(57)【要約】【課題】基板温度の上昇を抑制しつつ、シリコン基板に形成されている貫通孔の内壁に酸化膜を形成することができるようにする。【解決手段】第１の面と第１の面とは反対側となる第２の面とを有するシリコン基板において第１の面と第２の面とを接続するように設けられた貫通孔の内壁に酸化膜を形成する酸化膜形成方法において、酸素を含有するアシストガスを貫通孔の内部に導入する工程と、貫通孔の内壁に向けてレーザー光を照射する工程と、を実行する。【選択図】図１
2020136309.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の面と前記第１の面とは反対側となる第２の面とを有するシリコン基板において前記第１の面と前記第２の面とを接続するように設けられた貫通孔の内壁に酸化膜を形成する酸化膜形成方法において、
酸素を含有するアシストガスを前記貫通孔の内部に導入する工程と、
前記貫通孔の内壁に向けてレーザー光を照射する工程と、
を有することを特徴とする、酸化膜形成方法。
【請求項２】
前記照射する工程において、前記第１の面の側から前記貫通孔に向けてレーザー光を照射する、請求項１に記載の酸化膜形成方法。
【請求項３】
前記照射する工程において、前記第２の面の側から前記貫通孔に向けてレーザー光を照射する、請求項１または２に記載の酸化膜形成方法。
【請求項４】
前記シリコン基板の前記第２の面の側において前記貫通孔の位置に近接して反射体を配置し、前記第１の面の側から前記貫通孔を通過してきたレーザー光を前記反射体で反射させ、前記反射体で反射されたレーザー光を前記第２の面の側から前記貫通孔の内壁に照射する、請求項３に記載の酸化膜形成方法。
【請求項５】
前記反射体が平面ミラーまたは曲面ミラーである、請求項４に記載の酸化膜形成方法。
【請求項６】
前記貫通孔の断面形状の少なくとも一部は、前記第１の面の側から前記第２の面の側に向かって拡がるテーパー形状である、請求項１乃至５のいずれか１項に記載の酸化膜形成方法。
【請求項７】
前記貫通孔の内壁にスキャロップが形成されている、請求項１乃至６のいずれか１項に記載の酸化膜形成方法。
【請求項８】
前記導入する工程は、気密性の維持が可能なチャンバー内に、前記貫通孔が形成されている前記シリコン基板を配置する工程と、前記チャンバー内に前記アシストガスを充満させる工程と、を有し、
前記照射する工程において、前記チャンバーの外部から前記チャンバー内にレーザー光を入射する、請求項１乃至７のいずれか１項に記載の酸化膜形成方法。
【請求項９】
第１の面と前記第１の面とは反対側となる第２の面とを有するシリコン基板において前記第１の面と前記第２の面とを接続するように設けられた貫通孔の内壁に酸化膜を形成するために用いられる酸化膜形成装置であって、
レーザー光を発生するレーザー発生装置と、
気密性の維持が可能であって少なくとも一部の壁面が前記レーザー光を通過させる光学窓であり、前記第１の面が前記光学窓を向くように前記シリコン基板を保持するチャンバーと、
前記レーザー光が前記貫通孔を通過するか前記貫通孔の内壁を走査するように前記レーザー発生装置からの前記レーザー光を前記光学窓を介して前記チャンバーの内部に入射させる偏向手段と、
前記チャンバー内において前記シリコン基板の前記第２の面の側で前記貫通孔の位置に近接して配置された反射体と、
を有し、
前記第１の面の側から前記貫通孔を通過してきた前記レーザー光が前記反射体で反射されて前記第２の面の側から前記貫通孔の内壁に照射されるようにしたことを特徴とする、酸化膜形成装置。
【請求項１０】
前記反射体が平面ミラーまたは曲面ミラーである、請求項９に記載の酸化膜形成装置。
【請求項１１】
前記第２の面に垂直な方向で少なくとも前記反射体を移動させる移動手段をさらに備える、請求項９または１０に記載の酸化膜形成装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、シリコン基板に形成された貫通孔の内壁に酸化膜を形成する方法及び装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体装置では、シリコン基板に貫通孔を形成してこの貫通孔の内部に貫通電極を形成することにより、シリコン基板の第１の面の側と第１の面とは反対側となる第２の面の側との間での電気的接続を確立することができる。このとき、貫通電極とシリコン基板とを電気的に絶縁する必要があり、そのため、貫通孔の内部に貫通電極を設ける前に、貫通孔の内壁に絶縁膜を形成する必要がある。絶縁膜としてはシリコン酸化膜を用いることができる。貫通電極を設けるため以外にも、シリコン基板に貫通孔を設けてこの貫通孔の内壁にシリコン酸化膜を設けることは、多方面の分野で利用されている。特許文献１は、レーザー加工によってシリコン基板に貫通孔を形成する際に、酸素などのアシストガスの雰囲気中でシリコン基板にレーザー光を照射し、貫通孔の形成と同時に貫通孔の内壁にシリコン酸化膜からなる絶縁膜を形成することを開示している。なお、シリコン基板に貫通孔を単独で形成する技術としては、レーザー加工による方法のほか、各種のエッチングによる方法が周知である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平５−１４４９７８公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
特許文献１に示される技術は、レーザー加工による貫通孔の形成の際に同時に貫通孔の内壁に酸化膜を形成しようとするものであり、使用するレーザーが高出力のものとなることが避けられない。このため、特許文献１に示される技術では、シリコン基板の温度が大きく上昇することが懸念され、シリコン基板にトランジスタなどの回路素子や配線が既に形成されている場合には、これらの回路素子や配線が損傷する恐れが生じる。
【０００５】
本発明の目的は、基板温度の上昇を抑制しつつ、シリコン基板に形成されている貫通孔の内壁に酸化膜を形成することができる酸化膜形成方法及び装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の酸化膜形成方法は、第１の面と第１の面とは反対側となる第２の面とを有するシリコン基板において第１の面と第２の面とを接続するように設けられた貫通孔の内壁に酸化膜を形成する酸化膜形成方法において、酸素を含有するアシストガスを貫通孔の内部に導入する工程と、貫通孔の内壁に向けてレーザー光を照射する工程と、を有することを特徴とする。
【０００７】
本発明の酸化膜形成装置は、第１の面と第１の面とは反対側となる第２の面とを有するシリコン基板において第１の面と第２の面とを接続するように設けられた貫通孔の内壁に酸化膜を形成するために用いられる酸化膜形成装置であって、レーザー光を発生するレーザー発生装置と、気密性の維持が可能であって少なくとも一部の壁面がレーザー光を通過させる光学窓であり、第１の面が光学窓を向くようにシリコン基板を保持するチャンバーと、レーザー光が貫通孔を通過するか貫通孔の内壁を走査するようにレーザー発生装置からのレーザー光を光学窓を介してチャンバーの内部に入射させる偏向手段と、チャンバー内においてシリコン基板の第２の面の側で貫通孔の位置に近接して配置された反射体と、を有し、第１の面の側から貫通孔を通過してきたレーザー光が反射体で反射されて第２の面の側から貫通孔の内壁に照射されるようにしたことを特徴とする。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、レーザー光はアシストガスによるシリコンの酸化反応を起こすために必要なエネルギーだけをシリコン基板に与えればよいので、貫通孔を同時形成する場合に比べてレーザー光のエネルギーを小さくでき、基板温度上昇を抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本発明に基づく酸化膜形成方法の概要を説明するフローチャートである。
【図２】第１の実施形態における酸化膜形成装置の構成を示す断面図である。
【図３】図２のＡ−Ａ線での断面図である。
【図４】第１の実施形態における工程を説明する概略断面図である。
【図５】ボッシュプロセスによって形成される貫通孔を示す概略断面図である。
【図６】第２の実施形態における酸化膜形成装置の構成を示す断面図である。
【図７】第２の実施形態における工程を説明する概略断面図である。
【図８】第３の実施形態における酸化膜形成装置の構成を示す断面図である。
【図９】第３の実施形態における工程を説明する概略断面図である。
【図１０】第４の実施形態における工程を説明する概略断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
次に、本発明の実施の形態について、図面を参照して説明する。図１は、本発明に基づく酸化膜形成方法の概要を示している。本発明に基づく酸化膜形成方法は、シリコン基板に形成されている貫通孔の内壁にシリコン酸化膜を形成するものである。この酸化膜形成方法は、図１に示すように、シリコン基板に既に形成されている貫通孔の内部に、酸素を含有するアシストガスを導入する工程Ｓ１と、アシストガスが貫通孔の内部に存在する状態で貫通孔の内壁に対してレーザー光を照射する工程Ｓ２とからなる。以下、本発明に基づく酸化膜形成方法の詳細について説明する。
【００１１】
［シリコン基板及び貫通孔］
シリコン基板に設けられる貫通孔の代表的な形態は、シリコン基板の両方の表面においてそれぞれ開口してこれらの開口を接続するものであり、本発明は、このような貫通孔が少なくとも１つ形成されているシリコン基板に対して適用できる。シリコン基板としては、例えば、半導体装置の製造などに用いられる標準的な厚さのものを使用できる。貫通孔の開口径は、レーザー光による貫通孔内部の走査が可能な範囲で選択可能であり、典型的には直径が５μｍ〜５００μｍである。シリコン基板の表面には付加的な層が形成されていることがあるので、貫通孔の深さは、シリコン基板の厚さと同じかそれよりも大きいが、典型的にはシリコンダミー基板の厚さである７２５μｍを選択できる。基板の薄化等の加工を施すこととすれば、５μｍ厚程度までの薄いシリコン基板を選択することもできる。貫通孔の形成方法としては、レーザー加工による貫通孔形成や、ボッシュプロセスによるＳｉ（シリコン）エッチングでの貫通孔形成、金属アシストエッチングによる貫通孔形成、Ｓｉ異方性ウェットエッチングによる貫通孔形成などが挙げられる。
【００１２】
［アシストガスを導入する工程］
酸素が含有するアシストガスを貫通孔の内部に充填する工程としては、例えば、既に貫通孔が形成されているシリコン基板を、アシストガスで満たされたチャンバー（容器）内に配置する方法がある。アシストガスで満たされた環境内にシリコン基板を配置することにより、貫通孔の開口を介してアシストガスが貫通孔の内部に入り込む。あるいは、チャンバー内にシリコン基板を配置した後、そのチャンバー内にアシストガスを供給して貫通孔の内部にもアシストガスが導入されるようにしてもよい。さらには、シリコン基板において貫通孔が形成されている領域に対し、アシストガスを吹き付けるようにしてもよい。
【００１３】
酸素を含有するアシストガスとしては、シリコン基板の熱酸化プロセスにおいて一般的に使用されているガスを使用することができる。例えば、酸素ガスそのものや、酸素ガスを含む混合ガス、酸素イオンまたは酸素ラジカルを含む混合ガスをアシストガスとして用いることができる。酸化物質（例えば過酸化水素など）を含むガスもアシストガスとして用いることができる。
【００１４】
［レーザー光を照射する工程］
貫通孔の内壁に照射する工程では、貫通孔の内部にアシストガスが存在する状態で、貫通孔の２つの開口の少なくとも一方から貫通孔の内壁に対してレーザー光を照射する。貫通孔の内壁にレーザー光が照射されるとレーザー光の加熱効果に貫通孔の内壁の一部が局所的に昇温し、その位置におけるシリコンの反応性が上昇して酸化膜が形成される。レーザー光の発生装置としては、例えば、エキシマレーザー、ＵＶ（紫外線）レーザー、ＹＡＧ（イットリウムアルミニウムガーネット）レーザー、ＣＯ2（炭酸ガス）レーザーなどのいずれかを選択できる。ＹＡＧレーザーまたはＣＯ2レーザーを使用した場合には、レーザー照射領域の局所加熱によってアシストガスによるシリコンの熱酸化が進行し、シリコン酸化膜が形成される。一方、エキシマレーザーまたはＵＶレーザーを使用した場合には、局所加熱とともに、レーザー光照射によるＳｉ−Ｏ結合生成の促進効果も生じる。
【００１５】
照射位置におけるレーザー光のビーム径は、レーザーパワー密度を大きくするために貫通孔の開口径より小さい方が好ましいが、シリコンが溶融しなければ、貫通孔開口径より大きいビーム径を選択することもできる。レーザー光の光軸とシリコン基板の表面とがなす角は、シリコン基板によってレーザー光が遮光されることを避けるために、貫通孔の開口径をφとし深さｄをとして、ｔａｎ-1（ｄ／φ）よりも大きいことが好ましい。
【００１６】
貫通孔の内壁に正確にレーザー光を照射するためのアライメントの手法としては、レーザー加工で用いられる一般的なアライメント手法を適用することが可能である。例えば、レーザー光の照射側となるシリコン基板の表面上にアライメントマークを形成し、このアライメントマークとレーザー加工装置に登録されているアライメントマークとを合わせることで、貫通孔の内壁に対して正確にレーザー照射することが可能となる。このとき、貫通孔の内壁の全面がレーザー光によって走査され照射されるように、レーザー光を偏向させるためのガルバノミラーなどの偏向手段を設けることが好ましい。
【００１７】
本発明に基づく酸化膜形成方法で使用するレーザーパワーは、レーザー光が照射される箇所において、具体的には貫通孔の内壁における照射位置において酸化反応を起こさせるのに十分なだけのパワーでよい。このため本発明の方法によれば、レーザー光による穴あけ加工プロセスで使用するレーザーパワーよりも小さいパワーで処理を行うことができる。その結果、シリコン基板全体の温度上昇を抑えることができ、既に回路素子や配線が形成されているシリコン基板に対しても処理を行うことが可能になる。
【００１８】
本発明に基づく酸化膜形成方法では、シリコン基板に形成されている貫通孔の内壁に対するレーザー光の照射の形態に応じていくつかの実施形態がある。以下、本発明の酸化膜形成方法の実施形態について説明する。
【００１９】
［第１の実施形態］
図２は、本発明の第１の実施形態の酸化膜形成方法を実施するための光学系の配置すなわち酸化膜形成装置の構成を示しており、図３は、図２のＡ−Ａ線での断面図である。ここに示す酸化膜形成装置は、貫通孔２が形成されたシリコン基板１に対してレーザー光４を照射して貫通孔２の内壁に酸化膜３を形成しようとするものである。酸化膜３が形成されていない状態で、貫通孔２の内壁すなわち側壁は平坦に形成されているものとする。シリコン基板１は、気密性の維持が可能なチャンバー９の内部に保持される。チャンバー９は、ガス供給管１０を介して内部を排気し、内部にガスを充満させることができるようになっており、その一部の壁面はレーザー光を透過する光学窓１１となっている。シリコン基板１の一対の表面のうち一方の面を第１の面２０とし、第１の面２０とは反対側となる面を第２の面２１とすると、シリコン基板１は、その第１の面２０が光学窓１１に対向するように、チャンバー９内に保持される。
【００２０】
チャンバー９の外部には、レーザー発生装置５が設けられており、レーザー発生装置５からのレーザー光４は、ガルバノミラー６で反射され、さらにビーム調整用のレンズ７を介して集光されて光学窓１１を透過してチャンバー９内に入射する。チャンバー９内に入射したレーザー光４は、貫通孔２の内壁を照らす。レーザー光４がシリコン基板１の表面と平行な方向でレーザー発生装置５から出射するとして、ガルバノミラー６は、シリコン基板１の表面に対して約４５度の角度をなすように、貫通孔２の直上の位置に配置している。そして、ガルバノミラー６を駆動する駆動機構２２が設けられ、ガルバノミラー６のあおり角と回転角とを変化させることができるようになっている。ここであおり角とは、ガルバノミラー６の表面とシリコン基板１の表面とがなす角であり、回転角とは、シリコン基板１の表面に垂直な軸の周りでのガルバノミラー６の回転を示す角度である。ガルバノミラー６が例えば貫通孔２の直上の位置にあるとすれば、あおり角の制御によって貫通孔２の内壁において深さ方向のどの位置にレーザー光４を照射するかを制御できる。また、回転角を制御することによって、貫通孔２の内壁における円周方向のどの位置にレーザー光を照射するかを制御することができる。
【００２１】
実際に酸化膜を形成する場合には、チャンバー９内にシリコン基板１を保持し、その後、ガス供給管１０を介してチャンバー９内に、酸素を含有するアシストガスを充満させる。その状態で、レーザー発生装置５からのレーザー光４を貫通孔２の内壁に照射する。このとき、制御装置２２によってガルバノミラー６を制御することによって、貫通孔２の内壁の全面がレーザー光４によって順次照射されるようにする。貫通孔２の内壁においてレーザー光４が照射された位置は昇温して、シリコン酸化物からなる酸化膜３が上述のようにして形成される。ガルバノミラー６の制御によって貫通孔２の内壁の全面がレーザー光４によって走査されるので、貫通孔２の内壁の全面に酸化膜３が形成されることになる。
【００２２】
以下、第１の実施形態の具体例について説明する。図２に示した酸化膜形成装置を使用するものとして、図４は、この具体例における酸化膜形成の各段階を示している。まず、図４（ａ）に示すように、貫通孔２が設けられたシリコン基板１を用意する。この貫通孔２の形成方法としては、深掘Ｓｉエッチングとして良く知られるボッシュプロセスを用いる方法がある。また、シリコン基板表面上にＡｕ、Ｐｔなどの貴金属膜パターンを形成し、過酸化水素などのシリコン酸化剤とフッ化水素酸などの酸化シリコンを溶かすエッチング液との混合水溶液をエッチング液として用いる金属アシストエッチング法を用いる方法もある。ここでは、ボッシュプロセスまたは金属アシストエッチング法により、貫通孔２を形成するものとする。貫通孔２は図示上面である第１の面２０から図示下面である第２の面２１の間で開口間を接続するように形成されており、その直径は例えば３００μｍである。
【００２３】
次に、図４（ｂ）に示すように、貫通孔２が形成されたシリコン基板１をチャンバー９内に配置し、ガス供給管１０を介してアシストガス８として酸素ガスを、チャンバー９内の圧力３０ｋＰａとなるようにチャンバー９に供給する。ここではレーザー発生装置５としてＫｒＦパルスレーザー発生装置を使用するものとして、光学窓１１として、ＫｒＦパルスレーザーの波長２４８ｎｍの光を透過するＵＶ光用バンドパスフィルタを使用する。続いて、レーザー発生装置５から例えばレーザーパワー０．１Ｊ／ｃｍ2、パルス幅５０ナノ秒でレーザー光４を出射させ、このレーザー光４をガルバノミラー６で反射し、レンズ７で直径５０μｍに集光する。集光されたレーザー光４は、貫通孔２の側壁に照射される。ガルバノミラー６は、制御装置２２によって制御されてレーザー光４を偏向し、これにより貫通孔２の内壁の全面がレーザー光４で走査される。具体的には、図４（ｃ）に示すように、ガルバノミラー６の回転角を変化させることにより貫通孔２の内壁において円周方向に周回する走査を行い、内壁の１周の走査が終われば、あおり角を制御してシリコン基板１の厚さ方向に２５μｎだけ照射位置をずらす。このように周回走査と厚さ方向での照射位置のステップ状のずらしとを組み合わせることにより、貫通孔２の内壁の全面に対してレーザー光４が照射されることになる。このとき、レーザー光４による局所加熱によって、貫通孔２内の内壁を構成するシリコンとアシストガス中の酸素とが反応し、シリコン酸化物からなる酸化膜３が形成される。貫通孔２の内壁の全面がレーザー光４によって走査されるので、酸化膜３は貫通孔２の全面に形成される。
【００２４】
［第２の実施形態］
図５は、シリコン基板１に貫通孔２を形成するプロセスとしてよく知られているボッシュプロセスを使用した場合の貫通孔２の断面形状を示している。図５（ａ）は全体の断面図であり、図５（ｂ）は、図５（ａ）において一点鎖線の円Ｂで囲まれた部分の拡大断面図である。ボッシュプロセスを使用した場合、貫通孔２の内壁には、スキャロップと呼ばれる凸凹の形状、すなわちホタテ貝の殻の外側のような線状の凸凹形状が形成されやすい。スキャロップは、貫通孔２の深さ方向に沿って貫通孔２の内径が周期的に微小に変化する現象であるといえる。スキャロップがあると、貫通孔２の一方の開口からのレーザー光４の照射では、そのレーザー光４がスキャロップの凸部に遮られて貫通孔２の内壁にレーザー光４が照射されない領域が生ずる。未照射の領域をなくすためには、図５（ａ）にも示すように、シリコン基板１の第１の面２０の側からレーザー光４を貫通孔２の内壁に照射するとともに、第２の面２１の側からもレーザー光１６を貫通孔２の内壁に照射することが考えられる。
【００２５】
図６は、本発明の第２の実施形態の酸化膜形成方法を実施するための光学系の配置すなわち酸化膜形成装置の構成を示している。この酸化膜形成装置は、図２に示す酸化膜形成装置と同様のものであるが、シリコン基板１の貫通孔２の内面に対して、第１の面２０の側からレーザー光４を照射するだけでなく、第２の面２１の側からもレーザー光１６を照射するようにしたものである。第１の実施形態の場合と同様に、貫通孔２が形成されたシリコン基板１はチャンバー９内に保持されるが、図６に示した酸化膜形成装置では、チャンバー９の壁面のうち、シリコン基板１の第２の面２１に対向する面も光学窓１３となっている。レーザー発生装置５からのレーザー光４は、第１の実施形態の場合と同様に、ガルバノミラー６、レンズ７及び光学窓１１を介して貫通孔２の内壁に照射される。レーザー発生装置５の出口の近傍においてレーザー光４の光路にはハーフミラー１４が挿入されており、レーザー光４の一部がレーザー光１６としてハーフミラー１４の反射側から出射する。レーザー光１６は、ミラー１５で反射され、さらにガルバノミラー１７で反射され、ビーム調整用のレンズ１８で集光され、光学窓１３を経て第２の面２１の側から貫通孔２の内壁に照射される。ガルバノミラー１７は、ガルバノミラー６と同様にあおり角及び回転角を制御可能であり、ガルバノミラー１７のあおり角及び回転角の制御のために制御装置２３が設けられている。
【００２６】
図６に示す酸化膜形成装置を用いれば、シリコン基板１の両方の面２０，２１から貫通孔２の内壁に対してレーザー光４，１６を照射するので、貫通孔２の内壁に遮光領域があっても内壁の全体に対してレーザー光を照射することができる。したがって、制御装置２２，２３によりガルバノミラー６，１７を制御してレーザー光４，１６による走査を行うことによって、スキャロップが存在する場合であっても貫通孔２の内壁の全面に確実に酸化膜３を形成することができる。
【００２７】
第２の実施形態の具体例について説明する。図６に示した酸化膜形成装置を使用するものとして、図７は、この具体例における酸化膜形成の各段階を示している。まず、図７（ａ）に示すように、貫通孔２が設けられた厚さ０．３μｍのシリコン基板１を用意する。ここでは、深掘Ｓｉエッチングとして良く知られるボッシュプロセスによって貫通孔２が形成されるものとする。次に、図７（ｂ）に示すように、貫通孔２が形成されたシリコン基板１を気密性の維持が可能なチャンバー９内に配置し、ガス供給管１０を介してアシストガス８として酸素ガスをチャンバー９に供給する。アシストガスの圧力は第１の実施形態の場合と同様である。チャンバー９に設けられる光学窓１１，１３には、いずれもＫｒＦパルスレーザーの波長２４８ｎｍの光を透過するＵＶ光用バンドパスフィルタを使用する。
【００２８】
この状態で、ＫｒＦパルスレーザー発生装置であるレーザー発生装置５から例えばレーザーパワー０．１Ｊ／ｃｍ2、パルス幅５０ナノ秒でレーザー光４を出射させてハーフミラー１５に入射させる。ハーフミラー１５は入射レーザー光を１：１で２分割するものであり、その結果、ハーフミラー１５から出射するレーザー光４のレーザーパワーは０．１Ｊ／ｃｍ2となる。ハーフミラー１５からのレーザー光４は、第１の実施形態の場合と同様にガルバノミラー６によって偏向されて貫通孔２の内壁に照射される。その結果、スキャロップによって遮光されずにレーザー光４が照射された領域の全面に酸化膜３が形成されることになる。
【００２９】
ハーフミラー１５から出射されるレーザー光１６は、ガルバノミラー１７で反射され、レンズ１８で直径５０μｍに集光され、光学窓１３を介して第２の面２１の側から貫通孔２の側壁に照射される。ガルバノミラー１７も、ガルバノミラー６と同様に制御装置２３によって制御されてレーザー光１６を偏向する。このとき、図７（ｃ）に示すように、ガルバノミラー１７の回転角を変化させて貫通孔２の内壁において円周方向に周回する走査を行い、内壁の１周の走査が終われば、あおり角を制御してシリコン基板１の厚さ方向に２５μｎだけ照射位置をずらす。周回走査と厚さ方向での照射位置のステップ状のずらしとを組み合わせることにより、貫通孔２の内壁の全面に対してレーザー光１６が照射されることになる。その結果、レーザー光４の照射による酸化膜３の形成と同じ原理により、貫通孔２の内壁のうち、レーザー光１６がスキャロップにより遮光されない部分の全面に、シリコン酸化物からなる酸化膜３が形成される。レーザー光４の照射によって形成された酸化膜３とレーザー光１６の照射によって形成された酸化膜３とを合わせると、図７（ｄ）に示すように、貫通孔２の内壁の全面に酸化膜３が形成されたことになる。本実施形態によれば、ボッシュプロセスを用いたことにより内壁に凸凹形状が形成されている貫通孔２であっても、その貫通孔２の内壁の全面に酸化膜３を形成することができる。
【００３０】
［第３の実施形態］
図８は、第３の実施形態の酸化膜形成方法を実施するための光学系の配置すなわち酸化膜形成装置の構成を示している。図８に示す酸化膜形成装置は、第２の実施形態のものと同様に、ボッシュプロセスによって形成されたために内壁に凸凹形状が形成されている貫通孔２の内壁の全面に酸化膜３を形成することに適したものである。図８に示す酸化膜形成装置は、図２に示す第１の実施形態の酸化膜形成装置と同様のものであるが、チャンバー９内に反射体であるミラー１９が設けられている点で第１の実施形態のものと相違する。ミラー１９は、シリコン基板１の第２の面２１の側において貫通孔２の開口の図示直下となる位置に、シリコン基板１に近接して設けられている。本実施形態の酸化膜形成装置では、ガルバノミラー６によりレーザー光４を偏向することにより、第１の実施形態の場合と同様に、第１の面２０の側から貫通孔２の内壁にレーザー光４を照射することができる。さらに、ガルバノミラー６による偏向動作によってレーザー光４が貫通孔２の内壁に当たることなく貫通孔２を通過するようにすると、レーザー光４はミラー１９に到達して反射体によって反射される。ガルバノミラー６は、レーザー光４が貫通孔２を通過するか貫通孔２の内壁を走査するようにレーザー光４を光学窓１１を介してチャンバー９の内部に入射させる偏向手段として機能する。ミラー１９で反射されたレーザー光４をレーザー光２６とする。ミラー１９に対するレーザー光４の入射方向がミラー１９の反射面の法線方向からわずかに傾いていれば、ミラー１９からレーザー光２６の向かう方向は、レーザー光４の入射方向からはそれる。レーザー光２６が向かう方向に貫通孔２の内壁が存在すれば、その部分の内壁は、第２の面２１の側からレーザー光２６によって照射されたことになる。したがってこの実施形態では、ガルバノミラー６によるレーザー光４の偏向により、貫通孔２の内壁に対して第１の面２０の側からレーザー光４を照射するか、あるいは第２の面２１の側からレーザー光２６を照射するかを切り替えることができる。
【００３１】
レーザー光４を反射するミラー１９としては、平面ミラー、曲面ミラー（特に凹面ミラー）を使用することができる。さらに、このミラー１９は、チャンバー９の外に設けられているガルバノミラー６と同様のあおり角及び回転角調整機能、さらには、シリコン基板１の厚さ方向に沿って移動する機能を備えていてもよい。図８に示したものでは、ミラー１９のあおり角、回転角及び（シリコン基板１の厚さ方向に沿った）移動を制御するために制御装置２４が設けられている。制御装置２４は、第２の面２１に垂直な方向で少なくとも反射体を移動させる移動手段として機能する。このようにミラー１９のあおり角、回転角及び移動を調整できるようにすることで、シリコン基板１の表面と直交する方向とミラー１９で反射したのちのレーザー光２６とがなす角度をより高い自由度で変化させることができるようになる。その結果、アスペクト比が高い貫通孔２の内壁にレーザー光２６を照射できるようになる。
【００３２】
第３の実施形態の具体例について説明する。図８に示した酸化膜形成装置を使用するものとして、図９は、この具体例における酸化膜形成の各段階を示している。レーザー発生装置５としてはｋｒＦパルスレーザー発生装置を用いられるものとする。まず、図９（ａ）に示すように、貫通孔２が設けられたシリコン基板１を用意する。このシリコン基板１は、図７（ａ）で説明したものと同様のものである。次に、図９（ｂ）に示すように、貫通孔２が形成されたシリコン基板１を気密性の維持が可能なチャンバー９内に配置し、ガス供給管１０を介してアシストガス８として酸素ガスをチャンバー９に供給する。アシストガスの圧力及び光学窓１１の材質は第１の実施形態の場合と同様である。チャンバー９内において、シリコン基板１の第２の面２１の側において貫通孔２に近接するようにミラー１９が設けられているが、ミラー１９としては、波長２４８ｎｍの帯域で反射率が高い誘電体ミラーが用いられる。
【００３３】
次に、ガルバノミラー６でレーザー光４を偏向させつつ、光学窓１１を介してレーザー光４をチャンバー９の内部に入射させる。レーザーパワーは例えば０．２Ｊ／ｃｍ2であり、パルス幅は例えば５０ナノ秒である。第１の面２０の側から貫通孔２の内壁に対してレーザー光４を照射するときは、上述した第１の実施形態の場合と同様にレーザー光４の偏向を行えばよい。貫通孔２の内壁に対して第２の面２１の側からレーザー光を照射するときは、図９（ｃ）に示すように、貫通孔２をレーザー光４を通過させてレーザー光４がミラー１９で反射されるようにする。ガルバノミラー６による偏向によって、ミラー１９によって反射されたレーザー光４であるレーザー光２６は、第２の面２１の側から貫通孔２の内部に入射し、貫通孔２の内壁に照射される。このとき、ガルバノミラー６の回転角を変化させることによって、図４（ｃ）を用いた説明した場合と同様に、貫通孔２の側壁の円周方向でのレーザー光２６の走査を行うことができる。貫通孔２の深さ方向での照射位置の変更は、ガルバノミラー６のあおり角を変えることで実現できるが、レーザー光４をミラー１９によって一旦反射させているため、適切な照射位置とするためのあおり角の調整が難しい。ガルバノミラー６のあおり角ではなく、シリコン基板１に対してミラー１９を近づけたり遠ざけたりすることによって、貫通孔２の深さ方向での照射位置をより容易に変化させることができる。
【００３４】
第１の面２０の側からのレーザー光４の照射と第２の面の側からのレーザー光２６の照射によって、貫通孔２の内壁に凸凹形状がある場合であっても側壁の全面にレーザー光を照射でき、図９（ｄ）に示すように、側壁の全面に酸化膜３を形成することができる。本実施形態では、チャンバー９の外部にハーフミラー１４を設けたり、追加のガルバノミラー１７を設けたりする必要がないので、第２の実施形態に比べ、光学系を簡素化しつつシリコン基板１の両側からの貫通孔２の内壁に対するレーザー光照射が可能になる。
【００３５】
［第４の実施形態］
上述した第１、第２及び第３の実施形態は、貫通孔２の内壁がシリコン基板１の表面に概ね垂直である場合を説明している。しかしながら、シリコン基板１に形成される貫通孔２の内壁がシリコン基板１の表面に対して垂直ではなく、貫通孔２がテーパー状に形成される場合もある。第４の実施形態では、断面がテーパー形状となっている貫通孔２がシリコン基板１に形成されている場合に、貫通孔２の内壁の全面に酸化膜３を形成する場合を説明する。ここでは、チャンバー９に対しては一方向のみからレーザー光が照射されることとして、チャンバー９内にレーザー光を入射させるためにチャンバー９には単一の光学窓１１が設けられるものとする。チャンバー９へのレーザー光の入射位置である光学窓１１に対する貫通孔２でのテーパー形状の相対的な向きについて、順方向と逆方向とを定めることとする。順方向のテーパー形状は、光学窓１１に近い位置からから遠い位置に向けて貫通孔２が狭くなるような形状である。一方、逆方向のテーパ形状は、光学窓１１に近い位置からから遠い位置に向けて貫通孔２が広くなるような形状である。説明のため、シリコン基板１の２つの表面のうち、第１の面２０が光学窓１１に対向しているものとする。順方向のテーパー形状であれば、明らかに、光学窓１１に面する第１の面２０の側からのレーザー光の照射によって貫通孔２の内壁の全面にレーザー光を照射させることができるから、上述した第１の実施形態の構成をそのまま用いることができる。
【００３６】
一方、逆方向のテーパー形状であるときは、貫通孔２における開口径の狭い方の開口からレーザー光を照射することになるが、この場合、開口径の狭い方の開口が貫通孔２に対するオーバーハング形状を形成することとなる。レーザー光はこのオーバーハング形状によって遮られることになるので、狭い方の開口から入射したレーザー光が貫通孔２の内壁の全面を直接照射するようにすることは難しい。そこで逆方向のテーパー形状である場合には、第３の実施形態の構成を用い、第２の面２１の側に配置されたミラー１９に対して貫通孔２を介してレーザー光４を入射させ、ミラー１９で反射されたレーザー光２６によって貫通孔２の内壁が照射されるようにする。図１０は、逆方向のテーパー形状を有する貫通孔２の場合における酸化膜形成の具体的な手順を示している。図１０の（ａ）〜（ｄ）は、貫通孔２の断面形状が直管状であるかテーパー状であるかの違いを除けば図９の（ａ）〜（ｄ）にそれぞれ対応するので、ここでは重複する説明は繰り返さない。
【００３７】
さらに、断面形状として貫通孔２の深さ方向に沿って順方向のテーパー形状と逆方向のテーパー形状とが混在して存在するような貫通孔２に対しても、本発明に基づく酸化膜形成方法を適用することができる。順方向と逆方向のテーパー形状が混在する場合には、第２の実施形態または第３の実施形態の酸化膜形成装置を使用すればよい。貫通孔２の内壁の各部位が順方向と逆方向とのどちらのテーパー形状なのかに応じてその部位をレーザー光４で照射するかレーザー光１６（またはレーザー光２６）で照射するかを選択することによって、貫通孔２の内壁の全面に酸化膜３を形成することができる。
【符号の説明】
【００３８】
１    シリコン基板
２    貫通孔
３    酸化膜
４，１６，２６    レーザー光
５    レーザー発生装置
６，１７    ガルバノミラー
７，１８    レンズ
８    アシストガス
９    チャンバー
１１，１３    光学窓
【図１】
2020136309.tif 000003
【図２】
2020136309.tif 000004
【図３】
2020136309.tif 000005
【図４】
2020136309.tif 000006
【図５】
2020136309.tif 000007
【図６】
2020136309.tif 000008
【図７】
2020136309.tif 000009
【図８】
2020136309.tif 000010
【図９】
2020136309.tif 000011
【図１０】
2020136309.tif 000012