JP2005150332A

JP2005150332A - エッチング方法

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Publication number: JP2005150332A
Application number: JP2003384657A
Authority: JP
Inventors: Tsutomu Aisaka; 勉逢坂
Original assignee: Sony Corp
Current assignee: Sony Corp
Priority date: 2003-11-14
Filing date: 2003-11-14
Publication date: 2005-06-09
Also published as: CN1616341A; KR20050046583A; US20050106892A1; EP1531145A3; CN1296270C; US7105447B2; TW200528588A; EP1531145A2

Abstract

【課題】微細なエッチング開口からの犠牲層のエッチングにより、大きな中空部や複雑な構成の空間部を形状精度良好に形成できるエッチング方法を提供する。
【解決手段】エッチング反応種を含有する処理流体に被処理物を晒すことにより、当該被処理物のエッチング処理を行い（第３ステップＳ３、第４ステップＳ４）、その後、処理室内を減圧することにより、被処理物の近傍における処理流体の密度を第４ステップＳ４よりも低下させる（第１ステップＳ１）。これらの第１ステップＳ１〜第４ステップＳ４を繰り返し行う際、第１ステップＳ１の後に行われる第３ステップＳ３および第４ステップＳ４では、被処理物が配置された処理雰囲気に対して新たにエッチング反応種を含有する処理流体を供給し、被処理物の近傍における当該処理流体の密度を第１ステップＳ１よりも上昇させる。
【選択図】図２

Description

本発明はエッチング方法に関し、特には半導体装置やマイクロマシンなどの製造において中空部を有する微細構造体を形成するに際し、エッチング開口の大きさに対して形成するする中空部が大きい場合や複雑な構成の中空部を形成する場合に適用されるエッチング方法に関する。

微細技術の進展に伴い、マイクロマシン（Micro Electro Mechanical Systems：ＭＥＭＳ）、およびマイクロマシンを組み込んだ小型機器が注目されている。マイクロマシンは、シリコン基板、ガラス基板等の基板上形成された３次元構造体からなる可動部と、この可動部の駆動を制御する半導体集積回路等とを、電気的・機械的に結合させた素子である。

従来、このようなマイクロマシン分野においては、３次元構造体を実現する技術の１つとして、基板上に予め犠牲層を形成し、この犠牲層上に構造体層を形成してパターニングした後、犠牲層を選択的にエッチング除去することにより、パターニングされた構造体層の下方に空間部が設けられた構造の３次元構造体が得られる。犠牲層としては酸化シリコン（ＳｉＯ₂）やシリコン（Ｓｉ）が用いられている。酸化シリコンにより犠牲層を形成した場合には、フッ素（Ｆ）系のエッチング液、また、シリコンにより犠牲層を形成した場合には気相のフッ化キセノン（ＸｅＦ₂）やフッ化臭素（ＢｒＦ₃）等のエッチングガスがエッチャントとして用いられている（以上、下記特許文献１参照）。

特開２００２−２１４５４８号公報（特に段落0002、0030参照）

例えば、図４に示す構成の３次元構造体を形成する場合には、先ず、基板１の表面側に形成された凹部１ａ内に犠牲層２を埋め込み、基板１および犠牲層２上を覆う状態で構造体層３を形成する。次いで、必要に応じた形状に構造体層３をパターニングすると共に、構造体層３に犠牲層２に達するエッチング開口３ａを形成する。その後、エッチング開口３ａを介して犠牲層２をエッチング除去する。これにより、構造体層３の下方に中空部ａを形成する。尚、このエッチングにおいては、上述したように、犠牲層２を構成する材質によって適切なエッチャントが選択されることになる。

しかしながら、このような３次元構造体の形成方法には、以下のような課題があった。例えば、図４を用いて説明した３次元構造体の形成においては、エッチング開口３ａと比較して、エッチングによって形成する中空部ａが非常に大きい場合に、犠牲層２を完全にエッチング除去することが困難になる。

これは次のようなエッチングのメカニズムに起因している。すなわち、犠牲層２のエッチングが進んで中空部aが形成されるに従い、形成された中空部ａ内にエッチャントが進入していく。一方、エッチングの進行により、エッチャントに含まれるエッチング反応種は減少し、反応生成物が増加する。しかしながら、エッチング開口３ａが微細である場合、ある程度の大きさにまで中空部ａが広がると、中空部ａ内のエッチャントの置換効率が低下する。このため、エッチング開口３ａの断面積と比較して中空部ａが大きくなると、犠牲層２のエッチングレートが極端に低下してしまうのである。

このような現象は、例えばスピン式処理を行うことで、エッチング開口部分付近のエッチャントの流れを速くして置換効果を高めたとしても、完全に防止することはできない。また、エッチャントとしてガスを用いた場合であっても、エッチャントが液体である場合よりも軽微ではあるが、同様の現象が発生するのである。

またこのような現象は、図５（ａ）に示すように、基板１と構造体層３に挟まれた狭いキャップの中空部ａを形成する場合や、図５（ｂ）に示すように、狭いエッチング開口３ａに対して複雑な形状の中空部ａを形成する場合等でも同様に発生する。

またさらに、このような中空部を有する３次元構造体を備えたマイクロマシンの製造においては、工程中において中空部が破壊されることを防止するために、最終の工程になるべく近い工程で犠牲層のエッチングを行うことが望ましい。例えば、図５（ｃ）に示すように、３次元構造体を構成する中空部ａよりも上層に配線層５を形成する場合、配線層５を形成してこれを絶縁膜６で埋め込んだ後に、この絶縁膜６に犠牲層（図示省略）に達するエッチング開口３ａを形成し、このエッチング開口３ａから犠牲層をエッチング除去して中空部ａを形成することが望まれる。しかしながら、最終工程に近づくほど、エッチング開口３ａが深くなって中空部ａのエチャントの置換効率が低下するため、上述と同様に犠牲層が除去され難くなるのである。

そして上述したように、犠牲層を完全にエッチング除去することが困難となることにより、中空部ａの形状精度が劣化する。これは、この中空部ａを有するマイクロマシンの動作特性を劣化させる要因となる。

また、このような問題は、電気配線間干渉を抑えるための空中配線の形成においても同様に発生するため、空中配線を備えた半導体装置においてはその動作特性を劣化させる要因ともなる。

そこで本発明は、微細なエッチング開口から犠牲層を十分にエッチング除去し、これによって大きな中空部や複雑な構成の空間部を形状精度良好に形成できるエッチング方法を提供することを目的とする。

このような目的を達成するための本発明のエッチング方法は、以下の第１工程と第２工程とを繰り返し行う方法である。先ず、第１工程では、エッチング反応種を含有する処理流体に被処理物を晒すことにより、当該被処理物をエッチング処理する。次の第２工程では、被処理物の近傍における処理流体の密度を第１工程よりも低下させる。そして、これらの第１工程と第２工程との繰り返しにおいて、第２工程の後に行われる第１工程では、被処理物が配置された処理雰囲気に対して、新たにエッチング反応種を含有する処理流体を供給すると共に、当該被処理物の近傍における当該処理流体の密度を当該第２工程よりも上昇させることを特徴とする。

ここで、処理流体が気体または超臨界流体で構成されている場合、第１工程と第２工程との間での処理流体の密度変動を、処理雰囲気内の圧力調整によって行っても良い。また、処理流体が、気体、超臨界流体、または液体である場合には、処理流体の密度変動を、処理流体の温度調整によって行っても良い。

このようなエッチング方法では、エッチング処理が行われる第１工程間において、被処理物の近傍における処理流体の密度を低下させる第２工程を行うことにより、先の第１工程でエッチングに寄与した処理流体が、その後の第２工程において被処理物の近傍から強制的に排除されることになる。このため、被処理物が中空部を有している場合であっても、この中空部内の処理流体の一部または大部分が、中空部から排除される。そして、次の第１工程で、新たにエッチング反応種を含有する処理流体を供給し、また被処理物の近傍における処理流体の密度を上昇させることにより、上記の中空部内にも新たなエッチング反応種を含有する処理流体が導入され、処理流体の置換が行われる。このため、これらの工程を繰り返すことにより、被処理物の中空部内にも、被処理物に対して活性の失われていないエッチング反応種を含有する処理流体を、断続的に供給し続けることができる。したがって、中空部内においてのエッチングレートを保ち続けることができる。

これにより本発明のエッチング方法によれば、微細なエッチング開口からのエッチングにより、複雑な形状の中空部やエッチング開口に対して大きい中空部をエッチング残りなく形状精度良好に形成することが可能になる。この結果、例えば、中空部を有する３次元構造体部分を備えたマイクロマシンや半導体装置の動作特性の向上を図ることが可能になる。

以下、本発明のエッチング方法の実施の形態を説明する。ここでは、微細なエッチング開口を介して、大きな体積または複雑な構成の犠牲層を選択的にエッチング除去する場合に適するエッチング方法を説明する。尚、エッチング方法の実施の形態を説明するのに先立ち、このエッチング装置に好適に用いられる処理装置の一構成例を説明する。

＜処理装置＞
図１は、本発明のエッチング方法に用いられる処理装置の一例を示す概略構成図である。この処理装置は、エッチングが行われる処理室１１を有している。この処理室１１内には、温調機能付きのステージ１２が収納されており、ウェハ状の被処理物Ｓを所定温度に加熱または冷却した状態で保持することが可能である。また、処理室１１の外周部には、処理室１１内部の温度を調節したり処理室１１の内壁に処理流体が過剰に吸着したり結露することを防ぐための温度調節器１３や、ステージ１２上の被処理物Ｓを加熱するためのランプ１４が設けられている。さらに、処理室１１には、排気ポンプＰを備えた排気管１５、流量調節器１６ａおよび温度調節器１６ｂが設けられた処理流体供給管１６、および流量調節基１７ａが設けられたパージガス供給管１７が接続されており、処理室１１の内部が所定の圧力雰囲気に保たれるように構成されている。このうち、処理流体供給管１６には、３つの流量調節器１６ａを介して、不活性ガス（ここではＮ₂，ＣＯ₂を含む）ｇ１のボンベ（図示書略）や、フッ酸蒸気発生部１８および水蒸気発生部１９が接続されている。これらのフッ酸蒸気発生部１８および水蒸気発生部１９は、タンク１８ａ、１９ａに貯留した無水フッ酸や純水に不活性ガスｇ１をバブリングさせることにより、フッ酸蒸気および水蒸気を発生させるものであり、それぞれ温度調節気１８ｂ，１９ｂを備えている。また、ここでの図示は省略したが、処理室１１内には、処理室１１内に供給された流体（ガス等）が、ステージ１２上の被処理物Ｓに均一に供給され、かつ排気される様に、拡散板や整流機構を設けても良い。さらに、被処理物Ｓを陽動、回転、振動させる機能、および、処理室１１内の処理流体を攪拌するための機構（循環装置を含む）を付加しても良い。

このような処理装置によれば、不活性ガスｇ１に所定の濃度でフッ酸蒸気や水蒸気を分散させ温度調節気６ｂによって所定温度に調整された処理流体Ｌを、処理流体供給管１６から処理室１１内に供給することができる。この処理流体Ｌにおいては、微量の水分によって解離したフッ酸がシリコン酸化膜のエッチング反応種となる。また、不活性ガスｇ１としてＮ₂を供給した場合には、温度圧力を適切に調整することによりＮ₂を超臨界流体とし、この超臨界流体に所定濃度でフッ酸蒸気や水蒸気を分散させた処理流体Ｌを処理室１１内に供給することもできる。さらに、処理室１１内は、温度調節器１３によって所定温度に調節され、かつ排気管１５からの排気と処理流体供給管１６からの処理流体Ｌの供給量とを調節することにより所定の圧力に調節される。したがって、処理流体Ｌとして超臨界流体を用いる場合には、処理室１１内の温度および圧力を調整しておくことにより、処理室１１内においてＮ₂を超臨界流体の状態に保つこともできる。

尚、上述した処理装置の構成はあくまでも一例であり、処理流体Ｌとして用いる物質により、処理流体供給管１６から供給するガス（蒸気）が適宜変更されるものである。

＜エッチング方法＞
次に、このような構成の処理装置を用いた被処理物Ｓのエッチング方法を、図２のフローチャートに基づき、図１を参照しつつ説明する。ここでは、被処理物Ｓの表面側において、酸化シリコンからなる犠牲層を、微細なエッチング開口から選択的にエッチング除去する方法を例示して、エッチング方法の実施形態を説明する。

先ず、第１ステップＳ１では、処理室１１内のステージ１２上に被処理物Ｓを載置固定して処理室１１を密閉し、処理室１１内を排気減圧する。ここでは、処理室１１の内部を、以降に行われるエッチング処理時の圧力よりも低い圧力に減圧にして内部の気体を排出する。尚、被処理物Ｓを処理室１１内に入れる場合の雰囲気は、大気や窒素ガスなど必要に応じて選択され、予備チャンバーで予め減圧して減圧されている処理室１１内に被処理物Ｓを設置するようにしても良い。また、被処理物Ｓは、必要に応じて所定温度に加熱または冷却しておくこととする。

次に、第２ステップＳ２では、エッチング処理が終了であるか否かの判断を行い、終了ではない（Ｎｏ）と判断した場合に、次の第３ステップＳ３に進む。

そして、第３ステップＳ３では、減圧された状態の処理室１１内に処理流体供給管１６から処理流体Ｌを供給し、処理室１１内を所定圧力の処理流体Ｌで満たす。この際、例えば、水蒸気発生部１９から発生させた所定流量の水蒸気に対して、フッ酸蒸気発生部１８から発生させたフッ酸蒸気を所定流量で添加した処理流体Ｌを、温度調整器１６ｂで所定温度にコントロールして処理室１１内に供給する。この際の処理室１１内の圧力は、第１ステップＳ１よりも高い圧力であれば、特に限定されることはなく、大気圧を越える圧力であっても、大気圧程度であっても、大気圧よりも低くても良い。ただし、第１ステップＳ１との圧力差が大きい程好ましい。

尚、処理流体Ｌとしては、フッ酸蒸気と水蒸気を混合するのではなく、共沸濃度のフッ酸水溶液からの蒸発ガスを用いても良く、また、希釈のために所定流量の不活性ガスｇ１を添加しても良い。さらに、犠牲層を構成する酸化シリコンの成膜方法によっては、犠牲層の内部に水分を多く含むものもあるが、その場合、無水フッ酸のみを処理流体Ｌとして供給するようにしてもよい。

その後、第４ステップＳ４では、処理室１１内を上述した所定圧力の処理流体Ｌで満たした状態で、所定時間のエッチング処理を行う。この際、処理室１１内への処理流体Ｌの供給と排気を続けることで、処理室１１内に気流を発生させることが好ましい。また、この第４ステップＳ４のエッチング処理の時間は、エッチングレートが所定の速さに十分に保たれる時間であることとする。さらに、第３ステップＳ３の段階でもエッチングが進むことから、ここでのエッチング処理時間は、第３ステップＳ３と第４ステップＳ４とを合わせた時間としても良い。尚、このエッチング処理時間は、処理流体Ｌにおけるエッチング反応種（ここでは微量の水分によって解離したフッ酸）の濃度、処理室１１内の圧力、温度、エッチング対象となる犠牲層の種類、さらにはエッチングによって形成する中空部の形状などによって変化するので、事前に評価して決めておくことが好ましい。

以上の第３ステップＳ３および第４ステップＳ４が請求項に示す第１工程となる。そして第４ステップＳ４にて所定のエッチング処理時間が経過した後には、処理室１１内への処理流体の供給を停止して第１ステップＳ１に戻る。

そして、次の第１ステップＳ１においては、第４ステップＳ４における処理室１１内の圧力よりも低い圧力に処理室１１内を減圧する。これにより、処理室１１内における処理流体Ｌの密度を第４ステップＳ４よりも低下させる。尚、第１ステップＳ１での処理室１１内の圧力は、排気ポンプＰの能力や、エッチングにより形成された中空部が破壊されない程度に排気スピードを保った場合の効率を考慮し、より低い圧力に設定されることが好ましい。また、この第１ステップＳ１では、第４ステップＳ４でのエッチング処理で発生した反応生成物（例えば水分や低蒸気圧物質）を気化させ、エッチング残渣の残留や液体の表面張力による構造破壊が発生しないように、減圧下で一定時間保持してもよい。以上、この第１ステップＳ１が請求項に示す第２工程となる。

以降、第２ステップＳ２において、所定回数のエッチング処理が終了したと判断されるまで、第１ステップＳ１〜第４ステップＳ４を繰り返し行う。この繰り返し回数は、被処理物Ｓに形成する中空部内の犠牲層が全て除去される回数に設定されることとする。

尚、この繰り返しにおいては、第１ステップＳ１よりも次の第４ステップＳ４での処理室１１内における処理流体Ｌの密度が上昇し、さらに第４ステップＳ４よりも次の第１ステップＳ１での処理室１１内における処理流体Ｌの密度が降下する条件であれば、第４ステップＳ４におけるエッチング条件（エッチング処理時間、処理流体Ｌにおけるエッチング反応種の濃度、処理温度、圧力など）、および第１ステップＳ１における減圧条件（減圧レート、到達圧力、減圧保持時間）を、そのつど変更しても良い。ただし、第１ステップＳ１および第４ステップＳ４における処理室１１内の処理流体Ｌの密度差が大きくなるほど好ましい。

また、ある程度の繰り返しが進行して中空部が形成された場合には、第３ステップＳ３における処理流体Ｌの供給スピードは、中空部が破壊されない程度に設定されることとする。

そして、第２ステップＳ２において、所定回数のエッチング処理が終了した（Ｙｅｓ）と判断された場合には、第５ステップＳ５に進む。

第５ステップＳ５では、直前の第１ステップＳ１において最終的に減圧された状態にある処理室１１内に、乾燥空気や窒素、不活性ガスなどのパージガスｇ２を供給することにより、処理室１１内の圧力を常圧に戻す。その後、被処理物Ｓを処理室１１内から取り出す。尚、処理室１１の前室として予備排気室がある場合には、処理室１１を予備排気室と同じ圧力にした後、被処理物Ｓを予備排気室に移し変えて取り出す。

尚、このような第５ステップＳ５は、最終回の第４ステップＳ４のエッチング処理が終了した後、第１ステップＳ１に戻る前に行われるようにしても良い。この場合、第２ステップＳ２を、第４ステップＳ４と第１ステップＳ１との間に行うフローとする。このようなフローとした場合、第５ステップＳ５では、処理室１１内へのパージバスｇ２の供給によって、処理室１１内から処理流体Ｌが追い出されることになる。

また処理室１１内の処理流体Ｌを完全に除去したい場合には、第５ステップＳ５の後に、処理室１１内をサイクルパージするフローを行っても良い。この場合、図２のフローチャートにおいて２点鎖線で示すように、第５ステップＳ５の後に、サイクルパージ終了か否かの判断を行う第６ステップＳ６を設け、さらに第６ステップＳ６で終了していないと判断された場合に、処理室１１内を再び減圧する第７ステップＳ７を設け、第７ステップＳ７の後に第５ステップＳ５に戻るフローを構成する。

以上のようなエッチング方法によれば、エッチング処理が行われる第４ステップＳ４を繰り返し行う間に、処理室１１内を減圧することで処理流体Ｌの密度を低下させる第１ステップＳ１が行われる。これにより、第１ステップＳ１においては、処理室１１内の処理流体Ｌが強制的に排気され、第４ステップＳ４においてエッチングに寄与した被処理物Ｓ近傍の処理流体Ｌが、被処理物Ｓの近傍から強制的に排除されることになる。このため、被処理物Ｓが中空部を有している場合であっても、この中空部内の処理流体Ｌの一部または大部分を、中空部から排除することができる。

そして、このような第１ステップＳ１の次の第３ステップＳ３で、処理室１１内に新たに処理流体Ｌを供給し、処理室１１内の圧力を上昇させることで処理流体の密度を上昇させることにより、上記の中空部内にも新たなエッチング反応種を含有する処理流体が導入される。これにより、中空部内で処理流体の置換が行われる。

例えば、第４ステップＳ４における処理室内の圧力の１／２の圧力になるまで、第１ステップＳ１において処理室１１内を排気することで、処理室内における処理流体の密度がほぼ１／２になる。このため、次に第３ステップＳ３で処理室内に処理流体を供給した場合の処理流体の置換効率は約５０％程度になる。また、処理室１１の容積が１ｍ³以下であれば、第４ステップＳ４において、大気圧程度の圧力でエッチング処理を行うこととすれば、簡便は真空ポンプを用いて減圧したときの圧力として１／３から１／１０程度の減圧が可能である。この場合、処理流体の置換効率を３０〜９０％とすることが可能である。

このため、次の第４ステップＳ４では、活性が保たれたエッチング反応種を含有する処理流体Ｌによってエッチング処理が行われる。そして、これらの第１ステップＳ１〜第４ステップＳ４を繰り返すことにより、被処理物Ｓの中空部内にも、被処理物に対して活性の失われていないエッチング反応種を含有する処理流体を、断続的に供給し続けることができ、中空部内においてのエッチングレートを保ち続けることができる。

したがって、微細なエッチング開口からの犠牲層のエッチングにより、複雑な形状の中空部やエッチング開口に対して大きい中空部を、エッチング残りなく形状精度良好に形成することが可能になる。

この結果、例えば、形状精度の良好な中空部を有する３次元構造体部分を備えたマイクロマシンや、形状精度の良好な空中配線を備えた半導体装置の動作特性の向上を図ることが可能になる。

さらに、このようなエッチング方法によれば、犠牲層の上部に多層配線が積まれていても、この犠牲層に達する微細で深いエッチング開口から犠牲層を十分に除去できるようになるため、最終工程の近くで中空部形成のためのエッチングを行うことが可能になり、中空構造を待つマイクロマシンとＬＳＩとの同一チップ上への集積が可能になる。

さらに、処理流体の置換効率が上昇するため、エッチング時間を短縮することもできる。これにより、被処理物の外表面や早期にエッチングによって表面に現れた部分の処理流体への曝露時間が短縮でき、腐食やエッチングなどの影響を低減できる。

また、処理流体が強制的に排除される際に、低沸点（蒸気圧の高い、揮発性のある）反応生成物も同時に除去することができる。

＜変形例１＞
以上説明した実施形態においては、先ず、第１ステップＳ１において処理室１１内を排気して減圧する構成とした。しかしながら、処理室１１内を減圧せずに、被処理物Ｓが収納された処理室１１内に処理流体１１を供給することにより、処理室１１内を処理流体Ｌで置換する構成としても良い。この場合、図２のフローチャートにおいて鎖線で示すように、第３ステップＳ３から処理が開始されるフローを構成する。

このような手順であっても、第３ステップＳ３に続く第４ステップＳ４よりも次の第１ステップＳ１における処理室１１内の圧力が低くなり（処理流体Ｌの密度が低くなり）、さらに第１ステップＳ１よりも次の第４ステップＳ４における処理室１１内の圧力が高くなる（処理流体Ｌの密度が高くなる）ように、処理室１１内の排気および処理流体Ｌの供給を調整することが重要である。

尚、第１ステップＳ１においての処理室１１内の減圧率が低い場合、残留した処理流体Ｌによって、次の第３ステップＳ３で新たに供給される処理流体Ｌのエッチング反応種が希釈され、第４ステップＳ４におけるエッチングレートが低下することになる。このため、エッチング反応種の濃度を保つことを目的として、第１ステップＳ１での減圧率に応じてエッチング反応種の濃度の高い処理流体Ｌを供給するようにしても良い。

＜変形例２＞
処理流体Ｌを構成する流体としては、超臨界状態の流体（超臨界流体と記す）を用いても良い。超臨界流体を構成する物質（超臨界物質）としてはＮ₂やＣＯ₂等が好適に用いられる。この場合、第３ステップＳ３の前に、予め温度と圧力を調整することにより処理室１１内を超臨界流体で満たしておき、次の第３ステップＳ３においては、ガス状の超臨界物質（Ｎ₂やＣＯ₂）に、エッチング反応種を溶解または分散させた処理流体Ｌを、処理室１１内に供給する構成とする。この際、処理室１１内を超臨界雰囲気（圧力、温度）に保ち続けることが重要である。

そして、第４ステップＳ４の後の第１ステップＳ１では、超臨界雰囲気（圧力、温度）の範囲で処理室１１内を減圧する。そして、第１ステップＳ１〜第４ステップＳ４の繰り返しが終了した後の第５ステップＳ５では、先ず、処理室１１内における超臨界物質が蒸気圧曲線を横切ることのないように、処理室１１内における温度を調整しながら常圧付近にまで減圧し、その後常温付近にまで温度を低下させることが重要である。

以上のように超臨界流体を用いたエッチングを行うことにより、被処理物の表面を気−液界面に晒すことなく、エッチングを終了させることが可能になる。このため、液体の表面張力による微細な構造体の破壊が防止され、エッチングによって形成された構造体の形状精度を保つことができる。また、処理流体として液体を用いた場合には、エッチング後に処理流体やリンス液を乾燥させる必要があり、微細な開口部分から内部を乾燥させることが困難であるが、このような乾燥工程を行う必要もない。

＜変形例３＞
上述した実施形態においては、第１ステップＳ１と第４ステップＳ４とで、処理室１１内の圧力を変化させることで、処理室１１内における処理流体Ｌの密度を変化させる構成とした。しかしながら、本発明は、第１ステップＳ１と第４ステップＳ４とで、処理室１１内の温度を変化させることで、処理室１１内における処理流体Ｌの密度を変化させる構成であっても良い。この場合、処理室１１内全体の温度を調整しても良いが、被処理物Ｓのみ、または被処理物Ｓの近傍の温度のみを変化させることで、被処理物Ｓの近傍のみにおいて処理流体Ｌの密度を変化させても良い。

このように、温度制御によって処理流体Ｌの密度を変化させる構成であれば、処理流体Ｌとして圧力変化の小さい液体を用いることも可能である。

尚、以上説明した実施形態および変形例１〜３では、エッチング反応種をフッ酸とし、フッ酸蒸気を水蒸気さらにはその他の流体に分散させた処理流体Ｌを用いて酸化シリコンからなる犠牲層をエッチング除去する場合を例示した。しかし、本発明は、処理流体Ｌが限定されるものではなく、犠牲層を構成する材料によって適宜選択されものである。処理流体Ｌとしては、キャリアガスや超臨界流体さらには液体等の流体にエッチング反応種を溶解または分散させてなるか、またはエッチング反応種（ＨＦ、ＸｅＦ、ＨＣｌ）がガスや超臨界流体となる場合には、エッチング反応種をそのまま処理流体として用いても良い。また、犠牲層が有機物である場合、処理流体Ｌとして有機溶剤を用いても良く、エッチング反応種となり得る粉末を流体に分散させて処理流体Ｌとしても良い。ただし、処理流体Ｌは、圧縮性（膨張性）を有し、さらには圧力や温度による体積変化が大きい方が高い置換率を得られるため好ましい。

さらに、図１のフローチャートを用いて説明したステップＳ１〜ステップＳ４の繰り返し工程においては、何回かの繰り返し工程の間に、他の処理を付加的に行っても良い。例えば、第１ステップＳ１〜第４ステップＳ４の繰り返し工程を所定回数行うことで、エッチングが進行して中空部がある程度の大きさに形成されたところで、エッチング表面の疎水処理を行い、その後再びステップＳ１〜ステップＳ４の繰り返し工程を開始しても良い。このような疎水処理を行うことにより、ある程度の大きさに形成された中空部の内壁の張り付き（いわゆるスティッキング：Sticking）を防止しながら、大空間または複雑な構成の中空部を形成することが可能になる。尚、ステップＳ１〜ステップＳ４の繰り返し工程間に行う付加的な処理は、このような疎水処理に限定されることはなく、エッチングにより露出した部分に保護膜や改質膜を生成する改質処理や、反応生成物除去処理であっても良い。この場合、第１ステップＳ１での減圧（または昇温）条件を利用した付加的な処理であっても良い。

またさらに、ステップＳ１〜ステップＳ４の繰り返し工程においては、何回かの繰り返し工程によって目的とする犠牲層をエッチング除去した後に、第３ステップＳ３で供給する処理流体Ｌを変更することで、他の対象物をエッチングする処理を引き続き行う様にしても良い。

次のように被処理物を形成した。先ず、単結晶シリコンからなる基板の表面側に、１μｍの膜厚の酸化シリコン膜を犠牲層として形成し、この犠牲層上に多結晶シリコンからなる構造体層を形成した。そして、この構造体層に、開口幅０．５μｍのスリット状のエッチング開口を形成し、このエッチング開口の底部に犠牲層を露出させた。

このような構成の被処理物の犠牲層を、次のような手順でエッチング除去した（図２参照）。

先ず、被処理物を処理室内のステージ上に載置固定し、処理室内を１ｋＰａに減圧した後、排気を停止して減圧を保持した（第１ステップＳ１）。

次に、フッ酸蒸気と水蒸気との混合ガスを処理流体として処理室内に供給することで、処理室内の圧力を上昇させて１００ｋＰａにした。この際、フッ酸蒸気と水蒸気との比率は、常圧常温における体積比で３：１とした（第３ステップＳ３）。

そして、処理室内が１００ｋＰａに上昇した後、この状態で２分間保持することで被処理物のエッチング処理を行った（第４ステップＳ４）。

その後、再び処理室内を３０秒程度の時間で排気し、処理室内を１ＫＰａに減圧した（第１ステップＳ１）。

処理室内が１ｋＰａに減圧された後、減圧状態を保持せず、直ちにフッ酸蒸気と水蒸気の混合ガスを供給し、処理室内の圧力を約１０秒程度かけて１００ｋＰａにまで上昇させた（第３ステップＳ３）。

次に、第４ステップＳ４を上述と同様に行い、さらに第１ステップＳ１〜第４ステップＳ４を繰り返すことにより、１０回の第４ステップＳ４を行った。これにより、第４ステップＳ４を合計して２０分のエッチング処理を行った。

その後、処理室チャンバー内を１ｋＰａに減圧し（第１ステップＳ１）、処理室内に窒素ガスを供給することにより処理室内を１００ｋＰａ程度にまで加圧した（第５ステップＳ５）。次に、処理室内の減圧（第７ステップＳ７）と処理室内への窒素ガスの供給による加圧（第５ステップＳ５）とを繰り返し、処理流体や蒸発性の反応生成物、水分などを被処理物の表面から取り除いた。そして、処理室内に窒素ガスを供給することにより処理室内を常圧に戻した（第５ステップＳ５）後、被処理物を処理室から取り出して処理を終了させた。

この結果、被処理物においては、エッチング開口から横方向に３２μｍのエッチングが進行しており、この範囲で１μｍの膜厚の酸化シリコンからなる犠牲層が除去されていることが確認された（図３：実施例１参照）。

一方、比較例として、同様の被処理物に対して、第４ステップＳ４の状態で２０分間保つエッチング処理を行った。この結果、エッチング開口から横方向に約６μｍしかエッチングが進行しておらず、この範囲のみにおいて１μｍの膜厚の酸化シリコンからなる犠牲層が除去されていることが確認された（図３：比較例参照）。これにより、本発明を適用した実施例１のエッチング方法の効果が確認された。

次のように被処理物を形成した。先ず、単結晶シリコンからなる基板の表面側に、平面形状１００μｍ（短辺）×４００μｍ（長辺）、深さ１μｍの凹部を形成した。次に、この凹部内に、ＴＥＯＳガス用いたＣＶＤ法によって形成した酸化シリコン膜を犠牲層として埋め込んだ。その後、犠牲層上を含む基板上に多結晶シリコンからなる構造体層を形成した。そして、この構造体層に、凹部の短辺に沿って１０μｍ幅のスリット状のエッチング開口を形成し、このエッチング開口の底部に犠牲層を露出させた。

このような被処理物に対して、実施例１と同様の手順でエッチングを行った。

この結果、平面形状１００μｍ（短辺）×４００μｍ（長辺）、深さ１μｍの凹部内の犠牲層が全て除去され、同様の形状の中空部を形成することができた。

本実施例３では、実施例２と同様の被処理物を、ＣＯ₂からなる超臨界流体で構成された処理流体を用いてエッチングした。

先ず、被処理物を処理室内のステージ上に載置固定して処理室を密閉し、処理室内にＣＯ₂を供給すると共に温度を上昇させることにより、処理室内の雰囲気をＣＯ₂が超臨界流体となる状態（３１℃、７．３８ＭＰａ以上）に加圧、昇温させた。ここでは、３５℃、１０ＭＰａにした。これにより、処理室内をＣＯ₂超臨界流体雰囲気とした。

処理室内の圧力と温度を一定に保ちながら、ＣＯ₂中にフッ酸蒸気を重量比で５％の割合で混合し、更に約２％のメタノール蒸気を添加した処理流体を処理室内に供給した。これにより、処理室内のＣＯ₂を処理流体に置換した。この際、圧力と温度を一定に保ちながら処理室内に処理流体を供給することにより、処理室をＣＯ₂超臨界流体雰囲気に保った（第３ステップＳ３）。尚、メタノールの代わりにButyrolactoneやエタノールなどを用いたり、それらの混合物を用いても良い。

そして、処理室内への処理流体の供給を開始してから３分間、処理流体の供給を継続することでエッチング処理を行った（第４ステップＳ４）。

次に、処理流体内のフッ酸やメタノールが分離することのないように、ＣＯ₂超臨界流体雰囲気が保たれる範囲で、処理室内の圧力を７．５ＭＰａに減圧すると共に温度を６０℃に上昇させた（第１ステップＳ１）。

その後、上述したと同様の処理流体を処理室内に供給することで、ＣＯ₂超臨界流体雰囲気に保たれる範囲で処理室内を再び３５℃、１０ＭＰａに加圧し、３分間エッチング処理を行った（第３ステップＳ３，第４ステップＳ４）。

以下、第４ステップＳ４が、２０回繰り返されるまで、第１ステップＳ１〜第４ステップＳ４を繰り返し行った。

その後、第１ステップＳ１に戻って処理室内を減圧した後、さらにＣＯ₂超臨界流体雰囲気に保たれた処理室内にエッチング反応種を含有しないＣＯ₂を供給し、処理流体中の無水フッ酸やメタノールの成分を排出した（第５ステップＳ５）。次に、処理室内を臨界温度以上に保ったまま減圧してＣＯ₂をガス状態とした後、処理室内の温度を常温付近まで低下させ被処理物を処理室より取り出して処理を終了させた。

実施形態のエッチング方法に用いられる処理装置の構成図である。実施形態のエッチング方法を示すフローチャートである。実施例１の効果を比較例の結果と共に示すグラフである。従来のエッチング方法を説明するための断面図である。従来のエッチング方法の課題を説明するための断面図である。

符号の説明

Ｌ…処理流体、Ｓ…被処理物、

Claims

エッチング反応種を含有する処理流体に被処理物を晒すことにより、当該被処理物のエッチング処理を行う第１工程と、
前記被処理物の近傍における前記処理流体の密度を前記第１工程よりも低下させる第２工程とを繰り返し行い、
前記第２工程の後に行われる第１工程では、前記被処理物が配置された処理雰囲気に対して新たに前記エッチング反応種を含有する処理流体を供給すると共に、当該被処理物の近傍における当該処理流体の密度を当該第２工程よりも上昇させる
ことを特徴とするエッチング方法。
請求項１記載のエッチング方法において、
前記処理流体は気体または超臨界流体で構成され、
前記第２工程では、前記被処理物が配置された処理雰囲気内の圧力を前記第１工程よりも低下させることにより前記処理流体の密度を低下させる
ことを特徴とするエッチング方法。
請求項１記載のエッチング方法において、
前記第２工程では、前記処理流体を加熱することにより前記被処理物の近傍における当該処理流体の密度を低下させる
ことを特徴とするエッチング方法。