JP5956299B2 - Manufacturing method of fine structure - Google Patents
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Description
本発明は、MEMSなどを構成する可動部および可動空間を備えた微細構造体の製造方法に関するものである。 The present invention relates to a method of manufacturing a microstructure having a movable part and a movable space that constitute a MEMS or the like.
シリコンなどの半導体基板上やガラスなどの絶縁体基板上などに微細な構造を作製する、MEMS(Micro Electro Mechanical System)技術が開発されている。MEMSは、各種センサー分野、医療分野、無線通信分野など、様々な分野で利用されるようになりつつある。 2. Description of the Related Art MEMS (Micro Electro Mechanical System) technology has been developed that produces a fine structure on a semiconductor substrate such as silicon or an insulator substrate such as glass. MEMS are being used in various fields such as various sensor fields, medical fields, and wireless communication fields.
MEMSの一例として、マイクロマシン技術により作製された微細スイッチ構造を有するMEMSスイッチは、高周波スイッチとして優れた特性を得ることが知られている(非特許文献1参照)。このMEMSスイッチは、空間によって隔てられた固定電極と可動電極とを備える。静電力などによって可動電極を変位させ、可動電極に固定された接点電極と固定電極とを接触させ、また引き離すことにより、電気的なスイッチ動作を実現させている。このようなMEMSスイッチでは、低い損失を得るため、電極には低抵抗な金属材料などを用いる。また、電極が接触する部分では、低抵抗な金属表面が露出していることが要求される。 As an example of MEMS, it has been known that a MEMS switch having a fine switch structure manufactured by a micromachine technique obtains excellent characteristics as a high-frequency switch (see Non-Patent Document 1). This MEMS switch includes a fixed electrode and a movable electrode separated by a space. An electric switch operation is realized by displacing the movable electrode by an electrostatic force or the like, bringing the contact electrode fixed to the movable electrode into contact with the fixed electrode, and separating them. In such a MEMS switch, a low-resistance metal material or the like is used for the electrode in order to obtain a low loss. Further, it is required that the metal surface having a low resistance is exposed at a portion where the electrode contacts.
上述したような電極の間に空間を有する微細構造は、一般に、犠牲層を用いて互いに離間した2つの電極を形成し、この後、犠牲層を除去することによって形成する。具体的には、下側の電極の上に犠牲層を形成し、この上にさらに電極を形成し、この後、犠牲層を除去する。これらの処理を行うことにより、互いに離間して配置される2つの電極構造を形成することができる。犠牲層の材料としては、有機樹脂が広く用いられている。有機樹脂は低温で成膜可能であり、パターニングも容易に行うことができるという特長があるためである。 The microstructure having a space between the electrodes as described above is generally formed by forming two electrodes spaced apart from each other using a sacrificial layer and then removing the sacrificial layer. Specifically, a sacrificial layer is formed on the lower electrode, an electrode is further formed thereon, and then the sacrificial layer is removed. By performing these processes, it is possible to form two electrode structures that are spaced apart from each other. As a material for the sacrificial layer, an organic resin is widely used. This is because the organic resin can be formed at a low temperature and can be easily patterned.
上述した有機樹脂からなる犠牲層を除去する方法としては、犠牲層を活性な酸素に曝してアッシングして行うのが一般的である。具体的には、酸素プラズマ照射によりアッシングする方法(非特許文献2参照)がある。また、犠牲層を加熱しながらオゾン雰囲気に曝してアッシングする方法(特許文献1参照)などがある。 As a method for removing the sacrificial layer made of the organic resin, the sacrificial layer is generally exposed to active oxygen and ashed. Specifically, there is a method of ashing by oxygen plasma irradiation (see Non-Patent Document 2). Further, there is a method of ashing by exposing the sacrificial layer to an ozone atmosphere while heating (see Patent Document 1).
ところが、これらの方法で犠牲層を除去した場合、微細構造体の表面に重合膜や微粒子などが残渣として残り、微細構造体の機械的な動作を阻害し、また、金属表面の接触抵抗を増加させてしまうという問題が発生する。このアッシング後の残渣は、例えばシリコンサブオキサイドなどであり、主として有機樹脂と基板との密着性を高めるために添加されている密着助剤に由来するものと考えられる。 However, when the sacrificial layer is removed by these methods, polymer film or fine particles remain as a residue on the surface of the microstructure, impairing the mechanical operation of the microstructure, and increasing the contact resistance of the metal surface. The problem of letting it occur. The residue after ashing is, for example, silicon suboxide and the like, and is considered to be mainly derived from an adhesion aid added to improve the adhesion between the organic resin and the substrate.
このようなアッシング後の残渣の発生が生じないよう、ドライ処理で残渣の発生を低減しながら犠牲層を除去する方法としては、例えば、酸素ガスとフッ化炭素系ガスとの混合ガスを用いたプラズマ処理を行う方法が考えられる。この処理では、活性な酸素に加えて
フッ素ラジカルなども生じるため、残渣として残るシリコン酸化物などについても除去することができるという利点がある。
As a method for removing the sacrificial layer while reducing the generation of residue by dry treatment so that the generation of the residue after ashing does not occur, for example, a mixed gas of oxygen gas and fluorocarbon gas is used. A method of performing plasma treatment is conceivable. In this treatment, fluorine radicals and the like are generated in addition to active oxygen, so that there is an advantage that silicon oxide remaining as a residue can be removed.
しかしながら、フッ素ラジカルの発生は、無機材料から構成されている微細構造体に対して過剰な酸化やエッチングなどによる化学的・物理的ダメージを与える恐れがある。このため、酸素ガスとフッ化炭素系ガスとの混合ガスを用いたプラズマ処理を行う方法を、微細構造体の製造に応用するのは容易ではない。 However, the generation of fluorine radicals may cause chemical and physical damage due to excessive oxidation, etching, or the like on a fine structure made of an inorganic material. For this reason, it is not easy to apply the method of performing plasma treatment using a mixed gas of oxygen gas and fluorocarbon gas to the production of a fine structure.
このような微細構造体に対する過剰な酸化やエッチングを防止するため、酸化ガス,フッ化炭素系ガス,および還元性ガスからなる混合ガスをプラズマ種としたプラズマ処理により前記犠牲層を除去する処理方法が提案されている(特許文献2参照)。この方法では、まず、フッ化炭素系ガスから供給されるフッ素ラジカルなどにより残渣を発生させず犠牲層を除去することが可能になり、残渣に起因した構造体の動作の阻害を防止することができる。また、還元性ガスにより微細構造体の酸化などを抑制しながら犠牲層を除去することができるので、微細構造体の電極表面の接触抵抗が酸化などのダメージにより増大することを防止することができるという利点がある。 A processing method for removing the sacrificial layer by plasma processing using a mixed gas comprising an oxidizing gas, a fluorocarbon-based gas, and a reducing gas as a plasma species in order to prevent excessive oxidation and etching of such a fine structure. Has been proposed (see Patent Document 2). In this method, first, it becomes possible to remove the sacrificial layer without generating a residue due to fluorine radicals supplied from a fluorocarbon-based gas, and it is possible to prevent hindering the operation of the structure due to the residue. it can. In addition, since the sacrificial layer can be removed while reducing the oxidation of the fine structure with the reducing gas, the contact resistance of the electrode surface of the fine structure can be prevented from increasing due to damage such as oxidation. There is an advantage.
しかしながら、上述した酸化ガス,フッ化炭素系ガス,および還元性ガスを用いる従来の処理方法においても、微細構造体の材料の酸化や異常エッチングによるものと考えられるダメージが発生する場合があり、問題となっていた。 However, even in the conventional processing method using the above-described oxidizing gas, fluorocarbon-based gas, and reducing gas, damage that may be caused by oxidation or abnormal etching of the material of the fine structure may occur. It was.
本発明は、以上のような問題点を解消するためになされたものであり、犠牲層の除去において、残渣の発生を抑制した状態で、微細構造体に対するダメージの発生が抑制できるようにすることを目的とする。 The present invention has been made to solve the above-described problems, and in the removal of the sacrificial layer, it is possible to suppress the occurrence of damage to the fine structure while suppressing the generation of residues. With the goal.
本発明に係る微細構造体の製造方法は、無機材料からなる基板の上に有機材料からなる犠牲層を形成する犠牲層形成工程と、犠牲層の上に一部を接して無機材料からなる微細構造体を形成する微細構造体形成工程と、微細構造体を形成した後で、酸素ガス,四フッ化炭素ガス,および一酸化炭素ガスのみを混合した混合ガスのプラズマを用いたドライエッチングにより犠牲層を選択的に除去する犠牲層除去工程とを少なくとも備え、犠牲層除去工程は、一酸化炭素ガスの分圧を、酸素ガスの分圧と四フッ化炭素ガスの分圧の4倍とのうち小さい方で除した値が、0.94以上となる条件でドライエッチングを行う。 The fine structure manufacturing method according to the present invention includes a sacrificial layer forming step of forming a sacrificial layer made of an organic material on a substrate made of an inorganic material, and a fine layer made of an inorganic material in contact with a part of the sacrificial layer. Sacrificing by fine structure formation process for forming the structure, and dry etching using plasma of mixed gas in which only oxygen gas, carbon tetrafluoride gas, and carbon monoxide gas are mixed after forming the microstructure At least a sacrificial layer removing step for selectively removing the layer, wherein the sacrificial layer removing step is configured such that the partial pressure of the carbon monoxide gas is four times the partial pressure of the oxygen gas and the partial pressure of the carbon tetrafluoride gas. Dry etching is performed under the condition that the value divided by the smaller one is 0.94 or more.
上記微細構造体の製造方法において、犠牲層除去工程では、四フッ化炭素ガスの分圧を酸素ガスの分圧で除した値が、0.1以上1.5以下となる条件でドライエッチングを行うとよい。 In the fine structure manufacturing method, in the sacrificial layer removing step, dry etching is performed under the condition that the value obtained by dividing the partial pressure of the carbon tetrafluoride gas by the partial pressure of the oxygen gas is 0.1 or more and 1.5 or less. It is good to do.
上記微細構造体の製造方法において、犠牲層除去工程では、一酸化炭素ガスの分圧を、酸素ガスの分圧と四フッ化炭素ガスの分圧の4倍とのうち小さい方で除した値が、0.94以上1.25以下となる条件でドライエッチングを行うようにしてもよい。 In the fine structure manufacturing method, in the sacrificial layer removing step, the partial pressure of the carbon monoxide gas is divided by the smaller one of the partial pressure of the oxygen gas and four times the partial pressure of the carbon tetrafluoride gas. However, dry etching may be performed under the condition of 0.94 or more and 1.25 or less.
上記微細構造体の製造方法において、犠牲層除去工程の前に、活性状態の酸素を用いたドライエッチングにより一部の犠牲層を除去する前処理工程を備えるようにしてもよい。また、犠牲層除去工程の前に、四フッ化炭素ガスの分圧を酸素ガスの分圧で除した値が、0.1以上1.5以下となる条件の酸素ガスと四フッ化炭素との混合ガスのプラズマを用いたドライエッチングにより犠牲層の一部を除去する前処理工程を備えるようにしてもよい。 In the above-described microstructure manufacturing method, a pretreatment step of removing a part of the sacrificial layer by dry etching using oxygen in an active state may be provided before the sacrificial layer removing step. In addition, before the sacrificial layer removal step, oxygen gas and carbon tetrafluoride under the condition that the value obtained by dividing the partial pressure of carbon tetrafluoride gas by the partial pressure of oxygen gas is 0.1 or more and 1.5 or less A pretreatment step of removing a part of the sacrificial layer by dry etching using plasma of the mixed gas may be provided.
上記微細構造体の製造方法において、プラズマは、周波数13.56MHzで電力200Wの高周波の放電により生成するとよい。なお、微細構造体は、金から構成された電極を含む。また、犠牲層は、ポリベンザオキサゾールから構成すればよい。 In the method for manufacturing a fine structure, the plasma may be generated by high-frequency discharge with a frequency of 13.56 MHz and a power of 200 W. Note that the microstructure includes an electrode made of gold. The sacrificial layer may be made of polybenzoxazole.
以上説明したことにより、本発明によれば、犠牲層の除去において、残渣の発生を抑制した状態で、微細構造体に対するダメージの発生が抑制できるようになるという優れた効果が得られる。 As described above, according to the present invention, in the removal of the sacrificial layer, it is possible to obtain an excellent effect that the occurrence of damage to the fine structure can be suppressed while the generation of the residue is suppressed.
以下、本発明の実施の形態について図を参照して説明する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
[実施の形態1]
はじめに、本発明の実施の形態1について図1を用いて説明する。図1は、本発明の実施の形態1における微細構造体の製造方法を説明する説明図である。図1では、各工程における微細構造体の状態を模式的な断面で示している。
[Embodiment 1]
First,
まず、図1の(a)に示すように、基板101の上に犠牲層102を形成する。ここで、例えば、犠牲層102には、基板101に到達する開口部103を形成する(犠牲層形成工程)。例えば、基板101はシリコンから構成すればよい。また、犠牲層102は、ポリベンザオキサゾールより構成すればよい。
First, a
例えば、まず、ポリベンザオキサゾールより構成した感光性を有する有機樹脂を基板101の上に塗布して塗布膜を形成する。次いで、形成した塗布膜を120℃・4分程度の条件でプリベーク処理する。次いで、公知のリソグラフィ技術によりパターニングすることで、開口部103を備える犠牲層102を形成し、この後、310℃程度の加熱処理を行って犠牲層102を硬化させる。犠牲層102は、例えば、層厚1μm程度に形成すればよい。上述した有機樹脂としては、住友ベークライト社製の「CRC−8300」などがある。このような有機樹脂には、密着助剤が添加され、基板101や後述するシード層との密着性が高められている。
For example, first, a photosensitive organic resin composed of polybenzoxazole is applied onto the
次に、図1の(b)に示すように、犠牲層102の上,開口部103の側壁,開口部103の底部にシード層104を形成する。シード層104は、例えば、Ti層とAu層との積層構造とする。この積層構造は、スパッタ法や蒸着法などにより、Ti層および金層を順次に積層することで形成できる。例えば、Ti層は層厚0.1μm程度とし、Au層は層厚0.1μm程度とすればよい。
Next, as shown in FIG. 1B, a
次に、図1の(c)に示すように、シード層104の上にレジストパターン105を形成する。レジストパターン105は、後述する微細構造体を形成する箇所に開口領域106を備えている。開口領域106の底部には、シード層104が露出している。例えば、よく知られたフォトレジスト材料をシード層104の上に塗布して膜厚2m程度のレジスト塗布膜を形成する。この後、所定のパターンを備えるフォトマスクを用いた公知のフォトリソグラフィ技術により、レジスト塗布膜をパターニングすることで、レジストパターン105が形成できる。
Next, as shown in FIG. 1C, a resist
次に、図1の(d)に示すように、開口領域106において露出しているシード層104の上に、公知の電解めっき法により金(Au)を堆積することで金属パターン107を形成する。例えば、金属パターン107は、膜厚1.0μm程度に形成すればよい。次いで、レジストパターン105を除去し、図1の(e)に示すように、金属パターン107の周囲のシード層104を露出させる。
Next, as shown in FIG. 1D, a
次に、レジストパターン105を除去することで露出したシード層104を、金属パターン107をマスクとしたエッチングにより除去し、図1の(f)に示すように、残ったシード層104と金属パターン107とによる微細構造体108を形成する(微細構造体形成工程)。ここでは、片持ち梁構造の微細構造体108としている。微細構造体108は、犠牲層102の開口部103の部分を支持部181とし、また、支持部181に連続する梁部182を備える。微細構造体108は、例えば可動電極である。金属パターン107を厚さ約1μmに形成しており、梁部182も厚さ約1μmとなる。
Next, the
シード層104の選択エッチングでは、例えば、まず、上層のAu層は、ヨウ素,ヨウ化アンモニウム,水,エタノールからなるエッチング液を用いたウエットエッチングにより除去すればよい。このエッチング処理では、金属パターン107の一部もエッチングされることになる。次いで、下層のTi層は,フッ化水素水溶液を用いたウエットエッチングにより除去すればよい。
In the selective etching of the
以上のように微細構造体108を形成した後で、酸素ガス,四フッ化炭素ガス,および一酸化炭素ガスのみを混合した混合ガスのプラズマを用いたドライエッチングにより犠牲層102を選択的に除去する(犠牲層除去工程)。犠牲層102を除去することで梁部182と基板101との間に間隙が形成され、図1の(g)および図2の平面図に示すように、支持部181に支持されて基板101とは離間する梁部182を備えた微細構造体108が得られる。
After the
ここで、上述した犠牲層102の除去では、一酸化炭素ガスの分圧を、酸素ガスの分圧と四フッ化炭素ガスの分圧の4倍とのうち小さい方で除した値が、0.94以上となる条件でドライエッチングを行う。この条件とした犠牲層102の除去処理により、残渣の発生を抑制した状態で、微細構造体108に対するダメージの発生が、再現性よく抑制できるようになる。
Here, in the removal of the
また、犠牲層102の除去では、上述した条件に加え、四フッ化炭素ガスの分圧を酸素ガスの分圧で除した値が、0.1以上1.5以下となる条件でドライエッチングを行うと、実用的なエッチングレート(エッチング速度)が得られるようになり、犠牲層102をより迅速に除去できるようになる。
In addition to removing the
また、上述した犠牲層102の除去では、一酸化炭素ガスの分圧を、酸素ガスの分圧と四フッ化炭素ガスの分圧の4倍とのうち小さい方で除した値が、0.94以上となる条件に加え、一酸化炭素ガスの分圧を、酸素ガスの分圧と四フッ化炭素ガスの分圧の4倍とのうち小さい方で除した値が1.25以下となる条件でドライエッチングを行うことによっても、実用的なエッチングレート(エッチング速度)が得られるようになり、犠牲層102をより迅速に除去できるようになる。
In the above-described removal of the
なお、上述したドライエッチングでは、13.56MHzの高周波による放電を用いたプラズマ処理で行えばよい。この時、高周波電力が200W以上であると、活性な酸素やフッ素ラジカルなどが過剰に生成され、微細構造体108の酸化や異常エッチングが生じる恐れがある。従って、高周波電力は、200W以下とした方がよい。
Note that the dry etching described above may be performed by plasma treatment using discharge at a high frequency of 13.56 MHz. At this time, if the high-frequency power is 200 W or more, active oxygen, fluorine radicals, and the like are excessively generated, and the
以下、酸素,四フッ化化炭素,一酸化炭素を用いた犠牲層のドライエッチング処理についてより詳細に説明する。 Hereinafter, the dry etching process of the sacrificial layer using oxygen, carbon tetrafluoride, and carbon monoxide will be described in more detail.
前述したように、従来より酸化ガス,フッ化炭素系ガス,および還元性ガスとの混合ガスをプラズマ種とするプラズマ処理を行うことによって,微細構造体の材料の酸化や異常エッチングを抑制した状態で、残渣を発生させずに犠牲層を除去することができることが知られている。 As mentioned above, oxidation and abnormal etching of the materials of microstructures are suppressed by plasma treatment using a mixed gas of oxidizing gas, fluorocarbon-based gas, and reducing gas as plasma species. It is known that the sacrificial layer can be removed without generating a residue.
しかしながら、このエッチング方法においては、有機樹脂(犠牲層)のエッチングレートの変動、および無機材料(微細構造体)の酸化や異常エッチングなどが発生し、微細構造体にダメージを与える場合が発生することが判明した。発明者らの鋭意検討により、上述した問題が、酸化ガスとフッ化炭素系ガスと還元性ガスとの分圧比に応じて発生し、また、発生状況が大きく変動することが判明した。例えば、分圧比の選択によっては、微細構造体にダメージは発生しないが、エッチングレートが低く、また、分圧比の選択によってはエッチングレートが高いが、微細構造体の材料の酸化や異常エッチングが生じるという問題が発生した。 However, in this etching method, fluctuations in the etching rate of the organic resin (sacrificial layer), oxidation of the inorganic material (fine structure), abnormal etching, etc. may occur, and the fine structure may be damaged. There was found. As a result of intensive studies by the inventors, it has been found that the above-described problems occur according to the partial pressure ratio of the oxidizing gas, the fluorocarbon-based gas, and the reducing gas, and the generation state varies greatly. For example, although the fine structure is not damaged depending on the selection of the partial pressure ratio, the etching rate is low, and depending on the selection of the partial pressure ratio, the etching rate is high, but the material of the fine structure is oxidized and abnormal etching occurs. The problem that occurred.
これらの状況に対し、発明者らは、酸化ガス,フッ化炭素系ガス,および還元性ガスとしてO2ガス,CF4ガス,COガスを用い、加えて、これらのガス条件により、残渣を発生させずに、再現性よく、無機材料からなる微細構造体の酸化や異常エッチングを抑制することを見出した。 In response to these situations, the inventors use O 2 gas, CF 4 gas, and CO gas as oxidizing gas, fluorocarbon-based gas, and reducing gas, and in addition, generate residues according to these gas conditions. It has been found that the oxidation and abnormal etching of a fine structure made of an inorganic material are suppressed with good reproducibility.
図3は、O2ガス分圧に対するCF4ガス分圧の比率の変化に対する、プラズマ処理によるポリベンザオキサゾール(poly-benzobisoxazole)からなる犠牲層のエッチングレートの変化を示す特性図である。縦軸は、エッチレートの最大値を基準として正規化している。なお、犠牲層は、ポリベンゾオキサゾールを310℃の加熱処理により熱硬化して形成している。 FIG. 3 is a characteristic diagram showing changes in the etching rate of the sacrificial layer made of poly-benzobisoxazole by plasma treatment with respect to changes in the ratio of the CF 4 gas partial pressure to the O 2 gas partial pressure. The vertical axis is normalized based on the maximum value of the etch rate. The sacrificial layer is formed by thermosetting polybenzoxazole by heat treatment at 310 ° C.
図3に示すように、エッチレートは、O2ガスのみ(PCF4/PO2=0)の場合、およびCF4ガスのみの場合は低く、O2ガス分圧に対するCF4ガス分圧の比率を0.25とした時に最大値を取る。 As shown in FIG. 3, the etch rate, when O 2 gas only (P CF4 / P O2 = 0 ), and CF 4 gas only low in the case of the ratio of CF 4 gas partial pressure to the O 2 gas partial pressure When the value is 0.25, the maximum value is taken.
このようなエッチレート分布を取る理由は、以下のように考えられる。O2ガスのみを用いたプラズマ処理の場合、プラズマによって生じるOラジカル(O*)により犠牲層の表面がエッチングされるに伴い、前述したように密着助剤に由来する残渣物が生じる。この残渣物が樹脂(犠牲層)表面を覆うことになるため、エッチングが進行しづらくなり、エッチレートが低いと考えられる。 The reason for taking such an etch rate distribution is considered as follows. In the case of plasma processing using only O 2 gas, as the surface of the sacrificial layer is etched by O radicals (O * ) generated by plasma, a residue derived from the adhesion assistant is generated as described above. Since this residue covers the surface of the resin (sacrificial layer), it is considered that etching does not proceed easily and the etching rate is low.
一方、CF4ガスのみを用いたプラズマ処理の場合、プラズマによって生じるFラジカル(F*)によって、シリコンサブオキサイドなどの残渣物は除去できるが有機樹脂そのものは除去できないため、この場合もエッチレートが低いと考えられる。 On the other hand, in the case of plasma processing using only CF 4 gas, residues such as silicon suboxide can be removed by F radicals (F * ) generated by the plasma, but the organic resin itself cannot be removed. It is considered low.
O2ガスとCF4ガスを混合したプラズマ処理の場合、プラズマによってO*およびF*が共に生じ、O*による有機樹脂の除去およびF*による残渣物の除去が同時に進展するため、エッチングが余り障害無く進行するものと考えられる。 In the case of the plasma treatment in which O 2 gas and CF 4 gas are mixed, both O * and F * are generated by the plasma, and the removal of the organic resin by O * and the removal of the residue by F * progress simultaneously. It is considered to proceed without obstacles.
このようなエッチング機構において、エッチング反応速度は供給されるO*とF*のうち少ない方の濃度で律速される。発明者らは、図4に示すように、O2ガスの分圧PO2と、CF4ガス分圧PCF4の4倍とのうち小さい方をプロットしたもの(黒四角)が、図3で示した実験結果(黒丸)によく一致することを見出した。なお、以下では、「O2ガスの分圧PO2と、CF4ガス分圧PCF4の4倍とのうち小さい方」を、数式で 「Min(PO2,4×PCF4)」 と表現することとする。 In such an etching mechanism, the etching reaction rate is limited by the smaller concentration of O * and F * supplied. As shown in FIG. 4, the inventors plotted the smaller one of the partial pressure P O2 of O 2 gas and four times the partial pressure of CF 4 gas P CF4 (black square) in FIG. It was found that the results agree well with the experimental results shown (black circles). In the following, “the smaller of O 2 gas partial pressure P O2 and four times the CF 4 gas partial pressure P CF4 ” is expressed as “Min (P O2 , 4 × P CF4 )”. I decided to.
図4に示すように、エッチングレートの実測値の変化(黒丸)に対し、Min(PO2,4×PCF4)の変化を示す曲線(黒四角)がよく一致している。ここで、図4の中で、「0.1≦PCF4/PO2≦1.5」となる領域401では、エッチレートが最大値の半分程度以上となる。エッチレートが、最大の半分より超えていれば、効率良く犠牲層をエッチングできる条件であるといえる。
As shown in FIG. 4, the curve (black square) indicating the change in Min (P O2 , 4 × P CF4 ) is in good agreement with the change in the measured value of etching rate (black circle). Here, in the
図5は、Min(PO2,4×PCF4)に対するCOガス分圧PCOの比率を変えた場合に、プラズマ処理に曝される前後のAuからなる微細構造体のシート抵抗変化を示している。ここで、O2/CF4混合ガスのO2ガス,CF4ガスの比率は、Min(PO2,4×PCF4)が最大となるPO2:PCF4=4:1とした。COガス分圧Pcoが「0.94>Pco/Min(PO2,4×PCF4)」の領域では、エッチング前後で、Auから構成されている微細構造体のシート抵抗が大きく変化しており、微細構造体がダメージを受けることを示している。 FIG. 5 shows the sheet resistance change of the microstructure made of Au before and after being exposed to the plasma treatment when the ratio of the CO gas partial pressure P CO to Min (P O2 , 4 × P CF4 ) is changed. Yes. Here, the ratio of O 2 gas and CF 4 gas in the O 2 / CF 4 mixed gas was set to P O2 : P CF4 = 4: 1 at which Min (P O2 , 4 × P CF4 ) was maximized. In the region where the CO gas partial pressure P co is “0.94> P co / Min (P O2 , 4 × P CF4 )”, the sheet resistance of the microstructure composed of Au changes greatly before and after etching. This indicates that the microstructure is damaged.
一方、「0.94≦Pco/Min(PO2,4×PCF4)」となる領域501では、エッチング前後の微細構造体のシート抵抗が、ほとんど変化していない。このため、「0.94≦Pco/Min(PO2,4×PCF4)」は、残渣の発生を抑制した状態で、微細構造体の材料の酸化や異常エッチングを抑制できる条件であるといえる。
On the other hand, in the
以上のことからわかるように、酸素(O2)ガス、四フッ化炭素(CF4)ガス、および一酸化炭素(CO)ガスからなる混合ガスをプラズマ種としたプラズマ処理において、「0.94≦Pco/Min(PO2,4×PCF4)」となるガス条件を用いれば、微細構造体の酸化および異常エッチングを抑制した状態で、残渣を発生させること無く犠牲層をエッチング除去することができる。また、この条件に、上述した「0.1≦PCF4/PO2≦1.5」となるガス条件を組み合わせれば、微細構造体の酸化および異常エッチングを抑制した状態で、効率良くより迅速に、残渣を発生させること無く犠牲層がエッチングできるようになる。 As can be seen from the above, in plasma processing using a mixed gas of oxygen (O 2 ) gas, carbon tetrafluoride (CF 4 ) gas, and carbon monoxide (CO) gas as a plasma species, “0.94” ≦ P co / Min (P O2 , 4 × P CF4 ) ”, the sacrificial layer can be etched away without generating a residue in a state where oxidation and abnormal etching of the fine structure are suppressed. Can do. If this condition is combined with the above-mentioned gas condition of “0.1 ≦ P CF4 / P O2 ≦ 1.5”, the oxidation and abnormal etching of the fine structure are suppressed and more quickly and efficiently. In addition, the sacrificial layer can be etched without generating a residue.
図6は、Min(PO2,4×PCF4)に対してCOガス分圧比を変えた場合、犠牲層のエッチングレートがどのように変動するかを示している。縦軸は、前述した領域501でのエッチレートの最大値を基準として正規化している。図6に示すように、犠牲層のエッチレートはCOガス分圧を増加すると低下する。
FIG. 6 shows how the etching rate of the sacrificial layer varies when the CO gas partial pressure ratio is changed with respect to Min (P O2 , 4 × P CF4 ). The vertical axis is normalized based on the maximum value of the etch rate in the
ここで、「0.94≦Pco/Min(PO2,4×PCF4)≦1.25」となる領域601では、微細構造体の酸化および異常エッチングが抑制でき、さらにエッチレートが最大値の半分程度以上となる領域である。前述したように、エッチレートが、最大の半分より超えていれば、効率良く犠牲層をエッチングできる条件であるといえるので、「0.94≦Pco/Min(PO2,4×PCF4)≦1.25」は、微細構造体の酸化および異常エッチングを抑制した状態で、効率良くより迅速に、残渣を発生させること無く犠牲層がエッチングできる条件であるといえる。
Here, in the
[実施の形態2]
次に、本発明の実施の形態2について図7を用いて説明する。図7は、本発明の実施の形態2における微細構造体の製造方法を説明する説明図である。図7では、各工程における微細構造体の状態を模式的な断面で示している。なお、図7の(a)で説明する工程は、図1の(f)で説明する工程と同じであり、実施の形態2においては、図1の(a)〜(f)を用いて説明した実施の形態1における製造過程は同じである。
[Embodiment 2]
Next,
実施の形態2においても、図1の(a)〜(f)を用いて説明した実施の形態1と同様にすることで、図7の(a)に示すように、シード層104と金属パターン107とによる微細構造体108を形成する(微細構造体形成工程)。
Also in the second embodiment, the
実施の形態2においては、上述したように犠牲層102の上に微細構造体108を形成した後、還元性ガスを用いないドライエッチングにより一部の犠牲層102を除去し、図7の(b)に示すように、一部の犠牲層121を残す(前処理工程)。
In the second embodiment, after the
ここで、一部の犠牲層102を除去する処理は、例えば、オゾンや酸素プラズマなどの活性状態の酸素を用いたドライエッチングにより行えばよい。オゾンを用いる場合、犠牲層102を加熱した状態で、オゾン雰囲気に曝すようにすればよい。この処理は、よく知られたオゾンアッシャーなどを用いることで行う。また、酸素プラズマを用いる処理では、一般的なプラズマエッチング装置を用いればよい。
Here, the treatment for removing a part of the
また、一部の犠牲層102を除去する処理は、酸素ガスと四フッ化炭素との混合ガスのプラズマを用いたドライエッチングにより行うようにしてもよい。この場合、図4を用いて説明したように、四フッ化炭素ガスの分圧を酸素ガスの分圧で除した値が、0.1以上1.5以下となる条件の酸素ガスと四フッ化炭素との混合ガスを用いればよい。この条件とすることで、より迅速な処理が可能となる。
Further, the treatment for removing a part of the
以上のようにして一部の犠牲層102を除去した後、酸素ガス,四フッ化炭素ガス,および一酸化炭素ガスのみを混合した混合ガスのプラズマを用いたドライエッチングにより残っている犠牲層121を選択的に除去する(犠牲層除去工程)。このようにして全ての犠牲層102(犠牲層121)を除去することで梁部182と基板101との間に間隙が形成され、図7の(c)および図2の平面図に示すように、支持部181に支持されて基板101とは離間する梁部182を備えた微細構造体108が得られる。
After removing a part of the
このドライエッチング処理においても、一酸化炭素ガスの分圧を、酸素ガスの分圧と四フッ化炭素ガスの分圧の4倍とのうち小さい方で除した値が、0.94以上となる条件でドライエッチングを行う。この条件とすることで、犠牲層121の除去において、残渣の発生を抑制した状態で、微細構造体108に対するダメージの発生が、再現性よく抑制できるようになる。
Also in this dry etching process, the value obtained by dividing the partial pressure of carbon monoxide gas by the smaller one of the partial pressure of oxygen gas and four times the partial pressure of carbon tetrafluoride gas is 0.94 or more. Dry etching is performed under conditions. With this condition, in the removal of the
また、残っている犠牲層121の除去では、上述した条件に加え、四フッ化炭素ガスの分圧を酸素ガスの分圧で除した値が、0.1以上1.5以下となる条件でドライエッチングを行うと、より高いエッチングレート(より速いエッチング速度)が得られるようになり、残っている犠牲層121をより迅速に除去できるようになる。
Further, in the removal of the remaining
また、上述した残っている犠牲層121の除去では、一酸化炭素ガスの分圧を、酸素ガスの分圧と四フッ化炭素ガスの分圧の4倍とのうち小さい方で除した値が、0.94以上となる条件に加え、一酸化炭素ガスの分圧を、酸素ガスの分圧と四フッ化炭素ガスの分圧の4倍とのうち小さい方で除した値が1.25以下となる条件でドライエッチングを行うことによっても、より高いエッチングレート(より速いエッチング速度)が得られるようになり、残っている犠牲層121をより迅速に除去できるようになる。
Further, in the removal of the remaining
また、上述した実施の形態2によれば、還元ガスを用いない前処理工程において、一部の犠牲層102を除去するようにしたので、全ての犠牲層102を酸素ガス,四フッ化炭素ガス,および一酸化炭素ガスを混合した混合ガスによるドライエッチング処理で除去する実施の形態1に比較して、より迅速に犠牲層102を除去することが可能となる。
In addition, according to the second embodiment described above, since part of the
なお、上述したドライエッチングでは、13.56MHzの高周波による放電を用いたプラズマ処理で行えばよい。この時、高周波電力が200W以上であると、活性な酸素やフッ素ラジカルなどが過剰に生成され、微細構造体108の酸化や異常エッチングが生じる恐れがある。従って、高周波電力は、200W以下とした方がよい。
Note that the dry etching described above may be performed by plasma treatment using discharge at a high frequency of 13.56 MHz. At this time, if the high-frequency power is 200 W or more, active oxygen, fluorine radicals, and the like are excessively generated, and the
以上に説明したように、本発明によれば、犠牲層を、一酸化炭素ガスの分圧を、酸素ガスの分圧と四フッ化炭素ガスの分圧の4倍とのうち小さい方で除した値が、0.94以上となる条件でドライエッチして除去するようにしたので、残渣の発生を抑制した状態で、微細構造体に対するダメージの発生が抑制できるようになる。 As explained above, according to the present invention, the sacrificial layer is divided by dividing the carbon monoxide gas partial pressure by the smaller one of the partial pressure of oxygen gas and four times the partial pressure of carbon tetrafluoride gas. Since the removed value is removed by dry etching under the condition that the value becomes 0.94 or more, the occurrence of damage to the fine structure can be suppressed while the generation of the residue is suppressed.
なお、本発明は以上に説明した実施の形態に限定されるものではなく、本発明の技術的思想内で、当分野において通常の知識を有する者により、多くの変形および組み合わせが実施可能であることは明白である。例えば、前述した実施の形態では、微細構造体を主にAuから構成した場合について説明したが、これに限るものではなく、微細構造体は、他の金属材料や、シリコンなどの半導体などの無機材料から構成されたものであっても同様である。この点については、基板においても同様であり、基板は、シリコンに限るものではなく、SiC,化合物半導体など他の無機材料から構成されていても同様である。また、犠牲層は、ポリベンザオキサゾールに限らず、他の有機材料(有機樹脂)から構成してもよい。 The present invention is not limited to the embodiment described above, and many modifications and combinations can be implemented by those having ordinary knowledge in the art within the technical idea of the present invention. It is obvious. For example, in the above-described embodiment, the case where the fine structure is mainly composed of Au has been described. However, the structure is not limited to this, and the fine structure may be made of other metal materials or inorganic materials such as semiconductors such as silicon. The same applies to those made of materials. The same applies to the substrate, and the substrate is not limited to silicon, and the same applies even if the substrate is composed of other inorganic materials such as SiC and compound semiconductors. Further, the sacrificial layer is not limited to polybenzoxazole, but may be composed of other organic materials (organic resins).
101…基板、102…犠牲層、103…開口部、104…シード層、105…レジストパターン、106…開口領域、107…金属パターン、108…微細構造体、181…支持部、182…梁部。
DESCRIPTION OF
Claims (8)
前記犠牲層の上に一部を接して無機材料からなる微細構造体を形成する微細構造体形成工程と、
前記微細構造体を形成した後で、酸素ガス,四フッ化炭素ガス,および一酸化炭素ガスのみを混合した混合ガスのプラズマを用いたドライエッチングにより前記犠牲層を選択的に除去する犠牲層除去工程と
を少なくとも備え、
前記犠牲層除去工程は、一酸化炭素ガスの分圧を、酸素ガスの分圧と四フッ化炭素ガスの分圧の4倍とのうち小さい方で除した値が、0.94以上となる条件で前記ドライエッチングを行うことを特徴とする微細構造体の製造方法。 A sacrificial layer forming step of forming a sacrificial layer made of an organic material on a substrate made of an inorganic material;
A microstructure forming step of forming a microstructure made of an inorganic material in contact with a part of the sacrificial layer;
Sacrificial layer removal for selectively removing the sacrificial layer by dry etching using a mixed gas plasma in which only oxygen gas, carbon tetrafluoride gas, and carbon monoxide gas are mixed after forming the microstructure. Comprising at least a process,
In the sacrificial layer removal step, the value obtained by dividing the partial pressure of carbon monoxide gas by the smaller one of the partial pressure of oxygen gas and four times the partial pressure of carbon tetrafluoride gas is 0.94 or more. A method for producing a fine structure, characterized in that the dry etching is performed under conditions.
前記犠牲層除去工程では、四フッ化炭素ガスの分圧を酸素ガスの分圧で除した値が、0.1以上1.5以下となる条件で前記ドライエッチングを行うことを特徴とする微細構造体の製造方法。 In the manufacturing method of the fine structure according to claim 1,
In the sacrificial layer removing step, the dry etching is performed under a condition that a value obtained by dividing a partial pressure of carbon tetrafluoride gas by a partial pressure of oxygen gas is 0.1 or more and 1.5 or less. Manufacturing method of structure.
前記犠牲層除去工程では、一酸化炭素ガスの分圧を、酸素ガスの分圧と四フッ化炭素ガスの分圧の4倍とのうち小さい方で除した値が、0.94以上1.25以下となる条件で前記ドライエッチングを行うことを特徴とする微細構造体の製造方法。 In the manufacturing method of the fine structure according to claim 1,
In the sacrificial layer removing step, the value obtained by dividing the partial pressure of the carbon monoxide gas by the smaller one of the partial pressure of the oxygen gas and the partial pressure of the carbon tetrafluoride gas is 0.94 or more. A method for manufacturing a fine structure, wherein the dry etching is performed under a condition of 25 or less.
前記犠牲層除去工程の前に、活性状態の酸素を用いたドライエッチングにより一部の前記犠牲層を除去する前処理工程を備えることを特徴とする微細構造体の製造方法。 In the manufacturing method of the fine structure according to any one of claims 1 to 3,
Before the sacrificial layer removal step, a method for manufacturing a microstructure is provided, which includes a pretreatment step of removing a part of the sacrificial layer by dry etching using oxygen in an active state.
前記犠牲層除去工程の前に、四フッ化炭素ガスの分圧を酸素ガスの分圧で除した値が、0.1以上1.5以下となる条件の酸素ガスと四フッ化炭素との混合ガスのプラズマを用いたドライエッチングにより前記犠牲層の一部を除去する前処理工程を備えることを特徴とする微細構造体の製造方法。 In the manufacturing method of the fine structure according to any one of claims 1 to 3,
Before the sacrificial layer removal step, the value obtained by dividing the partial pressure of the carbon tetrafluoride gas by the partial pressure of the oxygen gas is 0.1 to 1.5. A method of manufacturing a microstructure, comprising a pretreatment step of removing a part of the sacrificial layer by dry etching using plasma of mixed gas.
前記プラズマは、周波数13.56MHzで電力200Wの高周波の放電により生成することを特徴とする微細構造体の製造方法。 In the manufacturing method of the fine structure according to any one of claims 1 to 5,
The plasma is generated by high-frequency discharge with a frequency of 13.56 MHz and a power of 200 W.
前記微細構造体は、金から構成された電極を含むことを特徴とする微細構造体の製造方法。 In the manufacturing method of the fine structure according to any one of claims 1 to 6,
The method for manufacturing a fine structure, wherein the fine structure includes an electrode made of gold.
前記犠牲層は、ポリベンザオキサゾールから構成することを特徴とする微細構造体の製造方法。 In the manufacturing method of the fine structure according to any one of claims 1 to 7,
The sacrificial layer is made of polybenzoxazole, and is a method for manufacturing a microstructure.
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