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Die
vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Ätzverfahren, insbesondere auf
ein Ätzverfahren, welches
angewandt wird, wenn beim Herstellen einer Halbleitereinrichtung
oder einer Mikromaschine eine zu opfernde Schicht selektiv geätzt und
entfernt wird, um eine feine dreidimensionale Struktur zu bilden.
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Mit
dem Fortschritt der Miniaturisierungs-Technologie haben Mikromaschinen
(Micro Electro Mechanical Systems: MEMS) und kleine Einrichtungen,
in welche eine Mikromaschine montiert wird, die Aufmerksamkeit an
sich gezogen. Eine Mikromaschine ist ein Element, bei dem ein sich
bewegendes Teil, das aus einer dreidimensionalen Struktur hergestellt
ist, das auf einem Substrat gebildet ist, beispielsweise einem Siliziumsubstrat
oder einem Glassubstrat, und eine Halbleiterintegrationsschaltung
usw., welche die Ansteuerung des sich bewegenden Bereichs steuert,
elektrisch und mechanisch kombiniert sind, und sie bildet ein Resonatorelement usw.
beispielsweise als ein optisches Element und einen FBAR (Film Bulk
Acoustic Resonator).
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Insoweit
wurde auf dem Gebiet dieser Mikromaschinen und Halbleiter ein Verfahren
in einer Weise ausgeführt,
dass eine zu opfernde Schicht vorher auf dem Substrat gebildet wird,
eine Strukturschicht auf der zu opfernden Schicht gebildet wird,
auf welches das Musterbilden folgt, wonach die zu opfernde Schicht
selektiv geätzt
und entfernt wird, und dadurch eine dreidimensionale Struktur, in
welcher unter einer gemusterten Strukturschicht ein hohler Bereich
angeordnet ist oder ein dreidimensionale Struktur mit einem hohen
Seitenverhältnis
gebildet wird. Als zu opfernde Schicht wird Siliziumoxid (SiO2) oder Silizium (Si) verwendet, und, wenn
die zu opfernde Schicht geätzt
und entfernt wird, wird ein Ätzmittel,
welches schnell und selektiv die zu opfernde Schicht ätzen kann,
zum Ätzen
verwendet. In dem Fall, wo beispielsweise eine zu opfernde Schicht
aufgrund von Siliziumoxid gebildet ist, wird ein Fluor (F), welches Ätzflüssigkeit
enthält,
zum Ätzen
verwendet, und in dem Fall, wo eine zu opfernde Schicht aus Silizium gebildet
ist, wird ein Ätzgas,
beispielsweise gasförmiges
Xenon-Fluorid (XeF2) oder Brom-Fluorid (BrF3) zum Ätzen
verwendet.
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Wenn
weiter beispielsweise eine dreidimensionale Struktur mit einem hohlen
Bereich unter der Strukturschicht gebildet wird, wird zunächst, wie
in 6A gezeigt ist, eine
zu opfernde Schicht 2 auf einem oberen Bereich eines Substrats 1 bemustert, und
eine Strukturschicht 3 wird so gebildet, dass sie das Substrat 1 und
die zu opfernde Schicht 2 überdeckt. An nächster Stelle
wird die Strukturschicht 3 in einer Form gemäß der Notwendigkeit
bemustert, und in der Strukturschicht 3 wird eine Ätzöffnung 3a,
die die zu opfernde Schicht 2 erreicht, gebildet. Danach wird,
wie in 6B gezeigt ist,
durch die Ätzöffnung 3a die
zu opfernde Schicht 2 geätzt und beseitigt. Dadurch
kann eine dreidimensionale Struktur mit einem hohlen Bereich a unter
der Strukturschicht 3 erhalten werden.
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In
dem Fall außerdem,
wenn eine Halbleitereinrichtung eine untere Elektrode eines zylindrischen Kondensators
gebildet wird, wird zunächst,
wie in 7A gezeigt ist, über einem
Substrat 1 eine erste zu opfernde Schicht 2 gebildet,
auf die das Aufbringen eines Lochmusters 2a folgt, und
weiter wird, wobei eine Innenwand des Hohlmusters 2a abgedeckt ist,
eine Elektrodenschicht 5 abgelagert. Um die Innenseite
des hohlen Musters 2a aufzufüllen, wird nachfolgend auf
einer unteren Elektrodenschicht 5 eine zweite zu opfernde
Schicht 6 aufgebracht, auf die das Polieren und das Entfernen
eines Kopfbereichs der zu opfernden Schicht 6 und der unteren Elektrodenschicht 5 darunter
folgt und wodurch die untere Elektrodenschicht 5 als Zylinder
gebildet ist. Danach werden, wie in 7B gezeigt
ist, die zu opfernden Schichten 2 und 6 selektiv
geätzt
und entfernt, und dadurch wird auf dem Substrat 1 eine
zylindrische untere Elektrode 5a als dreidimensionale Struktur
gebildet.
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Wenn
bei dem oben erwähnten Ätzprozess eine
chemische Flüssigkeit
als Ätzmittel
verwendet wird, wird beim Trocknungsprozess in einigen Fällen eine
Struktur (beispielsweise die untere Elektrode), die aufgrund von Ätzen gebildet
ist, aufgrund der Oberflächenspannung
einer Spülflüssigkeit
zerstört. Als
Verfahren, um dies zu verhindern, wird ein Verfahren, bei dem eine
Spülflüssigkeit
durch ein überkritisches
Fluid ersetzt wird, welches die Diffusion von einem Gas und die
Lösbarkeit
einer Flüssigkeit kombiniert,
wobei das extrem kritische Fluid verdampft wird, vorgeschlagen.
Wenn insbesondere die Spülflüssigkeit
in das Muster imprägniert
wird, wenn, nachdem die Spülflüssigkeit
durch flüssiges
Kohlendioxid ersetzt wurde, ein Substrat, auf dem das Muster gebildet
wird, erhitzt und dadurch wird das Muster auf eine Temperatur erhitzt,
die höher
ist als eine Temperatur der Innenseite eines Behälters, in dem flüssiges Kohlendioxid
gefüllt
ist, wobei die Spülflüssigkeit
im Muster schnell nach außen
abgelassen werden kann (JP-A 2002-313 773).
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Außerdem wurde
ein Verfahren vorgeschlagen, bei dem, wenn ein Bearbeitungs-Fluid, bei dem eine Ätzreaktionssorte
in einem überkritischen
Fluid enthalten ist, zum Ätzen
verwendet wird, ein Trockenverfahren unnötig werden kann.
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Diese Ätzverfahren
haben jedoch Probleme, die anschließend erläutert werden. Beispielsweise wird
es bei der Bildung der dreidimensionalen Struktur, die einen hohlen
Bereich a hat, was mit Hilfe von 6A und 6B erläutert wurde, wenn der hohle
Bereich a, der gemäß dem Ätzen gebildet
wird, in bezug auf die Ätzöffnung 3a größer wird,
schwierig, die zu opfernde Schicht 2 mittels Ätzen zu
entfernen. Bei der dreidimensionalen Struktur (untere Elektrode
des zylindrischen Kondensators), die mit Hilfe von 7A und 7B erläutert wurde,
wird, da ein Seitenverhältnis
einer zylindrischen Form größer wird,
es schwierig, die zu opfernde Schicht 2 und 6 zu ätzen und
zu beseitigen.
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Dies
liegt am Ätzmechanismus,
der anschließend
beschrieben wird. Das heißt,
bei dem Verfahren zum Ätzen
der zu opfernden Schichten 2 und 6 wird eine Ätzreaktionssorte,
welche im Ätzmittel
vorhanden ist, verbraucht. Um das Ätzen weiter vorwärts zu bringen
ist es folglich notwendig, das Ätzmittel,
welches die deaktivierte Ätzsorte
hat, von der Ätzöffnung zu
entfernen und ein neues Ätzmittel
von der Ätzöffnung zuzuführen. Bei
dem Verfahren zum Ätzen
wird jedoch der hohle Bereich größer, und
das Seitenverhältnis
der zylindrischen Form wird höher.
Folglich wird es schwierig, das Ätzmittel über die
feine Ätzöffnung auszutauschen,
und die Austauscheffektivität des Ätzmittels
gegenüber
dem geätzten
Bereich wird niedrig. Als Folge davon wird mit dem Fortschritt des Ätzens der
zu opfernden Schichten 2 und 6 die Ätzrate bemerkenswert
abgesenkt, und es wird schwierig, die zu opfernden Schichten 2 und 6 zu ätzen und zu
beseitigen.
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Wie
oben erwähnt
wird in dem Fall der zu opfernden Schichten 2 und 6 es
schwierig, diese vollständig
zu ätzen
und zu beseitigen, wodurch ein Rest der zu opfernden Schichten 2 und 6 erzeugt
wird und die Formgenauigkeit des Ätzens, d.h., die Formgenauigkeit
der dreidimensionalen Struktur wird verschlechtert. Dadurch wird
die Betriebskenngröße einer
Mikromaschine oder einer Halbleitereinrichtung, die die dreidimensionale
Struktur hat, verschlechtert.
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Weiter
wird aufgrund der oben erwähnten Verschlechterung
der Ätzrate
die Ätzzeit
insgesamt verlängert.
Folglich wird sogar auf einer Fläche
der Strukturschicht ein Einfluss des Ätzens ausgeübt, und dadurch wird in einigen
Fällen
die Kenngröße der Mikromaschine,
welche mit der dreidimensionalen Struktur versehen ist, verschlechtert.
Beispielsweise besteht bei einer Lichtmodulations-Mikromaschine eine
Fläche
der Strukturschicht aus einer Lichtreflexionsschicht, beispielsweise
einem Aluminiumfilm. In diesem Fall wird es, wenn eine Fläche des
Aluminiumfilms durch Ätzen
beeinträchtigt
wird, schwierig, die ursprüngliche
Reflexionscharakteristik zu erhalten.
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In
diesem Zusammenhang hat die vorliegende Erfindung die Aufgabe, einen
Atzprozess bereitzustellen, der Ätzen
und Beseitigen einer zu opfernden Schicht mit einer ausreichenden
Rate von einer feinen Ätzöffnung erlaubt
und dadurch eine Struktur bilden kann, welche einen großen hohlen
Bereich oder Raum hat, und der einen komplizierten Aufbau hat und
eine Struktur, die ein hohes Seitenverhältnis hat mit einer ausgezeichneten
Formgenauigkeit und ohne einen Flächezustand zu verschlechtern.
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Bei
einem Ätzverfahren
gemäß der vorliegenden
Erfindung zum Lösen
dieser Aufgabe wird bei einem Werkstück, welches einem Bearbeitungs-Fluid
ausgesetzt ist, welches eine Ätzreaktionssorte
enthält,
Licht intermittierend auf eine Fläche des Werkstücks, um
dieses zu erwärmen,
gestrahlt. Dadurch wird das Bearbeitungs-Fluid in der Nachbarschaft
des Werkstücks
intermittierend erhitzt und dadurch expandiert oder kontrahiert.
In diesem Zeitpunkt wird das Bearbeitungs-Fluid in einem Zustand gehalten,
wo es relativ zum Werkstück
fließt.
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Bei
einem derartigen Ätzprozess
wird eine Fläche
des Werkstücks
intermittierend mit Licht bestrahlt, und dadurch wird das Bearbeitungs-Fluid
in der Nachbarschaft des Werkstücks
indirekt aufgrund der thermischen Leitung vom Werkstück erhitzt.
Dadurch wird das Bearbeitungs-Fluid von einer Seite in Kontakt mit
dem Werkstück
wirksam erhitzt und dehnt sich aus. Aufgrund der Ausdehnung wird
die Dichte des Bearbeitungs-Fluids in der Nachbarschaft des Werkstücks abgesenkt.
Sogar, wenn das Werkstück
einen hohlen Bereich auf seiner einen Fläche aufweist, oder wenn das
Werkstück
ein Loch oder eine Nut hat, wird das Bearbeitungs-Fluid im hohlen Bereich,
im Loch oder in der Nut ebenfalls von einer Fläche des Werkstücks erwärmt, die
in Kontakt mit dem Bearbeitungs-Fluid ist und dadurch expandiert und
dadurch von dem hohlen Bereich, dem Loch oder der Nut ausgestoßen. Da
außerdem
das Heizen intermittierend angewandt wird, wird zwischen dem Heizen
und dem Heizen die Wärme
des Werkstücks auf
das Werkstück
selbst und auf das Bearbeitungs-Fluid, welches relativ zum Werkstück fließt, abgeleitet.
Im Anschluss an die Wärmeableitung
wird das Bearbeitungs-Fluid im hohlen Bereich, im Loch oder in der
Nut abgekühlt
und kontrahiert, ein Bearbeitungs-Fluid, welches einer Fläche des
Werkstücks fließend zugeführt wird
und eine neue Ätzreaktionssorte
enthält,
wird zwangsweise in den hohlen Bereich, in das Loch oder in die
Nut eingeführt,
um das Bearbeitungs-Fluid zu ersetzen. Folglich wird aufgrund des
inter mittierenden Erwärmens
aufgrund der Lichtbestrahlung der oben erwähnte zwangsweise Ersatz des
Bearbeitungs-Fluids wiederholt und effizient ausgeführt. Als
Folge davon kann die Ätzrate
im hohlen Bereich, im Loch oder in der Nut beibehalten werden.
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Daher
kann gemäß dem Ätzverfahren
nach der Erfindung das Ätzen
durchgeführt
werden, ohne eine zu opfernde Schicht in einem hohlen Bereich, der
eine komplizierte Form hat oder groß gegenüber einer Ätzöffnung ist und außerdem bezüglich eines Lochs
oder einer Nut, die ein hohen Seitenverhältnis hat, zurückzulassen.
Folglich kann eine Verbesserung der Genauigkeit der Ätzform erreicht
werden, und, da die Ätzzeit
abgekürzt
werden kann, kann verhindert werden, dass die Oberflächenbeschaffenheit aufgrund
des Ätzens
verschlechtert wird. Als Ergebnis kann beispielsweise eine Mikromaschine
oder eine Halbleitereinrichtung, die mit einem dreidimensionalen
Strukturbereich versehen ist, bezüglich der Arbeitskenngröße verbessert
werden.
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1 ist
ein Aufbaudiagramm einer Bearbeitungsvorrichtung, die bei einem Ätzverfahren
gemäß der Ausführungsform
verwendet wird;
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2 ist
ein Flussdiagramm, welches ein Ätzverfahren
gemäß einer
Ausführungsform
zeigt;
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3 ist
eine grafische Darstellung, welche intermittierende Bestrahlung
von Bestrahlungslicht in einem Ätzverfahren
gemäß einer
Ausführungsform zeigt;
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4A und 4B sind
Diagramme, um Wirkungen eines Ätzverfahrens
gemäß einer
Ausführungsform
zu erläutern;
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5 ist
eine grafische Darstellung, welche Effekte eines Ätzverfahrens
gemäß einer
Ausführungsform
zeigt;
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6A und 6B sind
Querschnittsansichten, um ein Beispiel eines vorhandenen Ätzverfahrens
zu erläutern;
und
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7A und 7B sind
Querschnittsansichten zum Erläutern
eines weiteren Beispiels eines existierenden Ätzverfahrens.
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Anschließend werden
Ausführungsformen eines Ätzverfahrens
nach der vorliegenden Erfindung erläutert. Bevor Ausführungsformen
des Ätzverfahrens
erläutert
werden, wird ein Beispiel eines Aufbaus einer Bearbeitungsvorrichtung,
die bei der Ätzvorrichtung
vorzugsweise verwendet wird, erläutert.
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1 ist
ein schematisches Diagramm eines Aufbaus, welches ein Beispiel einer
Bearbeitungsvorrichtung zeigt, die bei einem Ätzverfahren nach der Erfindung
verwendet wird. Die Bearbeitungsvorrichtung besitzt eine Bearbeitungskammer 11,
wo das Ätzen
ausgeführt
wird. In der Bearbeitungskammer 11 kann ein Substrat S,
welches ein Werkstück ist,
untergebracht werden, und die Temperatur im Innenraum kann auf einem
vorher festgelegten Wert gehalten werden. Weiter ist an einer Position,
welche einer Fläche
(Fläche,
die zu ätzen
ist) des Substrats S zugewandt ist, welches in der Bearbeitungskammer 11 untergebracht
ist, ein optisches Fenster 12, welches Bestrahlungslicht
(beispielsweise Laserlicht oder Lampenlicht) h, welches auf das
Substrat S gestrahlt wird, angeordnet. Für das optische Fenster 12 kann
vorzugsweise bekanntes synthetisches Quarz oder Fluorkalzium verwendet
werden.
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Weiter
sind mit der Bearbeitungskammer 11 über ein Ventil b ein Auslassrohr 13 und
ein Fluid-Zufuhrrohr 14 verbunden, wodurch die Innenseite
der Bearbeitungskammer 11 so aufgebaut ist, dass sie auf
einen vorher festgelegten atmosphärischen Druck gehalten wird.
Unter anderem ist mit dem Fluid-Zufuhrrohr 14 über eine
Pumpe 15 ein Kohlenstoffdioxid-Tank (CO2) verbunden,
um CO2 zur Innenseite der Bearbeitungskammer 11 mit
einem vorher festgelegten Druck zu liefern. Parallel mit einem Verbindungsrohr 17 zwischen
der Pumpe 15 und dem Fluid-Zufuhrrohr 14 ist über das
Ventil b ein Mischtank 18 verbunden. Mit dem Mischtank 18 ist über das Ventil
b eine Zufuhrquelle 19 zum Liefern eines Entziehungsmittels,
beispielsweise einer Ätzreaktionssorte
(beispielsweise Hydrofluor-Säuredampf
und Wasserdampf) oder eines Lösungsmittels,
verbunden, und im Mischtank 18a ist ein Bearbeitungs-Fluid L, in welches
das Entziehungsmittel in CO2 bei einer vorher
festgelegten Konzentration verteilt (aufgelöst) ist, unter einer vorher
festgelegten Temperatur und Druck aufbewahrt.
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Außerdem ist
mit der Bearbeitungsvorrichtung eine Lichtquelle 21, die
Bestrahlungslicht h impulsartig in Schwingung versetzt, angeordnet.
Auf einem Lichtpfad des Bestrahlungslichts h, welcher von der Lichtquelle 21 bestrahlt
wird, sind wiederum von einer Seite der Lichtquelle 21 ein
Dämpfungsorgan 22,
ein Kollimator 23 und zwei freibewegbare Spiegel 24 und 35 angeordnet.
Aufgrund der beiden Spiegel 24 und 25 läuft das
Bestrahlungslicht h, welches impulsartig schwingt, von der Lichtquelle 21 in
das optische Fenster 12 und wird auf eine Fläche des
Substrats S gestrahlt, welches in der Bearbeitungskammer 11 untergebracht
ist, und außerdem
aufgrund des Antriebs der beiden Spiegel 24 und 25 tastet
das Bestrahlungslicht h einen gesamten Bereich der Fläche des
Substrats S ab. Außerdem
wird die Energiedichte des Bestrahlungslichts h, welches auf das
Substrat S gestrahlt wird, auf einen vorher festgelegten Wert unter
Verwendung des Dämpfungsorgans 22 und des
Kollimators 23 gesteuert.
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Gemäß einer
derartigen Bearbeitungsvorrichtung kann CO2,
welches keine Verunreinigung, beispielsweise ein Entziehungsmittel
enthält,
oder ein Bearbeitungs-Fluid L, welches auf einer vorher festgelegten
Temperatur und Druck mit dem Entziehungsmittel gehalten wird, beispielsweise
Flourwasserstoff-Säure-Dampf
oder Wasserdampf, die in CO2 bei einer vorher
festgelegten Konzentration dispergiert sind, in die Bearbeitungskammer 11 geliefert werden,
die auf einer vorher festgelegten Temperatur und einem vorher festgelegten
Druck gehalten wird. Folglich kann CO2 in
der Bearbeitungskammer 11 auch einen überkritischen Zustand beibehalten.
Auf das Substrat S, welches einer vorher festgelegten Atmosphäre in der
Bearbeitungskammer 11 ausgesetzt ist, kann das Bestrahlungslicht
h, welches impulsartig schwingt, mit einer vorher festgelegten Energiedichte gestrahlt
werden.
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Der
Aufbau des oben erläuterten
Bearbeitungsvorrichtung ist lediglich ein Beispiel, gemäß dem eine
Substanz, die als Bearbeitungs-Fluid L verwendet wird, der CO2-Behälter 16 durch
einen anderen Gastank ausgetauscht werden kann und ein Entziehungsmittel,
welches von der Lieferquelle 19 geliefert wird, geeignet
ausgewählt
werden kann.
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Wenn
das Bestrahlungslicht h, welches impulsartig schwingt, von der Lichtquelle 21 eine
gesamte Fläche
des Substrats abtasten kann, kann anstelle der Spiegel 24 und 25 eine
optische Faser verwendet werden. Weiter kann als Lichtquelle 21,
welches das Bestrahlungslicht h impulsartig zum Schwingen bringt,
eine, bei der eine Laserlichtquelle oder ein Lampe, die Licht emittiert,
welches eine Wellenlänge
in einem UV-Bereich hat, impulsartig schwingt, verwendet werden.
Bei der Bearbeitungsvorrichtung jedoch, der bei dem Ätzverfahren
gemäß der Erfindung
verwendet wird, soweit das Beleuchtungslicht h intermittierend auf
das Substrat S, welches in der Bearbeitungskammer 11 untergebracht ist,
beleuchtet werden kann, ist diese nicht auf die Verwendung der Lichtquelle 21 beschränkt, welche das
Bestrahlungslicht h impulsartig zum Schwingen bringt. Sogar beispielsweise,
wenn eine Lichtquelle 21, die kontinuierlich Licht emittiert,
beispielsweise eine dielektrische Sperrschichtentladelampe verwendet
wird, wenn zwischen der Lichtquelle 21 und dem optischen
Fenster 12 eine Schirmplatte, welche innerhalb einer vorher
festgelegten Periode frei geöffnet
und geschlossen werden kann, angeordnet ist, kann das Bestrahlungslicht
h intermittierend auf das Substrat S gestrahlt werden. Damit kann
eine Bearbeitungsvorrichtung mit einer derartigen Konfiguration
ebenfalls verwendet werden.
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Anschließend wird
eine erste Ausführungsform
eines Ätzprozesses,
bei dem eine Bearbeitungsvorrichtung verwendet wird, die einen derartigen
Aufbau hat, auf der Basis eines Flussdiagramms, welches in 2 gezeigt
ist, in bezug auf 1 erläutert. Hier wird unter der
Annahme eines Falls, wo in einer vorderen Flächenseite des Substrats S von einer
feinen Ätzöffnung eine
zu opfernde Schicht selektiv geätzt
und entfernt wird, eine Ausführungsform eines Ätzprozesses
erläutert.
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Hier
wird in einem ersten Schritt S1 ein Substrat S, welches ein Werkstück ist,
in einer Bearbeitungskammer 11 untergebracht und angeordnet
und der Einlass des Substrats S wird verschlossen, um den Innenraum
der Bearbeitungskammer 11 hermetisch abzudichten.
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Nachfolgend
wird in einem zweiten Schritt S2 von einem Fluid-Zufuhrrohr 14 reines
CO2 in die Bearbeitungskammer 11,
das kein Entziehungsmittel oder eine andere Substanz hat, geliefert.
Hier wird die Bearbeitungskammer 11 simultan evakuiert.
Bis der Innenraum der Bearbeitungskammer 11 vollständig durch
CO2 ersetzt ist, wird somit die Evakuierung des
Innenraums der Bearbeitungskammer 11 und die Zufuhr von
CO2 fortgesetzt.
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Danach
wird in einem dritten Schritt S3, wenn die Evakuierung des Innenraums
der Bearbeitungskammer 11 angehalten wird, die Zufuhr von CO2 in die Bearbeitungskammer 11 fortgesetzt
und eine Temperatur innerhalb der Bearbeitungskammer 11 wird
gesteuert, wodurch der Druck innerhalb der Bearbeitungskammer 11 zum
kritischen Druck von CO2 oder mehr und eine
Temperatur zur kritischen Temperatur oder mehr gemacht werden. Dadurch wird
die Bearbeitungskammer 11 mit einem überkritischen Fluid aus CO2 gefüllt.
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An
nächster
Stelle wird in einem vierten Schritt S4 ein Bearbeitungs-Fluid L,
in welchem eine Ätzreaktionssorte
in CO2 dispergiert (oder aufgelöst) ist,
fortlaufend in die Bearbeitungskammer 11 geliefert. In
diesem Zeitpunkt wird das Bearbeitungs-Fluid L, welches im Mischtank 18 vorher
erwärmt
und vorher unter Druck ist, von dem Fluid-Zufuhrrohr 14 in die
Bearbeitungskammer 11 geliefert. Außerdem ist der Innenraum der
Bearbeitungskammer 11 passend evakuiert, und dadurch wird
erlaubt, dass der Druck und die Temperatur innerhalb der Bearbeitungskammer 11 einen
Zustand des dritten Schritts S3 beibehalten. Im Bearbeitungs-Fluid
L kann, wenn die Notwendigkeit auftritt, die Ätzreaktionssorte aufgelöst werden,
welche mit einem Lösungsmittel
vermischt ist. Außerdem
können
im Bearbeitungs-Fluid L als anderes Entziehungsmittel als die Ätzreaktionssorte und
das Lösungsmittel
bei einem überkritischen
Fluid CO2-Reinigen bekannte Chemikalien,
beispielsweise Methanol, Hexan, Oktan oder eine Mischung davon hinzugefügt werden.
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Nachfolgend
wird in einem fünften
Schritt S5 wie im vierten Schritt S4, wobei das Bearbeitungs-Fluid
L weiter in die Bearbeitungskammer 11 geliefert wird, Bestrahlungslicht
h, welches im impulsartig schwingt, von der Lichtquelle 21 durch
das optische Fenster 12 auf das Substrat S in der Bearbeitungskammer 11 gestrahlt.
In diesem Zeitpunkt wird, wie durch eine durchgezogene Linie in 3 gezeigt ist,
zu den entsprechenden Bereichen des Substrats S Bestrahlungslicht
h mit einer vorher festgelegten Wellenlänge wiederholt mit einer vorher
festgelegten Bestrahlungszeit A und einer vorher festgelegten Schwingungsperiode
B gestrahlt.
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Hier
werden eine Wellenlänge
und eine Bestrahlungszeit A des Bestrahlungslichts h mit einer Absicht
eines Beheizens nur einer äußersten
Fläche des
Substrats S bestimmt, wobei eine thermische Beschädigung des
Substrats S verhindert. Insbesondere ist es, damit ein Heizbereich
aufgrund des Bestrahlungslichts h in einem Bereich schmaler als
die Tiefe bis zu 100 nm von einer Fläche des Substrats S begrenzt
werden kann, vorteilhaft, dass eine Wellenlänge des Bestrahlungslichts
h in einem UV-Bereich festgelegt ist und die Bestrahlungszeit A
des Bestrahlungslichts h auf 100 ns oder weniger festgelegt wird. Wenn
beispielsweise das Substrat S aus einem Siliziumsubstrat hergestellt
ist, wird eine dritte Harmonische (Wellenlänge: 355 nm) von Nd: JAG-Laserlicht vorzugsweise
als Bestrahlungslicht h verwendet, wodurch eine Absorptionstiefe
des Bestrahlungslichts h innerhalb im Wesentlichen auf 10 nm begrenzt
ist, d.h., der Heizbereich des Substrats S ist lediglich auf eine
sehr kleine Fläche
begrenzt.
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Außerdem ist
die Schwingungsperiode B des Bestrahlungslichts h auf eine Zeit
festgelegt, die für eine
Flächentemperatur
eines Substrats S notwendig ist, welches aufgrund des Bestrahlungslichts
h erwärmt
wird, die bis zu einem Ausmaß abnimmt,
das einen Gleichgewichtszustand mit der Innentemperatur des Substrats
S oder mehr ergibt, beispielsweise 0,1 s oder mehr.
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Die
intermittierende Bestrahlung des Bestrahlungslichts h auf die entsprechenden
Bereiche des Substrats S wird wie oben erwähnt mit einer vorher festgelegten
Anzahl von Perioden wiederholt, bis eine zu opfernde Schicht, die
durch Ätzen
beseitigt werden soll, volständig
entfernt ist, und die Anzahl wird vorher durch einen Versuch festgelegt.
Damit die intermittierende Bestrahlung des Bestrahlungslichts h
auf die entsprechenden Bereiche des Substrats S über einen gesamten Bereich
einer Fläche
des Substrats S ausgeführt
werden kann, werden die Spiegel 24 und 25 so angetrieben,
eine Beleuchtungsposition abzutasten. Damit in diesem Zeitpunkt
das Bestrahlungslicht h mit einer gleichförmigen Energiedichte über einen Gesamtbereich
der Fläche
des Substrats S gestrahlt werden kann, wird das Bestrahlungslicht h
abgesucht.
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Wenn
die zu opfernden Schichten innerhalb und außerhalb eines hohlen Musters
oder eines Nutmusters mit einem hohen Seitenverhältnis, beispielsweise eine
niedrigere Elektrodenschicht 5, wie mit 7 erläutert wurde,
geätzt
werden, wird, damit das Bestrahlungslicht h auf eine Seitenwand
eines hohlen Musters oder eines Nutmusters allmählich aufgrund des Ätzens gestrahlt
werden kann, vorzugsweise ein Bestrahlungswinkel des Bestrahlungslichts h
gesteuert.
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Wie
oben erwähnt,
nachdem das Bestrahlungslicht h intermittierend auf das Substrat
S gestrahlt wird, wird in einem sechsten Schritt S6 reines CO2, in welches eine Ätzreaktionssorte nicht gemischt
ist, von dem Fluid-Zufuhrrohr 14 in die Bearbeitungskammer 11 geführt und
dadurch der Innenraum der Bearbeitungskammer 11 durch CO2 ersetzt. In diesem Zeitpunkt wird der Innenraum
der Bearbeitungskammer 11 auf einer vorher festgelegten
Temperatur und Druck gehalten, wobei das CO2 in
einem überkritischen
Zustand gehalten wird.
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Danach
wird in einem siebten Schritt S7 der Innenraum der Bearbeitungskammer 11 evakuiert, um
diesen auf einen im Wesentlichen atmosphärischen Druck bezüglich des
Drucks zu entlüften.
Um zu verhindern, dass in diesem Zeitpunkt die Struktur, welche
im Ätzschritt
des fünften
Schritts S5 gebildet wurde, zerstört wird, ist es wichtig, dass
der Innenraum der Bearbeitungskammer 11 bei einer Temperatur
entlüftet
wird, die gesteuert wird, und dadurch CO2 innerhalb
der Bearbeitungskammer 11 unmittelbar vom überkritischen
Zustand zu einem gasförmigen
Zustand übergeht.
Nachdem der Innenraum der Bearbeitungskammer 11 auf im
Wesentlichen atmosphärischen
Druck entlüftet
ist, wird nachfolgend die Temperatur innerhalb der Bearbeitungskammer 11 auf
im Wesentlichen der Raumtemperatur abgesenkt.
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Danach
wird in einem achten Schritt S8 das Substrat S aus der Bearbeitungskammer 11 befördert, wodurch
eine Folge der Ätzschritte
zu einem Abschluss kommt.
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Gemäß dem oben
erläuterten Ätzverfahren wird
im fünften
Schritt S5 das Bestrahlungslicht h intermittierend auf eine Fläche des
Substrats S gestrahlt, wodurch eine Flächenschicht des Substrats S intermittierend
erwärmt
wird. Dadurch wird das Bearbeitungs-Fluid L in der Nachbarschaft der Fläche des Substrats
S indirekt aufgrund der thermischen Leitung von der Flächenschicht
des erwärmten
Substrats S erhitzt. Dadurch wird, wie in einem Bereich (1) einer
doppelt-gestrichelten Kettenlinie von 3 gezeigt
ist, das Bearbei tungs-Fluid L effektiv von einer Seite erwärmt, die
mit dem Substrat S in Kontakt ist, um sich auszudehnen. Eine derartige
Volumenerweiterung des Bearbeitungs-Fluids L, welche indirekt eine
aufgrund der Wärmeableitung
vom Substrat S ist, welches durch das Bestrahlungslicht erwärmt wird,
tritt von der Bestrahlungszeit A des Bestrahlungslichts h verspätet auf.
Aufgrund dieser Volumenerweiterung des Bearbeitungs-Fluids L expandiert,
sogar wenn das Substrat S einen hohlen Bereich auf einer seiner
Seitenflächen
hat, wie mit einer Pfeilmarkierung in der Zeichnung gezeigt ist,
das Bearbeitungs-Fluid L im hohlen Bereich a und wird gewaltsam
vom Innenraum des hohlen Bereichs a entfernt. Wenn in diesem Fall
eine Fläche
der Struktur 3 aufgrund der intermittierenden Bestrahlung
des Bestrahlungslichts h erwärmt
wird, breitet sich die Wärme
schnell durch die Struktur aus und erwärmt das Bearbeitungs-Fluid L auf einer
Seite des Lochbereichs a.
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Dadurch
wird das Bearbeitungs-Fluid L, welches die Ätzreaktionssorte enthält, aufgrund
des Ätzens
deaktiviert und ein Reaktionsprodukt wird von dem hohlen Bereich
a ausgeschieden. Außerdem wird
in die Bearbeitungskammer 11 das Bearbeitungs-Fluid L fließend zugeführt. Folglich
wird das Bearbeitungs-Fluid L, welches vom Innenraum des Lochbereichs
a ausgeschieden wird, vom Innenraum der Bearbeitungskammer 11 ausgestoßen, wenn
das Bearbeitungs-Fluid L fließt.
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Da
die Flächenschicht
des Substrats S somit intermittierend erwärmt wird, wird zwischen dem
Heizen und dem Heizen die Wärme
des Substrats S an das Substrat S selbst und das Bearbeitungs-Fluid
L abgeleitet, wodurch das Substrat S gekühlt wird. Daher beginnt, wie
in einem Bereich (2) einer Doppelkettenlinien-Grafik von 3 gezeigt
ist, das Bearbeitungs-Fluid L damit, sich abzukühlen und sich zusammenzuziehen.
Dann wird, wie in 4B gezeigt ist, in den hohlen
Bereich a das Bearbeitungs-Fluid L gepresst. In diesem Fall wird
das Bearbeitungs-Fluid L fließend
der Bearbeitungskammer 11 zugeführt. Folglich fließt ein Bearbeitungs-Fluid
L, welches eine neue Ätzreaktionssorte
enthält,
in den hohlen Bereich a. Dadurch wird das Bearbeitungs-Fluid L im hohlen
Bereich a ersetzt, und aufgrund des Bearbeitungs-Fluids L, welches
dann neu in die zu opfernde Schicht 2 geflossen ist, wird
weiter geätzt.
Ein derartiger Ersatz des Bearbeitungs-Fluids L ohne Beschränkung in
bezug auf den hohlen Bereich a kann sogar im Fall einer zu opfernden
Schicht in einem feinen Lochmuster oder in einem feinen Nutmuster,
die zu ätzen
sind, in ähnlicher
Weise durchgeführt
werden.
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Folglich
wird aufgrund des oben erwähnten intermittierenden
Erwärmens
der oben erwähnte zwangsweise
Ersatz des Bearbeitungs-Fluids L wiederholt ausgeführt. Als
Ergebnis kann die Ätzrate
innerhalb des hohlen Bereichs a (Loch und Nut) beibehalten werden.
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Wie
in einer grafischen Darstellung in 3 gezeigt
ist, können
im Unterschied zu Ätztiefen (durchgezogene
Linie) bei einem existierenden Ätzverfahren,
wie mit den gestrichelten Linien in der Zeichnung gezeigt ist, wenn
die Häufigkeit
der Wiederholung der Lichtbestrahlung ansteigt, die Ätztiefen
vertieft werden, und dadurch kann durch Wiederholen der vorher festgelegten
Häufigkeit
eine notwendige Ätztiefe
erhalten werden. Die Ätztiefe
ist hier ein Abstand von einer Ätzöffnung.
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Da
außerdem
die Ätzrate
gesichert werden kann, kann die Ätzzeit
insgesamt abgekürzt
werden. Dadurch kann eine Außenfläche des
Werkstücks
und ein Bereich, der auf der Fläche
erscheint, in einem frühen
Zustand des Ätzens
bei einer Belichtungszeit gegenüber
dem Bearbeitungs-Fluid abgekürzt
werden, was eine Reduzierung eines nachteiligen Effekts, beispielsweise
Korrison und Ätzen
zur Folge hat.
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Gemäß obiger
Ausführung
kann gemäß dem Ätzverfahren
nach der ersten Ausführungsform
aufgrund des Ätzens
durch eine feine Ätzöffnung ein hohler
Bereich, der kompliziert geformt ist, oder ein hohler Bereich, der
groß in
bezug auf die Ätzöffnung ist,
außerdem
der Innenraum eines Loches und einer Nut mit einem hohen Seitenverhältnis ohne
verbleibenden Ätzrest
mit einer ausgezeichneten Formgenauigkeit und ohne einen Flächenzustand
zu verschlechtern gebildet werden. Als Folge davon kann beispielsweise
die Betriebskenngröße einer
Mikromaschine oder einer Halbleitereinrichtung, die mit einem dreidimensionalen
Strukturbereich versehen ist, verbessert werden.
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Anschließend wird
ein Ätzverfahren
gemäß einer
zweiten Ausführungsform
erläutert.
Das Ätzverfahren
gemäß der zweiten
Ausführungsform
ist ein Verfahren, bei dem lediglich ein Bereich eines Substrats
S, welches durch ein Maskenmuster-Bestrahlungslicht h ausgewählt wird,
bestrahlt wird, und eine Schrittfolge ist ähnlich der der ersten Ausführungsform,
die mit einem Flussdiagramm von 2 erläutert wurde.
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In
diesem Fall wird bei der Bearbeitungsvorrichtung, die mit Hilfe
von 1 erläutert
wurde, mit einer Maske, bei der ein Muster, welches einen Bestrahlungsbereich
des Bestrahlungslichts h beschränkt,
geformt ist, welche auf einem optischen Pfad des Bestrahlungslichts
h zwischen der Lichtquelle 21 und dem Substrat s angeordnet
ist, der fünfte
Schritt S5 ausgeführt.
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Dadurch
kann in einem Bereich einer Aufnahme, während der Bestrahlungslicht
h gestrahlt wird, die Intensitätsverteilung
des Bestrahlungslichts h gebildet werden. Folglich kann beispielsweise
in dem Fall, wie in 4A und 4B beispielsweise gezeigt
ist, ein hohler Bereich a, der unter einer Strukturschicht 3 aufgrund
des Ätzens
der zu opfernden Schicht 2 gebildet ist, wenn eine zu komplizierte Strukturschicht 3 das
Bestrahlungslicht h nicht in der Nachbarschaft der Ätzöffnung 3a und
lediglich auf eine Position entfernt von der Ätzöffnung 3a des hohlen
Bereichs a innerhalb des schon gebildeten hohlen Bereich a gestrahlt
wird, die Konvektion eines Bearbeitungs-Fluids L lokal erzeugt werden.
Folglich kann die Ersatzeffektivität des Bearbeitungs-Fluids L
in einem schon gebildeten hohlen Bereich a weiter verbessert werden.
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Bei
den oben erläuterten
ersten und zweiten Ausführungsformen
wird ein Beispiel, bei dem ein Bearbeitungs-Fluid L, in welchem
eine Ätzreaktionssorte
in einem überkritischen
Fluid (CO2-extra-kritisches Fluid) enthalten
ist, zum Ätzen
verwendet wird, gezeigt. Das Ätzverfahren
gemäß der Erfindung
kann jedoch ohne Beschränkung
auf das Ätzverfahren,
bei das Bearbeitungs-Fluid, welches diese Form hat, verwendet wird,
ein Ätzprozess
sein, bei dem gasförmiges
oder flüssiges
Bearbeitungs-Fluid verwendet wird. Weiter kann in dem Fall, wo die Ätzreaktionssorte
selbst ein Fluid ist, anders als das überkritische Fluid oder Gas,
und außerdem
ein Träger-Fluid
beispielsweise eine Flüssigkeit
verwendet werden, wenn die Notwendigkeit auftritt.