KR100565032B1 - 실리콘계 구조체의 제조장치 및 제조방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 중공 실리콘계 구조체의 제조 공정을 간단화한다. 실리콘계 구조체의 제조장치는 실리콘 기판 위에 산화실리콘 층이 형성되고, 당해 산화실리콘 층이 실리콘 층으로 피복된 시료를 가공하여 중공 실리콘계 구조체를 제조하는 장치이다. 이 장치는 제1 가스 공급부(20, 21), 제2 가스 공급부(30, 31), 에칭 반응실(10), 선택 연통 수단(23 내지 26, 34, 35) 및 가스 배출 수단(42)을 구비하고 있다. 제1 가스는 실리콘을 에칭한다. 제2 가스는 산화실리콘을 에칭하고 실리콘을 거의 에칭하지 않는다. 선택 연통 수단(23 내지 26, 34, 35)은 에칭 반응실(10)을 제1 가스 공급부(20, 21)와 제2 가스 공급부(30, 31) 중의 하나에 선택적으로 연통시킨다. 가스 배출 수단(42)은 에칭 반응실(10) 내의 가스를 배출한다.
중공 실리콘계 구조체, 실리콘, 산화실리콘, 질화실리콘, 제1 가스, 제2 가스, 선택 연통 수단, 가스 배출 수단, 에칭 반응실, 에칭, 연결부, 개폐 수단, 시료 반송 수단.

Description

실리콘계 구조체의 제조장치 및 제조방법{Production device and production method for silicon-based structure}
본 발명은 실리콘계 재료의 가공 기술과 실리콘계 구조체의 제조 기술에 관한 것이다. 본 명세서에서 말하는 실리콘계 재료란, 단결정 실리콘, 다결정 실리콘, 산화실리콘, 질화실리콘 등을 말한다. 실리콘계 구조체란, 제조 중 또는 제조 후에 있어서, 실리콘계 재료가 함유되어 있는 구조체를 말한다. 실리콘계 구조체에는 실리콘계 재료 이외의 재료가 함유될 수 있다.
반도체 제조 기술의 진전에 따라 여러 가지 실리콘계 재료의 가공 기술이 개발되고 있다. 이러한 실리콘계 재료의 가공 기술을 사용함으로써, MOS(Metal Oxide Semiconductor) 등의 반도체 소자 뿐만 아니라, 센서 또는 작동기 등의 기능을 갖는 여러 가지 실리콘계 구조체를 제조할 수 있게 되었다. 오늘날에는 수 ㎛ 이하의 실리콘계 재료의 미세가공이 가능해지고, 이러한 미세가공 기술(마이크로 머시닝 기술)에 의해, ㎛ 정도의 미소 구조체의 제조도 가능해지고 있다.
(제1 배경기술)
예를 들면, 도 22에 도시된 중공 공간(320)을 갖는 실리콘계 구조체를 실리콘계 재료의 가공 기술을 사용하여 제조하는 방법을 도 20 내지 도 22를 참조하여 설명한다. 당해 실리콘계 구조체는 중공 공간(320)의 위쪽으로 연신하는 빔(beam)이나 매스(mass: 질량체) A를 갖는다.
우선, 도 20에 도시된 바와 같이, 실리콘 기판(302) 위의 소정 영역에 산화실리콘 층(308)을 형성한다. 다음에, 산화실리콘 층(308)을 피복하도록 실리콘 층(312)을 형성한다.
이상의 공정을 경유하여 수득한 도 20에 도시된 시료를 건식 에칭 장치의 에칭 반응실에 수용한다. 당해 장치에서는 실리콘을 에칭하는 가스를 에칭 반응실에 공급하여, 도 21에 도시된 바와 같이 실리콘 층(312)을 국소적으로 건식 에칭한다. 이에 의해, 산화실리콘 층(308)에 도달하는 에칭 구멍(318)이 형성된다. 그 결과, 산화실리콘 층(308)의 일부가 노출된다.
에칭 구멍(318)이 형성된 도 21에 도시된 시료를, 이번에는 습식 에칭 장치의 에칭 용기에 수용하여 에칭액에 침지시킨다. 당해 에칭액은, 예를 들면 불화수소산을 희석한 용액(묽은 HF)이다. 불화수소 용액은 산화실리콘을 에칭하고 실리콘은 거의 에칭하지 않는다. 그 결과, 도 22에 도시된 바와 같이, 산화실리콘 층(308)이 습식 에칭되어 제거된다. 산화실리콘 층(308)은, 최종적으로는 제거함으로써 중공 공간(320)을 만들어내기 위한 층이다. 이 층은 일반적으로「희생층」이라고 칭한다. 그 결과, 중공 공간(320)을 갖는 중공 실리콘 구조체가 제조된다.
당해 구조체는, 예를 들면, 가속도 센서로서 사용된다. 가속도 센서로서 사용되는 경우에는, 실리콘 층(312)의 일부 A가 가속도가, 작용하면 변위(變位)하는 빔 또는 매스로서 사용된다. 예를 들면, 실리콘 기판(302)의 기판면에 대해 수직 방향의 가속도가 작용하면, 매스 A가 기판면에 대해 수직 방향으로 변위한다. 매스 A의 변위를 도시하지 않은 전극대간의 정전용량의 변화로 검출함으로써, 작용한 가속도를 검출할 수 있다. 또는, 실리콘 기판(302)의 기판면에 대해 수직 방향의 가속도가 작용하면, 빔 A가 휘어진다. 빔 A의 휨을 도시하지 않은 피에조 저항의 저항 변화로 검출함으로써, 작용한 가속도를 검출할 수 있다. 또한, 실리콘 기판(302)의 기판면에 평행한 방향의 가속도를 검출하는 것도 가능하다.
(제2 배경기술)
예를 들면, 도 26에 도시된 중공 공간(420)을 갖는 실리콘계 구조체를 실리콘계 재료의 가공 기술을 사용하여 제조하는 방법을 도 23 내지 도 26을 참조하여 설명한다. 당해 실리콘계 구조체는 중공 공간(420)의 위쪽에 위치하는 다이아프램 B를 갖는다.
우선, 도 23에 도시된 바와 같이, 단결정 실리콘 기판(402)에 국부적으로 불순물을 주입하여 하부 전극(404)을 형성한다. 실리콘 기판(402)의 표면을 질화 처리하여, 하부 질화실리콘 층(410)을 형성한다. 하부 질화실리콘 층(410) 위의 소정 영역에 다결정 실리콘 층(408)을 형성한다. 이러한 예에서는 다결정 실리콘 층(408)이 희생층이 된다. 이러한 다결정 실리콘 층(408)을 피복하도록 상부 제1 질화실리콘 층(412)을 형성한다. 상부 제1 질화실리콘 층(412) 위의 소정 영역에 상부 전극(406)을 형성한다. 상부 전극(406)은 다결정 실리콘 등으로 형성된다. 상부 전극(406)을 피복하도록 상부 제2 질화실리콘 층(414)을 형성한다. 상부 전극(406)이 존재하지 않는 부분에서 상부 질화실리콘 층(412, 414)을 에칭하여 다결정 실리콘 층(408)에 도달하는 에칭 구멍(418)을 형성한다. 이에 의해, 다결정 실리콘 층(408)의 일부가 노출된다. 그 결과, 다결정 실리콘 층(408)의 노출된 부분이 산화하여 자연 산화막(산화실리콘)(419)이 형성되어 버린다.
이상의 공정을 경유하여 수득한 시료를 산화실리콘의 습식 에칭 장치의 에칭 용기에 넣고 에칭액에 침지시킨다. 당해 에칭액은 위의 불화수소산을 희석시킨 용액(묽은 HF) 등이다. 불화수소 용액은 산화실리콘을 에칭하고 질화실리콘은 거의 에칭하지 않는다. 그 결과, 도 24에 도시된 바와 같이, 자연 산화막(419)은 습식 에칭되어 제거된다. 다음에, 자연 산화막(419)이 제거된 시료를 실리콘의 건식 에칭 장치의 에칭 반응실에 수용한다. 당해 장치에서는 실리콘을 에칭하고 질화실리콘은 거의 에칭하지 않는 가스를 에칭 반응실에 공급하여, 희생층인 다결정 실리콘 층(408)을 건식 에칭한다. 그 결과, 중공 공간(420)이 형성된다.
그 다음에, 도 25에 도시된 바와 같이, 상부 전극(406)과 하부 전극(404) 위에 접촉 구멍(422a, 422b)을 형성한다. 그 후, 배선층이 되는 알루미늄 층(416)을 시료의 표면 전체에 대해 형성한다. 그 후, 도 26에 도시된 바와 같이, 알루미늄 층(416)을 패턴화하여 상부 전극(406)에 접하는 배선층(416a)과 하부 전극(404)에 접하는 배선층(416b)을 형성한다. 그 후, 밀봉층(424)을 형성하여 에칭 구멍(418)을 밀봉한다. 그 결과, 중공 공간(420)을 갖는 중공 실리콘계 구조체가 제조된다. 당해 구조체는 압력 센서로서 기능한다.
당해 구조체에서는 상부 질화실리콘 층(412, 414)과 상부 전극(406)과 밀봉층(424)의 소정 부위 B가 다이아프램으로서 기능한다. 중공 공간(420)은 밀봉된 공간이며, 압력 기준실로서 기능한다. 이러한 구조체에서는, 다이아프램 B에 작용한 압력과 기준압의 차이에 따라서 다이아프램 B가 휘어진다. 다이아프램 B가 휘어지면, 상부 전극(406)과 하부 전극(404) 사이의 거리가 변화된다. 양 전극(406, 404) 사이의 거리가 변화되면, 양 전극(406, 404) 사이의 정전용량이 변화된다. 이러한 정전용량의 변화량을 검출함으로써, 다이아프램 B에 작용하는 압력의 크기를 검출할 수 있다.
발명의 개시
어느 배경기술에 있어서도, 산화실리콘을 제거하기 위해 습식 에칭이 실시되고 있다. 그러나, 습식 에칭을 실시하면, 그 다음에, 시료에 부착된 에칭 용액을 세정하는 공정 또는 이러한 세정 후에 시료를 건조시키는 공정을 실시해야 한다. 이 때문에, 구조체의 제조 공정이 번잡해지는 문제가 있다.
또한, 습식 에칭을 실시하면, 이후의 세정 공정이나 건조 공정에서 액체의 표면장력으로 중공 구조체의 중공 공간을 둘러싸는 층끼리 점착되는, 소위 스티킹 현상(sticking phenomenon)이 발생할 우려가 있다. 스티킹 현상이 발생하면, 구조체는 센서 또는 작동기 등으로서 거의 기능하지 않게 된다. 즉, 스티킹 현상은 불량품을 발생시키고, 제품 수율을 저하시키는 요인이 된다.
제1 배경기술을 예로 들면, 도 22에 도시된 구조체에 있어서, 매스 및 빔 A로서 기능하는 실리콘 층(312)이 실리콘 기판(302)에 점착되는 경우, 작용하는 가속도에 의한 매스 A의 변위량 또는 빔 A의 휨량이 현저히 감소한다. 그 결과, 당해 구조체는 가속도 센서로서 거의 기능하지 않게 된다.
제2 배경기술을 예로 들면, 도 26에 도시된 다이아프램 B로서 기능하는 상부 제1 질화실리콘 층(412)이 하부 질화실리콘 층(410)에 점착되는 경우, 작용하는 압력에 의한 다이아프램 B의 휨량이 현저히 감소한다. 그 결과, 당해 구조체는 압력 센서로서 거의 기능하지 않게 된다.
센서 또는 작동기 등의 고감도화, 고정밀도화에 대한 요구가 높아지고 있다. 이러한 요구에 대응하기 위해서, 구조체의 강성은 보다 낮아지고, 구조체의 형상치수는 보다 작아지는 경향이 있다. 구조체의 강성이 보다 낮아지거나 구조체의 형상치수가 보다 작아지면, 습식 에칭에 의해 스티킹 현상이 발생할 가능성이 보다 높아진다. 이와 같이, 최근에는 습식 에칭에 의해 불량품이 발생하기 쉬운 상황이 되고 있다.
반대로 말하자면, 불량품을 발생시키지 않기 위해서는, 구조체의 강성을 높이고, 구조체의 형상치수를 크게 하지 않을 수 없다. 그 결과, 고감도 또는 고정밀도의 센서 또는 작동기 등으로서 기능하는 구조체의 실현이 방해받게 된다.
또한, 제2 배경기술에 있어서의 제조 공정에 의하면, 도 25에 도시된 바와 같이, 알루미늄 층(416) 형성시, 당해 알루미늄(416)이 에칭 구멍(418)으로부터 공간(420) 내로 삽입된다. 그 결과, 도 26에 도시된 바와 같이, 삽입된 알루미늄의 일부(416c)가 패턴화 후에도 제거되지 않고 공간(420) 내에 잔존하는 경우가 발생한다. 공간(420) 내에 알루미늄(416c)이 잔존하면, 다이아프램 B에 압력이 작용했을 경우에, 다이아프램 B의 휨을 방해한다. 즉, 압력 센서로서 거의 기능하지 않는 구조체가 제조되어 불량품이 발생하게 된다.
도 23의 자연 산화막(419)과 실리콘 층(408)을 에칭하기 전에 알루미늄 층(416)을 형성할 수 있으면, 이러한 문제는 생기지 않는다. 그러나, 자연 산화막(419)을 에칭하는 불화수소 용액은 알루미늄(416)을 에칭하여 버린다. 이로 인해, 제2 배경기술에서는, 도 23의 자연 산화막(419)과 실리콘 층(408)을 에칭한 후에 도 25의 알루미늄 층(416)을 형성하지 않을 수 없다. 또한, 제1 배경기술의 실리콘계 구조체에도 동일한 문제가 발생할 수 있다.
또한, 실리콘계 구조체 제조시의 스티킹 현상 발생 뿐만 아니라, 사용시의 스티킹 현상 발생을 감소시키는 것도 중요한 과제이다. 사용시의 스티킹 현상 발생을 감소시킬 수 있으면, 실리콘계 구조체의 사용시 고장품 발생을 감소시킬 수 있다.
이상에서는, 불화수소 용액 등에 의해 산화실리콘을 습식 에칭하는 경우의 문제점에 관해서 설명했다. 이에 대해, 최근에는 불화수소 가스에 의해 산화실리콘을 건식 에칭할 수 있는 장치도 나타나고 있다. 이와 관련하는 기술은 일본 공개특허공보 제(평)8-116070호, 일본 공개특허공보 제(평)4-96222호에 기재되어 있다. 그러나, 당해 장치를 사용하는 경우에도, 실리콘의 건식 에칭 장치의 에칭 반응실과 산화실리콘의 건식 에칭 장치의 에칭 반응실 사이에서 시료를 바꿔 옮기는 번거로운 작업이 필요해진다. 이러한 작업은 제조 공정을 번잡하게 한다. 또한, 시료를 바꿔 옮길 때에 당해 시료를 외부 공기에 노출시킨다. 이것은 실리콘계 구조체의 제조시 불량품 발생 또는 사용시의 고장품 발생을 초래하는 요인이 된다. 특히, 실리콘의 표면에 형성된 자연 산화막의 건식 에칭을 실시한 후, 실리콘의 건식 에칭을 실시하기 위해서 시료를 바꿔 옮기는 경우는, 당해 시료가 외부 공기에 노출됨으로써, 이 시료의 실리콘 표면에 다른 자연 산화막이 형성되어 버릴 우려가 있다.
이와 같이, 실리콘과 산화실리콘의 에칭을 별도의 건식 에칭 장치를 사용하여 실시하도록 하면, 상기한 바와 같은 문제나 고비용의 문제가 생긴다. 이로 인해, 실리콘계 구조체를 제조하는 경우, 제1 및 제2 배경기술에서 설명한 바와 같이, 실리콘의 에칭은 실리콘의 건식 에칭 장치로 실시하며, 산화실리콘의 에칭은 종래부터 널리 사용되고 있는 산화실리콘의 습식 에칭 장치로 실시하는 것이 실제로는 일반화 되고 있다.
본 발명은 실리콘계 구조체의 제조 공정을 간단화하는 것을 제1 과제로 한다.
본 발명은 실리콘계 구조체의 제조시의 불량품 발생 또는 사용시의 고장품 발생을 적게 하는 것을 제2 과제로 한다.
본 발명은 고감도 또는 고정밀도의 센서 또는 작동기 등으로서 기능하는 실리콘계 구조체를 실현하는 것을 제3 과제로 한다.
본 발명은 이상과 같은 과제 중의 적어도 하나를 해결하기 위해 이루어진 것이다.
상기한 실리콘의 건식 에칭 장치 및 산화실리콘의 건식 에칭 장치는 센서 또는 작동기 등의 구조체의 가공을 고려하여 제조된 것이 아니며, MOS 등의 반도체 소자의 가공을 고려하여 제조되는 배경이 있다. MOS 등의 반도체 소자의 가공에 있어서는, 에칭에 필요한 재료가 실리콘만 또는 산화실리콘만인 경우도 적지 않다. 또한, 실리콘과 산화실리콘 모두를 에칭하지 않으면 안되는 경우에도, 한 쪽 재료(실리콘 또는 산화실리콘)를 에칭한 후에 특정 가공(예를 들면, 결정성장 또는 막 성형 등)을 실시한 다음, 다른 쪽 재료(산화실리콘 또는 실리콘)를 에칭한다. 상기한 실리콘의 건식 에칭 장치 또는 산화실리콘의 건식 에칭 장치는 이러한 경우를 예상하여 제조되고 있다. MOS 등의 반도체 소자의 가공에 있어서는, 한 쪽 재료(실리콘 또는 산화실리콘)를 에칭한 후에 계속해서 다른 쪽 재료(산화실리콘 또는 실리콘)를 에칭하는 경우는 적다.
이와 같은 상황에서, 본 발명자들은 실리콘계 구조체를 제조하는 데 적합한 기술을 실현하기 위해서 예의 연구한 결과, 실리콘의 건식 에칭과 산화실리콘의 건식 에칭을 동일한 에칭 반응실에서 실시함으로써, 실리콘계 구조체에 관한 상기의 과제를 효과적으로 해결할 수 있다는 착상을 밝혀낸 것이다.
본 발명을 구현화한 실리콘계 재료의 가공 장치 또는 실리콘계 구조체의 제 조장치는 센서 또는 작동기 등으로서 기능하는 실리콘계 구조체의 제조를 처음으로 염두에 두었다는 점에서 참신한 장치이다. 또한, 본 발명은 실리콘계 구조체의 제조방법으로도 구현화된다.
이하에, 본 발명을 구현화한 제1 내지 제8 형태와 이러한 형태의 보다 바람직한 실시 형태를 설명한다.
본 발명을 구현화한 제1 형태는 실리콘계 재료의 가공 장치이다. 이 장치는 제1 가스 공급부, 제2 가스 공급부, 에칭 반응실, 선택 연통 수단 및 가스 배출 수단을 구비하고 있다. 제1 가스는 실리콘을 에칭하는 가스이다. 제2 가스는 산화실리콘을 에칭하고 실리콘은 거의 에칭하지 않는 가스이다. 선택 연통 수단은 에칭 반응실을 제1 가스 공급부와 제2 가스 공급부 중의 하나에 선택적으로 연통시킨다. 가스 배출 수단은 에칭 반응실 내의 가스를 배출한다.
이러한 형태에 의하면, 선택 연통 수단에 의해 제1 가스 공급부를 에칭 반응실에 연통시킴으로써, 에칭 반응실에 제1 가스를 공급할 수 있다. 에칭 반응실에 제1 가스를 공급함으로써, 실리콘의 적어도 일부를 건식 에칭하여 제거할 수 있다. 가스 배출 수단에 의해 에칭 반응실 내의 제1 가스를 배출할 수 있다. 선택 연통 수단에 의해 제2 가스 공급부를 에칭 반응실에 연통시킴으로써, 에칭 반응실에 제2 가스를 공급할 수 있다. 에칭 반응실에 제2 가스를 공급함으로써, 실리콘이 잔존하는 경우는 이러한 실리콘을 잔존시키면서, 산화실리콘의 적어도 일부를 건식 에칭하여 제거할 수 있다. 제2 가스를 공급한 후에 제1 가스를 공급하더라도 물론 양호하다.
이러한 형태에 의하면 산화실리콘을 제거하기 위해서 습식 에칭하지 않아도 양호하다. 따라서, 시료에 부착된 에칭액을 세정하는 공정 또는 이러한 세정 후에 시료를 건조시키는 공정을 실시하지 않아도 양호하다. 이로 인해, 실리콘계 구조체의 제조 공정을 간단화할 수 있다.
또한, 산화실리콘을 제거하기 위해서 습식 에칭하지 않아도 양호하기 때문에, 제조시에 스티킹 현상이 발생할 가능성을 매우 낮출 수 있다. 따라서, 제조시의 불량품 발생을 감소시킬 수 있다. 반대로 말하자면, 습식 에칭을 실시한 경우와 비교하여, 구조체의 강성을 낮추고, 구조체의 형상치수를 작게 할 수 있다. 이로 인해, 고감도 또는 고정밀도의 센서 또는 작동기 등으로서 기능하는 구조체를 실현할 수 있다.
또한, 실리콘과 산화실리콘을 동일한 에칭 반응실에서 건식 에칭할 수 있기 때문에, 실리콘의 건식 에칭 장치의 에칭 반응실과 산화실리콘의 건식 에칭 장치의 에칭 반응실 사이에서 시료를 바꿔 옮기는 번거로운 작업이 불필요해진다. 이로 인해, 제조 공정을 간단화할 수 있다. 에칭 반응실 사이에서 시료를 바꿔 옮길 필요가 없기 때문에, 그 동안에 시료가 외부 공기에 노출되는 경우도 없다. 특히, 실리콘의 표면에 형성된 자연 산화막의 에칭을 실시한 후에, 당해 시료의 표면에 다른 자연 산화막이 형성되는 것을 방지할 수 있다. 실리콘계 구조체의 제조시의 불량품 발생 또는 사용시의 고장품 발생을 감소시킬 수 있다.
이상의 효과는 이하에서 설명하는 제2 내지 제8 형태에 있어서도 동일하게 수득할 수 있다.
제2 형태의 실리콘계 재료의 가공 장치는, 제1 형태에서와 마찬가지로 제1 가스 공급부, 제2 가스 공급부, 에칭 반응실, 선택 연통 수단 및 가스 배출 수단을 구비하고 있다. 제1 가스는 산화실리콘을 에칭하고 질화실리콘은 거의 에칭하지 않는 가스이다. 제2 가스는 실리콘을 에칭하며, 질화실리콘을 거의 에칭하지 않는 가스이다.
이러한 형태에 의하면, 에칭 반응실에 제1 가스를 공급함으로써, 질화실리콘이 존재하는 경우, 당해 질화실리콘을 에칭하지 않도록 하면서, 산화실리콘의 적어도 일부를 건식 에칭하여 제거할 수 있다. 당해 에칭 반응실로부터 제1 가스를 배출한 후, 당해 에칭 반응실에 제2 가스를 공급함으로써, 질화실리콘이 존재하는 경우는 질화실리콘을 에칭하지 않도록 하면서, 실리콘의 적어도 일부를 건식 에칭하여 제거할 수 있다. 제2 가스를 공급한 후에 제1 가스를 공급하더라도 물론 양호하다.
제3 형태는 실리콘계 구조체의 제조장치이다. 이 장치는 제1 실리콘계 재료 위에 제2 실리콘계 재료가 형성되며, 제2 실리콘계 재료가 제3 실리콘계 재료로 피복된 시료를 가공하여 중공 실리콘계 구조체를 제조하는 장치이다. 이 장치는 제1 형태에서와 마찬가지로, 제1 가스 공급부, 제2 가스 공급부, 에칭 반응실, 선택 연통 수단 및 가스 배출 수단을 구비하고 있다. 제1 가스는 제2 실리콘계 재료의 일부를 노출시키는 가스이다. 제2 가스는 제2 실리콘계 재료를 에칭하며, 제1 및 제3 실리콘계 재료를 거의 에칭하지 않는 가스이다.
여기서, 제1 실리콘계 재료 내지 제3 실리콘계 재료는 실리콘, 산화실리콘, 질화실리콘 중의 하나이다. 제1 실리콘계 재료와 제3 실리콘계 재료는 동일한 경우가 있다. 제1 실리콘계 재료와 제2 실리콘계 재료는 상이하며, 제2 실리콘계 재료와 제3 실리콘계 재료도 상이하다.
이러한 형태에 의하면, 에칭 반응실에 제1 가스를 공급하여 건식 에칭함으로써, 제2 실리콘계 재료의 일부를 노출시킬 수 있다. 당해 에칭 반응실로부터 제1 가스를 배출한 후, 당해 에칭 반응실에 제2 가스를 공급함으로써, 제1 및 제3 실리콘계 재료를 에칭하지 않도록 하면서, 제2 실리콘계 재료를 건식 에칭하여 제거할 수 있다. 그 결과, 제2 실리콘계 재료가 에칭되고 남은 중공 공간을 갖는 실리콘계 구조체가 제조된다.
제4 형태는 제3 형태를 더욱 구체화한 실리콘계 구조체의 제조장치이다. 이 장치는 실리콘 기판 위에 산화실리콘 층이 형성되며, 산화실리콘 층이 실리콘 층으로 피복된 시료를 가공하여 중공 실리콘계 구조체를 제조하는 장치이다. 이 장치는 제1 형태에서와 마찬가지로, 제1 가스 공급부, 제2 가스 공급부, 에칭 반응실, 선택 연통 수단 및 가스 배출 수단을 구비하고 있다. 제1 가스는 실리콘을 에칭하는 가스이다. 제2 가스는 산화실리콘을 에칭하며, 실리콘을 거의 에칭하지 않는 가스이다.
이러한 형태에 의하면, 에칭 반응실에 제1 가스를 공급하여 실리콘 층을 국부적으로 건식 에칭함으로써, 산화실리콘 층의 일부를 노출시킬 수 있다. 당해 에칭 반응실로부터 제1 가스를 배출한 후, 당해 에칭 반응실에 제2 가스를 공급함으로써, 실리콘 기판과 실리콘 층을 에칭하지 않도록 하면서, 산화실리콘 층을 건식 에칭하여 제거할 수 있다. 그 결과, 산화실리콘 층이 에칭되고 남은 중공 공간을 갖는 실리콘계 구조체가 제조된다.
제5 형태는 제3 형태를 더욱 구체화한 실리콘계 구조체의 제조장치이다. 당해 장치는 하부 질화실리콘 층 위에 실리콘 층이 형성되고, 이 실리콘 층이 상부 질화실리콘 층으로 피복되며, 이의 상부 질화실리콘 층에는 구멍이 형성되며, 이 구멍에 대응하여 위치하는 실리콘 층의 표면에 산화실리콘이 형성된 시료를 가공하여 중공 실리콘계 구조체를 제조하는 장치이다. 이 장치는 제1 형태에서와 마찬가지로, 제1 가스 공급부, 제2 가스 공급부, 에칭 반응실, 선택 연통 수단 및 가스 배출 수단을 구비하고 있다. 제1 가스는 산화실리콘을 에칭하고 질화실리콘은 거의 에칭하지 않는 가스이다. 제2 가스는 실리콘을 에칭하며, 질화실리콘을 거의 에칭하지 않는 가스이다.
이러한 형태에 의하면, 에칭 반응실에 제1 가스를 공급하여 실리콘 층의 표면에 형성된 산화실리콘을 건식 에칭함으로써, 실리콘 층의 일부를 노출시킬 수 있다. 당해 에칭 반응실로부터 제1 가스를 배출한 후, 당해 에칭 반응실에 제2 가스를 공급함으로써, 하부 질화실리콘 층과 상부 질화실리콘 층을 에칭하지 않도록 하면서, 실리콘 층을 건식 에칭하여 제거할 수 있다. 그 결과, 실리콘 층이 에칭되고 남은 중공 공간을 갖는 실리콘계 구조체가 제조된다.
제1 내지 제5 형태에 있어서, 제1 가스와 제2 가스는 알루미늄계 재료를 거의 에칭하지 않는 가스인 것이 바람직하다. 또한, 알루미늄계 재료의 예로서는, 알루미늄을 비롯하여, Al-Si나 Al-Si-Cu 등의 알루미늄 합금을 들 수 있다.
제1 가스 또는 제2 가스가 알루미늄계 재료를 거의 에칭하지 않으면, 이러한 가스에 의해 실리콘과 산화실리콘을 에칭하기 전에 알루미늄계 재료를 형성할 수 있다. 따라서, 건식 에칭에 의해 제거된 중공 공간에 알루미늄계 재료가 삽입되는 것을 회피할 수 있다. 이로 인해, 제조시의 불량품 발생 또는 사용시의 고장품 발생을 감소시킬 수 있다.
제1 내지 제5 형태에 있어서, 가스 공급부는 가스의 원료인 고체 또는 액체의 수용부를 갖는 것이 바람직하다. 또한, 당해 고체 또는 액체를 가스로 변환시키는 가스 변환 수단을 구비하는 것이 바람직하다.
이러한 형태에 의하면, 가스와 비교하여 취급이 용이한 고체 또는 액체 상태로 수용하며, 에칭 반응실에 가스를 공급할 필요가 있는 경우에 가스로 변환시켜 공급할 수 있다. 이로 인해, 장치의 편리성을 향상시킬 수 있다.
가스 공급부는 또한, 고체 또는 액체로부터 변환된 가스의 저장부를 갖는 것이 바람직하다.
이러한 형태에 의하면, 고체 또는 액체로부터 변환된 가스를 저장할 수 있기 때문에, 다량의 가스에 의한 건식 에칭이 필요한 경우에도 충분히 대처할 수 있다.
가스 공급부는 보다 구체적으로 고체인 이불화크세논(XeF2) 또는 삼불화브롬(BrF3)을 수용하는 용기를 갖는 것이 바람직하다.
이러한 용기에 수용된 원료를 가스화한 이불화크세논 가스 또는 삼불화브롬 가스는 실리콘을 에칭하고 산화실리콘, 질화실리콘 및 알루미늄계 재료는 거의 에칭하지 않는 성질을 갖는다. 이로 인해, 이러한 용기의 원료를 가스화한 것은 제4 형태에서의 제1 가스 또는 제5 형태에서의 제2 가스로서 적합한 가스이다.
또는, 가스 공급부가 불화수소(HF) 용액을 수용하는 용기와 메틸알콜(CH3OH) 용액 또는 물(H2O)을 수용하는 용기를 갖는 것이 바람직하다.
이러한 용기에 수용된 원료를 가스화한 불화수소와 메틸알콜 또는 물의 혼합 가스는 산화실리콘을 에칭하고 실리콘, 질화실리콘 및 알루미늄계 재료는 거의 에칭하지 않는 성질을 갖는다. 이로 인해, 이러한 용기의 원료를 가스화한 것은 제4 형태에서의 제2 가스 또는 제5 형태에서의 제1 가스로서 적합한 가스이다.
액체 수용부의 액체를 가스로 변환시켜 에칭 반응실에 공급하는 경우에 있어서, 당해 액체가 액체 수용부와 에칭 반응실 사이에서 막히는 것을 억제하는 수단을 추가로 구비하는 것이 바람직하다.
이러한 형태에 의하면, 액체 수용부의 액체를 가스로 변환시킬 때에, 당해 액체가 비등하여 액체 수용부와 에칭 반응실 사이의 배관 등에까지 삽입된 경우에도, 당해 액체가 막히는 것을 억제할 수 있다.
가스 변환 수단은 고체 또는 액체 수용부를 감압하는 감압 수단인 것이 바람직하다. 또한, 당해 감압 수단과 고체 또는 액체 수용부는 에칭 반응실을 통해 접속되어 있는 것이 바람직하다.
이러한 형태에 의하면, 고체 또는 액체 수용부의 고체 또는 액체를 가스로 변환하면서, 이러한 변환된 가스를 에칭 반응실로 신속하게 유도할 수 있다.
제1 내지 제5 형태에 있어서는, 에칭 반응실 내에 가스 공급구로부터 가스 배출구로의 직선적인 가스의 흐름을 저지하는 수단이 설치되어 있는 것이 바람직하다.
이러한 저지 수단을 설치하면 에칭 반응실 내에서의 가스 흐름의 균일성을 향상시킬 수 있다.
제1 내지 제5 형태에 있어서, 가스 배출 수단은 고속 배출 수단과 저속 배출 수단을 갖는 것이 바람직하다.
이러한 배출 수단을 설치함으로써, 예를 들면 통상적으로는 저속으로 배출하며, 필요한 경우에만 고속으로 배출하는 효율적인 가스 배출이 이루어질 수 있다.
제1 내지 제5 형태에 있어서는, 시료의 에칭 종료시를 검출하는 에칭 종료 검출 수단을 추가로 구비하는 것이 바람직하다.
이러한 검출 수단을 이용함으로써, 예를 들면 시료의 크기에 격차가 있는 경우에도, 필요 이상으로 에칭하거나, 반대로 에칭이 불충분한 사태가 발생하는 것을 방지할 수 있다.
제1 내지 제5 형태에 있어서, 유기규소 화합물을 수용하는 용기, 물을 수용하는 용기, 이들 용기에 수용된 유기규소 화합물과 물을 가스로 변환시키는 가스 변환 수단 및 이들 용기에 접속된 피복실을 추가로 구비하는 것이 바람직하다.
이러한 형태는 실리콘계 구조체의 사용시의 스티킹 현상 발생을 억제하는 데 있어서 유용한 기술이다. 이러한 형태에 의하면, 제1 내지 제5 형태에 의해 형성된 실리콘계 구조체의 표면에 발수성 막을 피복할 수 있다. 따라서, 실리콘계 구조체의 발수성을 향상시킬 수 있다. 이로 인해, 예를 들면 결로(結露)되기 쉬운 환경에서 구조체를 사용하고 있는 경우에도, 구조체에 액이 부착되어, 당해 액의 표면 장력에 의해 스티킹 현상이 발생하는 것을 억제할 수 있다. 따라서, 사용시의 고장품 발생을 감소시킬 수 있다.
또한, 다음과 같은 연결부, 개폐 수단 및 시료 반송 수단을 구비하는 것이 바람직하다. 연결부는 에칭 반응실과 피복실 사이를 외부 공기로부터 차단하여 연결한다. 개폐 수단은 에칭 반응실과 피복실 사이를 열린 상태와 닫힌 상태로 변환시킬 수 있다. 시료 반송 수단은 에칭 반응실과 피복실 사이에서 시료를 반송할 수 있다. 또는, 다음과 같은 예비실, 연결부, 개폐 수단 및 시료 반송 수단을 구비하는 것이 바람직하다. 연결부는 에칭 반응실과 예비실 및 예비실과 피복실 사이를 외부 공기로부터 차단하여 연결한다. 개폐 수단은 에칭 반응실과 예비실 사이 및 예비실과 피복실 사이를 열린 상태와 닫힌 상태로 변환시킬 수 있다. 시료 반송 수단은 에칭 반응실과 예비실 사이 및 예비실과 피복실 사이에서 시료를 반송할 수 있다.
이러한 형태에 의하면, 에칭 반응실에서 건식 에칭이 종료된 후의 구조체를 외부 공기에 노출시키지 않고 피복실로 반송할 수 있다. 이로 인해, 구조체의 산화 등을 방지할 수 있다. 또한, 예비실을 구비하면, 에칭 반응실과 피복실 사이에서의 구조체의 수수(收受)가 보다 쉽게 이루어진다.
본 발명은 유용한 실리콘계 구조체의 제조방법으로도 구현화된다.
본 발명을 구현화한 제6 형태의 실리콘계 구조체의 제조방법은 이하의 공정을 포함한다. 제1 실리콘계 재료 위에 제2 실리콘계 재료를 형성한다. 제2 실리콘계 재료를 피복하도록 제3 실리콘계 재료를 형성한다. 이상의 공정을 경유하여 수득한 시료를 에칭 반응실에 수용한다. 당해 에칭 반응실에 제1 가스를 공급하여 국소적으로 건식 에칭하여 제2 실리콘계 재료의 일부를 노출시킨다. 당해 에칭 반응실로부터 제1 가스를 배출한다. 당해 에칭 반응실에 제2 실리콘계 재료를 에칭하고 제1 및 제3 실리콘계 재료는 에칭하지 않는 제2 가스를 공급하여 제2 실리콘계 재료를 건식 에칭한다.
여기서, 제1 실리콘계 재료 내지 제3 실리콘계 재료는 실리콘, 산화실리콘, 질화실리콘 중의 하나이다. 제1 실리콘계 재료와 제3 실리콘계 재료는 동일한 경우가 있는 데 반해, 제1 실리콘계 재료와 제2 실리콘계 재료는 상이하며, 제2 실리콘계 재료와 제3 실리콘계 재료도 상이하다.
제7 형태는 제6 형태를 더욱 구체화한 실리콘계 구조체의 제조방법이다. 이러한 제조방법은 이하의 공정을 포함한다. 실리콘 기판 위에 산화실리콘 층을 형성한다. 당해 산화실리콘 층을 피복하도록 실리콘 층을 형성한다. 이상의 공정을 경유하여 수득한 시료를 에칭 반응실에 수용한다. 당해 에칭 반응실에 실리콘을 에칭하는 제1 가스를 공급하여, 실리콘 층을 국소적으로 건식 에칭하여 산화실리콘 층의 일부를 노출시킨다. 당해 에칭 반응실로부터 제1 가스를 배출한다. 당해 에칭 반응실에 산화실리콘을 에칭하고 실리콘을 거의 에칭하지 않는 제2 가스를 공급하여 산화실리콘 층을 건식 에칭한다.
제8 형태는 제6 형태를 더욱 구체화한 실리콘계 구조체의 제조방법이다. 이러한 제조방법은 이하의 공정을 포함한다. 하부 질화실리콘 층 위에 실리콘 층을 형성한다. 당해 실리콘 층을 피복하도록 상부 질화실리콘 층을 형성한다. 상부 질화실리콘 층에 실리콘 층에까지 도달하는 구멍을 형성한다. 이상의 공정을 경유하여 수득한 시료를 에칭 반응실에 수용한다. 당해 에칭 반응실에 산화실리콘을 에칭하며, 질화실리콘을 거의 에칭하지 않는 제1 가스를 공급하고, 실리콘 층의 표면 중 상부 질화실리콘 층의 구멍에 대응하는 부분에 형성된 산화실리콘을 건식 에칭하여 실리콘 층의 일부를 노출시킨다. 당해 에칭 반응실로부터 제1 가스를 배출한다. 당해 에칭 반응실에 실리콘을 에칭하고 질화실리콘을 거의 에칭하지 않는 제2 가스를 공급하여 실리콘 층을 건식 에칭한다.
제6 내지 제8 형태에 있어서, 알루미늄계 재료를 거의 에칭하지 않는 가스로부터 제1 가스와 제2 가스를 선택하며, 시료의 표면에 노출되는 알루미늄을 형성한 후, 시료를 에칭 반응실에 수용하는 것이 바람직하다.
제6 내지 제8 형태 중의 어느 하나의 공정을 경유한 구조체를 수증기와 유기규소 화합물의 혼합 가스에 노출시키는 공정을 포함하는 것이 바람직하다.
본 명세서에 있어서, 한 쪽 재료(예: 실리콘)를 에칭하고, 다른 쪽 재료(예: 산화실리콘)를 거의 에칭하지 않는 가스에는, 예를 들면 한 쪽 재료의 에칭 속도와 다른 쪽 재료의 에칭 속도의 비(에칭 선택비)가 15 이상이 되는 가스가 포함된다. 이러한 에칭 선택비는 20 이상인 것이 바람직하고, 30 이상인 것이 보다 바람직하다. 여기서 말하는 다른 쪽 재료에는 상기의 알루미늄계 재료도 포함하기로 한다. 또한, 다른 쪽 재료를 거의 에칭하지 않는 가스에는 기타 재료를 전혀 에칭하지 않는 가스도 당연히 포함된다.
도 1은 제1 실시예의 실리콘계 구조체의 제조장치의 구성을 도시한 것이다.
도 2는 제1 실시예의 실리콘계 구조체의 제조장치의 에칭 반응실의 구성을 도시한 것이다.
도 3은 제1 실시예의 실리콘계 구조체의 제조장치의 메틸알콜 용기와 건조 펌프 사이의 구성을 도시한 것이다.
도 4는 제1 실시예의 실리콘계 구조체의 제조장치와 기타 실리콘계 재료의 가공 기술을 이용한 제1 실리콘계 구조체의 제조 공정의 일부를 도시한 것이다(1).
도 5는 동일 제조 공정의 일부를 도시한 것이다(2).
도 6은 동일 제조 공정의 일부를 도시한 것이다(3).
도 7은 제1 실시예의 실리콘계 구조체의 제조장치와 기타 실리콘계 재료의 가공 기술을 이용한 제2 실리콘계 구조체의 제조 공정의 일부를 도시한 것이다(1).
도 8은 동일 제조 공정의 일부를 도시한 것이다(2).
도 9는 동일 제조 공정의 일부를 도시한 것이다(3).
도 10은 동일 제조 공정의 일부를 도시한 것이다(4).
도 11은 동일 제조 공정의 일부를 도시한 것이다(5).
도 12는 동일 제조 공정의 일부를 도시한 것이다(6).
도 13은 동일 제조 공정의 일부를 도시한 것이다(7).
도 14는 제2 실시예의 실리콘계 구조체의 제조장치의 구성을 도시한 것이다.
도 15는 제3 실시예의 실리콘계 구조체의 제조장치의 구성을 도시한 것이다.
도 16은 메틸알콜 용기와 건조 펌프 사이의 구성의 제1 변형예를 도시한 것이다.
도 17은 메틸알콜 용기와 건조 펌프 사이의 구성의 제2 변형예를 도시한 것이다.
도 18은 메틸알콜 용기와 건조 펌프 사이의 구성의 제3 변형예를 도시한 것이다.
도 19는 메틸알콜 용기와 건조 펌프 사이의 구성의 제4 변형예를 도시한 것이다.
도 20은 종래의 제1 실리콘계 구조체의 제조 공정의 일부를 도시한 것이다(1).
도 21은 동일 제조 공정의 일부를 도시한 것이다(2).
도 22는 동일 제조 공정의 일부를 도시한 것이다(3).
도 23은 종래의 제2 실리콘계 구조체의 제조 공정의 일부를 도시한 것이다(1).
도 24는 동일 제조 공정의 일부를 도시한 것이다(2).
도 25는 동일 제조 공정의 일부를 도시한 것이다(3).
도 26은 동일 제조 공정의 일부를 도시한 것이다(4).
(제1 실시예)
도 1은 제1 실시예의 실리콘계 구조체의 제조장치(이하에서는「구조체 제조장치」라고 한다)의 구성을 도시한 것이다. 이 장치는 실리콘계 재료 전반의 가공에 사용할 수 있기 때문에, 실리콘계 재료의 가공 장치라고도 할 수 있다. 즉, 이하에서 사용되는 「구조체 제조장치」라는 명칭은 「실리콘계 재료의 가공 장치」로 치환될 수 있다.
제1 실시예의 구조체 제조장치는 이불화크세논 용기(20), 승화 가스 저장 용기(21), 불화수소 용기(30), 메틸알콜 용기(31), 에칭 반응실(10), 건조 펌프(42), 제해 장치(49), 터보 분자 펌프(40), 로터리 펌프(41) 및 제어부(502) 등을 구비하고 있다.
이불화크세논 용기(20)에는, 고체 이불화크세논(XeF2)이 수용되어 있다. 이불화크세논은 상온 상압에서 고체이다. 승화 가스 저장 용기(21)에는 고체 상태에서 승화된 이불화크세논 가스가 일시적으로 저장된다. 당해 이불화크세논 가스는 이불화크세논 용기(20)를 건조 펌프(42) 등으로 감압하고, 이 용기(20) 내의 고체 이불화크세논을 승화시킴으로써 가스화한 것이다. 불화수소 용기(30)에는 불화수소산(HF) 용액이 수용되어 있다. 메틸알콜 용기(31)에는 메틸알콜(CH3OH) 용액이 수용되어 있다. 건조 펌프(42)는 에칭 반응실(10) 또는 용기(20, 30, 31)를 감압한다. 제해 장치(49)는 건조 펌프(42)로부터 배기되는 배기 가스를 무해화한다. 터보 분자 펌프(40)와 로터리 펌프(41)는 건조 펌프(42)와 비교하여 에칭 반응실(10) 또는 용기(20, 30, 31)를 고속으로 감압한다.
제어부(502)는 CPU(504), 제어프로그램 등을 기억하는 ROM(506), 데이터 등을 일시적으로 기억하는 RAM(508), 입력 포트(510) 및 출력 포트(512) 등을 갖는다.
에칭 반응실(10)과 이불화크세논 용기(20) 사이의 배관에는 제3 밸브(23), 제1 유량계(27) 및 제6 밸브(26)가 설치되어 있다. 에칭 반응실(10)과 승화 가스 저장 용기(21) 사이에는 제4 밸브(24), 제1 유량계(27) 및 제6 밸브(26)가 설치된 배관과, 제5 밸브(25)가 설치된 배관이 설치되어 있다.
에칭 반응실(10)과 불화수소 용기(30) 사이의 배관에는 제2 유량계(32)와 제7 밸브(34)가 설치되어 있다. 에칭 반응실(10)과 메틸알콜 용기(31) 사이의 배관에는 제3 유량계(33)와 제8 밸브(35)가 설치되어 있다.
에칭 반응실(10)과 터보 분자 펌프(40) 사이의 배관에는 제9 밸브(43)가 설치되어 있다. 에칭 반응실(10)과 건조 펌프(42) 사이의 배관에는 제1 스로틀 밸브(91)와 제10 밸브(44)가 설치되어 있다.
에칭 반응실(10)에는 제1 압력계(11)가 접속되어 있다. 에칭 반응실(10)에 는 제12 밸브(13)를 통해 제1 진공계(12)가 접속되어 있다. 에칭 반응실(10)에는 제2 밸브(14)를 통해 질소 가스 공급부(93)가 접속되어 있다.
에칭 반응실(10)에는 시료의 에칭 종료시를 검출하는 에칭 종료 검출부(97)가 설치되어 있다. 에칭 종료 검출부(97)는 시료의 에칭해야 할 부분의 에칭이 종료된 것을 특정 수단으로 검출하거나, 특정 조건을 설정하여 판별할 수 있는 것이면 양호하다. 단, 본 발명자들에 의해 개발된 일본 공개특허공보 제2001-185530호에 기재된 기술을 사용하는 것이 바람직하다.
제어부(502)는 위의 각 밸브(13, 14, 23 내지 26, 34, 35, 43, 44) 또는 각 압력계(11, 22), 각 유량계(27, 32, 33), 각 펌프(40 내지 42), 제1 진공계(12), 제해 장치(49), 에칭 종료 검출부(97) 등에 전기적으로 접속되어 있다. 제어부(502)는 이러한 각부의 동작을 감시하거나 제어하는 기능을 한다.
에칭 반응실(10) 내에는, 도 2에 도시된 바와 같이, 시료 테이블(80), 샤워 플레이트(82) 및 2장의 저지판(83)이 설치되어 있다.
시료 테이블(80)에는 건식 에칭하여 구조체를 제조하기 위한 시료(81)를 배치할 수 있다. 시료 테이블(80)의 표면에는 방사상의 홈 또는 소수의 미소한 돌기를 설치하는 것이 바람직하다. 홈 또는 돌기를 설치하면, 시료(81)의 양면에서의 압력차가 생기지 않도록 할 수 있다. 따라서, 취약한 재료로 형성된 시료(81)이더라도 파손을 방지할 수 있다. 또한, 시료 테이블(80)의 표면에 시료(81)가 밀착되는 것을 방지할 수 있다.
샤워 플레이트(82)는 원판형으로 형성되어 있으며, 하면에 다수의 가스 공급 구(82a)를 갖는다. 샤워 플레이트(82)에는 회전축을 장착하여 회전 가능하게 하는 것이 바람직하다. 또한, 회전축과 원판의 접합부는 운동 씰로서 원판을 유동 가능하게 것이 바람직하다. 원판을 회전 가능하거나 유동 가능하게 함으로써, 에칭 반응실(10) 전체에 걸쳐 가스를 거의 균일하게 샤워할 수 있다. 또한, 가스 공급관과 회전축은 별개로 형성하는 것이 바람직하다. 이 경우, 가스 공급관은 연질 배관으로 형성하며, 연질 배관과 원판의 접합부는 고정 씰로 하면, 가스의 누설을 견고하게 방지할 수 있다. 또한, 회전축의 접합부에서의 가스 누설을 고려할 필요가 없기 때문에, 운동 씰의 구조를 간략화할 수 있다. 또한, 연질 배관은 유동 중심축에 진동각 분만큼 권취시키는 것이 바람직하다.
2장의 저지판(83)은 샤워 플레이트(82)의 가스 공급구(82a)에서 가스 배출구(10a)로의 직선적인 가스의 흐름을 저지한다. 저지판(83)을 설치하면, 에칭 반응실(10) 내에서의 가스가 흐르는 방향이 여러 방향으로 분산된다. 이로 인해, 에칭 반응실(10) 내의 시료(81) 전체에 가스를 거의 균일하게 공급할 수 있다. 저지판(83)을 설치하면, 연속적으로 가스를 공급하여 연속적으로 에칭하는 경우에도, 시료(81)를 거의 균일하게 에칭할 수 있다.
메틸알콜 용기(31)에는, 도 3에 도시된 바와 같이, 3장의 저지판(85)이 장착되어 미로 구조가 형성되어 있다. 이러한 저지판(85)을 설치하면, 메틸알콜 용기(31)를 건조 펌프(42) 등으로 감압했을 경우에 메틸알콜 용액이 비등하는 경우, 당해 메틸알콜 용액이 배관에 직접 진입하는 것을 방지할 수 있다. 그 결과, 메틸알콜 용액이 배관 내의 필터(84)를 차단하는 것을 방지할 수 있다.
다음에, 예를 들면 도 6에 도시된 중공 공간(120)을 갖는 실리콘계 구조체를 상기 구성의 제1 실시예의 구조체 제조장치와 실리콘계 재료의 가공 기술을 사용하여 제조하는 방법을 도 4 내지 도 6을 참조하여 설명한다. 이러한 실리콘계 구조체는 중공 공간(120)의 위쪽으로 연신하는 빔 또는 매스(질량체) A를 갖는다. 이러한 제조방법은 도 20 내지 도 22에 도시한 제1 배경기술과 대비되는 것이다.
우선, 제1 실시예의 구조체 제조장치와는 별도의 장치에 의해, 이하의 처리를 실시한다. 우선, 도 4에 도시된 실리콘 기판(102) 위의 소정 영역에, 예를 들면 CVD(Chemical Vapor Deposition; 화학적 증착)법 등에 의해 산화실리콘 층(108)을 형성한다. 그 후, 산화실리콘 층(108)을 피복하도록, 예를 들면 CVD법 등에 의해 실리콘 층(112)을 형성한다.
이상의 공정을 경유하여 수득한 도 4에 도시된 바와 같은 시료를 도 1에 도시된 제1 실시예의 구조체 제조장치의 에칭 반응실(10)에 수용한다.
당해 구조체 제조장치에서는 이하의 처리가 이루어진다. 우선, 이러한 구조체 제조장치는 에칭 반응실(10)에 실리콘을 에칭하는 이불화크세논 가스를 공급하여 실리콘 층(112)을 국소적으로 건식 에칭한다. 이불화크세논 가스는 실리콘(Si: 다결정 실리콘과 단결정 실리콘 모두를 포함한다)을 선택적으로 에칭하며, 산화실리콘(SiO2)과 질화실리콘(SiN: 전형적으로는 Si3N4)과 알루미늄(Al)을 거의 에칭하지 않는다. 구체적으로는, 이불화크세논 가스에 의한 실리콘의 에칭 속도는 약 4600Å/분이고, 산화실리콘의 에칭 속도는 약 0Å/분이며, 질화실리콘의 에칭 속도는 약 120Å/분이고, 알루미늄의 에칭 속도는 약 0Å/분이다. 단, 이러한 값은 여러 가지 조건에 의해 변동될 수 있는 것이다.
국소적으로 건식 에칭하는 방법으로서는, 예를 들면 건식 에칭할 부분을 제외하고 내식막에 의해 마스크를 한 상태에서 가스를 공급하는 방법 또는 건식 에칭할 부분에 국소적으로 가스를 공급하는 방법 등을 들 수 있지만, 이러한 방법에 한정되지 않는다. 국소적으로 건식 에칭할 수 있으면, 어떠한 방법이라도 양호하다. 내식막에 의해 마스크를 하는 경우, 당해 내식막은 가스(당해 예에서는 이불화크세논 가스)에 의해 거의 에칭되지 않는 재료일 필요가 있다. 이에 의해, 도 5에 도시된 바와 같이, 산화실리콘 층(108)에 도달하는 에칭 구멍(118)이 형성된다. 그 결과, 산화실리콘 층(108)의 일부가 노출된다. 그 후, 당해 에칭 반응실(10)로부터 이불화크세논 가스를 배출한다. 그 후, 당해 에칭 반응실(10)에 메틸알콜과 불화수소의 혼합 가스를 공급하여, 산화실리콘 층(108) 전체를 건식 에칭한다. 메틸알콜과 불화수소의 혼합 가스는 산화실리콘(SiO2)을 선택적으로 에칭하고 실리콘(Si: 다결정 실리콘과 단결정 실리콘 모두를 포함한다), 질화실리콘(SiN: 전형적으로는 Si3N4) 및 알루미늄(Al)을 거의 에칭하지 않는다. 구체적으로는, 메틸알콜과 불화수소의 혼합 가스에 의한 산화실리콘의 에칭 속도는 약 1000Å/분이고, 실리콘의 에칭 속도는 약 0Å/분이고, 질화실리콘의 에칭 속도는 약 10Å/분이며, 알루미늄의 에칭 속도는 약 1Å/분 이하의 미소한 값이다. 단, 이러한 값은 여러 가지 조건에 의해 변동될 수 있는 것이다.
산화실리콘 층(108)은 최종적으로는 제거되어 도 6에 도시된 바와 같은 공간(120)을 제조하기 위한 층이다. 당해 층은 일반적으로「희생층」이라고 칭한다. 그 결과, 도 6에 도시된 바와 같이, 중공 공간(120)을 갖는 실리콘계 구조체가 제조된다.
이 구조체는, 예를 들면, 가속도 센서로서 사용된다. 가속도 센서로서 사용되는 경우에, 실리콘 층(112)의 일부 A가, 가속도가 작용하면 변위하는 빔 또는 매스로서 사용된다. 예를 들면, 실리콘 기판(102)의 기판면에 대해 수직 방향의 가속도가 작용하면, 매스 A가 기판면에 대해 수직 방향으로 변위한다. 매스 A의 변위를 도시하지 않는 전극대간의 정전용량의 변화로서 검출함으로써, 작용한 가속도를 검출할 수 있다. 또는, 실리콘 기판(102)의 기판면에 대해 수직 방향의 가속도가 작용하면, 빔 A가 휘어진다. 빔 A의 휨을 도시하지 않는 피에조 저항의 저항 변화로서 검출함으로써, 작용한 가속도를 검출할 수 있다. 또한, 실리콘 기판(102)의 기판면에 대해 평행한 방향의 가속도를 검출할 수도 있다.
다음에, 제1 실시예의 구조체 제조장치에 의한 이상과 같은 처리를 도 1을 참조하여 보다 구체적으로 설명한다. 또한, 처음에는 각 밸브는 전부 닫혀 있다. 이하의 처리는, 모든 제어를 제어프로그램 등에 의해 제어부(502)로 실시할 수 있으며, 이의 일부를 조작자가 수동으로 실시할 수 있다.
우선, 제1 스로틀 밸브(91), 제10 밸브(44), 제6 밸브(26) 및 제3 밸브(23)를 열고, 건조 펌프(42)를 구동하여 에칭 반응실(10)과 이불화크세논 용기(20)를 감압한다. 이불화크세논은 3.8Torr 이하의 압력에서 승화된다. 따라서, 이러한 감압 처리에 의해 이불화크세논 용기(20)에 수용된 고체 이불화크세논이 승화하여 가스가 된다. 당해 이불화크세논 가스는 건조 펌프(42)의 흡입력에 의해 에칭 반응실(10)로 유도되며, 다시 건조 펌프(42)를 경유하여 배출된다. 이에 의해, 에칭 반응실(10) 내에 잔류하고 있는 가스 등이 추출된다. 배출 후, 제10 밸브(44), 제6 밸브(26) 및 제3 밸브(23)를 닫는다.
다음에, 제2 밸브(14)를 열고, 질소 가스 공급부(93)로부터 질소 가스를 에칭 반응실(10)에 공급하여 에칭 반응실(10) 내를 대기압으로 한다. 대기압으로 된 상태에서 에칭 반응실(10)의 문을 열고, 도 2에 도시된 바와 같은 시료(81)를 시료 테이블(80) 위에 배치한다. 시료(81)를 배치한 후에 문을 닫고, 제2 밸브(14)를 닫는다.
다음에, 제1 스로틀 밸브(91), 제10 밸브(44), 제3 밸브(23) 및 제6 밸브(26)를 열고, 건조 펌프(42)를 구동하여 에칭 반응실(10)과 이불화크세논 용기(20)를 감압한다. 그 결과, 이불화크세논 용기(20)에 수용되어 있는 고체 이불화크세논이 승화하여 가스가 되어 에칭 반응실(10) 내로 도입된다. 에칭 반응실(10) 내의 압력을 제1 압력계(11)로 감시하여 소정의 압력에 도달하면, 제3 밸브(23)와 제6 밸브를 닫고, 이불화크세논 가스를 에칭 반응실(10)에 가둔다. 이러한 이불화크세논 가스에 의해, 에칭 반응실(10) 내에 있는 시료(81)의 실리콘 층(112)(도 5 참조)이 국부적으로 에칭되어 에칭 구멍(118)이 형성된다. 이러한 에칭의 반응식은 다음 반응식 1로 나타내어진다.
2XeF2 + Si → 2Xe + SiF4
에칭 종료 검출부(97)에서 이불화크세논 가스에 의한 실리콘 층(112)의 에칭 필요 부분의 에칭이 종료된 것이 검출되면, 제10 밸브(44)를 열고, 에칭 반응실(10) 내의 이불화크세논 가스를 건조 펌프(42)와 제해 장치(49)를 통해 배출한다.
또한, 에칭 종료 검출부(97)는 설치하지 않아도 된다. 예를 들면, 제어부(502)에서 산출되거나 기억된 에칭 기간 데이터를 이용할 수 있다. 이러한 에칭 기간 데이터란, 소정의 조건에서의 에칭 개시시로부터 종료 추정시까지의 기간을 장치의 동작시에 산출하거나, 미리 산출해서 기억된 데이터이다. 소정의 조건이란, 예를 들면 시료의 크기, 에칭 반응실에 공급되는 가스의 양, 가스의 종류 등이다.
다음에, 제1 스로틀 밸브(91), 제10 밸브(44), 제8 밸브(35) 및 제7 밸브(34)를 열고, 건조 펌프(42)로 진공 배기한다. 이와 같이 하면, 메틸알콜 용기(31) 내의 메틸알콜 용액이 증발하며, 불화수소 용기(30) 내의 불화수소 용액이 증발된다. 증발된 메틸알콜 가스의 유량을 제3 유량계(33)로 감시하고, 필요에 따라, 유량을 조정한다. 또한, 증발된 불화수소 가스의 유량을 제2 유량계(32)로 감시하고, 필요에 따라, 유량을 조정한다. 유량이 조정된 메틸알콜과 불화수소의 혼합 가스를 에칭 반응실(10)에 공급한다. 그 후, 제8 밸브(35)와 제7 밸브(34)를 닫고, 에칭 반응실(10)로부터 메틸알콜과 불화수소의 혼합 가스를 배출한다. 이에 의해, 에칭 반응실(10) 내에 잔류하고 있는 가스 등이 추출된다.
다음에, 제9 밸브(43)를 열고, 터보 분자 펌프(40)와 로터리 펌프(41)로 에칭 반응실(10) 내를 고진공으로 한다. 다음에, 제9 밸브(43)를 닫고, 제10 밸브(44), 제8 밸브(35) 및 제7 밸브(34)를 열고, 건조 펌프(42)로 진공 배기하여 메틸알콜 용기(31) 내의 메틸알콜 용액을 증발시키고, 불화수소 용기(30) 내의 불화수소 용액을 증발시킨다. 증발된 메틸알콜 가스의 유량을 제3 유량계(33)로 감시하고, 필요에 따라, 유량을 조정한다. 또한, 증발된 불화수소 가스의 유량을 제2 유량계(32)로 감시하고, 필요에 따라, 유량을 조정한다. 유량이 조정된 메틸알콜과 불화수소의 혼합 가스를 에칭 반응실(10)에 공급한다.
에칭 반응실(10) 내의 압력을 제1 압력계(11)로 감시하고, 제1 스로틀 밸브(91)를 조정하여, 소정의 압력으로 유지한다. 그 결과, 시료의 산화실리콘 층(108)(도 5 참조)은 혼합 가스로 에칭된다. 이 경우, 이하의 반응식 2와 반응식 3의 반응이 발생한다.
M + 2HF → HF2 - + MH+
SiO2 + 2HF2 - + 2MH+ → SiF4 + 2H2 O + 2M
위의 반응식 2 및 3에서,
M은 메틸알콜이다.
에칭 종료 검출부(97)에서 혼합 가스에 의한 산화실리콘 층(108)의 에칭이 종료된 것이 검출되면, 제8 밸브(35)와 제7 밸브(34)를 닫고, 에칭 반응실(10) 내에서 메틸알콜과 불화수소의 혼합 가스를 건조 펌프(42)와 제해 장치(49)를 통해 배출한다.
또한, 이 경우도 에칭 종료 검출부(97)를 이용하지 않고, 제어부(502)에서 산출되거나 기억된 에칭 기간 데이터를 이용할 수 있다.
이상의 처리에 있어서, 에칭 반응실(10), 메틸알콜 용기(31), 불화수소 용기(30) 및 이불화크세논 용기(20) 등을 감압하는 수단으로서, 건조 펌프(42) 대신, 터보 분자 펌프(40)와 로터리 펌프(41)를 연결한 고속 감압 수단을 사용할 수 있다. 이 경우, 감압할 때, 제10 밸브(44) 대신, 제9 밸브(43)를 연다.
다음에, 도 13에 도시된 중공 공간(220)을 갖는 실리콘계 구조체를 상기 구성의 제1 실시예의 구조체 제조장치와 기타 실리콘계 재료의 가공 기술을 사용하여 제조하는 방법을 도 7 내지 도 13을 참조하여 설명한다. 이러한 실리콘계 구조체는 중공 공간(220)의 위쪽에 위치하는 다이아프램 B를 갖는다. 이러한 제조방법은 도 23 내지 도 26에 도시한 제2 배경기술과 대비되는 것이다.
우선, 제1 실시예의 구조체 제조장치와는 별도의 장치에 의해 이하의 처리를 실시한다.
도 7에 도시된 단결정 실리콘 기판(202)에 국부적으로 불순물을 주입하여 하부 전극(204)을 형성한다. 실리콘 기판(202)의 표면을 질화 처리하여 하부 질화실리콘 층(210)을 형성한다. 이러한 하부 질화실리콘 층(210) 위의 소정 영역에, 예를 들면 CVD법 등에 의해 다결정 실리콘 층(208)을 형성한다. 이러한 예에서는 다결정 실리콘 층(208)이 희생층이 된다. 이러한 다결정 실리콘 층(208)을 피복하도록 상부 제1 질화실리콘 층(212)을 형성한다. 상부 제1 질화실리콘 층(212) 위의 소정 영역에 상부 전극(206)을 형성한다. 상부 전극(206)은 다결정 실리콘 등으로 형성된다. 상부 전극(206)을 피복하도록 상부 제2 질화실리콘 층(214)을 형성한다.
그 후, 도 8에 도시된 바와 같이, 상부 전극(206)과 하부 전극(204)의 소정 영역 위에 접촉 구멍(222a, 222b)을 형성한다. 그 후, 도 9에 도시된 바와 같이, 시료의 표면에 배선층이 되는 알루미늄 층(216)을 형성한다. 그 후, 도 10에 도시된 바와 같이, 알루미늄 층(216)을 패턴화하여 상부 전극(206)에 접촉하는 배선층(216a)과, 하부 전극(204)에 접촉하는 배선층(216b)을 형성한다. 그 후, 도 11에 도시된 바와 같이, 상부 전극(206)이 존재하지 않는 부분에서 상부 질화실리콘 층(212, 214)을 에칭하여 다결정 실리콘 층(208)에 도달하는 에칭 구멍(218)을 형성한다. 이에 의해, 다결정 실리콘 층(208)의 일부가 노출된다. 그 결과, 다결정 실리콘 층(208)의 노출된 부분이 산화하여 자연 산화막(산화실리콘)(219)이 형성된다.
이상의 공정을 경유하여 수득한, 도 11에 도시된 시료를, 도 1에 도시된 제1 실시예의 구조체 제조장치의 에칭 반응실(10)에 수용한다.
당해 구조체 제조장치에서는 이하의 처리가 이루어진다. 우선, 당해 구조체 제조장치는 에칭 반응실(10)에 메틸알콜과 불화수소의 혼합 가스를 공급하여, 도 11에 도시된 자연 산화막(산화실리콘)(219)을 건식 에칭한다.
메틸알콜과 불화수소의 혼합 가스는, 위에서 정의한 바와 같이, 산화실리콘을 선택적으로 에칭하고 실리콘(다결정, 단결정), 질화실리콘 및 알루미늄은 거의 에칭하지 않는다. 그 결과, 희생층인 실리콘 층(208)의 일부가 노출된다. 그 후, 에칭 반응실(10)로부터 메틸알콜과 불화수소의 혼합 가스를 배출한다. 그 후, 에칭 반응실(10)에 이불화크세논 가스를 공급하여, 도 11에 도시된 실리콘 층(208)을 건식 에칭한다. 그 결과, 도 12에 도시된 상태가 된다. 이불화크세논 가스는, 위에서 정의한 바와 같이, 실리콘(다결정, 단결정)을 선택적으로 에칭하며, 산화실리콘과 질화실리콘과 알루미늄을 거의 에칭하지 않는다.
그 후, 제1 실시예의 구조체 제조장치와는 별도의 장치에 의해 도 13에 도시된 바와 같은 밀봉층(224)을 형성하고, 에칭 구멍(218)을 밀봉한다. 그 결과, 중공 공간(220)을 갖는 실리콘계 구조체가 제조된다. 이러한 구조체는 압력 센서로서 기능한다.
당해 구조체에서는, 상부 질화실리콘 층(212, 214), 상부 전극(206) 및 밀봉층(224)의 소정 부위 B가 다이아프램으로서 기능한다. 희생층인 산화실리콘 층(208)이 제거된 공간(220)은 밀봉된 공간이며, 압력 기준실로서 기능한다. 당해 구조체에 의하면, 다이아프램 B에 작용한 압력과 기준압의 차이에 따라서 다이아프램 B가 휘어진다. 다이아프램 B가 휘어지면, 상부 전극(206)과 하부 전극(204) 사이의 거리가 변화된다. 양 전극(206, 204) 사이의 거리가 변화되면, 양 전극(206, 204) 사이의 정전용량이 변화된다. 이러한 정전용량의 변화량을 검출함으로써, 다이아프램 B에 작용하는 압력의 크기를 검출할 수 있다.
다음에, 제1 실시예의 구조체 제조장치에 의한 이상과 같은 처리를 도 1을 참조하여 보다 구체적으로 설명한다. 처음에는 각 밸브는 전부 닫혀 있다. 이하의 처리는, 모든 제어를 제어프로그램 등에 의해 제어부(502)에서 실시할 수 있으며, 그 일부를 조작자가 수동으로 실시할 수도 있다.
우선, 제1 스로틀 밸브(91), 제10 밸브(44), 제8 밸브(35) 및 제7 밸브(34)를 열고, 건조 펌프(42)로 진공 배기하여 메틸알콜 용기(31) 내의 메틸알콜 용액을 증발시키고, 불화수소 용기(30) 내의 불화수소 용액을 증발시킨다. 증발된 메틸알콜 가스의 유량을 제3 유량계(33)로 감시하고, 필요에 따라, 유량을 조정한다. 또한, 증발된 불화수소 가스의 유량을 제2 유량계(32)로 감시하고, 필요에 따라, 유량을 조정한다. 유량이 조정된 메틸알콜과 불화수소의 혼합 가스를 에칭 반응실(10)에 공급한다. 그 다음에, 제8 밸브(35)와 제7 밸브(34)를 닫고, 에칭 반응실(10)로부터 메틸알콜과 불화수소의 혼합 가스를 배출한다. 이에 의해, 에칭 반응실(10) 내에 잔류하고 있는 가스 등이 추출된다.
또한, 에칭 반응실(10) 내를 1 ×10-2Pa 이하의 진공 상태로 할 필요가 있는 경우, 제10 밸브(44)를 닫고, 제9 밸브(43)를 열어 터보 분자 펌프(40)와 로터리 펌프(41)로 진공 배기한다.
다음에, 제9 밸브(43)와 제10 밸브(44)를 닫고, 제2 밸브(14)를 열어 질소 가스 공급부(93)로부터 질소 가스를 에칭 반응실(10)에 공급하여 에칭 반응실(10) 내를 대기압으로 한다. 대기압으로 한 상태에서 에칭 반응실(10)의 문을 열고 도 2에 도시된 바와 같은 시료(81)를 시료 테이블(80) 위에 배치한다. 시료(81)를 배치한 후에 문을 닫고, 제2 밸브(14)를 닫는다.
다음에, 제9 밸브(43)를 열고, 터보 분자 펌프(40)와 로터리 펌프(41)로 에칭 반응실(10) 내를 고진공으로 한다. 다음에, 제9 밸브(43)를 닫고, 제10 밸브(44), 제8 밸브(35) 및 제7 밸브(34)를 열어 건조 펌프(42)로 진공 배기하여 메틸알콜 용기(31) 내의 메틸알콜 용액을 증발시키고, 불화수소 용기(30) 내의 불화수소 용액을 증발시킨다. 증발된 메틸알콜 가스의 유량을 제3 유량계(33)로 감시하고, 필요에 따라, 유량을 조정한다. 또한, 증발된 불화수소 가스의 유량을 제2 유량계(32)로 감시하고, 필요에 따라, 유량을 조정한다. 유량이 조정된 메틸알콜과 불화수소의 혼합 가스를 에칭 반응실(10)에 공급한다.
에칭 반응실(10) 내의 압력을 제1 압력계(11)로 감시하고, 제1 스로틀 밸브(91)를 조정하여 소정의 압력으로 유지한다. 그 결과, 시료(81)의 자연 산화막(산화실리콘)(219)(도 11 참조)은 혼합 가스로 에칭된다.
에칭 종료 검출부(97)에서 혼합 가스에 의한 자연 산화막(219)의 에칭이 종료된 것이 검출되면, 제8 밸브(35)와 제7 밸브(34)를 닫고, 에칭 반응실(10) 내로부터 메틸알콜과 불화수소의 혼합 가스를 건조 펌프(42)와 제해 장치(49)를 통하여 배출한다.
또한, 위와 같은 경우도 에칭 종료 검출부(97)를 이용하지 않고, 제어부(502)에서 산출되거나 기억된 에칭 기간 데이터를 이용할 수 있다.
다음에, 제1 스로틀 밸브(91), 제10 밸브(44), 제5 밸브(25), 제4 밸브(24) 및 제3 밸브(23)를 열고, 건조 펌프(42)를 구동하여, 에칭 반응실(10), 승화 가스 저장 용기(21) 및 이불화크세논 용기(20)를 감압한다. 이불화크세논은 3.8Torr 이하의 압력에서 승화되기 때문에, 이러한 처리에 의해 이불화크세논 용기(20)에 수용되어 있는 고체 이불화크세논이 승화된다. 그 후, 제3 밸브(23)를 닫고, 승화 가스 저장 용기(21)와 에칭 반응실(10) 내의 승화된 이불화크세논 가스를 배출한다. 이에 의해, 승화 가스 저장 용기(21)와 에칭 반응실(10) 내에 잔류하고 있는 가스 등이 추출된다. 배출 후, 제10 밸브(44), 제5 밸브(25) 및 제4 밸브(24)를 닫는다.
다음에, 제1 스로틀 밸브(91), 제10 밸브(44), 제5 밸브(25) 및 제4 밸브(24)를 열고, 건조 펌프(42)를 구동하여 에칭 반응실(10), 승화 가스 저장 용기(21) 및 이불화크세논 용기(20)를 감압한다. 감압 후에 제5 밸브(25)를 닫고, 제3 밸브(23)를 연다. 그 결과, 제5 밸브(25)가 닫히고, 제3 밸브(23)와 제4 밸브(24)가 열린 상태가 된다. 이에 의해, 감압상태의 승화 가스 저장 용기(21)와 이불화크세논 용기(20)가 연통한다. 따라서, 이불화크세논 용기(20)에 수용되어 있는 고체 이불화크세논이 승화되고, 승화된 이불화크세논 가스가 승화 가스 저장 용기(21)에 저장된다. 승화 가스 저장 용기(21) 내의 압력을 제2 압력계(22)로 감시하여 소정의 압력에 도달하면, 제10 밸브(44)와 제3 밸브(23)를 닫고 제5 밸브(25)를 열어 승화 가스 저장 용기(21)로부터 이불화크세논 가스를 에칭 반응실(10) 내로 도입한다. 에칭 반응실(10) 내의 압력을 제1 압력계(11)로 감시하여 소정의 압력에 도달하면, 제5 밸브(25)를 닫고 이불화크세논 가스를 에칭 반응실(10)에 가둔다. 이러한 이불화크세논 가스에 의해, 에칭 반응실(10) 내에 있는 시료(81)의 희생층인 다결정 실리콘 층(208)(도 11 참조)이 건식 에칭된다.
에칭 종료 검출부(97)에서 이불화크세논 가스에 의한 실리콘 층(112)의 에칭이 종료된 것이 검출되면, 제10 밸브(44)를 열고 에칭 반응실(10) 내의 이불화크세논 가스를 건조 펌프(42)와 제해 장치(49)를 통하여 배출한다. 배출되면, 제4 밸브(24)와 제5 밸브(25)를 다시 열고 이불화크세논 가스를 에칭 반응실(10) 내로 공급한다.
또한, 위와 같은 경우도 에칭 종료 검출부(97)를 이용하지 않고 제어부(502)에서 산출되거나 기억된 에칭 기간 데이터를 이용할 수 있다.
본 실시예에서는 이불화크세논 가스를 에칭 반응실(10)에 공급하고, 유지하고 배출하는 동작을 반복하여, 소위 펄스 에칭 방식에 의해 다결정 실리콘 층(희생층)(208)을 선택적으로 에칭하고 있다. 또한, 제1 유량계(27)로 유량을 감시하면서 가스를 연속적으로 공급하여 연속적으로 에칭하는 방식이라도 양호하다. 펄스 에칭 방식을 이용하면, 이불화크세논 가스의 사용량을 절약할 수 있다.
이상에서 설명한 제1 실시예의 구조체 제조장치를 사용하면, 산화실리콘을 제거하기 때문에 습식 에칭을 실시하지 않아도 된다. 따라서, 시료에 부착된 에칭액을 세정하는 공정 또는 이러한 세정후에 시료를 건조시키는 공정을 실시하지 않아도 된다. 이로 인해, 실리콘계 구조체의 제조 공정을 간단화할 수 있다.
또한, 산화실리콘을 제거하기 위해 습식 에칭하지 않아도 되기 때문에, 제조시에 스티킹 현상이 발생할 가능성을 매우 낮출 수 있다. 따라서, 제조시의 불량품 발생을 감소시킬 수 있다. 반대로 말하자면, 습식 에칭을 실시하는 경우와 비교하여, 구조체의 강성을 낮추고, 구조체의 형상치수를 작게 할 수 있다. 이로 인해, 고감도 또는 고정밀도의 센서 또는 작동기 등으로서 기능하는 구조체를 실현할 수 있다.
또한, 실리콘과 산화실리콘을 동일한 에칭 반응실(10)(도 1 참조)에서 건식 에칭할 수 있다. 따라서, 실리콘의 건식 에칭 장치의 에칭 반응실과 산화실리콘의 건식 에칭 장치의 에칭 반응실 사이에서 시료를 바꿔 옮기는 번거로운 작업이 불필요해진다. 따라서, 제조 공정을 간단화할 수 있다. 에칭 반응실 사이에서 시료를 바꿔 옮길 필요가 없기 때문에, 그 동안에 시료가 외부 공기에 노출되는 경우도 없다. 따라서, 실리콘계 구조체의 제조시의 불량품 발생 또는 사용시의 고장품 발생을 감소시킬 수 있다. 특히, 실리콘의 표면에 형성된 자연 산화막의 에칭을 실시한 후에, 당해 시료의 표면에 다른 자연 산화막이 형성되어 버리는 것을 방지할 수 있다.
이불화크세논 가스와, 불화수소 가스와 메틸알콜의 혼합 가스는 알루미늄계 재료를 거의 에칭하지 않는다. 이로 인해, 이러한 가스에 의해 도 11에 도시된 바와 같은 자연 산화막인 산화실리콘(219)과 희생층인 실리콘 층(208)을 에칭하기 전에, 도 9에 도시된 바와 같이 알루미늄 층(216)을 형성할 수 있다. 따라서, 건식 에칭에 의해 실리콘 층(208)이 제거된 후의 도 12에 도시된 바와 같은 중공 공간(220)에 알루미늄(216)이 삽입되는 것을 회피할 수 있다. 이로 인해, 제조시의 불량품 발생 또는 사용시의 고장품 발생을 감소시킬 수 있다.
(제2 실시예)
도 14는 제2 실시예의 실리콘계 구조체의 제조장치의 구성을 도시한 것이다. 이하에서는 제1 실시예의 동일한 내용에 관해서는 원칙적으로 설명을 생략한다.
제2 실시예의 구조체 제조장치는, 제1 실시예의 구조체 제조장치가 갖는 구성 요소 이외에, 피복실(50), 유기규소 화합물 용기(60) 및 물 용기(61) 등을 구비하고 있다.
유기규소 화합물 용기(60)에는 액체의 유기규소 화합물이 수용되어 있다. 유기규소 화합물로서는, 예를 들면, 트리데카플루오로-1,1,2,2-테트라하이드로옥틸 트리클로로실란(C8F13H4SiCl3), 옥타데실트리클로로실란(C18 H37SiCl3) 등을 사용할 수 있다. 물 용기(61)에는 물(H2O)이 수용되어 있다.
피복실(50)에는 제3 압력계(51)가 접속되어 있다. 피복실(50)에는 제11 밸브(53)를 통해 제2 진공계(52)가 접속되어 있다. 피복실(50)에는 제12 밸브(54)를 통해 질소 가스 도입부(94)가 접속되어 있다.
피복실(50)은 제13 밸브(62)를 통해 유기규소 화합물 용기(60)와 접속되어 있다. 피복실(50)은 제14 밸브(63)를 통해 물 용기(61)와 접속되어 있다. 피복실(50)은 제15 밸브(45)를 통해 터보 분자 펌프(40)와 접속되어 있다. 피복실(50)은 스로틀 밸브(92)와 제16 밸브(46)를 통해 건조 펌프(42)와 접속되어 있다.
제어부(502)는 위의 각 밸브(45, 46, 53, 54, 62, 63, 91) 또는 제3 압력계(51), 제2 진공계(52) 등에도 전기적으로 접속되어 있다. 제어부(502)는 이러한 각부의 동작을 감시 및 제어하는 기능을 한다.
제2 실시예의 구조체 제조장치는 제1 실시예의 구조체 제조장치와 동일한 처리 동작을 실시한 후, 이하의 처리 동작을 실시한다.
우선, 제12 밸브(54)를 열고, 질소 가스 도입부(94)로부터 질소 가스를 피복실(50)에 공급하여 피복실(50) 내를 대기압으로 한다. 그 후, 에칭 반응실(10)로부터 피복실(50)에 시료를 이동시키고, 시료를 피복실(50)의 시료 테이블 위에 고정시킨다. 당해 시료는 구체적으로 건식 에칭을 종료한, 도 6에 도시된 바와 같은 실리콘 빔 및 매스 구조 A를 갖는 상태의 시료이다. 또는, 건식 에칭을 종료한, 도 12에 도시된 바와 같은 에칭 구멍(218)이 밀봉되기 전 상태의 시료이다. 피복실(50) 내에는 도 2에 도시된 에칭 반응실(10) 내의 구성과 거의 동일한 구성으로 이루어져 있다.
다음에, 제12 밸브(54)를 닫고, 제14 밸브(63)를 열어 물 용기(61) 내의 물을 증발시키고, 피복실(50) 내로 도입하여 구조체의 표면을 수증기에 노출시킨다. 다음에, 제13 밸브(62)를 열고, 유기규소 화합물 용기(60) 내의 유기규소 화합물을 증발시키고 피복실(50) 내로 도입하여, 구조체의 표면을 유기규소 화합물 가스에 노출시킨다. 이에 의해, 구조체의 표면은 수증기와 유기규소 화합물의 혼합 가스에 노출되게 된다. 그 결과, 구조체의 표면은 하이드록실 그룹과 유기규소 화합물의 반응기와의 축합 반응에 의해 발수성 피복된다.
이상에서 설명한 발수성 피복 처리에 대한 상세한 것은 본 발명자들에 의해 개발된 일본 공개특허공보 제(평)11-288929호에 기재되어 있다.
제2 실시예의 구조체 제조장치에 의하면, 제1 실시예의 설명에서 기재한 효과 이외에, 실리콘계 구조체 사용시의 스티킹 현상의 발생을 보다 유효하게 억제할 수 있다는 효과가 수득된다. 이러한 구조체 제조장치에 의하면, 실리콘계 구조체의 표면에 발수성 막을 피복할 수 있다. 따라서, 실리콘계 구조체의 발수성을 향상시킬 수 있다. 따라서, 예를 들면 결로되기 쉬운 환경에서 구조체를 사용하고 있는 경우에도, 구조체에 액이 부착되어 당해 액의 표면장력에 의해 스티킹 현상이 발생하는 것을 억제할 수 있다. 따라서, 사용시의 고장품 발생을 감소시킬 수 있 다.
(제3 실시예)
도 15는 제3 실시예의 실리콘계 구조체의 제조장치의 구성을 도시한 것이다. 이하에서는, 제1 및 제2 실시예와 동일한 내용에 관해서는 원칙적으로 설명을 생략한다.
제3 실시예의 구조체 제조장치는, 제2 실시예의 구조체 제조장치가 갖는 구성 요소 이외에, 예비실(70), 제1 및 제2 연결부(75, 76), 제1 및 제2 개폐 수단(98, 99) 및 시료 반송 수단(96) 등을 구비하고 있다.
제1 연결부(75)는 에칭 반응실(10)과 예비실(70) 사이를 외부 공기로부터 차단하여 연결한다. 제2 연결부(76)는 예비실(70)과 피복실(50) 사이를 외부 공기로부터 차단하여 연결한다.
제1 개폐 수단(98)은 에칭 반응실(10)과 예비실(70) 사이를 열린 상태와 닫힌 상태로 변환시킬 수 있다. 제2 개폐 수단(99)은 예비실(70)과 피복실(50) 사이를 열린 상태와 닫힌 상태로 변환시킬 수 있다.
시료 반송 수단(96)은 에칭 반응실(10)과 예비실(70) 사이 및 예비실(70)과 피복실(50) 사이로 시료를 반송할 수 있다.
예비실(70)에는 제4 압력계(71)가 접속되어 있다. 예비실(70)에는 제17 밸브(73)를 통해 제3 진공계(72)가 접속되어 있다. 예비실(70)에는 제18 밸브(74)를 통해 질소 가스 도입부(95)가 접속되어 있다.
예비실(70)은 제19 밸브(47)를 통해 터보 분자 펌프(40)와 접속되어 있다. 예비실(70)은 제20 밸브(48)를 통해 건조 펌프(42)와 접속되어 있다.
제3 실시예의 구조체 제조장치는 제1 실시예의 구조체 제조장치와 동일한 처리 동작을 실시한 후, 이하의 처리 동작을 실시한다.
우선, 제19 밸브(47)를 열고, 터보 분자 펌프(40)와 로터리 펌프(41)로 예비실(70) 내를 진공 배기한다. 예비실(70) 내의 압력을 제4 압력계(71)로 감시하여 소정의 압력에 도달하면, 시료 반송 수단(96)에 의해 시료를 에칭 반응실(10)로부터 제1 연결부(75)를 통하여 예비실(70)로 이동시킨다. 소정 시간후, 시료 반송 수단(96)에 의해 시료를 예비실(70)로부터 제2 연결부(75)를 통하여 피복실(50)로 이동시킨다. 그 후, 도 14에 도시된 제2 실시예의 구조체 제조장치의 처리 동작에서 설명하는 처리 동작을 실시한다.
제3 실시예의 구조체 제조장치에 의하면, 제1 및 제2 실시예의 설명에서 기재된 효과 이외에, 에칭 반응실(10)에서의 건식 에칭이 종료한 후의 구조체를 외부 공기에 노출시키지 않고 피복실(50)로 반송할 수 있어 구조체의 산화 등을 방지할 수 있는 효과가 수득된다. 또한, 예비실(70)을 구비하고 있기 때문에, 에칭 반응실(10)과 피복실(50) 사이에서의 구조체의 수수가 보다 이루어지기 쉽다.
이상, 본 발명의 구체예를 상세하게 설명하였지만, 이들은 예시에 지나지 않으며, 특허청구범위를 한정하는 것은 아니다. 특허청구범위에 기재된 기술에는 이상에 예시한 구체예를 여러 가지로 변형, 변경한 것이 포함된다.
위의 실시예에서, 도 6에 도시된 매스 및 빔 구조 A를 갖는 중공 실리콘계 구조체와, 도 13에 도시된 다이아프램 구조 B를 갖는 중공 실리콘계 구조체의 제조방법을 예로 들어 설명하였지만, 이러한 구조체는 위의 실시예의 구조체 제조장치로 제조할 수 있는 구조체의 일례에 불과하다. 본 발명을 구현화한 실리콘계 재료의 가공 장치, 실리콘계 구조체의 제조장치 및 이의 제조방법은 적어도 제조 중에 실리콘과 산화실리콘을 포함하는 여러 가지 구조체의 제조에 적합한 것이다.
또한, 상기 실시예에서 사용한 이불화크세논(XeF2) 가스 이외에는, 삼불화브롬(BrF3) 가스를 사용하는 것이 바람직하다.
또한, 위의 실시예에서 사용한 메틸알콜(CH3OH)과 불화수소(HF)의 혼합 가스 이외에는, 수증기(H2O)와 불화수소(HF)의 혼합 가스를 사용하는 것이 바람직하다. 또한, 메틸알콜과 수증기 외에도, 불화수소(HF)와 혼합함으로써, HF2가 생성되는 가스를 사용하는 것도 바람직하다.
이상과 같은 가스 이외에도, 특허청구범위에 기재된 요건을 만족하는 가스이면, 이 가스를 사용해도 물론 양호하다.
또한, 예를 들면, 메틸알콜 용기(31) 내에서 비등하는 메틸알콜의 용액이 배관 내에서 막히는 것을 방지하기 위해서는, 도 3의 구성 대신, 이하와 같은 형태로 실시할 수 있다.
(제1 변형예)
도 16에 도시된 바와 같이, 배관과 에칭 반응실(10)에 코드 히터(86)를 장착하고, 배관과 에칭 반응실(10)을 가열함으로써, 비등에 의해 메틸알콜 용기(31)로부터 배관에 진입한 액체를 기화하도록 할 수 있다.
(제2 변형예)
도 17에 도시된 바와 같이, 메틸알콜 용기(31)와 필터(84) 사이에 저장 탱크(87)를 설치하고, 저장 탱크(87)에서 완전히 기화시킨 후, 기화된 가스가 에칭 반응실(10)로 공급되도록 할 수 있다.
(제3 변형예)
도 18에 도시된 바와 같이, 메틸알콜 용기(31)의 앞쪽에 보충 용기(88)와 제어 밸브(89)를 설치하고, 메틸알콜 용기(31)에서의 액체의 증발 속도와 함께, 보충 용기(88)로부터 공급하는 원료의 유량을 제어밸브(89)로 조정할 수 있다.
(제4 변형예)
도 19에 도시된 바와 같이, 메틸알콜 용기(31) 내의 용액에 스펀지 또는 섬유(90) 등을 침지시키고, 액면이 물결치지 않도록 하여 건조 펌프(42)로 진공 배기할 때의 비등을 방지할 수 있다.
또한, 본 명세서 또는 도면에 설명한 기술 요소는 단독으로 또는 각종 조합에 의해 기술적 유용성을 발휘하는 것으로, 출원시 청구항 기재의 조합에 한정되는 것은 아니다. 또한, 본 명세서 또는 도면에 예시한 기술은 다수의 목적을 동시에 달성할 수 있는 것으로, 이 중 하나의 목적을 달성하는 것 자체로 기술적 유용성을 갖는 것이다.

Claims (23)

  1. 제1 가스 공급부, 제2 가스 공급부, 가스 에칭을 실시하는 에칭 반응실, 선택 연통 수단 및 가스 배출 수단을 구비하고,
    제1 가스는 실리콘을 에칭하는 가스이며,
    제2 가스는 산화실리콘을 에칭하고 실리콘을 에칭하지 않는 가스이고,
    선택 연통 수단은 에칭 반응실을 제1 가스 공급부와 제2 가스 공급부 중의 하나에 선택적으로 연통시키며,
    가스 배출 수단은 에칭 반응실 내의 가스를 배출함과 동시에 고속 배출 수단과 저속 배출 수단을 포함함을 특징으로 하는 실리콘계 재료의 가공 장치.
  2. 제1 가스 공급부, 제2 가스 공급부, 가스 에칭을 실시하는 에칭 반응실, 선택 연통 수단 및 가스 배출 수단을 구비하고,
    제1 가스는 산화실리콘을 에칭하고 질화실리콘을 에칭하지 않는 가스이며,
    제2 가스는 실리콘을 에칭하고 질화실리콘을 에칭하지 않는 가스이고,
    선택 연통 수단은 에칭 반응실을 제1 가스 공급부와 제2 가스 공급부 중의 하나에 선택적으로 연통시키며,
    가스 배출 수단은 에칭 반응실 내의 가스를 배출함과 동시에 고속 배출 수단과 저속 배출 수단을 포함함을 특징으로 하는 실리콘계 재료의 가공 장치.
  3. 제1 실리콘계 재료 위에 제2 실리콘계 재료가 형성되고, 제2 실리콘계 재료가 제3 실리콘계 재료로 피복된 시료를 가공하여 중공 실리콘계 구조체를 제조하는 장치에 있어서,
    제1 가스 공급부, 제2 가스 공급부, 가스 에칭을 실시하는 에칭 반응실, 선택 연통 수단 및 가스 배출 수단을 구비하고,
    제1 가스는 제2 실리콘계 재료의 일부를 노출시키는 가스이며,
    제2 가스는 제2 실리콘계 재료를 에칭하고 제1 및 제3 실리콘계 재료를 에칭하지 않는 가스이고,
    선택 연통 수단은 에칭 반응실을 제1 가스 공급부와 제2 가스 공급부 중의 하나에 선택적으로 연통시키며,
    가스 배출 수단은 에칭 반응실 내의 가스를 배출함과 동시에 고속 배출 수단과 저속 배출 수단을 포함함을 특징으로 하는 실리콘계 구조체의 제조장치.
  4. 제1 가스 공급부, 제2 가스 공급부, 가스 에칭을 실시하는 에칭 반응실, 선택 연통 수단, 가스 배출 수단, 유기규소 화합물을 수용하는 용기, 물을 수용하는 용기, 가스 변환 수단, 피복실, 연결부, 개폐 수단 및 시료 반송 수단을 구비하고,
    제1 가스는 실리콘을 에칭하는 가스이며,
    제2 가스는 산화실리콘을 에칭하고 실리콘을 에칭하지 않는 가스이고,
    선택 연통 수단은 에칭 반응실을 제1 가스 공급부와 제2 가스 공급부 중의 하나에 선택적으로 연통시키며,
    가스 배출 수단은 에칭 반응실 내의 가스를 배출하고,
    가스 변환 수단은 유기규소 화합물 수용 용기에 수용된 유기규소 화합물과 물 수용 용기에 수용된 물을 가스로 변환시키며,
    피복실은 가스 변환 수단으로 변환되는 가스가 도입되고,
    연결부는 에칭 반응실과 피복실 사이를 외부 공기로부터 차단하여 연결하며,
    개폐 수단은 에칭 반응실과 피복실 사이를 열린 상태와 닫힌 상태로 변환시킬 수 있고,
    시료 반송 수단은 에칭 반응실과 피복실 사이에서 시료를 반송할 수 있음을 특징으로 하는 실리콘계 재료의 가공 장치.
  5. 제1 가스 공급부, 제2 가스 공급부, 가스 에칭을 실시하는 에칭 반응실, 선택 연통 수단, 가스 배출 수단, 유기규소 화합물을 수용하는 용기, 물을 수용하는 용기, 가스 변환 수단, 피복실, 연결부, 개폐 수단 및 시료 반송 수단을 구비하고,
    제1 가스는 산화실리콘을 에칭하고 질화실리콘을 에칭하지 않는 가스이며,
    제2 가스는 실리콘을 에칭하고 질화실리콘을 에칭하지 않는 가스이고,
    선택 연통 수단은 에칭 반응실을 제1 가스 공급부와 제2 가스 공급부 중의 하나에 선택적으로 연통시키며,
    가스 배출 수단은 에칭 반응실 내의 가스를 배출하고,
    가스 변환 수단은 유기규소 화합물 수용 용기의 유기규소 화합물과 물 수용 용기의 물을 가스로 변환시키며,
    피복실은 가스 변환 수단으로 변환되는 가스가 도입되고,
    연결부는 에칭 반응실과 피복실 사이를 외부 공기로부터 차단하여 연결하며.
    개폐 수단은 에칭 반응실과 피복실 사이를 열린 상태와 닫힌 상태로 변환시킬 수 있고,
    시료 반송 수단은 에칭 반응실과 피복실 사이에서 시료를 반송할 수 있음을 특징으로 하는 실리콘계 재료의 가공 장치.
  6. 제1 실리콘계 재료 위에 제2 실리콘계 재료가 형성되고, 제2 실리콘계 재료가 제3 실리콘계 재료로 피복된 시료를 가공하여 중공 실리콘계 구조체를 제조하는 장치에 있어서,
    제1 가스 공급부, 제2 가스 공급부, 가스 에칭을 실시하는 에칭 반응실, 선택 연통 수단, 가스 배출 수단, 유기규소 화합물을 수용하는 용기, 물을 수용하는 용기, 가스 변환 수단, 피복실, 연결부, 개폐 수단 및 시료 반송 수단을 구비하고,
    제1 가스는 제2 실리콘계 재료의 일부를 노출시키는 가스이며,
    제2 가스는 제2 실리콘계 재료를 에칭하고 제1 및 제3 실리콘계 재료를 에칭하지 않는 가스이고,
    선택 연통 수단은 에칭 반응실을 제1 가스 공급부와 제2 가스 공급부 중의 하나에 선택적으로 연통시키며,
    가스 배출 수단은 에칭 반응실 내의 가스를 배출하고,
    가스 변환 수단은 유기규소 화합물 수용 용기의 유기규소 화합물과 물 수용 용기의 물을 가스로 변환시키며,
    피복실은 가스 변환 수단으로 변환되는 가스가 도입되고,
    연결부는 에칭 반응실과 피복실 사이를 외부 공기로부터 차단하여 연결하며,
    개폐 수단은 에칭 반응실과 피복실 사이를 열린 상태와 닫힌 상태로 변환시킬 수 있고,
    시료 반송 수단은 에칭 반응실과 피복실 사이에서 시료를 반송할 수 있음을 특징으로 하는 실리콘계 구조체의 제조장치.
  7. 제4항 또는 제5항에 있어서, 예비실을 추가로 구비하고,
    연결부는 에칭 반응실과 예비실 및 예비실과 피복실 사이를 외부 공기로부터 차단하여 연결하며,
    개폐 수단은 에칭 반응실과 예비실 사이 및 예비실과 피복실 사이를 열린 상태와 닫힌 상태로 변환시킬 수 있고,
    시료 반송 수단은 에칭 반응실과 예비실 사이 및 예비실과 피복실 사이에서 시료를 반송할 수 있음을 특징으로 하는, 실리콘계 재료의 가공 장치.
  8. 제1 실리콘계 재료 위에 제2 실리콘계 재료를 형성하는 공정,
    제2 실리콘계 재료를 피복하도록 제3 실리콘계 재료를 형성하는 공정,
    이상의 공정을 경유하여 수득한 시료의 표면에 알루미늄계 재료를 형성하는 공정,
    이상의 공정을 경유하여 수득한 표면에 알루미늄계 재료가 노출되는 시료를 에칭 반응실에 수용하는 공정,
    에칭 반응실에, 제1 가스를 공급하여 국소적으로 가스 에칭하여 알루미늄계 재료를 에칭하지 않고 제2 실리콘계 재료의 일부를 노출시키는 공정,
    에칭 반응실로부터 제1 가스를 배출하는 공정 및
    제1 가스가 배출된 후 에칭 반응실에, 제2 실리콘계 재료를 에칭하고 제1 및 제3 실리콘계 재료와 알루미늄계 재료를 에칭하지 않는 제2 가스를 공급하여 제2 실리콘계 재료를 가스 에칭하는 공정을 포함함을 특징으로 하는 실리콘계 구조체의 제조방법.
  9. 제1 실리콘계 재료 위에 제2 실리콘계 재료를 형성하는 공정,
    제2 실리콘계 재료를 피복하도록 제3 실리콘계 재료를 형성하는 공정,
    이상의 공정을 경유하여 수득한 시료를 에칭 반응실에 수용하는 공정,
    에칭 반응실에, 제1 가스를 공급하여 국소적으로 가스 에칭하여 제2 실리콘계 재료의 일부를 노출시키는 공정,
    에칭 반응실로부터 제1 가스를 배출하는 공정,
    제1 가스가 배출된 후 에칭 반응실에, 제2 실리콘계 재료를 에칭하고 제1 및 제3 실리콘계 재료를 에칭하지 않는 제2 가스를 공급하여 제2 실리콘계 재료를 가스 에칭하는 공정 및
    이상의 공정을 경유하여 수득한 시료를 수증기와 유기규소 화합물의 혼합 가스에 노출시키는 공정을 포함함을 특징으로 하는 실리콘계 구조체의 제조방법.
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