(57)【要約】  【課題】  所望のテーパ角度（８０°以上９０°未満）を有するシリコン体を容易かつ安定的に作製できるシリコンエッチング方法、及びそれによって作製したエッチングシリコン体を提供する。  【解決手段】  反応器１内を減圧し、ガス導入管４からプロセスガスをプラズマ発生室２ａ内に導入する。コイル３に交流電圧を印加してプラズマ発生室２ａ内にてプロセスガスのプラズマを発生させ、同時に基板電極１１に交流電圧を印加して、発生させたそのプラズマを反応室２ｂ内に引き込み、引き込んだプラズマにより、プラテン６に載置した試料２０のシリコン材をテーパ状にエッチングする。第１ステップでは、ＳＦ6 ，Ｃ4 Ｆ8 及びＯ2 の混合ガスをプロセスガスとしてエッチングを行い、続く第２ステップでは、ＳＦ6 及びＣ4 Ｆ8 の混合ガスをプロセスガスとして第１ステップより長くエッチングを行う。【選択図】        図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
エッチングマスクが形成されたエッチング対象のシリコン材を、プロセスガスを導入した雰囲気に設置し、前記プロセスガスのプラズマにより前記シリコン材をテーパ状にエッチングする方法において、前記プロセスガスとしてエッチング用の第１ガスと堆積用のフッ化炭素系の第２ガスと酸素ガスとを使用して前記シリコン材をエッチングする第１ステップと、前記プロセスガスとして前記第１ガスと前記第２ガスとを使用して前記シリコン材をエッチングする第２ステップとをこの順に行うことを特徴とするシリコンエッチング方法。
【請求項２】
前記第２ステップのエッチング時間は前記第１ステップのエッチング時間より長いことを特徴とする請求項１記載のシリコンエッチング方法。
【請求項３】
前記第２ステップのエッチング時間は前記第１ステップのエッチング時間の３倍以上であることを特徴とする請求項２記載のシリコンエッチング方法。
【請求項４】
前記第１ステップのエッチング時間を調整することにより、前記シリコン材のテーパ角度を制御することを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載のシリコンエッチング方法。
【請求項５】
請求項１乃至４のいずれかに記載のシリコンエッチング方法によって作製されるエッチングシリコン体であって、テーパ角度が８０°以上９０°未満であることを特徴とするエッチングシリコン体。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、シリコン材をテーパ状にプラズマエッチングする方法、及び、その方法により作製されるエッチングシリコン体に関する。
【背景技術】
【０００２】
シリコン材のエッチング手法としては、従来から、プラズマを用いたドライエッチング処理が広く利用されている（例えば、特許文献１参照）。プラズマを用いたドライエッチング処理では、減圧雰囲気中で低圧プロセスガスのプラズマを発生させ、発生したプラズマによってシリコン材をエッチング加工する。また、エッチングの異方性を高めるために、プロセスガスとしてエッチング用ガス（例えばＳＦ6 ）と堆積用ガス（例えばＣ4 Ｆ8 ）とを同時に導入してプラズマ化させる手法も知られている。
【０００３】
ところで、シリコン体に対するＭＥＭＳ（Micro Electro Mechanical System)技術を適用した加工技術にあっては、エッチング面が垂直であることよりもむしろテーパ状をなすようなエッチング加工が望まれる場合も多くなっている。このような例としては、マイクロＴＡＳ（Total Analysis System)と呼ばれるシステムにおける液体の微小な流路に、テーパエッチング加工したシリコン体が使用されている。また、微細な光ファイバを載置するための基台として、Ｖ溝加工されたシリコン体が使用されている。また、半導体パッケージ技術における３次元積層構造での配線用の貫通孔（スルーホール）を設けるプロセスにおいて、配線材の埋め込み特性を向上させるためにテーパ形状をなした貫通孔をシリコン体に形成することが要求されている。このようなシリコン体にあっては、所望のテーパ角度とテーパ表面の平滑さとが要望されるため、プラズマエッチングによってテーパ状のシリコン体を作製する場合には、この要望を満たす必要がある。
【特許文献１】特開昭６１−２４７０３３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
テーパ角度が８５°前後（８０°以上９０°未満）であるシリコン体の提供が要望されているが、そのようなテーパ角度を有するシリコン体を安定的に作製する技術は未だに確立されていないのが現状であり、その作製方法の実現が望まれている。
【０００５】
本発明は斯かる事情に鑑みてなされたものであり、所望のテーパ角度（８０°以上９０°未満）を有するシリコン体を精度良く容易かつ安定的に作製することができるシリコンエッチング方法、及びそれによって作製したエッチングシリコン体を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明者は、８５°前後のテーパ角度を形成する手法として、ＳＦ6 ガス（エッチング用ガス）とＣ4 Ｆ8 ガス（堆積用ガス）とを導入して、プロセス開始時に比べてプロセス後半にＣ4 Ｆ8 ガスの流量を多くする手法、及び、ＳＦ6 ガス（エッチング用ガス）とＣ4 Ｆ8 ガス（堆積用ガス）とを導入して、プロセス開始時に比べてプロセス後半のエッチング時にプラテンへの印加電力を下げる手法を試みた。この結果、テーパ角度を８８°以上とする場合には、精度良くエッチングされたシリコン体を作製することができたが、テーパ角度が８８°より小さいシリコン体を作製しようとした場合には、エッチング残さが発生するという問題があった。
【０００７】
また、本発明者は、自身が特願２００３−１６８９１３で提案した、ＳＦ6 ガス（エッチング用ガス）とＣ4 Ｆ8 ガス（堆積用ガス）とＯ2 ガスとを導入してエッチングする手法を試みた。この結果、プロセス開始時に比べてプロセス後半にＣ4 Ｆ8 ガスの流量を少なくした場合には、エッチング面が丸みを帯びた所謂ボーイング形状を呈し、プロセス開始時に比べてプロセス後半にＣ4 Ｆ8 ガスの流量を多くした場合には、エッチング残さが発生し、いずれの場合も満足がいくシリコン体を作製できなかった。
【０００８】
そこで、本発明者は、更なる鋭意研究を行った結果、８５°前後（８０°以上９０°未満）のテーパ角度を有するシリコン体を精度良く作製できる手法を考案するに到った。
【０００９】
請求項１に係るシリコンエッチング方法は、エッチングマスクが形成されたエッチング対象のシリコン材を、プロセスガスを導入した雰囲気に設置し、前記プロセスガスのプラズマにより前記シリコン材をテーパ状にエッチングする方法において、前記プロセスガスとしてエッチング用の第１ガスと堆積用のフッ化炭素系の第２ガスと酸素ガスとを使用して前記シリコン材をエッチングする第１ステップと、前記プロセスガスとして前記第１ガスと前記第２ガスとを使用して前記シリコン材をエッチングする第２ステップとをこの順に行うことを特徴とする。
【００１０】
第１発明にあっては、まず、第１ステップとして、エッチング用の第１ガスと堆積用のフッ化炭素系の第２ガスと酸素ガスとの混合ガスをプロセスガスに使用してシリコン材をエッチングし、次に、第２ステップとして、エッチング用の第１ガスと堆積用のフッ化炭素系の第２ガスとの混合ガスをプロセスガスに使用してシリコン材をエッチングする。このような２ステップの併用により、８５°前後のテーパ角度制御を容易かつ安定的に行える。
【００１１】
請求項２に係るシリコンエッチング方法は、請求項１において、前記第２ステップのエッチング時間は前記第１ステップのエッチング時間より長いことを特徴とする。
【００１２】
第２発明にあっては、第２ステップのエッチング時間を第１ステップのエッチング時間より長くする。よって、テーパ角度の制御を精度良く行える。
【００１３】
請求項３に係るシリコンエッチング方法は、請求項２において、前記第２ステップのエッチング時間は前記第１ステップのエッチング時間の３倍以上であることを特徴とする。
【００１４】
第３発明にあっては、第２ステップのエッチング時間を第１ステップのエッチング時間の３倍以上とする。よって、残さは発生することなく所望のテーパ角度が得られる。
【００１５】
請求項４に係るシリコンエッチング方法は、請求項１乃至３のいずれかにおいて、前記第１ステップのエッチング時間を調整することにより、前記シリコン材のテーパ角度を制御することを特徴とする。
【００１６】
第４発明にあっては、第１ステップのエッチング時間を調整して、テーパ角度を制御する。９０°（テーパ面が垂直）に近いテーパ角度を得るためには第１ステップのエッチング時間を短くし、９０°から離れる（テーパ面が大きく傾斜）テーパ角度を得るためには第１ステップのエッチング時間を長くする。よって、第１ステップのエッチング時間の調整によって、テーパ角度を８０°〜９０°の範囲で容易に制御可能である。
【００１７】
請求項５に係るエッチングシリコン体は、請求項１乃至４のいずれかに記載のシリコンエッチング方法によって作製されるエッチングシリコン体であって、テーパ角度が８０°以上９０°未満であることを特徴とする。
【００１８】
第５発明にあっては、テーパ角度が８０°以上９０°未満であるエッチングシリコン体を提供する。このようなエッチングシリコン体は、液体の微小な流路、微細な光ファイバの載置台、テーパ形状をなす配線用貫通孔などの部材として利用できる。
【発明の効果】
【００１９】
本発明では、プロセスガスとしてエッチング用の第１ガスと堆積用のフッ化炭素系の第２ガスと酸素ガスとの混合ガスを使用してシリコン材をエッチングした（第１ステップ）後、プロセスガスとして第１ガスと第２ガスとを使用してシリコン材をエッチングする（第２ステップ）ようにしたので、テーパ角度が８５°前後であるシリコン体を容易かつ安定的に作製することができる。
【００２０】
また、本発明では、第２ステップのエッチング時間を第１ステップのエッチング時間より長くするようにしたので、テーパ角度の制御を精度良く行うことができる。
【００２１】
また、本発明では、第２ステップのエッチング時間を第１ステップのエッチング時間の３倍以上とするようにしたので、残さが発生することなく所望のテーパ角度を得ることができる。
【００２２】
また、本発明では、第１ステップのエッチング時間を調整してテーパ角度を制御するようにしたので、所望のテーパ角度を容易に実現することができる。
【００２３】
更に、本発明では、テーパ角度が８０°以上９０°未満であるエッチングシリコン体を提供できるため、液体の微小な流路、微細な光ファイバの載置台、テーパ形状をなす配線用貫通孔などの部材として利用することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２４】
以下、本発明をその実施の形態を示す図面に基づいて具体的に説明する。
図１は、本発明に係るシリコンエッチング方法を実施するためのプラズマエッチング装置の構成図である。図１に示すプラズマエッチング装置は、プラズマ発生とプラズマ引き込みとを独立的に制御する誘導結合型プラズマ装置（ＩＣＰ（Inductively Coupled Plasma）装置）である。
【００２５】
図１において、１は反応器であり、反応器１は、コイル３への通電によってプラズマを発生させる上方側のプラズマ発生室２ａと、発生されたプラズマを引き込んで試料２０に対してプラズマエッチングを行う下方側の反応室２ｂとを有する。
【００２６】
プラズマ発生室２ａは、セラミック製の中空円筒の形状を有しており、その周面には同心状にコイル３が囲繞されている。コイル３には、マッチング回路７を介して高周波電源８が接続されている。また、プラズマ発生室２ａの上部壁中央には、反応器１内へプロセスガスを導入するガス導入管４が、貫通する態様で連結されている。そして、コイル３への交流電圧の印加によって、プラズマ発生室２ａ内にてプロセスガスのプラズマを発生させるようになっている。
【００２７】
ガス導入管４は、３本のガス管１４ａ，１４ｂ，１４ｃに分枝されており、各ガス管１４ａ，１４ｂ，１４ｃはＳＦ6 ガス源，Ｃ4 Ｆ8 ガス源，Ｏ2 ガス源（何れも図示せず）に接続されている。これにより、エッチング用の第１ガスとしてのＳＦ6 ガスと、堆積用のフッ化炭素系の第２ガスとしてのＣ4 Ｆ8 ガスと、Ｏ2 ガスとの混合ガス、及び、エッチング用の第１ガスとしてのＳＦ6 ガスと、堆積用のフッ化炭素系の第２ガスとしてのＣ4 Ｆ8 ガスとの混合ガスが、プロセスガスとして反応器１内へ導入されるようになっている。各ガス管１４ａ，１４ｂ，１４ｃの中途には各ガスの流量を制御するマスフローコントローラ（ＭＦＣ）１５ａ，１５ｂ，１５ｃが設けられている。これらのマスフローコントローラ（ＭＦＣ）１５ａ，１５ｂ，１５ｃ夫々は、制御部１６からの制御信号に基づいて、対応する各ガスの流量を制御する。
【００２８】
反応室２ｂの側部壁には、図示しない排気装置を接続した排気口５が開口されている。反応室２ｂの底部には、エッチング対象の試料２０を載置する基板電極１１を有するプラテン６が配設されている。プラテン６には、マッチング回路９を介して高周波電源１０が夫々接続されている。そして、基板電極１１への交流電圧の印加によって、プラズマ発生室２ａ内で発生されたプラズマが反応室２ｂ内に引き込まれ、その引き込まれたプラズマにより試料２０がエッチングされるようになっている。コイル３へ印加される電力、及び基板電極１１（プラテン６）へ印加される電力が、制御部１６からの制御信号に基づいて制御される。
【００２９】
次に、このような構成のプラズマエッチング装置を用いた本発明によるシリコンエッチング方法について説明する。図２は、シリコンエッチング方法の工程を示す図である。
【００３０】
まず、図２（ａ）に示すような試料２０を準備する。シリコン材２１上にマスク材となるフォトレジストを塗布し、露光処理によってエッチングマスク２２をエッチング対象以外の領域にパターン形成する。シリコン材２１にエッチングマスク２２を形成した試料２０をプラテン６に載置する。
【００３１】
（第１ステップ）
排気口５を介して排気装置（図示せず）により反応器１内を減圧し、ガス導入管４からプロセスガス（ＳＦ6 ，Ｃ4 Ｆ8 及びＯ2 の混合ガス）をプラズマ発生室２ａ内に導入する。この際、マスフローコントローラ１５ａ，１５ｂ，１５ｃにより、ＳＦ6 ガス，Ｃ4 Ｆ8 ガス，Ｏ2 ガスの流量を夫々制御する。
【００３２】
そして、コイル３にマッチング回路７を介して高周波電源８から交流電圧を印加し、プラズマ発生室２ａ内にてプロセスガスのプラズマを発生させ、同時に基板電極１１にマッチング回路９を介して高周波電源１０から交流電圧を印加して、発生させたそのプラズマを反応室２ｂ内に引き込み、その引き込んだプラズマにより、エッチング対象以外の領域にエッチングマスク２２を形成した試料２０のシリコン材２１をエッチングする。
【００３３】
このような第１ステップのエッチングによって、図２（ｂ）に示すように、エッチングマスク２２下方にアンダーカットが生じた、エッチング面が少し丸みを帯びたエッチング形状を形成する。
【００３４】
（第２ステップ）
次に、反応器１内を減圧状態に維持したまま、ガス導入管４からプロセスガス（ＳＦ6 及びＣ4 Ｆ8 の混合ガス）をプラズマ発生室２ａ内に導入する。この際、マスフローコントローラ１５ａ，１５ｂにより、ＳＦ6 ガス，Ｃ4 Ｆ8 ガスの流量を夫々制御する。
【００３５】
そして、コイル３にマッチング回路７を介して高周波電源８から交流電圧を印加し、プラズマ発生室２ａ内にてプロセスガスのプラズマを発生させ、同時に基板電極１１にマッチング回路９を介して高周波電源１０から交流電圧を印加して、発生させたそのプラズマを反応室２ｂ内に引き込み、その引き込んだプラズマにより、シリコン材２１のエッチングを、第１ステップに引き続いて行う。
【００３６】
このような第２ステップによるエッチングによって、図２（ｃ）に示すように、テーパ角度θ（８０°≦θ＜９０°）を有するエッチングシリコン体３０を作製できる。作製されたエッチングシリコン体３０にはエッチング残さが発生しておらず、また、そのエッチング面の断面形状は、丸みがなく、つまりボーイング形状を呈しておらずに、直線的である。よって、所望のテーパ角度を有するエッチングシリコン体３０を精度良く作製できる。
【００３７】
以下、シリコン材２１のエッチングを具体的に行った本発明の実施例及び比較例について説明する。
【００３８】
（実施例１）
第１ステップにおいては、プロセスガスとして、ＳＦ6 ＝８０ｓｃｃｍ、Ｃ4 Ｆ8 ＝１００ｓｃｃｍ、Ｏ2 ＝１００ｓｃｃｍの混合ガスを用い、反応器１内の圧力を８Ｐａとし、コイル３への印加電力を６００Ｗ、基板電極１１（プラテン６）への印加電力を２０Ｗとし、温度を１０℃として、１０分間にわたってエッチングを行った。また、第２ステップにおいては、プロセスガスとして、ＳＦ6 ＝１００ｓｃｃｍ、Ｃ4 Ｆ8 ＝１００ｓｃｃｍの混合ガスを用い、反応器１内の圧力を４．６７Ｐａとし、コイル３への印加電力を８００Ｗ、基板電極１１（プラテン６）への印加電力を１０Ｗとし、温度を１０℃として、３０分間にわたってエッチングを行った。このような第１ステップ及び第２ステップによるエッチングの結果、テーパ角度θ＝８５°であるエッチングシリコン体３０を作製できた。作製されたエッチングシリコン体３０にはエッチング残さがなく、そのエッチング面の断面形状は直線的であった。なお、そのエッチング径は１０μｍ程度、エッチング深さは５０μｍ程度であった。
【００３９】
（実施例２）
第１ステップのエッチング時間以外の条件は全て実施例１と同じにして、エッチングシリコン体３０を作製した。実施例２では、第１ステップのエッチング時間を、実施例１より短い８分とした。この結果、テーパ角度θ＝８７°であるエッチングシリコン体３０を作製できた。作製されたエッチングシリコン体３０にはエッチング残さがなく、そのエッチング面の断面形状は直線的であった。
【００４０】
（実施例３）
第１ステップのエッチング時間以外の条件は全て実施例１と同じにして、エッチングシリコン体３０を作製した。実施例３では、第１ステップのエッチング時間を、実施例２より更に短い５分とした。この結果、テーパ角度θ＝８８°であるエッチングシリコン体３０を作製できた。作製されたエッチングシリコン体３０にはエッチング残さがなく、そのエッチング面の断面形状は直線的であった。
【００４１】
（比較例）
第１ステップのエッチング時間以外の条件は全て実施例１と同じにして、エッチングシリコン体３０を作製した。比較例では、第１ステップのエッチング時間を、実施例１より長い１５分とした。この結果、作製されたエッチングシリコン体３０にはエッチング残さが発生していた。
【００４２】
実施例１〜３及び比較例の結果から、第２ステップのエッチング時間を第１ステップのエッチング時間より長くし、しかも、第２ステップのエッチング時間を第１ステップのエッチング時間の３倍以上とすることにより、８５°近傍のテーパ角度を有して断面が直線形状をなす精度に優れたシリコン体を、エッチング残さの発生なしに、安定的に作製することができる。
【００４３】
また、実施例１〜３の結果から、第１ステップのエッチング時間を調整することにより、テーパ角度θを制御できることが分かる。具体的には、第２ステップのエッチング時間を３０分で固定として、第１ステップのエッチング時間を１０分、８分、５分と変化させることによって、テーパ角度を８５°、８７°、８８°と変えることができる。よって、第１ステップのエッチング時間の調整により、所望のテーパ角度を実現することが可能である。
【００４４】
なお、上述した例では、エッチング用のガスとしてＳＦ6 、堆積用のガスとしてＣ4 Ｆ8 を用いる場合について説明したが、本発明はこれに限定されるものではない。エッチング用のガスとしては、ＳＦ6 以外にＳＦ4 などの一般式ＳＦx で示されるガスを使用できる。また、堆積用のガスとしては、Ｃ4 Ｆ8 以外にＣ5 Ｆ8 などの一般式Ｃx Ｆy で示されるガス、ＣＨＦ3 ，ＣＨ2 Ｆ2 などの一般式Ｃx Ｈy Ｆz で示されるガス等のフッ化炭素系のガスを使用できる。
【００４５】
また、上述した例では、断面視で台形状をなすようにエッチングをする場合について説明したが、Ｖ溝状にエッチングを行う場合にも本発明を同様に適用できる。
【図面の簡単な説明】
【００４６】
【図１】本発明に係るシリコンエッチング方法を実施するためのプラズマエッチング装置の構成図である。
【図２】本発明に係るシリコンエッチング方法の工程を示す図である。
【符号の説明】
【００４７】
１  反応器
２ａ  プラズマ発生室
２ｂ  反応室
３  コイル
４  ガス導入管
６  プラテン
８，１０  高周波電源
１１  基板電極
１４ａ，１４ｂ，１４ｃ  ガス管
１５ａ，１５ｂ，１５ｃ  マスフローコントローラ（ＭＦＣ）
２０  試料
２１  シリコン材
２２  エッチングマスク
３０  エッチングシリコン体
【図１】
2006190845.tif 000003
【図２】
2006190845.tif 000004