(57)【要約】マイクロストラクチャの製造において、処理ガスとの接触によってワークの層または領域を追加または除去するための処理を、処理ガスを再循環することによって強化する。再循環は、処理ガスに接触する摺動部や磨耗部が無く、ウェットシール（例えば油によるもの）やパージガスが無いポンプによって行われる。処理チャンバに、導入された処理ガスの流れを変え、ワークの表面上に分散させるように配置されたバッフルまたは穿孔板またはその両方を設けることによって処理を改善することができる。特定の実施形態では、再循環ループに希釈ガスを添加し、連続的に循環させ、続いて処理ガス（エッチングガス等）を再循環ループに注入する。また、処理ガス、エッチングチャンバおよび／またはサンプルプラテンを冷却することでエッチング処理を補助することができる。この方法は、微小寸法のサンプルに対して材料を追加または除去するために特に有効である。
2004518271.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
サンプルをエッチングするための装置であって、
（ａ）エッチングガス源、
（ｂ）該エッチングガス源と連絡するエッチングチャンバ、
（ｃ）該エッチングチャンバを通過する再循環ループ、および
（ｄ）該再循環ループ内にエッチングガスを再循環させるために、該再循環ループ内に設けられたポンプを具備する装置。
【請求項２】
前記エッチングガス源が、ソースチャンバを含む請求項１に記載の装置。
【請求項３】
前記ソースチャンバと、前記エッチングガス以外のガスのガス源と連絡する膨張チャンバをさらに有し、該膨張チャンバが、前記ソースチャンバに由来するガスと該ガス源に由来するガスとを混合するものである請求項２に記載の装置。
【請求項４】
前記膨張チャンバが前記再循環ループと連絡する請求項３に記載の装置。
【請求項５】
前記再循環ループ内に設けられたフィルタをさらに有し、該フィルタが、該再循環ループを通過するガスの副産物または蒸留物、または粒子からなる群より選択された物質を除去するものである請求項１に記載の装置。
【請求項６】
前記ポンプがドライポンプである請求項１に記載の装置。
【請求項７】
前記ドライポンプが、ウェットシールを有せず、前記再循環ループにガスを追加しないものである請求項６に記載の装置。
【請求項８】
前記ドライポンプがベローズポンプである請求項７に記載の装置。
【請求項９】
前記ベローズポンプが、中空の内部を密閉するベローズ式の壁部を有するハウジングと、該中空内部を複数の区画に分割するように設置された少なくとも１つの隔壁を具備する請求項８に記載の装置。
【請求項１０】
前記ポンプが、エッチングガスを、実質的に連続して、前記再循環ループ内に循環させるような構造を有する請求項１に記載の装置。
【請求項１１】
前記ポンプが、第１のポンプと規定され、前記装置が、前記膨張チャンバ、前記ソースチャンバおよび前記再循環ループからなる群より選択されたチャンバからガスを取り出すような構造を有する第２のポンプをさらに具備する請求項３に記載の装置。
【請求項１２】
前記ソースチャンバ内に、供給されたガスを逸らすためのガス流分散手段をさらに有する請求項２に記載の装置。
【請求項１３】
前記ガス流分散手段がバッフルである請求項１２に記載の装置。
【請求項１４】
前記ガス流分散手段が穿孔板である請求項１２に記載の装置。
【請求項１５】
エッチングチャンバ内にプラズマを発生させるためのエネルギー源および／または電界源をさらに有する請求項１に記載の装置。
【請求項１６】
前記エッチングガス源が、前記ソースチャンバ内に収容されるフッ化物の結晶をさらに含む請求項２に記載の装置。
【請求項１７】
前記フッ化物の結晶が、二フッ化キセノンの結晶である請求項１６に記載の装置。
【請求項１８】
前記エッチングガス以外のガスのガス源が、モル平均分子量がＮ２以下であるガス源を含む請求項３に記載の装置。
【請求項１９】
前記エッチングガス以外のガスが、Ａｒ、Ｎｅ、ＨｅおよびＮ２からなる群より選択されたガスである請求項１８に記載の装置。
【請求項２０】
前記エッチングガス以外のガスのガス源が、複数のガス源を含み、該ガスが、混合されると、モル平均分子量がＮ２以下である混合ガスが得られるものである請求項３に記載の装置。
【請求項２１】
前記複数のガス源が、Ａｒ、Ｎｅ、ＨｅおよびＮ２からなる群より選択されたガスのうち２つ以上のガス源である請求項２０に記載の装置。
【請求項２２】
サンプルをエッチングするための方法であって、
（ａ）該サンプルを、ポンプを有するガス再循環ループ内に設置し、エッチングガス源と連絡するエッチングチャンバ内に置き、
（ｂ）該サンプルを該エッチングガスに対して露出するために、該エッチングガスを該エッチングガス源から該エッチングチャンバに供給し、
（ｃ）該ポンプを介して、該エッチングガスを該再循環ループに再循環させるステップを含む方法。
【請求項２３】
ステップ（ｂ）の前に、前記エッチングガスを膨張チャンバ内を通過させるステップをさらに有し、該エッチングガスが該膨張チャンバ内にあるときに該エッチングガスと非エッチングガスとの混合ガスを形成し、ステップ（ｂ）において、該エッチングガスを、該混合ガスの一部として該エッチングチャンバに送る請求項２２に記載の方法。
【請求項２４】
前記ポンプが、連続再循環ポンプであり、ステップ（ｃ）が、該エッチングガスを再循環ループに連続的に再循環させる過程を含む請求項２２に記載の方法。
【請求項２５】
ステップ（ｃ）において、前記再循環ループ内にエッチングガスを注入する過程をさらに含む請求項２２に記載の方法。
【請求項２６】
請求項１に記載の装置を設け、
前記エッチングガス源に固形または液状のエッチャントを置き、該エッチャントが気化する温度および圧力に調製し、
エッチングチャンバ内に被エッチングサンプルを置き、
エッチングチャンバに気化したエッチャントを通過させ、
前記ポンプによって、エッチャントを数回エッチングチャンバに再循環させるステップを含む方法。
【請求項２７】
エッチングガスに他のガスを添加せずにポンプを通過させる請求項２６に記載の方法。
【請求項２８】
エッチングガス源が２つのチャンバを有し、一方のチャンバの温度および／または圧力が他方のチャンバの温度および／または圧力と異なるようにすることで、エッチャントが、再循環路およびエッチングチャンバに供給される前に、一方のチャンバではほとんど液状または固形の状態で存在し、他方のチャンバではほとんどガス状で存在するようにした請求項２６に記載の方法。
【請求項２９】
少なくとも凝結を避けるために処理ガスを過熱し、サンプルのシリコンと非シリコン部との間の選択性を改善するためにエッチングチャンバおよび／またはサンプルを冷却するステップを有する請求項２６に記載の方法。
【請求項３０】
前記サンプルが、少なくとも１つの層に存在するシリコン部と少なくとも１つの層に存在する１つ以上の非シリコン部を含み、前記シリコンエッチャントが、希ガスフッ化物およびハロゲンフッ化物からなる群より選択されたフッ化物ガスであり、前記ガスが、非エッチングガス添加物を、該フッ化物ガスのみで得られるシリコン部に対するエッチング選択性より実質的に高いエッチング選択性が得られる該フッ化物ガスに対する分圧およびモル比で含む混合ガスである請求項２６に記載の方法。
【請求項３１】
前記非エッチングガス添加物が、窒素、アルゴン、ヘリウム、ネオン、およびそれらの混合物からなる群から選択されるガスである請求項３０に記載の方法。
【請求項３２】
前記非エッチングガス添加物が、ヘリウム、ヘリウムと窒素の混合物、およびヘリウムとアルゴンの混合物からなる群から選択されるガスである請求項３０に記載の方法。
【請求項３３】
前記フッ化物がフッ化キセノンであり、前記非エッチングガス添加物がヘリウムである請求項３０に記載の方法。
【請求項３４】
前記非シリコン部が、チタン、金、タングステンおよびそれらの化合物からなる群より選択された物質からなるものである請求項３０に記載の方法。
【請求項３５】
前記シリコン部が、基板上に形成されたシリコン層であり、前記非シリコン部が、該シリコン層上に形成された窒化シリコン、炭化シリコンおよび酸化シリコンからなる群より選択された物質からなる層であり、該非シリコン層が、前記ガスが該シリコン層に到達できるようにビアを残すようにしてパターニングされ、前記サンプルの該ガスに対する露出時間が、該ビアを通して該シリコン層を実質的にすべて除去されるまで水平方向にエッチングするのに相当な時間である請求項３０に記載の方法。
【請求項３６】
前記サンプルが、半導体および／またはＭＥＭＳ装置からなる群より選択された装置のための基板である請求項２６に記載の方法。
【請求項３７】
前記サンプルがＭＥＭＳ装置のための基板である請求項２６に記載の方法。
【請求項３８】
シリコン含有サンプルをガス状フッ化物エッチャントを含むガスに露出することでシリコンをエッチングするための装置であって、
サンプル支持部および該ガスのための入出口を有するフロースルー型エッチングチャンバ、
固形または液状のフッ化物エッチャントを収容し、エッチングチャンバと流動的に連絡可能なソースチャンバ、および
再循環ループおよびループ内の再循環ポンプであって、エッチングチャンバにエッチングガスの流入／流出を可能にするために２箇所でエッチングチャンバと接続する再循環ループと、エッチングチャンバと連絡し、エッチングチャンバにエッチングガスを繰返し送るようにした再循環ポンプを具備する装置。
【請求項３９】
前記フロースルーチャンバ内に、同軸上に配置された平行円形板からなるバッフルおよび穿孔板をさらに具備する請求項３８に記載の装置。
【請求項４０】
前記穿孔板における孔が、該穿孔板の中央から外部に向けて、直径が小さくなる請求項３９に記載の装置。
【請求項４１】
前記エッチングチャンバにおいてプラズマ発生器をさらに含む請求項４０に記載の装置。
【請求項４２】
ベローズ式の壁部と、内部を第１および第２のチャンバに分割するように配置された隔壁を有し、該隔壁が、該ベローズ式の壁部を伸縮させることで一方のチャンバを縮小し、他方のチャンバを伸長し、またその逆をするように往復運動可能なものである密閉ハウジング、
各チャンバにつき、各々が制御可能な遮断弁を有する入出口、および
協調シーケンスで、該隔壁を往復運動させ、遮断弁を開閉させ、該チャンバに、交互の入口から液体を吸い込みながら交互の出口から液体を排出させることで、実質的に連続した排出流を維持するための隔壁駆動部を具備する往復ポンプ。
【請求項４３】
前記ベローズ式壁部、前記隔壁、および前記チャンバの内部に面するその他の部品が、全面において、希ガスフッ化物やハロゲンフッ化物による腐食に耐性を有する材料からなるものである請求項４２に記載の往復ポンプ。
【請求項４４】
前記チャンバの寸法および前記隔壁駆動部が、約３リットル／分ないし約３００リットル／分のポンプレートが得られるように選択される請求項４２に記載の往復ポンプ。
【請求項４５】
サンプルをシリコンエッチャントを含むガスに露出することでサンプルからシリコンをエッチングするための装置であって、
サンプル支持部および該ガスのための入出口を有するフロースルー型エッチングチャンバ、
該入口と該サンプル支持部との間の穿孔板、
該入口と該穿孔板との間のバッフルであって、該バッフルが、該エッチングガスを該エッチングガス口から放射的に該穿孔板の周縁に向けて逸らすように配置され、該穿孔板が、該エッチングガスを該サンプルの露出面全面に亘って分散させるように配置された孔のアレイを有し、
該ガスを該入口のほうに押すための、ベローズ式の壁部と、内部を第１および第２のチャンバに分割するように配置された隔壁を有し、該隔壁が、該ベローズ式の壁部を伸縮させることで一方のチャンバを縮小し、他方のチャンバを伸長し、またその逆をするように往復運動可能なものである密閉ハウジング、および各チャンバにつき、各々が制御可能な遮断弁を有する入出口を有する往復ポンプ、および
協調シーケンスで、該隔壁を往復運動させ、遮断弁を開閉させ、該チャンバに、交互の入口から液体を吸い込みながら交互の出口から液体を排出させることで、実質的に連続した排出流を維持するための隔壁駆動部を具備する往復ポンプ。
【請求項４６】
前記往復ポンプが、前記出口からガスを吸い込む請求項４５に記載の装置。
【請求項４７】
サンプルを処理ガスと接触させることで該サンプルに対して材料の層を追加または除去するための装置であって、該層の少なくとも１方向の寸法が１ｍｍ未満であり、
（ａ）処理ガス源、
（ｂ）該処理ガス源と連絡する製造チャンバ、
（ｃ）該製造チャンバを通過する再循環ループ、および
（ｄ）該再循環ループに処理ガスを再循環させる該再循環ループ上に設けられたポンプを具備する装置。
【請求項４８】
前記処理ガスが、湿分の存在下で金属を腐食する請求項４７に記載の装置。
【請求項４９】
前記湿分が水分である請求項４８に記載の装置。
【請求項５０】
前記再循環ループ内に設けられたフィルタをさらに有し、該フィルタが、該再循環ループを通過するガスの副産物または蒸留物、または粒子からなる群より選択された物質を除去するものである請求項４７に記載の装置。
【請求項５１】
前記処理ガス源が、（ｉ）前記処理ガスと、該処理ガスと平衡状態の、該処理ガスの凝縮液体を収容したチャンバ、（ｉｉ）該処理ガスを収容した加圧チャンバ、および（ｉｉｉ）該処理ガスの凝縮固体を収容したチャンバからなる群より選択されたチャンバを含む請求項４７に記載の装置。
【請求項５２】
前記処理ガス源が、第１と第２のチャンバを含み、該第１のチャンバが該処理ガスを主に液状または固形の凝縮形態で収容し、該第２のチャンバが、該処理ガスを気化された形態または凝縮状態から昇華された形態で収容し、該第１および第２のチャンバが異なる温度に維持される請求項４７に記載の装置。
【請求項５３】
圧縮処理ガス源、および該希釈ガス源から希釈ガスを受取り、処理ガス源から処理ガスを受取り、受取った希釈ガスおよび処理ガスを混合するように配置された膨張チャンバをさらに有する請求項５１に記載の装置。
【請求項５４】
前記層の少なくとも一方向の寸法が５００μｍ未満である請求項４７に記載の装置。
【請求項５５】
前記層の少なくとも一方向の寸法が１００μｍ未満である請求項４７に記載の装置。
【請求項５６】
前記ポンプが、請求項４２に記載の往復ポンプである請求項４７に記載の装置。
【請求項５７】
サンプルをガス状のフッ化物エッチングガスと接触させることでサンプルをエッチングするための装置であって、
（ａ）フッ化物エッチングガス源であって、第１と第２のチャンバを有し、該第１のチャンバが、該フッ化物エッチングガスを主に液状または固形の凝縮形態で収容し、該第２のチャンバが、該フッ化物エッチングガスを該凝縮形態から揮発した状態で収容し、第１と第２のチャンバを異なる温度で維持するための温度調製部を有するフッ化物エッチングガス源、および
（ｂ）フッ化物エッチングガスによってエッチングされるサンプルを保持するための、該付加物エッチングガス源と連絡するエッチングチャンバ。
【請求項５８】
エッチングガスが、一旦ガス状になった後にエネルギーを加えるためのエネルギー源を有しない請求項６７に記載の装置。
【請求項５９】
第１のソースチャンバが、第２のソースチャンバより低い温度に維持してある請求項５７に記載の装置。
【請求項６０】
２つのソースチャンバが、３℃以上の差に維持される請求項５９に記載の装置。
【請求項６１】
ソースチャンバが、両方とも、４０度未満の温度に維持される請求項５９に記載の装置。
【請求項６２】
エッチングチャンバにフッ化物エッチングガスを繰返し再循環させるための再循環路をさらに有する請求項５８に記載の装置。
【請求項６３】
第１のソースチャンバが、ハロゲンまたは希ガスフッ化物を主に液体または結晶として収容した請求項５７に記載の装置。
【請求項６４】
処理ガス、前記チャンバのうち１つまたは複数、および／または被エッチングサンプルを冷却するための冷却部をさらに有する請求項５７に記載の装置。
【請求項６５】
冷却部が、処理ガス、前記チャンバのうち１つまたは複数、および／またはサンプルを、室温より低く冷却する請求項６４に記載の装置。
【請求項６６】
冷却部が、約１ないし１５℃の範囲内まで冷却する請求項６５に記載の装置。
【請求項６７】
サンプルが、シリコンと、誘電体および金属のうち一方または両方を含み、シリコンが誘電体および／または金属に対してエッチングされる請求項５７に記載の装置。
【請求項６８】
誘電体が、窒化シリコンまたは酸化シリコン層である請求項５７に記載の装置。
【請求項６９】
シリコン材料と誘電体材料を含むサンプルをエッチングするための装置であって、
希ガスハロゲン化物および／またはハロゲンハロゲン化物のエッチングガス源、
エッチングガス源と連絡するエッチングチャンバ、
被エッチングサンプルを保持するためのエッチングチャンバ内の平面、および
平面、エッチングチャンバおよび／またはエッチングガスを室温より低く冷却するための冷却部を具備する装置。
【請求項７０】
エッチングガス源が、液状または固形の希ガスハロゲン化物またはハロゲンハロゲン化物を収容したソースチャンバを含む請求項６９に記載の装置。
【請求項７１】
ソースチャンバが、結晶状の二フッ化キセノンおよび／または液状の三フッ化臭素を収容する請求項７０に記載の装置。
【請求項７２】
前記ソースチャンバに接続され、該ソースチャンバの温度より高い温度に維持される第２のソースチャンバを有する請求項７１に記載の装置。
【請求項７３】
ホルダによって保持されるサンプルであって、犠牲シリコン部と誘電体部を含むサンプルをさらに含む請求項６９に記載の装置。
【請求項７４】
エッチングガスが、エッチングチャンバ内のバッフルおよび穿孔板に通される請求項２６に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の背景】
発明の技術分野
本発明は、マイクロエレクトロメカニカル構造、マイクロオプトエレクトロメカニカル構造、半導体デバイス等の装置を含むマイクロストラクチャの製造技術に関するものである。本発明は、特に、気相エッチングおよび析出処理に関り、特にシリコンのエッチングを伴う処理方法に重点を置くものである。さらに、本発明は、気相エッチングおよび析出の要求を満たすのに極めて有用な装置に関するものである。
【０００２】
従来技術の説明
半導体デバイス、マイクロエレクトロメカニカル構造（ＭＥＭＳ）およびマイクロオプトエレクトロメカニカル構造（ＭＯＥＭＳ）の製造において、選択性エッチャントを使用して、多層構造の中で、隣接する層または領域に触れずに、犠牲層または犠牲領域を除去する過程は必須であり、常用されている。ＭＥＭＳおよびＭＯＥＭＳは、慣性計測、圧力検出、温度測定、マイクロフルイディクス、光学、無線通信など、様々な分野への応用が提案されており、この種の構造の利用可能性はさらに拡大しつつある。このような構造の例として、反射性空間光変調器があり、これは、各々の寸法が微小である静電的に屈曲可能なミラーの平面アレイからなる装置である。この装置は、高解像度の大画面映像のためのマイクロディスプレイシステムとして使用される。このような装置の製造において、ミラー構造は一時的に犠牲層によって支持される。一旦ミラー構造が形成されると、各ミラーの一端に、構造本体と接続するためのマイクロヒンジを残しつつ、ミラーの下に隙間を彫り出すようにして犠牲層が除去される。この隙間とマイクロヒンジは、ミラーを屈曲させるために必要な動きを自由に取れるようにするためのものである。この種の装置は、米国特許第５，８３５，２５６号（１９９８年１１月１０日、アンドルー・ヒュイバースによって登録され、カリフォルニア州、サンタ・クララのリフレクティヴィティー社に譲渡されたもの）に記載されている。米国特許第５，８３５，２５６号の開示内容は、参照により、本明細書に導入する。
【０００３】
マイクロストラクチャの製造において、エッチング過程の成否は複数の要因によるが、その中でも、被エッチング領域における、マイクロストラクチャの表面上および表面内のエッチングの完全性と均一性が特に重要である。屈曲可能なミラー構造において、均一なマイクロストラクチャ特性を有し、欠陥のない製品を高収率で得るためにはマイクロヒンジ（機械変形を受ける構造）の強度が決定的となる。その他のＭＥＭＳや半導体装置については、使用時に構造全体の特徴が完全かつ適切に機能するためにも、エッチングの完全性や均一性は同様に重要である。これらの要因は、等方性エッチング、異方性エッチングのいずれについても重要である。エッチングの目的を、機能層間または機能層と基板との間の犠牲層を除去することとする場合には、等方性エッチングが特に有効である。この構造における犠牲層は、そのほとんどが、機能層のビアホールを通じてのみエッチャントが到達することができるものであって、エッチャントはビアホールから水平方向に進む必要がある。上述の米国特許第５，８３５，２５６号に記載の構造は、このため、等方性エッチャントを採用する。この構造の「ビアホール」は、隣接するミラー素子の対面する縁部間またはミラーの縁部と隣接する構造との間の細い隙間である。同様に、ＭＥＭＳまたは半導体を製造する場合、構造の表面上の特徴をすべて完全に規定し、最終的に得られる製品において機能性を有しない材料はすべて除去しておく必要がある。
【０００４】
本発明の特定の実施形態において重要になるのは、特定のエッチングガスに関する従来技術である。等方性エッチングと異方性エッチングのいずれの場合であっても、犠牲層または領域を除去するために、希ガスフッ化物やハロゲンフッ化物が一般的に使用される。これらの材料は、気相で使用され、含シリコン化合物、非シリコン元素および非シリコン元素の化合物等の他の材料に対して選択的にシリコンをエッチングする。これらの材料のエッチング過程における使用方法は、米国特許出願第０９／４２７，８４１号や、本明細書の下述の部分に記載してある。特許出願第０９／４２７，８４１号に記載の発明は、シリコンエッチングの選択性を改善するためのものである。エッチング処理を、特に均一性および完全性に関して、改善するための手段も、これらの特徴を改善することで製造される製品のコストや信頼性についても有益となるので、未だ改善手段が求められている。
【０００５】
本発明の方法は、反射層が（気相処理の前または後に）コーティングされる場合、作動可能なマイクロミラーとして使用できる屈曲可能な素子（静電気またはその他の手段によって屈曲可能）を製造するために使用することができる。このようなマイクロミラーのアレイを、直視または投射型のディスプレイシステム（例えば、投射型テレビまたはモニタ）に用いることができる。また、マイクロミラーを単独で、または１００μｍ以上（好ましくは５００μｍ以上）のアレイに適用する場合、光スイッチ等において光を誘導するために使用することが可能である。また、本発明は、さらに、ＭＥＭＳ装置に限られるものではなく、半導体装置の処理（例えば、エッチング）に適用することもできる。
【０００６】
【発明の概要】
本発明は、マイクロストラクチャ上またはマイクロストラクチャ内で層または領域をエッチングし、あるいは層または素子を追加または形成するために使用する装置および方法における改良を提供するものである。１つの改良として、エッチングまたは析出処理に、再循環および／または冷却システムを導入し、それによって、処理ガスの効力や処理の効率を改善した制御反応環境を提供する。従来技術において、再循環ポンプの使用に伴って、ウルトラクリーン環境に異物や不純物が紛れ込み、サンプルを汚染してしまうおそれがあるとされたため、再循環方式は採用されていなかった。よって、本発明の一実施形態は、このようなリスクを負わずに再循環方式を取り入れることが可能であるとの発見に基づくものである。本発明が提供する他の改良として、流入する処理ガスをサンプルの表面に分散させるための内部構造を有するエッチングまたは析出チャンバの使用がある。この分散によって、処理ガスが局所的に高濃度で存在し、サンプル表面に「ホットスポット」が発生することを低減、最小化または完全になくすことができる。さらなる改良として、処理ガスを再循環するための往復ポンプの設計および使用がある。ポンプは、環境を汚したり、処理ガスによる腐食を受け易い潤滑剤やその他の材料を使用せずに、処理ガスを環境から完全に密閉するものである。それにも関らず、ポンプは、反応が起きるチャンバに、制御し易い流量で処理ガスを送ることができる。従って、ポンプを使用することで、蒸留物の量を抑え、製品の均一性を向上することができる。これらの改良は、いずれも処理の効率と、製品の収率および品質を改善するものであり、いずれも単独でも、その他の改良と組み合わせて使用することができる。
【０００７】
流入する処理ガスの分散に寄与する反応チャンバ内部の構造として、流入ガスストリームを逸らせ、直接サンプルの表面に当ることを防止するバッフルと、ガスストリームを広い面積に亘って分散させる穿孔板、またはこのようなバッフルと穿孔板の組合せが考えられる。バッフルと穿孔板が両方とも存在する場合、穿孔板がバッフルとサンプルの間に配置されることが好ましい。穿孔板は、単独で使用する場合であっても、バッフルと組み合わせて使用する場合であっても、処理ガスの流れが、穿孔板の孔を通過しなければサンプルに到達することができないような構造であり、孔の大きさや穿孔板上の空間的配置が、処理ガスストリームをすべての孔に亘って分散されるようなものである。これらの特徴によって、処理ガスの量、流量およびフローパターンをより確実にコントロールした形で処理を行うことができる。その利点として、サンプル領域に亘って均一な反応が得られ、化学効率を向上することができ、それにより、均一性を高め、無欠陥製品の収率を高め、再現性を改善することができる。処理が選択性エッチング処理である場合、反応の条件をより確実にコントロールすることができるので、シリコンまたはその他の被エッチング材料に対するエッチング選択性も改善されることになる。
【０００８】
上述の再循環は、様々な構造や操作形式の多種のポンプのうちいずれも使用することで実現できるが、その中でも、以下に詳細に説明するポンプは、ベローズ式壁部を有するハウジングと、ポンプ内部を個別のチャンバに区画する１つまたは複数の可動内部隔壁からなる往復ポンプがある。各隔壁は、ベローズ壁部と協働し、隔壁が一方向に移動すると、第１のチャンバが伸長し、第２のチャンバが縮小し、続いて隔壁が逆方向に移動することで、第１のチャンバが縮小し、第２のチャンバが伸長する。連続した周期で、隔壁の往復運動を各チャンバの個別の入口弁および出口弁の開閉とタイミングを合せて行うことにより、各チャンバが、交互にガスを取り込んだり、排出する。その結果、ポンプ周期の各ストロークにおいても、比較的連続的に安定したガスの放出が行われる。このデザインのポンプによって、操作者は、単に隔壁のスピードと周期を調整することで、高い効率と操作性で処理ガスの流量を変化させることができる。これらの利点は、ポンプの腐食や、ポンプ潤滑剤またはポンプに由来するその他の液状または粒子状の物質による処理ガスの汚染のおそれを伴わずに実現することができる。
【０００９】
これは、ドライポンプの例であるが、ここで、この言葉は、処理ガスストリームと接触する可能性のある、シール剤または潤滑剤として使用されるような液体成分を含まないポンプを示す。他の種類のドライポンプも使用することが可能である。ただし、この特定のドライポンプは、フローストリームにパージガスを加えることがないといったさらなる利点を有するものである。
【００１０】
また、さらに、再循環される場合であってもされない場合であっても、処理ガスを冷却するための冷却システムおよび方法を開示する。冷却は、直接処理されるサンプルに対して、処理／エッチングチャンバに対して、または処理チャンバに到達する前に処理／エッチングガスに対して行うことができる。このような冷却処理は、特に非プラズマ相のハロゲン化物（好ましくは、外部からの電界または電磁エネルギーを加えていないガス相フッ化物）を使用してシリコンをエッチングするのに適している。
【００１１】
【発明の詳細な説明および好適な実施形態】
本発明は、一般的に、様々な構造、配置、フロー方式および実施形態が可能であるが、発明の特徴となる新規の事項は、まず、本発明の各側面で利用できる典型的な処理フローを考察することで最も容易に理解できるであろう。
【００１２】
図１には、このような処理フローであって、処理がエッチング処理である構成を示す。エッチングガスは、ソースチャンバ１１に由来する。容易に液体から気化させることができるエッチングガスとして三フッ化臭素があり、固体の結晶から容易に昇華させることができるエッチングガスとして二フッ化キセノンがある。結晶を４０℃未満（例えば温度２８．５℃）に維持することで良い結果が得られる。（二フッ化キセノンは、使用可能である複数のエッチングガスのうちの１つに過ぎない。それ以外のガスの例については後に詳細に述べる。）２８．５℃における二フッ化キセノンの昇華圧力は、５〜１１ｍｂａｒ（４〜８ｔｏｒｒ）である。ソースチャンバ１１の結晶に由来する二フッ化キセノンガスは、膨張チャンバ１２に供給されるが、ソースチャンバと膨張チャンバの間に遮断弁１３が配置される。エッチングすべきサンプル１４は、発明の概要（上述）に示したバッフル１６および穿孔板１７を有するエッチングチャンバ１５内に収容され、発明の概要で示した往復ポンプ１８は、膨張チャンバ１２とエッチングチャンバ１５の間に設置される。（往復ポンプとその弁は、図４ａおよび４ｂに詳細に示してあり、以下に説明する。）
【００１３】
さらに、遮断弁２１、２２を介して膨張チャンバ１２に供給するための２つの個別のガス源１９、２０、チャンバの排気を制御するための真空ポンプ２３およびそれに付随する遮断弁２４、２５、２６、２７、２８、ポンプ２３からの逆流を防止するための遮断弁３０を有するポンプバラストとして機能する第３のガス源２９、および各配管のガス流量を設定し、チャンバの圧力の微調整を可能にする手動ニードル弁３１、３２、３３、３４、３５、８３が示してある。二フッ化キセノンを使用する場合、膨張チャンバ１２とエッチングチャンバ１５は、通常、ほぼ室温（例えば、２５．０℃）に維持される。ただし、膨張チャンバやエッチングチャンバを（例えば２５ないし４０℃に）加熱することも可能であるが、これは、下記のとおり、処理中のサンプルの直接的な冷却を伴う可能性が高い。再循環路３６は、ガスが、膨張チャンバ１２と（弁２６、２７および３４、３５を介して）連絡し、往復ポンプ１８を通じてエッチングチャンバ１５に戻る循環ループを伝ってエッチングチャンバ１５内を連続的に流れることを可能にする。弁８５は、再循環ポンプ１８を通らずに、再循環路３６の一部を介して膨張チャンバ１２とエッチングチャンバ１５との間のガスの交換を可能にする。経路４０の弁８６は、エッチング処理中に混合エッチャントを補給するために、膨張チャンバ１２にエッチングガスを導入することを可能にする。弁は、好ましくは耐食性のベローズ封じ弁であり、より好ましくは、各シールに耐食性（例えばＫａｌｒｅｚ（商標）またはＣｈｅｍｒａｚ（商標））のＯリングを有するアルミニウムまたはステンレス製のものがよい。ニードル弁も好ましくは耐食性であり、好ましくはすべてステンレス製である。また、任意の追加特徴として、再循環フローからエッチング副産物を除去するために再循環路３６にフィルタ３９を設置し、それによって流内におけるエッチングガスの希釈度を低減することも可能である。フィルタは、さらに、処理による蒸留物の量を減らすために使用することもできる。エッチングチャンバ１５（または、本発明はエッチング以外にも蒸着やその他の反応性処理ガスの使用にも適用可能であるため、より一般的には、反応チャンバ１５）は、その形状や寸法は問わないが、内部寸法や形状が、チャンバ内部に渦や停滞を発生せず、均等な定常流を維持できるものであれば、最良の結果が得られる。エッチングチャンバの形状は、好ましくは、円形または浅い円柱形であり、チャンバの上部の中央に処理ガスの入口を有するとともに、チャンバの底部近辺の中央にサンプル用の支持体と、底壁またはサンプル支持体の下の側壁に出口を有する。バッフル１６は、入口の真下に配置する。入口からバッフルの上面までの距離は、本発明ではさほど重要ではなく、様々な距離が可能であるが、本発明の好適な実施形態において、この距離は０．１ｃｍから６．０ｃｍまでの範囲内にあり、最も好ましくは０．５ないし３．０ｃｍである。図１にはその形状を示さないが、バッフルは好ましくは円形、またはガス流を３６０°に亘って放射的に偏向させることができるその他の形状である。
【００１４】
穿孔板１７は、バッフル１６より大きく、好ましくはすべてのガス流をサンプルに向けて送ることができる。穿孔板の形状は、好ましくは、サンプルの形状と一致し、例えば、サンプルが円形であれば、穿孔板も円形である。図２および図３には、それぞれ穿孔板１７ａと１７ｂを示す。穿孔板は、サンプルに到達する前に、ガスを板の孔に通すことで、その下のサンプルへの処理ガスの分布を改善するために使用される。各孔の直径が小さいため、孔を通って放出される際にガスが分散する。あるポンプの流量に対して、穿孔アレイ、特にその孔の位置および寸法は、サンプル全体に対して均一なエッチングが得られるように設計される。よって、サンプルおよび処理の均一性が改善される。
【００１５】
上述したとおり、バッフルおよび穿孔板は、何れも、サンプルの均一処理を図るために単独に使用することができる。図示する構造は、バッフルと穿孔板を含む好適な形態である。この形態では、バッフルの縁を通るガスが、穿孔板の周縁部に先に到達する。その後の穿孔板全体、すなわち各孔に対するガスの分布は、穿孔板の中央よりも周縁部においてガスに対する抵抗を発生させるように孔を配置することで調製することができる。これは、様々な方法で行うことができるが、そのうち２つを図面に示す。図２では、穿孔板の中央からの距離が大きくなるほど、孔の直径が小さくなる。この形態における孔のサイズは３つあり、最外部のものが最小であり、中央部のものが最大であり、その中間にあるものが中間的な大きさである。サイズ分布の実施例として、孔の直径を、周縁部は約０．０７４インチ（１．９ｍｍ）にし、中央部は０．１２５インチ（３．２ｍｍ）にし、中間部は０．１００インチ（２．５ｍｍ）にすることができる。もっとも、これは一例に過ぎず、さらに異なる直径の孔を使用し、中央から周縁にかけてその変化をより細かく設定することもできる。図３では、孔自体のサイズは均一であるが、孔間の間隔が、穿孔板の中央からの距離が増すに連れて大きくなる。この実施形態の例として、孔の直径が０．０８０インチ（２．０ｍｍ）のものが考えられる。
【００１６】
図１に示す形態で、バッフルと穿孔板を両方とも採用する本発明の実施形態において、バッフル１６から穿孔板１７の上面までの距離は重要ではなく、エッチングチャンバのその他の寸法、供給ガスの流量およびその他のシステムパラメータによって様々な値が可能である。本発明のこの側面の好ましい実施形態において、この距離は０．１ｃｍないし１０ｃｍであり、より好ましくは１．０ｃｍないし４．０ｃｍである。この実施形態において、入口からバッフルの上面までの距離は約２．５ｃｍであり、バッフルから穿孔板の上面までの距離は２．０ｃｍである。
【００１７】
上述の処理方式には、様々な変更を加えることも可能である。例えば、さらなるガス源やチャンバを追加することも可能である。また、エッチングチャンバのガス分散システムに、例えばＵ字型または円錐型のバッフルを使用したり、さらに穿孔板および／またはバッフルを追加したりしてさらに変更することができる。ただし、これらの変更例が共通する点は、エッチングガスが再循環され、再循環ループ内にポンプが設けてあるところである。
【００１８】
図４ａおよび４ｂは、本発明を実施するために使用可能な往復ポンプ１８の例を示すものである。これらの図面に示す形態は、例えば、チャンバの数を３つ以上に増やしたり、複数のポンプを並行配置するなり、様々な方法で変更することができる。以下の説明は、これらの図面に示す特定の実施形態について行う。
【００１９】
図４ａの側面図には、ベローズ式の側壁４４、４５を介して設けられた２つの固定端壁４２、４３からなるポンプハウジング４１を示す。ベローズ式側壁４４、４５は、アコーディオンのように蛇腹状になっているか、ベローズ式の伸縮が可能なその他の構造を有するものである。端壁４２、４３およびベローズ式側壁４４、４５は、各側壁に設けた入出口を除いて、ともにポンプ内部を完全に封じる構造になっている。これらの開口の配置を、図４ｂのポンプフロー図に示すが、左側側壁４２は１つの入出口４６を有し、右側側壁４３も１つの入出口４８を有する。各入出口に直結する外部経路上に、遠隔制御される遮断弁５１、５２、５３、５４が設けてある。フェイルセーフ操作を図るために、遮断弁５１、５４は通常では開状態であり、遮断弁５２、５３は通常では閉状態である。
【００２０】
図４ａに示す可動隔壁６０は、ポンプ内部を２つのチャンバ６１、６２に区画するものであり、２つのチャンバ間の流体の交換が不可能な状態に完全に隔絶するために、隔壁とそのハウジングへの連絡口は不浸透性にしてある。隔壁６０は、ベローズ式側壁４４、４５と繋がっており、二頭矢印６３で示す各方向に沿って移動することができる。この移動は、往復運動が可能な適切な駆動機構（図示せず）によって駆動される。当業者の間では、この種の駆動機構は多く知られており、何れも使用可能である。図４ａに示す状態から、隔壁が左に動くと左側チャンバ６１が縮小し、右側チャンバ６２が伸長する。ポンプの遮断弁が適切に設定してある場合、すなわち、弁５２および５３が開状態であり、弁５１および５４が閉状態である場合、左側チャンバ６１が、縮小によって、入出口４６からその内容物を放出し、右側チャンバ６２が、伸長によって、入出口４８からガスを吸い込む。隔壁６０は、その左方向への移動が終了すると、方向転換し、右方向への移動を開始し、遮断弁が適切に再設定され、伸長状態の右側チャンバ６２を縮小させ、入出口４８からその内容物を放出させ、縮小状態の左側チャンバ６１を伸長させ、その入出口４６から新しくガスを取り込む。このようにして、ポンプが、全体的に、実質的に連続した方式でガス流を発生させ、各チャンバから交互に放出する。制御部６４が、隔壁６０の移動方向と範囲、速度および周期を制御し、隔壁の移動を遮断弁５１、５２、５３、５４の開閉のタイミングに合せる。従来の制御回路や部品を使用することができる。
【００２１】
ここに示す処理ガス再循環用のポンプや、本発明の範囲に属するそれ以外のものは、処理ガスと接触する摺動部または磨耗部や潤滑剤を使用しない。この条件を満たすその他のポンプ、例えば、膨張バルーンチャンバを有するポンプ、弾性シールガスケットによって連結された同心ポンプ構造のポンプまたは蠕動ポンプ等も使用可能である。よって、ベローズ式の壁を含むポンプの材料は、エッチングガスによる腐食に耐性を有するものや不浸透性の材料によって形成される。５０℃未満の動作温度で使用できる材料の例として、ステンレスがある。そのほかにも、アルミニウム、インコネル、モネル等がある。また、この種のガスを扱う者であれば、外にも様々なものが考えられるであろう。ポンプの容積や寸法は任意であるが、好適な実施形態として、隔壁の端から端までの移動による各チャンバの容積の変化が、０．０５から４．２Ｌであるもの、好ましくは０．１ないし１．５Ｌであるもの、一例として０．５Ｌであるものがある。チャンバをより大きく（例えば５ないし２０Ｌ）にすることも可能であり、さらにポンプのスピードを低くすれば、ポンプの磨耗を低減することもできる。側壁の速度について、１周期が２秒であれば、ポンプ量（０．５Ｌの場合）は３０Ｌ／分となる。ポンプサイズとポンプスピードの組合せは様々であるが、時間によるポンプ容積の変化は７ないし８５Ｌ／分であり、好ましくは１５から４６Ｌ／分の範囲内である。
【００２２】
上述のポンプに、エッチングの際に混合処理ガスへの粒子の混入をさらに低減するために、適切なライニングを設けることも可能である。また、ベローズ式ではないポンプも使用することも可能である。ポンプとして好適なのは、混合処理ガスによる腐食に耐性を有し、処理ガス混合物に粒子または液状の物質の混入を防ぐように設計されたものである。ドライポンプ、すなわち混合処理ガスに外因性のパージやバラストガスを追加しないものが好ましい。また、処理ガスを、温度サイクリング（再循環路の加熱と冷却を大きく変化させたもの）によって再循環させることもできる。
【００２３】
次に、エッチング処理およびその化学パラメータの一般的な説明をする。この説明は、上述の特徴が如何にして使用され得るかを説明するために取り入れたものである。
【００２４】
本発明の装置および方法は、本技術分野において周知であったり、文献によって公知であるエッチング処理に使用することができる。処理とは、Ｃｌ２、ＨＢｒ、ＣＣｌ２Ｆ２およびその他のドライエッチングガスの一般的な使用を含む。特にシリコンのエッチングに適するエッチングガスとして、希ガスフッ化物やハロゲンフッ化物ガス等のガス状のハロゲン化物（例えばフッ化物）、またはこれらの群に属するガスの混合物（また、気化または昇華させるための加熱を除いて、ガスにエネルギーを加えていないもの）が好ましい。希ガスとは、ヘリウム、ネオン、アルゴン、クリプトン、キセノンおよびラドンであるが、その中でも好ましいフッ化物はクリプトンおよびキセノンのフッ化物であり、キセノンのフッ化物が最も好ましい。これらの元素のフッ化物として、二フッ化クリプトン、二フッ化キセノン、四フッ化キセノンおよび六フッ化キセノンが周知である。シリコンエッチング処理に最も一般的に使用される希ガスフッ化物は、二フッ化キセノンである。ハロゲンフッ化物とは、フッ化臭素、三フッ化臭素、五フッ化臭素、フッ化塩素、三フッ化塩素、五フッ化塩素、五フッ化ヨウ素および七フッ化ヨウ素を含む。その中でも、三フッ化臭素、三塩化臭素および五フッ化ヨウ素が好ましく、三フッ化臭素と三フッ化塩素がより好ましい。三フッ化臭素と二フッ化キセノンの混合物も考えられる。エッチング処理は、通常、大気圧より低い圧力で行われる。ここに記載したエッチャントは、ガス状（例えば、非プラズマ状）で、またはその他の状態であれば、エネルギーを加えていない（原始エッチングガスまたは液体の昇華または気化を助長するための加熱を除く）状態、さらに、電界、紫外線またはその他の電磁エネルギー、またはエッチングガスを特定の温度におけるガスの通常のエネルギー以上にエッチングガスにエネルギーを加え得る付加フィールドやエネルギー源を一切使用しないことが好ましい。
【００２５】
実際、本発明の好適な実施形態において、エッチングガスは（エッチングのためにソースチャンバから導入された時点で）冷却される（あるいは、サンプルが冷却される）。本発明において、ＭＥＭＳ装置を製造するにあたり、エッチングガス、エッチングチャンバ、および／またはサンプルを冷却することは非常に効果的であり、特に気相エッチャント（例えばフッ素系の気相エッチャント）によるエッチングが必要なカンチレバー型の可動梁構造またはその他のヒンジ付マイクロエレクトロメカニカル構造の作成に役立つことが判明した。図５に見えるように、処理ガスを冷却するためにガス冷却部８０が設けてある。冷却部８０は、図５において、処理ガス源と（任意の）膨張チャンバの間に配置されている。ただし、冷却部は、膨張チャンバ１２とエッチングチャンバ１５の間に配置することもでき、それ以外でも処理ガスを所望の温度まで冷却することができる場所であれば何処にでも置くことが可能である。処理ガスを冷却する場合、（使用されるエッチャントの分圧における）液化温度以下まで冷却しないことが望ましい。本発明のさらなる実施形態において、サンプル１４を（例えば、処理チャンバにおいてサンプルホルダ／プラテンを冷却することで）直接冷却したり、エッチングチャンバ１５または膨張チャンバ１２を冷却することができる。サンプルプラテンを冷却する場合、サンプルのプラテンに対する密接度を向上するために差圧を掛け、それによってサンプルの冷却速度を上げることができる。このような冷却処理は、誘電体（例えばシリコンの窒化物または酸化物）に対してシリコン（例えばアモルファスシリコン）をエッチングするような場合に適している。冷却処理は、１つの材料の下から他の材料を除去するための処理に使用する場合（例えば、マイクロミラー等のＭＥＭＳ構造を作成する場合）に特に望ましい。
【００２６】
冷却部の構造は任意であり、処理ガスを冷却するための標準の冷却コイルまたはリブによるものであっても、処理チャンバまたはサンプルホルダを直接冷却するための冷却装置であってもよい。処理ガスを冷却する場合、冷却部は処理ガスを室温（約２２℃）より低い温度まで冷却し、好ましくは０ないし１９℃まで、より好ましくは１ないし１２℃の範囲内に冷却する。温度による（一定時間の二フッ化キセノンガスへの露出後の）観測エッチング量の変化を求めるために、窒化シリコン層（ガラス基板上のＴｉ層上）に対して試験を行った。窒化シリコン層の一部をフォトレジストで被覆し、被覆されなかった部分をエッチングすることで、特定の温度におけるエッチングレートを求めた。具体的に、露出時間と、アセトンによってフォトレジストを除去した後の、フォトレジストで保護されていた窒化シリコンと露出していた窒化シリコンとの段差の測定値とからエッチングレートを算出した。処理ガスを冷却するとエッチングレートが低くなるため（および低温における微量のエッチングを測定する困難性のため）、処理ガスのエッチングレートを高温（例えば９０℃や１２０℃）で測定してから補外法で求めた。（ＳｉＮは、９０℃におけるエッチングレートのほうが遅かった。シリコンは、低温度におけるエッチングレートが速いことが知られているため、処理温度を下げたり、好ましくはサンプル自体の温度を下げることによってＳｉＮとＳｉ間で選択性を向上することができる。）本発明のさらなる実施形態において、処理ガスが加熱されるが、同時にサンプルが（例えば、サンプルホルダ／プラテンを冷却したり、不活性冷却ガスを直接サンプルに吹きかけるなどして）直接冷却される。このようにして、低温による選択性の利点を損わずに凝結を防ぐことができる。他の実施形態において、処理ガスにおける無反応エッチャントの分圧によって冷却温度を高い設定（エッチング処理開始時には室温に満たないくらい）から低い設定に変更する。これにより、システム内のエッチャントの凝結を防止することができる。
【００２７】
望ましければ、温度モニタ８２によって、処理ガスがエッチングチャンバを通過した前および／または後の処理ガス温度を監視し、冷却部を制御するために使用することができる。図６に、図１の再循環機能と図５の冷却機能を併せ持った実施形態を示す。図６には、さらに、任意のフィルタ３９とともに、ポンプ１８、ソースチャンバ１１、膨張チャンバ１２、エッチングチャンバ１５および冷却部８０を示す。明確性を損わないため、図１に示した弁、配管、ガス希釈部およびその他の周辺構造は、図５および図６では省略した。
【００２８】
ソースチャンバ１１は、単一チャンバ式のものであってもよいが、図５に示す形態は、ソースチャンバが直列配置された２つのチャンバ１１ａおよび１１ｂからなる変形である。第１のチャンバ１１ａは、ソース材料を主にその凝縮した形態、すなわち昇華前の結晶または気化前の液体として収容する。第２のチャンバ１１ｂは、第１のチャンバ１１ａから、結晶が昇華し、あるいは液体が気化した結果得られたソース材料ガスを受ける。それぞれの状態を保つために、２つのチャンバ１１ａおよび１１ｂは好ましくは異なる温度（好ましくは少なくとも５℃の差）に維持し、前者１１ａは、材料を凝縮した形態（固体結晶また液体）に維持するために低温に設定し、後者１１ｂは、それに続くチャンバに必要な圧力を考慮して、ガスを供給することを可能にする圧力において、材料をガス状に維持するため（および凝結の問題を防ぐため）に高温（および場合によっては高圧力）に設定する。ある実施形態では、両方のチャンバが室温以上の温度に維持され、チャンバ１１ｂはチャンバ１１ａの温度より２ないし２４℃（好ましくは５ないし１０℃）高い温度に維持される。このような二チャンバ構造の実施形態は、同様に、図１および６に示すシステムに採用することも可能である。また、チャンバ１１ａおよび１１ｂを並列配置することもできる。
【００２９】
ここで、「サンプル」および「マイクロストラクチャ」とは、材料を除去すべきまたは材料を追加すべき物体を意味し、その材料が、複数の層のうち１つの層、複数の層のうち複数の層または同一平面状の複数の領域に隣接する領域の何れであってもよい。よって、「サンプル」とは、単一のミラー素子およびそれに付随する他材料の層、試験パターン、型、デバイス、ウェハ、ウェハの一部、または一部が除去または追加される任意の物体を意味する。本発明は、追加または除去される材料の大きさが、少なくとも一方向の寸法が５ｍｍ未満、好ましくは１ｍｍ未満、より好ましくは５００μｍ未満、もっとも好ましくは１００μｍ未満であるものに特に適している。本発明は、さらに、サブミクロン環境（例えば、１０ｎｍから１０００ｎｍ未満の範囲）における材料（例えば、孔または層として）の追加または除去（例えば、ＭＥＭＳやＭＯＥＭＳ装置において必要になることがある）に適している。
【００３０】
図７は、本発明の処理に従って形成することができる構造を示すサンプル７１（半導体あるいはＭＥＭＳまたはＭＯＥＭＳ構造等）の断面図である。本発明によるエッチング処理を用いることにより、比較的深く、細い孔７２を形成したり、比較的浅く、広い凹部７３を形成することができ、また、析出によって材料を追加し、比較的低く、広い表面層７４を形成したり、比較的高く、細い壁または柱７５を形成することができる。前段落に記載した寸法の範囲は、これらの構造の最小寸法を示すものであり、すなわち、孔７２の直径、凹部７３の深さ、追加層７４の高さおよび壁または柱７５の幅等に関するものである。
【００３１】
図面に示したシステム、また、本発明の範囲内のその他のシステムにおいて、１ユニットのエッチャントをソースチャンバまたは膨張チャンバに充填することで、再循環ループに放出（希釈剤の有無を問わず）させることができる。再循環ループ内のエッチャントの量が経時的に減ると、再循環流を補充するためにエッチャントを追加することができる。当業者には、この処理の他の変形も理解し得るであろう。
【００３２】
エッチングによって除去すべき材料がシリコンである場合、１つの成分をエッチングガス自体（またはエッチングガスの混合物）とし、それ以外の成分を非エッチング希釈剤とする混合ガスを供給する特定のエッチング処理もある。ガスが完全にエッチングガスであっても、その外にも非エッチング成分を含むものであっても、エッチング反応のレートは、エッチングガスの分圧によって変化する。分圧は任意であるが、ほとんどの応用、特にシリコンエッチングにおいて、エッチングガスの分圧が０．１ｍｂａｒ（０．０７５ｔｏｒｒ）以上、好ましくは０．３ｍｂａｒ（０．２２５ｔｏｒｒ）以上、より好ましくは０．３ｍｂａｒ（０．２２５ｔｏｒｒ）から３０ｍｂａｒ（２２．５ｔｏｒｒ）の範囲内、最も好ましくは１ｍｂａｒ（０．７５ｔｏｒｒ）から１５ｍｂａｒ（１１．２５ｔｏｒｒ）の範囲内であると、最良の結果が得られる。これらの圧力範囲は、特に二フッ化キセノンエッチングに適する。
【００３３】
特定の処理において、シリコンエッチングの選択性を向上させるために非エッチングガス添加物を使用する。この目的を達成するために、ハロゲンを含有しないガスを添加物とすることが好ましい。本発明の好適な実施形態において、モル平均式量（ダルトンまたはグラム／モルで表す）が、窒素分子の式量より低く、好ましくは２５以下、より好ましくは４から２５の範囲内、さらに好ましくは４から２０の範囲内、最も好ましくは４から１０の範囲内である添加物を使用する。添加物が１種のものであれば、「モル平均式量」とはその種の実際の式量であり、同一の混合ガスに２つ以上の添加種を使用する場合、モル平均式量とは、各種の相対モル量（分圧にほぼ等しい）に基づいて算出される混合物（希ガスフッ化物を除く）における各種の式量の平均である。伝熱性に関して、３００Ｋ（２６．９℃）の大気圧において、伝熱性が１０ｍＷ／（ｍＫ）（すなわち、ミリワット／メートル／ケルビン）から２００ｍＷ／（ｍＫ）の添加物が好ましく、１４０ｍＷ／（ｍＫ）ないし１９０ｍＷ／（ｍＫ）のものがさらに好ましい。一般的に、添加物の伝熱性が高いほど選択性が良くなる。本発明に適用可能な添加物の例として、窒素（Ｎ２、３００Ｋにおける伝熱性２６ｍＷ／（ｍＫ））、アルゴン（Ａｒ、３００Ｋにおける伝熱性１８ｍＷ／（ｍＫ））、ヘリウム（Ｈｅ、３００Ｋにおける伝熱性１６０ｍＷ／（ｍＫ））、ネオン（Ｎｅ、３００Ｋにおける伝熱性５０ｍＷ／（ｍＫ））、およびこれらのガスのうち２つ以上の混合物がある。添加ガスとしては、ヘリウム、ネオン、ヘリウムとネオンの混合物、またはこれらの一方または両方の、窒素およびアルゴンなどの式量の高い非エッチングガスとの混合物が好ましい。特に、ヘリウムおよびヘリウムと窒素またはアルゴンとの混合物が添加物として好ましい。
【００３４】
選択性の改善度は、エッチングガスに対する添加物のモル比によって変化する。ここでも、モル比は分圧の比率にほぼ等しく、ここで、「モル比」とは、添加ガス（複数の種であってもよい）の総合モル数をエッチングガス（これも、複数種であってもよい）の総合モル数で割った比率を意味する。ほとんどの場合、添加物対エッチャントのモル比が約５００：１より低く、好ましくは１：１から５００：１の範囲内、より好ましくは１０：１ないし２００：１、最も好ましくは２０：１ないし１５０：１であれば最良の結果が得られる。
【００３５】
エッチング処理を行う温度も同様に任意であるが、エッチングガスの分圧は温度によって変化する。最適な温度は、エッチングガス、添加ガスまたはその両方によって決定される。一般的に、特に二フッ化キセノンをエッチングガスとした処理において、−６０℃から１２０℃、好ましくは−２０℃から８０℃、より好ましくは０℃から６０℃までの温度が適切である。二フッ化キセノンについては、−２３０℃から６０℃までの温度範囲においてシリコンエッチングレートは温度に反比例する。よって、エッチング処理の温度を下げることで選択性をさらに向上させることができる。
【００３６】
フローパラメータは、サンプルがエッチングガスに露出される時間が、シリコンをすべてまたは実質的にすべて除去するに足るように選択される。ここで、「実質的にすべてのシリコン」とは、最終的に得られた製品が、シリコンがすべて除去された場合と同程度に有効に機能することを可能にする量を意味する。本発明によって得られる高選択性の利点は、非シリコン材料をさほど多く失わずにシリコンのオーバーエッチングを可能にすることである。これに必要な時間は、除去すべきシリコンの量とシリコン層の寸法および形状によって変化する。ほとんどの場合、約３０秒から約３０分まで、好ましくは１分から１０分までの露出時間で最良の結果が得られる。本発明を適用することができる構造の例として、ポリシリコン層上に窒化シリコン層を形成し、ミラー素子の側面を画定するビアを残すようにして窒化シリコン層をパターニングする米国特許第５，８３５，２５６号に記載のものがある。犠牲ポリシリコン層にはビアを通じて到達することができ、エッチング処理は、垂直方向（すなわち、層の面に対して直角）にエッチングすることでビア下のポリシリコンを除去し、水平方向（層の面に対して平行）にエッチングすることで窒化シリコン下のポリシリコンを除去することによって行われる。また、この処理は、複数の非シリコン層に対してシリコンをエッチングするのに効果的である。
【００３７】
図１に示す処理形態は、本発明によって再循環を行うことができる数々の形態のうち１つの例に過ぎない。図１の形態自体、様々な組合せや順番による弁の開閉によって使用することができる。そのための手順として次のものがある。
１．固形または液状のエッチャント（ＸｅＦ２等）をソースチャンバ１１の中に入れる。
２．サンプル１４をエッチングチャンバ１５の中に入れる。
３．膨張チャンバ１２とエッチングチャンバ１５を両方とも排気する。
４．膨張チャンバ１２およびエッチングチャンバ１５を、ａ）一方または両方のチャンバに不活性ガス（例えばＮ２）を流入させるか、ｂ）温度ランプ（例えば、一方または両方のチャンバの温度を一定時間上げ、次いでステップ５の後に一方または両方のチャンバの温度を下げ、最後にステップ１５の後に一方または両方のチャンバの温度を上げる）を実行するか、あるいはｃ）ガスの流入および温度のランプを両方とも実行することによって、プレコンディショニングする。サンプル温度は、チャンバの温度ランプと整合するようまたは異なるようにランプすることができる。
５．次に、膨張チャンバ１２とエッチングチャンバ１５を両方とも排気する。
６．次に、膨張チャンバ１２とエッチングチャンバ１５を個別のガス源１９、２０に由来する１つ以上の希釈剤で満たす。
７．次に、膨張チャンバ１２を排気する。
８．次に、膨張チャンバ１２をソースチャンバ１１に由来するＸｅＦ２ガス（ソースチャンバ内のＸｅＦ２結晶の昇華によるもの）で満たす。
９．次に、真空ポンプ２３によって膨張チャンバ１２からＸｅＦ２ガスを抜き、膨張チャンバのＸｅＦ２ガス圧をサンプルのエッチングに必要な所望のＸｅＦ２処理圧力まで下げる。
１０．次に、ガス源１９、２０による１つ以上の希釈ガスを膨張チャンバ１２に添加する。
１１．次に、手動のニードル弁を除く弁をすべて閉める。
１２．次に、エッチングチャンバ１５内に希釈ガスの流れを作るために再循環ポンプ１８を作動する。
１３．次に、ＸｅＦ２再循環ループ上の遮断弁２６、２７を開き、ＸｅＦ２ガスを再循環ループ３６に供給する。
１４．サンプルのエッチングが完了するまで、エッチングチャンバ内のＸｅＦ２ガスの再循環を続ける。
１５．次に、膨張チャンバ１２とエッチングチャンバ１５を両方とも排気する。
１６．膨張チャンバ１２とエッチングチャンバ１５を、ａ）一方または両方のチャンバに不活性ガスを流入させるか、ｂ）一方またはは両方のチャンバの温度を上げるか、ｃ）一方または両方のチャンバをポンプで排気するか、ｄ）流入／過熱／排気のうち１つ以上の時間順シーケンスを行うことでポストコンディショニングする。
１７．次に、完成したサンプルをエッチングチャンバから取り出す。
この処理には、製品の品質を損わない程度に変更を加えることができる。例えば、ステップ１２と１３を逆順に行っても良い。当業者であれば、その他の変形も理解し得るであろう。
【００３８】
実施例：
ＭＥＭＳ装置を有する６インチのガラス基板をエッチングするための典型的な装置および処理パラメータとして、二ソースチャンバ型のものであって、１１ａが２８℃、１１ｂが３１℃、中間接続片が３５℃に設定されたものがある。膨張チャンバ１２とエッチングチャンバ１５は２３℃に設定される。上述のステップ６において、チャンバ１２および１５を、両方とも４５Ｔの窒素（Ｎ２）と４５０Ｔのヘリウム（Ｈｅ）で満たすと、総合ガス圧が４９５Ｔとなる。ステップ８において、チャンバ１２に、ＸｅＦ２ガスを４．２Ｔ以上になるまで供給する。ステップ９において、処理の使用のために、チャンバ１２におけるＸｅＦ２ガスを４Ｔまで減圧する。ステップ１０において、チャンバ１２に窒素（Ｎ２）４７Ｔおよびヘリウム（Ｈｅ）４７０Ｔを供給し、ステップ１０が終了した時点で、チャンバ１２の総合ガス圧は５２１Ｔとなる。
【００３９】
本発明の装置および方法によって除去することができる犠牲シリコン層として、結晶性シリコン、アモルファスシリコン、部分結晶性シリコン、複数の結晶粒度を有する結晶性シリコン、ポリシリコン全般、およびヒ素、リンまたはホウ素等のドーパントによってドーピングされたシリコンがある。特に、ポリシリコンが好ましいが、ポリシリコンの相対的な結晶性対アモルファス性の特徴は、析出条件、ドーパントや不純物の存否、およびアニーリングの程度によって大きく変化する。
【００４０】
本発明の方法および装置によって、非シリコン材料に対して、シリコンを選択的に除去することができる。「非シリコン材料」とは、前段落に述べたアモルファスまたは結晶性シリコンを、何れの形態においても含まない材料を意味する。よって、非シリコン材料は、非シリコン元素や非シリコン元素の化合物は勿論のこと、元素としてのシリコンが他の元素と結合したシリコン含有化合物も含み得る。このような非シリコン材料の例として、チタン、金、タングステン、アルミニウムとこれらの金属の化合物とともに、炭化シリコン、窒化シリコン、フォトレジスト、ポリイミドおよび酸化シリコンなどである。窒化シリコンおよび酸化シリコンは、米国特許第５，８３５，２５６号に開示された構造における使用を想定すると特に好適である。１つの構造に２つ以上の異なる非シリコン材料が存在することも可能であり、あらゆる非シリコン材料に対するシリコンのエッチング選択性を改善することができる。
【００４１】
本発明を、米国特許第５，８３５，２５６号に記載のミラー構造に適用する場合、構造からシリコン層を除去するとき、層の厚さや水平方向の寸法は任意である。ただし、シリコン部の厚さは、通常、２００ｎｍないし５，０００ｎｍ、好ましくは２５０ｎｍないし３，０００ｎｍ、より好ましくは３００ｎｍないし１，０００ｎｍである。同様に、非シリコン部の厚さは、通常、１０ｎｍないし５００ｎｍ、好ましくは２０ｎｍないし２００ｎｍ、より好ましくは３０ｎｍないし２００ｎｍである。米国特許第５，８３５，２５６号に記載された構造における典型的な窒化シリコンミラー素子の下のポリシリコンをすべて除去するために、エッチング処理が及ぶ必要のある水平方向の距離（この距離は、通常、エッチング前線が両端から内側に向かう場合、ミラーの水平方向の最短寸法の半分である）は、サブミクロン距離から５００ミクロンまで、好ましくは３ミクロンないし３０ミクロン、より好ましくは５ミクロンないし１５ミクロンである。
【００４２】
前述の説明は、概ね本発明のエッチング処理への適用に関するものであるが、本発明は、特にその再循環側面について、デバイスの層、特に微小な寸法を有する層を、追加または除去するための処理全般に適用可能である。このような処理の例として、半導体装置およびＭＥＭＳ／ＭＯＥＭＳ装置のパッシベーションおよびエッチング、リソグラフィ（例えば、スクリーン印刷）、薄膜形成（化学蒸着、例えば自己集合単層やスパッタリング）、電気メッキ（例えば、ブランケットやテンプレート区切り電気メッキ）および直接析出（例えば、電気メッキ、ステレオリソグラフィ、レーザ駆動化学蒸着、スクリーン印刷および転写印刷）等がある。さらなる例として、プラズマエッチング、反応イオン強化エッチング、深反応イオンエッチング、ウェット化学エッチング、電子放出加工、ボンディング（例えば、融合ボンディング、アノードボンディングおよび接着剤の塗布）、表面修正（例えばウェット化学修正やプラズマ修正）およびアニーリング（例えば加熱またはレーザアニーリング）等がある。各例に使用すべき処理ガスは、当業者にとっては自明であろう。本発明は、さらに、処理ガスのうち少なくとも１つの成分が、水蒸気の存在下で金属に対して腐食性を有するものである処理において有用である。製品の収率を低下させ、再循環ループ内で使用されるポンプを損傷するおそれのある不純物を取り込まずに、微小デバイスにおける材料を追加または除去するために腐食性の成分を使用することができる。
【００４３】
本発明の範囲内において、次のような変更も可能である。図１の再循環ループ３６を延ばし、ソースチャンバ１１を含ませるようにすることができる。操作者が、ソースチャンバを再循環ループ内に含ませるか、ソースチャンバを再循環ループから独立させるかを選択することを可能にする弁構造を導入することができる。同様に、希釈ガスを処理ガスと同時に再循環ループに供給することができ、操作者にそのような選択肢を提供するために必要な弁構造を導入することも可能である。さらに、再循環ループ３６をエッチングチャンバ１５のみまたはエッチングチャンバ１５と膨張チャンバ１２の両方を介するように延ばすための適切な弁構造を提供することもできる。
【００４４】
さらに、上述したとおり、エッチングチャンバ１５内の反応によって発生した副産物または蒸留物を少なくとも１つ（そして、好ましくはすべて）フィルタを通して排出するために、再循環ループ３６内にフィルタ３９を設けることも可能である。この改良は、処理ガスにエネルギーを加える場合であっても加えない場合であってもエッチングまたは析出処理に適用することができる。処理ガスの通過が可能な選択フィルタが好ましい。勿論、フィルタは基本的な粒子フィルタであってもよい。また、これらは単なる例に過ぎない。当業者であれば、それ以外でも様々な変形や変更が思いつくであろう。
【００４５】
上述の説明および実施例は、主に例示的な目的で挙げたものである。当業者であれば、本発明の趣旨や範囲内でもここで説明したもの以外にもさらに数々の変形や変更が可能であることは自明であろう。
【図面の簡単な説明】
【図１】
図１は、本発明の方法および装置を使用したシリコンのエッチング処理の一例を示す処理フロー図である。
【図２】
図２は、本発明の実施に使用することができる穿孔板の一例を示す平面図である。
【図３】
図３は、本発明の実施に使用することができる穿孔板のさらなる例を示す平面図である。
【図４】
図４ａは、本発明による往復ポンプの一例を示す平面図であり、図４ｂは、図４ａの往復ポンプとその周辺のフロー経路や遮断弁を示すポンプフロー図である。
【図５】
図５は、本発明のさらなる実施形態を示す処理フロー図である。
【図６】
図６は、本発明のまたさらなる実施形態を示す処理フロー図である。
【図７】
図７は、本発明によって実施可能な様々な機能を示すための、本発明による様々な処理を受けた後のサンプルの断面図である。
【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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【国際公開パンフレット】
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【国際公開パンフレット（コレクトバージョン）】
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【国際調査報告】
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