(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板（１１）のエッチング装置（１０）であって：
出力ポート（２１）を有する第１チャンバ（１７）；
前記第１チャンバ（１７）内に収容された第２チャンバ（２２）であって、入力ポート（２８）を有する第２チャンバ（２２）；
第１部分（１１）および第２部分（３４）を有するカバー（３３）であって、前記カバー（３３）の前記第１部分（１１）は前記基板（１１）からなり、該カバー（３３）の前記第１部分（１１）は前記第１チャンバ（１７）および前記第２チャンバ（２２）上に懸垂され、前記第１チャンバ（１７）および前記第２チャンバ（２２）を、前記装置（１０）周囲の環境から分離するカバー（３３）；および
前記入力ポート（２８）および前記出力ポート（２１）に結合され、エッチャントが前記入力ポート（２８）から前記第２チャンバ（２２）に流れ込み、前記出力ポート（２１）を通って前記第１チャンバ（１７）から流出する再循環系（２９）；
から成り、前記第２チャンバ（２２）はリム（２４）を有する供給タンク（２３）により規定され、前記供給タンク（２３）は前記第１チャンバ（１７）内に提供され、前記リム（２４）は開口（３８）を規定し、前記リム（２４）は内縁（２５）及び外縁（２６）を含み、前記内縁（２５）は前記外縁（２６）よりも高いことで前記リム（２４）の傾斜した表面を規定し、前記リム（２４）は複数のグルーブ（２７）を備え、前記傾斜した表面及び前記複数のグルーブ（２７）は、前記第２チャンバ（２２）から前記供給タンク（２３）の前記リム（２４）を越えて前記第１チャンバに至るエッチャントの流れを促進し、且つ、高精度に制御可能なエッチング・レートを提供して前記基板（１１）に形成されたメンブレーン膜上の圧力を減少させる、ことを特徴とする装置（１０）。
【請求項２】
前記カバー（３３）の前記第１部分（１１）は、第１表面（１３）および第２表面（１２）を有し、前記第１部分（１１）の前記第１表面（１３）が前記第１チャンバ（１７）および前記第２チャンバ（２２）から分離され、前記第１部分（１１）の前記第２表面（１２）が前記第２チャンバ（２２）と連通することを特徴とする請求項１記載の装置（１０）。
【請求項３】
前記カバー（３３）の前記第１部分（１１）および前記第２部分（３４）は、前記カバー（３３）の前記第１部分（１１）の前記第１表面（１３）の上に位置する第３チャンバ（３６）を与え、該第３チャンバ（３６）が前記第１チャンバ（１７）から分離されていることを特徴とする請求項２記載の装置（１０）。
【請求項４】
装置（１０）であって：
内面（１６），第１端部（１８），および第２端部（１９）を有する壁（１４）であって、収集空洞（１７）を規定する壁（１４）；
リム（２４）を有する供給タンク（２３）であって、前記収集空洞（１７）内にあり、前記リム（２４）が開口（３８）を規定する供給タンク（２３）；
第１表面（１２），第２表面（１３），および縁（３７）を有する基板（１１）であって、該基板（１１）の前記第１表面（１２）が前記供給タンク（２３）の前記開口（３８）の上に位置する基板（１１）；および
前記壁（１４）の前記第１端部（１８）に隣接し、前記基板（１１）の前記第２表面（１３）を前記収集空洞（１７）から分離するシール（３５）；
から成り、前記リム（２４）は内縁（２５）及び外縁（２６）を備え、前記内縁（２５）が前記外縁（２６）よりも高いことで前記リム（２４）の傾斜した表面を規定し、前記リム（２４）は複数のグルーブ（２７）を備え、前記傾斜した表面及び前記複数のグルーブ（２７）は、前記供給タンク（２３）から前記リム（２４）を越えて前記第１チャンバ（１７）に至るエッチャントの流れを促進し、且つ、高精度に制御可能なエッチング・レートを提供して前記基板（１１）に形成されたメンブレーン膜上の圧力を減少させる、ことを特徴とする装置（１０）。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、一般的に、半導体素子に関し、更に特定すれば、基板またはリソグラフ・マスクのエッチングおよびパターニングに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
Ｘ−線リソグラフ・マスクは、典型的に、厚さが１０ミクロン未満の薄いメンブレーンから成る。Ｘ−線リソグラフ・マスクは、従来より、シリコン・カーバイドのようなメンブレーン膜を、シリコン基板の全表面上に堆積することによって形成している。基板の底面側にあるシリコン・カーバイド膜をリソグラフ的に規定し、枠(window)を作成したり、あるいは複数の枠を作成し、この枠または複数の枠からシリコン・カーバイド膜を除去し、下地のシリコン基板を露出させる。シリコン・カーバイドの露出部分は、単純な浸漬によって、または浸漬安定剤(immersion fixture) との協同による浸漬によって、エッチングすることができる。エッチャントに基板を浸漬し、シリコン基板の露出部分を除去することにより、シリコン・カーバイドの自由起立(freestanding)メンブレーン膜を作成する。この浸漬技法は、しかしながら、大量生産処理には実用的ではない。何故なら、薄いメンブレーン膜は、Ｘ−線リソグラフ・マスクを浸漬ホルダ内に配置する際およびこれから取り除く際に、損傷を受け易いからである。浸漬安定剤を用いない場合、基板の前面側を保護するために、典型的に犠牲保護層が必要となる。しかしながら、犠牲保護層の形成および除去には、追加の処理工程が必要となり、スループットの低下を招く。犠牲保護層の形成および除去は、更に、多数の欠陥を生ずる元となる。浸漬安定剤を用いた場合、余分な手作業による処置が必須となるが、手作業の処置は、作業員の安全性を脅かし、欠陥の増大を招く。浸漬技法の別の欠点は、エッチャント溶液を収容するエッチング・バスが、シリコン基板のエッチングに起因する粒子で汚染されることである。更に、従来技術の浸漬技法は、性質上脆弱な投射電子ビーム・リソグラフ・マスク(projection electron beam lithography mask) のような、非常に薄いメンブレーン構造の製造には適していない。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
したがって、マスクの薄いメンブレーンに損傷を与える可能性が少ないリソグラフ・マスクを形成するために使用可能な装置を提供することができれば有利であろう。また、この装置が、エッチング溶液内の粒子数を減少させ、したがって大量の半導体素子の生産に対する適性を高めれば、有利であろう。また、スループットの向上を図り、作業員の安全性を高めれば有利である。更に、極度に薄く脆弱なメンブレーン構造に適した製造プロセスを提供することができれば、一層有利であろう。
【０００４】
【発明の実施の形態】
まず始めに、図示の簡略化および明確化のために、図に示すエレメントは必ずしも同一拡縮率で描かれている訳ではないことは認められよう。例えば、エレメントの中には、明確化のためにその寸法を他のエレメントに対して誇張したものもある。
【０００５】
図１は、基板１１の処理に使用可能な装置即ちエッチング装置１０の断面図である。概略的に、エッチング装置１０は、基板１１の上面即ち上側１３をエッチャントから保護しつつ、液体，蒸気，または気体性エッチャントに基板１１の底面即ち下側１２を露出させる方法を提供する。更に特定すると、基板１１は、フォトリソグラフ・マスク，イオン・ビーム・リソグラフ・マスク，Ｘ−線リソグラフ・マスク，または投射電子ビーム・リソグラフ・マスクとすることができるが、これらに限定される訳ではない。これらの種類のリソグラフ・マスクは、半導体素子を形成するための当技術分野では既知の半導体処理技法を用いて、半導体基板（図示せず）上にパターンを規定するために用いられる。
【０００６】
あるいは、基板１１は、シリコン，ガリウム砒素等のような半導体基板とすることも可能であり、エッチング装置１０は、基板１１の底面側１２に構造を規定するために用いることができる。例えば、基板１１がシリコン基板である場合、エッチング装置１０を用いて、上側１３に損傷を与えることなく、センサ構造に空洞を形成したり、誘電体層または金属物質層のパターニングを行うことができる。
【０００７】
エッチング装置１０は、収集空洞(collection cavity) 即ちチャンバ１７を規定する内面１６を有する壁１４を有する。図に示すように、壁１４の内面１６は、壁１４の上端１８から壁１４の下端１９に向かってテーパ状とし、上端１８が下端１９よりもタンク２３に近いことが好ましい。壁１４のテーパ状側面によって、エッチング装置１０を通過するエッチャントの流れを促進し、収集空洞１７内の過剰なエッチャントに起因し得る、基板１１の底面側１２に対する圧力量を減少させる。エッチング装置１０の壁１４は、壁１４の下端１９付近に、出力ポート２１も有する。出力ポート２１は、以下で説明するが、収集チャンバ１７からエッチャントおよび副産物としてのガスを除去するために用いられる。
【０００８】
また、エッチング装置１０は、内部空洞即ちチャンバ２２を含み、収集チャンバ１７内に収容された内部供給タンク２３によって与えられる、即ち、規定される。タンク２３は、内縁２５および外縁２６を備えたリム２４を有し、図に示すように、内縁２５は外縁２６よりも高くなっている。したがって、タンク２３のリム２４は、傾斜した表面を有し、基板１１の底面側１２を横切るエッチャントの流れを促進する。図に示すように、リム２４は開口３８を規定し、複数のグルーブ２７を有することができ、これが、内部チャンバ２２から供給タンク２３の縁２４を越えて収集チャンバ１７に至るエッチャントの流れを促進する。加えて、供給タンク２３のリム２４は基板１１の底面側１２と平行であり、壁１４の上端１８は供給タンク２３のリム２４を越えて延び、即ち、供給タンク２３のリム２４よりも高く、基板１１のエッチングを最適化する。供給タンク２３は、入力ポート２８を有し、これを用いてエッチャントを内部チャンバ２２に供給する。エッチャント１０は、再循環系２９も有し、ポンプ，貯蔵部，およびフィルタを含むことができる。これらは、図では、それぞれボックス３０，３１，３２で表されている。再循環系２９は、入力ポート２８を出力ポート２１に結合し、内部チャンバ２２および収集チャンバ１７を含む閉じた系(closed system) を与える。一例として、水酸化カリウムのようなエッチャントを貯蔵部から汲み上げ、入力ポート２８を通じて内部チャンバ２２に追加する。一旦供給タンク２３がエッチャントで満たされたなら、エッチャントはリム２４を越えて流出し、収集チャンバ１７に収集される。また、エッチング装置１０の構成は、基板１１の底面側１２を、内部チャンバ２２から流出するエッチャントと接触するように、即ち、連通するように配置し、エッチャントは内部チャンバ２２から基板１１の底面側１２に向かう。次いで、エッチャントは、出力ポート２１を通じて収集チャンバ１７から除去され、供給タンク２３に還流される前に、フィルタを含む再循環系２９を通過する。尚、再循環系２９は、必ずしもポンプ，フィルタ，および貯蔵部を含む必要はなく、再循環系２９には他の構成も可能であることは理解されよう。
【０００９】
また、エッチング装置１０は、カバー３３も含み、これは基板１１と外部ハウジング３４で構成することができる。スプリング，クランプ，ねじ等のように、外部ハウジング３４を基板１１に取り付けるには、種々の技法を用いることができる。壁１４の上端１８は、ねじ切り部分４２を有するので、カバー３３を壁１４に調節可能に取り付けることが可能である。壁１４のねじ切り部分４２によって、エッチング装置１０は異なる厚さおよび幾何学的形状の基板１１を収容することが可能となる。一旦カバー３３を壁１４に結合したなら、収集チャンバ１７および内部チャンバ２２は、エッチング装置１０を取り巻く環境からは分離される。
【００１０】
また、エッチング装置１０は底面板４０も含み、壁１４の下端１９においてねじ切り部分４１に結合、または調節可能に取り付けられている。ねじ切り部分４１は、供給タンク２３に対する壁１４の昇降を可能とするので、リム２４と基板１１の底面側１２との間の空間制御を行うことができる。これによって、内部チャンバ２２上で、容易に調節可能な距離に基板１１を配置または懸垂することができる。好ましくは、基板１１は、約５ミリメートル未満の距離だけ、内部チャンバ２２から分離する。
【００１１】
図に示すように、外部ハウジング３４は、カバー３３が基板１１の上面側１３上に、密閉空洞３６を有するように構成される。密閉空洞３６は、部分的にシール３５によって、収集チャンバ１７および内部チャンバ２２から分離されている。シール３５は、基板１１の底面側１２と壁１４の上端１８との間に配置することができる。シール３５は、基板１１の上面側１３を、内部チャンバ２２および収集チャンバ１７を通過する液体またはガスから保護する。シール３５には、ｏ−リング，ガスケット，真空シール等が好ましい。しかしながら、他の封止手段を用いて、基板１１の上面側１３を、内部チャンバ２２および収集チャンバ１７のエッチャントから分離してもよいことは理解されよう。密閉空洞３６は、基板１１の上面側１３を空中汚染物(airborne contaminant)から分離しかつ保護する。
【００１２】
内部チャンバ２２からのエッチャントが基板１１の底面側１２を横切って通過すると、基板１１にエッチングが行われ、その結果ガスの副産物が発生する場合がある。例えば、水酸化カリウムを用いてシリコン基板をエッチングする場合、水素ガスが副産物として発生する。水素ガスは収集チャンバ１７内に流れ込み、出力ポート２１を用いて、エッチング装置１０から除去される。
【００１３】
先に説明したように、エッチング装置１０は、基板１１が開口３８の上に位置し、供給タンク２３のリム２４を越えて延びる縁３７を有するように構成されている。好ましくは、基板１１および内部チャンバ２２は互いに同心状とし、基板１１の底面側１２を横切るエッチャントの流れを最適化する。また、収集チャンバ１７が複数の内部チャンバを有し、その各々が入力ポートを有し、再循環系２９に結合されるように、エッチング装置１０を構成することも可能である。これは、基板が大きい場合、または同時に数枚の基板をエッチングする場合に望ましい場合がある。浸漬型エッチング装置に対する本発明の利点の１つは、基板１１の底面側１２の一部分のみをエッチングするように、供給タンク２３の開口３８のサイズを設計可能なことである。言い換えると、基板１１の底面側１２全てを、エッチング装置１０の動作の間エッチャントに露出させる必要はない。エッチング対象の基板１１の表面領域は、エッチャントの流速，リム２４の傾斜，供給タンク２３の開口３８のサイズ，基板１１の底面側１２のリム２４に対する相対的な角度，および基板１１と供給タンク２３との間の距離によって調節可能である。
【００１４】
エッチング装置１０内のエッチャントが液体である一実施例では、この液体エッチャントの流れを減少させ、エッチャントがもはや基板１１の底面側１２とは接触しておらず、その接触がなくなるように制御することができる。この実施例では、基板１１の底面側１２とリム２４との間の距離は、少なくとも５ミリメートルであることが好ましい。また、この実施例では、液体エッチャントからの蒸気が基板１１の底面側１２と接触し、エッチング機構を与える。この実施例の利点には、エッチング・レートを精度高く制御可能なこと、および基板１１上に形成されたメンブレーン上の圧力を低下させることが含まれる。圧力低下は、極度に脆弱な投射電子ビーム・リソグラフ・マスクの製造には、特に有利である。
【００１５】
以上の説明から、リソグラフ・マスクおよび半導体基板の製造に使用可能な、改善されたエッチング装置が開示されたことが認められよう。このエッチング装置は、エッチング溶液をフィルタを介して再循環させることにより、エッチング溶液中の粒子量を減少させ、自動化することにより、浸漬技法と比較して、処置量を減少させることが可能である。このため、マスク上で形成される欠陥の数が減少し、当該マスクを用いて製造する半導体素子の歩留まりが向上する。また、本発明のエッチング装置は、濾過したエッチャントの流れを基板の表面に与えるので、従来の浸漬技法よりも、エッチング・プロセスの制御は格段に向上する。同様に、本発明のエッチング装置は、基板上に保護用マスクを形成し、基板の部分をエッチャントから保護する必要性を排除する。更に、本発明のエッチング装置は、犠牲層の使用を必要とせず、スループットおよび歩留まりの上昇をもたらす。更にまた、本発明のエッチング装置は、手作業の処置が減少するので、作業員の安全性が向上する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明によるエッチング装置の断面図。
【符号の説明】
１０    エッチング装置
１１    基板
１２    底面
１３    上面
１４    壁
１６    内面
１７    収集空洞
１８    上端
１９    下端
２１    出力ポート
２２    内部空洞
２３    内部供給タンク
２４    リム
２５    内縁
２６    外縁
２７    グルーブ
２８    入力ポート
２９    再循環系
３３    カバー
３４    外部ハウジング
３５    シール
３６    密閉空洞
３７    縁
３８    開口
４１，４２    ねじ切り部分
【図１】
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