JP3836809B2 - Micromachine manufacturing method - Google Patents
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Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、スイッチングを利用する通信,計測,ディスプレイ等に使用する光スイッチ素子などのマイクロマシンの製造方法に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
薄膜形成技術やフォトリソグラフィ技術を基本にしてエッチングすることなどで立体的に微細加工を行うマイクロマシン技術を利用して作製された、MEMS素子がある。マイクロマシンであるMEMS素子の中には、微細な固定構造体と可動する構造体とから構成され、可動する構造体の動作を電気的な信号により制御するものがある。このようなMEMS素子として、可動する構造体に反射面を備えた光スイッチ素子がある(特許文献1,特許文献2,特許文献3,非特許文献1,非特許文献2,非特許文献3参照)。
【0003】
光スイッチ装置は、例えば、固定構造体と可動する反射構造体とから構成されている。反射構造体は、支持材と可動部材を有し、可動部材が、トーションバネなどのバネ部材によって支持部材に連結されている。このように構成された光スイッチは、固定構造体と可動する反射構造体との間に働く引力、あるいは反発力によって反射構造体が可動することで光路を切り替えるスイッチング動作を行う。
【0004】
このような光スイッチ素子の製造方法として、SOI(Silicon on Insulator)基板を用いる方法が提案されている。この方法によるミラー(可動部)の作製工程を説明する。まず、図11(a)に示すように、SOI基板401の埋め込み絶縁層402が形成されている側(主表面:SOI層)より、公知のフォトリソグラフィ技術とDEEP RIEなどのエッチングによって溝401aを形成することで、埋め込み絶縁層402上の単結晶シリコン層403にミラー404を形成する。
【0005】
DEEP RIEは、例えばシリコンをドライエッチングするときに、SF6とC4F8のガスを交互に導入し、エッチングと側壁保護膜形成とを繰り返すことにより、アスペクト比が50にもなる溝または穴を、毎分数μmのエッチング速度で形成する技術である。
【0006】
つぎに、SOI基板401の裏面にミラー404の形成領域が開口したレジストパターンを形成し、水酸化カリウム水溶液などのエッチング液を用い、SOI基板401の裏面より選択的にシリコンをエッチングする。このエッチングでは、埋め込み絶縁層402をエッチングストッパ層として用い、図11(b)に示すように、ミラー404の形成領域に対応するSOI基板401の裏面に開口部401bを形成する。開口部401bは、光スイッチ素子のピクセルに相当する領域である。
【0007】
次いで、埋め込み絶縁層402の開口部401bに露出している領域を、フッ酸を用いて選択的に除去することで、図11(c)に示すように、SOI基板401に支持された回動可能なミラー404が形成された状態とする。このとき、ミラー404の反射率を向上させるために、開口部401b側のミラー404表面に金などの金属膜を形成する場合もある。
【0008】
一方、シリコン基板411をシリコン窒化膜あるいはシリコン酸化膜からなる所定のマスクパターンをマスクとし、水酸化カリウム水溶液で選択的にエッチングすることで、図11(d)に示すように、凹部構造が形成された状態とする。次いで、凹部構造上に蒸着法などにより金属膜を形成し、この金属膜を公知の超深度露光を用いたフォトリソグラフィ技術とエッチング技術とによりパターニングし、図11(e)に示すように、ミラー駆動用電極配線などを含む電極部412を形成する。
【0009】
この後、SOI基板401及びシリコン基板411各々をダイシングし、チップに切り出すことでミラーチップ及び電極チップを形成し、これらを貼り合わせることで、図11(f)に示すように、電界印加によってミラー404が可動する光スイッチ素子が製造できる。なお、各チップに切り出した後で、ミラーの反射率を向上させるためにミラー表面に金などの金属膜を形成してもよい。
【0010】
上述した従来の製造方法では、埋め込み絶縁層がエッチングされた後の工程において、ミラー部分は、一対の連結部材で連結され、これら連結部材を通る回動軸で回動可能な状態で取り扱われる。なお、連結部材は、トーションバースプリングなど、ねじりを受けて弾性変形する棒状や板状のばね部材である。
【0011】
例えば、埋め込み絶縁層を緩衝フッ酸液でエッチング及び水洗した後のウエハ乾燥工程、ウエハのダイシング工程、ダイシング後のミラー表面への金属膜形成工程、ミラー駆動用電極配線を形成した基板との貼り合わせ工程、パッケージヘのダイボンディング工程、ワイヤホンディング工程及びポッティング工程などにおいて、ミラーはトーションバースプリングで連結された可動の状態で取り扱われる。
【0012】
この光スイッチ素子は、ミラー駆動用電極に印加された電圧によって生じる電界でミラーに吸引力を与え、ミラーを数度の角度で回動させるものである。消費電力の低減のためなどのことにより、ミラー駆動用電極へ100V程度の電圧を印加することで、ミラーが回動する状態が要求される。このため、連結部材は、ミラーが容易に回動するように、幅2μm程度に加工される。
【0013】
SOI層の厚さは10μm程度であるので、連結部材は、幅2μm厚さ10μm程度となっている。例えば、図12に示すように、直径500μm程度の円形のミラー501が、幅2μm程度と細い連結部材511で外側に配置される同心円状のミラー枠体502に連結され、ミラー枠体502が、連結部材512でSOI層503に連結されている。
【0014】
【特許文献1】
特開2001−198897号公報
【特許文献2】
特開2002−189178号公報
【特許文献3】
特開平11−119123号公報
【非特許文献1】
"MEMS:Micro Technology, Mega Impact "Circuit & Device, p14-25(2001)
【非特許文献2】
Renshi Sawada, Eiji Higurashi, Akira Shimizu, and Tohru Maruno, "Single Crystalline Mirror Actuated Electrostatically by Terraced Electrodes With High-Aspect Ratio Torsion Spring," Optical MEMS 2001, pp.23-24 (Okinawa Japan), 2001.
【非特許文献3】
Renshi Sawada, Johji Yamaguchi, Eiji Higurashi, Akira Shimizu, Tsuyoshi Yamamoto, Nobuyuki Takeuchi, and Yuji Uenishi, "Single Si Crystal 1024ch MEMS Mirror Based on Terraced Electrodes and a High-Aspect Ratio Torsion Spring for 3-D Cross-Connect Switch," Optical MEMS 2002, pp.11-12 (Lugano Switzerland), 2002.
【0015】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、前述したような工程の処理においては、水流やウエハ乾燥時の遠心力あるいは振動や衝撃などが加わるため、連結部材の破損や、ミラーの欠損が発生しやすく、ミラー基板の製造歩留まりを低下させるという問題がある。特に多数のミラーが、マトリクス状に配置されたミラー基板の場合、1つでもミラーが不良となるとミラー基板としては使用できず不良品となるので、歩留りの低下をより一層招くことになる。
【0016】
また、ミラー基板ウエハの製造後、ウエハ状態あるいはダイシングしてチップ状態で輸送する場合、ウエハそのものやチップそのものはこれらを収納する容器で保護されるが、細い連結部材で連結されたミラー及びミラー枠体は可動状態にあることから、遠心力や振動及び衝撃に弱く、ミラー基板の製造歩留まりを更に低下させる恐れがある。
【0017】
更に、光スイッチ素子用ミラー基板の場合は、入射光を反射するミラー面が露出した状態で製造が完了するので、チップに分割するダイシングの際、微細なウエハの削り粉が連結部材の隙間等を通ってミラー面に付着し、また実装までの保管時やハンドリング時にダストが付着し、光の反射率が低下するという問題を起こす。
【0018】
本発明は、以上のような問題点を解消するためになされたものであり、ミラーなどの可動する部分を備えたマイクロマシンが、良品歩留まりの高い状態で製造できるようにすることを目的とする。
【0019】
【課題を解決するための手段】
本発明に係るマイクロマシンの製造方法は、表面に埋め込み絶縁層を介して単結晶シリコン層を備えたシリコン基板を用意する工程と、単結晶シリコン層を可動部形成用マスクパターンをマスクとして選択的にエッチングし、埋め込み絶縁層の上において、周囲の単結晶シリコン層と連結部を介して連結する可動部を単結晶シリコン層に形成する可動部形成工程と、開口部を備えたフレーム形成用マスクパターンをマスクとしてシリコン基板を裏面より選択的にエッチング除去してシリコン基板に基板開口部を形成し、この基板開口部の内部に埋め込み絶縁層の裏面を露出させるフレーム形成工程と、埋め込み絶縁層の上において可動部が形成された状態で、単結晶シリコン層の上に可動部を覆うように可動部保護膜を形成する可動部保護膜形成工程と、可動部保護膜が形成されている状態で、埋め込み絶縁層の可動部形成領域に基板開口部に連続する可動部開口部を形成する埋め込み絶縁層加工工程と、可動部保護膜が形成されている状態で、基板開口部および可動部開口部の内部に露出する可動部およびこの周囲の単結晶シリコン層を覆う埋め込み保護膜を形成する工程と、可動部保護膜を除去する工程と、埋め込み保護膜を除去する工程とを少なくとも備えるようにした。
このように構成した結果、単結晶シリコン層に形成された可動部は、埋め込み保護膜が形成されるまでの間、いずれかの層や膜が接触し、動くことができない状態となっている。
【0020】
上記マイクロマシンの製造方法において、埋め込み保護膜が形成されている状態で、基板開口部を含む可動部が形成されている領域を切り出して可動部基板を形成し、予め用意された可動部駆動用電極を備えた電極基板と可動部基板とを単結晶シリコン層の表面側で貼り合わせ、可動部と可動部駆動用電極とが所定距離離間して対向配置した状態とし、電極基板と可動部基板とを貼り合わせた後で、埋め込み保護膜を除去すれば、可動部が固定された状態でマイクロマシンとなるチップが形成される。
【0021】
上記マイクロマシンの製造方法において、フレーム形成工程を行った後、可動部形成工程を行うようにしてもよく、フレーム形成工程は、単結晶シリコン層の表面が表面保護膜で覆われた状態で行うようにすればよい。
また、上記マイクロマシンの製造方法において、可動部形成工程を行った後、フレーム形成工程を行うようにしてもよい。
また、上記マイクロマシンの製造方法において、埋め込み保護膜は、基板開口部および可動部開口部の内部にのみ形成するようにしてもよい。
【0022】
上記マイクロマシンの製造方法において、可動部開口部を形成した後で、可動部開口部の内部に露出する可動部の裏面に反射用金属膜を形成するようにしてもよい。また、埋め込み保護膜を形成した後、可動部保護膜を除去し、単結晶シリコン層の表面に接続用金属膜を形成するようにしてもよい。
【0023】
上記マイクロマシンの製造方法において、可動部形成工程では、反射面を備えたミラーより構成された可動部を形成すればよく、この場合、例えば、ミラーによる光スイッチを構成するマイクロマシンが製造できる。
【0024】
上記マイクロマシンの製造方法において、表面に埋め込み絶縁層を介して単結晶シリコン層を備えたシリコン基板を用意し、単結晶シリコン層の上に有機材料からなる保護膜を形成し、開口部を備えたフレーム形成用マスクパターンをシリコン基板の裏面に形成し、フレーム形成用マスクパターンをマスクとしてシリコン基板を選択的にエッチング除去してシリコン基板に基板開口部を形成し、この基板開口部内に埋め込み絶縁層の裏面を露出させ、フレーム形成用マスクパターンと保護膜を除去し、単結晶シリコン層の上に可動部形成用マスクパターンを形成し、可動部形成用マスクパターンをマスクとして埋め込み絶縁層まで単結晶シリコン層を選択的にエッチングし、シリコン基板の基板開口部上部の領域に、開口部及びこの開口部内に周囲の単結晶シリコン層と連結部を介して連結するミラーを形成し、可動部形成用マスクパターンを除去した後、ミラー及び連結部が形成された単結晶シリコン層を覆う有機材料からなる可動部保護膜を形成し、可動部保護膜が形成されている状態で、埋め込み絶縁層の基板開口部内に露出している部分を選択的に除去して可動部開口部を形成し、単結晶シリコン層の一部の裏面,ミラーの裏面及び連結部の裏面を露出させ、基板開口部および可動部開口部の内部に露出している単結晶シリコン層の一部の裏面,ミラーの裏面及び連結部の裏面に、反射用金属膜を形成し、基板開口部の内部を含むシリコン基板の裏面に埋め込み保護膜を形成し、埋め込み保護膜が形成されている状態で可動部保護膜を除去した後、単結晶シリコン層の表面,ミラーの表面及び連結部の表面に接続用金属膜を形成するようにしてもよい。
【0025】
また、上記マイクロマシンの製造方法において、表面に埋め込み絶縁層を介して単結晶シリコン層を備えたシリコン基板を用意し、単結晶シリコン層の表面及びシリコン基板の裏面に第1絶縁膜及び第2絶縁膜を形成し、第1絶縁膜の上に有機材料からなる保護膜を形成し、シリコン基板の裏面に第2絶縁膜を挟むように開口部を備えたフレーム形成用マスクパターンを形成し、フレーム形成用マスクパターンをマスクとして第2絶縁膜及びシリコン基板を選択的にエッチング除去し、貫通する開口部を第2絶縁膜に形成するとともに、シリコン基板の一部が残った状態でシリコン基板に開口部を形成し、フレーム形成用マスクパターンと保護膜を除去し、開口部が形成された第2絶縁膜をマスクとし、シリコン基板の開口部に残ったシリコン基板の一部を除去し、埋め込み絶縁層の裏面を露出させて基板開口部を形成し、基板開口部及びこの底部に露出する埋め込み絶縁層の裏面及び第2絶縁膜を覆う裏面保護膜を形成し、第1絶縁膜を除去して単結晶シリコン層の表面を露出させ、裏面保護膜を除去した後で単結晶シリコン層の上に可動部形成用マスクパターンを形成し、可動部形成用マスクパターンをマスクとして埋め込み絶縁層まで単結晶シリコン層を選択的にエッチングし、基板開口部上部の領域に、基板開口部及びこの基板開口部内に周囲の単結晶シリコン層と連結部を介して連結するミラーを形成し、可動部形成用マスクパターンを除去した後、ミラー及び連結部が形成された単結晶シリコン層を覆う有機材料からなる可動部保護膜を形成し、可動部保護膜が形成されている状態で、埋め込み絶縁層の基板開口部内に露出している部分を選択的に除去して可動部開口部を形成し、単結晶シリコン層の一部の裏面,ミラーの裏面及び連結部の裏面を露出させ、基板開口部および可動部開口部の内部に露出している単結晶シリコン層の一部の裏面,ミラーの裏面及び連結部の裏面に、反射用金属膜を形成し、シリコン基板の開口部を含むシリコン基板の裏面に埋め込み保護膜を形成し、埋め込み保護膜が形成されている状態で可動部保護膜を除去した後、単結晶シリコン層の表面,ミラーの表面及び連結部の表面に接続用金属膜を形成するようにしてもよい。
【0026】
上記マイクロマシンの製造方法において、表面に埋め込み絶縁層を介して単結晶シリコン層を備えたシリコン基板を用意し、単結晶シリコン層の露出している表面及びシリコン基板の露出している裏面を酸化して各々第1酸化膜及び第2酸化膜を形成し、第2酸化膜の露出面に有機材料からなる第1保護膜を形成し、第1酸化膜を除去して単結晶シリコン層の表面を露出させ、単結晶シリコン層の表面に可動部形成用マスクパターンを形成し、可動部形成用マスクパターンをマスクとして埋め込み絶縁層まで単結晶シリコン層を選択的にエッチングし、連結部を介して可動可能に支持されたミラーを形成し、可動部形成用マスクパターンを除去した後、ミラーを含めた単結晶シリコン層の表面を覆う有機材料からなる可動部保護膜を形成し、第1保護膜及び第2酸化膜を除去し、ミラーの形成された領域に開口部を備えたフレーム形成用マスクパターンをシリコン基板の裏面に形成し、フレーム形成用マスクパターンをマスクとしてシリコン基板を選択的にエッチングして埋め込み絶縁層が露出する基板開口部を形成し、フレーム形成用マスクパターンを除去した後、基板開口部内に露出する埋め込み絶縁層を選択的にエッチングし、ミラー及びこの周囲の単結晶シリコン層の一部が枠状に露出する可動部開口部を埋め込み絶縁層に形成し、基板開口部が形成されているシリコン基板の裏面及び可動部開口部の内部に露出する単結晶シリコン層の裏面に、反射用金属膜を形成し、基板開口部の内部のみに配置され、ミラー及び単結晶シリコン層の少なくとも可動部開口部の内部に露出する面を覆う有機材料からなる埋め込み保護膜を形成し、可動部保護膜を除去した後、ミラーとこの周囲の単結晶シリコン層との間の溝部に露出している反射用金属膜を選択的にエッチング除去し、ミラーを含めた単結晶シリコン層の表面を覆う有機材料からなる第2保護膜を形成するようにしても良い。
この場合、埋め込み保護膜は、第2保護膜より厚く形成しておく方がよい。
【0027】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について図を参照して説明する。
[実施の形態1]
はじめに、本発明の第1の実施の形態について説明する。図1〜図3は、本実施の形態における製造方法例を示す工程図である。
図1(a)に示すように、面方位が(100)であるシリコン基板101の上に、膜厚1μmの酸化シリコンからなる埋め込み絶縁層102と、膜厚10μmの単結晶シリコン層(SOI層)103とが形成されているSOI基板を用意する。
【0028】
次いで、SOI層103側(以下、表面側という)に、例えばポジ型のフォトレジスト材料からなる保護膜(表面保護膜)104を形成する。このフォトレジスト材料の代わりにポリイミドや感光性有機樹脂であるポリベンザオキサゾールを塗布して保護膜104を構成してもよい。このように保護膜104を形成することで、以降の工程において、SOI層103の表面が保護されるようになる。
【0029】
つぎに、図1(b)に示すように、シリコン基板101の裏面にマスクパターン(フレーム形成用マスクパターン)105を形成する。マスクパターン105は、光スイッチ装置のピクセル(またはチップ領域)に対応するパターンであり、ミラー毎に各々1つの正方形の領域が開口しているパターンである。なお、図1〜図3では、シリコン基板101上の一部領域を示すものである。ここでは、例えばマトリクス状の配列された複数のピクセルを備えた1つのミラーチップを供えたミラー基板の一部領域を示している。ただし、1つミラーを備えた部分からミラーチップが構成される場合もある。
【0030】
つぎに、図1(c)に示すように、マスクパターン105をマスクにした異方性エッチングにより、シリコン基板101を埋め込み絶縁層102が露出するまでエッチングし、基板開口部を形成する。前述したように、保護膜104が形成されているので、このエッチング処理の際に、SOI層103は、エッチングされずに保護される。
【0031】
つぎに、保護膜104及びマスクパターン105を灰化処理により除去し、図1(d)に示すように、SOI層103の表面が露出した状態とする。この状態において、ミラー形成領域のシリコン基板101は、開口した状態となっているが、SOI層103の裏面は、埋め込み絶縁層102により覆われて保護された状態となっている。
【0032】
つぎに、図1(e)に示すように、SOI層103上にマスクパターン(可動部形成用マスクパターン)106を形成し、マスクパターン106をマスクとしてSOI層103をエッチング加工する。このエッチングでは、例えばリアクティブイオンエッチングなどの異方性エッチングにより行い、エッチング箇所において埋め込み絶縁層102の表面を露出させる。このエッチングにより、ミラー103a及び図には簡略して示しているトーションバースプリング(連結部)103bを形成する。
このとき、マスクパターン106の図示していない領域に、ダイシングの際にガイドとなるスクライブラインを形成するためのパターンを備えておき、SOI層103の図示しない領域にスクライブラインも同時に形成しておく。
【0033】
以上に示したように、本実施の形態では、シリコン基板101側に開口部を形成した後の工程で、ミラー103aの形成を行う。このため、ミラー103aを形成する段階では、ミラー103aを形成する領域が薄い状態となっている。このため、ミラー103aを形成するためのフォトリソグラフィ工程において、SOI層103の表面側からでもシリコン基板101裏面側より形成した開口部の位置が確認できる。この結果、本実施の形態によれば、両面アライナー機構が必要なくなる。
【0034】
つぎに、マスクパターン106を灰化して除去した後、図2(a)に示すように、複数のミラー103a及び複数のトーションバースプリング103bが形成されているSOI層103を覆う有機材料からなる保護膜(可動部保護膜)107を形成する。保護膜107は、例えば、ポジ型のフォトレジスト材料やポリイミドや感光性有機樹脂であるポリベンザオキサゾールから構成すればよい。
【0035】
つぎに、シリコン基板101の開口した領域に露出している埋め込み絶縁層102を、緩衝フッ酸液でエッチングして除去する。この結果、図2(b)に示すように、貫通する開口部が形成された埋め込み絶縁層102aが、開口部を備えたシリコン基板101の上に、SOI層103に挟まれて形成された状態となる。
【0036】
この後、シリコン基板101の開口部分に露出しているトーションバースプリング103b部分などにおける分離部分の保護膜107の一部を除去し、トーションバースプリング103bの部分及びミラー103aとSOI層103との隙間(溝)が、深さ方向に8μm程度開放した状態とする。これらの溝部分は、幅が2μm程度であり、形成された開放部分は、幅2μm深さ8μm程度の溝となっている。このとき、シリコン基板101の開口部にはSOI層103の裏面が露出するが、SOI層103の表面は保護膜107で覆われているので、ミラー103aは、固定された状態となっている。
【0037】
次いで、図2(c)に示すように、シリコン基板101の開口部分に露出しているミラー103aなどを含むSOI層103裏面に、スパッタ法や蒸着法によりAu/Tiからなる金属膜(反射用金属膜)108を形成する。金属膜108は、下層(SOI層103側)のチタン膜が膜厚0.05μm程度、上層のAu膜が膜厚0.05μm程度である。なお、金属膜108は、シリコン基板101の裏面にも形成される。
【0038】
つぎに、シリコン基板101に形成されている開口部内の金属膜108形成面を含むシリコン基板101の金属膜108が形成されている裏面を覆うように、例えば、ポジ型のフォトレジスト材料などの有機材料からなる保護膜(埋め込み保護膜)109を形成する。フォトレジスト材料の代わりにポリイミドや感光性有機樹脂であるポリベンザオキサゾールを塗布して保護膜109を形成してもよい。
この後、SOI膜103表面の保護膜107を灰化して除去し、図2(d)に示すように、SOI層103の表面が露出した状態とする。このとき、シリコン基板101の開口部側の金属膜108が形成されているミラー103aを含むSOI層103裏面は、保護膜109により覆われているので、ミラー103aは固定された状態となっている。
【0039】
つぎに、SOI層103表面において、トーションバースプリング103b部分などの分離部分に露出している保護膜109の一部を除去し、トーションバースプリング103bの部分及びミラー103aとSOI層103との隙間(溝)が、深さ方向に8μm程度開放した状態とする。これらの溝部分は、幅が2μm程度であり、SOI層103表面において形成された開放部分は、幅2μm深さ8μm程度の溝となっている。
【0040】
次いで、図3(a)に示すように、SOI層103の表面に、スパッタ法や蒸着法によりAu/Tiからなる金属膜(接続用金属膜)110を形成する。金属膜110は、下層のチタン膜が膜厚0.05μm程度、上層のAu膜が膜厚0.05μm程度である。
SOI層103の裏面に形成した金属膜108は、ミラー103aの反射率を補償するために形成したものであり、SOI層103の表面に形成した金属膜110は、ミラー駆動用電極配線を形成した基板と貼り合わせて光スイッチ装置を構成する際、ミラー基板とミラー駆動用電極基板の接続電極部とを電気的に低抵抗で接続するための導電性金属膜として作用する。
【0041】
以上のことにより、SOI層103を加工することで、SOI層103に形成された複数の開口領域(図示せず)内に、各々トーションバースプリング103bで連結された複数のミラー103aが形成され、この両面に金属膜108,金属膜110が形成された状態が得られる。
つぎに、ダイシング工程において、シリコン基板101を切断し、図3(b)に示すように、チップに切り出したミラー基板100を、基板131と貼り合わせる。なお、図面においては、チップに形成される複数のミラーの1つを示している。基板131には、ミラー駆動用電極配線が形成され、これに接続してミラー駆動用電極132a,132bが形成されている。
【0042】
次いで、ミラー基板100を貼り合わせた基板131をパッケージ(不図示)にダイボンディングし、必要な端子部同士をワイヤホンディング工程によりワイヤで接続し、ポッティング工程を行った後、ミラー基板100を覆っている保護膜109をアセトンなどの有機溶剤で除去し、図3(c)に示すように、ミラー103aが可動な状態の光スイッチ装置用ミラー基板の実装まで完了する。
【0043】
本実施の形態により、例えば両面アライナー機構などの装置が不要となる。また、本実施の形態によれば、実装までの各工程において、可動部であるミラー及びトーションバースプリングが形成されるSOI層の片面あるいは両面が、酸化膜や保護膜などにより常に覆われ、ミラー及びトーションバースプリングが固定された状態が保持される。この結果、本実施の形態によれば、工程の途中におけるミラーやトーションバースプリングの欠損が防止され、ミラー面へのダスト付着が抑えられ、マイクロマシンである光スイッチ装置用ミラー基板を高い歩留まりで製造及び実装ができるようになる。また、本実施の形態によれば、工程数をあまり増加させることがない。
【0044】
[実施の形態2]
つぎに、本発明の第2の実施の形態について説明する。図4〜図6は、本実施の形態における製造方法例を示す工程図である。
まず、図4(a)に示すように、面方位が(100)であるシリコン基板201の上に、膜厚1μmの埋め込み絶縁層202と膜厚10μmの単結晶シリコン層(SOI層)203とが形成されているSOI基板を用意する。
【0045】
次いで、SOI層203及びシリコン基板201を酸化して、SOI層203表面にSiO2からなる絶縁膜(第1絶縁膜)204を形成し、シリコン基板201裏面にSiO2からなる絶縁膜(第2絶縁膜)205を形成する。加えて、絶縁膜204上に、例えば、ポジ型のフォトレジスト材料からなる保護膜206を形成する。フォトレジスト材料の代わりにポリイミドや感光性有機樹脂であるポリベンザオキサゾールを塗布し、保護膜206としてもよい。
【0046】
次いで、図4(b)に示すように、シリコン基板201裏面に形成した絶縁膜205上に、マスクパターン(フレーム形成用マスクパターン)207を形成する。マスクパターン207は、光スイッチ装置のピクセル(またはチップ領域)に対応するパターンであり、ミラー毎に各々1つの正方形の領域が開口しているパターンである。なお、図4〜図6では、シリコン基板201上の一部領域を示すものであり、ここでは、シリコン基板201を切り出すことでミラー基板の中の1つのピクセルとなる正方形の領域を示している。
【0047】
つぎに、マスクパターン207をマスクとし、例えばリアクティブイオンエッチングなどの異方性エッチングや緩衝フッ酸によるウエットエッチングにより、絶縁膜205を選択的に除去する。引き続き、例えばリアクティブイオンエッチングなどの異方性エッチングなどにより、シリコン基板201の裏面を選択的に除去する。この結果、図4(c)に示すように、貫通する開口部が形成された絶縁膜205aが、開口部を備えたシリコン基板201裏面に形成された状態となる。このエッチングでは、埋め込み絶縁層202が露出しないように、シリコン基板201をある程度(例えば300μm程度)残した状態とする。シリコン基板201を残すことで、上述のエッチングによる、埋め込み絶縁層202を通過してSOI層203に達する損傷を抑制できるようになる。
【0048】
次いで、マスクパターン207を灰化して除去した後、絶縁膜205aをマスクにし、水酸化カリウム水溶液を用いたウエットエッチングにより、シリコン基板201裏面の開口部に残した部分を除去し、図4(d)に示すように、埋め込み絶縁層202の裏面を露出させて基板開口部を形成する。この際、ポジ型のフォトレジストからなる保護膜206も、水酸化カリウム水溶液に溶解して同時に除去される。
【0049】
つぎに、図4(e)に示すように、シリコン基板201に形成されている開口部内の埋め込み絶縁層202の裏面を含むシリコン基板201の裏面を覆うように、例えば、ポジ型のフォトレジスト材料などの有機材料からなる裏面保護膜208を形成する。
次いで、緩衝フッ酸液によるウエットエッチングにより、SOI層203上の絶縁膜204を除去し、図5(a)に示すように、SOI層203表面が露出した状態とする。このエッチング処理では、埋め込み絶縁層202は裏面保護膜208に覆われているので、緩衝フッ酸液によりエッチングされることがない。
【0050】
次いで、裏面保護膜208を除去した後、図5(b)に示すように、SOI層203上にマスクパターン(可動部形成用マスクパターン)209を形成し、マスクパターン209をマスクとしてSOI層203をエッチング加工する。このエッチングでは、例えばリアクティブイオンエッチングなどの異方性エッチングにより行い、エッチング箇所において埋め込み絶縁層202の表面を露出させる。このエッチングにより、ミラー203a及び図には簡略して示しているトーションバースプリング203bを形成する。
このとき、マスクパターン209の図示していない領域に、ダイシングの際にガイドとなるスクライブラインを形成するためのパターンを備えておき、SOI層203の図示しない領域にスクライブラインも同時に形成しておく。
【0051】
以上に示したように、本実施の形態では、シリコン基板201側に開口部を形成した後の工程で、ミラー203aの形成を行う。このため、ミラー203aを形成する段階では、ミラー203aを形成する領域が薄い状態となっている。このため、ミラー203aを形成するためのフォトリソグラフィ工程において、SOI層203の表面側からでもシリコン基板201裏面側より形成した開口部の位置が確認できる。この結果、本実施の形態によれば、両面アライナー機構が必要なくなる。
【0052】
つぎに、マスクパターン209を灰化して除去した後、図5(c)に示すように、複数のミラー203a及び複数のトーションバースプリング203bが形成されているSOI層203を覆う有機材料からなる保護膜(可動部保護膜)210を形成する。保護膜210は、例えば、ポジ型のフォトレジスト材料やポリイミドや感光性有機樹脂であるポリベンザオキサゾールから構成すればよい。
【0053】
次いで、緩衝フッ酸液によるエッチング処理で、シリコン基板201裏面の開口部に露出している埋め込み絶縁層202を除去し、同時に、シリコン基板201裏面の絶縁膜205aを除去する。この結果、図5(d)に示すように、貫通する開口部が形成された埋め込み絶縁層202aが、開口部を備えたシリコン基板201の上に、SOI層203に挟まれて形成された状態となる。
【0054】
この後、シリコン基板201の開口部分に露出しているトーションバースプリング203b部分などにおける分離部分の保護膜210の一部を除去し、トーションバースプリング203bの部分及びミラー203aとSOI層203との隙間(溝)が、深さ方向に8μm程度開放した状態とする。これらの溝部分は、幅が2μm程度であり、形成された開放部分は、幅2μm深さ8μm程度の溝となっている。このとき、シリコン基板201の開口部にはSOI層203の裏面が露出するが、SOI層203の表面は保護膜210で覆われているので、ミラー203aは、固定された状態となっている。
【0055】
次いで、図5(e)に示すように、シリコン基板201の開口部分に露出しているミラー203aなどを含むSOI層203裏面に、スパッタ法や蒸着法によりAu/Tiからなる金属膜(反射用金属膜)211を形成する。金属膜211は、下層(SOI層203側)のチタン膜が膜厚0.05μm程度、上層のAu膜が膜厚0.05μm程度である。なお、金属膜211は、シリコン基板201の裏面にも形成される。
【0056】
つぎに、図6(a)に示すように、シリコン基板201に形成されている開口部内の金属膜211形成面を含むシリコン基板201の金属膜211が形成されている裏面を覆うように、例えば、ポジ型のフォトレジスト材料などの有機材料からなる保護膜(埋め込み保護膜)212を形成する。フォトレジスト材料の代わりにポリイミドや感光性有機樹脂であるポリベンザオキサゾールを塗布して保護膜212を形成してもよい。
【0057】
この後、SOI膜203表面の保護膜210を除去し、図6(b)に示すように、SOI層203の表面が露出した状態とする。このとき、シリコン基板201の開口部側の金属膜211が形成されているミラー203aを含むSOI層203裏面は、保護膜212により覆われているので、ミラー203aは固定された状態となっている。
【0058】
つぎに、SOI層203表面において、トーションバースプリング203b部分などの分離部分に露出している保護膜212の一部を除去し、トーションバースプリング203bの部分及びミラー203aとSOI層203との隙間(溝)が、深さ方向に8μm程度開放した状態とする。これらの溝部分は、幅が2μm程度であり、SOI層203表面において形成された開放部分は、幅2μm深さ8μm程度の溝となっている。
【0059】
次いで、図6(c)に示すように、SOI層203の表面に、スパッタ法や蒸着法によりAu/Tiからなる金属膜(接続用金属膜)213を形成する。金属膜213は、下層のチタン膜が膜厚0.05μm程度、上層のAu膜が膜厚0.05μm程度である。
SOI層203の裏面に形成した金属膜211は、ミラー203aの反射率を補償し、また向上させるために形成したものであり、SOI層203の表面に形成した金属膜213は、ミラー駆動用電極配線を形成した基板と貼り合わせて光スイッチ装置を構成する際、ミラー基板とミラー駆動用電極基板の接続電極部とを電気的に低抵抗で接続するための導電性金属膜として作用する。
【0060】
以上のことにより、SOI層203を加工することで、SOI層203に形成された複数の開口領域(図示せず)内に、各々トーションバースプリング203bで連結された複数のミラー203aが形成され、この両面に金属膜211,金属膜213が形成された状態が得られる。
つぎに、ダイシング工程において、シリコン基板201を切断してチップに切り出し、図3(b)に示す状態と同様に、チップに切り出したミラー基板を、基板131と貼り合わせる。
【0061】
次いで、ミラー基板を貼り合わせた基板131をパッケージ(不図示)にダイボンディングし、必要な端子部同士をワイヤホンディング工程によりワイヤで接続し、ポッティング工程を行った後、ミラー基板を覆っている保護膜212をアセトンなどの有機溶剤で除去し、図6(d)に示すように、ミラー203aが可動な状態の光スイッチ装置用ミラー基板の実装まで完了する。
【0062】
本実施の形態により、例えば両面アライナー機構などの装置が不要となる。また、本実施の形態によれば、実装までの各工程において、可動部であるミラー及びトーションバースプリングが形成されるSOI層の片面あるいは両面が、酸化膜や保護膜などにより常に覆われ、ミラー及びトーションバースプリングが固定された状態が保持される。この結果、本実施の形態によれば、工程の途中におけるミラーやトーションバースプリングの欠損が防止され、ミラー面へのダスト付着が抑えられ、マイクロマシンである光スイッチ装置用ミラー基板を高い歩留まりで製造及び実装ができるようになる。また、本実施の形態によれば、工程数をあまり増加させることがない。
【0063】
[実施の形態3]
つぎに、本発明の他の実施の形態について説明する。図7〜図10は、本実施の形態における製造方法例を示す工程図である。
まず、図7(a)に示すように、例えば面方位が(100)であるシリコン基板301の上に、膜厚1μmの酸化シリコンからなる埋め込み絶縁層302と、膜厚10μmの単結晶シリコン層(SOI層)303とが形成されているSOI基板を用意する。
【0064】
次いで、SOI層303及びシリコン基板301の露出している面を酸化し、各々膜厚1μmのシリコン酸化膜304,305を形成する。加えて、シリコン酸化膜305の露出している面に、ポリベンゾオキサゾールなどの樹脂からなる保護膜(第1保護膜)306を形成する。保護膜306は、ポリイミドやポジ型のフォトレジストから構成してもよい。保護膜306は、いずれかの材料を塗布することで形成すればよい。
【0065】
つぎに、図7(b)に示すように、シリコン酸化膜304を緩衝フッ酸液に溶解させて除去する。このとき、保護膜306が形成されているので、シリコン酸化膜305は除去されない。
つぎに、図7(c)に示すように、SOI層303上にマスクパターン(可動部形成用マスクパターン)307を形成し、マスクパターン307をマスクとしてSOI層303をエッチング加工する。このエッチングでは、例えばリアクティブイオンエッチングなどの異方性エッチングにより行い、エッチング箇所において埋め込み絶縁層302の表面を露出させる。このエッチングにより、ミラー303a及び図には簡略して示しているトーションバースプリング(連結部)303bを形成する。
【0066】
このとき、マスクパターン307の図示していない領域に、ダイシングの際にガイドとなるスクライブラインを形成するためのパターンを備えておき、SOI層303の図示しない領域にスクライブラインも同時に形成しておく。
ここで、本実施の形態では、トーションバースプリング303bなどのパターンの形成が、シリコン基板301に開口部などの形成されていない、SOI基板の破損などが起きにくい状態で行われている。
【0067】
つぎに、マスクパターン307を灰化処理により除去した後、図7(d)に示すように、ミラー303a及びトーションバースプリング303bが形成されているSOI層303を覆う有機材料からなる保護膜(可動部保護膜)308を形成する。保護膜308は、例えば、ポジ型のフォトレジスト材料やポリイミドや感光性有機樹脂であるポリベンゾオキサゾールから構成すればよい。
また、保護膜306を灰化して除去し、加えて、シリコン酸化膜305を緩衝フッ酸液に溶解させて除去し、シリコン基板301の埋め込み絶縁層302が形成されていない面、すなわちSOI基板の裏面を露出させる。
【0068】
つぎに、図8(a)に示すように、ミラー303aが形成された領域の下部に、例えば平面視正方形の開口部を備えたマスクパターン(フレーム形成用マスクパターン)309を、シリコン基板301の裏面に形成する。ここで、複数の光スイッチ素子を同時に製造する場合、マスクパターン309は、各光スイッチ素子のピクセルに対応するパターンであり、ミラー毎に各々1つの正方形の領域が開口しているパターンである。なお、図7〜図10では、シリコン基板301上の一部領域を示すものであり、ここでは、1つのピクセルとなる正方形の領域を示している。
【0069】
つぎに、マスクパターン309をマスクにした異方性エッチングにより、シリコン基板301を埋め込み絶縁層302が露出するまでエッチングする。このことにより、図8(b)に示すように、埋め込み絶縁層302のSOI層303とは反対側の面には、基板開口部が形成されたシリコン基板301aが形成された状態となる。ここで、前述したように、保護膜308が形成されているので、このエッチング処理の際に、ミラー303aなどが形成されているSOI層303は、エッチングされずに保護される。
【0070】
次いで、マスクパターン309を灰化して除去した後、シリコン基板301aの開口した領域に露出している埋め込み絶縁層302を、緩衝フッ酸液でエッチングして除去する。この結果、図8(c)に示すように、可動部開口部が形成された埋め込み絶縁層302aが、基板開口部を備えたシリコン基板301aとSOI層303とに挟まれて形成された状態となる。
【0071】
この後、トーションバースプリング303b部分などの隙間(溝)からシリコン基板301aの基板開口部側に露出している保護膜308の一部を除去し、トーションバースプリング303bの部分及びミラー303aとSOI層303との溝が、深さ方向に8μm程度開放した状態とする。これらの溝部分は、幅が2μm程度であり、形成された開放部分は、幅2μm深さ8μm程度の溝となっている。このとき、埋め込み絶縁層302aの可動部開口部の内部にはSOI層303の裏面が露出するが、SOI層303の表面は保護膜308で覆われているので、ミラー303aは、固定された状態となっている。
【0072】
次いで、図8(d)に示すように、シリコン基板301aの露出面,埋め込み絶縁層302aの露出面,及びこれらの開口部内に露出しているミラー303aなどを含むSOI層303の露出面に、スパッタ法や蒸着法により金/チタンからなる金属膜(反射用金属膜)310を形成する。金属膜310は、下層(SOI層303側)のチタン膜が膜厚0.05μm程度、上層の金膜が膜厚0.05μm程度である。なお、SOI層303の裏面に形成した金属膜310は、ミラー303aの反射率を向上させるためのものである。
【0073】
つぎに、まず、シリコン基板301aの埋め込み絶縁層302aが形成されていない側の面、すなわちSOI基板の裏面に、例えばポジ型のフォトレジストを塗布して感光膜を形成する。一般的なポジ型のフォトレジストの代わりに、感光性を有するポリイミドや、ポリベンゾオキサゾールなどの有機樹脂を用いるようにしてもよい。次いで、上記感光膜を公知のフォトリソグラフィ技術によりパターニングし、シリコン基板301a,埋め込み絶縁層302aの開口部内にパターンが形成された状態とする。これらのことにより、図9(a)に示すように、保護膜(埋め込み保護膜)311を形成する。
【0074】
保護膜311は、シリコン基板301a,埋め込み絶縁層302aの開口部内に埋め込まれているように形成し、SOI基板の裏面側に突出しないようにする。例えば、保護膜311が形成されている部分が、窪んでいる状態となっていてもよい。ただし、SOI層303の埋め込み絶縁層302aの可動部開口部内に露出しているSOI層303の裏面が、すべて保護膜311により覆われているようにする。なお、SOI基板の裏面に有機樹脂を塗布して有機膜を形成した後、有機膜をエッチバックし、開口部以外のSOI基板の裏面を露出させることで、保護膜311を形成するようにしてもよい。
【0075】
以上のようにして保護膜311を形成した後、灰化処理などにより保護膜308を除去し、図9(b)に示すように、SOI層303(SOI基板)の表面を露出させる。このとき、保護膜311が形成されているので、ミラー303aは固定された状態となっている。
つぎに、図9(c)に示すように、ミラー303aとトーションバースプリング303bとの間などのSOI層303に形成されている溝内に露出している金属膜310を、例えば逆スパッタ法などによりエッチングして除去する。
【0076】
次いで、図9(d)に示すように、ミラー303a,トーションバースプリング303bが形成されているSOI層303を覆うように、有機材料からなる保護膜(第2保護膜)312を形成する。保護膜312は、ポリベンゾオキサゾールやポリイミド、また、一般的なポジ型のフォトレジストから構成すればよい。
つぎに、ダイシング工程において、SOI基板をチップ領域毎に切断し、例えば、図10(a)に示すように、ミラーチップ300を形成する。
【0077】
この後、保護膜312を除去し、図10(b)に示すように、ミラーチップ300を、駆動電極チップ331と貼り合わせる。駆動電極チップ331は、ミラー駆動用の電極配線が形成され、これに接続してミラー駆動用電極332a,332bが形成されている。ここでは、保護膜312を除去してから貼り合わせるが、保護膜311を保護膜312より厚く形成しておけば、保護膜312の除去が容易となる。例えば、保護膜311,312が溶解する有機溶剤にミラーチップ300を浸漬し、保護膜312が除去された段階でミラーチップ300を有機溶剤より取り出せば、より厚く形成されている保護膜311が形成されている状態が維持できる。
【0078】
次いで、ミラーチップ300を貼り合わせた駆動電極チップ331をパッケージ(不図示)にダイボンディングし、必要な端子部同士をワイヤホンディング工程によりワイヤで接続し、ポッティング工程を行った後、ミラーチップ300に形成されている保護膜311を例えばアセトンなどの有機溶剤で除去するか、あるいは灰化処理などにより除去し、図10(c)に示すように、ミラー303aが可動な状態の光スイッチ素子の実装までが完了する。
【0079】
以上に説明したように、本実施の形態では、ミラーなどのパターンを形成した後これらをミラーチップに切り出す段階で、ミラーなどの可動部分が保護膜で覆われているようにした。また、ミラーチップを貼り合わせる段階においても、ミラーなどの可動部分の一面が保護膜で覆われているようにした。従って、本実施の形態によれば、チップへの切り出しやチップの貼り合わせなどの工程において、ミラーなどの可動部が、保護膜に覆われて固定された状態となっている。
【0080】
この結果、本実施の形態によれば、工程の途中におけるミラーやトーションバースプリングなどの可動部分の欠損が防止される。また、保護膜311により、ミラー303aの反射面へのダスト付着が抑えられ、マイクロマシンである光スイッチ素子を高い歩留まりで製造及び実装ができるようになる。また、本実施の形態によれば、工程数をあまり増加させることがない。
なお、上述では、マイクロマシンとして回動するミラーを備えた光スイッチを例にしたが、本発明の適用例はこれに限るものではない。例えば、連結部で連結された可動部が、SOI層の平面方向に可動するマイクロマシンであっても、本発明が適用できることはいうまでもない。
【0081】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、単結晶シリコン層に形成された可動部は、埋め込み保護膜が形成されるまでの間、いずれかの層や膜が接触し、動くことができない状態となっているようにした。
この結果、本発明によれば、ミラーなどの可動する部分を備えたマイクロマシンが、良品歩留まりの高い状態で製造できるようになるという優れた効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明の実施の形態における製造方法を説明するための各工程を示す模式的な断面図である。
【図2】 本発明の実施の形態における製造方法を説明するための各工程を示す模式的な断面図である。
【図3】 本発明の実施の形態における製造方法を説明するための各工程を示す模式的な断面図である。
【図4】 本発明の他の実施の形態における製造方法を説明するための各工程を示す模式的な断面図である。
【図5】 本発明の他の実施の形態における製造方法を説明するための各工程を示す模式的な断面図である。
【図6】 本発明の他の実施の形態における製造方法を説明するための各工程を示す模式的な断面図である。
【図7】 本発明の他の実施の形態における製造方法を説明するための各工程を示す模式的な断面図である。
【図8】 本発明の他の実施の形態における製造方法を説明するための各工程を示す模式的な断面図である。
【図9】 本発明の他の実施の形態における製造方法を説明するための各工程を示す模式的な断面図である。
【図10】 本発明の他の実施の形態における製造方法を説明するための各工程を示す模式的な断面図である。
【図11】 従来よりあるマイクロマシンの製造方法を説明するための各工程を示す模式的な断面図である。
【図12】
【符号の説明】
100…ミラー基板、101…シリコン基板、102,102a…埋め込み絶縁層、103…単結晶シリコン層(SOI層)、103a…ミラー、103b…トーションバースプリング(連結部)、104…保護膜(表面保護膜)、105…マスクパターン(フレーム形成用マスクパターン)、106…マスクパターン(可動部形成用マスクパターン)、107…保護膜(可動部保護膜)、108…金属膜(反射用金属膜)、109…保護膜(埋め込み保護膜)、110…金属膜(接続用金属膜)、131…基板、132a,132b…ミラー駆動用電極。[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a method of manufacturing a micromachine such as an optical switch element used for communication, measurement, display and the like using switching.
[0002]
[Prior art]
There is a MEMS device manufactured by using a micromachine technology that performs three-dimensional microfabrication by etching on the basis of a thin film formation technology or a photolithography technology. Some MEMS devices that are micromachines are composed of a fine fixed structure and a movable structure, and the operation of the movable structure is controlled by an electrical signal. As such a MEMS element, there is an optical switch element having a reflecting surface on a movable structure (see Patent Document 1, Patent Document 2, Patent Document 3, Non-Patent Document 1, Non-Patent Document 2, and Non-Patent Document 3). ).
[0003]
The optical switch device includes, for example, a fixed structure and a movable reflecting structure. The reflection structure has a support member and a movable member, and the movable member is connected to the support member by a spring member such as a torsion spring. The optical switch configured as described above performs a switching operation for switching an optical path by moving the reflecting structure by an attractive force or a repulsive force acting between the fixed structure and the moving reflecting structure.
[0004]
As a method for manufacturing such an optical switch element, a method using an SOI (Silicon on Insulator) substrate has been proposed. The manufacturing process of the mirror (movable part) by this method will be described. First, as shown in FIG. 11A, from the side (main surface: SOI layer) where the buried
[0005]
For example, DEEP RIE uses SF when dry etching silicon. 6 And C Four F 8 This is a technique for forming grooves or holes having an aspect ratio of 50 at an etching rate of several μm per minute by alternately introducing the above gas and repeating etching and sidewall protective film formation.
[0006]
Next, a resist pattern having an opening in which the
[0007]
Next, the region exposed to the opening 401b of the buried
[0008]
On the other hand, the
[0009]
Thereafter, each of the
[0010]
In the conventional manufacturing method described above, in the step after the buried insulating layer is etched, the mirror portions are connected by a pair of connecting members, and are handled in a state where they can be rotated by a rotating shaft passing through these connecting members. The connecting member is a bar-like or plate-like spring member that is elastically deformed by receiving a twist, such as a torsion bar spring.
[0011]
For example, a wafer drying process after etching and rinsing a buried insulating layer with a buffered hydrofluoric acid solution, a wafer dicing process, a metal film forming process on a mirror surface after dicing, and a substrate with a mirror driving electrode wiring formed thereon In the alignment process, the die bonding process to the package, the wire bonding process, the potting process, and the like, the mirror is handled in a movable state connected by a torsion bar spring.
[0012]
This optical switch element applies an attractive force to the mirror by an electric field generated by a voltage applied to the mirror driving electrode, and rotates the mirror at an angle of several degrees. A state in which the mirror rotates is required by applying a voltage of about 100 V to the mirror driving electrode, for example, to reduce power consumption. For this reason, the connecting member is processed to a width of about 2 μm so that the mirror can be easily rotated.
[0013]
Since the thickness of the SOI layer is about 10 μm, the connecting member has a width of 2 μm and a thickness of about 10 μm. For example, as shown in FIG. 12, a
[0014]
[Patent Document 1]
JP 2001-198897 A
[Patent Document 2]
JP 2002-189178 A
[Patent Document 3]
JP 11-119123 A
[Non-Patent Document 1]
"MEMS: Micro Technology, Mega Impact" Circuit & Device, p14-25 (2001)
[Non-Patent Document 2]
Renshi Sawada, Eiji Higurashi, Akira Shimizu, and Tohru Maruno, "Single Crystalline Mirror Actuated Electrostatically by Terraced Electrodes With High-Aspect Ratio Torsion Spring," Optical MEMS 2001, pp.23-24 (Okinawa Japan), 2001.
[Non-Patent Document 3]
Renshi Sawada, Johji Yamaguchi, Eiji Higurashi, Akira Shimizu, Tsuyoshi Yamamoto, Nobuyuki Takeuchi, and Yuji Uenishi, "Single Si Crystal 1024ch MEMS Mirror Based on Terraced Electrodes and a High-Aspect Ratio Torsion Spring for 3-D Cross-Connect Switch, "Optical MEMS 2002, pp.11-12 (Lugano Switzerland), 2002.
[0015]
[Problems to be solved by the invention]
However, in the process of the process as described above, since a centrifugal force or vibration or impact is applied to the water flow or the drying of the wafer, the connecting member is easily broken or the mirror is lost, and the manufacturing yield of the mirror substrate is reduced. There is a problem of making it. In particular, in the case of a mirror substrate in which a large number of mirrors are arranged in a matrix, if even one mirror becomes defective, it cannot be used as a mirror substrate, resulting in a defective product, which further reduces the yield.
[0016]
Further, when the mirror substrate wafer is manufactured and transported in the wafer state or in the dicing and chip state, the wafer itself and the chip itself are protected by a container for storing them, but the mirror and the mirror frame connected by a thin connecting member. Since the body is in a movable state, it is vulnerable to centrifugal force, vibration and shock, and there is a risk of further reducing the manufacturing yield of the mirror substrate.
[0017]
Furthermore, in the case of a mirror substrate for an optical switch element, the manufacture is completed with the mirror surface that reflects incident light exposed, so that when wafers are diced into fine chips, fine wafer shavings are generated in the gaps between connecting members, etc. It passes through the mirror surface and adheres to the mirror surface, and dust adheres during storage and handling before mounting, resulting in a problem that the reflectance of light decreases.
[0018]
The present invention has been made to solve the above-described problems, and an object of the present invention is to allow a micromachine including a movable part such as a mirror to be manufactured with a high yield.
[0019]
[Means for Solving the Problems]
The method of manufacturing a micromachine according to the present invention includes a step of preparing a silicon substrate having a single crystal silicon layer on a surface through a buried insulating layer, and selectively using the single crystal silicon layer as a mask for forming a movable part as a mask. A movable portion forming step of forming a movable portion in the single crystal silicon layer by etching and forming a movable portion connected to the surrounding single crystal silicon layer via the connecting portion on the buried insulating layer, and a frame forming mask pattern having an opening The silicon substrate is selectively etched away from the back surface by using as a mask to form a substrate opening in the silicon substrate, and a frame forming process for exposing the back surface of the buried insulating layer inside the substrate opening, and the upper surface of the buried insulating layer. A movable part protective film that forms a movable part protective film on the single crystal silicon layer so as to cover the movable part in a state where the movable part is formed in A buried insulating layer processing step for forming a movable part opening continuous with the substrate opening in a movable part forming region of the buried insulating layer in a state where the movable part protective film is formed; Forming a buried protective film covering the substrate opening and the movable portion exposed inside the movable portion opening and the surrounding single crystal silicon layer in the formed state; Removing the movable part protective film; and removing the buried protective film. At least.
As a result of such a configuration, the movable portion formed in the single crystal silicon layer is in a state in which any layer or film is in contact and cannot move until the buried protective film is formed.
[0020]
In the micromachine manufacturing method, a movable part driving electrode prepared in advance is formed by cutting out a region where a movable part including a substrate opening is formed in a state where a buried protective film is formed, and forming a movable part substrate. The electrode substrate provided with the movable part substrate and the movable part substrate are bonded together on the surface side of the single crystal silicon layer, and the movable part and the movable part driving electrode are arranged to face each other with a predetermined distance therebetween. If the buried protective film is removed after bonding, a chip to be a micromachine is formed with the movable part fixed.
[0021]
In the micromachine manufacturing method, the movable part forming step may be performed after the frame forming step, and the frame forming step is performed in a state where the surface of the single crystal silicon layer is covered with the surface protective film. You can do it.
In the method for manufacturing a micromachine, the frame forming step may be performed after the movable portion forming step.
In the micromachine manufacturing method, the buried protective film may be formed only inside the substrate opening and the movable portion opening.
[0022]
In the micromachine manufacturing method, after the movable portion opening is formed, a reflective metal film may be formed on the back surface of the movable portion exposed inside the movable portion opening. Further, after forming the buried protective film, the movable part protective film may be removed, and a connection metal film may be formed on the surface of the single crystal silicon layer.
[0023]
In the manufacturing method of the micromachine, In the movable part forming step, it is sufficient to form a movable part composed of a mirror having a reflective surface, In this case, for example, a micromachine constituting an optical switch using a mirror can be manufactured.
[0024]
In the micromachine manufacturing method, a silicon substrate provided with a single crystal silicon layer on a surface through a buried insulating layer is prepared, a protective film made of an organic material is formed on the single crystal silicon layer, and an opening is provided. A frame forming mask pattern is formed on the back surface of the silicon substrate, and the silicon substrate is selectively etched away using the frame forming mask pattern as a mask to form a substrate opening in the silicon substrate. A buried insulating layer is formed in the substrate opening. Then, the frame forming mask pattern and the protective film are removed, the movable part forming mask pattern is formed on the single crystal silicon layer, and the movable part forming mask pattern is used as a mask to the buried insulating layer. The silicon layer is selectively etched, and the opening and the inside of the opening are formed in the region above the substrate opening of the silicon substrate. A movable part made of an organic material covering the single crystal silicon layer on which the mirror and the connecting part are formed after forming a mirror connected to the surrounding single crystal silicon layer via the connecting part and removing the movable part forming mask pattern In the state where the protective film is formed and the movable part protective film is formed, the exposed part of the embedded insulating layer is selectively removed to form the movable part opening, and the single crystal silicon layer A part of the back surface of the single crystal silicon layer exposed in the substrate opening and the movable part opening, the back of the mirror and the connection part A reflective metal film is formed on the back surface, a buried protective film is formed on the back surface of the silicon substrate including the inside of the substrate opening, and the movable portion protective film is removed while the buried protective film is formed. Surface of crystalline silicon layer It may be formed a connection metal film on the surface of the surface and the connecting portion of the mirror.
[0025]
Further, in the above-described micromachine manufacturing method, a silicon substrate having a single crystal silicon layer on a surface via a buried insulating layer is prepared, and a first insulating film and a second insulation are formed on the surface of the single crystal silicon layer and the back surface of the silicon substrate. A film is formed, a protective film made of an organic material is formed on the first insulating film, and a frame forming mask pattern having an opening is formed on the back surface of the silicon substrate so as to sandwich the second insulating film. Using the formation mask pattern as a mask, the second insulating film and the silicon substrate are selectively etched away to form a penetrating opening in the second insulating film and opening the silicon substrate with a portion of the silicon substrate remaining. Forming a mask, removing the frame forming mask pattern and the protective film, and using the second insulating film with the opening as a mask, the silicon remaining in the opening of the silicon substrate A part of the substrate is removed, the back surface of the buried insulating layer is exposed to form a substrate opening, and the back surface protective film is formed to cover the substrate opening and the back surface of the buried insulating layer exposed at the bottom and the second insulating film. Then, the first insulating film is removed to expose the surface of the single crystal silicon layer, and after the back surface protective film is removed, a movable part forming mask pattern is formed on the single crystal silicon layer, and the movable part forming mask is formed. The single crystal silicon layer is selectively etched to the buried insulating layer using the pattern as a mask, and is connected to the region above the substrate opening via the substrate opening and the surrounding single crystal silicon layer via the connecting portion. After the mirror is formed and the movable part forming mask pattern is removed, a movable part protective film made of an organic material covering the single crystal silicon layer on which the mirror and the connecting part are formed is formed, and the movable part protective film is formed. In this state, a portion of the buried insulating layer exposed in the substrate opening is selectively removed to form a movable portion opening, and a part of the back surface of the single crystal silicon layer, the back surface of the mirror, and the connecting portion A reflective metal film is formed on the back surface of the single crystal silicon layer, the back surface of the mirror, and the back surface of the connecting portion exposed on the back surface of the single crystal silicon layer exposed inside the substrate opening and the movable portion opening. A buried protective film is formed on the back surface of the silicon substrate including the opening, and the movable part protective film is removed in a state in which the buried protective film is formed, and then the surface of the single crystal silicon layer, the surface of the mirror, and the connecting part A metal film for connection may be formed on the surface.
[0026]
In the above-described micromachine manufacturing method, a silicon substrate having a single crystal silicon layer on a surface via a buried insulating layer is prepared, and the exposed surface of the single crystal silicon layer and the exposed back surface of the silicon substrate are oxidized. Forming a first oxide film and a second oxide film respectively, forming a first protective film made of an organic material on the exposed surface of the second oxide film, removing the first oxide film, and removing the surface of the single crystal silicon layer; A movable part forming mask pattern is formed on the surface of the single crystal silicon layer, and the single crystal silicon layer is selectively etched to the buried insulating layer using the movable part forming mask pattern as a mask, and is movable through the connecting part. After forming the mirror supported and removing the movable part forming mask pattern, a movable part protective film made of an organic material covering the surface of the single crystal silicon layer including the mirror is formed, 1 Remove the protective film and the second oxide film, and form a frame forming mask pattern with an opening in the region where the mirror is formed on the back surface of the silicon substrate, and select the silicon substrate using the frame forming mask pattern as a mask. Etching is performed to form a substrate opening where the buried insulating layer is exposed, and after removing the frame forming mask pattern, the buried insulating layer exposed in the substrate opening is selectively etched to form a mirror and a single surrounding area. A single crystal silicon layer exposed on the back surface of the silicon substrate on which the substrate opening is formed and the inside of the movable portion opening, wherein the movable portion opening in which a part of the crystalline silicon layer is exposed in a frame shape is formed in the embedded insulating layer A reflective metal film is formed on the back surface of the substrate, and is disposed only inside the substrate opening, and is exposed at least inside the opening of the movable portion of the mirror and the single crystal silicon layer. After forming a buried protective film made of an organic material covering the surface to be removed and removing the movable part protective film, the reflective metal film exposed in the groove between the mirror and the surrounding single crystal silicon layer is selectively used. The second protective film made of an organic material covering the surface of the single crystal silicon layer including the mirror may be formed by etching away.
In this case, the buried protective film is preferably formed thicker than the second protective film.
[0027]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
[Embodiment 1]
First, a first embodiment of the present invention will be described. 1 to 3 are process diagrams showing an example of a manufacturing method in the present embodiment.
As shown in FIG. 1A, a buried insulating
[0028]
Next, a protective film (surface protective film) 104 made of, for example, a positive photoresist material is formed on the
[0029]
Next, as shown in FIG. 1B, a mask pattern (frame forming mask pattern) 105 is formed on the back surface of the
[0030]
Next, as shown in FIG. 1C, the
[0031]
Next, the
[0032]
Next, as shown in FIG. 1E, a mask pattern (movable part forming mask pattern) 106 is formed on the
At this time, a pattern for forming a scribe line serving as a guide during dicing is provided in a region not shown in the
[0033]
As described above, in this embodiment mode, the
[0034]
Next, after the
[0035]
Next, the buried insulating
[0036]
Thereafter, a part of the
[0037]
Next, as shown in FIG. 2C, a metal film made of Au / Ti (for reflection) is formed on the back surface of the
[0038]
Next, for example, an organic material such as a positive photoresist material is covered so as to cover the back surface of the
Thereafter, the
[0039]
Next, on the surface of the
[0040]
Next, as shown in FIG. 3A, a metal film (connection metal film) 110 made of Au / Ti is formed on the surface of the
The
[0041]
As described above, by processing the
Next, in the dicing process, the
[0042]
Next, the
[0043]
According to the present embodiment, for example, a device such as a double-sided aligner mechanism becomes unnecessary. Further, according to the present embodiment, in each process up to mounting, one or both surfaces of the SOI layer on which the mirror and the torsion bar spring as the movable part are formed are always covered with the oxide film, the protective film, etc. And the state where the torsion bar spring is fixed is maintained. As a result, according to the present embodiment, mirrors and torsion bar springs are prevented from being lost during the process, dust adhesion to the mirror surface is suppressed, and a mirror substrate for an optical switch device, which is a micromachine, is manufactured with a high yield. And can be implemented. Further, according to the present embodiment, the number of steps is not increased so much.
[0044]
[Embodiment 2]
Next, a second embodiment of the present invention will be described. 4 to 6 are process diagrams showing an example of the manufacturing method in the present embodiment.
First, as shown in FIG. 4A, a 1 μm thick buried insulating
[0045]
Next, the
[0046]
Next, as shown in FIG. 4B, a mask pattern (frame forming mask pattern) 207 is formed on the insulating
[0047]
Next, using the
[0048]
Next, after the
[0049]
Next, as shown in FIG. 4E, for example, a positive photoresist material is formed so as to cover the back surface of the
Next, the insulating
[0050]
Next, after removing the back surface
At this time, a pattern for forming a scribe line serving as a guide during dicing is provided in a region not shown in the
[0051]
As described above, in this embodiment mode, the
[0052]
Next, after the
[0053]
Next, the buried insulating
[0054]
Thereafter, a part of the
[0055]
Next, as shown in FIG. 5E, a metal film made of Au / Ti (for reflection) is formed on the back surface of the
[0056]
Next, as shown in FIG. 6A, for example, so as to cover the back surface of the
[0057]
Thereafter, the
[0058]
Next, on the surface of the
[0059]
Next, as shown in FIG. 6C, a metal film (connecting metal film) 213 made of Au / Ti is formed on the surface of the
The
[0060]
As described above, by processing the
Next, in the dicing process, the
[0061]
Next, the
[0062]
According to the present embodiment, for example, a device such as a double-sided aligner mechanism becomes unnecessary. Further, according to the present embodiment, in each process up to mounting, one or both surfaces of the SOI layer on which the mirror and the torsion bar spring as the movable part are formed are always covered with the oxide film, the protective film, etc. And the state where the torsion bar spring is fixed is maintained. As a result, according to the present embodiment, mirrors and torsion bar springs are prevented from being lost during the process, dust adhesion to the mirror surface is suppressed, and a mirror substrate for an optical switch device, which is a micromachine, is manufactured with a high yield. And can be implemented. Further, according to the present embodiment, the number of steps is not increased so much.
[0063]
[Embodiment 3]
Next, another embodiment of the present invention will be described. 7 to 10 are process diagrams showing an example of the manufacturing method in the present embodiment.
First, as shown in FIG. 7A, for example, a buried insulating
[0064]
Next, the exposed surfaces of the
[0065]
Next, as shown in FIG. 7B, the
Next, as shown in FIG. 7C, a mask pattern (movable part forming mask pattern) 307 is formed on the
[0066]
At this time, a pattern for forming a scribe line serving as a guide during dicing is provided in a region not shown of the
Here, in the present embodiment, the formation of the pattern such as the
[0067]
Next, after removing the
In addition, the
[0068]
Next, as shown in FIG. 8A, a mask pattern (frame forming mask pattern) 309 having a square opening in a plan view, for example, is formed below the region where the
[0069]
Next, the
[0070]
Next, after the
[0071]
Thereafter, a part of the
[0072]
Next, as shown in FIG. 8D, on the exposed surface of the
[0073]
Next, for example, a positive photoresist is applied to the surface of the
[0074]
The
[0075]
After forming the
Next, as shown in FIG. 9C, a
[0076]
Next, as shown in FIG. 9D, a protective film (second protective film) 312 made of an organic material is formed so as to cover the
Next, in the dicing process, the SOI substrate is cut for each chip region, and for example, as shown in FIG. 10A, a
[0077]
Thereafter, the
[0078]
Next, the
[0079]
As described above, in the present embodiment, the movable part such as the mirror is covered with the protective film at the stage where the pattern such as the mirror is formed and then cut into the mirror chip. Also, at the stage of attaching the mirror chip, one surface of the movable part such as a mirror is covered with a protective film. Therefore, according to the present embodiment, the movable part such as the mirror is covered with the protective film and fixed in the process of cutting out the chip and bonding the chip.
[0080]
As a result, according to the present embodiment, loss of movable parts such as mirrors and torsion bar springs during the process is prevented. Further, the
In the above description, an optical switch including a rotating mirror is taken as an example of a micromachine, but an application example of the present invention is not limited to this. For example, it goes without saying that the present invention can be applied even if the movable portion connected by the connecting portion is a micromachine that is movable in the planar direction of the SOI layer.
[0081]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, the movable part formed in the single crystal silicon layer is in a state where any layer or film is in contact and cannot move until the buried protective film is formed. It was made to become.
As a result, according to the present invention, it is possible to obtain an excellent effect that a micromachine including a movable part such as a mirror can be manufactured with a high yield.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a schematic cross-sectional view showing each step for explaining a manufacturing method in an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a schematic cross-sectional view showing each step for explaining the manufacturing method in the embodiment of the present invention.
FIG. 3 is a schematic cross-sectional view showing each step for explaining the manufacturing method in the embodiment of the present invention.
FIG. 4 is a schematic cross-sectional view showing each step for explaining a manufacturing method in another embodiment of the present invention.
FIG. 5 is a schematic cross-sectional view showing each step for explaining a manufacturing method in another embodiment of the present invention.
FIG. 6 is a schematic cross-sectional view showing each step for explaining a manufacturing method in another embodiment of the present invention.
FIG. 7 is a schematic cross-sectional view showing each step for explaining a manufacturing method in another embodiment of the present invention.
FIG. 8 is a schematic cross-sectional view showing each step for explaining a manufacturing method in another embodiment of the present invention.
FIG. 9 is a schematic cross-sectional view showing each step for explaining a manufacturing method in another embodiment of the present invention.
FIG. 10 is a schematic cross-sectional view showing each step for explaining the manufacturing method in another embodiment of the present invention.
FIG. 11 is a schematic cross-sectional view showing each step for explaining a conventional method of manufacturing a micromachine.
FIG.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF
Claims (13)
前記単結晶シリコン層を可動部形成用マスクパターンをマスクとして選択的にエッチングし、前記埋め込み絶縁層の上において、周囲の単結晶シリコン層と連結部を介して連結する可動部を前記単結晶シリコン層に形成する可動部形成工程と、
開口部を備えたフレーム形成用マスクパターンをマスクとして前記シリコン基板を裏面より選択的にエッチング除去して前記シリコン基板に基板開口部を形成し、この基板開口部の内部に前記埋め込み絶縁層の裏面を露出させるフレーム形成工程と、
前記埋め込み絶縁層の上において前記可動部が形成された状態で、前記単結晶シリコン層の上に前記可動部を覆うように可動部保護膜を形成する可動部保護膜形成工程と、
前記可動部保護膜が形成されている状態で、前記埋め込み絶縁層の前記可動部形成領域に前記基板開口部に連続する可動部開口部を形成する埋め込み絶縁層加工工程と、
前記可動部保護膜が形成されている状態で、前記基板開口部および前記可動部開口部の内部に露出する前記可動部およびこの周囲の前記単結晶シリコン層を覆う埋め込み保護膜を形成する工程と、
前記可動部保護膜を除去する工程と、
前記埋め込み保護膜を除去する工程と
を少なくとも備えたことを特徴とするマイクロマシンの製造方法。Preparing a silicon substrate provided with a single crystal silicon layer via a buried insulating layer on the surface;
The single crystal silicon layer is selectively etched using the movable portion forming mask pattern as a mask, and the movable portion connected to the surrounding single crystal silicon layer via the connecting portion on the buried insulating layer is connected to the single crystal silicon. A movable part forming step to be formed on the layer;
The silicon substrate is selectively etched away from the back surface using a frame forming mask pattern having an opening as a mask to form a substrate opening in the silicon substrate, and the back surface of the buried insulating layer is formed inside the substrate opening. A frame forming process for exposing
A movable part protective film forming step of forming a movable part protective film on the single crystal silicon layer so as to cover the movable part in a state where the movable part is formed on the buried insulating layer;
A buried insulating layer processing step of forming a movable part opening continuous with the substrate opening in the movable part forming region of the buried insulating layer in a state where the movable part protective film is formed;
Forming a buried protective film that covers the substrate opening and the movable portion exposed inside the movable portion opening and the single crystal silicon layer around the movable portion, with the movable portion protective film being formed; ,
Removing the movable part protective film;
A method of manufacturing a micromachine comprising at least a step of removing the buried protective film .
前記埋め込み保護膜が形成されている状態で、前記基板開口部を含む前記可動部が形成されている領域を切り出して可動部基板を形成する切り出し工程と、
予め用意された可動部駆動用電極を備えた電極基板と前記可動部基板とを前記単結晶シリコン層の表面側で貼り合わせ、前記可動部と前記可動部駆動用電極とが所定距離離間して対向配置した状態とする貼り合わせ工程と、
前記電極基板と前記可動部基板とを貼り合わせた後で、前記埋め込み保護膜を除去する工程と
を少なくとも備えたことを特徴とするマイクロマシンの製造方法。In the manufacturing method of the micromachine of Claim 1,
A cutting step of cutting out a region where the movable part including the substrate opening is formed to form a movable part substrate in a state where the embedded protective film is formed;
An electrode substrate having a movable part driving electrode prepared in advance and the movable part substrate are bonded together on the surface side of the single crystal silicon layer, and the movable part and the movable part driving electrode are separated by a predetermined distance. A bonding step to be placed opposite to each other;
A method of manufacturing a micromachine, comprising: at least a step of removing the buried protective film after bonding the electrode substrate and the movable portion substrate.
前記フレーム形成工程を行った後、前記可動部形成工程を行うことを特徴とするマイクロマシンの製造方法。In the manufacturing method of the micromachine of Claim 1 or 2,
A method of manufacturing a micromachine, wherein the movable portion forming step is performed after the frame forming step.
前記フレーム形成工程は、前記単結晶シリコン層の表面が表面保護膜で覆われた状態で行うことを特徴とするマイクロマシンの製造方法。In the manufacturing method of the micromachine of Claim 1 or 2,
The method of manufacturing a micromachine, wherein the frame forming step is performed in a state where a surface of the single crystal silicon layer is covered with a surface protective film.
前記可動部形成工程を行った後、前記フレーム形成工程を行うことを特徴とするマイクロマシンの製造方法。In the manufacturing method of the micromachine of Claim 1 or 2,
A method of manufacturing a micromachine, wherein the frame forming step is performed after the movable portion forming step.
前記埋め込み保護膜は、前記基板開口部および前記可動部開口部の内部にのみ形成することを特徴とするマイクロマシンの製造方法。In the manufacturing method of the micromachine of Claim 1 or 2,
The method of manufacturing a micromachine, wherein the buried protective film is formed only inside the substrate opening and the movable portion opening.
前記可動部開口部を形成した後で、前記可動部開口部の内部に露出する前記可動部の裏面に反射用金属膜を形成することを特徴とするマイクロマシンの製造方法。In the manufacturing method of the micromachine of Claim 1 or 2,
A method of manufacturing a micromachine, comprising: forming a reflective metal film on a back surface of the movable portion exposed inside the movable portion opening after forming the movable portion opening.
前記埋め込み保護膜を形成した後、前記可動部保護膜を除去し、前記単結晶シリコン層の表面に接続用金属膜を形成することを特徴とするマイクロマシンの製造方法。In the manufacturing method of the micromachine of Claim 1 or 2,
After forming the buried protective film, the movable part protective film is removed, and a connection metal film is formed on the surface of the single crystal silicon layer.
前記可動部形成工程では、反射面を備えたミラーより構成された前記可動部を形成することを特徴とするマイクロマシンの製造方法。In the manufacturing method of the micromachine of Claim 1 or 2,
In the movable part forming step, the movable part formed of a mirror having a reflecting surface is formed .
表面に埋め込み絶縁層を介して単結晶シリコン層を備えた前記シリコン基板を用意する第1の工程と、
前記単結晶シリコン層の上に有機材料からなる保護膜を形成する第2の工程と、
開口部を備えた前記フレーム形成用マスクパターンを前記シリコン基板の裏面に形成する第3の工程と、
前記フレーム形成用マスクパターンをマスクとして前記シリコン基板を選択的にエッチング除去して前記シリコン基板に基板開口部を形成し、この基板開口部内に前記埋め込み絶縁層の裏面を露出させる第4の工程と、
前記フレーム形成用マスクパターンと前記保護膜を除去する第5の工程と、
前記単結晶シリコン層の上に前記可動部形成用マスクパターンを形成する第6の工程と、
前記可動部形成用マスクパターンをマスクとして前記埋め込み絶縁層まで前記単結晶シリコン層を選択的にエッチングし、前記シリコン基板の前記基板開口部上部の領域に、開口部及びこの開口部内に周囲の単結晶シリコン層と連結部を介して連結する前記ミラーを形成する第7の工程と、
前記可動部形成用マスクパターンを除去した後、ミラー及び連結部が形成された単結晶シリコン層を覆う有機材料からなる前記可動部保護膜を形成する第8の工程と、
前記可動部保護膜が形成されている状態で、前記埋め込み絶縁層の前記基板開口部内に露出している部分を選択的に除去して前記可動部開口部を形成し、前記単結晶シリコン層の一部の裏面,前記ミラーの裏面及び前記連結部の裏面を露出させる第9の工程と、
前記基板開口部および前記可動部開口部の内部に露出している前記単結晶シリコン層の一部の裏面,前記ミラーの裏面及び前記連結部の裏面に、反射用金属膜を形成する第10の工程と、
前記基板開口部の内部を含む前記シリコン基板の裏面に前記埋め込み保護膜を形成する第11の工程と、
前記埋め込み保護膜が形成されている状態で可動部保護膜を除去した後、前記単結晶シリコン層の表面,前記ミラーの表面及び前記連結部の表面に接続用金属膜を形成する第12の工程と
を備え、
前記フレーム形成工程は、前記第3工程及び前記第4工程を含み、
前記可動部形成工程は、前記第6工程及び前記第7工程を含み、
前記可動部保護膜形成工程は、前記第8工程を含み、
前記埋め込み絶縁層加工工程は、前記第9工程を含む
ことを特徴とするマイクロマシンの製造方法。In the manufacturing method of the micromachine of Claim 9,
A first step of preparing the silicon substrate having the single crystal silicon layer through the buried insulating layer on the surface,
A second step of forming a protective film made of an organic material on the single crystal silicon layer;
A third step of forming the frame forming mask pattern having an opening on the back surface of the silicon substrate;
A fourth step of selectively removing the silicon substrate by etching using the frame forming mask pattern as a mask to form a substrate opening in the silicon substrate and exposing a back surface of the buried insulating layer in the substrate opening; ,
A fifth step of removing the frame forming mask pattern and the protective film;
A sixth step of forming the movable part forming mask pattern on the single crystal silicon layer;
The single crystal silicon layer is selectively etched up to the buried insulating layer using the movable portion forming mask pattern as a mask, and an opening portion and a surrounding single portion in the opening portion are formed in a region above the substrate opening portion of the silicon substrate. A seventh step of forming the mirror connected to the crystalline silicon layer via the connecting portion;
An eighth step of forming the movable part protective film made of an organic material covering the single crystal silicon layer on which the mirror and the connecting part are formed, after removing the movable part forming mask pattern;
In a state where the movable part protective film is formed, a portion of the buried insulating layer exposed in the substrate opening is selectively removed to form the movable part opening, and the single crystal silicon layer A ninth step of exposing a part of the back surface, the back surface of the mirror, and the back surface of the connecting portion;
A reflective metal film is formed on the back surface of a part of the single crystal silicon layer exposed inside the substrate opening and the movable portion opening, the back surface of the mirror, and the back surface of the connecting part. Process,
An eleventh step of forming the buried protective film on the back surface of the silicon substrate including the inside of the substrate opening;
A twelfth step of forming a connection metal film on the surface of the single crystal silicon layer, the surface of the mirror, and the surface of the connecting portion after removing the movable portion protective film in a state where the buried protective film is formed. equipped with a door,
The frame forming step includes the third step and the fourth step,
The movable part forming step includes the sixth step and the seventh step,
The movable part protective film forming step includes the eighth step,
The method of manufacturing a micromachine , wherein the buried insulating layer processing step includes the ninth step .
表面に埋め込み絶縁層を介して単結晶シリコン層を備えた前記シリコン基板を用意する第1の工程と、
前記単結晶シリコン層の表面及び前記シリコン基板の裏面に第1絶縁膜及び第2絶縁膜を形成する第2の工程と、
前記第1絶縁膜の上に有機材料からなる保護膜を形成する第3の工程と、
前記シリコン基板の裏面に前記第2絶縁膜を挟むように開口部を備えたフレーム形成用マスクパターンを形成する第4の工程と、
前記フレーム形成用マスクパターンをマスクとして前記第2絶縁膜及び前記シリコン基板を選択的にエッチング除去し、貫通する開口部を前記第2絶縁膜に形成するとともに、前記シリコン基板の一部が残った状態で前記シリコン基板に開口部を形成する第5の工程と、
前記フレーム形成用マスクパターンと前記保護膜を除去する第6の工程と、
前記開口部が形成された第2絶縁膜をマスクとし、前記シリコン基板の開口部に残った前記シリコン基板の一部を除去し、前記埋め込み絶縁層の裏面を露出させて前記基板開口部を形成する第7の工程と、
前記基板開口部及びこの底部に露出する前記埋め込み絶縁層の裏面及び前記第2絶縁膜を覆う裏面保護膜を形成する第8の工程と、
前記第1絶縁膜を除去して前記単結晶シリコン層の表面を露出させる第9の工程と、
前記裏面保護膜を除去した後で前記単結晶シリコン層の上に可動部形成用マスクパターンを形成する第10の工程と、
前記可動部形成用マスクパターンをマスクとして前記埋め込み絶縁層まで前記単結晶シリコン層を選択的にエッチングし、前記基板開口部上部の領域に、基板開口部及びこの基板開口部内に周囲の単結晶シリコン層と連結部を介して連結する前記ミラーを形成する第11の工程と、
前記可動部形成用マスクパターンを除去した後、ミラー及び連結部が形成された単結晶シリコン層を覆う有機材料からなる前記可動部保護膜を形成する第12の工程と、
前記可動部保護膜が形成されている状態で、前記埋め込み絶縁層の前記基板開口部内に露出している部分を選択的に除去して前記可動部開口部を形成し、前記単結晶シリコン層の一部の裏面,前記ミラーの裏面及び前記連結部の裏面を露出させる第13の工程と、
前記基板開口部および前記可動部開口部の内部に露出している前記単結晶シリコン層の一部の裏面,前記ミラーの裏面及び前記連結部の裏面に、反射用金属膜を形成する第14の工程と、
前記シリコン基板の開口部を含む前記シリコン基板の裏面に埋め込み保護膜を形成する第15の工程と、
前記埋め込み保護膜が形成されている状態で可動部保護膜を除去した後、前記単結晶シリコン層の表面,前記ミラーの表面及び前記連結部の表面に接続用金属膜を形成する第16の工程と
を備え、
前記フレーム形成工程は、前記第4工程,前記第5工程,前記第6工程,及び前記第7工程を含み、
前記可動部形成工程は、前記第10工程及び前記第11工程を含み、
前記可動部保護膜形成工程は、前記第12工程を含み、
前記埋め込み絶縁層加工工程は、前記第13工程を含む
ことを特徴とするマイクロマシンの製造方法。In the manufacturing method of the micromachine of Claim 9,
A first step of preparing the silicon substrate having a single crystal silicon layer on the surface through a buried insulating layer;
A second step of forming a first insulating film and a second insulating film on the front surface of the single crystal silicon layer and the back surface of the silicon substrate;
A third step of forming a protective film made of an organic material on the first insulating film;
A fourth step of forming a frame forming mask pattern having an opening so as to sandwich the second insulating film on the back surface of the silicon substrate;
Using the frame forming mask pattern as a mask, the second insulating film and the silicon substrate are selectively removed by etching to form a penetrating opening in the second insulating film, and a part of the silicon substrate remains. A fifth step of forming an opening in the silicon substrate in a state;
A sixth step of removing the frame forming mask pattern and the protective film;
Using the second insulating film in which the opening is formed as a mask, a part of the silicon substrate remaining in the opening of the silicon substrate is removed, and the back surface of the buried insulating layer is exposed to form the substrate opening A seventh step of:
An eighth step of forming a back surface protective film covering the substrate opening and the back surface of the buried insulating layer exposed at the bottom and the second insulating film;
A ninth step of removing the first insulating film to expose a surface of the single crystal silicon layer;
A tenth step of forming a movable part forming mask pattern on the single crystal silicon layer after removing the back surface protective film;
The single crystal silicon layer is selectively etched up to the buried insulating layer using the movable portion forming mask pattern as a mask, and a substrate opening and a surrounding single crystal silicon in the substrate opening are formed in a region above the substrate opening. An eleventh step of forming the mirror connected to the layer via a connecting portion;
A twelfth step of forming the movable part protective film made of an organic material covering the single crystal silicon layer on which the mirror and the connecting part are formed, after removing the movable part forming mask pattern;
In a state where the movable part protective film is formed, a portion of the buried insulating layer exposed in the substrate opening is selectively removed to form the movable part opening, and the single crystal silicon layer A thirteenth step of exposing a part of the back surface, the back surface of the mirror, and the back surface of the connecting portion;
A reflective metal film is formed on a back surface of a part of the single crystal silicon layer exposed inside the substrate opening and the movable portion opening, a back surface of the mirror, and a back surface of the connecting portion. Process,
A fifteenth step of forming a buried protective film on the back surface of the silicon substrate including the opening of the silicon substrate;
A sixteenth step of forming a connecting metal film on the surface of the single crystal silicon layer, the surface of the mirror, and the surface of the connecting portion after removing the movable portion protective film in a state where the buried protective film is formed. equipped with a door,
The frame forming step includes the fourth step, the fifth step, the sixth step, and the seventh step,
The movable part forming step includes the tenth step and the eleventh step,
The movable part protective film forming step includes the twelfth step,
The method of manufacturing a micromachine , wherein the buried insulating layer processing step includes the thirteenth step .
表面に埋め込み絶縁層を介して単結晶シリコン層を備えたシリコン基板を用意する第1の工程と、
前記単結晶シリコン層の露出している表面及び前記シリコン基板の露出している裏面を酸化して各々第1酸化膜及び第2酸化膜を形成する第2の工程と、
前記第2酸化膜の露出面に有機材料からなる第1保護膜を形成する第3の工程と、
前記第1酸化膜を除去して前記単結晶シリコン層の表面を露出させる第4の工程と、
前記単結晶シリコン層の表面に前記可動部形成用マスクパターンを形成する第5の工程と、
前記可動部形成用マスクパターンをマスクとして前記埋め込み絶縁層まで前記単結晶シリコン層を選択的にエッチングし、連結部を介して可動可能に支持された前記ミラーを形成する第6の工程と、
前記可動部形成用マスクパターンを除去した後、前記ミラーを含めた前記単結晶シリコン層の表面を覆う有機材料からなる可動部保護膜を形成する第7の工程と、
前記第1保護膜及び前記第2酸化膜を除去する第8の工程と、
前記ミラーの形成された領域に開口部を備えたフレーム形成用マスクパターンを前記シリコン基板の裏面に形成する第9の工程と、
前記フレーム形成用マスクパターンをマスクとして前記シリコン基板を選択的にエッチングして前記埋め込み絶縁層が露出する前記基板開口部を形成する第10の工程と、
前記フレーム形成用マスクパターンを除去した後、前記基板開口部内に露出する前記埋め込み絶縁層を選択的にエッチングし、前記ミラー及びこの周囲の前記単結晶シリコン層の一部が枠状に露出する前記可動部開口部を前記埋め込み絶縁層に形成する第11の工程と、
前記基板開口部が形成されている前記シリコン基板の裏面及び前記可動部開口部の内部に露出する前記単結晶シリコン層の裏面に、反射用金属膜を形成する第12の工程と、
前記基板開口部の内部のみに配置され、前記ミラー及び前記単結晶シリコン層の少なくとも前記可動部開口部の内部に露出する面を覆う有機材料からなる前記埋め込み保護膜を形成する第13の工程と、
前記可動部保護膜を除去した後、前記ミラーとこの周囲の前記単結晶シリコン層との間の溝部に露出している前記反射用金属膜を選択的にエッチング除去する第14の工程と、
前記ミラーを含めた前記単結晶シリコン層の表面を覆う有機材料からなる第2保護膜を形成する第15の工程と
を少なくとも備え、
前記可動部形成工程は、前記第5工程及び前記第6工程を含み、
前記可動部保護膜形成工程は、前記第7工程を含み、
前記フレーム形成工程は、前記第9工程及び前記第10工程を含み、
前記埋め込み絶縁層加工工程は、前記第11工程を含む
ことを特徴とするマイクロマシンの製造方法。In the manufacturing method of the micromachine of Claim 9,
A first step of preparing a silicon substrate provided with a single crystal silicon layer on a surface through a buried insulating layer;
A second step of oxidizing the exposed surface of the single crystal silicon layer and the exposed back surface of the silicon substrate to form a first oxide film and a second oxide film, respectively;
A third step of forming a first protective film made of an organic material on the exposed surface of the second oxide film;
A fourth step of removing the first oxide film to expose the surface of the single crystal silicon layer;
A fifth step of forming the movable part forming mask pattern on the surface of the single crystal silicon layer;
A sixth step of selectively etching the single crystal silicon layer up to the buried insulating layer using the movable portion forming mask pattern as a mask, and forming the mirror movably supported through a coupling portion;
A seventh step of forming a movable part protective film made of an organic material covering the surface of the single crystal silicon layer including the mirror after removing the movable part forming mask pattern;
An eighth step of removing the first protective film and the second oxide film;
A ninth step of forming a frame forming mask pattern having an opening in a region where the mirror is formed on the back surface of the silicon substrate;
A tenth step of selectively etching the silicon substrate using the frame forming mask pattern as a mask to form the substrate opening exposing the buried insulating layer;
After removing the frame forming mask pattern, the embedded insulating layer exposed in the substrate opening is selectively etched, and the mirror and a part of the surrounding single crystal silicon layer are exposed in a frame shape. An eleventh step of forming a movable portion opening in the buried insulating layer;
A twelfth step of forming a reflective metal film on the back surface of the silicon substrate in which the substrate opening is formed and on the back surface of the single crystal silicon layer exposed inside the movable portion opening;
A thirteenth step of forming the buried protective film made of an organic material that is disposed only inside the substrate opening and covers at least the surface of the mirror and the single crystal silicon layer exposed to the inside of the movable portion opening; ,
A fourteenth step of selectively removing the reflective metal film exposed in the groove between the mirror and the surrounding single crystal silicon layer after removing the movable part protective film;
And fifteenth step of forming a second protective film made of an organic material covering the surface of the single crystal silicon layer including the mirror , and
The movable part forming step includes the fifth step and the sixth step,
The movable part protective film forming step includes the seventh step,
The frame forming step includes the ninth step and the tenth step,
The method of manufacturing a micromachine , wherein the buried insulating layer processing step includes the eleventh step .
前記埋め込み保護膜は、前記第2保護膜より厚く形成することを特徴とするマイクロマシンの製造方法。In the manufacturing method of the micromachine of Claim 12,
The method of manufacturing a micromachine, wherein the buried protective film is formed thicker than the second protective film.
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