(57)【要約】  基材層と酸化ケイ素層から剥離される層との間に配置されている酸化ケイ素を含む微細構造を剥離する制御された方法が説明されている。この方法は、温度及び圧力条件が制御されているプロセスチャンバー内で酸化ケイ素層をフッ化水素蒸気に曝す工程を含む。この反応の副産物は、エッチングプロセスの触媒としても働く水である。これは、この固有の水源を制御しつつ使用するもので、結果として、凝縮流体層が形成し、したがって、エッチングは、酸化物層の露出面でのみ行われる。したがって、説明されている方法により、エッチングされた微細構造内の毛管力誘発静止摩擦、及び／又は微細構造及びプロセスチャンバーそれ自体の中の腐食の影響の危険性が低減される。
2009545460.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基材層と酸化ケイ素層から剥離される層との間に配置された酸化ケイ素層を含む微細構造を剥離する方法であって、前記酸化ケイ素層を、前記酸化物層の露出面上に制御された凝縮流体層が形成されるように温度及び圧力条件が制御されているプロセスチャンバー内のフッ化水素蒸気に曝す工程を含む方法。
【請求項２】
前記酸化ケイ素層を水蒸気に曝す工程をさらに含む、請求項１に記載の微細構造を剥離する方法。
【請求項３】
少なくとも１０Åの深さを有する前記凝縮流体層を形成することをさらに含む、請求項１又は請求項２に記載の微細構造を剥離する方法。
【請求項４】
少なくとも１００Åの深さを有する前記凝縮流体層を形成することをさらに含む、請求項１から３までのいずれか一項に記載の微細構造を剥離する方法。
【請求項５】
所定の最大値未満の深さを有する前記凝縮液体層を形成することをさらに含む、請求項１から４までのいずれか一項に記載の微細構造を剥離する方法。
【請求項６】
前記凝縮流体層の深さを監視する工程をさらに含む、請求項１から５までのいずれか一項に記載の微細構造を剥離する方法。
【請求項７】
前記凝縮液体層の深さを１０Åと所定の最大値との間に維持するように１つ又は複数のプロセスチャンバーパラメータを調節する工程をさらに含む、請求項６に記載の微細構造を剥離する方法。
【請求項８】
前記凝縮液体層の深さを監視する前記工程が、前記酸化ケイ素層のエッチング速度を監視する工程を含む、請求項６又は請求項７に記載の微細構造を剥離する方法。
【請求項９】
前記エッチング速度を監視する前記工程が、前記微小機械構造の温度を監視する工程を含む、請求項８に記載の微細構造を剥離する方法。
【請求項１０】
１つ又は複数のプロセスチャンバーパラメータを調節する前記工程が、
ａ）前記微小機械構造の温度を変える工程と、
ｂ）前記プロセスチャンバー圧力を変える工程と、
ｃ）前記水蒸気の分圧を変える工程と、
ｄ）前記酸化ケイ素層をアルコール蒸気（例えば、メタノール蒸気又はイソプロピルアルコール蒸気）に曝す工程と、
ｅ）前記ＨＦ蒸気の分圧を変える工程と
を含む工程群から１つ又は複数の工程を選択することを含む、請求項７から９までのいずれか一項に記載の微細構造を剥離する方法。
【請求項１１】
前記酸化ケイ素層の前記露出面を酸化する工程をさらに含む、請求項１から１０までのいずれか一項に記載の微細構造を剥離する方法。
【請求項１２】
前記酸化ケイ素層の前記露出面を酸化する前記工程が、それらの表面を酸素プラズマに曝すことを含む、請求項１１に記載の微細構造を剥離する方法。
【請求項１３】
前記微細構造を反応性プラズマ化学反応に曝す工程をさらに含む、請求項１から１２までのいずれか一項に記載の微細構造を剥離する方法。
【請求項１４】
有機蒸気を前記エッチングプロセスにより露出された表面に導入してこの表面を親水性にする工程をさらに含む、請求項１から１３までのいずれか一項に記載の微細構造を剥離する方法。
【請求項１５】
前記有機蒸気が、２−［メチオキシ（ポリエチレンオキシ）プロピル］ヘプタメチルトリシロキサンである、請求項１４に記載の微細構造を剥離する方法。
【請求項１６】
有機蒸気を前記エッチングプロセスにより露出された表面に導入してこの表面を疎水性にする工程をさらに含む、請求項１から１５までのいずれか一項に記載の微細構造を剥離する方法。
【請求項１７】
前記有機蒸気が、トリデカフルオロ−１，１，２，２−テトラヒドロオクチルトリクロロシラン及びヘプタデカフルオロ−１，１，２，２−テトラヒドロデシルトリクロロシランを含む有機蒸気の群から選択される、請求項１６に記載の微細構造を剥離する方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、微細構造を製造する際に使用する方法に関する。典型的には、微細構造は、基材又は他の蒸着材料に関して材料を除去する必要のある微小電気機械システム（ＭＥＭＳ）の形態をとる。特に、本発明は、これらの微細構造の製造に関わるエッチングプロセスを制御する方法の改善に関する。
【背景技術】
【０００２】
酸化ケイ素の等方性エッチングは、半導体及びＭＥＭＳ処理において、主にウェハ洗浄及び剥離プロセスで広く使用されている。例示するため、図１では、シリコン含有基材３と剥離層４との間に配置されている酸化ケイ素層２（厚さ約１μｍ）を含む部分的にエッチングされたＭＥＭＳ構造１の略図を示している。
【０００３】
当業者に知られているように、様々な技術を使用することにより、これらのデバイス内に様々な酸化ケイ素を蒸着又は成長させることができる。これらの酸化ケイ素に対し、不純物をドープしないか、又は様々なドーパント、例えば、ホウ素若しくはリンをドープすることができる。典型的な有用な酸化ケイ素は、リン珪酸ガラス（ＰＳＧ）、ホウ素リン珪酸ガラス（ＢＰＳＧ）、テトラエトキシシラン（ＴＥＯＳ）から蒸着された酸化ケイ素を含む。様々な酸化ケイ素層が、膜の種類及び蒸着で使用される技術に依存する異なる特性を有する。特に注目すべき特性の１つは、層がどれだけ吸湿性か、又は密であるかである。実際、様々なドープされた、又は形成された酸化ケイ素は、その後のエッチングプロセスにおいてその膜内に又はその表面上に吸収若しくは吸着された水分の量に関して変わることがわかっている。
【０００４】
剥離層４は、典型的には、多結晶シリコン又は金属、例えば、アルミニウム又は銅から形成される構造物である。本発明の実施例では、これらは、Ｔ字型構造として示されているが、それとは別に様々な構造を使用することができることは当業者であれば理解されるであろう。
【０００５】
歴史的に、酸化ケイ素の等方性エッチングプロセスは、ケイ素と比較して選択性の高い二酸化ケイ素のエッチングのため、主に、様々な濃度のフッ化水素酸を使用する液体ベースである。この反応は、以下の式（１）で説明される。
４ＨＦ＋ＳｉＯ２  ＝＞  ＳｉＦ４＋２Ｈ２Ｏ    （１）
触媒
【０００６】
湿式エッチングでは、試料を適切な濃度のフッ化水素酸を入れた槽内に完全に浸す必要がある。これは、エッチング速度を高めるため、典型的には約１０，０００Å／分とするので望ましいプロセスであるが、正確なエッチング速度は、ＭＥＭＳ構造１の実際の形態に依存する。
【０００７】
しかし、湿式剥離処理は、いくつかの根本的問題を抱えている。主な問題点は、毛管力誘発静止摩擦である。エッチングが完了すると、エッチング液が除去されなければならない。多くの場合、これは、単純な乾燥法を用いて行われる。しかし、液体が除去されるときに、残留液体の表面張力が、隣接する構造を一緒に引き寄せる可能性がある。これらの構造が接触すると、ファンデルワールス力の形態で、面積力（ｓｕｒｆａｃｅ  ｆｏｒｃｅ）は、表面が引き離されないくらい強い場合がある。臨界点乾燥を使用することにより、この問題を避ける技術が開発されている。
【０００８】
湿式フッ化水素酸エッチングの他の問題となる特徴は、非シリコン系材料とフッ化水素酸との選択性が、ケイ素に関するものほど良くないことが多いという事実に関係する。特に、フッ化水素酸は、エッチング時に多くの一般に使用される金属、例えば、アルミニウム及び銅を腐食することが知られている。その結果、湿式エッチングもまた、ＭＥＭＳ構造１に望ましくない損傷を引き起こし、特に剥離槽４の露出面を腐食する可能性がある。
【０００９】
湿式エッチングの代替えとなるのは、乾式エッチング又は気相エッチングである。これらのエッチング技術は、静止摩擦（ｓｔｉｃｔｉｏｎ）の影響を最小にするか、又はなくすことが知られているため当業者により時々使用されている。これらの技術では、無水フッ化水素ガスが、エッチングを行うことができるプロセスチャンバーに送られる。エッチングを行うために、やはりガス形態で送られる触媒も存在していなければならない。
【００１０】
当分野で現在述べられている乾式エッチング方式は、２つの異なる形式に分けられ、１つは、水蒸気が反応用触媒として使用され、もう１つは、メタノールなどのアルコールが触媒として使用される。これら２つの方式では、両方とも長所と短所を持つ２つの異なる処理条件を生じる。
【００１１】
水蒸気を触媒として使用すると、図１に概略が示されているように、試料の露出面全体の周りに凝縮流体層５が必ず発生する。ＨＦガス及び水蒸気が、エッチングを引き起こすためにプロセスチャンバーに供給される。エッチング反応は、水蒸気も生成するので、この結果、しばしば過剰な水蒸気が存在する。このような技術では、プロセスチャンバー内に、特に試料のところに、水蒸気を制御する手段が設けられていない。その結果、凝縮流体層５が存在するため、毛管力誘発静止摩擦が生じる大きな危険性がある。さらに、エッチングが進行するにつれ、また場合によっては剥離構造がより柔軟になるにつれ、毛管力誘発静止摩擦が発生する可能性がさらに高くなる。この時点で、凝縮流体層５を排除するのが賢明であり、これは、プロセスチャンバーへの水蒸気の供給を絶つことにより達成できると、当業者に考えられている。
【００１２】
制御されない過剰な水蒸気が存在する、このプロセスは、多くの点で、上述の湿式エッチングに類似していると考えることができる。これは、エッチング速度を速くするが、金属の腐食という問題があり、また毛管力誘発静止摩擦が発生する可能性をそれほど低減しない。
【００１３】
水蒸気触媒乾式エッチング及び湿式ＨＦエッチングも、他の問題のある特徴を呈する。これらのエッチングプロセスに関わる固有の他の問題として、エッチングが進むにつれ、付着性残留物が副産物として基材３及び剥離層４上に形成するという事実が挙げられる。残留物は、窒化ケイ素表面を露出するために酸化物をエッチングする際に特に問題になることが知られている。これらの残留物が存在すると、ファンデルワールス力と静電気引力が剥離層４と基材３との間に発生し得る。これらの引力は、ＭＥＭＳ構造１を破壊する可能性がある。実際、Ｔ字型構造は、これらの引力の下で基材に向かって下へ曲がり、次いでくっつき、永久的であることも多い。
【００１４】
乾式エッチングプロセスの触媒としてアルコールを使用する場合、その結果生じる反応もまた、式（１）で説明される。この方式では、チャンバー条件は、凝縮流体層５がＭＥＭＳ構造１上に全く形成することのないように設定される。これは、触媒としてアルコールを使用することで補助されるが、それというのも、アルコールは、水に比べて低い蒸気圧を有し、また毛管力を下げる働きもするからである。しかし、関連するエッチング速度が湿式エッチング法に比べて著しく低いためこのようなプロセスに伴う収量もまた、少なく、これは、当分野で知られているシステムに反映されている事実である。
【００１５】
マサチューセッツ工科大学の名で発行されている米国特許第６，７４０，２４７号では、修正ＨＦ蒸気ウェハ洗浄及び酸化物エッチング法の一実施例を教示している。この技術は、プロセスチャンバーの温度及び圧力条件を制御するもので、このプロセスチャンバーの中に、フッ化水素ガスと水蒸気を加え、プロセスチャンバー内で処理が進むにつれ基材上に形成されるエッチング反応物及び蒸気により生成された生成物がサブモノレイヤー以下（深さ約１〜５Å）になるようにする。著者らが説明しているように、このプロセスは、１０Å／分のオーダーのエッチング速度を生じる。そのため、一様性、再現性、及び予測可能性の高いエッチング及び洗浄プロセスは、ブランケットウェハ用に形成されるけれども、その結果得られるエッチング速度も、遅すぎて、商用用途には対応できない。さらに、説明されている方法は、より複雑なＭＥＭＳ構造１、例えば、図１に示されているタイプでの使用に適合させることは容易でない。
【００１６】
Ａｐｐｌｉｅｄ  Ｍａｔｅｒｉａｌｓ  Ｉｎｃ．の名で発行されている米国特許第６，９３６，１８３号では、基材からＭＥＭＳ構造を剥離する２段階方式を教示している。第１の工程は、開口部を形成するのには十分であるが、上にある層を剥離するのには十分でない時間の間、水を触媒とする乾式ＨＦエッチングプロセスを使用して２つのシリコン含有層の間にサンドイッチ状に挟まれている酸化ケイ素層を等方性エッチングすることを含む。第２の工程は、次いで、乾燥剤を加えて、開口部内に残っている水分を置き換え、静止摩擦を引き起こす可能性のある開口部内のいかなる残留物も溶かし去ることにより、完全アルコール触媒ベース乾式エッチングプロセスに切り替えることを含む。
【００１７】
説明されている方法では、アルコール触媒を使用する完全乾式エッチングプロセス又は米国特許第６，７４０，２４７号において説明されている方法のいずれかで得られる速度よりも速いエッチング速度が得られる。しかし、アルコール触媒ベース乾式エッチングプロセスへの定期的切り替えを利用するので、エッチング速度は、完全湿式エッチングプロセスで得られる速度に比べてまだ遅い。それに加えて、この技術は、工程と工程との切り替えを正しいタイミングで実行できるように形成される構造について詳細に知っている必要があるため、いくぶん厄介な解決策といえる。容易にわかるように、エッチングされるＭＥＭＳ構造のこのような事前の知識は、必ずしも得られない。さらに、水蒸気を触媒として使用するＨＦエッチング段階では、上述の理由と同じ理由から、凝縮流体層５の形成の明白な制御を示さない。そのため、ここでもまた過剰な水蒸気があり、凝縮流体層５は、ここでもまたプロセスのこの段階において露出面のすべてに形成される。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１８】
したがって、本発明の目的は、高いエッチング速度を維持しつつ微細構造から特徴を剥離する信頼性の高い方法を実現することである。
【課題を解決するための手段】
【００１９】
本発明の第１の態様によれば、基材層と酸化ケイ素層から剥離される層との間に配置される酸化ケイ素層を含む微細構造を剥離する方法であって、酸化ケイ素層を、酸化物層の露出面上に形成される凝縮流体層が制御されるように温度及び圧力条件が制御されているプロセスチャンバー内のフッ化水素蒸気に曝す工程を含む、方法が提供される。
【００２０】
プロセスチャンバー内に導入されるフッ化水素蒸気の量を慎重に制御するとともに、温度及び圧力条件を選択することは、ＨＦを酸化ケイ素層の露出面と反応させるための一手段となる。この反応の副産物は、それ自体水である。したがって、この固有の水源は、エッチングする凝縮流体層を酸化ケイ素層の露出面に閉じ込めるために使用することができ、したがって、微細構造内の望ましくない部位には、凝縮流体層はいっさい形成されない。これは、不適合の剥離層材料の静止摩擦又は腐食の影響の危険性を低減するうえで有利である。
【００２１】
好ましくは、この方法は、さらに、酸化ケイ素層を水蒸気に曝す工程を含む。
【００２２】
実際、エッチングプロセスを開始するために、水蒸気が必要になる場合があることがわかっている。さらに、エッチング速度をさらに制御できるように外部水蒸気源にアクセスできると有益である。即ち、酸化物層のエッチング速度が所定の値以下に低下した場合に水蒸気を導入することができる。
【００２３】
最も好ましくは、この方法は、さらに、少なくとも１０Åの深さを有する凝縮流体層の形成を含む。好ましくは、凝縮流体層は、少なくとも１００Åの深さを有する。
【００２４】
好ましくは、この方法は、さらに、所定の最大値よりも小さな深さを有する凝縮液体層の形成を含む。
【００２５】
所定の最大値は、エッチングされる微細構造の物理的寸法により定められ、毛管力誘発静止摩擦の危険性を最小にするように選択される。典型的には、所定の最大値は、０．２μｍのオーダーである。
【００２６】
最も好ましくは、この方法は、さらに、凝縮流体層の深さを監視する工程を含む。好ましくは、この方法は、さらに、凝縮液体層の深さを１０Åと所定の最大値との間に維持するように１つ又は複数のプロセスチャンバーパラメータを調節することを含む。
【００２７】
好ましくは、凝縮流体層の深さを監視する工程は、酸化ケイ素層のエッチング速度を監視する工程を含む。
【００２８】
最も好ましくは、エッチング速度を監視する工程は、微小機械構造の温度を監視する工程を含む。これは、フッ化水素酸と酸化ケイ素の反応が発熱プロセスであるため、凝縮流体層の深さを監視するための実現可能な選択肢である。
【００２９】
最も好ましくは、１つ又は複数のプロセスチャンバーパラメータを調節する工程は、
ａ）微小機械構造の温度を変える工程と、
ｂ）プロセスチャンバー圧力を変える工程と、
ｃ）水蒸気の分圧を変える工程と、
ｄ）酸化ケイ素層をアルコール蒸気（例えば、メタノール蒸気又はイソプロピルアルコール蒸気）に曝す工程と、
ｅ）ＨＦ蒸気の分圧を変える工程とを含む工程群から１つ又は複数の工程を選択することを含む。
【００３０】
適宜、この方法は、さらに、酸化ケイ素層の露出面を酸化する工程を含む。酸化ケイ素層の露出面を酸化することには、これらの表面をより親水性にするという利点がある。これは、凝縮液体層の厚さを減らしつつ、凝縮液体層が濡らすのを助け、より薄くよりいっそう平らな（ｅｖｅｎ）層を形成し、それによってエッチングの一様性を改善する。
【００３１】
好ましくは、酸化ケイ素層の露出面を酸化する工程は、これらの表面を酸素プラズマに曝すことを含む。
【００３２】
好ましくは、この方法は、さらに、微細構造を反応性プラズマ化学反応物質に曝す工程を含む。この工程により、プラズマを任意の残留物、例えば、ホウ素及びリンと反応させて、気体であり、したがって構造から容易に除去できる揮発性化合物を生成することができる。
【００３３】
適宜、この方法は、さらに、親水性にするためにエッチングプロセスにより露出される表面に有機蒸気を導入する工程を含む。この工程は、露出面に水滴が付着するのを遅らせる働きをし、したがって毛管力誘発静止摩擦の発生する危険性を低減する。この工程の好適な有機蒸気は、２−［メチオキシ（ポリエチレンオキシ）プロピル］ヘプタメチルトリシロキサンを含む。
【００３４】
それとは別に、この方法は、さらに、疎水性にするためにエッチングプロセスにより露出される表面に有機蒸気を導入する工程を含む。この工程は、腐食しやすい露出面上に水が形成するのを遅らせる働きをする。この工程に好適な有機蒸気は、トリデカフルオロ−１，１，２，２−テトラヒドロオクチルトリクロロシラン及びヘプタデカフルオロ−１，１，２，２−テトラヒドロデシルトリクロロシランを含む。
【図面の簡単な説明】
【００３５】
本発明の態様及び利点は、以下の詳細な説明を読み、付属の図面を参照すると、明らかになるであろう。
【００３６】
【図１】シリコン含有基材と剥離層との間に配置された酸化ケイ素層を含むＭＥＭＳ構造の水蒸気触媒を使用する乾式エッチングを表す略図である。
【図２】本発明の態様の方法によりエッチングされる図１のＭＥＭＳ構造を表す略図である。
【図３】図２の部分的にエッチングされたＭＥＭＳ構造の凝縮流体層形成を表す略図である。
【図４】酸化ケイ素層の表面からの距離に対する水蒸気濃度を表すグラフである。
【図５】図２のチャンバー内のＨＦエッチング速度に対するチャンバー圧力及び温度の影響を表すグラフである。
【図６】本発明の態様によりＭＥＭＳ構造から特徴を剥離する方法を実行するのに適しているプロセスチャンバーシステムを表す略図である。
【発明を実施するための形態】
【００３７】
図２は、本発明の態様の方法によりエッチングされる、部分的にエッチングされた微細構造、つまりＭＥＭＳ構造１を表す略図である。ＭＥＭＳ構造１は、図１内にすでに示されているのと同じ形態であり、したがって、わかりやすくするため、この図の中、及び以下の説明全体を通して、類似の参照番号が使用され、例えば、シリコン含有基材３とアルミニウムで形成された剥離層４との間に配置されている二酸化ケイ素層２というように使用する。
【００３８】
以下で説明しているエッチング方法は、エッチングのため露出されている酸化物層２の表面に対してのみ凝縮流体層５の正確な形成及びその後の制御を行うためにプロセスチャンバーの条件を慎重に制御する（以下で詳述）ことに基づく。
【００３９】
式（１）で詳しく示されているように、水は、酸化ケイ素のエッチングの副産物である。その結果、副産物として生成される水の量がエッチングされる特定の酸化物に依存するため、凝縮流体層５の深さは、エッチングされる材料の影響を受ける。しかし、どのような酸化ケイ素がエッチングされるかに関係なく、プロセスチャンバー条件を、副産物として生成される水が凝縮流体層５の形成に必要な主要な水源であるように定めることができる。したがって、この固有の水源は、エッチングする凝縮流体層５を酸化ケイ素層の露出面に閉じ込めるために使用することができ、したがって、不適合な材料の有害な静止摩擦又は腐食が発生する可能性があるＭＥＭＳ構造１内の望ましくない部位には、凝縮流体層５はいっさい形成されない。しかし、必要な場合には、反応を開始し、及び／又は反応を維持するために、外部水蒸気源を用意してもよい。水が多すぎる場合には、他のプロセスチャンバーパラメータも、同様に、適宜修正することができる。
【００４０】
凝縮流体層５のさらなる詳細は、図３に示されているこの層の略図からわかる。凝縮流体層５は、エッチング反応剤、水（Ｈ２Ｏ）６、及びＨＦ分子７、並びにエッチングが進行するにつれ生成される副産物、例えば、四フッ化ケイ素（ＳｉＦ４）分子８を含む層と考えられる。商用用途向けに十分なレベルのエッチング速度、つまり約１０００〜５，０００Å／分を達成するように十分に高い濃度の反応剤を供給するために、凝縮流体層５が少なくとも１０Åの深さまで形成できるようにする必要があるが、この深さは少なくとも１００Åであるのが好ましい。凝縮流体層５の最大深さは、エッチングされるＭＥＭＳ構造１によりもっぱら定められる。しかし、液体が多すぎると、毛管力誘発静止摩擦が発生する可能性がある。この点をわかりやすくするために、図４に、図２のＭＥＭＳ構造１の場合の酸化ケイ素層の表面からの距離に対する水蒸気濃度の変化を表すグラフを示す。
【００４１】
毛管力誘発静止摩擦をさらに詳しく考察すると、液体が蒸発するにつれ、残留液体はできる限り小さな体積で形成する。しかし、構造表面と接触している液体は、強い面積力により引き付けられている。液体は、蒸発の間体積が縮小するにつれ収縮する。したがって、表面接触が強い場合、この効果により表面が引き付け合い、静止摩擦を発生しうる。したがって、毛管力誘発静止摩擦は多数の要因に依存する。存在する液体の量、接触面積、面積力、及び構造の機械的復元力である。
【００４２】
凝縮流体層５を制御することで、存在する液体の量及び表面接触面積が制限され、この両方により、毛管力誘発静止摩擦の発生を低減できる。さらに、凝縮流体層５の配置は、構造が支持されている場所に最も近いエッチング部位にある。この位置では、存在する流体及び蒸発効果は、隣接する表面を引き付け合うことに対する影響を最小にする。
【００４３】
ここで説明されている実施形態では、０．２μｍを超える深さだと、ＭＥＭＳ構造１が毛管力誘発静止摩擦の効果の影響を受け始めることになるだろう。実際、凝縮流体層５の深さが約０．１μｍだと、エッチング速度は約３，０００Å／分となることがわかっている。
【００４４】
上で言及されているように、多数の要因が、凝縮流体層５の形成に影響を及ぼす。例えば、凝縮流体層５の存在及び制御は、ＭＥＭＳ構造１の温度、プロセスチャンバーへのガス流、及びチャンバー圧力それ自体の影響を受ける。凝縮流体層５は、さらに、露出材料の表面特性の影響を強く受ける。したがって、凝縮流体層５の制御は、図５にグラフで表されているように気相と液相との間の移動とみなせる。そこで、凝縮流体層５の形成に対するプロセスチャンバーパラメータを変える効果は、以下のように要約できる。
ａ）ＭＥＭＳ構造１の温度を上げると、プロセスウィンドウは気相の方へ移動し、したがって凝縮流体層５の深さを低減する。
ｂ）プロセスチャンバー圧力を上げると、プロセスウィンドウは液相の方へ移動し、したがって凝縮流体層５の形成が促進される。
ｃ）水蒸気の分圧を上げると、凝縮流体層５の形成が促進される。
ｄ）水蒸気をアルコール蒸気（例えば、メタノール蒸気若しくはイソプロピルアルコール蒸気）で置き換えると、凝縮流体層５の形成が減少する。
ｅ）ＨＦの分圧を上げると、凝縮流体層５の形成が促進される。
【００４５】
上述のように、凝縮流体層５の形成はまた、エッチングされる材料の固有の特性の影響も受ける。例えば、親水性の表面により、凝縮液体層５が濡らすのを助け、それで平らな層を形成し、それによって凝縮液体層５の厚さを減らしつつエッチングの一様性を改善することができる。親水性の表面を生成する一方法は、表面を酸素プラズマに曝すことである。この表面処理の後に、材料をエッチングすることができる。このサイクルは、凝縮流体層５の特性の制御を維持しやすくするために繰り返すことができる。
【００４６】
このような制御工程は、犠牲酸化物層２が本質的に親水性であるため、ＭＥＭＳ構造１内で望ましい場合がある。さらに、エッチング時に他の材料が存在しているか、又は露出した場合、例えば、基材３の領域が露出した場合に、表面特性も変化し得る。これらの材料は、一般に、酸化物層２に比べて疎水性が高く、したがって、凝縮流体層５の液滴形成（ｂｅａｄｉｎｇ）を促進する。これにより、隣接する表面と接触し得る凝縮流体層５の最大深さが大きくなり、それによって静止摩擦を誘発する可能性がある。類似の効果はやはり液滴形成を促進し得る残留物を露出した場合に発生し得る。
【００４７】
疎水性であり液滴形成を促進する、下層の露出した面の露出の問題に対処するために、水蒸気と相互作用する好適な蒸気をプロセスチャンバー内に導入することができる。例えば、２−［メチオキシ（ポリエチレンオキシ）プロピル］ヘプタメチルトリシロキサンなどの有機蒸気を使用することができる。したがって、水蒸気が水滴となり、静止摩擦を誘発することを遅らせる親水性の表面を露出面に与えることができる。
【００４８】
それとは別に、下層の露出した面が腐食の影響を受けやすい場合、この表面を疎水性にするのが望ましい。これはまた、プロセスチャンバー内の水蒸気と相互作用し水蒸気が露出面に凝結するのを遅らせる有機蒸気の導入により達成される。この機能に好適な有機蒸気の例は、トリデカフルオロ−１，１，２，２−テトラヒドロオクチルトリクロロシラン及びヘプタデカフルオロ−１，１，２，２−テトラヒドロデシルトリクロロシランである。この有機蒸気のこの導入は、腐食を受けやすいこれらの表面に対するＨＦエッチングの進行を適度にする働きをする。
【００４９】
当業者であれば理解するように、ＰＳＧ、ＢＳＧ、及びＢＰＳＧなどのドープされたシリコン酸化物のエッチングの結果、残留物が後に残される。これらのエッチング副産物を除去するために、従来から洗浄水が使われている。しかし、導入部で説明したように、洗浄水を使用すると、毛管力誘発静止摩擦が発生する危険性が高まる。したがって、本発明の方法の範囲内で、遠隔プラズマユニットを使用して高反応性プラズマ化学反応物質がプロセスチャンバーに導入される。プラズマは、残留物、例えば、ホウ素及びリンと反応し、気体であり、したがって真空システムで除去できる揮発性化合物を生成する。したがって、このような工程により、ＭＥＭＳ構造１を静止摩擦に曝すことなく不要な残留物が除去される。この残留物除去工程は、同じ処理チャンバー内で、又は別の専用チャンバーで実行できる。さらに、これらのプロセスチャンバーは、自動処理を行えるようにクラスタ化することができる。
【００５０】
図６は、上述の方法により、ＭＥＭＳ構造１をエッチングするために使用されるエッチング装置９を表す略図である。このエッチング装置９は、３つの投入ライン１１、１２、及び１３に接続されているエッチングチャンバー１０と、排出真空ライン１４とを備えていることがわかる。
【００５１】
エッチングチャンバー１０内に、エッチングチャンバー１０内でエッチングされるＭＥＭＳ構造１を配置するのに好適な温度制御台座１５がある。エッチングチャンバー１０はそれ自体、エッチングチャンバー１０の内側にユーザーがアクセスしやすいようにする蓋１６を備えることがわかる。蓋１６内の中心には、セレン化亜鉛（ＺｎＳｅ）窓１７が配置され、これは、エッチングチャンバー１０の真空完全性を維持するための手段となるが、ただし、エッチングチャンバー１０内から赤外線を透過することができる。
【００５２】
エッチング装置９は、さらに、エッチングチャンバー１０の外部に配置され、ＺｎＳｅ窓と一致するパイロメーター１８を備える。パイロメーター１８は、光の捕捉を最大にするパイロメーター１８の固有の関連する最適な焦点距離が、パイロメーター１８と台座１５上に配置されているＭＥＭＳ構造１との間の距離と一致するように配置される。この最適な動作距離で、パイロメーター１８の感度は最大である。パイロメーター１８の動作波長は、一般に、８〜１２μｍであり、そのようなものとして、パイロメーター１８は、ＰＣＴ出願第ＰＣＴ／ＧＢ２００６／０００１４０号で著者らが詳しく説明しているように、赤外線、したがってＭＥＭＳ構造１の温度を監視するために使用されうる。
【００５３】
ＭＥＭＳ構造１が配置される台座１５は、温度コントローラにより、台座温度Ｔｐに設定され、維持することができる。この温度は、室温よりも高くても低くてもよく、エッチングプロセスを最適化するように特定の温度を選択するとよい（典型的には、２０〜４０℃）。それに加えて、エッチングプロセスでは、エッチングチャンバー１０の壁は、典型的には、約７０℃まで加熱される。
【００５４】
チャンバー１０内のエッチングガスの圧力Ｐｃは、チャンバー圧力コントローラ１９により監視される。圧力コントローラ１９は、さらに、真空ライン１４上に配置されている真空ポンプシステム２０の動作を制御することによりチャンバー１０内の圧力を制御する手段を提供するために使用されるガス流コントローラを組み込む。
【００５５】
ＨＦ蒸気２１は、２つの弁２３の間に配置されている質量流量コントローラ（ＭＦＣ）２２を通る第１の投入ライン１１によりチャンバー１０に制御可能に供給される。
【００５６】
第２の投入ライン１２によりチャンバー１０に、水及び／又はアルコールをその量を制御して供給する。特に、窒素キャリアガスが、水２５を入れた第１のバブラー装置２４に供給されるが、これは所望の量の水をエッチングチャンバー１０に搬送する手段を提供する。窒素キャリアガスが第１のバブラー２４を通る流れは、ＭＦＣ  ２２と一連の弁２３の組合せにより制御される。同様にして、窒素キャリアガスはまた、第２のバブラー装置２７内に配置されているアルコール供給源２６からアルコールをエッチングチャンバー１０に運ぶために使用される。
【００５７】
第３の投入ライン１３は、高反応性プラズマ化学反応物質及び／又は有機蒸気を遠隔プラズマ源又は有機蒸気源２８からエッチングチャンバー１０に供給するための手段となる。プラズマは、酸化ケイ素層２を酸化して疎水性を高めるか、又は任意の残留物、例えばホウ素及びリンと反応して、真空システム２０のポンプ動作で単純に送り出され得る揮発性ガス状化合物を生成するために使用されうる。
【００５８】
有機蒸気の導入は、疎水性であり、水滴形成効果の影響を受けやすい、下層の表面の露出という問題に対処するために使用することができる。また、下層の露出した面が腐食の影響を受けやすい場合、有機蒸気を使用して、この表面を疎水性にすることができる。これらのプロセスは両方とも、上で詳しく説明されている。
【００５９】
エッチングチャンバー１０の様々な構成要素及びパラメータの調節、例えば、窒素キャリアガスの供給、ＨＦ蒸気、チャンバー温度、及び圧力などを自動化するために、コンピュータコントローラ２９が使用される。
【００６０】
説明したエッチング方法を進めるために、凝縮流体層５の正確な監視を行えるようにする診断を得る必要がある。上述のように、凝縮流体層５の物理的特性は、ＭＥＭＳ構造１に対するエッチング速度に直接的影響を及ぼすので、エッチング速度を監視することにより凝縮流体層５の物理的特性の直接診断が得られる。
【００６１】
実際、エッチング速度は、様々な方法で、例えば、生成される副産物のレベルを監視すること、ウェハエッチングを直接監視すること、エッチングチャンバー条件の変化を監視すること、又はウェハ温度を測定することにより監視することができる。ここで説明されている実施形態では、エッチング速度を監視するために遠隔温度測定が使用される。
【００６２】
最初に、ＭＥＭＳ構造１は、台座上で所定の温度、〜３０℃に設定される。式（１）により記述される反応は、発熱反応であり、したがって、パイロメーター１８を使用してエッチング中にウェハ温度を監視することにより、ウェハ温度は、エッチング速度、したがって凝縮流体層５の物理的特性を監視する手段となる。
【００６３】
上述の方法及び装置の代替え実施形態では、試料上の様々な部位で試料ＴＳの温度を監視し、それらの様々な部位で凝縮流体層５を監視できるようにすると有益であることがわかっている。これを達成する一方法は、パイロメーター１８の代わりに蓋１６内に組み込まれている熱探知カメラを使用することであり、ＭＥＭＳ構造１の表面を見る手段を提供する。第２のアプローチは、蓋１６上に分配されているパイロメーター１８の配列を使用することであり、これはＭＥＭＳ構造１上の様々な点を見るための手段となる。しかし、当業者であれば、試料の温度を測定するどのような技術をも、代わりに使用できることを理解するであろう。
【００６４】
エッチング装置９を使用することで、ＭＥＭＳ構造１は、以下の方法でエッチングされる。ＭＥＭＳ構造１の温度は、３０℃に設定され、パイロメーター１８は、温度及びしたがって凝縮流体層５の形成を監視するために使用される。次いで、制御レベルのＨＦ蒸気２１及び水２５が、エッチングチャンバー１０に導入され、エッチングプロセスを開始する。エッチングが進行するにつれ、ＨＦ蒸気２１、水２５、及びアルコール２６の量は、エッチングチャンバーの圧力ＰＣとともに制御され、これにより必ず、凝縮流体層５は、エッチングされる酸化ケイ素層２にのみ存在する。エッチングが進行するにつれ、存在する水のアルコールに対する比、及びプロセスチャンバー１０条件、例えば、チャンバー圧力は、エッチングプロセス全体を通して、凝縮流体層５の特性を制御するように調節される。
【００６５】
実際、エッチングプロセスを開始するために、少量の水蒸気が必要になる場合があることがわかっている。しかし、エッチングが継続するにつれ、式（１）により強調されたように、主要な水源は、副産物として又は反応で生成する水である。エッチングは、水蒸気源の存在を必要とするので、エッチングプロセスは、酸化ケイ素層２の表面に事実上限定される。試料１及びエッチングチャンバー１０の他の部分の条件は、ＨＦエッチングが抑制される条件である。
【００６６】
それに加えて、ＭＥＭＳ構造１及びエッチングチャンバー１０内の腐食は、光化学効果を呈示することがわかっている。したがって、有害な光化学効果が作用しないことを確実にするように、エッチングプロセスではプロセスチャンバー１０を完全な暗所にすることが有益である。
【００６７】
エッチングされる構造は、使用されるエッチング方式を決定し、したがって必要なプロセスチャンバーの設備を決定する。例えば、大きな構造は、特定の厚さの凝縮流体層５を受け入れることができるが、脆い構造だと、薄くした、又はさらにはガス状の凝縮流体層５を必要とすることがある。プロセスは、加工される構造及び材料に合わせて手直しできる。
【００６８】
本発明は、従来技術で説明されているシステムに勝るいくつかの利点を有する。第１、凝縮流体層の正確な制御は、水触媒を使用するいわゆる湿式エッチング法及び乾式エッチング法の場合のような静止摩擦の影響を受けにくい、微細構造から特徴を剥離する信頼性の高い方法を実現する。それに加えて、このような効果は、アルコール触媒を使用する技術で説明されているいわゆる乾式エッチング法とは異なり、商用用途で使用する許容可能なレベルである、約３，０００Å／分のオーダーのエッチング速度を維持しつつ達成される。さらに、凝縮流体層は、エッチングされる露出面に限定されるので、微細構造の他の表面及びプロセスチャンバー自体に対する腐食の効果が著しく低減される。
【００６９】
説明されている方法はまた、柔軟性が高く、したがって、エッチングされる一連の酸化ケイ素層を含む一連の微細構造、例えば、ＭＥＭＳ構造で使用するように容易に適合されうる。
【００７０】
プラズマユニットの組み込みも、必要ならば酸化ケイ素層を酸化できるという利点も有し、或いは反応性プラズマ化学反応物質をプロセスチャンバーに導入して、微細構造から不要な残留物を取り除くことができる。
【００７１】
また、有機蒸気を導入し、液滴形成の効果を低減し、毛管力誘発静止摩擦の発生の危険性を低く、又は腐食の影響を受けやすい表面を疎水性にすることもできる。
【００７２】
本発明の前記の説明は、例示及び説明を目的として提示されており、網羅的であること、或いは本発明を添付の正確な形態に制限することを意図されていない。説明されている実施形態は、本発明の原理及びその実用的用途を最もよく説明するために選択され、記述されており、それにより、当業者は、考え付く特定の用途に適しているような様々な修正形態とともに本発明及び様々な実施形態を最もよく利用することができる。したがって、付属の請求項により定義されているような本発明の範囲から逸脱することなく、他の修正形態又は改善を組み込むことができる。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【国際調査報告】
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