(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板上にマスクパターンを形成し、バイアス電力５００〜１０００Ｗの条件で、プラズマエッチングによりホール又はトレンチを形成する際に、ホール又はトレンチの底部周囲にマイクロトレンチを形成し、このマイクロトレンチの底面が基板の底面と同じレベルになるまでエッチングするか又は基板が割れない程度の衝撃によりマイクロトレンチ部分の底面が抜けるレベルになるまでエッチングすることにより、基板に貫通孔を形成することを特徴とする貫通孔形成方法。
【請求項２】
前記基板として、その上に積層膜が設けられている基板を用いることを特徴とする請求項１記載の貫通孔形成方法。
【請求項３】
前記プラズマエッチングにおいて、エッチングガスとして、Ｃ４Ｆ８を用いることを特徴とする請求項１又は２記載の貫通孔形成方法。
【請求項４】
前記基板がトレイ上に載置された状態でエッチングされ、基板に貫通孔を形成することを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の貫通孔形成方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、貫通孔形成方法に関し、特にプラズマエッチングにより基板にホール又はトレンチ等の貫通孔を形成する方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、エッチングにより半導体装置を作製する工程において、エッチングガスのプラズマを発生させ、このプラズマの作用によってエッチングを行うプラズマエッチング方法が多用されている。この場合、基板上に形成された層間絶縁膜をＣＦ４／Ａｒエッチングガスを用い、バイアス電力をかけてプラズマエッチングして配線溝を形成すると、その層間絶縁膜の底部が山形状になり、裾部分が削られたマイクロトレンチ（微小凹部）形状が発生してしまうという問題がある（例えば、特許文献１参照。）。このようなマイクロトレンチが形成されるのは、チャージアップによるイオンの回り込みに起因するものと考えられる。
【０００３】
近年、例えばＮＥＭＳ、ＭＥＭＳ（センサ、アクチェータ、振動子、発信機、ウエハレベルパッケジング）、半導体実装（パッケージング）などの技術分野で、基板や多層膜の形成された基板に貫通孔を設けることが求められている。しかし、プラズマエッチングの場合、複数の貫通孔を形成する時に、処理対象物上の位置により、エッチングレートが速かったり遅かったりすると、レートの速い場所ではオーバーエッチングが生じる。そのため、貫通孔を形成するためには、レートの遅い場所のエッチングを継続しなければならない。その結果、基板を載置する基板支持ステージの表面がダメージを受け、ダメージが進むと、基板ステージを交換しなければならないという問題がある。
【０００４】
シリコン半導体基板に貫通するトレンチを一括して形成するエッチング方法が知られている（例えば、特許文献２参照）。この場合、複数枚のシリコン半導体基板に対し、アルカリエッチング溶液を用いて湿式エッチングを行っている。
【０００５】
また、インプリント用モールドであって、そのモールドの凹凸状のパターンにマイクロトレンチ（微小凹部）が形成されているインプリント用モールドが知られている（例えば、特許文献３参照）。この場合、ＩＰＣドライエッチング装置を用いたＳｉドライエッチングにて、レジストパターンをマスクにして、Ｓｉ基板を所定の深さにエッチングし、レジストパターンを剥離処理して、Ｓｉ基板の凹部の底の裾部部分にマイクロトレンチを形成している。このマイクロトレンチは、インプリントの際に、インプリント用モールドとレジストとの間に取り込まれる気体に起因するレジストパターンの欠陥を低減させるために設けられているに過ぎない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００２−２８９５７７号公報（段落０００４）
【特許文献２】特開２００８−４１６７６号公報（特許請求の範囲）
【特許文献３】特開２００７−４２７１５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明の課題は、上述の従来技術の問題点を解決することにあり、プラズマエッチングにより基板にホールやトレンチを形成する際に、底部の周囲部分にマイクロトレンチ（サブトレンチ）を形成することにより、簡便に、基板に貫通孔を形成する方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の貫通孔形成方法は、基板上にマスクパターンを形成し、バイアス電力５００〜１０００Ｗの条件で、プラズマエッチングによりホール又はトレンチを形成する際に、ホール又はトレンチの底部周囲にマイクロトレンチを形成し、このマイクロトレンチの底面が基板の底面と同じレベルになるまでエッチングするか又は基板が割れない程度の衝撃によりマイクロトレンチ部分の底面が抜けるレベルになるまでエッチングすることにより、基板に貫通孔を形成することを特徴とする。
【０００９】
バイアス電圧が５００Ｗ未満であると、マイクロトレンチが発生し難く、バイアス電圧が１０００Ｗを超えると、エッチングが進みすぎて基板支持ステージにダメージを与えてしまう。
【００１０】
従来、配線溝の底部に形成され、リーク電流の原因となるマイクロトレンチを抑制するために、エッチングプロセスを高圧化し、また、バイアス電圧を下げることで対応していたが、本発明によれば、このマイクロトレンチを利用して貫通孔を形成することが可能になった。
【００１１】
前記基板として、その上に積層膜が設けられている基板を用いることを特徴とする。
【００１３】
前記プラズマエッチングにおいて、エッチングガスとして、Ｃ４Ｆ８を用いることを特徴とする。
【００１４】
前記基板がトレイ上に載置された状態でエッチングされ、基板に貫通孔を形成することを特徴とする。
【００１５】
トレイ上に基板を載置してエッチングを行うことにより、貫通孔の形成された基板を載置したトレイ自体を真空チャンバーの外へ搬出し、そこでエッチング残を回収できるので、チャンバーのメンテナンス上も好ましいと共に、基板ステージの表面のダメージを回避することができる。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、簡便に、基板に貫通孔を形成することができるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明で用いるエッチング装置の一構成例を示す構成図。
【図２】本発明による貫通孔の形成を説明するためのフロー図。
【図３】実施例１によるエッチングの結果を示すＳＥＭ写真であり、（ａ）は比較例の結果、（ｂ）は実施例の結果。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
本発明に係る貫通孔形成方法の実施の形態によれば、所定のマスクパターンが形成されている基板をトレイ（例えば、Ａｌ製のトレイ）上に置き、このトレイをエッチング用の真空チャンバー内に載置して、バイアス電力５００〜１０００Ｗ、好ましくは５００〜８５０Ｗの条件で、プラズマエッチングによりホール又はトレンチを形成する際に、エッチングガスとして、Ｃ４Ｆ８（乃至はＣｘＦｙ、ＣｘＨｙＦｚガス等）を用い、ホール又はトレンチの底部周囲に、すなわち底部のエッチング残（例えば、山形状のエッチング残）の裾部分に、マイクロトレンチを、このマイクロトレンチの底面が基板の底面と同じレベルになるまでエッチングするか又は基板が割れない程度の衝撃によりマイクロトレンチ部分の底面が壊れてエッチング残が抜けるレベルになるまでエッチングして形成することにより、基板に貫通孔を形成することができる。
【００１９】
本発明で用いるトレイは、エッチングされにくい材質からなっていることが好ましく、例えば、Ａｌ、ＳＵＳ、Ｆｅ、セラミック材、シリコン等、また、条件によっては炭素が挙げられる。基板は、トレイ上に載置され、通常の方法である静電チャックやメカチャックにより固定される。この実施の形態ではトレイを用いて説明するが、トレイの代わりに合成樹脂製のシート等を用いてもよい。
【００２０】
積層膜が設けられている基板に対しても、上記と同様にして積層膜と基板とに貫通孔を形成することができる。基板としては、例えば、ＳｉＯ２、ガラス、樹脂（好ましくは合成樹脂）、Ｌｏｗ−Ｋ材、強誘電体材料（例えば、ＰＺＴ、ＬｉＮｂＯ３、ＬｉＴａＯ３）、場合によってはシリコン等からなる基板を用いることができ、また、積層膜としては、一層でも複数層でも良く、例えば、ＳｉＯ２等からなる層間絶縁膜や、ＳｉＯ２以外の複数の絶縁膜層で構成される多層膜、メタルと絶縁膜層とからなる多層膜等を用いることができる。
【００２１】
マスクパターンは、公知のマスク材料を用いて公知のフォトリソグラフィ法で形成でき、貫通孔を形成するホール又はトレンチの配置に合わせて形成する。
【００２２】
所定のバイアス電力をかけて基板をプラズマエッチングしてホール又はトレンチを形成すると、基板の底部、すなわちホールやトレンチの底部が、例えば山形状になり、裾部分が削られたマイクロトレンチ（微小凹部）形状が発生する。本発明では、このマイクロトレンチの底面が基板の底面と同じレベルになるまでエッチングするか、又は基板が割れない程度の衝撃によりマイクロトレンチ部分の底面が壊れ、ホールやトレンチの底部の山形状部分が簡単に抜けるレベルになるまで、例えば、厚さ１．０μｍ程度までエッチングすることにより、山形状部分を簡単に抜くことができ、貫通孔が形成される。
【００２３】
特に、基板をトレイ上に置いてエッチング処理すると、マイクロトレンチの底面が基板の底面と同じレベルになるまでエッチングされていれば、真空チャンバーからトレイを搬出してチャンバー外で基板をトレイから外すことにより、トレイ上にエッチング残の山形状部分が残り、貫通孔が形成される。また、基板が割れない程度の衝撃によりマイクロトレンチ部分の底面が壊れるレベルになるまでエッチングされていれば、真空チャンバーから搬出したトレイに対して軽い衝撃を与えて山形状部分を抜くことができる。トレイを用いることにより、真空チャンバーのメンテナンス上も好ましいと共に、基板を直接基板ステージ上に載置することによる基板ステージ表面のダメージを回避することができる。山形状部分を廃棄したトレイを再度利用でき、トレイのエッチングダメージが大きくなったら、新しいトレイに換えれば良い。
【００２４】
本発明による貫通孔形成方法を実施するためのドライエッチング装置としては、公知のドライエッチング装置(特開２００２−３４３７７５号公報等に記載された装置)であれば良く、例えば、放電プラズマ(ＮＬＤプラズマ)を用いるＮＬＤプラズマエッチング装置を挙げることができる。
【００２５】
図１を参照し、本発明で用いるエッチング装置について説明する。このエッチング装置１０１は、磁場ゼロを含む領域に発生させた放電プラズマ(ＮＬＤプラズマ)を用いるものであり、ドライポンプ又はロータリーポンプやターボ分子ポンプ等の真空排気手段１０２を設けた真空チャンバー１０３を有する。
【００２６】
真空チャンバー１０３は、石英等の誘電体製の円筒状側壁１０４を有する上部のプラズマ発生室１０５と下部の基板処理室１０６とから構成されている。円筒状側壁１０４の外側には、三つの磁場コイル１０７ａ、１０７ｂ及び１０７ｃが所定の間隔を置いて設けられ、磁場発生手段を構成する。三つの磁場コイル１０７ａ、１０７ｂ及び１０７ｃは、その外側を上下から囲むように高透磁率材料製のヨーク部材（図示せず）に取付けられている。この場合、上側及び下側の各磁場コイル１０７ａ及び１０７ｃには、同方向の電流を流し、中間の磁場コイル１０７ｂには逆向きの電流を流すようにしている。これにより、中間の磁場コイル１０７ｂのレベル付近で円筒状側壁１０４の内側に連続した磁場ゼロの位置ができ、環状磁気中性線１０８が形成される。
【００２７】
環状磁気中性線の大きさは、上側及び下側の各磁場コイル１０７ａ及び１０７ｃに流す電流と中間の磁場コイル１０７ｂに流す電流との比を変えることで適宜設定でき、環状磁気中性線１０８の上下方向の位置は、上側及び下側の各磁場コイル１０７ａ及び１０７ｃに流す電流の比によって適宜設定できる。また、中間の磁場コイル１０７ｂに流す電流を増していくと、環状磁気中性線１０８の径は小さくなり、同時に磁場ゼロの位置での磁場の勾配も緩やかになってゆく。中間の磁場コイル１０７ｂと円筒状側壁１０４との間には、高周波電場発生用のアンテナコイル１０９が設けられ、このアンテナコイル１０９は第１高周波電源１１０に接続され、磁場発生手段を構成する。そして、三つの磁場コイル１０７ａ、１０７ｂ及び１０７ｃによって真空チャンバー１０３の上部に形成された環状磁気中性線１０８に沿って交番磁場を加え、この磁気中性線に放電プラズマ（ＮＬＤプラズマ）を発生させるように構成されている。
【００２８】
基板処理室１０６内には、環状磁気中性線１０８の作る面に対向して、基板Ｓが載置される基板ステージである断面円形の基板電極１１１が絶縁体部材（図示せず）を介して設けられている。この基板電極１１１は、コンデンサ１１２を介して第２高周波電源１１３に接続され、電位的に浮遊電極となって負のバイアス電位となるように構成されている。
【００２９】
また、プラズマ発生室１０５の上部に設けられた天板１１４は、絶縁体部材（図示せず）を介して円筒状側壁１０４の上部フランジに密封固着され、電位的に浮遊状態の対向電極として機能する。この天板の内面には、真空チャンバー１０３内にエッチングガスを導入するガス導入手段１１５が設けられ、このガス導入手段１１５は、ガス流量制御手段(図示せず)を介してガス源に接続されている。この天板１１４に、第１高周波電源１１０から可変コンデンサを介してアンテナコイル１０９へ至る給電路の途中から分岐してコンデンサを介して高周波電力が印加されるようにし、この対向電極に自己バイアスを発生するように構成されていても良い。
【００３０】
上記基板電極１１１上には、プロセスガスのフローやプラズマを基板Ｓ表面に向けるために、基板Ｓを囲むフォーカスリング（電極押さえ部材）１１６が設けられている。このフォーカスリング１１６は、通常石英から構成されているが、石英から発生する酸素のために、本発明のエッチングを行うと、マスクとしてのレジストパターンがダメージを受け、マスクの選択比が完全でなくなり、レジストの消耗が生じる。そのために、上記エッチング方法を実施する際には、Ａｌ２Ｏ３、ＡｌＮ又はＹ２Ｏ３から作製されたフォーカスリング、又は石英表面上にＡｌ２Ｏ３、ＡｌＮ又はＹ２Ｏ３からなる溶射膜、ＣＶＤ膜又はスパッタ膜を設けたフォーカスリングを用いて、エッチングプロセス中のレジストの消耗を防止している。
【００３１】
上記Ａｌ２Ｏ３、ＡｌＮ及びＹ２Ｏ３からなる溶射膜、ＣＶＤ膜及びスパッタ膜は、石英表面に十分に密着して形成されることが必要であり、例えばフォーカスリングの全表面に対して公知の溶射法、ＣＶＤ法又はスパッタリング法で形成することができる。この膜厚は、１００〜３００μｍ程度であれば、本発明のエッチング中に膜剥離が生じることもない。
【００３２】
上記溶射法による膜は、公知の方法、例えば特開２００３−１６６０４３号公報記載の方法等で形成でき、特に制限されるものではない。例えば、公知の減圧プラズマ溶射法等のプラズマ溶射法に従って、所定の温度で、密着性の良い緻密な溶射膜を所定の膜厚で形成することができる。
【００３３】
上記ＣＶＤ法による膜は、公知の方法、例えば、イットリア膜の場合、前駆体材料としてＹ(Ｃ１１Ｈ１９Ｏ２)３、キャリアガスとして窒素(１０ｓｃｃｍ)、希釈ガスとしてＯ２(５００〜１０００ｓｃｃｍ)を用い、基板温度４００〜５００℃、チャンバー圧力１３３〜１３３０Ｐａの条件で、基板全表面に密着性の良い緻密なイットリア膜を所定の膜厚で形成することができる。
【００３４】
上記スパッタ法による膜は、公知の方法、例えばイットリア膜の場合、基板ホルダー上に基板を載置した後、真空ポンプによって高真空状態まで排気し、ガス導入孔からアルゴンガスを６．７×１０−２Ｐａの圧力まで導入し、その後、ＲＦ電源を起動して高周波電圧を発生させ、イットリア膜形成用ターゲットに１．０ｋＷのＲＦスパッタ電力を投入し、磁気回路によって基板表面に平行磁場を形成しながらＲＦマグネトロンスパッタを行い、基板全表面に密着性の良い緻密なイットリア膜を所定の膜厚で形成することができる。マグネトロンスパッタ中は、基板加熱用ヒータを用い、基板の温度を２７０℃程度に保つことが好ましい。
【００３５】
上記のように構成されたエッチング装置１０１を用い、上記したエッチングガスを真空チャンバー内に導入し、所定のバイアス電力を印加して基板をエッチングすることによって、貫通孔の形成が可能となる。
【００３６】
次に、図１に示すエッチング装置を用いて行う、本発明に係る貫通孔の形成方法の実施の形態について説明する。
【００３７】
プラズマ発生用高周波電源の電力を１０００〜３０００Ｗ、基板バイアス高周波電源(１２．５６ＭＨｚ)の電力を５００〜１０００Ｗの条件下で、Ｃ４Ｆ８からなるエッチングガスを導入し、０．２〜２．０Ｐａの圧力下、基板設定温度−２０〜５０℃で所定の時間放電し、基板に対しエッチングを行ってトレンチを形成した。その結果について、図２（ａ）、（ｂ）、及び（ｃ）に示すエッチングプロセスを参照して説明する。
【００３８】
基板２０２上にレジスト（Ｇ線レジスト）を塗布し、フォトリソグラフィ法によりパターン化（レジストパターン２０３）したものをトレイ２０１上に置き、固定し（図２（ａ））、真空チャンバー内に載置する。その後、上記エッチングガスを用いて基板２０２をエッチングしてトレンチを形成すると、例えば山形状であって、その裾部分が削られてなるマイクロトレンチ（微小凹部）Ａを持った底部を有するトレンチが得られる（図２（ｂ））。図２（ｂ）において２０２ａはマイクロトレンチＡの形成された基板である。このマイクロトレンチＡの底面が基板２０２の底面まで達していれば、トレイ２０１を真空チャンバーから搬出して、そこでトレイ２０１から基板２０２ａを取り外せば、貫通孔が形成された基板２０２ａが得られる（図２（ｃ））。また、このマイクロトレンチＡの底面が基板の底面まで達せず、ごく僅かな厚みが残っていたとしても、真空チャンバーから搬出したトレイ２０１、すなわち基板２０２に対して軽い衝撃を与えれば、簡単にその厚みが壊れて貫通孔が形成された基板２０２ａが得られる。本発明の方法による場合には、レジストパターンの消耗は従来の場合と比べて極めて少なく、貫通孔が簡単に形成され得る。次いで、所望に応じてＣＭＰ処理を施せば、基板表面を平坦にすることができる。なお、レジストパターン２０３は、既知の方法により剥離することができる。
【００３９】
以下、実施例により本発明について具体的に説明する。
【実施例１】
【００４０】
本実施例では、図１に示すエッチング装置を用い、エッチングガスとしてＣ４Ｆ８を用いてプラズマエッチングを行い、φ：１５ｃｍ、厚さ：１００μｍのＳｉＯ２基板に貫通孔を形成した。
【００４１】
このプラズマエッチングの条件として、プラズマ発生用高周波電源(１３．５６ＭＨｚ)の電力を２３００Ｗ(アンテナパワー)、基板バイアス高周波電源(１２．５６ＭＨｚ)の電力を６５０Ｗ(バイアスパワー)の条件下で、エッチングガスを導入し、０．５Ｐａの圧力下、基板設定温度０℃で所定の時間放電し、基板のエッチングを行った。
【００４２】
また、比較のために、アンテナパワー：２３００Ｗ、バイアスパワー４５０Ｗとして、上記エッチング方法を繰り返した。
【００４３】
上記エッチング結果について、図３（ａ）及び（ｂ）に基板断面のＳＥＭ写真を示す。図３（ａ）は比較のために実施したエッチングの結果、図３（ｂ）は本実施例のエッチング結果を示す。
【００４４】
本実施例の場合、さらにエッチングを続けたところ、基板の底部に高さ２０μｍの山形状のエッチングされない部分が形成され、その裾部分に基板の底に達するマイクロトレンチが形成された。かくして貫通孔の形成された基板が得られた。
【実施例２】
【００４５】
本実施例では、プラズマエッチングの条件として、基板バイアス高周波電源(１２．５６ＭＨｚ)の電力を５００Ｗ(バイアスパワー)とした以外は、実施例１と同様の条件で基板のエッチングを行った。
【００４６】
本実施例の場合も、さらにエッチングを続けたところ、基板の底部に高さ２０μｍの山形状のエッチングされない部分が形成され、その裾部分に基板の底に達するマイクロトレンチが形成された。かくして貫通孔の形成された基板が得られた。
【実施例３】
【００４７】
本実施例では、プラズマエッチングの条件として、基板バイアス高周波電源(１２．５６ＭＨｚ)の電力を１０００Ｗ(バイアスパワー)とした以外は、実施例１と同様の条件で基板のエッチングを行った。
【００４８】
本実施例の場合も、さらにエッチングを続けたところ、基板の底部に高さ２０μｍの山形状のエッチングされない部分が形成され、その裾部分に基板の底に達するマイクロトレンチが形成された。かくして貫通孔の形成された基板が得られた。
【００４９】
（比較例１）
本比較例では、プラズマエッチングの条件として、基板バイアス高周波電源(１２．５６ＭＨｚ)の電力を１１００Ｗ(バイアスパワー)とした以外は、実施例１と同様の条件で基板のエッチングを行った。
【００５０】
上記の場合、マイクロトレンチのエッチングが進行しすぎて基板保持ステージにダメージを与えてしまった。
【産業上の利用可能性】
【００５１】
本発明によれば、簡便に、基板に貫通孔を形成することができるので、本発明は、ＮＥＭＳ、ＭＥＭＳ（センサ、アクチェータ、振動子、発信機、ウエハレベルパッケジング）、半導体実装（パッケージング）などのような半導体装置分野で有効に利用可能である。
【符号の説明】
【００５２】
１０１  エッチング装置                １０２  真空排気手段
１０３  真空チャンバー                １０４  円筒状側壁
１０５  プラズマ発生室                １０６  基板処理室
１０７ａ、１０７ｂ、１０７ｃ  磁場コイル
１０８  環状磁気中性線                １０９  アンテナコイル
１１０  第１高周波電源                １１１  基板電極
１１２  コンデンサ                    １１３  第２高周波電源
１１４  天板                          １１５  ガス導入手段
１１６  フォーカスリング              ２０１  トレイ
２０２  基板                          ２０２ａ  貫通孔が形成された基板
２０３  レジストパターン              Ｓ  基板
Ａ  マイクロトレンチ
【図１】
0005454776.tif 000002
【図２】
0005454776.tif 000003
【図３】
0005454776.tif 000004