JP2005040885A

JP2005040885A - Manufacturing method for hollow structure, manufacturing method for mems element, and manufacturing method for electron beam mask

Info

Publication number: JP2005040885A
Application number: JP2003201968A
Authority: JP
Inventors: Akira Okamoto; 彰岡本
Original assignee: Sony Corp
Current assignee: Sony Corp
Priority date: 2003-07-25
Filing date: 2003-07-25
Publication date: 2005-02-17

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a manufacturing method for a hollow structure, a manufacturing method for an MEMS element, and a manufacturing method for an electron beam mask capable of easily and inexpensively manufacturing by using a metallic film as a sacrificial layer and optimally combining a film material constituting the structure and an etchant of the sacrificial layer. <P>SOLUTION: The manufacturing method for the hollow structure includes a step of forming the sacrificial layer 7 made of a first metallic material at a position where a cavity is to be formed on a substrate 1, a step of forming the film 9 made of a second metallic material on the sacrificial layer 7, and a step of forming the cavity 14 by etching off the sacrificial layer 7 with an etchant which does not damage the second metallic material. <P>COPYRIGHT: (C)2005,JPO&NCIPI

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、薄膜状の片持ち梁や両持ち梁、あるいは周辺が支持された薄膜等の直下を中空化した、いわゆる中空構造体の製造方法、特に犠牲層を用いて製造される中空構造体の製造方法に関する。さらにこの製法を利用したＭＥＭＳ素子の製造方法及び電子線マスクの製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、半導体デバイスの製造技術を用いて、可動機構を有する微小機械（いわゆるＭｉｃｒｏＥｌｅｃｔｒｏＭｅｃｈａｎｉｃａｌＳｙｓｔｅｍ）素子やマスクパターンとなる開口部のある電子線マスクを製造する技術が検討されている。
このＭＥＭＳ素子や電子線マスクなどの中空ビーム構造や開口部のある構造（即ち、中空マスク構造）を作製するのは、以下に示すような典型的な製造方法が用いられている。
第１の製造方法は、犠牲層としてシリコン酸化（ＳｉＯ_２）膜を形成し、その上に構造体となるシリコン（Ｓｉ）や窒化シリコン（ＳｉＮ）、ＳｉＣなどの薄膜を成膜した上で、犠牲層であるシリコン酸化（ＳｉＯ_２）膜をフッ酸などのエッチング可能な水溶液で除去する製造方法である。
第２の製造方法は、犠牲層としてポリシリコンやアモルファスシリコン、結晶シリコン膜を形成、またはＳｉ基板そのものを用い、その上に構造体となるＳｉＮ，ＳｉＣなどの薄膜や導電体としてＡｌ等の金属膜を成膜した上で、ＸｅＦ_２ガスにより犠牲層であるＳｉをエッチングして製造する方法である。
第３の製造方法としては、犠牲層としてレジストなどの有機膜を形成し、その上に構造体となるＳｉ，ＳｉＮ，ＳｉＣなどの薄膜や導電体としてＡｌ等の金属膜を成膜した上で、犠牲層を反応性イオンエッチング（ＲＩＥ）やＯ_２などのプラズマを用いたアッシング処理により除去して製造する方法である。
【０００３】
ＭＥＭＳ素子に関する構成の例は、例えば非特許文献１に示されている。
【０００４】
【非特許文献１】
Ｃ．Ｔ．−Ｎｇｕｙｅｎ，″Ｍｉｃｒｏｍｅｃｈａｎｉｃａｌｃｏｍｐｏｎｅｎｔｓｆｏｒｍｉｎｉａｔｕｒｉｚｅｄｌｏｗ−ｐｏｗｅｒｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｓ（ｉｎｖｉｔｅｄｐｌｅｎａｒｙ），″ｐｒｏｃｅｅｄｉｎｇＳ１９９９ＩＥＥＥＭＴＴ−ＳＩｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌＭｉｃｒｏｗａｖｅＳｙｍｐｏｓｉｕｍＲＦＭＥＭＳＷｏｒｋｓｈｏｐ，
Ｊｕｎｅ，１８，１９９９，ｐｐ．４８−７７．
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述した第１の製造方法では、犠牲層をフッ化水素成分を含有する水溶液でエッチング除去するために、構造体としてフッ化水素成分により腐食されない材料を用いる必要がある。このため、導電性を有するアルミニウム（Ａｌ）などの金属を構造体に用いたり、構造体上部の電極や導電膜に用いることが不可能であった。
第２の製造方法では、エッチング除去に原料が高価なＸｅＦ_２ガスを用いるために、安価にデバイスを製造することが不可能であった。
第３の製造方法では、レジストなどの有機薄膜が加熱により損傷するため、低温で構造体や導電膜を成膜する必要があり、構造体や導電膜の材料選択の制約が大きくなってしまう。
【０００６】
本発明は、上述の点に鑑み、犠牲層に金属膜を用い、且つ、構造体を構成する薄膜材料、及び犠牲層のエッチング液を最適に組み合わせて、容易且つ安価に製造し得る中空構造体の製造方法、ＭＥＭＳ素子の製造方法及び電子線マスクの製造方法を提供するものである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明に係る中空構造体の製造方法は、基板上の中空部分を形成すべき位置に、第１の金属材料よりなる犠牲層を形成する工程と、犠牲層上に第２の金属材料よりなる薄膜を形成する工程と、第２の金属材料にダメージを与えないエッチング液により犠牲層をエッチング除去して中空部を形成する工程を有する。
【０００８】
本発明に係るＭＥＭＳ素子の製造方法は、基板上の中空部分を形成すべき位置に、第１の金属材料よりなる犠牲層を形成する工程と、犠牲層上に第２の金属材料よりなるビームを形成する工程と、第２の金属材料にダメージを与えないエッチング液により犠牲層をエッチング除去して中空部を形成する工程を有する。
【０００９】
本発明に係る電子線マスクの製造方法は、基板上の中空部分を形成すべき位置に、第１の金属材料よりなる犠牲層を形成する工程と、犠牲層上に第２の金属材料よりなるマスク本体となる薄膜を形成する工程と、薄膜のマスク領域に対応する前記基板の部分を、前記犠牲層まで開口する工程と、薄膜にマスクパターンを形成する工程と、第２の金属材料にダメージを与えないエッチング液により犠牲層をエッチング除去して中空部を形成する工程を有する。
【００１０】
上記薄膜、ビームの第２の金属材料と、犠牲層の第１の金属材料と、犠牲層のエッチング液との最適な組み合わせは次の通りである。
第１の組み合わせは、薄膜、ビームの第２の金属材料をＡｌまたはＣｒまたはＦｅとし、犠牲層の第１の金属材料をＷまたはＺｎまたはＣｕとし、犠牲層のエッチング液を濃硝酸または熱濃硫酸とすることができる。
第２の組み合わせは、薄膜、ビームの第２の金属材料をＡｌとし、犠牲層の第１の金属材料をＷまたはＺｎとし、犠牲層のエッチング液をフッ素含有の酸とすえることができる。
第３の組み合わせは薄膜、ビームの第２の金属材料をＴｉとし、犠牲層の第１の金属材料をＡｌまたはＺｎとし、犠牲層のエッチング液を塩酸または希硝酸とすることができる。
第４の組み合わせは、薄膜、ビームの第２の金属材料をＴｉとし、犠牲層の第１の金属材料をＣｕまたはＺｎとし、犠牲層のエッチング液を硝酸または熱硫酸とすることができる。
第５の組み合わせは、薄膜、ビームの第２の金属材料をＴｉまたはＣｕとし、犠牲層の第１の金属材料をＷとし、犠牲層のエッチング液を酸化性アルカリ溶液とすることができる。
第６の組み合わせは、薄膜、ビームの第２の金属材料をＣｕとし、犠牲層の第１の金属材料をＡｌまたはＺｎとし、犠牲層のエッチング液をフッ酸又は塩酸とすることができる。
第７の組み合わせは、薄膜、ビームの第２の金属材料をＴａとし、犠牲層の第１の金属材料をＡｌまたはＺｎとし、犠牲層のエッチング液を熱濃硫酸と硝酸とフッ酸とを除くそれ以外の酸とすることができる。
【００１１】
本発明に係る中空構造体の製造方法においては、犠牲層に第１の金属材料を用い、薄膜に第２の金属材料を用い、第２の金属材料にダメージを与えないエッチング液、即ち第１の金属材料と第２の金属材料との間でエッチングの選択比が大きいエッチング液を選択することにより、薄膜、ビームに腐食、消失等のダメージを与えることなく、犠牲層のみを選択的に且つ十分な速度でエッチングすることができる。
【００１２】
本発明に係るＭＥＭＳ素子の製造方法においては、犠牲層膜に第１の金属材料を用い、ビームに第２の金属材料を用い、第２の金属材料にダメージを与えないエッチング液、即ち第１の金属材料と第２の金属材料との間でエッチングの選択比が大きいエッチング液を選択することにより、ビームにダメージを与えることなく、犠牲層のみを選択的に且つ十分な速度でエッチングすることができる。
【００１３】
本発明に係る電子線マスクの製造方法においては、犠牲層膜に第１の金属材料を用い、マスク本体となる薄膜に第２の金属材料を用い、第２の金属にダメージを与えないエッチング液、即ち第１の金属材料と第２の金属材料との間でエッチングの選択比が大きいエッチング液を選択することにより、マスク本体となる薄膜にダメージを与えることなく、犠牲層のみを選択的に且つ十分な速度でエッチングすることができる。
【００１４】
【発明の実施の形態】
先ず、本発明の実施形態に係る微細な中空構造体の基本的な製造方法を説明する。
本実施の形態に係る中空構造体の製造方法は、図示せざるも、所要の基板上の中空部分を形成すべき位置に、選択的に第１の金属材料よりなる犠牲層を形成する工程と、この犠牲層上に一部が基板に支持されるように第２の金属材料よりなる薄膜（ビーム状の薄膜を含む）を形成する工程と、第２の金属材料に腐食や消失等のダメージを与えないエッチング液、つまりエッチングすべき犠牲層とエッチングしたくない薄膜との選択比が大きくなるエッチング液を用いて犠牲層をエッチング除去して中空部を形成する工程とを有する。
基板は、例えばシリコン（Ｓｉ）やガリウム砒素（ＧａＡｓ）などの半導体基板上に絶縁膜形成した基板、石英基板やガラス基板のような絶縁性基板等が用いられる。
特に、本実施の形態では、薄膜及び犠牲層の金属材料と、犠牲層のエッチング液（組成、濃度、防蝕剤との組み合わせ）とを選択することにより、即ち表１に示す組み合わせを用いることにより、薄膜にダメージを与えずに犠牲層のみを選択的に、かつ十分な速度でエッチング除去することができる。
【００１５】
【表１】

【００１６】
次に、図面を用いて上記中空構造体の製造方法をＭＥＭＳ素子、電子線マスクの製造に適用した実施の形態について説明する。
【００１７】
図１及び図２は、上述の中空構造体の製造方法を適用した本発明に係るＭＥＭＳ素子の製造方法の一実施の形態を示す。
【００１８】
先ず、図１Ａに示すように、一主面が絶縁性を有する基板１５を用意する。本例では、シリコン基板１上に絶縁膜として例えばシリコン酸化膜である絶縁膜２を成膜した基板１５を用意する。
次に、図１Ｂに示すように、基板１５上に下部電極及び配線層となる下部電極膜３を成膜する。
次に、図１Ｃに示すように、フォトリソグラフィ技術を用いて下部電極膜３をパターニングして下部電極４及びその片側に位置する配線層５を形成する。ここでフォトリソグラフィ技術は、レジストを塗布し、露光・現像処理を行いレジストをマスクに下地をエッチングによりパターニングする技術である。
なお、配線層５は、後述するビーム１０に接続される。この配線層５は、デバイスの特性により複数のビームに共通に接続され、逆に各ビームを個別に動作させる必要があるときは独立に配置される。ビーム１０を構成する上部電極により、全ての配線が可能となる場合には、配線層５を省略することができる。
次に、図１Ｄに示すように、下部電極４、配線層５を含む基板１５上に金属材料よりなる犠牲層７を成膜する。
次に、図１Ｅに示すように、犠牲層７をフォトリソグラフィ技術を用いてパターニングする。このとき、配線層５上に対応する犠牲層７の一部に、配線層５に達する開口８を形成する。
【００１９】
次に、図２Ｆに示すように、配線層上の開口８及び犠牲層７上に金属材料のみからなる薄膜９を成膜する。
次に、図２Ｇに示すように、薄膜９を選択的にパターニングして、一端が配線層５に接続され基板１５上に支持された所望の形状のビーム１０を形成する。本例では、片持ち梁構造のビーム１０となる。このとき、必要に応じて犠牲層７のエッチング時に必要なビアホールのパターニング処理も同時に行う。
次に、図２Ｈに示すように、ビーム１０の上及び犠牲層７上を含む全面に電極パッド部となる電極膜１１を成膜する。
次に、図２Ｉに示すように、電極膜１１をパターニングしてビーム１０の支持部１３に対応する位に電極パッド部１２を形成する。
次に、図２Ｊに示すように、犠牲層７のみを選択的に除去する。これにより、下部電極４とビーム１０の間が中空部１４とされた目的のＭＥＭＳ素子１６を得る。
【００２０】
図３及び図４は、本発明に係るＭＥＭＳ素子の製造方法の他の実施の形態を示す。本例はビームとして金属材料膜と非金属材料膜の積層膜で形成した場合である。
先ず、図３Ａに示すように、前述と同様に一主面が絶縁性を有する基板１５、本例ではシリコン基板１上に絶縁膜として例えばシリコン酸化膜２を成膜した基板１５を用意する。
次に、図３Ｂに示すように、基板１５上に下部電極及び配線層となる下部電極膜３を成膜する。
次に、図３Ｃに示すように、フォトリソグラフィ技術を用いて下部電極膜３をパターニングして下部電極４及びその片側に位置する配線層５を形成する。
次に、図３Ｄに示すように、下部電極４、配線層５を含む基板１５上に金属材料よりなる犠牲層７を成膜する。
次に、図３Ｅに示すように、犠牲層７上にビームの下面金属膜となる金属膜２３を成膜する。
次に、図３Ｆに示すように、金属膜２３及び犠牲層７をフォトリソグラフィ技術を用いてパターニングする。このとき、配線層５上に対応する金属膜２３及び犠牲層７の一部に配線層５に達する開口２８を形成する。
【００２１】
次に、図４Ｇに示すように、配線層５上の開口２８及び金属膜２３上にビームの一部を構成する非金属材料膜２９、本例ではセラミック膜あるいは多結晶シリコン膜を成膜する。
次に、図４Ｈに示すように、非金属材料膜２９の一部に下部の配線層５に達するビーム電極コンタクト用の開口３８を形成する。
次に、図４Ｉに示すように、開口３８及び非金属材料膜２９上にビームの上面金属膜（いわゆるビーム電極）となる金属膜３０を成膜する。この金属膜３０は開口３８を通じて下部の配線層５に接続される。
次に、図４Ｊに示すように、金属膜３０、非金属材料膜２９及び金属膜２３を選択的にパターニングして一端が配線層５に支持された所望形状のビーム、即ち非金属材料膜２９を挟んで下面金属膜２３及び上面金属膜３０を有した積層膜からなるビーム３１を形成する。
次に、図４Ｋに示すように、犠牲層７を選択的に除去する。これにより、下部電極４とビーム３１の間が中空部１４とされた目的のＭＥＭＳ素子３２を得る。本実施の形態のＭＥＭＳ素子３２では、ビーム３１が金属膜２３、３０と非金属材料膜２９の積層膜で構成されるので、長いビームでも十分に可動し得る。因みに、長いビームの場合、金属材料のみで形成すると金属が可塑性を有するため反発力が得られず、可動しにくい。
【００２２】
上述のＭＥＭＳ素子１６及び３２では、ビーム１０及び３１を片持ち梁構造としたが、ビームを両持ち梁構造としたＭＥＭＳ素子にも適用することができる。
【００２３】
図５及び図６は、前述の中空構造体の製造方法を適用した本発明に係る電子線マスクの製造方法の実施の形態を示す。
先ず、図５Ａに示すように、所要の厚さの基板４０を用意する。本例では、シリコン基板４１の表裏両面にシリコン酸化膜、シリコン窒化膜等の絶縁膜４２及び４３、例えばシリコン酸化膜を成膜した基板４０を用意する。そして、一方のシリコン酸化膜４２の中空部を形成すべき位置に対応した部分を一部選択的にパターニングして基板４１に達する開口４８を形成する。
次に、図５Ｂに示すように、絶縁膜４２をマスクに基板４に所要の深さまでエッチングして凹部４９を形成する。
次に、図５Ｃに示すように、シリコン基板４１上面の絶縁膜４２を除去する。
次に、図５Ｄに示すように、シリコン基板４１の上面に形成した凹部４９内に選択的に金属材料よりなる犠牲層４７を堆積する。
【００２４】
次に、図６Ｅに示すように、基板４１上面及び犠牲層４７上面にわたる全面にマスク本体となる金属材料よりなる薄膜４４を積層する。
次に示すように、シリコン基板４１の下面の絶縁層４３をパターニングする。この絶縁膜４３をマスクにシリコン基板４１を選択エッチングし、シリコン基板４１の裏面側から犠牲層４７に達する開口４５を形成する。
次に図６Ｇに示すように、薄膜４４に所望のマスクパターンとなる透孔４６を犠牲層４７に達するように形成する。
次に、図６Ｈに示すように、犠牲層４７を除去する。これによって、透孔４６によって所望のマスクパターンを有する薄膜４４によるマスク本体５１が、その周辺をシリコン基板４１で支持されて成る目的の電子線マスク５０を得る。
【００２５】
次に、上述したＭＥＭＳ素子の製造及び電子線マスクの製造に際して、犠牲層に用いる第１の金属材料と、ビーム、下部電極膜、マスク本体等に用いられる第２の金属材料と、犠牲層のエッチングに用いられるエッチング液との最適な組み合わせを、前述の表１を用いて説明する。なお、以下は、表１の（ｉ）〜（ｖｉｉｉ）に沿ってＭＥＭＳ素子の製造方法について説明する。尚、説明は省略するも、電子線マスクの製造方法でもマスク本体、犠牲層及び犠牲層のエッチング液に対して表１を同様に適用できる。
【００２６】
（ｉ）下部電極膜３、もしくはビームとなる薄膜９または２９、もしくは電極パッドとなる電極膜１１または３０、のいずれかに用いられる材料をＡｌ（アルミニウム）、犠牲層７に用いられる材料をＷ（タングステン）、中空ビーム構造形成に用いる犠牲層７のエッチング液を濃硝酸または熱濃硫酸とすると、Ａｌ膜の表面には不動態層が形成されるためエッチングされず、Ｗ膜のみをエッチングすることが可能となる。このとき、Ａｌ膜とともにＴｉ，ＴｉＮなどのバリアメタル膜を成膜しても良い。また、Ａｌ膜の替わりに、Ｃｒ，Ｆｅなどの濃硝酸中で表面に不動態層を形成する金属を、Ｗの替わりに、Ｃｕ，Ｚｎなどの酸化力のある酸に容易に溶解する金属を用いても良い。
（ｉｉ）下部電極膜３、もしくはビームとなる薄膜９または２９、もしくは電極パッドとなる電極膜１１または３０、のいずれかに用いられる材料をＡｌ（アルミニウム）、犠牲層７に用いられる材料をＷまたはＺｎ（鉛）、中空ビーム構造形成に用いる犠牲層７のエッチング液をＦ（鉄）含有の酸とすると、電池効果により、Ａｌ膜はエッチングされず、Ｗ膜のみをエッチングすることが可能となる。このとき、Ａｌ膜とともにＴｉ（チタン），ＴｉＮ（窒化チタン）などのバリアメタル膜を成膜しても良い。電池効果とは、異種の金属が接触または導電性溶液内で共存した場合、酸化還元電位の違いにより、一方が酸化され溶液中に溶解し、他方が還元され溶解しないという現象である。具体的には、酸化還元電位の低い方の金属が酸化され溶液中に溶解し、酸化還元電位の高い方の金属は還元されるため、溶液中に溶解しない、という現象になる。
（ｉｉｉ）下部電極膜３、もしくはビームとなる薄膜９または２９、もしくは電極パッドとなる電極膜１１または３０、のいずれかに用いられる材料をＴｉ、犠牲層７に用いられる材料をＡｌ、中空ビーム構造形成に用いる犠牲層７のエッチング液を塩酸または希硝酸とすると、Ｔｉ膜は溶解しないためエッチングされず、Ａｌ膜のみをエッチングすることが可能となる。また、Ａｌの替わりに、Ｚｎなどの塩酸または希硝酸に容易に溶解する金属を用いても良い。
（ｉｖ）下部電極膜３、もしくはビームとなる薄膜９または２９、もしくは電極パッドとなる電極膜１１または３０、のいずれかに用いられる材料をＴｉ、犠牲層７に用いられる材料をＣｕ（銅）、中空ビーム構造形成に用いる犠牲層７のエッチング液を硝酸または熱硫酸とすると、Ｔｉ膜は溶解しないためエッチングされず、ＣｕまたはＡｌ膜のみをエッチングすることが可能となる。また、Ｃｕの替わりに、Ｚｎなどの濃硝酸または熱硫酸に容易に溶解する金属を用いても良い。
（ｖ）下部電極膜３、もしくはビームとなる薄膜９または２９、もしくは電極パッドとなる電極膜１１または３０、のいずれかに用いられる材料をＣｕ、犠牲層７に用いられる材料をＷ、中空ビーム構造形成に用いる犠牲層７のエッチング液を酸化性のアルカリ溶液とすると、ＣｕはＷよりも貴な金属であるため、電池効果により、酸化還元電位が低い金属（Ｗ）のみをエッチングすることが可能となる。また、Ｃｕの替わりに、酸化性のアルカリ溶液に溶解しない金属、例えばＴｉを用いても良い。
（ｖｉ）下部電極膜３、もしくはビームとなる薄膜９または２９、もしくは電極パッドとなる電極膜１１または３０、のいずれかに用いられる材料をＣｕ、犠牲層７に用いられる材料をＡｌ、中空ビーム構造形成に用いる犠牲雄７のエッチング液をフッ酸または塩酸とすると、Ｃｕ膜は溶解しないためエッチングされず、Ａｌ膜のみをエッチングすることが可能となる。また、Ａｌの替わりに、Ｚｎなどのフッ酸または塩酸に容易に溶解する金属を用いても良い。
（ｖｉｉ）下部電極膜３、もしくはビームとなる薄膜９または２９、もしくは電極パッドとなる電極膜１１または３０、のいずれかに用いられる材料をＣｕ、犠牲層７に用いられる材料をＣｕよりも酸化還元電位が低い金属（例えばＡｌなど）、中空ビーム構造形成に用いる犠牲層７のエッチング液をＣｕのエッチングレートが低い硝酸や熱硫酸以外の酸（例えばＦ含有の酸や塩酸など）とすると、ＣｕはＡｌよりも貴な金属であるため、電池効果により酸化還元電位が低い金属のみをエッチングすることが可能となる。
（ｖｉｉｉ）下部電極膜３、もしくはビームとなる薄膜９または２９、もしくは電極パッドとなる電極膜１１または３０、のいずれかに用いられる材料をＴａ、犠牲層７に用いられる材料をＡｌ、中空ビーム構造形成に用いるエッチング液を熱硫酸および硝酸およびフッ酸のそれぞれを除いた酸とすると、Ｔａ膜は溶解しないためエッチングされず、ＣｕまたはＡｌ膜のみをエッチングすることが可能となる。また、Ａｌの替わりに、Ｚｎなどの熱硫酸および硝酸およびフッ酸のそれぞれを除いた酸に容易に溶解する金属を用いても良い。
【００２７】
なお、上記各例（ｉ）〜（ｖｉｉｉ）においては、下部電極膜３、もしくはビームとなる薄膜９または２９、もしくは電極パッドとなる電極膜１１または３０、のいずれかに用いられる材料を特定したが、その他の上記電極膜、薄膜の材料は、犠牲層７と異なる必要があり、更に金属材料を用いる場合には犠牲層７のエッチング時に溶解しない材料を用いる。
【００２８】
本実施の形態に係るＭＥＭＳ素子の製造方法によれば、ビーム１０、３１と下部電極４、配線層５、電極パッドの材料及び犠牲層７の材料、エッチング液を選択することで、薄膜の犠牲層７をエッチング除去するときに、ビーム１０、３１及び下部電極４、配線層５、電極パッド１２の材料を腐食することなく犠牲層７のみを選択的に、且つ十分な速度でエッチング除去することができる。従って、精度のよいＭＥＭＳ素子を製造することができる。
【００２９】
本実施の形態に係る電子線マスクの製造方法によれば、マスク本体５１の材料及び犠牲層４７の材料、エッチング液を選択することで、薄膜の犠牲層４７をエッチング除去するときに、マスク本体５１の材料を腐食することなく犠牲層４７のみを選択的に且つ十分な速度でエッチング除去することができる。従って、精度のよい電子線マスクを製造することができる。
【００３０】
なお、図１及び図２のＭＥＭＳ素子１６、図３及び図４のＭＥＭＳ素子３２において、下部電極４、配線層５、電極パッド１２も前述のビームを構成する第２の金属材料膜で形成することができる。
ＭＥＭＳ素子１６、３２は、光学ＭＥＭＳ素子、光強度変調器であるＧＬＶ素子、高周波フィルタ、高周波スイッチ、各種センサ、ダイアフラムなどの微細駆動体、その他等に適用できる。
【００３１】
本製造方法を使い実現するＭＥＭＳ素子及び電子線マスクであれば、形状や構造等は問わないで、最適な材料及びエッチング液の組み合わせ方法によって製造することができる。
【００３２】
【発明の効果】
本発明に係る中空構造体の製造方法によれば、犠牲層に用いる第１の金属材料、薄膜に用いる第２の金属材料及び犠牲層を選択除去するエッチング液（組成や濃度、防蝕剤との組み合わせ）をそれぞれ最適な組み合わせで選択することにより、第２の金属材料の薄膜にダメージを与えずに犠牲層のみを選択てきに除去することができる。これにより、中空構造体を精度よく且つ容易に製造することができ、歩留りの向上を図ることができる。
【００３３】
本発明に係るＭＥＭＳ素子の製造方法によれば、犠牲層に用いる第１の金属材料、ビームに用いる第２の金属材料及び犠牲層を選択除去するエッチング液（組成や濃度、防蝕剤との組み合わせ）をそれぞれ最適な組み合わせで選択することにより、第２の金属材料の薄膜にダメージを与えずに犠牲層のみを選択てきに除去することができる。これにより、中空ビーム構造のＭＥＭＳ素子を精度よく且つ容易に製造することができ、歩留りの向上を図ることができる。
【００３４】
本発明に係る電子線マスクの製造方法によれば、犠牲層に用いる第１の金属材料、マスク本体となる薄膜に用いる第２の金属材料及び犠牲層を選択除去するエッチング液（組成や濃度、防蝕剤との組み合わせ）をそれぞれ最適な組み合わせで選択することにより、第２の金属材料の薄膜にダメージを与えずに犠牲層のみを選択てきに除去することができる。これにより、中空構造の電子線マスクを精度よく且つ容易に製造することができ、歩留りの向上を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】Ａ〜Ｅ本発明に係るＭＥＭＳ素子の製造方法の一実施の形態を示す工程図である。
【図２】Ｆ〜Ｊ本発明に係るＭＥＭＳ素子の製造方法の一実施の形態を示す工程図である。
【図３】Ａ〜Ｆ本発明に係るＭＥＭＳ素子の製造方法の他の実施の形態を示す工程図である。
【図４】Ｇ〜Ｋ本発明に係るＭＥＭＳ素子の製造方法の他の実施の形態を示す工程図である。
【図５】Ａ〜Ｄ本発明に係る電子線マスクの製造方法の一実施の形態を示す工程図である。
【図６】Ｅ〜Ｈ本発明に係る電子線マスクの製造方法の一実施の形態を示す工程図である。
【符号の説明】
１，４０，４１・・基板、２，４２，４３・・絶縁膜、３・・下部電極膜、４・・下部電極、５・・配線層、８，２８，３８，４５，４８・・開口、７，４７・・犠牲層、９，４４・・薄膜、１０，３１・・ビーム、１１・・電極膜、１２・・電極パッド部、１４・・中空部、１５・・基板、１６，３２・・ＭＥＭＳ素子、２３，３０・・金属膜、２９・・非金属材料膜、４１・・シリコン基板、４６・・透孔、４８・・マスク本体、４９・・凹部、５０・・電子線マスク、５１・・マスク本体[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a method for manufacturing a so-called hollow structure, in particular, a hollow structure manufactured using a sacrificial layer, in which a thin film cantilever, a double-supported beam, or a thin film with a periphery supported therein is hollowed. It relates to the manufacturing method. Furthermore, it is related with the manufacturing method of the MEMS element using this manufacturing method, and the manufacturing method of an electron beam mask.
[0002]
[Prior art]
2. Description of the Related Art In recent years, a technique for manufacturing an electron beam mask having an opening serving as a micro mechanical (so-called Micro Electro Mechanical System) element having a movable mechanism or a mask pattern using a semiconductor device manufacturing technique has been studied.
A typical manufacturing method as described below is used to manufacture a hollow beam structure such as a MEMS element or an electron beam mask or a structure having an opening (that is, a hollow mask structure).
The first manufacturing method uses silicon oxide (SiO2) as a sacrificial layer. ₂ ) A film is formed, and a thin film such as silicon (Si), silicon nitride (SiN), or SiC is formed thereon, and then a silicon oxide (SiO) that is a sacrificial layer is formed. ₂ ) A manufacturing method in which the film is removed with an etchable aqueous solution such as hydrofluoric acid.
In the second manufacturing method, polysilicon, amorphous silicon, or a crystalline silicon film is formed as a sacrificial layer, or a Si substrate itself is used, and a thin film such as SiN or SiC that forms a structure or a metal such as Al as a conductor. After forming the film, XeF ₂ In this method, Si, which is a sacrificial layer, is etched by gas.
As a third manufacturing method, an organic film such as a resist is formed as a sacrificial layer, and a thin film such as Si, SiN, and SiC that becomes a structure and a metal film such as Al as a conductor are formed thereon. The sacrificial layer is formed by reactive ion etching (RIE) or O ₂ This is a method of manufacturing by removing by an ashing process using plasma.
[0003]
An example of a configuration related to a MEMS element is shown in Non-Patent Document 1, for example.
[0004]
[Non-Patent Document 1]
C. T.A. -Nguyen, "Micromechanical components for miniaturized low-power communications (invited plenary)," proceeding S1999 IEEE MTT-S International Microsymposium.
June, 18, 1999, pp. 48-77.
[0005]
[Problems to be solved by the invention]
However, in the first manufacturing method described above, in order to etch away the sacrificial layer with an aqueous solution containing a hydrogen fluoride component, it is necessary to use a material that is not corroded by the hydrogen fluoride component as a structure. For this reason, it has been impossible to use a metal such as aluminum (Al) having conductivity for the structure, or for an electrode or a conductive film above the structure.
In the second manufacturing method, XeF whose raw material is expensive for etching removal ₂ Due to the use of gas, it has been impossible to manufacture devices inexpensively.
In the third manufacturing method, since an organic thin film such as a resist is damaged by heating, it is necessary to form a structure or a conductive film at a low temperature, which increases restrictions on the material selection of the structure or the conductive film.
[0006]
In view of the above-mentioned points, the present invention uses a metal film for a sacrificial layer, and a hollow structure that can be easily and inexpensively manufactured by optimally combining a thin film material constituting the structure and an etching solution for the sacrificial layer. The manufacturing method of this, the manufacturing method of a MEMS element, and the manufacturing method of an electron beam mask are provided.
[0007]
[Means for Solving the Problems]
The method for manufacturing a hollow structure according to the present invention includes a step of forming a sacrificial layer made of a first metal material at a position where a hollow portion on a substrate is to be formed, and a second metal material on the sacrificial layer. A step of forming a thin film, and a step of forming a hollow portion by etching away the sacrificial layer with an etching solution that does not damage the second metal material.
[0008]
A method for manufacturing a MEMS device according to the present invention includes a step of forming a sacrificial layer made of a first metal material at a position where a hollow portion on a substrate is to be formed, and a beam made of a second metal material on the sacrificial layer. And a step of forming the hollow portion by etching away the sacrificial layer with an etching solution that does not damage the second metal material.
[0009]
The method of manufacturing an electron beam mask according to the present invention includes a step of forming a sacrificial layer made of a first metal material at a position where a hollow portion on a substrate is to be formed, and a second metal material on the sacrificial layer. A step of forming a thin film to be a mask body, a step of opening the portion of the substrate corresponding to the mask region of the thin film to the sacrificial layer, a step of forming a mask pattern on the thin film, and damaging the second metal material A step of forming the hollow portion by etching away the sacrificial layer with an etching solution that does not give the surface.
[0010]
The optimum combination of the second metal material for the thin film and beam, the first metal material for the sacrificial layer, and the etchant for the sacrificial layer is as follows.
The first combination is a thin film, the second metal material of the beam is Al, Cr, or Fe, the first metal material of the sacrificial layer is W, Zn, or Cu, and the sacrificial layer etchant is concentrated nitric acid or heat concentrated. It can be sulfuric acid.
In the second combination, the second metal material of the thin film and the beam may be Al, the first metal material of the sacrificial layer may be W or Zn, and the sacrificial layer etchant may be a fluorine-containing acid.
The third combination is a thin film, the second metal material of the beam can be Ti, the first metal material of the sacrificial layer can be Al or Zn, and the etchant for the sacrificial layer can be hydrochloric acid or dilute nitric acid.
In the fourth combination, the second metal material of the thin film and the beam can be Ti, the first metal material of the sacrificial layer can be Cu or Zn, and the etchant for the sacrificial layer can be nitric acid or hot sulfuric acid.
In the fifth combination, the second metal material of the thin film and the beam can be Ti or Cu, the first metal material of the sacrificial layer can be W, and the etching solution for the sacrificial layer can be an oxidizing alkaline solution.
In the sixth combination, the second metal material of the thin film and the beam can be Cu, the first metal material of the sacrificial layer can be Al or Zn, and the etchant for the sacrificial layer can be hydrofluoric acid or hydrochloric acid.
In the seventh combination, the second metal material of the thin film and beam is Ta, the first metal material of the sacrificial layer is Al or Zn, and the etching solution for the sacrificial layer is excluding hot concentrated sulfuric acid, nitric acid, and hydrofluoric acid. Other acids can be used.
[0011]
In the method for manufacturing a hollow structure according to the present invention, the first metal material is used for the sacrificial layer, the second metal material is used for the thin film, and the etching solution that does not damage the second metal material, that is, the first By selecting an etchant having a large etching selectivity between the metal material and the second metal material, only the sacrificial layer can be selected selectively without damaging the thin film or beam, such as corrosion or disappearance. Etching can be performed at a sufficient rate.
[0012]
In the method of manufacturing a MEMS device according to the present invention, the first metal material is used for the sacrificial layer film, the second metal material is used for the beam, and the first etchant that does not damage the second metal material, that is, the first By selecting an etchant having a high etching selectivity between the metal material and the second metal material, only the sacrificial layer is selectively etched at a sufficient speed without damaging the beam. Can do.
[0013]
In the method of manufacturing an electron beam mask according to the present invention, the first metal material is used for the sacrificial layer film, the second metal material is used for the thin film serving as the mask body, and the etching solution does not damage the second metal. That is, by selecting an etching solution having a high etching selectivity between the first metal material and the second metal material, only the sacrificial layer can be selectively selected without damaging the thin film serving as the mask body. In addition, it can be etched at a sufficient rate.
[0014]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
First, a basic manufacturing method of a fine hollow structure according to an embodiment of the present invention will be described.
Although not shown, the method for manufacturing a hollow structure according to the present embodiment includes a step of selectively forming a sacrificial layer made of a first metal material at a position where a hollow portion on a required substrate is to be formed. A step of forming a thin film (including a beam-shaped thin film) made of the second metal material so that a part of the sacrificial layer is supported on the substrate, and damage such as corrosion or disappearance to the second metal material. A step of forming the hollow portion by etching away the sacrificial layer using an etchant that does not give the etching, that is, an etchant that increases the selectivity between the sacrificial layer to be etched and the thin film that is not to be etched.
As the substrate, for example, a substrate in which an insulating film is formed on a semiconductor substrate such as silicon (Si) or gallium arsenide (GaAs), an insulating substrate such as a quartz substrate or a glass substrate, or the like is used.
In particular, in this embodiment, by selecting the metal material for the thin film and the sacrificial layer and the etching solution for the sacrificial layer (combination of composition, concentration, and corrosion inhibitor), that is, by using the combinations shown in Table 1. Only the sacrificial layer can be selectively removed at a sufficient rate without damaging the thin film.
[0015]
[Table 1]

[0016]
Next, an embodiment in which the method for manufacturing a hollow structure is applied to manufacture of a MEMS element and an electron beam mask will be described with reference to the drawings.
[0017]
1 and 2 show an embodiment of a method for manufacturing a MEMS device according to the present invention to which the above-described method for manufacturing a hollow structure is applied.
[0018]
First, as shown in FIG. 1A, a substrate 15 having an insulating property on one main surface is prepared. In this example, a substrate 15 is prepared in which an insulating film 2 which is, for example, a silicon oxide film is formed on a silicon substrate 1 as an insulating film.
Next, as shown in FIG. 1B, a lower electrode film 3 to be a lower electrode and a wiring layer is formed on the substrate 15.
Next, as shown in FIG. 1C, the lower electrode film 3 is patterned using a photolithography technique to form the lower electrode 4 and the wiring layer 5 located on one side thereof. Here, the photolithography technique is a technique in which a resist is applied, exposure / development processing is performed, and the base is etched and patterned using the resist as a mask.
The wiring layer 5 is connected to a beam 10 described later. This wiring layer 5 is commonly connected to a plurality of beams depending on the characteristics of the device, and conversely, when it is necessary to operate each beam individually, they are arranged independently. The wiring layer 5 can be omitted when all wiring is possible with the upper electrode constituting the beam 10.
Next, as shown in FIG. 1D, a sacrificial layer 7 made of a metal material is formed on the substrate 15 including the lower electrode 4 and the wiring layer 5.
Next, as shown in FIG. 1E, the sacrificial layer 7 is patterned using a photolithography technique. At this time, an opening 8 reaching the wiring layer 5 is formed in a part of the sacrificial layer 7 corresponding to the wiring layer 5.
[0019]
Next, as shown in FIG. 2F, a thin film 9 made of only a metal material is formed on the opening 8 and the sacrificial layer 7 on the wiring layer.
Next, as shown in FIG. 2G, the thin film 9 is selectively patterned to form a beam 10 having a desired shape with one end connected to the wiring layer 5 and supported on the substrate 15. In this example, the beam 10 has a cantilever structure. At this time, a via hole patterning process necessary for etching the sacrificial layer 7 is simultaneously performed as necessary.
Next, as shown in FIG. 2H, an electrode film 11 to be an electrode pad portion is formed on the entire surface including the beam 10 and the sacrificial layer 7.
Next, as shown in FIG. 2I, the electrode film 11 is patterned to form an electrode pad portion 12 at a position corresponding to the support portion 13 of the beam 10.
Next, as shown in FIG. 2J, only the sacrificial layer 7 is selectively removed. Thereby, the target MEMS element 16 in which the space between the lower electrode 4 and the beam 10 is the hollow portion 14 is obtained.
[0020]
3 and 4 show another embodiment of the method for manufacturing a MEMS device according to the present invention. In this example, the beam is formed of a laminated film of a metal material film and a non-metal material film.
First, as shown in FIG. 3A, similarly to the above, a substrate 15 having an insulating surface on one main surface, in this example, a substrate 15 having a silicon oxide film 2 formed as an insulating film on the silicon substrate 1 is prepared.
Next, as shown in FIG. 3B, a lower electrode film 3 to be a lower electrode and a wiring layer is formed on the substrate 15.
Next, as shown in FIG. 3C, the lower electrode film 3 is patterned using a photolithography technique to form the lower electrode 4 and the wiring layer 5 located on one side thereof.
Next, as shown in FIG. 3D, a sacrificial layer 7 made of a metal material is formed on the substrate 15 including the lower electrode 4 and the wiring layer 5.
Next, as shown in FIG. 3E, a metal film 23 is formed on the sacrificial layer 7 as a lower-surface metal film of the beam.
Next, as shown in FIG. 3F, the metal film 23 and the sacrificial layer 7 are patterned using a photolithography technique. At this time, an opening 28 reaching the wiring layer 5 is formed in a part of the corresponding metal film 23 and sacrificial layer 7 on the wiring layer 5.
[0021]
Next, as shown in FIG. 4G, a non-metallic material film 29 constituting a part of the beam, in this example, a ceramic film or a polycrystalline silicon film is formed on the opening 28 and the metal film 23 on the wiring layer 5. .
Next, as shown in FIG. 4H, an opening 38 for beam electrode contact reaching the lower wiring layer 5 is formed in a part of the nonmetallic material film 29.
Next, as shown in FIG. 4I, a metal film 30 is formed on the opening 38 and the non-metal material film 29 as a top metal film (so-called beam electrode) of the beam. The metal film 30 is connected to the lower wiring layer 5 through the opening 38.
Next, as shown in FIG. 4J, the metal film 30, the non-metal material film 29, and the metal film 23 are selectively patterned to form a beam having a desired shape with one end supported by the wiring layer 5, that is, the non-metal material film 29. A beam 31 made of a laminated film having a lower surface metal film 23 and an upper surface metal film 30 is formed.
Next, as shown in FIG. 4K, the sacrificial layer 7 is selectively removed. As a result, the target MEMS element 32 in which the space between the lower electrode 4 and the beam 31 is the hollow portion 14 is obtained. In the MEMS element 32 of the present embodiment, the beam 31 is composed of the laminated film of the

metal films

23 and 30 and the non-metal material film 29, so that even a long beam can be sufficiently moved. By the way, in the case of a long beam, if it is formed only of a metal material, the metal has plasticity, so a repulsive force cannot be obtained and it is difficult to move.
[0022]
In the

MEMS elements

16 and 32 described above, the

beams

10 and 31 have a cantilever structure, but the present invention can also be applied to a MEMS element in which a beam has a double-supported beam structure.
[0023]
5 and 6 show an embodiment of an electron beam mask manufacturing method according to the present invention to which the hollow structure manufacturing method described above is applied.
First, as shown in FIG. 5A, a substrate 40 having a required thickness is prepared. In this example, a substrate 40 is prepared in which insulating

films

42 and 43 such as a silicon oxide film and a silicon nitride film, such as a silicon oxide film, are formed on both front and back surfaces of a silicon substrate 41. Then, an opening 48 reaching the substrate 41 is formed by selectively patterning part of the silicon oxide film 42 corresponding to the position where the hollow portion is to be formed.
Next, as shown in FIG. 5B, a recess 49 is formed by etching the substrate 4 to a required depth using the insulating film 42 as a mask.
Next, as shown in FIG. 5C, the insulating film 42 on the upper surface of the silicon substrate 41 is removed.
Next, as shown in FIG. 5D, a sacrificial layer 47 made of a metal material is selectively deposited in a recess 49 formed on the upper surface of the silicon substrate 41.
[0024]
Next, as shown in FIG. 6E, a thin film 44 made of a metal material to be a mask body is laminated on the entire surface over the upper surface of the substrate 41 and the upper surface of the sacrificial layer 47.
As shown next, the insulating layer 43 on the lower surface of the silicon substrate 41 is patterned. Using this insulating film 43 as a mask, the silicon substrate 41 is selectively etched to form an opening 45 reaching the sacrificial layer 47 from the back side of the silicon substrate 41.
Next, as shown in FIG. 6G, a through-hole 46 serving as a desired mask pattern is formed in the thin film 44 so as to reach the sacrificial layer 47.
Next, as shown in FIG. 6H, the sacrificial layer 47 is removed. As a result, a target electron beam mask 50 is obtained in which the mask body 51 of the thin film 44 having a desired mask pattern is supported by the silicon substrate 41 through the through holes 46.
[0025]
Next, in manufacturing the MEMS element and the electron beam mask, the first metal material used for the sacrificial layer, the second metal material used for the beam, the lower electrode film, the mask body, and the like, and the sacrificial layer The optimum combination with the etching solution used for etching will be described with reference to Table 1 described above. In the following, a method for manufacturing a MEMS element will be described along (i) to (viii) of Table 1. Although description is omitted, Table 1 can be similarly applied to the mask body, the sacrificial layer, and the etching solution for the sacrificial layer in the manufacturing method of the electron beam mask.
[0026]
(I) The material used for either the lower electrode film 3 or the thin film 9 or 29 serving as a beam or the

electrode film

11 or 30 serving as an electrode pad is Al (aluminum), and the material used for the sacrificial layer 7 is W. (Tungsten) If the etching solution of the sacrificial layer 7 used for forming the hollow beam structure is concentrated nitric acid or hot concentrated sulfuric acid, a passive layer is formed on the surface of the Al film, so that the etching is not performed and only the W film is etched. It becomes possible. At this time, a barrier metal film such as Ti or TiN may be formed together with the Al film. Also, instead of Al film, a metal that forms a passive layer on the surface in concentrated nitric acid such as Cr and Fe, and a metal that easily dissolves in an acid having an oxidizing power such as Cu and Zn instead of W. It may be used.
(Ii) The material used for either the lower electrode film 3 or the thin film 9 or 29 serving as a beam or the

electrode film

11 or 30 serving as an electrode pad is Al (aluminum), and the material used for the sacrificial layer 7 is W. Alternatively, if the etching solution for the sacrificial layer 7 used for forming the Zn (lead) and hollow beam structure is an acid containing F (iron), the Al film is not etched due to the battery effect, and only the W film can be etched. Become. At this time, a barrier metal film such as Ti (titanium) or TiN (titanium nitride) may be formed together with the Al film. The battery effect is a phenomenon in which when different metals coexist in contact or in a conductive solution, one of them is oxidized and dissolved in the solution and the other is reduced and does not dissolve due to the difference in redox potential. Specifically, the metal having the lower oxidation-reduction potential is oxidized and dissolved in the solution, and the metal having the higher oxidation-reduction potential is reduced and thus does not dissolve in the solution.
(Iii) The material used for either the lower electrode film 3 or the thin film 9 or 29 serving as a beam or the

electrode film

11 or 30 serving as an electrode pad is Ti, the material used for the sacrificial layer 7 is Al, and a hollow beam When the etching solution for the sacrificial layer 7 used for the structure formation is hydrochloric acid or dilute nitric acid, the Ti film is not dissolved and is not etched, and only the Al film can be etched. Further, instead of Al, a metal that easily dissolves in hydrochloric acid such as Zn or dilute nitric acid may be used.
(Iv) The material used for either the lower electrode film 3 or the thin film 9 or 29 serving as a beam or the

electrode film

11 or 30 serving as an electrode pad is Ti, and the material used for the sacrificial layer 7 is Cu (copper). If the etching solution for the sacrificial layer 7 used for forming the hollow beam structure is nitric acid or hot sulfuric acid, the Ti film is not dissolved and is not etched, and only the Cu or Al film can be etched. Further, instead of Cu, a metal that easily dissolves in concentrated nitric acid such as Zn or hot sulfuric acid may be used.
(V) The material used for either the lower electrode film 3 or the thin film 9 or 29 serving as a beam or the

electrode film

11 or 30 serving as an electrode pad is Cu, the material used for the sacrificial layer 7 is W, a hollow beam If the etching solution of the sacrificial layer 7 used for structure formation is an oxidizing alkaline solution, Cu is a noble metal rather than W. Therefore, only the metal (W) having a low redox potential can be etched due to the battery effect. It becomes possible. Further, instead of Cu, a metal that does not dissolve in the oxidizing alkaline solution, such as Ti, may be used.
(Vi) The material used for either the lower electrode film 3 or the thin film 9 or 29 serving as a beam or the

electrode film

11 or 30 serving as an electrode pad is Cu, the material used for the sacrificial layer 7 is Al, and a hollow beam. When the etching solution of the sacrificial male 7 used for the structure formation is hydrofluoric acid or hydrochloric acid, the Cu film is not dissolved and is not etched, and only the Al film can be etched. Further, instead of Al, a metal that easily dissolves in hydrofluoric acid such as Zn or hydrochloric acid may be used.
(Vii) The material used for either the lower electrode film 3 or the thin film 9 or 29 serving as a beam or the

electrode film

11 or 30 serving as an electrode pad is oxidized from Cu, and the material used for the sacrificial layer 7 is oxidized from Cu. If the etching solution for the sacrificial layer 7 used for forming the hollow beam structure is a metal having a low reduction potential (for example, Al), an acid other than nitric acid or hot sulfuric acid having a low Cu etching rate (for example, an F-containing acid or hydrochloric acid). Since Cu is a noble metal than Al, only a metal having a low redox potential can be etched due to the battery effect.
(Viii) The material used for either the lower electrode film 3 or the thin film 9 or 29 serving as a beam or the

electrode film

11 or 30 serving as an electrode pad is Ta, the material used for the sacrificial layer 7 is Al, and a hollow beam If the etching solution used for forming the structure is an acid excluding hot sulfuric acid, nitric acid and hydrofluoric acid, the Ta film is not dissolved and is not etched, and only the Cu or Al film can be etched. Further, instead of Al, a metal that easily dissolves in an acid other than hot sulfuric acid such as Zn and nitric acid and hydrofluoric acid may be used.
[0027]
In each of the above examples (i) to (viii), the material used for either the lower electrode film 3, the thin film 9 or 29 serving as a beam, or the

electrode film

11 or 30 serving as an electrode pad was specified. However, the other electrode film and thin film materials must be different from those of the sacrificial layer 7. Further, when a metal material is used, a material that does not dissolve when the sacrificial layer 7 is etched is used.
[0028]
According to the manufacturing method of the MEMS element according to the present embodiment, the sacrifice of the thin film is achieved by selecting the

beams

10 and 31, the lower electrode 4, the wiring layer 5, the material of the electrode pad and the material of the sacrificial layer 7, and the etching solution. When the layer 7 is etched away, only the sacrificial layer 7 is selectively etched away at a sufficient speed without corroding the materials of the

beams

10 and 31 and the lower electrode 4, the wiring layer 5, and the electrode pad 12. Can do. Therefore, an accurate MEMS element can be manufactured.
[0029]
According to the method of manufacturing an electron beam mask according to the present embodiment, when the material of the mask main body 51, the material of the sacrificial layer 47, and the etching solution are selected, the sacrificial layer 47 of the thin film is removed by etching. Only the sacrificial layer 47 can be selectively etched away at a sufficient rate without corroding the 51 material. Therefore, an electron beam mask with high accuracy can be manufactured.
[0030]
In the MEMS element 16 of FIGS. 1 and 2 and the MEMS element 32 of FIGS. 3 and 4, the lower electrode 4, the wiring layer 5, and the electrode pad 12 are also formed of the second metal material film constituting the beam. be able to.
The

MEMS elements

16 and 32 can be applied to an optical MEMS element, a GLV element which is a light intensity modulator, a high frequency filter, a high frequency switch, various sensors, a fine driver such as a diaphragm, and the like.
[0031]
Any MEMS element and electron beam mask realized by using this manufacturing method can be manufactured by an optimal combination method of materials and etching solutions regardless of the shape and structure.
[0032]
【The invention's effect】
According to the method for manufacturing a hollow structure according to the present invention, the first metal material used for the sacrificial layer, the second metal material used for the thin film, and the etching solution for selectively removing the sacrificial layer (composition, concentration, anticorrosive agent) By selecting an optimal combination, it is possible to selectively remove only the sacrificial layer without damaging the thin film of the second metal material. Thereby, a hollow structure can be manufactured accurately and easily, and the yield can be improved.
[0033]
According to the MEMS element manufacturing method of the present invention, the first metal material used for the sacrificial layer, the second metal material used for the beam, and the etching solution for selectively removing the sacrificial layer (combination of composition, concentration, and corrosion inhibitor) ) In an optimal combination, it is possible to selectively remove only the sacrificial layer without damaging the thin film of the second metal material. As a result, the MEMS element having a hollow beam structure can be manufactured accurately and easily, and the yield can be improved.
[0034]
According to the method of manufacturing an electron beam mask according to the present invention, the first metal material used for the sacrificial layer, the second metal material used for the thin film to be the mask body, and the etching solution for selectively removing the sacrificial layer (composition and concentration, By selecting an optimal combination of the combination with the anticorrosive agent, it is possible to selectively remove only the sacrificial layer without damaging the thin film of the second metal material. Thereby, the electron beam mask of a hollow structure can be manufactured accurately and easily, and the yield can be improved.
[Brief description of the drawings]
1A to 1E are process diagrams showing an embodiment of a method for producing a MEMS device according to the present invention.
FIGS. 2A to 2J are process diagrams showing an embodiment of a method for producing a MEMS element according to the present invention. FIGS.
FIGS. 3A to 3F are process diagrams showing another embodiment of a method for manufacturing a MEMS element according to the present invention. FIGS.
FIGS. 4G to 4K are process diagrams showing another embodiment of a method for manufacturing a MEMS element according to the present invention. FIGS.
5A to 5D are process diagrams showing an embodiment of a method of manufacturing an electron beam mask according to the present invention.
6A to 6H are process diagrams showing an embodiment of a method for manufacturing an electron beam mask according to the present invention.
[Explanation of symbols]
1, 40, 41 .. Substrate, 2, 42, 43 .. Insulating film, 3 .. Lower electrode film, 4 .. Lower electrode, 5 .. Wiring layer, 8, 28, 38, 45, 48. 7, 47 ... Sacrificial layer 9, 44 ...

Thin film

10, 31 ... Beam, 11 ... Electrode film, 12 ... Electrode pad part, 14 ... Hollow part, 15 ...

Substrate

16, 32 ..

MEMS elements

23, 30 ... Metal film, 29 ... Non-metal material film, 41 ... Si substrate, 46 ... Through hole, 48 ... Mask body, 49 ... Recess, 50 ... Electron beam mask 51. Mask body

Claims

Forming a sacrificial layer made of a first metal material at a position where a hollow portion on the substrate is to be formed;
Forming a thin film made of a second metal material on the sacrificial layer;
A method for producing a hollow structure, comprising: forming a hollow portion by etching away the sacrificial layer with an etchant that does not damage the second metal material.

The second metal material of the thin film is Al or Cr or Fe, and the first metal material of the sacrificial layer is W or Zn or Cu;
The method for producing a hollow structure according to claim 1, wherein the etching solution for the sacrificial layer is concentrated nitric acid or hot concentrated sulfuric acid.

The second metal material of the thin film is Al, and the first metal material of the sacrificial layer is W or Zn;
The method for producing a hollow structure according to claim 1, wherein the etching solution for the sacrificial layer is a fluorine-containing acid.

The second metal material of the thin film is Ti, and the first metal material of the sacrificial layer is Al or Zn;
2. The method for producing a hollow structure according to claim 1, wherein the etching solution for the sacrificial layer is hydrochloric acid or dilute nitric acid.

The second metal material of the thin film is Ti, and the first metal material of the sacrificial layer is Cu or Zn;
The method for producing a hollow structure according to claim 1, wherein the etching solution for the sacrificial layer is nitric acid or hot sulfuric acid.

The second metal material of the thin film is Ti or Cu, and the first metal material of the sacrificial layer is W;
The method for producing a hollow structure according to claim 1, wherein the etching solution for the sacrificial layer is an oxidizing alkaline solution.

The second metal material of the thin film is Cu, and the first metal material of the sacrificial layer is Al or Zn;
The method for producing a hollow structure according to claim 1, wherein the etching solution for the sacrificial layer is hydrofluoric acid or hydrochloric acid.

The second metal material of the thin film is Ta, and the first metal material of the sacrificial layer is Al or Zn;
The method for producing a hollow structure according to claim 1, wherein the etching solution for the sacrificial layer is an acid other than hot concentrated sulfuric acid, nitric acid and hydrofluoric acid.

Forming a sacrificial layer made of a first metal material at a position where a hollow portion on the substrate is to be formed;
Forming a beam of a second metal material on the sacrificial layer;
A method for manufacturing a MEMS device, comprising: forming a hollow portion by etching away the sacrificial layer with an etchant that does not damage the second metal material.

The method of manufacturing a MEMS element according to claim 9, wherein the beam is formed only of the second metal material film.

10. The method of manufacturing a MEMS element according to claim 9, wherein the beam is formed of a laminated film of the second metal material film and a non-metal film.

The second metal material of the beam is Al or Cr or Fe, and the first metal material of the sacrificial layer is W or Zn or Cu;
10. The method of manufacturing a MEMS element according to claim 9, wherein the etching solution for the sacrificial layer is concentrated nitric acid or hot concentrated sulfuric acid.

The second metal material of the beam is Al, and the first metal material of the sacrificial layer is W or Zn;
The method for manufacturing a MEMS device according to claim 9, wherein the etching solution for the sacrificial layer is a fluorine-containing acid.

The second metal material of the beam is Ti, and the first metal material of the sacrificial layer is Al or Zn;
The method for manufacturing a MEMS element according to claim 9, wherein the etching solution for the sacrificial layer is hydrochloric acid or dilute nitric acid.

The second metal material of the beam is Ti, and the first metal material of the sacrificial layer is Cu or Zn;
The method for manufacturing a MEMS element according to claim 9, wherein the etching solution for the sacrificial layer is nitric acid or hot sulfuric acid.

The second metal material of the beam is Ti or Cu, and the first metal material of the sacrificial layer is W;
The method for manufacturing a MEMS device according to claim 9, wherein the etching solution for the sacrificial layer is an oxidizing alkaline solution.

The second metal material of the beam is Cu, and the first metal material of the sacrificial layer is Al or Zn;
The method for manufacturing a MEMS element according to claim 9, wherein the etching solution for the sacrificial layer is hydrofluoric acid or hydrochloric acid.

The second metal material of the beam is Ta, and the first metal material of the sacrificial layer is Al or Zn;
The method for manufacturing a MEMS device according to claim 9, wherein the etching solution for the sacrificial layer is an acid other than hot concentrated sulfuric acid, nitric acid and hydrofluoric acid.

Forming a sacrificial layer made of a first metal material at a position where a hollow portion on the substrate is to be formed;
Forming a thin film to be a mask body made of a second metal material on the sacrificial layer;
Opening the portion of the substrate corresponding to the mask region of the thin film to the sacrificial layer;
Forming a mask pattern on the thin film;
A method of manufacturing an electron beam mask, comprising: forming a hollow portion by etching away the sacrificial layer with an etchant that does not damage the second metal material.

The second metal material of the thin film is Al or Cr or Fe, and the first metal material of the sacrificial layer is W or Zn or Cu;
The method of manufacturing an electron beam mask according to claim 19, wherein the etching solution for the sacrificial layer is concentrated nitric acid or hot concentrated sulfuric acid.

The second metal material of the thin film is Al, and the first metal material of the sacrificial layer is W or Zn;
20. The method of manufacturing an electron beam mask according to claim 19, wherein the sacrificial layer etching solution is a fluorine-containing acid.

The second metal material of the thin film is Ti, and the first metal material of the sacrificial layer is Al or Zn;
20. The method of manufacturing an electron beam mask according to claim 19, wherein the etching solution for the sacrificial layer is hydrochloric acid or dilute nitric acid.

The second metal material of the thin film is Ti, and the first metal material of the sacrificial layer is Cu or Zn;
20. The method of manufacturing an electron beam mask according to claim 19, wherein the etching solution for the sacrificial layer is nitric acid or hot sulfuric acid.

The second metal material of the thin film is Ti or Cu, and the first metal material of the sacrificial layer is W;
20. The method of manufacturing an electron beam mask according to claim 19, wherein the etching solution for the sacrificial layer is an oxidizing alkaline solution.

The second metal material of the thin film is Cu, and the first metal material of the sacrificial layer is Al or Zn;
20. The method of manufacturing an electron beam mask according to claim 19, wherein the etching solution for the sacrificial layer is hydrofluoric acid or hydrochloric acid.

The second metal material of the thin film is Ta, and the first metal material of the sacrificial layer is Al or Zn;
20. The method of manufacturing an electron beam mask according to claim 19, wherein the etching solution for the sacrificial layer is an acid other than hot concentrated sulfuric acid, nitric acid and hydrofluoric acid.