(57)【要約】【課題】用途に応じた所望の特性を有する微細構造体を作り分ける。【解決手段】ＣＭＵＴ１０の上部電極１４を、タングステン（Ｗ）からなる第１電極部１４Ａとアルミニウム（Ａｌ）からなる第２電極部１４Ｂとから構成し、第１電極部１４Ａと第２電極部１４Ｂとの構成比率を調整して、上部電極１４の物性値を調整する。上部電極１４の物性値を調整することにより、上部電極１４の形状およびサイズを変えることなく、ＣＭＵＴ１０の共振周波数を変える。【選択図】図１
2017226036.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
可動部および前記可動部を支持する支持部を備える構造体を形成するデバイス製造方法であって、
（ａ）第１材料からなる構成部分を有する前記可動部を形成する工程、
（ｂ）前記構成部分の第１部分を除去する工程、
（ｃ）前記（ｂ）工程の後、前記第１部分に第２材料を堆積する工程、
を有し、
前記第１材料の第１物性値と前記第２材料の第２物性値とは互いに異なる、デバイス製造方法。
【請求項２】
請求項１記載のデバイス製造方法において、
前記第１材料および前記第２材料はそれぞれ、アルミニウム、タングステン、白金、金またはタンタルのうちの１つである、デバイス製造方法。
【請求項３】
請求項１記載のデバイス製造方法において、
前記第１材料および前記第２材料はそれぞれ、窒化物または酸化物のうちの１つである、デバイス製造方法。
【請求項４】
請求項１記載のデバイス製造方法において、
前記第１物性値および前記第２物性値はそれぞれ、ヤング率、密度または応力のうちの少なくとも１つである、デバイス製造方法。
【請求項５】
請求項１記載のデバイス製造方法において、
前記（ｂ）工程では、前記第１部分にイオンビームを照射して、前記第１部分を除去する、デバイス製造方法。
【請求項６】
請求項１記載のデバイス製造方法において、
前記（ｃ）工程では、前記第１部分にイオンビームを照射するとともに原料ガスを導入して、前記第１部分に前記第２材料を堆積する、デバイス製造方法。
【請求項７】
請求項６記載のデバイス製造方法において、
前記第１材料は、アルミニウムであり、
前記第２材料は、タングステンであり、
前記原料ガスは、Ｗ（ＣＯ）６を含むガスである、デバイス製造方法。
【請求項８】
請求項６記載のデバイス製造方法において、
前記第１材料は、窒化物であり、
前記第２材料は、酸化物であり、
前記原料ガスは、Ｓｉ（ＯＣ２Ｈ５）４または（ＣＨ４ＯＳｉ）４を含むガスである、デバイス製造方法。
【請求項９】
請求項１記載のデバイス製造方法において、
前記（ｃ）工程の後、
（ｄ）前記構造体の特性を評価する工程、
（ｅ）前記構造体の特性が要求特性を満たしていない場合は、前記構成体を加工する工程、
をさらに有する、デバイス製造方法。
【請求項１０】
請求項９記載のデバイス製造方法において、
前記（ｅ）工程では、前記構成体の一部を切削する、前記構成体上に部材を接着する、および前記構成体上に膜を堆積する、のうち少なくとも１つを含む、デバイス製造方法。
【請求項１１】
請求項１記載のデバイス製造方法において、
前記可動部は、メンブレン、スプリングまたはカンチレバーの一端である、デバイス製造方法。
【請求項１２】
イオンビームを用いて構造体を形成するデバイス製造装置であって、
前記イオンビームを照射するイオンビーム照射機構と、
原料ガスを導入するガス導入機構と、
複数の固有材料の物性値を格納するデータベースと、
を備え、
前記データベースから、第１物性値を有する第１材料と、前記第１物性値とは異なる第２物性値を有する第２材料とを選択し、
前記第１物性値および前記第２物性値を用いて設計された、前記構造体の一部を構成する構成部分の設計データを基に、前記第１材料および前記第２材料からなる前記構成部分を形成する、デバイス製造装置。
【請求項１３】
請求項１２記載のデバイス製造装置において、
前記第１材料と前記第２材料との構成比率を調整することにより、前記構成部分の特性が調整される、デバイス製造装置。
【請求項１４】
請求項１２記載のデバイス製造装置において、
前記構造体は、可動部および前記可動部を支持する支持部を備え、前記構成部分は、前記可動部または前記可動部の一部分である、デバイス製造装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、デバイス製造方法およびデバイス製造装置に関し、例えばＭＥＭＳ（Micro Electro Mechanical Systems）デバイスなどの微細構造体を製造するデバイス製造方法およびデバイス製造装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
本技術分野の背景技術として、米国特許第６３８７７３６号明細書（特許文献１）および米国特許第７４２２９５８号明細書（特許文献２）がある。
【０００３】
米国特許第６３８７７３６号明細書（特許文献１）には、酸化層、窒化チタン層および非晶質シリコン層からなる積層構造において、窒化チタン層に開口部を形成することによって、互いの層の接着性を向上させる技術が記載されている。
【０００４】
米国特許第７４２２９５８号明細書（特許文献２）には、キャビティを有する基板上に絶縁膜を形成した後、絶縁膜上に半導体層を堆積し、半導体層にイオン注入することにより、絶縁層と半導体層との界面を分子接合する技術が記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】米国特許第６３８７７３６号明細書
【特許文献２】米国特許第７４２２９５８号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
微細構造体、例えばＭＥＭＳデバイスの製造技術としてＦＩＢ（Focused Ion Beam：集束イオンビーム）を用いた加工技術が有望視されている。しかし、ＦＩＢ装置を用いたＭＥＭＳデバイスの製造では、堆積できる材料の種類が少ないという課題がある。
【０００７】
一方、ＭＥＭＳデバイスの設計パラメータとしては、構造パラメータおよび物性パラメータがある。構造パラメータとしては、各構成部分の形状およびサイズ、物性パラメータとしては、材料のヤング率および質量（密度）などが挙げられる。しかし、材料が限られていると、設計パラメータは、主として各構成部分の形状およびサイズに依存することになり、各構成部分の形状およびサイズは、製造プロセスの誤差などで変動するため、ＭＥＭＳデバイスにおいて、所望の特性を得ることが難しいという問題があった。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記課題を解決するために、本発明によるデバイス製造方法は、可動部および可動部を支持する支持部を備える構造体を形成するデバイス製造方法であって、第１材料からなる構成部分を有する可動部を形成する工程と、当該構成部分の第１部分を除去する工程と、当該第１部分に第２材料を堆積する工程と、を有する。そして、第１材料の第１物性値と第２材料の第２物性値とは互い異なる。
【０００９】
また、本発明によるデバイス製造装置は、イオンビームを用いて構造体を形成するデバイス製造装置であって、イオンビームを照射するイオンビーム照射機構と、原料ガスを導入するガス導入機構と、複数の固有材料の物性値を格納するデータベースと、を備える。そして、データベースから、第１物性値を有する第１材料と、第１物性値とは異なる第２物性値を有する第２材料とを選択し、第１物性値および第２物性値を用いて設計された、構造体の一部を構成する構成部分の設計データを基に、第１材料および第２材料からなる構成部分を形成する。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、用途に応じた所望の特性を有する構造体を作り分けることができる。
【００１１】
上記した以外の課題、構成および効果は、以下の実施の形態の説明により明らかにされる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】（ａ）および（ｂ）はそれぞれ、実施例１によるＣＭＵＴの構造を示す平面図および断面図（同図（ａ）のＡ−Ａ線に沿った断面図）である。
【図２】（ａ）および（ｂ）はそれぞれ、第１の従来仕様によるＣＭＵＴの構造を示す平面図および断面図（同図（ａ）のＢ−Ｂ線に沿った断面図）である。
【図３】（ａ）および（ｂ）はそれぞれ、第２の従来仕様によるＣＭＵＴの構造を示す平面図および断面図（同図（ａ）のＣ−Ｃ線に沿った断面図）である。
【図４】実施例１によるＣＭＵＴの共振周波数とＣＭＵＴの電極材料との関係の一例を示すグラフ図である。
【図５】（ａ）および（ｂ）はそれぞれ、実施例１の第１の変形例によるＣＭＵＴの構造を示す平面図および断面図（同図（ａ）のＤ−Ｄ線に沿った断面図）である。
【図６】（ａ）および（ｂ）はそれぞれ、実施例１の第２の変形例によるＣＭＵＴの構造を示す平面図および断面図（同図（ａ）のＥ−Ｅ線に沿った断面図）である。
【図７】実施例１によるＣＭＵＴの製造工程で使用されるＦＩＢ装置を示す概略図である。
【図８】実施例１によるＣＭＵＴの製造工程を説明する断面図である。
【図９】図８に続く、ＣＭＵＴの製造工程を説明する断面図である。
【図１０】図９に続く、ＣＭＵＴの製造工程を説明する断面図である。
【図１１】実施例１によるＦＩＢ装置のソフトウエア構成の一例を説明する構成図である。
【図１２】実施例１によるＦＩＢ装置における設計データの抽出の一例を説明するフロー図である。
【図１３】実施例１による金属材料の物性値の選択範囲を示すグラフ図である。
【図１４】実施例２によるＣＭＵＴの構造を示す断面図である。
【図１５】実施例２によるＣＭＵＴの製造工程を説明する断面図である。
【図１６】図１５に続く、ＣＭＵＴの製造工程を説明する断面図である。
【図１７】図１６に続く、ＣＭＵＴの製造工程を説明する断面図である。
【図１８】比較例によるカンチレバーの構造を示す断面図である。
【図１９】実施例３によるカンチレバーの構造を示す断面図である。
【図２０】実施例４によるスプリングの構造を示す上面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、実施の形態を説明するための全図において、同一の部材には原則として同一の符号を付し、その繰り返しの説明は省略する。
【００１４】
以下の実施の形態においては便宜上その必要があるときは、複数のセクションまたは実施の形態に分割して説明するが、特に明示した場合を除き、それらはお互いに無関係なものではなく、一方は他方の一部または全部の変形例、応用例、詳細説明、補足説明等の関係にある。また、以下の実施の形態において、要素の数等（個数、数値、量、範囲等を含む）に言及する場合、特に明示した場合および原理的に明らかに特定の数に限定される場合等を除き、その特定の数に限定されるものではなく、特定の数以上でも以下でもよい。
【００１５】
さらに、以下の実施の形態において、その構成要素（要素ステップ等も含む）は、特に明示した場合および原理的に明らかに必須であると考えられる場合等を除き、必ずしも必須のものではない。同様に、以下の実施の形態において、構成要素等の形状、位置関係等に言及するときは、特に明示した場合および原理的に明らかにそうでないと考えられる場合等を除き、実質的にその形状等に近似または類似するもの等を含むものとする。このことは、上記数等（個数、数値、量、範囲等を含む）についても同様である。
【００１６】
以下、実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、実施の形態を説明するための全図において、同一の機能を有する部材には同一または関連する符号を付し、その繰り返しの説明は省略する。また、複数の類似の部材（部位）が存在する場合には、総称の符号に記号を追加し個別または特定の部位を示す場合がある。また、以下の実施の形態では、特に必要なとき以外は同一または同様な部分の説明を原則として繰り返さない。
【００１７】
また、断面図および平面図において、各部位の大きさは実デバイスと対応するものではなく、図面を分かりやすくするため、特定の部位を相対的に大きく表示する場合がある。また、断面図と平面図が対応する場合においても、図面を分かりやすくするため、特定の部位を相対的に大きく表示する場合がある。
【００１８】
本実施例では、微細構造体としてＭＥＭＳデバイスを例示するが、他の微細構造体などにも適用することができる。また、ＭＥＭＳデバイスとしてＣＭＵＴ（Capacitive Micro-machined Ultrasonic Tranducer）、カンチバレーおよびスプリングを例示するが、これに限定されるものではなく、ジャイロスコープ、マイクロフォンまたは圧力センサなどであってもよい。
【実施例１】
【００１９】
《ＣＭＵＴの構造》
本実施例１によるＣＭＵＴの構造について、図１（ａ）および（ｂ）を用いて説明する。図１（ａ）および（ｂ）はそれぞれ、本実施例１によるＣＭＵＴの構造を示す平面図および断面図（同図（ａ）のＡ−Ａ線に沿った断面図）である。
【００２０】
図１（ａ）および（ｂ）に示すように、超音波を送受信するＣＭＵＴ１０は、基板１１上に薄膜型のメンブレン１２を有し、基板１１上およびメンブレン１２上にそれぞれ下部電極１３および上部電極１４を設けている。メンブレン１２には空洞１５が形成されており、空洞１５内は真空となっている。空洞１５上のメンブレン１２および上部電極１４が可動部である。
【００２１】
基板１１は、例えばシリコン（Ｓｉ）からなる。下部電極１３は、例えばタングステン（Ｗ）またはアルミニウム（Ａｌ）からなり、基板１１と下部電極１３との間には、例えば酸化シリコン（ＳｉＯ２）からなる絶縁膜１６が形成されている。メンブレン１２は、例えば酸化シリコン（ＳｉＯ２）からなる。
【００２２】
上部電極１４は、２種類の金属材料からなり、ＣＭＵＴ１０では、平面視において上部電極１４の中央部はタングステン（Ｗ）からなり、中央部を取り囲む周辺部はアルミニウム（Ａｌ）からなる。すなわち、上部電極１４は、第１金属材料（例えばタングステン（Ｗ））からなる第１電極部１４Ａと、第１金属材料とは異なる第２金属材料（例えばアルミニウム（Ａｌ））からなる第２電極部１４Ｂとから構成されている。平面視においてタングステン（Ｗ）の面積占有率は７５％程度、アルミニウム（Ａｌ）の面積占有率は２５％程度である。
【００２３】
ＣＭＵＴ１０は、例えば以下の動作により超音波の送受信を行う。
【００２４】
音圧によってメンブレン１２が振動すると、下部電極１３と上部電極１４との間の距離が変化するので、下部電極１３と上部電極１４との間に一定のＤＣ電圧を印加することによって生じている静電容量が変化する。その静電容量の変化をＡＣ電圧の信号に変換することによって、超音波を受信することができる。
【００２５】
また、下部電極１３と上部電極１４との間に一定のＤＣ電圧を印加し、さらにＡＣ電圧を印加する。これにより、静電気力を発生させ、メンブレン１２を振動させて、超音波を送信することができる。
【００２６】
比較のために、本願発明者らが検討した従来のＣＭＵＴの構造について、図２（ａ）および（ｂ）並びに図３（ａ）および（ｂ）を用いて説明する。図２（ａ）および（ｂ）はそれぞれ、第１の従来仕様によるＣＭＵＴの構造を示す平面図および断面図（同図（ａ）のＢ−Ｂ線に沿った断面図）である。図３（ａ）および（ｂ）はそれぞれ、第２の従来仕様によるＣＭＵＴの構造を示す平面図および断面図（同図（ａ）のＣ−Ｃ線に沿った断面図）である。
【００２７】
図２（ａ）および（ｂ）に示すように、第１の従来仕様によるＣＭＵＴ１０Ｒａの基板１１、メンブレン１２および下部電極１３の構成は、本実施例１によるＣＭＵＴ１０のこれら構成と同様である。しかし、上部電極１４は、１種類の金属材料、例えばタングステン（Ｗ）からなる。
【００２８】
同様に、図３（ａ）および（ｂ）に示すように、第２の従来仕様によるＣＭＵＴ１０Ｒｂの基板１１、メンブレン１２および下部電極１３の構成は、本実施例１によるＣＭＵＴ１０のこれら構成と同様である。しかし、上部電極１４は、１種類の金属材料、例えばアルミニウム（Ａｌ）からなる。
【００２９】
《ＣＭＵＴの特徴》
ＣＭＵＴのメンブレン部の共振周波数ｆは、下記式（１）で表される。
【００３０】
【数１】
2017226036.tif 000003
【００３１】
式（１）において、
ｆ：ＣＭＵＴの共振周波数
Ｅ：メンブレン材料のヤング率
ρ：メンブレン材料の密度
ν：メンブレン材料のポワソン比
を示す。
【００３２】
第１および第２の従来技術では、所望の共振周波数を得るために、例えば可動部の形状およびサイズ並びに可動部の上部電極１４を構成する金属材料のヤング率および密度などを設計パラメータとして、ＣＭＵＴ１０Ｒａ，１０Ｒｂの設計を行っている。表１に、金（Ａｕ）、白金（Ｐｔ）、タングステン（Ｗ）、タンタル（Ｔａ）およびアルミニウム（Ａｌ）のヤング率および密度を示す。上部電極１４を構成する金属材料を変えることにより、それぞれの金属材料が有するヤング率および密度により決定される共振周波数を得ることができる。
【００３３】
【表１】
2017226036.tif 000004
【００３４】
しかし、本実施例１では、これらパラメータに、可動部、具体的には上部電極１４の物性値、例えばヤング率および密度を調整する項目をさらに加える。すなわち、上部電極１４の形状およびサイズは変えずに、上部電極１４を２種類の金属材料（第１金属材料および第２金属材料）によって構成し、これら金属材料の構成比率を変えることにより、上部電極１４の物性値を調整する。これにより、上部電極１４を１種類の金属材料によって構成した場合よりも、広範囲において、任意の共振周波数を設定することができるので、用途に応じた所望の共振周波数を有するＣＭＵＴを実現することが容易となる。例えば２０ｋＨｚ程度の機械振動を受信するＣＭＵＴと、１００ｋＨｚ程度のガス漏れなどの超音波振動を受信するＣＭＵＴとを容易に作り分けることができる。
【００３５】
図４は、本実施例１によるＣＭＵＴの共振周波数とＣＭＵＴの電極材料との関係の一例を示すグラフ図である。図４の縦軸は、ＣＭＵＴの共振周波数（ｆ）を示し、図４の横軸は、タングステン（Ｗ）とアルミニウム（Ａｌ）とで形成した上部電極の平面視におけるアルミニウム（Ａｌ）の面積占有率（Ａｌ比率）を示している。アルミニウム（Ａｌ）の面積占有率が０％の場合が、上部電極をタングステン（Ｗ）のみで構成した上記第１の従来技術における共振周波数（ｆ）を示し、アルミニウム（Ａｌ）の面積占有率が１００％の場合が、上部電極をアルミニウム（Ａｌ）のみで構成した上記第２の従来技術における共振周波数（ｆ）を示す。
【００３６】
図４に示すように、アルミニウム（Ａｌ）の面積占有率が減少するに従い（タングステン（Ｗ）の面積占有率が増加するに従い）、ＣＭＵＴの共振周波数も減少しており、タングステン（Ｗ）とアルミニウム（Ａｌ）とを組み合わせて、タングステン（Ｗ）とアルミニウム（Ａｌ）との構成比率を変えることにより、広範囲の共振周波数が得られることが分かる。
【００３７】
なお、ここでは、２種類の金属材料により上部電極１４を構成したが、これに限定されるものではなく、３種類以上の金属材料により上部電極１４を構成してもよい。また、互いに物性値が異なれば、実質同一の金属材料により上部電極１４を構成してもよい。
【００３８】
《第１の変形例》
本実施例１の第１の変形例によるＣＭＵＴの構造について、図５（ａ）および（ｂ）を用いて説明する。図５（ａ）および（ｂ）はそれぞれ、本実施例１の第１の変形例によるＣＭＵＴの構造を示す平面図および断面図（同図（ａ）のＤ−Ｄ線に沿った断面図）である。
【００３９】
図５（ａ）および（ｂ）に示すように、第１の変形例によるＣＭＵＴ１０Ａは、ＣＭＵＴ１０と同様に、基板１１、メンブレン１２、下部電極１３および２種類の金属材料からなる上部電極１４（第１電極部１４Ａおよび第１電極部１４Ｂ）から構成される。また、ＣＭＵＴ１０Ａでは、平面視において上部電極１４の中央部の第１電極部１４Ａはタングステン（Ｗ）からなり、中央部を取り囲む周辺部の第２電極部１４Ｂはアルミニウム（Ａｌ）からなる。
【００４０】
しかし、平面視においてタングステン（Ｗ）の面積占有率は２５％程度、アルミニウム（Ａｌ）の面積占有率は７５％程度である。これにより、アルミニウム（Ａｌ）１００％の場合よりも共振周波数を減少させることができる。
【００４１】
《第２の変形例》
本実施例１の第２の変形例によるＣＭＵＴの構造について、図６（ａ）および（ｂ）を用いて説明する。図６（ａ）および（ｂ）はそれぞれ、本実施例１の第２の変形例によるＣＭＵＴの構造を示す平面図および断面図（同図（ａ）のＥ−Ｅ線に沿った断面図）である。
【００４２】
図６（ａ）および（ｂ）に示すように、第２の変形例によるＣＭＵＴ１０Ｂは、ＣＭＵＴ１０と同様に、基板１１、メンブレン１２、下部電極１３および２種類の金属材料からなる上部電極１４（第１電極部１４Ａおよび第２電極部１４Ｂ）から構成される。
【００４３】
しかし、ＣＭＵＴ１０Ｂでは、平面視においてタングステン（Ｗ）からなる第１電極部１４Ａとアルミニウム（Ａｌ）からなる第２電極部１４Ｂとがそれぞれ複数配置されている。ＣＭＵＴ１０Ｂでは、タングステン（Ｗ）とアルミニウム（Ａｌ）とが市松模様に配置されており、平面視においてタングステン（Ｗ）の面積占有率およびアルミニウム（Ａｌ）の面積占有率は共に５０％程度である。これにより、アルミニウム（Ａｌ）１００％の場合よりも共振周波数を減少させることができる。
【００４４】
なお、ＣＭＵＴ１０Ｂでは、タングステン（Ｗ）とアルミニウム（Ａｌ）とを市松模様に配置したが、これに限定されるものではない。
【００４５】
《ＣＭＵＴの製造方法》
本実施例１によるＣＭＵＴの製造方法について説明する。
【００４６】
＜加工装置＞
まず、本実施例１によるＣＭＵＴの製造工程で使用されるＦＩＢ装置について、図７を用いて説明する。図７は、本実施例１によるＣＭＵＴの製造工程で使用されるＦＩＢ装置を示す概略図である。
【００４７】
ＦＩＢ装置１００は、真空容器１０１を有しており、真空容器１０１内には、イオンを放出するイオン源１０２、コンデンサレンズ１０３、ビーム制限アパーチャ１０４、イオンビーム走査偏向器１０５およびアパーチャ回転機構１０６などから構成されるイオンビーム照射系が配置されている。イオン源１０２から放出されるイオンには、例えばガリウムイオンまたはキセノンガスなどが含まれる。
【００４８】
また、電子銃１０７、電子銃１０７から放出する電子ビーム１０８を集束する電子レンズ１０９および電子ビーム走査偏向器１１０などから構成される電子ビーム照射系が配置されている。さらに、構造体１１１、二次粒子検出器１１２、試料ステージ１１３、マニュピレータ１１４およびガス源１１５などが配置されている。ガス源１１５は、非エッチングガス（原料ガス）またはエッチングガスなどを真空容器１０１に導入する。ガス源１１５には、可動機構により角度を制御することのできるガス銃が備わっている。
【００４９】
また、ＦＩＢ装置１００を制御する装置として、試料ステージ制御装置１１６、マニュピレータ制御装置１１７、ガス源制御装置１１８、二次粒子検出器制御装置１１９、アパーチャ回転制御機構１２０、イオン源制御装置１２１、レンズ制御装置１２２、計算処理装置１２３およびデータベース１２４を記憶する記憶装置などが配置されている。
【００５０】
試料ステージ１１３は、試料載置面内の直交２方向への直線移動機構、試料載置面に垂直方向への直線移動機構、試料載置面内回転機構および試料載置面内に傾斜軸を持つ傾斜機構を備え、これらの制御は計算処理装置１２３からの指令によって試料ステージ制御装置１１６で行われる。
【００５１】
また、計算処理装置１２３は、装置ユーザが必要な情報を入力する情報入力手段、二次粒子検出器１１２の検出信号を基に生成された画像、情報入力手段によって入力した情報などを表示するディスプレイなどを備える。
【００５２】
また、データベース１２４は、例えば構造体１１１に関する各種データを格納している。さらに、データベース１２４は、構造体１１１を製造する際のプロセスフローおよびプロセスレシピなどの各種データを格納しており、構造体１１１を新たに製造する場合のみでなく、製造された構造体１１１を追加工する場合にも、データベース１２４から必要な情報が出力される。
【００５３】
ＦＩＢ装置１００では、イオン源１０２より放出されたイオンは、コンデンサレンズ１０３および対物レンズによって構造体１１１上に集束される。なお、集束条件設定は計算処理装置１２３への入力によってなされる。また、構造体１１１上に照射されるビーム径は、イオン源１０２を光源とする構造体１１１上への結像と、レンズによる収差によって決定される。レンズによる収差は、ビーム制限アパーチャ１０４の開口が大きくなると増大し、ビーム径の拡大となる。
【００５４】
構造体１１１の一部をエッチングする場合は、構造体１１１にイオンビームを照射する。また、構造体１１１上に部材を接着する場合および膜を堆積する場合は、構造体１１１にイオンビームを照射するとともに原料ガスを導入する。
【００５５】
＜ＣＭＵＴの加工＞
次に、ＣＭＵＴの製造方法について、図８〜図１０を用いて工程順に説明する。図８〜図１０は、本実施例１によるＣＭＵＴの製造工程を説明する断面図である。
【００５６】
まず、図８に示すように、例えば単結晶シリコン（Ｓｉ）からなる基板１１を準備し、基板１１上に、絶縁膜１６、下部電極１３、メンブレン１２および第１金属材料２０を順次形成する。特に限定されるものではないが、これらの製造工程は、ＦＩＢ装置において行われる。
【００５７】
絶縁膜１６は、例えば酸化シリコン（ＳｉＯ２）からなり、下部電極１３は、例えばタングステン（Ｗ）またはアルミニウム（Ａｌ）などの金属材料からなる。下部電極１３上に形成されるメンブレン１２は、例えば酸化シリコン（ＳｉＯ２）からなり、空洞１５を有する中空状態となっている。第１金属材料２０は、例えばアルミニウム（Ａｌ）からなる。
【００５８】
次に、図９に示すように、ＦＩＢ装置の試料ステージ上に搭載された構造体に対して、イオンビームＩＢを照射して、第１金属材料２０の一部をエッチングする。これにより、第１金属材料２０の一部に開口部２１を設ける。開口部２１の面積は、所望の共振周波数を得るために要求仕様の設計データに基づいて予め設定されており、開口部２１は、１つであってもよく、複数であってもよい。
【００５９】
なお、ＦＩＢ装置のソフトウエア構成については、後述する≪ソフトウエア構成≫において詳細に説明する。
【００６０】
次に、図１０に示すように、ＦＩＢ装置に備わるガス源から、原料ガスＲＧを構造体の上面に対して導入しながらイオンビームＩＢを照射して、第１金属材料２０が形成されていない開口部２１に、第２金属材料２２を形成する。第２金属材料２２は、例えばタングステン（Ｗ）からなる。第２金属材料２２として、タングステン（Ｗ）を成膜する場合は、原料ガスＲＧに、例えばヘキサカルボニルタングステン（Ｗ（ＣＯ）６）を含むガスを用いることができる。これにより、第１金属材料２０と第２金属材料２１とからなる上部電極が形成される。
【００６１】
その後、図示は省略するが、その上部電極上を覆う保護膜（絶縁膜）を形成する。
【００６２】
以上の工程により、本実施例１によるＣＭＵＴが略完成する。
【００６３】
《ソフトウエア構成》
本実施例１によるＦＩＢ装置のソフトウエア構成の一例について、図１１を用いて説明する。図１１は、本実施例１によるＦＩＢ装置のソフトウエア構成の一例を説明する構成図である。
【００６４】
図１１に示すように、ＦＩＢ装置には、中央制御部（例えば図７の計算処理装置）３０、モード選択画面３１、データベース３２、イオンビーム制御部（例えば図７のイオン源制御装置、レンズ制御装置およびアパーチャ回転制御機構など）３３、ガス制御部（例えば図７のガス源制御装置）３４および試料ステージ制御部（例えば図７の試料ステージ制御装置）３５などが備わっている。また、データベース３２には、各種データが格納されており、例えばＣＡＤ（Computer-Aided Design）データ３２ａおよび加工条件データ３２ｂなどが格納されている。
【００６５】
ＣＡＤデータ３２ａは、例えば構造パラメータ（構造体および各構成部分のそれぞれの形状およびサイズなど）および固有材料の物性パラメータ（ヤング率および密度など）などである。また、加工条件データ３２ｂは、例えば構造体の加工位置および加工条件（エッチング条件、ガス種および成膜条件）などである。新たな構造体の製造に先立って、ＣＡＤデータ３２ａおよび加工条件データ３２ｂなどは、データベース３２に格納されている。
【００６６】
例えばモード選択画面３１を介して、設計者によって構造体の要求特性が入力されると（モード入力３６）、データベース３２から必要な要求仕様の設計データが、中央制御部３０において選択される。なお、要求仕様の設計データの抽出については、図１２および図１３を用いて後に説明する。
【００６７】
その要求仕様の設計データに基づいて、ビーム制御データ３７およびガス制御データ３８が選択され、それぞれイオンビーム制御部３３およびガス制御部３４へ送られる。イオンビーム制御部３３へ送られたビーム制御データ３７により、ビーム鏡筒３９から構造体へ照射されるイオンビームの照射条件などが最適化され、ガス制御部３４へ送られたガス制御データ３７により、ガス源４０から構造体へ導入される原料ガスのガス種、ガス流量およびガス導入時間などの条件が最適化される。これら加工条件に基づいて、所望の構造体が形成される。
【００６８】
ＳＩＭ（Scanning Ion Microscope）４１などで構造体の形状は観察され、サイズなどは実測されて、取得した種々の実測データは、データベース３２に格納される。
【００６９】
次に、本実施例１による要求仕様の設計データの抽出について、図１２および図１３を用いて説明する。図１２は、本実施例１によるＦＩＢ装置における設計データの抽出の一例を説明するフロー図である。図１３は、本実施例１による金属材料の物性値の選択範囲を示すグラフ図である。
【００７０】
図１２に示すように、モード選択画面を介して、設計者によって構造体の要求特性が入力されると、データベース３２から、構造体および各構成部分のそれぞれの形状およびサイズ並びに固有材料の物性値、例えばヤング率および密度などの設計パラメータが選択されて、中央制御部３０において、構造体が設計される。
【００７１】
まず初めに、各構成部分をそれぞれ１種類の固有材料の物性値を用いて構成体を設計する。従って、例えばＣＭＵＴの上部電極は１種類の金属材料の物性値を用いて設計される。これにより、要求仕様に近い設計データを抽出することになる。
【００７２】
しかし、１種類の固有材料の物性値を用いただけでは、要求仕様に近い設計データは抽出されても、要求仕様の設計データを抽出することは難しい。例えばＣＭＵＴの上部電極を１種類の金属材料で形成した場合（図２および図３参照）、図１３に示すような物性値を示す材料Ａまたは材料Ｂが選択される。材料Ａは、例えばタングステン（Ｗ）であり、材料Ｂは、例えばアルミニウム（Ａｌ）である。このように、材料Ａまたは材料Ｂのみでは、要求仕様に近い設計データは抽出されても、要求仕様の設計データを抽出することは難しい。
【００７３】
そこで、次に、複数の固有材料を組み合わせて各構成部分の物性値を調整する。例えば図１３に示す材料Ａと材料Ｂとの組み合わせの範囲において、材料Ａと材料Ｂとの構成比率を変えることにより、ＣＭＵＴの上部電極の物性値を調整することができる。これにより、要求仕様の設計データを抽出することができる。
【００７４】
この抽出された要求仕様の設計データに基づいて、図１１に示したＦＩＢ装置のビーム制御データ３７およびガス制御データ３８が選択され、それぞれイオンビーム制御部３３およびガス制御部３４へ送られる。
【００７５】
そして、要求仕様に近い構造体（例えば図８に示したＣＭＵＴ）を形成した後、ビーム制御データ３７に基づいたエッチングを行い（例えば図９に示したＣＭＵＴ）、さらにビーム制御データ３７およびガス制御データ３８に基づいた成膜を行うことにより（例えば図１０に示したＣＭＵＴ）、所望の構造体を形成することができる。
【００７６】
なお、所望の構造体が形成された場合であっても、さらに構造体の微調整が必要となる場合がある。このような場合は、構造体の特性評価の結果から、構造体の加工に必要なデータを抽出して、追加工を行う。この追加工では、構造体の一部を切削する、構造体上に部材を接着するまたは構造体上に膜を堆積するなどの手段を適用することができる。
【００７７】
このように、本実施例１によれば、ＣＭＵＴ１０，１０Ａ，１０Ｂの構成部分、例えば上部電極１４の物性値を調整することができるので、広範囲において、任意の共振周波数を設定することができる。その結果、用途に応じた所望の共振周波数を有するＣＭＵＴ１０，１０Ａ，１０Ｂを実現することができる。
【実施例２】
【００７８】
《ＣＭＵＴの構造》
本実施例２によるＣＭＵＴの構造について、図１４を用いて説明する。図１４は、本実施例２によるＣＭＵＴの構造を示す断面図である。
【００７９】
図１４に示すように、超音波を送受信するＣＭＵＴ５０は、基板５１上に薄膜型のメンブレン５２を有し、基板５１上およびメンブレン５２上にそれぞれ下部電極５３および上部電極５４を設けている。メンブレン５２には空洞５５が形成されており、空洞５５内は真空となっている。さらに、上部電極５４を覆うように、絶縁膜５７が形成されている。空洞５５上のメンブレン５２、上部電極５４および絶縁膜５７が可動部である。
【００８０】
基板５１は、例えばシリコン（Ｓｉ）からなる。下部電極５３および下部電極５４は、例えばタングステン（Ｗ）またはアルミニウム（Ａｌ）からなり、基板５１と下部電極５３との間には、例えば酸化シリコン（ＳｉＯ２）からなる絶縁膜５６が形成されている。メンブレン５２は、例えば酸化シリコン（ＳｉＯ２）からなる。
【００８１】
上部電極５４を覆う絶縁膜５７は、互いに応力の異なる第１絶縁膜５７Ａと第２絶縁膜５７Ｂとが交互に配置されている。第１絶縁膜５７Ａは、例えばメンブレン５２の上面を上に持ち上げて凸とする圧縮応力を有する窒化膜であり、第２絶縁膜５７Ｂは、例えばメンブレン５２の上面を下に持ち下げて凹とする引張応力を有する酸化膜である。
【００８２】
絶縁膜５７を、例えば圧縮応力を有する窒化膜のみで形成した場合は、メンブレン５２の上面は上に持ち上げられて、下部電極５３と上部電極５４との距離が大きくなる。これに対して、絶縁膜５７を、例えば引張応力を有する酸化膜のみで形成した場合は、メンブレン５２の上面は下に持ち下げられて、下部電極５３と上部電極５４との距離が小さくなる。このため、要求仕様の設計データを用いてＣＭＵＴを形成しても、所望の共振周波数が得られないことがある。
【００８３】
しかし、本実施例２によるＣＭＵＴ５０では、上部電極５４を覆う絶縁膜５７を、互いに応力の異なる第１絶縁膜５７Ａと第２絶縁膜５７Ｂとで構成することにより、それぞれの応力の影響を相殺して、空洞５５の高さ、すなわち下部電極５３と上部電極５４との距離を一定に維持することができる。
【００８４】
なお、前述の実施例１において説明したように、上部電極１４は、２種類の金属材料から構成してもよい。
【００８５】
《ＣＭＵＴの製造方法》
本実施例２によるＣＭＵＴの製造方法について、図１５〜図１７を用いて工程順に説明する。図１５〜図１７は、本実施例２によるＣＭＵＴの製造工程を説明する断面図である。
【００８６】
まず、図１５に示すように、例えば単結晶シリコン（Ｓｉ）からなる基板５１を準備し、基板５１上に、絶縁膜５６、下部電極５３およびメンブレン５２を形成する。さらに、メンブレン５２上に、上部電極５４を形成した後、上部電極５４を覆うように、メンブレン５２上に第１絶縁膜５７Ａを形成する。特に限定されるものではないが、これらの製造工程は、ＦＩＢ装置において行われる。
【００８７】
絶縁膜５６は、例えば酸化シリコン（ＳｉＯ２）からなり、下部電極５３および上部電極５４は、例えばタングステン（Ｗ）またはアルミニウム（Ａｌ）などの金属材料からなる。下部電極５３上に形成されるメンブレン５２は、例えば酸化シリコン（ＳｉＯ２）からなり、空洞５５を有する中空状態となっている。第１絶縁膜５７Ａは、例えば窒化シリコン（ＳｉＮ）からなる。
【００８８】
次に、図１６に示すように、ＦＩＢ装置の試料ステージ上に搭載された構造体に対して、イオンビームＩＢを照射して、第１絶縁膜５７Ａの一部をエッチングする。これにより、第１絶縁膜５７Ａの一部に開口部５８を設ける。開口部５８の面積は、空洞５５の高さを一定に維持するために要求仕様の設計データに基づいて予め設定されており、開口部５８は、複数であることが望ましい。
【００８９】
次に、図１７に示すように、ＦＩＢ装置に備わるガス源から、原料ガスＲＧを構造体の上面に対して導入しながらイオンビームＩＢを照射して、第１絶縁膜５７Ａが形成されていない開口部５８に、第２絶縁膜５７Ｂを形成する。第２絶縁膜５７Ｂは、例えば酸化シリコン（ＳｉＯ２）からなる。第２絶縁膜５７Ｂとして、酸化シリコン（ＳｉＯ２）を成膜する場合は、原料ガスＲＧに、例えば例えばＴＥＯＳ（Tetraethylorthosilicate；Ｓｉ（ＯＣ２Ｈ５）４）またはＴＭＣＴＳ（Tetramethylcyclotetrasiloxane；（ＣＨ４ＯＳｉ）４）、を含むガスを用いることができる。
【００９０】
以上の工程により、本実施例２によるＣＭＵＴが略完成する。
【００９１】
このように、本実施例２によれば、メンブレン５２上の絶縁膜５７の応力を調整することができるので、ＣＭＵＴ５０の形状およびサイズを変更せずに、下部電極５３と上部電極５４との距離を一定に維持することができる。その結果、所望の共振周波数を有するＣＭＵＴ５０を実現することができる。
【実施例３】
【００９２】
本実施例３では、ＭＥＭＳデバイスとしてカンチレバー（片持ち梁）を例示する。
【００９３】
本実施例３によるカンチレバーの構造について、図１８および図１９を用いて説明する。図１８は、比較例によるカンチレバーの構造を示す断面図である。図１９は、本実施例３によるカンチレバーの構造を示す断面図である。
【００９４】
図１８に示すように、比較例によるカンチレバー６０Ｒは、支持部６１と、可動部６２と、支持部６１と可動部６２とを部分的に支持する支持材６３と、を有する構造をしており、例えば支持部６１に対して可動部６２の離間されている部分が加速度の印加などによって変形することで、加速度検出のＭＥＭＳセンサとして機能させることができる。
【００９５】
しかし、例えば可動部６２に内部応力があると、可動部６２が支持部６１と接触した状態となり、支持部６１から離れなくなることがある。
【００９６】
そこで、図１９に示すように、本実施例３によるカンチレバー６０では、可動部６２が支持部６１と接触しないように、互いに物性値の異なる第１材料６２Ａと第２材料６２Ｂとによって可動部６２を構成して、可動部６２の内部応力を調整する。
【００９７】
なお、ここでは、２種類の材料（第１材料６２Ａと第２材料６２Ｂ）により可動部６２を構成したが、これに限定されるものではなく、３種類以上の材料により可動部６２を構成してもよい。
【００９８】
可動部６２を、例えば酸化膜（第１材料６２Ａ）で構成した場合は、その一部分を窒化膜（第２材料６２Ｂ）に変えることにより、内部応力を調整することができる。例えばＦＩＢ装置において、可動部６２の一部分にイオンビームを照射して、その一部分の酸化膜を除去した後、ガス源から、原料ガスを可動部６２に対して導入しながら、その一部分にイオンビームを照射して、窒化膜を形成する。
【００９９】
なお、前述の実施例１と同様に、要求仕様の設計データに基づいて、互いに物性値の異なる複数の材料からなる可動部６２を備えるカンチレバー６０を形成した後に、カンチレバー６０の特性を評価し、その結果に基づいて、カンチレバー６０をさらに追加工してもよい。
【０１００】
このように、本実施例３によれば、カンチレバー６０の可動部６２を、互いに物性値の異なる複数の材料で構成することにより、カンチレバー６０の内部応力に起因する不具合を回避することができる。
【実施例４】
【０１０１】
本実施例４では、ＭＥＭＳデバイスとしてスプリングを例示する。
【０１０２】
本実施例４によるスプリングの構造について、図２０を用いて説明する。図２０は、本実施例４によるスプリングの構造を示す上面図である。
【０１０３】
図２０に示すように、本実施例４によるスプリング７０は、第１方向（ｙ方向）に延在し、第１方向と直交する第２方向（ｘ方向）に互いに離間して配置された複数の第１部分７１Ａと、第１方向に互いに隣り合う２つの第１部分７１Ａの第１方向の端部を交互に接続する複数の第２部分７１Ｂと、を有する構造をしており、例えば加速度検出のＭＥＭＳセンサのバネ部として機能させることができる。
【０１０４】
第１部分７１Ａは第１金属材料、例えばタングステン（Ｗ）からなり、第２部分７１Ｂは第２金属材料、例えばアルミニウム（Ａｌ）からなる。スプリング７０を全て同一の金属材料で構成せずに、複数の金属材料により構成することによって、広範囲において、所望の弾性を得ることができる。
【０１０５】
なお、本実施例４では、スプリング７０を構成する第１金属材料および第２金属材料として、タングステン（Ｗ）およびアルミニウム（Ａｌ）をそれぞれ例示したが、これに限定されるものではない。また、本実施例４では、複数の第２部分７１Ｂは全て同じ第２金属材料で構成したが、互いに物性値の異なる複数の金属材料で構成してもよい。
【０１０６】
また、前述の実施例１と同様に、要求仕様の設計データに基づいて、互いに物性値の異なる複数の材料からなるスプリング７０を形成した後に、スプリング７０の特性を評価し、その結果に基づいて、スプリング７０をさらに追加工してもよい。
【０１０７】
このように、本実施例４によれば、スプリング７０を、互いに物性値の異なる複数の材料で構成することにより、スプリング７０の弾性を容易に調整することができる。
【０１０８】
以上、本発明者によってなされた発明を実施の形態に基づき具体的に説明したが、本発明は前記実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能であることはいうまでもない。
【符号の説明】
【０１０９】
１０，１０Ａ，１０Ｂ，１０Ｒａ，１０Ｒｂ  ＣＭＵＴ
１１  基板
１２  メンブレン
１３  下部電極
１４  上部電極
１４Ａ  第１電極部
１４Ｂ  第２電極部
１５  空洞
１６  絶縁膜
２０  第１金属材料
２１  開口部
２２  第２金属材料
３０  中央制御部
３１  モード選択画面
３２  データベース
３２ａ  ＣＡＤデータ
３２ｂ  加工条件データ
３３  イオンビーム制御部
３４  ガス制御部
３５  試料ステージ制御部
３６  モード入力
３７  ビーム制御データ
３８  ガス制御データ
３９  ビーム鏡筒
４０  ガス源
４１  ＳＩＭ
５０  ＣＭＵＴ
５１  基板
５２  メンブレン
５３  下部電極
５４  上部電極
５５  空洞
５６，５７  絶縁膜
５７Ａ  第１絶縁膜
５７Ｂ  第２絶縁膜
５８  開口部
６０，６０Ｒ  カンチレバー
６１  支持部
６２  可動部
６３  支持材
６２Ａ  第１材料
６２Ｂ  第２材料
７０  スプリング
７１Ａ  第１部分
７１Ｂ  第２部分
１００  ＦＩＢ装置
１０１  真空容器
１０２  イオン源
１０３  コンデンサレンズ
１０４  ビーム制限アパーチャ
１０５  イオンビーム走査偏向器
１０６  アパーチャ回転機構
１０７  電子銃
１０８  電子ビーム
１０９  電子レンズ
１１０  電子ビーム走査偏向器
１１１  構造体
１１２  二次粒子検出器
１１３  試料ステージ
１１４  マニュピレータ
１１５  ガス源
１１６  試料ステージ制御装置
１１７  マニュピレータ制御装置
１１８  ガス源制御装置
１１９  二次粒子検出器制御装置
１２０  アパーチャ回転制御機構
１２１  イオン源制御装置
１２２  レンズ制御装置
１２３  計算処理装置
１２４  データベース
ＩＢ  イオンビーム
ＲＧ  原料ガス
【図１】
2017226036.tif 000005
【図２】
2017226036.tif 000006
【図３】
2017226036.tif 000007
【図４】
2017226036.tif 000008
【図５】
2017226036.tif 000009
【図６】
2017226036.tif 000010
【図７】
2017226036.tif 000011
【図８】
2017226036.tif 000012
【図９】
2017226036.tif 000013
【図１０】
2017226036.tif 000014
【図１１】
2017226036.tif 000015
【図１２】
2017226036.tif 000016
【図１３】
2017226036.tif 000017
【図１４】
2017226036.tif 000018
【図１５】
2017226036.tif 000019
【図１６】
2017226036.tif 000020
【図１７】
2017226036.tif 000021
【図１８】
2017226036.tif 000022
【図１９】
2017226036.tif 000023
【図２０】
2017226036.tif 000024