(57)【要約】【課題】Si層と下地層としてのSiO2層を有する基板に貫通ビアを形成するドライエッチングにおいて、貫通ビアの開口部付近の側壁の角部ないし肩部を確実なくす。【解決手段】基板７はSi層２１、SiO2層２２、フォトレジストマスク２４を少なくとも備える。少なくともSF6とO2を含む混合ガスを使用したドライエッチングによりSi層２１を貫通する貫通ビア３１を形成する。次に、アッシングによりフォトレジストマスク２４を除去する。さらに、高C/F比のフルオロカーボン系ガスを含むガスを使用したドライエッチングによりSiO2層２２をエッチングし、それによって貫通ビア３１がSiO2層２２を貫通する。【選択図】図２
2010087233.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
Si層、このSi層の一方の面に設けられたSiO2層、及び前記Si層の他方の面に設けられたマスクを少なくとも備える基板を真空容器内に配置し、
前記真空容器内に導入した第１のエッチングガスをプラズマ化して前記Si層を貫通する貫通ビアを形成する第１のドライエッチング工程を実行し、
前記マスクを除去するマスク除去工程を実行し、
前記真空容器内に導入した第２のエッチングガスをプラズマ化してSiO2層をエッチングする第２のドライエッチング工程を実行することを特徴とするドライエッチング方法。
【請求項２】
前記第１のエッチングガスはプラズマ化するとFラジカルを生じるガスを含むことを特徴とする請求項１に記載のドライエッチング方法。
【請求項３】
前記第１のエッチングガスは少なくともSF6とO2を含むことを特徴とする請求項２に記載のドライエッチング方法。
【請求項４】
前記第２のエッチングガスは高C/F比のフルオロカーボン系ガスを含むことを特徴とする請求項１に記載のドライエッチング方法。
【請求項５】
前記第２のエッチングガスはCHF3、C2F6、C4F8、C5F8、及びC4F6のうちの少なくとも一つを含むことを特徴とする請求項４に記載のドライエッチング方法。
【請求項６】
前記マスクはフォトレジストマスクであり、
前記マスク除去工程は少なくともO2を含む第３のエッチングガスをプラズマ化して前記フォトレジストマスクをドライエッチングにより除去することを特徴とする、請求項１に記載のドライエッチング方法。
【請求項７】
誘電体部材を介して前記真空容器の上部外側に上部電極を配置する一方、前記真空容器の内部に下部電極を配置し、
前記マスク除去工程は、
前記下部電極上との間に隙間をあけた状態で前記基板を保持し、
前記上部電極に高周波電力を供給して前記第３のエッチングガスをプラズマ化し、前記下部電極を接地状態として冷却は行わないことを特徴とする、請求項６に記載のドライエッチング方法。
【請求項８】
前記第２のエッチング工程で使用する前記第２のエッチングガスは、高C/F比のフルオロカーボン系ガスを含み、
前記第１のエッチング工程を第１の真空容器内で実行し、
マスク除去工程及び前記第２のエッチング工程を第２の真空容器内で実行する、請求項６に記載のドライエッチング方法。
【請求項９】
前記マスクはSiNマスクであり、
前記マスク除去工程は低C/F比のフルオロカーボン系ガスを含む第３のエッチングガスをプラズマ化して前記SiNマスクをドライエッチングにより除去することを特徴とする、請求項１に記載のドライエッチング方法。
【請求項１０】
前記第３のエッチングガスはCF4又はCF4/CHF3を少なくとも含むことを特徴とする、請求項９に記載のドライエッチング方法。
【請求項１１】
前記マスクはSiO2マスクであり、
前記マスク除去工程は高C/F比のフルオロカーボン系ガスを含む第２のエッチングガスをプラズマ化して前記SiO2マスクをドライエッチングにより除去することを特徴とする、請求項１に記載のドライエッチング方法。
【請求項１２】
前記第２のエッチングガスは、CHF3、C2F6、C4F8、C5F8、及びC4F6のうちの少なくとも一つを含むことを特徴とする、請求項１１に記載のドライエッチング方法。
【請求項１３】
Si層、このSi層の一方の面に設けられたSiO2層、及び前記Si層の他方の面に設けられたフォトレジストマスクを少なくとも備える基板が内部に配置される真空容器と、
前記真空容器内にプラズマを発生させるプラズマ発生源と、
F系ガスを少なくとも含む第１のエッチングガスを前記真空容器内に供給するための第１のエッチングガス供給源と、
高C/F比のフルオロカーボン系ガスを少なくとも含む第２のエッチングガス供給源と、
O2ガスを少なくとも含む第３のエッチングガスを供給する第３のエッチングガス供給源と、
前記プラズマ発生源、及び前記第１から第３のエッチングガス供給源の動作を制御する制御部と
を備え、
前記制御部は、
前記第１のエッチングガス供給源に前記F系ガスを前記真空容器内に供給させ、かつ前記プラズマ発生源によりプラズマを発生させて前記F系ガスをプラズマ化し、貫通ビアが形成されるように前記Si層をドライエッチングし、
前記第３のエッチングガス供給源に前記第３のエッチングガスを前記真空容器内に供給させ、かつ前記プラズマ発生源によりプラズマを発生させて前記第３のエッチングガスをプラズマ化して前記レジストマスクを除去し、
前記第２のエッチングガス供給源に前記第２のエッチングガスを前記真空容器内に供給せさ、かつ前記プラズマ発生源によりプラズマを発生させて前記フルオロカーボン系ガスをプラズマ化し、前記貫通ビアがSiO2層を貫通するように前記SiO2層をドライエッチングすることを特徴とするドライエッチング装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はドライエッチング方法及びドライエッチング装置に関する。特に本発明はSi層と下地層としてのSiO2層を有する基板に貫通ビアを形成するドライエッチングに関する。
【背景技術】
【０００２】
三次元実装のための貫通電極を設けるために、ドライエッチングによってシリコン基板に貫通ビア（TSV：Through Silicon Via）を形成することが知られている（例えば、特許文献１参照）。また、例えばSF6/O2混合ガスをエッチングガスとするドライエッチングでシリコン基板に貫通ビアを形成する場合、側壁における保護層（SiO2）の形成が十分でないと底壁（底面）よりも側壁でエッチングが進行する現象（サイドエッチング）が生じ、その結果、側壁が平坦なテーパ面とならず弓状に湾曲した形状となること（ボーイング）が知られている（例えば、特許文献２参照）。このボーイングは、トレンチを形成する場合よりもビアを形成する場合の方が、マスクの開口率が小さいために生じやすいことが知られている。さらにまた、ボーイングは貫通ビアが深い程（貫通ビアの径に対する深さのアスペクト比が大きい程）顕著であり、エッチング速度が速い程顕著であることが知られている。
【０００３】
図７Ａから図７Ｄは、従来のドライエッチングによるシリコン基板への貫通ビアの形成の一例を示す。図７Ａに示すように、基板１０１は、Si層１０２と、このSi層１０２の一方の面（図において下面）に形成された下地層としてのSiO2層１０３と、このSiO2層１０３上に形成された金属層１０４を備える。基板１０１の金属層１０４側は接着剤層１０５によりサポートガラス１０６に固定されている。SiO2層１０３の他方の面（図において上面）には加工する貫通ビアの対応する径の開口部を有するフォトレジストマスク１０７が形成されている。図７Ｂに示すように、SF6/O2混合ガスをプラズマ化するドライエッチングを実行してSi層１０２を貫通する貫通ビア１０８を形成する。次に、図７Ｃに示すように、貫通ビア１０８がSiO2層１０３を貫通するように、フルオロカーボン系ガスをプラズマ化するドライエッチングを実行してSiO2層をエッチングする。その後、図７Ｄに示すように、O2ガスをプラズマ化してフォトレジストマスク１０７を基板１０１から除去する（アッシング）。
【０００４】
以上の工程で貫通ビア１０８を形成した場合、Si層１０２をSF6/O2混合ガスを使用してエッチングする際に、図７Ｂにおいて符号１０９で示すようにボーイングの影響によって貫通ビア１０８の開口部付近の側壁に貫通ビア１０８内に突出する鋭角な角部ないし肩部が生じる。この角部１０９は、フルオロカーボン系ガスを使用してSiO2層１０３をエッチングする工程や、アッシング工程でも除去されることなく残留する（図７Ｃ及び図７Ｄ）。この角部１０９が存在すると、貫通電極を設けるために必要な貫通ビア１０８を形成した後の工程、すなわちＣＶＤによる貫通ビア１０８の底壁（底面）及び側壁に絶縁膜(SiO2)を形成する工程や、それに続いてメッキによって貫通ビア１０８内に金属を埋め込む工程で不具合が生じる原因となる。
【０００５】
【特許文献１】特表２００７−５１３４９３号公報
【特許文献２】特開２００７−１４１９１８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明は、Si層と下地層としてのSiO2層を有する基板に貫通ビアを形成するドライエッチングにおいて、貫通ビアの開口部付近の側壁の角部ないし肩部を確実なくすことを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
第１の発明は、Si層、このSi層の一方の面に設けられたSiO2層、及び前記Si層の他方の面に設けられたマスクを少なくとも備える基板を真空容器内に配置し、前記真空容器内に導入した第１のエッチングガスをプラズマ化して前記Si層を貫通する貫通ビアを形成する第１のドライエッチング工程を実行し、前記マスクを除去するマスク除去工程を実行し、前記真空容器内に導入した第２のエッチングガスをプラズマ化してSiO2層をエッチングする第２のドライエッチング工程を実行することを特徴とするドライエッチング方法を提供する。
【０００８】
第１のドライエッチング工程でSi層をエッチングして貫通ビアを形成する際に、ボーイングの影響により貫通ビアの開口部付近の側壁に角部ないし肩部が生じる。先にマスクを除去した後にSiO2層をドライエッングして貫通ビアがSiO2層を貫通するようにしているので、SiO2層のドライエッチングの際に貫通ビアの角部ないし肩部が除去される。これはマスクを除去した後にSiO2層のドライエッチングを実行することにより電解集中が効果的に作用することによると推察される。
【０００９】
前記第１のエッチングガスはプラズマ化するとFラジカルを生じるガスを含む。例えば、前記第１のエッチングガスはSF6とO2を含む。
【００１０】
前記第２のエッチングガスは高C/F比のフルオロカーボン系ガスを含む。例えば、前記第２のエッチングガスはCHF3、C2F6、C4F8、C5F8、及びC4F6のうちの少なくとも一つを含む。
【００１１】
前記マスクがフォトレジストマスクである場合、前記マスク除去工程は少なくともO2を含む第３のエッチングガスをプラズマ化して前記フォトレジストマスクをドライエッチングにより除去する。
【００１２】
マスクがフォトレジストマスクである場合、誘電体部材を介して前記真空容器の上部外側に上部電極を配置する一方、前記真空容器の内部に下部電極を配置し、前記マスク除去工程は、前記下部電極上との間に隙間をあけた状態で前記基板を保持し、前記上部電極に高周波電力を供給して前記第３のエッチングガスをプラズマ化し、前記下部電極を接地状態として冷却は行わないことが可能である。基板への熱の影響よりもエッチングレートを重視できる場合、この条件でマスク除去工程を実行することにより、フォトレジストマスク２４を基板７から高速で除去できる。
【００１３】
前記第２のエッチング工程で使用する前記第２のエッチングガスが高C/F比のフルオロカーボン系ガスを含み、かつマスクがフォトレジストマスクである場合、前記第１のエッチング工程を第１の真空容器内で実行し、マスク除去工程及び前記第２のエッチング工程を第２の真空容器内で実行してもよい。第１のドライエッチング工程、マスク除去工程、及び第２のドライエッチング工程を繰り返し実行した際に、O2ガスを使用するマスク除去工程と同じ第２の真空容器内で高C/F比のフルオロカーボン系ガスを使用する第２のエッチング工程を実行することにより、真空容器内でのCF系ポリマの付着を抑制して良好な状態を継続させ、メンテナンスの頻度を減らすことができる。
【００１４】
前記マスクがSiNマスクである場合、前記マスク除去工程は低C/F比のフルオロカーボン系ガスを含む第３のエッチングガスをプラズマ化して前記SiNマスクをドライエッチングにより除去する。この場合の第３のエッチングガスは、例えばCF4又はCF4/CHF3を少なくとも含む。
【００１５】
前記マスクがSiO2マスクである場合、前記マスク除去工程は高C/F比のフルオロカーボン系ガスを含む第２のエッチングガスをプラズマ化して前記SiO2マスクをドライエッチングにより除去する。この場合の第２のエッチングガスは、例えばCHF3、C2F6、C4F8、C5F8、及びC4F6のうちの少なくとも一つを含む。
【００１６】
第２の発明は、Si層、このSi層の一方の面に設けられたSiO2層、及び前記Si層の他方の面に設けられたフォトレジストマスクを少なくとも備える基板が内部に配置される真空容器と、前記真空容器内にプラズマを発生させるプラズマ発生源と、F系ガスを少なくとも含む第１のエッチングガスを前記真空容器内に供給するための第１のエッチングガス供給源と、高C/F比のフルオロカーボン系ガスを少なくとも含む第２のエッチングガス供給源と、O2ガスを少なくとも含む第３のエッチングガスを供給する第３のエッチングガス供給源と、前記プラズマ発生源、及び前記第１から第３のエッチングガス供給源の動作を制御する制御部とを備え、前記制御部は、前記第１のエッチングガス供給源に前記F系ガスを前記真空容器内に供給させ、かつ前記プラズマ発生源によりプラズマを発生させて前記F系ガスをプラズマ化し、貫通ビアが形成されるように前記Si層をドライエッチングし、前記第３のエッチングガス供給源に前記第３のエッチングガスを前記真空容器内に供給させ、かつ前記プラズマ発生源によりプラズマを発生させて前記第３のエッチングガスをプラズマ化して前記レジストマスクを除去し、前記第２のエッチングガス供給源に前記第２のエッチングガスを前記真空容器内に供給せさ、かつ前記プラズマ発生源によりプラズマを発生させて前記フルオロカーボン系ガスをプラズマ化し、前記貫通ビアがSiO2層を貫通するように前記SiO2層をドライエッチングすることを特徴とするドライエッチング装置を提供する。
【発明の効果】
【００１７】
Si層を貫通する貫通ビアをドライエッチングにより形成後に、先にマスクを除去した後にSiO2層をドライエッングして貫通ビアがSiO2層を貫通するようにしているので、Si層のドライエッチングの際に貫通ビアの開口部付近の側壁に形成された角部ないし肩部は、SiO2層のドライエッチングの際に除去される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
（第１実施形態）
図１は本発明の第１実施形態に係るドライエッチング方法を実行するためのドライエッチング装置の一例を示す。
【００１９】
ドライエッチング装置１は上部開口が誘電体板（誘電体部材）２により閉鎖されたチャンバ（真空容器）３を備える。誘電体板２の上方には上部電極としてICPコイル（誘導結合プラズマコイル）４が配置されている。ICPコイル４は、可変コンデンサ５Ａを介して高周波電源（第１の電源）６Ａに電気的に接続されている。一方、チャンバ３内の底部側には、基板（処理対象物）７が配置される下部電極８がICPコイル４と対向するように配置されている。本実施形態では、基板７はESC（静電チャック）電極９Ａ，９Ｂによって下部電極８上に静電的に保持される。しかし、基板７を下部電極８上に保持するための機構は特に限定されない。下部電極は可変コンデンサ５Ｂを介して高周波電源６Ｂ（第２の電源）に電気的に接続されている。
【００２０】
チャンバ３のガス導入口３ａには、それぞれフローコントローラ１１Ａ〜１１Ｄを介して、エッチングガス供給源１２Ａ〜１２Ｄと希釈ガス供給源１３が接続されている。エッチングガス供給源１２ＡはSF6ガスを供給する。エッチングガス供給源１２ＢはO2ガスを供給する。エッチングガス供給源１２ＣはCF4ガスを供給する。エッチングガス供給源１２ＤはC4F8ガスを供給する。希ガス供給源１３はArガスを供給する。エッチングガス供給源１２Ａ〜１２Ｄ及び希釈ガス供給源１３からチャンバ３へのガスの供給の有無及び供給量は、対応するフローコントローラ１１Ａ〜１１Ｄによって制御される。
【００２１】
チャンバ３の排気口３ｂは真空排気装置１４に接続されている。また、チャンバ３には基板７の搬入出のためのゲート３ｃが設けられている。
【００２２】
下部電極８の上面には微細な凹凸が形成されており、下部電極８上に基板７を載置すると基板７の下面と下部電極８の上面との間に微細な空間が形成される。この空間には冷却ガス源１６から温調された冷却ガスとしてのHeガスが供給される。このHeガスにより基板７が冷却される。
【００２３】
上下方向に昇降可能な複数の突き上げピン（突き上げ部材）１７が下部電極８を貫通するように設けられている。突き上げピン１７は、符号１８で模式的に示す駆動機構１８により昇降駆動される。基板７を下部電極８へ載置する際、及び基板７を下部電極８から取り外す際には、突き上げピン１７は上昇位置となり先端が下部電極１８の上面よりも上方に突出する。突き上げピン１７は先端が下部電極１８内に収容される格納位置まで降下可能である。本実施形態では、基板７の処理中の突き上げピン１７は格納位置で保持され、基板７は下部電極８に直接載置された状態を維持する。
【００２４】
制御装置１５は、可変コンデンサ５Ａ，５Ｂ、高周波電源６Ａ，６Ｂ、エッチングガス供給源１２Ａ〜１２Ｄ、希釈ガス供給源１３、フローコントローラ１１Ａ〜１１Ｄ、真空排気装置１４、冷却ガス源１６、及び突き上げピン１７の駆動機構１８を含む装置全体を統括的に制御してドライエッチングプロセスを実行する。
【００２５】
次に、本実施形態のドライエッチング方法を説明する。本実施形態のドライエッチング方法は、種々の半導体素子を形成済みの基板７に直径が１０〜８０μm程度の貫通ビアを形成するものであり（ビアラスト法）、かつ基板７の半導体素子が形成されている表面とは反対の裏面側から貫通ビアを形成するものである（バックサイドビアないしブラインドサイドビア）。
【００２６】
図３Ａを参照すると、基板７は種々の半導体素子（図示せず）が形成されたSi層２１と、このSi層２１の表面側（図において下面側）に設けられた下地層としてのSiO2層２２を備える。SiO2層２２上には配線のための金属層２３が設けられている。一方、Si層２１の裏面側（図において上面側）には、加工する貫通ビアに対応する径の開口部を有するフォトレジストマスク２４が形成されている。基板７は表面側である金属層２３上の接着剤層２５によって支持部材としてのサポートガラス２６に接着によって固定されている。
【００２７】
本実施形態における基板７の寸法等の詳細は以下の通りである。Si層２１の厚みは平均で２０〜２００μm程度である。SiO2層２２の厚みは平均で０．５〜２μm程度である。金属層２３は例えばAl、あるいはAlとバリアメタルとしてのTi/Nとからなり、全体の厚みは平均で５０〜５００nm程度である。接着剤層２５の厚みは、平均で０．５〜４．０μm程度である。基板７に貫通ビアを形成するためのフォトレジストマスク２４の開口率は、１％程度未満である。
【００２８】
図２及び図３を参照すると、本実施形態のドライエッチング方法では、最初にSi層２１のエッチングを行ってSi層２１を貫通する貫通ビア３１を形成する（図２のステップＳ１，図３Ｂ）。次に、フォトレジストマスク２４を除去するためのアッシングを行う（図２のステップＳ２，図３Ｃ）。ステップＳ２でのフォトレジストマスク２４の除去後、貫通ビア３１がSiO2層２２を貫通して金属層２３に達するように、SiO2層２２をエッチングする（図２のステップＳ３，図３Ｄ）。最後に、貫通ビア３１の側壁に形成されたCF系ポリマの層を除去するためのライトアッシングを実行する（図２のステップＳ４）。
【００２９】
まず、Si層２１をエッチングする工程（図２のステップＳ１，図３Ｂ）について説明する。基板７をチャンバ３内へ搬入して下部電極８に配置してＥＳＣ電極９Ａ，９Ｂにより静電的に保持した後、真空排気装置１４でチャンバ３内のガスをパージする。また、冷却ガス源１６からHeガスを供給して基板７を冷却する。本実施形態では、Heガスによる基板７の冷却は、Si層２１をエッチングする工程から最後のライトアッシングが終了するまで継続される。次に、チャンバ３内にSF6/O2混合ガスを導入する。具体的には、エッチングガス供給源１２ＡからSF6ガスを、エッチングガス供給源１２ＢからO2ガスをそれぞれ所定流量で導入する。また、SF6/O2混合ガスの導入を実行しつつ、真空排気装置１４により所定流量で排気を行い、チャンバ３内を所定圧力に維持する。その後、ICPコイル４に対して高周波電源６Ａから高周波電力を供給すると共に、下部電極８に対して高周波電源６Ｂから高周波電力（バイアス電力）を供給する。
【００３０】
ICPコイル４への高周波電力の供給により発生する誘導結合型放電によって、SF6/O2混合ガスがプラズマ化する。プラズマＰ中では、SF6ガスに由来するF成分、Fラジカル、正イオン（Sイオン、フッ化硫黄系のイオン等）が生じると共に、O2ガスに由来するO成分（Oラジカル及び正イオンであるOイオンを含む）が発生する。
【００３１】
プラズマＰで発生したF成分、Fラジカル、及びO成分がSi層２１のフォトレジストマスク２４から露呈している部分に入射する。エッチング種であるFラジカルと正イオン（SイオンやOイオン等）によりSi層２１がエッチングされる。この際、FラジカルがSi層２１のSi原子と反応して揮発性反応生成物であるSiF4（四フッ化シリコン）、Si2F6（六フッ化二ケイ素）等のシリコンフッ化物が生成され、Si層２１から離脱する（Six＋FY＝SixFY）。下部電極８へバイアス電力を供給する状態でエッチングを実行することにより、貫通ビア３１の底面に向かう正イオンの運動エネルギが活性化する。具体的には、バイアス電力により引き込まれた正イオンが貫通ビア３１の底面をアタックして削るためFラジカルがSiと反応し易くなり、貫通ビア３１の底面のエッチングレートが貫通ビア３１の側壁のエッチングレートよりも高くなる。
【００３２】
SF6ガスに添加したO2ガスに由来するO成分がSi層２１を構成するSi原子と反応してSiO2（酸化シリコン）等のSi酸化物が生成され、このSi酸化物が貫通ビア３１の側壁と底面に付着する（Si＋Ox＝SiOx）。Si層２１のエッチングは、側壁や底面に生成されたSi酸化物を除去しつつ進行する。しかし、前述のようにフォトレジストマスク２４の開口率は１％未満（低開口率）であり、平均で２０〜２００μm程度の厚みを有するSi層２１に貫通ビア３１を形成する必要があり（貫通ビア３１の深さが深い）、かつ後に詳述するようにSi層のエッチングレートは１０nm/min程度の高速である。そのため、エッチングの進行により貫通ビア３１の深さが深くなるのに伴って、側壁を保護するSi酸化物の生成速度が特に貫通ビア３１の開口部付近においてエッチング速度に対して相対的に遅くなる。その結果、図３Ｂ及び図３Ｃにおいて符号３２で示すように、貫通ビア３１の開口部付近の側壁に貫通ビア３１内に突出する肩部ないし角部が生じる。図３Ｃに示すように、角部３２の貫通ビア３１の側壁からの突出量ｔは、例えば貫通ビア３１の直径が５０μmの場合には１〜５μmである。
【００３３】
Si層２１をエッチングする工程の具体的なエッチング条件は例えば以下の通りである。SF6ガス及びO2ガスの供給流量は、それぞれ２００sccm、１００sccm（総供給流量３００sccm）である。チャンバ３内の圧力は１５．０Paに維持される。ICPコイル４への供給電力は１５００Wで、下部電極８へ供給するバイアス電力は５００Wである。また、下部電極８の温度は１５℃に維持される。この条件ではSiのエッチングレートは２００nm/minであり、SiO2のエッチングレートも２００nm/minである。
【００３４】
Si層２１をエッチングする工程で使用するガスは、本実施形態のようなSF6/O2混合ガスに限定されず、少なくともSF6ガスとO2ガスを含むものであればよい。具体的には、SF6/O2/He混合ガスや、SF6/SiF4/O2混合ガスを使用してもよい。
【００３５】
貫通ビア３１がSi層２１を貫通してSiO2層２２まで達すると、フォトレジストマスク２４を除去するためのアッシング（図２のステップＳ２，図３Ｃ）に移行する。具体的には、エッチングガス供給源１２ＡからのSF6ガスの導入を停止する。また、エッチングガス供給源１２Ｂからチャンバ３内にO2ガスを所定流量で導入すると共に、エッチングガス供給源１２ＣからCF4ガスを所定流量で導入しつつ、真空排気装置１４により所定流量で排気を行い、チャンバ３内を所定圧力で維持する。つまり、アッシング工程ではチャンバ３内に導入するガスをSF6/O2混合ガスからO2/CF4混合ガスに切り換える。また、チャンバ３の圧力をSi層２１のエッチング工程よりも低圧に設定する。さらに、高周波電源６ＡからICPコイル４への供給電力をSi層２１のエッチング工程よりも減少させる一方、高周波電源６Ｂから下部電極８への供給電力はSi層２１のエッチング工程と同一値で維持する。本実施形態の場合、アッシング工程中も冷却ガス源１６から基板７の下面へのHeガスの供給は継続する。
【００３６】
ICPコイル４への高周波電力の供給で発生する誘導結合型放電により、O2ガスとCF4ガスがプラズマ化する。プラズマＰ中では、O2ガスに由来するO成分により、フォトレジストマスク２４を構成する有機成分をCOxやH2Oに分解される。図３Ｃに示すように、フォトレジストマスク２４が除去された状態でも、貫通ビア３１の角部３２は依然として存在している。
【００３７】
フォトレジストマスク２４を除去するアッシング工程の具体的なエッチング条件は例えば以下の通りである。O2ガス及びCF4ガスの供給流量はそれぞれ２００sccm、１０sccm（総供給流量２１０sccm）である。チャンバ３内の圧力は１．０Paに維持される。ICPコイル４への供給電力は５００Wで、下部電極８へ供給するバイアス電力は５０Wである。また、冷却ガス源１６からのHeガスの供給圧は１０００Ｐａである。Heガスによる冷却によって下部電極８の温度を１５℃程度に維持し、それによって基板７を１００℃以下に維持する。ＥＳＣ電極９Ａ，９Ｂへの印加電圧は±１００Ｖである。ただし、アッシング工程の条件はこの例に限定されない。具体的には、O2ガスの供給流量は、５０〜５００sccmが好ましく、CF4ガスの供給流量はO2ガスの供給流量１〜１０％程度に設定することが好ましい。チャンバ３内の圧力は、０．５〜５Paが好ましい。ICPコイル４への供給電力は、３００〜１０００Wが好ましい。下部電極８へ供給するバイアス電力は、１０〜１００Wが好ましい。
【００３８】
フォトレジストマスク２４を除去するアッシング工程で使用するガスは、本実施形態のようなO2/CF4混合ガスに限定されず、少なくともO2ガスを含むものであればよい。
【００３９】
ＥＳＣ電極９Ａ，９Ｂによる基板７の下部電極８への静電吸着と、冷却ガス供給源１６からHeガスの供給による基板７の冷却を行わなくてもよい。この場合、基板７の温度は１２０〜１５０℃程度で維持される。つまり、フォトレジストマスク２４を除去するアッシング工程の際に本実施形態のように下部電極８に対して高周波電源６Ｂからバイアス電力を供給する場合、かつＥＳＣ電極９Ａ，９Ｂによる基板７の静電吸着及び冷却ガス（Heガス）による基板７の冷却を実行するか否かは必要に応じて選択できる。
【００４０】
フォトレジストマスク２４が除去された後、SiO2層２２をエッチングする工程に移行する（図２のステップＳ３，図３Ｄ）。具体的には、エッチングガス供給源１２ＢからのO2ガスの導入及びエッチングガス供給源１２ＣからのCF4ガスの導入を停止する。一方、エッチングガス供給源１２Ｄからフルオロカーボン系ガスであるC4F8ガスを、希釈ガス供給源１３からArガスをそれぞれ所定流量でチャンバ３内に導入する。また、C4F8/Ar混合ガスの導入を実行しつつ、真空排気装置１４により所定流量で排気を行い、チャンバ３内を所定圧力で維持する。さらに、ICPコイル４と下部電極８に対して高周波電源６Ａ，６Ｂから高周波電力を供給する。
【００４１】
SiO2層２２をエッチングする工程の具体的なエッチング条件は例えば以下の通りである。C4F8ガス及びArガスの供給流量は、それぞれ５sccm、１００sccm（総供給流量１０５sccm）である。チャンバ３内の圧力は４Paに維持される。ICPコイル４への供給電力は５００Wで、下部電極８へ供給するバイアス電力は５００Wである。また、冷却ガス源１６からのHeガスの供給により下部電極８の温度は１５℃程度に維持される。この条件ではSiO2のエッチングレートは１００nm/minであり、Siのエッチングレートは１００nm/minである。ただし、SiO2層２２をエッチングする工程の条件はこの例に限定されない。
【００４２】
この工程では、プラズマＰで発生したF成分、Fラジカル等がSiO2層２２のフォトレジストマスク２４から露呈している部分に入射し、エッチング種であるFラジカルによりSiO2層２１がエッチングされる。この際、Fラジカルと被エッチング層２１がSiO2層２１のSi原子と反応して揮発性反応生成物であるSiF4、Si2F6等のシリコンフッ化物が生成され、被エッチング層２１から離脱する（Six＋FY＝SixFY）。
【００４３】
また、C4F8ガスに由来するフルオロカーボン成分CFxが、Si層２１のエッチング（図２のステップＳ１）の際に貫通ビア３１の側壁に生成されたSi酸化物と反応し、その結果、揮発性物質であるシリコンフッ化物とCOxが生成されて貫通ビア３１の側壁から離脱する（SiOx＋CFy＝SiFy＋COx）。また、フルオロカーボン成分CFxは、フルオロカーボンポリマ（（CF2）n）として貫通ビア３１の底面と側壁にほぼ均一に付着する。
【００４４】
図３Ｄに模式的に示すように、貫通ビア３１がSiO2層２２を貫通して金属層２３に達してSiO2層２２のエッチングが完了した時点では、Si層２１のエッチングの際に生じた貫通ビア３１の角部３２が除去されて消滅している。その結果、底面から開口部に到るまで平坦であるテーパ状の側壁を有する貫通ビア３１が得られる。
【００４５】
SiO2層２２をエッチングする工程で貫通ビア３１の角部３２が除去される機構は以下のように推察される。角部３２はプラズマＰと向かい合っている基板７（Si層２１）の裏面側（図において上面側）に位置し、かつ尖った形状を有するので、電解集中が生じる傾向がある。しかし、図４に模式的に示すように、フォトレジストマスク２４を除去する前にSiO2層２１をエッチングする工程を実行した場合（図７Ａ〜図７Ｂの従来の方法の場合）、基板７（Si層）の裏面に存在するフォトレジストマスク２４によって角部３２に対する電解集中の作用が減殺される。これに対し、本実施形態ではフォトレジストマスク２４を除去した後にSiO2層２１をエッチングする工程を実行するので、角部３２に対して電解集中が効果的に作用し、角部３２が除去される。
【００４６】
SiO2層２２をエッチングする工程で使用するガスは、本実施形態のようなC4F8/Ar混合ガスに限定されず、高C/F比のフルオロカーボン系ガスを含むものであればよい。SiO2層２２をエッチングする工程で使用できる高C/F比のフルオロカーボン系ガスとしては、CHF3、C2F6、C4F8、C5F8、及びC4F6があり、少なくともこれらのうち一つを含むガスをSiO2層２２をエッチングする工程で使用できる。例えば、CF4/CHF3/Ar混合ガスをSiO2層２２をエッチングする工程で使用できる。
【００４７】
SiO2層２２のエッチング後、フォトレジストマスク２４を除去するためのアッシング（図２のステップＳ２）と同様の条件でライトアッシングを実行する（図２のステップＳ４）。このライトアッシングの際に生じる酸素プラズマによって、前述のようにSiO2層２２をエッチングする際に貫通ビア３１の側壁のうち主として底面付近の側壁に付着したフルオロカーボンポリマが分解されて除去される。その結果、フルオロカーボンポリマの付着に起因する貫通ビア３１の側壁の荒れが改善される。
【００４８】
以上のように、本実施形態のドライエッチング方法によれば、角部３２のない良好な形状の貫通ビア３１を形成することができ、しかも貫通ビア３１の側壁の後工程における不具合も低減できる。
【００４９】
（第２実施形態）
本発明の第２実施形態は、フォトレジストマスク２４を除去するアッシング工程（図２のステップＳ２，図３Ｃ）のみが第１実施形態と異なる。具体的には、本実施形態におけるアッシング工程中は、突き上げピン１７を先端が下部電極１８から僅かに突出する位置に保持し、それによって図１において二点鎖線で示すように基板７を下面が下部電極８の上面に対して僅かな間隔ｃ（例えば０．５〜１．０mm程度）をあけて上方に位置に配置して、ＥＳＣ電極９Ａ，９Ｂによる静電吸着は行わない。また、本実施形態におけるアッシング工程では、下部電極８に対する高周波電源６Ｂからの高周波電力の供給を行わず、下部電極８を接地状態とする。さらに、冷却ガス源１６からのHeガスの供給を行わず、Heガスによる基板７の冷却は行わない。基板７を下部電極８から間隔を離して保持し、かつ冷却ガスによる下部電極８の冷却を行わないことにより、アッシング工程中の基板７の温度は１５０〜２００℃程度となる。第２実施形態では前述のように部電極８へのバイアス電力の供給を行わないが、基板７の温度を高温（第１実施形態では１００℃以下であるのに対して本実施形態では１５０〜２００℃）で保持することにより、フォトレジストマスク２４のエッチングレートが第１実施形態の場合と比較して２割程度増加する。つまり、本実施形態の条件でアッシング工程を実行することにより、フォトレジストマスク２４を基板７から高速で除去できる。第１実施形態は基板７へ熱の影響を低減することをエッチングレートよりも重視する必要がある場合に適しており、第１実施形態は基板７への熱の影響の低減よりもエッチングレートを重視できる場合に適している。
【００５０】
（第３実施形態）
第３実施形態では、第１実施形態のフォトレジストマスク２４に代えて、SiNからなるマスク（SiNマスク１２４）を基板７の裏面に設けている。
【００５１】
図６及び図３を参照すると、本実施形態のドライエッチング方法では、最初にSi層２１のエッチングを行ってSi層２１を貫通する貫通ビア３１を形成する（図６のステップＳ１１，図３Ｂ）。次に、SiNマスク１２４を除去する（図６のステップＳ１２，図３Ｃ）。ステップＳ１２でのSiNマスク１２４の除去後、貫通ビア３１がSiO2層２２を貫通して金属層２３に達するように、SiO2層２２をエッチングする（図６のステップＳ２３，図３Ｄ）。最後に、貫通ビア３１の側壁に形成されたCF系ポリマの層を除去するためのライトアッシングを実行する（図６のステップＳ２４）。Si層２１をエッチングする工程（ステップＳ１１）、SiO2層２２をエッチングする工程（ステップＳ１３）、及びライトアッシング工程（Ｓ１４）は、第１実施形態と同様の条件で実行される。
【００５２】
SiNマスク１２４を除去する工程（ステップＳ１２）では、低C/F比のフルオロカーボン系ガスを含むエッチングガスをプラズマ化してSiNマスク１２４をドライエッチングにより除去する。SiNマスク１２４を除去する工程に使用可能な低C/F比のフルオロカーボン系ガスの例としては、例えばCF4ガスやCF4/CHF3混合ガスがある。また、低C/F比のフルオロカーボン系ガスにArガスとO2ガスのうちのいずれか一方又は両方を加えてもよい。
【００５３】
SiNマスク１２４を除去する工程の後にSiO2層２２をエッチングすることにより、角部３２のない良好な形状の貫通ビア３１を形成することができ、しかもライトアッシングを実行することにより、貫通ビア３１の側壁の後工程における不具合も低減できる。
【００５４】
本実施形態のドライエッチング方法は第１実施形態で使用したものと同様のドライエッチング装置１（図１参照）で実行できる。本実施形態の場合、図１のドライエッチング装置１のエッチングガス供給源１２ＣはCF4ガスを供給するものでも、CF4/CHF3混合ガスを供給するものでもよい。
【００５５】
（第４実施形態）
第４実施形態では、第１実施形態のフォトレジストマスク２４に代えて、SiO2からなるマスク（SiO2マスク１２４’）を基板７の裏面に設けている。
【００５６】
本実施形態のドライエッチング方法では、最Si層２１のエッチングを行ってSi層２１を貫通する貫通ビア３１を形成する工程（図６のステップＳ１１，図３Ｂ）、SiO2マスク１２４’を除去する工程（図６のステップＳ１２，図３Ｃ）。ステップＳ１２でのSiO2マスク１２４’の除去後、貫通ビア３１がSiO2層２２を貫通して金属層２３に達するように、SiO2層２２をエッチングする工程（図６のステップＳ２３，図３Ｄ）、及び貫通ビア３１の側壁に形成されたCF系ポリマの層を除去するためのライトアッシング工程（図６のステップＳ２４）を順に実行する。Si層２１をエッチングする工程（ステップＳ１１）、SiO2層２２をエッチングする工程（ステップＳ１３）、及びライトアッシング工程（Ｓ１４）は、第１実施形態と同様の条件で実行される。
【００５７】
SiO2マスク１２４’を除去する工程（ステップＳ１２）では、高C/F比のフルオロカーボン系ガスを含むエッチングガスをプラズマ化してSiO2マスク１２４’をドライエッチングにより除去する。SiO2マスク１２４’を除去する工程に使用可能な高C/F比のフルオロカーボン系ガスの例としては、CHF3、C2F6、C4F8、C5F8、及びC4F6があり、これらのガスのうちの少なくとも一種類を含有していればよい。
【００５８】
本実施形態の場合にも、SiO2マスク１２４’を除去する工程の後にSiO2層２２をエッチングすることにより、角部３２のない良好な形状の貫通ビア３１を形成することができ、しかもライトアッシングを実行することにより、貫通ビア３１の側壁の後工程における不具合も低減できる。
【００５９】
本実施形態のドライエッチング方法は第１実施形態で使用したものと同様のドライエッチング装置１（図１参照）で実行できる。本実施形態の場合、図１のドライエッチング装置１のエッチングガス供給源１２ＣをCF4ガスを供給するものからCHF3、C2F6、C4F8、C5F8、及びC4F6ガスのうち少なくとも一種類を供給するものに変更すればよい。
【００６０】
（第５実施形態）
第１実施形態ではすべての工程、すなわちSi層２１をエッチングする工程、フォトレジストマスク２４を除去するアッシング工程、SiO2層２２をエッチングする工程、及びCF系ポリマ除去のためのライトアッシング工程をすべて同一のドライエッチング装置１の同一のチャンバ３内で実行している。しかし、２個以上のドライエッチング装置１を使用してこれらの工程を実行してもよい。
【００６１】
例えば、Si層２１をエッチングする工程を一つのドライエッチング装置１のチャンバ３内で実行し、残りの工程すなわちアッシング工程、SiO2層２２をエッチングする工程、及びライトアッシング工程を別のドライエッチング装置１のチャンバ３内で実行してもよい。アッシング工程ではO2ガスをプラズマ化するので、チャンバ３や誘電体板２に付着したCF系ポリマを分解して除去（クリーニング）できる。逆に、SiO2層２２をエッチングする工程では高C/F比りCF系ガスを含むガスをエッチングガスとして使用するので、チャンバ３や誘電体板２へのCF系ポリマの付着が生じやすい。従って、アッシング工程、SiO2層２２をエッチングする工程、及びライトアッシング工程を一つのチャンバ３内で繰り返し実行することにより、SiO2層２２をエッチングする工程でチャンバ３や誘電体板２に付着したCF系ポリマをアッシング工程の際に除去する効果が得られる。その結果、第１実施形態ではすべての工程を繰り返し実行した際に、アッシング工程、SiO2層２２をエッチングする工程、及びライトアッシング工程で使用するチャンバ３内でのCF系ポリマの付着を抑制して良好な状態を継続させ、メンテナンスの頻度を減らすことができる。
【００６２】
Si層２１をエッチングする工程とアッシング工程を一つのチャンバ３で実行し、残りの工程、すなわちSiO2層２２をエッチングする工程、及びライトアッシング工程を別のチャンバ３で実行してもよい。
【００６３】
本発明は前記実施形態に限定されず、種々の変形が可能である。例えば、上部電極としてICPコイルを備えるICP型のドライエッチング装置を使用する場合について本発明を説明したが、本発明はRIE型のドライエッチング装置を使用して実行することもできる。
【図面の簡単な説明】
【００６４】
【図１】本発明の第１実施形態に係るドライエッチング方法に使用するドライエッチング装置を示す模式図。
【図２】第１実施形態に係るドライエッチング方法の工程を示すフローチャート。
【図３Ａ】基板を示す模式的な断面図。
【図３Ｂ】Si層のエッチングを実行後の基板を示す模式的な断面図。
【図３Ｃ】マスク除去後の基板を示す模式的な断面図。
【図３Ｄ】SiO2層のエッチングを実行後の基板を示す模式的な断面図。
【図４】フォトレジストマスクが存在すると角部が除去されない理由を説明するための模式的な断面図。
【図５】貫通ビアの角部が除去される原理を説明するための基板の模式的な断面図。
【図６】本発明の第１及び第２実施形態に係るドライエッチング方法の工程を示すフローチャート。
【図７Ａ】基板を示す模式的な断面図。
【図７Ｂ】Si層のエッチングを実行後の基板を示す模式的な断面図。
【図７Ｃ】SiO2層のエッチングを実行後の基板を示す模式的な断面図。
【図７Ｄ】フォトレジスト除去後の基板を示す模式的な断面図。
【符号の説明】
【００６５】
１  ドライエッチング装置
２  誘電体板
３  チャンバ
３ａ  ガス導入口
３ｂ  排気口
３ｃ  ゲート
４  ICPコイル
５Ａ，５Ｂ  可変コンデンサ
６Ａ，６Ｂ  高周波電源
７  基板
８  下部電極
９Ａ，９Ｂ  ESC電極
１１Ａ〜１１Ｆ  フローコントローラ
１２Ａ〜１２Ｄ  エッチングガス供給源
１３Ａ，１３Ｂ  希ガス供給源
１４  真空排気装置
２１  Si層
２２  SiO2層
２３  金属層
２４  フォトレジストマスク
２５  接着剤層
２６  サポートガラス
３１  貫通ビア
３２  角部
【図１】
2010087233.tif 000003
【図２】
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【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
2010087233.tif 000006
【図３Ｃ】
2010087233.tif 000007
【図３Ｄ】
2010087233.tif 000008
【図４】
2010087233.tif 000009
【図５】
2010087233.tif 000010
【図６】
2010087233.tif 000011
【図７Ａ】
2010087233.tif 000012
【図７Ｂ】
2010087233.tif 000013
【図７Ｃ】
2010087233.tif 000014
【図７Ｄ】
2010087233.tif 000015