JPH06146027A - Production of micromachine - Google Patents

Production of micromachine

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JPH06146027A
JPH06146027A JP31603092A JP31603092A JPH06146027A JP H06146027 A JPH06146027 A JP H06146027A JP 31603092 A JP31603092 A JP 31603092A JP 31603092 A JP31603092 A JP 31603092A JP H06146027 A JPH06146027 A JP H06146027A
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etching
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etched
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micromachine
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Hirobumi Sumi
▲博▼文 角
Shingo Kadomura
新吾 門村
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Abstract

PURPOSE:To provide the micromachine capable of executing fine working of a high degree by using an etching gas for forming chemical species of a halogen system and free sulfur and etching a base body consisting of a silicon material while depositing the sulfur. CONSTITUTION:Resist patterns 2 are formed on a base body 1 to be etched and this base body is set on the stage of a microwave plasma etching device. The base body is kept at about <=-70 deg.C and is etched by using gaseous S2F2. The F radicals dissociated and formed from the gaseous S2F2 act as etching species and the etching of the base body 1 progresses. The S released into the plasma at this time deposits on the side wall surfaces of the base body 1 which is kept cooled, by which protective films 3 for the side walls are formed and, therefore, the etching of the base body 1 progresses only in its depth direction. The protective films 3 and the patterns 2 are then removed and thereafter an oxidized film (SiO2)4 is formed over the entire surface of the base body 1. A laminate 5 consisting of polycrystalline silicon is deposited on this oxidized film 4 by using a gaseous mixture composed of SiH4/He/N2.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は、非常に微小な機械シス
テムと呼ばれる、いわゆるマイクロマシンを構築するた
めの微小機械の製造方法に関するものである。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a method for manufacturing a micromachine for constructing a so-called micromachine called a very micromachine system.

【0002】[0002]

【従来の技術】最近、センサや電子回路のほか、アクチ
ュエータと呼ばれる運動機構まで持った微小な機械シス
テム(マイクロマシン)を、シリコン系材料からなる基
体上に構築する試みが行われている。こうした微小機械
の製造にあたっては、超LSIの製作などに用いられる
ホトリソグラフィプロセスを基本とした高度な微細加工
技術が採用される。
2. Description of the Related Art Recently, attempts have been made to construct a minute mechanical system (micromachine) having a motion mechanism called an actuator in addition to a sensor and an electronic circuit on a substrate made of a silicon material. In manufacturing such a micromachine, an advanced fine processing technology based on a photolithography process used for manufacturing a VLSI or the like is adopted.

【0003】すなわち従来の微小機械の製造に際して
は、その工程中に異方性エッチングによる形状加工が組
み込まれており、またこれを行うためのエッチングガス
としては、フロン113(C2 Cl3 3 )に代表され
るような、いわゆるフロン(クロロフルオロカーボン)
系ガスが広く使用されている。
That is, in manufacturing a conventional micromachine, shape processing by anisotropic etching is incorporated in the process, and as an etching gas for performing this, Freon 113 (C 2 Cl 3 F 3) is used. ), So-called CFCs (chlorofluorocarbons)
System gases are widely used.

【0004】そして、このフロン系ガスを用いた微細加
工では、プラズマ中に生成された炭素系ポリマーが側壁
保護効果を奏することによって、所定形状にパターンニ
ングされたレジストの下に所望の加工形状が得られる。
In the fine processing using the CFC-based gas, the carbon-based polymer generated in the plasma exerts a side wall protection effect, so that a desired processed shape is formed under the resist patterned into a predetermined shape. can get.

【0005】[0005]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら上記従来
の製造方法においては、気相中から被エッチング基体の
側壁に堆積した炭素系ポリマーが、その除去処理に際し
て完全に除去されずにエッチング残渣となり、これが以
降の加工性を著しく低下させるという問題があった。ま
た、従来では微小機械の製作手段となる異方性エッチン
グにフロン系ガスを使用してきたものの、これは地球の
オゾン層破壊を阻止する観点から、近い将来、その製造
及び使用が全面的に禁止される見通しであり、よって上
記従来方法に替わる微細加工技術の確立が急務となって
いる。
However, in the above-mentioned conventional manufacturing method, the carbon-based polymer deposited from the gas phase on the side wall of the substrate to be etched is not completely removed during the removal process, and becomes an etching residue. There has been a problem that the subsequent workability is significantly reduced. In the past, CFCs have been used for anisotropic etching, which is a means of manufacturing micromachines. However, from the perspective of preventing the ozone layer from depleting the earth, their manufacture and use will be totally prohibited in the near future. Therefore, there is an urgent need to establish a microfabrication technique that can replace the conventional method.

【0006】本発明は、上記問題を解決するためになさ
れたもので、フロン系ガスを使用することなく高度な微
細加工を可能とした微小機械の製造方法を提供すること
を目的とする。
The present invention has been made to solve the above problems, and an object of the present invention is to provide a method for manufacturing a micromachine capable of performing high-level fine processing without using a fluorocarbon gas.

【0007】[0007]

【課題を解決するための手段】本発明は、上記目的を達
成するためになされたもので、放電解離条件下でプラズ
マ中に遊離のイオウとハロゲン系化学種とを生成しうる
エッチングガスを用い、シリコン系材料からなる被エッ
チング基体を室温以下に保持して、遊離のイオウをエッ
チング基体上に堆積させつつエッチングする工程を有す
る微小機械の製造方法である。
The present invention has been made to achieve the above object, and uses an etching gas capable of producing free sulfur and halogen-based chemical species in plasma under discharge dissociation conditions. The method for manufacturing a micromachine includes a step of holding a substrate to be etched made of a silicon material at room temperature or below and performing etching while depositing free sulfur on the substrate.

【0008】また、エッチングが終了したのち、被エッ
チング基体を加熱してその被エッチング基体上に堆積し
たイオウを昇華除去するようにしたものである。
After the etching is completed, the substrate to be etched is heated to remove the sulfur deposited on the substrate to be etched by sublimation.

【0009】[0009]

【作用】本発明の微小機械の製造方法においては、遊離
のハロゲン系化学種が主なエンチング種として働き、シ
リコン系材料からなる被エッチング基体のエッチングを
進行する。一方、プラズマ中に生成された遊離のイオウ
は、室温以下に保持された被エッチング基体上に堆積し
て側壁保護膜を形成し、側壁保護効果を奏する。これに
より所定形状にパターンニングされたレジストの下には
アンダーカット等のない良好な加工形状が得られる。ま
た、エッチングが終了したのち、被エッチング基体を加
熱してその被エッチング基体上に堆積したイオウを昇華
除去することにより、被エッチング基体上にはエッチン
グ残渣のない清浄な加工面が得られる。
In the method for manufacturing a micromachine of the present invention, the free halogen-based chemical species act as the main enching species, and the etching of the substrate to be etched made of the silicon-based material proceeds. On the other hand, the free sulfur generated in the plasma is deposited on the substrate to be etched kept at room temperature or below to form a side wall protective film, which has a side wall protective effect. As a result, a good processed shape without undercut is obtained under the resist patterned into a predetermined shape. After the etching is finished, the substrate to be etched is heated to remove the sulfur deposited on the substrate to be etched by sublimation, whereby a clean processed surface having no etching residue can be obtained on the substrate to be etched.

【0010】[0010]

【実施例】以下、本発明の実施例を図面に基づいて詳細
に説明する。図1及び図2は、本発明に係わる微小機械
の製造方法の一実施例を説明するための図である。ここ
で本発明の最も特徴とするところは、微小機械の製造方
法として、放電解離条件下でプラズマ中に遊離のイオウ
とハロゲン系化学種とを生成しうるエッチングガスを用
い、シリコン系材料からなる被エッチング基体を室温以
下に保持して、遊離のイオウをエッチング基体上に堆積
させつつエッチングする工程を有する点と、エッチング
が終了したのち、被エッチング基体を加熱してその被エ
ッチング基体上に堆積したイオウを昇華除去する点とに
あり、以下にその具体例を述べる。
Embodiments of the present invention will now be described in detail with reference to the drawings. 1 and 2 are views for explaining an embodiment of a method for manufacturing a micromachine according to the present invention. Here, the most feature of the present invention is that, as a method for manufacturing a micromachine, an etching gas that can generate free sulfur and halogen-based chemical species in plasma under discharge dissociation conditions is used, and the method is made of a silicon-based material. It has a step of etching while keeping the substrate to be etched below room temperature and depositing free sulfur on the substrate, and after etching is finished, the substrate to be etched is heated and deposited on the substrate to be etched. The point is to remove the sulfur by sublimation, and a specific example thereof will be described below.

【0011】本実施例では、シリコン系材料として単結
晶シリコンからなる被エッチング基体を使用し、またエ
ッチングガスとしてS2 2 ガスを用いた微小機械の製
造方法を説明する。まず図1(a)に示すように、被エ
ッチング基体1上にはレジストパターニングによって所
定形状(例えば円形)のレジスト・パターン2を形成す
る。続いて、この被エッチング基体1をマイクロ波プラ
ズマエッチング装置の載置台にセットするとともに、外
部に接続されたチラーから上記載置台にエタノール冷媒
を順次供給して、この載置台にセットされる被エッチン
グ基体1を室温以下例えばマイナス70℃に冷却保持
し、この状態から一例として下記の条件でエッチングす
る。 S2 2 流量 5 sccm ガス圧 10 mTorr マイクロ波パワー 850 W RFバイアス 30 W(2MHz) 基体温度 −70 ℃
In this embodiment, a method for manufacturing a micromachine using a substrate to be etched made of single crystal silicon as a silicon material and S 2 F 2 gas as an etching gas will be described. First, as shown in FIG. 1A, a resist pattern 2 having a predetermined shape (for example, a circle) is formed on a substrate 1 to be etched by resist patterning. Subsequently, the substrate 1 to be etched is set on the mounting table of the microwave plasma etching apparatus, and an ethanol refrigerant is sequentially supplied to the mounting table from the chiller connected to the outside to set the etching target on the mounting table. The substrate 1 is cooled and held at room temperature or lower, for example, at −70 ° C., and from this state, etching is performed under the following conditions as an example. S 2 F 2 flow rate 5 sccm Gas pressure 10 mTorr Microwave power 850 W RF bias 30 W (2 MHz) Substrate temperature −70 ° C.

【0012】ここで上記S2 2 は各種ハロゲン化イオ
ウのうちのひとつであり、本実施例ではマイクロ波放電
によりS2 2 ガスから解離生成したFラジカルが主な
エッチング種として働き、被エッチング基体1のエッチ
ングを進行する。その際、プラズマ中に放出されたS
(イオウ)は、室温以下(本例では−70℃)に冷却保
持された被エッチング基体1の側壁面上に堆積してその
部分に側壁保護膜3を形成し、側壁保護効果を発揮す
る。これにより、被エッチング基体1のエッチングはそ
の深さ方向に対してのみ進行するため、レジスト・パタ
ーン2の下にはアンダーカット等のない良好な加工形状
が得られる。
Here, the above S 2 F 2 is one of various sulfur halides, and in this embodiment, F radicals dissociated and produced from the S 2 F 2 gas by microwave discharge act as the main etching species, Etching of the etching substrate 1 proceeds. At that time, S released into the plasma
(Sulfur) is deposited on the side wall surface of the substrate 1 to be etched, which is cooled and held at room temperature or lower (-70 ° C. in this example), and the side wall protective film 3 is formed in that portion, and exhibits the side wall protective effect. As a result, the etching of the substrate 1 to be etched proceeds only in the depth direction thereof, so that a good processed shape without undercut or the like can be obtained under the resist pattern 2.

【0013】続いて、上記エッチングが終了したら、今
度は被エッチング基体1を所定温度まで加熱する。本実
施例では被エッチング基体1を90℃以上に加熱するこ
とで、被エッチング基体1の側壁面上に堆積した側壁保
護膜(イオウ)3を昇華除去した。これにより被エッチ
ング基体1上にはエッチング残渣のない清浄な加工面が
得られる。なお、被エッチング基体1上に形成されたレ
ジスト・パターン2はアッシングにより除去される。
Subsequently, when the above etching is completed, the substrate 1 to be etched is heated to a predetermined temperature this time. In this embodiment, the etching target substrate 1 is heated to 90 ° C. or higher to remove the side wall protective film (sulfur) 3 deposited on the side wall surface of the etching target substrate 1 by sublimation. As a result, a clean processed surface having no etching residue can be obtained on the substrate to be etched 1. The resist pattern 2 formed on the substrate 1 to be etched is removed by ashing.

【0014】次に、一例として下記の条件で被エッチン
グ基体1の全面酸化を行い、図1(b)に示すように被
エッチング基体1上に酸化膜(SiO2 )4を形成す
る。 ドライO2 流量 6 l/min 処理温度 850 ℃ 膜厚 100 nm
Next, as an example, the entire surface of the substrate 1 to be etched is oxidized under the following conditions to form an oxide film (SiO 2 ) 4 on the substrate 1 to be etched as shown in FIG. 1 (b). Dry O 2 flow rate 6 l / min Processing temperature 850 ° C. Film thickness 100 nm

【0015】次いで、SiH4 /He/N2 の混合ガス
を用い、一例として下記の条件で酸化膜4上に多結晶シ
リコンからなる積層体5を堆積させる(図1(c)参
照)。 SiH4 流量 100 sccm He 流量 400 sccm N2 流量 200 sccm ガス圧 70 Pa 処理温度 610 ℃ 膜厚 0.3 μm
Then, using a mixed gas of SiH 4 / He / N 2 , as an example, a stacked body 5 made of polycrystalline silicon is deposited on the oxide film 4 under the following conditions (see FIG. 1C). SiH 4 flow rate 100 sccm He flow rate 400 sccm N 2 flow rate 200 sccm Gas pressure 70 Pa Processing temperature 610 ° C. Film thickness 0.3 μm

【0016】続いて、レジストパターニングを行って積
層体5上にレジスト・パターン6を形成し、さらに、一
例として下記の条件で積層体5を異方性エッチングす
る。 S2 2 流量 5 sccm ガス圧 10 mTorr マイクロ波パワー 850 W RFバイアス 30 W(2MHz) 基体温度 −70 ℃
Subsequently, resist patterning is performed to form a resist pattern 6 on the laminate 5, and the laminate 5 is anisotropically etched under the following conditions as an example. S 2 F 2 flow rate 5 sccm Gas pressure 10 mTorr Microwave power 850 W RF bias 30 W (2 MHz) Substrate temperature −70 ° C.

【0017】なお、異方性エッチングが終了したら、上
記同様に積層体5上の側壁保護膜(不図示)を昇華除去
するとともに、先に形成されたレジスト・パターン6を
アッシングにより除去することで、図2(b)に示すよ
うな加工形状が得られる。
After the anisotropic etching is completed, the side wall protective film (not shown) on the laminated body 5 is removed by sublimation and the resist pattern 6 previously formed is removed by ashing as described above. A processed shape as shown in FIG. 2B is obtained.

【0018】最後は、例えば希釈フッ酸の溶液中に加工
物を浸して酸化膜4だけを選択エッチングにより除去
し、その結果図2(c)に示すような、いわゆる支軸1
aと回転体(積層体5)からなる微小機械が製造され
る。
Finally, for example, the work piece is dipped in a solution of diluted hydrofluoric acid to remove only the oxide film 4 by selective etching. As a result, the so-called spindle 1 as shown in FIG.
A micromachine including a and a rotating body (laminated body 5) is manufactured.

【0019】なお、上記実施例では、多結晶シリコンか
らなる積層体5によって回転体を形成するようにした
が、例えば図1(b)に示す状態からWF2 /SiH4
/Heの混合ガスを用いて、酸化膜4上にWSi2 (タ
ングステンシリサイド)を堆積させ、これにレジストパ
ターニングを行って異方性エッチングすれば、より耐久
性に優れた微小機械の製造が可能となる。
In the above embodiment, the rotating body is formed by the laminated body 5 made of polycrystalline silicon. However, for example, WF 2 / SiH 4 is changed from the state shown in FIG.
If WSi 2 (tungsten silicide) is deposited on the oxide film 4 using a mixed gas of He / He, and resist patterning is performed on this to perform anisotropic etching, it is possible to manufacture a micromachine with superior durability. Becomes

【0020】また、上記実施例においては、エッチング
ガスとしてS2 2 を使用したが、本発明におけるエッ
チングガスとしては、放電解離条件下でプラズマ中に遊
離のイオウとハロゲン系化学種とを生成しうるものであ
ればよく、これ以外にも、例えばフッ素系であればSF
2 、SF4 、SF10 、塩素系であればS2 Cl2 、S
3 Cl2 、SCl2 、臭素系であればS2 Br2 、S3
Br2 、SBr2 などが挙げられる。さらに本実施例で
は、支軸と回転体からなる微小機械の製造方法について
説明したが、本発明はこれに限定されることなく、各種
センサやマイクロ真空管等を含めた微小機械の製造に広
く適用することができる。
Although S 2 F 2 is used as the etching gas in the above-mentioned embodiments, the etching gas used in the present invention is free sulfur and halogen-based chemical species in plasma under discharge dissociation conditions. Any material that can be used is used.
2 , SF 4 , SF 10 , chlorine-based S 2 Cl 2 , S
3 Cl 2 , SCl 2 , bromine-based S 2 Br 2 , S 3
Br 2 , SBr 2 and the like can be mentioned. Furthermore, in the present embodiment, the method of manufacturing a micromachine including a spindle and a rotating body has been described, but the present invention is not limited to this, and is widely applied to manufacture of a micromachine including various sensors and micro vacuum tubes. can do.

【0021】[0021]

【発明の効果】以上、説明したように本発明の微小機械
の製造方法によれば、従来のようにフロン系ガスを使用
することなく高度な微細加工を行うことが可能となり、
これは地球の環境保護に大きく貢献するとともに、近い
将来実施される見通しであるフロン系ガスの使用禁止を
前に、これに替わる微細加工技術の確立が実現される。
また、本発明の製造方法においては、被エッチング基体
上に堆積した側壁保護膜を昇華除去することにより、被
エッチング基体上にはエッチング残渣が生じないため、
従来より懸念されていたエッチング残渣による加工性の
低下が解消される。
As described above, according to the method for manufacturing a micromachine of the present invention, it is possible to perform high-level fine processing without using a fluorocarbon gas as in the conventional case.
This will greatly contribute to the protection of the earth's environment, and the establishment of a microfabrication technique that will replace the CFC-based gas ban, which is expected to be implemented in the near future, will be realized.
Further, in the manufacturing method of the present invention, since the sidewall protective film deposited on the substrate to be etched is removed by sublimation, no etching residue is generated on the substrate to be etched.
The deterioration of workability due to etching residues, which has been a concern in the past, is solved.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】本発明に係わる微小機械の製造方法の一実施例
を説明するための図(その1)である。
FIG. 1 is a diagram (No. 1) for explaining an embodiment of a method for manufacturing a micromachine according to the present invention.

【図2】本発明に係わる微小機械の製造方法の一実施例
を説明するための図(その2)である。
FIG. 2 is a diagram (No. 2) for explaining one embodiment of the method for manufacturing a micromachine according to the present invention.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 被エッチング基体 2 レジスト・パターン 3 側壁保護膜(イオウ) 4 酸化膜 5 積層体 1 Etched Substrate 2 Resist Pattern 3 Sidewall Protection Film (Sulfur) 4 Oxide Film 5 Laminate

Claims (2)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 放電解離条件下でプラズマ中に遊離のイ
オウとハロゲン系化学種とを生成しうるエッチングガス
を用い、 シリコン系材料からなる被エッチング基体を室温以下に
保持して、前記遊離のイオウを前記エッチング基体上に
堆積させつつエッチングする工程を有することを特徴と
する微小機械の製造方法。
1. An etching gas capable of generating free sulfur and halogen-based chemical species in plasma under discharge dissociation conditions is used, the substrate to be etched made of a silicon-based material is kept at room temperature or below, A method of manufacturing a micromachine, comprising the step of etching while depositing sulfur on the etching substrate.
【請求項2】 前記エッチングが終了したのち、前記被
エッチング基体を加熱して前記被エッチング基体上に堆
積したイオウを昇華除去することを特徴とする請求項1
記載の微小機械の製造方法。
2. After the etching is completed, the substrate to be etched is heated to remove the sulfur deposited on the substrate to be etched by sublimation.
A method for manufacturing the described micromachine.
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