(57)【要約】【課題】ＭＥＭＳセンサの製造において、ＴＡＴを短くし、熱によるＭＥＭＳセンサの破壊を防止する。【解決手段】ＭＥＭＳセンサの製造方法は、半導体基板上の第２層に形成された第１孔部に対して集束イオンビームを第１所定時間照射することにより、上記第１孔部を塞ぐ第１封止膜を上記第１孔部上に形成する工程と、上記第２層に形成された第２孔部に対して集束イオンビームを第２所定時間照射することにより、上記第２孔部を塞ぐ第２封止膜を上記第２孔部上に形成する工程と、を有する。この時、上記第１所定時間および第２所定時間は、上記第２層の熱平衡を維持可能な時間であり、上記第１封止膜を形成する工程と上記第２封止膜を形成する工程とを繰り返して行う。【選択図】図７
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
（ａ）第１層と前記第１層上に空洞部を介して第２層とが形成され、かつ前記空洞部に連通するように前記第２層に形成された第１孔部および第２孔部を備える基板を準備する工程、
（ｂ）前記（ａ）工程の後、前記第１孔部に対して集束イオンビームを第１所定時間照射することにより、前記第１孔部を塞ぐ第１封止膜を前記第１孔部上に形成する工程、
（ｃ）前記（ｂ）工程の後、前記第２孔部に対して集束イオンビームを第２所定時間照射することにより、前記第２孔部を塞ぐ第２封止膜を前記第２孔部上に形成する工程、
を有し、
前記第１および第２所定時間は、前記第２層の熱平衡を維持可能な時間であり、
前記第（ｂ）工程と前記（ｃ）工程とを繰り返して行う、ＭＥＭＳセンサの製造方法。
【請求項２】
請求項１に記載のＭＥＭＳセンサの製造方法において、
前記ＭＥＭＳセンサは、複数の前記空洞部を介して膜厚方向に対向して配置された複数の第１電極および複数の第２電極を備えている、ＭＥＭＳセンサの製造方法。
【請求項３】
請求項１に記載のＭＥＭＳセンサの製造方法において、
前記第１および第２所定時間は、前記集束イオンビーム照射時の前記第２層の温度が融点未満となるようにする前記集束イオンビームの照射時間である、ＭＥＭＳセンサの製造方法。
【請求項４】
請求項１に記載のＭＥＭＳセンサの製造方法において、
前記第１および第２層は、窒化シリコン膜であり、
前記窒化シリコン膜に前記第１および第２孔部が形成されており、
前記第１および第２封止膜は、金属を含む膜である、ＭＥＭＳセンサの製造方法。
【請求項５】
請求項１に記載のＭＥＭＳセンサの製造方法において、
前記第１および第２封止膜を形成する際に供給されるガスの流量を制御することにより、前記第１および第２封止膜の封止圧を制御する、ＭＥＭＳセンサの製造方法。
【請求項６】
請求項１に記載のＭＥＭＳセンサの製造方法において、
前記集束イオンビームを放つ集束イオンビーム装置は、第１マスクと第２マスクとからなる２層構造のマスクを備えており、
前記（ｂ）工程または前記（ｃ）工程のうちの少なくとも何れかの工程で、前記集束イオンビームを照射する際に、前記第１マスクの第１開口部と前記第２マスクの第２開口部とを重ねて形成した第３開口部に前記集束イオンビームを通過させる、ＭＥＭＳセンサの製造方法。
【請求項７】
請求項１に記載のＭＥＭＳセンサの製造方法において、
前記集束イオンビームを放つ集束イオンビーム装置は、前記基板を保持する試料台を備え、かつ前記試料台の基板保持面は、水平方向に対して傾斜しており、
前記（ｂ）工程または前記（ｃ）工程のうちの少なくとも何れかの工程で、前記試料台によって水平方向に対して傾斜して保持された前記基板に対して前記集束イオンビームを照射する、ＭＥＭＳセンサの製造方法。
【請求項８】
基板上に、第１層と前記第１層上に空洞部を介して第２層とが形成され、かつ前記空洞部に連通するように前記第２層に形成された複数の孔部のそれぞれに対して、所定のビーム電流密度で集束イオンビームを照射することにより、前記複数の孔部のそれぞれを塞ぐ複数の封止膜を前記複数の孔部のそれぞれの上に形成する工程を有し、
前記所定のビーム電流密度は、前記第２層の熱平衡を維持可能なビーム電流密度であり、
前記複数の封止膜を同時に形成する、ＭＥＭＳセンサの製造方法。
【請求項９】
請求項８に記載のＭＥＭＳセンサの製造方法において、
前記ＭＥＭＳセンサは、複数の前記空洞部を介して膜厚方向に対向して配置された複数の第１電極および複数の第２電極を備えている、ＭＥＭＳセンサの製造方法。
【請求項１０】
請求項８に記載のＭＥＭＳセンサの製造方法において、
前記所定のビーム電流密度は、前記集束イオンビーム照射時の前記第２層の温度が融点未満となるようにする前記集束イオンビームの電流密度である、ＭＥＭＳセンサの製造方法。
【請求項１１】
請求項８に記載のＭＥＭＳセンサの製造方法において、
前記第１および第２層は、窒化シリコン膜であり、
前記窒化シリコン膜に前記複数の孔部が形成されており、
前記複数の封止膜のそれぞれは、金属を含む膜である、ＭＥＭＳセンサの製造方法。
【請求項１２】
請求項８に記載のＭＥＭＳセンサの製造方法において、
前記複数の封止膜を形成する際に供給されるガスの流量を制御することにより、前記複数の封止膜の封止圧を制御する、ＭＥＭＳセンサの製造方法。
【請求項１３】
請求項８に記載のＭＥＭＳセンサの製造方法において、
前記集束イオンビームを放つ集束イオンビーム装置は、第１マスクと第２マスクとからなる２層構造のマスクを備えており、
前記複数の封止膜を形成する工程で前記集束イオンビームを照射する際に、前記第１マスクの第１開口部と前記第２マスクの第２開口部とを重ねて形成した第３開口部に前記集束イオンビームを通過させる、ＭＥＭＳセンサの製造方法。
【請求項１４】
請求項８に記載のＭＥＭＳセンサの製造方法において、
前記集束イオンビームを放つ集束イオンビーム装置は、前記基板を保持する試料台を備え、かつ前記試料台の基板保持面は、水平方向に対して傾斜しており、
前記複数の封止膜を形成する工程で、前記試料台によって水平方向に対して傾斜して保持された前記基板に対して前記集束イオンビームを照射する、ＭＥＭＳセンサの製造方法。
【請求項１５】
（ａ）基板上に、第１層と、前記第１層上の第２層と、前記第１層と前記第２層との間の第３層と、を形成する工程、
（ｂ）前記（ａ）工程の後、前記第２層の第１孔部形成箇所に対して集束イオンビームを第１所定時間照射することにより、前記第２層に前記第３層に到達する第１孔部を形成する工程、
（ｃ）前記（ｂ）工程の後、前記第２層の第２孔部形成箇所に対して集束イオンビームを第２所定時間照射することにより、前記第２層に前記第３層に到達する第２孔部を形成する工程、
（ｄ）前記（ｃ）工程の後、前記第１および第２孔部を介して前記第３層を除去して前記第１層と前記第２層との間に、前記第１および第２孔部と連通する空洞部を形成する工程、
（ｅ）前記（ｄ）工程の後、前記第１および第２孔部上のそれぞれに封止膜を形成する工程、
を有し、
前記第１および第２所定時間は、前記第２層の熱平衡を維持可能な時間であり、
前記（ｄ）工程の前に、前記第（ｂ）工程と前記（ｃ）工程とを繰り返して行う、ＭＥＭＳセンサの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ＭＥＭＳセンサの製造技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
ＭＥＭＳ（Micro Electro Mechanical Systems：微小電気機械システム）センサの製造では、ＴＡＴ（Turn Around Time）をより短くした製造を実現するために集束イオンビーム（Focused Ion Beam、ＦＩＢとも言う）を用いた直接造形によるセンサ製造プロセスが検討されている。特に、空洞部を有するＭＥＭＳセンサでは、空洞部を真空とすることでセンサの性能を向上させるために、センサの素子部を封止・保護するプロセスが必要となる。
【０００３】
なお、マイクロサンプリング片を取り出すことによって半導体ウェハー上に形成されたサンプリング穴を、集束イオンビームを用いて修復する技術が、特開２００９−４５９１号公報（特許文献１）に開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００９−４５９１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
超音波センサなどのＭＥＭＳセンサにおいて、上下の電極間に形成された空洞部を塞ぐ封止を行う場合、集束イオンビームを用いた封止方法では、封止箇所の数が多い（封止総体積が大きい）ため、製造時間が長くなるという課題がある。
【０００６】
一方で、製造時間が長くなるという課題を解消するために、集束イオンビームによる堆積のレートを大きくすると、熱によってＭＥＭＳセンサが破壊されるという課題が発生する。
【０００７】
なお、上記特許文献（特開２００９−４５９１号公報）には、熱による構造破壊についての記載がなく、かつ単一の穴に対してのみの埋込み方法しか記載されておらず、複数の穴に対して効率良く埋込みを行うことについての記載もない。
【０００８】
本発明の目的は、ＭＥＭＳセンサの製造において、ＴＡＴを短くし、かつ熱によるＭＥＭＳセンサの破壊を防止することができる技術を提供することにある。
【０００９】
本発明の前記の目的と新規な特徴は、本明細書の記述および添付図面から明らかになるであろう。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本願において開示される実施の形態のうち、代表的なものの概要を簡単に説明すれば、次のとおりである。
【００１１】
一実施の形態におけるＭＥＭＳセンサの製造方法は、（ａ）第１層と前記第１層上に空洞部を介して第２層とが形成され、かつ前記空洞部に連通するように前記第２層に形成された第１孔部および第２孔部を備える基板を準備する工程を有する。また、（ｂ）上記（ａ）工程の後、上記第１孔部に対して集束イオンビームを第１所定時間照射することにより、上記第１孔部を塞ぐ第１封止膜を上記第１孔部上に形成する工程を有する。また、（ｃ）上記（ｂ）工程の後、上記第２孔部に対して集束イオンビームを第２所定時間照射することにより、上記第２孔部を塞ぐ第２封止膜を上記第２孔部上に形成する工程を有し、上記第１および第２所定時間は、上記第２層の熱平衡を維持可能な時間であり、上記第（ｂ）工程と上記（ｃ）工程とを繰り返して行う。
【００１２】
他の実施の形態におけるＭＥＭＳセンサの製造方法は、基板上に、第１層と上記第１層上に空洞部を介して第２層とが形成され、かつ上記空洞部に連通するように上記第２層に形成された複数の孔部のそれぞれに対して、所定のビーム電流密度で集束イオンビームを照射することにより、上記複数の孔部のそれぞれを塞ぐ複数の封止膜を上記複数の孔部のそれぞれの上に形成する工程を有する。さらに、上記所定のビーム電流密度は、上記第２層の熱平衡を維持可能なビーム電流密度であり、上記複数の封止膜を同時に形成する。
【００１３】
また、他の実施の形態におけるＭＥＭＳセンサの製造方法は、（ａ）基板上に、第１層と、上記第１層上の第２層と、上記第１層と上記第２層との間の第３層と、を形成する工程、（ｂ）上記（ａ）工程の後、上記第２層の第１孔部形成箇所に対して集束イオンビームを第１所定時間照射することにより、上記第２層に上記第３層に到達する第１孔部を形成する工程、を有する。さらに、（ｃ）上記（ｂ）工程の後、上記第２層の第２孔部形成箇所に対して集束イオンビームを第２所定時間照射することにより、上記第２層に上記第３層に到達する第２孔部を形成する工程、（ｄ）上記（ｃ）工程の後、上記第１および第２孔部を介して上記第３層を除去して上記第１層と上記第２層との間に、上記第１および第２孔部と連通する空洞部を形成する工程、を有する。さらに、（ｅ）上記（ｄ）工程の後、上記第１および第２孔部上のそれぞれに封止膜を形成する工程、を有し、上記第１および第２所定時間は、上記第２層の熱平衡を維持可能な時間であり、上記（ｄ）工程の前に、上記第（ｂ）工程と上記（ｃ）工程とを繰り返して行う。
【発明の効果】
【００１４】
本願において開示される発明のうち、代表的なものによって得られる効果を簡単に説明すれば以下のとおりである。
【００１５】
ＭＥＭＳセンサの製造において、ＴＡＴを短くし、かつ熱によるＭＥＭＳセンサの破壊を防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明の実施の形態１のＭＥＭＳセンサの要部を示す平面図である。
【図２】図１のＡ−Ａ線に沿って切断した構造を示す断面図である。
【図３】実施の形態１で用いられる集束イオンビーム装置の概略図である。
【図４】本願発明者が検討した封止個数と製造時間の関係を示すグラフである。
【図５】本願発明者が検討した成膜時のビーム電流と温度上昇の関係を示すグラフである。
【図６】本願発明者が検討したイオンビームの照射時間と温度上昇の関係を示すグラフである。
【図７】実施の形態１のＭＥＭＳセンサの製造方法によるイオンビームの照射時間とビーム電流密度の関係を示すグラフである。
【図８】実施の形態１のＭＥＭＳセンサの製造方法による第１変形例のイオンビームの照射時間とビーム電流密度の関係を示すグラフである。
【図９】実施の形態１のＭＥＭＳセンサの製造方法の各手法による製造時間を示すグラフである。
【図１０】実施の形態１の第２変形例のＭＥＭＳセンサの要部の構造を示す断面図である。
【図１１】実施の形態１の第３変形例のＭＥＭＳセンサの封止前の要部の構造を示す断面図である。
【図１２】実施の形態１の第３変形例のＭＥＭＳセンサの封止後の要部の構造を示す断面図である。
【図１３】実施の形態１の第４変形例の集束イオンビーム装置の構造を示す概略図である。
【図１４】図１３に示す集束イオンビーム装置におけるプロジェクションマスクの使用方法を示す平面図である。
【図１５】実施の形態１の第５変形例の集束イオンビーム装置における試料台の構造を示す概略図である。
【図１６】本発明の実施の形態２のＭＥＭＳセンサの製造方法における下地工程での要部断面図である。
【図１７】本発明の実施の形態２のＭＥＭＳセンサの製造方法における孔加工工程での要部断面図である。
【図１８】本発明の実施の形態２のＭＥＭＳセンサの製造方法における犠牲層除去工程での要部断面図である。
【図１９】本発明の実施の形態２のＭＥＭＳセンサの製造方法における封止工程での要部断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
（実施の形態１）
本発明のＭＥＭＳセンサの一実施の形態である超音波センサの構造を図面を参照して説明する。
【００１８】
＜超音波センサの構造＞
図１は本発明の実施の形態１のＭＥＭＳセンサの要部を示す平面図、図２は図１のＡ−Ａ線に沿って切断した構造を示す断面図である。
【００１９】
本実施の形態１で取り上げる超音波センサ（ＭＥＭＳセンサ）４は、半導体技術を応用したＣＭＵＴ（Capacitive Micro-machined Ultrasonic Transducers）と呼ばれる容量性超音波トランスデューサである。
【００２０】
図１、図２に示す本実施の形態１の超音波センサ４は、半導体基板１等の基板上にリソグラフィ技術を用いて複数の微小センサをパターニングすることにより製造されるものである。各微小センサの構造は、絶縁層内に真空雰囲気の空洞部８を形成し、空洞部８の上下に電極を設けた構造となっている。
【００２１】
そして、この電極間に静電気力を印加し、電極膜を振動させることにより超音波信号を送信し、受信時は電極膜の変位量を静電容量の変化として信号を検出するものである。
【００２２】
図１、図２に示す本実施の形態１の超音波センサ４の構造を具体的に説明すると、平面視で各々六角形に形成された複数の微小センサ（超音波センサ４であり、セルとも呼ぶ）が半導体基板１上の絶縁層内に敷き詰められて配置されている。
【００２３】
本実施の形態１では、それぞれの超音波センサ４が、半導体基板１上に形成された、第１層と第２層とからなる絶縁層である酸化シリコン膜（ＳｉＯ2膜）９を有している場合を説明する。すなわち、半導体基板１上に第１層である酸化シリコン膜（ＳｉＯ2膜）９ａが形成され、さらに酸化シリコン膜９ａ上に空洞部８を介して第２層である酸化シリコン膜（ＳｉＯ2膜）９ｂが形成されている。さらに、酸化シリコン膜９ａ中には下部電極（第１電極）６が形成され、一方、酸化シリコン膜９ｂ中には平面視が六角形を成す上部電極（第２電極）７が形成されている。
【００２４】
すなわち、超音波センサ４は、空洞部８を介して膜厚方向に対向して配置された複数の下部電極６および複数の上部電極７を備えている。
【００２５】
なお、図１に示すように、隣り合う上部電極７同士は、配線部２によって電気的に接続されており、結果的に、離れた位置の上部電極７同士も何れかの配線部２によって電気的に接続された構造となっている。
【００２６】
また、図２に示すように、下部電極６と上部電極７との間に形成された空洞部８には、複数の孔部３がそれぞれ空洞部８に連通して形成されている。例えば、空洞部８上の酸化シリコン膜９ｂには、空洞部８に連通する第１孔部３ａが形成され、さらに、酸化シリコン膜９ｂにおいて第１孔部３ａの反対側には、同様に、空洞部８に連通する第２孔部３ｂが形成されている。
【００２７】
そして、複数の孔部３のそれぞれの酸化シリコン膜９ｂの表面に開口する開口部には、それぞれの孔部３を塞ぐ封止膜５が形成されている。具体的には、第１孔部３ａの酸化シリコン膜９ｂの表面に開口する開口部には、第１孔部３ａを塞ぐ第１封止膜５ａが形成され、一方、第２孔部３ｂの酸化シリコン膜９ｂの表面に開口する開口部には、第２孔部３ｂを塞ぐ第２封止膜５ｂが形成されている。
【００２８】
図１および図２に示す超音波センサ４においては、上部電極７が平面視で六角形に形成されており、これに対応して空洞部８も平面視が六角形となるように形成されているため、それぞれ空洞部８に連通する各孔部３は、六角形の上部電極７の各角部に近接した位置に形成されている。したがって、各孔部３を塞ぐ複数の封止膜５のそれぞれも六角形の上部電極７の各角部に近接した位置に形成されている。一例としては、各孔部３およびそれぞれの孔部３を塞ぐ各封止膜５は、平面視で六角形の上部電極７の対角線Ｌ上に設けられている。これにより、各超音波センサ４において、六角形の上部電極７および空洞部８に対して複数の孔部３と封止膜５を効率良く配置することができる。
【００２９】
ここで、第１封止膜５ａおよび第２封止膜５ｂなどの封止膜５は、後述する集束イオンビーム（ＦＩＢ）で堆積されて形成された膜である。
【００３０】
以上のように半導体基板１上には複数の微小センサである超音波センサ４が形成され、それぞれの超音波センサ４には複数の孔部３と、これらの孔部３を塞ぐ複数の封止膜５とが形成されている。
【００３１】
＜集束イオンビーム装置について＞
次に、図３を用いて本実施の形態１で封止膜５を形成する集束イオンビームを放つ集束イオンビーム装置の概略構成について説明する。図３は、本実施の形態１で用いられ、かつ封止膜５を形成する集束イオンビーム装置の概略図である。
【００３２】
図３に示される集束イオンビーム装置２０は、試料（半導体基板１などの基板）２６への集束イオンビーム２１の照射が行われる図示しない真空容器を備えている。上記真空容器内には、ガリウムイオンを放出するイオン源２２、イオンビームを集束させるアパーチャ２３および集束レンズ２４、試料２６の表面にイオンビームの焦点を合わせる対物レンズ２５、試料２６を保持する試料台２７などが設けられている。
【００３３】
そして、集束され、かつ試料２６の表面に焦点が合わせられたイオンビームが、試料２６の表面に照射され、加工が行われる。
【００３４】
＜本願発明者の検討事項＞
図４は本願発明者が検討した封止個数と製造時間の関係を示すグラフ、図５は本願発明者が検討した成膜時のビーム電流と温度上昇の関係を示すグラフ、図６は本願発明者が検討したイオンビームの照射時間と温度上昇の関係を示すグラフである。
【００３５】
図４は、３種類のビーム電流による集束イオンビームを用いた際の成膜時の温度上昇を、封止個数と製造時間の関係で示したものである。３種類のビーム電流は、例えば、１５ｎＡ／μｍ、３０ｎＡ／μｍ、１００ｎＡ／μｍであり、１５ｎＡ／μｍでは熱による構造破壊はなく（図４に示すＯＫ）、一方、３０ｎＡ／μｍおよび１００ｎＡ／μｍでは熱による構造破壊が発生する（図４に示すＮＧ）。
【００３６】
なお、超音波センサ４の場合には、封止箇所がテストセルに対して１７２８０個程度あり、１つの半導体チップに封止箇所が３３１７７６個程度ある。すなわち、封止箇所の数が非常に多い。このような状況で、熱による破壊が発生しない（ＯＫ）ビーム電流が１５ｎＡ／μｍの曲線においては、テストセルの封止箇所１７２８０個に対する製造時間が、１４４時間となっており、製造に時間がかかる。
【００３７】
次に、図５は、成膜時の温度上昇において、ビーム電流と温度上昇の関係をＭＥＭＳセンサに空洞ありの場合と、空洞なしの場合とで示したものである。図５から、ビーム電流が１５ｎＡ／μｍの場合には、空洞ありも空洞なしの場合も両者とも温度上昇が酸化シリコン膜の融点１６００℃より低くＭＥＭＳセンサの熱による破壊は起こらない（ＯＫ）。
【００３８】
しかしながら、ビーム電流が３０ｎＡ／μｍの場合に、空洞なしの場合には温度上昇が１６００℃に到達していないのに対して、空洞ありの場合には１６００℃を大幅に超えてＮＧとなっている。
【００３９】
すなわち、図５より、空洞ありの場合には、ＭＥＭＳセンサにおける熱伝導が遮られて遅いため、温度上昇が速く、かつ温度が高い。これに対して、空洞なしの場合には、ＭＥＭＳセンサにおける熱伝導が遮られることなく速く行われるため、温度上昇が遅く、かつ温度が低い。
【００４０】
次に、図６は、各ビーム電流ごとの照射時間と温度上昇の関係を示すものである。ビーム電流が１５ｎＡ／μｍの場合（曲線Ａ）には、１６００℃に到達しない低い温度の領域で飽和している。ビーム電流が３０ｎＡ／μｍの場合（曲線Ｂ）、およびそれより大きい場合（曲線Ｃ、１００ｎＡ／μｍ）、（曲線Ｄ、１μＡ／μｍ）、（曲線Ｅ、１０μＡ／μｍ）には、飽和温度がどんどん高くなっている。
【００４１】
そこで、本実施の形態１のＭＥＭＳセンサの製造方法では、図６の領域Ｆ（ハッチングを付した領域であり、温度上昇が低い領域）を使用して集束イオンビーム２１を照射する。つまり、大きなビーム電流を短い時間印加することで、ＭＥＭＳセンサの温度が１６００℃に到達しないような領域Ｆを使用する。
【００４２】
次に、本実施の形態１のＭＥＭＳセンサの具体的な製造方法について説明する。図７はイオンビームの照射時間とビーム電流密度の関係を示すグラフである。
【００４３】
図１および図７に示すように、例えば、封止箇所Ｐ〜Ｑに対して、集束イオンビーム２１の照射を繰り返して行って堆積を繰り返す。その際、１回１回の集束イオンビーム２１の電流密度の大きさは大きくし、かつ印加時間を短くする。
【００４４】
より詳細に説明すると、まず、図２に示す半導体基板１上の下部電極６と上部電極７との間に形成された空洞部８に連通するように、かつ酸化シリコン膜９ｂに形成された第１孔部３ａおよび第２孔部３ｂを備える上記半導体基板１を準備する。そして、次に、半導体基板１の第１孔部３ａに対して図３に示す集束イオンビーム装置２０によって集束イオンビーム２１を第１所定時間照射する。
【００４５】
これにより、第１孔部３ａを塞ぐ第１封止膜５ａを第１孔部３ａ上に形成する。これが例えば、図７に示す最初の封止箇所Ｐに相当する。
【００４６】
上記最初の封止箇所Ｐを堆積後、図２に示す第２孔部３ｂに対して、同様に、図３に示す集束イオンビーム装置２０によって集束イオンビーム２１を第２所定時間照射する。
【００４７】
これにより、第２孔部３ｂを塞ぐ第２封止膜５ｂを第２孔部３ｂ上に形成する。これが例えば、図７に示す最初の封止箇所Ｐを堆積後の封止箇所Ｑに相当する。
【００４８】
この時、第１所定時間および第２所定時間は、酸化シリコン膜９ｂの熱平衡を維持可能な時間である。すなわち、酸化シリコン膜９ｂを熱によって破壊しない程度のイオンビーム照射時間である。具体的には、第１所定時間および第２所定時間は、集束イオンビーム照射時の酸化シリコン膜９ｂの温度が酸化シリコン膜９ｂの融点である１６００℃に到達しないようにする（１６００℃未満となるようにする）集束イオンビーム２１の照射時間である。つまり、図６に示す領域Ｆの範囲で成膜を実施する。例えば、集束イオンビーム２１の電流密度が１０μＡ／μｍで、第１所定時間および第２所定時間に相当するビーム照射時間が１Ｅ−８（ｓｅｃ）程度である。
【００４９】
このような条件で、図７に示すように、封止箇所Ｐ、封止箇所Ｑ、封止箇所Ｒ、封止箇所Ｓ、封止箇所Ｐ・・・封止箇所Ｑ、封止箇所Ｒの堆積を順次繰り返して行い。図１に示す封止箇所Ｐ、Ｑ、Ｒ、Ｓなどの封止膜５を図２に示す各孔部３上に形成する。
【００５０】
つまり、本実施の形態１の図７に示すＭＥＭＳセンサの製造方法は、封止箇所に対して大きなビーム電流を短い時間印加してイオンビームを照射し、これを複数の封止箇所に対してそれぞれ順番に繰り返して行うものである。言い換えると、例えば、酸化シリコン膜９ｂが温度上昇をしない領域（図６の領域Ｆ）を使って高レートの堆積を実施するものである。
【００５１】
これにより、ＭＥＭＳセンサ（超音波センサ４）の製造において、ＭＥＭＳセンサの熱的な破壊を防止することができるとともに、ＴＡＴ（Turn Around Time）を短くして効率良くＭＥＭＳセンサを製造することができる。
【００５２】
次に、本実施の形態１の変形例のＭＥＭＳセンサの製造方法について説明する。
【００５３】
図８は実施の形態１のＭＥＭＳセンサの製造方法による第１変形例のイオンビームの照射時間とビーム電流密度の関係を示すグラフであり、１つの孔部３を塞ぐ１つの封止膜５を形成する集束イオンビーム２１の照射時間と電流密度の関係を示したものである。
【００５４】
本第１変形例では、図２に示す空洞部８に連通するように酸化シリコン膜９ｂに形成された複数の孔部３のそれぞれに対して、所定のビーム電流密度で図１に示す集束イオンビーム２１を照射することにより、複数の孔部３のそれぞれを塞ぐ複数の封止膜５を複数の孔部３のそれぞれの上に形成する。この時、本第１変形例では、複数の孔部３のそれぞれに対して封止膜５を同時に形成する。すなわち、複数の封止膜５を同時に形成する。図８は、複数の封止膜５を同時に形成する際の１つの封止膜５（封止箇所Ｐ）を形成するための集束イオンビーム２１の照射時間と電流密度の関係を示すものである。したがって、複数の孔部３のそれぞれに対して同時にそれぞれ図８に示す照射時間と電流密度で集束イオンビーム２１を照射する。
【００５５】
なお、集束イオンビーム２１を複数の孔部３に対して同時に照射するのは、図３に示す集束イオンビーム装置２０において、アパーチャ２３となるマスクに複数の孔部３に対応した複数の開口部を形成しておき、集束イオンビーム２１を上記複数の開口部のそれぞれに通過させることで、複数の孔部３に対して同時に集束イオンビーム２１を照射することができる。
【００５６】
また、本第１変形例で設定する上記所定のビーム電流密度は、酸化シリコン膜９ｂの熱平衡を維持可能なビーム電流密度である。すなわち、図６に示す温度が、酸化シリコン膜９の融点である１６００℃に到達しない領域（熱平衡領域であり、酸化シリコン膜９ｂの温度が１６００℃未満となるようなビーム電流密度の領域）において、図８に示すように、低電流密度（例えば、１５ｎＡ／μｍ）で、かつ長時間（連続的に）集束イオンビーム２１を複数の孔部３のそれぞれに同時に照射する（並列堆積）。
【００５７】
本第１変形例によれば、低電流密度でイオンビームを照射して複数の封止膜５を同時に形成することにより、ＭＥＭＳセンサ（超音波センサ４）の製造において、ＭＥＭＳセンサの熱的な破壊を防止することができるとともに、ＴＡＴを短くして効率良くＭＥＭＳセンサを製造することができる。
【００５８】
ここで、図９は、実施の形態１のＭＥＭＳセンサの製造方法の各手法による製造時間を示すグラフである。すなわち、上記各手法によるＭＥＭＳセンサの製造時間の比較を行ったものである。
【００５９】
図９において、検討技術は、図６に示すビーム電流が１５ｎＡ／μｍの場合（曲線Ａ）を採用して複数（所定数）の封止膜５を形成した際のＭＥＭＳセンサの製造時間を示しており、この場合１４４ｈｒであった。
【００６０】
これに対して、図９における短時間堆積は、図７に示す方法を採用した場合であり、封止箇所に対して大きなビーム電流を短い時間印加してイオンビームを照射し、これを複数の封止箇所に対してそれぞれ順番に繰り返して堆積を行うものである。この短時間堆積を採用して複数（所定数）の封止膜５を形成した際のＭＥＭＳセンサの製造時間は、０．３５ｈｒであり、上記検討技術の製造時間に対して１／４１１の時間に短縮することができた。すなわち、この短時間堆積の方法を採用することにより、ＴＡＴを短くして効率良くＭＥＭＳセンサを製造することができる。
【００６１】
また、図９における並列堆積は、図８に示す方法を採用した場合であり、ビーム電流密度を低電流密度として、複数の封止箇所のそれぞれに同時にイオンビームを連続的に（長時間）照射し、複数の封止膜５を同時に形成するものである。この並列堆積を採用して複数（所定数）の封止膜５を形成した際のＭＥＭＳセンサの製造時間は、０．６ｈｒであり、上記検討技術の製造時間に対して１／２４０の時間に短縮することができた。すなわち、この並列堆積の方法を採用した場合においても、ＴＡＴを短くして効率良くＭＥＭＳセンサを製造することができる。
【００６２】
なお、図９に示す並列堆積は、例えば、８００μｍ×８００μｍの広さの領域に２４０個程度の封止膜５を形成した場合の製造時間である。
【００６３】
次に、本実施の形態１の第２変形例について説明する。
【００６４】
図１０は実施の形態１の第２変形例のＭＥＭＳセンサの要部の構造を示す断面図である。
【００６５】
本第２変形例では、図１０に示すように、半導体基板１上に形成する絶縁膜として図２に示す酸化シリコン膜９より緻密な窒化シリコン膜（ＳｉＮ膜）１０を形成するものである。すなわち、半導体基板１上に窒化シリコン膜（ＳｉＮ膜、第１層）１０ａを形成し、その上層に窒化シリコン膜（ＳｉＮ膜、第２層）１０ｂを形成したＭＥＭＳセンサである。そして、窒化シリコン膜１０ａに下部電極６が形成され、窒化シリコン膜１０ｂに上部電極７、第１孔部３ａおよび第２孔部３ｂが形成されている。
【００６６】
さらに、各孔部３上に形成される第１封止膜５ａおよび第２封止膜５ｂは、金属を含む膜である。図１０に示す構造では、第１封止膜５ａおよび第２封止膜５ｂのそれぞれが、酸化シリコン膜９または窒化シリコン膜１０と、この酸化シリコン膜９または窒化シリコン膜１０を覆う金属膜１１とからなっている。すなわち、孔部３を酸化シリコン膜９または窒化シリコン膜１０で塞ぎ、この酸化シリコン膜９または窒化シリコン膜１０を金属膜１１で覆っている。なお、金属膜１１は、例えば、タングステン膜などである。
【００６７】
このように半導体基板１上に形成する絶縁膜として窒化シリコン膜１０を採用し、かつ孔部３を塞ぐ封止膜５として、その一部に金属膜１１を使用することにより、外部からの水分の浸入を防ぐことができ、その結果、ＭＥＭＳセンサ（超音波センサ４）の信頼性を向上させることができる。
【００６８】
次に、本実施の形態１の第３変形例について説明する。
【００６９】
図１１は実施の形態１の第３変形例のＭＥＭＳセンサの封止前の要部の構造を示す断面図、図１２は第３変形例のＭＥＭＳセンサの封止後の要部の構造を示す断面図である。
【００７０】
本第３変形例では、集束イオンビーム２１で封止膜５を形成する際の圧力を制御することによって、封止膜５で空洞部８を密閉した際の空洞部８内の圧力を制御するものである。
【００７１】
例えば、図１１に示す封止前の構造において、図３に示す集束イオンビーム装置２０の図示しないチャンバ内の圧力を、上記チャンバ内に供給されるガスの流量を制御することにより、形成される図１２に示す第１封止膜５ａおよび第２封止膜５ｂの封止圧を制御する。この時、上記ガスは、成膜用のガスであってもよいし、上記チャンバ内に供給する不活性ガスなどであってもよい。
【００７２】
具体的には、封止前に上記チャンバ内に供給するガスの流量を制御して、空洞部８の圧力およびＭＥＭＳセンサの外部の圧力をそれぞれ成膜時の圧力と同様の１０Ｐａに制御する。この状態で封止を行う、すなわち第１封止膜５ａおよび第２封止膜５ｂを形成することで、空洞部８の内部の圧力を１０Ｐａに制御することができる。
【００７３】
このように空洞部８の内部の圧力を制御することにより、ＭＥＭＳセンサの性能を向上させることができる。例えば、空洞部８の内部の圧力はＱ値に関係するため、空洞部８の内部の圧力を制御することはＭＥＭＳセンサの性能を向上させる上で重要である。
【００７４】
次に、本実施の形態１の第４変形例について説明する。
【００７５】
図１３は実施の形態１の第４変形例の集束イオンビーム装置の構造を示す概略図、図１４は図１３に示す集束イオンビーム装置におけるプロジェクションマスクの使用方法を示す平面図である。
【００７６】
本第４変形例は、図１３に示す集束イオンビーム装置２８が、第１マスクと第２マスクとからなる２層構造のマスクを備えているものである。すなわち、図３に示すアパーチャ２３の代わりとして、第１プロジェクションマスク（第１マスク）１２と、第２プロジェクションマスク（第２マスク）１３とが積層されて設けられている。
【００７７】
なお、図１４に示すように、第１プロジェクションマスク１２には、形成される図２に示す孔部３の位置に対応させて複数の第１開口部１２ａが形成されており、同様に、第２プロジェクションマスク１３にも、複数の第２開口部１３ａが形成されている。ここで、複数の第１開口部１２ａのそれぞれと、複数の第２開口部１３ａのそれぞれとは、僅かに開口部の位置がずれている。
【００７８】
そして、試料２６に対して集束イオンビーム２１を照射する際には、図１４に示すように、第１プロジェクションマスク１２の複数の第１開口部１２ａと、第２プロジェクションマスク１３の複数の第２開口部１３ａと、を重ね、これによって形成された複数の第３開口部１４（ハッチング部）にイオンビームを通過させて集束させる。第１プロジェクションマスク１２の第１開口部１２ａと第２プロジェクションマスク１３の第２開口部１３ａとを重ねることで、第１開口部１２ａまたは第２開口部１３ａに比べて開口部の面積が小さい第３開口部１４を形成することができる。
【００７９】
そして、この第３開口部１４にイオンビームを通過させることで集束イオンビーム２１のビーム径を小さくすることができる。
【００８０】
このように第１プロジェクションマスク１２と第２プロジェクションマスク１３とを重ねて成る２層構造のマスクを用いることにより、マスクの種類を増やすことなく、成膜条件の変更に対しての自由度を高めることができる。
【００８１】
次に、本実施の形態１の第５変形例について説明する。
【００８２】
図１５は実施の形態１の第５変形例の集束イオンビーム装置における試料台の構造を示す概略図である。
【００８３】
本第５変形例では、図３に示す集束イオンビーム装置２０において、図１５に示す試料台２７の基板保持面２７ａが水平方向Ｘに対して角度θ傾斜している。すなわち、試料台２７の試料２６を保持する基板保持面２７ａと水平方向Ｘとが所定の角度（例えば、θ＝１５°または３０°など）を成すように基板保持面２７ａが設けられている。
【００８４】
これにより、図２に示すような複数の封止膜５を形成する工程で、試料台２７によって水平方向Ｘに対して所定の角度傾斜して保持された試料２６（例えば、半導体基板１）に対して集束イオンビーム２１を照射することができる。そして、複数の封止膜５を形成する際に、水平に試料２６が保持されて形成された複数の封止膜５の場合に比較して、膜間ピッチを小さくすることができる。
【００８５】
なお、図２に示すような複数の孔部３は、必ずしも等間隔で並んでいないことがあるため、封止膜５の膜間ピッチの調整が行えることは、複数の封止膜５を形成する上での自由度を高めることができる。
【００８６】
（実施の形態２）
図１６は本発明の実施の形態２のＭＥＭＳセンサの製造方法における下地工程での要部断面図、図１７は本発明の実施の形態２のＭＥＭＳセンサの製造方法における孔加工工程での要部断面図、図１８は本発明の実施の形態２のＭＥＭＳセンサの製造方法における犠牲層除去工程での要部断面図、図１９は本発明の実施の形態２のＭＥＭＳセンサの製造方法における封止工程での要部断面図である。
【００８７】
本実施の形態２では、ＭＥＭＳセンサの製造方法における下地形成〜封止までの主工程について説明する。
【００８８】
まず、図１６に示す下地形成工程について説明すると、半導体基板１上に、酸化シリコン膜（第１層）９ａと、酸化シリコン膜９ａ上の酸化シリコン膜（第２層）９ｂと、酸化シリコン膜９ａと酸化シリコン膜９ｂとの間の第３層である犠牲層１５と、を形成する。すなわち、半導体基板１上に絶縁層として酸化シリコン膜（第１層）９ａを形成し、さらに酸化シリコン膜９ａ上に下部電極６を形成し、この下部電極６上に酸化シリコン膜９ａを形成する。これにより、酸化シリコン膜９ａ内に下部電極６が形成された構造となる。さらに下部電極６上の酸化シリコン膜９ａの上層に犠牲層１５を形成する。
【００８９】
なお、犠牲層（第３層）１５は、例えば、チタン、タングステンまたはモリブデンなどの金属膜からなることが好ましい。すなわち、犠牲層１５を金属膜で形成することにより、後の工程で犠牲層１５を除去して形成する空洞部８（図１８参照）を高精度に形成することができる。
【００９０】
次に、犠牲層１５上に絶縁層として酸化シリコン膜（第２層）９ｂを形成し、さらに酸化シリコン膜９ｂ上に上部電極７を形成し、この上部電極７上に酸化シリコン膜９ｂを形成する。これにより、酸化シリコン膜９ｂ内に上部電極７が形成された構造となる。そして、下部電極６と上部電極７の間に絶縁層を介して犠牲層１５が形成されている。
【００９１】
次に、酸化シリコン膜９ｂの第１孔部形成箇所に対して図３に示す集束イオンビーム２１を第１所定時間照射することにより、図１７に示すように、酸化シリコン膜９ｂに犠牲層１５に到達する第１孔部３ａを形成する。さらに、酸化シリコン膜９ｂの第２孔部形成箇所に対して集束イオンビーム２１を第２所定時間照射することにより、酸化シリコン膜９ｂに同じく犠牲層１５に到達する第２孔部３ｂを形成する。
【００９２】
なお、集束イオンビーム２１を照射して複数の孔部３を削り加工で形成する際に、図７に示すイオンビームの照射条件と同様の方法で削り加工を行うことができる。つまり、第１および第２所定時間は、酸化シリコン膜（第２層）９ｂの熱平衡を維持可能な時間である。すなわち、酸化シリコン膜９ｂを熱によって破壊しない程度のイオンビーム照射時間である。具体的には、第１所定時間および第２所定時間は、集束イオンビーム照射時の酸化シリコン膜９ｂの温度が酸化シリコン膜９ｂの融点である１６００℃に到達しないようにする（１６００℃未満となるようにする）集束イオンビーム２１の照射時間である。
【００９３】
そして、この集束イオンビーム２１の照射条件を使用して集束イオンビーム２１によって第１孔部３ａを形成する工程と、同じく集束イオンビーム２１によって第２孔部３ｂを形成する工程とを順に繰り返して行う。
【００９４】
つまり、図７に示す製造方法（イオンビームの照射条件）を用いて、それぞれの孔形成箇所に対して大きなビーム電流を短い時間印加してイオンビームを照射し、これを複数の孔形成箇所に対してそれぞれ順番に繰り返して実施して削り加工するものである。
【００９５】
これにより、ＭＥＭＳセンサ（超音波センサ４）の製造における複数の孔加工に対して、ＭＥＭＳセンサの熱的な破壊を防止することができるとともに、ＴＡＴ（Turn Around Time）を短くして効率良く孔加工を行うことができる。
【００９６】
なお、本実施の形態２における複数の孔部３の形成方法としては、図８に示す製造方法（イオンビームの照射条件）を用いて、複数の孔形成箇所に対して、それぞれ低電流密度で、かつ長時間連続的に集束イオンビーム２１を同時に照射して複数の孔部３を同時に形成する方法を採用してもよい。
【００９７】
この方法を採用した場合にも、ＭＥＭＳセンサ（超音波センサ４）の製造における複数の孔加工に対して、ＭＥＭＳセンサの熱的な破壊を防止することができるとともに、ＴＡＴを短くして効率良く孔加工を行うことができる。
【００９８】
なお、第１孔部３ａおよび第２孔部３ｂなどの複数の孔部３の形成については、集束イオンビーム２１による削り加工ではなく、酸化シリコン膜９ｂを犠牲層１５に到達するようにドライエッチングして孔加工してもよい。
【００９９】
次に、第１孔部３ａおよび第２孔部３ｂなどの複数の孔部３を犠牲層１５に到達するように形成した後、図１８に示すように、第１孔部３ａおよび第２孔部３ｂを介して犠牲層１５を除去して酸化シリコン膜９ａと酸化シリコン膜９ｂとの間に、第１孔部３ａおよび第２孔部３ｂと連通する空洞部８を形成する。
【０１００】
ここでは、例えば、ウェットエッチングによって第１孔部３ａおよび第２孔部３ｂを介して犠牲層１５を除去して空洞部８を形成する。
【０１０１】
次に、図１９に示すように、第１孔部３ａおよび第２孔部３ｂのそれぞれに、各孔部３を塞ぐ封止膜５（第１封止膜５ａ、第２封止膜５ｂ）を形成する。
【０１０２】
ここで、本実施の形態２の複数の封止膜５の形成は、実施の形態１で説明した図７に示す集束イオンビーム２１の照射条件を用い、かつ図９に示す短時間堆積による成膜方法を採用してもよいし、あるいは、図８に示す集束イオンビーム２１の照射条件を用い、かつ図９に示す並列堆積による成膜方法を採用してもよい。
【０１０３】
なお、本発明は上記した実施の形態に限定されるものではなく、様々な変形例が含まれる。例えば、上記した実施の形態は本発明を分かりやすく説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されるものではない。
【０１０４】
また、ある実施の形態の構成の一部を他の実施の形態の構成に置き換えることが可能であり、また、ある実施の形態の構成に他の実施の形態の構成を加えることも可能である。また、各実施の形態の構成の一部について、他の構成の追加、削除、置換をすることが可能である。なお、図面に記載した各部材や相対的なサイズは、本発明を分かりやすく説明するため簡素化・理想化しており、実装上はより複雑な形状となる。
【０１０５】
さらに、上記実施の形態１および２では、基板が半導体基板１の場合を一例として説明したが、前記基板は、ガラス基板であってもよい。
【符号の説明】
【０１０６】
１  半導体基板（基板）
２  配線部
３  孔部
３ａ  第１孔部
３ｂ  第２孔部
４  超音波センサ（ＭＥＭＳセンサ）
５  封止膜
５ａ  第１封止膜
５ｂ  第２封止膜
６  下部電極（第１電極）
７  上部電極（第２電極）
８  空洞部
９  酸化シリコン膜（ＳｉＯ2膜）
９ａ  酸化シリコン膜（第１層）
９ｂ  酸化シリコン膜（第２層）
１０  窒化シリコン膜
１０ａ  窒化シリコン膜（第１層）
１０ｂ  窒化シリコン膜（第２層）
１１  金属膜
１２  第１プロジェクションマスク（第１マスク）
１２ａ  第１開口部
１３  第２プロジェクションマスク（第２マスク）
１３ａ  第２開口部
１４  第３開口部
１５  犠牲層（第３層）
２０  集束イオンビーム装置
２１  集束イオンビーム
２２  イオン源
２３  アパーチャ
２４  集束レンズ
２５  対物レンズ
２６  試料
２７  試料台
２７ａ  基板保持面
２８  集束イオンビーム装置
【図１】
2019005853.tif 000003
【図２】
2019005853.tif 000004
【図３】
2019005853.tif 000005
【図４】
2019005853.tif 000006
【図５】
2019005853.tif 000007
【図６】
2019005853.tif 000008
【図７】
2019005853.tif 000009
【図８】
2019005853.tif 000010
【図９】
2019005853.tif 000011
【図１０】
2019005853.tif 000012
【図１１】
2019005853.tif 000013
【図１２】
2019005853.tif 000014
【図１３】
2019005853.tif 000015
【図１４】
2019005853.tif 000016
【図１５】
2019005853.tif 000017
【図１６】
2019005853.tif 000018
【図１７】
2019005853.tif 000019
【図１８】
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【図１９】
2019005853.tif 000021