メンブレン構造体の製造方法
【課題】メンブレンの破損を抑制することが可能なメンブレン構造体の製造方法を提供することを目的とする。
【解決手段】半導体基板内に配置され、自立薄膜を有するメンブレン構造体の製造方法において、前記半導体基板の加工に付される面に所定のパターンを有するマスクを形成する工程と、前記半導体基板の加工に付される面の逆側の面に保護層を配設する工程と、前記半導体基板を前記保護層と一体の状態で、前記マスクを加工用マスク材として用いて前記半導体基板の厚み方向にエッチングして所定の厚さの自立薄膜を形成する工程と、前記自立薄膜形成後に前記保護層を除去する工程とを含むことを特徴とする。
【解決手段】半導体基板内に配置され、自立薄膜を有するメンブレン構造体の製造方法において、前記半導体基板の加工に付される面に所定のパターンを有するマスクを形成する工程と、前記半導体基板の加工に付される面の逆側の面に保護層を配設する工程と、前記半導体基板を前記保護層と一体の状態で、前記マスクを加工用マスク材として用いて前記半導体基板の厚み方向にエッチングして所定の厚さの自立薄膜を形成する工程と、前記自立薄膜形成後に前記保護層を除去する工程とを含むことを特徴とする。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、金属または半導体からなる自立薄膜を有するメンブレン構造体の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、半導体微細加工技術等を用いた、機械・電子・光・化学等の多様な機能を集積化したデバイスであるＭＥＭＳ（Micro Electro Mechanical Systems）に注目が集まる。これらは半導体ウエハ内に複数のチップ領域に分けて配置され、ウエハ内に多数のデバイスを形成することが可能である。実用化されたデバイスとしては、例えば、加速度センサ、角速度センサといった力学量検出センサが挙げられる。また、半導体微細工技術は、微細な構造体パターンを多数有する電子線投影露光（ＥＰＬ: Electron Beam Projection Lithography）マスク等の作製にも用いられている（特許文献１）。
上記の半導体材料を用いて作製される構造体は、シリコンの自立薄膜（メンブレン）を有している。
【特許文献１】特開２００３−１７３９６３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
上記の構造体は、周知の微細加工技術を用いて作製される。一般的にはシリコン基板や、シリコン／二酸化珪素／シリコンの３層構造からなるＳＯＩ（Silicon On Insulator）基板等を用い、各層に所望の加工を施してメンブレンを形成する。これらメンブレンを有する各メンブレン構造体はウエハ内にチップ領域に分けて複数配置される。
メンブレンとは、金属または半導体材料からなる少なくとも一つの層から構成される自立薄膜であり、例えば数ｎｍ（ナノメートル）〜数十μｍの厚みを有する機能部分のことを指す。メンブレンは、例えば、上述の半導体基板をエッチングすることによって形成される。このようなエッチング方法としてドライエッチング法を用いる。
【０００４】
しかし、メンブレンの物理的強度は非常に脆弱であり、例えば、プロセス時における圧力変動や衝撃などによって、メンブレンが破損し、基板から脱落する。ドライエッチング法ではプロセス中に加工に付される基板を、該基板の裏面側よりヘリウムなどのガスを供給して冷却しているが、メンブレンの破損によって基板の冷却効率が下がり、プロセス性能の低下を引き起こすという問題がある。
上記に鑑み、本発明はメンブレン構造体内に作製されたメンブレンの破損を抑制するでき、かつプロセス性能の低下を低減することが可能なメンブレン構造体の製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
請求項１記載の発明に係るメンブレン構造体の製造方法は、第１の半導体材料からなる第１の層、絶縁性材料からなる第２の層、および第２の半導体材料からなる第３の層が順に積層されてなる積層基板内に配置される自立薄膜を備えたメンブレン構造体の製造方法において、前記第１の層をエッチングして第１の構造体を形成する工程と、前記積層基板の前記第１の層側に保護層を配設する工程と、前記積層基板を前記保護層と一体の状態で前記第３の層をエッチングして第２の構造体を形成し、中空状態の、第１の層又は第１の構造体を含む自立薄膜を形成する工程と、前記自立薄膜形成後に前記保護層を除去する工程とを含むことを特徴とする。
【０００６】
請求項２記載の発明に係るメンブレン構造体の製造方法は、半導体基板内に配置され、自立薄膜を有するメンブレン構造体の製造方法において、前記半導体基板の加工に付される面に所定のパターンを有するマスクを形成する工程と、前記半導体基板の加工に付される面の逆側の面に保護層を配設する工程と、前記半導体基板を前記保護層と一体の状態で、前記マスクを加工用マスク材として用いて前記半導体基板の厚み方向にエッチングして所定の厚さの自立薄膜を形成する工程と、前記自立薄膜形成後に前記保護層を除去する工程とを含むことを特徴とする。
【０００７】
請求項３記載の発明に係るメンブレン構造体の製造方法は、請求項１または２に記載のメンブレン構造体の製造方法において、前記保護層は水溶性高分子材料からなることを特徴とする。
【０００８】
請求項４記載の発明に係るメンブレン構造体の製造方法は、請求項１または２に記載のメンブレン構造体の製造方法において、前記保護層はエネルギー照射により剥離可能な粘着面を有するシートであることを特徴とする。
【０００９】
請求項５記載の発明に係るメンブレン構造体の製造方法は、請求項３または４に記載のメンブレン構造体の製造方法において、前記自立薄膜形成工程において、前記半導体基板又は前記積層基板を支持し、かつ剛体板よりなる支持基板をさらに備え、前記支持基板と、前記半導体基板又は前記積層基板は前記保護層を挟むように配置し、前記保護層を前記半導体基板又は積層基板と、前記支持基板の少なくとも一方に設けて、前記保護層を介して両基板が接合されていることを特徴とする。
【００１０】
請求項６記載の発明に係るメンブレン構造体の製造方法は、請求項５記載のメンブレン構造体の製造方法において、前記支持基板は前記半導体基板又は前記積層基板と対向する面に溝部を有することを特徴とする。
【００１１】
請求項７記載の発明に係るメンブレン構造体の製造方法は、請求項５または６に記載のメンブレン構造体の製造方法において、前記支持基板はスルーホールを有することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１２】
本発明は、メンブレンの破損を抑制でき、かつプロセス性能の低下を低減することが可能なメンブレン構造体の製造方法を提供することを目的とする。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
以下、本発明を実施態様について、図面を用いて説明する。図１に本発明に係る一般的なメンブレン構造体について示す。図１において、１はメンブレン、２はエッチングストップ層、３は支持層であり、順に積層された積層構造になっている。支持層３上にエッチングストップ層が存在し、さらにその上に、メンブレン１がエッチングストップ層２に支持されるように存在する。支持層３には開口（貫通孔）が設けられ、エッチングストップ層２にも支持層３の開口に対応する位置に開口（貫通孔）が設けられている。エッチングストップ層２の開口では所定のパターンを有するメンブレン１が単独で存在しており、自立薄膜として機能する。
【００１４】
このような一般的なメンブレンは半導体基板の表裏面に所定のマスクを形成し、そのマスクを加工用マスクとして用い、エッチング等を行うことによって製造することができる。マスクの材料は、フォトレジスト、二酸化珪素、窒化珪素などの誘電体、アルミニウム、クロムなどの金属などの周知の材料から選択され、後述するドライエッチングの際にエッチング耐性を有しているものであればよい。メンブレン形成時に、後述する保護層、さらには支持基板を備えることによってメンブレンの破損を防ぐことができる。
メンブレン１、エッチングストップ層２、支持層３が全て同一材料からなり、例えば、シリコンウエハなどから構成されていてもよい。
【００１５】
次に第1の実施態様として、本発明に係るメンブレン構造体の一態様である電子線投影露光に用いるメンブレンマスク１００について説明するが、本発明はこの実施態様に限られることはなく、メンブレンを有するメンブレン構造体の製造に適用することが可能である。メンブレン構造体とは、メンブレンを有する微小デバイスであり、例えば、加速度センサ、角速度センサといった力学量検出センサ、マイクロレンズ、マイクロミラー等の光学素子、バイオフィルター等を含むＭＥＭＳを指すものとする。
図２は、本発明の実施態様に係るメンブレンマスク１００とその作製手順の一例を模式的に説明する図である。図３は図２に対応するステンシルタイプのメンブレンマスク１００の作製手順をフローチャートで表した図である。図６は、図２のメンブレンマスクから作製される転写露光装置用の転写用マスクの構成例を模式的に示す図であり、（Ａ）はメンブレンマスクの図６（Ｂ）のＡ−Ａ断面図であり、（Ｂ）は小メンブレン領域の平面図（第２の構造体から第１の構造体を観察した場合）である。まず、図６を参照して、転写用マスクの基本構造を説明する。
【００１６】
図６（Ｂ）にはメンブレンマスク１００の一部の平面図であり、同図中に複数の略正方形の開口部で示されている領域がパターン領域であり、上記のパターン領域を含み、略正方形の領域が小メンブレン領域である。この小メンブレン領域は、例えば、辺１ｍｍ、厚さ０．５μｍ〜５μｍである。小メンブレン領域内には転写するパターンが形成されており、一方、第２の構造体１２０は転写パターン形成されておらず、上記のメンブレンである第１の構造体の周囲を囲む枠及び支持層として機能する。メンブレンおよび第２の構造体１２０は電子線を散乱し、自由な透過を妨げる。一方、メンブレンのパターン開口部は電子線が散乱を受けることなく透過するため、被パターン形成体上にパターン形成をすることができる。図６に示すメンブレンマスク１００のパターンは一例であり、この態様に限られるものではない。
【００１７】
＜実施例１＞
次に図２及び図３を参照してメンブレンマスク１００の製造方法を説明する
（メンブレンマスク１００の作製）
（１）積層基板Ｗの用意（ステップＳ１０、および図２（ａ））
図２（ａ）に示すように、第１、第２、第３の層１１、１２、１３の３層を積層してなる積層基板Ｗを用意する。
【００１８】
第１、第２、第３の層１１、１２、１３はそれぞれ、第１の構造体１１０、接合部１２０、第２の構造体１３０を構成するための層であり、ここではシリコン、二酸化珪素、シリコンからなる層とする。第１の構造体１１０、接合部１２０、第２の構造体１３０は、それぞれ上記の一般的なメンブレン構造体における、メンブレン、エッチングストップ層（および第１の層と第３の層とを接合する層）、支持層に相当する。
上記の積層構造をもったＳＯＩ基板の構成は、例えば、貼り合わせＳＯＩ基板であってもよいし、ＳＩＭＯＸ（Separation by Implanted Oxygen）技術を適用してこのような積層構成とした基板であっても良い。
例えば、第１、第２、第３の層の厚みはそれぞれ、２μｍ、１μｍ、６００〜８００μｍである。
【００１９】
なお、ここでは第１の層１１と第３の層１３とを同一材料（シリコン）によって構成するが、第１、第２、第３の層のすべてが異なる材料によって構成してもよい。
【００２０】
（２）第１の構造体の作製（ステップＳ１１、および図２（ｂ））
第１および第３の層の表面に、厚さ１μｍのシリコン酸化膜を形成する。第１の層表面に形成されたシリコン酸化膜上にレジストを塗布し、第１の層表面のシリコンが露出するように、レジストおよびシリコン酸化膜を第１の構造体に対応するパターンニングする（図２における図面の見易さを考慮し、シリコン酸化膜、レジスト等は図示せず）。
そして第１の層１１をエッチングすることにより第１の層に開口部（貫通孔）２２を形成し、第１の構造体１１０を形成する。即ち、第１の層１１に対して侵食性を有し、第２の層１２にして耐侵食性を有するエッチング方法を用いて、第１の層１１の所定領域に対して、第２の層１２の上面が露出するまで厚み方向にエッチングする。このようなエッチング方法として、例えば、ＣＦ４ガスを用いたＲＩＥ（Reactive Ion Etching）法を挙げることができる。
図２（ｂ）は上述のようなエッチングを行い、第１の構造体１１０を形成した状態を示す。
その後、第３の層の表面にレジストを塗布し、第２の構造体に対応するパターンを形成する（図示せず）。
【００２１】
（３）保護層形成（ステップＳ１２、および図２（ｃ））
第１の構造体１１０を形成した第1の構造体１１０および第２の層１２上に保護層１４を形成する（図２（ｃ））。該保護層１４によって、後に形成されるメンブレンの破損を抑えることができる。
保護層１４は、例えば水溶性高分子材料を水に溶解させた液体を塗布することで形成できる。水溶性高分子材料として、例えば、ポリビニルアルコールを用いることができる。ポリビニルアルコールの塗布は、周知の塗布法により行われ、例えば、膜厚３〜５μｍの厚さで塗布する。
ポリビニルアルコールは、プラズマエッチング耐性に富み、かつエッチング時に発泡等が起こらないため、プロセス異常を起こすことがない。
本実施例ではポリビニルアルコールを用いるが、これに限定されるわけではなく、水またはアルコール等の水溶性液体で容易に剥離可能な水溶性高分子材料を用いることができる。また、上記水溶性高分子材料以外に、有機溶媒可溶性高分子を用いることも可能である。
保護層１４の別の態様として、例えば、ＵＶ（紫外線）剥離シート（セルファＢＧ（耐熱タイプ） 積水化学工業株式会社製）、もしくは、熱剥離シート（リバアルファ（型番：３１９Ｙ−４Ｈ） 日東電工株式会社製）を保護層として用いることができる。これらはエネルギー照射（加熱、露光等）により剥離可能となる粘着面を有するシートである。
保護層形成のステップは第３の層表面に、第２の構造体に対応するレジストパターンの形成前に行ってもよいものとする。
【００２２】
（４）第２の構造体形成（ステップＳ１３、および図２（ｄ））
積層基板Ｗをエッチングし、第２の構造体を形成する工程の一例として、誘導結合型プラズマエッチング法（ＩＣＰエッチング法：Induced Coupled Plasma Etching Method）を挙げることができる。このエッチング法は、基板垂直方向に深い溝を掘る際に効果的な方法であり、一般にＤＲＩＥ（Deep Reactive Ion Etching）と呼ばれているエッチング方法である。
この方法では材料層を厚み方向に侵食しながら掘り進むエッチングステップと、彫った穴の側壁にポリマーの壁を形成するデポジションステップと、を交互に繰り返す。掘り進んだ穴の側壁は、順次ポリマーの壁が形成されて保護されるため、ほぼ厚み方向にのみ侵食を進ませることが可能であり、エッチングガスとしてＳＦ６等のイオン・ラジカル供給ガスを用い、デポジションガスとしてＣ４Ｆ８等を用いることができる。
【００２３】
図９を参照して、誘導結合型プラズマエッチング装置について説明する。エッチング装置６００は、チャンバ６１と、チャンバ６１内に設置された電磁コイル６２と、電磁コイル６２と電気的に接続した高周波電源６３を含む。エッチング装置６０は、チャンバ６１の周りに配置された磁場レンズ６４と、チャンバ６１の底に配置されると共に積層基板Ｗを載せるステージ６５と、ステージ６５に積層基板Ｗを固定する静電チャック（図示せず）またはメカクランプ（図示せず）を含む。積層基板Ｗの加工に付される面の裏面側からヘリウムなどの冷却ガスを供給し、プロセス中の基板温度を一定にし、安定したプロセスを提供する。エッチング装置６００は、チャンバ６１を排気する真空ポンプ６６と、真空ポンプ６６を開閉する電磁バルブ６７を含む。
プラズマ源としては上記のＩＣＰ型の他に、容量結合型プラズマ（ＣＣＰ型：Capacitively-Coupled Plasma）、電子サイクロトロン共鳴プラズマ（ＥＣＰ型:Electron-Coupled Plasma）、マイクロ波励起表面波プラズマ（ＳＷＰ：Surface Wave Plasma）、ヘリコン波励起プラズマ（ＨＷＰ：Helicon Wave Plasma）などを用いても同様の効果を得ることができる。
【００２４】
積層基板Ｗをステージ６５の上に配置する。積層基板Ｗは、例えば、静電チャックによってステージ６５に固定される。積層基板Ｗと静電チャックの間には例えば、１０００〜２０００Ｖの直流電圧を印加し、その静電引力によって積層基板Ｗを保持する。また、メカクランプによる積層基板Ｗの保持は、クランプ（固定冶具）を積層基板Ｗの外周部に当接させて機械的に保持する。
次に、真空ポンプ６６を作動し、電磁バルブ６７の開閉を行い、チャンバ６１の内部を所望の真空度に維持する。プロセスガスをチャンバ６１内に導入し、高周波電源６３をオンにする。プロセスガスは電磁コイル６２の高周波によって励起されて、プラズマを発生し、ラジカル、イオンを生成する。このラジカル、イオンは、第３の層１３を厚み方向にエッチングし、第２の構造体１３０を形成する。上記のエッチングは一般に製造されているＩＣＰ型ドライエッチング装置を用いて行うことが可能である。エッチング中、積層基板Ｗは、加工に付される面の裏側からヘリウムなどのガスが供給される。該ガスは積層基板Ｗを冷却する役割を果たす。
【００２５】
上記のエッチングが進み、第２の構造体１３０が形成されると、シリコン酸化膜に支持されたメンブレンとなる。このメンブレンは脆弱であるため、エッチング終了後にステージ６５より積層基板Ｗをリリースする際に静電引力により破損するおそれがある。また、エッチング処理の際およびチャンバ６１より積層基板Ｗが取り出され、搬送系（図示せず）に供される際の圧力変動によりメンブレンが破損するおそれがある。
しかし本発明において、メンブレンを有する積層基板Ｗは保護層１４により保護され、メンブレンの破損を抑制することが可能である。特に、エッチング中にメンブレン破損が起こると、冷却用ガスがリークしてプロセス性能が低下する。また、エッチングガスによる第１の層の腐食損傷を防ぐことが可能である。
【００２６】
（５）保護層の除去（ステップＳ１５、および図２（ｅ））
保護層１４が水溶性高分子材料からなる場合には、積層基板Ｗを水に浸水させる。このとき、ヒーター等によって水を例えば、８０℃程度に昇温させることで保護層１４の除去を促すことができる。また、保護層１４を水またはアルコール等の水溶性液体に溶解させることにより除去できる。
別の除去方法として周知のプラズマアッシング法を用いることにより保護層を除去することができる。
保護層１４が熱剥離シートもしくはＵＶ（紫外線）剥離シートである場合には、それぞれ、基板の加熱もしくは支持層側からの紫外線照射により、積層基板Ｗと保護層１４とを分離する。
【００２７】
第３の構造体１３０を形成した後、露出した第２の層および、第１、第３の層の表面のシリコン酸化膜（図示しない）を除去する（図２（ｆ））。
シリコン酸化膜をエッチングする方法として、バッファードフッ酸（例えば、ＨＦ＝５．５ｗｔ％、ＮＨ４Ｆ＝２０ｗｔ％の混合水溶液）をエッチング液としてウエットエッチングを挙げることができる。
このようにしてメンブレンはシリコンからなる自立薄膜として機能し、メンブレンマスク１００が完成する。
【００２８】
＜実施例２＞
次に、本発明のメンブレン構造体の製造方法に関する第２実施態様について図面を用いて説明する。第２実施態様は、支持基板を更に備える点を除き、第１実施態様と略同一である。したがって略同一構成の図番号は、第１実施態様と同一の図番号を付するものとする。
図４は、本発明の実施態様に係るメンブレンマスク１００とその作製手順の一例を模式的に説明する図である。図４は図３に対応するメンブレンマスク１００の作製手順をフローチャートで表した図である。
図４及び図５を参照してメンブレンマスク１００の製造方法を説明する
（メンブレンマスク１００の作製）
（１）積層基板Ｗの用意（ステップＳ２０、および図４（ａ））
図４（ａ）に示すように、第１、第２、第３の層１１、１２、１３の３層を積層してなる積層基板Ｗを用意する。
【００２９】
本実施態様における半導体基板は、上記第１実施態様のものと同様であるため、ここでの説明は省略する。
【００３０】
（２）第１の構造体の作製（ステップＳ２１、および図４（ｂ））
本実施態様における第１の構造体の作製工程は、上記第１実施態様と同様であるため、ここでの説明は省略する（図４（ｂ））。
【００３１】
（３）保護層形成（ステップＳ２２、および図４（ｃ））
第１の構造体１１０を形成した第1の構造体１１０および第２の層１２、又は支持基板１５の上に保護層１４を形成する（図４（ｃ）では第１の層１１０および第２の層１２上に保護層１４を形成した場合を表す）。保護層１４は支持基板１５上に形成し、積層基板Ｗと後述する貼り合せ方法によって貼り合せてもよい。また、積層基板Ｗと支持基板１５の双方に保護層を設けて、互いに貼り合せてもよい。
保護層１４は、上述の保護層と同様の材料を用い、同様の方法により形成することができる。
支持基板１５は、シリコン基板もしくはガラス基板等の剛体板を用いることができる。ＵＶ剥離シートを接着層として用いる場合には、紫外線を透過するガラス基板を支持基板として用いる。
接着層形成のステップは第３の層表面に、第２の構造体体に対応するレジストパターンの形成前に行ってもよいものとする。
【００３２】
（４）貼り合せ（ステップＳ２３、および図４（ｄ））
保護層１４が形成された支持基板１５と積層基板Ｗとを周知のアライメント方法により位置合せし、貼り合せる。貼り合せの後、保護層１４に介在する気泡を除くために、基板を加圧及び、加熱を行うことが好ましい。
これにより、保護層１４を介して積層基板Ｗと支持基板１５を一体にする。支持基板１５は、例えば、高アスペクト比を有する第１の構造体１１０の開口内に保護層を形成することが困難である場合に、メンブレン破損に伴うエッチング時の冷却用ガスのリークを防ぐことができ、さらに好適である。
【００３３】
（５）第２の構造体形成（ステップＳ２４、および図４（ｅ））
上記の第１実施態様におけるエッチング方法を用いて、第３の層１３をエッチングし、第２の構造体１３０を形成する。
【００３４】
上記のエッチングが進み、第２の構造体１３０が形成されると、第１の構造体１１０はシリコン酸化膜に支持されたメンブレンとなる。
本発明において、第１の構造体１１０は保護層１４および支持基板１５によって保護され、メンブレンの破損を抑制することが可能である。
【００３５】
（６）支持基板の分離（ステップＳ２５、および図４（ｆ））
保護層１４が水溶性高分子材料からなる場合には、支持基板１５と一体になった積層基板Ｗを水またはアルコール等の水溶性液体に浸漬させる。このとき、ヒーター等によって水を例えば、８０℃に昇温させることで保護層１４の除去を促すことができる。保護層１４が水に溶解することにより、保護層１４の除去および支持基板１５を分離する。
保護層１４が熱剥離もしくは紫外線剥離シートである場合には、それぞれ、基板の加熱もしくは支持基板側からの紫外線照射により、積層基板Ｗと支持基板１５とを分離する。
【００３６】
上記の第１実施態様におけるウェットエッチングにより、露出した第２の層および、第１、第３の層の表面のシリコン酸化膜を除去する（図４（ｇ））。
このようにしてメンブレンは自立薄膜として機能し、メンブレンマスク１００が完成する。
【００３７】
＜実施例３＞
次に、本発明のメンブレン構造体の製造方法に関する第３実施態様について図面を用いて説明する。第３実施態様は、支持基板１５が溝部を備えた点を除き、第２実施態様と略同一である。したがって、支持基板１５に設けられた溝部と、その機能について説明する。図７（Ａ）は支持基板１５を模式的に示す図であり、（Ａ）は支持基板の一部の上面図であり、（Ｂ）は半導体基板と支持基板とを貼り合せた状態であり、Ｙ−Ｙ断面を示す図である。
【００３８】
本実施態様では、支持基板１５は表面に溝部５０を形成したものを用いる。支持基板１５は、例えば、シリコンまたはガラスからなる基板であり、その厚さは、例えば、６００μｍである。溝部は、その一例として図７（Ａ）に示すように、深さ２００μｍ、幅１ｍｍの溝を１ｍｍピッチで格子状に配設したパターンである。このとき、溝部の領域が支持基板１５面内で占める割合を約７５％であるものとした。
支持基板１５の半導体基板と対向する面に溝部５０を形成し、例えば、水溶性高分子材料からなる保護層１４を介して積層基板Ｗと支持基板１５を接着した際に、図７（Ｂ）に示すように溝部５０の底面と接着層との間に空洞部５１が形成される。該空洞部により、分離時に分離液の侵入を容易にする。溝部はアスペクト比の高い切片部として形成されることが好ましく、それにより保護層１４が溝部の底部まで到達せず、空洞部５１が形成される。分離時に溝部より分離液の侵入を容易にし、良好な分離作業が得られる。
支持基板１５に形成される溝部５０はエッチングもしくはサンドブラスト等の方法により形成できる。
【００３９】
＜実施例４＞
次に、本発明のメンブレン構造体の製造方法に関する第４実施態様について図面を用いて説明する。第４実施態様は、支持基板１５がその表裏を貫通するスルーホールを備えた点を除き、第３実施態様と略同一である。したがって、支持基板１５に設けられたスルーホール等について説明する。
支持基板１５に設けられる溝部として、図８に示すような実施形態を用いることもできる。図８（Ａ）において、例えば、２００μｍ口径のスルーホール５２（２００μｍ辺の正方形等でもよい）が１ｍｍピッチで配置されている。また、スルーホール同士を結合し、例えば、幅５０μｍ、深さ２００μｍの結合部５３が配設され、スルーホールは隣接する少なくとも一つのそれと結合部５３により構成されている。分離時にスルーホールより分離液の侵入を容易にし、かつ、結合部により支持基板面内に分離液が行き渡り、良好な分離作業が得られる。
【００４０】
＜比較例＞
シリコン／二酸化珪素／シリコン（第１の層／第２の層／第３の層）からなり、それぞれの厚さが、６０〜７０μｍ、１μｍ、４５０〜６２５μｍであるＳＯＩ基板を用い、図１に示すようなメンブレン構造体の製造を保護層（および支持基板）を設けずに行った。
第１の層に第１の構造体を形成し、その後、第３の層を第２の層の下面が露出するような開口を上述したＤＲＩＥにより形成した。このとき、第３の層に所定の開口を得た後、第１の層および第２の層からなるメンブレンの破損が起こった。このメンブレンの破損により、基板冷却用ガスのリークが起こり、プロセス異常が発生した。これによりエッチングプロセスが中断され、所望の加工形状を得ることができなかった。
【００４１】
以上より、本発明において、保護層（および支持基板）によりメンブレンの破損を抑制することができ、かつ、プロセス性能の低下を低減できる。また、支持基板に溝部／スルーホールを設けることにより、半導体基板と支持基板との分離を容易にすることができる。支持基板に設けられた溝部の形状、パターン等は一例であって、上述のものに限られるものではない。
【図面の簡単な説明】
【００４２】
【図１】本発明の実施の形態であるメンブレン構造体の例を示す図である。
【図２】本発明の第１実施態様に係るメンブレンマスクとその製造方法の一例を表す断面図である。
【図３】図２のメンブレンマスクの作製手順をフローチャートで表したフロー図である。
【図４】本発明の第２実施態様に係るメンブレンマスクとその製造方法の一例を表す断面図である。
【図５】図４のメンブレンマスクの作製手順をフローチャートで表したフロー図である。
【図６】図１のメンブレンマスクから作製される転写露光装置用の転写用マスクの構成例を模式的に示す図であり、（Ａ）はマスク断面図あり、（Ｂ）は小メンブレン領域の平面図である。
【図７】本発明の第３実施態様に係る支持基板を模式的に示す図であり、（Ａ）は支持基板の一部の上面図であり、（Ｂ）は半導体基板と支持基板とを貼り合せた状態を表す断面図を示す図である。
【図８】本発明の第４実施態様に係る支持基板を模式的に示す図であり、（Ａ）は支持基板の一部の上面図であり、（Ｂ）は支持基板の断面を示す図である。
【図９】一般的なＩＣＰ型プラズマエッチング装置の概略図である。
【符号の説明】
【００４３】
１００：メンブレンマスク
１：メンブレン
２：エッチングストップ層
３：支持層
１１：第１の層
１２：第２の層
１３：第３の層
１４：保護層
１５：支持基板
１１０：第１の構造体
１２０：接合部
１３０：第２の構造体
２２：開口部
５０：溝部
５１：空洞部
５２：スルーホール
５３：結合部
６０：プラズマエッチング装置
６１：チャンバ
６２：電磁コイル
６３：高周波電源
６４：磁場レンズ
６５：ステージ
６６：真空ポンプ
６７：電磁バルブ
【技術分野】
【０００１】
本発明は、金属または半導体からなる自立薄膜を有するメンブレン構造体の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、半導体微細加工技術等を用いた、機械・電子・光・化学等の多様な機能を集積化したデバイスであるＭＥＭＳ（Micro Electro Mechanical Systems）に注目が集まる。これらは半導体ウエハ内に複数のチップ領域に分けて配置され、ウエハ内に多数のデバイスを形成することが可能である。実用化されたデバイスとしては、例えば、加速度センサ、角速度センサといった力学量検出センサが挙げられる。また、半導体微細工技術は、微細な構造体パターンを多数有する電子線投影露光（ＥＰＬ: Electron Beam Projection Lithography）マスク等の作製にも用いられている（特許文献１）。
上記の半導体材料を用いて作製される構造体は、シリコンの自立薄膜（メンブレン）を有している。
【特許文献１】特開２００３−１７３９６３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
上記の構造体は、周知の微細加工技術を用いて作製される。一般的にはシリコン基板や、シリコン／二酸化珪素／シリコンの３層構造からなるＳＯＩ（Silicon On Insulator）基板等を用い、各層に所望の加工を施してメンブレンを形成する。これらメンブレンを有する各メンブレン構造体はウエハ内にチップ領域に分けて複数配置される。
メンブレンとは、金属または半導体材料からなる少なくとも一つの層から構成される自立薄膜であり、例えば数ｎｍ（ナノメートル）〜数十μｍの厚みを有する機能部分のことを指す。メンブレンは、例えば、上述の半導体基板をエッチングすることによって形成される。このようなエッチング方法としてドライエッチング法を用いる。
【０００４】
しかし、メンブレンの物理的強度は非常に脆弱であり、例えば、プロセス時における圧力変動や衝撃などによって、メンブレンが破損し、基板から脱落する。ドライエッチング法ではプロセス中に加工に付される基板を、該基板の裏面側よりヘリウムなどのガスを供給して冷却しているが、メンブレンの破損によって基板の冷却効率が下がり、プロセス性能の低下を引き起こすという問題がある。
上記に鑑み、本発明はメンブレン構造体内に作製されたメンブレンの破損を抑制するでき、かつプロセス性能の低下を低減することが可能なメンブレン構造体の製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
請求項１記載の発明に係るメンブレン構造体の製造方法は、第１の半導体材料からなる第１の層、絶縁性材料からなる第２の層、および第２の半導体材料からなる第３の層が順に積層されてなる積層基板内に配置される自立薄膜を備えたメンブレン構造体の製造方法において、前記第１の層をエッチングして第１の構造体を形成する工程と、前記積層基板の前記第１の層側に保護層を配設する工程と、前記積層基板を前記保護層と一体の状態で前記第３の層をエッチングして第２の構造体を形成し、中空状態の、第１の層又は第１の構造体を含む自立薄膜を形成する工程と、前記自立薄膜形成後に前記保護層を除去する工程とを含むことを特徴とする。
【０００６】
請求項２記載の発明に係るメンブレン構造体の製造方法は、半導体基板内に配置され、自立薄膜を有するメンブレン構造体の製造方法において、前記半導体基板の加工に付される面に所定のパターンを有するマスクを形成する工程と、前記半導体基板の加工に付される面の逆側の面に保護層を配設する工程と、前記半導体基板を前記保護層と一体の状態で、前記マスクを加工用マスク材として用いて前記半導体基板の厚み方向にエッチングして所定の厚さの自立薄膜を形成する工程と、前記自立薄膜形成後に前記保護層を除去する工程とを含むことを特徴とする。
【０００７】
請求項３記載の発明に係るメンブレン構造体の製造方法は、請求項１または２に記載のメンブレン構造体の製造方法において、前記保護層は水溶性高分子材料からなることを特徴とする。
【０００８】
請求項４記載の発明に係るメンブレン構造体の製造方法は、請求項１または２に記載のメンブレン構造体の製造方法において、前記保護層はエネルギー照射により剥離可能な粘着面を有するシートであることを特徴とする。
【０００９】
請求項５記載の発明に係るメンブレン構造体の製造方法は、請求項３または４に記載のメンブレン構造体の製造方法において、前記自立薄膜形成工程において、前記半導体基板又は前記積層基板を支持し、かつ剛体板よりなる支持基板をさらに備え、前記支持基板と、前記半導体基板又は前記積層基板は前記保護層を挟むように配置し、前記保護層を前記半導体基板又は積層基板と、前記支持基板の少なくとも一方に設けて、前記保護層を介して両基板が接合されていることを特徴とする。
【００１０】
請求項６記載の発明に係るメンブレン構造体の製造方法は、請求項５記載のメンブレン構造体の製造方法において、前記支持基板は前記半導体基板又は前記積層基板と対向する面に溝部を有することを特徴とする。
【００１１】
請求項７記載の発明に係るメンブレン構造体の製造方法は、請求項５または６に記載のメンブレン構造体の製造方法において、前記支持基板はスルーホールを有することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１２】
本発明は、メンブレンの破損を抑制でき、かつプロセス性能の低下を低減することが可能なメンブレン構造体の製造方法を提供することを目的とする。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
以下、本発明を実施態様について、図面を用いて説明する。図１に本発明に係る一般的なメンブレン構造体について示す。図１において、１はメンブレン、２はエッチングストップ層、３は支持層であり、順に積層された積層構造になっている。支持層３上にエッチングストップ層が存在し、さらにその上に、メンブレン１がエッチングストップ層２に支持されるように存在する。支持層３には開口（貫通孔）が設けられ、エッチングストップ層２にも支持層３の開口に対応する位置に開口（貫通孔）が設けられている。エッチングストップ層２の開口では所定のパターンを有するメンブレン１が単独で存在しており、自立薄膜として機能する。
【００１４】
このような一般的なメンブレンは半導体基板の表裏面に所定のマスクを形成し、そのマスクを加工用マスクとして用い、エッチング等を行うことによって製造することができる。マスクの材料は、フォトレジスト、二酸化珪素、窒化珪素などの誘電体、アルミニウム、クロムなどの金属などの周知の材料から選択され、後述するドライエッチングの際にエッチング耐性を有しているものであればよい。メンブレン形成時に、後述する保護層、さらには支持基板を備えることによってメンブレンの破損を防ぐことができる。
メンブレン１、エッチングストップ層２、支持層３が全て同一材料からなり、例えば、シリコンウエハなどから構成されていてもよい。
【００１５】
次に第1の実施態様として、本発明に係るメンブレン構造体の一態様である電子線投影露光に用いるメンブレンマスク１００について説明するが、本発明はこの実施態様に限られることはなく、メンブレンを有するメンブレン構造体の製造に適用することが可能である。メンブレン構造体とは、メンブレンを有する微小デバイスであり、例えば、加速度センサ、角速度センサといった力学量検出センサ、マイクロレンズ、マイクロミラー等の光学素子、バイオフィルター等を含むＭＥＭＳを指すものとする。
図２は、本発明の実施態様に係るメンブレンマスク１００とその作製手順の一例を模式的に説明する図である。図３は図２に対応するステンシルタイプのメンブレンマスク１００の作製手順をフローチャートで表した図である。図６は、図２のメンブレンマスクから作製される転写露光装置用の転写用マスクの構成例を模式的に示す図であり、（Ａ）はメンブレンマスクの図６（Ｂ）のＡ−Ａ断面図であり、（Ｂ）は小メンブレン領域の平面図（第２の構造体から第１の構造体を観察した場合）である。まず、図６を参照して、転写用マスクの基本構造を説明する。
【００１６】
図６（Ｂ）にはメンブレンマスク１００の一部の平面図であり、同図中に複数の略正方形の開口部で示されている領域がパターン領域であり、上記のパターン領域を含み、略正方形の領域が小メンブレン領域である。この小メンブレン領域は、例えば、辺１ｍｍ、厚さ０．５μｍ〜５μｍである。小メンブレン領域内には転写するパターンが形成されており、一方、第２の構造体１２０は転写パターン形成されておらず、上記のメンブレンである第１の構造体の周囲を囲む枠及び支持層として機能する。メンブレンおよび第２の構造体１２０は電子線を散乱し、自由な透過を妨げる。一方、メンブレンのパターン開口部は電子線が散乱を受けることなく透過するため、被パターン形成体上にパターン形成をすることができる。図６に示すメンブレンマスク１００のパターンは一例であり、この態様に限られるものではない。
【００１７】
＜実施例１＞
次に図２及び図３を参照してメンブレンマスク１００の製造方法を説明する
（メンブレンマスク１００の作製）
（１）積層基板Ｗの用意（ステップＳ１０、および図２（ａ））
図２（ａ）に示すように、第１、第２、第３の層１１、１２、１３の３層を積層してなる積層基板Ｗを用意する。
【００１８】
第１、第２、第３の層１１、１２、１３はそれぞれ、第１の構造体１１０、接合部１２０、第２の構造体１３０を構成するための層であり、ここではシリコン、二酸化珪素、シリコンからなる層とする。第１の構造体１１０、接合部１２０、第２の構造体１３０は、それぞれ上記の一般的なメンブレン構造体における、メンブレン、エッチングストップ層（および第１の層と第３の層とを接合する層）、支持層に相当する。
上記の積層構造をもったＳＯＩ基板の構成は、例えば、貼り合わせＳＯＩ基板であってもよいし、ＳＩＭＯＸ（Separation by Implanted Oxygen）技術を適用してこのような積層構成とした基板であっても良い。
例えば、第１、第２、第３の層の厚みはそれぞれ、２μｍ、１μｍ、６００〜８００μｍである。
【００１９】
なお、ここでは第１の層１１と第３の層１３とを同一材料（シリコン）によって構成するが、第１、第２、第３の層のすべてが異なる材料によって構成してもよい。
【００２０】
（２）第１の構造体の作製（ステップＳ１１、および図２（ｂ））
第１および第３の層の表面に、厚さ１μｍのシリコン酸化膜を形成する。第１の層表面に形成されたシリコン酸化膜上にレジストを塗布し、第１の層表面のシリコンが露出するように、レジストおよびシリコン酸化膜を第１の構造体に対応するパターンニングする（図２における図面の見易さを考慮し、シリコン酸化膜、レジスト等は図示せず）。
そして第１の層１１をエッチングすることにより第１の層に開口部（貫通孔）２２を形成し、第１の構造体１１０を形成する。即ち、第１の層１１に対して侵食性を有し、第２の層１２にして耐侵食性を有するエッチング方法を用いて、第１の層１１の所定領域に対して、第２の層１２の上面が露出するまで厚み方向にエッチングする。このようなエッチング方法として、例えば、ＣＦ４ガスを用いたＲＩＥ（Reactive Ion Etching）法を挙げることができる。
図２（ｂ）は上述のようなエッチングを行い、第１の構造体１１０を形成した状態を示す。
その後、第３の層の表面にレジストを塗布し、第２の構造体に対応するパターンを形成する（図示せず）。
【００２１】
（３）保護層形成（ステップＳ１２、および図２（ｃ））
第１の構造体１１０を形成した第1の構造体１１０および第２の層１２上に保護層１４を形成する（図２（ｃ））。該保護層１４によって、後に形成されるメンブレンの破損を抑えることができる。
保護層１４は、例えば水溶性高分子材料を水に溶解させた液体を塗布することで形成できる。水溶性高分子材料として、例えば、ポリビニルアルコールを用いることができる。ポリビニルアルコールの塗布は、周知の塗布法により行われ、例えば、膜厚３〜５μｍの厚さで塗布する。
ポリビニルアルコールは、プラズマエッチング耐性に富み、かつエッチング時に発泡等が起こらないため、プロセス異常を起こすことがない。
本実施例ではポリビニルアルコールを用いるが、これに限定されるわけではなく、水またはアルコール等の水溶性液体で容易に剥離可能な水溶性高分子材料を用いることができる。また、上記水溶性高分子材料以外に、有機溶媒可溶性高分子を用いることも可能である。
保護層１４の別の態様として、例えば、ＵＶ（紫外線）剥離シート（セルファＢＧ（耐熱タイプ） 積水化学工業株式会社製）、もしくは、熱剥離シート（リバアルファ（型番：３１９Ｙ−４Ｈ） 日東電工株式会社製）を保護層として用いることができる。これらはエネルギー照射（加熱、露光等）により剥離可能となる粘着面を有するシートである。
保護層形成のステップは第３の層表面に、第２の構造体に対応するレジストパターンの形成前に行ってもよいものとする。
【００２２】
（４）第２の構造体形成（ステップＳ１３、および図２（ｄ））
積層基板Ｗをエッチングし、第２の構造体を形成する工程の一例として、誘導結合型プラズマエッチング法（ＩＣＰエッチング法：Induced Coupled Plasma Etching Method）を挙げることができる。このエッチング法は、基板垂直方向に深い溝を掘る際に効果的な方法であり、一般にＤＲＩＥ（Deep Reactive Ion Etching）と呼ばれているエッチング方法である。
この方法では材料層を厚み方向に侵食しながら掘り進むエッチングステップと、彫った穴の側壁にポリマーの壁を形成するデポジションステップと、を交互に繰り返す。掘り進んだ穴の側壁は、順次ポリマーの壁が形成されて保護されるため、ほぼ厚み方向にのみ侵食を進ませることが可能であり、エッチングガスとしてＳＦ６等のイオン・ラジカル供給ガスを用い、デポジションガスとしてＣ４Ｆ８等を用いることができる。
【００２３】
図９を参照して、誘導結合型プラズマエッチング装置について説明する。エッチング装置６００は、チャンバ６１と、チャンバ６１内に設置された電磁コイル６２と、電磁コイル６２と電気的に接続した高周波電源６３を含む。エッチング装置６０は、チャンバ６１の周りに配置された磁場レンズ６４と、チャンバ６１の底に配置されると共に積層基板Ｗを載せるステージ６５と、ステージ６５に積層基板Ｗを固定する静電チャック（図示せず）またはメカクランプ（図示せず）を含む。積層基板Ｗの加工に付される面の裏面側からヘリウムなどの冷却ガスを供給し、プロセス中の基板温度を一定にし、安定したプロセスを提供する。エッチング装置６００は、チャンバ６１を排気する真空ポンプ６６と、真空ポンプ６６を開閉する電磁バルブ６７を含む。
プラズマ源としては上記のＩＣＰ型の他に、容量結合型プラズマ（ＣＣＰ型：Capacitively-Coupled Plasma）、電子サイクロトロン共鳴プラズマ（ＥＣＰ型:Electron-Coupled Plasma）、マイクロ波励起表面波プラズマ（ＳＷＰ：Surface Wave Plasma）、ヘリコン波励起プラズマ（ＨＷＰ：Helicon Wave Plasma）などを用いても同様の効果を得ることができる。
【００２４】
積層基板Ｗをステージ６５の上に配置する。積層基板Ｗは、例えば、静電チャックによってステージ６５に固定される。積層基板Ｗと静電チャックの間には例えば、１０００〜２０００Ｖの直流電圧を印加し、その静電引力によって積層基板Ｗを保持する。また、メカクランプによる積層基板Ｗの保持は、クランプ（固定冶具）を積層基板Ｗの外周部に当接させて機械的に保持する。
次に、真空ポンプ６６を作動し、電磁バルブ６７の開閉を行い、チャンバ６１の内部を所望の真空度に維持する。プロセスガスをチャンバ６１内に導入し、高周波電源６３をオンにする。プロセスガスは電磁コイル６２の高周波によって励起されて、プラズマを発生し、ラジカル、イオンを生成する。このラジカル、イオンは、第３の層１３を厚み方向にエッチングし、第２の構造体１３０を形成する。上記のエッチングは一般に製造されているＩＣＰ型ドライエッチング装置を用いて行うことが可能である。エッチング中、積層基板Ｗは、加工に付される面の裏側からヘリウムなどのガスが供給される。該ガスは積層基板Ｗを冷却する役割を果たす。
【００２５】
上記のエッチングが進み、第２の構造体１３０が形成されると、シリコン酸化膜に支持されたメンブレンとなる。このメンブレンは脆弱であるため、エッチング終了後にステージ６５より積層基板Ｗをリリースする際に静電引力により破損するおそれがある。また、エッチング処理の際およびチャンバ６１より積層基板Ｗが取り出され、搬送系（図示せず）に供される際の圧力変動によりメンブレンが破損するおそれがある。
しかし本発明において、メンブレンを有する積層基板Ｗは保護層１４により保護され、メンブレンの破損を抑制することが可能である。特に、エッチング中にメンブレン破損が起こると、冷却用ガスがリークしてプロセス性能が低下する。また、エッチングガスによる第１の層の腐食損傷を防ぐことが可能である。
【００２６】
（５）保護層の除去（ステップＳ１５、および図２（ｅ））
保護層１４が水溶性高分子材料からなる場合には、積層基板Ｗを水に浸水させる。このとき、ヒーター等によって水を例えば、８０℃程度に昇温させることで保護層１４の除去を促すことができる。また、保護層１４を水またはアルコール等の水溶性液体に溶解させることにより除去できる。
別の除去方法として周知のプラズマアッシング法を用いることにより保護層を除去することができる。
保護層１４が熱剥離シートもしくはＵＶ（紫外線）剥離シートである場合には、それぞれ、基板の加熱もしくは支持層側からの紫外線照射により、積層基板Ｗと保護層１４とを分離する。
【００２７】
第３の構造体１３０を形成した後、露出した第２の層および、第１、第３の層の表面のシリコン酸化膜（図示しない）を除去する（図２（ｆ））。
シリコン酸化膜をエッチングする方法として、バッファードフッ酸（例えば、ＨＦ＝５．５ｗｔ％、ＮＨ４Ｆ＝２０ｗｔ％の混合水溶液）をエッチング液としてウエットエッチングを挙げることができる。
このようにしてメンブレンはシリコンからなる自立薄膜として機能し、メンブレンマスク１００が完成する。
【００２８】
＜実施例２＞
次に、本発明のメンブレン構造体の製造方法に関する第２実施態様について図面を用いて説明する。第２実施態様は、支持基板を更に備える点を除き、第１実施態様と略同一である。したがって略同一構成の図番号は、第１実施態様と同一の図番号を付するものとする。
図４は、本発明の実施態様に係るメンブレンマスク１００とその作製手順の一例を模式的に説明する図である。図４は図３に対応するメンブレンマスク１００の作製手順をフローチャートで表した図である。
図４及び図５を参照してメンブレンマスク１００の製造方法を説明する
（メンブレンマスク１００の作製）
（１）積層基板Ｗの用意（ステップＳ２０、および図４（ａ））
図４（ａ）に示すように、第１、第２、第３の層１１、１２、１３の３層を積層してなる積層基板Ｗを用意する。
【００２９】
本実施態様における半導体基板は、上記第１実施態様のものと同様であるため、ここでの説明は省略する。
【００３０】
（２）第１の構造体の作製（ステップＳ２１、および図４（ｂ））
本実施態様における第１の構造体の作製工程は、上記第１実施態様と同様であるため、ここでの説明は省略する（図４（ｂ））。
【００３１】
（３）保護層形成（ステップＳ２２、および図４（ｃ））
第１の構造体１１０を形成した第1の構造体１１０および第２の層１２、又は支持基板１５の上に保護層１４を形成する（図４（ｃ）では第１の層１１０および第２の層１２上に保護層１４を形成した場合を表す）。保護層１４は支持基板１５上に形成し、積層基板Ｗと後述する貼り合せ方法によって貼り合せてもよい。また、積層基板Ｗと支持基板１５の双方に保護層を設けて、互いに貼り合せてもよい。
保護層１４は、上述の保護層と同様の材料を用い、同様の方法により形成することができる。
支持基板１５は、シリコン基板もしくはガラス基板等の剛体板を用いることができる。ＵＶ剥離シートを接着層として用いる場合には、紫外線を透過するガラス基板を支持基板として用いる。
接着層形成のステップは第３の層表面に、第２の構造体体に対応するレジストパターンの形成前に行ってもよいものとする。
【００３２】
（４）貼り合せ（ステップＳ２３、および図４（ｄ））
保護層１４が形成された支持基板１５と積層基板Ｗとを周知のアライメント方法により位置合せし、貼り合せる。貼り合せの後、保護層１４に介在する気泡を除くために、基板を加圧及び、加熱を行うことが好ましい。
これにより、保護層１４を介して積層基板Ｗと支持基板１５を一体にする。支持基板１５は、例えば、高アスペクト比を有する第１の構造体１１０の開口内に保護層を形成することが困難である場合に、メンブレン破損に伴うエッチング時の冷却用ガスのリークを防ぐことができ、さらに好適である。
【００３３】
（５）第２の構造体形成（ステップＳ２４、および図４（ｅ））
上記の第１実施態様におけるエッチング方法を用いて、第３の層１３をエッチングし、第２の構造体１３０を形成する。
【００３４】
上記のエッチングが進み、第２の構造体１３０が形成されると、第１の構造体１１０はシリコン酸化膜に支持されたメンブレンとなる。
本発明において、第１の構造体１１０は保護層１４および支持基板１５によって保護され、メンブレンの破損を抑制することが可能である。
【００３５】
（６）支持基板の分離（ステップＳ２５、および図４（ｆ））
保護層１４が水溶性高分子材料からなる場合には、支持基板１５と一体になった積層基板Ｗを水またはアルコール等の水溶性液体に浸漬させる。このとき、ヒーター等によって水を例えば、８０℃に昇温させることで保護層１４の除去を促すことができる。保護層１４が水に溶解することにより、保護層１４の除去および支持基板１５を分離する。
保護層１４が熱剥離もしくは紫外線剥離シートである場合には、それぞれ、基板の加熱もしくは支持基板側からの紫外線照射により、積層基板Ｗと支持基板１５とを分離する。
【００３６】
上記の第１実施態様におけるウェットエッチングにより、露出した第２の層および、第１、第３の層の表面のシリコン酸化膜を除去する（図４（ｇ））。
このようにしてメンブレンは自立薄膜として機能し、メンブレンマスク１００が完成する。
【００３７】
＜実施例３＞
次に、本発明のメンブレン構造体の製造方法に関する第３実施態様について図面を用いて説明する。第３実施態様は、支持基板１５が溝部を備えた点を除き、第２実施態様と略同一である。したがって、支持基板１５に設けられた溝部と、その機能について説明する。図７（Ａ）は支持基板１５を模式的に示す図であり、（Ａ）は支持基板の一部の上面図であり、（Ｂ）は半導体基板と支持基板とを貼り合せた状態であり、Ｙ−Ｙ断面を示す図である。
【００３８】
本実施態様では、支持基板１５は表面に溝部５０を形成したものを用いる。支持基板１５は、例えば、シリコンまたはガラスからなる基板であり、その厚さは、例えば、６００μｍである。溝部は、その一例として図７（Ａ）に示すように、深さ２００μｍ、幅１ｍｍの溝を１ｍｍピッチで格子状に配設したパターンである。このとき、溝部の領域が支持基板１５面内で占める割合を約７５％であるものとした。
支持基板１５の半導体基板と対向する面に溝部５０を形成し、例えば、水溶性高分子材料からなる保護層１４を介して積層基板Ｗと支持基板１５を接着した際に、図７（Ｂ）に示すように溝部５０の底面と接着層との間に空洞部５１が形成される。該空洞部により、分離時に分離液の侵入を容易にする。溝部はアスペクト比の高い切片部として形成されることが好ましく、それにより保護層１４が溝部の底部まで到達せず、空洞部５１が形成される。分離時に溝部より分離液の侵入を容易にし、良好な分離作業が得られる。
支持基板１５に形成される溝部５０はエッチングもしくはサンドブラスト等の方法により形成できる。
【００３９】
＜実施例４＞
次に、本発明のメンブレン構造体の製造方法に関する第４実施態様について図面を用いて説明する。第４実施態様は、支持基板１５がその表裏を貫通するスルーホールを備えた点を除き、第３実施態様と略同一である。したがって、支持基板１５に設けられたスルーホール等について説明する。
支持基板１５に設けられる溝部として、図８に示すような実施形態を用いることもできる。図８（Ａ）において、例えば、２００μｍ口径のスルーホール５２（２００μｍ辺の正方形等でもよい）が１ｍｍピッチで配置されている。また、スルーホール同士を結合し、例えば、幅５０μｍ、深さ２００μｍの結合部５３が配設され、スルーホールは隣接する少なくとも一つのそれと結合部５３により構成されている。分離時にスルーホールより分離液の侵入を容易にし、かつ、結合部により支持基板面内に分離液が行き渡り、良好な分離作業が得られる。
【００４０】
＜比較例＞
シリコン／二酸化珪素／シリコン（第１の層／第２の層／第３の層）からなり、それぞれの厚さが、６０〜７０μｍ、１μｍ、４５０〜６２５μｍであるＳＯＩ基板を用い、図１に示すようなメンブレン構造体の製造を保護層（および支持基板）を設けずに行った。
第１の層に第１の構造体を形成し、その後、第３の層を第２の層の下面が露出するような開口を上述したＤＲＩＥにより形成した。このとき、第３の層に所定の開口を得た後、第１の層および第２の層からなるメンブレンの破損が起こった。このメンブレンの破損により、基板冷却用ガスのリークが起こり、プロセス異常が発生した。これによりエッチングプロセスが中断され、所望の加工形状を得ることができなかった。
【００４１】
以上より、本発明において、保護層（および支持基板）によりメンブレンの破損を抑制することができ、かつ、プロセス性能の低下を低減できる。また、支持基板に溝部／スルーホールを設けることにより、半導体基板と支持基板との分離を容易にすることができる。支持基板に設けられた溝部の形状、パターン等は一例であって、上述のものに限られるものではない。
【図面の簡単な説明】
【００４２】
【図１】本発明の実施の形態であるメンブレン構造体の例を示す図である。
【図２】本発明の第１実施態様に係るメンブレンマスクとその製造方法の一例を表す断面図である。
【図３】図２のメンブレンマスクの作製手順をフローチャートで表したフロー図である。
【図４】本発明の第２実施態様に係るメンブレンマスクとその製造方法の一例を表す断面図である。
【図５】図４のメンブレンマスクの作製手順をフローチャートで表したフロー図である。
【図６】図１のメンブレンマスクから作製される転写露光装置用の転写用マスクの構成例を模式的に示す図であり、（Ａ）はマスク断面図あり、（Ｂ）は小メンブレン領域の平面図である。
【図７】本発明の第３実施態様に係る支持基板を模式的に示す図であり、（Ａ）は支持基板の一部の上面図であり、（Ｂ）は半導体基板と支持基板とを貼り合せた状態を表す断面図を示す図である。
【図８】本発明の第４実施態様に係る支持基板を模式的に示す図であり、（Ａ）は支持基板の一部の上面図であり、（Ｂ）は支持基板の断面を示す図である。
【図９】一般的なＩＣＰ型プラズマエッチング装置の概略図である。
【符号の説明】
【００４３】
１００：メンブレンマスク
１：メンブレン
２：エッチングストップ層
３：支持層
１１：第１の層
１２：第２の層
１３：第３の層
１４：保護層
１５：支持基板
１１０：第１の構造体
１２０：接合部
１３０：第２の構造体
２２：開口部
５０：溝部
５１：空洞部
５２：スルーホール
５３：結合部
６０：プラズマエッチング装置
６１：チャンバ
６２：電磁コイル
６３：高周波電源
６４：磁場レンズ
６５：ステージ
６６：真空ポンプ
６７：電磁バルブ
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の半導体材料からなる第１の層、絶縁性材料からなる第２の層、および第２の半導体材料からなる第３の層が順に積層されてなる積層基板内に配置される自立薄膜を備えたメンブレン構造体の製造方法において、
前記第１の層をエッチングして第１の構造体を形成する工程と、
前記積層基板の前記第１の層側に保護層を配設する工程と、
前記積層基板を前記保護層と一体の状態で前記第３の層をエッチングして第２の構造体を形成し、中空状態の、第１の層又は第１の構造体を含む自立薄膜を形成する工程と、
前記自立薄膜形成後に前記保護層を除去する工程と
を含むことを特徴とするメンブレン構造体の製造方法。
【請求項２】
半導体基板内に配置され、自立薄膜を有するメンブレン構造体の製造方法において、
前記半導体基板の加工に付される面に所定のパターンを有するマスクを形成する工程と、
前記半導体基板の加工に付される面の逆側の面に保護層を配設する工程と、
前記半導体基板を前記保護層と一体の状態で、前記マスクを加工用マスク材として用いて前記半導体基板の厚み方向にエッチングして所定の厚さの自立薄膜を形成する工程と、
前記自立薄膜形成後に前記保護層を除去する工程と、
を含むことを特徴とするメンブレン構造体の製造方法。
【請求項３】
前記保護層は水溶性高分子材料からなることを特徴とする請求項１または２に記載のメンブレン構造体の製造方法。
【請求項４】
前記保護層はエネルギー照射により剥離可能な粘着面を有するシートであることを特徴とする請求項１または２に記載のメンブレン構造体の製造方法。
【請求項５】
前記自立薄膜形成工程において、前記半導体基板又は前記積層基板を支持し、かつ剛体板よりなる支持基板をさらに備え、
前記支持基板と、前記半導体基板又は前記積層基板は前記保護層を挟むように配置し、
前記保護層を前記半導体基板又は積層基板と、前記支持基板の少なくとも一方に設けて、前記保護層を介して両基板が接合されていることを特徴とする請求項３または４に記載のメンブレン構造体の製造方法。
【請求項６】
前記支持基板は前記半導体基板又は前記積層基板と対向する面に溝部を有することを特徴する請求項５に記載のメンブレン構造体の製造方法。
【請求項７】
前記支持基板はスルーホールを有することを特徴する請求項５または６に記載のメンブレン構造体の製造方法。
【請求項１】
第１の半導体材料からなる第１の層、絶縁性材料からなる第２の層、および第２の半導体材料からなる第３の層が順に積層されてなる積層基板内に配置される自立薄膜を備えたメンブレン構造体の製造方法において、
前記第１の層をエッチングして第１の構造体を形成する工程と、
前記積層基板の前記第１の層側に保護層を配設する工程と、
前記積層基板を前記保護層と一体の状態で前記第３の層をエッチングして第２の構造体を形成し、中空状態の、第１の層又は第１の構造体を含む自立薄膜を形成する工程と、
前記自立薄膜形成後に前記保護層を除去する工程と
を含むことを特徴とするメンブレン構造体の製造方法。
【請求項２】
半導体基板内に配置され、自立薄膜を有するメンブレン構造体の製造方法において、
前記半導体基板の加工に付される面に所定のパターンを有するマスクを形成する工程と、
前記半導体基板の加工に付される面の逆側の面に保護層を配設する工程と、
前記半導体基板を前記保護層と一体の状態で、前記マスクを加工用マスク材として用いて前記半導体基板の厚み方向にエッチングして所定の厚さの自立薄膜を形成する工程と、
前記自立薄膜形成後に前記保護層を除去する工程と、
を含むことを特徴とするメンブレン構造体の製造方法。
【請求項３】
前記保護層は水溶性高分子材料からなることを特徴とする請求項１または２に記載のメンブレン構造体の製造方法。
【請求項４】
前記保護層はエネルギー照射により剥離可能な粘着面を有するシートであることを特徴とする請求項１または２に記載のメンブレン構造体の製造方法。
【請求項５】
前記自立薄膜形成工程において、前記半導体基板又は前記積層基板を支持し、かつ剛体板よりなる支持基板をさらに備え、
前記支持基板と、前記半導体基板又は前記積層基板は前記保護層を挟むように配置し、
前記保護層を前記半導体基板又は積層基板と、前記支持基板の少なくとも一方に設けて、前記保護層を介して両基板が接合されていることを特徴とする請求項３または４に記載のメンブレン構造体の製造方法。
【請求項６】
前記支持基板は前記半導体基板又は前記積層基板と対向する面に溝部を有することを特徴する請求項５に記載のメンブレン構造体の製造方法。
【請求項７】
前記支持基板はスルーホールを有することを特徴する請求項５または６に記載のメンブレン構造体の製造方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【公開番号】特開２００８−２８４６５１（Ｐ２００８−２８４６５１Ａ）
【公開日】平成２０年１１月２７日（２００８．１１．２７）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００７−１３２３４５（Ｐ２００７−１３２３４５）
【出願日】平成１９年５月１８日（２００７．５．１８）
【出願人】（０００００２８９７）大日本印刷株式会社 (14,506)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２０年１１月２７日（２００８．１１．２７）
【国際特許分類】
【出願日】平成１９年５月１８日（２００７．５．１８）
【出願人】（０００００２８９７）大日本印刷株式会社 (14,506)
【Ｆターム（参考）】
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