(57)【要約】【課題】構造体の腐蝕が抑制されたマイクロマシンの製造方法およびマイクロマシンを提供する。【解決手段】基板１１上に弗化水素の解離種が含有されたシリコン酸化物系材料を有する犠牲層１２をパターン形成する工程と、犠牲層１２を覆う状態で、基板１１上に、構造体１６を形成する第２工程と、犠牲層１２上の構造体１６に、犠牲層１２まで達する孔部１８を形成する第３工程と、孔部１８から弗化水素ガスのみまたは弗化水素ガスと不活性ガスのみを導入し、犠牲層１２中の解離種を用いて犠牲層１２のエッチングを行うことで、基板１１と構造体１６との間に振動空間を形成する第４工程とを有することを特徴とするマイクロマシンの製造方法およびマイクロマシンである。【選択図】図１
2006211296.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板上に弗化水素の解離種が含有されたシリコン酸化物系材料を有する犠牲層をパターン形成する第１工程と、
前記犠牲層を覆う状態で、前記基板上に、構造体を形成する第２工程と、
前記犠牲層上の前記構造体に、前記犠牲層まで達する孔部を形成する第３工程と、
前記孔部から弗化水素ガスのみまたは弗化水素ガスと不活性ガスのみを導入し、前記犠牲層中の前記解離種を用いて前記犠牲層のエッチングを行うことで、前記基板と前記構造体との間に振動空間を形成する第４工程とを有する
ことを特徴とするマイクロマシンの製造方法。
【請求項２】
前記第２工程では、前記基板上に下部電極膜と圧電膜とを順次積層した後、前記圧電膜の略中央領域上に上部電極膜を形成することで、下部電極膜と圧電膜と上部電極膜とからなる前記構造体を形成するとともに、
前記第３工程では、前記エッチングの終点が前記上部電極膜の直下よりも外側となるように、前記孔部の位置を規定して、前記上部電極膜が設けられた領域を除く前記圧電膜と前記下部電極膜とに、前記犠牲層まで達する前記孔部を形成する
ことを特徴とする請求項１記載のマイクロマシンの製造方法。
【請求項３】
前記犠牲層がＳＯＧ膜で形成される
ことを特徴とする請求項１記載のマイクロマシンの製造方法。
【請求項４】
前記孔部が１つである
ことを特徴とする請求項１記載のマイクロマシンの製造方法。
【請求項５】
前記第４工程では、前記エッチングの反応生成物がガス化するように、加熱雰囲気下または減圧雰囲気下でエッチングを行う
ことを特徴とする請求項１記載のマイクロマシンの製造方法。
【請求項６】
前記第４工程では、処理雰囲気内の温度を５０℃以上２５０℃以下に調整してエッチングを行う
ことを特徴とする請求項５記載のマイクロマシンの製造方法。
【請求項７】
前記第４工程では、前記処理雰囲気内の圧力を１ｋＰａ以上５０ｋＰａ以下に調整してエッチングを行う
ことを特徴とする請求項５記載のマイクロマシンの製造方法。
【請求項８】
前記犠牲層は、前記解離種が含有されたシリコン酸化物系材料と前記解離種が含有されていないシリコン酸化物系材料とを混合してなる
ことを特徴とする請求項１記載のマイクロマシンの製造方法。
【請求項９】
前記犠牲層は、前記解離種が含有されたシリコン酸化物系材料層と前記解離種が含有されていないシリコン酸化物系材料層との積層構造である
ことを特徴とする請求項１記載のマイクロマシンの製造方法。
【請求項１０】
前記第２工程では、前記圧電膜上に複数の前記上部電極膜をパターン形成し、
前記第３工程では、複数の前記上部電極膜が設けられた領域を除く前記圧電膜と前記下部電極膜とに、前記孔部を形成する
ことを特徴とする請求項１記載のマイクロマシンの製造方法。
【請求項１１】
前記マイクロマシンは薄膜バルク音響共振素子である
ことを特徴とする請求項１記載のマイクロマシンの製造方法。
【請求項１２】
基板上に振動空間を介して設けられた下部電極膜と、圧電膜と、上部電極膜とをこの順に積層してなる構造体を備え、前記上部電極膜が前記圧電膜上の略中央領域に設けられるとともに、前記上部電極膜が設けられた領域を除く前記圧電膜と前記下部電極膜とに前記振動空間に達する状態の孔部が設けられたマイクロマシンであって、
前記振動空間は、前記基板と前記下部電極膜との間に設けられた犠牲層を、エッチングにより除去することで形成されるとともに、前記孔部は、前記エッチングの終点が前記上部電極膜の直下よりも外側となるように配置されている
ことを特徴とするマイクロマシン。
【請求項１３】
前記構造体は、前記孔部を介してのみ前記振動空間と前記構造体の外側の空間とが連通するように設けられている
ことを特徴とする請求項１２記載のマイクロマシン。
【請求項１４】
前記孔部が１つである
ことを特徴とする請求項１２記載のマイクロマシン。
【請求項１５】
前記圧電膜上には、複数の前記上部電極膜が配置されている
ことを特徴とする請求項１２記載のマイクロマシン。
【請求項１６】
前記マイクロマシンは薄膜バルク音響共振素子である
ことを特徴とする請求項１２記載のマイクロマシン。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電子機器や通信機器のフィルタとして用いられるマイクロマシンの製造方法およびマイクロマシンに関し、特に、薄膜バルク音響共振子（ＦＢＡＲ：Thin Film Bulk Acoustic Wave Resonator)に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
携帯電話などのワイヤレス通信システムやワイヤレスセンシングシステムを構成する送信フィルタやデュプレクサなどの回路に用いられる素子として、高周波フィルタ特性に優れ且つ装置の小型化を可能にするＦＢＡＲが近年注目されている。
【０００３】
このＦＢＡＲの構造および製造方法としては、（１）基板表面加工方式、（２）基板裏面Ｖｉａ方式、（３）エアブリッジ方式、および（４）多層音響ミラー方式などが知られている。これらの方式のうち、多層音響ミラー方式以外の基本的な構造は、振動部の上下に空気層を有することに特徴がある。中でもエアブリッジ方式は、製造方法上の複雑な工程を簡略化できるため、低コスト化が図れ、しかも集積回路との混載が可能な方法として期待されている。
【０００４】
このエアブリッジ方式のＦＢＡＲは、基板上に空気層、即ち振動空間（空洞、キャビティともいう）を介して、下部電極膜、圧電膜、および上部電極膜が積層された状態の構造体を形成する。そして、この構造体の下部電極膜と上部電極膜とで挟持された領域が、この構造体の振動部となり、所定の共振周波数で動作する。このようなＦＢＡＲの製造方法の一つとして、基板上に犠牲層を介して構造体を形成した後、この構造体に犠牲層まで達する孔部を形成し、この孔部から犠牲層のエッチャントを供給して犠牲層を除去することで振動空間を形成する方法がある。
【０００５】
このようなＦＢＡＲを製造する工程において、犠牲層のエッチャントを供給する孔部は、エッチャントの供給という点で考えれば、開口面積を大きく、開口数も多く形成すればよい。しかし、孔部が設けられる構造体の強度を確保するとともに、ＦＢＡＲの動作時の熱伝導経路を広く確保するため、上記孔部は、開口面積が小さく、開口数が少ないことが要求される。また、ＦＢＡＲの共振特性を向上させるため、上記構造体の振動部の面積をより大きく形成することが必要であり、振動空間の容積も大きくする必要がある。このため、ＦＢＡＲの製造工程において、犠牲層のエッチングには、小さな孔部から大きな空間に充填されている犠牲層を効率的にエッチング除去し、結果として大きな空間（空洞）を形成する方法が必要とされる。
【０００６】
ここで、犠牲層にはシリコン酸化物系材料が用いられ、弗化水素系のエッチャントが用いられている。このような犠牲層のエッチングは、下記式１に示す反応式により、進行する。
【０００７】
【数１】
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【０００８】
また、犠牲層のエッチングは、ウェットエッチングまたはドライエッチングの両方で検討されている。ウェットエッチングにより犠牲層を除去する方法としては、次のような方法が報告されている。まず、基板表面に形成した凹部にシリコン酸化膜からなる犠牲層を平坦に埋め込んだ後、その上面に下部電極膜と圧電膜と上部電極膜を順次積層する。その後、これらの膜を貫通する状態で設けられた孔部から弗化水素水溶液を導入する。これにより、弗化水素と弗化水素の解離種である水が導入されることから、弗化水素を解離させた状態で、該犠牲層をエッチング除去することで、振動空間を形成するとともに下部電極膜と圧電膜と上部電極膜とからなる構造体が形成される（例えば、特許文献１参照）。
【０００９】
また、ＦＢＡＲの適用ではないが、ドライエッチングにより犠牲層をエッチングして振動空間を形成するマイクロマシンの製造方法として、弗化水素ガスと弗化水素の解離種である水蒸気との混合ガスを用いたドライエッチングにより、犠牲層を除去する方法も報告されている（例えば、非特許文献１参照）。
【００１０】
【特許文献１】米国特許第６０６０８１８号明細書
【非特許文献１】Characterization of Residues on Anhydrous HF Gas-Phase Etching of Sacrificial Oxides for Surface Micromachining，「Japanese Journal of Applied Physics」January 2000，vol.39 Part1, No.1,pp.337-342
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
しかし、特許文献１に開示された方法では、犠牲層をエッチング除去する間、ブリッジ状の構造体の下部電極膜側だけでなく、上部電極膜側が弗化水素水溶液に晒されるため、下部電極膜および上部電極膜に吸着した弗化水素が解離する。このため、エッチング中に構造体が腐蝕され易いという問題がある。
【００１２】
また、上述したように、開口面積が小さく、開口数の少ない孔部から弗化水素水溶液を導入するため、形成する振動空間内に導入された弗化水素水溶液の置換効率が悪くなる。このため、犠牲層のエッチングが進行するにともない、振動空間内の弗化水素成分が減少し、エッチングレートが極端に遅くなる。
【００１３】
さらに、犠牲層のエッチング後に、吸着した弗化水素成分による構造体の腐蝕を防ぐため、残留した弗化水素成分を除去するリンスを行う必要がある。しかし、上記孔部から振動空間内の弗化水素水溶液をリンス水で置換することは効率が悪く、残留した弗化水素成分を確実に除去することは困難である。このため、犠牲層のエッチング除去の間だけでなく、残留した弗化水素成分による構造体の下部電極膜側の腐蝕も問題となる。また、ウェットエッチングを行うため、乾燥させる場合には、水の表面張力により上記構造体が変形したり、破壊する可能性もある。
【００１４】
また、非特許文献１に記載されたマイクロマシンの製造方法をＦＢＡＲに適用する場合であっても、犠牲層をエッチング除去する間、構造体の下部電極膜側だけでなく、上部電極膜側も弗化水素と弗化水素の解離種である水蒸気に晒された状態となる。このため、下部電極膜および上部電極膜に吸着した弗化水素が解離し、エッチング中に構造体が腐蝕され易いという問題がある。
【００１５】
また、孔部の配置によっては、ＦＢＡＲの動作領域となる構造体の振動部の下部にエッチング残渣が残存することで、下部電極膜への質量付加が生じ、ＦＢＡＲの共振特性が悪化するという問題もある。
【００１６】
さらに、反応生成物である水を除去するために、加熱雰囲気下または減圧雰囲気下で処理を行う場合には、弗化水素ガスとともに供給する弗化水素の解離種である水蒸気が犠牲層の表面に吸着し難くなる。これにより、エッチングレートが遅くなる、という問題もある。
【課題を解決するための手段】
【００１７】
上述したような課題を解決するために、本発明のマイクロマシンの製造方法は、次のような工程を順次行うことを特徴としている。まず、第１工程では、基板上に弗化水素の解離種が含有されたシリコン酸化物系材料を有する犠牲層をパターン形成する工程を行う。次に、第２工程では、犠牲層を覆う状態で、基板上に、構造体を形成する工程を行う。次いで、第３工程では、犠牲層上の構造体に、犠牲層まで達する孔部を形成する工程を行う。その後の第４工程では、孔部から弗化水素ガスのみまたは弗化水素ガスと不活性ガスのみを導入し、犠牲層中の解離種を用いて犠牲層のエッチングを行うことで、基板と構造体との間に振動空間を形成する工程を行う。
【００１８】
このようなマイクロマシンの製造方法によれば、犠牲層を構成するシリコン酸化物系材料に、弗化水素の解離種を含有させることから、第４工程では、犠牲層の表面に吸着した弗化水素のみが解離される。これにより、処理雰囲気中に晒される構造体の上面側では、弗化水素は解離しないため、構造体の腐蝕が抑制される。これにより、構造体が下部電極膜と圧電膜と上部電極膜とからなる場合には、下部電極膜と上部電極膜とで圧電膜を挟持してなる振動部の共振特性の悪化が防止される。
【００１９】
また、構造体が下部電極膜と圧電膜と上部電極膜とからなる場合に、第３工程において、エッチングの終点が上部電極膜の直下よりも外側となるように、孔部の位置を規定する場合には、犠牲層のエッチング残渣が上部電極膜の直下に残存することが防止される。これにより、下部電極膜と上部電極膜とで圧電膜を挟持してなる振動部の下部電極膜への質量付加による共振特性の悪化が防止される。
【００２０】
また、第４工程のエッチングを加熱雰囲気下または減圧雰囲気下で行う場合には、上記エッチングの反応生成物である水が液化せず、振動空間内から効率よく除去されるため、エッチングレートが早くなる。また、液化した水がガス化する際の表面張力によるブリッジの変形または破壊が防止される。
【００２１】
また、本発明のマイクロマシンは、基板上に振動空間を介して設けられた下部電極膜と、圧電膜と、上部電極膜とをこの順に積層してなる構造体を備え、上部電極膜が圧電膜上の略中央領域に設けられるとともに、上部電極膜よりも外側の圧電膜と下部電極膜とに振動空間に達する状態の孔部が設けられたマイクロマシンである。そして、振動空間は、基板と下部電極膜との間に設けられた犠牲層を、エッチングにより除去することで形成されるとともに、孔部は、エッチングの終点が上部電極膜の直下よりも外側となるように配置されていることを特徴としている。
【００２２】
このようなマイクロマシンによれば、犠牲層のエッチングの終点が上部電極膜の直下よりも外側となるように、圧電膜と下部電極膜とに孔部が配置されていることから、犠牲層のエッチング残渣が下部電極膜と上部電極膜とで圧電膜を挟持してなる振動部の下部に残存することが防止される。これにより、振動部の共振特性の悪化が防止される。
【発明の効果】
【００２３】
以上説明したように、本発明におけるマイクロマシンの製造方法およびこれにより得られるマイクロマシンによれば、構造体の腐蝕が抑制されるため、構造体が下部電極膜と圧電膜と上部電極膜とからなる場合には、振動部の共振特性の悪化を防止することができる。これにより、高品質のマイクロマシンを得ることができる。また、エッチングの終点が上部電極膜の直下よりも外側となるように、孔部の位置を規定する場合には、下部電極膜と上部電極膜とで圧電膜を挟持してなる振動部の下部に、犠牲層のエッチング残渣が残存することが防止されるため、これによっても、振動部の共振特性の悪化を防止することができる。
【００２４】
さらに、犠牲層のエッチングを加熱雰囲気下または減圧雰囲気下で行う場合には、エッチングレートが大きくなるため、開口面積が小さく、かつ開口数の少ない孔部から、大きな体積の犠牲層を除去することが可能となる。これにより、振動空間の大きなマイクロマシンを形成することができ、マイクロマシンの電気的特性を向上させることができる。さらに、犠牲層のエッチングを加熱雰囲気下または減圧雰囲気下で行うことで、構造体の変形や破壊が防止されるため、生産効率に優れた、歩留まりのよいマイクロマシンを得ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２５】
以下、本発明のマイクロマシンの製造方法およびマイクロマシンにかかる実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。
【００２６】
（第１実施形態）
本実施形態では、エアブリッジ方式のＦＢＡＲからなるマイクロマシンを形成する例について、図１を用いて説明する。なお、本発明のマイクロマシンの構成は製造工程順に詳細に説明する。
【００２７】
＜犠牲層の形成工程＞
まず、はじめに、振動空間の形状を規定する犠牲層を形成する。この形成方法としては、図１（ａ）に示すように、基板１１上に、後工程で行うエッチングのエッチングガスとして用いる弗化水素の解離種が含有された犠牲層１２を形成する。ここでは、犠牲層１２が、例えばＳＯＧ(Spin on Glass)膜で形成されることとする。ここで、ＳＯＧ膜は、一般にＲnＳｉ(ＯＨ)4-nで表されるケイ素化合物等をアルコール系の有機溶剤に溶解してなる。この有機溶剤としては、ＰＤＧＭ（プロピレングリコールジメチルエーテル）、ＥＧＤＭ（エチレングリコールジメチルエーテル）、メタノール、アセトン、ＩＰＡ（イソプロピルアルコール）等を単独でまたは複数混合したものを用いることができる。
【００２８】
そして、この溶液を基板１１上に塗布した後、焼結によって、上記有機溶剤を蒸発させてシリコン酸化物系材料層を形成する。この焼結によってほとんどの有機溶剤は蒸発するが、一部の有機溶剤や添加物が膜中に残留する。また、焼結によってもＲnＳｉ(ＯＨ)4-nからなるケイ素化合物が完全に二酸化シリコンに変化しない場合（大半が二酸化シリコンとなっているが一部分が二酸化シリコンになっていない状態の場合）には、水酸基（ＯＨ基）が残留した状態となる。これらの有機溶剤やＯＨ基が、弗化水素の解離能を持つ解離種となり、犠牲層１２中に含有されることとなる。
【００２９】
解離種は、犠牲層１２中にどのような状態で含有されていてもよく、犠牲層１２が解離種により吸湿状態となっていてもよい。また、膜密度の粗なＳＯＧ膜の微細内部空間の表面上に吸着していてもよい。
【００３０】
なお、ここでは、弗化水素の解離種として、犠牲層１２中に有機溶剤やＯＨ基が含有されることとしたが、水が含有されていてもよい。例えば、犠牲層１２がＰＳＧ（Phosho Silicate Glass)、ＢＰＳＧ（Borophospho Silicate Glass)、酸弗化シリコン（ＳｉＯＦ）で形成される場合には、これらの化合物は吸湿性が非常に高いため、成膜後、大気中で吸湿して水分が膜中に取り込まれ、この水分が弗化水素の解離種となる。ただし、ＰＳＧまたはＢＰＳＧを用いた場合には、Ｐ（リン）またはＢ（ホウ素）がエッチング残渣として残留し易いため、エッチング後にＰやＢの除去処理が必要となる。このため、犠牲層１２は、ＳＯＧ膜またはＳｉＯＦで形成することが好ましい。
【００３１】
次に、図１（ｂ）に示すように、犠牲層１２上にレジストを塗布し、通常のフォトリソグラフィ技術によりレジストマスク（図示省略）を形成する。続いて、このレジストマスクを用いたドライエッチングにより、犠牲層１２を所望の形状にパターンニングする。これにより、例えば底面形状が１００μｍ×１００μｍであり、高さが０．５μｍの犠牲層１２を形成する。この犠牲層１２の占有体積が、後工程でエッチング除去により形成する振動空間の容積となる。その後、レジストマスクを除去する。
【００３２】
＜振動部および孔部の形成工程＞
次に、図１（ｃ）に示すように、例えばスパッタリング法により、犠牲層１２を覆う状態で、基板１１上に、例えばモリブデン（Ｍｏ）からなる下部電極膜１３を０．３μｍの膜厚で形成する。次いで、犠牲層１２を覆う形状となるように、下部電極膜１３をパターンニングする。
【００３３】
次いで、例えばスパッタリング法により、下部電極膜１３を覆う状態で、基板１１上に、例えば窒化アルミニウム（ＡｌＮ）からなる圧電膜１４を例えば１μｍの膜厚で形成する。その後、下部電極膜１３を覆う形状となるように、圧電膜１４をパターンニングする。
【００３４】
続いて、例えばスパッタリング法により、圧電膜１４上を覆う状態で、基板１１上に、例えばＭｏからなる上部電極膜１５を０．３μｍの膜厚で形成する。その後、この上部電極膜１５が、圧電膜１４の略中央領域上に配置されるようにパターンニングする。これにより、下部電極膜１３と圧電膜１４と上部電極膜１５とからなる構造体１６が形成される。そして、この下部電極膜１３と上部電極膜１５とで圧電膜１４が挟持された領域が、製造するＦＢＡＲの振動部１７となる。
【００３５】
次に、図１（ｄ）に示すように、上部電極膜１５が設けられた領域を除く、上部電極膜１５よりも外側の圧電膜１４と下部電極膜１３とに、犠牲層１２まで達する状態の孔部１８を形成する。この孔部１８は、上記犠牲層１２をエッチングするためのエッチングガスの導入口となるものである。この孔部１８を上部電極膜１５よりも外側に設けるのは、孔部１８が設けられたことによる上記振動部１７の共振特性の悪化を防止するためである。孔部１８は、振動部１７の振動に影響を与えることなく、かつ熱伝導を向上させるため、開口面積が小さく、開口数も少ない方が好ましい。ここでは、例えば孔径数マイクロφ程度の孔部１８を３つ形成することとする。
【００３６】
なお、ここでは、孔部１８が犠牲層１２の表面に達する状態で形成されることとするが、犠牲層１２の内部に達する状態で設けられていてもよい。孔部１８が犠牲層１２の内部に達していた方が、後述する犠牲層１２のエッチングの開始時に弗化水素が吸着する犠牲層１２の表面積が大きくなるため、好ましい。
【００３７】
ここで、後工程で犠牲層１２のエッチングを行う際、エッチングの終点、すなわち、犠牲層１２の最後にエッチングされる部分が上部電極膜１５の直下よりも外側となるように、位置を規定して孔部１８を形成することが好ましい。これは、エッチングの終点ではエッチング反応が不安定になり易く、犠牲層１２のエッチング残渣が発生し易いため、エッチング残渣が振動部１７の下部に残存することを防止するためである。これにより、犠牲層１２のエッチング残渣が生じたとしても、振動部１７の下部に残存することが防止されるため、下部電極膜１３への質量付加効果による振動部１７の共振特性の悪化が防止される。
【００３８】
ここでは、例えば、図２（ａ）の平面図に示すように、平面矩形状に設けられる犠牲層１２上の上部電極膜１５よりも外側となる下部電極膜１３および圧電膜１４の４隅のうちの３箇所に孔部１８を形成することとする。ここで、図１（ｄ）の断面図は、この平面図のＡ−Ａ’断面を示すものとする。この場合には、図２（ｂ）に示すように、犠牲層１２のエッチングは孔部１８から等方的に進行する。そして、図２（ｃ）に示すように、エッチングの終点Ｅは、上記４隅のうちの孔部１８の設けられていない１箇所となり、上部電極膜１５の直下よりも外側、すなわち、振動部１７よりも外側となる。
【００３９】
ここで、図３（ａ）に、例えば上部電極膜１５よりも外側の下部電極膜１３および圧電膜１４の４隅の全てに孔部１８が設けられている例を示す。この場合には、図３（ｂ）に示すように、孔部１８から等方的に犠牲層１２のエッチングが進行すると、図３（ｃ）に示すように、犠牲層１２のエッチングの終点Ｅは上部電極膜１５の直下となる。これにより、振動部１７の下部にエッチング残渣が残存し易くなるため、振動部１７の共振特性が悪くなる。
【００４０】
また、後述するエッチングのエッチングレートが高い場合には、図４（ａ）に示すように、この孔部１８は１つであってもよい。この場合にも、犠牲層１２のエッチングの終点Ｅが上部電極膜１５の直下よりも外側となるように、孔部１８の位置を規定することとする。例えば、犠牲層１２上の下部電極膜１３と圧電膜１４の４隅のうちの１箇所に孔部１８を形成する場合には、図４（ｂ）に示すように、犠牲層１２のエッチングが孔部１８から等方的に進行すると、図４（ｃ）に示すように、エッチングの終点Ｅは、上部電極膜１５の直下よりも外側となり、孔部１８とは対角の位置となる。
【００４１】
また、図５（ａ）に示すように、犠牲層１２上の下部電極膜１３と圧電膜１４の平面形状を構成する辺の中央部に孔部１８を形成する場合には、図５（ｂ）に示すように、犠牲層１２のエッチングが孔部１８から等方的に進行すると、図５（ｃ）に示すように、エッチングの終点Ｅは、上部電極膜１５よりも外側となり、孔部１８と対向する辺の２隅となる。この場合には、エッチング残渣は２箇所に残存することになるが、上部電極膜１５の直下よりも外側であれば、問題ない。
【００４２】
さらに、図６（ａ）に示すように、犠牲層１２の形状は、平面矩形状に限定されるものではない。このような場合であっても、図６（ｂ）に示すように犠牲層１２のエッチングが孔部１８から等方的に進行した場合に、図６（ｃ）に示すように、エッチングの終点Ｅは上部電極膜１５の直下よりも外側となるように孔部１８の位置を規定する。
【００４３】
＜エッチング装置＞
次に、犠牲層のエッチングに用いるエッチング装置について説明する。ここで、このエッチングに用いるエッチング装置について、図７を用いて説明する。
【００４４】
図７に示すように、このエッチング装置２０は、被処理基板に処理を行うための処理チャンバー２１を備えている。処理チャンバー２１には、例えばその底部に基板Ｓを載置保持するためのステージ２２が配置されている。このステージ２２には、温度調節器２３が設けられており、ステージ２２に載置保持された基板Ｓを加熱可能に構成されている。
【００４５】
また、処理チャンバー２１の外壁側には、処理雰囲気内の温度勾配を無くすためや温度制御を容易にするために、ヒーター等の温度調節器２４や赤外線ランプ２５が配置されている。これにより、処理雰囲気内のエッチングガスの濃度変化や圧力の変化が防止されるとともに、結露やエッチングガスが多量に吸着することによる処理チャンバー２１の腐食も防止される。また、ここでの図示は省略したが、処理チャンバー２１には予備室が隣接されており、処理チャンバー２１に被処理基板（基板Ｓ）を搬送する場合には、処理チャンバー２１内に大気が進入しないように予備室を通してチャンバーに入れることが望ましい。
【００４６】
この処理チャンバー２１の例えば下方側には、余剰なエッチングガスおよびエッチングによる反応生成物を除去するための排気管２６が接続されている。この排気管２６には、真空ポンプ２７と圧力制御弁（図示省略）が設けられており、処理チャンバー２１内の雰囲気を減圧可能に構成されている。
【００４７】
また、この処理チャンバー２１の例えば上方側には、処理チャンバー２１内にガスを供給するための、エッチングガス供給管２８およびパージガス供給管２９の一端が接続されている。なお、ここでの図示は省略するが、このエッチングガスの供給管２８の先端部は、処理チャンバー２１内のステージ２２に載置される基板Ｓの全域に向けて、エッチングガスを供給できるように、例えばシャワーヘッド状に設けられることとする。
【００４８】
一方、このエッチングガス供給管２８の他端は、不活性ガスからなるキャリアガスが貯留されたボンベ２８ａに接続されている。ここで、本発明においては、不活性ガスには窒素ガスが含まれることとする。また、エッチングガス供給管２８には、ボンベ２８ａから処理チャンバー２１に向かって、キャリアガスの流量を調節するための流量調節器２８ｂ、バルブ２８ｃ、供給するガスの温度を調節するための温度調節器２８ｄとが配置されている。
【００４９】
また、バルブ２８ｃと温度調節器２８ｄとの間には、エッチングガスとなる弗化水素ガス（無水弗化水素酸ガス）を供給する弗化水素ガス供給部３０が設けられている。弗化水素ガス供給部３０は、弗化水素が液状に貯留された貯留タンク３１と、不活性ガス（窒素ガスを含む）が貯留されたボンベ３２とを備えている。貯留タンク３１の外壁側には温度調節器３３が設けられており、貯留タンク３１内を加熱可能に構成されている。そして、ボンベ３２から配管３４を経由して貯留タンク３１内に導入された不活性ガスにより、液状の弗化水素がバブリングされ、ガス化した状態で配管３５に供給される。
【００５０】
貯留タンク３１とエッチングガス供給管２８とは、配管３５により接続されている。この配管３５には、貯留タンク３１側から流量調節器３５ａおよびバルブ３５ｂが設けられており、これらを介してエッチングガス供給管２８に弗化水素ガスが供給される。
【００５１】
また、上述したパージガス供給管２９の他端側は不活性ガス（窒素ガスを含む）からなるパージガスが貯留されたボンベ２９ａに接続されており、流量調節器２９ｂを介して処理チャンバー２１内にパージガスを導入可能に構成されている。
【００５２】
なお、ここでは、枚葉式のエッチング装置２０の例について説明したが、処理雰囲気内の圧力と温度が制御でき、処理の均一化が可能であれば、バッチ式のエッチング装置や処理空間の均熱化が可能な、ホットウォール型のエッチング装置などを用いてもよい。
【００５３】
＜犠牲層のエッチング工程＞
次に、弗化水素の解離種が含有された犠牲層１２（前記図１（ｄ）参照）のエッチング工程について説明する。まず、このエッチングの処理雰囲気の温度と圧力を規定する。ここで、犠牲層１２のエッチングは、下記式２に示すような反応式で行われる。
【００５４】
【数２】
2006211296.tif 000004
【００５５】
このエッチング反応の反応生成物であるＳｉＦ4とＨ2Ｏ（水）のうち、形成する振動空間内に水が滞留し液化すると、乾燥時にこの水の表面張力により、後工程で形成する構造体が変形および破壊する可能性がある。このため、犠牲層１２のエッチングは、水が液化せずにガス化した状態で除去されるような水の分圧の低い処理雰囲気下で行われることが好ましい。
【００５６】
これにより、処理圧力での処理温度の下限は、水の沸点以上となるように調整されることとする。ここで、図８に温度および圧力による水の沸点の変化のグラフを示す。このグラフよりも上側の温度および圧力であれば、水の液化を防止することが可能である。
【００５７】
ここで、処理温度と処理圧力を具体的に規定するために、犠牲層１２にＳＯＧ膜を用いた場合のエッチングについて、処理温度を２５℃〜２５０℃まで変化させるとともに処理圧力を０．０１ｋＰａ〜１００ｋＰａまで変化させた場合の予備試験の結果を表１に示す。
【００５８】
【表１】
2006211296.tif 000005
【００５９】
ここで、表１に示す◎と○はエッチングが問題なく進むことを示し、×はエッチングの状態に何らかの問題があることを示している。この表に示すように、犠牲層１２のエッチングが問題なく進行する温度範囲（○）は、５０℃以上２５０℃以下であり、さらに最適な範囲としては、７５℃以上２００℃以下（◎）である。これは、処理温度が５０℃よりも低くなると、減圧雰囲気下で水の沸点以上であっても、蒸発熱が供給されないため、水が液化する可能性があり、また、２５０℃より高くなると、弗化水素ガスが犠牲層１２の表面に吸着し難く、エッチングレートが低くなるためである。したがって、５０℃以上２５０℃以下の加熱雰囲気下でエッチングを行うことで、水の液化が防止されるとともにエッチングレートを高くすることが可能となる。
【００６０】
また、犠牲層１２のエッチングが問題なく進行する圧力範囲は、１ｋＰａ以上５０ｋＰａ以下であり、さらに最適な範囲としては、１０ｋＰａ以上３０ｋＰａ以下である。処理雰囲気の圧力が１ｋＰａ未満である場合には、弗化水素ガスの分圧が低くなるため、犠牲層１２の表面に弗化水素が吸着し難く、エッチングレートが低くなるためである。また、常圧（１００ｋＰａ）以上では、弗化水素や反応生成物（ＳｉＯ4、Ｈ2Ｏ）の平均自由工程が短くなり、孔部１８（前記図１（ｄ）参照）を介したガスの置換特性が悪くなる。したがって、１ｋＰａ以上５０ｋＰａ以下の減圧雰囲気下でエッチングを行うことで、エッチングレートが高くなるとともに、ガスの置換特性が向上する。ここでは、例えば、処理雰囲気内の温度を１５０℃、処理雰囲気内の圧力を２５ｋＰａ程度に設定することとする。
【００６１】
そして、図７を用いて説明したようなエッチング装置２０の処理チャンバー２１内に、図１（ｄ）を用いて説明した下部電極膜１３と圧電膜１４とに犠牲層１２に達する状態の孔部１８が設けられた状態の基板１１（基板Ｓ）を導入する。次いで、基板Ｓをステージ２２上に載置保持し、温度調節器２３により、基板Ｓの温度を設定した処理温度（１００℃）に上昇させる。また、温度調節器２４および赤外線ランプ２５により、処理チャンバー２１内の温度も上記処理温度となるように調整する。
【００６２】
また、処理チャンバー２１内の圧力は、上記排気管２６に設けられた真空ポンプ２７と圧力制御弁（図示省略）により、処理圧力（２５ｋＰａ）の減圧雰囲気下となるように調整する。そして、処理チャンバー２１内が所定温度および所定圧力となったところで、弗化水素ガス（無水弗化水素酸ガス）と、不活性ガスからなるキャリアガスとを、エッチングガス供給管２８から例えば５００ｃｍ3／ｍｉｎの流量で供給する。ただし、エッチングガスの流量は、犠牲層１２の体積や処理チャンバー２１の大きさ、ならびに処理均一性を考慮して決定されることとする。また、供給する弗化水素の温度は、温度調節器２８ｄにより処理雰囲気内の温度と同じ温度にコントロールされていることが望ましい。
【００６３】
なお、ここでは、キャリアガスとともに弗化水素ガスを供給することとしたが、弗化水素ガスのみを供給してもよい。また、処理開始時にエッチングガスを突然流すことで、処理チャンバー２１内の圧力制御性が悪くなる場合には、予め、キャリアガスを処理時に流すエッチングガスと同流量流して、圧力を処理圧力となるように制御した後、処理開始時にエッチングガスと切り替えるようにすることが望ましい。
【００６４】
これにより、図９に示すように、下部電極膜１３と圧電膜１４とに設けられた孔部１８から弗化水素ガスが導入され、弗化水素が犠牲層１２（前記図１（ｄ）参照）表面に吸着すると、犠牲層１２に含有された溶剤や、水酸基等の解離種と反応し、弗化水素が解離する。そして、この解離した弗化水素により、シリコン酸化膜からなる犠牲層１２がエッチング除去される。この際、このエッチングの反応生成物である、水とＳｉＦ4は、減圧雰囲気下および加熱雰囲気下であるため蒸発し、また、減圧雰囲気下および加熱雰囲気下によるガスの平均自由行程増加によって、孔部１８から容易に処理チャンバー２１内に排出される。そして、さらに、真空ポンプ２７によって処理チャンバー２１の内部からも排出される。
【００６５】
その後、犠牲層１２が除去されたところで、エッチングガスの供給を停止する。これにより、基板１１と構造体１６との間に振動空間Ｂが形成される。また、下部電極膜１３と圧電膜１４と上部電極膜１５とからなる構造体１６は振動空間Ｂを覆う箱状に設けられ、孔部１８を介してのみ振動空間Ｂと構造体１６の外側の空間とが連通した状態となる。
【００６６】
次いで、処理チャンバー２１内や振動空間Ｂ中のエッチングガスおよび反応生成物を排出するために、処理チャンバー２１内をさらに減圧し、排気管２６から排気する。必要であれば、パージガス供給管２９から、処理チャンバー２１内にパージガスを導入し、処理チャンバー２１や振動空間Ｂのガスを置換するようにしてもよい。また、処理チャンバー２１内の圧力を変動させて、ガスの密度を変化させることで、処理チャンバー２１や振動空間Ｂ内部のガスを置換するようにしてもよい。さらに、ステージ２２に設けられた温度調節器２３により基板１１の温度をさらに上昇させて、吸着している弗化水素成分を脱離しやすいようにしても良い。その後、大気圧雰囲気下とし、処理の終了した基板１１を、処理チャンバー２１から搬出する。以上のようにして、エアブリッジ方式のＦＢＡＲが形成される。
【００６７】
このようなマイクロマシンの製造方法およびこれにより得られるマイクロマシンによれば、犠牲層１２を構成するＳＯＧ膜に弗化水素の解離種が含有されていることから、弗化水素ガスとキャリアガスのみを供給することで、犠牲層１２の表面に吸着した弗化水素のみが解離される。これにより、処理雰囲気中に晒される構造体１６の表面側では、弗化水素は解離しないため、構造体１６の腐蝕が抑制される。これにより、下部電極膜１３と上部電極膜１５とで圧電膜１４を挟持してなる振動部１７の共振特性の悪化が防止される。
【００６８】
また、図３を用いて説明したように、犠牲層１２のエッチングの終点Ｅが上部電極膜１５の直下よりも外側となるように、エッチングガスを導入する孔部１８の位置を規定することから、犠牲層１２のエッチングにより残渣が生じる場合であっても、エッチング残渣が上部電極膜１５の直下に残存することが防止される。これによっても、上記振動部１７の共振特性の悪化が防止される。
【００６９】
さらに、犠牲層１２のエッチングを加熱雰囲気下または減圧雰囲気下で行うことから、エッチングの反応生成物である水が液化せず、振動空間Ｂ内から効率よく除去されるため、エッチングレートが高くなる。これにより、開口面積が小さく、かつ開口数の少ない孔部１８から、大きな体積の犠牲層１２を除去することが可能となる。これにより、振動空間Ｂの大きなＦＢＡＲを形成することができ、ＦＢＡＲの特性を向上させることができる。さらに、エッチングレートが高くなることで、孔部１８の開口面積を小さく、かつ開口数の少なくすることが可能となるため、ＦＢＡＲの構造の自由度やレイアウトの自由度を高く取れる。
【００７０】
さらに、加熱雰囲気下および減圧雰囲気下でエッチングを行うことで、振動空間Ｂの内部に発生する水をガスとして効率よく蒸発させることができ、液化しないため、水の表面張力による構造体１６の変形やクラック、破壊が生じない。また、加熱雰囲気下および減圧雰囲気下でエッチングを行うことで、構造体１６への弗化水素の吸着が少なく、弗化水素の残留が少ないことから、純水リンスなどの液体処理を行わなくても、残留する弗化水素による腐蝕が防止される。
【００７１】
なお、上記実施形態では、犠牲層１２に弗化水素の解離種が含有されたシリコン酸化物系材料を用いるため、弗化水素の解離種が含有されない、熱処理による熱シリコン酸化物、ＣＶＤ法によるシリコン酸化物、ＴＥＯＳ酸化物等に対して、エッチング選択比をとることができる。このため、図１（ｃ）を用いて説明したように上部電極膜１５を形成した後、図１０（ａ）に示すように、圧電膜１４の外周側を囲む状態で、基板１１上に解離種を含有しないシリコン酸化物系材料からなる支柱４１を形成することも可能である。この場合には、犠牲層１２をエッチング除去する工程においても、弗化水素の解離種は犠牲層１２中にのみ含有されているため、支柱４１はエッチングされることなく残存させることが可能である。その後、図１０（ｂ）に示すように、この支柱４１の上面側を覆う状態で、蓋体４２を形成することで、支柱４１と蓋体４２とからなる封止体４３を形成し、振動部１７の上層にも空間を有した状態でＦＢＡＲを封止することができる。
【００７２】
また、弗化水素の解離種が含有されていないシリコン酸化物系材料を用いて、配線の層間絶縁膜として形成することで、ＦＢＡＲの配線の引き回しを立体化したり、パッシベーション膜として用いることも可能である。ただし、この場合には、解離種が含有されたシリコン酸化物系材料を含む犠牲層１２からある程度の距離を離して形成する必要がある。
【００７３】
（変形例１）
上述した実施形態では、犠牲層１２が弗化水素の解離種が含有されたシリコン酸化物系材料からなる例について説明したが、犠牲層１２を弗化水素の解離種が含有されたシリコン酸化物系材料と解離種が含有されていないシリコン酸化物系材料とを混合して形成してもよい。この場合の例としては、例えばＳＯＧ膜を形成する際の塗布溶液に、弗化水素の解離種が含有されていないシリコン酸化物の微粒子を混在させて塗布してもよい。この場合には、ＳＯＧ膜の表面に付着した弗化水素が、ＳＯＧ膜中の弗化水素の解離種により解離し、ＳＯＧ膜がエッチングされるとともに、このエッチング反応がトリガーとなり上記シリコン酸化物の微粒子もエッチングされる。これにより、犠牲層１２中にＳＯＧ膜と比較して機械的強度が高く、熱処理による体積収縮が少ないシリコン酸化物の微粒子が含有されることで、犠牲層１２自体の機械的強度も高くなり、体積収縮が少なくなる。このため、犠牲層１２上に下部電極膜１３、圧電膜１４、上部電極膜１５を順次積層して構造体１６を形成する際の成膜ストレスや加熱処理により犠牲層１２が変形し難くなる。
【００７４】
また、図１１（ａ）に示すように、犠牲層１２が、弗化水素の解離種が含有された第１のシリコン酸化物系材料層（ＳｉＯ系材料層）１２ａと、弗化水素の解離種が含有されていないシリコン酸化物系材料層（ＳｉＯ系材料層）１２ｂとの２層以上の積層構造であってもよい。例えば、基板１１上にＣＶＤ法により上記解離種の含有されていないシリコン酸化膜からなる第２のＳｉＯ系材料層１２ｂを形成した後、第２のＳｉＯ系材料層１２ｂ上に上記解離種の含有されたＳＯＧ膜からなる第１のＳｉＯ系材料層１２ａを積層して犠牲層１２を形成してもよい。これにより、犠牲層１２を厚く形成したい場合に、ＳＯＧ膜の塗布形成だけでは、十分な膜厚を得ることができない場合でも、その下層にＣＶＤ法によりＳｉＯ2を形成することで十分な膜厚の犠牲層１２を形成することが可能となり、振動空間Ｂの高さを高くし容積を大きくすることができる。
【００７５】
この場合には、犠牲層１２のエッチング工程で、犠牲層１２の上層側の解離種が含有された第２のＳｉＯ系材料層に吸着した弗化水素が解離種により解離し、第１のＳｉＯ系材料層１２ａがエッチングされる。そして、このエッチング反応がトリガーとなり、下層の第２のＳｉＯ系材料層１２ｂが露出されてエッチング除去される。
【００７６】
なお、ここでは、弗化水素の解離種が含有されていない第２のＳｉＯ系材料層１２ｂ上に、弗化水素の解離種が含有された第１のＳｉＯ系材料層１２ａを積層することとしたが、図１０（ｂ）に示すように、第１のＳｉＯ系材料層１２ａ上に第２のＳｉＯ系材料層１２ｂが積層されてもよい。ただし、この場合には、実施形態で図１（ｄ）を用いて説明した孔部１８を形成する工程において、孔部１８を下層側の解離種が含有された第１のＳｉＯ系材料層１２ａに達する状態で形成することとする。これにより、第１のＳｉＯ系材料層１２ａの表面に吸着した弗化水素が解離種により解離される。そして、このエッチング反応がトリガーとなり、その上層の第２のＳｉＯ系材料層１２ｂがエッチング除去される。
【００７７】
また、犠牲層１２が３層以上で形成されてもよく、この場合には、孔部１８の側壁またが底面に弗化水素の解離種を含有する第１のＳｉＯ系材料層が露出される状態で設けられることとする。
【００７８】
（変形例２）
また、図１２に示すように、圧電膜１４上の上部電極膜１５を、複数のパターンとなるように形成し、下部電極膜１３と上部電極膜１５とで圧電膜１４を挟持してなる振動部１７を複数形成してもよい。この場合にも、上部電極膜１５が設けられた領域を除く下部電極膜１３と圧電膜１４とに、犠牲層１２まで達する孔部１８が設けられることとする。なお、上部電極膜１５の形状により規定される振動部１７の個々の形状および各振動部１７間の間隔は、共振周波数等により適宜規定されることとする。このような構成のＦＢＡＲであっても、本発明のマイクロマシンの製造方法により、犠牲層１２のエッチングレートを高くすることができることから、大きな振動空間を形成することができるため、製造することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【００７９】
【図１】本発明のマイクロマシンの製造方法に係る実施形態を説明するための製造工程断面図である。
【図２】本発明のマイクロマシンの製造方法に係る実施形態を説明するための平面図である。
【図３】本発明のマイクロマシンの製造方法に係る実施形態を説明するための平面図である。
【図４】本発明のマイクロマシンの製造方法に係る実施形態を説明するための平面図である。
【図５】本発明のマイクロマシンの製造方法に係る実施形態を説明するための平面図である。
【図６】本発明のマイクロマシンの製造方法に係る実施形態を説明するための平面図である。
【図７】本発明のマイクロマシンの製造方法に係るエッチング装置を説明するための構成図である。
【図８】処理雰囲気内の圧力と温度による水の沸点の変化を示すグラフである。
【図９】本発明のマイクロマシンの製造方法およびマイクロマシンに係る実施形態を説明するための断面図である。
【図１０】本発明のマイクロマシンの製造方法に係る実施形態を説明するための製造工程断面図である。
【図１１】本発明のマイクロマシンの製造方法に係る実施形態の変形例１を説明するための平面図である。
【図１２】本発明のマイクロマシンの製造方法に係る実施形態の変形例２を説明するための平面図である。
【符号の説明】
【００８０】
１１…基板、１２…犠牲層、１３…下部電極膜、１４…圧電膜、１５…上部電極膜、１６…構造体、１７…振動部、１８…孔部、Ｂ…振動空間
【図１】
2006211296.tif 000006
【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】
2006211296.tif 000011
【図７】
2006211296.tif 000012
【図８】
2006211296.tif 000013
【図９】
2006211296.tif 000014
【図１０】
2006211296.tif 000015
【図１１】
2006211296.tif 000016
【図１２】
2006211296.tif 000017