JP2011098409A - Method and device of manufacturing mems device - Google Patents
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Abstract
Description
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。 The present invention relates to a method of manufacturing a MEMS device, and in particular, supplies an inert gas such as helium gas to one surface of a substrate to cool the substrate, and etches the other surface of the substrate to form the substrate. The present invention relates to a method for forming a penetrating portion and a MEMS device manufacturing apparatus that implements such a MEMS device manufacturing method.
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。 2. Description of the Related Art Conventionally, there is a demand for a technology for integrating elements and the like constituting such devices at high density due to restrictions on the mounting space of various devices. Among such integration technologies, micro electromechanical elements, so-called MEMS, in which mechanical element parts such as sensors and actuators and electrical circuits are integrated on a single semiconductor substrate, glass substrate, or substrate composed of an organic material. Technology development is actively underway. In manufacturing such a MEMS device, dry etching using a plasma composed of reactive gas, ions, radicals, or the like is frequently used for patterning a substrate itself such as a semiconductor substrate or a glass substrate as a constituent material thereof. Yes.
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。 In such dry etching, the reactive gas, ions, or radicals function as an etchant for etching the material to be etched, and etching is performed using a chemical reaction between the etchant and the material to be etched. Become. The chemical reaction referred to here is a process that proceeds when the semiconductor substrate, which is a material to be etched, collides with particles serving as an etchant contained in the etching plasma, and further electrons and the like contained in the etching plasma. . Therefore, the energy of the etching plasma to which it is exposed is continuously applied to the etching surface of the semiconductor substrate, and the temperature of the etching surface of the semiconductor substrate continues to rise as the etching proceeds.
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。
Here, it is known that the speed of dry etching that proceeds using a chemical reaction depends on the temperature of the substrate to be etched, that is, the reaction temperature. It is also well known that the etching rate increases as the temperature increases. Therefore, if the temperature of the substrate to be etched continues to rise as a result of etching as described above, it is natural that the substrate itself is thermally deformed due to this, and the etching amount varies. As a result, it becomes difficult to obtain a device having a desired shape. Therefore, as described in
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。
By the way, in a MEMS having a structure in which mechanical elements and electronic circuits are integrated at a high density, the thickness of a substrate constituting the MEMS is used to form various elements included in the MEMS or to separate these various elements from each other. A number of through holes and through grooves are formed in the direction. The ratio of these through holes and through grooves to the main surface of the substrate increases as the integration of various elements increases, and often occupies about 50% of the total area of the substrate. Such a penetrating portion of the MEMS is generally formed by etching an oxide film, a nitride film or the like embedded in a semiconductor substrate, and the dry etching is widely used for the formation.
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。 On the other hand, during dry etching of such a substrate, an inert gas is supplied to the back surface for the purpose of keeping the temperature of the substrate constant, etching in the through hole formation region is completed, and the front and back surfaces of the substrate are separated by the through portion. These inert gases continue to be supplied until they penetrate. That is, even when dry etching is completed in which a large number of through portions are provided close to each other, the inert gas as described above is supplied to the substrate that is mechanically weakened by the through portions. . As a result, when the pressure of the inert gas supplied to the back surface of the substrate acts on the non-penetrating region between the penetrating parts, a crack occurs in a fine non-penetrating region that does not have sufficient rigidity to withstand the pressure. It will be. Further, if the penetrating portions are provided close to each other and continuously provided, the cracks occur over a plurality of non-penetrating regions, and consequently, the yield for manufacturing the MEMS device is also deteriorated. .
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。 One method for suppressing cracks generated in the substrate in this way is to reduce the rate at which the substrate is etched during dry etching, that is, the etching rate. If the etching rate is reduced, the amount of etchant per unit time that collides with the surface of the substrate can be reduced, that is, the amount of energy applied from the etching plasma to the surface of the substrate per unit time can be reduced. It becomes. Since the amount of heat received by the substrate per unit time is also reduced, the pressure of the inert gas supplied to the back surface of the substrate is necessarily low. Therefore, if the pressure of the inert gas is reduced to such a level that the non-penetrating region between the penetrating parts can mechanically endure even after the penetrating parts are formed, It is possible to suppress the occurrence of cracks. However, in this method, since it is necessary to reduce the etching rate in accordance with the mechanical rigidity of the non-penetrating region, it takes a long time to form the penetrating part. Although it is possible to suppress cracks occurring in the semiconductor device, the productivity of the MEMS device is deteriorated.
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。 The present invention has been made in view of the above circumstances, and the purpose thereof is to form a through-hole in the thickness direction of the substrate, while cracking the substrate while suppressing an increase in the time required for the formation. An object of the present invention is to provide a method of manufacturing a MEMS device capable of suppressing this, and an apparatus for carrying out the method of manufacturing the MEMS device.
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、前記貫通部を形成する際に、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ことをその要旨とする。
Hereinafter, means for solving the above-described problems and the effects thereof will be described.
The invention according to
請求項6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ることをその要旨とする
。
The invention according to claim 6 is an apparatus for manufacturing a MEMS device, wherein a penetrating portion penetrating between a front surface and a back surface of a substrate is formed by etching plasma irradiated onto the surface of the substrate, An etching plasma irradiation unit that irradiates the surface with etching plasma, a substrate cooling unit that pumps an inert gas as a cooling medium to the back surface of the substrate, and the substrate that is heated according to the energy of the etching plasma. After cooling with an inert gas as a cooling medium pumped to the back surface of the substrate, the pressure of the inert gas on the back surface of the substrate is lowered together with the energy of the etching plasma, and the etching plasma irradiation unit The gist of the present invention is to include a control unit that controls the substrate cooling unit.
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。 In the above method and configuration, when a dry etching process is performed on the substrate to form a penetrating portion penetrating in the thickness direction, the etching rate of the substrate for the dry etching process is reduced by reducing the energy of the etching plasma in the middle. In addition, the pressure of the inert gas on the back surface of the substrate is reduced. For this reason, the mechanical rigidity of the substrate decreases as the depth of the penetration increases as the etching progresses. However, as the rigidity decreases, the energy of the etching plasma, more precisely, the plasma is supplied to the substrate. Then, the temperature rise of the substrate due to the energy converted into heat in the substrate is suppressed. Accordingly, the pressure of the inert gas on the back surface of the substrate, that is, the stress applied to the substrate is reduced, and it is possible to suppress the occurrence of cracks in the non-penetrating region between the penetrating portion and the other penetrating portions.
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。 In addition, since the pressure of the inert gas is lowered and the energy of the etching plasma is lowered in this way, even if the cooling efficiency of the substrate by the inert gas is lowered, the influence of the heating of the substrate, for example, between the substrates It is also possible to suppress etching variations due to temperature variations and scorching of various patterning used in the dry etching process. Furthermore, although the etching rate of the substrate is reduced during the formation of the through portion in this way, since the etching is performed at a higher etching rate before that, the entire through portion is formed. Prolonged time required can be suppressed.
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をその要旨とする。 According to a second aspect of the present invention, in the MEMS device manufacturing method according to the first aspect of the present invention, a refrigerant space surrounded by a recess provided on a placement surface of a stage on which the substrate is placed and a back surface of the substrate. When the inert gas is pumped into the refrigerant space, the supply flow rate of the inert gas is adjusted so that the pressure of the inert gas in the refrigerant space becomes a target value, and the target is formed when the through portion is formed. Reducing the target value together with the energy of the etching plasma when the supply flow rate of the inert gas increases during the metering after a predetermined time has elapsed from the start of metering of the inert gas with respect to the value. The gist.
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をその要旨とする。 The invention described in claim 7 is the MEMS device manufacturing apparatus according to claim 6, wherein the substrate cooling unit includes a recess provided on a mounting surface of a stage on which the substrate is mounted and a back surface of the substrate. And a metering unit for metering the supply flow rate of the inert gas so that the pressure of the inert gas in the refrigerant space becomes a target value while pumping the inert gas into the refrigerant space surrounded by The control unit, together with the energy of the etching plasma, when the supply flow rate of the inert gas increases during metering after a predetermined time has elapsed from the start of metering of the inert gas with respect to the target value. The gist is to lower the target value.
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。 The rigidity of the substrate decreases as the depth of the penetrating portion formed on the surface of the substrate increases as the dry etching progresses. As the rigidity of the substrate decreases, the substrate bends according to the distribution of the pressure of the inert gas supplied to the back surface of the substrate, and the supply flow rate of the inert gas is increased for the following reasons. It will be.
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。 For example, when the substrate is bent as described above, the volume of the refrigerant space formed by the substrate and the stage on which the substrate is placed, that is, the refrigerant space to which the inert gas is supplied increases. When the volume of the refrigerant space to which the inert gas is supplied is increased, the supply flow rate of the inert gas is increased in order to keep the pressure of the inert gas in the refrigerant space at the target value.
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。
In addition, the positional consistency between the back surface of the substrate constituting the refrigerant space and the concave portion of the stage is also lowered by the above-described bending of the substrate, and the positional deviation between the concave portion provided on the mounting surface and the back surface of the substrate is reduced. In addition, a part of the inert gas that should normally be accommodated in the refrigerant space also leaks out of the refrigerant space. Then, in order to compensate for the inert gas leaking from the refrigerant space, the supply flow rate of the inert gas is increased.
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。 Furthermore, when only a part of the penetrating part penetrates in advance due to the variation in the progress of dry etching, the inert gas that should be accommodated in the refrigerant space leaks out from the refrigerant space through the part. Also become. Then, in order to compensate for the inert gas leaking from the refrigerant space, the supply flow rate of the inert gas is increased.
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。 As described above, when the substrate is bent as described above, the supply flow rate of the inert gas supplied to the refrigerant space is increased, and from the increase in the supply flow rate, the occurrence of the substrate deflection, that is, the decrease in the rigidity of the substrate is detected. can do.
そこで、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7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。
Therefore, when the amount of the inert gas supplied to the back surface of the substrate is increased as in the MEMS device manufacturing method according to
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7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2,7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。
In the MEMS device manufacturing method according to
請求項3に記載の発明は、請求項2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。 According to a third aspect of the present invention, in the method for manufacturing a MEMS device according to the second aspect, the supply flow rate of the inert gas to the refrigerant space is monitored, and the adjustment of the inert gas to the target value is adjusted. The gist is to lower the target value together with the energy of the etching plasma when an increase in the supply flow rate of the inert gas is detected during metering after a predetermined time has elapsed from the start.
請求項8に記載の発明は、請求項7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。
The invention according to claim 8 is the MEMS device manufacturing apparatus according to claim 7, further comprising an inert gas supply flow rate monitoring unit for monitoring the supply flow rate of the inert gas to the refrigerant space, and the control. The inert gas supply flow rate monitoring unit detects an increase in the inert gas supply flow rate during metering after a predetermined time has elapsed from the start of metering the inert gas with respect to the target value. Sometimes, the gist is to lower the target value together with the energy of the etching plasma.
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。 According to the above method and configuration, the flow rate of the inert gas supplied to the back surface of the substrate is monitored, and when an increase in the supply flow rate is detected, the rate of dry etching is reduced, and the back surface of the substrate The pressure of the inert gas is reduced. Therefore, it is possible to detect a decrease in the rigidity of the substrate and to reduce the pressure of the inert gas accordingly. By this, by carrying out the dry etching process without reducing the etching rate until just before the rigidity of the substrate is reduced, the time required for forming the through portion is more reliably suppressed, and thereafter By performing the dry etching process in a state where the pressure applied to the substrate is smaller, it is possible to prevent the substrate from being cracked when the through portion is formed.
なお、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。 In the MEMS device manufacturing method according to the third aspect and the MEMS device manufacturing apparatus according to the eighth aspect, as in the inventions according to the second and seventh aspects, the start of metering of the inert gas is started. Since the increase in the inert gas supply flow rate is detected during the metering after a predetermined time has elapsed since the start time, the supply flow rate of the inert gas caused by other factors within the predetermined period is determined. It is possible to avoid erroneously detecting the increase as an increase in the supply flow rate of the inert gas due to the decrease in rigidity of the substrate.
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。 According to a fourth aspect of the present invention, in the MEMS device manufacturing method according to any one of the first to third aspects, the amount of the etchant contained in the etching plasma is monitored, and the pressure of the inert gas is set to the The gist is that the supply of the etching plasma is terminated when an increase in the amount of the etchant is detected after being lowered together with the energy of the etching plasma.
請求項10に記載の発明は、請求項6〜9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。
The invention according to
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。 The dry etching process is performed by a chemical reaction between an etching plasma of molecules, ions, radicals, etc. contained in a reaction gas and a constituent material such as a substrate to be etched, such as silicon, silicon dioxide, or silicon nitride. Is to do. Therefore, when dry etching treatment is performed for the purpose of forming a through-hole in the substrate, when the formation of the through-hole is completed, the constituent material of the substrate to be etched does not exist, and the consumption of etching plasma is greatly increased. Get smaller. That is, if the amount of the etching plasma is monitored from the start to the end of the formation of the through portion, an increase in the etching plasma corresponding to the end of the formation of the through portion can be detected.
そこで、上記請求項4に記載のMEMSデバイスの製造方法、及び請求項10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。
Therefore, as in the method for manufacturing a MEMS device according to claim 4 and the apparatus for manufacturing a MEMS device according to
請求項5に記載の発明は、請求項1〜4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。 According to a fifth aspect of the present invention, in the MEMS device manufacturing method according to any one of the first to fourth aspects, both the pressure of the inert gas and the energy of the etching plasma on the back surface of the substrate are reduced. In this case, the gist is to set the differential pressure between the front surface side and the back surface side of the substrate to “0”.
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。 As in the above method, if the differential pressure between the front surface side and the back surface side of the substrate is set to “0”, the force that pushes the substrate toward the etching surface side can be removed from the substrate, and cracks generated in the substrate can be further reduced. It becomes possible to suppress it reliably.
請求項9に記載の発明は、請求項8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。 The invention according to claim 9 is the MEMS device manufacturing apparatus according to claim 8, further comprising a storage unit that stores an etching rate at which the substrate is etched in association with energy of the etching plasma, and the control is performed. When an increase in the inert gas supply flow rate is detected by the inert gas supply flow rate monitoring unit, an etching rate corresponding to the energy of the etching plasma used before the detection, and the detection An etching rate corresponding to the energy of the etching plasma used later is extracted from the storage unit, and an etching processing time to be performed after the detection is t, which is required to form the through-hole in the substrate. The total etching amount is Ap, the etching rate before the detection and the processing performed at the etching rate. When the detection previous etching amount is calculated by the control unit and Aa based on the between, as its gist to determine the processing time based on t = (Ap-Aa) / v.
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。 When the increase in the supply flow rate of the inert gas is detected as described above, the value obtained by subtracting the etching amount before the detection from the total etching amount, that is, the thickness of the remaining film in the region to be the penetration portion is measured. If the remaining dry etching time is set according to the above, the substrate is only subjected to a simple process of setting the etching time without continuously monitoring the progress of the dry etching until the formation of the through portion is completed. The through portion can be formed while suppressing an excessive etching process.
請求項11に記載の発明は、請求項6〜10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。 An eleventh aspect of the present invention is the MEMS device manufacturing apparatus according to any of the sixth to tenth aspects, wherein the substrate cooling unit mounts the first stage on which the substrate is mounted and the first stage. The first stage is a plurality of stages associated with each of the plurality of substrates, and the second stage is one common to the plurality of first stages. The gist is that it is a stage.
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。 When the through portion is formed in the substrate, plasma induced during the dry etching and various gases excited by the plasma flow into the stage mounting surface through the through portion. The plasma or excitation gas thus flowing into the mounting surface contains ions, radicals, and the like that are highly reactive with various substances, which react with the constituent materials of the stage and corrode the stage. When the stage is corroded in this way, the function of the stage is impaired as described below, and the stage must eventually be replaced. For example, if the stage mounting surface is directly exposed to plasma through the through-hole of the substrate, the etching proceeds on a part of the stage mounting surface, and the flatness of the mounting surface is impaired. The substrate is likely to be displaced on the mounting surface. If the etching is such that a bias potential is applied to the substrate through the stage, the plasma energy for the substrate is easily transmitted directly to the stage through the through-hole of the substrate, and abnormal discharge occurs on the stage mounting surface. It becomes easy.
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。
In particular, if the energy of the etching plasma with respect to the substrate is changed during the period of irradiation with the etching plasma, such damage to the stage becomes remarkable for the following reason. That is, if the energy of the etching plasma with respect to the substrate is changed, the amount of etching on the substrate varies each time the energy of the etching plasma is changed. In order to reliably form the through portion, so-called over-etching, in which etching is performed with an etching amount larger than the etching amount required for forming the through portion, is generally performed. If the etching amount fluctuates as described above during the etching processing period, the over-etching amount naturally needs to be increased in order to compensate for the variation. For this reason, if the energy of the etching plasma for the substrate is changed, the amount of over-etching becomes large, and the opportunity for the plasma to flow into the back surface of the substrate through the penetrating portion inevitably increases.
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。 In this regard, as described above, if the substrate is placed on the second stage together with the first stage, a through-hole is formed in the substrate, through which the plasma, excitation gas, and the like are transferred to the substrate. Even if it flows into the rear surface side of these, these plasma and excitation gas react with the first stage and are consumed on the first stage. That is, it becomes possible to avoid the corrosion of the second stage due to the plasma and the excitation gas flowing in from the through portion.
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。
Hereinafter, an embodiment embodying a method for manufacturing a MEMS device according to the present invention will be described with reference to FIGS.
FIG. 1 shows, for example, penetration into a substrate to be processed by performing a dry etching process using a reactive gas containing ions, radicals, and the like, which is one step in the method for manufacturing a MEMS device according to the present embodiment. 1 shows a schematic configuration of a MEMS device manufacturing apparatus that forms a part. As shown in FIG. 1, the vacuum chamber constituting the device manufacturing apparatus has a chamber
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。
At the opening of the
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。
On such a
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。
A
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。
A
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。
Further, on the outside of the peripheral wall of the second
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。
On the surface of the
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。
Further, the MEMS device manufacturing apparatus corresponds to the signal output from the
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。
In such a MEMS device manufacturing apparatus, in the dry etching process of the substrate S, first, the substrate S to be processed is loaded into a vacuum chamber from a loading port (not shown) and placed on the
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。
Here, when the excited species derived from the etching gas is irradiated onto the surface of the substrate S, the energy of the etching plasma passes through the contact between the particles constituting the plasma and the substrate surface, and the substrate S according to the amount of energy of the plasma. The amount of heat is converted to increase the temperature of the substrate S. Such plasma characteristic values such as the plasma potential of the etching plasma viewed from the substrate S and the density of the plasma drawn into the substrate S can be handled as an index of the energy of the etching plasma. The characteristic values such as the plasma potential of the etching plasma and the density of the plasma drawn into the substrate S include the amount of power supplied to the high-
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。
For example, when the amount of electric power supplied to the
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。
Further, during such a dry etching process, helium gas is supplied from the flow
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。
Specifically, an output signal corresponding to the pressure detected by the
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。
In addition, when such dry etching processing is performed, a gas phase component in the
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。
Here, when forming the penetration part by dry etching, the etchant contained in the gas phase continues to be consumed from the start to the end of the formation of the penetration part. Therefore, when the conditions for dry etching are kept the same and the substrate S is etched, its content in the gas phase changes by a predetermined amount obtained by subtracting the amount consumed by etching from the amount of etchant generated. Will do. Similarly, the amount of the product obtained by etching the substrate S also changes by a predetermined amount. On the other hand, when the formation of the through portion is completed, the etchant consumption reaction due to the dry etching process, that is, the etching reaction of the substrate S does not occur at the same time. That is, when the formation of the penetrating portion is completed, an increase in the etchant contained in the gas phase and a decrease in the product due to etching are detected. Therefore, when the increase in the etchant or the decrease in the product is detected in the monitoring unit M, in other words, when the formation of the through portion is completed, when the dry etching process for forming the through portion is completed. It can be. As described above, an increase in the amount of etching plasma, particularly an etchant, is detected by the monitoring unit M, and a signal corresponding to the detected amount is input to the
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。
When, for example, a through-hole is formed in the substrate S by the dry etching process on the substrate S as described above, the plasma induced during the dry etching process and various plasma gases are transmitted through the through-hole to the
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。
For example, when the substrate placement surface of the
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。
In particular, during the period of irradiation with etching plasma, for example, depending on the progress of the etching process on the substrate S, or the substrate S is made of a multilayer film including films made of different forming materials, and etching of a film made of a certain forming material If the energy of the etching plasma with respect to the substrate S is changed by, for example, shifting from etching to etching of a film made of another type of forming material, the damage to the
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。
In this regard, as in the present embodiment, if the substrate S is placed on the
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。
The
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。 In the MEMS device manufacturing apparatus, by performing the substrate S dry etching process in the above-described manner, openings are formed on the etching surface of the substrate S and the opposite surface, in other words, on the upper surface and the lower surface of the substrate S. A penetrating part is formed. A MEMS device manufactured by the MEMS device manufacturing apparatus generally has a structure in which mechanical elements and electronic circuits are integrated with high density. Therefore, in order to form various elements included in this element or to separate these various elements from each other, the area of the through portion and the through groove in the substrate S constituting the MEMS device often accounts for about 50%. That is, the substrate S is provided with a plurality of through portions, and these through portions are provided close to each other. Such a penetrating portion is formed by scraping a region of an insulating film made of silicon dioxide (SiO 2 ) or the like previously embedded in the substrate S with an etchant.
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。 Here, as described above, when dry etching the substrate S, helium gas is supplied to the back surface of the substrate S for the purpose of cooling the substrate and keeping the temperature constant. The supply of the helium gas as the cooling gas is continued until the etching of the insulating film which is the formation region of the through portion is completed and the front surface and the back surface of the substrate are penetrated by the through portion. That is, helium gas is supplied to the substrate S that is mechanically weakened by the through-holes even when the dry etching is completed in which many through-holes are provided close to each other. As a result, when the pressure of the helium gas supplied to the back surface of the substrate S acts on the non-penetrating region between the penetrating portions, a crack is generated in a fine non-penetrating region that does not have sufficient rigidity to withstand the pressure. It will be. In addition, if the penetrating portions are provided close to each other and continuously provided, the cracks may occur over a plurality of non-penetrating regions.
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。
Therefore, in the present embodiment, depending on the progress of the dry etching process for the substrate S, particularly the progress of the through-hole forming process, it is supplied to the refrigerant space formed by the back surface of the substrate S and the
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。
Next, dry etching processing performed in the MEMS device manufacturing apparatus, in particular, conditions for dry etching processing for forming a through-hole in the substrate S, and the refrigerant when the dry etching processing is performed under the conditions A change in the flow rate of the helium gas supplied to the space will be described in detail with reference to FIG. 2 and Tables 1 to 3. In the dry etching process performed in the MEMS device manufacturing apparatus, a. A high-speed etching step, b. Helium dump process, c. The low-speed etching process and these three processes are sequentially performed. Tables 1 to 3 show examples of the etching conditions in each step. Also, FIG. It is a figure which shows the flow volume of helium gas in a high-speed etching process, and shows the relationship between the elapsed time after starting the dry etching process with respect to the board | substrate S, and the flow volume per unit time of the helium gas supplied to the said refrigerant | coolant space. ing.
(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。
(A. High-speed etching process)
First, in order to start the formation of the penetrating portion, the
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。 By adjusting the amount of helium gas, when the timing T1, that is, 30 seconds have elapsed from the start of dry etching, the supply flow rate that has exceeded 10 sccm is reduced to about 1.5 sccm. Such a decrease in the supply flow rate is due to the fact that the pressure of the helium gas in the refrigerant space has reached the vicinity of the target value due to the supply of helium gas at the start of etching. Until the pressure of the refrigerant space reaches the vicinity of the target value in this way, the cooling action of the substrate S by the helium gas is not sufficiently exerted, so the temperature of the substrate S rapidly increases. .
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。
Next, from the timing T1 to the timing T2, that is, 35 seconds after the timing T1 (65 seconds after the start of dry etching), the supply flow rate of the helium gas gradually increases to 1.5 sccm to 2 sccm. The increase in the supply flow rate is considered to be because the substrate S is thermally deformed as the substrate temperature rapidly increases. For example, when the substrate S is suddenly thermally deformed, the substrate S may be deformed so as to warp on the side opposite to the
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。 Subsequently, the increase in the supply flow rate is also terminated at timing T2, and the supply of helium gas is continued from timing T2 to timing T3, that is, 30 seconds after timing T2 (95 seconds after the start of dry etching). The flow rate gradually decreases. In addition, at this time, the supply flow rate is about 2 sccm at the timing T2, and the supply flow rate at the timing T3 is 1.2 sccm. Therefore, the timing is higher than the absolute value of the increase rate of the supply flow rate from the timing T1 to the timing T2. The absolute value of the decrease rate of the supply flow rate from T2 to timing T3 is larger. Thus, the rapid decrease from the timing T2 to T3 suppresses rapid thermal deformation of the substrate temperature due to the cooling action of the helium gas, and the expansion of the refrigerant space due to the thermal expansion of the substrate S as described above converges. This is probably because the sealing performance of the space has been improved.
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。 When such a rapid decrease from timing T2 to timing T3 ends, the supply flow rate of helium gas becomes monotonous from timing T3 to timing T4, that is, 430 seconds after timing T3 (525 seconds after the start of dry etching). Decrease. In addition, during this period, the supply flow rate only decreases from 1.2 sccm to 0.3 sccm, that is, the absolute value of the decrease rate of the supply flow rate per second is 2.1 × 10 −3 sccm / sec. Yes, it is sufficiently smaller than 3.2 × 10 −2 sccm / sec, which is the absolute value of the decrease rate of the same supply flow rate from timing T2 to timing T3, and the supply flow rate of helium gas supplied to the refrigerant space is stable It can be said that they are doing. This is because the pressure of the helium gas in the refrigerant space is roughly the target value, and the thermal deformation of the substrate S has converged, that is, the pressure in the refrigerant space is closer to the target value than from the timing T1 to the timing T3, and This is probably because the size of the refrigerant space and the airtight state have been maintained.
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。
If the stable supply of helium gas continues in this way, the helium gas supply flow rate will eventually increase at timing T4 and increase from 0.3 sccm to 2.6 sccm. When such a steep increase in the supply flow rate is detected by the
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。
That is, as the etching surface of the substrate S, in other words, the depth of the through portion formed on the surface of the substrate S increases, the rigidity of the substrate S decreases. As the rigidity of the substrate S decreases, the breaking stress, which is the maximum stress that the substrate S can withstand without being broken, also decreases. In other words, when the rigidity of the substrate is lowered until the pressure in the refrigerant space becomes close to the destructive stress, the substrate S bends while projecting from the back surface to the surface. Accordingly, the volume of the refrigerant space formed by the substrate S and the
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。 On the other hand, when the penetrating part penetrates in advance in a part of the substrate surface due to the progress variation of the dry etching process in the same substrate surface, this also is the helium gas that should be accommodated in the refrigerant space. A part will also leak from the refrigerant space through the penetrating part. Then, in order to compensate for the helium gas leaking from the refrigerant space, the supply flow rate of helium gas is increased.
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。 As described above, whether the penetration portion in the substrate S is deep or the penetration portion is formed in a part of the surface of the substrate S, the helium pressure acting on the substrate S causes the destruction of the substrate S. When the stress approaches, the supply flow rate of helium gas supplied to the refrigerant space increases sharply. In other words, whether or not the rigidity of the substrate S at that time is critical for generating cracks in the substrate S is detected from the steep increase in the flow rate of helium gas supplied to the refrigerant space. A sign of occurrence can be detected.
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。
The increase in the supply flow rate of helium gas here has an increase rate of about 10 −1 sccm / sec as described above, and the monotonous decrease in the supply flow rate of helium gas as described above, for example, until just before that. The helium gas supply flow rate is stabilized, that is, the fluctuation rate is about 10 −3 sccm / sec. Further, the behavior of the helium gas supply flow rate from the timing T1 to the timing T4 is an example, and the refrigerant space formed by the substrate S and the
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。 In any case, the sudden increase in the supply flow rate of the helium gas follows the stable behavior of the supply flow rate of the helium gas, and the increase compared to other increases or decreases seen before. The speed is limited to about 10 times.
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。
In addition, in the present embodiment, the increase in the supply flow rate of helium gas, which is the end timing of such a high-speed etching process, means that a predetermined time has elapsed since the start of metering of helium gas simultaneously with the start of the dry etching process. Later, it is limited to those detected while metering the helium gas. The predetermined time is the time until the expansion of the refrigerant space due to the temperature rise of the substrate S as described above converges, the sealing performance of the refrigerant space is continuously improved, or is continuously stable. In other words, it is set as the time until the aspect of the supply flow rate of helium gas (decrease per unit time, etc.) remains unchanged in time.
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。 For example, the predetermined time is determined by the constituent material of the substrate S and the energy of the etching plasma that raises the temperature of the substrate S. This is because the thermal expansion coefficient of the substrate S varies depending on the constituent material of the substrate S, and the difference in the degree of thermal deformation of the substrate S, in other words, the degree of expansion of the refrigerant space and the sealing property of the refrigerant space. This is because the degree of variation is also different. For example, a substrate made of a material having a smaller coefficient of thermal expansion has a smaller deformation due to its temperature rise, and therefore the degree of expansion of the refrigerant space partitioned by this is also reduced. On the other hand, since the temperature rise degree of the substrate S is defined by the energy of the etching plasma, the degree of thermal deformation of the substrate S is also defined by the energy of the etching plasma. Such thermal deformation generally increases as the degree of temperature rise of the substrate S increases, that is, as the energy of the etching plasma varies greatly. Therefore, the predetermined time is set according to the degree of thermal deformation of the substrate S defined by the thermal expansion coefficient and the energy of the etching plasma. Further, the larger the degree of thermal deformation of the substrate S defined by the thermal expansion coefficient and the degree of temperature rise of the substrate S, the more it takes for the increase and decrease in the supply flow rate of helium gas supplied to the refrigerant space to converge. Since the time becomes longer, the predetermined time is also set longer.
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。
In the present embodiment, the time from the start of the dry etching process shown in FIG. 2 to the timing T3 is set as the predetermined time. Further, even if this time T3 is reached, for example, an increase in the amount of helium gas supplied between the timing T1 and the timing T2 is detected by the
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。 As described above, in this embodiment, a period during which the increase in the supply flow rate of the helium gas may occur as a predetermined time due to other factors other than the decrease in the rigidity of the substrate S is set as the predetermined time, and the helium gas detected after the predetermined time has elapsed. The increase in the supply flow rate is increased due to the decrease in the rigidity of the substrate S. This avoids erroneously detecting an increase in the supply amount of helium gas due to the above other factors as an increase in the supply amount of helium gas due to a decrease in the rigidity of the substrate S, that is, the end timing of the high-speed etching process.
(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。
(B. Helium dump process)
When the increase in the helium gas supply flow rate at timing T4 shown in FIG. 2 is detected by the
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。
When the conditions in Table 2 are changed, the space between the back surface of the substrate S and the
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。 As described above, when the occurrence of a crack in the substrate S or a sign of the crack is detected, the flow rate of the helium gas supplied to the back surface of the substrate S is set to “0”. By making the differential pressure of “0” or a pressure close to “0”, it is possible to remove the force that pushes the substrate S from the back surface to the front surface side, which is the etching surface, and more reliably generate cracks in the substrate S. Can be suppressed.
(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。
(C. Low speed etching process)
As described above, after the helium gas exhaust process is performed for 30 seconds, the
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。
By carrying out the dry etching process under the conditions shown in Table 3, when the formation of the penetrating part is completed, the monitoring part M detects an increase in the amount of etchant contained in the gas phase, that is, in the etching plasma. When a signal corresponding to the detected value is output from the monitoring unit M to the
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。 Incidentally, the etching time shown in Table 3 is changed from the dry etching conditions shown in Table 2 to the dry etching conditions shown in Table 3, and the control unit detects the increase in etchant by the monitoring unit M. 60 is the time until the end of the dry etching process is determined.
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。
Thus, when the substrate S is subjected to the dry etching process to form the through portion penetrating in the thickness direction, the etching rate of the substrate for the dry etching process is reduced in the middle of the etching, and the energy of the etching plasma is reduced. Precisely, the operating pressure during dry etching is reduced, the high-frequency voltage applied to the high-
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。
Further, since the pressure of the helium gas is reduced and the energy of the etching plasma is reduced in this way, even if the cooling efficiency of the substrate by the helium gas is reduced, the influence of the heating of the substrate S, for example, the MEMS device manufacturing apparatus It is also possible to suppress etching variations caused by temperature variations among the plurality of substrates S processed in
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。
Moreover, in the present embodiment, the amount of helium gas supplied to the back surface of the substrate S is monitored by the
[Example]
Hereinafter, the manufacturing method of the MEMS device according to the present invention will be specifically described based on Examples and Comparative Examples.
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。 Using a substrate S having a diameter of 6 inches, a MEMS device in which the area of the through-holes opening on both front and back surfaces of the substrate S is 10 to 40% of the surface area and the back surface area of the substrate S, respectively. Manufactured.
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。
When forming the penetrating portion of the MEMS device, dry etching is performed under the conditions shown in Table 1 above, and the helium gas supply flow rate to the refrigerant space is rapidly increased by the
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。 Next, after 30 seconds passed under the conditions shown in Table 2, dry etching treatment was performed under the conditions shown in Table 3 above. Note that, when the dry etching process is completed under the conditions shown in Table 3, that is, when the formation of the through portion is completed, the monitoring unit M detects an increase in the amount of etchant contained in the etching plasma. When it was. The dry etching process under the conditions shown in Table 3 was performed for 4 minutes and 10 seconds. Under the conditions shown in Table 3, the portion of the through-hole forming region in the substrate S was etched by the thickness remaining without being etched by the dry etching process under the conditions in Table 1 above, that is, by 1.5 μm. The etching rate of the dry etching process performed under the conditions described in Table 3 is 0.35 μm / min.
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。
In the MEMS device in which the penetration portion was formed in this way, no crack was generated in the non-penetration portion between the penetration portions.
[Comparative Example 1]
Using the same substrate S as in the above example, a MEMS device having the same ratio of the area of the through portion to the area of the front and back surfaces of the substrate S and the formation pattern of the through portion was manufactured. In this comparative example, when forming the penetrating portion of the MEMS device, dry etching treatment was performed under the conditions shown in Table 1 from the start of the formation to the completion of the formation. As described above, since the etching rate of the dry etching process performed under the conditions shown in Table 1 is 0.4 μm / min, it took 12 minutes and 00 seconds from the start of the formation of the through portion to its completion.
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。
As described above, according to this comparative example, although the time required to form the penetrating portion is shorter than that in the above embodiment, the frequency of occurrence of cracks in the non-penetrating region existing between the penetrating portions formed in the substrate S is reduced. The cracks occurred in five of the five substrates S on which the penetrating portions were formed under the above conditions.
[Comparative Example 2]
Using the same substrate S as in the above example, a MEMS device having the same ratio of the area of the through portion to the area of the front and back surfaces of the substrate S and the formation pattern of the through portion was manufactured. In this comparative example, when forming the penetrating portion of the MEMS device, dry etching treatment was performed under the conditions described in Table 3 from the start of formation to the completion of formation. As described above, since the etching rate of the dry etching process performed under the conditions shown in Table 3 is 0.35 μm / min, it took 13 minutes and 30 seconds from the start of formation of the through portion to its completion.
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。 As described above, according to this comparative example, cracks do not occur in the non-penetrating regions existing between the penetrating portions formed in the substrate S as in the above-described embodiment. It took 25 times longer.
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。
As described above, according to the MEMS device manufacturing method of the present embodiment, the effects listed below can be obtained.
(1) When a dry etching process is performed on the substrate S to form a penetrating portion penetrating in the thickness direction, the etching rate of the substrate S related to the dry etching process is determined along the etching plasma energy, that is, the dry plasma process. It is lowered by the working pressure during the etching process, the high-frequency voltage applied to the high-
(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。 (2) A period during which an increase in the supply flow rate of helium gas may occur due to other factors other than a decrease in the rigidity of the substrate S is set as a predetermined time, and the increase in the supply flow rate of helium gas detected after the predetermined time has elapsed The increase was caused by a decrease in the rigidity of the substrate S. This avoids erroneously detecting an increase in the supply amount of helium gas due to the above other factors as an increase in the supply amount of helium gas due to a decrease in the rigidity of the substrate S, that is, the end timing of the high-speed etching process.
(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。
(3) The amount of helium gas supplied to the refrigerant space formed by the back surface of the substrate S, more precisely, the back surface of the substrate S and the
(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。 (4) After reducing the energy of the etching plasma and reducing the pressure of the helium gas, the amount of the etching plasma by the monitoring unit M, in other words, the amount of the etchant contained in the gas phase of the MEMS device device When the increase in the amount was detected, the dry etching process for forming the through portion was terminated. As a result, it is possible to achieve a state in which the through-hole is reliably formed and the substrate S is hardly affected by the excessive dry etching process.
(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。
(5) When the helium gas supply flow rate, in other words, the target value of the helium gas pressure in the refrigerant space is decreased as the helium gas supply flow rate increases, The differential pressure with respect to the side, that is, the surface of the
(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。
(6) The substrate S to be processed is placed on the
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。
It should be noted that the above embodiment can be implemented with appropriate modifications as follows.
-Although octafluoropropane was used as etching gas, you may make it use the other gas which can etch the board | substrate S. FIG.
・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。 As the substrate S, a substrate made of silicon as a forming material and having an insulating film of silicon dioxide embedded in advance as a through-hole forming region is used. However, the present invention is not limited thereto, and for example, a substrate in which the insulating film is silicon nitride or a substrate made of another forming material may be embedded as the through-hole forming region. Alternatively, a substrate made of silicon as a forming material or a substrate made of another material, in which the insulating film as the through-hole forming region is not provided, may be used.
・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。
Although the
-Although the said MEMS device manufacturing apparatus was equipped with the
The
・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。
Although the
・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。
The frequency of the high frequency voltage applied to the
・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。
Although helium gas is used as the cooling gas supplied to the refrigerant space, other inert gas such as argon gas or nitrogen gas may be used.
Instead of placing the
・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。
In addition, when the
・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。
-While the dry etching process is being performed under the conditions shown in Table 1, the flow rate of the helium gas supplied to the refrigerant space is monitored, and when the increase is detected, the conditions for the dry etching process are determined. The conditions in Table 1 were changed to those in Table 2. However, the time required for the substrate S to bend from the start of dry etching is measured in advance by experiments or the like, and the etching conditions are measured before this time elapses from the start of dry etching. May be changed. This
(7) If the rate of dry etching is reduced and the pressure of helium gas is reduced before the amount of helium gas supplied to the back surface of the substrate S increases, the rigidity decreases due to the progress of dry etching. Before the substrate S bends to the etching surface side due to the above, the force for pushing the substrate S to the etching surface side can be reduced. That is, it is possible to suppress the force applied to the substrate S due to the deformation caused by such bending, and consequently to suppress the generation of cracks in the substrate S.
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。
Such effects can be obtained.
When changing the dry etching conditions, a process based on the conditions shown in Table 2 above, that is, etching gas is introduced but the antenna power and the bias power are both “0” and the substrate S is not etched. A process was set up. However, the present invention is not limited to this, and the conditions shown in Table 2 may be changed directly from the conditions shown in Table 1 to the conditions shown in Table 3. However, by providing the processing steps shown in Table 2, the condition of Table 3 is directly changed from the conditions of Table 1 by restarting dry etching after exhausting the helium gas when the rigidity reduction of the substrate S is detected. In other words, the possibility of cracking in the substrate S can be reduced as compared with the case where the helium gas is exhausted and the dry etching conditions are changed simultaneously.
・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。
The pressure of the helium gas under the conditions shown in Table 2 and Table 3 is not limited to “0”, and the pressure is lower than the condition before the rigidity reduction of the substrate S is detected, that is, the condition shown in Table 1. That's fine. In short, it may be set according to the rigidity of the substrate S on which the penetrating portion is being formed, and set to a value that does not cause cracks in the substrate S.
・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。
The end time of the dry etching process is when the monitoring unit M monitors the content of the etchant in the gas phase in the
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。
For example, the etching rate at which the substrate S is etched is associated with the energy of the etching plasma, in other words, the etching rate corresponding to the dry etching conditions shown in Table 1 above, and the dry etching conditions shown in Table 3 above. The etching rate corresponding to is stored in advance in the
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。
Here, the etching performed after the detection of the sudden increase in the helium gas supply flow rate, which is a numerical value defined by the thickness of the substrate S, that is, the dry etching processing time according to the conditions described in Table 3 is t, When Ap is the total etching amount required to form the portion, and v is the etching rate after detecting the increase in the helium gas supply flow rate, that is, the etching rate corresponding to the conditions described in Table 3. t = (Ap−Aa) / v
The processing time is determined based on the above.
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。
This
(8) When detecting an increase in the helium gas supply flow rate, a value obtained by subtracting the etching amount before the detection from the total etching amount, that is, the thickness of the remaining film in the region to be the through portion, is calculated, and the remaining dry If the etching time is set, without continuing to monitor the progress of dry etching until the formation of the penetrating portion is completed, that is, without continuously monitoring the etchant or the like in the etching plasma by the monitoring portion M, The through portion can be formed while suppressing an excessive etching process on the substrate S only by a simple process of setting an etching time at the start of the dry etching process under the conditions described in Table 3.
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。
Such effects can be obtained.
The increase in the supply flow rate of helium gas detected after a predetermined time has elapsed, that is, after the time from the start of the dry etching process shown in FIG. It was detected as an increase in the supply flow rate due to the decrease. Not limited to this, for example, immediately after the dry etching process for the substrate S is started from the thermal expansion coefficient of the substrate S and the energy of the etching plasma supplied to the substrate S, that is, immediately after the cooling of the substrate S is started. Even if it exists, when it is thought that expansion of the said refrigerant | coolant space and the sealing performance of this space do not produce easily, it is not necessary to provide the said predetermined time.
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。
DESCRIPTION OF
Claims (11)
前記貫通部を形成する際に、
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
ことを特徴とするMEMSデバイスの製造方法。 A method for manufacturing a MEMS device, wherein a penetrating portion penetrating between a front surface and a back surface of a substrate is formed by etching plasma irradiated on the surface of the substrate,
When forming the penetration part,
After cooling the substrate that is heated in accordance with the energy of the etching plasma with an inert gas as a cooling medium pumped to the back surface of the substrate, the pressure of the inert gas on the back surface of the substrate is A method for manufacturing a MEMS device, wherein the energy is lowered together with energy of etching plasma.
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
ことを特徴とするMEMSデバイスの製造方法。 In the manufacturing method of the MEMS device of Claim 1,
The pressure of the inert gas in the refrigerant space is a target while the inert gas is pumped to the refrigerant space surrounded by the concave portion provided on the placement surface of the stage on which the substrate is placed and the back surface of the substrate. The supply flow rate of the inert gas to be a value,
When forming the penetration part,
Lowering the target value together with the energy of the etching plasma when the supply flow rate of the inert gas increases during metering after a predetermined time has elapsed from the start of metering of the inert gas with respect to the target value. A manufacturing method of a MEMS device characterized by the above.
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。 In the manufacturing method of the MEMS device of Claim 2,
Monitoring the supply flow rate of the inert gas to the refrigerant space;
The target value together with the energy of the etching plasma when an increase in the supply flow rate of the inert gas is detected during metering after a predetermined time has elapsed from the start of metering of the inert gas with respect to the target value. The manufacturing method of the MEMS device characterized by the above-mentioned.
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。 In the manufacturing method of the MEMS device of any one of Claims 1-3,
Monitoring the amount of etchant contained in the etching plasma;
The method of manufacturing a MEMS device, wherein the supply of the etching plasma is terminated when an increase in the amount of the etchant is detected after lowering the pressure of the inert gas together with the energy of the etching plasma.
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。 In the manufacturing method of the MEMS device of any one of Claims 1-4,
A pressure difference between the front surface side and the back surface side of the substrate is set to “0” when both the pressure of the inert gas and the energy of the etching plasma on the back surface of the substrate are lowered. Production method.
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る
ことを特徴とするMEMSデバイスの製造装置。 A MEMS device manufacturing apparatus in which a penetrating portion penetrating between a front surface and a back surface of a substrate is formed by etching plasma irradiated on the surface of the substrate,
An etching plasma irradiation section for irradiating the surface of the substrate with etching plasma;
A substrate cooling section that pumps an inert gas as a cooling medium to the back surface of the substrate;
After cooling the substrate that is heated in accordance with the energy of the etching plasma with an inert gas as a cooling medium pumped to the back surface of the substrate, the pressure of the inert gas on the back surface of the substrate is An apparatus for manufacturing a MEMS device, comprising: a control unit that controls the etching plasma irradiation unit and the substrate cooling unit in a manner of lowering together with energy of etching plasma.
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
ことを特徴とするMEMSデバイスの製造装置。 The MEMS device manufacturing apparatus according to claim 6,
The substrate cooling unit is
The pressure of the inert gas in the refrigerant space is a target while the inert gas is pumped to the refrigerant space surrounded by the recess provided on the mounting surface of the stage on which the substrate is mounted and the back surface of the substrate. A metering unit for metering the supply flow rate of the inert gas so as to be a value,
The controller is
Lowering the target value together with the energy of the etching plasma when the supply flow rate of the inert gas increases during metering after a predetermined time has elapsed from the start of metering of the inert gas with respect to the target value. An MEMS device manufacturing apparatus characterized by the above.
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。 The MEMS device manufacturing apparatus according to claim 7,
An inert gas supply flow rate monitoring unit for monitoring the supply flow rate of the inert gas to the refrigerant space;
The controller is
When an increase in the inert gas supply flow rate is detected by the inert gas supply flow rate monitoring unit during metering after a predetermined time has elapsed since the start of metering the inert gas with respect to the target value, The target value is lowered together with the energy of the etching plasma. A MEMS device manufacturing apparatus, wherein:
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。) The MEMS device manufacturing apparatus according to claim 8,
A storage unit for storing an etching rate at which the substrate is etched in association with energy of the etching plasma;
The controller is
When an increase in the supply flow rate of the inert gas is detected by the inert gas supply flow rate monitoring unit, an etching rate corresponding to the energy of the etching plasma used before the detection is used, and used after the detection. An etching rate corresponding to the energy of the etching plasma is extracted from the storage unit;
Etching time after the detection is t, and the total etching amount required to form the through-hole in the substrate is Ap, and the etching rate and the etching rate before the detection were performed. When the etching amount before the detection calculated by the control unit based on the processing time is Aa,
The processing time is determined based on t = (Ap−Aa) / v. A MEMS device manufacturing apparatus, wherein:
(Here, Ap is the total etching amount required to form the through portion, and Aa is calculated by the control unit based on the etching rate before detection and the processing time performed at the etching rate. The etching amount before the detection to be performed, and v is the etching rate after the detection.)
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。 In the manufacturing apparatus of the MEMS device of any one of Claims 6-9,
An etchant amount monitoring unit for monitoring the amount of etchant contained in the etching plasma;
The controller is
A dry etching process is ended when an increase in the amount of the etchant is detected by the etchant amount monitoring unit after lowering the pressure of the inert gas together with the energy of the etching plasma. .
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。 In the manufacturing apparatus of the MEMS device of any one of Claims 6-10,
The substrate cooling unit is
A first stage for placing the substrate;
A second stage for placing the first stage;
The first stage is a plurality of stages associated with each of a plurality of substrates,
The second stage is one stage that is common to a plurality of first stages. An MEMS device manufacturing apparatus, wherein:
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