変形及び応用が可能である。例えば、上述した実施の形態では、電子線照射装置の電子線取り出し窓に用いられるメンブレン構造体を製造する場合を例に挙げたが、本実施の形態の製造方法を、薄膜の変形を利用した圧力センサ、音センサ、特定物質の分離膜等として用いられるメンブレン構造体の製造に適用することも可能である。

上述した実施の形態では、シリコン基板とＢＯＸ層とシリコン活性層を備えるＳＯＩ基板を用い、シリコン基板とＢＯＸ層に開口部を形成することによってメンブレン構造体を形成したが、これに限られず任意のメンブレン構造体の製造に当たってはＳＯＩ基板以外を用いることも可能である。例えば、シリコン基板に酸化膜、窒化膜、炭化膜（ＳｉＣ）、Ｔｉ又はニッケル等のメタル膜、もしくはそれらの任意の材料の積層膜等を形成してもよい。その際、シリコン基板をドライエッチング及びウエットエッチングすることによって開口部を形成し、酸化膜又は窒化膜や炭化膜（ＳｉＣ）、Ｔｉ又はニッケルなどのメタル膜、もしくはそれらの任意の材料の積層膜等を薄膜として残存させることもできる。開口部を形成する層、薄膜として残存させる層の構成はメンブレン構造体の用途によって適宜変更することが可能で、その製造工程も様々に変化させることが可能である。

上述した実施の形態では、シリコン基板２１として結晶面方位が（１００）であるシリコン単結晶基板を用い、ドライエッチング後のウエットエッチング時に、開口部側面（垂直面）に現れる結晶面が（１１０）面であり、庇部に現れる結晶面が（１１１）面である場合を例に挙げて説明した。シリコン基板の結晶面方位は、上述の実施の形態に限られない。例えば結晶面方位（１００）のシリコン単結晶基板を用いて、開口部側面に現れる結晶面が（１００）面であり、庇部に現れる結晶面が（１１０）面（この場合庇部の角度は約４５°である）であってもよい。また、結晶面方位（１１０）のシリコン単結晶基板を用いて、開口部側面に現れる結晶面が（１１１）面であり、庇部に現れる結晶面が（１１１）面（この場合、庇部の角度は約９０°）であってもよいし、結晶面方位（１１１）のシリコン単結晶基板を用いて、開口部側面に現れる結晶面（１１０）面であり、庇部に現れる結晶面が（１１０）面（この場合庇部の角度は約９０°）であってもよい。

また、ＢＯＸ層２２の開口部２２ａを形成する方法は、上述したＨＦ溶液を用いたウエットエッチングによって形成する場合に限られない。例えば、ＨＦ溶液以外を用いることも可能であるし、ドライエッチング等の異方性エッチングによってＢＯＸ層２２の開口部２２ａを形成することも可能である。特にドライエッチング等の異方性エッチングによる場合、ＢＯＸ層２２の後退量をＢＯＸ層の膜厚より小さくすることができる。

なお、保護膜２３、３２は、Ｓｉ_３Ｎ_４膜に限らず、ＳｉＯ_２、ＳｉＣ、ＢＮ、Ｂ_４Ｃ、Ａｌ_４Ｃ_３等を用いることが可能であるし、これらの材料を任意複合して用いることも可能である。さらに、保護膜２３、３２は省略することも可能である。

今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記の説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

本出願は、２００６年２月１０日に出願された、日本国特許出願２００６−３４２６７号に基づく。本明細書中に日本国特許出願２００６−３４２６７号の明細書、特許請求の範囲、図面全体を参照として取り込むものとする。

Claims

第１の開口部が形成された第１の層と、
前記第１の層の一方の主面に、前記第１の開口部を覆うように形成された第２の層と、
前記第１の層と前記第２の層との間に、前記第１の開口部と同心の開口部を備える第３の層と、を備え、
前記第１の層の前記第１の開口部の側面は、前記第１の層の前記一方の主面に対してほぼ垂直に形成され、
前記第１の開口部の前記第２の層側の端に、特定の結晶面が現れ、
前記第１の層と前記第３の層の境界面における、前記第３の層の前記開口部の前記第１の層の前記第１の開口部からの後退量は、前記第３の層の膜厚とほぼ同じもしくは膜厚より小さく、かつ０より大きく、
一方の主面と他方の主面に加わる圧力の差に応じて、前記開口部の近傍で所定のたわみを有することを特徴とするメンブレン構造体。
前記第１の層は、前記一方の主面が（１００）結晶面であるシリコン基板からなり、
前記第１の開口部の垂直面は、前記シリコン基板の（１１０）結晶面が現れ、
前記第１の開口部の前記第２の層側の端に現れる前記特定の結晶面は、前記シリコン基板の（１１１）結晶面であり、前記第１の層の前記一方の主面に対してほぼ５５度の角度を有する、
ことを特徴とする請求項１に記載のメンブレン構造体。
前記第１の層は、前記一方の主面が（１００）結晶面であるシリコン基板からなり、
前記第１の開口部の垂直面は、前記シリコン基板の（１００）結晶面が現れ、
前記第１の開口部の前記第２の層側の端に現れる前記特定の結晶面は、前記シリコン基板の（１１０）結晶面であり、前記第１の層の前記一方の主面に対してほぼ４５度の角度を有する、
ことを特徴とする請求項１に記載のメンブレン構造体。
前記第１の層は、前記一方の主面が（１１０）結晶面であるシリコン基板からなり、
前記第１の開口部の垂直面は、前記シリコン基板の（１１１）結晶面が現れ、
前記第１の開口部の前記第２の層側の端に現れる前記特定の結晶面は、前記シリコン基板の（１１１）結晶面であり、前記第１の層の前記一方の主面に対してほぼ９０度の角度を有する、
ことを特徴とする請求項１に記載のメンブレン構造体。
前記第１の層は、前記一方の主面が（１１１）結晶面であるシリコン基板からなり、
前記第１の開口部の垂直面は、前記シリコン基板の（１１０）結晶面が現れ、
前記第１の開口部の前記第２の層側の端に現れる前記特定の結晶面は、前記シリコン基板の（１１０）結晶面であり、前記第１の層の前記一方の主面に対してほぼ９０度の角度を有する、
ことを特徴とする請求項１に記載のメンブレン構造体。
少なくとも第１の層と前記第１の層の一方の主面を覆うように形成された第２の層と、前記第１の層と前記第２の層との間に第３の層を備える基板の、前記第１の層の上に、開口部を備えるマスクを形成するマスク形成工程と、
前記マスクの前記開口部を介したドライエッチングによって、前記第１の層を貫通し且つ側面が略垂直である第１の開口部を形成する第１の開口部形成工程と、
ウエットエッチングによって、少なくとも前記第１の開口部の前記第２の層側の端に特定の結晶面が現れるように、前記第１の層の前記第１の開口部の内周面を平滑化する平滑化工程と、
エッチングによって前記第１の層の前記開口部を介して前記第３の層に、第２の開口部を形成する第２の開口部形成工程と、
を備え、
前記第２の開口部形成工程は、前記第１の層と前記第３の層の境界面における前記第１の開口部からの前記第２の開口部の後退量が、０より大きく前記第３の層の膜厚とほぼ同じもしくは該膜厚より小さくなるように、前記第２の開口部を形成し、
前記第１の開口部形成工程と前記第２の開口部形成工程は、一方の主面と他方の主面に加わる圧力の差に応じて、前記開口部の近傍で所定のたわみを有するように、前記第１の開口部および前記第２の開口部を形成する、
ことを特徴とするメンブレン構造体の製造方法。
前記第１の層がシリコン基板からなり前記一方の主面が（１００）結晶面である場合に、
前記平滑化工程は、
前記第１の開口部の垂直面に(110)結晶面が現れ、
前記第１の開口部の前記第２の層側の端に（１１１）結晶面が現れるように、前記第１の層の前記第１の開口部の内周面を平滑化する、
ことを特徴とする請求項６に記載のメンブレン構造体の製造方法。
前記第１の層がシリコン基板からなり前記一方の主面が（１００）結晶面である場合に、
前記平滑化工程は、
前記第１の開口部の垂直面に（１００）結晶面が現れ、
前記第１の開口部の前記第２の層側の端に（１１０）結晶面が現れるように、前記第１の層の前記第１の開口部の内周面を平滑化する、
ことを特徴とする請求項６に記載のメンブレン構造体の製造方法。
前記第１の層がシリコン基板からなり前記一方の主面が（１１０）結晶面である場合に、
前記平滑化工程は、
前記第１の開口部の垂直面に（１１１）結晶面が現れ、
前記第１の開口部の前記第２の層側の端に（１１１）結晶面が現れるように、前記第１の層の前記第１の開口部の内周面を平滑化する、
ことを特徴とする請求項６に記載のメンブレン構造体の製造方法。
前記第１の層がシリコン基板からなり前記一方の主面が（１１１）結晶面である場合に、
前記平滑化工程は、
前記第１の開口部の垂直面に（１１０）結晶面が現れ、
前記第１の開口部の前記第２の層側の端に（１１０）結晶面が現れるように、前記第１の層の前記第１の開口部の内周面を平滑化する、
ことを特徴とする請求項６に記載のメンブレン構造体の製造方法。
前記平滑化工程は、アルカリエッチャント又はアルカリエッチャントを混合させた有機溶剤を用いるエッチングを含むことを特徴とする請求項６に記載のメンブレン構造体の製造方法。
前記アルカリエッチャントは、ＫＯＨ、ＴＭＡＨ、ヒドラジン、ＥＤＰもしくはＮａＯＨのいずれかであり、前記有機溶剤はアルコール溶剤であることを特徴とする請求項１１に記載のメンブレン構造体の製造方法。