JP4464125B2 - 構造体の作製方法及びシリコン酸化膜エッチング剤 - Google Patents
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Description
これらのセンサは、可動型のダイアフラム構造体又はビーム構造体を有し、ダイアフラム構造体又はビーム構造体を可動させることにより信号を発信している。センサを構成する可動型のダイアフラム構造体又はビーム構造体の作製に当たっては、先ず、犠牲膜を、続いて犠牲膜上に可動部として構造膜を形成し、次いで犠牲膜を除去することにより、構造膜からなるダイアフラム構造体又はビーム構造体を形成している。
可動部を有する微小構造体とは、狭い間隔を介して静止基板に支持された可動部を有する微小構造体、例えば各種センサなどの部品として使用されるマイクロマシンと呼ばれる微小な駆動体等の微小構造体である。
また、可動部を有しない微小構造体とは、アスペクト比(高さ/幅)とよばれる開口パターンの高さと幅の比率が大きい微小構造、例えばLSIの微細パターンを有する半導体基板、或いは微細パターンを形成するためのフォトマスク等の微小構造体である。
マイクロマシン等の可動部を有する微小構造体は、各種センサなどの部品を始めとする、微小構造体の適用分野の拡大と共に、益々、微小構造体の微細化が要請されている。
ここで、図2を参照して、マイクロマシン等の可動部を有する微小構造体の構成を説明する。図2(a)はダイアフラム構造体の構成を示す斜視図、及び図2(b)は図2(a)の線I−Iの断面図である。
ダイアフラム構造体40は、図2に示すように、四辺が支持された梁構造の圧力センサであって、単結晶シリコン基板42と、空隙部44を介して基板42上に形成された梁構造体46とを有する。梁構造体46は、構造膜として機能するシリコン窒化膜48と、ひずみゲージとして機能する多結晶シリコン膜50と、保護膜として機能するシリコン窒化膜52との積層膜として構成されている。
基板42上に設けられた基板側電極(図示せず)とひずみゲージ膜50に接合して設けられている駆動側電極54との間に電圧を印加すると、梁構造体46は、静電引力又は静電反発力によって、基板42に対して近接し、離間する可動部を構成している。
ダイアフラム構造体40を作製する際には、図3(a)に示すように、予め、基板42上に犠牲層としてシリコン酸化膜56を成膜し、続いて、図3(b)に示すように、シリコン酸化膜56を所定の形状にパターニングする。
続いて、図3(c)に示すように、シリコン窒化膜48、多結晶シリコン膜50、及びシリコン窒化膜52を多結晶シリコン基板42全面に順次成膜する。次いで、図3(d)に示すように、シリコン窒化膜48、多結晶シリコン膜50、及びシリコン窒化膜52をドライエッチング法によりエッチングしてシリコン窒化膜48、多結晶シリコン膜50、及びシリコン窒化膜52からなる所定パターンの積層膜を形成する。
続いて、図4(e)に示すように、多結晶シリコン膜50に電気的に接続する駆動側電極54を形成する。次いで、図4(f)に示すように、シリコン酸化膜56からなる犠牲層を選択的にエッチングして除去し、シリコン酸化膜56からなる犠牲層上に形成されていた積層膜を、空隙部44を介して基板42上にダイアフラム状に支持された梁構造体46として形成する。
図5に示すビーム構造体60は、両持ち梁構造の音響共鳴器であって、単結晶シリコン基板62と、空隙部64を介して多結晶シリコン基板62上に形成された梁構造体66とを有する。梁構造体66は、ひずみゲージ、つまり圧電層として設けられた多結晶シリコン膜68からなる梁構造体として構成され、基板62上に空隙部64を介して支持されている。
基板62上に設けられた基板側電極69と多結晶シリコン膜68に接合して設けられている駆動側電極70との間に電圧を印加すると、梁構造体66は、静電引力又は静電反発力によって、基板62に対して近接し、離間する可動部を構成している。梁構造体66は、両持ち梁でも、片持ち梁でもでも良い。
このような可動する梁構造体を備えたマイクロマシンは、センサの接触子、振動子、微小バネ、光学素子等として多用されつつある。
ビーム構造体60を作製する際には、図6(a)に示すように、予め、基板62上に犠牲層としてシリコン酸化膜72を成膜し、次いで所定の形状にパターニングする。更に、図6(b)に示すように、シリコン酸化膜72を含めて基板全面に圧電膜として多結晶シリコン膜68を成膜する。
次いで、多結晶シリコン膜68をドライエッチング法によりエッチングして、図6(c)に示すように、梁構造体の形状にパターニング(図示せず)し、続いて電極74を多結晶シリコン膜68上に形成する。次いで、図6(d)に示すように、シリコン酸化膜72からなる犠牲層をエッチングして除去する。これにより、シリコン酸化膜72からなる犠牲層上に形成されていた多結晶シリコン膜68は、空隙部64を介して基板62上にブリッジ状に支持された梁構造体66として構成される。
例えばシリコン酸化膜56からなる犠牲層をエッチングして除去する際、半導体装置の通常の製造工程で用いられているようなフッ化水素酸溶液等のウェットエッチング液によるエッチング加工、次いで通常の乾燥処理を施すと、基板42上に空隙部44を介して保持されていた、シリコン窒化膜48、多結晶シリコン膜50、及びシリコン窒化膜52の積層膜からなる梁構造体46が、損傷したり、基板42に固着したりすることが多かった。
また、基板42上に形成された梁構造体46が、微細で機械的に脆弱であるために、洗浄中やリンス中に、洗浄液やリンス液の攪拌等により水圧を受けて、梁構造体46が破壊されてしまうこともある。
また、ビーム構造体60の作製でも同様であって、シリコン酸化膜72からなる犠牲層をエッチングして除去する際、フッ化水素酸溶液等のウェットエッチング液によるエッチング加工、次いで通常の乾燥処理を施すと、基板62上に空隙部64を介して保持されていた多結晶シリコン膜68からなる梁構造体66が、損傷したり、基板62に固着したりすることが多かった。
(1)電子線露光マスクの例
電子線露光マスクの洗浄について説明する前に、半導体装置のパターニングを行う際、レジストマスク或いはレジストマスクを使ってパターニングしたパターンを例に上げて可動部を有しない微小構造体の洗浄を説明する。
半導体装置の製造工程で基板上にパターンを形成する際には、従来、先ず、基板のパターン形成層上にレジスト膜を成膜し、フォトリソグラフィ処理によりレジストマスクを形成する。次いで、レジストマスク上からパターン形成層をエッチングし、続いてレジストマスクをアッシング処理等により除去した後、洗浄液による洗浄工程、続いて純水によるリンス洗浄工程によりエッチング残渣を除去し、次いで乾燥工程を経て、パターンを形成している。
レジストマスクを形成する際も、フォトリソグラフィ処理によるレジスト膜の現像後、リンス液による洗浄工程及び乾燥工程を実施する。
そこで、線幅70nm以下の半導体装置のパターニングでは、電子線露光によるリソグラフィーが実用化に向けて研究されている。
電子線露光で使用する電子線露光用マスク80は、光露光マスクと異なり、図7(b)に示すように、支持枠82に支持され、開口パターン84を有するメンブレン86で構成されている。開口パターン84は、図示するように、アスペクト比(高さ/幅)の大きな開口として、設計回路パターンに従ってメンブレン86を貫通しており、露光に際し、電子線は開口パターン84を通過してウエハ上のレジスト膜に到達する。
微粒子状異物が付着した電子線露光用マスク80を使って露光すると、微粒子状異物がパターンの一部として転写されるために、高精度のパターンを形成することはできないので、微粒子状異物を洗浄液により洗浄、除去することが必要になる。
LSIの高速化のためには、配線間容量を低下させることが不可欠になってきており、そのために、配線間の層間絶縁膜として低誘電率(Low−k)膜が用いられるようになっている。更に一層の低誘電率の絶縁膜を作製するためには、絶縁膜の膜材料を低誘電率物質にすることに加えて、膜構造を多孔質にすることが必要である。
Cu埋め込み配線を形成する際に適用されているダマシンプロセスでは、図7(c)に示すように、下地膜90上に設けたエッチングストッパ層92及び多孔質低誘電率膜94をエッチングして配線溝96を設け、配線材料、例えばCuを配線溝96に埋め込み、次いで研磨して、Cu埋め込み配線(図示せず)を形成している。
エッチングストッパ層92及び多孔質低誘電率膜94をエッチングして配線溝96を形成した後には、図7(c)に示すように、エッチングガスと多孔質低誘電率膜94の反応生成物からなる微粒子状異物が、配線溝96の側壁、多孔質低誘電率膜94の表面に生成している。良質の埋め込み配線を形成するためには、これらの微粒子状残査を洗浄液により除去し、清浄化する必要がある。
通常、湿式洗浄により異物を除去する際には、洗浄液として水が多用されているが、水は表面張力が大きいため、高アスペクト比の配線溝の底部にまで浸透しなかったり、たとえ洗浄できたとしても、エッチングに使ったエッチング液を配線溝からリンス洗浄して、外に排出し、乾燥することは困難であった。
パターン倒れの現象は、洗浄後の乾燥時に配線溝等のパターンに残った洗浄液、リンス液と外部の空気との間の圧力差により曲げ力(表面張力又は毛細管力)が発生し、その曲げ力によりパターンが破壊される現象である。
この毛細管力は、パターン間の気液界面で生じる洗浄液、リンス液の表面張力に依存し、形成されたパターンを歪める力を有するため、洗浄液、リンス液の表面張力の大小が、洗浄液或いはリンス液の選択の重要な項目である。
更に、多孔質の低誘電率膜の場合、湿式洗浄すると、多孔質膜の孔に水などの洗浄液が出入りする際に、気液界面の発生による圧力差が生じ、孔が潰れてしまし、誘電率が高くなるという問題もある。
上述のように、可動部を有する微小構造体の作製(特に犠牲層エッチング)及び可動部を有しない微小構造体の洗浄とも、洗浄液の表面張力の大小が微小構造体の損傷に影響する。
表面張力による損傷を防止するためには、水(表面張力約72dyn/cm)より表面張力の小さな流体、例えば、メタノール(表面張力約23dyn/cm)を用いて、洗浄・乾燥することが考えられる。
水からの乾燥よりも水をメタノール置換した後に乾燥した方が、可動部の貼り付き、パターンの破壊を抑えることができるが、メタノールであっても、まだかなりの表面張力を有するために、パターンの破壊、パターン倒れ等の効果的な解決とはならない。
表面張力がゼロの流体とは、超臨界状態の流体、つまり超臨界流体であって、超臨界とは、臨界温度及び臨界圧力と称される物質に固有の温度と圧力以上の条件下で物質がとる状態相の一つである。超臨界状態では、他の液体や固体に対する溶解力は、その物質の液体状態のときの溶解力とほぼ同等であるにもかかわらず、その粘度が著しく小さく、拡散係数が極めて大きいという特異な性質を有していて、言わば、気体の状態を持った液体と言える。
超臨界流体は、気液界面を形成しないので、表面張力はゼロになる。従って、表面張力が存在しない超臨界状態で乾燥すれば、パターン倒れは全く生じないことになる。
超臨界流体を洗浄液として使用する際には、エッチング処理により微小構造体から可動部の全体や一部を支持基板から分離した後、あるいはアスペクト比の大きい微細加工パターンを形成した後、エッチング液から直接に、あるいは洗浄液を経由した後に、更には別の液体で置換した後に、エッチング液、洗浄液、或いは別の液体が付着した状態で耐圧容器に収容されている超臨界流体に接触させることにより、これらの液体を超臨界流体に溶解させて、エッチング液、洗浄液、或いは別の液体と共に、エッチング残渣を除去することができる。
超臨界流体の表面張力は極めて小さいので、超臨界流体が微小構造体表面から離脱する際に、超臨界流体が表面張力により微小構造体に与える応力は無視し得る程度に小さい。従って、超臨界流体を洗浄液として用いれば、微小構造体に変形や損傷を与えることはなく、エッチング処理中に付着した洗浄液等を効果的に除去することができると考えられる。
また、微小構造体に付着した液体を耐圧容器内の超臨界流体に溶解させることにより除去し、次いで容器圧力を臨界圧力以下に減ずることにより超臨界流体をガス化して除き、乾燥した微小構造体を大気中に取り出す方法及び装置が提案されている(特許文献2、第5頁参照)。
しかし、水を含むエッチャントと超臨界二酸化炭素とは、混じりあわないため、先ず、エッチャントをアルコールなどの第3の溶剤で置換し、次いでアルコールを超臨界二酸化炭素で置換するか又は逆にエッチャントを第3の溶剤で置換し、次いで第3の溶剤を超臨界二酸化炭素で置換するという複雑な処理を行わなくてはならない。さらに、表面張力を発生させないために、被洗浄体、つまり微小構造体を大気に曝すことなく第3の溶剤で置換しなければならないので、大量の溶剤を消費するという問題があった。
また、ダイアフラム構造体やビーム構造体の電極は、一般に、アルミニウムやアルミニウム合金などの金属系導電材料でできているので、乾燥時に超臨界流体を用いても、犠牲層エッチングの際、液体のエッチング液に曝すと、電極が腐食してしまうという問題があった。
そこで、超臨界二酸化炭素中に、犠牲膜エッチングやパーティクル除去に有効な、シリコン酸化膜をエッチングできるフッ素化合物などを添加して、超臨界状態で、シリコン酸化膜をエッチングすることが検討された。
しかし、シリコン酸化膜をエッチングできるフッ素化合物のような化学物質は、一般に、水のような溶媒には溶解するが、超臨界二酸化炭素には溶解し難い上に、エッチング速度が低い。特に、センサ部品のダイアフラム構造やビーム構造形成においては、数十〜数百nmの厚さの犠牲層であるシリコン酸化膜をすべてエッチングし、また数秒から1分で枚葉短時間洗浄を完結する必要があるが、実用的なシリコン酸化膜のエッチング速度を得ることができなかった。
(1)基板上に空隙部を介して設けられた構造層を微小な可動部として機能させる構造体を作製する方法において、前記基板上にシリコン酸化膜からなる犠牲層及び前記構造層を順次成膜する工程と、次いで前記犠牲層を処理流体によりエッチングして除去し、前記基板と前記構造層との間に前記空隙部を形成し、かつ洗浄する空隙部形成工程とを有し、前記空隙部形成工程では、前記処理流体として、フッ素化合物、水溶性有機溶剤、及び水を含む超臨界二酸化炭素流体を使用することを特徴とする構造体の作製方法、
(2)基板上に空隙部を介して設けられた構造層を微小な可動部として機能させる構造体を作製する方法において、前記基板上にシリコン酸化膜からなる犠牲層及び前記構造層を順次成膜し、積層体を形成する工程に続いて、空隙部形成工程として、
(a)1槽のチャンバを有する処理装置を使用し、超臨界二酸化炭素流体にフッ素化合物、水溶性有機溶剤、及び水を添加してなる第1の処理流体を、前記積層体を収容した前記チャンバに供給し、前記積層体の犠牲層をエッチングし、かつ洗浄する工程と、
(b)水溶性有機溶剤のみを含む超臨界二酸化炭素流体を第2の処理流体として前記チャンバに供給して前記第1の処理流体を置換しつつ前記積層体にリンスを施すリンス工程と、
(c)超臨界二酸化炭素流体のみを第3の処理流体として前記チャンバに供給して前記第2の処理流体を置換しつつ前記積層体をリンス洗浄する工程と、
(d)第3の処理流体として供給された前記超臨界二酸化炭素流体をガス化して除去し、前記積層体を乾燥させる工程とを有し、
前記チャンバ内で前記(a)〜(d)の各工程を順次行うことを特徴とする構造体の作製方法、
(3)前記(1)または(2)に記載の構造体の作製方法に用いられるフッ素化合物、水溶性有機溶剤及び水の混合物からなり、超臨界二酸化炭素流体に添加して使用することを特徴とするシリコン酸化膜エッチング剤、
(4)微小構造中の被エッチング層をエッチング除去するエッチング工程を有し、前記被エッチング層を除去した微小構造を有する構造体を作製する方法において、前記エッチング工程に続いて、所定の処理流体に微小構造を接触させて洗浄する洗浄工程を有し、前記所定の処理流体として、フッ素化合物、水溶性有機溶剤、及び水を含む超臨界二酸化炭素流体を使用することを特徴とする構造体の作製方法、
(5)微小構造中の被エッチング層をエッチング除去するエッチング工程を有し、前記被エッチング層を除去した微小構造を有する構造体を作製する方法において、
(e)前記エッチング工程と、
(f)1槽のチャンバを有する処理装置を使用し、超臨界二酸化炭素流体にフッ素化合物、水溶性有機溶剤、及び水を添加してなる第1の処理流体を、前記積層体を収容した前記チャンバに供給し、前記微小構造体を洗浄する工程と、
(g)水溶性有機溶剤のみを含む超臨界二酸化炭素流体を第2の処理流体として前記チャンバに供給して前記第1の処理流体を置換しつつ前記微小構造体にリンスを施す工程と、
(h)超臨界二酸化炭素流体のみを第3の処理流体として前記チャンバに供給して前記第2の処理流体を置換しつつ前記微小構造体をリンス洗浄する工程と、
(i)第3の処理流体として供給された前記超臨界二酸化炭素流体をガス化して除去し、前記微小構造体を乾燥させる工程とを有し、
前記チャンバ内で前記(e)〜(i)の各工程を順次行うことを特徴とする構造体の作製方法、
(6)前記(4)または(5)に記載の構造体の作製方法に用いられるフッ素化合物、水溶性有機溶剤及び水の混合物からなり、超臨界二酸化炭素流体に添加して使用することを特徴とするシリコン酸化膜エッチング剤、および
(7)0.5重量%以上10重量%以下のフッ素化合物と、80重量%以上99重量%以下の水溶性有機溶剤と、0.5重量%以上10重量%以下の水との混合物からなり、超臨界二酸化炭素流体に添加してシリコン酸化膜エッチング剤として使用することを特徴とする(3)または(6)に記載のシリコン酸化膜エッチング剤、
の第1〜第7の発明を提供するものである。
したがって、第1、2、4および第5の本発明方法によれば、安全性が高く、低コストの簡単なプロセスによって、目的とする固定部と可動部とを備えた微小構造体、又は可動部を有しない微小構造体を高歩留まりで製造することが可能になる。
また、第3、第6および第7の本発明によれば、可動部を有する微小構造体、又は可動部を有しない微小構造体の作製方法を実施する際に使用するエッチング剤として、構造体に損傷を与えることなく、短時間、かつ少量で、エッチングすることのできるシリコン酸化膜エッチング剤を提供できる。
また、超臨界流体としては、二酸化炭素、アンモニア、水、アルコール類、低分子量の脂肪族飽和炭化水素類、ベンゼン、ジエチルエーテルなどの超臨界状態となることが確認されている多くの物質が存在する。これらの中で、超臨界温度が31.3℃と室温に近い二酸化炭素は、取り扱いが容易であること及び構造体が高温に曝されないで済むという理由から、特に好ましい物質であり、本発明方法においては、超臨界流体として、この二酸化炭素を用いる。
フッ素化合物、水溶性有機溶剤及び水は、それぞれ別々に超臨界二酸化炭素流体に添加してもよく、またフッ素化合物、水溶性有機溶剤及び水からなる混合物をシリコン酸化膜エッチング剤として、超臨界二酸化炭素流体に添加して使用してもよい。
フッ素化合物は、シリコン酸化膜エッチング剤に0.5重量%以上10重量%以下の範囲で含有させるが、その含有量が10重量%を超えるときには、処理流体が2相以上に分離し、構造体上に異物が析出したり、または構造が破壊されるおそれがあるので通常好ましくない。フッ素化合物としては、フッ化水素が特に好ましい。
水は、エッチング促進のために添加され、シリコン酸化膜エッチング剤中の水の含有量が0.5重量%未満のときには、シリコン酸化膜エッチング速度が低下し、10重量%を超えるときには、処理流体が2相以上に分離し、構造体上に異物が析出したり、構造が破壊されるおそれがあるので通常好ましくない。
水溶性有機溶剤として、アルコール類、グリコール類、グリコールエーテル類、及びγ-ブチロラクトンのいずれかを用いる場合、フッ素化合物、水溶性有機溶剤及び水を含む超臨界二酸化炭素流体に対して、アルコール類等の添加量の総和が1〜10容量%となる範囲で用いることが好ましい。
また、水溶性有機溶剤として、エステル類、エーテル類、ケトン類、アセトニトリル、及びスルホランのいずれかを用いる場合、フッ素化合物、水溶性有機溶剤及び水を含む超臨界二酸化炭素流体に対して、エステル類等の添加量の総和が1〜20容量%の範囲で用いることが好ましく、特に極めて高いシリコン酸化膜のエッチング速度を得るためには、フッ素化合物、水溶性有機溶剤及び水を含む超臨界二酸化炭素流体に対して、その添加量の総和が1〜10容量%の範囲で用いることが好ましい。
また、エッチング剤の組成及び超臨界二酸化炭素流体への添加量、処理時間、処理温度、流量、圧力を最適にすることにより、エッチング速度を制御して、付着微粒子を除去できるだけの最小限の量にエッチング量を抑制するようにして、微小構造体に付着した微粒子を除去することができる。
(a)1槽のチャンバを有する処理装置を使用し、超臨界二酸化炭素流体にフッ素化合物、水溶性有機溶剤、及び水を添加してなる第1の処理流体を、前記積層体を収容した前記チャンバに供給し、前記積層体の犠牲層をエッチングし、かつ洗浄する工程と、
(b)水溶性有機溶剤のみを含む超臨界二酸化炭素流体を第2の処理流体として前記チャンバに供給して前記第1の処理流体を置換しつつ前記積層体にリンスを施すリンス工程と、
(c)超臨界二酸化炭素流体のみを第3の処理流体として前記チャンバに供給して前記第2の処理流体を置換しつつ前記積層体をリンス洗浄する工程と、
(d)第3の処理流体として供給された前記超臨界二酸化炭素流体をガス化して除去し、前記積層体を乾燥させる工程とを有し、
前記チャンバ内で前記(a)〜(d)の各工程を順次行うことを特徴とする構造体の作製方法である。
第2の本発明方法は、第1の本発明方法の応用発明であって、空隙部形成工程では、1槽のチャンバを有する処理装置を使用して、処理装置の近傍に設けたエッチング剤調合装置にてシリコン酸化膜エッチング剤を調合し、(a)エッチング、洗浄工程、(b)リンス工程、(c)リンス洗浄工程、(d)乾燥工程からなる各工程を行う方法である。
処理装置10は、前述したような複数個の微小構造体Wをカセットに収容してエッチング・洗浄/乾燥処理するバッチ式の装置である。処理装置10は、図1に示すように、上部に開口部12を有し、開口部12を介して導入された微小構造体Wを収納する処理室14を内部に有するチャンバ15と、開口部12を密閉する蓋16と、処理室14に処理流体を供給する流体供給源18と、流体供給源18から処理流体を処理室14内に導入する流体供給手段と、本発明に係るシリコン酸化膜エッチング剤を処理流体に添加する添加剤供給手段と、微小構造体の処理に供された処理流体を処理室14から排出する流体排出手段と、処理室14に導入された処理流体を加熱する加熱手段20とを備えている。
処理流体とは、微小構造体のシリコン酸化膜を除去する流体、或いはリンスとして使用される超臨界二酸化炭素流体をいう。なお、超臨界二酸化炭素のみからなる流体、フッ素化合物、水溶性有機溶剤、及び水を所定の割合で混合したシリコン酸化膜エッチング剤を添加した超臨界二酸化炭素流体を処理流体と言うこともある。
また、処理室14の内部には、複数個の微小構造体Wを載置、保持するための構造体保持カセット26を配置することができる。
また、シリコン酸化膜エッチング剤は添加剤供給手段に充填しておく。添加剤供給手段は、添加剤供給源30と、添加剤供給口31とを備えて三方弁28に接続され、三方弁28の開度調整により、流体供給ポート29を介して処理流体に所定量の添加剤を添加する。
流体排出手段は、処理室14に設けられた流体排出ポート32と、排圧弁34と、排圧弁34を介して流体排出ポート32に接続された排出液分離装置36とから構成されている。
排出液分離装置36は、気液分離装置であって、圧力を大気圧に低下させることにより、排出された超臨界二酸化炭素(シリコン酸化膜エッチング剤又は水溶性有機溶剤を含む)を気体成分と液体成分に分離する。気体成分は超臨界二酸化炭素が気化したものであって、排ガスとして気体回収装置(図示せず)により回収される。液体成分は、シリコン酸化膜エッチング剤、水溶性有機溶剤等が液体として分離されたものであって、排出液として回収される。
回収された排気ガスは二酸化炭素等であって、再利用することもできる。また、回収された排出液も同様に再利用できる。
加熱手段20は、電熱線のような加熱媒体で構成され、処理室14の外部に設けられた電源(図示せず)から電熱線に供給する電力を制御して、加熱手段20の温度を所定の温度に制御する温度制御装置38を備えている。
本処理装置10は、複数個の微小構造体Wをバッチ式で処理する装置であるが、枚葉式処理の処理装置も、基本的には本処理装置10と同様の構成とプロセスフローであって、小さな処理室で済むもののスループットが低下する。
第2の本発明方法は、上記処理装置を用いれば好適に実施することができる。また、シリコン酸化膜、処理流体、シリコン酸化膜エッチング剤、水溶性有機溶剤などは、第1の本発明方法で説明したものと同様のものを使用することができる。
第4の本発明方法においては、前記洗浄工程に続いて、水溶性有機溶剤のみを含む超臨界二酸化炭素流体を第2の処理流体として供給してリンスを施す前リンス工程と、超臨界二酸化炭素流体のみを第3の処理流体として供給してリンスを施す後リンス工程と、次いで、前記第3の処理流体として供給された前記超臨界二酸化炭素流体をガス化して前記構造体を乾燥する工程とを有することが、より好ましい。
(e)前記エッチング工程と、
(f)1槽のチャンバを有する処理装置を使用し、超臨界二酸化炭素流体にフッ素化合物、水溶性有機溶剤、及び水を添加してなる第1の処理流体を、前記積層体を収容した前記チャンバに供給し、前記微小構造体を洗浄する工程と、
(g)水溶性有機溶剤のみを含む超臨界二酸化炭素流体を第2の処理流体として前記チャンバに供給して前記第1の処理流体を置換しつつ前記微小構造体にリンスを施す工程と、
(h)超臨界二酸化炭素流体のみを第3の処理流体として前記チャンバに供給して前記第2の処理流体を置換しつつ前記微小構造体をリンス洗浄する工程と、
(i)第3の処理流体として供給された前記超臨界二酸化炭素流体をガス化して除去し、前記微小構造体を乾燥させる工程とを有し、
前記チャンバ内で前記(e)〜(i)の各工程を順次行うことを特徴とする構造体の作製方法である。
第3、第6および第7の本発明に係るシリコン酸化膜エッチング剤は、シリコン酸化膜のエッチング剤として汎用的に適用できるが、特に基板上にシリコン酸化膜からなる犠牲層及び構造層を順次成膜する工程と、次いで犠牲層を所定の処理流体によりエッチングして除去し、基板と構造層との間に空隙部を形成する空隙部形成工程とを実施して、基板上に空隙部を介して設けられた構造層を微小な可動部として機能させる構造体を作製する場合の処理流体、あるいは電子線露光マスク等の可動部を有しない構造体を作製する場合の洗浄流体として、好適に使用できる。
以下に、実施例を挙げて本発明の実施の形態を具体的かつ詳細に説明する。
処理流体は、フッ素化合物、水溶性有機溶剤、及び水を、個別に、直接、超臨界二酸化炭素流体に添加し、混合することにより調製しても良いが、添加量の調整、混合などの取り扱いの簡便さを考慮し、予めフッ素化合物、水溶性有機溶剤、及び水を規定の濃度にて混合し、シリコン酸化膜エッチング剤として調合した後、超臨界二酸化炭素流体に添加、混合し、処理流体とすることが好適である。
フッ素化合物としてはフッ化水素を用い、水溶性有機溶剤は、エステル類、エーテル類、ケトン類として、例えば、上記で例示したもの、及びアセトニトリル、スルホランのいずれかを用いる。この場合、シリコン酸化膜エッチングを促進するため、フッ素化合物、水溶性有機溶剤、及び水を含む超臨界二酸化炭素流体に対して、エステル類等の水溶性有機溶剤の添加量の総和が1容量%以上〜20容量%以下となる範囲で用いることが好ましい。例えば、35℃、10MPaの超臨界二酸化炭素に対して、5重量%のフッ化水素、5重量%の水、及び90重量%の上記水溶性有機溶剤からなるシリコン酸化膜エッチング剤を10容量%添加した処理流体で微小構造体を処理すると、500nmのシリコン酸化膜の犠牲層を10分で除去することができる。
導入に際しては、二酸化炭素を7.38MPa以上に加圧、31.1℃以上に加熱すると、超臨界状態となるので、処理流体供給源18から超臨界二酸化炭素を圧力・温度制御手段27により圧力を7.38MPa以上に、温度を31.1℃以上に制御して供給ポート29を介して処理室14内に導入する。
超臨界二酸化炭素の導入と共に、三方弁28の開度を調節して開口し、シリコン酸化膜エッチング剤を添加剤供給源30から添加剤供給口31を介して超臨界二酸化炭素に所定の添加率で添加する。
同時に、加熱手段20によって処理室14内に導入された超臨界二酸化炭素を加熱し、処理室14内の超臨界二酸化炭素の温度を31.1℃以上に保ち、シリコン酸化膜エッチング剤を添加した超臨界二酸化炭素にダイアフラム構造体40を接触させた状態で所定時間保持する。これにより、シリコン酸化膜が除去することができ、ダイアフラム構造体40が作製できる。
このように、処理室14内に充填された超臨界二酸化炭素を適宜排出することにより、処理室14内の圧力、温度を一定に保つことが可能である。
シリコン酸化膜エッチング剤を添加した超臨界二酸化炭素にダイアフラム構造体40を所定時間浸漬して、シリコン酸化膜を除去した後、シリコン酸化膜エッチング剤を添加した超臨界二酸化炭素にダイアフラム構造体40を浸漬させたまま、リンス液として超臨界二酸化炭素と水溶性有機溶剤のみを処理室14に供給して、シリコン酸化膜エッチング剤濃度を徐々に薄めつつシリコン酸化膜エッチング剤を排出する。次いで、リンス液として超臨界二酸化炭素のみを処理室14に供給して、水溶性有機溶剤濃度を徐々に薄めつつ水溶性有機溶剤を排出する。二酸化炭素と添加剤の混合廃液は分離され、必要に応じて回収再生される。
これによって、処理室14内のダイアフラム構造体40は乾燥状態になる。このように、超臨界状態から気体状態への相変化を経ることで、梁形状を持つダイアフラム構造体40を破壊することなく乾燥させることが可能となる。
本実施例では、結果として、500nmのシリコン酸化膜が10分で完全にエッチングされ、除去できた。
本実施例では、ダイアフラム構造体40を例にして説明したが、本発明方法は、ビーム構造体60のシリコン酸化膜除去にも適用できる。
本実施例のシリコン酸化膜エッチング剤は、例えば実施例1で、ダイアフラム構造体40の犠牲層として設けられたシリコン酸化膜を所定の処理流体によりエッチングして除去する際、1容量%以上10容量%以下の範囲で超臨界二酸化炭素に添加して所定の処理流体として使用する。
例えば、35℃、10MPaの超臨界二酸化炭素に対して、本実施例のシリコン酸化膜エッチング剤を10容量%添加した処理流体でダイアフラム構造体40を処理すると、500nmのシリコン酸化膜の犠牲層を10分で除去することができる。
フッ化水素が、シリコン酸化膜エッチング剤中で10重量%を超えると、処理流体が2相以上に分離し、ダイアフラム構造体40上に異物が析出したり、または構造が破壊されるおそれがある。
本実施例のシリコン酸化膜エッチング剤は、例えば実施例1で、ダイアフラム構造体40の犠牲層として設けられたシリコン酸化膜を所定の処理流体によりエッチングして除去する際、1容量%以上10容量%以下の範囲で超臨界二酸化炭素に添加して所定の処理流体として使用する。
例えば、35℃、10MPaの超臨界二酸化炭素流体に対して、本実施例のシリコン酸化膜エッチング剤を15容量%添加した処理流体でダイアフラム構造体40を30分処理すると、シリコン酸化膜を180nmエッチングするのに対し、添加量5容量%では、500nmのシリコン酸化膜を除去することができる。
また、可動部を有しない構造体、例えば、LSIの微細パターンを有する半導体基板、或いは微細パターンを形成するための電子線露光マスクの作製、低誘電率膜への配線溝の形成等に好適に利用することができる。
Claims (11)
- 基板上に空隙部を介して設けられた構造層を微小な可動部として機能させる構造体を作製する方法において、前記基板上にシリコン酸化膜からなる犠牲層及び前記構造層を順次成膜する工程と、次いで前記犠牲層を処理流体によりエッチングして除去し、前記基板と前記構造層との間に前記空隙部を形成し、かつ洗浄する空隙部形成工程とを有し、前記空隙部形成工程では、前記処理流体として、フッ素化合物、水溶性有機溶剤、及び水からなるシリコン酸化膜エッチング剤を含む超臨界二酸化炭素流体を使用し、前記エッチング剤におけるフッ素化合物の含有量が0.5重量%以上10重量%以下、水溶性有機溶剤の含有量が80重量%以上99重量%以下、水の含有量が0.5重量%以上10重量%以下であり、前記エッチング剤を前記超臨界二酸化炭素流体に対して10容量%で添加することを特徴とする構造体の作製方法。
- 前記空隙部形成工程に続いて、前記超臨界二酸化炭素流体をガス化して前記構造体を乾燥する乾燥工程を有することを特徴とする請求項1に記載の構造体の作製方法。
- 前記空隙部形成工程に続いて、水溶性有機溶剤のみを含む超臨界二酸化炭素流体を第2の処理流体として供給してリンスを施す前リンス工程と、超臨界二酸化炭素流体のみを第3の処理流体として供給してリンスを施す後リンス工程と、次いで、前記第3の処理流体として供給された前記超臨界二酸化炭素流体をガス化して前記構造体を乾燥する工程とを有することを特徴とする請求項1に記載の構造体の作製方法。
- 基板上に空隙部を介して設けられた構造層を微小な可動部として機能させる構造体を作製する方法において、前記基板上にシリコン酸化膜からなる犠牲層及び前記構造層を順次成膜し、積層体を形成する工程に続いて、空隙部形成工程として、
(a)1槽のチャンバを有する処理装置を使用し、超臨界二酸化炭素流体にフッ素化合物、水溶性有機溶剤、及び水からなるシリコン酸化膜エッチング剤を添加してなる第1の処理流体を、前記積層体を収容した前記チャンバに供給し、前記積層体の犠牲層をエッチングし、かつ洗浄する工程と、
(b)水溶性有機溶剤のみを含む超臨界二酸化炭素流体を第2の処理流体として前記チャンバに供給して前記第1の処理流体を置換しつつ前記積層体にリンスを施すリンス工程と、
(c)超臨界二酸化炭素流体のみを第3の処理流体として前記チャンバに供給して前記第2の処理流体を置換しつつ前記積層体をリンス洗浄する工程と、
(d)第3の処理流体として供給された前記超臨界二酸化炭素流体をガス化して除去し、前記積層体を乾燥させる工程とを有し、
前記第1の処理流体が、前記エッチング剤におけるフッ素化合物の含有量が0.5重量%以上10重量%以下、水溶性有機溶剤の含有量が80重量%以上99重量%以下、水の含有量が0.5重量%以上10重量%以下であり、前記エッチング剤を前記超臨界二酸化炭素流体に対して10容量%で添加することを特徴とし、
前記チャンバ内で前記(a)〜(d)の各工程を順次行うことを特徴とする構造体の作製方法。 - 前記犠牲層を成膜する工程では、前記シリコン酸化膜として、熱酸化膜、自然酸化膜、テトラエトキシシランを成膜原料とする減圧CVD酸化膜及びプラズマCVD酸化膜、有機ケイ酸化物を成膜原料とするスピンオングラス塗布酸化膜、並びに有機ケイ酸化物以外のものを成膜原料とするスピンオングラス塗布酸化膜のいずれかを成膜することを特徴とする請求項1から4のいずれか1項に記載の構造体の作製方法。
- 前記フッ素化合物が、フッ化水素である請求項1から5のいずれか1項に記載の構造体の作製方法。
- 前記空隙部形成工程で、前記処理流体として超臨界二酸化炭素流体を使用するに当たり、水溶性有機溶剤としてアルコール類、グリコール類、グリコールエーテル類、及びγ-ブチロラクトンの少なくともいずれかを用いることを特徴とする請求項1から6のいずれか1項に記載の構造体の作製方法。
- 前記空隙部形成工程で、前記処理流体として超臨界二酸化炭素流体を使用するに当たり、水溶性有機溶剤としてエステル類、エーテル類、ケトン類、アセトニトリル、及びスルホランの少なくともいずれかを用いることを特徴とする請求項1から6のいずれか1項に記載の構造体の作製方法。
- 請求項1から8のいずれか1項に記載の構造体の作製方法に用いられる、フッ素化合物、水溶性有機溶剤及び水の混合物からなり、フッ素化合物の含有量が0.5重量%以上10重量%以下、水溶性有機溶剤の含有量が80重量%以上99重量%以下、水の含有量が0.5重量%以上10重量%以下であり、超臨界二酸化炭素流体に対して10容量%で添加して使用することを特徴とするシリコン酸化膜エッチング剤。
- 前記フッ素化合物が、フッ化水素であることを特徴とする請求項9に記載のシリコン酸化膜エッチング剤。
- 前記シリコン酸化膜が、熱酸化膜、自然酸化膜、テトラエトキシシランを成膜原料とする減圧CVD酸化膜及びプラズマCVD酸化膜、有機ケイ酸化物を成膜原料とするスピンオングラス塗布酸化膜、並びに有機ケイ酸化物以外のものを成膜原料とするスピンオングラス塗布酸化膜のいずれかであることを特徴とする請求項9または10に記載のシリコン酸化膜エッチング剤。
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