(57)【要約】【課題】粗密のあるパターンでも精度よくエッチングすることのできる構造体形成方法およびデバイスを提供すること。【解決手段】構造体形成方法は、ドライエッチングによって基板に第１孔と前記第１孔よりも小さい幅の第２孔とを形成して構造体を形成する構造体形成方法であって、前記基板にエッチングマスクを形成する工程と、前記エッチングマスクの前記第１孔を形成する第１孔形成領域をエッチングする工程と、前記エッチングマスクの前記第２孔を形成する第２孔形成領域をエッチングする工程と、前記エッチングマスクをマスクとして前記基板をドライエッチングする工程と、を備える。【選択図】図１
2020122740.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ドライエッチングによって基板に第１孔と前記第１孔よりも小さい幅の第２孔とを形成して構造体を形成する構造体形成方法であって、
前記基板にエッチングマスクを形成する工程と、
前記エッチングマスクの前記第１孔を形成する第１孔形成領域と重なる部分をエッチングする工程と、
前記エッチングマスクの前記第２孔を形成する第２孔形成領域と重なる部分をエッチングする工程と、
前記エッチングマスクをマスクとして前記基板を前記ドライエッチングする工程と、を備えることを特徴とする構造体形成方法。
【請求項２】
前記エッチングマスクの前記第１孔形成領域と重なる部分をエッチングする工程では、前記エッチングマスクに有底の凹部を形成し、
前記エッチングマスクの前記第２孔形成領域と重なる部分をエッチングする工程では、前記エッチングマスクに貫通孔を形成する請求項１に記載の構造体形成方法。
【請求項３】
前記エッチングマスクの前記第１孔形成領域と重なる部分をエッチングする工程では、前記エッチングマスクに有底の第１凹部を形成し、
前記エッチングマスクの前記第２孔形成領域と重なる部分をエッチングする工程では、前記エッチングマスクに有底の第２凹部を形成し、
前記エッチングマスクの前記第１凹部が設けられている部分の厚さは、前記第２凹部が設けられている部分の厚さよりも厚い請求項１に記載の構造体形成方法。
【請求項４】
前記エッチングマスクの前記第１孔形成領域と重なる部分をエッチングする工程では、前記エッチングマスクに貫通孔を形成した後に、前記貫通孔内に充填物を充填し、
前記エッチングマスクの前記第２孔形成領域と重なる部分をエッチングする工程では、前記エッチングマスクに貫通孔を形成する請求項１に記載の構造体形成方法。
【請求項５】
前記充填物の構成材料は、前記エッチングマスクの構成材料と異なる請求項４に記載の構造体形成方法。
【請求項６】
前記エッチングマスクの前記第１孔形成領域と重なる部分をエッチングする工程では、前記エッチングマスクに貫通孔を形成した後に、前記貫通孔内に充填物を充填し、
前記エッチングマスクの前記第２孔形成領域と重なる部分をエッチングする工程では、前記エッチングマスクに有底の凹部を形成する請求項１に記載の構造体形成方法。
【請求項７】
前記基板の平面視で、前記第１孔と重なって配置されている電極を有する請求項１ないし６のいずれか１項に記載の構造体形成方法。
【請求項８】
基板と、
前記基板に設けられ、第１幅の第１孔および前記第１幅よりも小さい第２幅の第２孔を備える構造体と、を有し、
前記第１孔および前記第２孔は、それぞれ、ドライエッチングにより形成されたエッチング孔であり、
前記第１孔の側壁のスキャロップの高さは、前記第２孔の側壁のスキャロップの高さよりも高いことを特徴とするデバイス。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、構造体形成方法およびデバイスに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
例えば、特許文献１に記載されているように、シリコンの深溝エッチング技術としてボッシュ・プロセスが知られている。このボッシュ・プロセスは、エッチング用ガスであるＳＦ６と側壁保護膜形成用ガスであるＣ４Ｆ８の２系統のガスを交互に切り替えて、エッチング工程と側壁保護膜形成工程とを交互に繰り返すことにより、シリコンに深溝を形成する技術である。このような深溝エッチング技術によれば、溝側面の垂直性に優れ、高いアスペクト比の溝を形成することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】米国特許第６２８４１４８号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
例えば、パターンに粗密が存在する場合に上述のボッシュ・プロセスを適用した場合には、パターンが粗の部分ではエッチングスピードが速くなり、パターンが密の部分ではエッチングスピードが遅くなる。このように、パターンが粗の部分とパターンが密な部分とでエッチングスピードが異なってしまうと、パターンが密な部分のエッチングスピードに合わせてエッチングを行うと、パターンが粗の部分ではエッチングが早く終わってしまい、その周囲にダメージを与えてしまうおそれがある。また、パターンが粗の部分のエッチングスピードに合わせてエッチングを行うと、パターンが密の部分ではエッチングが終了しきれないおそれがある。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本開示の構造体形成方法は、ドライエッチングによって基板に第１孔と前記第１孔よりも小さい幅の第２孔とを形成して構造体を形成する構造体形成方法であって、
前記基板にエッチングマスクを形成する工程と、
前記エッチングマスクの前記第１孔を形成する第１孔形成領域と重なる部分をエッチングする工程と、
前記エッチングマスクの前記第２孔を形成する第２孔形成領域と重なる部分をエッチングする工程と、
前記エッチングマスクをマスクとして前記基板を前記ドライエッチングする工程と、を備えることを特徴とする。
【図面の簡単な説明】
【０００６】
【図１】第１実施形態に係る慣性センサーを示す平面図。
【図２】図１中のＡ−Ａ線断面図。
【図３】ボッシュ・プロセスを説明する断面図。
【図４】ボッシュ・プロセスを説明する断面図。
【図５】ボッシュ・プロセスを説明する断面図。
【図６】ボッシュ・プロセスを説明する断面図。
【図７】ボッシュ・プロセスを説明する断面図。
【図８】構造体の部分拡大平面図。
【図９】図８中のＢ−Ｂ線断面図。
【図１０】慣性センサーの製造工程を示す図。
【図１１】慣性センサーの製造方法を説明するための断面図。
【図１２】慣性センサーの製造方法を説明するための断面図。
【図１３】慣性センサーの製造方法を説明するための断面図。
【図１４】慣性センサーの製造方法を説明するための断面図。
【図１５】慣性センサーの製造方法を説明するための断面図。
【図１６】慣性センサーの製造方法を説明するための断面図。
【図１７】慣性センサーの製造方法を説明するための断面図。
【図１８】慣性センサーの製造方法を説明するための断面図。
【図１９】慣性センサーの製造方法を説明するための断面図。
【図２０】慣性センサーの製造方法を説明するための断面図。
【図２１】慣性センサーの製造方法を説明するための断面図。
【図２２】第２実施形態に係る構造体形成方法を説明するための断面図。
【図２３】第３実施形態に係る構造体形成方法を説明するための断面図。
【図２４】第３実施形態に係る構造体形成方法を説明するための断面図。
【図２５】第３実施形態に係る構造体形成方法を説明するための断面図。
【図２６】第４実施形態に係る構造体形成方法を説明するための断面図。
【図２７】第５実施形態に係る構造体形成方法を説明するための断面図。
【図２８】第５実施形態に係る構造体形成方法を説明するための断面図。
【図２９】第５実施形態に係る構造体形成方法を説明するための断面図。
【図３０】第５実施形態に係る構造体形成方法を説明するための断面図。
【発明を実施するための形態】
【０００７】
以下、本開示の構造体形成方法および構造体を添付図面に示す実施形態に基づいて詳細に説明する。
【０００８】
＜第１実施形態＞
図１は、第１実施形態に係る慣性センサーを示す平面図である。図２は、図１中のＡ−Ａ線断面図である。図３ないし図７は、それぞれ、ボッシュ・プロセスを説明する断面図である。図８は、構造体の部分拡大平面図である。図９は、図８中のＢ−Ｂ線断面図である。図１０は、慣性センサーの製造工程を示す図である。図１１ないし図２１は、それぞれ、慣性センサーの製造方法を説明するための断面図である。
【０００９】
以下では、説明の便宜上、互いに直交する３つの軸をＸ軸、Ｙ軸およびＺ軸とする。また、Ｘ軸に平行な方向を「Ｘ軸方向」、Ｙ軸に平行な方向を「Ｙ軸方向」、Ｚ軸に平行な方向を「Ｚ軸方向」とも言う。また、各軸の矢印方向先端側を「プラス側」とも言い、反対側を「マイナス側」とも言う。また、Ｚ軸方向プラス側を「上」とも言い、Ｚ軸方向マイナス側を「下」とも言う。また、本願明細書において、「直交」とは、９０°で交わっている場合の他、９０°から若干傾いた角度、例えば９０°±５°程度の範囲内で交わっている場合も含むものである。同様に、「平行」についても、両者のなす角度が０°の場合の他、±５°程度の範囲内の差を有する場合も含まれる。
【００１０】
本開示のデバイスを適用した図１に示す慣性センサー１は、Ｚ軸方向の加速度Ａｚを検出する加速度センサーである。このような慣性センサー１は、基板２と、基板２上に配置されている構造体６と、構造体６を覆うように基板２に接合されている蓋５と、を有する。また、構造体６は、センサー素子３と、センサー素子３の不要な変位を抑制するストッパー４と、を有する。なお、後述するように、センサー素子３とストッパー４とは、導電性のシリコン基板を深溝エッチング技術であるボッシュ・プロセスによってパターニングすることにより一括で形成される。
【００１１】
図１に示すように、基板２は、上面側に開口する凹部２１を有する。また、Ｚ軸方向からの平面視で、凹部２１は、センサー素子３を内側に内包するように、センサー素子３よりも大きく形成されている。また、図２に示すように、基板２は、凹部２１の底面から突出して設けられた突起状のマウント２２を有する。そして、マウント２２の上面にセンサー素子３が接合されている。また、図１に示すように、基板２は、上面側に開放する溝部２５、２６、２７を有する。
【００１２】
基板２としては、例えば、Ｎａ＋等の可動イオンであるアルカリ金属イオンを含むガラス材料、例えば、パイレックスガラス、テンパックスガラス（いずれも登録商標）のような硼珪酸ガラスで構成されているガラス基板を用いることができる。ただし、基板２としては、特に限定されず、例えば、シリコン基板やセラミックス基板を用いてもよい。
【００１３】
また、図１および図２に示すように、基板２には電極８が設けられている。電極８は、凹部２１の底面に配置されている第１固定検出電極８１、第２固定検出電極８２およびダミー電極８３を有する。また、基板２は、溝部２５、２６、２７に配置されている配線７５、７６、７７を有する。
【００１４】
各配線７５、７６、７７の一端部は、蓋５外に露出し、外部装置との電気的な接続を行う電極パッドＰとして機能する。また、配線７５は、センサー素子３、ストッパー４およびダミー電極８３と電気的に接続され、配線７６は、第１固定検出電極８１と電気的に接続され、配線７７は、第２固定検出電極８２と電気的に接続されている。
【００１５】
図２に示すように、蓋５は、下面側に開口する凹部５１を有する。蓋５は、凹部５１内にセンサー素子３およびストッパー４を収納して、基板２の上面に接合されている。そして、蓋５および基板２によって、その内側に、センサー素子３およびストッパー４を収納する収納空間Ｓを形成している。収納空間Ｓは、気密空間であり、窒素、ヘリウム、アルゴン等の不活性ガスが封入され、使用温度（−４０℃〜１２０℃程度）で、ほぼ大気圧となっていることが好ましい。ただし、収納空間Ｓの雰囲気としては、特に限定されず、例えば、減圧状態であってもよいし、加圧状態であってもよい。
【００１６】
蓋５としては、例えば、シリコン基板を用いることができる。ただし、蓋５としては、特に限定されず、例えば、ガラス基板やセラミックス基板を用いてもよい。また、基板２と蓋５との接合方法としては、特に限定されず、基板２や蓋５の材料によって適宜選択すればよく、例えば、陽極接合、プラズマ照射によって活性化させた接合面同士を接合させる活性化接合、ガラスフリット等の接合材による接合、基板２の上面および蓋５の下面に成膜した金属膜同士を接合する拡散接合等を用いることができる。本実施形態では、低融点ガラスからなるガラスフリット５９を介して基板２と蓋５とが接合されている。
【００１７】
センサー素子３は、例えば、リン（Ｐ）、ボロン（Ｂ）、砒素（Ａｓ）等の不純物がドープされている導電性のシリコン基板を深溝エッチング技術であるボッシュ・プロセスによってパターニングすることにより形成される。このセンサー素子３は、図１に示すように、マウント２２の上面に接合されている固定部３１と、固定部３１に対してＹ軸に沿う揺動軸Ｊまわりに揺動可能な可動体３２と、固定部３１と可動体３２とを接続する梁３３と、を有する。マウント２２と固定部３１とは、例えば、陽極接合されている。
【００１８】
可動体３２は、Ｚ軸方向からの平面視で、Ｘ軸方向を長手とする長方形状となっている。また、可動体３２は、Ｚ軸方向からの平面視で、揺動軸Ｊを間に挟んで配置されている第１可動部３２１および第２可動部３２２を有する。第１可動部３２１は、揺動軸Ｊに対してＸ軸方向プラス側に位置し、第２可動部３２２は、揺動軸Ｊに対してＸ軸方向マイナス側に位置する。また、第１可動部３２１は、第２可動部３２２よりもＸ軸方向に長く、加速度Ａｚが加わったときの揺動軸Ｊまわりの回転モーメントが第２可動部３２２よりも大きい。この回転モーメントの差によって、加速度Ａｚが加わった際に可動体３２が揺動軸Ｊまわりにシーソー揺動する。なお、シーソー揺動とは、第１可動部３２１がＺ軸方向プラス側に変位すると、第２可動部３２２がＺ軸方向マイナス側に変位し、反対に、第１可動部３２１がＺ軸方向マイナス側に変位すると、第２可動部３２２がＺ軸方向プラス側に変位することを意味する。
【００１９】
また、図１に示すように、可動体３２は、厚さ方向に貫通する複数の貫通孔３２５を有する。貫通孔３２５を設けることにより、可動体３２の粘性抵抗が減り、可動体３２をよりスムーズにシーソー揺動させることができる。また、可動体３２は、第１可動部３２１と第２可動部３２２との間に位置する貫通孔３２４を有する。そして、貫通孔３２４内に固定部３１および梁３３が配置されている。このように、可動体３２の内側に固定部３１および梁３３を配置することにより、センサー素子３の小型化を図ることができる。ただし、貫通孔３２５は、省略してもよい。また、固定部３１や梁３３の配置は、特に限定されず、例えば、可動体３２の外側に位置していてもよい。
【００２０】
梁３３は、Ｙ軸方向に沿って延在しており、その中心軸まわりに捩じり変形することにより、可動体３２の揺動軸Ｊまわりの揺動を許容する。
【００２１】
電極８の説明に戻ると、図１および図２に示すように、第１固定検出電極８１は、第１可動部３２１の基端部と対向して配置され、第２固定検出電極８２は、第２可動部３２２と対向して配置され、ダミー電極８３は、第１可動部３２１の先端部と対向して配置されている。言い換えると、Ｚ軸方向からの平面視で、第１固定検出電極８１は、第１可動部３２１の基端部と重なって配置され、第２固定検出電極８２は、第２可動部３２２と重なって配置され、ダミー電極８３は、第１可動部３２１の先端部と重なって配置されている。
【００２２】
慣性センサー１の駆動時には、配線７５を介してセンサー素子３に駆動電圧が印加され、配線７６を介して第１固定検出電極８１がＱＶアンプに接続され、配線７７を介して第２固定検出電極８２が別のＱＶアンプに接続される。これにより、第１可動部３２１と第１固定検出電極８１との間に静電容量Ｃａが形成され、第２可動部３２２と第２固定検出電極８２との間に静電容量Ｃｂが形成される。
【００２３】
図２に示すように、慣性センサー１に加速度Ａｚが加わると、可動体３２が揺動軸Ｊを中心にしてシーソー揺動する。この可動体３２のシーソー揺動により、第１可動部３２１と第１固定検出電極８１とのギャップと、第２可動部３２２と第２固定検出電極８２とのギャップと、が逆相で変化し、これに応じて静電容量Ｃａ、Ｃｂが互いに逆相で変化する。そのため、慣性センサー１は、静電容量Ｃａ、Ｃｂの変化に基づいて加速度Ａｚを検出することができる。
【００２４】
ストッパー４は、上述のような可動体３２の検出振動である揺動軸Ｊまわりのシーソー揺動以外の不要な変位、特に、固定部３１を中心としたＺ軸まわりの回転変位を抑制する機能を有する。図１に示すように、ストッパー４は、センサー素子３の周囲を囲む枠状をなし、基板２の上面に接合されている。このような構成のストッパー４では、可動体３２がＺ軸まわりの順方向へ回転変位すると、可動体３２の外周面がストッパー４の内周面に接触し、これにより、それ以上の可動体３２の不要な変位が抑制される。なお、ストッパー４の配置および形状は、その機能を発揮することができる限り、特に限定されない。
【００２５】
このようなストッパー４は、例えば、リン（Ｐ）、ボロン（Ｂ）、砒素（Ａｓ）等の不純物がドープされている導電性のシリコン基板を深溝エッチング技術であるボッシュ・プロセスによってパターニングすることにより形成される。特に、本実施形態では、ボッシュ・プロセスによって、同一のシリコン基板からセンサー素子３とストッパー４とが一括形成されている。これにより、構造体６の形成が容易となる。
【００２６】
また、ストッパー４は、センサー素子３と同様に、配線７５と電気的に接続されている。そのため、ストッパー４とセンサー素子３とが同電位となり、これらの間に寄生容量や静電引力が生じるおそれが実質的にない。そのため、ストッパーに起因した加速度Ａｚの検出特性の低下を効果的に抑制することができる。ただし、これに限定されず、ストッパー４は、センサー素子３と同電位でなくてもよい。例えば、ストッパー４は、グランド電位となっていてもよいし、電気的に浮いていてもよい。
【００２７】
以上、慣性センサー１の構成について簡単に説明した。前述したように、構造体６を構成するセンサー素子３およびストッパー４は、導電性のシリコン基板をボッシュ・プロセスでパターニングすることにより一括で形成されている。そこで、ボッシュ・プロセスについて簡単に説明する。
【００２８】
まず、図３に示すように、シリコン基板９の上面にシリコン酸化膜（ＳｉＯ２膜）で構成されるハードマスクＨＭを形成し、このハードマスクＨＭをパターニングする。ハードマスクＨＭのパターニングは、例えば、ハードマスクＨＭ上にフォトレジストにより図示しないマスクを形成し、このマスクをマスクとしてハードマスクＨＭをエッチングし、最後に、フォトレジストを取り除くことにより実現できる。次に、図４に示すように、エッチング用ガスであるＳＦ６を用いてシリコン基板９を等方性エッチングして１つ目の凹部９１を形成する。
【００２９】
次に、図５に示すように、側壁保護膜形成用ガスであるＣ４Ｆ８を用いて凹部９１の内面に保護膜９２を形成する。次に、図６に示すように、エッチング用ガスであるＳＦ６を用いて、１つの目の凹部９１の底部にある保護膜９２を除去すると共に、１つ目の凹部９１の底面に開放する２つ目の凹部９１を形成する。そして、この後は、図５および図６に示す工程を繰り返すことにより、図７に示すように、複数の凹部９１が連なった高アスペクト比の孔９０を形成することができる。なお、孔９０の内周面には、複数の凹部９１が連なることにより規則的な凹凸が形成され、この各凹凸は、「スキャロップＳＣ」と呼ばれている。
【００３０】
構造体６の説明に戻って、構造体６には、上述のボッシュ・プロセスによって複数の孔が形成されている。具体的には、構造体６は、図８に示すように、貫通孔３２５を構成する第１孔６１と、センサー素子３とストッパー４との間に位置し、これらを分離している第２孔６２と、貫通孔３２４を構成する第３孔６３と、を有する。なお、これら第１、第２、第３孔６１、６２、６３は、それぞれ、シリコン基板６０をＺ軸方向に貫通する貫通孔である。各図からも分かるように、これら第１、第２、第３孔６１、６２、６３は、それぞれ、その幅が異なっており、第１孔６１の開口の幅を第１幅Ｗ１とし、第２孔６２の開口の幅を第２幅Ｗ２とし、第３孔６３の開口の幅を第３幅Ｗ３としたとき、これらは、Ｗ２＜Ｗ３＜Ｗ１の関係を満足している。
【００３１】
Ｗ２＜Ｗ３の関係を満足することにより、可動体３２がＺ軸まわりに不要な回転変位をした際、可動体３２や梁３３が固定部３１と接触する前に、可動体３２をストッパー４に接触させ、それ以上の回転変位を阻止することができる。そのため、ストッパー４としての機能をより確実に発揮することができると共に、梁３３や固定部３１の破損を抑制することができる。また、Ｗ３＜Ｗ１の関係を満足することにより、貫通孔３２５が十分に大きくなり、その分、可動体３２のシーソー揺動時の粘性抵抗が減り、よりスムーズに可動体３２をシーソー揺動させることができる。
【００３２】
また、図９に示すように、第１孔６１の側壁に形成されているスキャロップＳＣの数をＮ１とし、第２孔６２の側壁に形成されているスキャロップＳＣの数をＮ２とし、第３孔６３の側壁に形成されているスキャロップＳＣの数をＮ３としたとき、これらは、Ｎ１＜Ｎ３＜Ｎ２の関係を満足している。言い換えると、第１孔６１が有する各スキャロップＳＣのＺ軸方向の長さである高さをＬ１とし、第２孔６２が有する各スキャロップＳＣの高さをＬ２とし、第３孔６３が有する各スキャロップＳＣの高さをＬ３としたとき、これらは、Ｌ２＜Ｌ３＜Ｌ１の関係を満足している。つまり、孔の幅が小さい孔ほど、スキャロップＳＣの数が多く、各スキャロップＳＣの高さが低い。
【００３３】
孔の側壁に形成されているスキャロップＳＣの数が多くなる程、孔の側壁の凹凸が小さくなり、接触時の欠けやクラックの発生が生じ難い。さらには、等方性エッチングによる幅方向への浸食が少ないため、幅の寸法精度も高くなる。そのため、不要な回転変位が生じた際に互いに接触し合う可動体３２の外周面とストッパー４の内周面とを構成すると共に、可動体３２とストッパー４のギャップを形成する第２孔６２のスキャロップＳＣの数Ｎ２を他の第１、第３孔６１、６３のスキャロップＳＣの数Ｎ１、Ｎ３よりも多くすることにより、機械的強度が高く、かつ、可動体３２とストッパー４とのギャップ管理に優れた慣性センサー１となる。
【００３４】
以上のように、デバイスとしての慣性センサー１は、基板２と、基板２に設けられ、第１幅Ｗ１の第１孔６１および第１幅Ｗ１よりも小さい第２幅Ｗ２の第２孔６２を備える構造体６と、を有する。また、第１孔６１および第２孔６２は、それぞれ、ドライエッチングにより形成されたエッチング孔である。そして、第１孔６１の側壁のスキャロップＳＣの高さＬ１は、第２孔６２の側壁のスキャロップＳＣの高さＬ２よりも高い。このような構成とすることにより、第１、第２孔６１、６２共に、孔寸法の均一化が図られ、特に、第１、第２幅Ｗ１、Ｗ２のＺ軸方向の変化率を小さく抑えることができる。また、機械的強度が高く、かつ、可動体３２とストッパー４とのギャップ管理に優れた慣性センサー１を得ることができる。
【００３５】
次に、構造体６の形成方法について、以下に説明する慣性センサー１の製造方法の中で説明する。慣性センサー１の製造方法は、図１０に示すように、基板２にシリコン基板６０を接合するシリコン基板接合工程と、シリコン基板をボッシュ・プロセスによってパターニングしてセンサー素子３およびストッパー４を形成する構造体形成工程と、蓋５を基板２に接合する蓋接合工程と、を有する。
【００３６】
［シリコン基板接合工程］
まず、電極８および配線７５、７６、７７が配置された基板２を準備する。次に、図１１に示すように、構造体６の母材であるシリコン基板６０を準備し、このシリコン基板６０を基板２の上面に陽極接合する。なお、シリコン基板６０には、既に、不純物がドープされ、導電性が付与されている。次に、必要に応じて、シリコン基板６０をＣＭＰ（化学機械研磨）等によって所望の厚さに薄肉化する。
【００３７】
［構造体形成工程］
本工程の説明の前に、ボッシュ・プロセスについて再び説明すると、マイクロローディング効果によって、形成する孔の幅が小さい程、エッチングスピードが遅くなる。すなわち、図１２に示すように、幅の異なる複数の孔Ｈ１、Ｈ２のエッチングを同時に開始した場合、幅の大きい孔Ｈ１が先に形成され、幅の小さい孔Ｈ２が遅れて形成される。
【００３８】
このようなエッチングスピードの異なりに起因して、複数の孔Ｈ１、Ｈ２で形成時刻がずれてしまうと、次のような問題が生じる。例えば、エッチングスピードの速い孔Ｈ１を基準にエッチング時間を設定すると、エッチングスピードの遅い孔Ｈ２を形成することができない。反対に、エッチングスピードの遅い孔Ｈ２を基準にエッチング時間を設定すると、孔Ｈ１が形成されてから孔Ｈ２が形成されるまでの間、孔Ｈ１がオーバーエッチングされて形状が崩れると共に、孔Ｈ１の直下に位置する部材がエッチングによるダメージを受け続ける。
【００３９】
そこで、本実施形態では、孔Ｈ１、Ｈ２が形成される時刻がなるべく同じ時刻となるように、孔Ｈ１のエッチング開始時刻を孔Ｈ２のエッチング開始時刻よりも遅らせる構成となっている。以下、構造体６を例に挙げて具体的に説明する。
【００４０】
まず、図１３に示すように、シリコン基板６０の上面にシリコン酸化膜で構成されるハードマスクＨＭを形成する。ハードマスクＨＭの形成方法としては、特に限定されず、例えば、ＴＥＯＳ（テトラエトキシシラン）を用いたプラズマＣＶＤにより形成することができる。
【００４１】
次に、図１４に示すように、ハードマスクＨＭ上に、第１孔６１を形成する第１孔形成領域６１０に対応した開口を有するレジストマスクＲＭ１を形成し、レジストマスクＲＭ１をマスクとしてハードマスクＨＭをハーフエッチングし、有底の凹部ＨＭ１を形成する。
【００４２】
次に、レジストマスクＲＭ１を除去した後、図１５に示すように、ハードマスクＨＭ上に、第３孔６３を形成する第３孔形成領域６３０に対応した開口を有するレジストマスクＲＭ２を形成し、レジストマスクＲＭ２をマスクとしてハードマスクＨＭをハーフエッチングし、凹部ＨＭ１よりも深い有底の凹部ＨＭ２を形成する。つまり、ハードマスクＨＭの凹部ＨＭ１が形成された部分の厚さｔ１は、凹部ＨＭ２が形成された部分の厚さｔ２よりも厚い。
【００４３】
次に、レジストマスクＲＭ２を除去した後、図１６に示すように、ハードマスクＨＭ上に、第２孔６２を形成する第２孔形成領域６２０に対応する開口を有するレジストマスクＲＭ３を形成し、レジストマスクＲＭ３をマスクとしてハードマスクＨＭをエッチングし、貫通孔ＨＭ３０を形成する。ただし、凹部ＨＭ１、ＨＭ２および貫通孔ＨＭ３０の形成順序は、特に限定されない。
【００４４】
次に、レジストマスクＲＭ３を除去した後、ハードマスクＨＭをマスクとしてシリコン基板６０をボッシュ・プロセスによりドライエッチングする。すると、図１７から図１９に示すように、まず、第２孔形成領域６２０のエッチングが開始され、次に、凹部ＨＭ２の底部が除去されて貫通孔ＨＭ２０となると、第３孔形成領域６３０のエッチングが開始され、次に、凹部ＨＭ１の底部が除去されて貫通孔ＨＭ１０となると、第１孔形成領域６１０のエッチングが開始される。
【００４５】
つまり、最もエッチングスピードが遅い第２孔形成領域６２０、次にエッチングスピードが遅い第３孔形成領域６３０、最もエッチングスピードが速い第１孔形成領域６１０の順に、エッチングの開始時刻がずれている。このように、エッチングスピードの異なりに応じて、エッチングの開始時刻をずらすことにより、図２０に示すように、第１〜第３孔形成領域６１０〜６３０のエッチングがほぼ同時に終了し、第１〜第３孔６１〜６３がほぼ同時に形成される。そのため、第１〜第３孔６１〜６３の形成完了時刻のずれを小さくすること、好ましくは時刻のずれをなくすことができる。
【００４６】
そのため、先に形成された孔がオーバーエッチングされて形状ずれが生じたり、当該孔の直下にある部材がエッチングのダメージを受けたりすること抑制でき、寸法精度が高く、かつ、ダメージの少ない慣性センサー１を製造することができる。例えば、本実施形態の場合に、第１、第２、第３孔６１、６２、６３のエッチング開始時刻を同じ時刻とすると、第１孔６１が先に形成され、次に、第３孔６３が形成される。そして、第２孔６２が形成されるまでの間、第１孔６１、第３孔６３がオーバーエッチングされ、これらの形状ずれが生じ、また、第１、第３孔６１、６３の直下に位置する電極８がエッチングのダメージを受けたり、電極８の一部が除去されて静電容量Ｃａ、Ｃｂが変化したりするおそれもある。
【００４７】
以上の工程により、シリコン基板６０からセンサー素子３とストッパー４とが一括で形成され、構造体６が得られる。
【００４８】
［蓋接合工程］
次に、図２１に示すように、ガラスフリット５９を介して蓋５を基板２の上面に接合する。これにより、慣性センサー１が得られる。
【００４９】
以上、慣性センサー１の製造方法、特に、構造体６の形成方法について説明した。このような構造体６の形成方法は、ドライエッチングによって基板であるシリコン基板６０に第１孔６１と第１孔６１よりも小さい幅の第２孔６２とを形成して構造体６を形成する構造体形成方法であって、シリコン基板６０にエッチングマスクとしてのハードマスクＨＭを形成する工程と、ハードマスクＨＭの第１孔６１を形成する第１孔形成領域６１０とＺ軸方向で重なる部分をエッチングする工程と、ハードマスクＨＭの第２孔６２を形成する第２孔形成領域６２０とＺ軸方向で重なる部分をエッチングする工程と、ハードマスクＨＭをマスクとしてシリコン基板６０をドライエッチングする工程と、を備える。このような形成方法によれば、ハードマスクＨＭの第１孔形成領域６１０と重なる部分と第２孔形成領域６２０と重なる部分とをそれぞれ別々に加工することができるため、第１、第２孔６１、６２のエッチング開始時刻のずれを調整し易くなる。そのため、第１孔６１と第２孔６２の形成完了時刻のずれを小さく抑えることができ、第１孔６１のオーバーエッチングが抑制され、第１孔６１の形状ずれ等を効果的に抑制することができる。そのため、寸法精度のよい構造体６が得られる。
【００５０】
また、前述したように、ハードマスクＨＭの第１孔形成領域６１０と重なる部分をエッチングする工程では、ハードマスクＨＭに有底の凹部ＨＭ１を形成し、ハードマスクＨＭの第２孔形成領域６２０と重なる部分をエッチングする工程では、ハードマスクＨＭに貫通孔ＨＭ３０を形成する。このような構成とすることすることにより、第１孔形成領域６１０のエッチング開始時刻を、第２孔形成領域６２０のエッチング開始時刻から遅らせることができる。
【００５１】
また、前述したように、シリコン基板６０の平面視で、第１孔６１と重なって配置されている電極８（第１固定検出電極８１、第２固定検出電極８２およびダミー電極８３）を有する。上述した構造体６の形成方法によれば、第１孔６１のオーバーエッチングが抑制されるため、第１孔６１の直下に電極８が位置していても、電極８へのエッチングダメージを低減することができる。
【００５２】
以上、慣性センサー１について説明したが、慣性センサー１の構成としては、本実施形態に限定されない。例えば、本実施形態の構造体６は、センサー素子３とストッパー４とを有するが、ストッパー４を削除してもよい。この場合、本実施形態から第２孔６２が省略され、その代わりに第３孔６３を「第２孔」として説明することができる。また、センサー素子３は、Ｘ軸方向の加速度を検出する構成であってもよいし、Ｙ軸方向の加速度を検出する構成であってもよいし、Ｘ軸まわりの角速度を検出する構成であってもよいし、Ｙ軸まわりの角速度を検出する構成であってもよいし、Ｚ軸まわりの角速度を検出する構成であってもよい。また、シリコン基板６０の平面視で、第１孔６１の全てと電極８とが重なって配置されている必要は無い。
【００５３】
＜第２実施形態＞
図２２は、第２実施形態に係る構造体形成方法を説明するための断面図である。
【００５４】
本実施形態は、ハードマスクＨＭの構成が異なること以外は、前述した第１実施形態と同様である。なお、以下の説明では、本実施形態に関し、前述した実施形態との相違点を中心に説明し、同様の事項に関してはその説明を省略する。また、図２２において、前述した実施形態と同様の構成については、同一符号を付している。
【００５５】
本実施形態では、まず、前述した第１実施形態と同様に、シリコン基板６０の上面にシリコン酸化膜で構成されるハードマスクＨＭを形成し、次に、ハードマスクＨＭに凹部ＨＭ１、ＨＭ２を形成する。次に、レジストマスクＲＭ２を除去した後、図２２に示すように、ハードマスクＨＭ上に、第２孔形成領域６２０に対応した開口を有するレジストマスクＲＭ３を形成し、レジストマスクＲＭ３をマスクとしてハードマスクＨＭをエッチングし、凹部ＨＭ１、ＨＭ２よりも深い有底の凹部ＨＭ３を形成する。つまり、ハードマスクＨＭの凹部ＨＭ３が形成された部分の厚さｔ３は、凹部ＨＭ１、ＨＭ２が形成された部分の厚さｔ１、ｔ２より薄い。
【００５６】
このようなハードマスクＨＭをマスクとしてシリコン基板６０をボッシュ・プロセスによりドライエッチングしても、前述した第１実施形態と同様に、第１、第２、第３孔形成領域６１０、６２０、６３０のエッチング開始時刻をずらすことができる。そのため、第１、第２、第３孔形成領域６１０、６２０、６３０のエッチングがほぼ同時に終了し、第１、第２、第３孔６１、６２、６３がほぼ同時に形成される。したがって、第１、第２、第３孔６１、６２、６３の形成完了時刻のずれを小さくすること、好ましくは時刻のずれをなくすことができる。
【００５７】
このように、本実施形態の構造体６の製造方法では、ハードマスクＨＭの第１孔形成領域６１０と重なる部分をエッチングする工程では、ハードマスクに有底の凹部ＨＭ１を形成し、ハードマスクＨＭの第２孔形成領域６２０と重なる部分をエッチングする工程では、ハードマスクに有底の凹部ＨＭ３を形成する。そして、ハードマスクＨＭの第１凹部としての凹部ＨＭ１が設けられている部分の厚さｔ１は、第２凹部としての凹部ＨＭ３が設けられている部分の厚さｔ３よりも厚い。このような構成とすることすることにより、第１孔形成領域６１０のエッチング開始時刻を、第２孔形成領域６２０のエッチング開始時刻から遅らせることができる。
【００５８】
このような第２実施形態によっても、前述した第１実施形態と同様の効果を発揮することができる。
【００５９】
＜第３実施形態＞
図２３ないし図２５は、それぞれ、第３実施形態に係る構造体形成方法を説明するための断面図である。
【００６０】
本実施形態は、ハードマスクＨＭの構成が異なること以外は、前述した第１実施形態と同様である。なお、以下の説明では、本実施形態に関し、前述した実施形態との相違点を中心に説明し、同様の事項に関してはその説明を省略する。また、図２３ないし図２５において、前述した実施形態と同様の構成については、同一符号を付している。
【００６１】
本実施形態では、まず、シリコン基板６０の上面にシリコン酸化膜で構成されるハードマスクＨＭを形成する。次に、図２３に示すように、ハードマスクＨＭ上に、第１、第２、第３孔形成領域６１０、６２０、６３０に対応した開口を有するレジストマスクＲＭを形成し、レジストマスクＲＭをマスクとしてハードマスクＨＭをエッチングし、ハードマスクＨＭに貫通孔ＨＭ１０、ＨＭ２０、ＨＭ３０を形成する。
【００６２】
次に、図２４に示すように、ハードマスクＨＭ上に貫通孔ＨＭ１０以外の部分を覆うマスクＭ１を形成し、貫通孔ＨＭ１０に充填物Ｇ１を充填して、貫通孔ＨＭ１０の一部を埋める。次に、マスクＭ１を除去した後、図２５に示すように、ハードマスクＨＭ上に貫通孔ＨＭ２０以外の部分を覆うマスクＭ２を形成し、貫通孔ＨＭ２０に充填物Ｇ２を充填して、貫通孔ＨＭ２０の一部を埋める。
【００６３】
このような構成によれば、充填物Ｇ１、Ｇ２の厚さｔ１、ｔ２、構成材料等を適宜選択することにより、充填物Ｇ１が除去されて第１孔形成領域６１０のエッチングが開始される時刻および充填物Ｇ２が除去されて第３孔形成領域６３０のエッチングが開始される時刻をそれぞれ高精度に制御することができる。また、一旦、貫通孔ＨＭ１０、ＨＭ２０を形成し、その後、貫通孔ＨＭ１０、ＨＭ２０の一部を埋め戻す方が、前述した第１実施形態のようなハーフエッチングにより凹部ＨＭ１、ＨＭ２を形成するよりも、厚さｔ１、ｔ２の制御が容易であり、第１孔形成領域６１０および第３孔形成領域６３０のエッチング開始時刻の制御をより精度よく行うことができる。
【００６４】
なお、充填物Ｇ１、Ｇ２の充填方法としては、特に限定されず、例えば、プラズマＣＶＤを用いることができる。また、充填物Ｇ１、Ｇ２の構成材料としては、特に限定されず、例えば、各種樹脂材料、各種金属材料、酸化シリコン、窒化シリコン等のシリコン化合物等が挙げられる。また、充填物Ｇ１、Ｇ２の構成材料としては、ハードマスクＨＭの構成材料と同じ材料であってもよいし、ハードマスクＨＭの構成材料とは異なる材料であってもよいが、ハードマスクＨＭの構成材料とは異なる材料であることが好ましい。これにより、材料の選択肢が増え、より適した充填物Ｇ１、Ｇ２を用いることができる。そのため、第１孔形成領域６１０および第３孔形成領域６３０のエッチング開始時刻の制御をより精度よく行うことができる。なお、充填物Ｇ１、Ｇ２は、構成材料が同じであってもよいし、異なっていてもよい。
【００６５】
このようなハードマスクＨＭをマスクとしてシリコン基板６０をボッシュ・プロセスによりドライエッチングしても、前述した第１実施形態と同様に、第１〜第３孔形成領域６１０〜６３０のエッチング開始時刻をずらすことができる。そのため、第１〜第３孔形成領域６１０〜６３０のエッチングがほぼ同時に終了し、第１〜第３孔６１〜６３がほぼ同時に形成される。したがって、第１〜第３孔６１〜６３の形成完了時刻のずれを小さくすること、好ましくは時刻のずれをなくすことができる。
【００６６】
このように、本実施形態の構造体６の製造方法では、ハードマスクＨＭの第１孔形成領域６１０と重なる部分をエッチングする工程では、ハードマスクＨＭに貫通孔ＨＭ１０を形成した後に、貫通孔ＨＭ１０内に充填物Ｇ１を充填し、ハードマスクの第２孔形成領域６２０と重なる部分をエッチングする工程では、ハードマスクに貫通孔ＨＭ３０を形成する。このような構成とすることすることにより、第１孔形成領域６１０のエッチング開始時刻を、第２孔形成領域６２０のエッチング開始時刻から遅らせることができる。
【００６７】
また、前述したように、充填物Ｇ１の構成材料は、ハードマスクＨＭの構成材料と異なっている。これにより、材料の選択肢が増え、より適した充填物Ｇ１を用いることができる。そのため、第１孔形成領域６１０のエッチング開始時刻の制御をより精度よく行うことができる。
【００６８】
このような第３実施形態によっても、前述した第１実施形態と同様の効果を発揮することができる。
【００６９】
＜第４実施形態＞
図２６は、第４実施形態に係る構造体形成方法を説明するための断面図である。
【００７０】
本実施形態は、ハードマスクＨＭの構成が異なること以外は、前述した第１実施形態と同様である。なお、以下の説明では、本実施形態に関し、前述した実施形態との相違点を中心に説明し、同様の事項に関してはその説明を省略する。また、図２６において、前述した実施形態と同様の構成については、同一符号を付している。
【００７１】
本実施形態では、まず、シリコン基板６０の上面にシリコン酸化膜で構成されるハードマスクＨＭを形成する。次に、前述した第３実施形態と同様にして、ハードマスクＨＭに貫通孔ＨＭ１０、ＨＭ２０、ＨＭ３０を形成し、さらに、貫通孔ＨＭ１０に充填物Ｇ１を充填し、貫通孔ＨＭ２０に充填物Ｇ２を充填する。
【００７２】
次に、図２６に示すように、ハードマスクＨＭ上に貫通孔ＨＭ３０以外の部分を覆うマスクＭ３を形成し、貫通孔ＨＭ３０に充填物Ｇ３を充填して、貫通孔ＨＭ３０の一部を埋める。このような構成によれば、充填物Ｇ１、Ｇ２、Ｇ３の厚さｔ１、ｔ２、ｔ３、構成材料をそれぞれ適宜選択することにより、充填物Ｇ１が除去されて第１孔形成領域６１０のエッチングが開始される時刻、充填物Ｇ２が除去されて第３孔形成領域６３０のエッチングが開始される時刻および充填物Ｇ３が除去されて第２孔形成領域６２０のエッチングが開始される時刻をそれぞれ高精度に制御することができる。なお、充填物Ｇ３の充填方法や構成材料については、前述した充填物Ｇ１、Ｇ２の説明と同様である。
【００７３】
このような第４実施形態によっても、前述した第１実施形態と同様の効果を発揮することができる。
【００７４】
＜第５実施形態＞
図２７ないし図３０は、それぞれ、第５実施形態に係る構造体形成方法を説明するための断面図である。
【００７５】
本実施形態は、ハードマスクＨＭの構成が異なること以外は、前述した第１実施形態と同様である。なお、以下の説明では、本実施形態に関し、前述した実施形態との相違点を中心に説明し、同様の事項に関してはその説明を省略する。また、図２７ないし図３０において、前述した実施形態と同様の構成については、同一符号を付している。
【００７６】
本実施形態では、まず、シリコン基板６０の上面にシリコン酸化膜で構成されるハードマスクＨＭを形成する。次に、図２７に示すように、ハードマスクＨＭ上に、第１、第３孔形成領域６１０、６３０に対応した開口を有するレジストマスクＲＭ１を形成し、レジストマスクＲＭ１をマスクとしてハードマスクＨＭをエッチングし、貫通孔ＨＭ１０、ＨＭ２０を形成する。
【００７７】
次に、レジストマスクＲＭ１を除去した後、図２８に示すように、ハードマスクＨＭ上に、第２孔形成領域６２０に対応した開口を有するレジストマスクＲＭ２を形成し、レジストマスクＲＭ２をマスクとしてハードマスクＨＭをハーフエッチングし、有底の凹部ＨＭ３を形成する。
【００７８】
次に、レジストマスクＲＭ２を除去した後に、図２９に示すように、ハードマスクＨＭ上に貫通孔ＨＭ１０以外の部分を覆うマスクＭ１を形成し、貫通孔ＨＭ１０に充填物Ｇ１を充填して、貫通孔ＨＭ１０の一部を埋める。次に、マスクＭ１を除去した後、図３０に示すように、ハードマスクＨＭ上に貫通孔ＨＭ２０以外の部分を覆うマスクＭ２を形成し、貫通孔ＨＭ２０に充填物Ｇ２を充填して、貫通孔ＨＭ２０の一部を埋める。
【００７９】
このような構成によれば、充填物Ｇ１、Ｇ２の厚さｔ１、ｔ２、構成材料等を適宜選択することにより、充填物Ｇ１が除去されて第１孔形成領域６１０のエッチングが開始される時刻および充填物Ｇ２が除去されて第３孔形成領域６３０のエッチングが開始される時刻をそれぞれ高精度に制御することができる。また、ハードマスクＨＭの凹部ＨＭ３と重なる部分の厚さｔ３を制御することにより、ハードマスクＨＭが除去されて第２孔形成領域６２０のエッチングが開始される時刻を高精度に制御することができる。
【００８０】
このようなハードマスクＨＭをマスクとしてシリコン基板６０をボッシュ・プロセスによりドライエッチングしても、前述した第１実施形態と同様に、第１〜第３孔形成領域６１０〜６３０のエッチング開始時刻をずらすことができる。そのため、第１〜第３孔形成領域６１０〜６３０のエッチングがほぼ同時に終了し、第１〜第３孔６１〜６３がほぼ同時に形成される。したがって、第１〜第３孔６１〜６３の形成完了時刻のずれを小さくすること、好ましくは時刻のずれをなくすことができる。
【００８１】
このように、本実施形態の構造体６の製造方法では、ハードマスクの第１孔形成領域６１０と重なる部分をエッチングする工程では、ハードマスクＨＭに貫通孔ＨＭ１０を形成した後に、貫通孔ＨＭ１０内に充填物Ｇ１を充填し、ハードマスクＨＭの第２孔形成領域６２０と重なる部分をエッチングする工程では、ハードマスクＨＭに有底の凹部ＨＭ３を形成する。このような構成とすることすることにより、第１孔形成領域６１０のエッチング開始時刻および第２孔形成領域６２０のエッチング開始時刻をそれぞれ高精度に制御することができる。
【００８２】
このような第５実施形態によっても、前述した第１実施形態と同様の効果を発揮することができる。
【００８３】
以上、本発明の構造体形成方法およびデバイスを図示の実施形態に基づいて説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、各部の構成は、同様の機能を有する任意の構成のものに置換することができる。また、本発明に、他の任意の構成物が付加されていてもよい。また、前述した実施形態を適宜組み合わせてもよい。
【符号の説明】
【００８４】
１…慣性センサー、２…基板、２１…凹部、２２…マウント、２５、２６、２７…溝部、３…センサー素子、３１…固定部、３２…可動体、３２１…第１可動部、３２２…第２可動部、３２４、３２５…貫通孔、３３…梁、４…ストッパー、５…蓋、５１…凹部、５９…ガラスフリット、６…構造体、６０…シリコン基板、６１…第１孔、６１０…第１孔形成領域、６２…第２孔、６２０…第２孔形成領域、６３…第３孔、６３０…第３孔形成領域、７５、７６、７７…配線、８…電極、８１…第１固定検出電極、８２…第２固定検出電極、８３…ダミー電極、９…シリコン基板、９０…孔、９１…凹部、９２…保護膜、Ａｚ…加速度、Ｃａ、Ｃｂ…静電容量、Ｇ１、Ｇ２、Ｇ３…充填物、Ｈ１、Ｈ２…孔、ＨＭ…ハードマスク、ＨＭ１、ＨＭ２、ＨＭ３…凹部、ＨＭ１０、ＨＭ２０、ＨＭ３０…貫通孔、Ｊ…揺動軸、Ｌ１、Ｌ２、Ｌ３…高さ、Ｍ１、Ｍ２、Ｍ３…マスク、Ｐ…電極パッド、ＲＭ、ＲＭ１、ＲＭ２、ＲＭ３…レジストマスク、Ｓ…収納空間、ＳＣ…スキャロップ、ｔ１、ｔ２、ｔ３…厚さ、Ｗ１…第１幅、Ｗ２…第２幅、Ｗ３…第３幅
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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【図２９】
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【図３０】
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