JP2014033077A

JP2014033077A - 貫通孔の形成方法

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Publication number: JP2014033077A
Application number: JP2012172782A
Authority: JP
Inventors: Kenji Tamamori; 研爾玉森
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 2012-08-03
Filing date: 2012-08-03
Publication date: 2014-02-20

Abstract

【課題】製造プロセスの途中で変形させることなく寸法精度が良好な貫通孔を形成するための貫通孔の形成方法を提供する。
【解決手段】シリコンオンインシュレ―タ基板（基板１０）に含まれるシリコン活性層１３の所定の領域に、第一の開口２１を形成する工程と、第一の開口２１からエッチングを施して、少なくとも第一の開口２１にて露出されているシリコン酸化膜層１２を除去する工程と、シリコン酸化膜層１２が除去された領域に導電膜３３を形成する工程と、シリコン活性層１３に設けられている第一の開口２１の周縁を加工して、第一の開口２１よりも寸法の大きい第二の開口２２を第一の開口２１を形成した領域を含んだ領域に形成する工程と、を有することを特徴とする、貫通孔１の形成方法。
【選択図】図１

Description

本発明は、ドライエッチングを用いてシリコン基板に貫通孔を形成する方法に関するものである。

半導体装置やＭＥＭＳ装置を製造するにあたり、シリコン基板への貫通孔の形成プロセスは、広く使用されている。近年では、半導体装置やＭＥＭＳ装置の性能を向上させるために、シリコン基板への貫通孔の形成プロセスを利用する際に、形成される貫通孔の寸法精度の向上が求められている。

ここで一般的なドライエッチングによるシリコンオンインシュレ―タ基板（ＳＯＩ基板）への貫通孔形成方法を以下に説明する。

ＳＯＩ基板は、支持層と、支持層上に設けられるエッチングストップ層と、エッチングストップ層上に設けられシリコン等からなる活性層（シリコン活性層）と、を有している。ここでＳＯＩ基板に貫通孔を形成することとは、通常、活性層を貫通する貫通孔を形成する方法である。

活性層を貫通する貫通孔を形成する際には、まず所望のパターン形状を有するエッチングマスクを活性層上に設ける。次に、エッチングソースとなるイオンを含んだエッチングガスをＳＯＩ基板のシリコン活性層側に向けて入射させておいて、エッチングストップ層が露出するまでＳＯＩ基板のシリコン活性層の部分的なエッチングを行う。これにより、シリコン活性層の所定の領域、具体的には、エッチングマスクが設けられていない領域に貫通孔となる開口が形成される。

ところで、基板面内のエッチングレート差を考慮すると、エッチングレートの速い領域では貫通孔が形成された後においてもさらにエッチング（オーバーエッチング）を行う必要がある。このため、エッチングストップ層の一部は、エッチングガスに含まれるイオン（エッチングソース）にさらされ続けることになる。このため、エッチングストップ層が帯電し、この帯電によってエッチングガスに含まれるイオンの軌道が曲がり貫通孔の側壁にイオンが衝突する。そうすると、貫通孔の側壁がエッチングされるノッチングが不均一に生じることとなり、貫通孔の寸法精度が悪化してしまうという問題があった。

この問題を解決する方法として、特許文献１にて提案されている方法がある。具体的には、ＳＯＩ基板に含まれる支持層を部分的に除去して開口を設けた後、この開口から露出しているボックス層を除去して、ボックス層が除去されることで露出した活性層の裏面側に導電層を成膜した後で活性層に開口を設ける方法が提案されている。

特許第３８０９７５４号

特許文献１にて提案された方法では、導電層を設けることでノッチングの抑制は可能となる。しかし、導電層を設けた後でフォトリソプロセスやＳｉ層の深堀エッチングを行う際に基板を装置にチャックする際に、活性層のメンブレン部分に反りやうねりが発生するため、活性層に設けられた開口の真円度が悪化するという問題があった。

本発明は、上記課題を解決するためになされるものであり、その目的は、製造プロセスの途中で変形させることなく寸法精度が良好な貫通孔を形成するための貫通孔の形成方法を提供することにある。

本発明の貫通孔の形成方法の第一の態様は、ドライエッチング法を用いてシリコン基板を貫通する貫通孔を形成する貫通孔の形成方法であって、
シリコンオンインシュレ―タ基板に含まれる活性層の所定の領域に、第一の開口を形成する工程と、
前記第一の開口からエッチングを施して、少なくとも前記第一の開口にて露出されている酸化膜層を除去する工程と、
前記酸化膜層が除去された領域に導電膜を形成する工程と、
前記活性層に設けられている前記第一の開口の周縁を加工して、前記第一の開口よりも寸法の大きい第二の開口を前記第一の開口を形成した領域を含んだ領域に形成する工程と、を有することを特徴とする。

また本発明の貫通孔の形成方法の第二の態様は、ドライエッチング法を用いてシリコン基板を貫通する貫通孔を形成する貫通孔の形成方法であって、
酸化膜層が部分的に除去されたシリコンオンインシュレ―タ基板を作製する工程と、
前記酸化膜層が設けられていない領域に設けられている活性層を加工して第一の開口を形成する工程と、
前記酸化膜層が除去された領域に導電膜を形成する工程と、
前記活性層に設けられている前記第一の開口の周縁を加工して、前記第一の開口よりも寸法の大きい第二の開口を前記第一の開口を形成した領域を含んだ領域に形成する工程と、を有することを特徴とする。

本発明によれば、製造プロセスの途中で変形させることなく寸法精度が良好な貫通孔を形成するための貫通孔の形成方法を提供することができる。

即ち、本発明の方法では、貫通孔を形成するシリコン基板（ＳＯＩ基板の活性層）の裏面側において貫通孔を形成する領域に導電膜を設けている構成であるため、貫通孔を形成する際に帯電が生じず、ノッチングを効果的に防止することができる。また本発明においては、ＳＯＩ基板の活性層に開口を形成する際に、基板自体がメンブレン状になっていないため、基板をチャックする際に反りやたわみが発生せず、寸法精度のよい貫通孔を形成することができる。

本発明の貫通孔の形成方法における第一の実施形態を示す断面模式図である。本発明の貫通孔の形成方法によって形成された開口を有する基板が搭載されているマルチ荷電粒子ビーム露光装置の構成の例を示す図である。本発明の貫通孔の形成方法における第二の実施形態を示す断面模式図である。本発明の貫通孔の形成方法における第三の実施形態を示す断面模式図である。

本発明は、ドライエッチング法を用いてシリコン基板、例えば、ＳＯＩ基板（シリコンオンインシュレ―タ基板）を貫通する貫通孔を形成する貫通孔を形成する方法である。本発明において、貫通孔の形成方法は、第一の方法と第二の方法とがある。ここで第一の方法とは、下記（Ａ１）乃至（Ａ４）に示されるプロセスを含む方法である。
（Ａ１）シリコンオンインシュレ―タ基板に含まれる活性層の所定の領域に、第一の開口を形成する工程（第一の開口の形成工程）
（Ａ２）第一の開口からエッチングを施して、少なくとも第一の開口にて露出されている酸化膜層を除去する工程（酸化膜層の加工工程）
（Ａ３）酸化膜層が除去された領域に導電膜を形成する工程（導電膜の形成工程）
（Ａ４）活性層に設けられている第一の開口の周縁を加工して、第一の開口よりも寸法の大きい第二の開口を前記第一の開口を形成した領域を含んだ領域に形成する工程（第二の開口の形成工程）

また第二の方法とは、下記（Ｂ１）乃至（Ｂ４）に示されるプロセスを含む方法である。
（Ｂ１）酸化膜層が部分的に除去されたシリコンオンインシュレ―タ基板を作製する工程（ＳＯＩ基板の作製工程）
（Ｂ２）酸化膜層が設けられていない領域に設けられている活性層を加工して第一の開口を形成する工程（第一の開口の形成工程）
（Ｂ３）酸化膜層が除去された領域に導電膜を形成する工程（導電膜の形成工程）
（Ｂ４）活性層に設けられている第一の開口の周縁を加工して、第一の開口よりも寸法の大きい第二の開口を第一の開口を形成した領域を含んだ領域に形成する工程（第二の開口の形成工程）

上述した二種類のプロセスは、シリコンオンインシュレータ基板について、活性層の所定の領域に第一の開口を形成して、所定の領域に導電膜を形成した後、第一の開口を拡張するように第二の開口を形成する点で共通する。一方で、上述した二種類のプロセスは、シリコンオンインシュレ―タ基板について、酸化膜を加工するタイミングが異なる点で相違する。

以下、図面を参照しながら本発明について詳細に説明する。

図１は、本発明の貫通孔の形成方法における第一の実施形態を示す断面模式図である。以下、図１に基づいて貫通孔の形成プロセスについて説明する。

（１）基板（図１（ａ））
本実施形態で用いられる基板１０は、図１（ａ）に示されるように、シリコン支持層１１と、シリコン酸化膜層１２と、シリコン活性層１３と、がこの順に積層してなるシリコンオンインシュレ―タ基板（ＳＯＩ基板）である。そしてこれから説明するプロセスは、シリコン活性層１３の所定の領域に貫通孔を設けるためのプロセスである。

（２）第一の開口の形成工程（図１（ｂ）〜（ｄ））
次に、ドライエッチングを利用して、基板１０（ＳＯＩ基板）が有するシリコン活性層１３の所定の領域を加工して、図１（ｄ）に示される第一の開口２１を形成する。尚、図１（ｄ）に示される第一の開口２１は、具体的には、平面から見て円形状であって断面から見て円筒形状の開口である。

本工程は、まずシリコン活性層１３上に、所定の領域に開口３１ａを有するエッチングマスク３１を形成する（図１（ｃ））。ここで、エッチングマスク３１に含まれる開口３１ａは、第一の開口２１を設ける領域に対応するように設けられている。エッチングマスク３１は、例えば、レジスト材料からなる層を形成し、露光・現像を行うことによって形成される。尚、図１（ｂ）に示されるように、エッチングマスク３１を形成する前に、所定の領域に開口３２ａを有するエッチングマスク３２を形成してもよい。ここで図１（ｂ）に示される開口３２ａは、開口３１ａよりも口径が広い開口である。またエッチングマスク３２は、後述する第二の開口の形成工程で用いられるエッチングマスクである。

以上説明したエッチングマスク３１を用いて、シリコン深堀ドライエッチングにより、シリコン活性層１３に第一の開口２１を形成する（図１（ｄ））。このとき、シリコン活性層１３の下方に設けられるシリコン酸化膜層１２は、エッチングストッパー層として機能する。ところで第一の開口２１を形成する際に、シリコン酸化膜層１２に近づいたときにシリコン活性層１３にはノッチングが発生する（不図示）。このため、本工程にて形成される第一の開口２１のシリコン酸化膜層１２側の口部２１ａの形状が不良になることがある。しかし、後述する第二の開口の形成工程において、シリコン酸化膜層１２側の口部２１ａの形状が変形するので、第一の開口２１のシリコン酸化膜層１２側の口部２１ａにおける開口の形状不良が問題となることはない。

（３）シリコン酸化膜層の加工工程（図１（ｅ））
次に、ドライエッチングにより、シリコン酸化膜層１２を部分的に加工する（図１（ｅ））。具体的には、ドライエッチングのエッチングソース（イオン状態の原子）を、開口２１を介して露出した状態となっているシリコン酸化膜層１２へ照射する。これにより、少なくとも開口２１を介して露出した状態となっているシリコン酸化膜層１２は除去される。本発明において、本工程にて加工されるシリコン酸化膜層１２の加工領域１２ａはシリコン酸化膜層１２のエッチング時間に比例するものであり、図１（ｂ）に示されるエッチングマスク３２が有する開口３２ｂが設けられる領域よりも大きくするのが望ましい。

以上により、シリコン酸化膜層の加工を行った後、エッチングマスク３１を除去しておく。エッチングマスク３１の除去方法としては、ドライエッチング等の公知の方法を採用することができる。

（４）導電層の形成工程（図１（ｆ））
次に、第１の開口２１及びシリコン酸化膜層を加工した際に生じた空間の壁面について導電性の材料からなる薄膜（導電膜３３）を形成する（図１（ｆ））。これにより、シリコン酸化膜層を加工した際に露出されたシリコン活性層１３の裏面１３ａに導電膜３３が形成されることになり、後の工程において第二の開口２２を設ける際に、第二の開口２２を設ける領域の直下に導電膜が設けられることになる。尚、導電膜３３は、シリコン支持層１１と電気的に接続されている。

（５）埋め戻し工程（図１（ｇ））
本発明においては、導電層３３を形成した後、第一の開口２１の形成及びシリコン酸化膜層１２の加工によって生じた空間を、充填材４０にて埋め戻してもよい。本工程は、例えば、充填材４０の埋め込み工程と、基板１０の平坦化工程と、基板１０表面に形成されている導電層３３を除去して基板１０表面を露出させるエッチバック工程と、からなる工程である。

本工程において、充填材４０となる材料としては、次の工程で行われるシリコン深堀ドライエッチングに対して耐久性のある材料が選択される。例えば、銅等の金属材料が挙げられる。

（６）第二の開口の形成工程（図１（ｈ））
次に、エッチングマスク３２を用いたシリコン深堀ドライエッチングにより、シリコン活性層１３の所定の領域を加工して第二の開口２２を形成する（図１（ｈ））。ここで第二の開口２２は、シリコン活性層１３に設けられている第一の開口２１の周縁を加工することで形成される開口であるため、第一の開口３０ａを形成した領域を含んだ領域に形成される開口である。このため、第二の開口２２は、第一の開口２１よりも寸法の大きい開口となる。

ところでシリコン酸化膜層を加工する際に、その領域をエッチングマスク３２が有する開口３０ｂが設けられる領域よりも大きくすることにより、第二の開口２２を設ける領域の直下に導電膜３３が設けられることになる。このとき、導電膜３３はエッチングストッパー層として機能する。つまり、本工程において、エッチングストッパー層は導電性を有する層である。このため、エッチングストッパー層に帯電が生じないので、シリコン活性層１３を加工して第二の開口２２を形成する際に、シリコン活性層１３の裏面側においてノッチングの発生を防止することが可能になる。

また本発明では、第二の開口２２を形成する段階において、シリコン支持層１１を加工したり除去したりすることはないので、基板１０自体が薄板状とならない。従って、シリコン活性層１３に反りやたわみが発生しないので、ノッチ形状がなく寸法精度のよい貫通穴を形成することができる。

（７）その他
次に、充填材４０、導電膜３３及びエッチングマスク３２を除去することにより、シリコン活性層１３の所定の領域に、シリコン活性層１３を貫通する貫通孔１が形成されることになる（図１（ｉ））。尚、図１（ｉ）には、シリコン支持層１１やシリコン酸化膜層１２が基板１０の一部材として存在するが、シリコン支持層１１やシリコン酸化膜層１２は、公知の方法により除去することができる。またシリコン支持層１１やシリコン酸化膜層１２を除去するタイミングは、第二の開口２２を形成した後に限定されず、第二の開口２２を形成する前であってもよい。ただし、少なくとも図１（ｇ）に示される埋め戻し工程まで行うのが好ましい。

（マルチ荷電粒子ビーム露光装置）
図２は、本発明の実施の形態に係る静電レンズアレイ電極を用いたマルチ荷電粒子ビーム露光装置の構成を示す図である。尚、本実施形態は個別に投影系をもついわゆるマルチカラム式である。

電子源１０８からアノード電極１１０によって引き出された放射電子ビームは、クロスオーバー調整光学系１１１によって照射光学系クロスオーバー１１２を形成する。図２の露光装置１００において、電子源１０８としては、ＬａＢ₆やＢａＯ／Ｗ（ディスペンサーカソード）等のいわゆる熱電子型の電子源が用いられる。

図２の露光装置１００において、クロスオーバー調整光学系１１１は、２段の静電レンズで構成されている。ここでクロスオーバー調整光学系１１１に含まれる１段目、２段目の静電レンズは、共に３枚の電極からなり、中間電極に負の電圧を印加する一方で上下電極は接地している、いわゆるアインツェル型の静電レンズである。

照射光学系クロスオーバー１１２から広域に放射された電子ビームは、コリメータレンズ１１５によって平行ビームとなり、アパーチャアレイ１１７へと照射される。そしてアパーチャアレイ１１７によって分割されたマルチ電子ビーム１１８は、集束レンズアレイ１１９によって個別に集束され、ブランカーアレイ１２２上に結像される。

図２の露光装置１００において、集束レンズアレイ１１９は、３枚の多孔電極からなる静電レンズであり、３枚の電極のうち中間の電極のみ負の電圧を印加する一方で上下電極は接地している、いわゆるアインツェル型の静電レンズアレイである。

またアパーチャアレイ１１７（収束半角）を規定する役割も持たせるため、集束レンズアレイ１１９は、所定の位置（集束レンズアレイの前側焦点面位置）に置かれている。

集束レンズアレイ１１９を通過した電子ビームは、ブランカーアレイ１２２に到達する。ブランカーアレイ１２２は、偏向電極を持ったデバイスであり、描画パターン発生回路１０２、ビットマップ変換回路１０３、ブランキング指令回路１０７によって生成されるブランキング信号に基づき、描画パターンに応じて個別にビームのｏｎ／ｏｆｆを行う。

ここでビームがｏｎの状態のときには、ブランカーアレイ１２２の偏向電極には電圧を印加させない一方で、ビームがｏｆｆの状態のときには、ブランカーアレイ１２２の偏向電極に電圧を印加してマルチ電子ビームを偏向する。ここでブランカーアレイ１２２によって偏向されたマルチ電子ビーム１２５は、後段にあるストップアパーチャアレイ１２３によって遮断され、ビームがｏｆｆの状態となる。

本実施形態においてブランカーアレイは、露光装置１００内に２組組み込まれており、それぞれ２段で構成されている。即ち、ブランカーアレイ１２２及びストップアパーチャアレイ１２３と、これらアレイと同じ構造であって後段に配置されている、第二ブランカーアレイ１２７及び第二ストップアパーチャアレイ１２８がと、で構成されている。

ブランカーアレイ１２２を通ったマルチ電子ビームは第二集束レンズアレイ１２６によって第二ブランカーアレイ１２７上に結像される。さらにマルチ電子ビームは第３・第４集束レンズによって集束されてウエハー１３３上に結像される。

ここで、第２集束レンズアレイ１２６・第３集束レンズアレイ１３０・第４集束レンズアレイ１３２は集束レンズアレイ１１９同様に、アインツェル型の静電レンズアレイである。

このアインツェル型の静電レンズアレイの電極には、後述する実施例にて説明されている方法で作製したノッチ形状のない、寸法精度の良好なシリコン貫通穴電極を用いている。この電極は、寸法精度、特に高真円度に加工されていることで、レンズアレイの収差が低減されている。特に第４集束レンズアレイ１３２は対物レンズとなっており、その縮小率は１００倍程度に設定される。

これにより、ブランカーアレイ１２２の中間結像面上の電子ビーム１２１（スポット径がＦＷＨＭで２μｍ）が、ウエハー１３３面上で１００分の１に縮小され、ＦＷＨＭで２０ｎｍ程度のマルチ電子ビームがウエハー上に結像される。

ウエハー上のマルチ電子ビームのスキャンは偏向器１３１で行うことができる。偏向器１３１は対向電極によって形成されており、ｘ、ｙ方向について２段の偏向を行うために４段の対向電極で構成される（図中では簡単のため２段偏向器を１ユニットとして表記している）。

偏向器１３１は偏向信号発生回路１０４の信号に従って駆動される。

パターン描画中は、ウエハー１３３は、Ｘ方向にステージ１３４によって連続的に移動し、レーザー測長機による実時間での測長結果を基準としてウエハー面上の電子ビーム１３５が偏向器１３１によってＹ方向に偏向される。

また、ブランカーアレイ１２２及び第二ブランカーアレイ１２７によって描画パターンに応じてビームのｏｎ／ｏｆｆが個別になされる。これにより、ウエハ１３３面上に所望のパターンを高速に描画することができる。

以上より、ノッチングを防止し、寸法精度の良好な貫通孔を形成した静電レンズアレイを用いたマルチ荷電粒子ビーム露光装置は、静電レンズアレイの光学収差が小さいので、高解像度装置となる。

以下、実施例により本発明を詳細に説明する。

図１に示されるプロセスに基づいて、貫通孔１を形成した。

（１）基板（図１（ａ））
本実施例では、直径２００ｍｍ、シリコン活性層１３の厚さが１００μｍ、シリコン酸化膜層１２の厚さが２μｍ、シリコン支持層１１の厚さが４００μｍのシリコンオンインシュレータ基板を基板１０として使用した。

（２）第一の開口の形成工程（図１（ｂ）〜（ｄ））
まず熱酸化法により、基板１０の表面にシリコンの酸化膜を形成した。このときシリコンの酸化膜の厚さは１μｍであった。尚、このとき基板１０の裏面側（シリコン支持層１１側）にも同様のシリコンの酸化膜が形成されるが、エッチングにより除去してもよい。

次に、フォトリソグラフィによって、レジストパターンを形成した。このとき作製したレジストパターンの厚さは１μｍであり、後述する第二の開口を設ける領域に開口を有するパターンであった。次に、このレジストパターンをエッチングマスクとして、ＩＣＰ−ＲＩＥを利用したドライエッチングにより、先程形成したシリコンの酸化膜を加工した。これにより、直径３０μｍの開口３２ａが１００μｍピッチの間隔で複数配列されているエッチングマスク３２を作製した（図１（ｂ））。本実施例において、フォトリソグラフィを用いてレジストパターンを形成する際には、ｉ線ステッパーを用いたが、必要加工精度によっては、ＫｒＦスキャニングステッパーやＡｒＦスキャニングステッパーを選択してもよい。尚、エッチングマスク３２を作製する際には、シリコンの酸化膜の加工後、シリコンの酸化膜上に設けられたレジストパターンの除去処理を行うのが好ましい。

次に、公知のレジスト材料を基板１０上に塗布した後、露光・現像を行うことにより、第一の開口２１を設ける領域に開口３１ａを有するレジストパターンを作製した（図１（ｃ））。このときレジストパターンの厚さは３μｍであり、直径１０μｍの開口３１ａが１００μｍピッチの間隔で複数配列されていた。尚、作製したレジストパターンは、エッチングマスク３１として機能する。

次に、エッチングマスク３１を用いたシリコン深堀ドライエッチングにより、シリコン活性層１３を加工して第一の開口２１を形成した（図１（ｄ））。このシリコン深堀ドライエッチングは、具体的には、ＳＦ₆ガスプラズマによるエッチングとＣ₄Ｆ₈プラズマによる側壁保護とを１サイクルとして、このサイクルを複数回繰り返すボッシュプロセスである。尚、上記エッチングを行う際には、プラズマ発光分光法を用いてエッチングの終点の検出を行った。また上記エッチングの際に、シリコン活性層１３の下方にあるシリコン酸化膜層１２はエッチングストッパー層として機能する。

一方、第一の開口２１を形成する際に、シリコン酸化膜層１２の近傍において、シリコン酸化膜層１２へのチャージアップが生じることでイオン軌道が曲げられノッチングが発生することが確認された。

（３）シリコン酸化膜層の加工工程（図１（ｅ））
次に、ベーパーフッ化水素ガスを主体として用いる等方性ドライエッチングにより、シリコン酸化膜層１２を加工（一部除去）した。具体的には、第一の開口２１からベーパーフッ化水素ガス（エッチングソース）を導入して、第一の開口２１にて露出されているシリコン酸化膜層及びその周辺にあるシリコン酸化膜層を部分的に除去した。このときシリコン酸化膜層１２の加工領域１２ａは、各々が直径３４μｍの円状領域であり、１００μｍピッチの間隔で複数配列されていた。即ち、シリコン酸化膜層１２の加工領域の幅が、エッチングマスク３２が有する開口３２ａの幅よりも大きくなるようにエッチング時間を制御した。尚、シリコン酸化膜層１２の加工領域１２ａは、赤外線顕微鏡を用いて確認することができる。

次に、レジスト剥離液又は酸素アッシング法により、エッチングマスク３１を除去した。尚、２種類のエッチングマスクは、エッチング選択性が高くなるように材料をそれぞれ選択するのが望ましい。

（４）導電層の形成工程（図１（ｆ））
次に、化学的気相成膜法（ＣＶＤ）法を用いて、窒化チタンと銅とを、この順で第一の開口２１の側壁面（３３ａ）、シリコン酸化膜層の加工工程によって開放された空間を形成する壁面（３３ｂ）及び基板１０の表面（３３ｃ）に成膜した（図１（ｆ））。このとき窒化チタンからなる膜（ＴｉＮ膜）の膜厚を１０ｎｍとし、銅からなる膜（Ｃｕ膜）の膜厚を０．５μｍとした。尚、ＴｉＮ膜とＣｕ膜とからなる積層体は、導電層３３として機能する。ここで導電層３３は、図１（ｆ）に示されるように、シリコン活性層１３の裏面側（１３ａ）、より具体的には、第二の開口２２を設ける領域の少なくとも直下に設けられている。また導電層３３は、第一の開口２１によって開放されているシリコン支持層１１の表面にも形成されているため、シリコン支持層１１と電気的に接続されている。一方、化学的気相成膜法（ＣＶＤ）法は、膜のつきまわりがよい成膜方法のため、シリコン酸化膜層１２を加工して形成された空間の壁面においても成膜が可能である。

（５）埋め戻し工程（図１（ｇ））
次に、銅電解メッキ法を用いて、第一の開口２１及びシリコン酸化膜層１２を加工して形成された空間に銅を充填して充填材４０を形成することで埋め戻しを行った。次に、化学的機械的研磨法（ＣＭＰ）を用いて充填した銅の平坦化を行った。次に、銅のウェットエッチングにより、基板１０の表面に形成されているＣｕ膜を除去した後、ドライエッチング又はウェットエッチングによりＴｉＮ膜を除去した。次に、銅を用いて第一の開口の埋め戻しを行った部分を保護するために、フォトリソプロセスを利用して、充填材４０の上にエッチングマスク３４を形成した。このときエッチングマスク３４の膜厚は３μｍであり、直径８μｍのパターンが１００μｍピッチでもって充填材４０を設けた部分に対応するように設けられていた（図１（ｇ））。

（６）第二の開口の形成工程（図１（ｈ））
次に、二種類のエッチングマスク（３２、３４）を用いたシリコン深堀ドライエッチングにより、シリコン活性層１３のうち、二種類のエッチングマスク（３２、３４）に挟まれた領域を加工して第二の開口２２を形成した（図１（ｈ））。このとき第二の開口２２の口径（第一の開口２１が形成された部分を含む）は、３０μｍであった。

本工程において行われるシリコン深堀ドライエッチングは、具体的には、ＳＦ₆ガスプラズマによるエッチングとＣ₄Ｆ₈プラズマによる側壁保護とを１サイクルとして、このサイクルを複数回繰り返すボッシュプロセスである。尚、上記エッチングを行う際には、プラズマ発光分光法を用いてエッチングの終点の検出を行った。また上記エッチングの際に、シリコン活性層１３の下方にある導電層３３がエッチングストッパー層として機能する。このためエッチングストッパー層において帯電が生じないので、シリコン活性層１３においてノッチングの発生を防止しつつ第二の開口２２を形成することが可能になる。また第二の開口２２を形成する際に、第一の開口２１を形成する際に生じたノッチング部分は除去された。

さらに、第二の開口２２を形成する際に、シリコン支持層１１側には開孔が存在しないので、基板１０全体が薄板状にならない。このため、シリコン活性層１３に反りやたわみが発生せず、寸法精度のよい貫通孔１を形成することができる。

（７）埋め戻し部材の除去工程（図１（ｉ））
次に、シリコンがエッチングされない選択比の高いウェットエッチング液を用いて、エッチングマスク（３２、３４）、導電膜３３及び充填材４０を一括で除去した（図１（ｉ））。

以上より、シリコン活性層１３に、ノッチ形状のない、寸法精度の良好な貫通孔１を形成することができた。

図３は、本発明の貫通孔の形成方法における第二の実施形態を示す断面模式図である。図３に示されるプロセスに基づいて、貫通孔１を形成した。

（１）基板（図３（ａ））
本実施例では、直径２００ｍｍ、シリコン活性層１３の厚さが１００μｍ、シリコン酸化膜層１２の厚さが２μｍ、シリコン支持層１１の厚さが４００μｍのシリコンオンインシュレータ基板を基板１０として使用した。尚、本実施例で使用した基板１０には、シリコン酸化膜層１２が複数個所除去されており、シリコン酸化膜層１２の除去領域１２ｂは直径３４μｍの円形状であり、各領域は１００μｍピッチでもって配置されていた。また本実施例で使用した基板１０には、シリコン酸化膜層１２が部分的に除去された領域の中心位置に対応した位置合わせマーク（不図示）が形成されていた。

（２）第一の開口の形成工程（図３（ｂ）〜（ｃ））
実施例１（２）と同様の方法により、第一の開口を形成した（図３（ｂ）〜（ｃ））。尚、開口３２ａを有するエッチングマスク３２を作製する際に行われる露光位置の位置合わせは、シリコンインシュレ―タ基板（基板１０）に備える位置合わせマーク（不図示）を利用した。

（３）導電層の形成工程
実施例１（４）と同様の方法により、第一の開口の側壁面、シリコン酸化膜層が除去されることによって開放された空間を形成する壁面及び基板１０の表面に導電層を成膜した。

（４）埋め戻し工程
実施例１（５）と同様の方法により、第一の開口及びシリコン酸化膜層が除去されることによって開放された空間を埋め戻すための充填材を形成した。

（５）第二の開口の形成工程
実施例１（６）と同様の方法により、第二の開口を形成した。

（６）埋め戻し部材の除去工程
実施例（７）と同様の方法により、埋め戻し部材である充填材をエッチングマスク３２や導電層３３と共に除去した。

以上より、実施例１と同様に、シリコン活性層１３に、ノッチ形状のない、寸法精度の良好な貫通孔１を形成することができた。

図４は、本発明の貫通孔の形成方法における第三の実施形態を示す断面模式図である。尚、図４に示されるプロセスのうち、第二の開口２２を形成するまでの工程は実施例１と同様である。

以下、第二の開口２２を形成した（図４（ａ））後、シリコン活性層１３のみからなり所定の領域に貫通孔１が設けられたシリコン基板を作製する工程について説明する。

（１）シリコン支持層の加工工程（図４（ｂ））
本実施例では、第二の開口２２を形成した（図４（ａ））後、シリコン支持層１１を加工する。

具体的には、まずシリコンインシュータ基板（基板１０）のシリコン支持層１１側に、シリコン支持層１１を貫通する開口２３を形成するためのエッチングマスク３５を形成する（図３（ｂ））。次に、エッチングマスク３５を介してドライエッチングを行うことによってシリコン支持層１１を加工する。尚、シリコン支持層１１の加工する際に行われるドライエッチングについては、実施例１におけるシリコン活性層１３の加工の際に用いられた方法を採用することができる。

このとき、シリコン支持層１１の上方に設けられるシリコン酸化膜層１２及び導電膜３３は、いずれもエッチングストッパー層として機能する。

（２）エッチングマスク、充填材の除去工程（図４（ｃ））
次に、レジスト剥離液又は酸素アッシング法により、エッチングマスク３５を除去する。次に、充填材４０を導電膜３３と共にウェットエッチング液で除去する（図４（ｃ））。充填材４０を除去する具体的な方法については、実施例１（７）と同様の方法を利用することができる。

（３）シリコン支持層、シリコン酸化膜層の除去工程（図４（ｄ））
次に、例えば、ダイシングにより、シリコン支持層１１を基板１０から切り離す。次に、エッチングマスク３２及びシリコン酸化膜層１２を除去することにより、貫通孔１を有するシリコン活性層１３のみからなるシリコン基板２が得られる。尚、実施例１と同様に第二の開口２２を形成する工程の際にノッチングの発生を防止しているため、シリコン基板２が有する貫通孔１は、寸法精度の良好な貫通孔である。

１：貫通孔、２：シリコン基板、１０：基板（シリコンオンインシュレ―タ基板）、１１：シリコン支持層、１２：シリコン酸化膜層、１３：シリコン活性層、２１（２２、２３）：開口、３１（３２、３４、３５）：エッチングマスク、３３：導電膜、４０：充填材

Claims

ドライエッチング法を用いてシリコン基板を貫通する貫通孔を形成する貫通孔の形成方法であって、
シリコンオンインシュレ―タ基板に含まれる活性層の所定の領域に、第一の開口を形成する工程と、
前記第一の開口からエッチングを施して、少なくとも前記第一の開口にて露出されている酸化膜層を除去する工程と、
前記酸化膜層が除去された領域に導電膜を形成する工程と、
前記活性層に設けられている前記第一の開口の周縁を加工して、前記第一の開口よりも寸法の大きい第二の開口を前記第一の開口を形成した領域を含んだ領域に形成する工程と、を有することを特徴とする、貫通孔の形成方法。
ドライエッチング法を用いてシリコン基板を貫通する貫通孔を形成する貫通孔の形成方法であって、
酸化膜層が部分的に除去されたシリコンオンインシュレ―タ基板を作製する工程と、
前記酸化膜層が設けられていない領域に設けられている活性層を加工して第一の開口を形成する工程と、
前記酸化膜層が除去された領域に導電膜を形成する工程と、
前記活性層に設けられている前記第一の開口の周縁を加工して、前記第一の開口よりも寸法の大きい第二の開口を前記第一の開口を形成した領域を含んだ領域に形成する工程と、を有することを特徴とする、貫通孔の形成方法。
シリコンオンインシュレ―タ基板に含まれる支持層を除去する工程をさらに有することを特徴とする、請求項１又は２に記載の貫通孔の形成方法。
前記第二の開口が、静電レンズアレイ電極が有する貫通孔となることを特徴とする、請求項１乃至３のいずれか一項に記載の貫通孔の形成方法。