JP2016039219A - 中空構造の形成方法 - Google Patents

Abstract

【課題】エッチング処理に用いるガスの使用効率を改善する技術を提供する。【解決手段】中空構造の形成方法において、基板に形成された犠牲層を除去することによって基板に中空構造を形成する方法であって、エッチング装置の反応チャンバ内に基板を設置する設置工程と、犠牲層をエッチングするためのエッチング用のガスを反応チャンバに供給しながら、反応チャンバ内のガスの排出を行う第１の工程と、反応チャンバにエッチング用のガスを供給せずに、反応チャンバ内のガスの排出を行う第２の工程と、基板を反応チャンバから取り出す取り出し工程と、を含み、設置工程と取り出し工程との間に、第１の工程と第２の工程とを含むサイクルを少なくとも２回繰り返すことによってエッチングする。【選択図】図２

Description

本発明は中空構造の形成方法に関する。

マイクロエレクトロメカニカル構造（ＭＥＭＳ）の製造において、犠牲層のエッチング処理を行い所望の構造を形成する方法として、フロー式と封入式の２つの方法が知られている。フロー式のエッチング処理は、常にエッチング用のガスを反応チャンバ内へ供給しながら、生成される反応生成物を反応チャンバの外へ排出するガス交換を行う。一方、封入式のエッチング処理は、処理ガスを反応チャンバ内に封入しエッチング処理を行う。特許文献１には、犠牲層のシリコンのエッチング処理において、まず反応チャンバ内にＸｅＦ_２を含む処理ガスを封入し、処理ガスに基板を所定時間曝した後、真空ポンプを用いて真空引きし反応生成物を排出する方法が記載されている。以上によって１サイクルのエッチング処理が完了し、このサイクルを繰り返すエッチング処理の方法が記載されている。

特開２００３−３４０７９９号公報

シリコンの犠牲層のエッチング処理は、非常に高価なＸｅＦ_２を用いる。フロー式のエッチング処理では、エッチング処理の間、ＸｅＦ_２の一部を未反応のまま排出し続けるためＸｅＦ_２の消費量が多くなる。また封入式のエッチング処理では、反応生成物の滞留による選択比の悪化やエッチングレートの低下といった問題を有する。特許文献１の方法では、封入式のエッチング処理と反応生成物の排出とを交互に繰り返すことによって、エッチングレートが向上するが、まだ十分でない。また、この方法では反応生成物の滞留による選択比の悪化の起きる可能性がある。エッチング用のガスがＸｅＦ_２である場合に限られず、他の種類のガスであっても、エッチング用のガスの使用効率を向上することはエッチング処理のコストの低減に寄与する。本発明は、エッチング処理に用いるガスの使用効率を改善する技術を提供することを目的とする。

上記課題に鑑みて、本発明の一部の実施形態に係る中空構造の形成方法は、基板に形成された犠牲層を除去することによって基板に中空構造を形成する方法であって、エッチング装置の反応チャンバ内に基板を設置する設置工程と、犠牲層をエッチングするためのエッチング用のガスを反応チャンバに供給しながら、反応チャンバ内のガスの排出を行う第１の工程と、反応チャンバにエッチング用のガスを供給せずに、反応チャンバ内のガスの排出を行う第２の工程と、基板を反応チャンバから取り出す取り出し工程と、を含み、設置工程と取り出し工程との間に、第１の工程と第２の工程とを含むサイクルを少なくとも２回繰り返すことによってエッチングすることを特徴とする。また、本発明の他の実施形態に係る中空構造の形成方法は、反応チャンバと、反応チャンバ内にエッチング用のガスを供給する第１のバルブと、反応チャンバ内のガスを排出する第２のバルブと、を含む装置を用いて、基板に形成された犠牲層を除去することによって基板に中空構造を形成する方法であって、エッチング装置の反応チャンバ内に基板を設置する設置工程と、エッチング用のガスを反応チャンバに供給するために第１のバルブを開く開き工程と、反応チャンバへのエッチング用のガスの供給を停止するために第１のバルブを閉じる閉じ工程と、基板を反応チャンバから取り出す取り出し工程と、を含み、設置工程と取り出し工程との間に、第２のバルブを開いた状態で、開き工程と閉じ工程との組み合わせを少なくとも２回繰り返すことによってエッチングすることを特徴とする。

上記手段により、エッチング処理に用いるガスの使用効率を改善する技術が提供される。

本発明の実施形態に係るエッチング装置を説明する概略図。 本発明の実施形態に係るエッチング処理のバルブの開閉のタイミングを説明する図。 本発明の実施例に係るエッチングに用いた基板を説明する断面模式図。 本発明の第１の実施例に係る第２の工程の時間とＸｅＦ_２の消費量とを示す図。 本発明の第１の実施例に係るエッチング長と第２の工程の時間との関係を示す図。 本発明の第２の実施例に係る第２の工程の時間とエッチングレートとＸｅＦ_２の消費量とを示す図。

図１を参照して本発明の実施形態で用いるエッチング装置（例えば、ｍｅｍｓｓｔａｒ社製Ｓｅｎｔｒｙ ＳＶＲ−ＸｅＦ２）について説明する。図１は、エッチング装置１００の概略図である。エッチング装置１００は、基板を設置するステージ１０２を反応チャンバ１０１に有し、エッチング用のガスを含む処理ガスを反応チャンバ１０１へ供給することによって基板のエッチング処理を行う。エッチング装置１００は、ステージ１０２の温度を制御することで、エッチング処理を行う際の基板の温度を所望の値に保持することができる。反応チャンバ１０１には窒素流量を制御できるマスフローコントローラ１０３及び窒素パージ用のバルブ１０４を介して窒素供給部１０５が接続されている。また、エッチング装置１００は、マスフローコントローラ１０３と反応チャンバ１０１との間に、窒素パージ用のバルブ１０４を含むガス供給ラインとは別に、インレットバルブ１０６とアウトレットバルブ１０７との２つのバルブを含むガス供給ラインを有する。インレットバルブ１０６とアウトレットバルブ１０７との間に、二フッ化キセノン（以下、ＸｅＦ_２と示す）供給部１０８が接続されている。インレットバルブ１０６は窒素供給部１０５とＸｅＦ_２供給部１０８とを接続する。またアウトレットバルブ１０７はＸｅＦ_２供給部１０８と反応チャンバ１０１とを接続する。エッチング装置１００は、アウトレットバルブ１０７を開閉することによって、反応チャンバ１０１への処理ガスの供給を制御する。反応チャンバ１０１は、真空バルブ１１０を介して真空ポンプ１０９に接続される。本実施形態において真空バルブ１１０は、開度を自動的に調整の可能なＡＰＣ（Ａｕｔｏｍａｔｉｃ Ｐｒｅｓｓｕｒｅ Ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ）バルブである。この真空バルブ１１０は、反応チャンバ１０１の全圧が所定の圧力に保持されるように開度を自動的に調整する。

次にエッチング処理について説明する。ＸｅＦ_２は常温で固体であるが、キャリアガスとして窒素を流すことでＸｅＦ_２の一部が昇華し、窒素とともに反応チャンバ１０１内に供給される。ここで窒素はエッチングに寄与しない。本実施形態において窒素を５０ｓｃｃｍ流したとき、約２０ｓｃｃｍのＸｅＦ_２が反応チャンバ１０１内に流入する。ＸｅＦ_２とシリコンとの反応は、
Ｓｉ＋２ＸｅＦ_２→ＳｉＦ_４＋２Ｘｅ・・・（１）
と表され、この反応式（１）に従ってシリコンがエッチングされる。本実施形態で処理ガスは、キャリアガスである窒素とエッチング用のガスであるＸｅＦ_２との混合ガスである。

従来のフロー式のエッチング処理において、ＸｅＦ_２を含む処理ガスが常時供給されるとともに、真空ポンプ１０９によって常時排気される。常時排気することによって反応生成物であるＸｅやＳｉＦ_４が反応チャンバ１０１内から排出され、また新しいＸｅＦ_２を含む処理ガスが反応チャンバ１０１内に供給される。これによって封入式のエッチング処理よりも大きなエッチングレートと選択比とが得られる。

次に図２を参照して本発明の実施形態における犠牲層を除去するエッチング処理の工程について説明する。図２（ａ）に比較例としてフロー式におけるエッチング処理のアウトレットバルブ１０７及び真空バルブ１１０の開閉のタイミングチャートを示す。図２（ｂ）に本実施形態におけるエッチング処理のアウトレットバルブ１０７及び真空バルブ１１０の開閉のタイミングチャートを示す。エッチング装置１００は、図２のタイミングチャートに従いＸｅＦ_２を含む処理ガスを流すことによって、犠牲層のシリコンをエッチングする。

図２（ａ）のタイミングチャートに示される犠牲層のエッチング処理は、反応チャンバ１０１内にエッチング用のガスを含む処理ガスを供給しながら、反応チャンバ１０１内の反応生成物の排出を行う第１の工程を含む。最初に基板を反応チャンバ１０１のステージ１０２に設置する。その後、時刻Ｔ_０で、窒素パージ用のバルブ１０４、インレットバルブ１０６及びアウトレットバルブ１０７を閉じ、真空バルブ１１０を開くことで、時刻Ｔ_１まで反応チャンバ内を減圧排気する。

次に、時刻Ｔ_１で、窒素パージ用のバルブ１０４を閉じ、インレットバルブ１０６とアウトレットバルブ１０７とを開き、ＸｅＦ_２供給部１０８にキャリアガスとして窒素を流す。これによってエッチング用のガスとしてＸｅＦ_２を含む処理ガスが反応チャンバ１０１に供給され、基板の犠牲層のシリコンのエッチング処理が行われる。

エッチング処理の終了後、時刻Ｔ_３で、再度、窒素パージ用のバルブ１０４、インレットバルブ１０６及びアウトレットバルブ１０７を閉じ、真空バルブ１１０を開くことで、時刻Ｔ_４まで反応チャンバ１０１内を減圧排気する。これによって、反応チャンバ１０１内の処理ガス及び反応生成物を取り除く。最後に基板を取り出す際に窒素パージ用のバルブ１０４を開き、インレットバルブ１０６とアウトレットバルブ１０７とを閉じて、また真空バルブ１１０を閉じる（不図示）ことで反応チャンバ１０１を窒素で満たし大気圧に戻す。

次に図２（ｂ）のタイミングチャートについて説明する。図２（ｂ）のタイミングチャートに示される犠牲層のエッチング処理は、上述の第１の工程と、反応チャンバ１０１内にエッチング用のガスを含む処理ガスを供給せずに反応生成物を反応チャンバ１０１内から排出する第２の工程とを含む。最初に基板を反応チャンバ１０１のステージ１０２に設置し、時刻Ｔ_０〜Ｔ_１にかけて減圧排気を行った後、時刻Ｔ_１〜Ｔ_２にかけて第１の工程のエッチング処理を行う。その後、窒素パージ用のバルブ１０４、インレットバルブ１０６及びアウトレットバルブ１０７を閉じて、真空バルブ１１０を開くことで反応チャンバ１０１内を減圧排気する第２の工程を行う。この第１の工程と第２の工程とを含むサイクルを繰り返すことによって、基板の犠牲層のシリコンのエッチング処理が行われる。このサイクルを少なくとも２回繰り返したエッチング処理の終了後は、上述したフロー式のエッチング処理のときと同様に反応チャンバ１０１から基板を取り出す。基板を反応チャンバ１０１に設置してから、このサイクルを繰り返すことによってエッチング処理を行い、再び基板を反応チャンバ１０１から取り出すまでの間、基板は反応チャンバ１０１内に設置されたままとなる。

上述の実施形態の具体的な実施例を以下に説明する。まず、図３を参照して、各実施例でエッチング処理に用いる基板について説明する。図３（ａ）に、犠牲層のエッチングを行う前の基板３００の模式的な断面図を示す。以下の図３（ａ）及び図３（ｂ）の説明において、部材の長さ・厚さ・幅とはそれぞれ、図面の左右方向・上下方向・奥行き方向について部材を測定した値のことである。基板３００はシリコンウェーハ３０１の上に、酸化膜３０２、犠牲層であるアモルファスシリコン膜３０３及びフォトレジスト膜３０４が積層した構造を有する。このアモルファスシリコン膜３０３をエッチングすることによって、基板３００に中空構造が形成される。本実施例において、酸化膜３０２は例えば１０００℃の熱酸化法によって酸素と水素とを２対３の割合で用いて３００ｎｍの厚さ成膜することによって形成される。または、例えば４００℃のプラズマＣＶＤ法によってシランと窒素と亜酸化窒素とを１対１５対３０の割合で用いて酸化膜３０２を成膜してもよい。アモルファスシリコン膜３０３は例えば４００℃のプラズマＣＶＤ法によってシランと水素とを１対１の割合で用いて１００ｎｍの厚さ成膜することによって形成される。成膜されたアモルファスシリコン膜３０３は、幅１０μｍ及び長さ４００μｍに成形される。フォトレジスト膜３０４は例えばスピンコート法を用いて約１９００ｎｍの厚さ形成することによって形成される。フォトレジスト膜３０４は、アモルファスシリコン膜３０３の長さ方向の一端の上に幅１０μｍ及び長さ１０μｍの正方形の開口部３０５を有している。

エッチング処理において、処理ガスに含まれるＸｅＦ_２は、フォトレジスト膜３０４の開口部３０５を通りアモルファスシリコン膜３０３に到達する。この到達したＸｅＦ_２によってアモルファスシリコン膜３０３がエッチングされる。このエッチング処理が進行すると、図３（ｂ）に示すように基板３００に高さ１００ｎｍの中空構造が形成される。ここでエッチングにより得られた中空部の長さを中空部の高さで除した値をアスペクト比と定義する。

比較対象の実施例
比較対象の実施例では、基板３００に対して図２（ａ）に示すタイミングチャートに従い、エッチング処理を行う。本実施例における第１の工程のエッチング処理の条件は、反応チャンバ１０１内の圧力１２６７Ｐａ（９．５Ｔｏｒｒ）、窒素（キャリアガス）流量５０ｓｃｃｍ、ＸｅＦ_２流量２０ｓｃｃｍ及び基板温度１５℃である。このエッチング条件は、使用するエッチング装置１００でＸｅＦ_２の分圧が最大となり、結果としてエッチングレートが大きい条件であるにすぎず、反応チャンバ１０１内の圧力や窒素流量、基板温度をこれに限定するものではない。

基板３００を反応チャンバ１０１のステージ１０２に設置し、時刻Ｔ_０〜Ｔ_１にかけて反応チャンバ１０１内を減圧排気する。本実施例において減圧排気の時間は数分程度であり、６．６７Ｐａ（０．０５Ｔｏｒｒ）以下まで減圧する。次に、ＸｅＦ_２を含む処理ガスを反応チャンバ１０１に供給し、基板３００のアモルファスシリコン膜３０３のエッチング処理を行う。本実施例では、図２（ａ）に示すように例えば時刻Ｔ_１〜Ｔ_３にかけて、連続的に６０分間、このエッチング処理を行う。

本実施例において、エッチング処理の間、反応チャンバ１０１の全圧が１２６７Ｐａ（９．５Ｔｏｒｒ）に保たれるように、真空バルブ１１０の開度は１％から１０％に自動で制御されており全閉（０％）にならない。排気側の真空バルブ１１０の開度を変えることによって反応チャンバ１０１内の圧力を調整するかわりに、例えば真空バルブ１１０をガス供給側に設置しガスの供給量を調整することによって圧力を調整してもよい。

第１の実施例
次に、本発明の実施形態の第１の実施例では、基板３００に対して図２（ｂ）に示すタイミングチャートに従い、エッチング処理を行う。基板３００を反応チャンバ１０１のステージ１０２に設置し、時刻Ｔ_０〜Ｔ_１にかけて減圧排気を行った後、時刻Ｔ_１〜Ｔ_２にかけて第１の工程のエッチング処理を３０分間行う。その後、時刻Ｔ_２で、窒素パージ用のバルブ１０４、インレットバルブ１０６及びアウトレットバルブ１０７を全閉にする。また真空バルブ１１０の開度を第１の工程のときの開度よりも大きい開度（例えば、全開（１００％））に設定し、反応チャンバ１０１内を減圧排気する。本実施例では、第１の工程と第２の工程とで構成されたサイクルを６回繰り返す。最初のサイクルの第１の工程を３０分間行い、２サイクル目以降の各第１の工程を３１５秒間行う。第２の工程の継続時間は、例えば４５秒間、１６０秒間、３４０秒間及び６４０秒間の何れかの値とする。本実施例において、第２の工程の時間が長くなると、犠牲層のエッチングに要する時間、時刻Ｔ_１〜Ｔ_３が長くなる。基板３００を反応チャンバ１０１に設置し、上述のエッチング処理を行った後、反応チャンバ１０１から取り出すまでの間、基板３００は反応チャンバ１０１内に設置されたままである。

エッチング処理後の基板３００の断面図を図２（ｂ）に示す。最初の３０分間の第１の工程によって１６３．５μｍの長さの中空部（Ａ）３５１が形成される。その後、第１の工程と第２の工程とを含むサイクルを５回繰り返すことによって中空部（Ｂ）３５２が形成される。

図４に、上述の比較対象の実施例及び第１の実施例に従って基板３００をエッチングした実験結果を示す。図４の表の各項目について説明する。「条件番号」は、実験を行った条件ごとに付した番号を示す。それぞれの実験で、図３（ａ）の基板３００のエッチングを行った。「真空引き時間」は、各サイクルにおける第２の工程の継続時間を示す。条件番号１の実験では、第２の工程の継続時間が０である。すなわち、条件番号１の実験では第２の工程を行わない比較対象の実施例に対応する。条件番号２〜５はそれぞれ、第１の実施例に対応する。「ＸｅＦ_２供給時間」は、２回目以降の各サイクルにおける第１の工程の継続時間を示す。１回目のサイクルにおける第１の工程の継続時間は上述のように３０分間である。「サイクル合計時間」は、１回のサイクルを実行するのに要する時間を示す。この時間は、第１の工程の継続時間と第２の工程の継続時間との和に等しい。「エッチング長」は、サイクルを５回繰り返すことによって得られた中空部（Ｂ）３５２の長さを示す。「ＸｅＦ_２消費量」は、サイクルを５回繰り返す間に反応チャンバ１０１に供給されたＸｅＦ_２の量を示す。条件番号２乃至５は、第２の工程である真空引きの時間を変えたのみでＸｅＦ_２を反応チャンバ１０１に供給する時間は変えていないため、消費したＸｅＦ_２の量は同じである。「ＸｅＦ_２使用効率」は、「エッチング長」を「ＸｅＦ_２消費量」で除した値を示す。

上記の実験では、中空部（Ｂ）３５２の長さの測長を以下のようにして行った。まずエッチング処理の終了後の基板３００を上面から光学顕微鏡で観察し、エッチングされたアモルファスシリコン膜３０３の長さを測長した。この値から最初の３０分間の第１の工程によって形成された中空部（Ａ）３５１の１６３．５μｍの長さを減算した。

図４からＸｅＦ_２の消費量が同一であっても、第２の工程の時間によってエッチング長が異なることが分かる。第２の工程の時間を長くしたとき、アモルファスシリコン膜３０３のエッチング長が増大する。図５に、図４の「真空引き時間」を横軸にとり、「エッチング長」を縦軸にとって各実験結果をプロットしたグラフを示す。このグラフから、１回の第２の工程の時間が３４０秒以上になった場合、エッチング長の増大する率は減少し、エッチング長は約６４μｍで概ね飽和する傾向がみられる。

図４から、第１の工程と第２の工程とを含むサイクルを繰り返した条件番号２乃至５の方が、第１の工程のみの条件番号１よりも少ないＸｅＦ_２消費量にも関わらず、エッチング長が長く、ＸｅＦ_２の使用効率が高いことがわかる。更にＸｅＦ_２の使用効率は、第２の工程の時間が長いほど向上することが分かる。

エッチング長が第２の工程の時間に影響される原因として、反応チャンバ１０１内に供給されるＸｅＦ_２量と開口部３０５を経由してアモルファスシリコン膜３０３の露出する端面に到達しエッチング処理に寄与するＸｅＦ_２の量とが異なることが考えられる。つまり、基板３００のアモルファスシリコン膜３０３の露出する端面はエッチング処理の進行とともに開口部３０５から離れる。このためエッチング処理が進むにつれ、狭小な中空となった部分へのＸｅＦ_２の供給やエッチング後の反応生成物の排出というガス置換がエッチング処理の初期の段階に比べて難しくなる。このためエッチングレートが低下する。こうしたエッチングレートの低下はアスペクト比１００以上で発生する。またアスペクト比５０以上でも発生する可能性がある。これに対して、第２の工程をフロー式のエッチング処理の途中に挿入した場合、反応チャンバ１０１内の全圧が一旦、低下する。これによって狭小となった中空部から反応生成物が排出される。次に第１の工程となりＸｅＦ_２が、速やかに基板３００のアモルファスシリコン膜３０３の露出した端部に供給される。この結果、狭小な中空部でのガス置換が促進され、エッチング長が増大するものと考えられる。

またエッチングレートがエッチング処理の進行とともに低下する状態においても、フロー式の第１の工程ではＸｅＦ_２を含む処理ガスは反応チャンバ１０１に供給され、同時に排出される。結果として、エッチング反応に寄与するＸｅＦ_２よりも未反応のまま反応チャンバ１０１内から排出されるＸｅＦ_２の割合が増大することになり、ＸｅＦ_２の使用効率が悪化する。この使用効率も、狭小な中空部でのガスの置換が促進される第２の工程を設け、ＸｅＦ_２ガスの供給を中断することで改善する。

エッチング長が飽和することから明らかなように、第２の工程の時間は、ガスの置換が十分に行われる範囲で最小限の時間とすることでＸｅＦ_２の十分な使用効率が得られる。高価なＸｅＦ_２の使用効率が上がることで、経済的なエッチング処理を行うことが可能となる。このとき基板の反応チャンバ１０１内の滞留時間が短くなるため、生産性も向上する。また基板の反応チャンバ１０１内の滞留時間の短縮を優先する場合、例えばＸｅＦ_２の使用効率が最大ではない第２の工程の時間を選択してもよい。これらは、エッチング処理の工程の目的に応じて適宜選択すればよい。

また本実施例で用いた基板３００では、１回の第２の工程の時間が３４０秒程度でエッチング長が飽和する。アモルファスシリコン膜３０３が基板３００よりも薄い場合や、アモルファスシリコン膜３０３の露出する端面がエッチング処理の進行でさらに後退した場合、中空部がより狭小かつ長大となるため、この飽和に達するまでに必要な最小限の時間が長くなる。つまりアスペクト比が高くなるほど、中空部の奥までＸｅＦ_２が届き難く、また生成された反応生成物の排出が困難となる。そこで、形成すべき中空部のアスペクト比に応じて、エッチング処理を進行させるために、例えば第２の工程の時間を延ばし、第１の工程の時間よりも長くしてもよい。更に本実施例において、２回目以降の各サイクルの第１の工程の時間と第２の工程の時間とをそれぞれ一定としているが、例えばｎを１以上の整数として、ｎ回目のサイクルよりも（ｎ＋１）回目のサイクルにおいて、第２の工程の時間を長くしてもよい。また第２の工程における真空バルブ１１０の開度は上述では全開（１００％）としたが、１００％未満でもよい。この場合、反応チャンバ１０１の排気速度が低下し、エッチング長が飽和するまでに必要な最小限の時間が長くなる。

またアスペクト比が低い構造体を形成する場合、第２の工程の時間が短くても、反応生成物が十分に排出される。この場合ＸｅＦ_２を供給する時間の長い方がよい。よって例えば２回目以降の各サイクルの第１の工程の時間を第２の工程の時間よりも長くしてもよい。また高いアスペクト比の構造体を形成する場合においても、エッチング処理の初期の段階では、その構造はアスペクト比の低い状態を経由する。したがって、第１の工程の時間と第２の工程の時間とを変化させながらエッチング処理を行うことによってエッチングレートを向上させ、結果として生産性を向上させることが可能となる。

例えば、第１の工程と第２の工程とを含むサイクルをｍ回繰り返すとする。この場合に、
ｎ回目のサイクルの第１工程の時間≧（ｎ＋１）回目のサイクルの第１工程の時間、
ｎ回目のサイクルの第２工程の時間≦（ｎ＋１）回目のサイクルの第２工程の時間、
が１以上（ｍ−１）以下の任意の整数ｎについて成り立つように各サイクルのエッチング処理を行ってもよい。

または、各サイクルにおいて第１の工程の時間が占める比率がエッチング処理の進行とともに減少するようにエッチング処理を行ってもよい。すなわち、
ｎ回目のサイクルの第１工程の時間／ｎ回目のサイクルの第２工程の時間
≦（ｎ＋１）回目のサイクルの第１工程の時間／（ｎ＋１）回目のサイクルの第２工程の時間
が１以上（ｍ−１）以下の任意の整数ｎについて成り立つように各サイクルのエッチング処理を行ってもよい。

以上述べたように、本実施例はフロー式の第１の工程のエッチング処理に減圧排気を行う第２の工程を挿入することによって、エッチング用のガスであるＸｅＦ_２の使用効率を改善する効果を有する。エッチング長の飽和に必要な減圧排気を行う最小限の時間はエッチング対象となる基板の構造や、エッチング処理に用いる装置の構成、例えば反応チャンバの構造や真空ポンプによって決まる真空度などによって異なるため、適宜、決定すればよい。

第２の実施例
第１の実施例において、基板の反応チャンバ１０１への設置から取り出しまでの、反応チャンバ１０１内の滞留の時間を考慮せず、第２の工程の時間を十分にとることによってＸｅＦ_２の使用効率の改善が可能であることが分かる。一方、実際には生産上のタクトタイムの観点から反応チャンバ１０１内の滞留時間に制限がある場合が多い。ＸｅＦ_２を用いたシリコンのエッチング処理について、第１の工程と第２の工程との合計時間を統一し、それぞれの時間の比率のみを変化させる。つまりシークエンス全体の合計時間、換言すれば基板の反応チャンバ１０１内の滞留時間を変化させない場合のＸｅＦ_２使用効率を示す。本実施例において、第１の工程と第２の工程との時間以外の実施例は第１の実施例と同様の図２（ｂ）のタイミングチャートにおけるバルブ操作であるため、ここでは実験方法の詳細な説明を省略する。

図６に上述の比較対象の実施例及び第２の実施例に従って第１の工程と第２の工程との合計時間を同じとし、それぞれの時間の比率を変化させたときの実験結果を示す。図６の表の各項目のうち、「平均エッチングレート」は、反応チャンバ１０１へＸｅＦ_２が供給された時間でなく、サイクルの合計時間によってエッチング長を除した値である。また図４と同じ項目については、重複する説明をここでは省略する。条件番号１の実験では第２の工程を行わない比較対象の実施例に対応する。条件番号２〜５の実験はそれぞれ、第２の実施例に対応する。本実施例において第１の工程と第２の工程とを含むサイクルの１回の時間を３６０秒とし、このサイクルを５回繰り返す。第１及び第２の工程の継続時間は、例えば３１５秒間及び４５秒間、３００秒間及び６０秒間、２００秒間及び１６０秒間又は１４０秒間及び２２０秒間の何れかの値とする。第２の工程の時間を長くした場合、第１の工程の時間は短くなり、反応チャンバ１０１へＸｅＦ_２を供給する時間が減少する。その結果、ＸｅＦ_２の消費量は減少する。

図６から、平均エッチングレートは第２の工程を挿入しない条件番号１で１．３μｍ／ｍｉｎであるが、第２の工程の時間が４５秒間及び６０秒間の条件で１．７μｍ／ｍｉｎと向上し改善の効果が得られる。しかし、第２の工程の時間が１６０秒間以上では減少に転じ、１６０秒間では１．３μｍ／ｍｉｎと第２の工程を挿入しない場合と同等になり、さらに２２０秒間では１．０μｍ／ｍｉｎまで減少する。これは１サイクルの合計時間が一定のため、第２の工程の時間を増やしガスの置換が効率的に行われる効果と、第１の工程の時間が短くなり供給されるＸｅＦ_２によるエッチング反応の起こる時間が短くなる効果とのトレードオフに起因するものと考えられる。またＸｅＦ_２の使用効率の指標である「ＸｅＦ_２使用効率」は、比較対象の実施例である条件番号１よりも第２の工程を挿入した本実施例の条件番号２乃至５の方が大きく、更に第２の工程の時間が長いほど改善される効果が得られた。

このため、ＸｅＦ_２の使用効率と平均エッチングレートを最適化するならば、第２の工程の時間が６０秒間、第１の工程の時間が３００秒間の組み合わせの実施例を選択するのがよい。しかし、第２の工程の時間を長くする条件では、平均エッチングレートは犠牲になるが、ＸｅＦ_２の使用効率の改善には特に効果が高い。

以上、本発明に係る実施例を２形態示した。第１の工程の時間を一定としたとき、トータルのプロセス時間を犠牲にして第２の工程の時間を長くすることによってＸｅＦ_２の使用効率を改善できることが示される。また、全体のプロセス時間を犠牲にすることなく、第１の工程と第２の工程との時間の比率を変更することによって、平均エッチングレートおよびＸｅＦ_２の使用効率を改善できることが示される。本発明のエッチング処理によって従来のフロー式のエッチング処理と比較して、ＸｅＦ_２の使用効率が改善され、エッチングレートの高い犠牲層のエッチング処理が可能となる。また封入式のエッチング処理と反応生成物の排出とを繰り返す特許文献１の方法と比較して、フロー式のエッチング処理と反応生成物の排出とを繰り返す本発明は、高いエッチングレートを得ることが可能となる。また、第１の工程と第２の工程との時間を適宜選択することにより、特許文献１の方法と比較してＸｅＦ_２の使用効率の改善も可能となる。

また本発明は上述したこれらの実施例に限定されるものではない。第２の工程において、例えばマスフローコントローラ１０３の窒素流量を０ｓｃｃｍに設定しキャリアガスの供給を停止することによってＸｅＦ_２の供給を止めてもよい。また例えばインレットバルブ１０６とアウトレットバルブ１０７とを全閉にし、窒素パージ用のバルブ１０４を全開にすることによってＸｅＦ_２の供給を止めてもよい。このとき反応チャンバ１０１にはエッチング用のガス以外のガス、窒素が流れ、反応生成物とともに真空バルブ１１０から排出される。

以上の実施形態では、エッチング用のガスとしてＸｅＦ_２を用いる場合を説明した。しかし、エッチング用のガスとして、ＸｅＦ_２以外を用いる場合であっても、上記の実施形態によってエッチング用のガスの使用効率を向上できる。

１０１ 反応チャンバ、１０７ アウトレットバルブ、１１０ 真空バルブ、３００ 基板

Claims (19)

1. 基板に形成された犠牲層を除去することによって前記基板に中空構造を形成する方法であって、
   エッチング装置の反応チャンバ内に前記基板を設置する設置工程と、
   前記犠牲層をエッチングするためのエッチング用のガスを前記反応チャンバに供給しながら、前記反応チャンバ内のガスの排出を行う第１の工程と、
   前記反応チャンバに前記エッチング用のガスを供給せずに、前記反応チャンバ内のガスの排出を行う第２の工程と、
   前記基板を前記反応チャンバから取り出す取り出し工程と、を含み、
   前記設置工程と前記取り出し工程との間に、前記第１の工程と前記第２の工程とを含むサイクルを少なくとも２回繰り返すことによってエッチングすることを特徴とする方法。
2. 前記第１の工程の時間が、前記サイクルを繰り返す間に変化することを特徴とする請求項１に記載の方法。
3. 前記サイクルを繰り返すにつれて、前記第１の工程の時間が短くなることを特徴とする請求項２に記載の方法。
4. 前記第２の工程の時間が、前記サイクルを繰り返す間に変化することを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の方法。
5. 前記サイクルを繰り返すにつれて、前記第２の工程の時間が長くなることを特徴とする請求項４に記載の方法。
6. 前記サイクルにおいて前記第１の工程の時間が占める比率が、前記サイクルを繰り返す間に変化することを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載の方法。
7. 前記サイクルを繰り返すにつれて、前記比率が小さくなることを特徴とする請求項６に記載の方法。
8. 前記第１の工程において、前記エッチング用のガスの供給部と前記反応チャンバとを接続する第１のバルブを開くことによって、前記反応チャンバに前記エッチング用のガスを供給し、
   前記第２の工程において、前記第１のバルブを閉じることによって、前記エッチング用のガスの供給を停止することを特徴とする請求項１乃至７のいずれか１項に記載の方法。
9. 前記第１の工程において、前記反応チャンバ内のガスを排出する第２のバルブの開度を調整することによって、前記反応チャンバ内の圧力を一定に保つことを特徴とする請求項１乃至８のいずれか１項に記載の方法。
10. 前記第１の工程において、前記第２のバルブは異なる２つの開度の間で切り替わることを特徴とする請求項９に記載の方法。
11. 前記第２のバルブは、前記第２の工程における開度が前記第１の工程における開度よりも大きくなるように制御されることを特徴とする請求項９又は１０に記載の方法。
12. 前記第２の工程において、前記第２のバルブは全開であることを特徴とする請求項９乃至１１のいずれか１項に記載の方法。
13. 前記犠牲層がシリコンであることを特徴とする請求項１乃至１２のいずれか１項に記載の方法。
14. 前記エッチング用のガスが二フッ化キセノンを含むことを特徴とする請求項１乃至１３のいずれか１項に記載の方法。
15. 前記中空構造のアスペクト比が５０以上であることを特徴とする請求項１乃至１４のいずれか１項に記載の方法。
16. 前記中空構造のアスペクト比が１００以上であることを特徴とする請求項１乃至１５のいずれか１項に記載の方法。
17. 前記第２の工程において、前記エッチング用のガス以外のガスを前記反応チャンバに供給することを特徴とする請求項１乃至１６のいずれか１項に記載の方法。
18. 前記エッチング用のガス以外のガスが窒素を含むことを特徴とする請求項１７に記載の方法。
19. 反応チャンバと、前記反応チャンバ内にエッチング用のガスを供給する第１のバルブと、前記反応チャンバ内のガスを排出する第２のバルブと、を含む装置を用いて、基板に形成された犠牲層を除去することによって前記基板に中空構造を形成する方法であって、
    エッチング装置の反応チャンバ内に前記基板を設置する設置工程と、
    前記エッチング用のガスを前記反応チャンバに供給するために前記第１のバルブを開く開き工程と、
    前記反応チャンバへの前記エッチング用のガスの供給を停止するために前記第１のバルブを閉じる閉じ工程と、
    前記基板を前記反応チャンバから取り出す取り出し工程と、を含み、
    前記設置工程と前記取り出し工程との間に、前記第２のバルブを開いた状態で、前記開き工程と前記閉じ工程との組み合わせを少なくとも２回繰り返すことによってエッチングすることを特徴とする方法。