JP2011501874A - Mems製造において使用されるエッチングプロセス - Google Patents
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Abstract
希ガスフッ化物、たとえば、二フッ化キセノン(XeF2)を含むエッチャントによって犠牲層をエッチングするステップを含む、電気機械デバイスを作製する方法。エッチングプロセスの効率は、種々の方法で増加する可能性があり、また、エッチングプロセスのコストは減少する可能性がある。未使用エッチャントが、エッチングプロセス中に、単離され、再循環されてもよい。エッチング副生成物は、エッチングプロセス中にエッチングシステムから収集され除去されてもよい。エッチャントの成分は、単離され、一般的な付加的エッチャントに対して使用されてもよい。エッチャントまたはエッチングされる層のいずれかまたは両方が、特定のエッチングプロセスについて最適化されてもよい。
Description
本発明は、微小電気機械システム(microelectromechanical system)(MEMS)またはナノ電気機械システム(nanoelectromechanical system)(NEMS)などの小スケール電気機械デバイスに関する。
MEMSは、微小機械要素、アクチュエータおよび電子部品を含む。MEMSという用語は、便宜のために本明細書を通して使用されるが、用語は、NEMSなどのより小さいスケールのデバイスを包含することを意図されることが理解されるであろう。微小機械要素は、堆積、エッチング、ならびに/または、基材および/または堆積された材料層の所定部分をエッチング除去するかあるいは電気デバイスおよび電気機械デバイスを形成するために層を追加する他の微小機械加工プロセスを使用して作られてもよい。1つのタイプのMEMSデバイスは、干渉変調器と呼ばれる。本明細書で使用されるように、干渉変調器または干渉光変調器という用語は、光干渉の原理を使用して、光を選択的に吸収するかつ/または反射するデバイスを指す。いくつかの実施形態では、干渉変調器は、一対の導電性板を備えてもよく、導電性板の一方または両方は、全体的にまたは部分的に透過性がありかつ/または反射性があり、適切な電気信号の印加によって相対運動が可能である。特定の実施形態では、一方の板は、基材上に堆積された固定層を備えてもよく、他の板は、空気ギャップによって固定層から分離された金属膜を備えてもよい。本明細書でより詳細に述べるように、一方の板の別の板に対する位置は、干渉変調器に入射する光の光干渉を変化させ得る。こうしたデバイスは、広い範囲の用途を有し、また、既存の製品を改良し、未だ開発されていない新しい製品を作るときにその特徴が活用され得るように、これらのタイプのデバイスの特性を利用しかつ/または修正することが、当技術分野で有利であることになる。
一態様では、電子デバイスを作製する方法が提供され、方法は、エッチングされる層を備える電子デバイスを設けることであって、電子デバイスはエッチチャンバ内に配置される、設けること、犠牲層を、希ガスフッ化物を含むエッチャントに曝露すること、エッチチャンバからガスの少なくとも一部分を収集すること、および、収集されたガスから希ガスフッ化物を分離するために、収集されたガスを処理することを含む。
別の態様では、電子デバイスを作製する方法が提供され、方法は、エッチングされる層を備える電子デバイスを設けることであって、電子デバイスはエッチチャンバ内に配置される、設けること、犠牲層を、希ガスフッ化物を含むエッチャントに曝露すること、エッチチャンバからガスの少なくとも一部分を収集すること、および、希ガスを分離するために、収集されたガスを処理することを含む。
別の態様では、電子デバイスを作製するときに使用するためのエッチングデバイスが提供され、エッチングデバイスは、エッチングされる層を備える電子デバイスを保持するエッチチャンバと、エッチチャンバに作動可能に取り付けられる貯蔵チャンバであって、エッチャントを貯蔵するよう構成され、エッチャントは希ガスフッ化物を含む、貯蔵チャンバと、エッチチャンバに作動可能に取り付けられる分離コンポーネントであって、希ガス含有プロセスガスを単離するよう構成される、分離コンポーネントとを備える。
別の態様では、電子デバイスを作製する方法が提供され、方法は、エッチングされる層を備える電子デバイスを備えるプロセスチャンバを設けること、希ガスフッ化物を含むエッチャントをエキスパンションチャンバ内に導入すること、エッチャントの圧力を増加させるために、エキスパンションチャンバの体積を減少させること、および、犠牲層をエッチャントに曝露するため、プロセスチャンバ内に加圧されたエッチャントを導入することを含む。
別の態様では、電子デバイスを作製する方法が提供され、方法は、エッチングされる層を備える電子デバイスを含むプロセスチャンバを設けること、希ガスフッ化物を含むエッチャントをプロセスチャンバ内に導入すること、および、エッチャントの分圧を増加させるために、エッチャントの導入後にプロセスチャンバの体積を減少させることを含む。
別の実施形態では、電子デバイスを作製するときに使用するためのエッチングデバイスが提供され、エッチングデバイスは、希ガスフッ化物を含むエッチャントを貯蔵するよう構成される貯蔵チャンバと、エッチングされる電子デバイスを受取るよう構成されるプロセスチャンバであって、貯蔵チャンバに流体連通し、可変体積を有する、プロセスチャンバとを備える。
別の実施形態では、電子デバイスを作製するときに使用するためのエッチングデバイスが提供され、エッチングデバイスは、希ガスフッ化物を含むエッチャントを貯蔵するよう構成される貯蔵チャンバと、貯蔵チャンバに流体連通するエキスパンションチャンバであって、可変体積を有する、エキスパンションチャンバと、エッチングされる電子デバイスを受取るよう構成されるプロセスチャンバであって、エキスパンションチャンバに流体連通する、プロセスチャンバとを備える。
別の実施形態では、電子デバイスを作製する方法が提供され、方法は、エッチングされる層を備える電子デバイスを含むプロセスチャンバを設けること、希ガスフッ化物を含むエッチャントをプロセスチャンバ内に導入すること、プロセスチャンバ内のエッチャントの分圧を監視すること、および、プロセスチャンバ内のエッチャントの監視される分圧に少なくとも部分的に基づいてプロセスチャンバ内にさらなるエッチャントを導入することを含む。
別の実施形態では、電子デバイスを作製するときに使用するためのエッチングデバイスが提供され、エッチングデバイスは、希ガスフッ化物を含むエッチャントを貯蔵するよう構成される貯蔵チャンバと、エッチングプロセス中に電子デバイスを保持するエッチチャンバであって、貯蔵チャンバに流体連通する、エッチチャンバと、エッチチャンバ内のエッチャントの分圧を確定するよう構成される第1センサと、貯蔵チャンバとエッチチャンバとの間の流体経路に沿って配設され、第1センサに作動可能に接続される弁であって、貯蔵チャンバ内のエッチャントの確定された分圧に少なくとも部分的に基づいて、貯蔵チャンバとエッチチャンバとの間のエッチャントの流量を制御するよう構成される、弁とを備える。
別の態様では、犠牲材料を含む電子デバイスを作製する方法が提供され、方法は、一般式MpXqの化合物を含む犠牲材料を含む電子デバイスを設けることであって、MはMo、W、Si、およびGeから選択され、XはCl、F、O、N、およびSiから選択され、MはXと異なり、pおよびqは1〜6の範囲にあり、所与のMについてのMpXqのモル体積はMのモル体積より大きい、設けること、および、電子デバイスをエッチャントに曝露することを含む。
別の態様では、犠牲材料を含む部分的に作製される電子デバイスが提供され、犠牲材料は、一般式MpXqの化合物を含み、MはMo、W、Si、およびGeから選択され、XはCl、F、O、N、およびSiから選択され、MはXと異なり、pおよびqは1〜6の範囲にあり、所与のMについてのMpXqのモル体積はMのモル体積より大きい。
別の態様では、MEMSデバイスを作製するときに使用するためのエッチングデバイスが提供され、エッチングデバイスは、XeF2およびO2を含むエッチャントを貯蔵するよう構成される貯蔵システムと、エッチングプロセス中にMEMSデバイスを保持するよう構成されるエッチングチャンバであって、貯蔵システムに流体連通する、エッチングチャンバと、エッチングチャンバに流体連通するコールドトラップであって、エッチングプロセスの副生成物を除去するよう構成される、コールドトラップとを備える。
別の態様では、電子デバイスを作製する方法が提供され、方法は、エッチチャンバ内に未リリース電子デバイスを設けることであって、未リリース電子デバイスは、犠牲層、および、犠牲層の第1の面に隣接する1つまたは複数の光透過性層を備える、設けること、犠牲層の一部分を通して初期エッチを実施すること、エッチチャンバ内にガス状エッチャント前駆物質をリリースすること、および、ガス状エッチャント前駆物質を物理的に励起することであって、それにより、犠牲層の残りの部分をエッチングすることが可能な化学的に活性な種を形成する、励起することを含む。
別の態様では、電子デバイスを作製する方法が提供され、方法は、プロセスチャンバ内に、部分的に作製される電子デバイスを設けることであって、部分的に作製される電子デバイスは、エッチングされる層の露出部分を備える、設けること、ガス状エッチャントをプロセスチャンバ内に導入することであって、エッチャントは、紫外線放射に対する曝露によって活性化され得る、導入すること、および、エッチングされる層の一部分を紫外線レーザからの放射に曝露することであって、紫外線レーザに対する曝露はガス状エッチャントを活性化する、曝露することを含む。
別の態様では、電子デバイスを作製する方法が提供され、方法は、エッチングされる層を含む電子デバイスを、プロセスチャンバ内に設けること、フッ素および希ガスを含むガス状前駆物質混合物を設けること、希ガスフッ化物を形成するために、ガス状前駆物質混合物を紫外線放射に曝露すること、および、電子デバイスを希ガスフッ化物に曝露することを含む。
別の態様では、電子デバイスを作製する方法が提供され、方法は、エッチングされる層を含む電子デバイスを、プロセスチャンバ内に設けること、プロセスチャンバ内にエッチャントをリリースすることであって、エッチャントは、希ガスフッ化物を含み、エッチングされる層と反応して、副生成物として元素の希ガスを形成する、リリースすること、フッ素をプロセスチャンバ内にリリースすること、および、さらなる希ガスフッ化物を生成するためにフッ素および元素の希ガスを紫外線放射に曝露することを含む。
以下の詳細な説明は、本発明のある特定の実施形態を対象とする。しかし、本発明は、複数の異なる方法で具現化され得る。本説明では、同じ部品が全体を通して同じ数字で指定される図面に対して参照が行われる。以下の説明から明らかになるように、実施形態は、動いていようと(たとえば、ビデオ)、静止していようと(たとえば、静止画像)、また、テキストであろうと、絵であろうと、画像を表示するよう構成されている任意のデバイスにおいて実施されてもよい。より詳細には、実施形態は、限定はしないが、移動体電話、無線デバイス、携帯情報端末(PDA)、手持ち式または可搬型コンピュータ、GPS受信機/ナビゲータ、カメラ、MP3プレーヤ、カムコーダ、ゲームコンソール、腕時計、クロック、計算機、テレビモニタ、フラットパネルディスプレイ、コンピュータモニタ、自動車ディスプレイ(たとえば、オドメータディスプレイなど)、コックピットコントロールおよび/またはディスプレイ、カメラビューのディスプレイ(たとえば、車両のリアビューカメラのディスプレイ)、電子写真、電子ビルボードまたはサイン、投影器、建築構造、パッケージングおよび美的構造(たとえば、1個の宝石上への画像の表示)などの種々の電子デバイス内で、または、それに関連して実施されてもよいことが考えられる。本明細書で述べる構造と類似の構造のMEMSデバイスはまた、電子スイッチングデバイスなどの非ディスプレイ用途で使用され得る。
MEMSデバイスまたは他の電子デバイスの作製は、犠牲層などの層のエッチングを含んでもよい。使用されるエッチャントが高価であるため、エッチングプロセスの効率の増加が、少ないエッチャントを使用することによって作製プロセスのコストを低減する可能性がある。一実施形態では、未使用エッチャントがエッチングプロセス内に再循環され、エッチングプロセスの他の副生成物が除去されてもよい。別の実施形態では、キセノンなどのエッチャントの成分は、副生成物から分離され、さらなるエッチャントを生成するのに使用されてもよい。他の実施形態では、エッチャントおよび犠牲層の一方または両方が、修正されて、エッチングプロセスの効率が増加されてもよく、または、コストが安いエッチャントの使用が可能になってもよい。
干渉MEMSディスプレイ要素を備える1つの干渉変調器ディスプレイの実施形態は、図1に示される。これらのデバイスでは、画素は、明るい状態かまたは暗い状態にある。明るい(「オン」または「オープン」)状態では、ディスプレイ要素は、入射可視光の大部分をユーザに反射する。暗い(「オフ」または「クローズ」)状態にあるとき、ディスプレイ要素は、入射可視光をユーザにほとんど反射しない。実施形態に応じて、「オン」状態および「オフ」状態の光反射特性が逆になってもよい。MEMS画素は、選択されたカラーにおいて主として反射するよう構成することができ、白黒ディスプレイに加えてカラーディスプレイを可能にする。
図1は、各画素がMEMS干渉変調器を備える視覚ディスプレイの一連の画素内の2つの隣接画素を示す等角図である。一部の実施形態では、干渉変調器ディスプレイは、これらの干渉変調器の行/列アレイを備える。各干渉変調器は、少なくとも1つの可変寸法を有する共振光ギャップを形成するために、互いから可変でかつ制御可能な距離に配置された一対の反射層を含む。一実施形態では、反射層の一方は、2つの位置の間で移動してもよい。本明細書で緩和位置と呼ばれる第1位置では、可動反射層は、固定された部分反射層から比較的遠い距離に配置される。本明細書で作動位置と呼ばれる第2位置では、可動反射層は、部分反射層にピッタリ隣接して配置される。2つの層から反射する入射光は、可動反射層の位置に応じて建設的にまたは破壊的に干渉し、各画素について全体的な反射状態または非反射状態を生成する。
図1の画素アレイの示す部分は、2つの隣接する干渉変調器12aおよび12bを含む。左の干渉変調器12aでは、可動反射層14aは、部分反射層を含む光学積層体16aから所定距離の緩和位置にある状態で示される。右の干渉変調器12bでは、可動反射層14bは、光学積層体16bに隣接する作動位置にある状態で示される。
本明細書で参照される、(集合的に、光学積層体16と呼ばれる)光学積層体16aおよび16bは、通常、いくつかの溶融層を備え、溶融層は、酸化インジウム錫(ITO)などの電極層、クロムなどの部分反射層および透明誘電体を含み得る。そのため、光学積層体16は、導電性があり、部分的に透明であり、部分的に反射性があり、たとえば上記層の1つまたは複数を透明基材20上に堆積することによって作製されてもよい。部分反射層は、種々の金属、半導体および誘電体などの部分的に反射性がある種々の材料から形成され得る。部分反射層は、1つまたは複数の材料層で形成され、層はそれぞれ、単一材料または材料の組合せで形成され得る。
一部の実施形態では、光学積層体16の層は、平行ストリップにパターニングされ、以下でさらに述べるように、ディスプレイデバイス内に行電極を形成してもよい。可動反射層14a、14bは、ポスト18の上部およびポスト18間に堆積される介在する犠牲材料上に堆積される(16a、16bの行電極に垂直な)1つまたは複数の堆積金属層の一連の平行ストリップとして形成されてもよい。犠牲材料がエッチング除去されると、可動反射層14a、14bは、画定されたギャップ19によって光学積層体16a、16bから分離される。アルミニウムなどの導電性が高くかつ反射性が大きい材料が、反射層14のために使用され、これらのストリップは、ディスプレイデバイスの列電極を形成してもよい。
電圧が印加されない場合、ギャップ19は、可動反射層14aと光学積層体16aとの間に留まり、そのとき、可動反射層14aは、図1の画素12aで示すように、機械的に緩和状態にある。しかし、選択された行および列に電位差が印加されると、対応する画素の行電極と列電極の交差部に形成されたキャパシタが充電され、静電力が電極を引寄せる。電圧が十分に高い場合、可動反射層14は、変形し、光学積層体16に押しつけられる。光学積層体16内の誘電性層(この図では示さず)は、短絡を防止し、図1の右の画素12bで示すように、層14と16との間の分離距離を制御してもよい。挙動は、印加される電位差の極性によらず同じである。こうして、反射画素状態対非反射画素状態を制御し得る行/列作動は、従来のLCDおよび他のディスプレイ技術で使用される行/列作動と多くの点で類似する。
図2〜5Bは、ディスプレイ用途において干渉変調器のアレイを使用する1つの例示的なプロセスおよびシステムを示す。
図2は、本発明の態様を組込んでもよい電子デバイスの一実施形態を示すシステムブロック図である。例示的な実施形態では、電子デバイスは、プロセッサ21を含み、プロセッサ21は、ARM、Pentium(登録商標)、Pentium II(登録商標)、Pentium III(登録商標)、Pentium IV(登録商標)、Pentium Pro(登録商標)、8051、MIPS(登録商標)、Power PC(登録商標)またはALPHA(登録商標)などの任意の汎用シングルチップまたはマルチチップマイクロプロセッサ、あるいは、デジタル信号プロセッサ、マイクロコントローラまたはプログラマブルゲートアレイなどの任意の専用マイクロプロセッサであってよい。当技術分野で慣例であるように、プロセッサ21は、1つまたは複数のソフトウェアモジュールを実行するよう構成されてもよい。オペレーティングシステムを実行することに加えて、プロセッサは、ウェブブラウザ、電話アプリケーション、emailプログラムまたは任意の他のソフトウェアアプリケーションを含む1つまたは複数のソフトウェアアプリケーションを実行するよう構成されてもよい。
一実施形態では、プロセッサ21はまた、アレイドライバ22と通信するよう構成される。一実施形態では、アレイドライバ22は、ディスプレイアレイまたはパネル30に信号を供給する行駆動回路24および列駆動回路26を含む。図1に示すアレイの断面は、図2のライン1−1によって示される。MEMS干渉変調器の場合、行/列作動プロトコルは、図3に示すこれらのデバイスのヒステリシス特性を利用してもよい。干渉変調器は、可動層が緩和状態から作動状態に変形するようにさせるために、たとえば10ボルト電位差を必要とする可能性がある。しかし、電圧がその値から減少すると、電圧が10ボルト未満に低下するため、可動層はその状態を維持する。図3の例示的な実施形態では、可動層は、電圧が2ボルト未満に低下するまで、完全には緩和しない。そのため、図3に示す例では、デバイスが、その中で緩和状態または作動状態で安定である、印加電圧の窓、約3〜7Vが存在する。これは、本明細書では、「ヒステリシスウィンドウ(hysteresis window)」または「安定性窓(stability window)」と呼ばれる。図3のヒステリシス特性を有するディスプレイアレイの場合、行/列作動プロトコルは、行ストローブ中に、作動されるはずのストローブされた行の画素が、約10ボルトの電圧差にさらされ、緩和されるはずの画素が、ゼロボルトに近い電圧差にさらされるようにデザインされ得る。ストローブ後、行ストローブが画素をどの状態に置こうともその状態に画素が留まるように、画素は、約5ボルトの定常状態電圧差にさらされる。書込まれた後、各画素は、この例では、3〜7ボルトの「安定性窓」内の電位差を経験する。この機構は、前もって存在する作動または緩和の状態における同じ印加電圧条件下で、図1に示す画素デザインを安定にさせる。干渉変調器の各画素が、作動状態であれ、緩和状態であれ、本質的に固定反射層と移動反射層によって形成されるキャパシタであるため、この安定状態は、電力消費がほとんど全くない状態で、ヒステリシスウィンドウ内の電圧に保持され得る。本質的に、印加電位が一定である場合、電流は画素内に流れない。
通常の用途では、ディスプレイフレームは、第1行内の作動画素の所望のセットに従って列電極のセットをアサートすることによって作られてもよい。行パルスが、次に、行1電極に印加され、アサートされた列線に相当する画素を作動する。列電極のアサートされたセットは、次に、第2行内の作動画素の所望のセットに対応するように変更される。パルスは、次に、行2電極に印加され、アサートされた列電極に従って行2の適切な画素を作動する。行1の画素は、行2パルスによって影響を受けず、行1パルス中にセットされた状態のまま留まる。これは、フレームを生成するために、逐次方式で行の全シリーズについて繰返されてもよい。一般に、フレームは、1秒当たりある所望のフレーム数でこのプロセスを連続して繰返すことによって、リフレッシュされかつ/または新しいディスプレイデータで更新される。画像フレームを生成するための、画素アレイの行および列電極を駆動するいろいろなプロトコルが、同様によく知られており、また、本発明と関連して使用されてもよい。
図4、5A、および5Bは、図2の3×3アレイに関するディスプレイフレームを作るための1つの考えられる作動プロトコルを示す。図4は、図3のヒステリシス曲線を示す画素について使用されてもよい列および行電圧レベルの考えられるセットを示す。図4の実施形態では、画素を作動させることは、適切な列を−Vbiasに、適切な行を+ΔVにセットすることを含み、両者は、それぞれ、−5ボルトおよび+5ボルトに相当してもよい。画素を緩和させることは、適切な列を+Vbiasに、適切な行を同じ+ΔVにセットすることによって達成され、画素にわたるゼロボルト電位差を生成する。行電圧がゼロボルトに保持されるこれらの行では、列が+Vbiasであるか、または、−Vbiasであるかによらず、画素は、画素が元々どの状態にあってもその状態で安定である。図4に同様に示すように、上述した電圧と逆極性の電圧が使用され得る、たとえば、画素を作動させることが、適切な列を+Vbiasに、適切な行を−ΔVにセットすることを含み得ることが理解されるであろう。この実施形態では、画素をリリースすることは、適切な列を−Vbiasに、適切な行を同じ−ΔVにセットし、画素にわたってゼロボルト電位差を生成することによって達成される。
図5Bは、作動画素が非反射性である図5Aに示すディスプレイ配置構成をもたらすことになる図2の3×3アレイに印加される一連の行および列信号を示すタイミング図である。図5Aに示すフレームを書込む前に、画素は、任意の状態であり得る。この例では、全ての行が0ボルトであり、全ての列が+5ボルトである。これらの印加電圧によって、全ての画素が、既存の作動状態または緩和状態で安定である。
図5Aのフレームでは、画素(1,1)、(1,2)、(2,2)、(3,2)および(3,3)が作動される。これを達成するために、行1用の「ラインタイム(line time)」中に、列1および2が−5Vにセットされ、列3が+5ボルトにセットされる。これは、全ての画素が3〜7ボルト安定性窓内に留まるため、いずれの画素の状態も変更しない。行1は、次に、0ボルトから5ボルトまで上がり、再びゼロに下がるパルスでストローブされる。これは、(1,1)および(1,2)画素を作動し、(1,3)画素を緩和させる。アレイ内の他の画素は影響を受けない。行2を所望の状態にセットするために、列2が−5Vにセットされ、列1および3が+5ボルトにセットされる。次に、行2に印加される同じストローブが、画素(2,2)を作動し、画素(2,1)および画素(2,3)を緩和させることになる。やはり、アレイの他の画素は影響を受けない。行3は、列2および3を−5Vにセットし、列1を+5ボルトにセットすることによって同様にセットされる。行3ストローブは、図5Aに示すように行3の画素をセットする。フレームに書込んだ後、行電位はゼロであり、列電位は+5ボルトまたは−5ボルトに留まることができ、ディスプレイは、そのため、図5Aの配置構成において安定である。同じプロシジャが、何十または何百もの行および列のアレイについて使用され得ることが理解されるであろう。行および列作動を実施するのに使用されるタイミング、シーケンスおよび電圧レベルは、先に概説した一般的な原理内で幅広く変わることができ、上記例は例示に過ぎず、本明細書で述べるシステムおよび方法に関して任意の作動電圧法が使用され得ることが理解されるであろう。
図6Aおよび6Bは、ディスプレイデバイス40の実施形態を示すシステムブロック図である。ディスプレイデバイス40は、たとえば、携帯電話または移動体電話であり得る。しかし、ディスプレイデバイス40の同じコンポーネントまたはそのわずかの変形体もまた、テレビおよび可搬型メディアプレーヤなどの種々のタイプのディスプレイデバイスを示す。
ディスプレイデバイス40は、ハウジング41、ディスプレイ30、アンテナ43、スピーカ45、入力装置48およびマイクロフォン46を含む。ハウジング41は、一般に、射出成形および真空成形を含む、当業者によく知られている種々の製造プロセスの任意のプロセスから形成される。さらに、ハウジング41は、限定はしないが、プラスチック、金属、ガラス、ゴムおよびセラミックまたはその組合せを含む種々の材料の任意の材料から作られてもよい。一実施形態では、ハウジング41は、異なるカラーの他の取外し可能部分と交換されてもよい、または、異なるロゴ、絵またはシンボルを含む取外し可能部分(図示せず)を含む。
例示的なディスプレイデバイス40のディプレイ30は、本明細書で述べるように、双安定ディスプレイを含む種々のディスプレイの任意のディスプレイであってよい。他の実施形態では、ディプレイ30は、上述したように、プラズマ、EL、OLED、STN LCDまたはTFT LCDなどのフラットパネルディスプレイ、あるいは、当業者によく知られているように、CRTまたは他の真空管デバイスなどの非フラットパネルディスプレイを含む。しかし、本実施形態を述べる目的で、ディプレイ30は、本明細書で述べるように、干渉変調器ディスプレイを含む。
例示的なディスプレイデバイス40の一実施形態のコンポーネントは、図6Bに概略的に示される。示す例示的なディスプレイデバイス40は、ハウジング41を含み、また、ハウジング41内に少なくとも部分的に閉囲されるさらなるコンポーネントを含み得る。たとえば、一実施形態では、例示的なディスプレイデバイス40は、送受信機47に結合するアンテナ43を含むネットワークインタフェース27を含む。送受信機47は、調整用ハードウェア52に接続されるプロセッサ21に接続される。調整用ハードウェア52は、信号を調節する(たとえば、信号をフィルタリングする)よう構成されてもよい。調整用ハードウェア52は、スピーカ45およびマイクロフォン46に接続される。プロセッサ21はまた、入力装置48およびドライバコントローラ29に接続される。ドライバコントローラ29は、フレームバッファ28およびアレイドライバ22に結合され、アレイドライバ22はディスプレイアレイ30に結合される。電力供給装置50は、特定の例示的なディスプレイデバイス40のデザインによる要求に応じて全てのコンポーネントに電力を供給する。
ネットワークインタフェース27は、アンテナ43および送受信機47を含むため、例示的なディスプレイデバイス40は、ネットワークを通じて1つまたは複数のデバイスと通信し得る。一実施形態では、ネットワークインタフェース27はまた、プロセッサ21の要求を軽減するためのある程度の処理能力を有してもよい。アンテナ43は、信号を送受信するための当業者に知られている任意のアンテナである。一実施形態では、アンテナは、IEEE 802.11(a)、(b)または(g)を含むIEEE 802.11規格に従ってRF信号を送受信する。別の実施形態では、アンテナは、BLUETOOTH規格に従ってRF信号を送受信する。携帯電話の場合、アンテナは、CDMA信号、GSM信号、AMPS信号、または無線携帯電話ネットワーク内で通信するのに使用される他の知られている信号を受信するようデザインされる。送受信機47は、アンテナ43から受信される信号が、プロセッサ21によって受信されるか、または、プロセッサ21によってさらに操作されるように、信号を前処理する。送受信機47はまた、プロセッサ21から受信される信号が、アンテナ43を介して例示的なディスプレイデバイス40から送信されるように信号を処理する。
代替の実施形態では、送受信機47は受信機で置換えられ得る。なお別の代替の実施形態では、ネットワークインタフェース27は、プロセッサ21に送出される画像データを格納するかまたは生成し得る画像源で置換えられ得る。たとえば、画像源は、画像データを収容するデジタルビデオディスク(DVD)またはハードディスクドライブあるいは画像データを生成するソフトウェアモジュールであり得る。
プロセッサ21は、一般に、例示的なディスプレイデバイス40の全体の動作を制御する。プロセッサ21は、ネットワークインタフェース27または画像源から圧縮画像データなどのデータを受信し、データを処理して、未処理画像データに、または、未処理画像データになるように容易に処理されるフォーマットにする。プロセッサ21は、次に、処理済みデータを、ドライバコントローラ29にまたは格納のためにフレームバッファ28に送出する。未処理データは、通常、画像内の各ロケーションにおいて画像特性を識別する情報を指す。たとえば、こうした画像特性は、カラー、飽和度およびグレースケールレベルを含み得る。
一実施形態では、プロセッサ21は、例示的なディスプレイデバイス40の動作を制御するために、マイクロコントローラ、CPUまたはロジックユニットを含む。調整用ハードウェア52は、一般に、スピーカ45に信号を送信し、マイクロフォン46から信号を受信するための増幅器およびフィルタを含む。調整用ハードウェア52は、例示的なディスプレイデバイス40内のディスクリートコンポーネントであってよく、または、プロセッサ21または他のコンポーネント内に組込まれてもよい。
ドライバコントローラ29は、プロセッサ21によって生成された未処理画像データを、プロセッサ21から直接、または、フレームバッファ28から取得し(take)、未処理画像データを、アレイドライバ22への高速伝送のために適切にリフォーマットする。具体的には、未処理画像データが、ディスプレイアレイ30にわたって走査するのに適した時間順序を有するように、ドライバコントローラ29は、未処理画像データをラスタ様のフォーマットを有するデータフローにリフォーマットする。次に、ドライバコントローラ29は、フォーマットされた情報をアレイドライバ22に送出する。LCDコントローラなどのドライバコントローラ29は、しばしば、独立型集積回路(IC)としてシステムプロセッサ21に連結されるが、こうしたコントローラは、多くの方法で実施されてもよい。コントローラは、ハードウェアとしてプロセッサ21内に埋めこまれてもよく、ソフトウェアとしてプロセッサ21内に埋めこまれてもよく、または、ハードウェアでアレイドライバ22と完全に一体化されてもよい。
通常、アレイドライバ22は、フォーマットされた情報をドライバコントローラ29から受信し、ビデオデータをリフォーマットして、ディスプレイの画素のx−yマトリクスから出てくる何百もの、時として何千ものリード線に対して、1秒当たり多数回印加される波形の並列なセットにする。
一実施形態では、ドライバコントローラ29、アレイドライバ22およびディスプレイアレイ30は、本明細書で述べるタイプのディスプレイの任意のディスプレイにとって適切である。たとえば、一実施形態では、ドライバコントローラ29は、従来のディスプレイコントローラまたは双安定ディスプレイコントローラ(たとえば、干渉変調器コントローラ)である。別の実施形態では、アレイドライバ22は、従来のディスプレイドライバまたは双安定ディスプレイドライバ(たとえば、干渉変調器ディスプレイ)である。一実施形態では、ドライバコントローラ29は、アレイドライバ22と一体化される。こうした実施形態は、携帯電話、時計および他の小面積ディスプレイなどの高集積化システムにおいて一般的である。なお別の実施形態では、ディスプレイアレイ30は、通常のディスプレイアレイまたは双安定ディスプレイアレイ(たとえば、干渉変調器のアレイを含むディスプレイ)である。
入力装置48は、ユーザが例示的なディスプレイデバイス40の動作を制御することを可能にする。一実施形態では、入力装置48は、QWERTYキーボードまたは電話キーパッドなどのキーパッド、ボタン、スイッチ、タッチ感応スクリーンあるいは圧力感応膜または熱感応膜を含む。一実施形態では、マイクロフォン46は、例示的なディスプレイデバイス40用の入力装置である。マイクロフォン46が、デバイスにデータを入力するために使用されるとき、例示的なディスプレイデバイス40の動作を制御するための音声コマンドが、ユーザによって提供されてもよい。
電力供給装置50は、当技術分野でよく知られているように、種々のエネルギー貯蔵デバイスを含み得る。たとえば、一実施形態では、電力供給装置50は、ニッケルカドミウム電池またはリチウムイオン電池などの充電式電池である。別の実施形態では、電力供給装置50は、再生可能なエネルギー源、キャパシタ、または、プラスチック太陽電池を含む太陽電池、および太陽電池ペイントである。別の実施形態では、電力供給装置50は、壁コンセントから電力を受取るよう構成される。
一部の実施形態では、制御のプログラム可能性は、上述したように、電子ディスプレイシステム内のいくつかの場所に位置し得るドライバコントローラ内に存在する。場合によっては、制御のプログラム可能性はアレイドライバ22内に存在する。上述した最適化は、任意の数のハードウェアおよび/またはソフトウェアコンポーネントにおいて、また、種々の構成で実施されてもよいことを当業者が認識するであろう。
上述した原理に従って動作する干渉変調器の構造の詳細は幅広く変わってもよい。たとえば、図7A〜7Eは、可動反射層14およびその支持構造の5つの異なる実施形態を示す。図7Aは、図1の実施形態の断面であり、金属材料のストリップ14が、垂直に延在する支持体18上に堆積される。図7Bでは、可動反射層14は、テザー32上で、角だけで支持体に取り付けられる。図7Cでは、可動反射層14は、可撓性金属を含んでもよい変形可能層34から懸垂保持される。変形可能層34は、変形可能層34の外周の周りで直接的にまたは間接的に基材20に接続される。これらの接続は、本明細書で支持ポストと呼ばれる。図7Dに示す実施形態は、変形可能層34がその上に載置される支持ポストプラグ42を有する。可動反射層14は、図7A〜7Cの場合と同様に、ギャップを覆って懸垂保持されたままであるが、変形可能層34は、変形可能層34と光学積層体16との間の穴を充填することによる支持ポストを形成しない。むしろ、支持ポストは、支持ポストプラグ42を形成するのに使用される平坦化材料で形成される。図7Eに示す実施形態は、図7Dに示す実施形態に基づくが、図7A〜7Cに示す実施形態のうちの任意の実施形態ならびに示されないさらなる実施形態と共に働くようになっていてもよい。図7Eに示す実施形態では、金属または他の導電性材料の追加の層が、バス構造44を形成するのに使用された。これは、干渉変調器の背面に沿う信号の経路指定を可能にし、普通なら基材20上に形成されなければならないいくつかの電極をなくす。
図7に示すような実施形態では、干渉変調器は、直視デバイスとして機能し、直視デバイスでは、画像が、透明基材20の前側から観察され、その対向側には、変調器が配列される。これらの実施形態では、反射層14は、変形可能層34を含む、基材20と反対の反射層の側で干渉変調器の所定部分を光学的に遮蔽する。これは、遮蔽されるエリアが、画質に悪い影響を与えることなく、構成され、動作することを可能にする。こうした遮蔽は、図7Eのバス構造44を可能にし、アドレス指定およびアドレス指定から生じる運動などの変調器の電気機械特性から変調器の光学特性を分離する能力を提供する。この分離可能な変調器アーキテクチャは、変調器の電気機械的態様および光学的態様のために使用される構造デザインおよび材料が、互いに独立に選択され機能することを可能にする。さらに、図7C〜7Eに示す実施形態は、変形可能層34によって実施される、反射層14の機械特性からの反射層14の光学特性のデカップリングから引出されるさらなる利益を有する。これは、反射層14のために使用される構造デザインおよび材料が光学特性に関して最適化され、変形可能層34のために使用される構造デザインおよび材料が所望の機械特性に関して最適化されることを可能にする。
図8は、干渉変調器のための例示的な製造プロセス800のある実施形態を示すフローチャートであり、図9A〜9Eは、こうした製造プロセスの一実施形態の対応するステージを概略的に示す。こうしたステップは、図16に示されない他のステップと共に、たとえば、図1および7に示す一般的なタイプの干渉変調器を製造するプロセス内に存在してもよい。図1、7、および8を参照すると、プロセス800は、基材20を覆って光学積層体16を形成するステップ805で始まる。図9Aは、基材20を覆って形成されたこうした光学積層体16を示す。基材20は、ガラスまたはプラスチックなどの透明基材であってよく、また、光学積層体16の効率的な形成を促進するために、前もっての調製ステップ(複数可)、たとえば、清浄化を受けていてもよい。先に説明したように、光学積層体16は、一部の実施形態では、導電性があり、部分的に透明であり、部分的に反射性があり、たとえば層の1つまたは複数を透明基材20上に堆積することによって作製されてもよい。特に、図9Aの光学積層体は、サブ層60a、60b、および60cを備える多層構造を含むことが見てわかるが、他の実施形態では、より多いまたはより少ないサブ層が含まれてもよい。一部の実施形態では、サブ層のうちの1つのサブ層は、その光特性のために選択された部分的に反射性がある層または吸収体層を備え、別のサブ層は、その導電性特性のために選択された層を備える。他の実施形態では、適した光および電気特性を有する単一サブ層が使用されてもよい。一部の実施形態では、サブ層の1つまたは複数は、平行ストリップにパターニングされ、ディスプレイデバイスの行電極を形成してもよい。こうしたパターニングは、一部の実施形態では、マスキングおよびエッチングプロセスによって行われてもよいが、パターニングの代替の方法は、以下でより詳細に説明される。一部の実施形態では、光学積層体16は、1つまたは複数の金属層(たとえば、サブ層60aまたは60bなどの反射性層および/または導電性層)を覆って堆積される、図9Aのサブ層60cなどの絶縁性層または誘電性層を含む。
図8に示すプロセス800は、継続して、光学積層体16を覆って犠牲層を形成するステップ810に進む。犠牲層は、以下で説明するキャビティ19を形成するために、後で除去され(たとえば、ステップ825にて)、そのため、犠牲層は、図1に示す、得られる干渉変調器12には示されない。図9Bは、光学積層体16を覆って形成された犠牲層62を備える部分的に作製されたデバイスを示す。光学積層体16を覆う犠牲層62の形成は、後続の除去後に、所望のサイズを有するキャビティ19(図1および9Eを参照されたい)を設けるために選択された厚さでの、モリブデンまたはアモルファスシリコンなどのXeF2でエッチング可能な材料の堆積を含む。犠牲材料の堆積は、物理気相堆積(physical vapor deposition)(PVD、たとえば、スパッタリング)、プラズマ強化化学気相堆積(plasma−enhanced chemical vapor deposition)(PECVD)、熱化学気相堆積(熱CVD)、またはスピンコーティングなどの堆積技法を使用して実施されてもよい。
図8に示すプロセス800は、継続して、図1、7、および9Cに示すように支持構造、たとえば、ポスト18を形成するステップ815に進む。ポスト18の形成は、支持構造アパーチャを形成するために犠牲層をパターニングするステップと、その後、PECVD、熱CVD、またはスピンコーティングなどの堆積法を使用して、ポスト18を形成するためにアパーチャ内に材料(たとえば、ポリマーまたはシリコン酸化物)を堆積するステップとを含んでもよい。一部の実施形態では、犠牲層内に形成される支持構造アパーチャは、犠牲層と光学積層体16の両方を貫通して下地基材20まで延在するため、ポスト18の下方端は、図7Aに示すように基材20に接触する。図9Cに示す実施形態などの他の実施形態では、犠牲層内に形成されるアパーチャは、光学積層体16を貫通しないが、犠牲層を貫通して延在する。たとえば、図7Dは、光学積層体16と接触様態にある支持ポストプラグ42の下方端を示す。いくつかの実施形態では、ポスト18または他の支持構造は、犠牲層を覆って支持構造材料層を堆積させ、犠牲層内のアパーチャから離れて位置する支持構造材料の部分をパターニングすることによって形成されてもよい。一部の実施形態では、支持構造は、図9Cに示すようにアパーチャ内に位置してもよいが、他の実施形態では、支持構造の少なくとも一部分が、犠牲層の一部分を覆って延在してもよい。先に述べたように、犠牲層および/または支持ポストのパターニングは、パターニングおよびエッチングプロセスによって行われてもよいが、以下で説明する代替のエッチング方法によって行われてもよい。
図8に示すプロセス800は、継続して、図1、7、および9Dに示すように可動反射層14などの可動反射層または膜を形成するステップ820に進む。可動反射層14は、1つまたは複数のパターニング、マスキングおよび/またはエッチングステップと共に、1つまたは複数の堆積ステップ、たとえば、反射層(たとえば、アルミニウム、アルミニウム合金)堆積を使用することによって形成されてもよい。先に説明したように、可動反射層14は、通常、導電性であり、本明細書で導電性層と呼ばれてもよい。いくつかの実施形態では、可動反射層14は、図9Dに示すように複数のサブ層を備えてもよい。いくつかの実施形態では、サブ層64aのうちの1つは、その光特性のために選択された反射性が高いサブ層を備えてもよく、別のサブ層64bは、その機械特性のために選択されたメカニカルなサブ層を備えてもよい。犠牲層が、プロセス800のステップ820にて形成された部分的に作製された干渉変調器内に依然として存在するため、可動反射層14は、通常、このステージでは可動ではない。犠牲層を含む部分的に作製された干渉変調器は、本明細書で「未リリース(unreleased)」干渉変調器と呼ばれてもよい。
図8に示すプロセス800は、継続して、図1、7、および9Eに示すようにキャビティ、たとえば、キャビティ19を形成するステップ825に進む。キャビティ19は、(ステップ810にて堆積した)犠牲材料62をエッチャントに曝露することによって形成されてもよい。たとえば、モリブデンまたはアモルファスシリコンなどのエッチング可能犠牲材料は、乾式化学エッチングによって、たとえば、キャビティ19を囲む構造に対して通常選択的に、所望量の材料を除去するのに有効な期間にわたって、固体二フッ化キセノン(xenon difluoride)(XeF2)から引出された蒸気などのガス状または蒸気質のエッチャントに対して犠牲層を曝露することによって除去されてもよい。他のエッチング方法、たとえば、湿式エッチングおよび/またはプラズマエッチングが使用されてもよく、いくつかの代替のエッチング方法が、以下でより詳細に説明される。犠牲層が、プロセス800のステップ825中に除去されるため、可動反射層14は、通常、このステージ後に可動になる。犠牲材料の除去後に、得られる、完全にまたは部分的に作製された干渉変調器は、本明細書で「リリースされた(released)」干渉変調器と呼ばれてもよい。
理解されるように、エッチングプロセスによって犠牲層を除去するプロセスは、隣接するコンポーネント間にギャップまたは他の間隔を含む他のMEMSデバイスに適用されてもよく、本明細書に述べる例示的な干渉変調器に関する利用に限定されない。上述したように、この除去は、限定はしないが湿式エッチ、乾式エッチ、およびプラズマエッチを含む種々の異なるプロセスによって行われてもよい。上述したXeF2乾式エッチは、たとえば、モリブデン、ゲルマニウム、およびシリコンなどの犠牲層と共に使用され得る。このプロセスは、主エッチャントとしてXeF2を含み、任意選択で、他のエッチャント(酸素など)および/または不活性キャリアガスを含むエッチングプロセスガスの使用を含む。以下でより詳細に説明されるように、以下のいくつかの方法が、XeF2を主エッチャントとして使用することに関して説明されるが、方法は、XeF2の代わりに、KrF2などの他の希ガスフッ化物を利用するようになっていてもよい。
いくつかの実施形態では、XeF2犠牲エッチを使用してMEMSデバイスを製造するのに使用される製造プロセスおよび機器は、XeF2を回収する、かつ/または、XeF2のキセノン(Xe)成分を回収するために修正されてもよい。回収されるXeF2は、さらなるエッチングプロセスで使用するために再循環されてもよい。回収されるXeは、F2と反応して、XeF2を生成してもよく、XeF2はまた、さらなるエッチングプロセスで使用するために再循環されてもよい。エッチングプロセス中またはエッチングプロセス後に、プロセスガスは、エッチチャンバから収集され、その後、所望に応じて処理されてもよい。プロセスガスは、未使用XeF2(または他のエッチャント)、エッチング反応の副生成物、存在する可能性がある不純物および任意のキャリアガスを含む可能性がある。他の希ガスフッ化物が使用されるときに、未使用希ガスフッ化物および対応する希ガス成分のいずれかまたは両方が、回収されてもよい。
反応副生成物は、XeF2エッチャントと犠牲層との間のエッチング反応の生成物であり、副生成物は、少なくとも、使用されるエッチャントと犠牲層の性質に応じて異なることになることが理解されるであろう。犠牲層がモリブデンである実施形態の場合、副生成物は、通常、MoFx(xは2〜6の範囲の整数である)を含むことになり、犠牲層としてシリコンが使用される実施形態の場合、副生成物は、通常、SixFy(xは1〜2の範囲の整数であり、yは2〜6の範囲の整数である)を含むことになる。XeF2エッチャントと共に、さらなるエッチャント(たとえば酸素)が使用される場合、副生成物は、犠牲要素の複合フッ化物(たとえば、MoOxFy)を含む可能性がある。
エッチングプロセスガス内に存在する可能性がある一般的な不純物は、H2O、HF、CFx、CHFx、COFx、CO、CO2、パージングガスの残留物、および微量の金属フッ化物を含む。エッチングプロセスガスは、XeFまたはFなどの反応中間体を含む可能性があることも理解されるが、これらの反応中間体は、さらに反応して反応副生成物を形成する前に、かなり短い寿命を有するため、以下で別個に説明されない。
キセノンを回収する、かつ/または、再循環させるために、比較的低い沸点および不活性などの、キセノンのユニークな物理的特性が利用されてもよい。これらの物理的および化学的特性は、他のプロセスガスおよびエッチングプロセス中に収集される可能性がある他の材料からのキセノンの分離を促進するのに使用されてもよい。
図10は、プロセスガスからXeを抽出し、収集されたXeを利用して、エッチプロセスで使用するためのXeF2を生成するのに使用されてもよい一般化されたプロセスフロー100を示す。しかし、プロセスが、ステップの追加または除去を含む種々の方法で修正されてもよいこと、および、ステップが、異なる順序で実施されてもよいことが理解されるであろう。プロセスは、エッチプロセスステップ110で始まり、作製されるMEMSデバイスまたは他のデバイスがXeF2ガスに曝露される。ステップ120にて、プロセスガスは、エッチング反応チャンバからのプロセス排出物の収集などによって収集される。ステップ130にて、システムは、パージガスに曝露されて、プロセル流を押しやってもよい。ステップ140にて、Xe変換器が利用されて、収集されたプロセスガスからXeが生成される。ステップ150にて、生成したXeは、プロセスガスの残りから分離され、コールドトラップの使用などによって浄化される。この分離されたXeは、ステップ160にて、加圧されるかまたは凝縮されてもよい。フッ素(F2)は、ステップ170にて添加され、XeF2が、ステップ180にて生成されてもよい。XeF2は、エッチプロセスに戻る前に、ステップ190にて浄化されてもよい。
種々の方法およびデバイスが使用されて、回収されたXe含有種を元素のXeに変換してもよい。たとえば、キセノン変換器は、液体浴変換器、固体床変換器、またはガス浴変換器を備えてもよく、それぞれが次に説明されることになる。変換されるXe含有種は、他の不純物または中間体キセノンフッ化物、ならびに、XeF2に加えてコエッチャント(co−etchant)が使用される場合、複合フッ化物に加えて未使用XeF2を主に含む可能性がある。
XeF2は、加水分解反応において水と反応して、元素のXeおよびO2を生成し得る。しかし、XeF2のXeへの変換を加速するために、中性の水溶液の代わりに、酸性溶液または塩基性溶液が使用されてもよい。XeF2は、298°Kで、酸性溶液内で約4.2×10−4/秒の1次速度定数で加水分解して、以下の反応に従って、フッ化水素酸、原子キセノン、および酸素分子をリリースする。
XeF2(g)+H2O(l)→HF(aq)+Xe(g)↑+O2(g)↑
XeF2(g)+H2O(l)→HF(aq)+Xe(g)↑+O2(g)↑
塩基性溶液はまた、たとえばNaOHまたはKOHを含む液体浴溶液として使用されてもよく、特定の塩基性溶液の選択は、特定の実施形態の場合に、所望の副生成物の生成を可能にする。一実施形態では、水酸化物(OH−)が、その中で還元剤の役をするNaOHまたはKOHなどの塩基性溶液の使用は、以下の反応に従って、水、元素のキセノン、および酸素分子の生成をもたらす。
別の実施形態では、代替の還元剤の使用は、異なる副生成物をもたらす可能性があり、副生成物は、リリースされたXeと混合することになるガスではなく、有機酸塩などの可溶性生成物であってもよいことが見てわかる。特定の実施形態では、ソディウムメタノアート(sodium methanoate)(ぎ酸ナトリウム(sodium formate)としても知られる)などのメタノアート塩(ぎ酸塩としても知られる)が、以下の反応に従って使用されてもよい。
さらに、犠牲材料が、MoおよびWなどの金属である場合、それらのガス状エッチング副生成物(MoFxなど)は、通常、塩基性溶液内で加水分解することになる。そのため、液体浴Xe変換器から出るガスは、水蒸気および使用される任意のパージガスに加えて、元素のXeを含む。特定の実施形態では、パージガスおよび浴溶液は、パージガスが、任意のエッチング副生成物と共に溶液によって吸収されるように選択されて、複数の機能を実施するXe変換器が提供されてもよい。特定の実施形態では、CO2がパージガスとして使用されてもよく、ソディウムメタノアートおよび水酸化ナトリウムを含有する水溶液が変換用浴内で使用され、XeF2が元素のXeに変換されることになり、パージガスおよびエッチングプロセスの副生成物が吸収されることになる。
他の実施形態では、固体床変換器またはガス浴変換器が、Xe変換器として使用されてもよい。固体床変換器は、フッ化キセノンを還元して元素のXeにする任意の還元剤を含んでもよい。ニッケル、銅、および鉄などの、これらの還元剤のある還元剤について、XeF2は、1回または複数回の吸収反応によって、材料の表面上に固体フッ化物を形成するように反応することになる。他の還元剤は、固体フッ化物を形成する材料、あるいは、亜フッ化物、亜酸化物、亜窒化物、亜ハロゲン化合物、または有機塩を含むが、それに限定されない。他の実施形態では、シリコン、モリブデン、またはゲルマニウムなどの材料が、還元剤として使用されてもよく、(たとえば、圧力に応じて)固体フッ化物ではなく、ガスまたは液体フッ化物の形成をもたらす可能性がある。他の同様な還元剤は、ガス状フッ化物を形成する材料、ならびに、亜フッ化物、亜酸化物、亜窒化物、亜ハロゲン化合物、有機物またはポリマーを含む。同様に、ガス状還元剤は、ガス浴変換器内で使用することができ、たとえば、エタン、エチレンおよびホルムアルデヒドなどの有機物、または、アンモニア、ヒドラジン、およびホスフィンなどの無機物を含んでもよい。
元素のキセノンは、プロセスガス内で取得されると、他のプロセスガスから分離され浄化されてもよい。他の材料から元素のキセノンを分離するためのプロセスの選択は、再循環プロセスのこの時点におけるキセノンと共に存在する他のガスまたは他の材料に主に依存することになり、他のガスまたは他の材料は、使用されるエッチャント(複数可)および犠牲材料の組合せならびにXe変換器の存在および細目に依存する。
元素のキセノンを分離し浄化する1つの方法は、コールドトラップと呼ばれてもよい極低温トラップである。希ガスが低い沸点を有する(キセノンの沸点は165°Kであり、アルゴンの沸点は87°Kであり、Heの沸点は4.2°Kである)ため、プロセスガスは、希ガスの沸点を超えるが、プロセスガスの残りの成分が凝縮するのに十分に低い温度でコールドトラップを通して押しやられる可能性があり、ほんの微量の他の材料と共に、実質的に希ガスからなる混合物が残る。XeF2がエッチャントとして使用され、Moが犠牲層として使用されると、たとえば、固体CO2(通常アセトンと共に使用されるドライアイス)によってCO2の昇華点未満の温度まで冷却されるトラップは、他のガスの沸点が著しく高いため、MoFxなどのエッチング副生成物を含む他のガスの凝縮をもたらすのに使用され得る。プロセスガス内の水分の大部分はまた、通常、凝縮されることになり(CO2トラップを通過した後のガス内の残りの量の水は、0.2mTorrの程度の分圧を有する可能性がある)、CaO乾燥剤の使用などの後続のプロセスが使用されて、水分がさらに除去されてもよい。
他の実施形態では、プロセスガスは、元素のキセノンの沸点と同じ沸点を有する材料を含んでもよい。たとえば、Siが犠牲材料として使用される場合、エッチングプロセスの主要な副生成物の1つの副生成物は、Xeの沸点に近い187°Kの沸点を有するSiF4である。図11は、温度の関数としての、XeとSiF4の蒸気圧を示す。SiF4の蒸気圧は、Xeの沸点でほぼ189Torrであり、そのため、コールドトラップが165°K(Xeの沸点)にあった場合、SiF4の蒸気圧は、依然として189Torrであり、そのため、おそらく、かなりの量のSiF4がコールドトラップを通過することになることが見てわかる。低温では、Xeの蒸気圧とSiF4の蒸気圧との差が増加することも図11で見てわかる。そのため、125°Kにおいて、Xeの蒸気圧は19.5Torrであり、SiF4の蒸気圧は0.75Torrであり、120°Kにおいて、これらの値は、それぞれ、11.1Torrと、0.4Torr未満に減少する。NaFなどの活性化学作用物質を添加することによって、SiF4は、さらになくなる可能性がある。一実施形態では、NaFの存在下で、平衡SiF4の蒸気圧は、室温で10−47Torrまで減少する可能性がある。その理由は、NaFが、以下の反応に従ってSiF4と反応することになるからである。
SiF4(g)+NaF(s)→Na2SiF6(s)
SiF4(g)+NaF(s)→Na2SiF6(s)
他のアルカリフッ化物およびアルカリ土類フッ化物が使用されて、SiF4の存在も減少され得る。
こうした低温でのコールドトラップは、種々の方法で実現され得る。一部の実施形態では、コールドトラップは、クロロエテンなどの、固体−液体融解によって冷却される。他の実施形態では、コールドトラップは、クリプトンの使用などの液体−ガス融合によって冷却される。なお他の実施形態では、プロパン内の固体CF4などの低圧における固体−液体蒸発が使用されてもよい。融解および融合システムは、長い期間にわたって正確な温度を維持するのに適する。固体−液体蒸発システムは、コールド浴内の温度に対してさらなるコントロールを提供する。
特定の実施形態では、プロパン内の固体CF4は、5Torrから760Torrまで圧力を変化させることによって、100°K〜140°Kの範囲の温度を有するコールド浴を提供するのに使用されてもよい。いくつかの実施形態では、N2またはHeなどのパージガス(キセノンおよび分離され浄化される別のガスより低い沸点を有する可能性がある)は、Xeがガス形態のままであるときにガス形態のままであるため、初期コールドトラップによって分離されない可能性がある。液体N2コールドトラップなどの後続のコールドトラップは、Xeを凝縮するのに使用されてもよく、パージガスは、ガス相のままであることになる。
この再循環方法は、上述したように修正されて、他の希ガスベースエッチャントを再循環させるようにその方法が適用されてもよい。たとえば、この方法は、キセノンフッ化物(たとえば、XeF4、XeF6、XeF8、およびXeF2・XeF4など)、キセノンハロゲンフッ化物(たとえば、XeCl2F2およびXeClF5など)、キセノンオキシフッ化物(XeOF2、XeOF4、XeO2F2、XeOF6など)、他のキセノン化合物(たとえば、XeO3およびXeO4など)および他の希ガス化合物(KrF2など)から希ガスを再循環するのに使用されてもよい。上述した方法のいくつかは、異なる化学物質についてより有効である可能性がある。本明細書に提供される開示によって誘導される日常の実験は、特定の状況について適した条件を特定するのに使用されてもよい。
Xeを分離するのに使用される方法と異なる方法が使用されて、プロセスガスからXeF2が分離されてもよいことも理解されるであろう。XeF2の分離はまた、以下でより詳細に説明されるように、エッチプロセスの効率を増加させるためにエッチプロセス中に行われてもよい。XeF2またはXeの分離は、本明細書で述べる方法の任意の方法によって行われてもよく、それらの物理的または化学的特性を利用することによって行われてもよい。たとえば、蒸気圧の差が、真空蒸留または凝縮プロセス中に利用されてもよく、沸点または融点などの相変化温度の差が、蒸留およびろ過プロセスで利用されてもよく、溶解度の差が、抽出プロセスで利用されてもよく、または、結晶構造の差が、再結晶プロセスで使用されてもよい。イオン化エネルギー、分子重量、拡散率、密度、吸収、吸着などの他の特性、およびクロマトグラフ的特性が、材料を分離するのに使用されてもよい。
1つの特定の実施形態では、XeF2は、プロセスガス内の他の分子と比較してかなり大きな分子である可能性がある。サイズ弁別膜または分子篩を使用して、XeF2は、他の分子から分離され、時としてさらなる浄化の後に、プロセスに戻されてもよい。
図12は、こうしたプロセス200のある実施形態を示し、プロセス200は、エッチングプロセス中にXeF2エッチが使用されるステップ210で始まる。ステップ220にて、プロセスガスは、エッチチャンバから排出されてもよい。ステップ230にて、XeF2は、サイズ弁別膜または分子篩などのサイズ弁別器の使用あるいはXeF2を分離する別の適した方法によって他の分子から分離される(元素のXeを含む)。分離されたXeF2は、ステップ240にてエッチプロセスに戻り、元素のXe自体が、ステップ250にて、何らかの方法で再循環されてもよい。
コールドトラップは、先に説明した元素のXeの分離と同じ方法で、XeF2を分離するのに使用されてもよい。XeF2がエッチャントとして使用され、Moが犠牲層として使用されるとき、主要なエッチング副生成物はMoF6である。コールドトラップのための適した温度は、約230°Kであるが、230°Kより高い温度および230°Kより低い温度が共に使用されてもよいことが理解されるであろう。230°Kにおいて、MoF6の蒸気圧は数Torrであり、一方、XeF2の蒸気圧は0.1Torrより低い。この温度は、1気圧で約230.8°Kの温度を維持することになる固体−液体テトラクロロエタン、または、1気圧で約232.5°Kの温度を維持することになる液体−ガスクロロジフルオリドメタンの使用など、種々の方法で維持されてもよい。
図13は、コールドトラップを使用してXeF2を分離し収集する例示的なプロセス300を示す。ステップ310にて、プロセス排出物が収集される。ステップ320にて、水蒸気が、乾燥剤の使用によってプロセスガスから除去されてもよい。プロセスは、その後、ステップ330に移動してもよく、ステップ330にて、コールドトラップを使用してXeF2が他のプロセスガスから除去される。プロセスはまた、ステップ370を含み、ステップ370にて、コールドトラップ内でXeF2から分離された元素のXeが再循環される。ステップ330にて、XeF2がコールドトラップによって分離された後、XeF2は、さらに、XeF2が蒸留またはろ過プロセスを受けるステップ340にて、また、XeF2が再結晶化されるステップ350にて浄化されてもよい。特に、XeF2は、1つのロケーションで気化され、別のロケーションで再結晶化されてもよい。一部の実施形態では、ステップ340および350は、所望の純度レベルを得るために必要に応じて繰返されてもよい。最後に、ステップ360にて、十分に純粋なXeF2が得られ、再結晶化ステップ350が実施される場合、固体形態である可能性がある。
先に述べたように、多くの異なる方法が、XeF2を分離するのに使用されてもよく、特定の方法の適合性は、XeF2がそこから分離される他の材料に主に依存することになる。XeF2がエッチャントとして使用され、Moが犠牲層として使用されるある実施形態では、主要な副生成物は、先に述べたようにMoF6である。約290°K〜307°Kの範囲の温度で、かつ、1気圧で、MoF6は液体であり、XeF2は固体である。そのため、室温でのろ過が、固体と液体を分離するのに使用されてもよい。
収集された元素のXeは、先に述べたようにXeF2を生成するのに使用されてもよい。一実施形態では、Xeは、ニッケルを触媒として使用して、高圧でF2に曝露されて、XeF2が形成され得る。別の実施形態では、Xeは、熱、UV光、または放電による照射に曝露されると、化学量論的にほぼ2倍に等しい量のF2と直接反応する可能性がある。特定の実施形態では、XeおよびF2は、約250nm〜350nmの波長のUV光で照射され、実質的に純粋なXeF2が生成される可能性がある。
そのため、上述した種々の方法が、種々の方法で組み合わされてもよいこと、および、いくつかのステップが、修正されるか、置換されるか、または、省かれてもよいことが理解されるであろう。いくつかの実施形態では、元素のXeは、プロセス排出物から抽出され、後で再循環させるために貯蔵されてもよく、あるいは、上述したプロセスを通してまたは他の適したプロセスを通してXeF2を生成するのに使用されてもよい。他の実施形態では、未使用XeF2が分離され浄化されてもよい。さらなる実施形態では、生成されるかまたは分離されるXeF2は、以下でより詳細に説明するように、エッチングプロセスに戻されてもよい。
図14は、典型的な化学反応の反応物組成を示す。平衡時(t=∞)の圧力と開始時(t=0)の圧力の比は、理論的効率(すなわち、考えられる最大)を確定するのに使用され得る。この確定は、当業者によって理解されるように、反応物と生成物の標準的なギブスの自由エネルギー(Gibbs free energy)を使用して計算されてもよい。1TorrのXeF2が、Mo犠牲層をエッチングするのに使用され、MoとXeF2のモル比が1:3であるエッチングプロセスでは、室温でのXeF2の平衡圧力は約1×10−58Torrであり、理論的効率が100%に非常に近いことを意味する。実際のエッチングプロセスの効率の目下の評価は、100%をかなり下回り、50%程度である。実際の効率と理論的効率との間の不一致の推測される原因は、平衡状態にないプロセス状況、および、犠牲材料の全ての除去を保証するために、エッチングプロセスがオーバエッチ用にデザインされていることを含む。これらの因子は、理論的な最大効率の達成を妨げる可能性があるが、それでも、効率は、少なくとも、反応連携を前進させ、エッチングプロセス流を修正することによって改善される可能性がある。このようにXeF2エッチングプロセスの効率は改善される可能性がある。
いくつかの実施形態では、エッチングプロセスは、リリース速度を増加させるように修正されてもよい。一般に、リリース速度は、以下の関係式によって表現されてもよい。
式中、kは速度定数であり、Asacは犠牲材料の曝露される表面積であり、Pは各生成物の分圧である。種々の反応物および生成物についての反応次数は、n、m、lなどで与えられ、nは正数であり、一方、mおよびlはゼロまたは負である。
曝露される犠牲材料表面積Asacの増加は、エッチングプロセスのリリース速度を増加させることになることが見てわかる。いくつかの実施形態では、これは、オーバレイ層を貫通して延在し、かつ、犠牲層に対するアクセスを可能にするエッチホールの包含または付加によって増加する可能性がある。さらなる実施形態では、これらのエッチホールは、XeF2の通過を可能にするナノサイズホールである可能性がある。たとえば、比較的少数で比較的大きなエッチホールが設けられ、エッチングガスおよび副生成物が、反応エリアが形成されるにつれて、比較的遠くまで移動して、キャビティ内の反応エリアを出る必要がある典型的な実施形態と比較すると、比較的多数の比較的小さなナノサイズホールを設けることは、エッチングガスおよび副生成物が横切るキャビティ内の距離を減少させ、より速いリリース速度を提供する可能性がある。さらなる実施形態では、多孔質犠牲材料が使用されて、エッチングプロセスの所与の時点において曝露される表面積を増加させてもよい。
別の実施形態では、副生成物の分圧が減少され、エッチャントの分圧が維持されるまたは減少が最小にされてもよい。図15は、先に説明したいくつかの技法を利用して、この結果を達成するよう構成されるシステム400を示す。このシステムは、弁412によってXeF2供給器420から分離されるエッチングチャンバ410を含み、弁412は、エッチングチャンバ410へのXeF2の流量を制御する。エッチングチャンバ410の状態を監視するための1つまたは複数のセンサが設けられてもよい。示す実施形態では、システム400は、全圧を監視するよう構成されたセンサ432およびXeF2圧を監視するよう構成されたセンサ434を備え、エッチングプロセス中の任意所与の時点におけるXeF2の分圧の確定を可能にする。循環ポンプ440は、弁414によってエッチングチャンバから分離され、プロセスガスを、弁416を通して副生成物除去器450に向けて押出すよう構成され、副生成物除去器450は、いくつかの実施形態では、XeF2分子のサイズに基づいて材料の残りからXeF2を分離してもよいサイズ弁別器である。そのため、副生成物除去器450は、たとえば、浸透性膜またはサイズ選択性吸収体または吸着体を備えてもよい。Xe分離装置460は、エッチング副生成物から元素のXeを生成するために設けられてもよい。必要であるとき、弁419が、開放し、真空ポンプ470が、エッチングチャンバからプロセスガスを除去するのに使用されてもよい。分離されたXeF2は、その後、エッチングチャンバ内に戻るように流れることが許容されてもよい。いくつかの実施形態では、弁は、2方弁であってよい。
そのため、一実施形態では、循環ポンプ440は、エッチングプロセス中にプロセスガスを副生成物除去器450に向かって押しやる。エッチング副生成物は、副生成物除去器450によってエッチング中に除去されて、副生成物の分圧を減少させる。分離されたXeF2をエッチングチャンバ410内に戻るように循環させることによって、XeF2分圧の減少速度が低下し得る。必要であるかまたは所望である場合、XeF2分圧を監視するセンサ432および434が使用されて、XeF2の分圧を所望のロケーションに維持するために、XeF2をさらにリリースするため弁412がどれだけ長く開放されるべきかについての指示が提供され得る。
別の実施形態では、弁418が、副生成物除去器450とエッチチャンバ410との間に設けられて、パルスエッチングモードでの作動が可能になってもよく、パルスエッチングモードでは、弁414および416が、定期的に開放されて、プロセスガスが副生成物除去器450に向かって流れることを可能にし、その後、弁418が開放されて、浄化されたXeF2がエッチチャンバ410内に流れることを可能にする。循環ポンプ440は、ガス流を促進するために、両方のステップで使用されてもよい。
別の実施形態では、エッチングプロセスの速度定数を増加させるために、可変体積チャンバが、パルスエッチングプロセスにおいて使用されてもよい。XeF2を使用したモリブデン層のエッチングは、1次反応であることが示された。すなわち、所与の工作物についての所与の温度におけるエッチ反応速度は(曝露されるMo表面積が一定であると仮定すると)、以下の通りである。
式中、kは反応速度定数であり、PXeF2はプロセスチャンバ内のXeF2の分圧である。エッチングが閉鎖した容器内で起こるとき、Moをエッチングすることによる、XeF2の相対的な消費速度は、プロセスチャンバ内のXeF2の初期分圧と無関係である。この相対的な消費速度は、チャンバ内のXeF2の半減時間(チャンバ内で全XeF2の50%を消費する時間)によって表現され得る。
t1/2=ln(2/k)
t1/2=ln(2/k)
そのため、エッチャントの半減時間は、エッチングプロセスの使用効率を確定する。所与のプロセスの場合、2t1/2の滞留時間は75%の使用効率をもたらすことになり、4t1/2の滞留時間は94%の使用効率をもたらすことになる。そのため、滞留時間を半減時間の4倍まで倍増することによって、XeF2の使用効率は、スループットが減少するという犠牲を払うが、ほぼ20%だけ増加する。
パルスエッチングプロセスで使用される一連の短い滞留時間は、XeF2エッチャントについて使用効率が低くなるという犠牲を払って、増大したエッチングを提供する。そのため、一実施形態では、一連の3つのXeF2パルスエッチサイクルが使用されてもよく、1Torr分圧のXeF2が、それぞれ30秒の滞留期間の間に、エッチングチャンバ内に導入され、それに続いて、サイクル間でパージのポンプアウトが行われる。
このエッチングプロセス中のXeF2の半減時間が約15秒であるある実施形態では、総合エッチ滞留時間の関数としての、プロセスチャンバ内における未使用XeF2と初期XeF2の比は、図16に示される。このプロセスについての、未使用XeF2と初期XeF2の比554は、各サイクルの終わりに約0.25まで減少する。そのため、総XeF2の75%が、このプロセスで使用される。残りは、先に説明したように、回収され得る、かつ/または、再循環され得る。
先に述べたように、XeF2消費の相対速度は、XeF2の初期分圧に無関係である。XeF2の初期分圧を増加させることによって、半減時間は一定のままとなり、Moのエッチ速度は増加することになる。別の実施形態では、上述した3サイクルエッチは、3Torrの初期分圧および約90秒の滞留時間を有する単一サイクルに置換されてもよい。エッチャントの相対消費速度は、初期分圧に無関係であるため、時間の関数としての、未使用XeF2と初期XeF2の比のプロット566は、最初の30秒の滞留時間についての、先に説明したパルスエッチングプロセスからの同じ比のプロット564に平行して延び、その後、XeF2のほぼ99%が、90秒滞留時間の終わりまでに使用されるように継続して下方に延びる。
1Torrで3つのエッチサイクルの組合せによって導入されたのと同じ総量のXeF2が、3Torrで単一エッチサイクルに導入されたため、より高い分圧でXeF2を導入することによって効率が著しく増加したことが見てわかる。単一の長期のエッチサイクルに関して述べたが、エッチング効率を犠牲にしてスループットの増加が望まれるエッチングプロセスでは、より高いXeF2分圧での複数のサイクルが連続して使用されてもよいことが理解されるであろう。
図17は、増加した分圧でプロセスチャンバ480内にエッチャントを導入するよう構成されるシステム470のある実施形態を示す。システム470は、図15のシステム400と同じであるが、2つの重要な点で異なる。システム470は、プロセスチャンバ470内でエッチャントの分圧を絶えず維持する必要がないため、システム400のセンサ432および434は、システム470内に含まれる必要はないが、システム470の分圧を監視するセンサは、所望される場合、含まれてもよい。システム470はまた、XeF2供給源420とプロセスチャンバ480との間に位置するエキスパンションチャンバ482を含む。エキスパンションチャンバ482は、XeF2の圧力を増加させるために、エキスパンションチャンバ482の体積を変化させる機構を備えてもよい。別の実施形態では、プロセスチャンバ480は、同様に、プロセスチャンバ480の体積を変化させる機構を備えてもよく、特定の実施形態では、プロセスチャンバ480が可変体積を有するとき、エキスパンションチャンバ482は必要でない可能性がある。
システム470が、可変体積を有するエキスパンションチャンバ482を備えるある実施形態では、エッチングプロセスは、次のように進んでもよい。弁411が開放されて、XeF2が、XeF2貯蔵チャンバ420からエキスパンションチャンバ482内に流れることが可能になる。エキスパンションチャンバ482内のXeF2は、その後、圧縮されて、エキスパンションチャンバ482内のXeF2の圧力が増加されてもよい。その後、弁412が、開放されて、加圧されたXeF2が、エキスパンションチャンバ482からプロセスチャンバ480内に流れることが可能になる。加圧されたXeF2がプロセスチャンバ480内に流れるため、プロセスチャンバ480内のXeF2の分圧は増加することになり、また、単位時間当たり消費される犠牲材料の量が相応して増加することになり、チャンバ内のエッチャントの初期量が大きいことによって、消費の相対速度は、一定のままになることになる。
複数のサイクルが使用される場合、循環ポンプ440が使用されて、先に説明したように、サイクル間でプロセスチャンバ480からプロセスガスを引出してもよい。同様に、先に説明したように、サイズ弁別器450およびXe再循環器460が使用されて、エッチサイクルの終わりに、チャンバ480内に残っているXeを再循環させてもよい。さらに、複数のサイクルが使用されると、直前のサイクルの滞留時間中にエキスパンションチャンバ482内にさらなるXeF2を導入することによって、サイクル間の時間が減少する可能性がある。この時間にまたはこの時間中に、エキスパンションチャンバ482内でXeF2を圧縮することによって、直前のエッチサイクルの終わりにポンプアウトプロセスが終了すると即座に、加圧されたXeF2は、プロセスチャンバ内にリリースされる準備ができていてもよい。
他の実施形態では、エッチャントの分圧を増加させるためにXeF2が導入されると、プロセスチャンバ480の体積は減少してもよい。これは、エキスパンションチャンバ482内でのエッチャントの圧縮の代わりに、または、それに続いて行われてもよい。
さらなる実施形態では、XeF2は、プロセスチャンバ480内に導入される前に、高温に維持されてもよく、一方、エキスパンションチャンバ482は、通常のプロセス温度に維持される。プロセスチャンバ480内の圧力は、エキスパンションチャンバ482の体積およびエキスパンションチャンバ482とプロセスチャンバ480との体積比に依存する。エキスパンションチャンバ482の圧力は、XeF2貯蔵エリア420、エキスパンションチャンバ482、およびガス多岐管内の最低温度を制御することによって制御され得る。この最低温度が高ければ高いほど、エキスパンションチャンバ482の考えられる圧力が高い。プロセスチャンバ480内の圧力が、プロセス温度でXeF2蒸気圧未満に維持される限り、XeF2エッチャントの凝縮が回避され得る。
たとえば、ガスリリース時点におけるプロセスチャンバ480とエキスパンションチャンバ482との体積比が1:1である特定の実施形態では、50℃の温度でかつ23Torrの圧力のXeF2は、30℃に維持されたプロセスチャンバ480内にリリースすることができ、プロセスチャンバ480内で約8TorrのXeF2蒸気圧をもたらすことになる。使用される特定の温度および圧力は、限定はしないが、製造プロセスについての所望のスループットレート、所望のプロセス温度、およびエッチングされる構造を含む、種々のデザイン考慮事項に依存する可能性がある。
別の実施形態では、速度定数kは、エッチング速度を速めるために増加させてもよい。一般に、速度定数kは、アレニウスの式(Arrhenius equation)によって規定される。
式中、kは速度定数であり、fは指数関数前係数であり、Eaは活性化エネルギーであり、Rは一般ガス定数であり、Tは絶対温度である。特定の反応の場合、fおよびEaは一定である。エッチングプロセスが実施される温度を増加させることは、エッチング速度を増加させることになる。しかし、温度を増加させることの有効性は、主に活性化エネルギーに依存する。作製されるデバイスはまた、エッチングプロセスが実施されてもよい温度を制限する可能性がある。
速度定数が、エッチングプロセスを変更することによって変化する可能性があることも理解されるであろう。これは、エッチャントまたは犠牲材料を変更することによって、または、コエッチャントの添加によって行われてもよい。一実施形態では、モリブデン犠牲層をエッチングするために、XeF2に加えて酸素が使用され、反応は、下記式で与えられる。
XeF2はまた、Moと直接反応して、MoF6を形成する可能性がある。MoF6は、その後、酸素と反応して、さらなるMoOF4を形成する可能性があるため、MoOF4が、主要な最終的な副生成物である可能性がある。MoOF4はXeF2より低い蒸気圧を有するため、プロセスガスは、コールドトラップを通して流されて、MoOF4を凝縮させ、分離されたXeF2をエッチチャンバ内に戻るように再循環させてもよい。
図18は、上述したXeF2およびO2エッチングプロセスと共に使用するよう構成されてもよい例示的なシステム500を示す。システムは、システム全体に位置する弁506を含む(特定の弁は、本明細書で特定の添え字で特定される)。システムはまた、示す実施形態では100Torr圧力計および1000Torr圧力計をそれぞれ備える圧力センサ502および504を含むが、他の圧力センサが使用されてもよい。XeF2貯蔵チャンバ512およびO2貯蔵チャンバ514が、エッチャントを貯蔵するために使用され、パージガスチャンバ516もまた設けられてもよく、たとえば、窒素を含んでもよい。XeF2流の制御は、弁506aによって実施され、O2流の制御は、とりわけ弁506bによって実施されてもよい。質量流コントローラ508はまた、ガス流に対してもさらなるコントロールを提供するために利用されてもよい。
ガスのうちの任意のガスが、弁506kを介してエッチングチャンバ510内に直接分注されてもよいが、XeF2およびO2は、混合され、混合物の組成が制御される別個のエッチャント混合チャンバ518内に貯蔵されてもよく、圧力は、混合チャンバに連通する圧力センサによって監視される。弁506dが使用されて、エッチングチャンバ510内にエッチャント混合物を分注してもよい。必要であるとき、弁506eが開放し、プロセスガスは、循環ポンプ520によってエッチチャンバ510から引出されてもよい。所望されると、バイパス弁506fが閉鎖し、コールドトラップ入口弁506aおよび出口弁506hが開放し、コールドトラップ530を通して流体流を流す。そして、コールドトラップ530は、プロセスガスがコールドトラップを通って流れるときに、凝縮したMoOF4を収集することになる。未使用XeF2は、その後、エッチングチャンバ内に戻るように送られてもよい。コールドトラップ以外のシステムのコンポーネントは、一部の実施形態では、残留物の収集を防止するために、高温に維持されてもよい。
長期の作動後に、コールドトラップ530から過剰のMoOF4を除去することが必要になる可能性がある。こうした場合、コールドトラップ入口および出口弁506gおよび506hが閉鎖し、コールドトラップが、MoOF4の気化を可能にするのに十分な温度まで暖気され、弁506iが開放し、気化したMoOF4が、排出ポンプ540によって引出される。サイズ弁別器550は、排出ポンプの下流に設けられ、所望の種を単離するかまたは除去するために、キセノン再循環プロセスと共に使用されてもよい。排出ポンプはまた、弁506jが開放すると、パージガスのリリースなどと連携して、エッチングチャンバからガスを除去するのに使用されてもよい。
こうして、システム500は、MoOF4などの副生成物の分圧を低減することができ、一方、XeF2とO2の混合物が、エッチチャンバ510内に連続して圧送され(また、単離された未使用エッチャントが、エッチチャンバ510内に再循環され)て、エッチャントの所望の分圧が維持される。システム500の所定部分が、本明細書で開示される他のデバイスおよびプロセスと共に使用されてもよいこと、および、システム500の所定部分が、適切であれば、置換される、再配置される、または完全に取除かれてもよいことも理解されるであろう。
別の実施形態では、代替の犠牲材料または構造が使用されてもよい。いくつかの実施形態では、エッチング速度は、Mo、SiまたはGe以外の犠牲層を利用することによって増加する可能性がある。特に、高いモル体積を有する材料(たとえば、軽量な材料)の使用は、所与の体積を充填するのに必要とされる材料の量を減らし、犠牲材料の所与の体積を除去するのに利用されるエッチャントの量を減らすことになる。さらに、犠牲材料をエッチングするのに複数ステップ反応が利用される場合、これらの反応の中間生成物を犠牲材料として使用することは、犠牲材料をエッチングするのに利用されるエッチャントの量を減らし、エッチングプロセスの速度を増加させる可能性がある。
先に述べたように、XeF2が、犠牲材料としてのMoをエッチングするのに使用されると、化学量論は、以下の通りである。
Mo(s)+3XeF2(g)→3Xe(g)+MoF6(g)
Mo(s)+3XeF2(g)→3Xe(g)+MoF6(g)
代わりに、亜フッ化モリブデンなどの、上記反応の中間体が、開始犠牲材料として使用される場合、リリースプロセスについての化学量論は、以下の通りである。
こうして、モリブデンだけの所与のモル体積をリリースするのに利用される量と比較して、MoF3の所与のモル体積をリリースするのに、50%未満のXeF2エッチャントが利用されることが見てわかる。しかし、より大きな体積のMoF3(Moについての9.53cm3/モルと対照的に32.96 cm3/モル)は、所与の空間を充填するために堆積されるMoF3の量を減らすことになることも理解されるであろう。たとえば、Moについて必要とされる0.105モルと比較して、1立方センチメートルを充填するのにMoF3の0.03モルが必要となることになる。1立方センチメートルのMoF3を除去するのに利用されるXeF2の量は、同じ体積のMoを除去するのに利用される0.315モルと比較して0.045モルである。そのため、Moの代わりにMoF3を使用することによって、犠牲層をエッチングするのに利用されるXeF2の量は、Moをエッチングするのに利用されることになるもののほぼ14%に低減され得る。
部分的にフッ素化されたMoF3などの犠牲層のエッチングは、Moだけをエッチングするより速く起こる可能性がある。こうした加速されたエッチングは、Mo層を曝露するエッチホールまたは他のアパーチャに隣接するMo犠牲層の曝露された部分などの、部分的に酸化されたMo層において観測された。
いろいろな中間体生成物ならびに犠牲材料として使用される他のMo含有材料、Si含有材料、W含有材料および/またはGe含有材料は、利用されるエッチャントの量の同様な低減を提供する可能性があることが理解されるであろう。Table 1(表1)は、モル体積、XeF2化学量論、融点、および、所与の体積の材料についてのXeF2使用量とMo使用量の比に関する、こうした材料の例の非制限的なリストである。
Table 1(表1)に示すXeF2化学量論は、最終副生成物が、挙げた亜フッ化物についての全フッ化物、全フッ化物および亜酸化物用のオキシ酸化物、全フッ化物および亜窒化物用の窒化分子、ならびに、全フッ化物および亜塩化物用の塩素分子であることを仮定する。種々の実施形態およびプロセス条件において、実際のエッチング反応が変わる可能性があることが理解されるであろう。さらに、体積は、バルク材料データを基に挙げられており、薄膜および多孔質材料のモル値は大幅に変わる可能性がある。MoO2、MoO3、WO2、およびSiOの場合、上記表に示す化学量論は、いくつかの仮定に基づく。挙げないが、非化学量論的材料が使用されてもよい。
本明細書で述べる種々の物理的特性(沸点など)は、特性がその下で確定される条件(圧力など)を修正することによって調整されてもよいことが当業者によって理解されるであろう。そのため、本明細書で提供される指針を考慮して、本明細書の特定の物理的特性(所与の圧力における沸点および分離条件など)の記述は、他の条件(他の圧力における対応する沸点など)下での対応する物理的特性の記述として理解されるであろう。
本明細書で述べる方法のうちの任意の方法で特定のエッチングプロセスから回収されるXeおよびXeF2は、後続のエッチングプロセスなどの他のプロセスにおける再循環および再使用のために有用であるために、浄化される必要が全くないことが理解されるであろう(すなわち、再使用されるエッチングガスは、かなりの濃度の不純物を含み、依然としてエッチングのために有用である可能性がある)。たとえば、Si犠牲層をリリースするために、XeF2のわずか4%の体積を再循環することが、依然として、商業的に実行可能なエッチャントとして働き得る。ある実施形態は、たとえば、本明細書で述べるMEMSデバイスを作るための後続のエッチングプロセスのために有用であるように、有害な不純物が十分になくなったXeF2含有エッチングガスを形成するための、F2との後続の反応のために有用なものにするために、本明細書で述べた方法によって十分に浄化された、回収されたXe生成物を提供する。別の実施形態は、たとえば、本明細書で述べるMEMSデバイスを作るための後続のエッチングプロセスのために有用であるように、有害な不純物が十分になくなるように、本明細書で述べた方法によって十分に浄化された、回収されたXeF2生成物を提供する。
XeF2以外に、犠牲層をエッチングするために、いろいろな他のエッチャントが使用されてもよい。実施形態に応じて、いくつかの用途では、これらのエッチャントの一部は、十分な速度で犠牲層と反応せず、以下で述べるように、化学的または物理的励起プロセスと共に使用されてもよい。さらに、使用される特定の材料および構造に応じて、これらのエッチャントのあるものは、エッチャントによって普通なら損傷を受け得る層を保護するエッチバリア層と共に使用されてもよい。
一部の適した代替のエッチャントは、フッ素系である。たとえば、適している可能性がある一部の酸素フッ化物および誘導体は、F2O、F2O2、F2O4、FONO、およびFONO2を含むがそれに限定されない。適している可能性がある一部のハロゲンフッ化物および誘導体は、ClF、BrF、ClF3、ClF5、ClO2、OClF、O2ClF、O3ClF、BrF3、BrF5、IF3、IF7、ClIF4、およびNCFを含むがそれに限定されない。あるハロゲンフッ化物をリリースエッチャントとして使用すると、特にアルミニウム層を保護するために、エッチバリア層が、先に説明したように使用されてもよい。さらに、BrF3は、所望である場合、先に説明した方法のある方法と同じ方法で、フッ素で再フッ素化され、再使用のために再循環されてもよい。適している可能性がある一部の窒素フッ化物および誘導体は、NF3、N2F4、ONF、O3NF、C(NF2)4、(CH3)2C(NF2)2、1,1−ジ−ジフルオロアミノ、フッ素化シクロヘキサン、1,1,4,4−テトラジフルオロアミノ、F2C(NF2)2、およびFC(NF2)3を含むがそれに限定されない。さらに、限定はしないがSF6、FOOF、NF3、およびNH3を含む他の材料が適する可能性がある。
いくつかの実施形態では、XeF2の特性と同じ化学特性を有するエッチャントが、エッチングプロセスで使用されてもよい。特定の実施形態では、OF2およびその誘導体−FOOF、CF3OF、C2F5OF、SF5OFなどを含むがそれに限定されない−は、等方性エッチャントとして使用されてもよく、特定の実施形態では、SiおよびMoなどの犠牲層をエッチングするのに使用されてもよいが、Ge、W、およびVなどの他の材料がエッチングされてもよい。エッチングされる材料は、OF2およびその誘導体と反応して、揮発物を形成してもよい。以下でより詳細に説明されるが、エッチャントは、エッチングプロセスを引起すかまたは加速するために、種々の方法で励起されてもよい。
XeF2は、最高500℃の温度で熱的に安定である直線分子である。XeF2は、約160kJ/モルのF2解離エネルギーよりかなり高い、約250kJ/モルの第1解離エネルギーを有する。XeFラジカルから元素のXeおよびFラジカルへのXeF2の第2解離エネルギーは、約15 kJ/モルである。同様に、OF2からOFおよびFラジカルへの、OF2の第1解離エネルギーは、XeF2の第1解離エネルギーに近く、約250kJ/モルである。OFフリーラジカルをOおよびFに分割するOF2の第2解離エネルギーは、第1解離エネルギーより小さく、約160kJ/モルである。
OF2分子内のF原子を代替物に置換することによって、分子の特性が修正されて、所望の特性を有する分子が提供される可能性がある。たとえば、XeF2は、170amuの分子重量を有する。F原子の1つをSF5に置換し、SF5OFを形成することによって、分子は、XeF2の分子重量に近い、162amuの分子重量を有する。低い第1解離エネルギーを有する分子が必要とされる場合、F原子の1つは、CF3に置換され、CF3OFが形成され、CF3OFは、OF2の第1解離エネルギーより小さい、約180kJ/モルの第1解離エネルギーを有する。
いくつかの実施形態では、C2F5OFおよびFOC2F4OFなどのOF2誘導体は、OFとフッ化炭素基を含む可能性がある。こうした分子は、犠牲エッチャントとしてだけでなく、フッ化炭素堆積前駆物質としても機能する可能性がある。いくつかの実施形態では、エッチングされる電子デバイスが、干渉変調器などのMEMSデバイスを備えるとき、これらの材料をエッチャントとして使用することから生じる堆積されたフッ化炭素は、MEMSデバイス内の2つの隣接層間の望ましくないまたは永久的な付着を防止するスティクション防止層の役をする可能性がある。炭素鎖の長さは、ジヨードメタンなどの鎖成長反応物の使用によって増加する可能性がある。
SiをエッチングするためにOF2が使用される例示的な実施形態では、OF2分子は、解離条件に応じて、Si層との種々の化学反応を受ける可能性がある。考えられる反応は、以下のように進む。
OF2(g)→OF+F
Si(s)+4F→SiF4(g)
OF2(g)→OF+F
Si(s)+4F→SiF4(g)
OF2とSi層との別の考えられる反応は、以下のように進む。
OF2(g)→O+2F
Si(s)+OF+F→SiOF2(g)
OF2(g)→O+2F
Si(s)+OF+F→SiOF2(g)
一般に、多くの化学物質が、解離を生じ、化学的活性種を生成するように物理的に励起されてもよく、または、不活性状態の化学物質を、化学的に活性な励起状態まで励起させるように物理的に励起されてもよい。こうした化学物質は、エッチャント前駆物質と呼ばれてもよい。
先に説明したF2のUV活性化は、材料のUV解離の1つのこうした例である。別の例では、Si犠牲層を等方的にエッチングするために、SF6が下流プラズマエッチングプロセスで使用されてもよい。こうした活性種の多くが不安定である(または、準安定である)可能性があるため、化学的活性種は、いくつかの実施形態では、エッチングされる犠牲材料に非常に接近して生成されてもよい。他の実施形態では、所望の用途について十分に長い寿命を有する活性種が選択されてもよい。
プラズマ(RFまたは放電)、UV光およびX線またはガンマ放射などの他の高エネルギー放射に対する曝露、レーザ活性化、高温、マイクロ波加熱、ならびに高エネルギーイオン入射などの、種々の物理的に励起する方法が利用されてもよい。いくつかの実施形態では、エッチャント前駆物質は、熱エネルギーだけによって活性化される可能性がある。OF2は、250℃と270℃との間の温度で分解し始めることになる。しかし、OF2のエッチ速度を増加させるために、F原子が、CF3分子に置換され、CF3OFを形成する可能性がある。そのため、第1解離エネルギーは、約250kJ/モルから約180kJ/モルへ減少する。55℃の温度において、解離速度は、OF2の解離速度よりずっと速い(ほぼ1011倍速い)。
XeF2の特性と同じ特性を有する別のOF2誘導体は、FO−CF2−CF2−OF、1,1,2,2−テトラフルオロエチル1,2−ジハイポフルオライトである。この化合物は、XeF2と同じ、170amuの分子重量を有し、FOC2F4OFからFラジカルおよびFOC2F4Oへの同じ第1解離エネルギー(約180kJ/モル)を有すると予想される。同様に、FOC2F4OからFフリーラジカルおよびOC2F4Oへの第2解離エネルギーは、フリーラジカルが高いエネルギー性を持つため、XeF2の第2解離エネルギーと同じであると予想される。
こうしたエッチャントまたはエッチャント前駆物質を、解離を生じるのに十分なレベルまで加熱することによって、エッチ速度は、所望のレベルまで上がる可能性がある。温度の上昇は、エッチャントのエッチ選択性を変更する可能性があるため、温度を特定の温度未満に維持することが必要である場合がある。一実施形態では、エッチャントまたはエッチャント前駆物質は、300℃未満の温度に加熱される。一実施形態では、エッチャントまたはエッチャント前駆物質は、250℃より高い温度に加熱される。使用される特定の温度は、特定のエッチャントまたはエッチャント前駆物質、エッチングされる電子デバイスで使用される他の材料、ならびに所望の解離速度および/またはエッチ時間に少なくとも部分的に基づいて変わる可能性がある。
犠牲層の下にある層が少なくとも部分的に光透過性であるMEMSデバイスの場合、UVまたは他の放射に対する曝露は、これらの光透過性層を通した曝露によって行われてもよい。いくつかの実施形態では、犠牲層またはエッチングされる他の層は、それ自体、(たとえば、PECVDによって堆積された)SixNyなどの光透過性材料を含んでもよい。
いくつかの実施形態では、F2が使用されて、UV放射によって励起されるときに、Siがエッチングされ、それにより、光分解または光解離と呼ばれる、以下の反応に従って、Fフリーラジカルの形態の活性化されたエッチング種が形成される。
これらのFフリーラジカルは、サファイア管内でのマイクロ波加熱、UV光に対する曝露、レーザ活性化の使用によって、または、300℃と600℃との間などの十分に高い温度の炉内への配置によって、低圧の、たとえば、20TorrのAr内で最高1〜2TorrのF2から生成されてもよい。ある実施形態では、F2は、約290nmの波長を有するUV光によって光解離されてもよいが、他の波長のUV光が使用されてもよい。
解離エネルギーが低いため、F2は、数分の寿命を有するFフリーラジカルに解離されるが、寿命は、不活性ガス内のFフリーラジカルの分圧に少なくとも部分的に依存することになる。これらのFフリーラジカルは、ほとんどの合金に対して腐食性があまり高くなく、そのため、銅またはステンレス鋼配管によって運ばれ得る。
これらのFフリーラジカルは、SiO2およびAl2O3などの材料に対して実質的に反応性がなく、そのため、隣接するSiO2またはAl2O3層に対して、SiまたはMoなどの犠牲層を選択的にエッチングするのに使用され得る。さらに、FフリーラジカルとMoガスとの間の反応(MoF6を形成する)速度、または、FフリーラジカルとSiガスとの間の反応(SiF4を形成)速度は、比較的高いため、ほとんどの実施形態では、F2の光分解速度が、エッチング速度を制御することになる。光分解速度は、光強度、F2の光子断面、および解離反応の量子収率に依存する可能性がある。特定の実施形態では、エッチャントは、290nmの波長を有するUV光に5W/cm2の強度で曝露された、400Torrでかつ55℃の温度のF2を含む。こうした実施形態では、Moは、約130nm/秒(8μm/秒)の速度でFフリーラジカルによってエッチングされることになる。
図19に示す実施形態では、犠牲層710は、光に対して少なくとも部分的に透過性があり、特に、UV光に対して少なくとも部分的に透過性があってよい基材700を覆って堆積された。示す実施形態などのいくつかの実施形態では、犠牲層710は、基材上に位置する光学積層体720を覆って堆積されており、光学積層体もまた、UV光に対して少なくとも部分的に透過性がある。メカニカル層730は、犠牲層を覆って堆積され、犠牲層の一部分を露出させるために、エッチホール732が、メカニカル層内に形成された。初期エッチは、犠牲材料の一部分712を除去して、下にある光学積層体720を露出させるように実施された。その後、ガス状化学物質などの物理的に励起可能な化学物質が、このプロセスがその中で実施されるエッチチャンバ内に導入されてもよい。この励起可能な化学物質は、犠牲層の除去された部分712に入ることになる。
励起可能な化学物質は、その後、光透過性層を通してUV放射に曝露され、化学物質を励起して、犠牲材料をエッチングするために犠牲材料と相互作用する活性種を生成する。励起可能な化学物質が、除去された犠牲層によって画定されるキャビティに浸透することになるため、UV光は、犠牲層がエッチングされるにつれて、犠牲層のエッジに隣接して活性種を生成し続けることになる。そのため、このプロセスは、短い寿命を有する可能性があり、また、普通なら、キャビティの長さの下方に等方的に拡散して犠牲層の所定部分に達することができない活性種の使用を可能にする。
特定の実施形態では、初期エッチは、露出された犠牲層を、可動層の反対側からUV放射に曝露することによって実施されてもよい。いくつかの実施形態では、単一UV光源が使用されてもよく、初期エッチが基材を通してエッチングすると、基材が回転するか、または、光源が基材に対して移動する。他の実施形態では、両側のUV光源が使用されてもよい。犠牲層が光透過性材料を含む実施形態では、基材の側のUV光源だけが必要とされてもよい。他の実施形態では、初期エッチは、可動層内でのエッチホールの形成に続くエッチなどの、別のエッチング方法によって実施されてもよい。いくつかの実施形態では、このエッチは、エッチホールを形成するのに使用されるマスクと同じマスクを使用して、または、パターニングされた可動層自体をマスクとして使用することによって行われてもよい。
先に説明した条件(400TorrのF2、55℃、5W/cm2強度の290nmUV光)下で、また、さらなる10μmが0.2μmギャップでアンダーカットされると仮定して、Moのアンダーカットされたエッチ速度は、Corning1737ガラスを通して曝露されると、約65μm/秒になることになる。他の実施形態では、上記プロセス条件を変更することによって、エッチ速度は、増加するかまたは減少する可能性がある。
種々の励起可能な化学物質が、エッチングプロセスにおいて使用されてもよい。たとえば、F2は、先に説明したように励起されてもよい。F2およびO2を含む混合物が、UV光に曝露されて、FOOFおよびFOOラジカルを生成する可能性がある。特定の励起可能な化学物質が、特定の犠牲材料と共に使用されてもよいことも理解されるであろう。たとえば、SF6およびNF3が励起され、Siをエッチングするのに使用されてもよい。NH3が励起され、SiO2をエッチングするのに使用されてもよい。この励起は、プラズマによって、または、プラズマと同様に機能する上述した方法のUV放射によって行われてもよい。248nmの波長を有するUV放射は、ほとんどの単一接合(bond)を破壊するのに十分である5eVの光子エネルギーを有する。より短い波長は、なおさらなるエネルギーを供給し得る。一部の実施形態では、パルス駆動式IRおよび/またはマイクロ波エネルギーのオン/オフ(または振幅変調)は、犠牲層がリリースされるにつれて、キャビティ内へまたキャビティから反応物を「ポンピング(pump)」し得る。他のフッ化物の多くは、先に説明した方法と同じ方法で励起されてもよいことも理解されるであろう。
いくつかの実施形態では、均質な触媒が、UVまたは他のタイプの励起と共に使用されてもよい。一実施形態では、エッチャントが化学的にまたは物理的に励起される条件下で、KrF2(または、Kr+F2)がエッチャントとして使用されてもよい。結晶形態のKrF2は、213°Kで昇華し、室温で、KrF2はガスである。XeF2ガス用の圧より1桁または2桁大きいKrF2ガス圧が得られ、先に説明したように、犠牲材料のエッチ速度を増加させる可能性がある。さらに、KrF2は、XeF2より著しく安価である。KrF2は、数時間の寿命を有し、製造ラインでその場で生成し、近くのシステム内のエッチングプロセスで使用するのに実用的である可能性がある。KrF2の送出は、ステンレス鋼または銅配チュービングによって行われてもよい。KrF2は、KrとF2の混合物を、約250 nm〜約350nmの範囲の波長を有するUV光に曝露することによって生成されてもよい。
生成されると、KrF2は、さらなる浄化がある状態でまたはない状態で、エッチングプロセスで使用されてもよい。KrF2はまた、エッチングチャンバとして使用される同じチャンバ内で生成されてもよく、KrF2がエッチングチャンバにパイプで運ばれる必要性をなくす。特定の実施形態では、エッチングされるデバイスは、チャンバ内に位置し、KrおよびF2が、その後、チャンバ内にリリースされる。UV光は、その後、チャンバの作動可能な近傍で活性化させ、KrF2が生成される。ある条件下で、F2が生成されてもよい。KrF2およびFラジカルは共に、犠牲材料をエッチングし始めることになる。
KrF2分子内のKrは、以下の反応に従って、犠牲材料のフッ素化中に均質触媒の役をすることになる。
Krは、このフッ素化プロセスによって消費されず、そのため、同じ量のKrが、エッチング反応から再生することになることが見てわかる。さらに、KrF2分子の長期の寿命によって、KrF2は、犠牲材料の所定部分に達する前にリリースされるキャビティ内でエッチャントが長い経路を下方に拡散する、干渉変調器の犠牲層などの、高いアスペクト比の犠牲層をエッチングするときに使用するのに適する。
同様に、Xeは、UV活性化F2エッチングプロセスにおいて均質触媒として使用されてもよく、(Mo層のエッチングに関して述べられる)以下の化学反応に従って、XeF2のインサイチュでの生成、および、SiまたはMo層などの層のエッチングをもたらす。
XeがXeF2生成反応の制限試薬にならないように十分なXeが利用される場合、XeF2生成速度は、存在するF2の量、材料がUV光に曝露される程度(たとえば、面積または体積曝露レート)、ならびにUV光源の波長およびパワー出力に依存することになる。プロセスチャンバが、400TorrのF2およびサイズが10cm×10cmのエリア上に約290nmの波長を有する光をリリースする1000WのUVランプを備える実施形態では、1.2g/分のXeF2が生成され得る。代わりに、400TorrのOF2が使用され、248nmの波長を有する光をランプがリリースする場合、XeF2は、5.4g/分の速度で生成される。
Krの使用に関して上述したように、Xeは、触媒として利用されるが、消費されない。エッチングプロセスの最後に、エッチングプロセスで利用されるXeまたはKrの一部または全ては、先に説明した方法などの適した方法を使用して回収されてもよい。
高いアスペクトの犠牲層または他の層をエッチングするのに適したエッチャントは、作製プロセス中に犠牲層によって分離される2つの金属のまたはそうでなければ不透明な層を備える非光学MEMSデバイスなどにおいて、周囲層がUV放射に対してそれほど透過性がないときに使用するのに特に適する可能性がある。たとえば、こうしたエッチングプロセスは、犠牲層によって分離される2つの隣接不透明層を含むいくつかのMEMSスイッチ内の犠牲層のエッチングに適する可能性がある。
別の実施形態では、均質触媒としてのKrまたはXeなどの希ガスの使用は、初期エッチャントがXeF2またはKrF2などの希ガスフッ化物を含むエッチングプロセスを維持するのに使用されてもよい。特定の実施形態では、エッチングプロセスは、XeF2をプロセスチャンバ内にリリースすることによって始まる。F2はまた、XeF2と共に、または、XeF2のリリースに続くなど異なる時間に、チャンバ内にリリースされてもよい。元素のXeが、XeF2エッチングプロセスの副生成物のうちの1つである可能性があるため、プロセスチャンバ内のプロセスガスは、たとえ元素のXeがその形態でプロセスチャンバ内にリリースされなくても、最終的に元素のXeを含む可能性がある。
プロセスチャンバ内のプロセスガスは、その後、UV放射に曝露されてもよく、それにより、先に説明したように、元素のXeおよびF2が、XeF2を形成することになる。XeF2は、その後、エッチングプロセスを継続することになる。XeF2プロセスは、こうして、さらなるXeF2を導入することなく、または、普通なら必要であることになるよりも少量のさらなるXeF2を導入して維持され得る。さらなるF2は、いくつかの実施形態では、連続してまたはパルス状に所定期間にわたってリリースされ得る。特定の実施形態では、XeF2は、XeF2がエッチ境界で直接生成するように、透過性基材および/または他の透過性層を通してプロセスガスをUV放射に曝露することによって生成されてもよい。XeF2に関して説明したが、この方法は、KrF2などの他の希ガスフッ化物と共に使用されて、これらのエッチャントを使用してエッチングプロセスを維持してもよい。
UV励起はまた、OF2分子またはその誘導体内のO−F接合が解離してラジカルを形成するエッチングプロセスの実施形態で使用されてもよい。先に述べたように、解離条件は、OF2分子が解離される方法を確定する可能性がある。たとえば、約250nm以下の波長を有する光子が使用されると、OF2分子は、以下の反応においてOラジカルおよびFラジカルに完全に解離することになる。
約250nm〜495nmの波長を有する光子が使用される場合、OF2分子は、以下の方法で解離することになる。
約495nm〜550nmの波長を有する光子が使用される場合、OF2分子は、以下の反応で解離することになる。
OF2の解離速度は、たとえば、OF2分子の吸光率、UV光の強度、および量子収率に依存する。量子収率が、UVスペクトルにわたって実質的に一定であると仮定される場合、解離速度は、UV光に対するOF2の吸光率と任意の介在する媒体を通るUV光の透過率の積である。犠牲材料に隣接するOF2が、光透過性基材を通してUV光に曝露される実施形態では、UV光の透過率における支配的な因子は、基材の透過率である。特定の実施形態では、使用される基材は、0.7mm厚Corning1737ガラス基材である。
図20Aは、波長の関数としてのUV光のOF2吸収のプロットである。図20Bは、Corning1737データシートによって与えられる、0.7mmCorning1737ガラスのUV透過率のプロットである。図20Cは、こうした基材を通して透過したUV光の波長の関数としてのOF2の解離速度のプロットである。最も速い解離速度が、約310nm〜約350nmの範囲の波長を有するUV光を使用して起こることになることが見てわかる。この波長のUV光に対する曝露は、先に述べたように、OおよびOFへの解離を生じることになる。Mo犠牲層をエッチングするのに使用されると、エッチ副生成物は、一部の他のエッチング反応の副生成物に比べて、水分を受けにくく、また、シリコンに対して腐食性が小さいMoF4であることになり、隣接する層に関してMo層を選択的にエッチングすることを容易にし、また同様に、エッチ副生成物のハンドリングを容易にする。
UV励起またはUV光解離エッチャントの上記実施形態は、広い領域のUV曝露に関して説明されたが、エッチングを局在化するために、より的を絞ったUV曝露が使用されてもよい。0.8μmスポットサイズUVビームを生成することが可能なESI9850UVツールなどの商業的に入手可能なUVレーザは、1μm未満の幅を有するスポットビームを生成することが可能である。
スポットUVビームによって光解離されたCl2またはF2などのUV光解離エッチャントの場合、ClまたはFラジカルは、実質的にビーム経路に沿ってだけ形成されることになる。適切なプロセス条件が与えられると、サブミクロンスポットサイズUVビームと同じ大きさの平均自由工程を有するClまたはFラジカルが生成される可能性がある。いくつかの実施形態では、これは、ラジカルの連鎖伝播および拡散を防止するラジカルスカベンジャの包含によって行われてもよい。たとえば、Siは、ラジカルスカベンジャとして400TorrのO2を使用した、50℃のUV増強Cl2エッチングによってパターニングされ得る。こうした条件下で、Cl2分子の光解離によって生成されるClラジカルの平均自由工程は、0.5μm未満であることになる。
こうして、適切なプロセス条件下で、UVレーザまたは他のスポットUV源の使用は、材料のマスクなしエッチングを可能にする可能性がある。先に説明したように、干渉変調器などのMEMSデバイスの作製は、通常、1つまたは複数のマスクの使用を含む可能性がある複数のパターニングステップを含む。いくつかの実施形態では、スポットUV増強パターニングが使用されて、MEMSデバイス作製のために所望される分解能でこうした層が正確にパターニングされる可能性がある。
たとえば、先に説明した干渉変調器作製プロセスは、支持構造用のアパーチャを形成するための、犠牲層のパターニングを含んでもよい。一実施形態では、これは、UV増強エッチャントおよびラジカルスカベンジャをプロセスチャンバ内に導入し、UVレーザなどのUVスポット光源によるUV光にエッチングされる犠牲層の所定部分を曝露することによって、マスクを使用することなく行われる。ラジカルは、光ビームの経路内に生成され、UV光源に曝露される犠牲層の所定部分は、生成されたラジカルによってエッチングされることになる。特定の実施形態では、UV照射下で解離するフッ素系化合物が使用されて、先に説明したように、MoまたはSiを含む犠牲層がパターニングされ得る。こうしてエッチングされ得る他の犠牲層は、GeおよびGe−Si層を含むがそれに限定されない。
他の適したUV活性化エッチャントが使用されてもよく、MEMSデバイス内の他の材料または層が、こうしてパターニングされてもよい。たとえば、Moが、先に説明したように、光学積層体内で同様に使用され、UV照射下でF2によってエッチングされてもよい。MoCr層が、光学積層体内で使用され、UV照射下でF2によってエッチングされて、MoF6およびCrF5が形成されてもよい。Alが、可動反射サブ層などにおいて、高反射性層として使用され、UV照射下でCl2によってエッチングされて、Al2Cl6が形成されてもよい。
エッチャントを励起するために、特にラジカルスカベンジャと組み合わせてUVレーザが使用されるとき、実質的にUVレーザビームの経路内だけにラジカルが存在することになるため、マスクまたは横方向のエッチを制限する他の方法についての必要性が存在しない可能性がある。しかし、エッチが、下にある層を曝露することになるため、下にある層が、生成されたラジカルによるエッチングを受けるとき、エッチされる層の下にエッチストップ層が設けられてもよい。いくつかの実施形態では、エッチストップ層は、適した酸化物または窒化物を含んでもよい。たとえば、特定の実施形態では、エッチングされる層の下にあるエッチストップ層として使用されてもよい材料は、SiO2、SixNy、およびAl2O3を含むがそれに限定されない。
他の実施形態では、化学励起が利用されてもよい。特定の実施形態では、さらなる材料が、犠牲層と共にまたは犠牲層に隣接して堆積されて、エッチング反応における触媒または試薬の役をしてもよい。化学励起は、たとえばラジカル生成によって行われてもよい。一部の実施形態では、アゾニトリルファミリからのラジカルイニシエータが使用されてもよい。一例は、2,2−アゾビス[2−メチル−]−プロパンニトリル(AZDH)である。このファミリの種々の分子が使用されて、異なる温度でフリーラジカルを生成することができ、これらのラジカルは、数時間持続する可能性がある。アゾニトリルラジカルイニシエータは、商業的に取得されてもよい(たとえば、Dupontによって生産されるVazo(登録商標)ファミリ)。有機ペルオキシド(たとえば、ジ−tert−ブチルペルオキシド)、ハイパーペルオキシド(たとえば、n−ドセシル−ハイパーペルオキシド)、および過エステル(たとえば、ベンズペルオキソイック酸エチルエステル)は、フリーラジカルイニシエータの他の例である。
特定の材料をエッチングするラジカルを生成するためにOF2解離が使用される実施形態では、NOが、OF2と共に導入されて、OF2の解離を加速してもよい。NOは、不対電子を有する分子フリーラジカルであり、以下の反応に従ってOF2の解離をもたらし得る。
OF2+NO→F+FONO
OF2+NO→F+FONO
FONOは、その後、以下の反応に従ってさらに分解する可能性がある。
FONO→F+NO2
FONO→F+NO2
Fフリーラジカルは、NOとのこの反応によって生成され、Fフリーラジカルは、その後、エッチングされる材料と反応し得る。
個々のシステムまたは方法に関して特に説明しないが、上記実施形態を実施するのに適したエッチングシステムが、コンピュータまたは他の制御システムを備えてもよいことが理解されるであろう。こうしたコンピュータまたは他の制御システムは、システムのコンポーネントの1つまたは複数に作動可能に接続されてもよく、また同様に、圧力システムまたは他の監視機器などの図示しないシステムコンポーネントに接続されてもよい。本明細書で述べる種々の方法のステップの少なくとも一部が、コンピュータによって実施されてもよいこと、および、こうしたコンピュータが、本明細書で説明される種々の方法のステップのいくつかを実施する命令を含むコンピュータ読取り可能媒体を利用してもよいことも理解されるであろう。
上記実施形態の種々の組合せが可能であることが理解されるであろう。たとえば、先に述べたように、上記実施形態において、XeF2の代わりに、他の希ガスフッ化物が使用されてもよい。実施形態に応じて、本明細書に述べる任意の方法の行為またはイベントは、テキストが別途具体的にかつ明確に述べない限り、他のシーケンスで実施され得る、付加されてもよい、融合されてもよい、または、省略されてもよい(たとえば、行為またはイベントが全て、方法の実施のために必要であるわけではない)ことも認識される。
先の詳細な説明が、種々の実施形態に適用される本発明の新規の特徴を、示し、述べ、指摘したが、示したプロセスのデバイスの形態および詳細における種々の省略、置換、および変更が、本発明の精神から逸脱することなく、当業者によって行われてもよいことが理解されるであろう。認識されるように、一部の特徴が他の特徴と別に使用されるかまたは実施されてもよいため、本発明は、本明細書で述べる特徴および利点の全てを提供しない形態内で具現化されてもよい。
12a、12b 干渉変調器
14、14a、14b 可動反射層
16、16a、16b 光学積層体
18 ポスト
19 ギャップ
20 透明基材
21 プロセッサ
22 アレイドライバ
24 行駆動回路
26 列駆動回路
27 ネットワークインタフェース
28 フレームバッファ
29 ドライバコントローラ
30 ディスプレイアレイ
32 テザー
34 変形可能層
40 ディスプレイデバイス
41 ハウジング
42 支持ポストプラグ
43 アンテナ
44 バス構造
45 スピーカ
46 マイクロフォン
47 送受信機
48 入力装置
50 電力供給装置
52 調整用ハードウェア
60a、60b、60c サブ層
400 システム
410 エッチングチャンバ
411、412、414、416、418、419 弁
420 XeF2供給器
432、434 センサ
440 循環ポンプ
450 副生成物除去器
460 Xe分離装置
470 真空ポンプ
480 プロセスチャンバ
482 エキスパンションチャンバ
502、504 圧力センサ
506 弁
510 エッチングチャンバ
512 XeF2貯蔵チャンバ
516 パージガスチャンバ
518 エッチャント混合チャンバ
520 循環ポンプ
524 O2貯蔵チャンバ
530 コールドトラップ
700 基材
710 犠牲層
712 犠牲材料の一部分
720 光学積層体
730 メカニカル層
732 エッチホール
14、14a、14b 可動反射層
16、16a、16b 光学積層体
18 ポスト
19 ギャップ
20 透明基材
21 プロセッサ
22 アレイドライバ
24 行駆動回路
26 列駆動回路
27 ネットワークインタフェース
28 フレームバッファ
29 ドライバコントローラ
30 ディスプレイアレイ
32 テザー
34 変形可能層
40 ディスプレイデバイス
41 ハウジング
42 支持ポストプラグ
43 アンテナ
44 バス構造
45 スピーカ
46 マイクロフォン
47 送受信機
48 入力装置
50 電力供給装置
52 調整用ハードウェア
60a、60b、60c サブ層
400 システム
410 エッチングチャンバ
411、412、414、416、418、419 弁
420 XeF2供給器
432、434 センサ
440 循環ポンプ
450 副生成物除去器
460 Xe分離装置
470 真空ポンプ
480 プロセスチャンバ
482 エキスパンションチャンバ
502、504 圧力センサ
506 弁
510 エッチングチャンバ
512 XeF2貯蔵チャンバ
516 パージガスチャンバ
518 エッチャント混合チャンバ
520 循環ポンプ
524 O2貯蔵チャンバ
530 コールドトラップ
700 基材
710 犠牲層
712 犠牲材料の一部分
720 光学積層体
730 メカニカル層
732 エッチホール
Claims (102)
- 電子デバイスを作製する方法であって、
エッチングされる層を備える電子デバイスを設けるステップであって、前記電子デバイスはエッチチャンバ内に配置される、設けるステップと、
犠牲層を、希ガスフッ化物を含むエッチャントに曝露するステップと、
前記エッチチャンバからガスを収集するステップと、
前記収集されたガスから前記希ガスフッ化物を分離するために、前記収集されたガスを処理するステップとを含む方法。 - 前記希ガスフッ化物はXeF2である請求項1に記載の方法。
- 前記分離された希ガスフッ化物を前記エッチチャンバに戻すステップをさらに含む請求項1に記載の方法。
- 前記エッチャントは02である請求項1に記載の方法。
- 前記収集されたガスを処理するステップは、コールドトラップを使用して前記希ガスフッ化物を分離するステップを含む請求項1に記載の方法。
- 前記収集されたガスを処理するステップは、サイズ弁別器を使用して前記希ガスフッ化物を分離するステップを含む請求項1に記載の方法。
- 前記分離された希ガスフッ化物を浄化するステップをさらに含む請求項1に記載の方法。
- 前記犠牲層を前記エッチャントに曝露するプロセス中に前記エッチチャンバ内にさらなる希ガスフッ化物をリリースするステップであって、それにより、XeF2の分圧を所定のレベルに維持する、リリースするステップをさらに含む請求項1に記載の方法。
- 前記エッチングされる層は、犠牲材料を含む請求項1に記載の方法。
- 前記電子デバイスは、MEMSデバイスを備える請求項1に記載の方法。
- 前記電子デバイスは、干渉変調器を備える請求項1に記載の方法。
- 電子デバイスを作製する方法であって、
エッチングされる層を備える電子デバイスを設けるステップであって、前記電子デバイスはエッチチャンバ内に配置される、設けるステップと、
犠牲層を、希ガスフッ化物を含むエッチャントに曝露するステップと、
前記エッチチャンバからガスを収集するステップと、
希ガスを分離するために、前記収集されたガスを処理するステップとを含む方法。 - 前記希ガスフッ化物はXeF2を含み、前記希ガスはXeを含む請求項12に記載の方法。
- 前記希ガスを分離するために前記収集されたガスを処理するステップは、元素の(elemental)希ガスを取得するために、前記収集されたガス内の希ガス含有種を変換するステップを含む請求項12に記載の方法。
- 前記希ガス含有種を変換するステップは、液体浴変換器、固体床変換器、またはガス浴変換器の少なくとも1つを使用するステップを含む請求項14に記載の方法。
- 前記希ガスを分離するために前記収集されたガスを処理するステップは、前記エッチチャンバからの前記ガスの少なくとも一部分を、前記希ガスの沸点に実質的に近い沸点を有する副生成物と相互作用するよう構成される活性作用物質に曝露するステップを含む請求項12に記載の方法。
- 前記希ガスを分離するために前記収集されたガスを処理するステップは、コールドトラップを使用するステップを含む請求項12に記載の方法。
- 前記電子デバイスは、MEMSデバイスである請求項12に記載の方法。
- 前記電子デバイスは、干渉変調器を備える請求項12に記載の方法。
- 電子デバイスを作製するときに使用するためのエッチングデバイスであって、
エッチングされる層を備える電子デバイスを保持するエッチチャンバと、
前記エッチチャンバに作動可能に取り付けられる貯蔵チャンバであって、エッチャントを貯蔵するよう構成され、前記エッチャントは希ガスフッ化物を含む、貯蔵チャンバと、
前記エッチチャンバに作動可能に取り付けられる分離コンポーネントであって、希ガス含有プロセスガスを単離するよう構成される、分離コンポーネントとを備えるエッチングデバイス。 - 前記希ガスフッ化物は、XeF2を含む請求項20に記載のエッチングデバイス。
- 前記希ガス含有プロセスガスは、元素の希ガスを含む請求項20に記載のエッチングデバイス。
- 前記希ガス含有プロセスガスは、希ガスフッ化物を含む請求項20に記載のエッチングデバイス。
- 前記分離コンポーネントは、コールドタップを備える請求項20に記載のエッチングデバイス。
- 前記分離コンポーネントは、サイズ弁別器を備える請求項20に記載のエッチングデバイス。
- 電子デバイスを作製する方法であって、
エッチングされる層を備える電子デバイスを備えるプロセスチャンバを設けるステップと、
希ガスフッ化物を含むエッチャントをエキスパンションチャンバ内に導入するステップと、
前記エッチャントの圧力を増加させるために、前記エキスパンションチャンバの体積を減少させるステップと、
前記犠牲層を前記エッチャントに曝露するため、前記プロセスチャンバ内に前記加圧されたエッチャントを導入するステップとを含む方法。 - 前記希ガスフッ化物は、XeF2を含む請求項26に記載の方法。
- 前記エッチャントは、所定の滞留時間の間、前記プロセスチャンバ内に留まり、前記滞留時間の終了時に、前記プロセスチャンバから前記ガスの少なくとも一部分を除去するステップをさらに含む請求項26に記載の方法。
- 前記プロセスチャンバから前記ガスの少なくとも一部分を除去した後、前記プロセスチャンバ内にさらなるエッチャントを導入するステップをさらに含む請求項27に記載の方法。
- 前記プロセスチャンバから前記ガスの少なくとも一部分を除去する前に、前記エキスパンションチャンバ内に前記さらなるエッチャントを導入し、前記さらなるエッチャントを圧縮するステップをさらに含む請求項29に記載の方法。
- 前記エキスパンションチャンバを、前記プロセスチャンバより高い温度に維持するステップをさらに含む請求項26に記載の方法。
- 前記電子デバイスはMEMSデバイスを備え、前記エッチングされる層は犠牲層を備える請求項26に記載の方法。
- 電子デバイスを作製する方法であって、
エッチングされる層を備える電子デバイスを含むプロセスチャンバを設けるステップと、
希ガスフッ化物を含むエッチャントを前記プロセスチャンバ内に導入するステップと、
前記エッチャントの分圧を増加させるために、前記エッチャントの導入後に前記プロセスチャンバの体積を減少させるステップとを含む方法。 - 前記希ガスフッ化物は、XeF2を含む請求項33に記載の方法。
- 前記エッチャントを前記プロセスチャンバ内に導入する前に、可変体積を有するエキスパンションチャンバ内に前記エッチャントを導入し、前記エキスパンションチャンバの前記体積を減少させるステップをさらに含む請求項33に記載の方法。
- 前記エッチャントは、所定の滞留時間の間、前記プロセスチャンバ内に留まり、
前記プロセスチャンバから前記ガスの少なくとも一部分を除去するステップと、
前記プロセスチャンバの体積を増加させるステップと、
前記プロセスチャンバの前記体積を増加させた後、前記プロセスチャンバ内にさらなるエッチャントを導入するステップと、
前記さらなるエッチャントを導入した後、前記プロセスチャンバの前記体積を減少させるステップとを含む請求項33に記載の方法。 - 電子デバイスを作製するときに使用するためのエッチングデバイスであって、
希ガスフッ化物を含むエッチャントを貯蔵するよう構成される貯蔵チャンバと、
エッチングされる電子デバイスを受取るよう構成されるプロセスチャンバであって、前記貯蔵チャンバに流体連通し、可変体積を有する、プロセスチャンバとを備えるエッチングデバイス。 - 前記希ガスフッ化物は、XeF2を含む請求項37に記載のエッチングデバイス。
- 電子デバイスを作製するときに使用するためのエッチングデバイスであって、
希ガスフッ化物を含むエッチャントを貯蔵するよう構成される貯蔵チャンバと、
前記貯蔵チャンバに流体連通するエキスパンションチャンバであって、可変体積を有する、エキスパンションチャンバと、
エッチングされる電子デバイスを受取るよう構成されるプロセスチャンバであって、前記エキスパンションチャンバに流体連通する、プロセスチャンバとを備えるエッチングデバイス。 - 前記希ガスフッ化物は、XeF2を含む請求項39に記載のデバイス。
- 電子デバイスを作製する方法であって、
エッチングされる層を備える電子デバイスを含むプロセスチャンバを設けるステップと、
希ガスフッ化物を含むエッチャントを前記プロセスチャンバ内に導入するステップと、
前記プロセスチャンバ内の前記エッチャントの分圧を監視するステップと、
前記プロセスチャンバ内の前記エッチャントの前記監視される分圧に少なくとも部分的に基づいて前記プロセスチャンバ内にさらなるエッチャントを導入するステップとを含む方法。 - 前記プロセスチャンバの全圧を監視するステップをさらに含む請求項41に記載の方法。
- 前記プロセスチャンバ内の前記エッチャントの前記監視される分圧に基づいて前記プロセスチャンバ内にさらなるエッチャントを導入するステップは、ある期間にわたって前記プロセスチャンバ内で前記エッチャントの少なくとも最低分圧を維持するステップを含む請求項41に記載の方法。
- 前記プロセスチャンバ内の前記エッチャントの前記監視される分圧に基づいて前記プロセスチャンバ内にさらなるエッチャントを導入するステップは、前記エッチャントの前記分圧が所望の値より降下するときに、前記プロセスチャンバ内にさらなるエッチャントを定期的に導入するステップを含む請求項41に記載の方法。
- 前記プロセスチャンバからプロセスガスを除去するステップをさらに含む請求項41に記載の方法。
- 前記プロセスガスから希ガスを分離するために、前記プロセスガスをろ過するステップをさらに含む請求項45に記載の方法。
- 前記プロセスガスから前記希ガスを分離するために、前記プロセスガスをろ過するステップをさらに含む請求項45に記載の方法。
- 前記電子デバイスは、MEMSデバイスである請求項41に記載の方法。
- 電子デバイスを作製するときに使用するためのエッチングデバイスであって、
希ガスフッ化物を含むエッチャントを貯蔵するよう構成される貯蔵チャンバと、
エッチングプロセス中に電子デバイスを保持するエッチチャンバであって、前記貯蔵チャンバに流体連通する、エッチチャンバと、
前記エッチチャンバ内の前記エッチャントの分圧を確定するよう構成される第1センサと、
前記貯蔵チャンバと前記エッチチャンバとの間の流体経路に沿って配設され、前記第1センサに作動可能に接続される弁であって、前記貯蔵チャンバ内の前記エッチャントの前記確定された分圧に少なくとも部分的に基づいて、前記貯蔵チャンバと前記エッチチャンバとの間のエッチャントの流量を制御するよう構成される、弁とを備えるエッチングデバイス。 - 前記弁に作動可能に接続される第2センサをさらに備え、前記第2センサは、前記エッチチャンバ内の全圧を確定するよう構成される請求項49に記載のエッチングデバイス。
- 前記プロセスチャンバから収集される他のガスから未使用希ガスフッ化物を分離するよう構成される副生成物除去器をさらに備える請求項49に記載のエッチングデバイス。
- 他のプロセスガスから希ガスを分離するよう構成されるサイズ弁別器をさらに備える請求項49に記載のエッチングデバイス。
- 前記希ガスフッ化物は、XeF2を含む請求項49に記載のエッチングデバイス。
- 犠牲材料を含む電子デバイスを作製する方法であって、
一般式MpXqの化合物を含む犠牲材料を含む電子デバイスを設けるステップであって、MはMo、W、Si、およびGeから選択され、XはCl、F、O、N、およびSiから選択され、MはXと異なり、pおよびqは1〜6の範囲にあり、所与のMについてのMpXqのモル体積はMのモル体積より大きい、設けるステップと、
前記電子デバイスをエッチャントに曝露するステップとを含む方法。 - 前記エッチャントは希ガスフッ化物を含む請求項54に記載の方法。
- 前記エッチャントはO2を含む請求項55に記載の方法。
- 前記エッチャントはXeF2を含む請求項55に記載の方法。
- 所与のMについて、MpXqのモル単位は、Mのモル単位に比べて少ない体積のXeF2によってエッチング可能である請求項57に記載の方法。
- 前記犠牲材料はMoF3を含む請求項54に記載の方法。
- 前記犠牲材料はMoF4を含む請求項54に記載の方法。
- 前記犠牲材料はMoF6を含む請求項54に記載の方法。
- 前記犠牲材料はMoNを含む請求項54に記載の方法。
- 前記犠牲材料はMoSi2を含む請求項54に記載の方法。
- 前記犠牲材料はMoO2を含む請求項54に記載の方法。
- 前記犠牲材料はMoO3を含む請求項54に記載の方法。
- 前記犠牲材料はMoCl3を含む請求項54に記載の方法。
- 前記犠牲材料はWN2を含む請求項54に記載の方法。
- 前記犠牲材料はWCl4を含む請求項54に記載の方法。
- 前記犠牲材料はWO2を含む請求項54に記載の方法。
- 前記犠牲材料はWF4を含む請求項54に記載の方法。
- 前記犠牲材料はSiOを含む請求項54に記載の方法。
- 前記犠牲材料はSi3N4を含む請求項54に記載の方法。
- 前記犠牲材料はGeF2を含む請求項54に記載の方法。
- 犠牲材料を含む部分的に作製される電子デバイスであって、前記犠牲材料は、一般式MpXqの化合物を含み、MはMo、W、Si、およびGeから選択され、XはCl、F、O、N、およびSiから選択され、MはXと異なり、pおよびqは1〜6の範囲にあり、所与のMについてのMpXqのモル体積はMのモル体積より大きいデバイス。
- 所与のMについて、MpXqのモル単位は、Mのモル単位に比べて少ない体積のXeF2によってエッチング可能である請求項74に記載のデバイス。
- MEMSデバイスを作製するときに使用するためのエッチングデバイスであって、
XeF2およびO2を含むエッチャントを貯蔵するよう構成される貯蔵システムと、
エッチングプロセス中にMEMSデバイスを保持するよう構成されるエッチングチャンバであって、前記貯蔵システムに流体連通する、エッチングチャンバと、
前記エッチングチャンバに流体連通するコールドトラップであって、前記エッチングプロセスの副生成物を除去するよう構成される、コールドトラップとを備えるエッチングデバイス。 - 前記貯蔵システムは、
XeF2を貯蔵するよう構成される第1貯蔵チャンバと、
O2を貯蔵するよう構成される第2貯蔵チャンバと、
前記第1および第2貯蔵チャンバの両方に流体連通する混合チャンバとを備える請求項76に記載のエッチングデバイス。 - パージ貯蔵チャンバをさらに備え、前記パージ貯蔵チャンバはパージガスを貯蔵するよう構成され、前記パージ貯蔵チャンバは前記エッチングチャンバに流体連通する請求項76に記載のエッチングデバイス。
- 前記エッチングチャンバに流体連通する排出ポンプであって、前記エッチングチャンバからプロセスガスを除去するよう構成される、排出ポンプと、
前記プロセスガスからコンポーネントを分離するよう構成されるサイズ弁別器とをさらに備える請求項76に記載のエッチングデバイス。 - 電子デバイスを作製する方法であって、
エッチチャンバ内に未リリース電子デバイスを設けるステップであって、前記未リリース電子デバイスは、
犠牲層、および、
前記犠牲層の第1の面に隣接する1つまたは複数の光透過性層を備える、設けるステップと、
前記犠牲層の一部分を通して初期エッチを実施するステップと、
前記エッチチャンバ内にガス状エッチャント前駆物質をリリースするステップと、
前記ガス状エッチャント前駆物質を物理的に励起するステップであって、それにより、前記犠牲層の残りの部分をエッチングすることが可能な化学的に活性な種を形成する、励起するステップとを含む方法。 - 前記初期エッチは、前記光透過性層の少なくとも一部分を曝露する請求項80に記載の方法。
- 前記ガス状エッチャント前駆物質を物理的に励起するステップは、前記光透過性層を通して前記エッチャント前駆物質をUV光に曝露するステップを含む請求項80に記載の方法。
- 前記ガス状エッチャント前駆物質を物理的に励起するステップは、プラズマエッチを実施するステップを含まない請求項80に記載の方法。
- 均質な触媒を前記エッチチャンバ内にリリースするステップをさらに含む請求項80に記載の方法。
- 前記均質な触媒はKrまたはXeを含む請求項84に記載の方法。
- 前記ガス状エッチャントはOF2を含む請求項80に記載の方法。
- 前記ガス状エッチャントはOF2の誘導体を含む請求項80に記載の方法。
- 前記電子デバイスはMEMSデバイスを備える請求項80に記載の方法。
- 前記電子デバイスは干渉変調器を備える請求項80に記載の方法。
- 電子デバイスを作製する方法であって、
プロセスチャンバ内に部分的に作製される電子デバイスを設けるステップであって、前記部分的に作製される電子デバイスは、エッチングされる層の露出部分を備える、設けるステップと、
ガス状エッチャントを前記プロセスチャンバ内に導入するステップであって、前記エッチャントは、紫外線放射に対する曝露によって活性化され得る、導入するステップと、
前記エッチングされる層の一部分を紫外線レーザからの放射に曝露するステップであって、前記紫外線レーザに対する曝露は前記ガス状エッチャントを活性化する、曝露するステップとを含む方法。 - 前記エッチングされる層の前記一部分を紫外線放射に曝露する前に、前記プロセスチャンバ内にラジカルスカベンジャを導入するステップをさらに含む請求項90に記載の方法。
- 前記ガス状エッチャントは、紫外線放射に対する曝露によって、解離するよう構成される請求項90に記載の方法。
- 前記ガス状エッチャントは、紫外線放射に対する曝露によって、化学的に活性な状態に励起されるよう構成される請求項90に記載の方法。
- 電子デバイスを作製する方法であって、
エッチングされる層を含む電子デバイスを、プロセスチャンバ内に設けるステップと、
フッ素および希ガスを含むガス状前駆物質混合物を設けるステップと、
希ガスフッ化物を形成するために、前記ガス状前駆物質混合物を紫外線放射に曝露するステップと、
前記電子デバイスを前記希ガスフッ化物に曝露するステップとを含む方法。 - 前記希ガスはXeを含む請求項94に記載の方法。
- 前記希ガスはKrを含む請求項94に記載の方法。
- 前記ガス状エッチャント前駆物質は、前記プロセスチャンバに流体連通する別個のチャンバ内でUV放射に曝露され、前記電子デバイスを前記希ガスフッ化物に曝露するステップは、前記希ガスフッ化物を前記別個のチャンバから前記プロセスチャンバ内にリリースするステップを含む請求項94に記載の方法。
- 前記ガス状前駆物質混合物は、前記プロセスチャンバ内にリリースされ、紫外線放射に対する曝露は、前記希ガスフッ化物をインサイチュで生成する請求項94に記載の方法。
- 電子デバイスを作製する方法であって、
エッチングされる層を含む電子デバイスを、プロセスチャンバ内に設けるステップと、
前記プロセスチャンバ内にエッチャントをリリースするステップであって、前記エッチャントは、希ガスフッ化物を含み、前記エッチングされる層と反応して、副生成物として元素の希ガスを形成する、リリースするステップと、
フッ素を前記プロセスチャンバ内にリリースするステップと、
さらなる希ガスフッ化物を生成するために、前記フッ素および前記元素の希ガスを紫外線放射に曝露するステップとを含む方法。 - 前記希ガスフッ化物はXeF2である請求項99に記載の方法。
- 前記電子デバイスは、前記エッチングされる層の第1の面に隣接して1つまたは複数の光透過性層を備え、前記フッ素および前記希ガスの少なくとも一部分は、前記1つまたは複数の光透過性層を通して前記紫外線放射に曝露される請求項99に記載の方法。
- 前記電子デバイスはMEMSデバイスを備え、前記エッチングされる層は犠牲層を備える請求項99に記載の方法。
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