(57)【要約】【目的】膜厚の均一なダイヤフラム構造が得られるプラズマエッチング加工方法を提供する。【構成】プラズマエッチング面にレーザ光を照射し、その反射光の強度をモニタする手段を有するプラズマエッチング装置を用いて、ダイヤフラム用膜が形成されたシリコン基板の裏面からプラズマエッチングを行い、シリコン基板1に貫通孔12を形成することによってダイヤフラム用膜2を残して（符号D）ダイヤフラム構造を形成するプラズマエッチング加工方法において、前記シリコン基板のレーザ光が照射される箇所の前記ダイヤフラム用膜2の表面に、あらかじめ金属薄膜4を成膜しておき前記反射光の強度を増加させる。【選択図】        図１
2007103550.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
プラズマエッチング面にレーザ光を照射し、その反射光の強度をモニタする手段を有するプラズマエッチング装置を用いて、ダイヤフラム用膜が形成されたシリコン基板の裏面からプラズマエッチングを行い、シリコン基板に貫通孔を形成することによってダイヤフラム用膜を残してダイヤフラム構造を形成するプラズマエッチング加工方法において、前記シリコン基板のレーザ光が照射される箇所の前記ダイヤフラム用膜の表面に、あらかじめ金属薄膜を成膜しておき前記反射光の強度を増加させることを特徴とするプラズマエッチング加工方法
【請求項２】
前記金属薄膜の面積は7800μm2以上であることを特徴とする請求項１に記載のプラズマエッチング加工方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、Siウェハを用いる半導体センサや機構部品などに必要なダイヤフラム構造の形成のためのプラズマエッチング加工方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
Siウェハを用いた半導体センサや機構部品（例えば、アクチュエータ）において、薄膜の周縁部がSi基板に支持された構造、すなわちダイヤフラム構造を必要とする場合がある。ダイヤフラム構造の製造においては、ダイヤフラム用膜を形成されたSiウェハの反対面からSiを除去し凹部または貫通孔を形成することによって、ダイヤフラム構造を形成することは多い。
図３は従来のダイヤフラム構造形成工程における被加工物の断面図であり、（ａ）は加工開始前、（ｂ）加工途中、（ｃ）は加工終了時である。
例えば、厚さ300〜600μmのSiウェハ1の片面にダイヤフラム用膜2を形成しておく。ダイヤフラム用膜2として、例えば、熱酸化SiO2膜21を0.1〜0.5μm、CVD-Si3N4膜22を0.1〜0.5μm、CVD-SiO2膜23を0.5〜3μm、順次積層して用いる。このような積層膜では、SiO2膜21、23とSi3N4膜22の内部応力が釣り合うことにより、変形の少ないダイヤフラム構造体が得られる。次に、ダイヤフラム用膜2のダイヤフラムDとする位置の裏面に加工用マスク3を形成する。加工用マスク3は、例えば、厚さ0.5〜3.0μmのAl膜を蒸着またはスパッタにより成膜し、レジストを用いる通常のパターニング方法に従ってAlを除去して、例えばφ300〜600μmの円形の窓31を開ける（図３（ａ））。
【０００３】
窓31からプラズマエッチングすることによりSiの除去を続けると、凹部11が形成された後（図３（ｂ））、Siは完全に除去され、ダイヤフラムDが形成されダイヤフラム構造が得られる（図３（ｃ））。
図４はダイヤフラム加工中（プラズマエッチング中）のプラズマエッチング装置の断面図である。
図３(ａ)に示した被加工物10を下部保持リング52の上に置き、上部保持リング53で固定する。被加工物10の下部には冷却用ガスチャンバ55があり、Heなどの冷却ガスG3がチャンバ54内に充填されてプラズマ加工中に被加工物10を冷却している。従って、被加工物10、下部保持リング52、上部保持リング53の間にはシール性を持たせ、Heなどの冷却ガスが被加工物10の上部に回り込まないようにされている。
【０００４】
反応室54内に導入口56より、SF6などの反応ガスG1を流し、プラズマPを立て、被加工物10のSiと反応させてこれを除去し、排気G2として排出口57より外部に排出する。このようなプラズマエッチング加工によって、図３(ｂ)のように加工が進み、図３（ｃ）に示すような、ダイヤフラム構造が並んだウェハが得られる（例えば、特許文献１参照。）。
このような従来のプラズマエッチング加工においては、ダイヤフラム用膜2の熱酸化SiO2膜21は、Siに比べてプラズマエッチングされにくいので、熱酸化SiO2膜21がエッチングストップ層となるためダイヤフラム構造が形成される。熱酸化SiO2膜21が全くプラズマエッチングされないならば、加工時間を十分長くしても、ダイヤフラムの膜厚を常に一定に保つことが可能であるが、現実には熱酸化SiO2膜21も微量ではあるがプラズマエッチングされる。
【０００５】
このため、Siのエッチングレートから、エッチング加工深さが熱酸化SiO2膜21に到達する時間を予測して加工時間を決め、これを管理している。ところが、加工時間を一定にしても、プラズマの状態やSiウェハの厚みのバラツキによって、熱酸化SiO2膜21に到達する前に加工が停止されたり、熱酸化SiO2膜21をエッチングしてしまったりする（オーバーエッチング）。その結果、ダイヤフラムの膜厚がばらつくという問題があり、これはダイヤフラムに必要な膜厚すなわちダイヤフラム用膜2が薄くなるほど顕著な問題になってきている。
この対策として、レーザ光源Lから被加工物10のダイヤフラムが加工される箇所にレーザ光L1を当て、被加工物10からの反射光L2の強度をフォトダイオードLdなどで測定し、プラズマエッチングの進行に従って、Si表面からの反射光が熱酸化SiO2表面からの反射光に変わって、反射光の強度が変化するのを検出することによりプラズマエッチング加工がSiO2表面に到達したことを認識する“エンドポイントディテクト機能”が開発されている。なお、レーザ光としては、半導体レーザが用いられる。
【０００６】
図５はエンドポイントディテクト機能説明のためのウェハの断面図である。
エンドポイントディテクト機能を利用する場合、レーザ光L1の進路は次のように変化する。プラズマエッチング面が熱酸化SiO2膜2の表面に達するまでは、図５（ａ）に示すように、入射光LはSiウェハのシリコンにより一部が反射されて第１反射光L2になるが、大部分はシリコン内に侵入して減衰する。従って、反射されて戻ってくる第１反射光L2は極くわずかである。
エッチング面が熱酸化SiO2に達すると、図５（ｂ）に示すようになる。すなわち、入射光L1は熱酸化SiO2表面からの第１反射光L2、CVD-SiO2表面からの第２反射光L3、および透過光L4に分かれる。なお、ダイヤフラム用膜2が熱酸化SiO2膜、CVD-Si3N4膜および熱酸化SiO2膜で構成される場合、CVD-Si3N4膜とCVD-SiO2膜間からも反射光が出るが、微量であるため、ここでは無視している。
【特許文献１】特開２００４−３６３５１７号（第５頁−第６頁、図１）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
ところが、半導体レーザ光はダイヤフラム用膜を構成する熱酸化SiO2膜、CVD-Si3N4膜、CVD-SiO2膜を透過しやすいため、第１反射光、第２反射光の合計からなる反射されて戻ってくるレーザ光は微弱である。このように、エッチング加工面が熱酸化SiO2に到達する前でも、到達した後でも反射されて戻ってくるレーザ光が微弱であるため、エッチング加工が熱酸化SiO2に到達したことを確実に検知することが困難であり、ダイヤフラムの膜厚にばらつきが生じていた。
本発明の目的は、膜厚の均一なダイヤフラム構造が得られるプラズマエッチング加工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】
本発明の目的を達成するため、プラズマエッチング面にレーザ光を照射し、その反射光の強度をモニタする手段を有するプラズマエッチング装置を用いて、ダイヤフラム用膜が形成されたシリコン基板の裏面からプラズマエッチングを行い、シリコン基板に貫通孔を形成することによってダイヤフラム用膜を残してダイヤフラム構造を形成するプラズマエッチング加工方法において、前記シリコン基板のレーザ光が照射される箇所の前記ダイヤフラム用膜の表面に、あらかじめ金属薄膜を成膜しておき前記反射光の強度を増加させることとする。
前記金属薄膜の面積は7800μm2以上であると良い。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、ダイヤフラム用膜の表面に金属薄膜を形成して置いて、その反射光をモニターしながらプラズマエッチング加工を行うようにしたので、エッチング加工面が熱酸化SiO2に到達したとき反射光の強度は急増するようになるため、これによってエッチング加工面が熱酸化SiO2に到達したことを確実に検知することができるようになり、ダイヤフラム膜厚のエッチング毎のばらつきを非常に少なくすることが出来るようになる。
また、このような金属薄膜の面積は少なくとも7800μm2以上あればよく、これはウェハ面積に対して極少であり、ウェハ当たりのデバイス数を減じることはない。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
図１は本発明に係るダイヤフラム構造の形成工程におけるSiウェハの断面図であり、（ａ）はマスク形成後、（ｂ）はダイヤフラム構造の形成後である。
Siウェハ1の片面にダイヤフラム用膜2を形成した後、その反対面の加工用マスク3のレーザ光が当たる窓31に対向する位置に金属薄膜4を形成する。通常、レーザ入射光のエネルギー密度を高くするために、直径は100μm以下に絞っているので、金属薄膜4の大きさは入射光の面積よりも大きければよい。すなわち、7800μm２以上の大きさがあればよい。また、Siウェハ1の加工は穴の中心部がより早く加工され、中心部の熱酸化SiO2が最初に現れるので、レーザ入射光はダイヤフラムの中心に当てられえる。そこで金属薄膜4は、ダイヤフラムの中心部に形成することが望ましい。
図２は本発明に係る金属薄膜の効果を説明のためのウェハの断面図である。
【００１１】
図１（ａ）のウェハをプラズマエッチング加工すると、加工が熱酸化SiO2に到達するまでに、レーザ光の進路は図２のように変化する。すなわち、加工が熱酸化SiO2に達するまでは、図２（ａ）に示すように、入射光L1はSiウェハのシリコンにより一部が反射されて第１反射光L2になるが、大部分はシリコン内に侵入して減衰する。従って、反射されて戻ってくるレーザ光は極わずかである。
加工が熱酸化SiO2に達すると、図２（ｂ）に示すようになる。すなわち、入射光L1は熱酸化SiO2表面からの第１反射光L2、CVD-SiO2と金属薄膜4の界面からの第３反射光L4に分かれる。なお、ダイヤフラム用膜2を構成する、熱酸化SiO2膜とCVD-Si3N4膜との境界、CVD-Si3N4膜とCVD-SiO2膜との境界からも反射光が出るが、微量であるため、ここでは無視している。
【００１２】
図２（ｂ）において、入射光L1のほとんどはダイヤフラム用膜2を透過し、第３反射光L4として戻ってくるため、プラズマエッチング加工が熱酸化SiO2に到達した瞬間に、反射されて戻ってくるレーザ光の強度が急増する。
このため、反射されて戻ってくるレーザ光の強度をフォトダイオードなどの検出器によって監視しておけば、反射光の強度の急増から、プラズマエッチング加工面が熱酸化SiO2に到達した時点を確実に知ることができ、プラズマエッチング加工を終了させることができる。
【産業上の利用可能性】
【００１３】
本発明によれば、ダイヤフラム用膜の表面に形成した金属薄膜からの反射光をモニターしながらプラズマエッチング加工を行うようにしたので、プラズマエッチング加工が熱酸化SiO2に到達したことを確実に知ることができるため、熱酸化SiO2に到達する前に加工が停止されたり、熱酸化SiO2を加工してしまったりする（オーバーエッチング）ことがなく、ダイヤフラム構造の膜厚のばらつきを押さえ込むことが可能になり、歩留まりは向上する。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明に係るダイヤフラム構造の形成工程におけるSiウェハの断面図であり、（ａ）はマスク形成後、（ｂ）はダイヤフラム構造の形成後である。
【図２】本発明に係る金属薄膜の効果を説明のためのウェハの断面図である。
【図３】従来のダイヤフラム構造形成工程における被加工物の断面図であり、（ａ）は加工開始前、（ｂ）加工途中、（ｃ）は加工終了時である。
【図４】ダイヤフラム加工中（プラズマエッチング中）のプラズマエッチング装置の断面図である。
【図５】エンドポイントディテクト機能説明のためのウェハの断面図である。
【符号の説明】
【００１５】
1      Siウェハ
11      凹部
12      貫通孔
2      ダイヤフラム用膜
D      ダイヤフラム
3      マスク
31      窓
4      反射膜
51      プラズマエッチング装置外壁
L1     レーザ光源
L2     反射光
P      プラズマ
G1     エッチングガス
【図１】
2007103550.tif 000003
【図２】
2007103550.tif 000004
【図３】
2007103550.tif 000005
【図４】
2007103550.tif 000006
【図５】
2007103550.tif 000007