(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１材料の表皮層（１６）を含む基板（１０）から第１材料製の部品（２４）をエッチングで製造する方法において、
（Ａ）  第１材料の表皮層（１６）の表面上に、第２材料の均一な表皮層（１８）を形成するステップと、
前記第２材料は、第１材料の選択的エッチングに対し耐性があり、
（Ｂ）  前記第２材料の表皮層（１８）の周囲に、第２材料のビード（４４）を形成するステップと、
（Ｃ）  前記第２材料の表皮層（１８）とビード（４４）を、標準の光リソグラフ・プロセスにより構造化するステップと、
前記光リソグラフ・プロセスは、前記第２材料の表皮層（１８）はその全体厚さにわたって十分エッチングするが、前記ビード（４４）はその全体厚さにわたって十分にはエッチングせず、かくして、前記第１材料の表皮層（１６）まで伸びる第２材料の酸化物マスク（２０）を形成し、
（Ｄ）  前記第１材料の部品（２４）を、前記第２材料の酸化物マスク（２０）を介して、方向性エッチングにより、切り出すステップと
を有する
ことを特徴とする部品の製造方法。
【請求項２】
前記第１材料は、シリコンである
ことを特徴とする請求項１記載の部品の製造方法。
【請求項３】
前記第２材料は、酸化物である
ことを特徴とする請求項１または２記載の部品の製造方法。
【請求項４】
前記第２材料の表皮層（１８）は、前記第１材料の表皮層（１６）の表面に、前記第１材料の表皮層（１６）を完全に酸化する方法で、形成する
ことを特徴とする請求項２または３記載の部品の製造方法。
【請求項５】
前記酸化する方法は、熱的方法である
ことを特徴とする請求項４記載の部品の製造方法。
【請求項６】
前記第２材料の表皮層（１８）の周囲の酸化物ビード（４４）は、前記第１材料の表皮層（１６）の周囲の選択的酸化方法により、形成される
ことを特徴とする請求項４または５記載の部品の製造方法。
【請求項７】
前記第１材料の表皮層（１６）の周囲の選択的酸化方法は、
マスク（４２）を前記第２材料の表皮層（１８）の中央領域に形成するステップと、
その後に行われる熱酸化ステップと
を有し、
前記マスク（４２）は、熱酸化に対し耐性を有する
ことを特徴とする請求項６記載の部品の製造方法。
【請求項８】
前記マスク（４２）は、
窒化物層（４０）を前記第２材料の表皮層（１８）の上に堆積し、
その後、前記窒化物層（４０）の周囲を除去するために、前記窒化物層（４０）を構造化して、形成される
ことを特徴とする請求項７記載の部品の製造方法。
【請求項９】
前記第１材料製の部品（２４）は、プラズマ補助エッチング方法により切り出される
ことを特徴とする請求項２−８のいずれかに記載の部品の製造方法。
【請求項１０】
前記第１材料製の部品（２４）を、前記基板（１０）から分離するステップ
をさらに有する
ことを特徴とする請求項１−９のいずれかに記載の部品の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、微細加工技術の分野に関し、特に半導体製造業界に適用可能なシリコンあるいは他の材料から形成される機械部品あるいは微細機械部品の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
当業者には、シリコン製の機械部品あるいは微細機械部品は公知である。これらは、例えば時計の部品である。その一例は、歯車、指針、テンプ・バネ、レバーあるいは他の平坦な部品である。これらの部品は、興味ある機械的特性（例、良好な耐摩耗性あるいは低摩擦係数）を有する。これらの部品は、シリコン・ウエハからなるシリコン・オン・インシュレータ型の基板から形成され、例えば酸化物層あるいはサファイア層のような埋設された絶縁性基板と、数十から数百μｍの厚さの表皮シリコン層とから形成される。この製造方法は、集積回路業界用に開発されたプロセスを実行するいくつかのステップからなる。これらのプロセスは、複雑な表面形状を有する部品を製造するが、その精度は打ち抜き加工の精度よりも遙かに高い。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
図１に、「シリコン・オン・インシュレータ」型の表皮シリコン層を有する基板から、シリコン製の機械部品を作る主要なステップを示す。同図は見やすくするため、実際のスケール通りには描いていない。
【０００４】
図１ａにおいて、シリコン・ウエハ１２と、埋め込み酸化物層１４と、表皮シリコン層１６とから形成される基板１０の表面全体を酸化させる。かくして、表皮酸化物層１８が、表皮シリコン層１６の全体にわたって均一厚さ１μｍで得られる。この酸化方法は、ウェットあるいはドライの熱処理方法である。変形例としては、この酸化は、物理化学型の堆積、例えばプラズマ強化気相成長でも得られる。
【０００５】
図１ｂにおいて、表皮酸化物層１８が光リソグラフ技術により構造化されて、酸化物マスク２０を形成する。この構造化ステップは、感光性のあるレジンの層を形成する第１サブステップと、レジンを紫外線に局部的にさらす第２サブステップと、レジンを硬化する第３サブステップと、レジンをディベロップする第４サブステップと、レジンのマスクを通してウェット・プロセスあるいはドライ・プロセスにより酸化物をエッチングする第５サブステップと、レジンを洗い落とす第６サブステップとからなる。これらのサブステップの全ては、従来公知であり、詳細な説明は割愛する。
【０００６】
レジン層を形成するサブステップは、表皮酸化物層１８の周囲上のレジンを除去する操作で終了する。この操作は、特に基板１０のエッジに向けて、溶剤を幅２−５ｍｍにわたって吹きかけることにより行われる。これは、エッチング用に表皮酸化物層１８の周囲を露出し、エッチングの終了時に表皮シリコン層１６の周囲を取り去る効果を有する。かくして基板１０は、酸化物マスク２０が形成された後、酸化物でカバーされた中央ゾーン２１と、シリコンが除去された周辺ゾーン２２とを有する。
【０００７】
レジンを基板の周囲から除去するプロセスは、集積回路製造分野では公知である。この目的は、このゾーンから全ての堆積層を除去して、様々な層の積層からなるエッジ・ビード（edge bead）の形成を阻止することである。この種のビードは、ピーリング、短絡、あるいは基板の把持と保持の問題を引き起こす。
【０００８】
レジンを基板の周囲から除去するプロセスは、機械部品の製造では必ずしも必要ではない。実際に、いくつかの製造ステップは、このケースの場合は、ビードの形成を減らすかあるいは無くす。しかし、レジン除去プロセスは、以下の理由から簡単には省く訳にはいかない。シリコン製機械部品は、通常集積回路の製造ラインで製造される。ここで使用される方法は、集積回路の製造に適したものであり、機械部品のバッチを処理する為に、この方法を変更することは、時間もかかり製造コストが上がる。さらに、基板の周囲にレジンが存在することにより、深刻な汚染の問題が発生する。実際に基板を把持する装置と基板の周囲との間の接触が起こる。基板の周囲がレジンでカバーされていると、把持装置にレジンが付着することによりレジンが徐々に溜まって、最終的にレジンがはげ落ち、基板上のいたるところに溜まる。レジンで汚染された部品は、欠陥品であり、取り除かなければならない。これらの理由で、レジン除去操作は、レジンの層形成の終了時には必須事項であり、特に一群の機械部品に対しても集積回路に対しても、必須事項である。
【０００９】
図１ｃにおいて、表皮シリコン層１６は、酸化物マスク２０を介して、埋め込み酸化物層１４まで、エッチングされ、シリコン製機械部品２４を形成する。表皮シリコン層１６は、上面２６と、側面２８と、底面３０とを有する。この製造段階において、上面２６と底面３０は、それぞれ表皮酸化物層１８と埋め込み酸化物層１４に付着している。
【００１０】
表皮シリコン層１６をエッチングするのに用いられるエッチング方法は、非常に選択的である。すなわち、シリコンを強くエッチングし、酸化物を弱くエッチングする。その結果、シリコン部品の区画が最適となる。これは高度に異方性でもある、すなわち表皮シリコン層１６を、基板１０の面に直交する方向にエッチングするが、基板１０の面に平行する方向にはエッチングしない。異方性エッチングは、上面２６と底面３０に直交するシリコン製機械部品２４の側面２８を形成するのに不可欠である。
【００１１】
選択性があり異方性のあるエッチング方法は、一般的に物理化学型である。反応性イオン・エッチングが最も頻繁に使用される。これは、プラズマの助けを借りた気相エッチングである。このガスは、通常フッ化ガス例えばＳＦ６、ＣＦ４、ＣＨＦ３である。プラズマの効果は、反応種を作り出し、それを基板１０の直交する方向に加速させることである。図１ｃにおいて、プラズマは、基板１０に直交する方向の矢印で示される。
【００１２】
標準の機械部品の製造方法においては、除去された周辺ゾーン２２は、エッチングの全部にわたってプラズマ照射３１に曝される。この周辺ゾーン２２は、プラズマ照射３１に対向して酸化物でカバーされた中央ゾーン２１に対し化学的な不連続性を形成する。プラズマ照射３１のこの不連続性が、中央ゾーン２１と酸化物マスク２０との間の遷移領域近傍で作り出される。この局部的な不連続性の影響は、周辺ゾーン２２の近傍でエッチングと干渉すること、特にその異方性特性と干渉する（損なう）ことである。周辺ゾーン２２近傍に配置されたシリコン製機械部品２４は、上面２６と底面３０と直交せず斜めになっている側面２８を有する。この側面２８は、リセスが形成されるかあるいは開いており、これらの機械部品は廃棄しなければならない。その理由は、これらの機械部品は途中で摩耗し易く、且つ非均一的に摩耗し易いからである。最終的にこの摩耗は、機械部品の破損の原因となる。
【００１３】
図１ｄにおいて、表皮酸化物層１８と埋め込み酸化物層１４が、ウェット手段、通常高濃度のフッ化水素酸の浴内でエッチングされる。かくして、シリコン製機械部品２４が基板１０から切り離される。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
上記のシリコン製機械部品の製造方法は、現在最新のものである。しかし、これは周辺部品は、サイズとその部品によっては全数の１０−３０％の割合で、規格外としてはねられる。本発明の目的は、この廃棄の問題を簡単且つ効率的に解決することである。より具体的には、本発明は、第１材料の表皮層を含む基板から第１材料製の部品をエッチングで製造する方法において、
（Ａ）  第１材料の表皮層の表面上に、第２材料の均一な表皮層を形成するステップと、
前記第２材料は、第１材料の選択的エッチングに耐性があり、
（Ｂ）  前記第２材料の表皮層の周囲に第２材料のビードを形成するステップと、
（Ｃ）  前記第２材料の表皮層とビードを、標準の光リソグラフ・プロセスにより構造化するステップと、
この光リソグラフ・プロセスは、前記第２材料の表皮層はその全体厚さにわたって十分にエッチングするが、前記ビードはその全体厚さにわたって十分にはエッチングせず、かくして、前記第１材料の表皮層まで伸びる第２材料の酸化物マスクを形成し、
（Ｄ）  第１材料の部品を、前記第２材料の酸化物マスクを介して、方向性エッチングにより、切り出すステップと
を有する。
【００１５】
基板のエッジに第２材料のビードを形成するステップがあるために、この第２材料のマスクは、第１材料の表皮層の周辺まで伸び、その結果、プラズマ照射の不連続性が取り除かれる。
【実施例】
【００１６】
図２は、本発明のシリコン製機械部品を製造する方法のステップを表す。図１と同様に、図２もスケール通りには描いていない。
【００１７】
図２ａにおいて、シリコン・ウエハ１２と、埋め込み酸化物層１４と、表面シリコン層１６から形成される基板１０がその表面全体を酸化される。するとほぼ均一の表皮酸化物層１８が表皮シリコン層１６の全面上に形成され、その厚さは１μｍである。このステップは、図１ａの従来方法の第１ステップと変わらない。
【００１８】
図２ｂにおいて、厚さ０．２μｍの窒化物層４０が表皮酸化物層１８の上全体に堆積される。ここで使用される方法は、低圧気相成長法である。変形例として、プラズマ強化気相成長法も用いることができる。
【００１９】
図２ｃにおいて、窒化物層４０が構造化されて、基板１０の中央ゾーン２１全体に伸びる窒化物マスク４２を形成するが、周辺ゾーン２２は露出したままである。
【００２０】
この構造化ステップは、感光性レジンの層を形成する第１サブステップと、このレジンを紫外線照射にさらす第２サブステップと、レジンを硬化する第３サブステップと、かくして形成されたレジン・マスクを介してウェット方法またはドライ方法で窒化物をエッチングする第４サブステップと、レジンを洗い落とす第５サブステップとからなる。
【００２１】
これらのサブステップの全ては、従来公知であり、その詳細な説明は割愛する。感光性レジン層を形成するサブステップは、従来ではレジンを窒化物層４０の周囲から除去する操作で終了する。
【００２２】
図２ｄにおいて、かくして、表皮酸化物層１８と窒化物マスク４２でカバーされた基板１０が酸化処理される。この酸化処理は選択的に行われる。すなわち、周辺ゾーン２２では酸化が行われ、中央ゾーン２１では行われない。これは、窒化物マスク４２が存在するためであり、この窒化物マスク４２が表皮酸化物層１８をカバーする場所での酸化反応を阻止する。この酸化プロセスは、加熱型であり、好ましくはウェット型である。このプロセスは、厚さ２−３μｍの酸化物ビード４４を形成させる。これは、表皮酸化物層１８の本来の厚さの２倍から３倍である。３−８μｍの厚さでもよい。
【００２３】
図２ｅにおいて、窒化物マスク４２は、化学手段、通常正オルト燐酸（orthophosphoric）で除去される。基板１０は、この段階では、表皮酸化物層１８と酸化物ビード４４にカバーされている。
【００２４】
図２ｆにおいて、表皮酸化物層１８が光リソグラフ技術により構造化され、酸化物マスク２０を形成する。このステップは、図１ｂの従来技術の構造化ステップと類似し、同一のサブステップを含む。
【００２５】
標準の方法と同様に、レジン層のサブステップは、レジンを、表皮酸化物層１８の周囲からすなわち酸化物ビード４４から除去するプロセスで終了する。これは、埋め込み酸化物層１４を酸化物エッチングに曝す。しかし、ビードの厚さとエッチング時間の長さは、エッチングの終了時に表皮酸化物層がその全体厚さにわたってエッチングされ、酸化物ビード４４が除去されないが、最初の厚さの１／３程度まで薄くされるように行われる。表皮酸化物層１８の２倍から３倍の厚さを有する酸化物ビード４４に対するエッチング時間の長さは、表皮酸化物層１８の最小エッチング時間の１−２倍である。かくして、表皮酸化物層１８の構造化ステップの終了時においては、基板１０は、酸化物によりほぼカバーされた中央ゾーン２１と、酸化物により完全にカバーされた周辺ゾーン２２とを有する。この為中央ゾーン２１と周辺ゾーン２２との間の不連続は存在しない。
【００２６】
図２ｇにおいて、表皮シリコン層１６は、酸化物マスク２０を介して埋め込み酸化物層１４までエッチングされ、シリコン製機械部品２４を切り出す。この表皮シリコン層１６は、上面２６と側面２８と底面３０とを有する。このエッチング方法は、従来の製造方法と類似する。
【００２７】
標準の機械部品製造方法の状況とは異なり、周辺ゾーン２２は、中央ゾーン２１のようにプラズマ・エッチングにさらされるが、酸化物層によりカバーされている。周辺ゾーン２２と中央ゾーン２１との間に化学的な連続性が存在する。従ってプラズマは、プラズマ照射にさらされる面全体にわたって均一であり、エッチングにおける干渉は観測されない。その結果、周辺ゾーン２２に隣り合う部分は均一である。すなわち、側面２８は上面２６と底面３０に直交する。部品の形状に関連する廃棄（不合格品）は存在しない。
【００２８】
図２ｈにおいて、表皮酸化物層１８と埋め込み酸化物層１４が、ウェット手段、通常高濃度フッ化水素酸浴内でエッチングされる。かくして、シリコン製機械部品２４は切り離される。
【００２９】
かくして、本発明のシリコン・インシュレータ型の基板からシリコン製機械部品を製造する方法を説明した。上記した酸化物層の形成と堆積方法とエッチング方法は、単なる一実施例であり、様々な変形例が当業者には考えられる。
【００３０】
本発明の方法は、シリコン以外の様々な材料に適用可能である。本発明の方法は、大幅な変更なく、他の半導体材料例えばゲルマニウムにも適用可能である。さらに、水晶ＳｉＯ２にも適用可能であり、このような場合、ある程度の変更が必要である。実際に水晶は酸化させることができず、従って表皮酸化物層１８は別の材料で置換し、水晶のエッチング・ステップに対抗するために、別の方法で置換しなければならない。この材料は例えば窒化物あるいはポリシリコンである。表皮層は、表皮の水晶層を変質する方法以外の堆積方法、例えば酸化方法で形成できる。酸化物ビード４４は、窒化物層の周囲での選択的堆積により得られる。本発明のエッチング方法は、窒化物またはポリシリコンに対し水晶を選択的にエッチングできる化学薬品を使用する。
【００３１】
以上の説明は、本発明の一実施例に関するもので、この技術分野の当業者であれば、本発明の種々の変形例を考え得るが、それらはいずれも本発明の技術的範囲に包含される。特許請求の範囲の構成要素の後に記載した括弧内の番号は、図面の部品番号に対応し、発明の容易なる理解の為に付したものであり、発明を限定的に解釈するために用いてはならない。また、同一番号でも明細書と特許請求の範囲の部品名は必ずしも同一ではない。これは上記した理由による。
【図面の簡単な説明】
【００３２】
【図１ａ】従来技術のシリコン製微細機械部品を製造する方法のステップを表す図。
【図１ｂ】従来技術のシリコン製微細機械部品を製造する方法のステップを表す図。
【図１ｃ】従来技術のシリコン製微細機械部品を製造する方法のステップを表す図。
【図１ｄ】従来技術のシリコン製微細機械部品を製造する方法のステップを表す図。
【図２ａ】本発明のシリコン製微細機械部品を製造する方法のステップを表す図。
【図２ｂ】本発明のシリコン製微細機械部品を製造する方法のステップを表す図。
【図２ｃ】本発明のシリコン製微細機械部品を製造する方法のステップを表す図。
【図２ｄ】本発明のシリコン製微細機械部品を製造する方法のステップを表す図。
【図２ｅ】本発明のシリコン製微細機械部品を製造する方法のステップを表す図。
【図２ｆ】本発明のシリコン製微細機械部品を製造する方法のステップを表す図。
【図２ｇ】本発明のシリコン製微細機械部品を製造する方法のステップを表す図。
【図２ｈ】本発明のシリコン製微細機械部品を製造する方法のステップを表す図。
【符号の説明】
【００３３】
１０  基板
１２  シリコン・ウエハ
１４  埋め込み酸化物層
１６  表皮シリコン層
１８  表皮酸化物層
２０  酸化物マスク
２１  中央ゾーン
２２  周辺ゾーン
２４  シリコン製機械部品
２６  底面
２８  側面
３０  底面
３１  プラズマ照射
４０  窒化物層
４２  窒化物マスク
４４  酸化物ビード
【図１ａ】
0005294733.tif 000002
【図１ｂ】
0005294733.tif 000003
【図１ｃ】
0005294733.tif 000004
【図１ｄ】
0005294733.tif 000005
【図２ａ】
0005294733.tif 000006
【図２ｂ】
0005294733.tif 000007
【図２ｃ】
0005294733.tif 000008
【図２ｄ】
0005294733.tif 000009
【図２ｅ】
0005294733.tif 000010
【図２ｆ】
0005294733.tif 000011
【図２ｇ】
0005294733.tif 000012
【図２ｈ】
0005294733.tif 000013