(57)【要約】【課題】  マスクである板状構造体パターンの角度を半導体基板ウエハの（１１１）面に対して簡単且つ正確に位置決め可能とする。【解決手段】  半導体基板ウエハをウエットエッチングし、半導体基板ウエハの主表面に対して略垂直な（１１１）面を側面とする板状構造体を形成する半導体構造製造方法である。半導体基板ウエハのオリフラ面を（１１１）面とし、当該オリフラ面を基準としてこれと平行になるようにウエットエッチングのマスクを位置合わせ形成し、板状構造体を形成する。あるいは、半導体基板ウエハ上の少なくとも２カ所に（１１１）面検出用パターンを設け、（１１１）面検出後、（１１１）面に一致する（１１１）面検出パターンを位置合わせ基準とする。形成された板状構造体は、光スイッチングデバイスにおいて、ミラーとして用いる。【選択図】  図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体基板ウエハをウエットエッチングし、半導体基板ウエハの主表面に対して略垂直な（１１１）面を側面とする板状構造体を形成する半導体構造製造方法において、
前記半導体基板ウエハのオリフラ面を、前記板状構造体の長手方向における側面の面方位となる（１１１）面とし、当該オリフラ面に平行な前記板状構造体を形成することを特徴とする半導体構造製造方法。
【請求項２】
前記半導体基板がシリコン基板であることを特徴とする請求項１に記載の半導体構造製造方法。
【請求項３】
半導体基板ウエハをウエットエッチングし、前記半導体基板ウエハの主表面に対して略垂直な（１１１）面を側面とする板状構造体を形成する半導体構造製造方法において、
前記半導体基板ウエハ上の少なくとも２カ所に、前記板状構造体の長手方向における側面の面方位となる（１１１）面を検出するための（１１１）面検出用パターンを設け、前記板状構造体の長手方向における側面の面方位となる（１１１）面を検出した後、当該（１１１）面に一致する（１１１）面検出パターンと平行な前記板状構造体を形成することを特徴とする半導体構造製造方法。
【請求項４】
前記半導体基板がシリコン基板であることを特徴とする請求項３に記載の半導体構造製造方法。
【請求項５】
前記（１１１）面検出用パターンを、前記半導体基板ウエハの中心を通る直線の一部と一致するように形成することを特徴とする請求項３に記載の半導体構造製造方法。
【請求項６】
前記（１１１）面検出用パターンを、前記半導体基板ウエハの中心を通る複数の直線の一部と一致するように複数形成することを特徴とする請求項３記に載の半導体構造製造方法。
【請求項７】
前記半導体基板ウエハのオリフラ面を（１１１）面とすることを特徴とする請求項３に記載の半導体構造製造方法。
【請求項８】
請求項１〜請求項７の何れかに記載の半導体構造製造方法により製造された板状構造体をミラーとする光スイッチングデバイス。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、シリコン基板の主表面に対して非常に高い垂直性を有するＳｉ面方位（１１１）を側面に持つ板状構造体を半導体プロセスにより容易に作製し得る半導体構造製造方法に関するものであり、さらには、前記半導体構造製造方法により作製された板状構造体をミラーとする光スイッチングデバイスに関する。
【背景技術】
【０００２】
近年のインターネットの高速化に伴って、光通信システムの普及が急速に進み、光信号を光のまま処理することができる光スイッチングデバイスに関する研究開発が各方面で行われている。この光スイッチングデバイスとしては、これまでに様々な種類のものが提案されているが、そのうちの一つとして、光ファイバの光路にマイクロマシニング技術によって形成した例えば板状構造のミラーを配し、これを垂直方向に出し入れすることによってオン・オフを切り替える方式の光スイッチングデバイスが知られている。
【０００３】
このような光スイッチングデバイスを作成するに際して、ミラーとなる板状構造体を精度良く、しかも簡単に形成することが望まれている。半導体の加工方法としては、シリコンの面方位によってエッチング速度が大きく変化する現象を利用した異方性エッチングが知られており、その１つとしてウエットエッチングがある。この手法を利用すれば、シリコン（１１０）基板に対して、（１１１）面を側面とする垂直性の高い溝構造を得ることができ、シリコン基板上に微細な板状構造体を容易に形成することができるものと考えられる。
【０００４】
ウエットエッチングによる（１１１）面板状構造体の製造方法について説明すると、（１１１）面板状構造体を形成するには、シリコン基板上にフォトリソグラフィ等によってＳｉＯ２やＳｉＮｘ等をパターニングしてマスクを形成し、ＫＯＨ、ＮａＯＨ等の無機系アルカリ溶液や、エチレンジアミン・ピロカテコール（ＥＤＰ）、ヒドラジン、水酸化テトラメチルアンモニウム（ＴＭＡＨ）：（ＣＨ３）４ＮＯＨ等の有機系アルカリ溶液等によってウエットエッチングする。
【０００５】
このとき、例えばエッチング面が（１１０）面のシリコン基板を用いれば、（１００）面や（１１０）面の約１／１００以下のエッチングレートの（１１１）面が側面となり、垂直な側壁を有する高アスペクト比な略平行四辺形のウエットエッチング開口部が容易に形成される。
【０００６】
その他、板状構造を有するマイクロミラーを製造する方法としては、例えばシリコン基板に対して異方性ウエットエッチングをすることによりミラー面を形成してマイクロミラーとするステップを備える方法も提案されている（例えば、特許文献１参照）。
【特許文献１】特開２０００−１２１９６７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
ところで、フォトリソ工程において、シリコン基板表面に板状構造体パターンを転写する場合、（１１１）面に合わせてマスクである板状構造体パターンの角度を正確に位置決めしなければならない。マスクである板状構造体パターンの角度精度は、ウエットエッチングにより形成される板状構造体側面の面精度や垂直性等、エッチング形状に大きく影響を及ぼす。
【０００８】
そこで、本発明は、上述した実情に鑑みて提案されたものであり、マスクである板状構造体パターンの角度を半導体基板ウエハの（１１１）面に対して簡単、且つ正確に位置決めすることができ、非常に高い垂直性を有する（１１１）面が正確に側面として形成された板状構造体を容易に形成することが可能な半導体構造製造方法を提供することを目的とする。また、本発明は、前述の方法により形成される板状構造体を用いて、小型、且つ高性能な光スイッチングデバイスを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上述の課題を解決するために、本発明の半導体構造製造方法は、半導体基板ウエハをウエットエッチングし、半導体基板ウエハの主表面に対して略垂直な（１１１）面を側面とする板状構造体を形成する半導体構造製造方法において、前記半導体基板ウエハのオリフラ面を、前記板状構造体の長手方向における側面の面方位となる（１１１）面とし、当該オリフラ面に平行な前記板状構造体を形成することを特徴とする。
【００１０】
板状構造体のウエットエッチングにおいて、マスク合わせ精度は側面のエッチング形状に大きく影響する。半導体基板ウエハのオリフラ面を（１１１）面とすれば、当該半導体基板ウエハにおける（１１１）面が容易に認識され、オリフラ面と平行になるようにマスクである構造体パターンを位置合わせ形成するだけで、構造体パターンの板状構造体の側面に相当するラインが（１１１）面と精度良く一致する。
【００１１】
また、本発明の半導体構造製造方法は、半導体基板ウエハをウエットエッチングし、前記半導体基板ウエハの主表面に対して略垂直な（１１１）面を側面とする板状構造体を形成する半導体構造製造方法において、前記半導体基板ウエハ上の少なくとも２カ所に、前記板状構造体の長手方向における側面の面方位となる（１１１）面を検出するための（１１１）面検出用パターンを設け、前記板状構造体の長手方向における側面の面方位となる（１１１）面を検出した後、当該（１１１）面に一致する（１１１）面検出パターンと平行な前記板状構造体を形成することを特徴とする。
【００１２】
この場合にも、（１１１）面検出パターンによって半導体基板ウエハにおける（１１１）面が容易に認識され、（１１１）面に一致する（１１１）面検出パターンと平行になるようにマスクである構造体パターンを位置合わせ形成するだけで、構造体パターンの板状構造体の側面に相当するラインが（１１１）面と精度良く一致する。
【００１３】
以上のように、いずれの場合にも、側面が精度良く（１１１）面とされた板状構造体の製造が可能である。したがって、これら方法で作製された板状構造体をミラーとして用いることで、高性能な光スイッチングデバイスが実現される。
【発明の効果】
【００１４】
本発明に係る半導体構造製造方法によれば、マスクである板状構造体パターンの角度を簡単、且つ正確に位置決めすることができ、非常に高い垂直性を有する（１１１）面が正確に側面として形成された板状構造体を容易に形成することが可能である。
【００１５】
また、本発明に係る光スイッチングデバイスによれば、上述の製造方法により作製される板状構造体をミラーとして用いているので、小型、且つ高性能な光スイッチングデバイスを提供することが可能である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
以下、本発明を適用した実施の形態について図面を参照して詳細に説明する。
【００１７】
［第１実施形態］
［第１実施形態に係る半導体構造製造方法］
この第１実施形態に係る半導体構造製造方法では、例えば光スイッチングデバイスにおいて光を反射する側面を有する板状構造体をシリコン基板上に形成する工程に適用される。この板状構造体は、全面がシリコン結晶体における（１１１）面にて構成されるものである。
【００１８】
本発明を適用した半導体構造製造方法により板状構造体を作製するには、先ず、図１（ａ）に上面図、及び（ｂ）に断面図に示すように、シリコンウエハ１０を半導体基板ウエハとして用意する。このシリコンウエハ１０には、その一部を切り落として平坦なオリフラ面１０ａを形成し、後述の各工程における角度合わせを容易なものとするが、このとき、オリフラ面１０ａがシリコンウエハ１０の（１１１）面と一致するように形成する。すなわち、後の工程を経ることにより形成される板状構造体の長手方向における側面となるべき（１１１）面と、オリフラ面１０ａとが平行関係となっている。
【００１９】
次に、図２（ａ）及び（ｂ）に示すように、このシリコンウエハ１０のほぼ全面に、ウエットエッチングのマスク材となる窒化膜１１を積層形成する。窒化膜１１の膜厚は、長時間のウエットエッチングを考慮すると、少なくとも１０００Å程度とすることが好ましい。
【００２０】
続いて、図３（ａ）及び（ｂ）に示すように、窒化膜１１上にレジスト１２を全面に形成し、フォトリソグラフィ技術によって窒化膜１１を板状構造体の形状に対応した形状にパターニングし、ウエットエッチングのマスクとなる板状構造体パターンを形成する。
【００２１】
以下、このフォトリソグラフィ技術による板状構造体パターンの形成について説明する。板状構造体パターンを形成するには、先ずレジスト１２を露光、現像して板状構造体の形状に対応するレジストパターン１２ａを形成する。図４（ａ）及び（ｂ）は、レジスト１２の露光工程を示すものであるが、露光工程においては、板状構造体の形状に対応して開口部（あるいは光透過部）１３ａが形成されたマスク乾板１３を用い、レジスト１２を露光する。
【００２２】
このとき、シリコンウエハ１０の（１１１）面と、板状構造体パターン１２ａ（すなわちマスク乾板１３に形成された開口部１３ａ）を平行に合わせる必要がある。ここでのマスク合わせ精度は、ウエットエッチングによる板状構造体作製時において、板状構造体側面のエッチング形状に大きく影響する。（１１１）面に対してマスクパターン（マスク乾板１３）に回転ズレが生ずると、エッチング形状に反映されて側面の面粗度や垂直性に劣化が生ずる。
【００２３】
本実施形態においては、シリコンウエハ１０のオリフラ面１０ａが板状構造体の長手方向における（１１１）面と一致するように形成されているので、当該オリフラ面１０ａを利用してマスク乾板１３の角度合わせ、位置合わせを行う。このように、オリフラ面１０ａが（１１１）面とされたシリコンウエハ１０を用いることにより、シリコンウエハ１０における（１１１）面を容易に認識することができ、マスク乾板１３の開口部１３ａとオリフラ面１０ａを平行にするだけで、マスク乾板１３の開口部１３ａに基づいて形成される板状構造体の側面が（１１１）面に一致する。
【００２４】
前記露光の後、図５（ａ）及び（ｂ）に示すように、現像によりレジスト１２の露光部分をレジストパターン１２ａとして窒化膜１１上に残す。そして、今度はこのレジストパターン１２ａをマスクとして窒化膜１１のエッチングを行い、
次に、図６（ａ）及び（ｂ）に示すように、窒化膜パターン１１ａを形成する。窒化膜１１のエッチングは、ドライエッチングにより行い、レジストパターン１２ａが形成されない部分の窒化膜１１を除去することにより、窒化膜パターン１１ａを形成する。
【００２５】
窒化膜パターン１１ａの形成の後、図７（ａ）及び（ｂ）に示すように、窒化膜パターン１１ａ上のレジストパターン１２ａを剥離し、最後に、図８（ａ）及び（ｂ）に示すように、窒化膜パターン１１ａをマスクとし、アルカリ水溶液によるウエットエッチングを行うことにより、板状構造体１５を形成する。
【００２６】
このような半導体構造製造方法では、基板として主面が（１１０）面のシリコンウエハ１０を用いているので、（１１０）面や（１００）面に対するエッチングレートよりも（１１１）面に対するエッチングレートが極めて小さくなり、その結果、図８（ａ）及び（ｂ）に示すように、窒化膜パターン１１ａに対応して、シリコンウエハ１０の主表面に垂直な（１１１）面を側面１４として有する板状構造体１５が形成される。
【００２７】
このとき、使用するエッチング液は、例えば濃度４０％の水酸化カリウム水溶液であり、溶液温度は７５℃である。ウエットエッチング溶液としては、他にＮａＯＨ等の無機系アルカリ溶液や、エチレンジアミン・ピロカテコール（ＥＤＰ）、ヒドラジン、水酸化テトラメチルアンモニウム（ＴＭＡＨ）：（ＣＨ３）４ＮＯＨ等の有機系アルカリ溶液等を用いることができる。
【００２８】
［第１実施形態の効果］
以上詳細に説明したように、第１実施形態に係る半導体構造製造方法によれば、シリコンウエハ１０に形成されたオリフラ面１０ａから、板状構造体１５の側面１４の面方位である（１１１）面を容易に認識することができ、マスク合わせ工程を容易に、且つ高精度に行うことができる。したがって、この半導体構造製造方法によれば、正確な（１１１）面を側面１４とした板状構造体１５の作製が可能である。
【００２９】
［第２実施形態］
先の第１の実施形態のように、オリフラ面が（１１１）面とされたシリコンウエハを使用し、オリフラ面を板状構造体の側面の面方位となる（１１１）面の基準とする場合、（１１１）面の位置精度は、シリコンウエハ作製時において、オリフラ面の機械加工精度に依存する。したがって、機械加工精度によっては、オリフラ面の加工位置に正確な（１１１）面から僅かながら角度バラツキが生ずる場合がある。このような場合には、オリフラ面だけを頼ってマスク合わせ工程における角度合わせや位置合わせを行うと、（１１１）面からのずれが生じ、正確な（１１１）面を長手方向における側面として有する板状構造体の作製が難しい。
【００３０】
これに対し、第２実施形態に係る半導体構造製造方法では、シリコンウエハ上の少なくとも２カ所に（１１１）面検出用パターンを設け、当該（１１１）面検出後、（１１１）面に一致する（１１１）面検出パターンと平行にマスク合わせ工程を行い、板状構造体を形成する。この（１１１）面検出用パターンは、略円形状の主面を有するシリコンウエハの中心を通る複数の直線の一部と一致するように複数形成され、この中から（１１１）面に一致する（１１１）面検出パターンを見出し、マスク合わせの基準とするように使用される。
【００３１】
図９は、シリコンウエハ１０への（１１１）面検出パターンの形成状態を示すものである。板状構造体のウエットエッチングのためのマスクとなる構造体パターン（レジストパターン１２ａや窒化膜パターン１１ａ）を露光、現像する前に、予め、オリフラ面１０ａを基準にして、角度を振った複数の（１１１）面検出パターン用マスクを露光、現像して形成し、これをマスクとしてシリコンウエハ１０の表面をウエットエッチングして複数の（１１１）面検出パターン２０を形成する。
【００３２】
ここでは、（１１１）面検出パターン２０として、角度の異なる５対の（１１１）面検出パターン２０ａ，２０ｂ，２０ｃ，２０ｄ，２０ｅ（以下、総称する場合には単に「（１１１）面検出パターン２０」と呼ぶ。）をシリコンウエハ１０の両サイドに放射状に形成した。これら（１１１）面検出パターン２０ａ，２０ｂ，２０ｃ，２０ｄ，２０ｅの角度ピッチは、板状構造体１５を作成するに際しての最小誤差範囲として認定される０．１度程度とすることが望ましい。また、（１１１）面検出パターン２０を形成するに際してのウエットエッチングの深さは、各々の（１１１）面検出パターン２０の変化の差異が明確となるように、最低でも１００μｍ以上とすることが望ましい。
【００３３】
このとき、シリコンウエハ１０の（１１１）面の角度と一致した（１１１）面検出パターン２０においては、（１１１）面のエッチングスピードが遅いため、サイドエッチング量が最も小さくなる。そこで、前記ウエットエッチングにより形成された（１１１）面検出パターン２０ａ，２０ｂ，２０ｃ，２０ｄ，２０ｅにおいて、各パターンのサイドエッチングを観察することにより、（１１１）面に一致する何れかのパターンを検出する。
【００３４】
前記検出により、例えば（１１１）面検出パターン２０ｃがシリコン（１１１）面（図中破線で示す）が一致することが検出された場合、図１０に示すように、（１１１）面検出パターン２０ｃを基準とし、マスク乾板１３の開口部１３ａがこれと平行になるように位置合わせを行い、レジストパターン１２ａや窒化膜パターン１１ａのパターニングを行い板状構造体のウエットエッチングを行う。
【００３５】
なお、ここでは（１１１）面と一致するオリフラ面１０ａを有するシリコンウエハ１０を例にして説明したが、例えばオリフラ面の無いシリコンウエハ等においても、（１１１）面検出パターンを利用することで、同様のマスク合わせが可能である。
【００３６】
このような第２実施形態の半導体構造製造方法によれば、機械加工精度等によりシリコンウエハ１０に形成されたオリフラ面１０ａが、板状構造体１５の側面１４の面方位となる（１１１）面から角度ズレを生じていた場合にも、板状構造体１５の（１１１）面を容易に、且つ正確に認識することができ、マスク合わせを容易に、且つ高精度に行うことができる。したがって、この半導体構造製造方法によれば、正確な（１１１）面を側面１４の面方位とした板状構造体の作製が可能である。
【００３７】
［光スイッチングデバイス］
本実施形態に係る光スイッチングデバイスは、Ｎ×Ｎ光スイッチングデバイスであり、上述の半導体構造製造方法によって形成される板状構造体１５を各光スイッチのミラーとして有するものである。
【００３８】
Ｎ×Ｎ光スイッチングデバイスは、図１１に示すように、半導体構造製造方法により作製した板状構造体１５をミラーとして備えたミラーユニット３１をマトリックス状に複数有するＮ×Ｎミラーユニット３０と、Ｎ×Ｎミラーユニット３０との光の入出力を行うための複数のファイバコリメータ４０から構成される。
【００３９】
市販のファイバコリメータ４０を使用した場合、ファイバコリメータ４０の最小直径が１ｍｍ程度であり、この程度までのミラーピッチで構成されるＮ×Ｎミラーユニット３０まで小型化することができる。また、Ｎ×Ｎミラーユニット３０の光の入出力を行うには、ファイバ先端をレンズ状に加工したレンズ付きファイバ等もあり、この場合には、ファイバ直径である２５０μｍ程度のピッチにまでミラー間隔を狭くすることができ、さらなる素子の小型化を図ることができる。
【００４０】
なお、入出力数であるＮ×Ｎは、必要に応じてマスクを書き換えるだけで容易に変更することができる上、Ｎ×Ｎミラーユニット３０を一体形成することによって、従来の光スイッチングデバイスで行われている１つ１つのミラーを順次調芯していくことなく、各々のミラーユニットを所望の形に配置することが可能である。
【００４１】
このような光スイッチングデバイスは、上述の半導体構造製造方法によって作製した板状構造体１５をミラーユニット３１のミラーとして用いる。これにより、Ｎ×Ｎミラーユニット３０が有する全てのミラーの側面は、結晶方位性を考慮した異方性エッチングにより同一方位面に作製されているので、従来の光スイッチングデバイスのように個々のミラーに対して光ファイバを順次調芯していく工程が不要となり、アラインメントを容易に行うことができる。
【００４２】
また、この光スイッチングデバイスは、板状構造体１５のサイドエッチング量を考慮せずにミラーを形成できるので、ミラーの形成に必要な領域が比較的小さくて済み、その結果、１枚の基板上に多数のミラーを配置することができるので、小型集積化を図ることができる。したがって、大規模な光スイッチングデバイスを実現することができる。
【００４３】
さらに、光スイッチングデバイスは、上述の半導体構造製造方法によって作製した垂直性の良い高アスペクト比な板状構造体１５をミラーユニット３１のミラーとして用いる。このように、全てのミラーユニット３１のミラーが結晶方位面を利用した異方性エッチングにより一括して形成されているため、ミラーユニット毎に寸法ばらつきがなく、優れた光学特性を実現することができる。
【００４４】
なお、上述の各実施形態は本発明の一例である。このため、本発明は、上述の実施形態に限定されることはなく、この実施形態以外の形態であっても、本発明に係る技術的思想を逸脱しない範囲であれば、設計等に応じて種々の変更が可能であることは勿論である。
【図面の簡単な説明】
【００４５】
【図１】本発明を適用した半導体構造製造方法における製造プロセスの一例を示すものであり、（ａ）は半導体基板の平面図、（ｂ）はその断面図である。
【図２】窒化膜形成工程を示すものであり、（ａ）は平面図、（ｂ）は断面図である。
【図３】レジスト形成工程を示すものであり、（ａ）は平面図、（ｂ）は断面図である。
【図４】レジスト露光工程を示すものであり、（ａ）は平面図、（ｂ）は断面図である。
【図５】レジスト現像工程を示すものであり、（ａ）は平面図、（ｂ）は断面図である。
【図６】窒化膜パターニング工程を示すものであり、（ａ）は平面図、（ｂ）は断面図である。
【図７】レジストパターン剥離工程を示すものであり、（ａ）は平面図、（ｂ）は断面図である。
【図８】ウエットエッチング工程を示すものであり、（ａ）は平面図、（ｂ）は断面図である。
【図９】シリコンウエハ上に形成される（１１１）面検出パターンを示す平面図である。
【図１０】（１１１）面検出パターンを利用したマスク合わせを示す平面図である。
【図１１】本発明を適用した光スイッチングデバイスの一例を示す平面図である。
【符号の説明】
【００４６】
１０  シリコン基板
１０ａ  オリフラ面
１１  窒化膜
１１ａ  窒化膜パターン
１２  レジスト
１２ａ  レジストパターン
１３  マスク乾板
１３ａ  開口部
１４  側面
１５  板状構造体
２０  （１１１）面検出パターン
３０  Ｎ×Ｎミラーユニット
３１  ミラーユニット
４０  ファイバコリメータ
【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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