CN1296270C

CN1296270C - 刻蚀方法

Info

Publication number: CN1296270C
Application number: CNB2004100886610A
Authority: CN
Inventors: 逢坂勉
Original assignee: Sony Corp
Current assignee: Sony Corp
Priority date: 2003-11-14
Filing date: 2004-11-15
Publication date: 2007-01-24
Anticipated expiration: 2024-11-15
Also published as: KR20050046583A; US7105447B2; TW200528588A; EP1531145A3; EP1531145A2; JP2005150332A; US20050106892A1; CN1616341A

Abstract

本发明提供了一种刻蚀方法，该刻蚀方法能够通过非常精细的刻蚀开口以较好的构造精度，形成具有大的空间部分或复杂结构的空腔部分。如下进行对被处理物体的刻蚀处理：首先，将被处理物体暴露于包含刻蚀反应种的处理流体(第三步骤S3和第四步骤S4)；然后，降低处理腔中的压强以使被处理物体附近的处理流体的密度低于在第四步骤S4中的密度(第一步骤S1)。在重复第一步骤S1到第四步骤S4的同时，在第一步骤S1之后进行的第三步骤S3和第四步骤S4中，包含刻蚀反应种的处理流体被重新输入到其中放置有被处理物体的处理气氛中，以使被处理物体附近的处理流体的密度高于第一步骤S1中的密度。

Description

刻蚀方法

技术领域

本发明涉及一种刻蚀方法，并且特别地涉及适用于如下情形的刻蚀方法：即在半导体装置或微机械产品中形成具有空腔部分的微结构时，待形成的空腔部分比刻蚀开口尺寸要大的情形，或形成具有复杂结构的空腔部分的情形。

背景技术

随着微机构技术的发展，微机械(微电子机械系统，MEMS)和包括微机械的小型装置已经引起人们的注意。微机械是一种装置，其中可移动部分与用于控制驱动该可移动部分的半导体集成电路等通过机械、电的方式组合起来，可移动部分包括在衬底(比如硅衬底和玻璃衬底)上形成的三维结构。

在这样的微机械领域中，用于提供三维结构的传统技术通常是这样的：先在衬底上形成牺牲层，在经图案化的该牺牲层上形成结构元件层，然后选择性地去除牺牲层，由此提供了在图案化结构层下具有空腔部分的三维结构。二氧化硅(SiO₂)或硅(Si)可以被用作牺牲层。

如果使用二氧化硅形成牺牲层，那么使用氟(F)类刻蚀液作为刻蚀剂，如果使用硅形成牺牲层，那么使用诸如氟化氙(XeF₂)、氟化溴(BrF₃)的刻蚀气体作为刻蚀剂，例如在日本专利申请公开No.2002-214548中，尤其是在第0002和0030自然段提到。

例如，如果形成具有如图1所示结构的三维结构，那么首先将牺牲层2埋入被形成在衬底1表面侧上的中空结构1a中，并且形成结构元件层3来覆盖衬底1和牺牲层2。接下来，对结构元件层3图案化以得到所需的构造，并且在结构元件层3中形成可达到牺牲层2的刻蚀开口3a。之后，通过经刻蚀开口3a的刻蚀去除牺牲层2。这样就在结构元件层3之下形成了空腔部分“a”。这里在刻蚀中，如上所述，根据形成牺牲层的材料选择适当的刻蚀剂。

但是，在这样的形成三维结构的方法中，存在如下问题。

例如，在形成参照图1所述的三维结构时，如果通过刻蚀形成的空腔部分“a”要比刻蚀开口3a大很多，那么就很难通过刻蚀完全去除牺牲层2。

这是由下面的刻蚀机理所造成的。随着刻蚀在牺牲层2中进行而形成空腔部分“a”时，刻蚀剂进入所形成的空腔部分“a”。另一方面，随着刻蚀的进行，包含在刻蚀剂中的刻蚀反应种(etching reaction seed)减少，而反应产物增加。但是，在刻蚀开口3a非常精细的情形中，当刻蚀开口被扩宽到一定程度时，空腔部分“a”中的替换效率减小了。于是，如果空腔部分“a”变得大于刻蚀开口3a的横截面，那么牺牲层2的刻蚀速率大大地降低了。

尽管使得在刻蚀开口部分的刻蚀剂流动更快(例如，通过旋转系统工艺来增加替换效率)，但是这样的现象也不能得以完全防止。此外，在使用气体作为刻蚀剂的情况下，虽然程度很轻，但还是会发生同样的现象。

而且，如图2A所示，当空腔部分“a”为介于(夹在)衬底1和结构元件层3之间的狭窄的盖部分时，以及当如图2B所示空腔部分“a”被形成为具有比狭窄的刻蚀开口3a相对要复杂的结构时，也会发生类似的现象。

而且，在制造具有包含这样的空腔部分的三维结构元件的微机械时，希望在尽可能接近最终工艺的处理中刻蚀牺牲层，以防止在处理期间毁坏空腔部分。例如，如图2C所示，如果互连层5被形成在比形成三维结构元件的空腔部分“a”更靠上的层中，那么在形成互连层5之后互连层5被绝缘膜6掩埋，然后可到达牺牲层(未示出)的刻蚀开口3a被形成在绝缘膜6中，其中通过使用刻蚀开口3a进行刻蚀来去除牺牲层以形成空腔部分“a”。但是，随着处理工艺接近最终步骤，刻蚀开口3a变得更深，空腔部分“a”中的刻蚀剂替换效率降低，类似于上面所提及的情形，牺牲层不能被轻易地去除。

然后，如上所述，由于通过刻蚀将牺牲层完全去除较困难，形成空腔部分“a”的精度降低了。这可以导致具有该空腔部分“a”的微机械的操作特性变差。

此外，因为在形成用于抑制电互连之间干扰的特定互连时也类似地出现这种问题，所以在具有这种特定互连的半导体器件中，也可能造成其操作特性的变差。

发明内容

那么，本发明的目的在于提供可以通过非常细小的刻蚀开口充分去除牺牲层的刻蚀方法，该方法使得在形成构造时能够以更好的精度来更好地形成大的空腔部分以及具有复杂结构的空间部分。

本文提出了根据本发明优选实施方式的刻蚀方法，重复进行如下的第一处理和第二处理。在第一处理中，通过将被处理物体暴露于包含刻蚀反应种的处理流体来对被处理物体进行刻蚀处理。在第二处理中，使在被处理物体周围的处理流体的密度低于其在第一处理时的密度。重复第一处理和第二处理，其特征在于，在第二处理之后进行的第一处理中，包含刻蚀反应种的处理流体被重新供给到其中放置有被处理物体的处理气氛中，并且使得接近被处理物体的处理流体的密度高于其在第二处理时的密度。

这里，如果处理流体包含气体或超临界流体，那么可以通过对处理气氛的压强控制来实现在第一处理和第二处理之间的处理流体的密度改变。而且，如果处理流体是气体、超临界流体或液体，那么可以通过控制处理流体的温度来实现处理流体的密度改变。

在上述刻蚀方法中，用于降低被处理物体附近处理流体密度的第二处理在多个进行刻蚀的第一处理之间进行，使得在前一个第一处理中供刻蚀的处理流体在随后的第二处理中被强制地从被处理物体周围排出。于是，虽然被处理物体具有空腔部分，但是空腔部分内的处理流体的部分或几乎全部都被排出。在随后的第一处理中，包含刻蚀反应种的处理流体被重新供给，而且在被处理物体周围处理流体的密度增加，使得包含刻蚀反应种的新鲜处理流体也被引入到上述的空腔部分中，在该空腔部分中处理流体被替换了。于是，重复这些处理导致向被处理物体的空腔部分间隙地供给包含对于被处理物体活性没有损失的刻蚀反应种的处理流体得以维持。于是，在空腔部分刻蚀速率得到维持。

于是，本发明的刻蚀方法能够使用非常精细的刻蚀开口以高的构造精度、没有刻蚀残留物地提供刻蚀，形成具有复杂构造的空腔部分，或形成相对刻蚀开口较大的空腔部分。结果，例如，可以改进具有包含空腔部分的三维结构元件的微机械或半导体器件的操作特性。

附图说明

从下面结合附图对本发明优选的示例性实施方式的描述中，本发明的上述及其它目的、特征和优点将变得更加清楚，并且在附图中：

图1是图示现有技术的刻蚀方法的横截面视图；

图2A到图2C是说明现有技术的刻蚀方法中的问题的横截面视图；

图3是用于根据本发明优选实施方式的刻蚀方法的处理装置的结构示意图；

图4图示了描述根据本发明优选实施方式的刻蚀方法的流程图；以及

图5是图示本发明第一优选实施例的优点以及用于比较的示例的图。

具体实施方式

本文下面将描述根据本发明的刻蚀方法的优选实施方式。这里，将对这样的刻蚀方法进行说明，该方法适合于通过非常精细的刻蚀开口利用刻蚀选择性地去除具有较大体积或复杂结构的牺牲层。在描述刻蚀方法的实施方式之前，先对在刻蚀装置中优选使用的处理装置的示例结构进行说明。

<处理装置>

图3是图示在根据本发明优选实施方式的刻蚀方法中使用的示例处理结构的概要结构图。该处理装置具有在其中进行刻蚀的处理腔11。在处理腔11之内，包含具有温度控制功能的平台12，用于通过加热或冷却将类似晶片的被处理物体S保持在预定温度。而且，在处理腔11的外周围有温度调节单元13和用于加热平台12上的目标S的灯泡14，温度调节单元13用于防止处理流体过多地粘附或凝结在处理腔11的内壁上。而且，处理腔11上连接了具有排出泵P的排出管15、设置有流速控制单元16a和温度控制单元16b的处理流体供给管16、设置有流速控制单元17a的清洗气体供给管17，以将处理腔11内部保持在预定气压。在这些之外，处理流体供给管16通过三个流速控制单元16a连接到含有惰性气体(这里包括N₂和CO₂)的圆柱体(未示出)、氢氟酸蒸汽产生单元18以及水蒸汽产生单元19。这些氢氟酸蒸汽产生单元18以及水蒸汽产生单元19通过在无水氢氟酸存储箱18a和纯水存储箱19a中吹入惰性气体g1来产生氢氟酸蒸汽以及水蒸汽，并且分别具有温度控制单元18b和温度控制单元19b。而且，尽管在这里省略了图示说明，但是在处理腔11内，为了在平台12上的被处理物体S上均匀供给被提供到处理腔11内的流体(气体等)，以及为了均匀地排出，可以设置有导流体或整流机构。而且，可以增加用于振荡、旋转和振动被处理物体S的功能以及用于搅动处理腔11内的处理流体的机构(包括循环单元)。

根据上述处理装置，处理流体L可以通过处理流体供给管16被供给到处理腔11内，在处理流体L内氢氟酸蒸汽和水蒸汽以预定浓度被分散在惰性气体g1中，并且通过温度控制单元16b将其温度控制在预定温度。在该处理流体L中，被少量水离解的氢氟酸作为氧化硅薄膜的刻蚀反应种。而且，当供给N₂以用作惰性气体g1时，适当地控制它的温度和压强可以使N₂成为超临界流体。那么，也可以向处理腔11的内部提供这样的处理流体L，其中氟蒸汽或水蒸汽以预定浓度分散在该超临界流体中。而且，通过温度控制单元13将处理腔11的内部控制在预定温度，以及通过调节排出管15的排放和处理流体L经处理流体供给管16的供给速度将处理流体L控制在预定压强。于是，如果将超临界流体用作处理流体L，那么调节处理腔11内的温度和压强将处理腔11内的N₂保持在超临界流体状态。

这里，上面所提到的处理装置的结构仅仅是一个例子，根据用作处理流体L的材料，有时会改变从处理流体供应管16提供的气体(蒸汽)。

<刻蚀方法>

下面，将参考图3，基于图4所示的流程图，来描述使用具有上述结构的处理装置来刻蚀被处理物体S的方法。这里，刻蚀方法的实施方式将通过这样的例子进行说明，其中在被处理物体S的表面上，将通过非常精细的刻蚀开口由刻蚀选择性地去除氧化硅制备的牺牲层。

首先，在第一步骤S1中，将被处理物体S放置和固定在被严实关闭的处理腔11内的平台12上，排出处理腔11的内部气体以减小气压。这里，将处理腔11内部的气体排出到低于下面处理过程时的气压。而且，根据需要选择将被处理物体S放置到处理腔11内时的气氛，比如空气或氮气。而且，根据需要，将被处理物体S加热或冷却到预定温度。

下面，在第二步骤S2中，判断刻蚀过程是否已经完成。如果刻蚀过程还没有完成(No)，那么处理前进到第三步骤S3。

在第三步骤S3中，在减压的条件下通过处理流体供给管16向处理腔11供给处理流体L，以使用处理流体L填充处理腔11的内部。在此期间，例如通过将水蒸气产生单元19以预定流速产生的水蒸汽与氢氟酸蒸汽产生单元18以预定流速产生的氢氟酸蒸汽进行掺和来提供处理流体L，该处理流体L通过温度控制单元16b被控制为预定的温度，并且被提供到处理腔11。在此期间，对处理腔11的压强不作限制，只要其高于在第一步骤S1中的压强即可。即，它可以大于、约等于或小于大气压。但是，更优选的是与第一步骤S1的压差较大。

可以使用处于共沸浓度的氢氟酸溶液的蒸发气体来替代氢氟酸蒸汽和水蒸气的混合物作为处理流体L。而且，可以掺入预定流速的惰性气体g1来进行稀释。而且，根据用于牺牲层的二氧化硅薄膜的形成方法，牺牲层可以在其中包含许多湿气。在这样的情形下，可仅仅供给无水氢氟酸作为处理流体L。

而且，在第四步骤S4中，在处理腔11的内部填充上述具有预定压强的处理流体L，以在该条件下进行预定时间的刻蚀。在此期间，可优选地通过维持将处理流体L供给到处理腔11中并排出来产生通风流。而且，确定第四步骤S4中的刻蚀处理时间，使得将刻蚀速率保持在预定水平。而且，因为刻蚀在第三步骤S3的阶段中也进行，所以刻蚀时间可以是在第三步骤S3和第四步骤S4中时间的总和。而且，刻蚀处理的时间根据处理流体L中的刻蚀反应种(这里是由少量水离解的氢氟酸)的浓度、处理腔11的压强、温度、作为刻蚀目标的牺牲层的类型以及通过刻蚀形成的空腔部分的构造而变化。于是，通过估算来事先确定时间是优选的。

上面所述的第三步骤S3和第四步骤S4构成了根据本发明第一个工艺的优选实施方式的例子。下面，在第四步骤S4中，在经过了预定的处理时间之后，停止向处理腔11中供给处理流体，并且处理返回到第一步骤S1。

在随后的第一步骤S1中，处理腔11中的压强下降到低于第四步骤S4中的压强。这将处理腔11中处理流体L的密度减少到低于第四步骤S4中的密度。而且，如果将排出速度保持在通过刻蚀形成的空腔部分不会被毁坏的程度，那么考虑排出泵P的能力和效率来将第一步骤S1中处理腔11中的压强设定为更低的压强是更好的。而且在第一步骤S1中，为了蒸发在第四步骤S4中在处理过程中产生的反应产物(例如，水或低蒸发的材料)，以及为了防止结构由于刻蚀残余物或液体中的张力而损坏，可以在减压的条件下保持预定的时间。上述第一步骤S1对应于本发明第二工艺的优选实施方式的示例。

以下，重复从第一步骤S1到第四步骤S4的过程直到在第二步骤S2中已经完成了预定次数的刻蚀处理。设定重复的次数使得在被处理物体S中形成的空腔部分内的牺牲层被完全去除。

而且，在该重复过程中，在这样的条件下，即在第一步骤S1之后的第四步骤S4中使处理腔11内的处理流体L的密度高于第一步骤S1中的密度，以及在第四步骤S4之后的第一步骤S1中使处理腔11内的处理流体L的密度低于第四步骤S4中的密度的条件下，在第四步骤S4中的刻蚀条件(刻蚀处理时间、处理流体L中刻蚀反应种的浓度、处理温度、压强等)以及在第一步骤S1中的减压条件(减压速率、目标压强、减压维持时间)可以在每个时机进行变化。但是，优选的是，在第一步骤S1和第四步骤S4之间处理腔11内处理流体L的密度差更大。

而且，如果在重复过程已经进行到一定程度之后已经形成空腔部分，那么设定第三步骤S3中处理流体L的供给速率使得不损坏该空腔部分。

在第二步骤S2中，当判定已经完成预定次数的处理工艺时(Yes)，处理前进到第五步骤S5。

在第五步骤S5中，在压强已经在刚好前面的第一步骤S1中被最后降低的条件下，将例如干燥空气、氮气或惰性气体的清洗气体g2提供给处理腔11以使压强返回到大气压。此后，从处理腔11取出被处理物体S。而且，如果存在作为处理腔11的前导腔的预排放腔，那么在处理腔中的压强等于预排放腔中的压强之后，将被处理物体S移动到该预排放腔中并且取出。

而且，如上所述的第五步骤S5可以在第四步骤S4中最后一次的刻蚀处理已经完成之后、在返回到第一步骤S1之前进行。在这种情形下，处理流程是这样的，即第二步骤S2在第四步骤S4和第一步骤S1之间进行。在这样的处理流程中，通过在第五步骤S5中将清洗气体g2供给到处理腔11中，从处理腔11喷射出处理流体L。

如果希望完全清除处理腔11中的处理流体L，那么处理流程可以是这样的，即在第五步骤S5之后，对处理腔11进行循环清洗。在这种情形，如图4的流程图中的双点划线所示，处理如下进行：在第五步骤S5之后，还进行第六步骤S6来判断循环清洗是否已经完成。如果判断在第六步骤S6中循环清洗尚未完成，那么还进行第七步骤S7来再一次降低处理腔11中的压强。在第七步骤S7之后，处理返回到第五步骤S5。

根据上述的刻蚀方法，在重复执行第四步骤S4中的刻蚀处理的同时，进行第一步骤S1以通过降低处理腔11中的压强来降低处理流体L的密度。结果，在第一步骤S1中处理腔11中的处理流体L被强制排放掉，并且在第四步骤S4中被刻蚀的被处理物体S周围的处理流体L被从被处理物体S的附近强制去除掉。结果，即使被处理物体S具有空腔部分，空腔部分中的一部分或几乎全部处理流体L也都能够从空腔部分中被排放掉。

而且，在如上所述的第一步骤S1等之后的第三步骤S3中，处理流体L被重新供给到处理腔11中，并且通过增加处理腔11中的压强来增加处理流体的密度，这导致在上述空腔部分中引入包含新的刻蚀反应种的处理流体。这为空腔部分中的处理流体提供替换。

例如，如果在第一步骤S1中，处理腔11的内部被排空以具有第四步骤S4中处理腔11内压强的一半，那么处理腔中处理流体的密度将变为大约一半。这样，当在随后的第三步骤S3中向处理腔中供给处理流体时，处理流体的替换效率约为50％。而且，如果处理腔11的容积是1立方米或更少，那么在第四步骤S4中接近大气压下的刻蚀处理提供了大约从三分之一到十分之一的减压，这可以通过适当的真空泵提供。这提供了从30％到90％的处理流体替换效率。

这样，在随后的第四步骤S4中，使用包括其活性得以维持的刻蚀反应种的处理流体L来进行刻蚀处理。而且，从第一步骤S1到第四步骤S4的重复处理维持了向被处理物体S的空腔部分的处理流体的间歇供给，其中所述处理流体包含相对于被处理物体没有失去活性的刻蚀反应种。这维持了空腔部分中的刻蚀速率。

于是，就有可能通过从精细的刻蚀开口刻蚀牺牲层来形成具有复杂构造的空腔部分或比刻蚀开口更大的空腔部分，而没有残余刻蚀并且构造具有很好的精度。

例如，这导致微机械或者半导体器件的操作性能的提高，所述微机械包括具有很好构造精度的空腔部分的三维结构部分，所述半导体器件包括具有很好构造精度的空间互连。

而且，根据这样的刻蚀方法，虽然在牺牲层上提供了多层互连结构，但是因为通过达到牺牲层的精细而很深的刻蚀开口对牺牲层提供足够的去除，所以可以在接近最终处理时进行刻蚀以形成空腔部分。

而且，因为处理流体的替换效率被提高，所以刻蚀时间可以被缩短。这样缩短了将被处理物体的外表面或早先通过刻蚀出现的表面部分暴露于处理流体的时间，从而可以减少腐蚀或刻蚀效应。

而且，在强制排出处理流体期间，具有较低沸点(具有高的蒸汽压、挥发性)的反应产物可以同时被去除。

<第1修改>

在上述优选实施方式的例子中，提供了这样的结构，其中首先在第一步骤S1中对处理腔11的内部进行排放以减小压强。但是，可以提供另外的结构，其中不需要减压，向包含有被处理物体S的处理腔11中供给处理流体就提供了对处理腔11中处理流体的替换。在这样的情形下，如图4中虚线所示，提供了从第三步骤S3开始处理的流程处理。

在这样的过程中，控制从处理腔11中排出处理流体L和向处理腔11中供给处理流体L也很重要，使得在第四步骤S4之后的第一步骤S1中处理腔的压强比在第三步骤S3之后的第四步骤S4的压强要低(处理流体L的密度更低)，并且在第一步骤S1之后的第四步骤S4中处理腔的压强比第一步骤S1中的压强要高(处理流体L的密度更高)。

而且，如果在第一步骤S1中处理腔11内的压强降低速率低，那么在随后第三步骤S3中供给的处理流体L的刻蚀反应种被残余处理流体L所稀释，使得在第四步骤S4的刻蚀速率降低。于是，也可以根据第一步骤S1的压强降低速率，供给具有更高刻蚀反应种浓度的处理流体L。

<第2修改>

处于超临界状态的流体(简称超临界流体)可以被用作处理流体L使用的流体。N₂、CO₂等被优选地用作提供超临界流体的材料(超临界材料)。在这种情形下，提供这样的结构，其中处理腔11通过事先控制温度和压强填充了超临界流体；并且在下面的第三步骤S3中，其中溶解或分散有刻蚀反应种的处理流体L被供给到处理腔11中。这期间，重要的是将处理腔11的内部保持在超临界气氛(温度、压强)。

而且，在重复了第一至第四步骤之后的第五步骤中，首先，重要的是将处理腔11中的压强降低到大气压，其中，控制处理腔11中的温度从而避免处理腔11中的超临界物质跨过蒸汽压曲线，然后将温度降低到接近室温的温度。

如上所述，使用超临界流体进行的刻蚀可以在不将被处理物体的表面暴露于气-液界面的情形下完成。这样，防止了由于表面张力而导致非常精细的结构元件的毁坏，从而可以维持由刻蚀形成的结构元件的构造精度。而且，如果使用液体作为处理流体，那么必须将处理流体或清洗液体蒸发。于是，难于通过非常精细的开口部分来使内部干燥。但是，这样的干燥处理不是必须的。

<第3修改>

在上述优选实施方式的例子中，提供了这样的结构，其中，在第一步骤S1和第四步骤S4中处理腔11的压强变化改变了处理腔11中处理流体L的密度。但是，可以提供另外一种结构，其中，通过改变第一步骤S1和第四步骤S4之间处理腔11中的温度，来改变处理腔11中处理流体L的密度。在这样的情形下，可以控制处理腔11内部整体的温度。但是，仅仅控制被处理物体S的温度或仅仅控制被处理物体S附近的温度也可以改变被处理物体S周围处理流体L的密度。

如上所述，如果所述结构能够通过温度控制来仅改变处理流体L的密度，那么具有较低压强变化的液体可以被用作处理流体L。

而且，第1修改到第3修改示例性地示出了由二氧化硅构成的牺牲层通过使用处理流体L而被去除，该处理流体L通过将作为刻蚀反应种的氢氟酸分散在水蒸汽及其它流体中而得到。但是，在本发明中，处理流体L没有限制，因此可以根据形成牺牲层的材料而适当加以选择。通过将刻蚀反应种溶解或分散在例如载气、超临界流体、液体等类似物质的流体中来提供处理流体L，如果刻蚀反应种(HF、XeF、HCl)是气体或超临界流体，那么可以使用刻蚀反应种本身作为处理流体。而且，如果牺牲层由有机物质制成，那么有机溶剂可以被用作处理流体L，或处理流体L可以通过分散能够被用作刻蚀反应种的流体粉末而提供。但是，优选的是处理流体L具有可压缩的特性(膨胀特性)，而且由于可有更高的替换效率，因此会因压强或温度而发生体积变化的处理流体是优选的。

而且，在根据图4的流程图所述的步骤S1到步骤S4的重复中，在重复预定数量的处理过程中，另外可以进行其它处理。例如，在刻蚀之前进行预定次数的从第一步骤S1到第四步骤S4的重复处理，使得形成具有某一特定尺寸的空腔部分。然后，在刻蚀表面进行疏水处理。此后，从第一步骤S1到第四步骤S4的重复处理可以再次开始。这样的疏水处理能够形成具有较大空间或复杂结构的空腔部分，其中对被形成为具有某一特定尺寸的空腔部分的内壁的粘附(所谓的粘附性，Sticking)被防止。而且，在从第一步骤S1到第四步骤S4的重复处理期间进行的额外处理并不限于这样的疏水处理，而可以是用于在由刻蚀而暴露的部分上产生保护膜或重整膜的重整处理，或可以是用于去除反应产物的处理。在这样的情形，它可以是利用第一步骤S1中的减压(或增压)条件的额外处理。

而且，在步骤S1到步骤S4的重复中，通过进行预定次数的重复处理以刻蚀去除目标牺牲层后，通过改变在第三步骤S3中所供给的处理流体，可以连续进行刻蚀其它工件的处理。

【优选实施方式的第一实施例】

如下形成被处理物体。首先，在由单晶硅制成的衬底表面一侧上，形成厚度为1微米的二氧化硅膜作为牺牲层，在该牺牲层上，形成由多晶硅制成的结构元件层。此后，在结构元件层上形成开口宽度为0.5微米的狭缝形状的刻蚀开口以将牺牲层暴露于刻蚀开口的底部。

在具有这样结构的被处理物体中的牺牲层通过下面的步骤的刻蚀而被去除(参见图4)。

首先，被处理物体被放置在处理腔中的平台上。处理腔内部的压强被降低到1kPa，然后，通过停止排出来保持降低的压强(第一步骤S1)。

接下来，通过向处理腔中供给作为处理流体的氢氟酸与水蒸汽的混合气体，而将处理腔中的压强增加到100kPa，其中在室温、大气压下氢氟酸与水蒸汽的体积比是3∶1(第三步骤S3)。

在将处理腔中的压强增加到100kPa之后，将该条件维持2分钟而进行对被处理物体的刻蚀处理(第四步骤S4)。

此后，处理腔的内部被排空约30秒以再次将处理腔的内部降低到1kPa(第一步骤S1)。

在将处理腔的内部压强降低到1kPa之后，在不保持减压条件的情形下，向处理腔中供给氢氟酸与水蒸汽的混合气体约10秒以将压强增加到100kPa(第三步骤S3)。

接下来，类似地进行第四步骤S4，并且重复进行第一步骤S1到第四步骤S4直到第四步骤S4被重复进行10次。这样，在第四步骤S4中总的刻蚀处理时间是20分钟。

此后，处理腔中的压强被降低到1kPa(第一步骤S1)，然后通过向处理腔中供给氮气而增加到约100kPa(第五步骤S5)。接下来，处理腔中的减压(第七步骤S7)和通过向处理腔中供给氮气而进行的的增压(第五步骤S5)被重复，以从被处理物体的表面去除处理流体、蒸发反应产物以及水。而且，向处理腔中供给氮气将处理腔中的压强返回到大气压(第五步骤S5)，然后处理材料从处理腔中被取出以完成处理。

于是，对于被处理物体，可以确认刻蚀在刻蚀开口的横向上前进了32微米，并且因此厚度为1微米由二氧化硅制成的牺牲层已经从该区域被移除了(参见图3：优选实施方式的第一实施例)。

另一方面，作为比较实施例，对类似的被处理物体进行刻蚀处理，其中第四步骤的条件被保持20分钟。结果，可以确认刻蚀在刻蚀开口的横向上前进了仅6微米，只有在该区域中的厚度为1微米由二氧化硅制成的牺牲层被去除(参见图5：对比实施例)。于是，在应用本发明的优选实施方式的第一实施例中，已经证实了刻蚀方法的有益效果。

【优选实施方式的第二实施例】

如下形成被处理物体。首先，在由单晶硅制成的衬底表面一侧上，形成包括具有100微米的短边、400微米的长边的平面构造以及1微米厚度的中空部分。接下来，使用TEOS气体由CVD方法形成的二氧化硅薄膜被埋入该中空部分中。此后，在包括牺牲层的衬底上形成由多晶硅制成的结构元件层。然后，在结构元件层中，形成宽度为10微米、沿中空部分短边的狭缝形状的刻蚀开口，以暴露刻蚀开口底部的牺牲层。

如上所述的被处理物体经受与优选实施方式的第一实施例类似的过程被刻蚀。

结果，中空部分中的厚度为1微米的牺牲层被完全去除以形成具有同样构造的空腔部分。

【优选实施方式的第三实施例】

在优选实施方式的第三实施例中，与优选实施方式的第二实施例类似的被处理物体被使用具有由CO₂制成的超临界流体的处理流体刻蚀。

首先，被处理物体被放置和固定在处理腔中的平台上，处理腔被严密关闭，然后，向处理腔中供给CO₂，并且升高处理腔中的温度以增加压强和温度，使得处理腔中的气氛处于CO₂变为超临界状态的超临界流体条件(31℃、7.38MPa或更高)。这里，温度是35℃，压强是10Mpa。

在将处理腔内的温度和压强保持恒定时，通过将氢氟酸与5wt％的CO₂混合并掺入约2％的甲醇蒸汽提供的处理流体供给到处理腔中。这就用处理流体替换了处理腔中的CO₂。在此期间，向压强和温度得以保持的处理腔中供给处理流体，维持了处理腔中的CO₂的超临界流体气氛(第三步骤S3)。而且，丁内酯、乙醇或它们的混合物可以被用来替代甲醇。

然后，从开始向处理腔中供给处理流体，将这种处理流体的供给维持三分钟来进行刻蚀处理(第四步骤S4)。

接下来，处理腔中的压强被降低到7.5MPa，温度被增加到60℃，这处于CO₂的超临界流体气氛得以维持的范围内，以便避免在处理腔中氢氟酸和甲醇相分离(第一步骤S1)。

此后，与上面所述的类似的处理流体被供给到处理腔中以在35℃将压强增加到10MPa，这处于CO₂的超临界流体气氛得以维持的范围内，以进行3分钟的刻蚀处理(第三步骤S3以及第四步骤S4)。

此后，第一步骤S1到第四步骤S4被重复进行直到第四步骤S4被进行了20次。

然后，处理返回到第一步骤S1，在该步骤中处理腔中的压强被降低，而且不含有刻蚀反应种的CO₂被供给到保持CO₂的超临界流体气氛的处理腔中，以排出无水氢氟酸和甲醇成分(第五步骤S5)。接下来，在温度被保持得高于使CO₂处于气体状态的临界温度时，降低处理腔中的压力，然后，将处理腔中的温度降低到室温附近的温度，以取出被处理物体，完成40％之后的处理。

于是，在具有100微米的短边、400微米的长边的平面构造以及1微米厚度的中空部分中的牺牲层被完全去除，使得具有类似构造的空腔部分得以形成。

上面所述的实施方式以及实施例仅仅是本发明的实施例。应该注意的是，本发明并不仅仅局限于这样的实施方式和实施例，各种修改、组合和次组合等可以在不背离本发明范围和精神的情形下进行。

本申请是基于2003年11月14日向日本专利局递交的在先日本申请JP2003-384657的，并且在法律授权的范围内对该在先申请全文引用以兹参考。

Claims

1.一种刻蚀方法，包括：

重复地进行预定次数的第一处理和第二处理，

其中

所述第一处理通过将被处理物体暴露于包含刻蚀反应种的处理流体来进行对所述被处理物体的刻蚀处理；

所述第二处理使在所述被处理物体周围的所述处理流体的密度低于所述第一处理的密度；

以及

在所述第二处理之后进行的所述第一处理中，包含所述刻蚀反应种的处理流体被重新供给到其中放置有所述被处理物体的处理气氛中，并且使得所述被处理物体周围的所述处理流体的密度高于所述第二处理的密度；

其中在所述第二处理中降低所述处理流体的密度是通过如下方式实现的：

当所述处理流体由气体或超临界流体制成时，使其中放置有所述被处理物体的处理气氛的压强低于所述第一处理中的压强、或者加热所述处理流体、或者将部分或全部处理流体强制从被处理物体周围排出；或者

当所述处理流体由液体制成时，加热所述处理流体、或者将部分或全部处理流体强制从被处理物体周围排出。

2.如权利要求1的刻蚀方法，其中

所述处理流体包括HF、HCl、CO₂、N₂、XeF、XeF₂、BrF₃、惰性气体、水、甲醇、乙醇、丁内酯或其混合物。

3.如权利要求1的刻蚀方法，其中所述被处理物体包括SiO₂或Si。

4.如权利要求1的刻蚀方法，其用于通过小的刻蚀开口形成大的空腔或具有复杂结构的空腔。