JPH0582043U - ドライエッチング装置のエッチャントガス微量供給装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 ドライエッチング装置のエッチャントガスの
微量な供給量を正確に制御することを可能とする。 【構成】 エッチャントガス供給源からのエッチャント
ガスをエッチングチェンバ１９内のウエハ上にエッチャ
ントガス分子１層分を吸着するように供給するためのド
ライエッチング装置のエッチャントガス微量供給装置に
おいて、ガラス基板２０およびシリコン基板２１にエッ
チャントガス供給源とエッチングチェンバ１９とを結ぶ
エッチャントガス流路１２ａ、１２ｂを設け、その上流
側の流路１２ａにマイクロバルブ１３を設け、さらにそ
の下流側の流路１２ｂにマイクロバルブ１４を設け、マ
イクロバルブ１３とマイクロバルブ１４との間にエッチ
ング１回分の吸着に必要な量のエッチャントガスを収容
するマイクロチェンバ１５を接続したことを特徴として
いる。

Description

【考案の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】

本考案はドライエッチング装置のエッチャントガスの微量な供給量を正確に制 御できるエッチャントガス微量供給装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】

近年、ウエハとしてガリウム砒素（ＧａＡｓ）基板を用い、このウエハを１層 ずつエッチングして微細加工することが行われている（デジタルエッチング）。

【０００３】 これは、エッチャントガスとして塩素ガス（Ｃｌ₂ ）を用い、エッチャントガ スの供給過程、ウエハ表面への吸着過程、反応層の生成過程と、ビーム（レーザ 光、電子、アルゴンイオン等）照射による反応層の脱離過程とを分けることによ って反応層を１層ずつエッチングを行うことである。

【０００４】 図４は従来のドライエッチング装置のエッチャントガス微量供給装置の概念図 である。

【０００５】 同図において、１はドライエッチング用のエッチャントガスを収容するボンベ 、２〜５はバルブ、６は真空ポンプ、７はエッチャントガスの流量を測定するフ ローメータ、８はドライエッチングを行うためのエッチングチェンバを示す。な お、ボンベ１とバルブ２とでエッチャントガス供給源を構成する。

【０００６】 このような装置を用いてエッチングチェンバ８内のウエハにドライエッチング を行うときは、エッチングチェンバ８を真空ポンプで排気するとともに（１０ ^-4 Ｔｏｒｒ）、操作者がフローメータ７に表示される流量を見ながらバルブ２〜 ４を必要な開度で開けてボンベ内のエッチャントガスを所定量だけ矢印Ａ方向に 流してエッチングチェンバ８内に供給する。エッチングチェンバ８内のエッチャ ントガスの流量がバルブ４による制御の範囲、精度を越えて多いときは、バルブ ５を必要な開度で開けるとともに真空ポンプ６を作動させて余分なエッチャント ガスを矢印Ｂ方向に流して外部に排出すること（差動排気）によりエッチングチ ェンバ８内のエッチャントガスの流量を制御することが行われており、このよう にして流量が制御されたエッチャントガスを用いてエッチングが行われている。

【０００７】

【考案が解決しようとする課題】

ところで、このデジタルエッチングにおいて、エッチングチェンバ８内に供給 する塩素ガスの量を正確に制御する必要がある。これは塩素ガスの供給量が少な いとウエハ表面を完全に塩素分子で覆うことができず、エッチングむらが発生し 、塩素の供給量が多いと塩素分子が一層でなく多層に吸着されるため以後の処理 にこの余分な塩素が反応を妨げ、やはりエッチングむらが発生する。このため塩 素ガスの供給量を正確に制御する必要がある。エッチャントガスを供給するには 例えば、０．０１ｃｃ／分（標準状態、０℃、１気圧）程度の僅かな供給量を制 御する必要がある。

【０００８】 しかしながら、上述した従来の装置を用いた場合、配管やバルブに最小のサイ ズのものを用いたとしても流量を０．０１ｃｃ／分程度で供給するには流量の誤 差が大きく、実際に制御するのは不可能である。しかも真空ポンプ６で排気され る塩素ガスの量が不明であるため塩素ガスの正確な供給量が不明である。

【０００９】 そこで、本考案の目的は、上記課題を解決し、エッチャントガスの微量な供給 量を正確に制御できるドライエッチング装置のエッチャントガス微量供給装置を 提供することにある。

【００１０】

【課題を解決するための手段】

上記目的を達成するために本考案は、エッチャントガス供給源からのエッチャ ントガスをエッチング室内のウエハ上にエッチャントガス分子１層分を吸着する ように供給するためのドライエッチング装置のエッチャントガス微量供給装置に おいて、シリコンおよびガラスに上記エッチャントガス供給源とエッチング室と を結ぶエッチャントガス流路を設け、その流路の上流側に導入側マイクロバルブ を設け、さらにその下流側に導出側マイクロバルブを設け、導入側マイクロバル ブと導出側マイクロバルブとの間にエッチング１回分の吸着に必要な量のエッチ ャントガスを収容するマイクロチェンバを接続したものである。

【００１１】

【作用】

上記構成によれば、マイクロマシン技術を用いてシリコンおよびガラスにエッ チャントガス流路を形成するとともに、その流路に導入側マイクロバルブ、導出 側マイクロバルブおよびマイクロチェンバを形成することで流路の容積が微小と なり、マイクロチェンバに一回の吸着に必要な量のエッチャントガスを収容でき る。

【００１２】 従ってこのマイクロチェンバ内にエッチャントガスを収容すれば、エッチング 操作で導出側マイクロバルブを所定の開度で開けてエッチャントガスを微量制御 し、かつ必要な量を正確にエッチングチェンバ内に供給でき、ドライエッチング 処理が正確にできる。

【００１３】

【実施例】

以下、本考案の一実施例を添付図面に基づいて詳述する。

【００１４】 図１は本考案のドライエッチング装置のエッチャントガス微量供給装置の概念 図を示す。

【００１５】 同図において、１０はエッチャントガスとしての塩素ガスを収容するボンベ、 １１はバルブで、ボンベ１０およびバルブ１１でエッチャントガス供給源を構成 する。１２は微量な塩素ガスの供給量を制御するマイクロフローコントローラ、 １２ａ、１２ｂはエッチャントガスが通過する流路、１３は微量な塩素ガスの流 路の開閉を行う導入側のマイクロバルブ、１４は微量な塩素ガスの流路の開閉を 行う導出側のマイクロバルブ、１５はエッチング１回分の吸着に必要な量のエッ チャントガスを収容するマイクロチェンバ、１６は微量な塩素ガスの流量を測定 するマイクロフローメータ、１７、１８は各マイクロバルブ１３、１４を駆動す るピエゾアクチュエータ、１９はガリウム砒素ウエハのドライエッチングを行う エッチングチェンバ（エッチング室）を示している。また、マイクロバルブ１３ 、１４、マイクロチェンバ１５およびマイクロフローメータ１６がマイクロフロ ーコントローラ１２の流路１２ｂ内にマイクロマシン技術により一体的に形成さ れる。

【００１６】 図２はマイクロフローコントローラの概略断面図である。

【００１７】 図２において、マイクロフローコントローラ１２の導入口２２はエッチャント ガス供給源のバルブ１１の下流側に接続され、その導出口２３はエッチングチェ ンバ１９に接続される。

【００１８】 マイクロフローコントローラ１２には、ガラス基板２０およびシリコン基板２ １を用いて導入口２２と導出口２３とを連結するエッチャントガスの流路１２ａ 、１２ｂがマイクロマシン技術により形成される。この流路１２ａ、１２ｂには 、マイクロバルブ１３、１４と、マイクロチェンバ１５と、マイクロフローメー タ１６とが一体的に形成されている。

【００１９】 マイクロバルブ１３は、流路１２ａの導入口２２側に形成された弁座２４を開 閉するようになっている。このマイクロバルブ１３は、導入口２２側に流路１２ ａのガラス基板２０に形成された弁座２４と、シリコン基板２１にダイヤフラム ２５を介して弁座２４に着座するように形成された弁体２５ａと、弁体２５ａに 設けられた弁棒としてのガラスパイプ２７と、ガラスパイプ２７に設けられたピ エゾアクチュエータ１７とで構成されている。

【００２０】 ダイヤフラム２５および弁体２５ａはエッチングにより形成される。なお、弁 体２５ａの弁座２４側にはＮｉ（ニッケル）からなるガスケット２８が設けられ ている。

【００２１】 ピエゾアクチュエータ１７は、ガラスパイプ２７を介して弁体２５ａを駆動す るようになっている。ピエゾアクチュエータ１７は、弁体２５ａを包囲するよう にシリコン基板２１の裏面に形成される複数のリング状の圧電素子２９からなる 略筒状の積層体と、この積層体に設けられたガラス板３０とで構成されている。

【００２２】 マイクロバルブ１３は、通常は閉じており、ピエゾアクチュエータ１７の圧電 素子２９に所定の電圧が印加されると、圧電素子２９は軸方向に膨張し、ガラス パイプ２７が弁体２５ａを開くようになっている。

【００２３】 マイクロバルブ１４もマイクロバルブ１３と同様に、流路１２ｂの導出口２３ 側に形成された弁座３１を開閉するようになっており、導出口２３側に流路１２ ｂのガラス基板２０に形成された弁座３１と、シリコン基板２１にダイヤフラム ３２を介して弁座３１に着座するように形成された弁体３２ａと、弁体３２ａに 設けられた弁棒としてのガラスパイプ３３と、ガラスパイプ３３に設けられたピ エゾアクチュエータ１８とで構成されている。なお、弁体３２ａの弁座３１側に もＮｉからなるガスケット３４が設けられている。

【００２４】 ピエゾアクチュエータ１８も、弁体３２ａを包囲するようにシリコン基板２１ の裏面に形成される複数のリング状の圧電素子３５からなる略筒状の積層体と、 この積層体に設けられたガラス板３６とで構成されている。

【００２５】 マイクロバルブ１４も、通常は閉じており、ピエゾアクチュエータ１８の圧電 素子３５に所定の電圧が印加されると、圧電素子３５は軸方向に膨張し、ガラス パイプ３３が弁体３２ａを開くようになっている。

【００２６】 ガラス基板２０上にはマイクロチェンバ１５が設けられており、エッチング１ 回分の吸着に必要な量のエッチャントガスを収容する。マイクロチェンバ１５は 、ガラス基板２０と壁部材３７と板状部材３８とで構成され、弁座２４と弁座３ １とに連通している。なお、マイクロチェンバ１５の壁部材３７および板状部材 ３８はガラスで形成されるが、樹脂または金属を用いてもよい。

【００２７】 マイクロフローメータ１６は、流路１２ｂ内に台座３９上に設けられた一対の ヒータ線４０、４１からなるヒータ体１６ａ（図３参照）と、これらのヒータ線 ４０、４１のリード線４２、４３を介して接続された図示しない電源および検出 計を用いて、加熱されたヒータ線４０、４１の熱がエッチャントガスの流れによ って奪い去られたときのヒータ線４０、４１の温度変化を、ヒータ線４０、４１ の抵抗値が変化することによる電流値の変化として検知するものである。

【００２８】 台座３９はｐ⁺ −Ｓｉからなり、橋状に形成されており、ヒータ線４０、４１ はこの台座３９に接続されたリード線４２、４３を介して外部の電源および検出 計にそれぞれ通電される。

【００２９】 ここで図３はマイクロフローメータのヒータ体の平面図を示す。

【００３０】 同図に示すように、ヒータ体１６ａは、チタン薄膜を酸化シリコンで挟んだ２ つのヒータ線４０、４１が対向して配置されている。このマイクロフローメータ １６は０．０１ｃｃ／分程度の微少流量域でも直線的に応答するようになってい る。

【００３１】 次に実施例の作用を図２を参照して説明する。

【００３２】 同図において、エッチャントガス供給系のバルブ１１を所定の開度で開いて導 入口２２にエッチャントガスを導入し、ピエゾアクチュエータ１７に所定の電圧 を印加すると圧電素子２９が矢印Ｃ方向に膨張し、弁体２５ａの中央部が矢印Ｃ 方向に動く。弁体２５ａが矢印Ｃ方向に動くとマイクロバルブ１３のガスケット ２８とガラス基板２０との間に図示のように隙間が生じ、エッチャントガスがマ イクロチェンバ１５内に供給される。マイクロチェンバ１５内にエッチング１回 の吸着に必要な量のエッチャントガスが供給されるとピエゾアクチュエータ１７ への電圧の印加が停止され、ピエゾアクチュエータ１７は矢印Ｃ方向とは逆の方 向に収縮して弁体２５ａが弁座２４を閉じ、すなわちマイクロバルブ１３が閉じ る。

【００３３】 次にピエゾアクチュエータ１８に所定の電圧を印加すると、圧電素子３５が膨 張し、弁体３２ａが矢印Ｄ方向に動く。弁体３２ａが矢印Ｄ方向に動くとマイク ロバルブ１４のガスケット３４とガラス基板２０との間に隙間が生じ、マイクロ チェンバ１５内のエッチャントガスが導出口２３を介してエッチングチェンバ１ ９内に供給される。エッチングチェンバ１９内にエッチング１回の吸着に必要な 量のエッチャントガスが供給されるとピエゾアクチュエータ１８への電圧の印加 が停止され、マイクロバルブ１４が閉じて１回分のエッチャントガスの微量供給 が終了する。

【００３４】 このように本実施例によれば、マイクロマシン技術を用いてガラス基板２０お よびシリコン基板２１に流路１２ａを形成するとともに、その流路１２ａにマイ クロバルブ１３、マイクロバルブ１４およびマイクロチェンバ１５を形成するこ とで流路の容積が微小となり、マイクロチェンバ１５に一回の吸着に必要な量の エッチャントガスを収容できる。従ってこのマイクロチェンバ１５内にエッチャ ントガスを収容すれば、エッチング操作でマイクロバルブ１４を所定の開度で開 けてエッチャントガスを微量制御し、かつ必要な量を正確に制御でき、ドライエ ッチング処理が正確にできる。

【００３５】 なお、本実施例においてはマイクロフローコントローラにマイクロフローメー タを用いたがなくてもよい。またエッチャントガスに塩素ガスを用いたが、エッ チングが可能な他のガスを用いてもよい。さらにマイクロチェンバをガラス基板 側に形成したが、ガラス基板とシリコン基板との間やシリコン基板側に形成して もよい。

【００３６】

【考案の効果】

以上要するに本考案によれば、シリコンおよびガラスにエッチャントガス供給 源とエッチング室とを結ぶエッチャントガス流路を設け、その流路の上流側に導 入側マイクロバルブを設け、さらにその下流側に導出側マイクロバルブを設け、 導入側マイクロバルブと導出側マイクロバルブとの間にエッチング１回分の吸着 に必要な量のエッチャントガスを収容するマイクロチェンバを接続したので、エ ッチャントガスの微量な供給量を正確に制御できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本考案のドライエッチング装置のエッチャント
ガス微量供給装置の概念図である。

【図２】図１に示したエッチャントガス微量供給装置の
概略断面図である。

【図３】図１に示したマイクロフローメータのヒータ体
の平面図である。

【図４】従来のドライエッチング装置のエッチャントガ
ス微量供給装置の概念図である。

【符号の説明】

１０ ボンベ １１ バルブ １２ マイクロフローコントローラ １２ａ、１２ｂ 流路 １３、１４ マイクロバルブ １５ マイクロチェンバ １６ マイクロフローメータ １７、１８ ピエゾアクチュエータ １９ エッチングチェンバ

Claims (1)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 【請求項１】 エッチャントガス供給源からのエッチャ
   ントガスをエッチング室内のウエハ上にエッチャントガ
   ス分子１層分を吸着するように供給するためのドライエ
   ッチング装置のエッチャントガス微量供給装置におい
   て、シリコンおよびガラスに上記エッチャントガス供給
   源とエッチング室とを結ぶエッチャントガス流路を設
   け、その流路の上流側に導入側マイクロバルブを設け、
   さらにその下流側に導出側マイクロバルブを設け、導入
   側マイクロバルブと導出側マイクロバルブとの間にエッ
   チング１回分の吸着に必要な量のエッチャントガスを収
   容するマイクロチェンバを接続したことを特徴とするド
   ライエッチング装置のエッチャントガス微量供給装置。