(57)【要約】半導体サンプルのエッチング装置は、エッチングチェンバー及び弗化キセノンのようなエッチングガスの供給源と流体連通関係にある、１個またはそれ以上の可変体積膨張チェンバー、２個またはそれ以上の固体体積膨張チェンバー、またはそれらの組み合わせを有する。この装置は、混合ガス供給源を含むことがある。エッチング装置は、エッチングガス供給源、その供給源と流体連通関係にあるエッチングチェンバー、エッチングガス供給源とエッチングチェンバーとの間に接続された流れ制御器、及びエッチングチェンバーと流体連通関係にある真空ポンプとを含む。固体物質から昇華によりガスを供給する供給源は、空密容器と空密容器内部のメッシュとより成り、このメッシュは固体物質を受けてそれを拘束する構成である。
2004525253.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
エッチングを施すサンプルを受けるエッチングチェンバーと、
エッチングガスの供給源と、
へこみ自在の可変体積膨張チェンバーとより成り、膨張チェンバーはエッチングガス供給源及びエッチングチェンバーと選択的な流体連通関係にあるエッチング装置。
【請求項２】
エッチングガスは二弗化キセノンより成り、エッチングガス供給源は二弗化キセノンの結晶を容れた空密容器より成る請求項１のエッチング装置。
【請求項３】
膨張チェンバーと選択的な流体連通関係にある混合ガスの供給源をさらに備えた請求項１のエッチング装置。
【請求項４】
混合ガスは窒素より成る請求項３のエッチング装置。
【請求項５】
膨張チェンバー及びエッチングチェンバーと選択的な流体連通関係にある真空ポンプをさらに備えた請求項１のエッチング装置。
【請求項６】
エッチングチェンバーの温度及び膨張チェンバーの温度を制御する加熱及び制御装置をさらに備えた請求項１のエッチング装置。
【請求項７】
膨張チェンバーはベローズより成る請求項１のエッチング装置。
【請求項８】
ベローズは端縁部のステンレス鋼が溶接されたベローズである請求項７のエッチング装置。
【請求項９】
膨張チェンバーは、内部に可動ピストンを有する固定体積チェンバーより成る請求項１のエッチング装置。
【請求項１０】
エッチングチェンバーに結合されたサンプル装填ロックをさらに備えた請求項１のエッチング装置。
【請求項１１】
膨張チェンバーの最大体積はエッチングチェンバーの体積より小さい請求項１のエッチング装置。
【請求項１２】
エッチングチェンバーに結合された残留ガス分析装置をさらに備えた請求項１のエッチング装置。
【請求項１３】
エッチングチェンバーから引き出されるガスを分析する手段をさらに備えた請求項１のエッチング装置。
【請求項１４】
エッチングチェンバー内のサンプルを所望のエッチング圧力でエッチングする方法であって、
へこみ自在の可変体積膨張チェンバーの体積を初期体積値に設定し、供給源から供給圧力のエッチングガスを膨張チェンバーへ供給し、
膨張チェンバーをエッチングチェンバーと流体連通関係にし、
膨張チェンバーをへこませ、
膨張チェンバー及びエッチングチェンバーを、エッチングガスがエッチング圧力で固化しない温度に維持するステップより成るサンプルのエッチング方法。
【請求項１５】
初期体積値の決定は、エッチングチェンバーの体積にエッチング圧力を乗算し、乗算の結果を供給圧力で除算することにより決定する請求項１４の方法。
【請求項１６】
へこませるステップの後、膨張チェンバーをエッチングチェンバーとの流体連通関係から離脱させ、
設定及び供給ステップを繰り返し、
エッチングチェンバー内でエッチングプロセスが完了したか否かを判定し、
判定ステップの後にエッチングチェンバーを排気し、
排気ステップの後に、膨張チェンバーをエッチングチェンバーと流体連通関係にするステップ及び膨張チェンバーをへこませるステップを繰り返すステップをさらに含む請求項１４の方法。
【請求項１７】
判定ステップはエッチング時間が経過したことを確かめるステップより成る請求項１６の方法。
【請求項１８】
判定ステップは、エッチングチェンバーから吸引されるガスを分析し、１またはそれ以上の元素または化合物の濃度が所定の値に到達するとエッチングプロセスが完了したと判定するステップを含む請求項１６の方法。
【請求項１９】
エッチングガスは二弗化キセノンより成る請求項１４の方法。
【請求項２０】
供給ステップはさらに混合ガスを混合ガスの供給源から膨張チェンバーへ供給するステップを含み、混合ガス供給源は前記供給圧力を有する請求項１４の方法。
【請求項２１】
混合ガスは窒素より成る請求項２０の方法。
【請求項２２】
供給ステップは膨張チェンバー内の圧力が所定の設定点圧力と等しくなるまで継続する請求項２０の方法。
【請求項２３】
供給ステップは膨張チェンバー内の圧力が所定の設定点圧力と等しくなるまで継続する請求項１４の方法。
【請求項２４】
供給ステップの前に膨張チェンバーを排気するステップをさらに含む請求項１６の方法。
【請求項２５】
エッチングを施すサンプルを受けるエッチングチェンバーと、
エッチングガスの供給源と、
エッチングガス供給源及びエッチングチェンバーと選択的な流体連通関係にある第１の膨張チェンバーと、
エッチングガス供給源及びエッチングチェンバーと選択的な流体連通関係にある第２の膨張チェンバーとより成るエッチング装置。
【請求項２６】
エッチングガスは二弗化キセノンより成り、エッチングガス供給源は二弗化キセノンの結晶を容れた空密容器より成る請求項２５のエッチング装置。
【請求項２７】
第１及び第２の膨張チェンバーと選択的な流体連通関係にある混合ガスの供給源をさらに備えた請求項２５のエッチング装置。
【請求項２８】
混合ガスは窒素より成る請求項２７のエッチング装置。
【請求項２９】
第１及び第２の膨張チェンバーと選択的な流体連通関係にある第２のエッチングガス供給源をさらに備えた請求項２５のエッチング装置。
【請求項３０】
第１及び第２の膨張チェンバー及びエッチングチェンバーと選択的な流体連通関係にある真空ポンプをさらに備えた請求項２５のエッチング装置。
【請求項３１】
エッチングチェンバーの温度及び第１及び第２の膨張チェンバーの温度を制御する自動加熱及び制御装置をさらに備えた請求項２５のエッチング装置。
【請求項３２】
エッチングチェンバーに結合されたサンプル装填ロックをさらに備えた請求項２５のエッチング装置。
【請求項３３】
エッチングチェンバーに結合された残留ガス分析装置をさらに備えた請求項２５のエッチング装置。
【請求項３４】
エッチングチェンバーから引き出されるガスを分析する手段をさらに備えた請求項２５のエッチング装置。
【請求項３５】
第１及び第２の膨張チェンバーは固定体積を有する請求項２５のエッチング装置。
【請求項３６】
エッチングガス供給源及びエッチングチェンバーと選択的な流体連通関係にある第３の膨張チェンバーをさらに備えた請求項２５のエッチング装置。
【請求項３７】
第１の膨張チェンバーはＡに等しい固定体積を有し、第２の膨張チェンバーは２Ａに等しい固定体積を有し、第３の膨張チェンバーは４Ａに等しい固定体積を有する請求項３６のエッチング装置。
【請求項３８】
第１の膨張チェンバーは第１の固定体積を、第２の膨張チェンバーは第２の固定体積を、第３の膨張チェンバーは第３の固定体積を、第１、第２及び第３の固定体積は互いに等しい請求項３６のエッチング装置。
【請求項３９】
第１及び第２の膨張チェンバーの一方は可変体積膨張チェンバーより成る請求項２７のエッチング装置。
【請求項４０】
第１及び第２の膨張チェンバーはそれぞれ可変体積のチェンバーより成る請求項２７のエッチング装置。
【請求項４１】
エッチングガス供給源は、エッチングチェンバーと選択的な流体連通関係にある請求項２７のエッチング装置。
【請求項４２】
エッチングガス供給源とエッチングチェンバーとの間に接続された流れ制御器と、エッチングチェンバーと選択的な流体連通関係にある真空ポンプとをさらに備えた請求項４１のエッチング装置。
【請求項４３】
エッチングチェンバーと選択的な流体連通関係にある混合ガスの供給源と、混合ガス供給源とエッチングチェンバーとの間に接続された第２の流れ制御器とをさらに備えた請求項４１のエッチング装置。
【請求項４４】
真空ポンプのコンダクタンスを制御する手段をさらに備えた請求項４２のエッチング装置。
【請求項４５】
エッチングガス供給源は、エッチングガスを容れた第１及び第２の空密容器より成り、第１の空密容器及び第２の空密容器はそれぞれ第２のエッチングチェンバーと選択的な流体連通関係にあり、さらに、第１の空密容器とエッチングチェンバーとの間に接続された第１の流れ制御器と、第２の空密容器とエッチングチェンバーとの間に接続された第２の流れ制御器と、エッチングチェンバーと選択的な流体連通関係にある真空ポンプとをさらに備えた請求項４１のエッチング装置。
【請求項４６】
エッチングチェンバーと選択的な流体連通関係にある混合ガスの供給源と、混合ガス供給源とエッチングチェンバーとの間に接続された第３の流れ制御器とをさらに備えた請求項４５のエッチング装置。
【請求項４７】
真空ポンプのコンダクタンスを制御する手段を備えた請求項４５のエッチング装置。
【請求項４８】
エッチングガスの供給源と、
エッチングガス供給源と選択的な連通関係にあるエッチングチェンバーと、
エッチングガス供給源とエッチングチェンバーとの間に接続された流れ制御器と、
エッチングチェンバーと選択的な流体連通関係にある真空ポンプとより成るエッチング装置。
【請求項４９】
エッチングガスは二弗化キセノンより成る請求項４８のエッチング装置。
【請求項５０】
エッチングチェンバーと選択的な流体連通関係にある混合ガスの供給源と、混合ガス供給源とエッチングチェンバーとの間に接続された第２の流れ制御器とをさらに備えた請求項４８のエッチング装置。
【請求項５１】
混合ガスは窒素より成る請求項５０のエッチング装置。
【請求項５２】
エッチングガス供給源は、内部にメッシュが装着された空密容器より成り、メッシュはエッチングガスの発生に用いる固体物質を保持する請求項４８のエッチング装置。
【請求項５３】
エッチングガスは二弗化キセノンより成り、固体物質は二弗化キセノンの結晶より成り、エッチングガスは昇華により発生される請求項５２のエッチング装置。
【請求項５４】
メッシュはＷ形の横断面を有する請求項５２のエッチング装置。
【請求項５５】
空密容器は円筒状である請求項５４のエッチング装置。
【請求項５６】
空密容器は標準のガスシリンダーより成る請求項５５のエッチング装置。
【請求項５７】
メッシュは、アルミニウム、ステンレス鋼及びテフロンより成る群から選択した材料で形成されている請求項５２のエッチング装置。
【請求項５８】
メッシュは複数の開口を有し、各開口のサイズは二弗化キセノンの結晶の平均粒径より小さい請求項５３のエッチング装置。
【請求項５９】
空密容器と、
空密容器の内部に装着され、固体物質を受けてそれを拘束するメッシュとより成る、固体物質から昇華によりガスを供給するガス供給源。
【請求項６０】
メッシュはＷ形の横断面を有する請求項５９のガス供給源。
【請求項６１】
メッシュはＷＷ形の横断面を有する請求項５９のガス供給源。
【請求項６２】
空密容器は円筒状である請求項５９のガス供給源。
【請求項６３】
空密容器は標準のガスシリンダーより成る請求項６２のガス供給源。
【請求項６４】
メッシュは、アルミニウム、ステンレス鋼及びテフロンより成る群から選択した材料で形成されている請求項５９のガス供給源。
【請求項６５】
空密容器と、
空密容器の内部に装着され、固体物質を受けてそれを拘束するメッシュとより成る、固体物質から昇華によりエッチングガスをエッチング装置へ供給するガス供給源。
【請求項６６】
エッチングガスは二弗化キセノンより成り、固体物質は二弗化キセノンの結晶より成る請求項６５のガス供給源。
【請求項６７】
メッシュはＷ形の横断面を有する請求項６５のガス供給源。
【請求項６８】
メッシュはＷＷ形の横断面を有する請求項６５のガス供給源。
【請求項６９】
空密容器は円筒状である請求項６５のガス供給源。
【請求項７０】
空密容器は標準のガスシリンダーより成る請求項６９のガス供給源。
【請求項７１】
メッシュは、アルミニウム、ステンレス鋼及びテフロンより成る群から選択した材料で形成されている請求項６５のガス供給源。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【技術分野】
本発明は、半導体サンプルのエッチング装置に関し、さらに詳細には、可変体積膨張チェンバーを有する半導体サンプルエッチング装置、及び２個またはそれ以上の固体体積膨張チェンバーを有するエッチング装置に関し、これらの装置の何れかはエッチングプロセスの終点を検知する手段を備えている。本発明はまた、昇華によりガスを供給する改良型ガス供給源、特に、昇華によりガスを上述の装置に供給するガス供給源に関する。
【０００２】
【背景技術】
二弗化キセノンによるシリコンエッチングは周知である。二弗化キセノンはシリコンエッチングのために外部エネルギー源またはイオン衝撃を必要とせず、伝統的な集積回路処理に用いる多数の金属、誘電体及びポリマーに対して高い選択性を示すため、ＣＭＯＳのような他のプロセスとの一体化が容易である。シリコンエッチングへの二弗化キセノンの利用についての初期の言及の１つは、Ｈ． Ｆ． Ｗｉｎｔｅｒｓ ａｎｄ Ｊ． Ｗ． Ｃｏｂｕｒｎ， “Ｔｈｅ Ｅｔｃｈｉｎｇ ｏｆ Ｓｉｌｉｃｏｎ ｗｉｔｈ ＸｅＦ２ Ｖａｐｏｒ”， Ａｐｐｌ． Ｐｈｙｓ． Ｌｅｔｔ．， Ｖｏｌ ３４， Ｎｏ． １， ｐｐ． ７０−７３， Ｊａｎ． １９７９に見られるが、これらは、シリコン対二酸化シリコン、炭化シリコン及び窒化シリコンの二弗化キセノンの高い選択性を示している。
【０００３】
シリコンに対する二弗化キセノンの高い選択性は、特に、微細機械システムまたはＭＥＭＳとして知られる新しい分野で特に有用である。ＭＥＭＳは、半導体系製造技術及びプロセスを用いて微細な機械装置を製造する。ＭＥＭＳ技術により製造される微細な機械装置の一例は、Ｓ． Ｊ． Ｓｈｅｒｍａｎ， Ｗ． Ｋ． Ｔｓａｎｇ， Ｔ． Ａ． Ｃｏｒｅ， Ｄ． Ｅ． Ｑｕｉｎｎ， “Ａ Ｌｏｗ Ｃｏｓｔ Ｍｏｎｏｌｉｔｈｉｃ Ａｃｃｅｌｅｒｏｍｅｔｅｒ”， １９９２ Ｓｙｍｐｏｓｉｕｍ ｏｎ ＶＬＳＩ Ｃｉｒｃｕｉｔｓ， Ｄｉｇｅｓｔ ｏｆ Ｔｅｃｈｎｉｃａｌ Ｐａｐｅｒｓ， Ｓｅａｔｔｌｅ， ＷＡ， ＵＳＡ， ４−６ Ｊｕｎｅ １９９２， −． ３４−５に記載された集積型加速度計であり、これらは可動の機械構造と機械構造の運動を検知する付随回路とを備えている。この加速度計の最もポピュラーな用途は自動車用エアバッグシステムであるが、このシステムは、衝突時に可動の機械構造が移動すると、運動の大きさに応じて回路が発生する電気信号により、エアバッグを展開すべきか否かを決定する。ＭＥＭＳデバイスを製造する際エッチング剤として二弗化キセノンを使用するのは周知であり、これは、例えば、Ｐｉｓｔｅｒの米国特許第５，７２６，４８０号に記載されている
従来技術の二弗化キセノンエッチングシステムには多数の記載されたものがある。公開特許公報平成２−１８７０２５号に記載された１つの例では、被加工物を容れた加熱状態の真空容器内に二弗化キセノンガスをエッチング剤として導入する。図１に略示される別のシステムは、Ｐ． Ｂ． Ｃｈｕ， Ｊ． Ｔ． Ｃｈｅｎ， Ｒ． Ｙｅｈ， Ｇ． Ｌｉｎ， Ｊ．Ｃ． Ｐ Ｈｕａｎｇ， Ｂ． Ａ． Ｗａｒｎｅｋｅ ａｎｄ Ｋ． Ｓ． Ｊ． Ｐｉｓｔｅｒ， “Ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｄ Ｐｕｌｓｅ−Ｅｔｃｈｉｎｇ ｗｉｔｈ Ｘｅｎｏｎ Ｄｉｆｌｕｏｒｉｄｅ”， Ｔｒａｎｓｄｕｃｅｒｓ １９９７， Ｃｈｉｃａｇｏ ＩＬ， １６−１９ Ｊｕｎｅ １９９７に記載されている。このシステムはパルスエッチング法を用いるものであり、膨張チェンバーと呼ぶ中間のチェンバーを用いて二弗化キセノンガスの量を予め測定し、その二弗化キセノンを窒素のような他の気体と混合してエッチングプロセスを増強させる。その後、膨張チェンバーの内容物をシリコンウェーファーを容れた主チェンバー内に放出してシリコンのエッチングを行う。二弗化キセノンが十分な反応をし終えると、主チェンバーと、通常は膨張チェンバーも、あら引きまたは真空ポンプにより排気される。このプロセスは、シリコンが所望程度にエッチングされるまで繰り返される。
【０００４】
Ｃｈｕ他のパルスエッチングシステムの最大の欠点は、システムがサイクル性を有することである。詳述すると、エッチング開始前に行う膨張チェンバーの充填に時間がかかり、エッチング時には膨張チェンバーを主チェンバーに対して開放し、通常は、サイクルの排気ステップの間排気するため、エッチングプロセスの速度を制限するステップとなる。この欠点または問題点は主として、前のサイクルの排気ステップ前に膨張チェンバーに二弗化キセノンガスを再充填するための時間がかかることに起因する。待機時間は他の全てのステップを合計した時間と同程度長くかかることが多く、従って、全プロセス時間またはウェーファーが主チェンバー内で過ごす時間は実際のエッチング時間の約２倍必要となる。全プロセス時間と実際のエッチング時間との差は通常、オーバーヘッドと呼ばれる。
【０００５】
二弗化キセノンエッチングシステムのさらに別の例は、ヨーロッパ特許ＥＰ０８７８８２４Ａ２に記載されている。このエッチングシステムは、二弗化キセノンガスの連続流を使用するが、この連続流はリザバーとも呼ばれる膨張チェンバーと協働して流れ制御器により制御される。このプロセスはパルスエッチングシステムのようにサイクリングを必要としないが、二弗化キセノンガスは絶えず流れて主チェンバー内にほんの短時間しか滞留しないため、二弗化キセノンを浪費する傾向がある。二弗化キセノンの結晶は比較的高価であるため、これは大きな問題である。さらに、これらの連続流システムは、主チェンバーの幾何学的形状及び二弗化キセノンガスの流れに渦流を発生させる主チェンバー内の二弗化キセノンの入口孔の配置に非常に敏感である。
【０００６】
大部分の製造業界におけると同様にＭＥＭＳ及び半導体業界においても、製造装置のスループットは大きな関心事である。このため、Ｃｈｕ他の論文に記載されたシステムは、本質的に高いオーバーヘッドを有すると理由で業界にとって魅力的でない。Ｈ． Ｆ． Ｗｉｎｔｅｒｓ ａｎｄ Ｊ． Ｗ． Ｃｏｂｕｒｎ， “Ｔｈｅ Ｅｔｃｈｉｎｇ ｏｆ Ｓｉｌｉｃｏｎ ｗｉｔｈ ＸｅＦ２ Ｖａｐｏｒ”， Ａｐｐｌ． Ｐｈｙｓ． Ｌｅｔｔ．， Ｖｏｌ ３４， Ｎｏ． １， ｐｐ． ７０−７３， Ｊａｎ． １９７９に記載されるように、エッチングプロセス時における二弗化キセノンガスの圧力であるエッチング圧力が高ければ高いほどエッチング速度は高くなる。従って、エッチング圧力を上昇させることにより、プロセス時間を減少させ、製造スループットを増加することができる。しかしながら、Ｃｈｕ他の論文に記載されたようなシステムにおいて、エッチング圧力を増加させるのは不可能である。図２は二弗化キセノンの固体気体圧力のグラフであるが、特定の温度において曲線の上方の圧力をかけると蒸気を固化する。図２からわかるように、二弗化キセノンの昇華圧力は室温または約２０℃において約３．８トルである。従って、Ｃｈｕ他の論文に記載されたようなシステムの最初の膨張チェンバーの圧力は、二弗化キセノンガスの供給源を室温に保持する場合、約３．８トルに制限される。図２から二弗化キセノンを加熱すると固体気体平衡圧力が高くなることが分かるが、二弗化キセノン源を加熱すると二弗化キセノンの再結晶が加速される。最終的に、二弗化キセノンが再結晶すると、その露出表面積が減少するため、固体から気体への二弗化キセノンの昇華速度も減少する。二弗化キセノンエッチングシステムのスループットは二弗化キセノン蒸気によるエッチングに基づくものであるため、二弗化キセノンの昇華速度が遅いとシステム性能の発揮が妨げられる。
【０００７】
エッチングプロセスの終点を正確に判定して過剰なエッチングを回避できることも重要である。二弗化キセノンガスを用いる従来のドライエッチングでは、終点の検知は通常、視覚により行う。処理中のデバイスは光学的顕微鏡により点検し、除去される材料が目で見えなくなるとエッチングを中止する。非光学的方法による終点の自動検知方法が、シリコン及び関連化合物の二弗化キセノンによるエッチングについて記載されている。これは、半導体タイプのクラスター工具に見られるように、プロセスが完全なコンピューター制御下にあり、視覚的点検が煩わしいか不可能である場合は重大な欠点である。
【０００８】
その多くがプラズマ処理を含む多数の半導体製造、エッチング及び蒸着プロセスにおける終点検知システムが文献に記載されている。これらの中には、Ｇｕｉｎｎ他の米国特許第５，８７７，０３２号に記載された光学的放出に基づく方法、Ｃｏｒｏｎｅｌ他の米国特許第５，８０７，７６１号に記載された零次干渉法に基づくもの、Ｔｕｒｎｅｒ他の米国特許第５，９３９，８８６号に記載されたＲＦ電圧測定に基づくもの、Ｃａｄｅｔ他の米国特許第５，８７７，４０７号に記載された音響測定に基づくもの、Ｇｉｆｆｏｒｄ他の米国特許第５，２００，０２３号に記載された赤外線放出測定に基づくもの、Ｇｅｌｅｒｎｔ他の米国特許第４，４１５，４０２号に記載された原子分光法に基づくもの、また日本公開特許公報平成１１−２６５８７８、１１―２０４５０９及び１１−１４５０６７号に記載された残留ガス分析に基づく方法が含まれる。
【０００９】
【発明の概要】
本発明は、エッチングを施すサンプルを受けるエッチングチェンバーと、エッチングガスの供給源と、へこみ自在の可変体積膨張チェンバーとより成り、膨張チェンバーはエッチングガス供給源及びエッチングチェンバーと選択的な流体連通関係にあるエッチング装置に関する。エッチングガスは二弗化キセノンより成り、エッチングガス供給源は二弗化キセノンの結晶を容れた空密容器より成る。この装置はさらに、膨張チェンバーと選択的な流体連通関係にある窒素のような混合ガスの供給源を備えることができる。この装置はさらに、膨張チェンバー及びエッチングチェンバーと選択的な流体連通関係にある真空ポンプと、エッチングチェンバーの温度及び膨張チェンバーの温度を制御する加熱及び制御装置とを備えることができる。可変体積膨張チェンバーは、ベローズ、または内部に可動ピストンを有する固定体積膨張チェンバーを備えることができる。この装置はまた、エッチングチェンバーに結合された残留ガス分析装置を備えることができる。
【００１０】
操作について説明すると、サンプルをエッチングチェンバーに装填し、膨張チェンバーを初期体積に設定する。エッチングガス、場合によっては混合ガスを膨張チェンバーへ供給する。その後、膨張チェンバーをエッチングチェンバーと流体連通関係にし、膨張チェンバーをへこませてガスをエッチングチェンバーへ強制的に流入させる。膨張チェンバー及びエッチングチェンバーを、エッチングガスがエッチング圧力で固化しない温度に維持する。エッチングが完了したら、エッチングチェンバーを排気する。
【００１１】
本発明はまた、エッチングチェンバー内のサンプルを所望のエッチング圧力でエッチングする方法に関する。この方法によると、へこみ自在の可変体積膨張チェンバーの体積を初期体積値に設定し、供給源から二弗化キセノンのようなエッチングガスを膨張チェンバーへ供給する。可変体積膨張チェンバーの体積を初期体積値は、所望のエッチング圧力、エッチングチェンバーの体積及び供給源の圧力により決定する。その後、膨張チェンバーをエッチングチェンバーと流体連通関係にして、膨張チェンバーをへこませる。この方法の間中、膨張チェンバー及びエッチングチェンバーを、エッチングガスがエッチング圧力で固化しない温度に維持する。供給ステップはさらに、窒素のような混合ガスを膨張チェンバーへ供給するステップを含むことができる。この方法はさらに、へこませるステップの後、膨張チェンバーをエッチングチェンバーとの流体連通関係から離脱させ、設定及び供給ステップを繰り返し、エッチングチェンバー内でエッチングプロセスが完了したか否かを判定し、判定ステップの後にエッチングチェンバーを排気し、排気ステップの後に、膨張チェンバーをエッチングチェンバーと流体連通関係にするステップ及び膨張チェンバーをへこませるステップを繰り返すステップを含むことができる。判定ステップは、エッチング時間が経過したことを確かめるステップか、またはエッチングチェンバーから吸引されるガスを分析し、１またはそれ以上の元素または化合物の濃度が所定の値に到達するとエッチングプロセスが完了したと判定するステップを含むことができる。
【００１２】
本発明はまた、エッチングを施すサンプルを受けるエッチングチェンバーと、二弗化キセノンのようなエッチングガスの供給源と、エッチングガス供給源及びエッチングチェンバーと選択的な流体連通関係にある第１の膨張チェンバーと、エッチングガス供給源及びエッチングチェンバーと選択的な流体連通関係にある第２の膨張チェンバーとより成るエッチング装置に関する。この装置はさらに、第１及び第２の膨張チェンバーと選択的な流体連通関係にある窒素のような混合ガスの供給源をさらに備えてもよい。この装置はさらに、第１及び第２の膨張チェンバー及びエッチングチェンバーと選択的な流体連通関係にある真空ポンプと、エッチングチェンバーの温度及び第１及び第２の膨張チェンバーの温度を制御する加熱及び制御装置とを備えてもよい。エッチングガス供給源及びエッチングチェンバーと選択的な流体連通関係にある第３の膨張チェンバーをさらに備えてもよい。各膨張チェンバーは、固定体積かまたは可変体積膨張チェンバーである。１つの実施例において、３つの固定体積膨張チェンバーは同一サイズである。別の実施例において、３つの固定体積膨張チェンバーはそれぞれ、Ａ、２Ａ及び４Ａである。
【００１３】
操作について説明すると、サンプルをエッチングチェンバーに装填し、固定体積かまたは可変体積膨張チェンバーである１またはそれ以上の膨張チェンバーにエッチングガス、場合によっては混合ガスを充填する。その後、膨張チェンバーをエッチングチェンバーと流体連通関係にし、可変体積膨張チェンバーがあれば、これをへこませる。その結果、ガスがエッチングチェンバーへ送られる。膨張チェンバー及びエッチングチェンバーを、エッチングガスがエッチング圧力で固化しない温度に維持する。エッチングが完了したら、エッチングチェンバーを排気する。
【００１４】
本発明はまた、二弗化キセノンのようなエッチングガスの供給源と、エッチングガス供給源と選択的な連通関係にあるエッチングチェンバーと、エッチングガス供給源とエッチングチェンバーとの間に接続された流れ制御器と、エッチングチェンバーと選択的な流体連通関係にある真空ポンプとより成るエッチング装置に関する。エッチングチェンバーと選択的な流体連通関係にある混合ガスの供給源と、混合ガス供給源とエッチングチェンバーとの間に接続された第２の流れ制御器とをさらに設けてもよい。エッチングガス供給源は、内部にメッシュが装着された空密容器より成り、メッシュはエッチングガスの発生に用いる二弗化キセノンの結晶のような固体物質を保持する。操作については、この構成は供給ガスの連続流、場合によっては、混合ガスをエッチングチェンバーへ供給する。
【００１５】
本発明はまた、固体物質から昇華によりエッチング装置用ガスを供給するガス供給源に関する。この供給源は、空密容器と、空密容器の内部に装着され、固体物質を受けてそれを拘束するメッシュとより成り、メッシュは固体物質を保持する。空密容器は円筒状であり、メッシュはＷ形またはＷＷ形の横断面を有する。
【００１６】
【本発明の最適実施モード】
図３は、本発明によるエッチング装置を示す。この装置は、エッチングを施すサンプルが配置されるエッチングチェンバー２７を有する。エッチングチェンバー２７は、好ましくは、機械加工したアルミニウムまたはステンレス鋼のようなエッチングガスと反応しない材料で形成され、好ましくは、ポリカーボネートのような非反応性材料で形成された固体の透明な蓋を備えている。サンプルをエッチングチェンバー２７に装填するために、オプションとして、サンプル装填ロック２８を設けてもよい。また、可変体積膨張チェンバー２６、Ｗｈｉｔｅｙ Ｃｏ．， ａ Ｓｗａｇｅｌｏｋ Ｃｏｍｐａｎｙ， ｏｆ Ｈｉｇｈｌａｎｄ Ｈｅｉｇｈｔｓ， ＯＨ， ＵＳＡから市販されるようなレクチャーボトルまたはマイクロシリンダーのような空密容器でよい二弗化キセノン供給源２５、及び半導体等級の窒素の標準ガスシリンダーより成る乾いた窒素ガス源２４も含まれる。アルゴン及びヘリウムを含む多数のガスを窒素に代用可能である。膨張チェンバー２６、窒素ガス源２４及び二弗化キセノン供給源２５の間には、空気圧作動式ダイアフラムまたはベローズの弁１乃至９及びガスの流れを選択的に調整するニードル弁１４及び１５より成るガス弁マニホルドが接続されている。ＭＫＳ Ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔｓ ｏｆ Ａｎｄｏｖｅｒ， ＭＡ， ＵＳＡから市販されるような容量型マノメーターであるのが好ましい圧力測定装置２０、２１が、可変体積膨張体積２６とエッチングチェンバー２７との間のラインに設けられる。通常は回転式ベーンポンプであるあら引きポンプ２３を、連携の弁１１、１２、１３、１４及び１７及び関連の真空弁１６を備えた残留ガス分析装置２２と共に接続した状態で示す。
【００１７】
装置のコンポーネントは、標準のステンレス鋼製チューブなどにより相互に接続されており、自動式加熱及び制御装置１９が装置のコンポーネントの温度を調整するために設けられている。自動加熱及び制御装置１９の適当な例として、Ｗａｔｌｏｗ Ｅｌｅｃｔｒｉｃ Ｍａｎｕｆａｃｔｕｒｉｎｇ Ｃｏｍｐａｎｙ ｏｆ Ｓｔ． Ｌｏｕｉｓ， Ｍｉｓｓｏｕｒｉ， ＵＳＡから市販されるＱＵＡＤ−３ＪＲＧ−１１ＸＸコントローラー及び種々のサーモカップル及びヒーターがある。自動加熱及び制御装置１９は、ガス弁マニホルド、膨張チェンバー２６、プロセスチェンバー２７を、２１℃と１００℃の間の一定温度、好ましくは、図２に示すように二弗化キセノンの固体蒸気圧が１５トルである４２℃に維持する。エッチングガスと周囲の真空システムの温度を制御することにより、真空システムの壁上への二弗化キセノンガスの凝縮を防止し、エッチングプロセスの調整を助けることができる。
【００１８】
可変体積膨張チェンバー２６は蒸気を容れるチェンバーであり、その内部体積は選択的に調整可能である。可変体積膨張チェンバー２６は、図４Ａに圧縮状態で、また図４Ｂに膨張状態で示す参照番号６０の装置のような、市販のステンレス鋼端縁部を溶接したベローズで形成すればよい。ベローズ６０は、線形的に圧縮及び膨張を行えるようにして長い寿命を確保できるように、図４Ｃで示すように剛性支持機構６５上に取り付けられる。本発明の装置に使用されるベローズ６０は手動で圧縮または膨張可能であるが、図４Ｂに示すようにモーター駆動装置７０に取り付けて自動的に圧縮及び膨張できるようにしてもよい。適当なベローズとして、Ｋｕｒｔ Ｊ． Ｌｅｓｋｅｒ Ｃｏｍｐａｎｙ ｏｆ Ｃｌａｉｒｔｏｎ， Ｐｅｎｎｓｙｌｖａｎｉａ， ＵＳＡから市販される単一の単置コンポーネントがある。あるいは、内部に摺動シールピストン装置を組み込んだ固定体積容器を用いて可変体積膨張チェンバー２６を製造することも可能である。かかる装置のピストンは、可変体積膨張チェンバー２６をへこませるためのモーター駆動装置を用いることにより自動的に駆動するか、手動で駆動可能である。
【００１９】
二弗化キセノンの結晶は通常、適当な隔離弁を有する空密ビンの形で供給される。かかるビンは、隔離弁２を備えた供給源２５として用いることができる。操作については、マニホルド（図示せず）で接続した幾つかのビンまたは容器より成る二弗化キセノン供給源２５を図３に示すエッチング装置に接続し、真空システムによるパージ手順を開始する。詳説すると、弁６、７、８、９、１０、１２及び１７を開き、あら引きポンプ２３により相互接続された全てのコンポーネントを排気する。その後、弁１及び４を開いて、装置を供給源２４からの乾いた清浄な窒素または他のガスで洗浄する。この手順を好ましくは３回繰り返した後、装置を真空状態にして、弁１２及び１７を閉じ、ユーザーが二弗化キセノン供給源２５に接続された弁２を開くように促す。
【００２０】
エッチングを施すサンプルは、以下の方法に従ってエッチングチェンバー内に装填する。初めに、装填ロックチェンバー２８を通気し、サンプルを装填ロックチェンバー２８の転送アーム上に取り付ける。装填ロックチェンバー２８を閉じ、続いて弁１３を開いてこのチェンバーを排気する。その後、装填ロックチェンバー２８と排気されたエッチングチェンバー２７との間のゲート弁１８を開く。サンプルをエッチングチェンバー２７内に送り込み、装填ロックチェンバー２８へのゲート弁１８を閉じる。
【００２１】
ユーザーが選択すべきシステムパラメータとしては、窒素ガスに対する二弗化キセノンの比率、エッチング時間、エッチング圧力及びサイクル数の１またはそれ以上が含まれる。窒素ガスに対する二弗化キセノンの比率とは、エッチングチェンバー２７内に導入すべき窒素ガスに対する二弗化キセノンの分圧比のことであり、ガス弁マニホルドの弁を選択的に開くことにより制御する。エッチングガスは、任意の混合ガスを混ぜる前に最初に膨張チェンバー内に供給するのが好ましい。エッチング時間はエッチングガス混合物がエッチングチェンバー２７に留まり、エッチングチェンバー２７が排気される前までの時間である。エッチング時間は、膨張チェンバー２６がエッチングチェンバー２７との流体連通関係になると開始し、かかる流体連通関係が終了するかまたはエッチングチェンバー２７が排気されると終了する。エッチング圧力は、サンプルがエッチングされる間のエッチングチェンバー２７内の圧力、即ち、ガス混合物がエッチングチェンバー２７内にある時の圧力である。サイクル数は、エッチングチェンバー２７内のサンプルに対してエッチングプロセスが繰り返される回数である。これらの各パラメータの正確な値は、エッチングを施すサンプルの性質に応じて異なるものであり、当業者であれば選択可能である。
【００２２】
エッチングプロセスを開始すると、膨張チェンバー２６を、弁１１を開いてあら引きポンプ２３で排気する。その後、弁１１を閉じ、可変体積膨張チェンバー２６を所望の初期体積に設定する。例えば、ベローズを圧縮または膨張させるか、もしくは内部のピストンを移動させることにより可変体積膨張チェンバー２６の初期充填体積を選択し、可変体積膨張チェンバー２６を、例えば、手動によりまたはモーター制御によりへこませると、実質的に全てのエッチングガス混合物が可変体積膨張チェンバー２６からエッチングチェンバー２７へ転送されるため、エッチング圧力が設定される。可変体積膨張チェンバー２６がエッチングチェンバー２７の体積に等しい初期体積に設定された場合、可変体積膨張体積２６がへこんだ後のエッチング圧力は可変体積膨張チェンバー２６の圧力にほぼ等しい。膨張チェンバー２６の初期体積がエッチングチェンバー２７の体積のＸ倍に設定された場合、膨張チェンバーがへこんだ後のエッチング圧力は可変体積膨張チェンバー２６の圧力の同じ倍数Ｘにほぼ等しくなる。
【００２３】
可変体積膨張チェンバー２６の初期体積を設定した後、弁４、５、８、９を適当な順序で開いて、所望の比率のエッチングガス及び混合ガスが膨張チェンバー２６内に供給され、圧力測定装置２０により測定されるユーザーが選択した初期圧力設定点が得られるようにする。弁１４及び１５は、予め固定した開位置に予め設定されたニードル弁である。あるいは、可変体積膨張チェンバー２６を充填期間の間引き延ばしてもよい。
【００２４】
可変体積膨張チェンバー２６の圧力が初期圧力設定点に到達すると、弁４、５、８及び９を閉じ、弁１０を開き、可変体積膨張チェンバー２６を、ベローズ６０を圧縮するかまたは可変体積膨張チェンバーの一部として設けたピストンを駆動することによりへこませる。その結果、可変体積膨張チェンバー２６内に含まれる実質的に全てのガスがエッチングチェンバー２７へ転送され、このチェンバーが圧力測定装置２１で測定されるその最終的なプロセス圧力に到達する。その後、弁１０を閉じ、自動加熱及び制御装置１９のシステムタイマーをスタートさせる。実行すべきサイクルの数が１より大きい場合、可変体積膨張チェンバー２６を初期位置に引き延ばし、供給源２４及び２５からプロセスガスを再び充填する。エッチングチェンバー２７においてエッチングプロセスが進行中の間、可変体積膨張チェンバー２６を再び充填できることは、それにより、充填された可変体積膨張チェンバー２６がエッチングサイクルが終了するや否や作動準備状態となってスループットを増加させるために有利である。これは、エッチングプロセス全体の間膨張チェンバーをエッチングチェンバーに対して開く必要があるため、エッチングチェンバーの再充填をエッチングサイクルが完了する後まで阻止しなければならないＣｈｕ他の論文に示したような従来のシステムとは対照的である。再充填を開始する前に、可変体積膨張チェンバー２６を、弁１１を開くことによりあら引きポンプ２３により排気してもよい。オプションとして可変体積膨張チェンバー２６を再充填する前に室温へ冷却して、さらに多くのガスが流入できるようにしてもよい。
【００２５】
かくして、本発明装置のエッチングチェンバー２７の体積より大きい体積に設定された可変体積膨張チェンバー２６をへこませるプロセスにより、通常は室温である供給源２５からの二弗化キセノン蒸気を、そうでなければ固化させるであろう圧力にさらすことなく、二弗化キセノンガスを高い圧力でエッチングチェンバー２７に供給することが可能である。これは、自動加熱及び制御装置１９が真空システム、特に、ガス弁マニホルド、可変体積膨張チェンバー２６、エッチングチェンバー２７及び相互接続用管体を図２のパラメータに従って十分に高い温度に維持することにより二弗化キセノン蒸気が固化しないため、可能である。コンピューター制御システムを実現する本発明の１つの局面によると、ユーザーが所望のエッチング圧力を設定すると、制御エレクトロニクス装置は、図２のパラメータに従って決定される適当な値に自動加熱及び制御装置１９を設定することによりエッチング温度を設定する。真空システムの各コンポーネントを同じ温度に保持するのが不要であることに注意されたい。あるいは、各コンポーネントを二弗化キセノンガスが固化しない、少なくともできるだけ高い温度にする必要がある。
【００２６】
さらに、可変体積膨張チェンバー２６をへこませると、二弗化キセノンガスが可変体積膨張チェンバー２６から強制的に排出されてエッチングチェンバー２７内に流入する。二弗化キセノン及び窒素ガスがエッチングチェンバー２７内に強制的に流入するため、エッチングをより早く開始することが可能となり、プロセスガスが膨張チェンバーからエッチングチェンバーへ自然に流れる必要のある固定膨張チェンバーを用いるＣｈｕ他の論文に示す従来のシステムと比べるとプロセス速度が増加する。ガスを可変体積膨張チェンバー２６から強制的に排出することにより、ガス特に、より多くの二弗化キセノンガスをエッチングの間に利用することが可能となり、これにより二弗化キセノンの結晶が節約される。
【００２７】
エッチング時間が経過すると、弁１２及び１７を開き、あら引きポンプ２３によりエッチングチェンバー２７を排気する。十分に低い圧力、好ましくは５０ミリトルのオーダーの圧力が得られと、弁１２及び１７を閉じ、予め設定したエッチングサイクルの総数を完了するまでプロセスを繰り返す。オプションとして、弁１０を開いて、可変体積膨張チェンバー２６がエッチングチェンバー２７と同時に排気されるようにしてもよい。しかしながら、この場合、可変体積膨張チェンバー２６は排気ステップの後まで再充填することはできない。
【００２８】
全てのエッチングサイクルが完了すると、可変体積膨張チェンバー２６をその最大体積位置に設定する。弁１２及び１７を開き、あら引きポンプ２３によりエッチングチェンバー２７を排気する。その後、弁１２及び１７を閉じ、エッチングチェンバー２７に、ガス弁マニホルドの適当な弁を開くことにより供給源２４からの乾いた窒素ガスを充填する。この手順は３回繰り返すことが好ましいが、それによりエッチングチェンバー２７が洗浄され、このチェンバーが最終的排気状態となる。弁１０を排気ステップの間開いて、可変体積膨張チェンバー２６がエッチングチェンバー２８と共に排気され洗浄されるようにしてもよい。
【００２９】
次に、充填ロックチェンバー２８とエッチングチェンバー２７との間のゲート弁１８を開く。サンプルを装填ロックチェンバー２８内に装填し、装填ロックチェンバー２８へのゲート１８を閉じる。装填ロックチェンバー２８を通気し、サンプルを転送アームから取り外す。
【００３０】
さらに、可変体積膨張チェンバー２６が、例えば、エッチングチェンバー２７の１０倍もの十分な大きさを有し、例えば、ＭＫＳ Ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔｓ ｏｆ Ａｎｄｏｖｅｒ， ＭＡ， ＵＳＡから市販されるＴｙｐｅ １５３蝶形弁のような蝶形弁のコンダクタンス制限装置をあら引きポンプのラインの弁１２に隣接して取り付けた場合、エッチング装置を、膨張弁２６がへこむ速度、従って、ガスがエッチングチェンバー２７へ転送される速度及びあら引きポンプ２３の動作程度、従って、ガスがエッチングチェンバー２７から取り出される速度を制御することにより、エッチング２７の圧力を設定した所望の値にしてエッチング装置を擬似連続モードで作動することが可能である。
【００３１】
さらに、迅速応答弁をあら引きポンプのラインに取り付けた場合、エッチングプロセス時、即ち、エッチングチェンバー２７にガスが充満している時のあら引きポンプ２３からの短い脈流を利用してエッチングによる副生成物の一部をエッチングチェンバー２７から洗浄し、熱運動によるエッチングの有効性を増加させることができる。新鮮な二弗化キセノンガスを、弁２、５、９及び１０を開くことにより短い脈流の間エッチングチェンバー２７内に引き入れてもよい。
【００３２】
本発明の装置の第２の実施例を図５に示す。図５の装置は、第２の可変体積膨張チェンバー３０を有する。あるいは、可変体積膨張チェンバー２６及び３０を、同一または異なる固定体積を有する固定体積膨張チェンバーで置き換えてもよい。図５に示す構成は、固定または可変体積膨張チェンバーの何れを使用するかに拘らず、各サイクル時にエッチングチェンバー２７へ転送可能なガスの量でみた容量を増加させるか可変にすることができる。さらに、図５に示す膨張チェンバーは、それが固定体積または可変体積型であるかに拘らず、それぞれ、供給源２４及び２５への別個の流体接続部を設けられている場合、また図１０に示す実施例の場合と同様に膨張チェンバーからエッチングチェンバー２７へ別個の供給接続部が設けられている場合、一方の膨張チェンバーを他方の膨張チェンバーがエッチングに使用されている間に充填することができるようにすると、スループットを増加できる。さらに、固定及び／または可変体積の別の膨張チェンバーの任意の組み合わせを同じような態様で追加可能である。弁３１、３２及びあら引きポンプ２３に接続された関連の管体により、エッチングチェンバー２７を介することなく膨張チェンバーを排気できるようにしてもよい。
【００３３】
図６を参照して、本発明の第３の実施例は、異なる体積の多数の固定体積膨張チェンバーを利用する。図６に示す実施例は、弁３３、３４、３７を介してガス弁マニホルドに接続された３つの固定体積膨張チェンバー３６Ａ、３６Ｂ、３６Ｃを有する。さらに、固定体積膨張チェンバー３６Ａ、３６Ｂ、３６Ｃをあら引きポンプ２３により排気できるように、弁３１、３２、３５を設けてある。図６に示すように３つの固定体積膨張チェンバーを設けてもよいが、２つの固定体積膨張チェンバーまたは４つまたはそれ以上の固定体積膨張チェンバーを使用することも可能である。固定体積膨張チェンバーの１つの非常に柔軟性のある組み合わせは、例えば、３６Ａ、３６Ｂ、３６Ｃのような３つの固定体積膨張チェンバーのうち１つの体積をＡ、第２のものをＡの２倍、第３のものをＡの４倍にしたものである。この構成によると、固定体積膨張チェンバーの種々の組み合わせを選択することにより、適当な弁を開き、プロセスガスをエッチングチェンバー２７に流入させることによって、全体の体積がＡ、２Ａ、３Ａ、４Ａ、５Ａ、６Ａ、７Ａ、８Ａ乃至９Ａの範囲でエッチングチェンバー２７へ供給できる。この柔軟性は、装置のユーザーがその用途に対して最良の全体サイズの膨張チェンバーを迅速に指定できるプロセスの構成にとって特に魅力的である。
【００３４】
図７は本発明の装置の第４の実施例を示す。図７の装置は、装填ロックコンポーネント１８、２８、１３が取り外されている点を除き、図３の装置と同じである。多くの研究用のものとして、ウェーファーをエッチングチェンバー２７内に直接配置できるのは受け入れ可能であり、場合によっては、装填ロックシステムを設けた自動的取扱い装置よりも好ましい。また、図７に示すように、別の窒素ガス供給源２４及び関連の弁４０を設けて、装置の洗浄に用いるようにする。
【００３５】
図３、５、６及び７を参照して、残留ガス分析またはＲＧＡ装置２２を用いることにより、エッチングプロセスの完了時を判定できる。ＲＧＡ装置２２は、可変入口弁１６によりエッチング装置２７に接続されている。ＲＧＡ装置は周知であり、一般的に、質量分析計または四重極分光計、真空弁、リアルタイム較正独立型ガスユニット、制御弁及びＲＧＡ制御ユニットより成る。ＲＧＡ制御ユニットは、高速データ収集及びデータ分析及びプロセス制御命令発生のための制御プロセッサー及び関連のソフトを備えている。エッチングチェンバーの真空レベルが十分に低い場合、質量分光計または四重極分光計それ自体をエッチングチェンバー２７に装着することが可能である。エッチングプロセスからのガス副生成物を可変入口弁１６を介して圧送してＲＧＡ装置２２で分析する。コンピューター制御器は、信号強度を時間に対してプロットしたものを表示する。適当なＲＧＡ装置として、腐食剤を配合したＰｆｅｉｆｆｅｒ Ｖａｃｕｕｍ ｏｆ Ａｓｓｌａｒ， Ｇｅｒｍａｎｙから市販されるＯｍｎｉＳｔａｒシステムがある。
【００３６】
エッチングプロセスを表す化学式は下記の通りである。
【００３７】
２ＸｅＦ２＋Ｓｉ＝＞２Ｘｅ＋ＳｉＦ４
二弗化キセノンガスをシリコンウェーファーを容れたエッチングチェンバー２７内に導入すると、この化学式の元素及び化合物の濃度を表す信号をモニターすることによりＲＧＡ装置２２Ａの出力スクリーン上でエッチングプロセスをモニターすることができる。ＲＧＡ装置２２はＸｅＦ２信号、Ｘｅ信号及びＳｉＦ４信号のうち任意のものまたはそれら全てをモニターするためにセット可能である。エッチング反応が完了すると、これらの信号は、ポンピングが起こっていないと仮定して、ほぼ一定のある値に到達する。エッチング装置の制御ソフトウェアは、ＸｅＦ２信号、Ｘｅ信号またはＳｉＦ４信号若しくはこれらの信号の２つまたはそれ以上の２つの組み合わせが予めセットした値に到達すると、エッチングプロセスを停止状態にトリガーするようにセット可能である。例えば、露光した一定量のシリコンにエッチングを施す多くの場合では、ＸｅＦ２信号は、エッチングプロセスが実行されるにつれて時間と共に減少した後、ウェーファーをエッチングするためにこれ以上のＸｅＦ２が使用されず、残りのガスがプロセスチェンバー内でアイドリング状態であるほぼ一定の値に平準化するはずである。この例は、エッチングパルスの開始時に幾らかのシリコンが残っており、終了時には全くまたはほとんど残っていない場合の仮想的な最後の「脈流」を仮定するものである。
【００３８】
図８は、装置構成の第５の実施例を示す。構成は、二弗化キセノンを用いる連続流のエッチングを可能にする。図８に示す装置は、可変体積膨張チェンバー２６をそれをサポートする全ての弁と共に取り除いた点を除き、図３の装置と同じである。さらに、流れ制御器５０、５１が付加されている。適当な流れ制御器の１つは、ＭＫＳ Ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔｓ ｏｆ Ａｎｄｏｖｅｒ， ＭＡ， ＵＳＡから市販されるＴｙｐｅ １１７９Ａ質量流量制御器であるが、他のタイプの周知の流れ制御器も使用可能である。ヨーロッパ特許出願第ＥＰ０８７８８２４Ａ２号に示す装置とは異なり、図８に示す装置は二弗化キセノンを連続して流すためのリザバーを使用しない。二弗化キセノンの結晶には露出した表面積が十分あるため、二弗化キセノン蒸気の昇華による生成はエッチングを連続して行うに十分である。二弗化キセノン結晶の露出表面積を増加させる方法には、径の大きい容器の使用、内部トレイを備えた容器の使用及び図９Ｂに示す設計が含まれる。
【００３９】
図９Ａは、二弗化キセノンの結晶２００を含む垂直向きの標準のガスシリンダー１１９の断面図である。図９Ｂは、同じシリンダー１１９の内部に二弗化キセノン結晶２００を容れてその結晶の表面積のより多くの部分を直接露出させるメッシュ２０１を設けたものを示す。１つの実施例によると、このメッシュ２０１はＷ形であるがＷＷ形の断面のようなさらに露出表面積を増加させる複雑な形状を用いるようにしてもよい。メッシュ２０１は、二弗化キセノン結晶を充填する前にシリンダー内に挿入する。メッシュ２０１はその端縁部２０２においてシリンダー１１９の壁に溶接、エポキシ剤、テープまたは他の方法で固着する必要がある。メッシュ２０１のシリンダー１１９内への挿入は、シリンダー内へのアクセスを容易にするためにシリンダーの首部を形成する前に行うのが最もよい。しかしながら、メッシュ２０１には復元性があるため首部を形成した後挿入することも可能であり、こうすると、メッシュ２０１はシリンダー１１９の首部内に無理に挿入した後その全体サイズに自然に再び膨張する。さらに、メッシュ２０１の使用は標準のガスシリンダーに限定されず、任意の数の特注の空密容器を使用できる。メッシュ２０１は、アルミニウム、ステンレス鋼及びテフロンを含む多数の非反応性材料から形成可能である。メッシュ２０１の開口のサイズは、二弗化キセノン結晶２００の大部分より小さいように選択する。従って、メッシュ開口の典型的なサイズは約１ミリメートルであろう。
【００４０】
図９Ｂのシリンダー設計方式により得ることができる直接露出表面積の増加方法の一例を示す。標準のレクチャービンまたはシリンダーの内径は約１．７５インチである。シリンダーを図９Ａに示すように向けると、二弗化キセノン結晶２００の直接露出表面積は約２．４平方インチである。典型的なレクチャービンは、少なくとも８インチの高さのメッシュ２０１の使用を可能にする。直接露出表面積を正円錐体の横方向表面積及び正円錐体の一部より成るように近似し、Ｗの底部がシリンダーの内径の中間部にあり、二弗化キセノン結晶２００を７インチのレベルまで充填すると仮定すると、図９Ｂに示す構成における露出表面積は約４０平方インチである。最終的な比較の目的で、ビンを図９Ｃのように傾けると、直接露出表面積は図９Ｂの構成と比べて増加することができるが、約１２平方インチ以下となり、これは依然としてメッシュ２０１を用いて得られるものより格段に小さい。
【００４１】
メッシュ２０１を固着すると、二弗化キセノンの昇華速度を増加させるための狭い直径のシリンダーまたはビンを使用できることに注意されたい。細いシリンダーまたはビンのコンパクト性は、シリコン材料のエッチングに用いる装置の全体サイズを最小限に抑える上で特に魅力的である。シリンダーまたはビンを垂直に取り付けて装置における装着性を更に増加させる場合でも、大きな露出表面積を維持することが可能である。また、メッシュ２０１はシリンダーまたはビンに固着されるため、ビンを傾けたりまたは衝撃を与えたりした場合に二弗化キセノン結晶がメッシュの上方端縁部の周りから漏れる可能性が回避され、これによりシリンダーまたはビンの輸送が容易になる。
【００４２】
図１０は、本発明の第６実施例を示す。図１０の装置は、エッチングチェンバー１２６と、２つの膨張チェンバー１１７、１２３を有する。エッチングチェンバー１２６は、好ましくは、エッチングプロセスを観察できるようにポリカーボネートのような固体の透明材料で形成するのが好ましい蓋を備えた、アルミニウムの機械加工によるブロックである。膨張チェンバー１２７及び１１３は固定体積膨張体積チェンバーであり、アルミニウムまたはステンレス鋼のシリンダーより成る。図１０に示す装置は、好ましくは、二弗化キセノン及び窒素ガスが管体及び弁コンポーネントの壁上に凝縮するのを防止するための、図３、５、６、７及び８に示す加熱及び制御装置１９のような加熱及び制御装置を備えている。エッチングチェンバー１２６の圧力は圧力センサー１２７によりモニターするが、このセンサーは容量型マノメーターより成るのが好ましく、適当な例として、ＭＫＳ Ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔｓ ｏｆ Ａｎｄｏｖｅｒ， ＭＡ， ＵＳＡから市販されるＴｙｐｅ ＣＴ２７がある。真空ポンプ１２８、代表的には回転型ベーン真空ポンプを設けて、弁１１５、１０４、１１２を選択的に開くことによりエッチングチェンバー１２６及び膨張チェンバー１１７、１２３のうちの１つまたはそれ以上を排気する。
【００４３】
図１０に示す装置は、レクチャービンのようなガスシリンダーより成る２つのガス供給源１１９、１２１を有する。二弗化キセノンガスは、供給源１１９及び１２１における昇華により二弗化キセノンの結晶から発生させる。二弗化キセノンの２つの供給源１１９、１２１は、その装置へ大きな容量と柔軟性を与える。例えば、一方の供給源を大きなビンに、もう一方の供給源を小さなビンにすることができる。また、一方の供給源が他方の供給源よりより高品質で純度の高い二弗化キセノンの結晶を含むようにして、商業生産時のような高精度を必要とするエッチングには一方の供給源を使用し、研究開発目的のような同レベルの精度を必要としないエッチングにはもう一方の供給源を用いるようにしてもよい。図１０に示すコンポーネントは、標準のステンレス鋼製の管体などにより相互接続する。
【００４４】
操作について説明すると、エッチングチェンバー１２６及びオプションとして設けた膨張チェンバー１１７、１２３を排気した後、二弗化キセノンガスを、ダイアフラムまたはベローズにより空気圧作動弁１０１、１０２を開くことにより装置内に流入させる。二弗化キセノンガスは、空気圧作動弁１０５、１０８を選択的に開くことにより膨張チェンバー１１７、１２３内に流入させる。膨張チェンバー１０２、１１７、１２３の圧力を、好ましくは容量性マノメーターである圧力センサー１１８、１２４より測定する。膨張チェンバー１１７、１２３に供給源１２０からの混合ガスを添加する。混合ガスは通常は窒素であるが、アルゴン、ヘリウムのような他のガスを用いてもよい。また、別の混合ガスを有する別の供給源１２０を設けて、膨張チェンバー１１７に流入する混合ガスが膨張チェンバー１２３に流入する混合ガスとは異なるものにしてもよい。膨張チェンバー１１７については、混合ガスは空気圧作動弁１１３、ニードル弁１１６を流れるため流量の正確な制御が行われ、さらに別の空気圧作動弁１０３を流れる。膨張チェンバー１２３については、空気圧作動弁１１４、１１１及びニードル弁１２０を介する同様な弁構成を設ける。膨張チェンバー１１７、１２３の圧力が圧力センサー１１８、１２４による測定によりユーザーが設定した設定点に到達すると、膨張チェンバー１１７、１２３に含まれるガスは、空気圧作動弁１０６、１０９を選択的に開くことにより、選択的にエッチングチェンバー１１６内に流入可能となる。
【００４５】
従って、図１０に示す装置は、図１に示すＣｈｕ他の論文に記載したシステムにおける速度が制限される問題を克服できるが、その理由は、一方の膨張チェンバー、例えば、膨張チェンバー１１７により弁１０６を開いてエッチングチェンバー１２６内のサンプルをエッチングすると共に別の膨張チェンバー、この例では膨張チェンバー１２３にガスを充填することができるからである。膨張チェンバー１１７を用いるエッチングサイクルが完了した後、エッチングチェンバー１２６を排気し、次のエッチングサイクルを、弁１０９を開いて膨張チェンバー１２３内のガスをエッチングチェンバー１２６へ流入させることにより開始することが可能である。このプロセスは所望の回数のエッチングサイクルにつき繰り返すことができる。このため、第２の膨張チェンバーにガスを充填する間のエッチングサイクル間の運転停止時間がなくなる。さらに別の例として、図１０に示す装置に、エッチングチェンバー１２６に接続したＲＧＡ装置１２２を設けることにより、上述した態様でエッチングプロセスの完了を検知してもよい。
【００４６】
別の例として、膨張チェンバー１１７及び１２３の一方または両方を、図３に関連して説明したような可変体積膨張チェンバーとすることが可能であるが、この場合、図１０に示す装置を加熱及び制御装置１９を用いて装置のコンポーネントの温度を二弗化キセノンガスが固化するレベルより高い値に維持する。
【００４７】
空気圧作動弁１０７は、二弗化キセノンガスが膨張チェンバー１１７及び１２３をバイパスして供給源１１９、１２１から直接エッチングチェンバー１２６へ拡散するのを可能にする。さらに、エッチングチェンバー１２６を空気圧作動弁１１９を開くことにより、サンプル間において供給源１２０からの混合ガスで浄化することができるが、この場合、通気／浄化ガスの流れをニードル弁１２５により制御する。膨張チェンバー１１７、１２３もさらに弁１０６、１０９を開くことにより混合ガスにより通気／浄化してもよい。
【００４８】
図１１は、図１０に示したものと同様であるが、膨張チェンバーを２個でなく３個１１７、１２３、１３４有する本発明の第７の実施例を示す。膨張チェンバー１３４の付加は、弁１１３、１１４と同じ弁１３１、弁１１６、１２２と同じ弁１３２、弁１０３、１１１と同じ弁１３３、弁１０５及び１０８と同じ弁１３０、弁１０６、１０９と同じ弁１２９、弁１０４、１１２と同じ弁１３６及び圧力センサー１１８、１２４と同じ圧力センサー１３５を追加することにより行う。膨張チェンバー１１７、１２３、１３４は、図６を参照して図示説明したもののように同一の体積または異なる体積のものでよい。
【００４９】
図１２は、図８の３つの膨張チェンバー構成の変形例であり、普通手に入る流れ制御器１４０、１４１、１４２、１４３、１４４が別に設けられている。適当な流れ制御器の一例として、ＭＫＳ Ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔｓ ｏｆ Ａｎｄｏｖｅｒ， ＭＡ， ＵＳＡから市販されるＴｙｐｅ １１７９Ａ質量流量制御器がある。流れ制御器１４０、１４１、１４２、１４３、１４４は各ガスの流量の正確なモニターを可能にするが、これは、エッチングをエッチングサイクルによるのでなくて連続して行う際に特に有用である。例えば、正確に制御されるエッチング剤の連続流は、弁１０１を開き、流れ制御器１４１により二弗化キセノンガスの流れを制御し、弁１０７を開くことによって発生可能である。所望であれば、弁１１０を開き、流れ制御器１４５により混合ガスの流れを制御して混合ガスを付加することができる。弁１０２を開き、流れ制御器１４２によりその流れを制御することにより別の二弗化キセノンの流れを与えることも可能である。これらのガスは、真空ポンプ１２８を用いると弁１１５を開くことにより装置を流れる。さらに、１１５において、真空ポンプ１２８のコンダクタンスを制御し、従って、真空ポンプ１２８によりエッチングチェンバー１２６が排気される速度を調整するために、蝶形またはスロットル弁を弁１１５に付加してもよい。
【００５０】
図１３は、図１２の膨張チェンバーをそれをサポートする弁及び圧力センサーの全てと共に取り除いた単純化した流れ制御装置を示す。供給源１１９及び１２１と連携する流れ制御器１４１、１４２は、単一の流れ制御器１５０によって置き換えられている。別の弁１５１が供給源１２０から流れ制御器１４５を隔離する能力を与える。この同じ弁を図１２の流れ制御器１４５の前に設けることも可能である。ヨーロッパ特許出願第ＥＰ０８７８８２４Ａ２号に示す装置とは異なり、図１３の装置は二弗化キセノンガスの連続流を与えるためのリザバーを使用しない。二弗化キセノン結晶の露出表面積が十分であるため、二弗化キセノン蒸気の発生はエッチングを連続して行うに十分である。二弗化キセノンの結晶の露出表面積を増加させる方法は、図９Ａ、９Ｂ及び９Ｃに関連して説明した。
【００５１】
本明細書中の用語及び表現は説明のためであって限定の目的でなく、かかる用語及び表現の使用は本願に示す特徴及びその一部の均等物を除外する意図はなく、本発明の範囲から逸脱することなく種々の変形例及び設計変更が可能である。本発明の特定の実施例を以上の説明において述べたが、本発明はそれらの実施例に限定されず、多数の異なる構成、変形例及び設計変更が可能であることに注意されたい。
【図面の簡単な説明】
【図１】
図１は、従来技術のエッチング装置を示すブロック図である。
【図２】
図２は、二弗化キセノンの固体気体圧力を示すグラフである。
【図３】
図３は、本発明の１つの実施例によるエッチング装置の概略図である。
【図４Ａ】
図４Ａは、本発明の１つの局面による可変体積膨張チェンバーの実施例を示す。
【図４Ｂ】
図４Ｂは、本発明の１つの局面による可変体積膨張チェンバーの実施例を示す。
【図４Ｃ】
図４Ｃは、本発明の１つの局面による可変体積膨張チェンバーの実施例を示す。
【図４Ｄ】
図４Ｄは、本発明の１つの局面による可変体積膨張チェンバーの実施例を示す。
【図５】
図５は、本発明の第２の実施例によるエッチング装置の概略図である。
【図６】
図６は、本発明の第３の実施例によるエッチング装置の概略図である。
【図７】
図７は、本発明の第４の実施例によるエッチング装置の概略図である。
【図８】
図８は、本発明の第５の実施例によるエッチング装置の概略図である。
【図９Ａ】
図９Ａは、昇華によりガスを供給するための従来型空密容器の断面図である。
【図９Ｂ】
図９Ｂは、昇華によりガスを供給するための従来型空密容器の断面図である。
【図９Ｃ】
図９Ｃは、昇華によりガスを供給するための従来型空密容器の断面図である。
【図１０】
図１０は、本発明の第６の実施例によるエッチング装置の概略図である。
【図１１】
図１１は、本発明の第７の実施例によるエッチング装置の概略図である。
【図１２】
図１２は、本発明の第８の実施例によるエッチング装置の概略図である。
【図１３】
図１３は、本発明の第９の実施例によるエッチング装置の概略図である。
【図１】
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【図２】
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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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