(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板の表面と裏面との間を貫通する貫通部が該基板の表面に照射されるエッチングプラズマによって形成されてなるＭＥＭＳデバイスの製造方法であって、
前記基板が載置されるステージの載置面に設けられた凹部と前記基板の裏面とによって囲まれる冷媒空間に冷却媒体としての不活性ガスを圧送しつつ、該冷媒空間における前記不活性ガスの圧力が目標値となるように該不活性ガスの供給量を調量し、
前記貫通部を形成する際に、
前記目標値に対する前記不活性ガスの調量の開始から所定時間を経過した後の調量中において前記不活性ガスの供給流量が増大したときに、前記エッチングプラズマのエネルギーと共に前記目標値を下げることで、
前記エッチングプラズマのエネルギーに応じて昇温される前記基板を該基板の裏面に対して圧送される前記不活性ガスによって冷却した後に、前記基板の裏面における前記不活性ガスの圧力を前記エッチングプラズマのエネルギーと共に下げる
ことを特徴とするＭＥＭＳデバイスの製造方法。
【請求項２】
請求項１に記載のＭＥＭＳデバイスの製造方法において、
前記冷媒空間への前記不活性ガスの供給流量を監視し、
前記目標値に対する前記不活性ガスの調量の開始から所定時間を経過した後の調量中において前記不活性ガスの供給流量の増大が検出されたときに、前記エッチングプラズマのエネルギーと共に前記目標値を下げる
ことを特徴とするＭＥＭＳデバイスの製造方法。
【請求項３】
請求項１又は２に記載のＭＥＭＳデバイスの製造方法において、
前記エッチングプラズマに含まれるエッチャントの量を監視し、
前記不活性ガスの圧力を前記エッチングプラズマのエネルギーと共に下げた後に前記エッチャントの量の増大が検出されたときに前記エッチングプラズマの供給を終了する
ことを特徴とするＭＥＭＳデバイスの製造方法。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれか１項に記載のＭＥＭＳデバイスの製造方法において、
前記基板の裏面における前記不活性ガスの圧力と前記エッチングプラズマのエネルギー
とを共に下げる際に、前記基板における表面側と裏面側との差圧を「０」にする
ことを特徴とするＭＥＭＳデバイスの製造方法。
【請求項５】
基板の表面と裏面との間を貫通する貫通部が該基板の表面に照射されるエッチングプラズマによって形成されてなるＭＥＭＳデバイスの製造装置であって、
前記基板の表面にエッチングプラズマを照射するエッチングプラズマ照射部と、
前記基板の裏面に対して冷却媒体としての不活性ガスを圧送する基板冷却部と、
前記エッチングプラズマのエネルギーに応じて昇温される前記基板を該基板の裏面に対して圧送される冷却媒体としての不活性ガスによって冷却した後に、前記基板の裏面における前記不活性ガスの圧力を前記エッチングプラズマのエネルギーと共に下げる態様で、前記エッチングプラズマ照射部と前記基板冷却部とを制御する制御部とを備え、
前記基板冷却部は、
前記基板が載置されるステージの載置面に設けられた凹部と前記基板の裏面とによって囲まれる冷媒空間に前記不活性ガスを圧送しつつ、該冷媒空間における前記不活性ガスの圧力が目標値となるように該不活性ガスの供給流量を調量する調量部を備え、
前記制御部は、
前記目標値に対する前記不活性ガスの調量の開始から所定時間を経過した後の調量中において前記不活性ガスの供給流量が増大したときに、前記エッチングプラズマのエネルギーと共に前記目標値を下げることで、前記基板を前記不活性ガスによって冷却した後に、前記不活性ガスの圧力を前記エッチングプラズマのエネルギーと共に下げる
ことを特徴とするＭＥＭＳデバイスの製造装置。
【請求項６】
請求項５に記載のＭＥＭＳデバイスの製造装置において、
前記冷媒空間への前記不活性ガスの供給流量を監視する不活性ガス供給流量監視部を更に備え、
前記制御部は、
前記目標値に対する前記不活性ガスの調量の開始から所定時間を経過した後の調量中において前記不活性ガス供給流量監視部により前記不活性ガスの供給流量の増大が検出されたときに、前記エッチングプラズマのエネルギーと共に前記目標値を下げる
ことを特徴とするＭＥＭＳデバイスの製造装置。
【請求項７】
請求項６に記載のＭＥＭＳデバイスの製造装置において、
前記基板がエッチングされるエッチング速度を前記エッチングプラズマのエネルギーに対応付けて記憶する記憶部を更に備え、
前記制御部は、
前記不活性ガス供給流量監視部で前記不活性ガスの供給流量の増大が検出されたときに、その検出以前に用いられた前記エッチングプラズマのエネルギーに対応するエッチング速度と、該検出の後に用いられる前記エッチングプラズマのエネルギーに対応するエッチング速度とを前記記憶部から抽出し、
該検出の後に実施するエッチングの処理時間をｔとし、前記貫通部を前記基板に形成するために必要とされる総エッチング量をＡｐとし、同検出以前におけるエッチング速度と該エッチング速度で実施された処理時間とに基づいて前記制御部にて演算される該検出以前のエッチング量をＡａとするとき、
ｔ＝（Ａｐ−Ａａ）／ｖに基づいて該処理時間を決定する
ことを特徴とするＭＥＭＳデバイスの製造装置。
（  ここで、Ａｐは貫通部を形成するために必要とされる総エッチング量であり、Ａａは検出以前におけるエッチング速度と該エッチング速度で実施された処理時間とに基づいて前記制御部にて演算される該検出以前のエッチング量であり、ｖは該検出の後におけるエッチング速度である。）
【請求項８】
請求項５〜７のいずれか１項に記載のＭＥＭＳデバイスの製造装置において、
前記エッチングプラズマに含まれるエッチャントの量を監視するエッチャント量監視部を更に備え、
前記制御部は、
前記不活性ガスの圧力を前記エッチングプラズマのエネルギーと共に下げた後に前記エッチャント量監視部により前記エッチャントの量の増大が検出されたときにドライエッチング処理を終了する
ことを特徴とするＭＥＭＳデバイスの製造装置。
【請求項９】
請求項５〜８のいずれか１項に記載のＭＥＭＳデバイスの製造装置において、
前記基板冷却部は、
前記基板を載置する第１のステージと、
前記第１のステージを載置する第２のステージとを備え、
前記第１のステージは、複数の基板の各々に対応付けられた複数のステージであり、
前記第２のステージは、複数の第１のステージに共通する１つのステージである
ことを特徴とするＭＥＭＳデバイスの製造装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、ＭＥＭＳデバイスの製造方法、特に、基板の一方の面にヘリウムガス等の不活性ガスを供給して該基板を冷却しつつ、同基板の他方の面にエッチングを施して同基板に貫通部を形成する方法、及びこうしたＭＥＭＳデバイスの製造方法を実施するＭＥＭＳデバイスの製造装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、各種デバイスにおけるその搭載スペースの制約等から、こうしたデバイスを構成する素子等を高密度に集積する技術が望まれている。このような集積技術の中でも、センサやアクチュエータ等の機械要素部品と電気回路とが単一の半導体基板、ガラス基板、あるいは有機材料から構成される基板上に集積化した微小電気機械素子、いわゆるＭＥＭＳの技術開発が盛んに行われている。こうしたＭＥＭＳデバイスの製造に際しては、その構成材料である半導体基板やガラス基板等の基板そのもののパターニングのために、反応性のガス、イオン、あるいはラジカル等からなるプラズマを用いたドライエッチングが多用されている。
【０００３】
このようなドライエッチングにおいては、上記反応性のガス、イオン、あるいはラジカル等が被エッチング材料をエッチングするエッチャントとして機能し、このエッチャントと被エッチング材料との化学反応を利用したエッチングが行われることになる。ここで言う化学反応とは、被エッチング材料である上記半導体基板に対して、エッチングプラズマに含まれるエッチャントとなる粒子、さらには同エッチングプラズマに含まれる電子等が衝突することで進行するものである。そのため、半導体基板の特にエッチング面にはそれが曝されるエッチングプラズマのエネルギーが与え続けられ、半導体基板の特にエッチング面の温度はこうしたエッチングの進行とともに上昇し続けることになる。
【０００４】
ここで、化学反応を利用して進行するドライエッチングの速度とは、エッチングの対象である基板の温度、すなわち反応温度に対して依存することが知られており、例えば上記半導体基板の構成材料によっては、その温度が上昇する程、エッチング速度が上昇することも周知である。そのため、上述のようにエッチングの対象である基板の温度がエッチングによって上昇し続けるものであれば、これに起因して基板そのものが熱的に変形することは当然のことながら、エッチング量にばらつきが生じてしまい、ひいては、所望とする形状のデバイスが得られ難くなってしまう。そこで、例えば特許文献１に記載のように、基板のエッチング面とは反対側の面、つまり裏面に冷却媒体としてヘリウムガス等の不活性ガスを一定の圧力で供給し、これにより基板の熱を奪うことで該基板を冷却し、その温度が一定に保たれるようにしている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００３−１３３２８６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ところで、機械要素と電子回路とが高密度に集積された構造からなるＭＥＭＳでは、該ＭＥＭＳの備える各種要素を形成する、あるいはこれら各種要素を互いに分離するために、ＭＥＭＳを構成する基板の厚さ方向へ多数の貫通孔や貫通溝が形成されている。これら貫通孔や貫通溝が基板の主面に占める割合は、各種要素の高集積化が進行するにつれて大きくなり、基板の総面積の５０％程度を占めることも少なくない。ＭＥＭＳの有するこう
した貫通部とは一般に、半導体基板に埋め込まれた酸化膜、あるいは窒化膜等をエッチングすることにより形成されるものであって、その形成に際しても上記ドライエッチングが広く用いられている。
【０００７】
一方、こうした基板のドライエッチング時には、該基板の温度を一定に保つ目的でその裏面に不活性ガスが供給され、貫通孔の形成領域におけるエッチングが完了して基板の表面と裏面とが貫通部によって貫通するまで、こうした不活性ガスの供給が続けられる。つまり、多数の貫通部が近接して設けられるというドライエッチングの完了時にも、このような貫通部により機械的に脆弱化した基板に対し、上記のような不活性ガスが供給されることとなる。その結果、上記基板の裏面に供給された不活性ガスの圧力が貫通部間の非貫通領域に作用すると、その圧力に耐え得るだけの剛性を有していない微細な非貫通領域において亀裂が生じることになる。また、上記貫通部が近接して且つ連続に設けられているとなれば、複数の非貫通領域に渡って上記亀裂生じてしまい、ひいては、ＭＥＭＳデバイスの製造に係る歩留りを悪化させることにもなる。
【０００８】
こうして基板に生じる亀裂を抑制する方法の１つとしては、ドライエッチング時に基板がエッチングされる速度、すなわちエッチング速度を低下させることが挙げられる。エッチング速度を低下させることとなれば、基板の表面に衝突する単位時間あたりのエッチャントの量を減少させること、つまりエッチングプラズマから基板の表面に単位時間あたりに加えられるエネルギー量を低減させることが可能となる。そして単位時間あたりの基板の受熱量も低減されることから、基板の裏面に供給する不活性ガスの圧力も必然的に低いもので足りることとなる。それゆえに、上記貫通部が形成された後であってもこれら貫通部の間の非貫通領域が機械的に耐え得る程度の大きさまでに不活性ガスの圧力が低減されることとなれば、上記亀裂の発生を抑制することが可能となる。しかしながらこの方法では、非貫通領域の機械的な剛性に合わせてエッチング速度を低下させるようにする必要があるために、貫通部の形成にかかる時間が長期化することになり、結局のところ、基板に生じる亀裂を抑制できるとはいえ、ＭＥＭＳデバイスの生産性を悪化させることになる。
【０００９】
この発明は、上記実情に鑑みてなされたものであり、その目的は、基板の厚さ方向への貫通部の形成に際し、その形成に要する時間の長期化を抑えつつ、該基板に亀裂が生じることを抑制可能なＭＥＭＳデバイスの製造方法、及びこのＭＥＭＳデバイスの製造方法を実施する装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
以下、上記課題を解決するための手段及びその作用効果について記載する。
請求項１に記載の発明は、基板の表面と裏面との間を貫通する貫通部が該基板の表面に照射されるエッチングプラズマによって形成されてなるＭＥＭＳデバイスの製造方法であって、前記基板が載置されるステージの載置面に設けられた凹部と前記基板の裏面とによって囲まれる冷媒空間に冷却媒体としての不活性ガスを圧送しつつ、該冷媒空間における前記不活性ガスの圧力が目標値となるように該不活性ガスの供給量を調量し、前記貫通部を形成する際に、前記目標値に対する前記不活性ガスの調量の開始から所定時間を経過した後の調量中において前記不活性ガスの供給流量が増大したときに、前記エッチングプラズマのエネルギーと共に前記目標値を下げることで、前記エッチングプラズマのエネルギーに応じて昇温される前記基板を該基板の裏面に対して圧送される前記不活性ガスによって冷却した後に、前記基板の裏面における前記不活性ガスの圧力を前記エッチングプラズマのエネルギーと共に下げることをその要旨とする。
【００１１】
請求項５に記載の発明は、基板の表面と裏面との間を貫通する貫通部が該基板の表面に照射されるエッチングプラズマによって形成されてなるＭＥＭＳデバイスの製造装置であって、前記基板の表面にエッチングプラズマを照射するエッチングプラズマ照射部と、前記基板の裏面に対して冷却媒体としての不活性ガスを圧送する基板冷却部と、前記エッチングプラズマのエネルギーに応じて昇温される前記基板を該基板の裏面に対して圧送される冷却媒体としての不活性ガスによって冷却した後に、前記基板の裏面における前記不活性ガスの圧力を前記エッチングプラズマのエネルギーと共に下げる態様で、前記エッチングプラズマ照射部と前記基板冷却部とを制御する制御部とを備え、前記基板冷却部は、前記基板が載置されるステージの載置面に設けられた凹部と前記基板の裏面とによって囲まれる冷媒空間に前記不活性ガスを圧送しつつ、該冷媒空間における前記不活性ガスの圧力
が目標値となるように該不活性ガスの供給流量を調量する調量部を備え、前記制御部は、前記目標値に対する前記不活性ガスの調量の開始から所定時間を経過した後の調量中において前記不活性ガスの供給流量が増大したときに、前記エッチングプラズマのエネルギーと共に前記目標値を下げることで、前記基板を前記不活性ガスによって冷却した後に、前記不活性ガスの圧力を前記エッチングプラズマのエネルギーと共に下げることをその要旨とする。
【００１２】
上記方法及び構成では、基板にドライエッチング処理を施してその厚さ方向に貫通する貫通部を形成するに際し、その途中で、エッチングプラズマのエネルギーを低下させてドライエッチング処理にかかる基板のエッチング速度を低下させ、且つ、基板の裏面における不活性ガスの圧力を低減させるようにしている。このため、エッチングの進行に従って貫通部の深さが深くなることにより該基板の機械的な剛性が低下するものの、この剛性が低下するにつれてエッチングプラズマのエネルギー、より正確には、プラズマから基板へ供給されて基板において熱に変換されるエネルギーによる基板の昇温が抑えられる。これに伴い、基板の裏面における不活性ガスの圧力、すなわち基板に与える応力が低減され、貫通部と他の貫通部との間の非貫通領域に亀裂が生じることを抑制できるようになる。
【００１３】
また、こうして不活性ガスの圧力を低下させるとともに、エッチングプラズマのエネルギーを低下させることから、上記不活性ガスによる基板の冷却効率が低下しても、基板の加熱による影響、例えば、基板間での温度ばらつきに起因するエッチングばらつきや、ドライエッチング処理に際して用いられる各種パターニングの焦げ付き等の抑制が可能ともなる。さらに、こうして上記貫通部の形成途中で基板のエッチング速度を低下されているとはいえ、それ以前にはより高いエッチング速度でのエッチングを行っていることから、貫通部の全体を形成することに要する時間の長期化を抑制可能ともなる。
【００１６】
基板の表面に形成される貫通部はドライエッチングの進行によってその深さが深くなるほど、基板の剛性は低下するようになる。そして基板の剛性が低下するにつれて、該基板の裏面に供給される不活性ガスの圧力の分布等に応じて基板が撓むようになり、以下のような理由によって不活性ガスの供給流量が増大されることになる。
【００１７】
例えば、このように基板に撓みが生じると、基板とこれが載置されるステージとにより形成される冷媒空間、つまり上記不活性ガスが供給される冷媒空間の容積が大きくなる。そして不活性ガスの供給される冷媒空間の容積が拡大されると、その冷媒空間における不活性ガスの圧力を目標値に保つために、不活性ガスの供給流量が増大されることとなる。
【００１８】
またこの他、こうした冷媒空間を構成する基板の裏面とステージの凹部との位置の整合性も上述する基板の撓みによって低くなり、載置面に設けられた凹部と基板の裏面との位置ずれによって、本来ならば冷媒空間に収容されるべきである不活性ガスの一部が該冷媒空間から漏れ出すことにもなる。そして冷媒空間から漏れ出す不活性ガスを補填するため
に、不活性ガスの供給流量が増大されることとなる。
【００１９】
さらには、ドライエッチングの進行のばらつきによって貫通部の一部のみが先行して貫通する場合には、冷媒空間に収容されるべきである不活性ガスが冷媒空間から該一部を通して漏れ出すことにもなる。そして冷媒空間から漏れ出す不活性ガスを補填するために、不活性ガスの供給流量が増大されることとなる。
【００２０】
以上、このように基板に撓みが生じると、冷媒空間に供給する不活性ガスの供給流量が増大されることとなり、その供給流量の増大から、基板の撓みの発生、すなわち基板の剛性低下を検出することができる。
【００２１】
そこで、上記請求項１に記載のＭＥＭＳデバイスの製造方法、及び請求項５に記載のＭＥＭＳデバイス製造装置によるように、基板の裏面に供給される不活性ガスの量が増大したときに、ドライエッチングの速度を低下させて且つ、不活性ガスの圧力を低減することとすれば、ドライエッチングの進行による剛性低下に起因して基板が撓んだときに、該基板をエッチング面側に押す力を低減させることができる。つまり、こうした撓みによる変形によって基板にかかる力を抑制し、ひいては、基板に亀裂が生じることを抑制することができるようにもなる。
【００２２】
なお、上記請求項１に記載のＭＥＭＳデバイスの製造方法、及び請求項５に記載のＭＥＭＳデバイスの製造装置では、不活性ガスの調量の開始から所定時間を経過した後の調量中において該不活性ガスの供給流量が増大したときに、エッチングプラズマのエネルギーと共に目標値を下げるようにしている。上述するように不活性ガス供給流量の増大と基板の剛性低下との相関によれば、基板に亀裂が生じ得る直前のタイミングを不活性ガス供給流量が増大するタイミングとして検出することが可能である。ただし、通常、不活性ガスの調量の開始直後、つまり、基板冷却の開始直後は、エッチングプラズマによる基板の急激な温度変化に起因して、上記冷媒空間の容積が変動しやすい。そのため、不活性ガスの調量の開始直後には、冷媒空間の容積変動に伴って、不活性ガスの供給流量も増減することになる。それゆえに基板に亀裂が生じ得る直前のタイミングを不活性ガス供給流量の増大に基づいて検出するべく基板冷却の開始直後から不活性ガス供給流量を計測することになれば、上述するような急激な温度変化の生じるタイミングが基板に亀裂が生じ得る直前のタイミングとして検出されてしまう。そして基板冷却の開始直後のタイミングでエッチングプラズマのエネルギーが下げられるため、貫通部を形成するために多大な時間を要してしまうことが懸念される。これに対して、上記請求項１，５に記載の発明によるように、不活性ガスの調量の開始から所定時間が経過した後の不活性ガス供給流量の増大を基板の剛性低下による不活性ガス供給流量の増大とすれば、上記所定期間内にその他の要因に
よって引き起こされる不活性ガス供給流量の増大を、基板の剛性低下に起因する不活性ガス供給流量の増大として誤検出することが回避できるようになる。
【００２３】
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載のＭＥＭＳデバイスの製造方法において、前記冷媒空間への前記不活性ガスの供給流量を監視し、前記目標値に対する前記不活性ガスの調量の開始から所定時間を経過した後の調量中において前記不活性ガスの供給流量の増大が検出されたときに、前記エッチングプラズマのエネルギーと共に前記目標値を下げることをその要旨とする。
【００２４】
請求項６に記載の発明は、請求項５に記載のＭＥＭＳデバイスの製造装置において、前記冷媒空間への前記不活性ガスの供給流量を監視する不活性ガス供給流量監視部を更に備え、前記制御部は、前記目標値に対する前記不活性ガスの調量の開始から所定時間を経過した後の調量中において前記不活性ガス供給流量監視部により前記不活性ガスの供給流量の増大が検出されたときに、前記エッチングプラズマのエネルギーと共に前記目標値を下げることをその要旨とする。
【００２５】
上記方法及び構成によれば、基板の裏面に供給される不活性ガスの流量を監視して、該供給流量の増大が検出されたときに、ドライエッチングの速度を低下させ、且つ、基板の裏面における不活性ガスの圧力を低下させるようにしている。そのため、基板の剛性低下を検出するとともに、これに応じて不活性ガスの圧力を低下させることができる。これにより、基板の剛性が低下する直前まで、エッチング速度を低下させることなくドライエッチング処理を実施することで、貫通部の形成に要する時間が長期化することをより確実に抑制しつつ、それ以降のドライエッチング処理を、基板にかかる圧力がより小さい状態で実施することで、貫通部の形成に際して基板に亀裂が生じることを抑制できる。
【００２６】
なお、上記請求項２に記載のＭＥＭＳデバイスの製造方法、及び請求項６に記載のＭＥＭＳデバイスの製造装置においても、上記請求項２，７に記載の発明同様、不活性ガスの調量の開始から所定時間を経過した後の調量中において、不活性ガスの供給流量の増大を検出するようにしているため、上記所定期間内にその他の要因によって引き起される不活性ガスの供給流量の増大を、上記基板の剛性低下に起因する不活性ガスの供給流量の増大として誤検出することが回避できるようになる。
【００２７】
請求項３に記載の発明は、請求項１又は２に記載のＭＥＭＳデバイスの製造方法において、前記エッチングプラズマに含まれるエッチャントの量を監視し、前記不活性ガスの圧力を前記エッチングプラズマのエネルギーと共に下げた後に前記エッチャントの量の増大が検出されたときに前記エッチングプラズマの供給を終了することをその要旨とする。
【００２８】
請求項８に記載の発明は、請求項５〜７のいずれか１項に記載のＭＥＭＳデバイスの製造装置において、前記エッチングプラズマに含まれるエッチャントの量を監視するエッチャント量監視部を更に備え、前記制御部は、前記不活性ガスの圧力を前記エッチングプラズマのエネルギーと共に下げた後に前記エッチャント量監視部により前記エッチャントの量の増大が検出されたときにドライエッチング処理を終了することをその要旨とする。
【００２９】
ドライエッチング処理とは、反応ガスに含まれる分子、イオン、あるいはラジカル等のエッチングプラズマと、被エッチング材料である基板等の構成材料、例えばケイ素、二酸化ケイ素、あるいは窒化ケイ素等々との化学反応によりエッチングを行うものである。そのため、基板に貫通部を形成する目的でドライエッチング処理を施した場合、貫通部の形成が完了すると、エッチング対象となる基板の構成材料が存在しなくなることから、エッチングプラズマの消費量が大幅に小さくなる。つまり、貫通部の形成開始時からその終了までに渡り、上記エッチングプラズマの量を監視していれば、貫通部の形成終了に対応したエッチングプラズマの増大を検出することができる。
【００３０】
そこで、上記請求項３に記載のＭＥＭＳデバイスの製造方法、及び請求項８に記載のＭＥＭＳデバイスの製造装置のように、エッチングプラズマの量の増大が検出されたことを契機に、貫通部形成のためのドライエッチング処理を終了することとすれば、貫通部を確実に形成しつつ、過剰なドライエッチング処理による基板への影響がほとんどない状態とすることが可能ともなる。
【００３１】
請求項４に記載の発明は、請求項１〜３のいずれか１項に記載のＭＥＭＳデバイスの製造方法において、前記基板の裏面における前記不活性ガスの圧力と前記エッチングプラズマのエネルギーとを共に下げる際に、前記基板における表面側と裏面側との差圧を「０」にすることをその要旨とする。
【００３２】
上記方法によるように、基板における表面側と裏面側との差圧を「０」とすれば、基板をそのエッチング面側に押す力を該基板から除去することができ、基板に生じる亀裂をより確実に抑制できるようになる。
【００３３】
請求項７に記載の発明は、請求項６に記載のＭＥＭＳデバイスの製造装置において、前記基板がエッチングされるエッチング速度を前記エッチングプラズマのエネルギーに対応付けて記憶する記憶部を更に備え、前記制御部は、前記不活性ガス供給流量監視部で前記不活性ガスの供給流量の増大が検出されたときに、その検出以前に用いられた前記エッチングプラズマのエネルギーに対応するエッチング速度と、該検出の後に用いられる前記エッチングプラズマのエネルギーに対応するエッチング速度とを前記記憶部から抽出し、該検出の後に実施するエッチングの処理時間をｔとし、前記貫通部を前記基板に形成するために必要とされる総エッチング量をＡｐとし、同検出以前におけるエッチング速度と該エッチング速度で実施された処理時間とに基づいて前記制御部にて演算される該検出以前のエッチング量をＡａとするとき、ｔ＝（Ａｐ−Ａａ）／ｖに基づいて該処理時間を決定することをその要旨とする。
【００３４】
上記構成によるように、不活性ガスの供給流量の増大が検出に際して、総エッチング量から該検出以前のエッチング量を減算した値、つまり貫通部となる領域における残膜の厚さを測定し、これに応じて残りのドライエッチング時間を設定すれば、上記貫通部の形成が完了するまでに渡りドライエッチングの進行度合いを監視し続けることなく、エッチング時間を設定するという簡便な処理のみによって、基板に対する過剰なエッチング処理を抑制しつつ、貫通部を形成することができる。
【００３５】
請求項９に記載の発明は、請求項５〜８に記載のＭＥＭＳデバイスの製造装置において、前記基板冷却部は、前記基板を載置する第１のステージと、前記第１のステージを載置する第２のステージとを備え、前記第１のステージは、複数の基板の各々に対応付けられた複数のステージであり、前記第２のステージは、複数の第１のステージに共通する１つのステージであることをその要旨とする。
【００３６】
基板に貫通部が形成されると、上記ドライエッチングに際して誘起されるプラズマや、このプラズマによって励起された各種ガスが貫通部を通じてステージの載置面に流入する。こうして載置面に流入したプラズマ、あるいは励起ガスには、各種物質と反応性の高いイオンやラジカル等が含まれており、これがステージの構成材料とも反応し、ステージが腐食されることになる。このようにステージが腐食されることになると、以下のようにしてステージの機能が損なわれ、最終的にはステージを交換せざるを得ないことになる。例えば基板の貫通部を通してステージの載置面が直接プラズマに曝されることになると、ステージの載置面の一部においてエッチングが進行してしまい、該載置面における平坦性が損なわれてしまい、載置面において基板の位置ズレが発生しやすくなる。またステージを介して基板にバイアス電位が印加されるというエッチングの態様であれば、基板に対するプラズマのエネルギーが基板の貫通部を通して直接ステージに伝わりやすくなり、ステージの載置面において異常放電が発生しやすくもなる。
【００３７】
特に、エッチングプラズマを照射する期間において基板に対するエッチングプラズマのエネルギーを変更することになれば、以下の理由から、こうしたステージの損傷が顕著なものとなる。つまり基板に対するエッチングプラズマのエネルギーを変更することになれば、エッチングプラズマのエネルギーが変更されるたびに、基板におけるエッチング量が変動することになる。貫通部を確実に形成する上では、貫通部の形成に必要とされるエッチング量よりも大きいエッチング量でエッチングを実施する、いわゆるオーバーエッチングが一般に行われる。エッチングの処理期間において上記のようにエッチング量が変動することになれば、その変動を補償するために、上記オーバーエッチング量も当然ながら大
きくする必要がある。そのため、基板に対するエッチングプラズマのエネルギーを変更することになれば、こうしたオーバーエッチング量が大きくなることとなり、貫通部を通して基板の裏面にプラズマが流入するという機会も必然的に多くなる。
【００３８】
この点、上記構成によるように、第１のステージと共々上記基板を第２のステージ上に載置することとすれば、基板に貫通部が形成され、これを通じて上記プラズマや励起ガス等が基板の裏面側へと流入したとしても、これらプラズマや励起ガスが第１のステージと反応して該第１のステージ上で消費される。つまり、貫通部から流入した上記プラズマや励起ガスによる第２のステージの腐食を回避できるようになる。
【図面の簡単な説明】
【００３９】
【図１】本実施の形態に係るＭＥＭＳデバイスの製造方法におけるドライエッチング処理を実施するＭＥＭＳデバイス製造装置の概略構成を示す概略構成図。
【図２】ＭＥＭＳデバイスの製造装置に対するヘリウムガスの供給流量と、該ＭＥＭＳデバイスの製造装置においてドライエッチング処理が開始されてからの経過時間との関係を示すグラフ。
【発明を実施するための形態】
【００４０】
以下、本発明に係るＭＥＭＳデバイスの製造方法を具現化した一実施の形態について、図１、図２を参照して説明する。
図１は、本実施の形態に係るＭＥＭＳデバイスの製造方法における１工程である、イオンやラジカル等を含む反応性の気体を用いたドライエッチング処理を実施して、処理対象となる基板に例えば貫通部を形成するＭＥＭＳデバイス製造装置の概略構成を示している。同図１に示されるように、デバイス製造装置を構成する真空チャンバは、有蓋多段円筒状を呈するチャンバ本体１０を有し、このチャンバ本体１０の周壁は、それの大径部となる第１円筒部１１と、この第１円筒部１１に積載されて且つ、該第１円筒部１１よりも縮径された第２円筒部１２とから構成されている。このチャンバ本体１０における第１円筒部１１の下面開口部には円環状の底板１３が取付けられており、また、第２円筒部１２の上面開口部にはこれを封止する天板１４が取付けられている。そして、上記第１円筒部１１の周壁には、これを貫通する孔に連結されるとともに、ターボ分子ポンプ等からなる真空排気部１６を備える排気管１５が設けられている。
【００４１】
上記底板１３の開口には、この外周に渡り設けられた絶縁部材１３ａを介して、該開口を封止するようにこれも円筒状に形成された基板ステージ２１が、上記第１円筒部１１にて囲繞された空間である基板ステージ室１１ａに収容されるかたちで設けられている。この基板ステージ２１は、上記底板１３の開口側の面とは反対側の面に凹設された凹部２１ａを有するとともに、この凹部２１ａの底面と当該基板ステージ２１の底板側の面とに開口するヘリウムガス流路２１ｂを有している。
【００４２】
こうした基板ステージ２１上には、これよりも小さく、且つ上記凹部２１ａよりも大きい直径を有して形成され、ドライエッチング処理の対象である基板Ｓの載置されるトレイ２２が、上記凹部２１ａを封止する態様で設けられている。このトレイ２２は、例えばアルミニウム等の金属で形成されるとともに、基板Ｓの載置面に凹設された凹部２２ａと、該凹部２２ａの底面と上記基板ステージ２１の凹部２１ａとに開口する複数のヘリウムガス流路２２ｂとを有している。なお、該トレイ２２とは、基板ステージ２１上に取り外し、及び再取り付け可能に配設されており、その上面に複数の基板Ｓが１枚ずつ載置されるものである。また、該トレイ２２は、基板Ｓに対するドライエッチング処理を複数回繰り返す間に、基板Ｓに形成した貫通部からトレイ２２側に漏れるプラズマ等によって腐食された場合には、新しいトレイ２２に交換可能なものでもある。つまり、単一の基板ステージ２１に対し複数のトレイが１つずつ配設されること、及び、これら複数のトレイ２２の
それぞれに対し複数の基板Ｓが１枚ずつ載置される。加えて、このトレイ２２の上部には、トレイ２２の上面に載置された基板Ｓの外周を該トレイ側に押圧してその位置を機械的に保持する金属製のメカニカルチャック２３が設けられている。
【００４３】
上記基板ステージ２１には基板電極２４が内設されており、該基板電極２４には、例えば１３．７５ＭＨｚの高周波電力を上記トレイ２２に載置された基板Ｓに供給する基板電極用高周波電源２５がコンデンサ２６を介して接続されている。なお、こうした基板電極２４は、その外周が、上記トレイ２２の外周よりも基板ステージ２１の中心側となる大きさ、且つ配置とされている。これにより、基板電極２４に印加された高周波電力が、上記基板Ｓの全体に印加され、かつ基板Ｓの外側、例えば基板ステージ２１とメカニカルチャック２３との間の空間等に印加されないようにしている。
【００４４】
上記基板ステージ２１が有するヘリウムガス流路２１ｂには、その上記底板１３側の開口において、当該ヘリウムガス流路２１ｂを介して上記凹部２１ａを真空引きすることの可能な真空ポンプ２７が接続されている。これらヘリウムガス流路２１ｂと真空ポンプ２７とを接続する配管には、不活性ガス、例えばヘリウムガス（Ｈｅ）を調量しつつこの配管に供給する流量調量部２８ａと、同配管中に供給されたヘリウムガスの圧力を検出する圧力計２８ｂとが更に接続されている。また、これら流量調量部２８ａと圧力計２８ｂとは共にヘリウムガス制御部２８ｃに電気的に接続されている。このヘリウムガス制御部２８ｃは、圧力計２８ｂにより検出されたヘリウムガスの圧力に対応する信号入力を受けて、これに基づき流量調量部２８ａにて設定されるべきヘリウムガスの流量、つまり基板Ｓと凹部２２ａとによって囲まれる空間の圧力が目標値になるようなヘリウムガスの流量を算出し、この算出値に応じた信号を流量調量部２８ａに出力する。
【００４５】
さらに、上記第２円筒部１２の周壁外側には、第２円筒部１２により区画されたプラズマ発生室１２ａにプラズマを発生させる高周波アンテナ３１が、第２円筒部１２の外周面に沿って二重に巻回されており、該高周波アンテナ３１には、これに高周波電圧を供給する高周波アンテナ用高周波電源３２が接続されている。また、高周波アンテナ３１の外周には、上段コイル４１Ｔ、中段コイル４１Ｍ、及び下段コイル４１Ｂからなる磁場コイル４１が設けられるとともに、これら磁場コイル４１は、上段コイル４１Ｔと中段コイル４１Ｍとの間に上記２重の高周波アンテナ３１の一方を挟む態様で、且つ、中段コイル４１Ｍと下段コイル４１Ｂとの間にその他方を挟む態様で、それぞれ配置されている。そして磁場コイル４１をなす上記３つのコイル４１Ｔ，４１Ｍ，４１Ｂのうち、上段コイル４１Ｔと下段コイル４１Ｂとには同一の向きで且つ同大の電流が供給されるとともに、中段コイル４１Ｍにはこれら上段及び下段コイル４１Ｔ，４１Ｂとは逆向きの電流が供給される。こうした各コイル４１Ｔ，４１Ｍ，４１Ｂへの電流の供給により、上記プラズマ発生室１２ａ内において中段コイル４１Ｍの近傍には、環状の磁気中性線が形成される。加えて、上記第２円筒部１２には、これにより区画されるプラズマ発生室１２ａ内の気相成分が含有する物質、例えば上記エッチングガスやこれに由来する励起種等を分析しつつ、その生成量を監視する監視部Ｍが接続されている。
【００４６】
上記天板１４におけるプラズマ発生室１２ａの側の面には、当該デバイス製造装置にて実施されるドライエッチング処理に用いられるイオン源、あるいはラジカル源等となる各種ガスをチャンバ本体１０に導入するガス導入口５１が設けられている。このガス導入口５１には、上記各種ガスの供給源であるガス供給部５２が、ガスの流入及び非流入を切り替える２つのバルブ５３，５５と、これらバルブ５３，５５の間に設けられて、上記各種ガスの流量を調量する流量調量部５４とを備えるガス流路５６を介して接続されている。
【００４７】
また、当該ＭＥＭＳデバイス製造装置には、上記圧力計２８ｂが検出したヘリウムガスの圧力に対応して該圧力計２８ｂから出力される信号、及び上記監視部Ｍにより検出され
たエッチャント量に対応して該監視部Ｍから出力される信号が入力される制御部６０が備えられている。この制御部６０は、これら入力信号に基づいて、当該ＭＥＭＳデバイス製造装置にて実施されるドライエッチング処理の条件を設定するものである。また、制御部６０は、記憶部６０ａを有しており、該記憶部６０ａには、予め実施された実験等に基づき、上記圧力計２８ｂの出力信号と、上記基板Ｓにおける貫通部の形成状況とに対応付けて設定された上記ドライエッチング処理の条件が記憶されている。つまり、制御部６０は、上記圧力計２８ｂ及び監視部Ｍから入力される信号に基づいて、記憶部６０ａに記憶された各種条件のいずれかを選択し、これに対応する出力信号を、上記基板電極用高周波電源２５、高周波アンテナ用高周波電源３２、及びガス流路５６等に出力することで、貫通孔の形成状況に応じたドライエッチング処理が当該ＭＥＭＳデバイス製造装置にて実施されるようにしている。
【００４８】
このようなＭＥＭＳデバイス製造装置では、基板Ｓのドライエッチング処理に際してはまず、処理対象となる基板Ｓが図示しない搬入口から真空チャンバ内に搬入されてトレイ２２上に載置されるとともに、メカニカルチャック２３により機械的に支持されてその位置が保持される。そして、上記プラズマ発生室１２ａ内には、例えば八フッ化プロパン（Ｃ３Ｆ８）や八フッ化シクロブタン（Ｃ４Ｆ８）等を供給する上記ガス供給部５２からのガスが、流量調量部５４にて所定の量に調量された状態で供給される。次いで、磁場コイル４１に電流が供給されると、こうしてエッチングガスが導入されたプラズマ発生室１２ａに環状磁気中性線、すなわち磁場が「０」となる領域が形成される。これに伴い、高周波アンテナ用高周波電源３２から高周波アンテナ３１に電力が供給されることにより、環状磁気中性線が形成された上記プラズマ発生室１２ａ内に電場が形成され、八フッ化プロパンや八フッ化シクロブタン等のエッチングガスに由来する放電プラズマが生成される。つまり、エッチングガスが放電プラズマ化されて励起種、例えばイオンやラジカル等が生成されることになる。その後、該基板Ｓが載置されたトレイ２２の下部に設けられている基板ステージ２１内の基板電極２４に、基板電極用高周波電源２５から所定の高周波電圧が印加される。これにより、上記エッチングガス由来の励起種が上記トレイ２２の上面に載置された基板Ｓのバイアス電圧により基板Ｓへと飛行することとなり、エッチャントとして該基板Ｓに入射してこれを所定の形状にエッチングする。すなわち、本実施の形態においては、上記チャンバ本体１０、該チャンバ本体１０にエッチングガスを導入するガス流路５６、磁場コイル４１、高周波アンテナ３１、及びこれに高周波電圧を印加する高周波アンテナ用高周波電源３２が、基板Ｓの表面にエッチングプラズマを照射するエッチングプラズマ照射部として機能するようになる。
【００４９】
ここで、エッチングガス由来の励起種が基板Ｓの表面に照射されると、エッチングプラズマのエネルギーが、そのプラズマを構成する粒子と基板表面との接触を通して、該プラズマのエネルギー量に応じた基板Ｓの熱量に変換されて基板Ｓを昇温させることとなる。基板Ｓから見たエッチングプラズマのプラズマ電位や基板Ｓに引き込まれるプラズマの密度など、このようなプラズマの特性値は上記エッチングプラズマのエネルギーの指標として取り扱うことが可能である。そしてエッチングプラズマのプラズマ電位や基板Ｓに引き込まれるプラズマの密度などという特性値は、高周波アンテナ３１に供給される電力量、磁場コイル４１に供給される電流量、及び基板電極２４に供給される電力量等によって増減させることが可能である。
【００５０】
例えば基板電極２４に供給される電力量が高くなると、基板Ｓから見たエッチングプラズマの電位が高くなるために、基板Ｓに向けて飛行する粒子の速度が高くなる。その結果、こうした粒子から基板Ｓに与えられる熱量も一般に大きくなる、すなわち基板Ｓに対するエッチングプラズマのエネルギーも高くなることとなる。一方、基板電極２４に供給される電力量が低くなると、基板Ｓから見たエッチングプラズマの電位が低くなるために、基板Ｓに向けて飛行する粒子の速度が低くなる。その結果、こうした粒子から基板Ｓに与
えられる熱量も一般に小さくなる、すなわち基板Ｓに対するエッチングプラズマのエネルギーも低くなることとなる。このように基板電極２４に供給される電力量が増減されると、基板Ｓに向けて飛行する粒子の速度が増減して、基板Ｓに対するエッチングプラズマのエネルギーが増減することとなる。なお、上記ドライエッチング処理に係る各種条件、つまり、エッチングガスの流量、磁場コイル４１に供給される電流値、高周波アンテナ３１に印加される高周波電力値、及び基板Ｓに印加される高周波電力値等は、上記制御部６０により選択された条件に基づいて設定されている。
【００５１】
また、こうしたドライエッチング処理時には、上記流量調量部２８ａから基板ステージ２１のヘリウムガス流路２１ｂにヘリウムガスが供給される。この供給されたヘリウムガスは、基板ステージ２１のヘリウムガス流路、同基板ステージ２１の凹部２１ａ、及びトレイ２２のヘリウムガス流路２２ｂを介してトレイ２２の凹部と基板Ｓとの間に形成される冷媒空間に供給される。つまり、この冷媒空間に貯留されるヘリウムガスによって上記基板Ｓの温度上昇が抑制されることで、その温度が一定に保たれるようになる。なおこのとき、冷媒空間に供給されるヘリウムガスの量は、冷媒空間内のヘリウムガスの圧力が所定の値、すなわち目標値となるように、上記ヘリウムガス制御部２８ｃにより制御されている。
【００５２】
詳細には、上記圧力計２８ｂにより検出された圧力に対応する出力信号が、ヘリウムガス制御部２８ｃに入力される。次いで、ヘリウムガス制御部２８ｃは、こうして入力された信号に基づき、流量調量部２８から供給すべきヘリウムガスの流量を算出し、これに対応する信号を出力する。そして、この出力信号に対応した流量のヘリウムガスが流量調量部２８ａから供給されるようになる。つまり、上記冷媒空間に供給されるヘリウムガスの流量は、上記目標値を満たすようにいわゆるフィードバック制御により調量されている。このように、本実施の形態においては、上記圧力計２８ｂが、ヘリウムガス制御部２８ｃによるヘリウムガスの調量中に、該ヘリウムガスの供給流量を監視する不活性ガス供給流量監視部として機能し、また、上記流量調量部２８ａが、冷却媒体としてのヘリウムガスを圧送する基板冷却部として機能する。加えて、これら圧力計２８ｂと流量調量部２８ａとが、冷媒空間におけるヘリウムガスの圧力が目標値となるようにその供給流量を調量する調量部として機能するようにもなる。なお、上記ヘリウムガスの供給流量とは、上記流量調量部２８ａから冷媒空間側に単位時間あたり、例えば１分間当たりに供給されるヘリウムガスの流量である。
【００５３】
加えて、こうしたドライエッチング処理の実施時には、上記チャンバ本体１０のプラズマ発生室１２ａ内の気相成分、換言すれば、エッチングガスや該エッチングガス由来の励起種、あるいはドライエッチング時に基板Ｓの構成材料とそのエッチャントとの反応による生成物等の混合物が、上記監視部Ｍに導入される。そして、この監視部Ｍにおいては、例えば発光分光分析により、該気相中に含まれる成分の分析が行われる。つまり、本実施の形態においては、該監視部Ｍが気相、換言すればエッチングプラズマに含まれるエッチャントの量を監視するエッチャント量監視部として機能するようになる。
【００５４】
ここで、ドライエッチングによる貫通部の形成に際しては、貫通部の形成開始からその終了に至るまで気相中に含まれるエッチャントが消費され続けることになる。そのため、ドライエッチングの実施条件が同一に維持されて、且つ基板Ｓがエッチングされている場合、気相におけるその含有量はエッチャントの生成量からエッチングにより消費される量が差し引かれた所定量で推移することになる。また、基板Ｓのエッチングによる生成物の量も同様に所定量にて推移することになる。一方、上記貫通部の形成が完了すると、これと同時にドライエッチング処理による上記エッチャントの消費反応、換言すれば基板Ｓのエッチング反応が生じなくなる。すなわち、貫通部の形成が完了することにより、上記気相中に含有されるエッチャントの増加と、エッチングによる生成物の減少とが検出される
。故に、こうしたエッチャントの増加や生成物の減少が監視部Ｍにおいて検出された時を、換言すれば、貫通部の形成が完了した時を、該貫通部を形成するためのドライエッチング処理の終了時とすることができる。このように、エッチングプラズマ、特にエッチャントの量の増大が上記監視部Ｍにより検出されるとともに、これに対応する信号が上記制御部６０に入力されることを契機に、該制御部６０にて貫通部形成のためのドライエッチング処理の終了を選択することとすれば、貫通部が確実に形成されつつも、過剰なドライエッチング処理による基板Ｓへの影響がほとんどない状態を実現することが可能になる。
【００５５】
上述のような基板Ｓに対するドライエッチング処理により、該基板Ｓに例えば貫通部が形成されると、ドライエッチング処理に際して誘起されるプラズマや、このプラズマ化された各種ガスが、貫通部を通じて基板ステージ２１の基板載置面に流入する。こうして基板載置面に流入したプラズマ化されたガスには、各種物質と反応性の高いイオンやラジカル等が含まれており、これが基板ステージ２１の構成材料とも反応し、基板ステージ２１が腐食されることになる。このように基板ステージ２１が腐食されることになると、以下のようにして基板ステージ２１の機能が損なわれ、最終的には基板ステージ２１を交換せざるを得ないことになる。
【００５６】
例えば基板Ｓの貫通部を通して基板ステージ２１の基板載置面が直接プラズマに曝されることになると、基板ステージ２１の基板載置面の一部においてエッチングが進行するために、該基板載置面における平坦性が損なわれてしまい、基板載置面において基板Ｓの位置ずれが発生しやすくなる。また基板ステージ２１を介して基板Ｓにバイアス電位が印加されるというエッチングの態様であれば、基板Ｓに対するプラズマのエネルギーが基板Ｓの貫通部を通して直接基板ステージ２１に伝わりやすくなり、基板ステージ２１の基板載置面において異常放電が発生しやすくもなる。
【００５７】
特に、エッチングプラズマを照射する期間において、例えば基板Ｓに対するエッチング処理の進行状況に応じて、あるいは、該基板Ｓが異なる形成材料からなる膜を含む多層膜からなり、ある形成材料からなる膜に対するエッチングから他種の形成材料からなる膜に対するエッチングへ移行する等により、基板Ｓに対するエッチングプラズマのエネルギーを変更することになれば、以下の理由から、こうした基板ステージ２１の損傷が顕著なものとなる。つまり基板Ｓに対するエッチングプラズマのエネルギーを変更することにより、エッチングプラズマのエネルギーが変更されるたびに、基板Ｓにおけるエッチング量が変動することになる。上記基板Ｓに貫通部を確実に形成する上では、貫通部の形成に必要とされるエッチング量よりも大きいエッチング量でエッチングを実施する、いわゆるオーバーエッチングが一般に行われる。エッチングの処理期間において上記のようにエッチング量が変動することになれば、同一基板面内におけるエッチング量のばらつきが大きくもなる。上記オーバーエッチングとは一般に、このように基板面内におけるばらつきを補償する目的で実施されるものであることから、上記ばらつきが大きくなると、これを補償するためのオーバーエッチングの量も当然のことながら大きくする必要がある。そのため、基板Ｓに対するエッチングプラズマのエネルギーを変更することになれば、こうしたオーバーエッチング量が大きくなることとなり、貫通部を通して基板Ｓの裏面にプラズマが流入するという機会も必然的に多くなる。
【００５８】
この点、本実施の形態によるように、トレイ２２と共々上記基板Ｓを基板ステージ２１上に載置することとすれば、基板Ｓに貫通部が形成され、これを通じて上記プラズマや励起ガス等がその裏面側へと流入したとしても、これらプラズマや励起ガスがトレイ２２と反応することによって該トレイ２２上で消費される。つまり、貫通部から流入した上記プラズマや励起ガスによる基板ステージ２１の腐食を回避できるようになる。
【００５９】
なお、上記基板ステージ２１上に載置されたトレイ２２には、その基板載置面側に開口
する凹部２２ａが設けられているため、トレイ２２の基板載置面と基板Ｓの裏面との間に形成される冷媒空間に供給されたヘリウムガスは、この凹部２２ａに貯留されるようになる。すなわち、こうした凹部２２ａが形成されている分だけ、基板Ｓの冷却に供されるヘリウムガスが増大されることから、その冷却効率も向上されるようになる。また、基板ステージ２１もそのトレイ載置面に開口する凹部２１ａを有していることから、同基板ステージ２１のヘリウムガス流路２１ｂから上記冷却空間へ供給されるヘリウムガスは、該凹部２２ａにも貯留されることになる。これにより、例えばドライエッチング処理による基板温度の上昇等により、冷媒空間が拡大される、つまり、基板Ｓがトレイ２２とは反対側に反るように変形したとしても、こうした冷媒空間の拡大に起因するヘリウムガスの圧力減少分に相当するヘリウムガスが、凹部２１ａに貯留されたヘリウムガスによって補填される。故に、基板ステージ２１に凹部２１ａが形成されておらず、上記基板Ｓの変形に伴うヘリウムガスの圧力減少分を、上記流量調量部２８ａからのヘリウム供給により補填する場合よりも、より迅速に対応することができ、基板Ｓの冷却効率の低下を抑制できるようになる。
【００６０】
上記ＭＥＭＳデバイス製造装置では、上述のような態様で基板Ｓドライエッチング処理が施されることにより、該基板Ｓのエッチング面とその反対側の面、換言すれば基板Ｓの上面と下面とに開口する貫通部が形成されることになる。また、このＭＥＭＳデバイス製造装置によって製造されるＭＥＭＳデバイスは一般に、機械要素と電子回路とが高密度に集積された構造をなすものである。そのため、これが備える各種要素を形成する、あるいはこれら各種要素を互いに分離するために、ＭＥＭＳデバイスを構成する基板Ｓにおける貫通部や貫通溝の面積がその５０％程度を占めることも少なくない。すなわち、基板Ｓには複数の貫通部が設けられるとともに、これら貫通部は互いに近接して設けられることになる。こうした貫通部は、予め基板Ｓ内に埋め込まれた二酸化ケイ素（ＳｉＯ２）等からなる絶縁膜の領域が、エッチャントによって削られることにより形成される。
【００６１】
ここで上述のように、基板Ｓのドライエッチング時には、該基板を冷却してその温度を一定に保つ目的でその裏面にヘリウムガスが供給される。この冷却ガスとしてのヘリウムガスの供給は、貫通部の形成領域である絶縁膜のエッチングが完了して基板の表面と裏面とが貫通部によって貫通するまで続けられる。つまり、多数の貫通部が近接して設けられるというドライエッチングの完了時にも、このような貫通部により機械的に脆弱化した基板Ｓに対し、ヘリウムガスが供給されることとなる。これにより、上記基板Ｓの裏面に供給されたヘリウムガスの圧力が貫通部間の非貫通領域に作用すると、その圧力に耐え得るだけの剛性を有していない微細な非貫通領域において亀裂が生じることになる。また、上記貫通部が近接して且つ連続に設けられているとなれば、複数の非貫通領域に渡って上記亀裂生じることにもなる。
【００６２】
そこで、本実施の形態においては、基板Ｓに対するドライエッチング処理、特に貫通部の形成処理の進行状況に応じて、基板Ｓの裏面と上記トレイ２２の凹部２２ａとにより形成される冷媒空間に供給するヘリウムガスの量を変更することにより、基板Ｓに亀裂が生じることを抑制するようにしている。より正確には、ドライエッチング処理の進行により低下する基板Ｓの剛性に応じて、上記冷媒空間へのヘリウムガス供給流量、換言すれば冷媒空間内におけるヘリウムガスの圧力を変更するようにしている。
【００６３】
次に、上記ＭＥＭＳデバイス製造装置にて実施されるドライエッチング処理、特に、基板Ｓに貫通部を形成するためのドライエッチング処理の条件、及び該条件にてドライエッチング処理を実施したときの上記冷媒空間へのヘリウムガスの供給流量の変化について、図２、及び表１〜表３を参照して詳述する。なお、ＭＥＭＳデバイス製造装置にて実施されるドライエッチング処理では、ａ．高速エッチング工程、ｂ．ヘリウムダンプ工程、ｃ．低速エッチング工程、これら３つの工程が順に実施される。表１〜表３はそれぞれ各工
程におけるエッチング条件についてその一例を示している。また図２は、ａ．高速エッチング工程におけるヘリウムガスの流量を示す図であり、基板Ｓに対するドライエッチング処理を開始したときからの経過時間と、上記冷媒空間に供給されるヘリウムガスの単位時間あたりの流量との関係を示している。
【００６４】
（ａ．高速エッチング工程）
まず制御部６０では、貫通部の形成を開始するために、これに応じたドライエッチングの条件が記憶部６０ａに記憶された条件の中から選択される。すなわち、表１に示される条件が選択され、当該ＭＥＭＳデバイス製造装置にて実施されるドライエッチング処理に係る条件が表１の条件に設定される。次いで、制御部６０は、これに応じた信号を上記ガス流路５６、基板電極用高周波電源２５、及び高周波アンテナ用高周波電源３２等に出力して高速エッチング工程を実行する。表１に示されるように、この貫通部形成を開始したときのドライエッチング処理は、ケイ素（Ｓｉ）からなる基板Ｓに予め埋め込まれた二酸化ケイ素の領域に対し、エッチングガスとして例えば八フッ化プロパン（Ｃ３Ｆ８）とアルゴン（Ａｒ）とを用いて以下の条件にて実施される。
【００６５】
【表１】
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こうした高速エッチング工程が開始される前では、トレイ２２に基板Ｓが載置されておらず、上記冷媒空間がプラズマ発生室１２ａに開放された状態、すなわち真空状態となっている。この初期状態からドライエッチング処理が開始されると、まずトレイ２２に基板Ｓがセットされ、該基板Ｓによって冷媒空間が閉塞される。そして冷媒空間の圧力が目標値の近傍へ昇圧される態様で、ヘリウムガスの調量が開始される。そのため、こうした高速エッチング工程が開始されるときには、同図２に示されるように、真空状態にあった冷媒空間の圧力を目標値の近傍にまで昇圧するべく、１０ｓｃｃｍを超えるといった極めて高い流量のヘリウムガスが冷媒空間へと供給されることとなる。そしてドライエッチング開始時に大流量のヘリウムガスが供給されると、つまり冷媒空間の圧力が目標値の近傍にまで昇圧されると、その後、冷媒空間における急激な圧力変動が抑えられつつ、該冷媒空間の圧力がさらに目標値に近付けられる態様で、ヘリウムガスの調量が実行される。
【００６６】
こうしたヘリウムガスの調量によって、タイミングＴ１、つまりドライエッチングの開始から３０秒が経過したときには、１０ｓｃｃｍを超えていた該供給流量が１．５ｓｃｃｍ程度にまで減少する。このような供給流量の減少は、エッチングの開始時におけるヘリウムガスの供給により、冷媒空間におけるヘリウムガスの圧力が目標値の近傍にまで到達したこと、それによるものである。なお、冷媒空間の圧力がこのように目標値の近傍に到達するまでは、ヘリウムガスによる基板Ｓの冷却作用が十分に発揮されていないために、基板Ｓの温度が急激に上昇することとなる。
【００６７】
次いでタイミングＴ１からタイミングＴ２まで、つまりタイミングＴ１から３５秒後（ドライエッチング開始時から６５秒後）までにかけては、ヘリウムガスの供給流量が徐々に増大し、１．５ｓｃｃｍから２ｓｃｃｍになる。このような供給流量の増大は、上記基板温度の急激な上昇に伴って基板Ｓが熱的に変形するためであると考えられる。例えば、基板Ｓが急激に熱変形するとなると、該基板Ｓが上記トレイ２２とは反対側に反るように変形し、これによって上記冷媒空間が拡大する場合がある。また基板Ｓが急激に熱変形するとなると、トレイ２２に対する基板Ｓの位置ずれも発生しやすくなり、基板Ｓとトレイ２２との間における密着性、つまり冷媒空間の封止性が低下する場合もある。そして、これら冷媒空間の拡大や冷媒空間の封止性の低下といった現象によってヘリウムガスの供給流量が一旦増大するものと考えられる。なお、ヘリウムガスの供給流量が一旦増大する期間では、冷媒空間の圧力が目標値の近傍にまで既に到達しているため、ヘリウムガスによる基板Ｓの冷却作用が十分に発揮されており、上記基板Ｓの温度上昇も徐々に抑えられることとなる。
【００６８】
続いて、こうした供給流量の増大もタイミングＴ２にて終了し、同タイミングＴ２からタイミングＴ３まで、つまり、タイミングＴ２から３０秒後（ドライエッチング開始時から９５秒後）までにかけては、ヘリウムガスの供給流量が徐々に減少する。しかもこのとき、タイミングＴ２では上記供給流量が２ｓｃｃｍ程度であり、タイミングＴ３における同供給流量が１．２ｓｃｃｍであることから、タイミングＴ１からタイミングＴ２までの供給流量の増加速度の絶対値よりも、タイミングＴ２からタイミングＴ３までの供給流量の減少速度の絶対値の方が大きい。このようにタイミングＴ２からＴ３での急激な減少は、基板温度の急激な熱変形がヘリウムガスの冷却作用によって抑えられ、上述のような基板Ｓの熱膨張による冷媒空間の拡大が収束し、冷媒空間の封止性が向上したためと考えられる。
【００６９】
そして、こうしたタイミングＴ２からタイミングＴ３までの急激な減少が終了すると、タイミングＴ３からタイミングＴ４、つまりタイミングＴ３から４３０秒後（ドライエッチングの開始時から５２５秒後）までヘリウムガスの供給流量が単調に減少する。しかも、この間は、上記供給流量が１．２ｓｃｃｍから０．３ｓｃｃｍまで減少するのみであり、すなわち、１秒間あたりの供給流量の減少速度の絶対値は、２．１×１０−３ｓｃｃｍ／ｓｅｃであり、上記タイミングＴ２からタイミングＴ３までの同供給流量の減少速度の絶対値である３．２×１０−２ｓｃｃｍ／ｓｅｃよりも十分に小さく、冷媒空間に供給されるヘリウムガスの供給流量は安定しているともいえる。これは、上記冷媒空間におけるヘリウムガスの圧力が大凡目標値となり、且つ基板Ｓの熱変形が収束したため、つまり、上記タイミングＴ１からタイミングＴ３までよりも冷媒空間の圧力が目標値に近づき、且つその冷媒空間のサイズや気密状態が維持されるようになったためと考えられる。
【００７０】
このように安定したヘリウムガスの供給が続くと、やがてタイミングＴ４にてヘリウムガス供給流量が増大し、０．３ｓｃｃｍから２．６ｓｃｃｍにまで上昇する。このような供給流量の急峻な増大が上記圧力計２８ｂにて検出され、これに応じた信号が上記制御部６０に入力されると、タイミングＴ５、すなわちドライエッチングの開始時から５３０秒後にてヘリウムガスの供給も含め、上記表１に示される条件でのドライエッチング処理が停止され、高速エッチング工程が終了する。ちなみに、上記タイミングＴ１からタイミングＴ２までの間では、１．５ｓｃｃｍから２ｓｃｃｍまでしか増大しておらず、しかもこのタイミングＴ１からタイミングＴ２までの経過時間が２５秒間であることから、その増加速度は、２．０×１０−２ｓｃｃｍ／ｓｅｃ程でしかない。これに対し、タイミングＴ４から強制的にドライエッチング処理が停止されるタイミングＴ５までのヘリウムガスの増加速度は２．３×１０−１ｓｃｃｍ／ｓｅｃであり、上記タイミングＴ１からタイミングＴ２までの増加速度の１０倍強であることが分かる。このような供給流量の増大は、上記基板Ｓの機械的な構造が以下のように変化するためであると考えられる。
【００７１】
すなわち、基板Ｓのエッチング面、換言すれば基板Ｓの表面に形成される貫通部の深さが深くなるほど、基板Ｓの剛性が低くなる。そして基板Ｓの剛性が低くなるにつれて、基板Ｓが破壊せずにもちこたえる最大応力である破壊応力も低下することになる。換言すれば冷媒空間の圧力がこの破壊応力近くになるまで基板の剛性が低下すると、基板Ｓはその裏面から表面に対して突出するかたちをなして撓むようになる。これに伴い、基板Ｓとこれが載置されるトレイ２２が有する凹部２２ａとにより形成される冷媒空間、つまり上記ヘリウムガスが供給される冷媒空間の容積が大きくなる。そしてヘリウムガスの供給される冷媒空間の容積が拡大されると、その冷媒空間におけるヘリウムガスの圧力を上述のような目標値に保つために、ヘリウムガスの供給流量が増大されることとなる。
【００７２】
他方、同一基板面内におけるドライエッチング処理の進行ばらつきによって基板面内の一部で貫通部が先行して貫通した場合、これもまた、本来ならば冷媒空間に収容されるべきであるヘリウムガスの一部が、上記貫通した部分を通して冷媒空間から漏れ出すことにもなる。そして、冷媒空間から漏れ出すヘリウムガスを補填するために、ヘリウムガスの供給流量が増大されることとなる。
【００７３】
このように、基板Ｓにおける貫通部の深さが深くなる場合であれ、基板Ｓの面内の一部に貫通部が形成される場合であれ、基板Ｓに作用するヘリウム圧力が基板Ｓの破壊応力に近くなると、冷媒空間に供給されるヘリウムガスの供給流量が急峻に増大することとなる。換言すれば、こうした冷媒空間へのヘリウムガスの供給流量の急峻な増大から、その時の基板Ｓの剛性が同基板Ｓに亀裂を発生させる臨界にあるか否かを検出する、つまり基板Ｓにおける亀裂発生の予兆を検出することができる。
【００７４】
なお、ここでいうヘリウムガスの供給流量の増大とは、上述のように１０−１ｓｃｃｍ／ｓｅｃ程度の増加速度を有し、しかも、その直前まで例えば上述のようなヘリウムガス供給流量の単調減少等、ヘリウムガス供給流量の安定化がみられたもの、つまりその変動速度が、１０−３ｓｃｃｍ／ｓｅｃ程度であるものを指している。また、上記タイミングＴ１からタイミングＴ４までのヘリウムガス供給流量の挙動は一例であって、例えば基板Ｓの熱膨張により該基板Ｓと上記トレイ２２の凹部２２ａとにより形成される冷媒空間が縮小される態様で変形することも考えられる。この場合、上記タイミングＴ１からタイミングＴ２までのヘリウムガスの供給流量の変化は、増加傾向ではなく減少傾向を有するものと考えられる。あるいは、上述のようにタイミングＴ１からタイミングＴ２までのヘリウムガスの供給流量の変化が増加傾向を有している場合であっても、この増加タイミングが１回ではなく、複数回ある場合も想定される。さらには、上記タイミングＴ３からタイミングＴ４にてみられた傾向、つまり、上記ヘリウムガスの供給流量の急峻な増大以前における、該ヘリウムガスの安定な挙動は、上記のような減少傾向を有するばかりでなく、増加傾向を有する場合も考えられる。
【００７５】
いずれにせよ、上記ヘリウムガスの供給流量の急峻な増大とは、ヘリウムガスの供給流量の安定な挙動に続くものであり、しかもそれ以前にみられる他の増大又は減少と比較して、その増加速度が１０倍程度となるものに限られる。
【００７６】
加えて、本実施の形態では、こうした高速エッチング工程の終了タイミングとなるヘリウムガスの供給流量の増大とは、ドライエッチング処理の開始と同時にヘリウムガスの調量が開始されてから所定時間が経過した後であって、該ヘリウムガスの調量が実施されている間に検出されたものに限られる。この所定時間とは、上述のような基板Ｓの温度上昇に起因する上記冷媒空間の拡大が収束するまでの時間や、同冷媒空間の封止性が継続的に向上する、若しくは継続的に安定するまでの時間として、つまり、ヘリウムガスの供給流量の様相（単位時間当たりの減少分等）が時間的に不変となるまでの時間として設定され
るものである。
【００７７】
例えば該所定時間とは、基板Ｓの構成材料と該基板Ｓの温度を昇温させるエッチングプラズマのエネルギーとによって定められる。これは、基板Ｓの構成材料が異なることにより基板Ｓの熱膨張係数が異なり、この違いによって基板Ｓの熱変形の度合い、換言すれば冷媒空間の拡大の程度や同冷媒空間の封止性の変動度合いも異なるためである。例えば、熱膨張係数が小さい材料からなる基板ほど、その温度上昇に伴う変形が小さいことから、これによって区画される冷媒空間の拡大の程度も小さくなる。他方、エッチングプラズマのエネルギーによって基板Ｓの昇温度合いが規定されることから、該基板Ｓの熱変形の度合いもエッチングプラズマのエネルギーによって規定される。こうした熱変形とは一般に、基板Ｓの昇温度合いが大きい程、つまり、エッチングプラズマのエネルギーが大きく変動する程、大きくなるものである。それゆえ、これら熱膨張係数及びエッチングプラズマのエネルギーにより規定される基板Ｓの熱変形の度合いに応じて上記所定時間が設定される。また、上記基板Ｓの熱膨張係数や昇温度合いによって規定される基板Ｓの熱変形の度合いが大きい程、上記冷媒空間に供給されるヘリウムガスの供給流量における増大及び減少が収束するまでに要する時間が長くなることから、該所定時間も長く設定される。
【００７８】
なお、本実施の形態においては、図２に示されるドライエッチング処理の開始から上記タイミングＴ３までの時間が上記所定時間として設定されている。また、このタイミングＴ３に至るまでの間は、例えば上記タイミングＴ１からタイミングＴ２間のようなヘリウムガス供給量の増大が圧力計２８ｂによって検出され、その出力信号が制御部６０に入力されたとしても、該制御部６０においては、貫通孔の形成が進行して基板Ｓの剛性が低下したとの判断がなされない。
【００７９】
このように本実施の形態においては、基板Ｓの剛性低下以外のその他の要因によってヘリウムガスの供給流量の増大が生じ得る期間を所定時間として設定し、該所定時間の経過後に検出されたヘリウムガスの供給流量の増大を上記基板Ｓの剛性低下に起因した増大とするようにしている。これにより、上記その他の要因によるヘリウムガス供給量の増大を、基板Ｓの剛性低下によるヘリウムガス供給量の増大、すなわち、高速エッチング工程の終了タイミングとして誤検出することが回避される。
【００８０】
（ｂ．ヘリウムダンプ工程）
図２に示されるタイミングＴ４でのヘリウムガス供給流量の増大が、上記圧力計２８ｂにて検出されると、この検出値に対応する出力信号が上記制御部６０に入力される。こうして信号が入力された制御部６０では、貫通部の形成が進行したことにより、基板Ｓの剛性が低下したと判断され、これに応じたドライエッチングの条件が記憶部６０ａに記憶された条件の中から選択される。すなわち、表２に示される条件が選択され、当該ＭＥＭＳデバイス製造装置にて実施されるドライエッチング処理に係る条件が、先の表１の条件から該表２の条件に変更される。次いで、制御部６０は、これに応じた信号を上記ガス流路５６、基板電極用高周波電源２５、及び高周波アンテナ用高周波電源３２等に出力してヘリウムダンプ工程を実行する。
【００８１】
【表２】
0005550883.tif 000003
上記表２に示されるように、ＭＥＭＳデバイス製造装置には、八フッ化プロパンのみからなるエッチングガスが導入されるものの、上記高周波アンテナ３１及び基板電極２４には高周波電圧が印加されない。そのため、この表２に示される条件が設定されている間は、上記基板Ｓのエッチング、換言すれば貫通部の形成は進行しない。つまり、エッチングプラズマが誘起されないため、上記監視部Ｍによっては、エッチングガス由来のエッチャントやエッチング反応による生成物等が検出されない。
【００８２】
また、同表２の条件への変更がなされると、上記冷媒空間に供給されるヘリウムガスの圧力を「０」とすべく、基板Ｓの裏面とトレイ２２が有する凹部２２ａとの間に充填されたヘリウムガス、及びトレイ２２のヘリウムガス流路２２ｂ、基板ステージ２１の凹部２１ａ、同基板ステージ２１のヘリウムガス流路２１ｂ内に充填されたヘリウムガスが、真空ポンプ２７により真空排気される。このとき、ヘリウムガスの調量を行う流量調量部２８ａにおいては、供給するヘリウムガスの流量が「０」に設定される。
【００８３】
このように、基板Ｓにおいて亀裂が発生すること、その予兆が検出されたときに、該基板Ｓの裏面に供給されるヘリウムガスの流量を「０」とする、つまりは表面側と裏面側との差圧を「０」、あるいは「０」に近い圧力とすることで、基板Ｓをその裏面からエッチング面である表面側に押す力を除去することができ、基板Ｓに生じる亀裂をより確実に抑制できるようになる。
【００８４】
（ｃ．低速エッチング工程）
このように、ヘリウムガスの排気処理が３０秒間実施された後、制御部６０では、これに応じたドライエッチングの条件が記憶部６０ａに記憶された条件の中から選択される。すなわち、表３に示される条件が選択され、当該ＭＥＭＳデバイス製造装置にて実施されるドライエッチング処理に係る条件が、先の表２の条件から該表３の条件に変更される。次いで、制御部６０は、これに応じた信号を上記ガス流路５６、基板電極用高周波電源２５、及び高周波アンテナ用高周波電源３２等に出力して低速エッチング工程を実行する。
【００８５】
【表３】
0005550883.tif 000004
上記表３に示されるように、ＭＥＭＳデバイス製造方法には、先の表２に示される条件と同様、八フッ化プロパンのみからなるエッチングガスが導入される。このエッチングガスは、先の表１に示される条件よりもその流量が低減されており、詳細には６２．５％とされる。また、先の表１に示される条件では、エッチングガスの総流量が１００ｓｃｃｍであるのに対し、上記表３に示される条件では、その１／４の２５ｓｃｃｍとされている。これに伴い、上記チャンバ本体１０内のガス圧である作動圧力も表１に示される条件の１／４である０．２５Ｐａとなる。また、高周波アンテナ３１及び基板電極２４に印加される電力も表１に示される条件から低減され、このうち高周波アンテナへの印加電力は５５％程度に、他方、基板電極２４への印加電力は１１％程度にまで低減される。さらに、冷却用のヘリウムガスの圧力は、先の表２に示される条件から引き続き「０」のままに維持される。
【００８６】
こうした表３の条件によりドライエッチング処理を実施することで、上記貫通部の形成が完了すると、上記監視部Ｍにより気相中、つまりエッチングプラズマに含有されるエッチャント量の増大が検出される。そして、この検出値に応じた信号が、監視部Ｍから上記制御部６０に出力されると、制御部６０にて当該エッチング処理の終了時であると判断される。こうしたドライエッチングの終了に応じた信号が、上記基板電極用高周波電源２５、高周波アンテナ用高周波電源３２、及びガス流路５６等に出力される。つまり、当該ＭＥＭＳにおけるドライエッチング処理が終了される。
【００８７】
ちなみに、表３に示されるエッチング時間は、先の表２に示されるドライエッチング条件から表３に示されるドライエッチング条件に変更されてから、監視部Ｍによるエッチャントの増大検出に伴って、制御部６０によりドライエッチング処理の終了が判断されるまでの時間である。
【００８８】
このように、基板Ｓにドライエッチング処理を施してその厚さ方向に貫通する貫通部を形成するに際し、その途中で、ドライエッチング処理にかかる基板のエッチング速度を、エッチングプラズマのエネルギーを低下させ、正確には、ドライエッチング時の作動圧力を低下させること、高周波アンテナ３１に印加される高周波電圧を低下させること、及び基板電極２４に印加される高周波電圧を低下させ、且つ、基板Ｓの裏面における冷却ガスとしてのヘリウムガスの圧力を低減させるようにしている。つまり、ドライエッチングの進行に従って貫通部の深さが深くなることにより該基板Ｓの機械的な剛性が低下するとはいえ、該基板Ｓの剛性低下とともにエッチングプラズマによる基板Ｓの昇温も抑制され、基板Ｓの裏面におけるヘリウムガスの圧力、すなわち基板Ｓに与える応力が低減されることとなる。故に、基板Ｓに形成された貫通部と他の貫通部との間の非貫通領域に亀裂が生じることを抑制できるようになる。
【００８９】
また、こうしてヘリウムガスの圧力を低下させるとともに、エッチングプラズマのエネルギーを低下させることから、上記ヘリウムガスによる基板の冷却効率が低下しても、基板Ｓの加熱による影響、例えば、当該ＭＥＭＳデバイス製造装置にて処理される複数の基板Ｓ間での温度ばらつきに起因するエッチングばらつきや、ドライエッチング処理に際して用いられる各種パターニングの焦げ付き等の抑制が可能ともなる。さらに、こうして上記貫通部の形成途中で基板のエッチング速度を低下されているとはいえ、それ以前にはより高いエッチング速度でのエッチングを行っていることから、貫通部の全体を形成することに要する時間の長期化を抑制可能ともなる。
【００９０】
しかも、本実施の形態においては、基板Ｓの裏面に供給されるヘリウムガスの量を上記圧力計２８ｂによって監視して、該供給流量の増大が検出されたときに、ドライエッチングの速度を低下させ、且つ、基板Ｓの裏面におけるヘリウムガスの圧力を低下させるようにしている。そのため、基板Ｓの剛性低下を検出するとともに、これに応じて不活性ガスの圧力を低下させることができる。これにより、基板Ｓの剛性が低下する直前まで、エッチング速度を低下させることなくドライエッチング処理を実施することで、貫通部の形成に要する時間が長期化することをより確実に抑制しつつ、それ以降のドライエッチング処理を、基板にかかる圧力がより小さい状態で実施することで、貫通部の形成に際して基板に亀裂が生じることを抑制できる。
［実施例］
以下、本発明に係るＭＥＭＳデバイスの製造方法について実施例、及び比較例に基づいて具体的に説明する。
【００９１】
６インチの直径を有する基板Ｓを用いて、該基板Ｓの表裏両面に開口する貫通部の面積が基板Ｓの表面の面積及び裏面の面積のそれぞれに占める割合が１０〜４０％であるＭＥＭＳデバイスを製造した。
【００９２】
このＭＥＭＳデバイスが有する貫通部を形成するに際しては、先の表１に示される条件にてドライエッチング処理を実施するとともに、上記圧力計２８ｂにて上記冷媒空間へのヘリウムガス供給流量の急峻な増大が検出されたときに、該ドライエッチング処理の条件を、表１に記載の条件から先の表２に記載の条件に変更した。この表１に記載の条件にてドライエッチング処理を実施したところ、総厚が２００μｍの基板Ｓにおいて貫通部の深さが１．５μｍとなった時点で、上記ヘリウムガスの急峻な増大が検出された。また、このように貫通部の深さが１．５μｍとなるまでに要した時間は、先の表１に記載のように８分５０秒間であることから、同表１に記載の条件におけるドライエッチング処理に係るエッチング速度は０．４μｍ／ｍｉｎである。
【００９３】
次いで、表２の条件にて、３０秒が経過した後、先の表３に示される条件にてドライエッチング処理を実施した。なお、この表３に示される条件でのドライエッチング処理の終了時期、すなわち、上記貫通部の形成が完了した時期は、上記監視部Ｍによりエッチングプラズマ中に含有されるエッチャントの量の増大が検出されたときとした。この表３に示される条件でのドライエッチング処理は４分１０秒間実施した。こうした表３に記載の条件では、基板Ｓにおける貫通部形成領域のうち上記表１の条件でのドライエッチング処理にてエッチングされずに残った厚さ分、つまり１．５μｍだけエッチングされたことから、該表３に記載の条件にて実施されたドライエッチング処理のエッチング速度は０．３５μｍ／ｍｉｎである。
【００９４】
こうして貫通部が形成されたＭＥＭＳデバイスには貫通部間の非貫通部に亀裂が生じていなかった。
［比較例１］
上記実施例と同一の基板Ｓを用いて、基板Ｓの表裏面の面積に占める貫通部の面積の割
合、及び該貫通部の形成パターンが同一であるＭＥＭＳデバイスを製造した。本比較例では、このＭＥＭＳデバイスが有する貫通部の形成に際し、その形成開始から形成完了までに渡り先の表１に記載の条件にてドライエッチング処理を実施した。上述したように、表１の条件にて実施されたドライエッチング処理のエッチング速度は０．４μｍ／ｍｉｎであることから、貫通部の形成開始からその完了までには１２分００秒間を要した。
【００９５】
このように、本比較例によれば、上記実施例よりも貫通部の形成までに要する時間が短くなるものの、基板Ｓに形成された貫通部間に存在する非貫通領域における亀裂の発生頻度が高くなり、上記条件にて貫通部を形成した基板Ｓ５枚のうち５枚に亀裂が生じた。
［比較例２］
上記実施例と同一の基板Ｓを用いて、基板Ｓの表裏面の面積に占める貫通部の面積の割合、及び該貫通部の形成パターンが同一であるＭＥＭＳデバイスを製造した。本比較例では、このＭＥＭＳデバイスが有する貫通部の形成に際し、その形成開始から形成完了までに渡り先の表３に記載の条件にてドライエッチング処理を実施した。上述したように、表３の条件にて実施されたドライエッチング処理のエッチング速度は０．３５μｍ／ｍｉｎであることから、貫通部の形成開始からその完了までには１３分３０秒間を要した。
【００９６】
このように、本比較例によれば、上記実施形態と同様に基板Ｓに形成された貫通部間に存在する非貫通領域には亀裂が生じないものの、貫通部の形成までには凡そ１．２５倍の時間を要した。
【００９７】
以上説明したように、本実施の形態に係るＭＥＭＳデバイスの製造方法によれば、以下に列挙する効果が得られるようになる。
（１）基板Ｓにドライエッチング処理を施してその厚さ方向に貫通する貫通部を形成するに際し、その途中で、ドライエッチング処理にかかる基板Ｓのエッチング速度をエッチングプラズマのエネルギー、つまり、該ドライエッチング処理時の作動圧力、高周波アンテナ３１に印加される高周波電圧、及び基板電極２４に印加される高周波電圧により低下させ、且つ、基板Ｓの裏面、より正確には、基板Ｓの裏面と該基板Ｓが載置されるトレイ２２の凹部２２ａとにより形成される冷媒空間におけるヘリウムガスの圧力を低減させるようにした。すなわち、ドライエッチング処理の進行に伴い貫通部の深さが深くなることに起因して該基板Ｓの機械的な剛性が低下するとはいえ、この剛性低下につれてエッチングプラズマによる基板の昇温が抑えるようにしていることから、基板Ｓの裏面におけるヘリウムガスの圧力、すなわち基板Ｓに与える応力を低減することができ、ひいては、貫通部と他の貫通部との間の非貫通領域に亀裂が生じることを抑制できるようになる。また、こうしてヘリウムガスの圧力を低下させるとともに、エッチングプラズマのエネルギーを低下させるようにしていることから、ヘリウムガスによる基板Ｓの冷却効率が低下しても、基板Ｓの加熱による影響、例えば、当該ＭＥＭＳデバイス装置にて処理される複数の基板間での温度ばらつきに起因するエッチングばらつきや、ドライエッチング処理に際して用いられる各種パターニングの焦げ付き等の抑制が可能ともなる。さらに、こうして上記貫通部の形成途中で基板Ｓのエッチング速度を低下されているとはいえ、それ以前にはより高いエッチング速度でのエッチングを行うこともでき、貫通部の全体を形成することに要する時間の長期化を抑制可能にもなる。
【００９８】
（２）基板Ｓの剛性低下以外のその他の要因によってヘリウムガスの供給流量の増大が生じ得る期間を所定時間として設定し、該所定時間の経過後に検出されたヘリウムガスの供給流量の増大を上記基板Ｓの剛性低下に起因した増大とするようにした。これにより、上記その他の要因によるヘリウムガス供給量の増大を、基板Ｓの剛性低下によるヘリウムガス供給量の増大、すなわち、高速エッチング工程の終了タイミングとして誤検出することが回避される。
【００９９】
（３）基板Ｓの裏面、正確には基板Ｓの裏面と該基板Ｓが載置されるトレイ２２の凹部２２ａとによって形成される冷媒空間に供給されるヘリウムガスの量を上記圧力計２８ｂによって監視して、ヘリウムガスの調量開始から所定期間を経過した後であって且つ、該調量の実施中にヘリウムガス供給流量の増大が検出されたときに、ドライエッチングの速度、詳細には、ドライエッチング処理時の作動圧力、高周波アンテナ３１に印加される高周波電圧、及び基板電極２４に印加される高周波電圧を低下させ、且つ、基板Ｓの裏面における、換言すれば上記冷媒空間内におけるヘリウムガスの圧力を低下させるようにした。そのため、ヘリウムガス供給流量の増大により基板Ｓの剛性低下を検出するとともに、これに応じてヘリウムガスの圧力を低下させることができ、基板Ｓの剛性が低下する直前までエッチング速度を低下させることなくドライエッチング処理を実施することができる。故に、貫通部の形成に要する時間が長期化することをより確実に抑制しつつ、それ以降のドライエッチング処理を、基板Ｓにかかる圧力がより小さい状態で実施することで、貫通部の形成に際して基板Ｓに亀裂が生じることを抑制できる。
【０１００】
（４）エッチングプラズマのエネルギーを低下させ、且つ、ヘリウムガスの圧力を低減させた後において、監視部Ｍによりエッチングプラズマの量、換言すれば当該ＭＥＭＳデバイス装置の気相中に含有されるエッチャントの量の増大が検出されたことを契機に、貫通部形成のためのドライエッチング処理を終了するようにした。これにより、該貫通部を確実に形成しつつ、過剰なドライエッチング処理による基板Ｓへの影響がほとんどない状態とすることが可能ともなる。
【０１０１】
（５）ヘリウムガス供給流量の増大に伴って該ヘリウムガスの供給流量、換言すれば上記冷媒空間におけるヘリウムガス圧力の目標値を低下させる際に、基板Ｓにおける表面側つまりエッチング面側と、裏面側つまりトレイ２２の凹部２２ａ側の面との差圧を「０」とするようにした。これにより、基板Ｓをそのエッチング面側に押す力を該基板Ｓから除去することができ、基板Ｓに生じる亀裂をより確実に抑制できるようになる。
【０１０２】
（６）処理対象である基板Ｓをトレイ２２に載置し、これと共々基板ステージ２１上に載置することとした。これにより、基板Ｓに貫通部が形成され、これを通じて上記エッチングプラズマや励起ガス等が基板Ｓの裏面側、換言すればトレイ側へと流入したとしても、これらエッチングプラズマや励起ガスがトレイ２２と反応して該トレイ２２上で消費される。つまり、基板Ｓの貫通部から流入したエッチングプラズマや励起ガスによる基板ステージ２１の腐食を回避できるようになる。
【０１０３】
なお、上記実施の形態は、以下のように適宜変更して実施することも可能である。
・エッチングガスとして、八フッ化プロパンを用いたが、基板Ｓをエッチング可能な他のガスを用いるようにしてもよい。
【０１０４】
・基板Ｓは、ケイ素を形成材料とする基板に、貫通部の形成領域として予め二酸化ケイ素の絶縁膜が埋め込まれたものを用いるようにした。これに限らず、例えば絶縁膜を窒化ケイ素とした基板、あるいは他の形成材料からなる基板に、貫通部の形成領域として絶縁膜を埋め込んだものでもよい。またあるいは、上記ケイ素を形成材料とする基板や他の材料からなる基板に、特に貫通部形成領域としての上記絶縁膜を設けていないものを用いるようにしてもよい。
【０１０５】
・高周波アンテナ３１は、第２円筒部の外周に二重に巻回されるようにしたが、これ以外の回数、例えば一重、三重、あるいは四重等に巻回された形状であってもよい。
・上記ＭＥＭＳデバイス製造装置は、磁場コイル４１を備えるようにしたが、該磁場コイル４１が設けられていなくともよい。また、同ＭＥＭＳデバイス製造装置では、高周波アンテナ３１が第２円筒部の外周面に巻回されるようにしたが、高周波アンテナ３１は、
上記チャンバ本体１０の天板１４におけるプラズマ発生室１２ａ側の面に、上記基板ステージ２１に内設された基板電極２４と対向するよう設けるようにしてもよく、さらに高周波アンテナ３１の形状をコイル状から平板状に変更する構成であってもよい。
【０１０６】
・基板ステージ２１のトレイ載置面、及びトレイ２２の基板載置面にはそれぞれ凹部２１ａ，２２ａを設けるようにしたが、これら凹部２１ａ，２２ａを設けなくともよい。ただし、これら凹部２１ａ，２２ａを設けることにより、ヘリウムガスによる基板の冷却効率が向上されることは上述の通りである。
【０１０７】
・高周波アンテナ３１に印加する高周波電圧、つまり、高周波アンテナ用高周波電源３２により規定される高周波電圧の周波数を１３．７５ＭＨｚとした。これに限らず、該周波数は他の周波数であってもよい。
【０１０８】
・冷媒空間に供給される冷却用のガスとしてヘリウムガスを用いるようにしたが、他の不活性ガス、例えばアルゴンガス、あるいは窒素ガス等を用いるようにしてもよい。
・基板ステージ２１上にトレイ２２を載置することなく、該基板ステージ２１上に直接基板Ｓを載置して、これにドライエッチング処理を施すようにしてもよい。ただし、基板ステージ２１上にトレイ２２を載置することにより、基板ステージ２１の腐食が回避できるようになることは上述の通りである。
【０１０９】
・また、基板ステージ２１上にトレイ２２を載置しない場合には、基板Ｓの載置位置を保持する手段として、上記メカニカルチャック２３でなく、静電チャックを用いることもできる。
【０１１０】
・参考例として、先の表１に示される条件にてドライエッチング処理を実行している間中、冷媒空間へのヘリウムガスの供給流量を監視するとともに、その増大が検出されたときにドライエッチング処理の条件を、表１の条件から表２の条件へと変更するようにした。これに限らず、予め実験等により、ドライエッチングの開始時から、基板Ｓに上記撓みが生じるまでに要する時間を測定しておき、ドライエッチングの開始時からこの時間だけ経過する以前に、エッチング条件を変更するようにしてもよい。これにより、
（７）基板Ｓの裏面に供給されるヘリウムガスの量が増大する以前に、ドライエッチングの速度を低下させて且つ、ヘリウムガスの圧力を低減することとすれば、ドライエッチングの進行による剛性低下に起因して基板Ｓがそのエッチング面側に撓む以前に、該基板Ｓをエッチング面側に押す力を低減させることができる。つまり、こうした撓みによる変形によって基板Ｓにかかる力を抑制し、ひいては、基板Ｓに亀裂が生じることを抑制することができるようにもなる。
【０１１１】
といった効果が得られるようになる。
・ドライエッチング条件を変更するに際し、先の表２に示される条件、すなわち、エッチングガスが導入されるものの、アンテナパワーとバイアスパワーとを共に「０」として基板Ｓのエッチングを行わない条件による処理過程を設けるようにした。これに限らず、同表２に示される条件を設定することなく、表１の条件から直接表３の条件に変更するようにしてもよい。ただし、表２に示される処理過程を設けることによって、基板Ｓの剛性低下が検出されたときにヘリウムガスを排気した後に、ドライエッチングを再開することで、表１の条件から直接表３の条件に変更する、つまり、ヘリウムガスの排気とドライエッチング条件の変更とを同時に行うよりも、基板Ｓに亀裂が生じる可能性を低下させることができる。
【０１１２】
・表２及び表３に示される条件におけるヘリウムガスの圧力は「０」に限らず、基板Ｓの剛性低下が検出される以前の条件、すなわち、表１に示される条件よりも小さい圧力と
すればよい。要は、貫通部が形成されつつある基板Ｓの剛性に応じて設定し、該基板Ｓに亀裂が生じない値とすればよい。
【０１１３】
・ドライエッチング処理の終了時期は、監視部Ｍにより、上記プラズマ発生室１２ａにおける気相中のエッチャントの含有量、あるいはドライエッチングによる生成物の量を監視し、この増大が検出されたときとするようにした。これに限らず、表３のドライエッチング条件によるエッチング時間を、該条件によるドライエッチング処理の開始時に、エッチングされていない基板Ｓの厚さと、該条件による単位時間あたりの基板Ｓのエッチング速度とから算出するようにしてもよい。
【０１１４】
例えば、上記基板Ｓがエッチングされるエッチング速度をエッチングプラズマのエネルギーに対応付けて、換言すれば、上記表１に示されるドライエッチング条件に対応するエッチング速度と、上記表３に示されるドライエッチング条件に対応するエッチング速度を上記制御部６０の記憶部６０ａに予め記憶させておく。次いで、制御部６０において、上記圧力計２８ｂにてヘリウムガスの供給流量の増大が検出されたときに、その検出以前に用いられたエッチングプラズマのエネルギー、つまり表１に記載の条件に対応するエッチング速度と、該検出の後に用いられるエッチングプラズマのエネルギー、つまり表３に記載の条件に対応するエッチング速度とが記憶部６０ａから抽出される。その後、表１に記載の条件に対応するエッチング速度とこのエッチング速度で実施された処理時間とに基づいて、上記ヘリウムガス供給流量の増大検出以前のエッチング量Ａａが算出される。
【０１１５】
ここで、基板Ｓの厚さにより規定される数値である、上記ヘリウムガス供給流量の急峻な増大検出の後に実施するエッチング、すなわち表３に記載の条件によるドライエッチング処理時間をｔ、また、貫通部を形成するために必要とされる総エッチング量をＡｐ、そして、同ヘリウムガス供給流量の増大検出の後におけるエッチング速度、すなわち表３に記載の条件に対応するエッチング速度をｖとするとき、ｔ＝（Ａｐ−Ａａ）／ｖ
に基づいて、該処理時間が決定されるようにする。
【０１１６】
これにより、
（８）ヘリウムガス供給流量の増大検出に際して、総エッチング量からこうした検出以前のエッチング量を減算した値、つまり貫通部となる領域における残膜の厚さを算出し、これに応じて残りのドライエッチング時間を設定すれば、上記貫通部の形成が完了するまでに渡りドライエッチングの進行度合いを監視し続けることなく、つまり、上記監視部Ｍによってエッチングプラズマ中のエッチャント等を監視し続けることなく、表３に記載の条件によるドライエッチング処理の開始時に、エッチング時間を設定するという簡便な処理のみによって、基板Ｓに対する過剰なエッチング処理を抑制しつつ、貫通部を形成することができる。
【０１１７】
といった効果が得られるようになる。
・所定時間が経過した後に、すなわち、先の図２に示されるドライエッチング処理の開始時からタイミングＴ３までの時間が経過した後に検出されるヘリウムガスの供給流量の増大を、上記基板Ｓの剛性低下のよる供給流量の増大として検出するようにした。これに限らず、例えば、基板Ｓの熱膨張係数や該基板Ｓに供給されるエッチングプラズマのエネルギーとから、基板Ｓに対するドライエッチング処理を開始した直後、すなわち、基板Ｓの冷却を開始した直後であっても、上記冷媒空間の拡大や、該空間の封止性の低下が生じ難いと考えられる場合には、上記所定時間を設けなくともよい。
【符号の説明】
【０１１８】
１０…チャンバ本体、１１…第１円筒部、１１ａ…基板ステージ室、１２…第２円筒部、１２ａ…プラズマ発生室、１３…底板、１３ａ…絶縁部材、１４…天板、１５…排気管
、１６…真空排気部、２１…基板ステージ、２１ａ…凹部、２１ｂ…ヘリウムガス流路、２２…トレイ、２２ａ…凹部、２２ｂ…ヘリウムガス流路、２３…メカニカルチャック、２４…基板電極、２５…基板電極用高周波電源、２６…コンデンサ、２７…真空ポンプ、２８ａ…流量調量部、２８ｂ…圧力計、２８ｃ…ヘリウムガス制御部、３１…高周波アンテナ、３２…高周波アンテナ用高周波電源、４１…磁場コイル、４１Ｔ…上段コイル、４１Ｍ…中段コイル、４１Ｂ…下段コイル、５１…ガス導入部、５２…ガス供給部、５３，５５…バルブ、５４…流量調量部、５６…ガス流路、６０…制御部、６０ａ…記憶部、Ｍ…監視部。
【図１】
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【図２】
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