(57)【要約】【課題】製造プロセスの簡略化を図りつつ、金属体の変形を抑えることができる微細構造体の製造方法及び微細構造体を提供する。【解決手段】微細構造体を製造する場合は、まずシリコン基板６の上面にＴｉの導電層８を成膜する。続いて、導電層８の上面に片持ち梁９を形成し、この片持ち梁９上にミラー１０を形成する。続いて、導電層８をパターンニングした後、導電層８の表面にＴｉＯ２膜８ａを形成し、導電層８をＸｅＦ２ガスに対して不動態化させる。続いて、ＸｅＦ２ガスによってシリコン基板６をエッチングし、シリコン基板６に凹部７を形成する。このとき、導電層８がＸｅＦ２ガスで直接エッチングされることは無いが、シリコン基板６のエッチングに伴ってＸｅＦ２ガスが導電層８の下部に回り込み、導電層８が下面側からエッチングされる。【選択図】  図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
上面に開口した凹部を有する基板と、前記基板上に設けられた金属体とを備えた微細構造体を製造する微細構造体の製造方法において、
前記基板の上面に、ＸｅＦ２ガスに対して不動態化可能な金属からなる導電層を形成する工程と、
前記導電層の上面に前記金属体を形成する工程と、
前記金属体を形成した後、前記導電層の表面に不動態膜を形成することにより、前記導電層を前記ＸｅＦ２ガスに対して不動態化させる工程と、
前記ＸｅＦ２ガスによって前記基板をエッチングして、前記基板に前記凹部を形成する工程とを含むことを特徴とする微細構造体の製造方法。
【請求項２】
前記導電層に前記ＸｅＦ２ガスを導くと共に、前記導電層を酸素中に置くことにより、前記導電層の表面に前記不動態膜を形成することを特徴とする請求項１記載の微細構造体の製造方法。
【請求項３】
前記ＸｅＦ２ガスに対して不動態化可能な金属を、ＴｉまたはＣｒとすることを特徴とする請求項１または２記載の微細構造体の製造方法。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれか一項記載の微細構造体の製造方法によって製作されたことを特徴とする微細構造体。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、光スイッチ等の微細構造体を製造する微細構造体の製造方法及び微細構造体に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
微細構造体の基板に凹部を形成する方法としては、基板上に、ＸｅＦ２（２フッ化キセノン）ガスに対するエッチングマスク、例えばＳｉＯ２膜やレジスト膜等をパターンニングした後、ＸｅＦ２ガスの分子流を基板上に照射することにより、基板をエッチングするものが知られている（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
【特許文献１】
特開昭６１−１８１１３１号公報
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
例えば光スイッチは、基板上に片持ち梁や両持ち梁等の金属駆動体が設けられた微細構造体を有しているが、このような微細構造体の製造方法に上記従来技術を適用した場合には、以下の問題点が生じる。
【０００５】
即ち、上記従来技術を用いて光スイッチの微細構造体を製作する場合には、エッチングマスク上に金属駆動体を形成した後、基板をエッチングして、金属駆動体の一部分が入り込むための凹部を形成することになる。このとき、エッチングマスクであるＳｉＯ２膜等は、ＸｅＦ２ガスによってはエッチングされないため、エッチングマスクは完全に残った状態となる。金属駆動体とＳｉＯ２膜等とでは熱膨張係数が大きく異なるため、エッチングマスクがそのまま残っていると、金属駆動体の材料によっては、温度変化により金属駆動体が変形してしまう。このため、基板に凹部を形成した後に、ウェットエッチング等によってエッチングマスクの一部分を除去することがある。しかし、この場合には、手間のかかる製造プロセスが一つ増えることになり、その分コストも高くなる。
【０００６】
本発明の目的は、製造プロセスの簡略化を図りつつ、金属体の変形を抑えることができる微細構造体の製造方法及び微細構造体を提供することである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上面に開口した凹部を有する基板と、基板上に設けられた金属体とを備えた微細構造体を製造する微細構造体の製造方法において、基板の上面に、ＸｅＦ２ガスに対して不動態化可能な金属からなる導電層を形成する工程と、導電層の上面に金属体を形成する工程と、金属体を形成した後、導電層の表面に不動態膜を形成することにより、導電層をＸｅＦ２ガスに対して不動態化させる工程と、ＸｅＦ２ガスによって基板をエッチングして、基板に凹部を形成する工程とを含むことを特徴とするものである。
【０００８】
このような本発明において、ＸｅＦ２ガスに対して不動態化可能な金属は、それ自体はＸｅＦ２ガスでエッチングされるが、不動態化されるとＸｅＦ２ガスでエッチングされなくなる。このことを利用すると、導電層にエッチングマスクとしての機能を持たせることができる。つまり、導電層の表面に、ＸｅＦ２ガスに対して耐性を有する不動態膜を形成した後、ＸｅＦ２ガスによって基板をエッチングするときに、導電層の表面がＸｅＦ２ガスでエッチングされることは無い。これにより、金属体との熱膨張係数の差が大きいシリコン酸化膜等を、エッチングマスクとして基板上に形成する必要がない。また、ＸｅＦ２ガスによる基板のエッチングが進み、導電層下の基板がエッチングされると、不動態膜が形成されていない導電層の下面から導電層がエッチングされ、最終的には、基板のサイドエッチング分だけ導電層が除去される。従って、温度変化による金属体の変形が十分に抑えられる。さらに、上述したように基板のエッチングと一緒に導電層の除去が行われるので、基板のエッチング処理後に導電層の除去工程を実施しなくて済む。従って、エッチングマスクとしてシリコン酸化膜等を用いる場合に比べて、微細構造体の製造プロセスを簡略化することができる。
【０００９】
好ましくは、導電層にＸｅＦ２ガスを導くと共に、導電層を酸素中に置くことにより、導電層の表面に不動態膜を形成する。上述したように導電層の材料自体はＸｅＦ２ガスでエッチングされるが、導電層の表面にフッ素Ｆ成分が付いていると、導電層の表面に酸素Ｏ２成分が浸透しやすくなる。そこで、最初にＸｅＦ２ガスによって導電層の表面を少しだけエッチングし、その後で導電層を酸素中に置くことで、所望厚の不動態膜（酸化膜）が容易に形成される。このような方法によれば、ＸｅＦ２ガスによって基板をエッチングするためのエッチング装置を使って、導電層の表面に不動態膜を形成することが可能となるため、微細構造体の製造に要する設備投資を減らすことができる。
【００１０】
また、好ましくは、ＸｅＦ２ガスに対して不動態化可能な金属を、ＴｉまたはＣｒとする。この場合には、電気めっきによって導電層の上面に金属体を形成する場合に、導電層を電極（陰極）として利用可能となる。
【００１１】
また、本発明の微細構造体は、上記の微細構造体の製造方法によって製作されたことを特徴とするものである。この場合には、上述したように、温度変化による金属体の変形が極めて少ない微細構造体を得ることができる。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係る微細構造体の製造方法及び微細構造体の好適な実施形態について図面を参照して説明する。
【００１３】
図１は、本発明に係る微細構造体の一実施形態を含む光スイッチを示す垂直方向断面図である。同図において、光スイッチ１は、光信号を導波させる光導波路（図示せず）を有するプラットホーム２を備え、このプラットホーム２の上面には、ニッケルＮｉ等からなる電極３が設けられている。この電極３上には、シリコン酸化膜（ＳｉＯ２膜）等からなる絶縁層４が設けられている。
【００１４】
絶縁層４の上部には、アクチュエータ構造体５が配置されている。アクチュエータ構造体５はシリコン基板６を有し、このシリコン基板６には凹部７が形成されている。シリコン基板６には、導電層８を介して片持ち梁９が固定されている。導電層８はチタンＴｉで形成され、片持ち梁９はＮｉ等の金属で形成されている。片持ち梁９は、電極３と対向するように配置された状態で、その基端側部分が絶縁層４上に載置されている。片持ち梁９の先端側部分は、シリコン基板６に形成された凹部７内に入り込むように反っている。片持ち梁９の先端部には、光路上を通る光信号を所定方向に反射させるミラー１０が固定されている。このミラー１０は、片持ち梁９と同様にＮｉ等で形成されている。導電層８の表面における片持ち梁９に接していない部分には、チタン酸化膜（ＴｉＯ２膜）が形成されている。
【００１５】
電極３と片持ち梁９とは、電圧源１１を介して接続されている。そして、この電圧源１１により電極３と片持ち梁９との間に所定の電圧を印加することで、両者間に静電気力を発生させて片持ち梁９の先端側部分を電極３に引き寄せ、ミラー１０を下方に動かす。
【００１６】
このような光スイッチ１において、初期状態では、片持ち梁９の先端側部分は上方に反っている。このとき、光スイッチ１はオン状態であり、入力された信号光は、そのままプラットホーム２に形成された光導波路（図示せず）を通って出力される。一方、電圧源１１により片持ち梁９と電極３との間に所定の電圧を印加すると、両者間に生じる静電気力によってミラー１０が下降する（図１の２点鎖線参照）。このとき、光スイッチ１はオフ状態であり、入力された信号光はミラー１０で反射される。
【００１７】
図２及び図３は、アクチュエータ構造体５の製造方法を示したものである。なお、図２は、部品を横から見たときの製造プロセスを示したものであり、図３は、部品を上から見たときの製造プロセスを示したものである。
【００１８】
各図において、まずシリコン基板６を用意し、スパッタ等によって、シリコン基板６の上面に導電層８を成膜する（図２（ａ）及び図３（ａ）参照）。なお、シリコン基板６の厚さは２ｍｍ程度であり、導電層８の厚さは１μｍ程度である。
【００１９】
続いて、例えばフォトリソグラフィー及び電気めっきによって、導電層８の上面に片持ち梁９を形成する（図２（ｂ）及び図３（ｂ）参照）。このとき、導電層８を電気めっきの電極（陰極）として使用する。なお、片持ち梁９の厚さは５μｍ程度である。
【００２０】
続いて、例えばＳＲ（シンクロトロン放射光）リソグラフィー及び電気めっきによって、片持ち梁９上にミラー１０を形成する（図２（ｃ）及び図３（ｃ）参照）。このとき、ミラー１０の光反射率を高めるべく、めっき等によりミラー１０の表面にＡｕ等の反射膜を形成するのが望ましい。
【００２１】
続いて、例えばフォトリソグラフィーによって、導電層８をパターンニングする（図２（ｄ）及び図３（ｄ）参照）。これにより、片持ち梁９の先端側部分の下側に存在する導電層８が除去される。
【００２２】
続いて、導電層８の表面（上面及び側面）にＴｉＯ２膜（不動態膜）８ａを形成する（図２（ｅ）及び図３（ｅ）参照）。導電層８の材料であるＴｉは、そのままではＸｅＦ２（２フッ化キセノン）でエッチングされるが、導電層８の表面にＴｉＯ２膜８ａを設けることで、導電層８がＸｅＦ２に対して不動態化されてエッチングされなくなる。
【００２３】
ＴｉＯ２膜８ａの形成処理は、図４に示すような処理装置１２を使用して行う。この処理装置１２は、本処理と、後続するシリコン基板６のエッチング処理（後述）とに使用されるものである。
【００２４】
処理装置１２は、図２（ｄ）及び図３（ｄ）に示す部品１３を収容するためのチャンバ１４を有し、このチャンバ１４には、チャンバ１４内を真空減圧するための真空ポンプ１５がバルブ１６を介して接続されている。また、チャンバ１４には、ＸｅＦ２ガス供給源１７及びＮ２ガス供給源１８がそれぞれバルブ１９，２０を介して接続されている。さらに、チャンバ１４には、Ｏ２ガス供給源２１がバルブ２２を介して接続されている。Ｏ２ガス供給源２１は、ＴｉＯ２膜８ａの形成処理においてのみ使用されるものである。
【００２５】
このような処理装置１２を用いて導電層８の表面にＴｉＯ２膜８ａを形成する処理手順を図５に示す。
【００２６】
同図において、まず部品１３をチャンバ１４内の支持台（図示せず）に置く。その状態で、バルブ２０を開き、Ｎ２ガス供給源１８の不活性窒素Ｎ２ガスをチャンバ１４内に導入する（手順５１）。続いて、バルブ１６を開き、真空ポンプ１５によりチャンバ１４内を所定の到達真空度まで真空引きする（手順５２）。続いて、バルブ１９を開き、ＸｅＦ２ガス供給源１７のＸｅＦ２ガスをチャンバ１４内に導入する（手順５３）。続いて、再び真空ポンプ１５によりチャンバ１４内を所定の到達真空度まで真空引きする（手順５４）。ＸｅＦ２ガスは、大気中の水素Ｈ成分と反応すると、有害なフッ酸を生成する。このため、上記のように、チャンバ１４内をＮ２ガスで置換し、真空引きを行い、その後ＸｅＦ２ガスをチャンバ１４内に入れるようにする。
【００２７】
このような手順５１〜５４により、導電層８の材料であるＴｉがＸｅＦ２と連続的に反応し、導電層８はエッチングされてしまう。しかし、ＸｅＦ２によってエッチングされた導電層８の表面部分にはフッ素Ｆ成分が存在するため、酸素Ｏ２成分の浸透性が高まる。
【００２８】
そこで、導電層８の表面部分が多少エッチングされるまで、手順５１〜５４を繰り返して行う（手順５５）。そして、導電層８が所定量だけエッチングされたときには、バルブ２２を開き、Ｏ２ガス供給源２１のＯ２ガスをチャンバ１４内に導入する（手順５６）。これにより、導電層８の表面には、フッ素Ｆ成分を含んだＴｉＯ２膜が形成されるようになる。上記の手順５１〜５６は、導電層８の表面に所望厚のＴｉＯ２膜が形成されるまで行われる（手順５７）。
【００２９】
なお、以上の処理において、ＸｅＦ２ガス、Ｎ２ガス、Ｏ２ガスの供給流量及び供給時間等は、ＴｉＯ２膜の成膜条件に応じて適宜設定される。また、ＸｅＦ２ガスの濃度やＸｅＦ２ガスの導入サイクル数を抑え、導電層８が完全にエッチングされていない状態で、導電層８を大気に開放させることによっても、導電層８の表面にＴｉＯ２膜を形成することができる。
【００３０】
また、特にＸｅＦ２ガスを用いなくても、ＴｉＯ２膜８ａの成膜は可能である。例えば、部品１３を空気中で熱酸化させる加熱処理、部品１３を収容したチャンバ内にプラズマを発生させ、その状態でチャンバ内に酸素を入れるプラズマ処理、部品１３を酸溶液等に浸漬させる薬品処理、酸化炉内に部品１３を入れる酸化炉処理等を用いてもよい。
【００３１】
以上のように導電層８の表面にＴｉＯ２膜８ａを形成した後、処理装置１２を用いてシリコン基板６を上面からエッチングする。これにより、シリコン基板６には、上面に開口し片持ち梁９が入り込むための凹部７が形成される（図２（ｆ）〜（ｈ）及び図３（ｆ）〜（ｈ）参照）。このようなエッチング処理手順を図６に示す。
【００３２】
同図において、図２（ｅ）及び図３（ｅ）に示す部品１３がチャンバ１４内の支持台（図示せず）上に載置された状態で、図５の手順５１〜５４と同様の処理を行う。即ち、Ｎ２ガス供給源１８のＮ２ガスをチャンバ１４内に導入し（手順６１）、真空ポンプ１５によりチャンバ１４内を真空引きする（手順６２）。続いて、ＸｅＦ２ガス供給源１７のＸｅＦ２ガスをチャンバ内１４に導入し（手順６３）、真空ポンプ１５によりチャンバ１４内を真空引きする（手順６４）。
【００３３】
これにより、シリコン基板６の材料であるＳｉがＸｅＦ２と反応して、シリコン基板６の表面がＳｉＦ（フッ化シリコン）として気体化され、シリコン基板６がエッチングされる。そして、シリコン基板６の深さ方向のエッチングと共に、シリコン基板６の水平方向のエッチング（サイドエッチング）が進んでいく。
【００３４】
このとき、導電層８の表面にはＴｉＯ２膜８ａが形成され不動態化されているため、ＸｅＦ２ガスによって導電層８が直接エッチングされることは無い。しかし、導電層８下のシリコン基板６がサイドエッチングされることで、ＸｅＦ２ガスが導電層８の下部に回り込み、導電層８が下面側からエッチングされる。これにより、導電層８下のシリコン基板６のサイドエッチングと一緒に、導電層８が片持ち梁９の基端側に除去されていく（図２（ｆ）〜（ｈ）及び図３（ｆ）〜（ｈ）参照）。
【００３５】
以上の手順６１〜６４は、シリコン基板６が所定量だけエッチングされるまで、繰り返し行われる（手順６５）。なお、ＸｅＦ２ガス、Ｎ２ガスの供給流量及び供給時間等は、エッチング条件に応じて適宜設定される。
【００３６】
ここで、比較例として、ＳｉＯ２膜で形成されたエッチングマスクを用いたアクチュエータ構造体の製造方法を図７に示す。
【００３７】
同図において、まずシリコン基板８１の上面に、エッチングマスクとなるＳｉＯ２膜８２をパターンニングする（図７（ａ）参照）。続いて、シリコン基板８１上に導電層８３を成膜する（図７（ｂ）参照）。続いて、導電層８３の上面に片持ち梁８４を形成し（図７（ｃ）参照）、この片持ち梁８４上にミラー８５を形成する（図７（ｄ）参照）。続いて、片持ち梁８４の先端側部分の下側に存在する導電層８３を除去する（図７（ｅ）参照）。
【００３８】
続いて、ＸｅＦ２ガスによってシリコン基板８１をエッチングする（図７（ｆ）参照）。このとき、ＳｉＯ２膜８２はＸｅＦ２ガスでエッチングされないため、シリコン基板８１のエッチング処理が終了した後も、ＳｉＯ２膜８２はそのまま残った状態となる（図７（ｇ）参照）。
【００３９】
ところで、ＳｉＯ２膜８２の熱膨張係数は、金属である片持ち梁８４及び導電層８３の熱膨張係数とは大きく異なる。このため、ＳｉＯ２膜８２をそのまま残しておくと、温度変化により片持ち梁８４が変形し、片持ち梁８４の反り量が変わってしまう。この場合には、温度によって片持ち梁８４の駆動条件が変わることになるため、片持ち梁８４の設計が困難になることがある。また、ＳｉＯ２膜８２がそのまま残っている状態で光スイッチを完成させた場合には、片持ち梁８４を駆動させたときに、片持ち梁８４と一緒にＳｉＯ２膜８２が大きく動かされるため、光スイッチの動作に支障をきたす可能性がある。
【００４０】
そのような不具合を回避すべく、エッチング処理の終了後に、ウェットエッチングによってＳｉＯ２膜８２の一部分を除去する（図７（ｈ）参照）。しかし、この場合には、エッチング液を蒸発させる際に、エッチング液の表面張力によって片持ち梁８４がシリコン基板８１のエッチング面に張り付いてしまい、片持ち梁８４をシリコン基板８１から離すのに多くの手間を要することがある。
【００４１】
これに対し本実施形態では、導電層８の表面にＴｉＯ２膜（不動態膜）８ａを形成し、導電層８がＸｅＦ２ガスによって直接エッチングされることが無いようにしたので、エッチングマスクとしてＳｉＯ２膜をシリコン基板６上に成膜する必要がない。このため、シリコン基板６のエッチング処理が終了した後に、ウェットエッチングを行わずに済むので、片持ち梁９がシリコン基板６の凹部７の底面に張り付くことがなく、片持ち梁９をシリコン基板６から離す手間が省ける。また、ＸｅＦ２ガスによるシリコン基板６のサイドエッチングと一緒に、導電層８が片持ち梁９の基端方向に除去されるため、シリコン基板６のエッチング処理が終了した後に、別途導電層８の一部の除去を行う必要もない。以上により、アクチュエータ構造体５の製造プロセスが簡略化され、製造コストを削減することができる。
【００４２】
また、導電層８と片持ち梁９は金属同士であり、両者の熱膨張係数は近く、しかも片持ち梁９の根元側部分と接触する導電層８は、上記のようにシリコン基板６のサイドエッチングに伴って一部除去されるため、温度変化による片持ち梁９の変形はほとんど無く、片持ち梁９の反り量はほぼ一定になる。また、そのように導電層８が一部除去されるので、光スイッチ１を実際に使用する際に、導電層８が片持ち梁９と一緒に大きく動かされることは無く、これにより光スイッチ１の動作に支障をきたすことが防止される。
【００４３】
なお、本発明は、上記実施形態に限定されるものではない。例えば、上記実施形態は、Ｔｉで形成された導電層の表面に不動態膜を成膜するものであるが、導電層の材料としては、ＸｅＦ２ガスでエッチングされると共にＸｅＦ２ガスに対して不動態化するものであれば、特にＴｉに限らず、例えばＣｒ等でも良い。また、導電層の表面に形成する不動態膜は、特に酸化膜に限らず、窒化膜等であっても良い。
【００４４】
また、本発明は、上述したような光スイッチの構成部品に限らず、上面に開口した凹部を有する基板の上部に金属体が設けられた微細構造体に係るものであれば、適用可能である。
【００４５】
【発明の効果】
本発明によれば、基板の上面に、ＸｅＦ２ガスに対して不動態化可能な金属からなる導電層を形成し、この導電層の上面に金属体を形成した後、導電層の表面に不動態膜を形成することにより、導電層をＸｅＦ２ガスに対して不動態化させ、その後ＸｅＦ２ガスによって基板をエッチングするようにしたので、微細構造体の製造プロセスの簡略化を図りつつ、温度変化等に起因した金属体の変形を抑えることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る微細構造体の一実施形態を含む光スイッチを示す垂直方向断面図である。
【図２】図１に示すアクチュエータ構造体の製造方法を示す図であり、部品を横から見たときの製造プロセスを示したものである。
【図３】図１に示すアクチュエータ構造体の製造方法を示す図であり、部品を上から見たときの製造プロセスを示したものである。
【図４】図２（ｅ）〜（ｈ）及び図３（ｅ）〜（ｈ）に示す処理に使用される処理装置の概略構成図である。
【図５】図４に示す処理装置を使用して導電層の表面にＴｉＯ２膜を形成する処理の手順を示すフローチャートである。
【図６】図４に示す処理装置を使用してシリコン基板をエッチングする処理の手順を示すフローチャートである。
【図７】比較例として、ＳｉＯ２膜で形成されたエッチングマスクを用いてアクチュエータ構造体を製造する方法を示す図である。
【符号の説明】
５…アクチュエータ構造体（微細構造体）、６…シリコン基板、７…凹部、８…導電層、８ａ…チタン酸化膜（不動態膜）、９…片持ち梁（金属体）、１２…処理装置、１７…ＸｅＦ２ガス供給源、１８…Ｎ２ガス供給源、２１…Ｏ２ガス供給源。
【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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