WO2000060652A1 - Procede de fabrication d'un substrat a couches minces et substrat a couches minces fabrique selon ce procede - Google Patents

Procede de fabrication d'un substrat a couches minces et substrat a couches minces fabrique selon ce procede Download PDF

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WO2000060652A1
WO2000060652A1 PCT/JP2000/001865 JP0001865W WO0060652A1 WO 2000060652 A1 WO2000060652 A1 WO 2000060652A1 JP 0001865 W JP0001865 W JP 0001865W WO 0060652 A1 WO0060652 A1 WO 0060652A1
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WO
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thin film
forming
film substrate
support
substrate
Prior art date
Application number
PCT/JP2000/001865
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English (en)
French (fr)
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Masafumi Ide
Toshiyuki Sameshima
Original Assignee
Citizen Watch Co., Ltd.
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Publication date
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    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/70Manufacture or treatment of devices consisting of a plurality of solid state components formed in or on a common substrate or of parts thereof; Manufacture of integrated circuit devices or of parts thereof
    • H01L21/71Manufacture of specific parts of devices defined in group H01L21/70
    • H01L21/76Making of isolation regions between components
    • H01L21/764Air gaps
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B81MICROSTRUCTURAL TECHNOLOGY
    • B81CPROCESSES OR APPARATUS SPECIALLY ADAPTED FOR THE MANUFACTURE OR TREATMENT OF MICROSTRUCTURAL DEVICES OR SYSTEMS
    • B81C1/00Manufacture or treatment of devices or systems in or on a substrate
    • B81C1/00015Manufacture or treatment of devices or systems in or on a substrate for manufacturing microsystems
    • B81C1/00023Manufacture or treatment of devices or systems in or on a substrate for manufacturing microsystems without movable or flexible elements
    • B81C1/00126Static structures not provided for in groups B81C1/00031 - B81C1/00119
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B81MICROSTRUCTURAL TECHNOLOGY
    • B81CPROCESSES OR APPARATUS SPECIALLY ADAPTED FOR THE MANUFACTURE OR TREATMENT OF MICROSTRUCTURAL DEVICES OR SYSTEMS
    • B81C2201/00Manufacture or treatment of microstructural devices or systems
    • B81C2201/01Manufacture or treatment of microstructural devices or systems in or on a substrate
    • B81C2201/0101Shaping material; Structuring the bulk substrate or layers on the substrate; Film patterning
    • B81C2201/0102Surface micromachining
    • B81C2201/0105Sacrificial layer
    • B81C2201/0109Sacrificial layers not provided for in B81C2201/0107 - B81C2201/0108

Definitions

  • the present invention relates to a method for forming a thin-film substrate and a thin-film substrate formed by the method, and more particularly to a method for manufacturing a microstructure applicable to a semiconductor device, a liquid crystal light modulator, or a microelectromechanical system (MEMS).
  • the present invention relates to a method of forming (manufacturing) a thin film substrate and a structure of the thin film substrate formed by the method. Background technology
  • silicon wafers, glass substrates, or quartz substrates have often been used as substrates for manufacturing thin film transistors, other thin film elements, or MEMS. These substrates often have thicknesses on the order of hundreds / zm to several mm.
  • particularly polished substrates may be used as particularly thin substrates.
  • a silicon wafer having a thickness of about 10 ⁇ is obtained from Virginia Semiconductor Inc. (1501 Po-hatan Street Fredericksburg, VA 22401, USA).
  • a polymer film such as polyimide formed on a glass substrate by a spin casting method may be used as the thin film substrate.
  • thin films such as metal oxides formed by direct sputtering or chemical vapor deposition (CVD) on silicon wafers or glass substrates are sometimes used as thin film substrates.
  • a support is provided on a support substrate, and a functional structure or a thin film serving as a substrate of the structure is formed thereon.
  • FIG. 44 is a plan view of this conventional structure manufacturing method, and FIG. 44 is a plan view of the structure, and FIG. 44 is a cross-sectional view corresponding to a cross section taken along line GG of FIG. This will be described with reference to FIGS. 48 to 51.
  • a spacer layer 203 which is to be a part of a sacrificial layer is applied on the substrate 201 by spin coating, and a metal layer is formed on the spacer layer 203.
  • a layer 205 is formed.
  • the metal layer 205 is formed of an aluminum alloy to which copper is added to form a reflector.
  • the metal layer 205 is patterned by photolithography in order to form the blap 101 serving as a pixel of the optical modulator with the metal layer 205. Then, as shown in FIGS. 44 and 48, a plasma etching access gap 105 for forming a flap 101 in the metal layer 205 and a plasma etching access hole 103 are formed. Provide.
  • FIG. 49 shows a plan view in which the void 107 is formed.
  • the active region is introduced from the plasma-etched access hole 103 and the plasma-etched access gap 105 so that the positive photoresist of the spacer layer 203 is formed in the void portion 107. It is formed by anisotropically etching.
  • a support is provided on a support substrate, and a sacrificial layer is used to form a functional structure or a thin film serving as a substrate of the structure, and the sacrificial layer is removed by etching from an opening.
  • Japanese Patent Application Laid-Open No. 10-107339 discloses a method of removing a sacrificial layer by a vapor phase etching method.
  • silicon wafers, glass substrates, or quartz substrates conventionally used for forming thin film transistors, other thin film elements, or MEMS have a thickness of about several hundred ⁇ m to several mm.
  • the object to be heat treated on the substrate may be composed of a thin film having a thickness of several ⁇ or less.
  • the heat capacity is very small, heat escapes from the object to be processed to the substrate, making it impossible to carry out efficient heat treatment, or when forming a metal thin film on the substrate to form wiring,
  • a dielectric film having a dielectric constant at least several times larger than that of air or vacuum must be insulated and held, and thus a large stray capacitance is added to wiring in a high-frequency circuit.
  • a silicon wafer having a thickness of, for example, about 10 ⁇ which is obtained by further polishing such a substrate. Care must be taken separately, and it is difficult to physically reduce the thickness, which limits the range of application.
  • a method that makes the most of the function of the thin film for example, a method of manufacturing a MEMS having a three-dimensional structure such as a digital micromirror device (DMD), a support is provided on a support substrate. It is conceivable to apply a method of forming a functional structure or a thin film serving as a substrate of the structure thereon.
  • DMD digital micromirror device
  • the method proposed so far is to form a thin film on a spacer layer serving as a sacrificial layer, and to perform plasma etching or vapor phase etching through an opening provided on the thin film.
  • a method of removing the sacrificial layer is used.
  • the etching of the sacrificial layer proceeds mainly from the opening portion only in the lateral direction, a large number of openings are required.
  • the area of the sacrificial layer that can be removed by one opening is practically several hundred thousand // because of the low lateral etching rate.
  • ICs semiconductor integrated circuits
  • circuit boards formed on silicon wafers and glass substrates, as well as MEMS have tended to be large-scale, large-scale, and high-density. It is often used as a material, but if many openings are provided in the thin film, it cannot be used for such purposes.
  • the present invention relates to a method for forming a thin film substrate formed on a support arranged on a support substrate and separated from the support substrate.
  • a volatile gas generated as a result of the plasma selective etching may be applied to the thin film substrate formed on the sacrificial layer between the step of forming the thin film substrate and the step of removing the sacrificial layer.
  • the method may include a step of forming an opening serving as a discharge port for the gas.
  • the support may be formed in a columnar shape such as a cylinder or a prism, or may be formed in a wall shape such as a rectangular parallelepiped.
  • etching can be promoted in a step of removing the sacrificial layer by plasma selective etching.
  • the thin film substrate can be formed of an insulating material.
  • a metal film may be formed on the support substrate, and the metal film may be formed on the support having a predetermined shape by photolithography and etching.
  • the total pressure at this time is desirably set to a pressure of 100 Pa or more.
  • the sacrificial layer is preferably formed of a material mainly composed of an acrylic resin or a photoresist material.
  • a further preferred method of forming a thin film substrate according to the present invention is
  • the metal film is formed on a support having a predetermined shape by photolithography and etching.
  • the volatile matter generated as a result of the plasma selective etching is applied to the thin film substrate formed on the sacrificial layer between the step of forming the thin film substrate and the step of removing the sacrificial layer.
  • the method may include a step of forming an opening serving as a gas outlet.
  • silica (S i 0 2) a material mainly or silicon may (S i) using a supporting substrate formed of a material mainly containing.
  • silica (S ⁇ 0 2) or silicon (S i) a may be on a substrate formed of a material whose main component so as to use the support substrate formed with the metal oxide thin film.
  • the support may be formed in a column shape or a wall shape.
  • the thin film substrate may be formed of a material containing tantalum oxide (T a O x ) as a main component or a silicon oxide (Sioj) as a main component.
  • the metal film may be formed of a material containing molybdenum (Mo) as a main component.
  • a support having a predetermined shape and a sacrificial layer are formed on a support substrate by the same steps as described above, and the head of the support is exposed to the sacrificial layer.
  • the porous film is formed on the flattened sacrificial layer, the sacrificial layer is removed by plasma selective etching through the porous film, and then the porous film is formed on the porous film.
  • a thin film substrate may be formed.
  • the etching speed can be increased, the short time required for removing the sacrificial layer can be shortened, and the support of the thin film substrate can be ensured.
  • the present invention also provides a thin film substrate formed by the above-described method for forming each thin film substrate.
  • a support for supporting a thin film substrate and a sacrifice layer for floating the thin film substrate from the support substrate are formed on a substrate serving as a support for the thin film substrate.
  • a thin film substrate is formed on the sacrificial layer, and plasma selective etching is performed under predetermined conditions through the thin film substrate to selectively remove only the sacrificial layer.
  • the area of the thin film substrate to be formed is hardly limited.
  • a thin film substrate having a large area of several 10 mm square or more can be formed by being floated from the support substrate by the support.
  • plasma selective etching can be performed using a gas containing oxygen. For example, consider etching a sacrificial layer made of an acryl-based resin with oxygen as an etching gas.
  • etching When etching is performed by exciting an oxygen gas with an RF power supply of 13.56 MHz using an etching champer with a parallel plate electrode structure, it is isotropic at a pressure of several hundred Pa. Etching proceeds. At this time, oxygen ions, neutral atomic oxygen and oxygen radicals can be considered as active species for etching.
  • a thin film substrate made of tantalum pentoxide (T a 2 0 5) or the like of the insulating materials include, but are not etched by oxygen plasma, the thin number 1 0 0 nm or less If the etching is performed with oxygen plasma because the thin film is sufficiently thin, some of the active species in the plasma will pass through the thin film substrate, and some of the transmitted active species will reach the sacrificial layer and become the resin. Initiate a reaction with the outermost surface.
  • reaction products such as CO 2 gas and H 2 O gas are generated at the interface between the thin film substrate and the resin.
  • the gas changes from solid acryl-based resin to gas, causing significant volume expansion.
  • the pressure acts as a driving force, and the reaction product is released out of the thin-film substrate through the thin-film substrate.
  • the active species in the plasma are supplied to the resin surface from outside the thin film substrate through the thin film substrate, so that the resin and the active species react and the etching proceeds.
  • the small gap created at the interface between the thin film substrate and the resin gradually widens, forming a void.
  • the etching proceeds at a high speed particularly near the support. Have found something to do.
  • the etching rate is significantly improved as compared with the case where the insulating material is used for the support. Therefore, it is particularly suitable for forming a large-area thin film substrate. Further, since the etching of the sacrificial layer is performed through the thin film substrate, the thinner the thin film substrate, the higher the etching rate.
  • the etching rate is also faster when the pressure of the introduced gas is increased.
  • the etching through the thin film substrate hardly proceeds at about 70 Pa or less, but the pressure increases to about 100 Pa or more and about several kPa.
  • the etching rate increases almost in proportion.
  • FIG. 1 is a schematic perspective view showing a thin film substrate formed by a first embodiment of a method of forming a thin film substrate according to the present invention, together with a supporting member.
  • FIG. 2 is a plan view showing a part of the thin film substrate.
  • FIG. 3 is a sectional view taken along line AA of FIG.
  • FIG. 4 to 10 are cross-sectional views similar to FIG. 3, showing respective steps for explaining the first embodiment of the method for forming a thin film substrate according to the present invention.
  • FIGS. 11 to 18 are plan views for explaining details of plasma selective etching of the sacrificial layer from the state shown in FIG. 9, and are cross-sectional views taken along the line CC. You.
  • FIG. 19 is a schematic perspective view showing a thin film substrate formed by a second embodiment of the method of forming a thin film substrate according to the present invention, together with a supporting member.
  • FIG. 20 is a plan view showing a part of the thin film substrate.
  • FIG. 21 is a sectional view taken along line BB of FIG.
  • FIGS. 22 to 24 are cross-sectional views similar to FIG. 3 showing respective steps of the third embodiment of the method of forming a thin film substrate according to the present invention which are different from those of the first embodiment.
  • FIG. 25 is a schematic perspective view showing a thin film substrate formed by a fourth embodiment of the method of forming a thin film substrate according to the present invention, together with a supporting member.
  • FIG. 26 is a plan view showing a part of the thin film substrate.
  • FIG. 27 is a sectional view taken along line DD in FIG.
  • FIGS. 28 to 30 are cross-sectional views similar to FIG. 3 showing respective steps of the fourth embodiment of the method of forming a thin film substrate according to the present invention which are different from those of the first embodiment.
  • FIGS. 31 to 38 are plan views for explaining details of the plasma selective etching of the sacrificial layer from the state shown in FIG. 29, and are cross-sectional views taken along the line FF. .
  • FIG. 39 is a schematic perspective view showing a support structure of a comparative thin film substrate for obtaining a lateral etching amount from an opening in the fourth embodiment.
  • FIG. 40 is a schematic perspective view showing a thin film substrate having a rectangular opening formed by a fifth embodiment of the method of forming a thin film substrate according to the present invention, together with a support member.
  • FIG. 41 is a schematic perspective view showing a thin film substrate formed by a sixth embodiment of the method for forming a thin film substrate according to the present invention, together with a supporting member.
  • FIG. 42 is a plan view showing a part of the thin film substrate.
  • FIG. 43 is a cross-sectional view of FIG. 42 taken along the line EE.
  • FIGS. 44 to 47 are plan views showing, in order of process, a method of manufacturing a conventional structure used to form a movable mirror of a spatial light modulator.
  • FIGS. 48 to 51 are cross-sectional views corresponding to the cross-sections along the line GG of FIG. 44 in the respective steps.
  • FIGS. 1 to 18 [First Embodiment: FIGS. 1 to 18]
  • FIGS. 1 to 18 A first embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 1 to 18.
  • FIGS. Figure 1 shows the thin film substrate It is a schematic perspective view shown with a support member.
  • FIG. 1 is arranged on a columnar support 3 arranged on the support substrate 1, and the thin film substrate 5 has a gap 7 between the thin film substrate 5 and the support substrate 1, It is held (floated) away from the substrate 1 by a large number of columnar supports 3.
  • FIG. 2 is a plan view showing a part of the thin film substrate
  • FIG. 3 is a sectional view taken along the line AA of FIG.
  • a large number of columnar supports 3 are squarely arranged on a support substrate 1.
  • the diameter and the interval may be from 1 ⁇ or less to several hundred ⁇ , and the height may be from 1 ⁇ or less to several tens / m.
  • the support 3 may have a columnar shape with an arbitrary cross-sectional shape such as a prismatic shape.
  • FIGS. 4 to 10 are cross-sectional views similar to FIG. 3, showing steps of a method of forming the thin film substrate.
  • a support material 1 made of molybdenum was placed on a support substrate 1 made of a glass substrate by a sputtering method using molybdenum (Mo) as a target using a magnetron sputtering apparatus. Is formed to a thickness of 2.5 / m.
  • the conditions at this time are as follows.
  • a positive resist 9 is formed on the support material 13 in accordance with the shape and the arrangement position of the support 3 by a usual photolithography process. Then, using the resist 9 as a mask, a parallel plate type 13.56 MHz excitation RF etching apparatus was used to dry-etch the molybdenum of the support material 9 by dry etching with a gas containing SFJ as a main component. (Mo) is etched to form a large number of columnar supports 3 on the support substrate 1 as shown in FIG.
  • the resin material to be the sacrificial layer 15 is formed to a thickness of about 3.5 ⁇ by spin coating so that the head of the columnar support 3 is completely buried. Apply.
  • this resin material an acryl-based negative resist V-259PA manufactured by Nippon Steel Chemical Co., Ltd. is used. The application condition is 600 rpm for 15 seconds. Furthermore, baking is performed in the air at a temperature of 220 ° C for 90 minutes to form a sacrificial layer 15 of about 2.8 ⁇ m. Then, as shown in FIG. 8, the sacrificial layer 15 is flattened by etching and packing with a gas containing oxygen as a main component until the head of the support 3 is just exposed.
  • plasma etching is performed through the thin film substrate 5 with oxygen plasma, and the sacrificial layer 15 is selectively etched and removed.
  • a thin film substrate 5 As the etching apparatus, a 13.56 MHz excitation RF etching apparatus of a parallel plate type is used.
  • the thin film substrate 5 according to this embodiment is completed.
  • FIG. 11 is a plan view of the step of forming the thin film substrate according to the embodiment of the present invention before removing the sacrificial layer 15 (the state shown in FIG. 9), and FIG. FIG. 2 is a sectional view taken along the line C-C in FIG.
  • a large number of supports 3 are formed in a rectangular array on the support substrate 1 and each support 3 is formed.
  • the gap between the holders 3 is filled with a completely flattened sacrificial layer 15.
  • a thin film substrate 5 is formed on the sacrificial layer 15 and the support 3.
  • FIG. 14 which is a cross-sectional view taken along the line C--C in FIG. 13
  • etching proceeds from the side near the thin film substrate 5 around the support 3 to form the void 7.
  • the gap 7 is further enlarged as shown in the plan view of FIG. 15 and the sectional view of FIG. 16 along the line CC.
  • the sacrificial layer 15 is completely removed as shown in FIG. 18, and the thin film substrate 5 separated from the support substrate 1 by the gap 7 is formed.
  • the plasma selective etching of the sacrificial layer 15 is performed by the active species and the volatile reaction product passing through the thin film substrate 5. It happens by exchange.
  • selective etching proceeds from the periphery of the support 3 at high speed.
  • the thin film substrate formed by the method of forming a thin film substrate according to the present invention does not particularly require an opening, so that a thin film substrate having a structure floating from a large-area support substrate can be easily formed.
  • FIG. 19 is a schematic perspective view showing a thin film substrate formed by a second embodiment of the method of forming a thin film substrate according to the present invention, together with a supporting member.
  • FIG. 20 is its plan view
  • FIG. 21 is a sectional view taken along the line BB of FIG.
  • the same parts as those in FIGS. 1 to 3 are denoted by the same reference numerals.
  • the support for supporting the thin film substrate is formed in a columnar shape.
  • the shape of the support need not be cylindrical.
  • the support is formed in a rectangular parallelepiped wall shape.
  • a support 4 made of a conductive material such as molybdenum (Mo) is directly placed on a support substrate 1 which is a glass substrate. Formed on the wall of the body and arranged at regular intervals. On the wall-shaped support 4, a thin film substrate 5 is formed with a gap 7 provided between the thin-film substrate 5 and the support substrate 10.
  • Mo molybdenum
  • the thin film substrate 5 has a structure floating above the support substrate 1 except for the portion in contact with the rectangular parallelepiped support 4 due to the gap 7.
  • the respective steps of the method for forming a thin film substrate are the same as those in the first embodiment described above, except that the support 4 is formed in a rectangular parallelepiped wall shape, and thus the description thereof is omitted.
  • FIG. 22 to 24 the same parts as those in FIGS. 8 to 10 are denoted by the same reference numerals.
  • the method for forming a thin film substrate according to the third embodiment is such that a porous film 17 is first formed without directly forming the thin film substrate 5 on the planarized sacrificial layer 15, and the porous film 17 is formed. After the sacrificial layer 15 is removed by plasma selective etching through the substrate, the required thin film substrate 5 is formed on the porous film 17.
  • a conductive material such as molybdenum (Mo) is placed on the support substrate 1 made of a glass substrate in the same manner as in the steps described with reference to FIGS. 4 to 8 for the first embodiment.
  • Columnar support members 3 are formed in an array, a sacrificial layer 15 made of a resin material such as an acrylic negative resist is formed on the support substrate 1, and the sacrificial layer 15 is formed on the support substrate 3. Flatten so that the head is exposed.
  • a porous film 17 thinner than the thin film substrate is formed on the flattened sacrificial layer 15 and the entire upper surface of the support 3.
  • the porous membrane 1 7 for example, can be formed by oblique vapor deposition of silicon dioxide (S i 0 2). Thereafter, the same plasma selective etching as in the first embodiment is performed through the porous film 17 to remove the sacrificial layer 15 as shown in FIG. Also in this case, the etching of the sacrificial layer 15 proceeds from a portion near the porous film 17 around the support 3 made of a conductive material, but plasma selective etching is performed through the nonporous thin film substrate 5. Compared to the case where the active species and volatile reaction products are exchanged through the porous membrane 17, the etching rate is increased.
  • insulating thin film substrate 5 tantalum pentoxide (T a 2 ⁇ 5) or the like It is formed to a thickness of about 200 nm by sputtering.
  • the etching rate at the time of removing the sacrificial layer 15 can be increased, and the thin film substrate 5 can be supported more reliably than the porous film 17.
  • the shape of the support is not limited to the columnar shape, and can be changed to an arbitrary shape such as a prism or another column, or a rectangular parallelepiped wall, as in the above-described embodiment.
  • FIG. 25 is a schematic perspective view showing a thin film substrate formed by a fourth embodiment of the method of forming a thin film substrate according to the present invention together with a supporting member
  • FIG. 26 is a partial view of the thin film substrate.
  • FIG. 27 is a cross-sectional view taken along the line DD of FIG. 26. In these figures, the same reference numerals are given to parts corresponding to FIG. 1 to FIG. You.
  • the thin film substrate is formed by the method of forming (manufacturing) the thin film substrate according to the fourth embodiment.
  • the supporting structure of the thin film substrate will be described with reference to FIGS. 25 to 27. FIG.
  • the thin film substrate 5 is floated by providing a predetermined gap between the thin film substrate 5 and the support substrate 1 by a large number of supports 3 arranged and formed on the support substrate 1 which is a glass substrate.
  • the opening 11 is formed between the supporting substrate 1 and the four sides.
  • FIG. 26 and FIG. 27 show a part including the opening 11 in an enlarged manner.
  • the support body 3 has a columnar shape and is arranged in a square on the support substrate 1.
  • the diameter and the interval of the support 3 may be 1 ⁇ or less to several hundred ⁇ , and the height may be 1 ⁇ m or less to several tens ⁇ m.
  • a method of forming a thin film substrate according to the fourth embodiment will be described.
  • a number of columnar supports 3 are arranged and formed on a support substrate 1, and a sacrificial layer 1 made of a resin material is formed on the support substrate 1.
  • the cylindrical support 3 having a diameter of 8 / m and a height of 2.5 ⁇ was formed in a square array with a pitch of 18 ⁇ .
  • the only difference is that the height of the columnar support 3 is set to 1.5; um.
  • a positive type resist 19 is formed on the thin film substrate 5 by a normal photolithography process as shown in FIG. Form.
  • the resist 19 is stripped by dry assing.
  • the plasma selective etching of the sacrificial layer 15 is performed by the oxygen plasma through the thin film substrate 5, and as shown in FIG.
  • the substrate 5 is formed.
  • the plasma selective etching initially proceeds through the thin film substrate 5, but the void 7 is formed above the sacrificial layer 15, and the adjacent voids 7 communicate with each other and further connect with the opening 11 . Then, the reaction product of the sacrificial layer 15 and the active species generated by the selective etching is efficiently discharged through the opening 11.
  • a parallel plate type 13.56 MHz excitation RF etching apparatus is used as an etching apparatus.
  • Typical examples of the conditions (plasma selective etching conditions) at this time are as follows.
  • the thin film substrate 5 shown in FIG. 25 is completed.
  • This embodiment is also characterized by the plasma selective etching of the sacrificial layer 15 when a conductive material is used for the support 3 and the function of the opening 11.
  • the plasma selective etching will be described in more detail with reference to FIG.
  • FIG. 31 is a plan view near the opening 11 of the thin film substrate 5 showing a state before the sacrificial layer 15 is removed in the method of forming a thin film substrate according to this embodiment described above.
  • the figure is a cross-sectional view along the line FF in FIG.
  • a columnar support 3 is formed on a support substrate 1, and the gap between each support 3 is filled with a completely flattened sacrificial layer 15. Further, a thin film substrate 5 is formed on the sacrificial layer 15 and the support 3. The opening 11 is formed by etching a part of the thin film substrate 5.
  • the sacrificial layer 15 is dry-etched through the thin film substrate 5 under the plasma selective etching condition using a gas containing oxygen as a main component as described above, as shown in the plan view of FIG. Then, the sacrificial layer 15 starts to be etched from the periphery of the support 3 in a shape similar to the outer peripheral shape of the support 3, and a void 7 is formed.
  • the lateral etching through the opening 11 also proceeds at the same time.
  • the etching proceeds from the side near the thin film substrate 5 around the conductive support 3 to form a void 7. Further, since active species flow from the opening 11, the etching proceeds in the lateral direction to form a void 7.
  • the etching of the sacrificial layer 15 proceeds only through the thin film substrate 5 at a position other than the vicinity of the opening 11 in the void 7 as described above.
  • gas is generated by the reaction between the active species and the resin material of the sacrificial layer 15, and the gas is confined in each void 7. Due to the increase in volume from the resin material to gas, the pressure is higher than that outside the thin film substrate 5. This pressure becomes the driving force, and the reaction product gas is released to the outside through the thin film substrate 5, and the etching proceeds.
  • the gap 7 is further enlarged as shown in the plan view of FIG. 35 and the sectional view of FIG.
  • the selective etching proceeds at a high speed around the support 3, but if the distance between the supports 3 is sufficiently close, the etching rate of the entire thin film substrate 5 can be increased.
  • the gaps 7 formed around the adjacent supports 3 communicate with each other.
  • the reaction product gas generated in the gaps 7 and having a high pressure not only diffuses outside through the thin film substrate 5 but also drives the gas pressure to the opening 11 side. It begins to flow at once as power.
  • the opening 11 serves as a kind of exhaust port such as a chimney for the reaction product gas.
  • the sacrificial layer 15 is completely removed, and the thin film substrate 5 separated from the support substrate 1 by the void 7 is formed.
  • the effect of selective etching of the sacrificial layer 15 via the thin film substrate 5 when the support pillar 3 is used as the conductive material is described. The following is an explanation based on the experiments performed by the authors.
  • FIG. 39 is a schematic diagram of a thin-film substrate manufactured so that etching of the sacrificial layer proceeds only through the opening for comparison.
  • the entire sacrificial layer 25 is formed on the support substrate 1 as follows.
  • the thin film substrate 5 was formed thereon by sputtering.
  • the supporting substrate 1 was a glass substrate, and the entire sacrificial layer 25 was V-259 PA manufactured by Nippon Steel Chemical Co., Ltd., which is an acryl-based negative resist. After the entire sacrificial layer 25 is formed to be thicker with the negative resist, the process of etching back to a thickness of 1.5 ⁇ is the same as that of the fourth embodiment except that no pillar is formed. This is the same as the method of forming a thin film substrate according to the present invention described above.
  • a thin film substrate 5 using a film thickness of about 8 0 0 nm of T a 2 O s. By setting the film thickness to about 800 nm, the etching rate progressing through the thin film substrate 5 was suppressed. Further, an opening 11 was provided.
  • the entire sacrificial layer 25 was etched following the thin film substrate 5 so as to have a shape similar to that of the thin film substrate 5.
  • the etching time was controlled so that the etching distance d from the edge of the opening 11 of the thin film substrate 5 to the etching front 25a of the entire sacrificial layer 25 was 1 m or less.
  • the columnar molybdenum (Mo) formed by the method of forming the comparative thin film substrate prepared in this manner and the thin film substrate of the present invention described in the fourth embodiment was used as the support 3.
  • Tantalum pentoxide (T a 2 O s ) with a diameter of 8 ⁇ m, a height of 1 and a square arrangement of 18 m pitch, 3 mm square (3 mm square) and 200 nm thickness ) was simultaneously dry-etched with oxygen plasma using the same champer.
  • the conditions (plasma selective etching conditions) at this time are as follows.
  • the etching distance d from the edge of the opening 11 shown in FIG. 39 to the etching front 25a was about 30 / m.
  • the sacrificial layer 15 could be completely removed.
  • lateral etching is not dominant as a mechanism of selective etching in the method of forming a thin film substrate of the present invention.
  • the selective etching of the sacrificial layer 15 mainly occurs by exchanging active species and volatile reaction products through the thin film substrate 5.
  • the selective etching proceeds from the periphery of the support 3 at high speed.
  • the opening 11 acts as a gas outlet for increasing the discharge rate of the reaction product gas, and the selective etching proceeds at a high speed.
  • the thin film substrate formed by the method for forming a thin film substrate according to the present invention does not particularly require a large number of openings. Therefore, a large-area thin film substrate having a structure floating above the support substrate can be formed.
  • FIG. 40 parts corresponding to those in FIG. 25 are denoted by the same reference numerals.
  • a columnar support 3 is formed on a support substrate 1, a gap 7 is provided, and the thin film substrate 5 is arranged so as to be held by the support 3.
  • an opening 21 having a predetermined shape and size is formed on the thin film substrate 5.
  • the shape of the opening 21 is a square is shown, but this may be another shape such as a rectangle, a circle, or a band.
  • the method of forming a thin film substrate according to this embodiment is the same as that of the fourth embodiment of the present invention described above. Is the same as the method of forming a thin film substrate according to the above, except that the shape of the opening is different.
  • the opening 21 mainly functions as an outlet for the reaction product gas in the selective etching step of the sacrificial layer, similarly to the opening 11 in the above-described embodiment.
  • the area and the number of the opening 21 may be small.
  • the opening 21 was made square.
  • one side is from 1 ⁇ m or less to several ⁇ m, and providing only one thin film substrate per 100 ⁇ m ⁇ 100 ⁇ m is sufficiently effective in improving the etching rate.
  • the support for supporting the thin-film substrate has a cylindrical shape.
  • the shape of the support may not be a column.
  • FIG. 41 A sixth embodiment of the present invention in which the support for supporting the thin film substrate has a rectangular parallelepiped wall shape will be described with reference to FIGS. 41 to 43.
  • FIG. 41 A sixth embodiment of the present invention in which the support for supporting the thin film substrate has a rectangular parallelepiped wall shape will be described with reference to FIGS. 41 to 43.
  • FIG. 41 is a perspective view showing a thin film substrate formed according to the sixth embodiment together with a supporting member, and portions corresponding to FIG. 25 are denoted by the same reference numerals.
  • rectangular parallelepiped wall-shaped supports 4 are arranged at regular intervals on a support substrate 1, and the thin film substrate 5 is formed on the support. Openings 11 are formed between the four sides of the thin film substrate 5 and the support substrate 1.
  • FIG. 42 is an enlarged plan view showing a part of the vicinity of the opening 11 of the thin film substrate shown in FIG. 41
  • FIG. 43 is a sectional view taken along line E--E in FIG. It is.
  • the thin film substrate 5 floats away from the support substrate 1 except for the portion that comes into contact with the support 4 by the gap 7.
  • the method of forming the thin film substrate 5 in this case is the same as that of the above-described fourth embodiment except that the support 4 is formed in a rectangular parallelepiped wall shape, and thus the description thereof is omitted. [Other changes]
  • a quartz substrate or a silicon wafer may be used as the support substrate in addition to the glass substrate described above.
  • a silicon may (S i) using material containing, or a support substrate formed of a material mainly containing dioxide silicofluoride-containing (S i 0 2) a.
  • silicon (S i) or silica (S i ⁇ 2 ) such as a glass substrate, a quartz substrate, or a silicon wafer described above is used as a main component.
  • a photoresist material may be used as a material for forming the sacrificial layer.
  • a positive resist material TFR-H manufactured by Tokyo Ohka Kogyo Co., Ltd.
  • TFR-H manufactured by Tokyo Ohka Kogyo Co., Ltd.
  • the material is not only molybdenum (Mo) but also aluminum (A1), tungsten (W), tantalum (T a), titanium (T i) or a metal material such as, T a n nitrogen x and the like can be used traces de one flop metal material, or the like I tO and S n 0 2 or Z n O such as a semiconductor conductive material.
  • the thin film substrate in addition to tantalum pentoxide (T a 2 0 5) oxides of tantalum or the like, a silicon oxide (S i O), silica (S i 0 2) oxides of silicon or the like, the two insulating material composed mainly of either an acid titanium (T i 0 2) and S i 3 N 4 can Rukoto used.
  • oxygen (0 2) in addition to, sulfur hexafluoride (SF «) 0 2 and added small amount of, a CF 4 was added trace 0 2 or N 2 0 Etc. can also be used.
  • a large-area thin film substrate floating from a supporting substrate can be formed by a simple process. Will be available for use.
  • high-frequency LSIs, thin-film silicon single crystals are formed as thin-film substrates, and semiconductor devices such as TFTs that use them are used in high-sensitivity temperature sensors, heat sinks, multilayer wiring boards, MEMS, and other fields. Application is expected.

Description

明 細 書 薄膜基板の形成方法およびその方法によって形成された薄膜基板 技 術 分 野
この発明は、 薄膜基板の形成方法およびその方法によって形成された薄膜基板に 関し、 さらに詳しくは半導体装置や液晶光変調装置あるいは M E M S ( icroelect romechanical system) に適用可能な微細構造体などを製造するための薄膜基板の 形成 (製造) 方法と、 その方法によって形成された薄膜基板の構造に関する。 背 景 技 術
従来、 薄膜トランジスタやその他の薄膜素子あるいは M E M Sを製造するための 基板として、 シリコンウェハやガラス基板または石英基板が多く用いられてきた。 これらの基板は、 厚さが数百/ z mから数 mm程度であることが多い。
また、 とくに薄い基板としては、 これらの基板をさらに研磨したものが用いられ ることがあり、 一例として、 厚さ 1 0 μ ιχι程度のシリコンウェハが Virginia Semiconductor Inc. (1501 Po -hatan Street Fredericksburg, VA 22401, USA)な どから入手可能である。
また、 数 ju m以下の薄膜基板としては、 ガラス基板上にスピンキャス ト法により 形成した、 ポリイミ ドなどの高分子フィルムを薄膜基板として用いる場合もある。 さらに、 シリコンゥ-ハやガラス基板上に、 直接スパッタリング法や化学的気相 成長法 (C V D法) で膜形成した金属酸化物などの薄膜も、 薄膜基板として用いら れることがある。
別のアプローチとしては、 支持基板上に支持体を設けて、 その上に機能性の構造 体もしくはその構造体の基板となる薄膜を形成することが行われている。
この支持基板から隔てて構造体を構成する従来の技術として、 例えば、 米国特許 第 4 , 9 5 6 , 6 1 9号に記載されているような、 空間光変調器の可動ミラーを形成 するのに用いられる製造方法がある。
この従来の構造体の製造方法を、 第 4 4図から第 4 7図の平面図と、 その構造体 の製造工程を第 4 4図の G— G線における断面に相当する断面図で示す第 4 8図か ら第 5 1図を用いて説明する。
始めに、 第 4 8図に示すように、 基板 2 0 1上にスピンコートにより一部が犠牲 層となるスぺーサ層 2 0 3を塗布し、 そのスぺーサ層 2 0 3上に金属層 2 0 5を膜 形成する。 その金属層 2 0 5は、 反射板とするために銅を添加したアルミ合金で形 成される。
さらに、 光変調器のピクセルとなるブラップ 1 0 1を金属層 2 0 5によって形成 するため、 フォトリソグラフィにより金属層 2 0 5パタン化する。 そして、 第 4 4 図および第 4 8図に示すように、 金属層 2 0 5にフラップ 1 0 1を形成するための プラズマエッチング ·アクセスギャップ 1 0 5と、 プラズマエッチング ·アクセス 孔 1 0 3を設ける。
次に、 酸素を主成分にしたプラズマエッチングにより、 第 4 9図の空隙部 1 0 7 を形成する。 その空隙部 1 0 7を形成した平面図を第 4 5図に示す。
この空隙部 1 0 7は、 プラズマエッチング · アクセス孔 1 0 3、 およびプラズマ エッチング .アクセスギャップ 1 0 5から活性種が導入されることにより、 スぺー サ層 2 0 3のポジ型フォトレジストが等方的にエッチングされることにより形成さ れる。
さらに、 エッチングを進めると、 空隙部 1 0 7は第 4 6図および第 5 0図に示す ように広がる。 そして、 第 4 7図および第 5 1図に示すように、 フラップ 1 0 1を 基板 2 0 1から浮かせてスぺーサ層 2 0 3で保持された構造を形成できるまで、 ェ ツチングを行う。 以上の工程で、 フラップ 1 0 1を基板 2 0 1から浮かせた構造体 を形成することができる。 同様な光変調器用の構造体を実現するほかの方法として、 米国特許第 4, 5 9 2 , 6 2 8号に記載されている例がある。
この方法では、 犠牲層となるスぺーサ層にシリコン (S i ) を用い、 薄膜構造体 にシリコンを酸化したシリカ (S i 0 2 ) を用いて、 開口部から例えば、 ピロカテ コール ·エチレンジァミン (Pyrocatechol ethylenediamine) のような、 シリコン だけを選択エッチングするエッチヤントを使用するゥエツトエッチング法を用いて、 スぺーサ層の一部を除去している。
さらに、 支持基板上に支持体を設けて、 その上に機能性の構造体もしくは構造体 の基板となる薄膜を形成するために犠牲層を用い、 開口部からのエッチングで犠牲 層を取り除く他の方法として、 日本の特開平 1 0— 1 0 7 3 3 9号公報に、 犠牲層 を蒸気相エッチング法で取り除く方法が述べられている。
しかしながら、 従来、 薄膜トランジスタやその他の薄膜素子あるいは M E M Sを 形成するために用いられているシリコンウェハやガラス基板または石英基板は、 厚 さが数百 μ mから数 mm程度であることが多い。
したがって、 これらの基板を用いて、 例えば基板上に形成した素子や構造体を熱 処理しようとする場合、 基板上の被熱処理物は数 μ πι以下の厚さの薄膜で構成され ていることが多く、 熱容量は非常に小さいにも関わらず、 被熱処理物から基板に熱 が逃げるために効率的な加熱処理ができないといった問題や、 金属薄膜を基板上に 形成して配線を形成する場合に、 誘電率が空気や真空よりも少なくとも数倍以上大 きい誘電体膜で絶縁 ·保持しなければならず、 そのため高周波回路では配線に大き な浮遊容量が付加されてしまうと言う問題もあった。
以上の問題は、 シリコンゥ-ハやガラス基板等の上に直接、 無機や有機物の薄膜 を形成した基板でも同様に生じる。
さらに、 特に薄い基板としては、 これらの基板をさらに研磨した例えば厚さ 1 0 μ πι程度のシリコンウェハがあるが、 機械的に弱いためにハンドリングゃ搬送に特 別に注意をする必要があるし、 物理的にさらに薄くすることは困難であるため、 応 用範囲が限定されてしまう原因となっている。
そこで、 薄膜の機能を最大限に活かした方法として、 例えば、 D MD (デジタル マイクロミラー ·デバイス) などの立体構造をもつ M E M Sの作製方法で行われて いるように、 支持基板上に支持体を設けて、 その上に機能性の構造体もしくは構造 体の基板となる薄膜を形成する手法を応用することが考えられる。
しかし、 現在までのところ提案されている手法は、 犠牲層となるスぺーサ層の上 に薄膜を形成し、 その薄膜上に設けた開口部を通して、 プラズマエッチングゃゥヱ ットエッチングまたは蒸気相エッチングにより犠牲層を取り除く方法を用いている。 その場合、 犠牲層のエッチングは開口部分から主に横方向だけに進行するため、 多数の開口部が必要になる。 通常は、 一つの開口部分によって取り除くことのでき る犠牲層の面積は、 横方向のエッチング速度が遅いため、 実用的には数 1 0 0 0 // 程度である。
最近では、 シリコンウェハやガラス基板などの上に形成する半導体集積回路 (I C ) や回路基板、 さらには M E M Sなどは大規模大型化 ·高密度化する傾向にあり、 比較的大きな面積の薄膜を基板として使用することも多いが、 薄膜に多数の開口部 を設けたのでは、 そのような用途には使用できなくなる。
この発明は上記のような問題を解決し、 数 mm 2もしくは 1 O mm 2以上の大きな 面積の薄膜基板でも支持基板から浮かして支持した状態で形成できるようにするこ とを目的とする。 発 明 の 開 示
この発明は、 支持基板上に配列した支持体上に支持基板から離して形成する薄膜 基板の形成方法であって、 上記の目的を達成するため、
支持基板上に所定形状の支持体を形成する工程と、
その支持板上に樹脂材料からなる犠牲層を形成する工程と、 上記支持体の頭部が露出するように上記犠牲層を平坦化する工程と、
その平坦化した犠牲層上に薄膜基板を形成する工程と、
その薄膜基板を介してプラズマ選択エッチングにより上記犠牲層を除去する工程 とを有する。
上記薄膜基板の形成方法において、 上記薄膜基板を形成する工程と上記犠牲層を 除去する工程との間に、 上記犠牲層上に形成した薄膜基板に、 上記プラズマ選択ェ ッチングの結果生じる揮発性ガスの排出口となる開口部を形成する工程を有するよ うにしてもよい。
上記支持体を円柱, 角柱等の柱状に形成するか、 あるいは直方体等の壁状に形成 するとよい。
上記支持体を導電性材料で形成すると、 プラズマ選択エッチングにより犠牲層を 除去する工程で、 エッチングを促進することができる。
上記薄膜基板を絶縁性材料で形成することができる。
上記支持基板上に所定形状の支持体を形成する工程で、 上記支持基板上に金属膜 を形成し、 その金属膜をフォトリソグラフィとエッチングにより所定形状の支持体 に形成するようにするとよい。
上記薄膜基板を介してプラズマ選択エッチングにより犠牲層を除去する工程で、 上記薄膜基板を介して酸素または酸素原子を含んだ反応性ガスを主成分とするブラ ズマ選択エッチングにより、 上記犠牲層を除去するようにするとよい。 この時の全 圧を 1 0 0 P a以上の圧力にするのが望ましい。
上記犠牲層をアクリル系樹脂を主成分とする材料、 あるいはフォトレジスト材料 で形成するとよい。
この発明による薄膜基板のさらに好ましい形成方法は、
支持基板上にスパッタリング法により金属膜を形成する工程と、
その金属膜をフォトリソグラフィとエッチングにより所定形状の支持体に形成す る工程と、
上記支持基板上にスピンコート法によりァクリル系樹脂を主成分とする樹脂材料 を塗布して犠牲層を形成する工程と、
上記支持体の頭部が露出するようにその犠牲層をプラズマ処理によりエッチパッ クして平坦化する工程と、
その平坦化した犠牲層上に絶縁性材料からなる薄膜基板を形成する工程と、 その薄膜基板を介して全圧が 1 0 0 P a以上の圧力で、 酸素または酸素原子を含 んだ反応性ガスを主成分とするプラズマ選択エッチングにより上記犠牲層を除去す る工程とを有する。
この薄膜基板の形成方法においても、 上記薄膜基板を形成する工程と犠牲層を除 去する工程との間に、 上記犠牲層上に形成した薄膜基板に、 上記プラズマ選択エツ チングの結果生じる揮発性ガスの排出口となる開口部を形成する工程を有するよう にしてもよ 、。
上記支持基板として、 シリカ (S i 0 2) を主成分とする材料、 またはシリコン ( S i ) を主成分とする材料で形成された支持基板を使用するとよい。
さらに、 上記支持基板として、 シリカ (S ί 0 2) またはシリコン (S i ) を主 成分とする材料で形成した基板上に金属酸化物薄膜を形成した支持基板を使用する ようにしてもよい。
この場合も、 上記支持体を柱状あるいは壁状に形成するとよい。
上記薄膜基板を、 タンタルの酸化物 (T a O x) を主成分とする材料、 あるいは シリコンの酸化物 (S i Oj を主成分とする材料で形成するとよい。
上記支持基板上に金属膜を形成する工程では、 該金属膜をモリブデン (M o ) を 主成分とする材料で形成するとよい。
さらに、 この発明による薄膜基板の形成方法は、 前述と同様な各工程によって、 支持基板上に所定形状の支持体と犠牲層を形成し、 その犠牲層を支持体の頭部が露 出するように平坦化した後、 その平坦化した犠牲層上に多孔質膜を形成し、 その多 孔質膜を介してプラズマ選択エッチングにより上記犠牲層を除去した後、 上記多孔 質膜上に薄膜基板を形成するようにしてもよい。
このようにすれば、 多孔質膜を介してプラズマ選択エッチングを行うため、 エツ チング速度を上げ、 上記犠牲層の除去に要する短時間を短縮でき、 且つ薄膜基板の 支持を確実にすることができる。
そして、 この発明は、 上述した各薄膜基板の形成方法によって形成された薄膜基 板も提供する。
この発明による薄膜基板の形成方法は、 薄膜基板の支持体となる基板上に、 薄膜 基板を支持するための支持体と、 薄膜基板を支持基板から浮かせて形成するための 犠牲層とを形成し、 それを平坦化する。 その犠牲層上に薄膜基板を形成し、 その薄 膜基板を介して所定の条件でプラズマ選択エッチングを行って、 犠牲層だけを選択 的に除去する。
このとき、 犠牲層の選択エッチングは薄膜を通して進行するため特に開口部を設 ける必要はないが、 設けるとしても僅かでよい。 したがって、 形成する薄膜基板の 面積には殆ど制限がなく、 例えば数 1 O mm角以上の大面積の薄膜基板を支持基板 から支持体によって浮かせて形成することができる。
薄膜基板を通して進む犠牲層の選択エッチングの詳しいメカニズムについてはま だ不明な点が多いが、 発明者等は次のように考えている。
犠牲層の構成材料にポジ型フォトレジス トゃァクリル系樹脂などの有機膜を用い た場合、 酸素を含むガスでプラズマ選択エッチングが可能である。 例えば、 エッチ ングガスとして酸素でァクリル系樹脂からなる犠牲層をエッチングすることを考え る。
平行平板型電極構造を持ったエッチングチャンパで 1 3 . 5 6 MH zの R F電源 を用いて酸素ガスを励起してエッチングすると、 数 1 0 0 P aの圧力の場合等方的 にエッチングが進行する。 このときのエッチングの活性種としては酸素イオンや中 性の原子状酸素や酸素ラジカルが考えられる。
犠牲層上にスパッタリングで形成した、 五酸化タンタル (T a 2 0 5) 等の絶縁材 料からなる薄膜基板は、 酸素プラズマでエッチングされることはないが、 その薄厚 が数 1 0 0 n m以下である場合、 薄膜が充分薄いため酸素プラズマでエッチングを 行うと、 プラズマ中の活性種はその一部が薄膜基板を透過し、 その透過した活性種 の一部が犠牲層まで到達してその樹脂の最表面と反応を開始する。
その結果 C O 2ガスや H 2 Oガスなどの反応生成物が薄膜基板と樹脂との界面に発 生する。 界面では固体のァクリル系樹脂からガスに変化するため大幅な体積の膨張 が起り、 その圧力が駆動力となって、 薄膜基板を通して反応生成物が薄膜基板外に 放出される。
圧力が平衡状態となると、 薄膜基板外から薄膜基板を通してプラズマ中の活性種 が樹脂表面に供給されるため、 その樹脂と活性種が反応を起し、 エッチングが進行 する。 薄膜基板と榭脂との界面で生じたわずかな隙間がだんだん広がり、 空隙が構 成される。
また、 発明者等は薄膜基板を保持するために形成する支持体を、 たとえばモリブ デン (M o ) などの導電性材料で形成した場合には、 エッチングは特に支持体の近 傍から高速に進行することを見い出している。
この現象は、 絶縁物を支持体に用いた場合には観察されないことから、 プラズマ 放電中に帯電した支持体が何らかの作用で支持体の近傍の活性種の濃度を向上する 働きをし、 支持体の近傍の薄膜基板を通した活性種の供給速度を速める結果生じる ものと推定している。
その結果、 支持体に導電性材料を用いた場合には、 支持体に絶縁性材料を用いた 場合と比較して、 エッチング速度が大幅に向上する。 したがって、 特に大面積の薄 膜基板を形成する場合に適している。 また、 犠牲層のエッチングを薄膜基板を通して行うため、 薄膜基板の厚さが薄い 方がエッチング速度は速くなる。
エッチング速度はまた、 導入ガスの圧力を高めた方が速くなる。 例えば、 絶縁性 の支持体を用いた構造の場合、 約 7 0 P a以下では薄膜基板を通したエッチングは 殆ど進行しないが、 約 1 0 0 P a以上数 k P a程度までは、 圧力にほぼ比例するよ うにエッチング速度が向上する。 図面の簡単な説明
第 1図は、 この発明による薄膜基板の形成方法の第 1の実施形態によって形成さ れた薄膜基板を支持部材と共に示す概略斜視図である。
第 2図は、 同じくその薄膜基板の一部分を示す平面図である。
第 3図は、 第 2図の A— A線に沿う断面図である。
第 4図乃至第 1 0図はこの発明による薄膜基板の形成方法の第 1の実施形態を説 明するための各工程を示す第 3図と同様な断面図である。
第 1 1図乃至第 1 8図は、 第 9図に示した状態からの犠牲層に対するプラズマ選 択エッチングの詳細を説明するための平面図おょぴその C—C線に沿う断面図であ る。
第 1 9図は、 この発明による薄膜基板の形成方法の第 2の実施形態によって形成 された薄膜基板を支持部材と共に示す概略斜視図である。
第 2 0図は、 同じくその薄膜基板の一部分を示す平面図である。
第 2 1図は、 第 2 0図の B— B線に沿う断面図である。
第 2 2図乃至第 2 4図は、 この発明による薄膜基板の形成方法の第 3の実施形態 における第 1の実施形態と異なる各工程を示す第 3図と同様な断面図である。 第 2 5図は、 この発明による薄膜基板の形成方法の第 4の実施形態によって形成 された薄膜基板を支持部材と共に示す概略斜視図である。
第 2 6図は、 同じくその薄膜基板の一部分を示す平面図である。 第 2 7図は、 第 2 6図の D— D線に沿う断面図である。
第 2 8図乃至第 3 0図は、 この発明による薄膜基板の形成方法の第 4の実施形態 における第 1の実施形態と異なる各工程を示す第 3図と同様な断面図である。 第 3 1図乃至第 3 8図は、 第 2 9図に示した状態からの犠牲層に対するプラズマ 選択エッチングの詳細を説明するための平面図おょぴその F— F線に沿う断面図で ある。
第 3 9図は、 この第 4の実施形態における開口部からの横方向エッチング量を求 めるための比較用薄膜基板の支持構造を示す模式的な斜視図である。
第 4 0図は、 この発明による薄膜基板の形成方法の第 5の実施形態によって形成 された矩形状の開口部を持つ薄膜基板を支持部材と共に示す概略斜視図である。 第 4 1図は、 この発明による薄膜基板の形成方法の第 6の実施形態によって形成 された薄膜基板を支持部材と共に示す概略斜視図である。
第 4 2図は、 同じくその薄膜基板の一部分を示す平面図である。
第 4 3図は、 第 4 2図の E— E線に沿う断面図である。
第 4 4図乃至第 4 7図は、 空間光変調器の可動ミラーを形成するのに用いられる 従来の構造体の製造方法を工程順に示す平面図である。
第 4 8図乃至第 5 1図は、 同じくその各工程における第 4 4図の G— G線に沿う 断面に相当する断面図である。 発明を実施するための最良の形態
以下、 図面を用いてこの発明を実施するための最良の形態における薄膜基板の形 成方法およびその方法によって形成された薄膜基板について説明する。
〔第 1の実施形態:第 1図から第 1 8図〕
この発明の第 1の実施形態を第 1図から第 1 8図を用いて説明する。
まず、 この発明による薄膜基板の形成方法の第 1の実施形態によって形成された 薄膜基板の構成を、 第 1図から第 3図によって説明する。 第 1図はその薄膜基板を 支持部材と共に示す概略斜視図である。
この第 1図に示す薄膜基板 5は、 支持基板 1上に配列された円柱状の支持体 3上 に配置されており、 その薄膜基板 5は支持基板 1との間に空隙 7を設け、 支持基板 1から離して (浮かせて) 、 多数の円柱状の支持体 3によって保持されている。 第 2図はこの薄膜基板の一部分を示す平面図であり、 第 3図は第 2図の A— A線 に沿う断面図である。
この例では、 支持基板 1上に多数の円柱状の支持体 3を正方配列している。 この 円柱状の支持体 3の大きさと間隔の代表的な値として、 直径および間隔は 1 μιη以 下から数百 μπιで、 高さは 1 μπι以下から数十/ mでよい。 なお、 この支持体 3は、 角柱状等の任意の断面形状の柱状であってもよい。
次に、 第 4図から第 10図を用いてこの発明に薄膜基板の形成方法の第 1の実施 形態を説明する。 これは、 上述した薄膜基板を形成する方法であり、 支持体 3を直 径 8 μπιで高さ 2. 5 μιηの円柱形状とし、 18 μ mのピッチで正方配列する場合 の具体例で詳しく説明する。 第 4図〜第 10図は、 その薄膜基板の形成方法の各ェ 程を示す第 3図と同様な断面図である。
始めに、 マグネトロンスパッタリング装置を用いてモリブデン (Mo) をターゲ ットにしたスパッタリング法により、 第 4図に示すように、 ガラス基板からなる支 持基板 1上に、 モリブデンからなる支持体材料 1 3を 2. 5 / mの膜厚に形成する。 このときの条件は、 次のようにする。
全圧: 0. 8 P a (パスカル)
導入ガスおよび流量: A r、 90 s e em
投入電力密度: 3. 9W/c m2
基板温度: 1 50^
次に、 通常のフォトリソグラフィ処理により、 第 5図に示すように、 支持体材料 13上にポジ型のレジスト 9を支持体 3の形状及ぴ配列位置に合わせて形成する。 そして、 このレジスト 9をマスクとして、 平行平板型の 1 3. 56MH z励起 R Fエッチング装置を用いて、 六弗化硫黄 (SFJ を主成分とするガスによるドラ ィエッチングにより、 支持体材料 9のモリブデン (Mo) をエッチングして、 第 6 図に示すように、 多数の円柱状の支持体 3を、 支持基板 1上に配列形成する。
このときの条件は、 次のようにする。
全圧: 9. 3 P a (パスカル)
導入ガスおよび流量: S F6、 300 s c c m
O 2、 23 s c c m
Hs、 8 s c c m
投入電力密度: 0. 56WZcm2
次に、 第 7図に示すように、 円柱状の支持体 3の頭部が完全に埋没するように、 スピンコート法により犠牲層 1 5となる樹脂材料を約 3. 5 μιηの厚さに塗布する。 この樹脂材料としては、 ァクリル系のネガ型レジストである新日鉄化学製の V— 259 P Aを用いる。 その塗布条件は、 600 r p mで 1 5秒である。 さらに大気 中で温度 220°Cで 90分焼成を行ない、 約 2. 8 μ mの犠牲層 1 5を形成する。 そして、 第 8図に示すように、 この犠牲層 15を支持体 3の頭部が丁度露出する まで、 酸素を主成分とするガスでエッチパックして平坦化を行う。
このときの条件は、 次のようにする。
全圧: 27 P a (パスカル)
導入ガスおょぴ流量: 02、 l O O s c cm
He、 50 s c c m
投入電力密度: 0. 22WZcm2
次いで、 第 9図に示すように、 平坦化した犠牲層 1 5と支持体 3の頭部を覆うよ うに、 玉酸化タンタル (Ta 205) からなる絶縁性の薄膜基板 5を、 Ta2Osをタ ーゲットとする 13. 56MH zの反応性 RFスパッタリングによって、 約 200 nmの厚さに形成する。
このときの条件は、 次のようにする。
全圧: 0. 6 7 P a
導入ガスおょぴ流量: A r、 68 s c c m
02、 2 s c c m
投入電力密度: 3. 3W/c m2
基板温度: とくに加熱無し
最後に、 第 10図に示すように、 酸素プラズマにより薄膜基板 5を介してプラズ マエッチングを行い、 犠牲層 1 5を選択的にエッチングして除去し、 支持基板 1と の間に空隙 7を設けて薄膜基板 5を形成する。 エッチング装置は平行平板型の 13. 56MH z励起 RFエッチング装置を用いる。
このときの条件 (プラズマ選択エッチング条件) の典型的な例を示す。
全圧: 100〜1 500 P a
導入ガスおょぴ流量: 02、 l O O s c cm
投入電力密度: 4. 5W/c m2
基板温度: 100で
平行平板電極間距離: 1 0〜4 Omrn
以上の工程により、 この実施形態による薄膜基板 5が完成する。
この発明による薄膜基板の形成方法においては、 特に支持体 3に導電性材料を用 いた場合の犠牲層 15のプラズマ選択エッチングに特徴があるので、 ここで第 1 1 図から第 18図を用いて、 プラズマ選択エッチングについてさらに詳しく説明する。 第 11図は、 前述したこの発明の実施形態による薄膜基板の形成工程における、 犠牲層 15を除去する前の段階 (第 9図に示した状態) における平面図であり、 第 12図は第 1 1図の C一 C線に沿う断面図である。
この段階では、 支持基板 1上に多数の支持体 3が方形配列で形成され、 その各支 持体 3間の隙間は完全に平坦化した犠牲層 1 5で埋められている。 さらに、 その犠 牲層 1 5および支持体 3上に薄膜基板 5が形成されている。
このような状態で、 薄膜基板 5の表面側から、 酸素を主成分とするガスによるプ ラズマ選択エッチング条件によってドライエッチングをおこなうと、 第 1 3図の平 面図に示すように、 円柱状の支持体 3の外周形状に相似な形に、 支持体 3の周囲か ら犠牲層 1 5のエッチングが始まり、 空隙 7が形成される。
このとき、 第 1 3図の C— C線に沿う断面図である第 1 4図に示すように、 エツ チングは支持体 3の周囲の薄膜基板 5に近い側から進行して、 空隙 7を形成する。 さらに、 エッチングを続けると、 第 1 5図の平面図およびその C— C線に沿う断 面図である第 1 6図に示すように、 空隙 7がさらに拡大する。
さらに、 エッチングを継続すると、 第 1 7図に示すように、 隣り合った支持体 3 近傍の空隙 7同士が繋がってエッチングが進行する。
その後エッチングをさらに続けると、 第 1 8図に示すように犠牲層 1 5が完全に 除去され、 空隙 7によって支持基板 1から隔てられた薄膜基板 5が形成される。 以上の説明によって明らかなように、 この発明による薄膜基板の形成 (製造) 方 法によれば、 犠牲層 1 5のプラズマ選択エッチングは、 薄膜基板 5を通した活性種 と揮発性反応生成物の交換によって起こる。 また特に、 支持体 3に導電性材料を用 いたときには、 支持体 3の周辺から高速に選択エッチングが進行する。
その結果、 この発明による薄膜基板の形成方法によって形成された薄膜基板には、 特に開口部を必要としないため、 大面積の支持基板から浮かせた構造の薄膜基板を 容易に形成することができる。
〔第 2の実施形態:第 1 9図から第 2 1図〕
次に、 この発明の第 2の実施形態を第 1 9図から第 2 1図を用いて説明する。 第 1 9図は、 この発明による薄膜基板の形成方法の第 2の実施形態によって形成 された薄膜基板を支持部材と共に示す概略斜視図である。 第 2 0図はその平面図、 第 2 1図は第 2 0図の B— B線に沿う断面図である。 これらの図において、 第 1図 〜第 3図と同じ部分には同一の符号を付してある。
前述した第 1の実施形態では、 薄膜基板を支持する支持体を円柱状に形成してい た。 しかし、 この支持体の形状は円柱状でなくてもよい。 そこで、 この第 2の実施 形態では、 この支持体を直方体の壁状に形成した例を説明する。
すなわち、 この第 2の実施形態では、 第 1 9図〜第 2 1図に示すように、 ガラス 基板である支持基板 1上に、 モリブデン (M o ) 等の導電材料による支持体 4を直 方体の壁状に形成して、 一定間隔で配列する。 その壁状の支持体 4上に、 薄膜基板 5を支持基板 1 0との間に空隙 7を設けて形成する。
したがって、 薄膜基板 5は空隙 7により、 直方体の支持体 4と接触する部分以外 は、 支持基板 1から浮いた構造となる。
なお、 この薄膜基板の形成方法の各工程は、 支持体 4を直方体の壁状にした他は、 前述した第 1の実施形態と同様であるから、 その説明を省略する。
〔第 3の実施形態:第 2 2図から第 2 4図〕
次に、 この発明の第 3の実施形態を第 2 2図から第 2 4図を用いて説明する。 これらの図において、 第 8図から第 1 0図と同じ部分には同一の符号を付してある。 この第 3の実施形態の薄膜基板の形成方法は、 平坦化した犠牲層 1 5上に直接薄 膜基板 5を形成せずに、 まず多孔質膜 1 7を形成し、 その多孔質膜 1 7を介してプ ラズマ選択エッチングによって犠牲層 1 5を除去した後、 その多孔質膜 1 7上に所 要の薄膜基板 5を形成することを特徴とする。
この実施形態の場合も、 第 1の実施形態について第 4図から第 8図によって説明 した各工程と同様にして、 ガラス基板からなる支持基板 1上に、 モリブデン (M o ) 等の導電性材料により円柱状の支持体 3を配列形成し、 その支持基板 1上にァクリ ル系のネガ型レジスト等の樹脂材料からなる犠牲層 1 5を形成して、 その犠牲層 1 5を支持体 3の頭部が露出するように平坦化する。 次いで、 第 2 2図に示すように、 その平坦化した犠牲層 1 5と支持体 3の上面全 体に、 薄膜基板より薄い多孔質膜 1 7を形成する。 この多孔質膜 1 7は、 例えば二 酸化シリコン (S i 02 ) を斜め蒸着することによって形成することができる。 その後、 この多孔質膜 1 7を介して、 第 1の実施形態の場合と同様なプラズマ選 択エッチングを行って、 第 2 3図に示すように犠牲層 1 5を除去する。 この場合も、 導電性材料からなる支持体 3の周囲で多孔質膜 1 7に近い部分から犠牲層 1 5のェ ツチングが進行するが、 非孔質の薄膜基板 5を介してプラズマ選択エッチングを行 う場合と比べて、 多孔質膜 1 7を通して活性種と揮発性反応生成物の交換が容易に なるため、 エッチング速度が速くなる。
そして、 犠牲層 1 5を完全に除去した後、 第 2 4図に示すように、 多孔質膜 1 7 上の全面に、 絶縁性の薄膜基板 5を五酸化タンタル (T a 25 ) 等によるスパッタ リングによって、 約 2 0 0 n mの厚さに形成する。
この実施形態によれば、 犠牲層 1 5を除去する際のエッチング速度を速くするこ とができ、 薄膜基板 5の支持も多孔質膜 1 7より確実にすることができる。
なお、 支持体の形状は円柱状に限らず、 前述の実施形態の場合と同様に、 角柱そ の他の柱状、 あるいは直方体の壁状など、 任意の形状に変更することができる。
[第 4の実施形態:第 2 5図から第 3 9図〕
次に、 この発明の第 4の実施形態について、 第 2 5図から第 3 9図を用いて説明 する。
第 2 5図は、 この発明による薄膜基板の形成方法の第 4の実施形態によって形成 された薄膜基板を支持部材と共に示す概略斜視図であり、 第 2 6図は同じくその薄 膜基板の一部分を示す平面図、 第 2 7図は第 2 6図の D— D線に沿う断面図である c これらの図において、 第 1図から第 3図と対応する部分には同一の符号を付してい る。
まず、 この第 4の実施形態による薄膜基板の形成 (製造) 方法によって形成され た薄膜基板の支持構造を、 第 2 5図から第 2 7図を用いて説明する。
この薄膜基板 5は、 第 1図に示すように、 ガラス基板である支持基板 1上に配列 形成された多数の支持体 3によって、 支持基板 1との間に所定の空隙を設けて浮か せて保持されており、 四辺において支持基板 1との間に開口部 1 1を形成している。 第 2 6図および第 2 7図はその開口部 1 1を含む一部を拡大して示しており、 支 持体 3は円柱状で、 支持基板 1上に正方配列されている。 支持体 3の大きさと間隔 の代表的な値としては、 円柱の直径および間隔は 1 μ πι以下から数百 μ πιで、 高さ は 1 μ m以下から数十 μ mでよい。
次に、 この第 4の実施形態の薄膜基板の形成方法について説明するが、 支持基板 1上に多数の円柱状の支持体 3を配列形成し、 その支持基板 1上に樹脂材料による 犠牲層 1 5を形成した後、 それを支持体 3の頭部が露出するように平坦化し、 その 犠牲層 1 5および支持体 3の上面全体に薄膜基板 5を形成するまでの各工程は、 第 1の実施形態について、 第 4図から第 9図によって説明した各工程と同じであるか ら、 説明を省略する。
但し、 第 1の実施形態においては、 直径が 8 / mで高さが 2 . 5 μ πιの円柱状の 支持体 3をピッチ 1 8 μ πιの正方配列で形成したが、 この第 4の実施形態では、 円 柱状の支持体 3の高さを 1 . 5; u mにした点だけが相違する。
第 9図に示した状態から、 通常のフォトリソグラフィ処理により、 第 2 8図に示 すように、 薄膜基板 5上にポジ型のレジス ト 1 9を薄膜基板 5の所定の仕上げ形状 に合わせて形成する。
そして、 このレジスト 1 9をエッチングマスクとして使用し、 平行平板型 1 3 . 5 6 MH z励起 R Fエッチング装置を用いて、 六弗化硫黄 (S F 6 ) を主成分とす るガスによるドライエッチングにより、 五酸化タンタンル (T a 2 O s) からなる薄 膜基板 5をエッチングして、 第 2 9図に示すように薄膜基板 5を所定形状に整形す る。 さらに、 このレジスト 19をエッチングマスクとするエッチングを連続して行い、 整形された薄膜基板 5の外側部分の支持体と犠牲層 1 5もエッチング除去する。 このときのエッチング条件は、 次のとおりである。
全圧: 9. 3 P a (パスカル)
導入ガスおよび流量: S Fe、 300 s c c m
O % 23 s c c m
H e、 8 s c c m
投入電力密度: 0. 56 W/ c m2
引き続き、 レジスト 19の剥離をドライアツシングで行う。
このときの条件は、 次のとおりである。
全圧: 27 P a (パスカル)
導入ガスおょぴ流量: 02、 100 s e em
He、 50 s c c m
投入電力密度: 0. 22WZcm2
次に、 酸素プラズマにより薄膜基板 5を通して犠牲層 1 5のプラズマ選択エッチ ングを行い、 第 30図に示すように、 支持基板 1との間に空隙 7を設けて支持体 3 に保持された薄膜基板 5を形成する。
このときのプラズマ選択エッチングは、 始めは薄膜基板 5を介して進行するが、 空隙 7が犠牲層 15の上部に形成されて隣り合った空隙 7同士が連通し、 さらに開 口部 1 1とも繋がる。 すると、 選択エッチングで生じた犠牲層 1 5と活性種との反 応生成物が開口部 1 1を通しても効率的に排出されるようになる。 このときのエツ チング装置は、 平行平板型 1 3. 56MH z励起 RFエッチング装置を用いる。 このときの条件 (プラズマ選択エッチング条件) の典型的な例は、 次のとおりで ある。
全圧: 100〜1 500 P a 導入ガスおよび流量: 0 2、 1 0 0 s e e m
投入電力密度: 4 . 5 W/ c m 2
基板温度: 1 0 0 °C
平行平板電極間距離: 1 0〜4 O m m
以上の形成方法により、 第 2 5図に示した薄膜基板 5が完成する。
この実施形態においても、 支持体 3に導電性材料を用いた場合の犠牲層 1 5のプ ラズマ選択エッチングと、 開口部 1 1の作用に特徴があるので、 第 3 1図から第 3 8図を用いて、 プラズマ選択エッチングについてさらに詳しく説明する。
第 3 1図は、 上述したこの実施形態による薄膜基板の形成方法において、 犠牲層 1 5を除去する前の状態を示す薄膜基板 5の開口部 1 1の近傍の平面図であり、 第 3 2図は第 3 1図の F— F線に沿う断面図である。
支持基板 1上に円柱状の支持体 3が形成され、 その各支持体 3の隙間は完全に平 坦化した犠牲層 1 5で埋められている。 さらに、 その犠牲層 1 5および支持体 3上 に薄膜基板 5が形成されている。 そして、 薄膜基板 5の一部をエッチングすること によって開口部 1 1が形成されている。
この状態から、 前述したように酸素を主成分とするガスによるプラズマ選択エツ チング条件により、 薄膜基板 5を介して犠牲層 1 5のドライエッチングを行うと、 第 3 3図の平面図に示すように、 支持体 3の外周形状に相似な形に支持体 3の周囲 から犠牲層 1 5のエッチングが始まり、 空隙 7が形成される。
開口部 1 1の近傍では、 さらに開口部 1 1を通した横方向エッチングも同時に進 行する。 このとき、 第 3 4図の断面図に示すように、 エッチングは導電性の支持体 3の周囲の薄膜基板 5に近い側から進行して、 空隙 7を形成する。 また、 開口部 1 1からは活性種が流入するため、 横方向にもエッチングが進み、 空隙 7を形成する。 この段階のエッチングでは、 空隙 7のうち開口部 1 1の近傍以外の場所では、 犠 牲層 1 5のエッチングは、 前述したように薄膜基板 5を介してだけ進行する。 したがって、 開口部 1 1の近傍以外の空隙 7の内部では、 活性種と犠牲層 1 5の 樹脂材料の反応によってガスが生じて、 各々の空隙 7内に閉じ込められた状態とな つている。 この樹脂材料から気体への体積増加のため、 薄膜基板 5の外部と比較し 高圧力となっている。 この圧力が駆動力となり、 反応生成ガスは薄膜基板 5を通し て外部に放出され、 エッチングが進行する。
さらにエッチングを続けると、 第 3 5図の平面図および第 3 6図の断面図に示す ように、 空隙 7がさらに拡大する。 選択エッチングは支持体 3の周囲で高速に進行 するが、 支持体 3同士の距離が充分接近していれば、 薄膜基板 5全体のエッチング 速度も高速にできる。
この結果、 隣り合った支持体 3の周囲に形成された空隙 7同士が連通する。 一度 空隙 7同士が連通すると、 空隙 7で発生していて高圧力となった反応生成ガスは、 薄膜基板 5を介して外部に拡散するだけでなく、 開口部 1 1側にガスの圧力を駆動 力として一気に流れ始める。 開口部 1 1は反応生成ガスに対する煙突のような一種 の排出口として働く。
さらにエッチングを継続すると、 第 3 7図に示すように、 開口部 1 1に近い側の 支持体 3の近傍の空隙 7に残る犠牲層 1 5の残渣が、 開口部 1 1から遠い側の犠牲 層 1 5の残渣より先に消滅するように、 エッチングが進行する。
そして、 エッチングをさらに続けると、 第 3 8図に示すように、 犠牲層 1 5は完 全に除去され、 空隙 7で支持基板 1から隔てられた薄膜基板 5が形成される。 ここで、 この薄膜基板の形成方法において、 支持体柱 3 ίこ導電性材料を用いたと きの、 薄膜基板 5を介しての犠牲層 1 5の選択エッチングの増速エッチング効果に ついて、 発明者らの行った実験をもとに説明する。
第 3 9図は、 比較のため開口部を介してのみ犠牲層のエッチングが進行するよう に作製した薄膜基板の模式図である。 支持基板 1上に全面犠牲層 2 5を 1 .
の厚さに形成し、 その上に薄膜基板 5をスパッタリングで形成した。 支持基板 1はガラス基板とし、 全面犠牲層 2 5にはァクリル系のネガ型レジスト である新日鉄化学製の V— 2 5 9 P Aを用いた。 そのネガ型レジストによって全面 犠牲層 2 5を厚めに形成した後、 エッチバックしその膜厚を 1 . 5 πιとするまで の工程は、 柱を形成しないこと以外は前述した第 4の実施形態で述べたこの発明に よる薄膜基板の形成方法と同様である。
薄膜基板 5には、 膜厚約 8 0 0 n mの T a 2 O sを用いる。 膜厚を約 8 0 0 n mと することで、 薄膜基板 5を介して進行するエッチングレートを押さえた。 さらに、 開口部 1 1を設けた。
全面犠牲層 2 5は、 薄膜基板 5と相似の形状となるように、 薄膜基板 5に引き続 いてエッチングをおこなった。
このときにエッチング時間を制御して、 薄膜基板 5の開口部 1 1のエッジから全 面犠牲層 2 5のエッチングフロント 2 5 aまでのエッチング距離 dが 1 m以下と なるようにした。
次に、 このように準備した比較用薄膜基板と第 4の実施形態で述べたこの発明の 薄膜基板の形成方法によって形成した、 円柱状のモリブデン (M o ) を支持体 3と して、 その直径を 8 μ mとして高さを 1 . とし、 ピッチ 1 8 mの正方配列 した、 一辺が 3 mmの正方形 (3 mm角) で厚さ 2 0 0 n mの五酸化タンタル (T a 2 O s) からなる薄膜基板を、 同時に同一チャンパで酸素プラズマによってドライ エッチングを行った。
このときの条件 (プラズマ選択エッチング条件) は、 次のとおりである。
全圧: 1 3 3 0 P a
導入ガスおょぴ流量: 0 2、 1 0 0 s c c m
投入電力密度: 4 . 5 W/ c m2
基板温度: 1 0 0 °C
平行平板電極間距離: 1 4 mm エッチング時間を 3 0分とした結果、 比較用薄膜基板では、 第 3 9図に示す開口 部 1 1のェッジからエッチングフロント 2 5 aまでのエッチング距離 dは約 3 0 / mであった。 一方、 この発明の薄膜基板の形成方法によって作製した 3 mm角の薄 膜基板では、 犠牲層 1 5を完全に除去することができた。
したがって、 この発明の薄膜基板の形成方法における選択エッチングのメカニズ ムとして、 横方向エッチングは支配的でないことが判る。
以上の説明で明らかなように、 この発明の薄膜基板の形成方法によれば、 犠牲層 1 5の選択エッチングは、 主として薄膜基板 5を通しての活性種と揮発性反応生成 物の交換によって起こる。
また特に、 支持体 3に導電性材料を用いたときは、 支持体 3の周辺から高速に選 択エッチングは進行する。 さらに、 開口部 1 1が反応生成ガスの排出速度を高める ガスの排出口の働きを行い、 高速に選択エッチングが進行する。
この結果、 この発明による薄膜基板の形成方法によつて形成された薄膜基板には、 特に多数の開口部を必要としない。 そのため、 支持基板から浮かせた構造の大面積 の薄膜基板を形成することができる。
〔第 5の実施形態:第 4 0図〕
次に、 この発明による薄膜基板の形成方法の第 5の実施形態によって形成された 薄膜基板について、 第 4 0図によって説明する。 この第 4 0図において、 第 2 5図 と対応する部分には同一の符号を付している。
この第 4 0図に示す薄膜基板 5は、 支持基板 1上に円柱状の支持体 3を形成し、 空隙 7を設けて、 支持体 3で保持するように薄膜基板 5を配置している。
さらに、 薄膜基板 5上に所定の形状と大きさの開口部 2 1を形成している。 この 例では、 開口部 2 1の形状が正方形の場合を示したが、 これは矩形や円形あるいは 帯状など他の形状でもよい。
この実施形態による薄膜基板の形成方法は、 前述したこの発明の第 4の実施形態 による薄膜基板の形成方法と、 開口部の形状が異なる以外は同様である。 また、 開 口部 2 1の作用も、 前述の実施形態における開口部 1 1と同様に、 犠牲層の選択ェ ツチング工程における反応生成ガスの排出口としての働きが主である。
したがって、 開口部 2 1を通した横方向エッチングに頼らずに、 選択エッチング は薄膜基板 5を介して進行するため、 開口部 2 1の面積や数は少なくてよい。
例えば、 支持体 3の直径を 8 μ mとして、 ピッチを 1 8 μ mとした正方配列の支 持体 3のアレイによて支持する薄膜基板を作製した場合、 開口部 2 1を正方形とし たとき、 一辺は 1 # m以下から数 μ mで、 薄膜基板の 1 0 0 μ m X 1 0 0 μ mあた り 1個程度設けるだけでも、 エッチング速度の向上に充分効果がある。
〔第 6の実施形態:第 4 1図から第 4 3図〕
これまでの説明では、 上述した第 4の実施形態および第 5の実施形態では、 薄膜 基板を支持する支持体を円柱形状とした。 しかし、 この発明による薄膜基板の形成 方法では、 支持体の形状は円柱状でなく ともよい。
薄膜基板を支持する支持体を直方体の壁状とした、 この発明の第 6の実施形態に ついて、 第 4 1図から第 4 3図によって説明する。
第 4 1図は、 その第 6の実施形態によって形成された薄膜基板を支持部材と共に 示す斜視図であり、 第 2 5図と対応する部分には同一の符号を付している。
この薄膜基板 5は、 支持基板 1上に直方体の壁状の支持体 4が一定間隔で配列形 成され、 その支持体上に薄膜基板 5が形成されている。 そして、 この薄膜基板 5の 四辺と支持基板 1との間に開口部 1 1が形成されている。
第 4 2図は第 4 1図に示した薄膜基板の開口部 1 1の近傍の一部を拡大して示す 平面図、 第 4 3図は第 4 2図における E— E線に沿う断面図である。
薄膜基板 5は、 空隙 7により支持体 4と接触する部分以外は支持基板 1から離れ て浮いている。 この場合の薄膜基板 5の形成方法も、 支持体 4を直方体の壁状にし た点以外は前述した第 4の実施形態の場合と同様であるから、 その説明を省略する。 〔その他の変更例〕
この発明による薄膜基板の形成 (製造) 方法において、 支持基板としては前述し たガラス基板の他に、 石英基板やシリコンウェハ一を用いることもできる。 すなわ ち、 支持基板としては、 シリコン (S i ) を主成分とする材料、 あるいは二酸化珪 素 (S i 02) を主成分とする材料で形成された支持基板を使用するとよい。
また、 支持基板として金属製の支持体との密着性を向上するために、 前述したガ ラス基板や石英基板またはシリコンウェハー等のシリコン (S i ) あるいはシリカ (S i〇2) を主成分とする材料で形成した基板上に、 五酸化タンタル (T a 205) 等の金属酸化物薄膜を形成したものを用いることもできる。
この発明による薄膜基板の形成方法において、 犠牲層を形成する材料としてフォ トレジスト材料を用いることもできる。 例えば、 ポジ型レジスト材料の TFR— H (東京応化工業株式会社製) を使用することができる。 それによつて、 犠牲層の不 要な部分を除去することもフォトリソグラフィ処理によって容易にできる。
また、 薄膜基板を支持する支持体を導電性材料で形成する場合、 その材料として モリブデン (Mo) 以外にも、 アルミニウム (A 1) , タングステン (W) , タン タル (T a) , チタン (T i ) などの金属材料や、 T a Nx等の窒素を微量ド一プ した金属材料、 または I TOや S n 02あるいは Z n Oといった半導体導電性材料 なども用いることができる。
薄膜基板の材料としては、 五酸化タンタル (T a 205) 等のタンタルの酸化物の 他に、 酸化シリコン (S i O) , シリカ (S i 02) 等のシリコンの酸化物、 二酸 化チタン (T i 02) や S i 3N4などのいずれかを主成分とする絶縁性材料を用い ることができる。
犠牲層を除去する際のプラズマ選択エッチングガスとして、 酸素(02)の他に、 六弗化硫黄(S F«)を微量添加した 02や、 C F4を微量添加した 02あるいは N20 なども用いることができる。 産業上の利用可能性
以上の説明で明らかなように、 この発明の薄膜基板の形成方法によれば、 単純な 工程で支持基板から浮かせた大面積の薄膜基板を形成することができ、 その薄膜基 板は種々の用途に使用可能になる。
例えば、 高周波用の L S Iや、 薄膜基板として薄膜状のシリ コン単結晶を形成し、 それを使用した TF Tなどの半導体素子、 高感度温度センサやヒートシンク、 多層 配線基板、 MEMSなど多方面への適用が期待される。

Claims

請 求 の 範 囲
1 . 支持基板上に配列した支持体上に前記支持基板から離して形成する薄膜基板の 形成方法であって、
支持基板上に所定形状の支持体を形成する工程と、
前記支持板上に樹脂材料からなる犠牲層を形成する工程と、
前記支持体の頭部が露出するように前記犠牲層を平坦化する工程と、
その平坦化した犠牲層上に薄膜基板を形成する工程と、
その薄膜基板を介してプラズマ選択エッチングにより前記犠牲層を除去する工程 と
を有することを特徴とする薄膜基板の形成方法。
2 . 請求の範囲第 1項に記載の薄膜基板の形成方法において、
前記薄膜基板を形成する工程と前記犠牲層を除去する工程との間に、
前記犠牲層上に形成した薄膜基板に、 前記ブラズマ選択ェツチングの結果生じる 揮発性ガスの排出口となる開口部を形成する工程を有することを特徴とする薄膜基 板の形成方法。
3 . 前記支持体を柱状に形成する請求の範囲第 1項又は第 2項に記載の薄膜基板の 形成方法。
4 . 前記支持体を壁状に形成する請求の範囲第 1項又は第 2項に記載の薄膜基板の 形成方法。
5 . 前記支持体を導電性材料で形成する請求の範囲第 1項又は第 2項に記載の薄膜 基板の形成方法。
6 . 前記薄膜基板を絶縁性材料で形成する請求の範囲第 1項又は第 2項に記載の薄 膜基板の形成方法。
7 . 請求の範囲第 1項又は第 2項に記載の薄膜基板の形成方法において、
前記支持基板上に所定形状の支持体を形成する工程が、 前記支持基板上に金属膜 を形成し、 その金属膜をフォトリソグラフィとエッチングにより所定形状の支持体 に形成する工程である薄膜基板の形成方法。
8 . 請求の範囲第 1項又は第 2項に記載の薄膜基板の形成方法において、
前記薄膜基板を介してプラズマ選択エッチングにより前記犠牲層を除去する工程 が、 前記薄膜基板を介して酸素または酸素原子を含んだ反応性ガスを主成分とする プラズマ選択エッチングにより、 前記犠牲層を除去する工程である薄膜基板の形成 方法。
9 . 請求の範囲第 1項又は第 2項に記載の薄膜基板の形成方法において、
前記犠牲層を形成する工程で、 該犠牲層をァクリル系樹脂を主成分とする材料で 形成する薄膜基板の形成方法。
1 0 . 請求の範囲第 1項又は第 2項に記載の薄膜基板の形成方法において、 前記犠牲層を形成する工程で、 該犠牲層をフォトレジスト材料で形成する薄膜基 板の形成方法。
1 1 . 請求の範囲第 1項又は第 2項に記載の薄膜基板の形成方法において、 前記薄膜基板を介してプラズマ選択エッチングにより前記犠牲層を除去する工程 が、 前記薄膜基板を介して全圧が 1 0 0 P a以上の圧力で、 酸素または酸素原子を 含んだ反応性ガスを主成分とするプラズマ選択エッチングにより、 前記犠牲層を除 去する工程である薄膜基板の形成方法。
1 2 . 支持基板上に配列した支持体上に前記支持基板から離して形成する薄膜基板 の形成方法であって、
支持基板上にスパッタリング法により金属膜を形成する工程と、
その金属膜をフォトリソグラフィとエッチングにより所定形状の支持体に形成す る工程と、
前記支持基板上にスピンコート法によりァクリル系樹脂を主成分とする樹脂材料 を塗布して犠牲層を形成する工程と、
前記支持体の頭部が露出するように前記犠牲層をプラズマ処理によりエッチパッ クして平坦化する工程と、
その平坦化した犠牲層上に絶縁性材料からなる薄膜基板を形成する工程と、 その薄膜基板を介して全圧が 1 0 0 P a以上の圧力で、 酸素または酸素原子を含 んだ反応性ガスを主成分とするブラズマ選択ェツチングにより前記犠牲層を除去す る工程と
を有することを特徴とする薄膜基板の形成方法。
1 3 . 請求の範囲第 1 2項に記載の薄膜基板の形成方法において、
前記薄膜基板を形成する工程と前記犠牲層を除去する工程との間に、
前記犠牲層上に形成した薄膜基板に、 前記ブラズマ選択ェッチングの結果生じる 揮発性ガスの排出口となる開口部を形成する工程を有する薄膜基板の形成方法。
1 4 . 前記支持基板として、 シリカ (S i〇2) を主成分とする材料で形成された 支持基板を使用する請求の範囲第 1 2項又は第 1 3項に記載の薄膜基板の形成方法。
1 5 . 前記支持基板として、 シリコン (S i ) を主成分とする材料で形成された支 持基板を使用する請求の範囲第 1 2項又は第 1 3項に記載の薄膜基板の形成方法。
16. 前記支持基板として、 シリカ (S i〇2) を主成分とする材料で形成した基 板上に金属酸化物薄膜を形成した支持基板を使用する請求の範囲第 1 2項又は第 1 3項に記載の薄膜基板の形成方法。
1 7. 前記支持基板として、 シリコン (S i) を主成分とする材料で形成した基板 上に金属酸化物薄膜を形成した支持基板を使用する請求の範囲第 1 2項又は第 13 項に記載の薄膜基板の形成方法。
18. 前記支持体を柱状に形成する請求の範囲第 1 2項又は第 1 3項に記載の薄膜 基板の形成方法。
19. 前記支持体を壁状に形成する請求の範囲第 1 2項又は第 1 3項に記載の薄膜 基板の形成方法。
20. 前記薄膜基板を形成する工程で、 前記薄膜基板をタンタルの酸化物
(T a Ox) を主成分とする材料で形成する請求の範囲第 1 2項又は第 13項に記 載の薄膜基板の形成方法。
21. 前記薄膜基板を形成する工程で、 前記薄膜基板をシリコンの酸化物
(S i Ox) を主成分とする材料で形成する請求の範囲第 12項又は第 13項に記 載の薄膜基板の形成方法。
22. 前記支持基板上に金属膜を形成する工程で、 該金属膜をモリブデン (Mo) を主成分とする材料で形成する請求の範囲第 1 2項又は第 13項に記載の薄膜基板 の形成方法。
23. 支持基板上に配列した支持体上に前記支持基板から離して形成する薄膜基板 の形成方法であって、 支持基板上に所定形状の支持体を形成する工程と、
前記支持板上に樹脂材料からなる犠牲層を形成する工程と、
前記支持体の頭部が露出するように前記犠牲層を平坦化する工程と、
その平坦化した犠牲層上に多孔質膜を形成する工程と、
その多孔質膜を介してブラズマ選択ェツチングにより前記犠牲層を除去する工程 と、
該工程後に、 前記多孔質膜上に薄膜基板を形成する工程と
を有することを特徴とする薄膜基板の形成方法。
2 4 . 前記請求の範囲第 1項, 第 2項, 第 1 2項, 第 1 3項, および第 2 3項のい ずれか一項に記載の薄膜基板の形成方法によって形成された薄膜基板。
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