KR20040017792A - 초청정 분위기에서의 처리 가스의 흐름을 위한 장치 및 방법 - Google Patents

초청정 분위기에서의 처리 가스의 흐름을 위한 장치 및 방법 Download PDF

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파텔새티야데브
샤아트그레고리피.
맥도널드더글라스비.
맥도널드나일즈케이.
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리플렉티버티 인코퍼레이티드
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Abstract

마이크로 구조물의 제조에 있어서, 처리 가스에 접촉시킴으로써 w 가공품 재료에서 층 또는 영역을 제거하거나 부가하기 위한 공정은 처리가스의 재순환을 이용함으로써 개선된다. 재순환은 처리가스와 접촉하는 미끄럼 또는 마모 부분, 임의의 습식 밀봉제 또는 퍼지 가스를 내부에서 가지지 않는 펌프에 의해 영향을 받는다. 챔버 내부에서 유입 가스를 편향시켜 유입 가스를 가공품 표면 전체에 분포하도록 적당히 배치된 배플, 천공된 플레이트, 또는 둘 다를 포함하는 처리 챔버에 의해 개량된 공정이 달성될 수 있다. 임의의 실시예에 있어서, 희석제 가스를 재순환 루프에 부가하여 연속적으로 그 안에서 순환시키고, 그 다음 처리 가스(예컨대, 에천트 가스)를 재순환 펌프 내로 흘린다. 또한, 처리 가스, 식각 챔버 및/또는 샘플 압반의 냉각이 식각 공정을 돕는다. 상기 방법은 미소 치수의 샘플에서 물질을 제거하거나 부가하는데 특히 유용하다.

Description

초청정 분위기에서의 처리 가스의 흐름을 위한 장치 및 방법{Apparatus And Method For Flow Of Process Gas In An Ultra-clean Environment}
선택성 에천트(etchant)를 사용하여 다중 층 구조물의 희생 층들 또는 영역을 제거하면서 인접 층 또는 영역은 제거되지 않게 하는 것은 반도체 디바이스들, 마이크로 전자기계식 구조물들(MEMS), 및 마이크로 광 전자기계식 구조물들(MOEMS)의 제조에 있어서 필수적이고 일반적인 단계이다. MEMS 및 MOEMS는 관성(慣性) 측정, 압력 센싱, 온도 측정, 마이크로 유체공학, 광학 및 무선 주파수 통신에서 응용되어 왔고, 이들 구조물들의 사용가능한 범위는 계속 커질 것이다. 이러한 구조물의 한 예는 반사식 공간 광 변조기(reflective spatial light modulator)로서, 이것은 정전기적으로 편향 가능한 각기 미소 크기의 미러들의 평면 어레이로 구성되는 디바이스이다. 이러한 디바이스는 고해상, 대화면 프로젝션을 위한 마이크로 디스플레이 시스템으로 사용된다. 이러한 디바이스에 있어서, 제조공정 도중에 희생층이 일시적으로 미러 구조물을 지지한다. 미러 구조물이 일단 형성되고 나면, 상기 희생층은 제거되어 미러들과 각 미러의 한 에지를 따르는 마이크로 힌지 아래에 틈이 생기면서 미러는 구조물의 나머지 부분에 결합된다. 틈과 마이크로 힌지는 미러가 편향을 위해 필요한 만큼 자유롭게 움직일 수 있도록 한다. 이러한 타입의 디바이스들은 미국특허번호 제5,835,256호(1998년 11월 10일에 앤드류 휘버스에게 허여되고, 캘리포니아 산타클라라에 있는 리플렉티버티 인코퍼레이티드에 양도됨)에 개시되어 있다. 미국특허번호 제5,835,256호의 내용은 본 명세서에서 참조된다.
마이크로 구조물들의 제조에 있어서, 식각 단계의 성공 여부는 여러 인자들에 의해 좌우되는데, 이 중에서 가장 중요한 것은 마이크로 구조물 표면을 가로지르는 전체에 걸쳐 식각되는 영역들에서의 식각의 완전성 및 균일성이다. 편향 가능한 미러 구조물들을 위해, 마이크로 힌지들(기계적인 변형을 감수하는 구조물)의 무결점은 균일한 마이크로 구조물의 특성들 및 하자없는 제품의 높은 수율을 달성하는데 매우 중요하다. 다른 MEMS 및 반도체 디바이스들을 위해서도, 식각의 완전성과 균일성은 구조물의 모든 영역에서의 형상들이 사용시 완전하고 적절히 작동하는 것을 보장함에 있어 역시 중요하다. 이러한 인자들은 등방성 및 비등방성 식각 모두에서 중요하다. 등방성 식각은 식각의 목적이 기능성 층들 사이 또는 기능성 층과 기판 사이에 개재된 희생층을 제거하는 것인 구조물에서 특히 주목을 받는다. 이러한 구조물들에서의 희생층의 대부분은 기능성 층들내에 있는 통로들을 통해서만 에천트에 접근 가능하고, 에천트는 통로들로부터 바깥 방향의 측면으로 나아가야 한다. 상기 특허번호 제5,835,256호에서 개시된 구조물은 이러한 이유로 바람직하게는 등방성 에천트를 채택한다. 이러한 구조물에 있어서의 "통로들"은 인접한 미러 구성요소들의 마주보는 에지들 사이 또는 미러 에지와 인접 형상 사이의 좁은 틈이다. 또한, 임의의 MEMS 또는 반도체 제조에 있어서, 구조물 표면 상의 모든 형상들은 완전히 현출되어져야 하고, 완성품에서 기능하지 않는 모든 요소들은 완전히 제거되어야 한다.
특정 에천트 가스들과 관련된 종래기술은 본 발명에 따른 임의의 실시예들과 잠재적으로 연관성이 있다. 등방성 및 비등방성 식각 공정에서 희생층 또는 희생 영역을 제거하기 위해 사용되는 에천트들 중에서 영족 기체 플루오르화물 및 플루오르화 할로겐이 가장 유명하다. 기체상(氣體相)으로 사용되는 이들 물질들은 실리콘 함유 화합물들, 비 실리콘 원소들, 및 비 실리콘 원소들의 화합물들과 같은 다른 물질들에 대해 실리콘을 선택적으로 식각한다. 식각 공정에서 이들 물질들이 사용되는 방법에 대한 설명은 현재 출원 중인 미국 특허출원번호 제09/427,841호와 이하 서술되는 본 명세서의 일부에서 나타난다. 출원번호 제09/427,841호에서 출원된 발명은 실리콘 식각의 선택성을 향상시키기 위한 것이다. 식각 공정, 특히 식각의 균일성 및 완전성을 향상시키는 다른 수단이 계속 개발된다. 왜냐하면, 공정에 있어서의 이러한 특성들의 향상은 제조되는 제품의 가격 및 신뢰성 면에서 상당히 이익이기 때문이다.
본 발명에 따른 방법은 편향 가능한(정전기 또는 다른 수단에 의해 편향 가능한) 소자들을 생산하는데 유용하다. 이러한 소자는 (기체상(氣體相) 공정의 전 또는 후에) 반사층이 도포되면 작동 가능한 마이크로미러 역할을 할 수 있다. 이러한 마이크로미러들의 어레이들은 다이렉트 뷰(direct view) 또는 디스플레이 시스템(프로젝션 텔레비전 또는 컴퓨터 모니터들)을 위해 제공될 수 있다. 또한, 마이크로미러들이 독자적으로 또는 어레이로 100 마이크로미터의 크기 이상(바람직하게는 500 마이크로미터들 이상)으로 제공된다면, 미러는 광 스위치에서와 같이 광을 조종하는데 유용하다. 또한, 본 발명은 반도체 디바이스들의 공정(예컨대, 식각)에도 적용가능하며, MEMS 디바이스들에만 한정되는 것은 아니다.
본 발명은 마이크로 구조물들의 제조 기술에 관한 것으로, 상기 마이크로 구조물들은 마이크로 전기기계식 구조물들, 마이크로 광 전기기계식 구조물들 및 반도체 디바이스들과 같은 디바이스들을 포함한다. 특히, 본 발명은 기체상(氣體相) 식각 및 증착 절차들에 관한 것으로 특히 실리콘 식각을 포함하는 것들에 중점을 둔다. 본 발명은 기체상 식각 및 증착의 필요를 충족시키는데 특히 유용한 장치들을 또한 소개한다.
도 1은 본 발명에 따른 방법들 및 장치를 사용하여 실리콘을 식각하기 위한 공정의 한 예를 나타내는 공정 흐름 다이어그램이다.
도 2는 본 발명의 실시에서 사용될 수 있는 천공된 플레이트의 일 예를 나타내는 평면도이다.
도 3은 본 발명의 실시에서 사용될 수 있는 천공된 플레이트의 제 2 예를 나타내는 평면도이다.
도 4a는 본 발명에 따른 왕복 펌프의 일 예를 나타내는 측입면도(側立面圖)이다.
도 4b는 부속 흐름 라인들 및 차단 밸브들을 함께 가진 도 4a의 왕복 펌프를 나타내는 펌프 흐름 다이어그램이다.
도 5는 본 발명의 다른 실시예를 도시하는 공정 흐름 다이어그램이다.
도 6은 본 발명의 또 다른 실시예를 도시하는 공정 흐름 다이어그램이다.
도 7은 본 발명에 의해 달성될 수 있는 다른 효과들의 예시로서, 본 발명에 따른 다른 공정들에 의해 처리된 후의 샘플의 단면이다.
본 발명은 마이크로 구조물 내 또는 상에서 층들 또는 소자들의 증착 또는 부가를 위하거나 층들 또는 영역들의 식각을 위해 사용되는 장치 및 방법을 개선하기 위해 제공된다. 이러한 일 개선점에 있어서, 재순환 및/또는 냉각 시스템이 식각 또는 증착 공정에 도입되어 그 결과 제어 반응 분위기를 제공하는 한편 처리 가스의 효과 및 공정의 효율을 개선한다. 재순환은 종래기술에서는 행해지지 않아 왔다. 왜냐하면, 외부 물체 또는 물질이 초청정(超淸淨) 반응 분위기에 들어와서 샘플을 오염시키는 위험 때문이다. 이러한 위험은 재순환 펌프의 사용과 관련이 있다. 따라서, 본 발명의 일 실시예는 재순환이 이러한 위험 없이 실제로 행해질 수 있다는 발견에 있다. 본 발명에 의해 제공되는 다른 개선점은 샘플 표면 위에 유입 처리 가스의 분포를 돕는 내부 구조적 형상을 가진 식각 또는 증착 챔버의 사용에 있다. 이러한 분포는 일부 영역에서의 처리 가스의 고집중의 발생과 그 결과로 샘플 표면 상에서 발생하는 임의의 "핫 스팟(hot spot)"을 줄이고 최소화시키고 제거하기까지 하는 역할을 한다. 또다른 개선점은 처리 가스의 재순환을 위한 재순환 펌프의 디자인 및 사용에 있다. 펌프는 분위기를 오염시킬 수 있거나 처리 가스에 의한 부식에 민감한 윤활류 또는 다른 물질을 사용하지 않고 분위기로부터 처리가스를 완전히 밀봉할 수 있다. 그럼에도 불구하고 펌프는 처리 가스를 반응이 일어나는 챔버로 정교히 제어 가능한 흐름 속도를 가진 처리 가스를 제공할 수 있다. 따라서, 펌프의 사용은 유출물의 감소와 제품 균일성의 증가에 기여한다. 이들 개선점들의 각각은 공정 효율의 증가와 제품의 수율 및 품질의 증가에 기여하고, 각각은 독립적으로 또는 다른 하나 이상의 것과 조합하여 사용될 수 있다.
유입 처리가스의 분포에 기여하는 반응 챔버의 내부 구조적 형상들은 유입 가스 스트림(stream)을 편향하여 스트림이 샘플 표면에 바로 부딪치지 않도록 하는 배플(baffle), 가스 스트림을 넓은 공간적 영역 상에 분포시키는 천공(穿孔)된 플레이트, 또는 상기 배플과 천공된 플레이트의 조합이다. 배플과 천공된 플레이트가 모두 있는 경우, 플레이트는 바람직하게는 배플과 샘플 사이에 위치한다. 플레이트가 단독으로 또는 배플과 조합으로 사용되든지 간에, 플레이트는 처리 가스 흐름이 샘플에 닿기 전에 플레이트 내의 천공들을 통하도록 배치되며, 천공들은 천공 어레이를 지나는 처리 가스 스트림의 분포를 개선하도록 플레이트 내에서 공간적으로 배열되고 크기가 결정된다. 이러한 형상들로 인해, 공정은 처리 가스의 양, 흐름 속도 및 흐름 패턴에 대한 더 좋은 제어와 더불어 실행될 수 있다. 이것이 제공하는 이익은 샘플 영역 상의 균일한 반응과 향상된 화학적 효율을 포함하고, 높은 균일성, 무결점 제품의 높은 수율 및 향상된 재생산능력을 이끌어낸다. 공정이 선택적인 식각 공정인 경우, 식각되어야 하는 실리콘 또는 다른 물질들로 향한 식각의 선택성은 반응 조건들에 대한 좋은 제어 덕택에 역시 향상된다.
전술한 재순환은 변하는 구조 및 작동의 다양한 펌프들 중 임의의 하나의 사용에 의해 영향을 받을 수 있는 한편, 이하에서 자세히 서술될 펌프는 벨로스 타입의 벽 섹션들을 가진 하우징 및 펌프 내부를 개별 챔버들로 분리하는 하나 이상의 가동식(可動式) 내부 파티션들로 구성되는 재순환 펌프이다. 각 파티션은 벨로스 타입의 벽 섹션들을 이용하여, 파티션의 한 방향으로의 움직임은 제 1 챔버가 팽창하도록 하는 한편 제 2 챔버는 수축하도록 하고, 계속되는 다른 방향으로의 파티션의 이동은 제 1 챔버가 수축하도록 하는 한편 제 2 챔버는 팽창하도록 한다. 파티션의 전후 이동의 연속적 사이클은 각 챔버들을 위한 별도의 유입구 및 유출구 밸브들의 개폐와 동기(同期)되어, 챔버들이 교대로 가스를 유입하고 유출하도록 한다. 그 결과, 펌프 사이클의 양(兩) 행정(行程)들 동안에 가스가 상대적으로 연속적이고 안정적으로 유출된다. 이러한 디자인의 펌프 덕택에 오퍼레이터는 단순히 파티션의 속도 및 사이클의 주기를 조정함으로써 높은 수준의 효율 및 제어와 더불어 처리 가스의 흐름 속도를 수정할 수 있다. 이러한 이익들은 펌프 윤활유 또는 펌프로부터의 다른 액체 또는 입자 물질로 인한 처리 가스의 오염 또는 펌프의 부식의 위험 없이 달성될 수 있다.
이것은 건식 펌프의 한 예인데, 본 명세서에 있어서 이러한 용어는 밀봉재 또는 윤활유로 사용되는 것처럼 처리 가스 스트림과 접촉하는 액체 성분을 전혀 포함하지 않는 펌프를 나타낸다. 다른 건식 펌프들도 사용될 수 있다. 그러나, 특히 상기 건식 펌프는 퍼지 가스(purge gas)가 흐름 스트림으로 유입되는 것을 막는 장점을 더욱 제공한다.
재순환 여부에 상관없이 처리 가스를 냉각시키기 위한 냉각 시스템 및 방법이 또한 개시된다. 냉각은 처리되는 샘플, 처리/식각 챔버, 또는 처리 챔버에 도달하기 전의 처리/식각 가스에 바로 행해질 수 있다. 이러한 냉각은 실리콘을 식각하는데 특히 적합하고, 특히 비 플라즈마 페이즈 할로겐화물들과 더불어(그리고, 양호하게는 가해지는 외부 전기장 또는 전기자기 에너지를 가지지 않는 기체상 플루오르화물과 더불어) 실리콘을 식각하는데 특히 적합하다.
본 발명은 일반적으로 다양한 구조, 배치, 흐름 체계, 및 실시예가 가능한 한편, 본 발명을 특징짓는 새로운 특색은 본 발명의 다양한 양태들이 이용될 수 있는 전형적인 공정 흐름 배치를 먼저 살펴봄으로써 가장 잘 이해될 것이다.
도 1은 공정이 식각 공정인 공정 흐름 배치를 나타낸다. 에천트는 소스 챔버(11)에서 발생한다. 액체에서 용이하게 기화되는 에천트 가스의 예는 삼플루오르화 브롬(bromine trifluoride)이다. 반면에, 고체 결정에서 용이하게 승화되는 에천트 가스의 예는 이플루오르화 크세논(Xenon difluoride)이다. 결정을 40℃이하로(예를 들면, 28.5℃의 온도에서) 유지하면 효과적인 결과를 얻을 수 있다. (이플루오르화 크세논은 사용될 수 있는 여러 가지 에천트 가스들 중의 하나일 뿐이다. 다른 가스들의 예는 이하에서 서술된다.) 28.5℃에서의 이플루오르화 크세논의 승화 압력은 5 ~ 11mbar(4 ~ 8torr)이다. 팽창 챔버(12)는 소스 챔버(들)(11) 내의 결정로부터 이플루오르화 크세논 가스를 받아들이고, 차단 밸브(13)는 소스와 팽창 챔버들 사이에 위치한다. 식각될 샘플(14)은 식각 챔버(15) 내에 배치되고, 식각 챔버(15)는 본 발명의 요약서(하기됨)에서 언급된 바와 같이 배플(16) 및 천공된 플레이트(17)를 포함한다. 본 발명의 요약서에서 언급된 왕복 펌프(18)는 팽창 챔버(12)와 식각 챔버(15)사이에 위치한다. (왕복 펌프 및 그 밸브들은 도 4a 및 도 4b에 더 자세히 도시되고, 이하에서 설명된다.)
차단 밸브들(21, 22)을 통해 팽창 챔버(12)로 공급하는 2개의 개별 가스 소스들(19, 20), 챔버의 탈기를 제어하기 위한 진공 펌프(23) 및 부속 차단 밸브(24, 25, 26, 27, 28), 펌프(23)로부터의 역류를 막기 위한 부속 차단 밸브(30)를 가진 펌프 밸러스트 역할을 하는 제 3 가스 소스(29), 및 여러 라인들을 통하는 가스의 흐름 속도를 설정하고 챔버 내의 압력을 미세 조정할 수 있게 하는 수동 조작형 니들 밸브(31, 32, 33, 34, 35, 83)가 도시되어 있다. 이플루오르화 크세논이 사용되면, 팽창 챔버(12) 및 식각 챔버(15)는 전형적으로 상온(25.0℃) 근방에서 유지된다. 그러나, 후술되는 바와 같이 처리된 샘플을 직접 냉각하는 것과 결부되어 비록 행해질 것이지만, 팽창 챔버 및 식각 챔버는 또한 가열될 수 있다(25 내지 40℃ ). 재순환 라인(36)은 팽창 챔버(12)와 (밸브들(26, 27, 34, 35)을 통해서) 연결되고 왕복 펌프(18)에 의해 식각 챔버(15)로 재진입하는 순환 루프 내에서 가스가 식각 챔버(15)를 통해 연속적으로 흐르는 것이 가능하도록 한다. 밸브(85)는 재순환 펌프(18)를 통과함 없이 재순환 라인(36)의 일부를 통한 팽창 챔버(12)와 식각 챔버(15) 사이의 가스 전달이 가능하도록 한다. 경로(40)의 밸브(86)는 식각 공정 동안에 에천트 혼합물을 보충하기 위해 팽창 챔버(12)로 에천트 가스를 유입하는 것을 가능하도록 한다. 밸브들은 바람직하게는 부식가스에 내성이 있는 벨로스 밀봉 밸브들이고, 모든 밀봉을 위해 내부식성 O 링을 가지며 알루미늄 또는 스테인리스 스틸로 제조되는 것이 바람직하다(예컨대, 칼레즈(Kalrez)TM, 켐라즈(Chemraz)TM). 니들 밸브들 또한 바람직하게는 내부식성이고 모두 스테인리스 스틸인 것이 바람직하다. 선택적 특징으로서, 필터(39)는 재순환 흐름에서부터의 식각 부산물을 제거하기 위해 재순환 라인(26) 내에 배치될 수 있어서, 흐름에 있어서 에천트 가스의 희석의 정도를 감소시킨다. 필터는 또한 공정에서 나오는 유출물의 양을 줄이는 역할을 한다. 식각 챔버(15)(일반적 의미에서는 반응 챔버(15)이다. 왜냐하면, 본 발명은 증착, 및 식각 이외의 반응 처리 가스의 사용에 확장되기 때문이다)는 임의의 모양 또는 치수로 될 수 있으나, 챔버의 내부 치수 및 모양이 챔버 내부에 와류 또는 불용 용적(dead volume)이 없이 균일하고 일정한 흐름을 조성하는 것일 때 가장 바람직한 결과를 얻을 수 있다. 바람직한 형태의 식각 챔버는 챔버의 꼭대기 중앙에 있는 처리가스 유입구 포트, 샘플을 위해 바닥 근방의 챔버의 중앙에 있는 지지대, 및 샘플 지지대 아래의 바닥벽 또는 측벽에 있는 출구 포트를 가지는 원형 또는 얕은 실린더형의 챔버이다. 배플(16)은 입구 포트 바로 밑에 위치한다. 포트에서 배플의 상부 표면까지의 거리는 본 발명에서 중요하지 않고 변경될 수 있지만, 본 발명의 양호한 실시예에서 상기 거리는 약 0.1cm에서 약 6.0cm의 범위 내이고 더욱 바람직하게는 약 0.5cm에서 약 3.0cm이다. 그 형상은 도 1에서 도시되지는 않지만, 배플은 원형이거나 그렇지 않으면 360°에 걸쳐 방사상으로 가스 스트림을 편향시키는 형태가 되는 것이 바람직하다.
천공된 플레이트(17)는 배플(16)보다 더 넓고, 바람직하게는 모든 가스 흐름을 샘플 쪽으로 보낸다. 천공된 플레이트에 대한 바람직한 형태는 샘플의 기하학적 형태와 매칭되는 것이다. 따라서, 원형 샘플을 위해서는 천공된 플레이트 또한 원형인 것이 바람직하다. 2개의 예의 천공된 플레이트(17a 및 17b)가 도 2 및 도 3에 각각 도시되어 있다. 천공된 플레이트는 처리 가스가 샘플에 닿기 전에 플레이트 내의 작은 직경의 구멍을 지나가도록 함으로써 아래의 샘플 상에서의 처리 가스의 분포를 향상시키는 역할을 한다. 각 구멍 자체의 작은 직경은 가스 스트림이 구멍을 통과하여 빠져나올 때 가스 스트림의 확산을 초래한다. 주어진 펌프 흐름 속도에 대해, 천공 어레이와 특히 홀들의 위치 및 크기는 전체 샘플 상에서 균일한 식각 공정이 달성되도록 디자인된다. 이것은 향상된 샘플과 공정 균일성을 이끌어낸다.
앞에서 알아본 바와 같이, 배플과 천공된 플레이트는 샘플의 균일한 처리를 위해 각각 개별적으로 사용될 수 있다. 도면에서 도시된 구조물은 배플 및 천공된 플레이트 모두를 포함하는 바람직한 배치를 나타내고 있다. 이러한 배치에 있어서, 배플의 에지를 지나가는 가스는 플레이트의 주변부에 먼저 닿는다. 더욱 천공된 플레이트의 전체에 걸쳐 가스가 분포하게 하는 것, 즉 모든 구멍을 통과하게 하는 것은 플레이트의 중심보다 그 주변 쪽의 영역에서 가스가 더 많은 저항을 받도록 하는 구멍들을 배열함으로써 달성될 수 있다. 이것은 여러 가지 방법으로 행해질 수 있고, 그 중 2가지가 도면에 도시되어 있다. 도 2에 있어서, 구멍은 플레이트의 중심에서부터 거리가 멀어질수록 그 직경이 작아진다. 이러한 배치에서의 구멍들은 3개의 크기를 가진다. 최외각 구멍들은 가장 작고, 중심 영역의 것들은 가장 크고,그 중간 영역의 것들은 중간 크기이다. 크기 분포의 일 특정 예에서, 최외각 구멍들은 직경이 약 0.074 인치(1.9mm)이고, 중심 영역의 구멍들은 직경이 0.125 인치(3.2mm)이고, 그 중간 영역의 구멍들은 직경이 0.100 인치(2.5mm)이다. 이것은 단지 예일 뿐이고, 다른 예에서는 다른 직경의 구멍들이 사용될 수 있고, 중심에서 에지로 갈수록 점진적으로 변화가 계속될 수 있다. 도 3에 있어서, 구멍들은 모두 같은 직경이지만, 구멍들 간의 간격은 플레이트의 중심에서 거리가 멀어질수록 증가한다. 이런 타입의 배열의 예에 있어서, 구멍은 직경이 0.080 인치(2.0mm)이다.
도 1에서 도시된 배치 내에서 배플과 천공된 플레이트 모두를 이용하는 본 발명의 실시예에 있어서, 배플(16)에서 천공된 플레이트(17)의 상부 표면까지의 거리는 본 발명에 있어서 중요하지 않고, 식각 챔버의 다른 치수들, 유입 가스의 흐름 속도, 및 다른 시스템 파라미터들에 따라서 변할 수 있다. 본 발명의 본 태양에 따른 양호한 실시예에서, 상기 거리는 약 0.1㎝ 내지 약 10㎝, 그리고 가장 바람직하게는 약 1.0㎝ 내지 약 4.0㎝의 범위 내에 있다. 일 특정 예에서, 포트에서 배플의 상부 표면까지의 거리는 약 2.5cm이고, 배플과 천공된 플레이트의 상부 표면 사이의 거리는 2.0cm이다.
전술된 공정 체계에 대해 많은 대안들이 사용될 수 있다. 예를 들면, 부가적 가스 소스들 및 챔버들이 사용될 수 있다. 예컨대, U자형 또는 원추형 배플을 포함하거나 부가적인 천공된 플레이트들 및/또는 배플들을 사용함으로써, 식각 챔버 내의 공기 분포 시스템도 변경될 수 있다. 그러나, 이러한 모든 변형들 중에서 공통 특징은 재순환 루프 내에 배치되는 펌프 및 에천트 가스의 재순환이다.
도 4a 및 도 4b는 본 발명의 실시에서 사용될 수 있는 왕복 펌프(18)의 예를 나타내는 다이어그램이다. 이들 다이어그램에서 도시된 디자인은 예컨대 챔버들의 개수를 3개 이상으로 늘리거나 일련의 이러한 펌프들을 병렬로 배치하는 것과 같은 여러 방법에 따라서 변경될 수 있다. 다음의 설명은 이들 다이어그램에서 도시된 특정 디자인에 대한 것이다.
도 4a의 측입면도는 벨로스 타입의 측면 벽들(44, 45)에 의해 결합되는 2개의 고정 끝단 벽들(42, 43)로 구성되는 펌프 하우징(41)을 도시한다. 벨로스 타입의 측면 벽들(44, 45)은 아코디언처럼 주름이 잡혀 있거나 또는 벨로스 타입의 신축(伸縮)이 가능하도록 구성되었기 때문에 명명(命名)된 이름이다. 끝단 벽들(42, 43) 및 벨로스 타입의 측면 벽들(44, 45)은 각 측면 벽에 있는 유입구/유출구 포트들을 제외한 펌프의 내부를 함께 완전히 밀폐한다. 이들 포트들의 구성은 도 4b의 펌프 흐름 다이어그램에 도시되어 있다. 좌측면 벽(42)은 하나의 유입구/유출구 포트(46)를 가지고, 우측면 벽(43)은 이와 마찬가지고 하나의 유입구/유출구 포트(48)를 가진다. 원격 조종 차단 밸브들(51, 52, 53, 54)은 각 유입구/유출구 포트에 들어가거나 나오는 외부 라인들 상에 위치한다. 우발 방지 작동을 위해서, 차단 밸브들(51, 54)은 보통 열려있고, 차단 밸브들(52, 53)은 보통 닫혀있다.
도 4a에 도시된 가동식(可動式) 파티션(60)은 펌프 내부를 2개의 챔버들(61, 62)로 분리하고, 파티션과 하우징의 나머지 부분들로의 이음 부위는 액체 불침투성이여서 2개의 챔버들은 그 사이에 액체 전달 없이 완전히 분리된다. 파티션(60)은 벨로스 타입의 측면 벽들(44, 45)을 결합시키고, 이방향 화살표(63)에 의해 표시되는 2개의 방향으로 움직인다. 움직임은 왕복 운동이 가능한 적당한 구동 메커니즘(도시되지 않음)에 의해 구동된다. 많은 상기와 같은 구동 메커니즘이 이 기술 분야의 당업자에게 공지되어 있고, 사용될 수 있다. 도 4a에 도시된 도면에 있어서, 좌측으로의 파티션의 움직임은 좌측 챔버(61)는 수축하고 우측 챔버(62)는 팽창하도록 한다. 적절히 배치된 펌프 차단 밸브들, 즉 열린 밸브들(52 및 53) 및 닫힌 밸브들(51 및 54)과 더불어, 수축하는 좌측 챔버(61)는 유입구/유출구 포트(46)를 통해 그 내용물을 배출하는 한편 팽창하는 우측 챔버(62)는 유입구/유출구 포트(48)를 통해 가스를 유입할 것이다. 일단 파티션(60)이 좌측편 이동의 끝에 도달하면, 파티션은 방향을 바꾸어 우측편으로 이동하고 차단 밸브들은 적절히 스위칭되어, 팽창된 우측 챔버(62)는 수축하여 그 내용물을 유입구/유출구 포트(48)를 통해 배출하는 한편 수축된 좌측 챔버(61)는 팽창하여 새 가스를 유입구/유출구 포트(46)를 통해 유입하도록 한다. 이러한 방식으로, 펌프는 전체적으로 실질적으로 연속적인 방식의 가스 흐름을 만들어 내고, 2개의 챔버들에서 교대로 배출이 나온다. 컨트롤러(64)는 파티션(60)의 움직임의 방향 및 범위와 속도 및 사이클 주기를 관리하고, 파티션의 움직임을 차단 밸브들(51, 52, 53, 54)의 개폐와 조율한다. 종래의 컨트롤러 회로 및 구성 요소들이 사용될 수 있다.
도시된 바와 같은 처리 가스를 재순환시키기 위한 펌프 및 본 발명의 범위 내에 있는 또다른 펌프들은 처리 가스와 접촉하는 미끄럼 또는 마멸 부분 또는 윤활유를 가지지 않는다. 팽창 가능한 벌룬(balloon) 챔버들, 탄성의 밀폐 개스킷으로써 연결된 동심의 피스톤들을 갖는 펌프들, 또는 연동(peristaltic) 펌프들을 포함하여, 상기의 조건을 만족하는 다른 펌프들이 가능하다. 따라서, 벨로스 타입 벽들을 포함하여, 펌프 소재들은 에천트 가스로부터의 부식에 내성이 있거나 불침투성의 소재로 제조될 수 있다. 50℃ 이하의 작동 온도에서 유용한 상기의 소재의 일 예는 스테인리스 스틸이다. 다른 예들은 알루미늄, 인코넬(Inconel), 및 모넬(Monel)이다. 또 다른 예들은 이들 가스들을 다루는 당업자에게 용이하게 명백할 것이다. 펌프와 그 챔버들의 용량 및 치수는 변할 수 있는 한편, 양호한 본 실시예는 파티션이 전 범위로 움직일 때의 각 챔버의 볼륨의 변화는 약 0.05 내지 4.2L 이고 바람직하게는 0.1 내지 1.5L인 것이고, 한 예는 0.5L이다. 더 큰 챔버 사이즈(예컨대, 5 내지 20L)가 가능한데, 더 낮은 펌핑 속도와 결부되면 펌프의 마모가 작아진다는 점에서 이익이 될 수 있다. 매 2초 당 한 사이클의 파티션 속도에서, (0.5L에 대한)펌프 속도는 30L/min이다. 펌프 사이즈 및 펌프 속도의 다른 조합들이 가능하지만, 양호한 시간 당 펌프 볼륨은 7 내지 85L/min 사이이고, 양호한 범위는 15 내지 46 L/min이다.
전술된 펌프는 식각 동안에 처리 가스 혼합물의 미립자 오염을 더욱 줄이기 위해 적당한 배열로 구성될 수 있다. 벨로우 타입이 아닌 펌프들도 역시 사용될 수 있다. 바람직한 펌프들은 처리 가스 혼합물에 의한 부식에 내성이 있는 것들 및 분진 또는 액체 물질을 처리 가스 혼합물 내로 유입하지 않도록 디자인 된 것들이다. 건식 펌프, 즉 외래 퍼지 또는 밸러스트 가스를 처리 가스 혼합으로 첨가하지 않는 펌프들이 바람직하다. 선택적으로, 처리 가스는 (재순환 경로의 가열 및 냉각에 있어서 큰 변화를 가진) 온도 사이클링에 의해 순환될 수 있다.
다음은 식각 공정과 그 화학적 파라미터들의 일반적인 설명이다. 본 설명은 위에서 설명된 특징들이 사용될 수 있는 상황을 보여주기 위한 것이다.
본 발명에 따른 장치 및 방법은 이 기술분야 또는 문헌에서 공지된 식각 공정에 사용될 수 있다. 이들 공정들은 일반적으로 Cl2, HBr, CCl2F2 등을 포함하는 건식 식각 가스들의 사용을 포함한다. 특히 실리콘을 식각하기 위해 선호되는 에천트 가스는 영족 기체 플루오르화물, 기체 플루오르화 할로겐, 또는 이들 그룹 내의 가스들의 조합들(게다가 바람직하게는 기화 또는 승화시키기 위해 가열하는 것 이외에 가스에 에너지를 공급할 필요가 없는 것들)과 같은 기체 할로겐화물들(예컨대, 플루오르화물)이다. 영족 기체는 헬륨, 네온, 아르곤, 크립톤 및 라돈이고, 이들 중에서 선호되는 플루오르화물은 플루오르화 크립톤 및 플루오르화 크세논이고, 가장 선호되는 것은 플루오르화 크세논이다. 이들 원소들의 일반적인 플루오르화물은 이플루오르화 크립톤, 이플루오르화 크세논, 사플루오르화 크세논 및 육플루오르화 크세논이다. 실리콘 식각 공정에서 가장 일반적으로 사용되는 영족 가스는 이플루오르화 크세논이다. 플루오르화 할로겐들은 플루오르화 브롬, 삼플루오르화 브롬, 오플루오르화 브롬, 플루오르화 염소, 삼플루오르화 염소, 오플루오르화 염소, 오플루오르화 요오드, 및 칠플루오르화 요오드를 포함한다. 이들 중에서 선호되는 것은 삼플루오르화 브롬, 삼염화 브롬, 및 오플루오르화 요오드이고, 더욱 선호되는 것은 삼플루오르화 브롬 및 삼플루오르화 염소이다. 삼플루오르화 염소 및 이플루오르화 크세논의 결합 또한 관심 대상이다. 식각 공정은 일반적으로 대기압 이하의 압력에서 행해진다. 본 명세서에서 언급된 에천트들은 기체 상태(즉, 비 플라즈마) 또는 부가되는 에너지(개시 에천트 가스 또는 가스의 승화 또는 기화를 돕기 위한 열은 제외)가 없는 상태, 그리고 전기장, UV 광 또는 다른 전기자기장 에너지, 또는 특정온도에서 가스로서의 보통 에너지 이상으로 에천트 가스에 에너지를 공급하는 다른 부가되는 장(場, field) 또는 에너지 소스들이 없는 상태에서 사용되는 것이 바람직하다.
실제로, 본 발명의 양호한 실시예에 있어서, 에천트 가스(식각을 위해 소스 챔버 II로부터 일단 배출된 것)는 냉각된다(또는, 샘플이 냉각된다). 에천트 가스, 에천트 챔버, 및/또는 샘플을 냉각하는 것은 본 발명의 MEMS 디바이스들의 제조에 있어서 특히 도움이 되는 것으로 밝혀졌다. 특히, 기체상 에천트(예, 플루오르화물 증기 에천트)로 식각하는 것을 포함하는 캔틸레버 타입의 가동식 구조물들 또는 다른 힌지 마이크로 전기기계식 구조물을 제조하는데 있어서 더욱 그러하다. 도 5에서 알 수 있는 바와 같이, 가스 냉각 유닛(80)이 처리 가스를 냉각하기 위해 제공된다. 냉각 유닛(80)은 도 5에 도시된 바와 같이 처리 가스 소스와 (선택적인) 팽창 챔버 사이에 배치된다. 그러나, 냉각 유닛은 팽창 챔버(12)와 식각 챔버(15) 사이 또는 소망의 온도로 처리 가스를 냉각시키는 어떠한 곳에도 배치될 수 있다. 처리 가스가 냉각되면, 바람직하게는 응축 온도 이하로는 냉각되지 않아야 한다(사용되는 에천트의 부분 압력에 대해). 본 발명의 다른 실시예에 있어서, 샘플(14) 자체가 바로 냉각되거나(예를 들면, 처리 챔버 내의 샘플 홀더/압반을 냉각함으로써), 식각 챔버(15) 또는 팽창 챔버(12)가 냉각된다. 샘플 압반이 냉각되면, 압력 차이가 가해져서 샘플과 압반의 접촉을 증가시키고 교대로 샘플의 냉각을 증대시킬 수 있다. 이러한 냉각은 유전체(예를 들면, 질화 또는 산화 실리콘)에 대해서 실리콘(예를 들면, 비결정질 실리콘)을 식각하는데 특히 적합하다. 냉각은 다른 물질 아래의 한 물질을 제거하기 위한 공정(예를 들면, 마이크로미러들과 같은 MEMS 구조물을 제조하는 것)에서 사용될 때 특히 바람직하다.
냉각 유닛은 처리 가스를 냉각하기 위한 표준 냉각 코일 또는 리브 디자인과 같은 임의의 적당한 디자인일 수 있고, 또는 처리 챔버 또는 샘플 홀더를 직접 냉각하기 위한 냉각 디바이스일 수 있다. 처리 가스를 냉각하면, 냉각 가스는 상온(약 22℃) 이하, 바람직하게는 0 내지 19℃의 범위, 더욱 바람직하게는 1 내지 12℃의 범위의 온도로 냉각해야 한다. (일정 시간동안 이플루오르화 크세논 가스에 노출시킴으로써) 온도에 따라 관측되는 식각의 양을 측정하기 위해 (유리 위의 Ti 층 상에 있는) 질화 실리콘 층에 대해 실험이 행해졌다. 질화 실리콘 층의 일부는 포토레지스트로 도포되었고, 도포되지 않은 부분은 특정 온도에서의 식각 속도를 측정하기 위해 식각되었다. 특히, 아세톤으로 포토레지스트를 일단 벗겨낸 다음, 포토레지스트로 보호된 질화 실리콘과 노출된 질화 실리콘 간의 측정된 계단 높이차와 노출 시간으로부터 식각 속도가 계산되었다. 처리 가스가 냉각될 때의 낮은 식각 속도 (및 매우 낮은 온도로 인한 작은 식각 양을 측정하는 것의 곤란함) 때문에, 처리 가스 식각 속도는 높은 온도(예를 들면, 90 및 120℃)에서 측정되어 외삽법으로 추정되었다. (SiN은 90℃에서 더 천천히 식각되었다. 실리콘은 낮은 온도에서 더 빨리 식각되는 것으로 알려진 것처럼, 공정 온도를 낮추거나 바람직하게는 샘플 자체의 온도를 낮춤으로써 SiN 및 Si 간의 선택성은 더욱 크게 향상될 수 있다.) 본 발명의 다른 실시예에 있어서, 처리가스는 가열되지만, 동시에 (예를 들면, 샘플 홀더/압반을 냉각하거나 불활성 냉각 가스를 샘플에 바로 공급함으로써) 샘플은 바로 냉각되었다. 이러한 방식으로, 응축은 방지된다. 그러나, 낮은 온도의 선택성 이득은 그대로 유지된다. 다른 실시예에서, 반응하지 않은 에천트의 부분 압력에 따라서 냉각온도는 고온(식각 공정의 시작될 때는 상온 바로 아래)에서 저온으로 조절된다.
필요하다면, 온도 모니터(82)가 처리 가스가 식각 챔버를 지나가기 전 및/또는 후의 지점에서 처리 가스 온도를 모니터할 수 있고, 냉각 유닛을 제어하기 위해 사용될 수 있다. 도 6은 도 1의 재순환 능력 및 도 5의 냉각 능력을 갖춘 실시예를 도시한다. 선택적인 필터(39)가 또한 도 6에 도시되어 있고, 펌프(18), 소스 챔버(11), 팽창 챔버(12), 식각 챔버(15) 및 냉각 유닛(80)이 도시되어 있다. 명확히 하기 위해, 다양한 밸브들, 도관, 가스 희석제, 및 도 1의 다른 주변 구조물은 도 5 및 도 8에서 생략되었다.
소스 챔버(11)는 단일의 챔버일 수 있는 반면에, 도 5에 도시된 구성은 소스 챔버가 실제로 직렬로 연결된 한 쌍의 챔버들(11a 및 11b)인 선택적인 것이다. 이들 챔버들 중 제 1 챔버(11a)는 주로 응축된 형태로, 즉 승화될 결정 또는 기화될 액체 상태로 소스 물질을 담고 있다. 제 2 챔버(11b)는 제 1 챔버 내의 결정로부터의 승화되거나 액체로부터의 기화되어서 발생되는 소스 물질 가스를 받아들인다. 이들 상(相)들을 유지하기 위해 2개의 챔버들(11a 및 11b)은 서로 다른 온도(바람직하게는 적어도 5℃ 차이)에서 유지되는 것이 바람직한데, 다음의 챔버들이 필요로 하는 압력에서 물질을 공급받을 수 있을 만큼의 충분히 높은 압력에서, 낮은 온도에서의 제 1 챔버(11a)는 물질을 응축된 형태(고체 결정 또는 액체)로 유지하고 높은 온도(또한 가능하다면 높은 압력)에서의 제 2 챔버(11b)는 물질을 증기 형태로 유지한다(그리고, 응축의 문제를 피한다). 일 실시예에 있어서, 2개의 챔버는 상온 이상의 온도에서 유지되는데, 챔버(11b)는 챔버(11a)의 온도보다 높은 2 내지 24 ℃의 온도(바람직하게는, 약 5 내지 10℃의 온도)에서 유지된다. 더욱이, 상기 2개 챔버 실시예는 도 1 내지 도 6에서 도시된 것과 같은 시스템에서 사용될 수 있다. 챔버들(11a 및 11b)은 또한 병렬로 배치될 수 있다.
본 명세서에 있어서, 용어 "샘플" 및 "마이크로 구조물"은 물질이 제거되려 하거나 부가되려는 물품을 나타내기 위해 사용되었다. 여기서, 상기 물질은 복수의 층들 중에서 층(들)을 형성하거나, 같은 평면에서 다른 영역에 인접한 일 영역을 형성하는지에 상관없다. 따라서, "샘플"은 단일 미러 소자 및 다른 소재들의 부속 층, 테스트 패턴, 다이(die), 디바이스, 웨이퍼, 웨이퍼의 일부, 또는 일부가 제거되거나 부가되는 임의의 물품일 수 있다. 본 발명은 부가되거나 제거되는 부분의 물질의 크기가 적어도 하나의 차원에 있어서 5㎜이하, 바람직하게는 1㎜이하, 더욱 바람직하게는 500㎛이하, 그리고 가장 바람직하게는 100㎛이하인 공정에 특히 적합하다. 또한, 본 발명은 (예를 들면, MEMS 및 MOEMS에서 가끔 필요한 것처럼) 미크론보다 작은 환경(10㎚ 이상 1000㎚이하의 범위)에서 (구멍 또는 층의 형태로) 물질을 부가하거나 제거하는 것에 적합하다.
도 7은 (반도체 또는 MEMS 또는 MOEMS 구조물과 같은) 샘플(71)의 단면으로,본 발명에 따른 공정에 의해 형성될 수 있는 형상들을 도시한다. 본 발명에 따른 식각 공정은 상대적으로 깊고 좁은 구멍(72)을 형성하거나, 상대적으로 넓고 얕은 오목 부분(73)을 형성하기 위해 행해질 수 있는 반면에, 증착에 의해 물질의 부가가 달성될 수 있어서 상대적으로 넓고 얕은 표면 층(74) 또는 상대적으로 높고 좁은 벽 또는 지주(支柱)(75)가 형성될 수 있다. 이전 문단에서 언급된 치수는 이들 형상들 각각에서 가장 작은 치수, 즉 구멍(72)의 폭, 오목부분(73)의 높이, 부가된 층(74)의 깊이 및 벽 또는 지주(75)의 폭을 나타내는 것이다.
도면에서 도시된 시스템뿐만 아닌 본 발명의 범위 내에 있는 다른 시스템에 있어서, 단위 양(量)의 에천트가 소스 챔버 또는 팽창 챔버에 배치될 수 있고, 그 후 (희석제와 함께 또는 희석제 없이) 재순환 루프로 방출될 수 있다. 재순환 루프 내에 에천트 양이 시간이 흐름에 따라 줄어듦에 따라서, 부가적 에천트가 순환 스트림을 채우기 위해 유입될 수 있다. 공정의 다른 변형들은 이 기술분야의 당업자에게 명백할 것이다.
식각에 의해 제거되는 물질이 실리콘인 경우, 임의의 식각 공정들은 일 성분은 에천트 가스 자체(에천트 가스의 혼합)인 한편 다른 성분은 에천트가 아닌 희석제인 가스들의 혼합을 에천트가스로서 공급한다. 가스가 전부 에천트 가스(들)로 구성되든지 에천트가 아닌 성분을 역시 포함하든지 간에, 식각 반응의 속도는 에천트 가스의 부분 압력에 따라 변할 것이다. 그러나, 대부분의 응용에 있어서, 부분 압력은 실리콘이 식각되는 것들을 특히 변화시킬 수 있는데, 에천트 가스의 부분 압력이 약 0,1mbar(0.075torr), 바람직하게는 적어도 약 0.3mbar(0.225torr), 더욱바람직하게는 약 0.3mbar(0.225torr) 내지 약 30mbar(22.5torr) 범위 내, 가장 바람직하게는 약 1mbar(0.75torr) 내지 약 15mbar(11.25torr) 범위 내일 경우에 가장 좋은 결과를 얻을 수 있다. 이들 압력 범위는 특히 이플루오르화 크세논 식각에 적용될 수 있다.
임의의 공정에 있어서, 에천트가 아닌 가스 첨가물(들)이 포함되어 실리콘 식각의 선택성을 향상시킨다. 이러한 목적에서 선호되는 첨가물들은 비 할로겐 함유 가스들(non-halogen-containing gases)이다. 단일의 상기 첨가물 또는 상기 첨가물들의 혼합이 사용될 수 있다. 본 발명의 양호한 실시예들에 있어서, 첨가물들은 (몰 당 그램 또는 돌톤(dalton)으로 표현된) 그 몰 평균 식량(molar-averaged formula weight)이 질소 분자식량 이하, 바람직하게는 약 25이하, 더 바람직하게는 약 4 내지 약 25 범위 내, 한층 더 바람직하게는 약 4 내지 약 20, 그리고 가장 바람직하게는 약 4 내지 약 10 범위 내인 것들이다. 단일의 첨가물 종류가 사용되면 "몰 평균 식량(molar-averaged formular weight)"는 상기 종류의 실제 식량이 되는 반면, 2개 이상의 첨가물 종류들이 동일한 가스 혼합물에 사용되면 몰 평균 식량은 각 종류의 상대적 몰 양(부분 압력과 거의 동일)을 기초로 계산된 혼합물(영족 기체 플루오르화물은 제외) 내의 각 종류의 식량의 평균이다. 열 전도성의 관점에 있어서, 선호되는 첨가물들은 300K(26.9℃)와 대기압에서의 열 전도성이 약 10mW/(m K)(즉 켈빈 온도 당 미터 당 밀리와트) 내지 약 200 mW/(m k) 범위 내이고, 가장 바람직하게는 약 140 mW/(m K) 내지 약 190 mW/(m K) 범위 내의 것들이다. 일반적으로, 첨가물의 열 전도성이 높을수록, 선택성을 향상된다. 본 발명에서의 사용에적합한 첨가물들의 예는 질소(N2, 300K에서의 열 전도성 : 26 mW/(m K)), 아르곤(Ar, 300K에서의 열 전도성 : 18 mW/(m K)), 헬륨(He, 300K에서의 열 전도성 : 160 mW/(m K)), 네온(Ne, 300K에서의 열 전도성 : 50 mW/(m K)), 및 이들 가스들의 2 이상의 혼합물이다. 바람직한 첨가물 가스는 헬륨, 네온, 헬륨 및 네온의 혼합물이거나, 질소 및 아르곤과 같은 높은 식량의 에천트가 아닌 하나 이상의 가스들과 헬륨 및 네온 중 하나 또는 둘 다의 혼합이다. 특히 바람직한 첨가물들은 헬륨 및 질소 또는 아르곤과 헬륨의 혼합물이다.
선택성 향상의 정도는 에천트 가스의 첨가물의 몰 비율에 따라 변할 수 있다. 여기서 한번 더 말하자면, 몰 비율은 부분 압력의 비율과 거의 비슷하고, 본 경우에 있어서, "몰 비율" 용어는 첨가물 가스(한 종류 이상일 수 있음)의 몰 전체 수를 에천트 가스(역시 한 종류 이상일 수 있음)의 몰 전체 수로 나누었을 때의 비율을 나타낸다. 대부분의 경우에 있어서, 최상의 결과는 에천트 첨가물의 몰 비율이 약 500:1 이하, 바람직하게는 약 1:1 내지 약 500:1의 범위 내, 더욱 바람직하게는 약 10 : 1 내지 약 200:1의 범위 내, 그리고 가장 바람직하게는 약 20:1 내지 약 150:1의 범위 내일 때 얻어질 수 있다.
에천트 가스의 부분 압력은 온도에 따라 변할 것이지만, 식각 공정이 수행되는 온도는 이와 마찬가지로 변할 수 있다. 최적 온도는 에천트 가스, 가스 첨가물 또는 이들 모두의 선택에 의해 좌우된다. 일반적으로, 그리고 특히 에천트 가스로서 이플루오르화 크세논을 사용하는 공정에 있어서 적당한 온도는 약 -60℃ 내지 약 120℃, 바람직하게는 약 -20℃ 내지 약 80℃, 가장 바람직하게는 약 0℃ 내지약 60℃의 범위 내이다. 이플루오르화 크세논에 있어서, 실리콘 식각 속도는 -230℃ 내지 60℃ 범위에서 온도에 반비례한다. 따라서, 선택성의 향상은 식각 공정의 온도를 낮춤으로써 더욱 증가될 수 있다.
샘플이 에천트 가스에 노출되는 시간이 충분하여 (실질적으로) 모든 실리콘이 제거되도록 흐름 파라미터들은 선택될 것이다. 본 명세서에서 사용된 "실질적으로 모든 실리콘" 표현은 최종 제품이 모든 실리콘이 제거된 것처럼 효과적으로 필수적으로 기능하도록 하는 임의의 충분한 양을 나타낸다. 본 발명에 따라 달성되는 고 선택성의 장점은 비 실리콘 물질의 심한 손실없이 실리콘을 완전히 식각할 수 있도록 하는 것이다. 이것이 일어나도록 필요한 시간은 제거될 실리콘의 양과 실리콘 층의 치수 및 기하학적 형상에 따라 변할 것이다. 대부분의 경우에 있어서, 최선의 결과는 노출 시간이 약 30초 내지 30분, 바람직하게는 약 1분 내지 약 10분 정도 지속될 때 달성될 것이다. 본 발명이 적용되는 구조물의 예는 미국특허번호 제5,835,256호에 개시되어 있는데, 여기서 질화 실리콘 층은 폴리실리콘 층 위에 증착되고, 질화 실리콘은 미러 소자들이 측면 에지들을 정의하는 통로들을 남기도록 패턴된다. 희생 폴리실리콘으로의 접근은 통로들을 통해 이루어진다. 그리고, 식각 공정은 수직 방향으로(층 평면에 대해 수직으로) 식각함으로써 통로들 아래의 폴리실리콘을 제거하는 한편, 또한 옆 방향으로(층 평면에 대해 평행으로) 식각함으로써 질화 실리콘의 표면 하에 있는 폴리실리콘을 제거한다. 이 공정은 다중 비 실리콘 층들에 대해 실리콘을 식각하는데 또한 효과적이다.
그러나, 도 1에 도시된 공정 디자인은 본 발명에 따른 재순환이 달성될 수있는 많은 디자인들 중 하나일 뿐이다. 도 1 자체는 많은 다른 조합들 및 순서들의 밸브 개폐와 함께 사용될 수 있다. 다음은 상기 순서 중 하나이다:
1. 고체 또는 액체 에천트 물질(예컨대 XeF2)가 소스챔버(들)(11) 내에 배치된다.
2. 샘플(14)이 식각 챔버(15) 내에 배치된다.
3. 팽창 챔버(12) 및 식각 챔버(15)는 각각 탈기된다.
4. 팽창 챔버(12) 및 식각 챔버(15)는 a) 챔버들 중 하나 또는 둘 다에 불활성 가스(예컨대, N2)를 채우는 단계, b) 온도 램프(ramp)를 구현하는 단계(일정 시간동안 챔버들 중 하나 또는 둘 다의 온도를 올리는 단계, 단계 5 이후 챔버들 중 하나 또는 둘 다의 온도를 냉각하는 단계 그리고 단계 15 이후 챔버들 중 하나 또는 둘 다의 온도를 올리는 것과 더불어 멈추는 단계를 순서대로 포함함), 또는 c) 채움 단계 또는 온도 램프 구현 단계 모두에 의해 사전-조정된다. 샘플 온도는 챔버 온도 램프와 같거나 다른 램프(ramp)로 올라갈 수 있다.
5. 그 다음, 팽창 챔버(12) 및 식각 챔버(15) 모두 탈기된다.
6. 그 다음, 팽창 챔버(12) 및 식각 챔버(15)는 개별 가스 소스들(19, 20)로부터의 하나 이상의 희석제들로 충전(充塡)된다.
7. 그 다음, 팽창 챔버(12)는 탈기된다.
8. 그 다음, 팽창 챔버(12)는 소스 챔버(들)(11)로부터의 XeF2 가스(소스 챔버 내의 XeF2 결정로부터 승화됨으로써 발생함)로 충전된다.
9. 그 다음, XeF2 가스를 진공 펌프(23)에 의해 팽창 챔버(12)에서 탈기시켜, 팽창 챔버 내의 XeF2 가스 압력을 샘플을 식각하는데 사용되는 소망의 XeF2 공정 압력으로 낮춘다.
10. 그 다음, 가스 소스들(19, 20)로부터의 하나 이상의 희석제 가스들이 팽창 챔버(12)에 첨가된다.
11. 그 다음, 수동 니들 밸브들을 제외한 모든 밸브들이 닫혀진다.
12. 그 다음, 재순환 펌프(18)가 가동되어, 식각 챔버(15)를 통해 희석제 가스가 흐르기 시작하도록 한다.
13. 그 다음, XeF2 재순환 루프 상의 차단 밸브들(26, 27)이 열려져서, XeF2 가스가 재순환 루프(36)로 들어가도록 한다.
14. 식각 챔버를 통한 XeF2 가스의 재순환은 샘플이 완전히 식각될 때까지 계속된다.
15. 그 다음, 팽창 챔버(12) 및 식각 챔버(15) 모두는 탈기된다.
16. 팽창 챔버(12) 및 식각 챔버(15)는 a)챔버들 중 하나 또는 둘 다를 불활성 가스로 채우는 단계, b)챔버들 중 하나 또는 둘 다의 온도를 높이는 단계, c)챔버들 중 하나 또는 둘 다를 탈기시키는 단계, 또는 d)채움/가열/탈기 중 하나 이상의 단계의 시간적으로 순서화된 시퀀스를 따르는 단계에 의해 사후-조정된다.
17. 그 다음, 최종 샘플은 식각 챔버에서 제거된다.
상기 공정은 제품 품질을 손상시킴 없이 변경될 수 있다. 예를 들면, 단계 12 및 13은 반대 순서로 행해질 수 있다. 다른 변형들도 이 기술분야의 당업자에게는 명백할 것이다.
예:
MEMS 디바이스들을 갖는 6인치 유리기판을 식각하기 위해, 전형적인 장치 또는 공정 파라미터들은 28 C의 11a, 31 C의 11b 및 35 C의 중간 이음부를 갖춘 이중 소스 챔버 디자인을 포함한다. 23 C의 식각 챔버(15) 및 팽창 챔버(12). 전술한 단계 6에 있어서, 챔버들(12 및 15) 둘 다는 45 T 질소(N2) 및 450 T 헬륨(He)의 혼합물로 충전된다; 전체 가스 압력은 495 T이다. 단계 8에 있어서, 챔버(12)는 4.2 T 이상의 XeF2로 충전된다. 단계 9에 있어서, 챔버(12)의 XeF2 가스는 4 T로 감소되어 공정에서 사용된다. 단계 10에 있어서, 챔버(12)는 47 T의 질소(N2) 및 470 T의 헬륨(He)을 받아들인다; 단계 10의 끝에서의 챔버(12)의 전체 가스 압력은 521 T이다.
본 발명에 의한 장치 및 방법을 이용하여 제거될 수 있는 희생 실리콘 층은 결정질 실리콘, 비결정질 실리콘, 부분적 결정질 실리콘, 다중 결정 크기의 결정질 실리콘, 일반적인 폴리실리콘, 및 비소, 인 또는 붕소와 같은 도펀트로 도핑된 실리콘의 층일 수 있다. 비록 폴리실리콘의 상대적 결정질 대 비결정질 특성은 증착 조건들, 도펀트 및 불순물의 존재여부, 및 담금질의 정도에 따라 상당히 변할 것이지만, 폴리실리콘은 특히 주목된다.
실리콘은 본 발명에 따른 방법 및 장치에 의해서 비 실리콘 물질들에 대해 우선적으로 제거될 수 있다. 용어 "비 실리콘 물질"은 이전 문단에서 설명된 임의의 형태로 비결정질 및 결정질 실리콘 모두를 전혀 함유하지 않는 임의의 물질을 나타낸다. 따라서, 비 실리콘 물질은 실리콘 원소가 다른 원소 뿐 아니라 비실리콘원소 및 비 실리콘 원소 화합물에 결합되는 실리콘 함유 화합물을 포함한다. 이러한 비 실리콘 물질의 예에는 티타늄, 금, 텅스텐, 알루미늄, 및 이들 금속의 화합물들뿐만 아니라 탄화 실리콘, 질화 실리콘, 포토레지스트, 폴리이미드 및 산화 실리콘이 있다. 질화 실리콘 및 산화 실리콘은 미국특허번호 제5,835,256호에서 개시된 구조물에서의 사용 면에서 고려할 때 특히 주목되고 있다. 2 이상의 다른 비 실리콘 물질들이 하나의 구조물에서 존재할 수 있고, 상기 모든 비 실리콘 물질들에 대한 실리콘 식각의 선택성은 향상될 것이다.
본 발명이 미국특허번호 제5,835,256호에서 개시된 미러 구조물에 적용되어 이들 구조물에서 실리콘 층들을 제거한다면, 층들의 두께 및 측면 치수들은 다를 수 있다. 그러나, 일반적으로 실리콘 부분은 약 200㎚ 내지 약 5,000㎚, 바람직하게는 약 250㎚ 내지 3,000㎚, 그리고 가장 바람직하게는 약 300㎚ 내지 약 1,000㎚의 두께를 가지는 층일 것이다. 이와 유사하게, 일반적으로 비 실리콘 부분은 약 10㎚ 내지 약 500㎚, 바람직하게는 약 20㎚ 내지 200㎚, 그리고 가장 바람직하게는 약 30㎚ 내지 약 200㎚의 두께를 가지는 층일 것이다. 미국특허번호 제5,835,256호의 구조물에 있어서 하부의 실리콘을 식각하기 위해 전형적 질화 실리콘 미러 소자 아래에서 식각 공정이 연장되어 가는 측면 거리(이 거리는 전형적으로 식각 전면(前面)이 마주보는 에지들에서 안쪽으로 진행하는 경우 미러의 최단 측면 치수의 반이다)는 마이크로미터 단위 이하 내지 약 500㎛, 바람직하게는 3㎛ 내지 약 30㎛, 그리고 가장 바람직하게는 약 5㎛ 내지 약 15㎛ 범위 내일 것이다.
이상의 대부분의 설명은 본 발명을 식각 공정에 적용하는 것에 관한 것이다.그러나, 본 발명, 특히 본 발명의 재순환에 대한 것은 디바이스 특히 미소 치수를 갖는 층 내에서의 층을 제거하거나 부가하는 공정에 일반적으로 적용될 수 있다. 반도체 디바이스들 및 MEMS/MOEMS 디바이스들의 증착 및 식각, 리소그래피(예컨대, 스크린 프린트), 박막 증착(예컨대, 스플러터링(spluttering) 및 자체 조립 단일층들(self-assembled monolayers)의 적용과 같은 화학 기상 증착(chemical vapor deposition)), 전기 도금(예컨대, 금속의 주형-경계결정 전기도금 및 블랭킷(blanket and template-delimited electroplating of metals), 및 직접 증착(예컨대, 전기도금, 스테레오리소그래피, 레이저 구동 화학 기상 증착, 스크린 프린트 및 트랜스퍼 프린트에서 사용되는 바와 같음)이 상기 공정들이 예이다. 플라즈마 에칭, 반응성-이온 인핸스드 에칭(reaction-ion enhanced etching), 깊은 반응성 이온 에칭(deep reactive ion etching), 습식 화학적 에칭, 전자 방출 머신닝(electron discharge machining), 접합(bonding)(퓨전 접합, 양극 접합, 및 접착제의 도포), 표면 수정(surface modification)(예컨대, 습식 화학적 수정 및 플라즈마 수정), 및 담금질(예컨대, 열 또는 레이저 담금질)은 또다른 예이다. 각 경우에 있어서의 처리 가스들은 각 기술분야의 당업자에게 용이하게 명백할 것이다. 본 발명은 처리가스의 적어도 하나의 성분이 물 증기가 존재하면 금속에 대해 부식성인 공정에서 또한 유용하다. 부식성 성분은 제품 수율을 낮추고 재순환 루프에서 사용되는 펌프에 손상을 줄 수 있는 불순물을 뽑아내지 않고 미소 디바이스에서 물질을 증착하거나 제거하기 위해 사용될 수 있다.
다음은 본 발명의 범위 내에 있는 또다른 변형들이다. 도 1의 재순환루프(36)는 소스 챔버(들)(11)를 포함하도록 확장될 수 있다. 밸브 구성은 오퍼레이터가 재순환 펌프 내에 소스 챔버를 두는 것과 소스 챔버를 재순환 펌프에서 분리시키는 것 중 하나를 선택할 수 있도록 하는 설계에 합체될 수 있다. 유사하게, 희석제 가스가 처리 가스와 동시에 재순환 루프에 첨가될 수 있고, 이렇게 할 수 있도록 하는 옵션을 오퍼레이터에게 제공하는 적당한 밸브 구성이 합체될 수 있다. 적당한 밸브 구성을 하면 식각 챔버(15)만을 통하도록 재순환 루프(36)를 연장시키거나 또는 식각 챔버(15) 및 팽창 챔버(12) 둘 다를 통과하도록 재순환 루프(36)를 연장시키는 것에 대해 선택할 수 있다.
또한 전술한 바와 같이, 필터(39)가 재순환 루프(36) 내에 배치되어, 식각 챔버(15)에서 일어나는 반응에 의해 생산되는 부산물 또는 유출물 중 적어도 하나(바람직하게는 모두)를 걸러낼 수 있다. 이러한 개선은 처리 가스에 에너지를 공급하거나 공급하지 않고 식각 또는 증착 공정에 적용될 수 있다. 처리 가스를 통과시키는 선택성 필터가 선호된다. 물론, 필터는 기본 입자 필터(basic particulate filter)일 수 있다. 또다시 말하자면, 이들은 단지 예들일 뿐이다. 다른 변경 또는 수정이 이 기술분야의 당업자에게 용이하게 명백할 것이다.
전술한 설명 및 예는 주로 설명의 목적으로 제공되었다. 본 명세서에서 설명된 것 이외의 수많은 변경 및 수정이 본 발명의 사상 및 범위 내에서 행해질 수 있는 것은 이 기술분야에서의 당업자에게 명백할 것이다.
본 명세서 내용에 포함되어 있음.

Claims (74)

  1. a) 에천트(etchant) 가스의 소스;
    b) 상기 에천트 가스의 소스와 연결된 식각 챔버;
    c) 상기 식각 챔버를 통과하는 재순환 루프(loop); 및
    d) 상기 재순환 루프를 따라 에천트 가스를 재순환시키기 위해 상기 재순환 루프 내에 배치되는 펌프를 포함하는 샘플 식각 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 에천트 가스의 소스는 소스 챔버를 포함하는 것을 특징으로 하는 샘플 식각 장치.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 소스 챔버 및 상기 에천트 가스 이외의 가스를 위한 가스 소스와 연결되는 팽창 챔버를 포함하고, 상기 팽창 챔버는 상기 소스 챔버로부터의 가스와 상기 가스 소스로부터의 가스를 혼합하도록 배열되는 것을 특징으로 하는 샘플 식각 장치.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 팽창 챔버는 상기 재순환 루프와 연결되는 것을 특징으로 하는 샘플 식각 장치.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 재순환 루프 내에 배치되는 필터를 포함하고, 상기 필터는 상기 재순환 루프를 통해 흐르는 가스들로부터의 유출물 또는 부산물들, 또는 입자들로 이루어진 그룹에서 선택된 것을 제거하는 것인 것을 특징으로 하는 샘플 식각 장치.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 펌프는 건식 펌프(dry pump)인 것을 특징으로 하는 샘플 식각 장치.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 건식 펌프는 습식 밀봉재(wet seal)들을 가지지 않고, 상기 재순환 루프에 가스를 첨가하지 않는 것을 특징으로 하는 샘플 식각 장치.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 건식 펌프는 벨로스(bellows) 펌프인 것을 특징으로 하는 샘플 식각 장치.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 벨로스 펌프는 중공(中空)의 내부를 둘러싸는 벨로스 타입의 벽 섹션들을 가진 하우징을 포함하고, 상기 중공의 내부를 복수의 섹션들로 나누기 위해 적어도 하나의 파티션이 배치되는 것을 특징으로 하는 샘플 식각 장치.
  10. 제 1 항에 있어서,
    상기 펌프는 상기 재순환 루프 내에서 에천트 가스를 실질적으로 연속적으로 순환시키도록 구성되는 것을 특징으로 하는 샘플 식각 장치.
  11. 제 3 항에 있어서,
    상기 펌프는 제 1 펌프로 정의되고, 상기 샘플 식각 장치는 상기 팽창 챔버, 상기 소스 챔버 및 상기 재순환 루프로 이루어진 그룹에서 선택된 것으로부터 가스들을 뽑기 위해 배치되는 제 2 펌프를 포함하는 것을 특징으로 하는 샘플 식각 장치.
  12. 제 2 항에 있어서,
    유입 가스를 우회시키기 위해 상기 소스 챔버 내에 가스 흐름 확산 수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 샘플 식각 장치.
  13. 제 12 항에 있어서,
    상기 가스 흐름 확산 수단은 배플(baffle)인 것을 특징으로 하는 샘플 식각 장치.
  14. 제 12 항에 있어서,
    상기 가스 흐름 확산 수단은 천공(穿孔)된 플레이트인 것을 특징으로 하는 샘플 식각 장치.
  15. 제 1 항에 있어서,
    식각 챔버 내에 플라즈마를 형성하기 위해 에너지 소스 및/또는 전기장 소스를 포함하는 것을 특징으로 하는 샘플 식각 장치.
  16. 제 2 항에 있어서,
    상기 에천트 가스 소스는 상기 소스 챔버 내에서 보유되는 플루오르화물 결정(fluoride crystals)을 포함하는 것을 특징으로 하는 샘플 식각 장치.
  17. 제 16 항에 있어서,
    상기 플루오르화물 결정은 이플루오르화 크세논 결정(xenon difluoride crystals)인 것을 특징으로 하는 샘플 식각 장치.
  18. 제 3 항에 있어서,
    에천트 가스 이외의 가스를 위한 상기 가스 소스는 N2의 몰 평균 분자량(molar averaged molecular weight)보다 작거나 같은 몰 평균 분자량을 갖는가스의 소스를 포함하는 것을 특징으로 하는 샘플 식각 장치.
  19. 제 18 항에 있어서,
    상기 에천트 가스 이외의 상기 가스는 Ar, Ne, He 및 N2로 이루어진 그룹에서 선택된 것인 것을 특징으로 하는 샘플 식각 장치.
  20. 제 3 항에 있어서,
    상기 에천트 가스 이외의 가스를 위한 상기 가스 소스는 복수의 가스 소스들을 포함하고, 상기 복수의 가스 소스들로부터의 가스들이 혼합되면 N2의 몰 평균 분자량보다 작거나 같은 몰 평균 분자량을 갖는 가스 혼합물을 산출하는 것을 특징으로 하는 샘플 식각 장치.
  21. 제 20 항에 있어서,
    상기 복수의 가스 소스들은 Ar, Ne, He 및 N2로 이루어진 그룹에서 선택된 2 이상의 것들의 소스들인 것을 특징으로 하는 샘플 식각 장치.
  22. a) 펌프가 내부에 배치된 가스 재순환 루프 안에 배치되고 에천트 가스 소스와 연결된 식각 챔버 내에 샘플을 두는 단계;
    b) 상기 샘플을 에천트 가스에 노출시키기 위해 상기 에천트 가스의 소스로부터의 상기 에천트 가스를 상기 식각 챔버로 보내는 단계; 및
    c) 상기 펌프에 의해 상기 재순환 루프를 통해서 상기 에천트 가스를 재순환시키는 단계를 포함하는 샘플 식각 방법.
  23. 제 22 항에 있어서,
    b)단계 이전에 에천트 가스를 팽창 챔버로 통과시키는 단계 및 상기 에천트 가스가 상기 팽창 챔버 내에 있는 동안에 상기 에천트 가스와 비(非) 에천트 가스들의 혼합을 형성하는 단계를 포함하고, b)단계는 상기 혼합의 일부로서의 상기 에천트 가스를 상기 식각 챔버로 보내는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 샘플 식각 방법.
  24. 제 22 항에 있어서,
    상기 펌프는 연속 재순환 펌프이고, c)단계는 상기 재순환 루프를 통해 상기 에천트 가스를 연속적으로 재순환시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 샘플 식각 방법.
  25. 제 22 항에 있어서,
    c)단계 동안에 상기 재순환 루프 안으로 에천트 가스를 흐르게 하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 샘플 식각 방법.
  26. 제 1 항에 따른 장치를 제공하는 단계;
    에천트 소스의 고체 또는 액체 에천트를 기화시키기에 충분한 온도와 압력에 상기 에천트를 제공하는 단계;
    식각될 샘플을 식각 챔버 내에 제공하는 단계;
    기화된 에천트를 식각 챔버에 보내는 단계; 및
    펌프로써 에천트를 식각 챔버를 통해 여러 번 재순환시키는 단계를 포함하는 방법.
  27. 제 26 항에 있어서,
    에천트 가스는 부가적 가스가 부가되지 않고 펌프를 통해 지나가는 것을 특징으로 하는 방법.
  28. 제 26 항에 있어서,
    에천트 가스의 소스는 2개의 챔버들을 포함하고, 한 챔버의 온도 및/또는 압력은 다른 챔버의 온도 및/또는 압력과 달라서, 재순환 경로 및 식각 챔버로 보내지기 전에 주요 액체 또는 고체 에천트는 한 챔버에 있고 주요 가스 에천트는 다른 챔버에 있는 것을 특징으로 하는 방법.
  29. 제 26 항에 있어서,
    적어도 응축(condensation)을 막기 위해 처리 가스를 가열하는 단계, 및 샘플의 실리콘과 비 실리콘 부분들 간의 선택성을 향상시키기 위해 식각 챔버 및/또는 샘플을 냉각시키는 단계를 포함하는 방법.
  30. 제 26 항에 있어서,
    상기 샘플은 적어도 하나의 층 내에 존재하는 실리콘 부분과 적어도 하나의 층 내에 존재하는 하나 이상의 비 실리콘 부분을 포함하고, 상기 실리콘 에천트는 영족 기체 플루오르화물들 및 플루오르화 할로겐들로 이루어진 그룹에서 선택된 플루오르화물 가스이고, 상기 가스는 상기 플루오르화물에 대해 부분 압력 또는 몰 비율로 첨가되는 비 에천트 가스를 포함하는 가스 혼합물이여서, 상기 가스 혼합은 상기 플루오르화물 가스만으로 달성될 수 있는 것보다 상기 실리콘 부분에 대해 실질적으로 더 큰 식각 선택성을 달성하는 것을 특징으로 하는 방법.
  31. 제 30 항에 있어서,
    상기 부가되는 비 에천트 가스는 질소, 아르곤, 헬륨 및 이들의 혼합들로 이루어진 그룹에서 선택되는 것을 특징으로 하는 방법.
  32. 제 30 항에 있어서,
    상기 부가되는 비 에천트 가스는 헬륨, 헬륨과 질소의 혼합, 및 헬륨과 아르곤의 혼합으로 이루어진 그룹에서 선택되는 것을 특징으로 하는 방법.
  33. 제 30 항에 있어서,
    상기 플루오르화물은 플루오르화 크세논이고, 상기 부가되는 비 에천트 가스는 헬륨인 것을 특징으로 하는 방법.
  34. 제 30 항에 있어서,
    상기 비 실리콘 부분은 티타늄, 금, 텅스텐, 및 이들의 화합물로 이루어진 그룹에서 선택된 것인 것을 특징으로 하는 방법.
  35. 제 30 항에 있어서,
    상기 실리콘 부분은 기판 상에 증착된 실리콘 층이고, 상기 비 실리콘 부분은 질화 실리콘, 탄화 실리콘 및 산화 실리콘으로 이루어진 그룹에서 선택된 것의 층으로 상기 실리콘 층 위에 증착되고, 상기 가스의 상기 실리콘 층으로의 접근을 위해 상기 비 실리콘 층은 그 내부에 통로들을 남기도록 패턴되며, 상기 통로들을 통한 접근에 의해 실질적으로 모든 상기 실리콘 층을 옆으로 식각하기 위해 상기 샘플을 상기 기체로 노출하는 것은 충분한 시간동안 행해지는 것을 특징으로 하는 방법.
  36. 제 26 항에 있어서,
    상기 샘플은 반도체 및/또는 MEMS 디바이스로 이루어진 그룹에서 선택된 것을 위한 기판인 것을 특징으로 하는 방법.
  37. 제 26 항에 있어서,
    상기 샘플은 MEMS 디바이스를 위한 기판인 것을 특징으로 하는 방법.
  38. 실리콘을 식각하기 위해 기체 플루오르화물 에천트를 포함하는 가스에 실리콘 함유 샘플을 노출시키기 위한 장치로서,
    샘플 지지대, 및 상기 가스를 위한 입구 및 출구 포트들을 포함하는 통과-흐름(flow-through) 식각 챔버;
    고체 또는 액체 형태의 플루오르화물 에천드를 포함하는 소스 챔버;
    재순환 루프와 루프 내에 재순환 펌프를 포함하고,
    소스 챔버와 식각 챔버는 서로 유체적으로 연결될 수 있고, 식각 가스가 식각 챔버로 흘러 들어가고 나올 수 있도록 하기 위해 상기 재순환 루프는 두 군데에서 식각 챔버로 연결되도록 구성되고, 상기 재순환 펌프는 식각 챔버와 연결되어 식각 가스를 반복적으로 식각 챔버로 펌프하도록 구성되는 장치.
  39. 제 38 항에 있어서,
    상기 통과-흐름 챔버 내에서 동축으로 배열된 원형 플레이트들을 포함하는 천공된 플레이트들 및 배플을 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
  40. 제 39 항에 있어서,
    상기 천공된 플레이트 내의 상기 천공들은 상기 천공된 플레이트의 중심에서바깥쪽으로 갈수록 직경이 줄어드는 것을 특징으로 하는 장치.
  41. 제 40 항에 있어서,
    상기 식각 챔버에서 플라즈마 발생기를 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
  42. 밀폐 하우징, 유입구 및 유출구 포트들, 및 파티션 구동기를 포함하고,
    상기 밀폐 하우징은 상기 하우징의 내부를 제 1 챔버 및 제 2 챔버로 분리하도록 배치된 파티션과 벨로스 타입의 벽 섹션들을 포함하고, 상기 파티션은 왕복 방식으로 움직일 수 있어서 상기 벨로스 타입의 벽 섹션들이 신축(伸縮)하도록 하여, 한 챔버가 신장(伸張)될 때 다른 챔버는 수축되며 그 역도 마찬가지이고,
    각 챔버를 위한 상기 유입구 및 유출구 포트들은 각 포트에서 제어 가능한 차단밸브들을 가지고,
    상기 파티션 구동기는 상기 파티션을 왕복 방식으로 움직여서 조정된 순서대로 상기 차단 밸브를 개폐하기 위한 것으로, 상기 챔버들이 교대(交代) 유입구 포트들을 통해 액체를 유입하도록 하는 한편 교대 유출구를 통해 액체를 유출시키도록 하여 다함께 실질적으로 연속적인 유출 흐름을 야기하도록 하는 왕복 펌프.
  43. 제 42 항에 있어서,
    상기 챔버들의 내부에 면해 있는 상기 벨로스 타입의 벽 섹션들, 상기 파티션, 및 다른 구성요소들의 모든 표면들은 영족 기체 플루오르화물 및 플루오르화할로겐에 대해 내부식성을 가지는 물질로 이루어지는 것을 특징으로 하는 왕복 펌프.
  44. 제 42 항에 있어서,
    분당 약 3 리터 내지 분당 약 300 리터의 펌프 속도를 달성하도록 상기 챔버들은 크기가 결정되고 상기 파티션 구동기는 선택되는 것을 특징으로 하는 왕복 펌프.
  45. 실리콘 에천트를 포함하는 가스에 실리콘 함유 샘플을 노출시킴으로써 상기 샘플로부터 실리콘을 식각하기 위한 장치로서,
    샘플 지지대 및 상기 가스를 위한 입구 및 출구 포트들을 갖는 통과-흐름 챔버;
    상기 입구 포트와 상기 샘플 지지대 사이에 위치하는 천공된 플레이트;
    상기 입구 포트와 상기 천공된 플레이트 사이에 위치하는 배플; 및
    상기 가스를 상기 입구 포트로 유도하기 위한 왕복 펌프를 포함하고,
    상기 배플은 상기 에천트 포트로부터의 상기 에천트 가스를 방사상으로 상기 천공된 플레이트의 주변 쪽으로 편향시키도록 위치하고, 상기 천공된 플레이트는 상기 편향된 에천트 가스가 상기 샘플의 모든 노출된 표면에 분포하도록 배열된 천공 어레이를 가지고,
    상기 왕복 펌프는 밀폐 하우징, 유입구 및 유출구 포트들, 및 파티션 구동기를 포함하고,
    상기 밀폐 하우징은 상기 하우징의 내부를 제 1 챔버 및 제 2 챔버로 분리하도록 배치된 파티션과 벨로스 타입의 벽 섹션들을 포함하고, 상기 파티션은 왕복 방식으로 움직일 수 있어서 상기 벨로스 타입의 벽 섹션들이 신축(伸縮)하도록 하여, 한 챔버가 신장(伸張)될 때 다른 챔버는 수축되며 그 역도 마찬가지이고,
    각 챔버를 위한 상기 유입구 및 유출구 포트들은 각 포트에서 제어 가능한 차단밸브들을 가지고,
    상기 파티션 구동기는 상기 파티션을 왕복 방식으로 움직여서 조정된 순서대로 상기 차단 밸브를 개폐하기 위한 것으로, 상기 챔버들이 교대(交代) 유입구 포트들을 통해 액체를 유입하도록 하는 한편 교대 유출구를 통해 액체를 유출시키도록 하여 다함께 실질적으로 연속적인 유출 흐름을 야기하도록 하는 장치.
  46. 제 45 항에 있어서,
    상기 왕복 펌프는 상기 출구 포트에서 가스를 뽑아내는 것을 특징으로 하는 실리콘을 식각하기 위한 장치.
  47. 샘플을 처리 가스에 접촉시킴으로써 상기 샘플로부터 한 층의 물질을 제거하거나 부가하기 위한 장치로서, 상기 층은 적어도 하나의 차원이 1㎜ 이하이고,
    상기 장치는
    a) 상기 처리 가스의 소스;
    b) 처리 가스의 상기 소스와 연결된 제조 챔버;
    c) 상기 제조 챔버를 통과하는 재순환 루프; 및
    d) 상기 재순환 루프를 따라 처리 가스를 재순환시키기 위해 상기 재순환 루프 내에 배치되는 펌프를 포함하는 장치.
  48. 제 47 항에 있어서,
    상기 처리가스는 습기가 존재하는 경우 금속을 부식시키는 것을 특징으로 하는 장치.
  49. 제 48 항에 있어서,
    상기 습기는 수분(水分) 습기인 것을 특징으로 하는 장치.
  50. 제 47 항에 있어서,
    상기 재순환 루프 내에 배치되는 필터를 포함하고, 상기 필터는 상기 재순환 루프를 통해 흐르는 가스들로부터의 유출물, 입자들 또는 부산물들로 이루어진 그룹에서 선택된 것을 제거하는 것인 것을 특징으로 하는 장치.
  51. 제 47 항에 있어서,
    처리 가스의 상기 소스는 i)상기 처리 가스와 상기 처리 가스와 평형인 상기 처리 가스의 응축된 액체상을 보유하는 챔버, ii)상기 처리 가스의 여압(與壓) 챔버(pressurized chamber) 및 iii) 상기 처리 가스의 응축된 고체상을 보유하는 챔버로 이루어진 그룹에서 선택된 것으로 구성되는 것을 특징으로 하는 장치.
  52. 제 47 항에 있어서,
    처리 가스의 상기 소스는 제 1 및 제 2 챔버들로 구성되고, 상기 제 1 챔버는 주로 상기 처리 가스의 고체 또는 액체의 응축된 형태를 보유하고, 상기 제 2 챔버는 상기 응축된 형태에서 기화되거나 승화된 상기 처리 가스를 보유하고, 상기 제 1 및 제 2 챔버는 다른 온도에서 유지되는 것을 특징으로 하는 장치.
  53. 제 51 항에 있어서,
    여압 희석 가스의 소스와, 희석 가스의 상기 소스로부터의 희석 가스와 처리 가스의 상기 소스로부터의 처리 가스를 받도록 배치되어 받은 상기 희석 가스와 상기 처리 가스를 혼합하는 팽창 챔버를 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
  54. 제 47 항에 있어서,
    상기 층은 적어도 하나의 차원이 500㎛ 이하인 것을 특징으로 하는 장치.
  55. 제 47 항에 있어서,
    상기 층은 적어도 하나의 차원이 100㎛ 이하인 것을 특징으로 하는 장치.
  56. 제 47 항에 있어서,
    펌프는 제 42 항에 따른 왕복 펌프인 것을 특징으로 하는 장치.
  57. 샘플을 증기 플루오르화물 에천트 가스에 접촉시킴으로써 샘플을 식각하기 위한 장치로서, a) 상기 플루오르화물 에천트 가스의 소스 및 b) 식각 챔버를 포함하고,
    에천트 가스의 상기 소스는 제 1 및 제 2 챔버로 구성되고, 상기 제 1 챔버는 주로 상기 플루오르화물 에천트 가스의 액체 또는 고체의 응축된 형태를 보유하고, 상기 제 2 챔버는 상기 응축된 형태로부터 휘발된 상기 플루오르화물 에천트 가스를 보유하고, 상기 소스는 제 1 및 제 2 챔버들을 다른 온도에서 유지시키기 위한 온도 조절기를 포함하고,
    상기 식각 챔버는 플루오르화물 에천트 가스에 의해 식각될 샘플을 유지하기 위해 플루오르화물 에천트 가스의 상기 소스와 연결된 장치.
  58. 제 57 항에 있어서,
    에천트 가스에 에너지를 공급하기 위한 에너지 소스가 없다면 가스 형태인 것을 특징으로 하는 샘플을 식각하기 위한 장치.
  59. 제 57 항에 있어서,
    제 1 소스 챔버는 제 2 소스 챔버 이하의 온도에서 유지되는 것을 특징으로하는 샘플을 식각하기 위한 장치.
  60. 제 59 항에 있어서,
    2개의 소스 챔버들은 3℃ 차이 이상으로 유지되는 것을 특징으로 하는 샘플을 식각하기 위한 장치.
  61. 제 59 항에 있어서,
    양(兩) 소스 챔버들은 모두 40℃ 이하의 온도에서 유지되는 것을 특징으로 하는 샘플을 식각하기 위한 장치.
  62. 제 58 항에 있어서,
    식각 챔버를 통해 반복적으로 플루오르화물 에천트 가스를 재순환시키기 위한 재순환 경로를 더욱 포함하는 것을 특징으로 하는 샘플을 식각하기 위한 장치.
  63. 제 57 항에 있어서,
    제 1 소스 챔버는 주로 할로겐 또는 영족 가스 플루오르화물의 액체 또는 결정을 포함하는 것을 특징으로 하는 샘플을 식각하기 위한 장치.
  64. 제 57 항에 있어서,
    처리 가스, 하나 이상의 전술한 챔버들 및/또는 식각될 샘플을 냉각시키기위한 냉각 유닛을 더욱 포함하는 것을 특징으로 하는 샘플을 식각하기 위한 장치.
  65. 제 64 항에 있어서,
    냉각 유닛은 처리 가스, 하나 이상의 전술한 챔버들 및/또는 샘플을 상온 이하로 냉각시키도록 구성되는 것을 특징으로 하는 샘플을 식각하기 위한 장치.
  66. 제 65 항에 있어서,
    냉각 유닛은 약 1 내지 15℃의 범위 내에서 냉각시키도록 구성되는 것을 특징으로 하는 샘플을 식각하기 위한 장치.
  67. 제 57 항에 있어서,
    샘플은 실리콘과, 유전체 및 금속 중 어느 하나 또는 둘 다를 포함하고, 실리콘은 유전체 및/또는 금속에 대해서 식각되는 것을 특징으로 하는 샘플을 식각하기 위한 장치.
  68. 제 67 항에 있어서,
    유전체는 질화 실리콘 또는 산화 실리콘 층인 것을 특징으로 하는 샘플을 식각하기 위한 장치.
  69. 영족 기체 할로겐화물 및/또는 할로겐 할로겐화물 에천트 가스의 소스;
    에천트 가스의 소스와 연결된 식각 챔버;
    식각될 샘플을 유지하지 위한 식각 챔버 내의 표면;
    표면, 식각챔버 및/또는 에천트 가스를 상온 이하로 냉각시키기 위한 냉각 유닛을 포함하여
    실리콘 물질 및 유전체 물질을 포함하는 샘플을 식각하기 위한 장치.
  70. 제 69 항에 있어서,
    소스는 액체 또는 고체 영족 기체 할로겐화물 또는 할로겐 할로겐화물을 내부에 갖는 소스 챔버를 포함하는 것을 특징으로 하는 샘플을 식각하기 위한 장치.
  71. 제 70 항에 있어서,
    소스 챔버는 이플루오르화 크세논 결정 및/또는 삼플루오르화 크세논 액체를 포함하는 것을 특징으로 하는 샘플을 식각하기 위한 장치.
  72. 제 71 항에 있어서,
    상기 소스 챔버에 연결되고 상기 소스 챔버의 온도보다 높은 온도로 유지되는 제 2 소스 챔버를 포함하는 것을 특징으로 하는 샘플을 식각하기 위한 장치.
  73. 제 69 항에 있어서,
    홀더에 의해 유지되는 샘플을 포함하고, 상기 샘플은 희생 실리콘 부분과 유전체 부분을 포함하는 것을 특징으로 하는 샘플을 식각하기 위한 장치.
  74. 제 26 항에 있어서,
    에천트 가스는 식각 챔버 내의 천공된 플레이트 및 배플을 통과하는 것을 특징으로 하는 방법.
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