(57)【要約】  処理室（１１）の中に位置する１つ又は複数のマイクロ構造体をエッチングするためのエッチングガス源（１０）を備える装置（９）及び方法が提供される。この装置は、ガス源（２６）及びエッチング材料（２８）を含むための１つ又は複数の室（２７）に付設されたガス源供給ライン（１２）を有している。使用において、１つ又は複数の室（２７）の中でエッチング材料（２８）がエッチング材料蒸気に変換され、ガス供給ライン（１２）は、キャリヤーガスをエッチング材料蒸気に供給するための手段、及び次いでキャリヤーガスによって移送されたエッチング材料蒸気を処理室（１１）に供給するための手段を備える。有利なことに、本発明の装置（９）は、エッチングガスの連続的な流れを達成するためにいかなる膨張室又は他の複雑な機械的な特徴の組み込みも必要としない。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
処理室の中に位置する１つ又は複数のマイクロ構造体をエッチングするためにエッチングガス源を提供するための装置であって、
ガス源に接続可能なガス源供給ライン及び
エッチング材料を入れるように構成された１つ又は複数の室を含み、
エッチング材料は、前記１つ又は複数の室の中でエッチング材料蒸気に変換され、前記ガス供給ラインは、ガス源からエッチング材料蒸気にキャリヤーガスを供給し、次いでキャリヤーガスによって移送されたエッチング材料蒸気を処理室へ供給するための手段を提供する、装置。
【請求項２】
エッチング材料が、標準状態条件下では固体である、請求項１に記載の装置。
【請求項３】
エッチング材料が、標準状態条件下では液体である、請求項１に記載の装置。
【請求項４】
キャリヤーガスが、処理室の中の１つ又は複数のマイクロ構造体のエッチングのための冷却媒体としても機能する、請求項１から３までのいずれか一項に記載の装置。
【請求項５】
１つ又は複数の室が、その室の中の温度を制御するための手段を提供するための温度制御手段を含む、請求項１から４までのいずれか一項に記載の装置。
【請求項６】
温度制御手段が、装置全体に適用される、請求項５に記載の装置。
【請求項７】
温度制御手段が、少なくとも１つの加熱要素を含む、請求項５又は６に記載の装置。
【請求項８】
１つ又は複数の室が、エッチング材料を支持するのに適した網目状フレームを含み、これがエッチング材料の下方に位置する副室領域を画定する、請求項１から７までのいずれか一項に記載の装置。
【請求項９】
１つ又は複数の室が、１つ又は複数の室をガス供給ラインに連結する第１導管を含む、請求項８に記載の装置。
【請求項１０】
１つ又は複数の室が、１つ又は複数の室をガス供給ラインに連結する第２導管を更に含む、請求項９に記載の装置。
【請求項１１】
第１導管の一端が、１つ又は複数の室の中に位置し、キャリヤーガスがエッチング材料の第１表面の上方に直接供給される、請求項１０に記載の装置。
【請求項１２】
第１導管の一端が、副室の中に位置している、請求項１１に記載の装置。
【請求項１３】
第２導管の一端が、１つ又は複数の室の中に位置し、キャリヤーガスがエッチング材料の第１表面の下方に直接供給される、請求項１０から１２までのいずれか一項に記載の装置。
【請求項１４】
第２導管の一端が、副室の中に位置している、請求項１０から１３までのいずれか一項に記載の装置。
【請求項１５】
エッチングガス源の中に第１又は第２導管を位置させるためのチャネルを提供する導管支持管を更に含む、請求項１０から１４までのいずれか一項に記載の装置。
【請求項１６】
キャリヤーガスとエッチング材料の間の表面積を増加させるための手段を提供する複数の人工ボイドを更に含む、請求項１から１５までのいずれか一項に記載の装置。
【請求項１７】
人工ボイドを形成するように構成された複数のパッキング材料を含む、請求項１６に記載の装置。
【請求項１８】
パッキング材料が、良好な熱伝導率の材料を含む、請求項１７に記載の装置。
【請求項１９】
パッキング材料が、ポリテトラフルオロエチレンを含む、請求項１７に記載の装置。
【請求項２０】
パッキング材料が、ステンレススチールを含む、請求項１７に記載の装置。
【請求項２１】
人工ボイドを形成するように構成された予備形成された挿入物を含む、請求項１６に記載の装置。
【請求項２２】
エッチングガス源が、１つ又は複数の室を振動させるための手段を提供する１つ又は複数の機械的なバイブレーターを更に含む、請求項１から２１までのいずれか一項に記載の装置。
【請求項２３】
ガス室に連結できる１つ又は複数の導管が、フレキシブルパイプを含むことが好ましい、請求項１から２２までのいずれか一項に記載の装置。
【請求項２４】
１つ又は複数の室が、１つ又は複数の実質的に接線方向の入口導管を含み、各入口導管が第１導管と連結され、キャリヤーガスをしてエッチング材料を物理的に撹拌せしめるための手段を提供する、請求項１から２３までのいずれか一項に記載の装置。
【請求項２５】
直列につなぎ合わされた２つ又はそれ以上の室を含む、請求項１から２４までのいずれか一項に記載の装置。
【請求項２６】
エッチング材料が、処理室に供給される前にキャリヤーガスを飽和する、請求項２５に記載の装置。
【請求項２７】
エッチング材料が、希ガスフッ化物を含む、請求項１から２６までのいずれか一項に記載の装置。
【請求項２８】
希ガスフッ化物が２フッ化クリプトン及びフッ化キセノンを含む群から選択される、請求項２７に記載の装置。
【請求項２９】
エッチング材料がフッ化ハロゲンを含む、請求項１から２６までのいずれか一項に記載の装置。
【請求項３０】
フッ化ハロゲンが、３フッ化臭素、３フッ化塩素、５フッ化ヨウ素を含む群から選択されたものである、請求項２９に記載の装置。
【請求項３１】
キャリヤーガスが不活性ガスを含む、請求項１から２６までのいずれか一項に記載の装置。
【請求項３２】
不活性ガスがヘリウムである、請求項３１に記載の装置。
【請求項３３】
キャリヤーガスが窒素である、請求項１から２６までのいずれか一項に記載の装置。
【請求項３４】
１つ又は複数の質量流量制御装置によって前記室へのキャリヤーガスの供給を制御する、請求項１から３３までのいずれか一項に記載の装置。
【請求項３５】
１つ又は複数のバルブによって前記室へのキャリヤーガスの供給を更に制御する、請求項３４に記載の装置。
【請求項３６】
１つ又は複数のマイクロ構造体を位置させるのに適した処理室、及び
請求項１から３５までのいずれか一項に記載のエッチングガス源を提供する装置
を含む、気相エッチング装置。
【請求項３７】
エッチングガス源が、処理室への導入ラインの中に位置する、請求項３６に記載の装置。
【請求項３８】
気相エッチング装置が、処理室の中に真空状態を作り出し、維持するための手段を提供する、処理室からの排出ラインの中に位置する真空ポンプを更に含む、請求項３７に記載の装置。
【請求項３９】
処理室の中で圧力を監視するための手段を提供するために、圧力計を処理室に連結している、請求項３７から３８までのいずれか一項に記載の装置。
【請求項４０】
気相エッチング装置が、処理室を排気するための手段を提供する、処理室への導入ライン内に位置するガス排気口を更に含む、請求項３７から３９までのいずれか一項に記載の装置。
【請求項４１】
気相エッチング装置が、処理室に追加の処理流体を供給するための手段を提供するために導入ラインに連結された１つ又は複数の追加の流体供給ラインを更に含む、請求項３７から４０までのいずれか一項に記載の装置。
【請求項４２】
真空ポンプに１つ又は複数の追加の流体供給ラインが連結している、請求項４１に記載の装置。
【請求項４３】
処理室の中に位置する１つ又は複数のマイクロ構造体をエッチングする方法であって、
ａ）エッチング材料を最初の状態からエッチング材料蒸気に変換する工程；及び
ｂ）キャリヤーガスを用いてエッチング材料蒸気を移送し、次いでエッチング材料蒸気を処理室に供給する工程
を含む、方法。
【請求項４４】
前記方法を繰り返して、キャリヤーガスがエッチング材料蒸気で飽和されることを確保する、請求項４３に記載の方法。
【請求項４５】
エッチング材料の変換が、固体である最初の状態からのエッチング材料の昇華を含む、請求項４３又は４４に記載の方法。
【請求項４６】
エッチング材料の変換が、液体である最初の状態からのエッチング材料の気化を含む、請求項４３又は４４に記載の方法。
【請求項４７】
キャリヤーガスが、処理室の中の１つ又は複数のマイクロ構造体のエッチングのための冷却媒体としても機能する、請求項４３から４６までのいずれか一項に記載の方法。
【請求項４８】
人工の機械的なボイドのエッチング材料への添加によってキャリヤーガスによるエッチング材料蒸気の捕捉の効率を増大させる、請求項４３から４７までのいずれか一項に記載の方法。
【請求項４９】
エッチング材料へのパッキング材料の添加が、人工の機械的なボイドを作り出す、請求項４８に記載の方法。
【請求項５０】
人工の機械的なボイドが、そこを通ってキャリヤーガスが全体に広がる複数の経路を作り出し、キャリヤーガスとエッチング材料との接触の領域が増加する、請求項４８又は４９に記載の方法。
【請求項５１】
エッチング材料を撹拌することによってキャリヤーガスによるエッチング材料蒸気の捕捉の効率を増大させる、請求項４３から５０までのいずれか一項に記載の方法。
【請求項５２】
エッチング材料を加熱して、材料を所定の一定温度に維持することにより、エッチングの方法の効率を増大させる、請求項４３から５１までのいずれか一項に記載の方法。
【請求項５３】
処理室の中のエッチング材料蒸気の分圧をエッチング材料の蒸気圧より低く維持する、請求項４３から５２までのいずれか一項に記載の方法。
【請求項５４】
エッチング材料の温度を上昇させることにより、前記エッチング材料蒸気の分圧を増大させる、請求項４３から５３までのいずれか一項に記載の方法。
【請求項５５】
処理室の中でエッチング材料蒸気の分圧を上昇させることにより、エッチングが起こる速度を増大させる、請求項４３から５４までのいずれか一項に記載の方法。
【請求項５６】
エッチングされる１つ又は複数のマイクロ構造体のサイズに対応して処理室の中のエッチング材料蒸気の分圧を選択する追加の工程を含む、請求項４３から５５までのいずれか一項に記載の方法。
【請求項５７】
エッチング材料蒸気を処理室に供給する速度を、所望のエッチング速度及び処理室からの前記エッチング材料蒸気の除去の速度に応じて選択する、請求項４３から５６までのいずれか一項に記載の方法。
【請求項５８】
本来の酸化物層がエッチングされる破過工程を提供する追加の工程を含む、請求項５７に記載の方法。
【請求項５９】
破過工程が、処理室においてエッチング材料蒸気と反応し、その生成物が本来の酸化物層をエッチングするように選択した流体を加えることを含む、請求項５８に記載の方法。
【請求項６０】
破過工程が、プラズマ、イオンビーム又は紫外線のようなエネルギー源を使用してＸｅＦ２を分解することを含む、請求項５９に記載の方法。
【請求項６１】
次の追加の工程：
ａ）キャリヤーガスの供給を防止する工程；
ｂ）真空ポンプを用いて処理室にエッチング材料をポンプ輸送する工程；及び
ｃ）処理室の中の圧力を測定する工程
を更に含み、前記処理室の中の圧力の測定が、ガス源室の中のエッチング材料の量を求める手段を提供する、請求項４２から５９までのいずれか一項に記載の方法。
【請求項６２】
エッチング材料の昇華速度を測定することにより、ガス源室の中のエッチング材料の量を求める、請求項６０に記載の方法。
【請求項６３】
次の工程：
ａ）処理室外へのガス流出を防止する工程；
ｂ）処理室の中の圧力の上昇を監視する工程；及び
ｃ）処理室の中の圧力の上昇速度を求める工程
を更に含み、前記圧力の上昇速度を求めることが、ガス源室の中のエッチング材料の消費を監視するための手段を提供する、請求項４２から６１までのいずれか一項に記載の方法。
【請求項６４】
次の追加の工程：
ａ）ガス源室へのキャリヤーガス流量を測定する工程；
ｂ）ガス源室を出て行くエッチング材料蒸気及びキャリヤーガスの総質量流量を測定する工程；及び
ｃ）総質量流量及びキャリヤーガス流量からエッチング材料蒸気流量を求める工程
を含み、前記エッチング材料蒸気流量を求めることが、処理室へのエッチング材料蒸気の制御された供給を提供するためにキャリヤーガス流量を制御するためのフィードバックの手段を提供する、請求項６３に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、マイクロ構造体の製造の分野に関するものである。マイクロ構造体は、基板又はその他の被着材料に関係する材料の除去を必要とするマイクロ電気機械システム（ＭＥＭＳ）の形態のものある。更に詳しくは、本発明は、これらのマイクロ構造体の製造と関係する気相エッチング方法の改良方法及び装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
ＭＥＭＳは、マイクロエンジニアリング又はリソグラフィに基づく方法を使用して基板の上に組み立てられる装置を記述するために当業者によって一般的に使用される用語である。これらの装置は、機械的センサー及び機械的、光学的な構成要素、バイオエンジニアリング装置、ＲＦ装置及び多くのその他のものを含むことができる。
【０００３】
近接の層又は部分を除去しないで多層構造中の犠牲層又は部分を除去するためのエッチング方法の使用は、ＭＥＭＳの製造において必要かつ一般的な方法である。ＸｅＦ２は外部のエネルギー源又はイオン衝撃を必要とせずに蒸気相において等方向に同時にシリコンをエッチングするので、この手順の中でキセノンジフロライド（ＸｅＦ２）エッチング技術を使用することは当業者にはよく知られている。更に、室温においてエッチング速度は速く、ＭＥＭＳの製造に通常使用される他の材料（例えば多くの金属、誘電体及びポリマーなど）に関する選択性も非常に高いことが知られている。犠牲材料としてシリコンを使用する場合、前記要因により、このエッチング方法は、ＭＥＭＳ構造のリリース（ｒｅｌｅａｓｅ）に理想的なものである。
【０００４】
室温及び大気圧においては、ＸｅＦ２は白い結晶固体であり、結晶サイズは、凝固が起こる条件によって決まる。昇華は、２５℃で〜４トールの蒸気分圧で起こる。蒸気分圧は、ガスの混合物の特定の成分、この場合、ＸｅＦ２によって加えられた圧力をいう。
【０００５】
しかしながら、ＸｅＦ２の使用の１つの欠点は、それが水蒸気の存在下でＨＦを形成し、それが注意深く単離されない場合、ユーザーに対し重要な安全上の問題を引き起こすということである。
【０００６】
ＸｅＦ２は、以下の表現で定義される主反応でシリコンをエッチングする：
２ＸｅＦ２＋Ｓｉ→２Ｘｅ＋ＳｉＦ４      （１）
この反応は、発熱性であるので、エッチング工程の間、基板温度の上昇が観測される。理解され得るように、シリコンのエッチングが起こる速度は、存在するＸｅＦ２蒸気の量に比例する、すなわちＸｅＦ２の分圧が高ければ高いほど、エッチング速度は速くなる。
【０００７】
ＭＥＭＳに関するこのタイプのエッチングへの最初の言及の１つは、Ｅ．Ｈｏｆｆｍａｎ、Ｂ．Ｗａｒｎｅｋｅ、Ｅ．Ｊ．Ｊ．Ｋｒｕｇｇｌｉｃｋ、Ｊ．Ｗｅｉｇｏｌｄ及びＫ．Ｓ．Ｊ．Ｐｉｓｔｅｒ、「標準のＣＭＯＳにおける圧電抵抗センサーについての３Ｄ構造（３Ｄ  ｓｔｒｕｃｔｕｒｅｓ  ｗｉｔｈ  ｐｉｅｚｏｒｅｓｉｓｔｉｖｅ  ｓｅｎｓｏｒｓ  ｉｎ  ｓｔａｎｄａｒｄ  ＣＭＯＳ）」、マイクロ電気機械システムワークショップ報文集（Ｐｒｏｃｅｅｄｉｎｇｓ  ｏｆ  Ｍｉｃｒｏ  Ｅｌｅｃｔｒｏ  Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ  Ｓｙｓｔｅｍｓ  Ｗｏｒｋｓｈｏｐ）（ＭＥＭＳ  ’９５）、２８８〜２９３頁、１９９５年においてなされたものである。この装置の中では、ＸｅＦ２ガスの連続流がエッチングプロセスのために使用されている。
【０００８】
この連続流方法のさらなる改良に続いて、使用された装置が、Ｆ．Ｉ．Ｃｈａｎｇ、Ｒ．Ｙｅｈ，Ｇ．Ｌｉｎ、Ｐ．Ｂ．Ｃｈｕ、Ｅ．Ｈｏｆｆｍａｎ、Ｅ．Ｊ．Ｊ．Ｋｒｕｇｌｉｃｋ及びＫ．Ｓ．Ｊ．Ｐｉｓｔｅｒ、「光学的処理及びマルチメディアの用途のためのマイクロ電子工学構造及びマイクロ電子機械装置における２フッ化キセノンでの気相シリコンマイクロマシニング（Ｇａｓ  Ｐｈａｓｅ  Ｓｉｌｉｃｏｎ  Ｍｉｃｒｏｍａｃｈｉｎｉｎｇ  Ｗｉｔｈ  Ｘｅｎｏｎ  Ｄｉｆｌｕｏｒｉｄｅ  Ｉｎ  Ｍｉｃｒｏｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ  Ｓｔｒｕｃｔｕｒｅｓ  Ａｎｄ  Ｍｉｃｒｏｅｌｅｃｔｒｏｍｅｃｈａｎｉｃａｌ  Ｄｅｖｉｃｅｓ  Ｆｏｒ  Ｏｐｔｉｃａｌ  Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ  Ａｎｄ  Ｍｕｌｔｉｍｅｄｉａ  Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ）」、Ｐｒｏｃ．ＳＰＩＥ．第２６４１巻、第１１７〜１２８頁、１９９５年及び米国特許第５，７２６，４８０号（カリフォルニア大学の評議委員の名前で）（図１を参照）に記載されている。
【０００９】
図１の連続エッチング装置１は、ＸｅＦ２結晶を含むガス源室４に対して第１バルブ３によって接続されたエッチング室２を含むことがわかる。第２バルブ５を通してエッチング室２も窒素（Ｎ２）パージしている。エッチング室２は、内部のサンプル装置と共に真空ポンプ６によって適度の減圧まで一旦吸引して下げ、第１バルブ３を開くとＸｅＦ２結晶の少量が、低い圧力において気化し、ＸｅＦ２ガスがエッチング室２に入る。これらの条件下では、１分あたり１〜３ミクロンの典型的なエッチング速度が観測されると当業者には認識されているが、正確なエッチング速度は、エッチングされる特徴部分のサイズ及び密度に依存する。
【００１０】
この連続エッチング装置１に関する主要な弱点は、それがエッチング工程のために付与すべき制御が欠如していることである。第１バルブ３は、開いた位置及び閉じた位置の間で動き、それに応じてエッチングガスの流れが、オン又はオフとなる。このシステムのさらなる不利益は、それがＸｅＦ２結晶の必要な気化を引き起こすためにガス源室４とエッチング室２の間の圧力差に依存するという事実にある。したがって、エッチング室２の中における圧力がいくらか上昇し、又はガス源室４の中における圧力がいくらか減少すると、装置１の運転における効率が減少することになる。したがって、エッチングプロセスは、ソース室４の中のＸｅＦ２結晶の量、材令及び経歴に直接的に依存する。
【００１１】
また、式（Ｉ）の反応は発熱性であるので、サンプルを破損することがある、例えば熱衝撃などの問題を引き起こすサンプルの温度上昇（これは不活性ガスを加えることによって通常は達成される）を防ぐためにサンプルの冷却が望ましいことは当業者によって理解されている。典型的にこれは、エッチング室２の中に第２バルブ５を開けて窒素ガスを入れることによって、この不活性ガスが冷却媒体として作用するために、達成され得る。しかしながら、窒素ガスをエッチング室２に導入する場合、エッチングプロセスの効率が減少することに注意すべきである。これは、その結果としてエッチング室の中の圧力における上昇が生じ、それがエッチング室２中へのＸｅＦ２の流れにおける減少を引き起こすために起こる。
【００１２】
ＸｅＦ２ガスの一定不変の流れは、使用した結晶の比較的高価なＸｅＦ２の量を増加させたために、歴史的に連続エッチングシステムは、無駄で高価であると見なされてきた。
【００１３】
前記弱点の１つ又は複数を回避しようとするために、いわゆるパルス型エッチング装置が開発された。これらの最初のものは、Ｐ．Ｂ．Ｃｈｕ、Ｊ．Ｔ．Ｃｈｅｎ、Ｒ．Ｙｅｈ、Ｇ．Ｌｉｎ、Ｊ．Ｃ．ＰＨｕａｎｇ、Ｂ．Ａ  Ｗａｍｅｋｅ及びＫ．Ｓ．Ｊ．Ｐｉｓｔｅｒ、「２フッ化キセノンでの制御されたパルス−エッチング（Ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｄ  Ｐｕｌｓｅ−Ｅｔｃｈｉｎｇ  ｗｉｔｈ  Ｘｅｎｏｎ  Ｄｉｆｌｕｏｒｉｄｅ）」、Ｔｒａｎｓｄｕｃｅｒｓ、’９７、Ｃｈｉｃａｇｏ  ＩＬ．、１〜４頁、１９９７年６月に記載されている。このパルス型エッチングシステム７は、図２に図式的に示されている。一定量のＸｅＦ２ガスをプレ測定して、このガスをエッチング工程の増進に使用する例えば窒素冷却ガスなどの他のガスに混合するために膨張室８と呼ばれる中間室を使用することをシステム７に見ることができる。次いで膨張室８の内容物は、シリコンの必要なエッチングを実行するためにエッチング室２に放出される。ＸｅＦ２ガスが十分に反応した後に、エッチング室２及び典型的には膨張室８も、荒引き又は真空ポンプ６の使用によって排気される。シリコンのエッチングが所望の程度起こるまで、この方法は繰り返される。
【００１４】
前記パルス型エッチングシステム７は、更にある種の固有の弱点を示す。第１にそれは、ＸｅＦ２ガス流を真に制御していない。膨張室８内の導入圧力及びそれゆえにエッチング室２及び膨張室８の容積比によって、エッチング室２の圧力は決まる。膨張室８がエッチング室２に付設されている場合、この圧力は必然的に低下する。新しい分圧は、エッチング室２に対する膨張室８の容積比に依存する。例えば、それらが接続されている場合、エッチング室２が膨張室８と同じサイズであるならば、ＸｅＦ２の分圧は半分になる。直接的な結果として、エッチング速度も半分になる。したがって、このようなシステムでは、エッチング速度は、エッチング室２に対する膨張室８の比率に依存している。したがって、膨張室８及びエッチング室２が典型的に同様の容積である場合、エッチング圧力は、直接的に制御されないで、実際には通常使用可能な圧力の約半分にすぎない。
【００１５】
このシステム７の第２の重要な欠点は、システムのサイクル操作性である。特に、膨張室８は、エッチングが始まる前に、満たすための時間を必要とし、それはエッチング工程の間中、エッチング室２に対して開かれ、サイクルの排気工程の間中、典型的に排気されるので、それはエッチングプロセスにおける律速工程を形成する。この制限は、主として前のサイクルの排気工程の後にＸｅＦ２ガスで膨張室８を再び満たすのに要する時間から起こる。この待ち時間は、しばしば合計の工程時間或いは装置がエッチング室２において費やす時間（実際のエッチング時間の約２倍である）の中でこのように生ずるエッチングサイクルの重要な時間であり得る。
【００１６】
このシステムのさらなる欠点は、膨張室８及びエッチング室２が接続されている場合、それらがどんな外部の影響からも隔離されるという事実から生じる。したがって、それらが接続されている場合における前記室のＸｅＦ２蒸気の分圧は最大になる。しかしながら、エッチングが進むにつれて前記室の中のＸｅＦ２蒸気の量は、急に下がり、これが起こるにつれてエッチング速度もまた急に下がる。エッチング目的のためにＸｅＦ２の利用を最大にしようとする場合、著しく長いエッチング時間となる。更にまた、実際のエッチングシステムでは、ポンプで排出されたＸｅＦ２蒸気が常に存在する。
【００１７】
改良されたパルス型エッチングシステムが、Ｌｅｂｏｕｉｔｚ他の名義の米国特許出願第２００２／００３３２２９号に記載されている。この出願は、エッチング室及び例えばＸｅＦ２ガスなどのエッチングガス源と流体連絡状態にあるさまざまな容積の膨張室、一定の容積の膨張室又はこれらの組み合わせを含むシステムを教示している。複数の膨張室の導入は、Ｃｈｕ他のシステム７の膨張室を再び満たす際に経験された休止時間を軽減する。その上、膨張室が折りたたみ可能であるという事実は、エッチング圧力の多少の制御を可能にするが、この圧力制御は、二次的な性質のものにすぎない。
【００１８】
さらなる代替のパルス型エッチングシステムは、リフレクティビティ（Ｒｅｆｌｅｃｔｉｖｉｔｙ）社の名義の米国特許出願第２００２／０１９５４３３号に記載されている。この出願は、変化し得る容積の膨張室を再び含むパルス型エッチングシステムを教示する。この特定のシステムへの重要な追加は、再循環ポンプシステムを含むことである。したがって、エッチング室が一旦仕込まれると、ポンプは、工程のエッチング速度及び均質性を改良しようとしてガスを再循環させるのに使用される。
【００１９】
Ｌｅｂｏｕｉｔｚ他のシステム及びリフレクティビティ社のシステムの両方の重要な欠点は、装置を生産するのに必要なエンジニアリングが増加すること、及びこのエンジニアリングの増加のみならず必要な追加要素に関係して費用が増加することである。
【発明の開示】
【課題を解決するための手段】
【００２０】
本発明の第１態様によれば、処理室の中に位置する１つ又は複数のマイクロ構造体をエッチングするためにエッチングガス源を提供するための装置であって、前記ガス源に接続可能なガス源供給ライン及びエッチング材料を入れるように構成された１つ又は複数の室を含み、エッチング材料は、１つ又は複数の室の中でエッチング材料蒸気に変換され、ガス供給ラインは、ガス源からエッチング材料蒸気にキャリヤーガスを供給するための手段、及び次いでキャリヤーガスによって移送されたエッチング材料蒸気を処理室へ供給するための手段を提供する、装置が提供される。
【００２１】
好ましくは、前記エッチング材料は、標準状態条件下では固体である。或いは、前記エッチング材料は標準状態条件下では液体である。
【００２２】
最も好ましくは、前記キャリヤーガスはまた、処理室の中の１つ又は複数のマイクロ構造体のエッチングのための冷却媒体として機能する。
【００２３】
場合により、前記１つ又は複数の室は、室の中で温度を制御するための手段を提供するための温度制御手段を含む。
【００２４】
場合により、前記温度制御手段は、装置全体に適用される。
【００２５】
場合により、前記温度制御手段は、少なくとも１つの加熱要素を含む。
【００２６】
場合により、前記１つ又は複数の室は、エッチング材料を支持するのに適した網目状フレームを含み、これはエッチング材料の下方に位置する副室領域を画定する。
【００２７】
好ましくは、前記１つ又は複数の室は、１つ又は複数の室をガス供給ラインに連結する第１導管を含む。この実施形態において、エッチング材料蒸気は、第１導管を経由してガス供給ライン中に引き込まれ、キャリヤーガスによって吸収され、次いで必要に応じて処理室に供給される。
【００２８】
場合により、前記１つ又は複数の室は、更に１つ又は複数の室をガス供給ラインに連結する第２導管を含む。この代替の実施形態においては、キャリヤーガスを第１導管を経由して１つ又は複数の室に直接供給する。次いで、キャリヤーガスは、エッチング材料蒸気を輸送し、次いで第２導管を経由してガス供給ラインに戻される。
【００２９】
好ましくは、前記第１導管の一端は、１つ又は複数の室の中に位置し、キャリヤーガスをエッチング材料の第１表面の上方に直接供給する。場合により、第１導管の一端は、副室の中に位置している。
【００３０】
場合により、前記第２導管の一端は、１つ又は複数の室の中に位置し、キャリヤーガスをエッチング材料の第１表面の下方に直接供給する。場合により、第２導管の一端は、副室の中に位置している。
【００３１】
場合により、前記装置は、エッチングガス源の中に第１又は第２導管を位置させるためのチャネルを提供する導管支持管を更に含む。
【００３２】
好ましくは、前記装置は、キャリヤーガスとエッチング材料の間の表面積を増加させるための手段を供給する複数の人工ボイドを更に含む。
【００３３】
好ましくは、前記装置は、前記人工ボイドを形成するように構成された複数のパッキング材料を含む。
【００３４】
好ましくは、前記パッキング材料は、良好な熱伝導率の材料を含む。場合により、前記パッキング材料は、ポリテトラフルオロエチレンを含む。さらなる代替において、パッキング材料は、ステンレススチール又はアルミニウムを含む。
【００３５】
さらなる代替において、前記装置は、前記人工ボイドを形成するように構成された予備形成された挿入物を含む。
【００３６】
場合により、前記エッチングガス源は、１つ又は複数の室を振動させるための手段を提供する１つ又は複数の機械的なバイブレーターを更に含む。この実施形態においては、第１及び第２導管は、好ましくは、フレキシブルパイプを含む。
【００３７】
場合により、前記１つ又は複数の室は、各導管が第１導管と連結される１つ又は複数の実質的に接線方向の入口導管を含み、キャリヤーガスにエッチング材料を物理的に撹拌させるための手段を提供する。
【００３８】
場合により、前記エッチングガス源は、直列につなぎ合わされた２つ又はそれ以上の室を含む。この実施形態においては、処理室に供給される前にエッチング材料が、キャリヤーガスを確実に飽和するようにする。
【００３９】
最も好ましくは、前記エッチング材料は希ガスフッ化物を含む。好ましくは、希ガスフッ化物は、２フッ化クリプトン及びフッ化キセノンを含む群から選択される。フッ化キセノンは、２フッ化キセノン、４フッ化キセノン及び６フッ化キセノンを含む群である。
【００４０】
代わりに、前記エッチング材料は、フッ化ハロゲンを含む。好ましくは、フッ化ハロゲンは、３フッ化臭素、３フッ化塩素、５フッ化ヨウ素を含む群から選択されたものである。
【００４１】
好ましくは、前記キャリヤーガスは、不活性ガスを含む。最も好ましくは、不活性ガスは、ヘリウムである。
【００４２】
代わりに、前記キャリヤーガスは、窒素である。
【００４３】
好ましくは、前記室へのキャリヤーガスの供給は、１つ又は複数の質量流量制御装置によって制御される。
【００４４】
更に、前記室へのキャリヤーガス供給は、１つ又は複数のバルブによって更に制御される。
【００４５】
本発明の第２態様によれば、１つ又は複数のマイクロ構造体を位置させるのに適した処理室及び本発明の第１態様によるエッチングガス源を含む気相エッチング装置が提供される。
【００４６】
好ましくは、前記エッチングガス源は、処理室への導入ラインの中に位置させる。
【００４７】
好ましくは、前記気相エッチング装置は、処理室の中で真空状態を作り出し、維持するための手段を提供する、処理室からの排出ラインの中に位置する真空ポンプを更に含む。
【００４８】
好ましくは、圧力計が、処理室の中で圧力を監視するための手段を提供するために処理室に連結されている。
【００４９】
好ましくは、前記気相エッチング装置は、処理室を排気するための手段を提供する、処理室への導入ライン内に位置するガス排気口を更に含む。
【００５０】
場合により、前記気相エッチング装置は、処理室に例えば水などの追加の処理流体を供給するための手段を提供するために導入ラインに連結された１つ又は複数の追加の流体供給ラインを更に含む。
【００５１】
好ましくは、前記１つ又は複数の追加の流体供給ラインは、真空ポンプに連結される。
【００５２】
本発明の第３の態様によれば、処理室の中に位置する１つ又は複数のマイクロ構造体をエッチングする方法で、次の工程：
１）エッチング材料を最初の状態からエッチング材料蒸気に変換する工程；
２）エッチング材料蒸気を移送し、次いでエッチング材料蒸気を処理室に供給するためにキャリヤーガスを使用する工程
を含むエッチング方法が提供される。
【００５３】
場合により、前記方法は、キャリヤーガスがエッチング材料蒸気で飽和されることを確実にするために繰り返される。
【００５４】
最も好ましくは、前記エッチング材料の変換は、固体である最初の状態からのエッチング材料の昇華を含む。
【００５５】
代わりに、前記エッチング材料の変換は、液体である最初の状態からのエッチング材料の気化を含む。
【００５６】
最も好ましくは、また、前記キャリヤーガスは、処理室の中の１つ又は複数のマイクロ構造体のエッチングのための冷却媒体として機能する。
【００５７】
好ましくは、前記キャリヤーガスによるエッチング材料蒸気の捕捉の効率は、人工の機械的なボイドのエッチング材料への添加によって増大する。
【００５８】
好ましくは、エッチング材料へのパッキング材料の添加が、前記人工の機械的なボイドを作り出す。
【００５９】
好ましくは、前記人工の機械的なボイドが、そこを通ってキャリアーガスが全体に広がる複数の経路を作り出し、キャリヤーガスとエッチング材料との接触の領域が増加する。
【００６０】
好ましくは、前記キャリヤーガスによるエッチング材料蒸気の捕捉の効率は、エッチング材料を撹拌することによって増大する。
【００６１】
好ましくは、前記エッチングの前記方法の効率は、所定の一定温度で材料を維持するためにエッチング材料を加熱することによって増大する。
【００６２】
好ましくは、前記処理室の中のエッチング材料蒸気の分圧は、エッチング材料の蒸気圧より低く維持される。
【００６３】
場合により、前記エッチング材料蒸気の分圧は、エッチング材料の温度を上昇させることによって増大する。
【００６４】
場合により、前記エッチングが起こる速度は、処理室の中でエッチング材料蒸気の分圧を上昇させることによって増大する。
【００６５】
好ましくは、前記方法は、エッチングされる１つ又は複数のマイクロ構造体のサイズに対応して処理室におけるエッチング材料蒸気の分圧を選択する追加の工程を含む。
【００６６】
場合により、前記エッチング材料蒸気が処理室に供給される速度は、所望のエッチング速度及び処理室からエッチング材料蒸気の除去の速度に応じて選択される。
【００６７】
場合により、前記方法は、本来の酸化物層がエッチングされる破過工程を与える追加のステップを含む。
【００６８】
好ましくは、前記破過工程は、処理室の中でエッチング材料蒸気と反応し、その生成物が本来の酸化物層をエッチングするために選択される流体を加えることを含む。
【００６９】
好ましくは、前記破過工程は、例えばプラズマ、イオンビーム又は紫外線などのエネルギー源を使用してＸｅＦ２を分解すること含む。次いで生成したフッ素ガスは、酸化物層をエッチングする。
【００７０】
場合により、前記方法は、次の追加の工程；
１）キャリヤーガスの供給を防止する工程；
２）処理室にエッチング材料をポンプ輸送する真空ポンプを使用する工程；及び
３）処理室の中の圧力を測定する工程
を更に含み、前記処理室の中の圧力の測定は、ガス源室におけるエッチング材料の量を求める手段を提供する。
【００７１】
場合により、前記ガス源室中のエッチング材料の量は、エッチング材料の昇華速度を測定することによって定量される。
【００７２】
場合により、前記方法は、次の追加の工程；
１）処理室外へのガス流出を防止する工程；
２）処理室の中の圧力の上昇を監視する工程；及び
３）処理室の中の圧力の上昇速度を測定する工程
を更に含み、前記圧力の上昇速度の測定は、ガス源室におけるエッチング材料の消費を監視するための手段を提供する。
【００７３】
場合により、前記方法は、次の追加の工程；
１）ガス源室へのキャリヤーガス流量を測定する工程；
２）ガス源室を出て行くエッチング材料蒸気及びキャリヤーガスの総質量流量を測定する工程；及び
３）総質量流量及びキャリヤーガス流量からエッチング材料蒸気流量を求める工程
を更に含み、前記エッチング材料蒸気流量の定量は、処理室へのエッチング材料蒸気の制御された供給を提供するためにキャリヤーガス流量を制御するためのフィードバックの手段を提供する。
【００７４】
本発明の態様及び利点は、次の詳細な説明を読み、以下の図面を参照すると明らかになろう。
【００７５】
（詳細な説明）
最初に図３に言及すると、マイクロ電気機械のマイクロ構造（ＭＥＭＳ）の製造に使用される気相エッチング装置９の略図が、本発明の１つの態様に従って示されている。気相エッチング装置９は、一般的に１０で表示されるエッチングガス源（図４の中で更に詳細に示される）及び一般に１１で表示される処理室（図５の中で更に詳細に示される）を含んでいるのを理解することができる。
【００７６】
必要とされるＸｅＦ２エッチングガスを第１ガス供給ライン１２及び処理室導入ライン１３を経て処理室１１に供給するためにエッチングガス源１０が使用される。またポンプ流送ライン１４及び処理室１１の中の圧力を測定するための手段を備える第１圧力計１５が、処理室１１と連結されている。更に処理室１１は、必要に応じて及び必要な時にＭＥＭＳ装置の搭載又は非搭載を可能にするために室１１にアクセスするための手段を備える蓋１６を含んでいるのを理解することができる。
【００７７】
室が自動ウェーハハンドリングシステムに接続される時、サンプル（具体的にはウェーハ）はサイドポートを通して自動的に置くことができる。
【００７８】
ポンプ流送ライン１４の中には、真空ポンプ１７、第２圧力計１８、２つのバルブ１９及び自動圧力制御スイッチ２０が位置している。これらの要素の組み合わせは、処理室１１の中に真空状態を作り出し、維持し、次いで制御されたセットガス流を使用して当業者に知られているようにエッチング工程を行わせるに十分なレベルに室圧を制御するための手段を提供する。
【００７９】
処理室導入ライン１３の中には、処理室１１を排気するための手段を提供する排気ライン２１が位置しているのを図３から理解することができる。特に、排気ライン２１は、ポンプ１７がシステムから分離された場合に処理室１１の圧力を大気圧に上昇させ、蓋１６を開かせるように処理室１１の中へのガスの流れを可能にするために使用される。この実施形態において、空気もまた代替物として使用することができるが、供給されるガスは、窒素である。
【００８０】
また、大気圧スイッチ２２及び超過圧力スイッチ２３もポンプ流送ライン１４の中に位置している。大気圧スイッチ２２の機能は、処理室１１が大気圧であって、室の蓋１６を開くことができる時を示す手段を提供することである。超過圧力スイッチ２３は、装置制御システム（図示せず）へ連結され、処理室１１のための安全制御停止装置を提供する。
【００８１】
また、処理室導入ライン１３の中には、必要に応じて及び必要な時に処理室１１にさらなる処理ガスを供給するために使用することができる３つの（いかなる数でもよい）追加のガス供給ライン２４が位置していることも図３から理解することができる。処理室導入ライン１３は、これらの追加のガス供給ライン２４をポンプで排出するための手段を提供するためにポンプ流送ライン１４に連結される。
【００８２】
図４は、エッチングガス源１０のさらなる詳細を示す。エッチングガス源１０は、エッチングガス供給システム２５及びキャリヤーガス源２６を含み、その両方共に第１ガス供給ライン１２の中に位置していることを理解することができる。エッチングガス供給システム２５は、ＸｅＦ２結晶２８を収容する密閉室２７、入口導管２９及び出口導管３０を含む。入口導管２９は、ＸｅＦ２結晶の表面の上方に位置し、キャリヤーガス、すなわちヘリウムガス（Ｈｅ２）をキャリヤーガス源２６から直接ＸｅＦ２結晶２８へ移送するための手段を提供する。出口導管３０は、ＸｅＦ２結晶２８のレベルの下方に入り込み、ヘリウムキャリヤーガスによって運ばれたＸｅＦ２蒸気を処理室１１に移送するための手段として使用される。密閉室２７の中の温度調節は、この室の外部表面に位置する加熱要素６１を組み込むことによって達成される。代替の実施形態においては、加熱要素６１は、室２７の下部に広げることができ、また更に別の実施形態においては、加熱要素６１は、装置の全ての要素に熱を供給することもできる。システムの中のキャリヤーガスの体積流量制御は、バルブ１９及び第１ガス供給ライン１２の中に位置する質量流量制御（ＭＦＣ）装置３１の組み合わせで規制される。
【００８３】
供給ライン１２上のＭＦＭが、ライン中のガス流量を監視し、キャリヤーガスＭＦＣ供給との比較によってＸｅＦ２流量を決定することができる（図１６及び以下の付随する議論を参照）。
【００８４】
気相エッチング装置９の操作原理は、次の通りである。密閉室２７の中のＸｅＦ２蒸気の分圧が〜４トール未満である時に、ＸｅＦ２結晶２８の昇華が起こり、ＸｅＦ２蒸気が、密閉室２７の中で形成される。キャリヤーガス源２６の中のヘリウムガスは、電気的信号がＭＦＣ装置３１に提供された時に、密閉室２７へのヘリウムガスの制御された供給が達成されるような〜３０ｐｓｉの圧力で維持される。次いでヘリウムガスは、ＸｅＦ２結晶２８から昇華したＸｅＦ２蒸気を捕捉し、それを出口導管３０経由で処理室１１に運ぶ作用をする。
【００８５】
次いで処理室１１の中に位置した１つ又は複数のＭＥＭＳ装置のエッチングは、当業者に知られているものと同様のやり方で行うことができる。また、ヘリウムキャリヤーガスがエッチングプロセスのための冷却体として機能し、この方法の効率を増加させるという第２の作用を与えることは注記されるべきである。
【００８６】
実際には、エッチング速度は、エッチング室２のＸｅＦ２の分圧に依存していることが見出された。図６に図示され、以下の式（２）で表されるように、ＸｅＦ２分圧は、順に、エッチング室２へ供給されるＸｅＦ２、エッチング処理によって消費されるＸｅＦ２の量及び、もしあれば、ポンプで吸い出されるＸｅＦ２の量に依存している。
ＸｅＦ２供給＝ＸｅＦ２エッチング＋ＸｅＦ２ポンプ＋ＸｅＦ２残部      （２）
【００８７】
その結果、エッチング室２に供給されるＸｅＦ２の量（ＸｅＦ２供給）は、エッチングプロセスによって消費されるＸｅＦ２（ＸｅＦ２エッチング）の量、室２からポンプで送られるＸｅＦ２（ＸｅＦ２ポンプ）及び室２に残っているＸｅＦ２（ＸｅＦ２残部）の量と均衡状態にある。
【００８８】
結局ＸｅＦ２の分圧を決定するのは、室２の中に残っているＸｅＦ２の量である。したがって、できるだけ高いエッチング速度を達成するためには、エッチング室２の分圧が、できるだけ高い必要がある。しかしながら、この分圧は、蒸気圧を超えてはならないという上限があり、さもないと、ＸｅＦ２蒸気が再結晶化するだろう。
【００８９】
典型的には、室温でのＸｅＦ２の蒸気圧は、〜４Ｔであり、温度の上昇は、蒸気圧を上昇させるような温度依存型であることが知られている。したがって、エッチング室２を加熱するために加熱要素５０を使用することによって、ガス供給ライン１２、エッチング室導入ライン１３及びエッチング室２は、蒸気圧を増加させるように作用し、より高いＸｅＦ２分圧が得られるようにしている。
【００９０】
この分圧は、システムの温度に対して蒸気圧を超えて上昇してはならない。さもなければ、再結晶が起こるだろう。多くのシステムにおいては、ＸｅＦ２が確実に再結晶しないようにするために、そのガス源を与えられた温度に保持し、処理室までのその後の要素（処理室も含む）もずっと、より高い温度で保持するのが一般的である。このセットアップは、より複雑な装置になるだろう。加熱される必要がある要素の量は、減らすことができる。非常に良好なシステム制御を用いれば、処理室の加熱は必要とされないかもしれない。
【００９１】
この点を更に例示するために、完全な装置９を全て同じ温度、例えば室温−２５℃での単一システムとして考えると、ＸｅＦ２の蒸気圧は〜４トールである。昇華の速度は、温度、結晶表面積及びＸｅＦ２の分圧に依存する。設定温度では、エッチングガス源１０は、ＸｅＦ２蒸気の設定量をエッチング室２に供給することができる。次に、ポンプ流送速度は、室２の残存するＸｅＦ２の量を制御するように設定することができ、その結果、室２からＸｅＦ２蒸気を除去するための残っているメカニズムは、エッチングそれ自体である。エッチング処理において消費されるＸｅＦ２の量は、主として露出しているシリコンの量に依存し、同じ写真平版パターンに関して、例えば１５０ｍｍ直径ウェーハは、１００ｍｍ直径ウェーハである場合よりも速い速度でＸｅＦ２を消費するだろう。これは、ＸｅＦ２蒸気を除去する多量の露出しているシリコンが存在する場合、エッチング室２においてエッチング処理分圧は、蒸気圧より非常に低いレベルに低減されるであろう。したがって、実際には、分圧が蒸気圧の以下のままである限り、ＸｅＦ２蒸気の供給を、増加することができ、全体のエッチング速度を上昇させることができる。したがって、エッチングガス源１０の温度の上昇によって、エッチングガス源１０における蒸気圧は上昇し、それにより、ＸｅＦ２結晶は、より多くのＸｅＦ２蒸気を生成する。エッチング室２へのより多くのＸｅＦ２蒸気の供給は、分圧を上昇させ、より速いエッチング速度をもたらす。
【００９２】
前記方法は、エッチング処理の非常に良好な制御を頼りにする。エッチングが進むにつれて前記システムは安定し、エッチング速度及びポンプ流送速度に合ったＸｅＦ２供給とバランスがとれる。犠牲モードでのシリコンの使い尽くしに起因しようと、又は時限式のモードでのエッチングの終了に起因しようとも、エッチングの終わりで、エッチングのダイナミックスは変化する。シリコンをエッチングすることによって除去されるＸｅＦ２が減少し、又は完全に除去されると、前記室へのＸｅＦ２の供給又はポンプ流送によって除去されたＸｅＦ２蒸気は、エッチング室における分圧が蒸気圧以上に確実に上昇しないようにするために制御されなければならない。犠牲エッチングの場合においては、エッチングダイナミックスが変化している時を決定するためにフィードバックループにおける終点／プロセスモニターが必要であり、システム応答が必要である。
【００９３】
エッチング速度は、同様な方法で、またエッチング室２の温度を上昇させ、これによって処理室においてより高い分圧を使用させることによって更に上昇させることができることが当業者によって認識されるだろう。
【００９４】
当業者には知られているように、エッチングが行われる前にＭＥＭＳ構造上に実行される多くの処理工程が通常存在している。これらの工程は、図７に図式的に例示されていて、サンプル６０の製造及びマスク６１（図７（ａ）参照）の製造を含んでいる。エッチングされる露出されたシリコン６２は、適切な環境に放置される場合、本来の酸化物（native oxide）と呼ばれる薄い酸化物層６３（図７（ｂ）参照）を成長させる。この層の厚さは、露出されたままにしておいた時間に依存する。
【００９５】
高度に選択的なシリコンエッチング処理、例えばＸｅＦ２エッチングにおいて、本来の酸化物６３をエッチングするのに要する時間は、かなりの時間であり得る。また、この層の厚さは、シリコンが露出された時間に依存しているので、本来の酸化物６３の厚さも変動し得ることがあり得る。エッチング装置９の中で本来の酸化物６３を除去するために、別個の処理破過工程を導入することができる。この工程は、本来の酸化物６３を除去するためにのみ使用され、それはこの目的のために最適化されるので、ＭＥＭＳのより速く、より制御された処理へ導く。
【００９６】
破過工程は、ＳｉＯ２エッチング処理、通常フッ素化学を使用したプラズマエッチングを使用することによって達成することができる。しかしながら、フッ素エッチングのガス源としてＸｅＦ２ガスを使用することは可能である。ＸｅＦ２ガスは、さまざまなエネルギー源、例えばプラズマ、イオン衝撃、好ましくは紫外線からのエネルギーの適用によって解離させることができる。解離したフッ素は、次いで酸化物層をエッチングするだろう。
【００９７】
代わりに、破過工程は、シリコンエッチングガスとしてＸｅＦ２を使用する場合、初めに破過工程の間、処理室１１に少ない制御された量の水蒸気を加えることによって達成される。ＸｅＦ２が水蒸気と反応してフッ化水素酸（ＨＦ）を生成するので、生成したＨＦは、本来の酸化物６３をエッチングする。
【００９８】
また、酸化物がマスク６１として使用される場合、これはＨＦによってエッチングされるだろう。しかしながら、破過工程の時間は比較的短いので、通常、少量のマスク材料だけが消費されるだろう（図７（ｃ）を参照）。破過工程が終了すると共に水蒸気及び全ての残存するＨＦ蒸気も除去され、図７（ｂ）に表されるようにシリコンエッチング処理工程が始まる。破過工程の使用は、より良好なプロセス制御及びサンプルからサンプルへのより多くの繰り返しが可能なプロセスをもたらす。
【００９９】
ヘリウムキャリヤーガスによるＸｅＦ２蒸気の捕捉プロセスの効率は、次の要素を含む多くの要素に依存することが見出される。
・密閉室２７の中に存在するＸｅＦ２結晶２８の容積；
・温度依存型であることが知られているＸｅＦ２蒸気圧；
・ヘリウムキャリヤーガスの流速；
・密閉室２７の中の圧力；
・ＸｅＦ２結晶２８の充填密度と結晶サイズ；及び
・密閉室２７の形状寸法
【０１００】
本発明の範囲内で使用されるエッチングガス供給システム２５の中で起こることが見出される好ましくないプロセスは、密に充填されたＸｅＦ２結晶２８を通して優先のチャネルを作製するヘリウムキャリヤーガスの傾向である。ヘリウムガスが、これらのチャネルを通して流れるので、キャリヤーガスとＸｅＦ２結晶２８との接触面積がより小さいためにより少ない蒸気しか捕捉しない。
【０１０１】
ＸｅＦ２結晶２８の中のチャネルは、拡張し続けるので、キャリヤーガスの捕捉の効率は、ＸｅＦ２結晶構造が不安定になるまで悪化する。次いでＸｅＦ２結晶は、それ自身崩壊し、キャリヤーガス捕捉プロセスは、異なった形態のものになるであろう。したがって、前記チャネル形成プロセスは、ＸｅＦ２結晶２８の不均一な捕捉及び消耗をもたらすことになる。
【０１０２】
ＸｅＦ２結晶２８の中でのチャネル形成の問題のある作用を低減するように設計された、エッチングガス供給システムのさまざまな代替の実施形態が、これから記載される。
【０１０３】
第１の代替の実施形態においては、入口導管２９及び出口導管３０の下側の末端の位置を変えることができる。例えば両方の下側の末端は、ＸｅＦ２結晶２８のトップの表面の上、又は下に位置させることができる。代わりに、出口導管３０の下側の末端のみを、ＸｅＦ２結晶２８のトップの表面の下方に位置させる。
【０１０４】
図８は、ＸｅＦ２結晶２８の全体にわたって周期的に添加された、ポリテトラフルオロエチレン（ＴＦＥ共重合体）から作られた小さいシリンダーの形状のパッキング材料３３を含むエッチングガス供給システム３２を例示する。パッキング材料３３の添加は、ヘリウムキャリヤーガスに利用可能なチャネルの数を増加させるように働いてＸｅＦ２結晶２８を全体に広げ、これらの要素間の接触面積を増加させる。これは、上記のチャネル形成プロセスの減少によるＸｅＦ２結晶２８のより均一な消費につながる。したがって、エッチングガス供給システム３２は、処理室１１へのＸｅＦ２ガスのより均一な流れを見せる。
【０１０５】
パッキング材料３３は、ＰＴＦＥ、結晶又は蒸気の形態でＸｅＦ２又はキャリヤーガスと反応しないどんな材料も含むとして記述したが、ガラス、ステンレススチール又はアルミニウムもまた、これらのより良い熱伝導特性により使用することができる。更に、パッキング材料３３は、例えばスプリング構造又は球状などの代替の幾何学的な形状物を含むことができる。
【０１０６】
パッキング材料３３のさらなる利点は、この材料がまた、良好な熱伝導特性を示す場合に達成される。これは、エッチングガス源１０が何もしていない期間中に（すなわち、ウェーハが動いている間）、ＸｅＦ２結晶２８及び蒸気は、エッチングガス源１０の中のＸｅＦ２の分圧（特定の温度に対する蒸気圧と等しい）と平衡に達するからである。昇華及び再結晶が連続して起こる。キャリヤーガスが再び装置１を流れ始める時、エッチングガス源１０は、再びＸｅＦ２蒸気を供給するように活性化され、より多くの昇華が必要となる。ガスを発生させるのにエネルギーが必要であり、このエネルギーを供給するプロセスにおいて、ＸｅＦ２結晶２８は冷える。これは、順に昇華を遅くし、より低いＸｅＦ２ガス流量及びより低いエッチング速度をもたらす。システムを連続的に作動させるので、効果的なより低い温度の平衡状態に到達し、安定であるが、減少されたＸｅＦ２ガス流量が達成される。しかしながら、熱伝導性パッキング材料３３の使用は、エッチングガス源１０及び加熱要素５０の壁から容易に熱が供給されることになり、ＸｅＦ２結晶２８への不利益な冷却の影響を少なくする。
【０１０７】
その結果、前記高度に制御されたシステムにおいては、昇華プロセスを通して失われる熱を補うために適切な量の追加の熱を加えることができる。
【０１０８】
図９はＸｅＦ２結晶２８の中にチャネル形成の有害な作用に打ち勝つための代替の装置を示す。この実施形態の中で、エッチングガス供給システム３４は、２つのフレキシブルパイプ３５を経由して第１ガス供給ライン１２に連結された密閉室２７を含む。密閉室２７を機械的に振動させるためにフレキシブルパイプ３５との関係で作用する機械的バイブレーター３６が密閉室２７の下端に位置している。この振動運動の直接の結果として、密閉室２７の中に含まれたＸｅＦ２結晶２８は、ガスキャリヤーチャネルが結晶構造の中に形成する機会を除去するように連続的に動かされる。その結果、機械的なバイブレーター３６は、チャネル形成を減少させ、ＸｅＦ２結晶２８のよりスムースな捕捉及び均等な消費を提供する。
【０１０９】
図１０（ａ）及び（ｂ）は、本発明のさらなる代替の実施形態によるエッチングガス供給システム３７の概略の正面図及び平面図を示す。この実施形態においては、ヘリウムキャリヤーガスは、４つの実質的に接線方向の入口導管３８を経て密閉室２７のより低い領域に導入される。単一の縦方向の出口導管３０は、処理室１１にＸｅＦ２ガス及びヘリウムキャリヤーガスを適切に供給するための手段を提供するために存在する。
【０１１０】
４つの別個の入口導管３８を経てのヘリウムキャリヤーガスの導入は、密閉室２７の中に渦巻を作り出す。この渦巻は、ＸｅＦ２結晶２８を撹拌するように作用し、結晶構造の中にキャリヤーガスによってチャネルが生成されるのを再び防止する。したがって、エッチングガス供給システム３７のこの設計はキャリヤーガスチャネルを形成する機会を減少させ、処理室１１へのＸｅＦ２ガスの供給の効率及び均一性を上昇させる。
【０１１１】
図１１はエッチングガス供給システム３９のさらなる代替の実施形態を示す。理解され得るように、エッチングガス供給システム３９は、図８に示されるエッチングガス供給システム３２の多くの特徴、すなわち：
１）ＸｅＦ２結晶２８及びパッキング材料３３を含む密閉室２７；
２）ＸｅＦ２結晶２８を通して挿入する入口導管２９；及び
３）ＸｅＦ２結晶２８の表面の上方に位置している出口導管３０
を含む。
【０１１２】
前記特徴に加えて、エッチングガス供給システム３９は、更に材料プロセスの充填及び除去を容易にするために密閉室２７から取り外し可能な蓋４０を含む。蓋４０は、Ｏ−リングを介して室２７にかたく閉じられている。
【０１１３】
室２７の中には、熱伝導性メッシュ支持体４２で位置づけるために室２７の基底部に降りる入口導管支持管４１が位置している。メッシュ支持体４２は、キャリヤーガスＸｅＦ２蒸気を、出口導管３０に、ＸｅＦ２結晶２８の下方に位置する容積に、接近させるために使用される。この配置は、ＸｅＦ２結晶２８の中のチャネル形成の作用を減少させる。入口導管支持管４１の存在は、室２７が材料で満たされても入口導管２９が挿入される空間が常に留保されることを意味する。
【０１１４】
現在、記載している実施形態において、室２７の壁は透明な材料で作られる。これは、前駆体及びパッキング材料の観察を可能にし、室２７の中のガス動力学及び使用プロファイルに関して有効な情報を集めることができる。更に、透明な壁の使用は、容器の中の材料使用を自動的に検出するように検出器を使用することを可能にする。
【０１１５】
これは、室２７の一方の側に取り付けられた例えばＬＥＤ又はレーザーなどの光源４６を使用し、反対側に取り付けられた検出器４７に発光された光を衝突させて室２７を通しての伝送を検出することによって、光学的に達成され得る。代わりに、検出器４７は、室２７の内容物から反射されるビームを検出することができるどこか他の位置に検出器４７を取り付けることができる。この配置は、室２７の中の結晶２８のレベルを検出するのにレベル検出器として使用することができる。
【０１１６】
エッチングガス供給システム４３のさらなる代替手段は、図１２に関してこれから記載される。この実施形態においては、密閉室２７は、単一の導管４４によって第１ガス供給ライン１２に連結される。稼動中、密閉室２７の中の圧力は、約４トールに維持される。次にヘリウムキャリヤーガスが、４トール未満の圧力で第１ガス供給ライン１２を通して流れるように誘導される。その結果、密閉室２７の中のＸｅＦ２ガスは、キャリヤーガスによって第１供給ライン１２中に引き込まれ、次いで必要に応じて処理室１１に移送される。密閉室２７の中でのＸｅＦ２結晶２８の連続した昇華は、要求されるＸｅＦ２ガスを維持するように作用し、ヘリウムガスが〜４トール以下の圧力のままである限り、処理室１１へのＸｅＦ２ガスの連続的で、均一な供給をもたらす。
【０１１７】
図１３は、処理室１１へＸｅＦ２ガスの更に均一な供給を再び提供する図４のエッチングガス供給システム（一般的には４５で表される）のさらなる代替の実施形態を示す。この特別な実施形態において、２つのエッチングガス供給システム２５ａ及び２５ｂは、第１ガス供給ライン１２の中に順番に位置している。この設定で、キャリヤーガスがＸｅＦ２蒸気によって確実に飽和されようにするために、ヘリウムキャリヤーガスが、初めに、第１エッチングガス供給システム２５ａを通し、そして次に第２エッチングガス供給システム２５ｂを通して広められる。第１エッチングガス供給システム２５ａはＸｅＦ２結晶２８を優先的に使い果たし、第２エッチングガス供給システム２５ｂは、第１エッチングガス供給システム２５ａの寿命時間の間中、処理室１１に運ばれるＸｅＦ２ガスのレベルを保持する。
【０１１８】
第１エッチングガス供給システム２５ａを使い果たした時に、装置から第１エッチングガス供給システム２５ａを取り外すことができるようにバルブ１９を閉じる。次いで、第２エッチングガス供給システム２５ｂを元の位置から第１エッチングガス供給システム２５ａの位置に移動する。次いで、元の第２エッチングガス供給システムの位置に新しい完全なエッチングガス供給システムを設置する。次に、バルブ１９を再開し、ＸｅＦ２ガスの製造が、以前に記載されように継続する。実際にはエッチングガス供給システム４５の中に含まれるＸｅＦ２結晶２８の容積は、前記置換方法を実行するのが必要になる前に数百時間、前記装置を稼動させることができる。
【０１１９】
前記装置は、ＸｅＦ２エッチング蒸気及びヘリウムキャリヤーガスに関して記載されてきた。しかしながら、代替のエッチング蒸気及びキャリヤーガスも本発明の範囲から離れることなく等しく良好に使用することができる。例えばエッチング材料は、例えばクリプトンジフロオライド、キセノンテトラフロライド及びキセノンヘキサフロライドなどのいかなる希ガスフッ化物をも含むことができる。代わりにエッチング材料は、例えば３フッ化臭素、３フッ化塩素又は５フッ化ヨウ素などのハロゲンフッ化物を含むことができる。
【０１２０】
同様にキャリヤーガスは、いかなる不活性ガスも含むことができる。また、使用することができる不活性ガスに代わるものは、窒素ガスである。
【０１２１】
さらなる代替手段として、前記エッチング蒸気又はキャリヤーガスの２種以上を前記装置の中で組み合わせて使用することができる。
【０１２２】
図１４は、加圧したキャリヤーガス源４８の略図を示す。ＸｅＦ２結晶５０のみが存在しているガス源室４９の圧力は、室４９（すなわち２５℃で〜４トール）の温度での蒸気圧まで上昇するだろう。ガスを流す時は、流量を質量流量制御装置（ＭＦＣ）で制御することが望ましいが、低い圧力差においては、正確な制御を達成するのは困難である。
【０１２３】
別のガス、例えばヘリウムなどの不活性ガスを使用することでガス源室４９を加圧することができる。圧力計５３で圧力を監視しながら、室４９に加えられる加圧ガス５１の量をＭＦＣ５２によって制御することができる。室４９中に流れ込むガス５１の量が異なると、ＸｅＦ２ガス混合濃度において変化する。
【０１２４】
排出流量がなければ、ＸｅＦ２の分圧は、蒸気圧と等しくなるだろう。
【０１２５】
ガス源室の圧力が上昇すると共に、ガス源室４９を出て、処理室１１に流れるガス混合物の量を正確に制御するために、排出ライン５５上にさらなるＭＦＣ５４を使用することができる。
【０１２６】
ガス混合物が、ガス源室４９を出て行くに従って、ＸｅＦ２の分圧は低下し、昇華は、蒸気圧を復旧させるために増加するだろう。加圧ガス５１の流量、ガス源室の圧力及びガス源室４９を出て行くガス混合物の流量を分析することによって、注意深い工程制御を確立することができる。
【０１２７】
ガス源室４９の中をより高い圧力に維持することは、ＭＦＣ５４を使用する処理室１１へのガス流の正確な制御をもたらす。
【０１２８】
キャリヤーガス５１の流れを止め、ガス源室４９の出口バルブ５６を開くと、ＸｅＦ２ガスが処理室１１へ流れる。ガスは、真空ポンプ１７によって処理室１１から及び通してポンプ流送することができる。室圧は、処理室１１に流れ込むＸｅＦ２の量を示すことになるだろう。ＸｅＦ２流動の量は、ガス源室４９の中におけるＸｅＦ２結晶５０の昇華速度の示すことになる。昇華速度は、主としてガス源室４９の中に存在するＸｅＦ２結晶５０の量、結晶の温度、結晶サイズ及び密度及び室１１、４９の寸法及び形状を含むさまざまなパラメーターに依存する。昇華速度の決定は、ガス源室４９の中に残存するＸｅＦ２結晶５０の量の直接的に表示することになる。これは、ＸｅＦ２消費を監視し、ガス源室４９を置き換え、又は詰め替えることが必要な時を示すために使用することができる。
【０１２９】
真空ポンプ１７に対するバルブを閉じることは、処理室１１からの流れ出すガスを止め、圧力は、処理室１１へ流れ込むＸｅＦ２ガスの量に従って上昇し始める。処理室の圧力上昇は、モニターすることができ、通常、上昇速度と呼ばれる。ガス流動の量は、ガス源室４９中のＸｅＦ２結晶５０の昇華速度によって決定される。室の圧力は図４のグラフ５７に示されるように特有の形で上昇するだろう。初めに上昇の速度は速く、次いで室の圧力が上昇するに従って、上昇の速度は減少するだろう。次いで室の圧力がＸｅＦ２の蒸気圧の方に向かうに従って、上昇速度は、ゼロの方向へ向かうだろう。上昇速度のスピード及び監視される変化は、ＸｅＦ２結晶５０の昇華速度によって順次決定されるＸｅＦ２ガス流量によって直接的に決定される。また、これは、ＸｅＦ２の消費を監視し、ガス源室４９を置き換え、又は詰め替えることが必要な時を示すために使用することができる。
【０１３０】
閉じたガス源室４９中に残存する材料の量を求めるために、あらゆる固体からの昇華又はあらゆる液体からの気化の結果としてガス流量を監視するのにそのような技法を使用することができる。
【０１３１】
図１６に示された実施形態において、質量流量メーター（ＭＦＭ）５８は、ガス源室４９からガス流排出量を監視するのに使用される。測定される流量は、キャリヤーガス流量及びＸｅＦ２ガス流量の組み合わせである。それとして知られているキャリヤーガス流量は、それがガス源室４９へ入る際にＭＦＣ５２によって制御される。ＭＦＭの読取からこの流量を引き算して、ＭＦＭ５８に関する適切な補正係数を使用してＸｅＦ２ガス流量を決定することができる。
【０１３２】
一貫したＸｅＦ２ガス流量を維持するために、システムソフトウェアによって制御されるフィードバックループ（ｆｅｅｄｂａｃｋ  ｌｏｏｐ）の一部としてＭＦＭ読取及びＭＦＣ制御を有することによって自動的に変更を行うことができる。
【０１３３】
ＸｅＦ２における下降及びガス源室４９の中に存在するＸｅＦ２結晶５０の量を求めるのにキャリヤーガス流量に関するＸｅＦ２ガス流量への変化を使用することができる。これは、ガス源室４９を置き換え、又は詰め替えるのが必要な時を決定するためのＸｅＦ２消費を監視する更に別の代替方法を提供する。
【０１３４】
絶えずＸｅＦ２ガス流量を監視することによって、ガス源室４９を出て行くＸｅＦ２の量を決定することができる。これは、ＸｅＦ２使用を監視するのに再び使用することができる。したがって、また、ガス源室を置き換え、又は詰め替える必要のある時を示すために、使用に関する累加記録を保持し、初期値と比較することを使用することができる。
【０１３５】
装置４８に基づく単独のガス源室４９においては、残存する結晶の量がキャリヤーガス流量を飽和するためには不十分であるレベルまでＸｅＦ２結晶５０が消費されると、キャリヤーガス５１によって捕捉されるＸｅＦ２蒸気の量は、ガス源室４９の中に残存するＸｅＦ２結晶５０の量に関して下降する。ガス源室からの排出ライン５５上のＭＦＭ５８は、この流量を測定し、分析がＸｅＦ２流量における変化を検出し、したがって捕捉における変化を決定するだろう。
【０１３６】
ＸｅＦ２捕捉における下降を補填するために、キャリヤーガス流量を上昇することができる。しかしながら、これは、処理室１１におけるガス流量、ひいてはエッチング材料蒸気濃度を変化させる。処理室１１に対する一定したガス流量及び濃度を維持するために、排出ライン５５において必要とされる変化を補填すべく別のガスライン５９を使用する。
【０１３７】
ガス源室４９へのキャリヤーガスの流量が、ＸｅＦ２捕捉の低下に適応するように増加するのに従って、追加のＭＦＣ５４を使用して、同じ量だけ、追加のライン５９におけるガス供給６０を減少させ、処理室１１へのガス供給は、ガス流量及び混合物濃度に関して維持される。
【０１３８】
追加のライン５９の初期のガス流量は、キャリヤーガス流量の増加がＸｅＦ２流量を補填することができるように十分に高い必要がある。好ましくは、追加のガスライン５９は、キャリヤーガスライン中と同じガスが流れている。
【０１３９】
前記装置は、先行技術において記載された、それらのエッチングガス源及び関連システムより多くの重要な利点を提供する。まず第１に、エッチングガス供給システムの使用は、処理室へ供給されるエッチングガスの制御された連続的な供給を可能にする。ＸｅＦ２結晶のコストは近年において著しく減少してきて、以前に考えられていたよりはるかにもっと好ましい連続流システムの方向へ動くことが当業者によって認識される。
【０１４０】
前記装置の使用は、エッチング処理を通してのエッチング蒸気の最大分圧（ＸｅＦ２関して室温において〜４トール）を維持する連続流システムをもたらす。この圧力は、必要である流速で蒸気を供給するに十分のＸｅＦ２結晶が存在する限り維持される。したがって、本発明は、達成可能な最大のエッチング速度を提供し、この速度をエッチングプロセス全体にわたって維持し、すなわち、先行技術のシステムによって経験されるようエッチング速度における減少が全くない。
【０１４１】
さらなる利点は、システムの中で低いポンプ流送速度を使用することによって、処理室中のエッチング蒸気の滞留時間を最大にすることができるということである。実際には、ポンプ流送速度は、処理室の中でＸｅＦ２蒸気の滞留時間を最適化し、エッチング副産物を除去し、ＸｅＦ２結晶の最小の消費でエッチング速度を最大にするように設定される。
【０１４２】
前記装置のさらなる利点は、エッチングガスの連続流を達成するために、それは、いかなる膨張室の組み込みも、他の複雑にした機械的特徴も必要としないということである。したがって、ここに記載された装置は、非常に簡単な設計であり、それゆえに先行技術の中で記載されたそれらのシステムより、生産及び稼動するのに費用効率がよい。
【０１４３】
本発明のこれまでの説明は、例示及び説明の目的のために提示されたものであって、それが余すところがないことを意図し、開示された正確な形態に本発明を限定することを意図するものではない。記載している実施形態は、これによって当業者が、さまざまな実施形態において、及び意図する特定の用途に合うようにさまざまに変更して、発明を最もよく利用できるようにするために本発明の基本思想及びその実際の応用について最もよく説明するために選ばれ、記載された。
【０１４４】
したがって、本発明の範囲から逸脱することなく、さらなる変更又は改良を組み込むことができる。
【図面の簡単な説明】
【０１４５】
【図１】連続ＸｅＦ２エッチングプロセスを実行するための先行技術の中で使用された装置の略図である。
【図２】パルス型ＸｅＦ２エッチングプロセスを実行するのに先行技術の中で使用された装置の略図である。
【図３】本発明の１つの態様によって、マイクロ電気機械のマイクロ構造の気相エッチング使用された装置の略図である。
【図４】図３の装置の中に使用されたエッチングガス供給システムの略図である。
【図５】図３の装置の中に使用された処理室の略図である。
【図６】エッチング速度のＸｅＦ２の分圧への依存性及びそれに続くシステムの他の部分への依存性を概略的に示す図である。
【図７】図３の気相エッチング装置によって使用された破過工程の略図である。
【図８】結晶構造の中に人工の機械的なボイドを組み込んだ図３のエッチングガス供給システムの代替の実施形態の略図である。
【図９】機械的なバイブレーターを組み込んだ図３のエッチングガス供給システムの代替の実施形態の略図である。
【図１０】キャリヤーガス混合システムを組み込んだ図３のエッチングガス供給システムのさらなる代替の実施形態の略図である。
【図１１】入口導管の支持体、熱伝導性メッシュ及び熱伝導性パッキング材料を組み込んだ図３のエッチングガス供給システムのさらなる代替の実施形態の略図である。
【図１２】本発明の代替の実施形態によるオーバーフローエッチングガス供給システムの略図である。
【図１３】本発明の代替の実施形態による二重エッチングガス供給システムの略図である。
【図１４】加圧されたキャリヤーガス源の略図である。
【図１５】処理室からのガス流量が止められるときの処理室の中のＸｅＦ２圧力の上昇を示すグラフである。
【図１６】キャリヤーガス流量を監視するのに使用される質量流量メーターの略図である。
【図１７】キャリヤーガスの補填の目的のために使用されている追加のガスラインの略図である。
【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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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【国際調査報告】
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