JP4185323B2 - エッチングプロセスをモニタする方法 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、集積回路のためのパラメータ検査構造に関する。より詳細には、本発明は、基板における基板貫通エッチングの進行、完了および結果を測定するための検査構造に関する。
【０００２】
【従来の技術】
シリコンエッチングは、インクジェットプリントヘッドのような液体吐出装置を製造する場合などの微細機械加工において、積極的に用いられている。こうした液体吐出装置の製造中には、高価な視認装置あるいは人件費の高いオペレータを利用して、シリコンその他の基板におけるトレンチエッチングのパラメータがモニタされ、測定される。そのようなパラメータの例には、トレンチの深さ、トレンチの幅、およびトレンチの長さなどがある。これらの視認モニタ技術は高価であり、特に手作業が用いられるときには誤りが生じやすいが、それにも関わらず製造業者はこうした視認モニタ技術を用いてきた。また、これらの視認モニタ技術を大量に実施する場合には、疲労、および人間工学のような人間に関連する他の要因の問題を計算に入れなければならないため、コストが嵩む。トレンチパラメータを測定することに対する人の関与を少なくする手法が見当たらない場合には、コストは上昇し続けることになり、微細機械加工は新しい技術としての魅力を低減させることになろう。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
インクジェット印刷のような液体吐出用途の品質および性能に対する要求が高まるとともに、新しい微細機械加工技術が生み出されてきた。１つのそのような技術が、本出願人に譲渡され、ここでの参照によってその内容を本明細書に取り入れる、１９９７年１０月２２日出願の「SINGLE-SIDE FABRICATION PROCESS FOR FORMING INKJET MONOLITHIC PRINTING ELEMENT ARRAY ON A SUBSTRATE」と題する米国特許出願第０８／９５６２３５号に記載されている。別のそのような技術が、やはり本出願人に譲渡され、ここでの参照によってその内容を本明細書に取り入れる、２００１年１月２５日出願の「TWO-STEP TRENCH ETCH FOR A FULLY INTEGRATED THERMAL INKJET PRINTHEAD」と題する米国特許出願第０９／７７０７２３号に記載されている。シングルエッチング技術は、本出願人に譲渡され、ここでの参照によってその内容を本明細書に取り入れる、２００１年６月２２日出願の「SLOTTED SUBSTRATE AND SLOTTING PROCESS」と題する米国特許出願（番号未定）に記載されている。本出願は、以上のような先の特許出願において用いられている技術のようなエッチング技術を、従来のプロセスより費用対効果に優れたものとすることを指向している。
【０００４】
殆どの基板トレンチエッチングは、基板が化学槽に浸漬されている間に行われる。この形態のエッチングは通常、「ウェットエッチング」と呼ばれる。このウェットエッチングプロセスは、エッチング速度、選択性および表面品質要件を満たすために、槽の化学的性質および温度を多岐にわたって調整し、制御する必要がある。代替的には、別の形態のエッチングは、基板の一部を攻撃するために、イオン化された粒子（プラズマ）から形成される高エネルギーガスを用いる。このタイプのエッチングは「ドライエッチング」と呼ばれる。ドライエッチングプロセスは、ガス圧およびイオン濃度に関する調整を必要とする。従来のプロセスに対する非常に大きな欠点は、エッチングプロセスを正確に予測し、またはモニタできないことであり、これは多くの場合に、許容できない程の歩留まりの劣化という結果をもたらしうる。通常、プリントヘッドの場合、シリコンのエッチングは、プリントヘッド処理の終了付近で行われる。この段階で欠陥が生じた場合には、こうした適合性のない部品を廃棄するために非常にコストがかかる。
【０００５】
本発明の課題は、基板における基板貫通エッチングの進行、完了および結果をモニタし測定するための方法および検査構造を提供することである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
基板貫通エッチングプロセスは、基板上の所望のエッチング窓に近接して犠牲電極を設けることによりモニタされる。エッチングプロセスが基板に対して実行される。そのエッチングプロセスは、基板あるいは犠牲電極のいずれか、あるいは両方の電気的特性を測定することによりモニタされる。
【０００７】
本発明は、スルーホールあるいは開口部を形成するためにエッチングされる基板に対し、その場で配置される１つあるいは複数の犠牲電極を用いる。犠牲電極を利用することにより、エッチングプロセスのプロセス制御が改善され、エッチングプロセスの結果を自動的に検査することが可能になる。エッチングプロセスにおいて犠牲電極を用いることにより、エッチング速度、処理用化学物質および温度の自由度、エッチングの進行に対するリアルタイムでのモニタリング、およびエッチングプロセスの終了の検出を正確に制御できるようになる。
【０００８】
本発明は、エッチングされたトレンチを電気的に自動選別できるようにし、光学的な検査の必要性を排除する。選別は電気的に、光学検査よりも非常に高速に行われ、集積回路のための既存の電気的検査に組み込むことができる。製造される構成要素の検査中に犠牲電極を用いることにより、検査速度を高め、プロセスの結果をフィードバックし、スループットを高め、製造される部品のばらつきを小さくできるようになる。
【０００９】
本発明の実施形態は電極を組み込むが、その電極としては、基板のバルク内の拡散抵抗、あるいは基板の表面上に配置される金属あるいは半導体薄膜層内の導電性トレース（線路）のいずれかを用いる。抵抗、電流、電圧あるいはコンダクタンスのような電気的パラメータの検出を用いて、基板のエッチングによって生じた電極内の開口あるいは変化を検出する。代替的には、電極が基板に接触し、基板が導電性である場合には、基板の抵抗をエッチングあるいは検査中にモニタして、エッチングプロセスの進行あるいは結果をそれぞれ反映させることができる。
【００１０】
本発明を組み込む集積回路は、半導体デバイス技術を用いて製造されることが好ましい。本発明による装置は、広範な半導体デバイス技術に適用することができ、種々の半導体材料から製造することができる。以下の実施例の記載では、シリコン基板において具現化されるものとして、本発明の半導体デバイスに関し、現時点で好ましいいくつかの実施形態を説明する。これは、現時点で入手可能な半導体デバイスの大部分がシリコン基板に製造され、本発明が最も多く遭遇するであろう応用形態は、シリコン基板を含むことになるためである。しかしながら、本発明はまた、ガリウムヒ素、ゲルマニウム、および他の半導体材料においても有利に用いられうる。したがって、本発明はシリコン半導体材料に製造されるデバイスに限定されることを意図するものではなく、入手可能な１つあるいはより多くの半導体材料に、ガラス基板上にポリシリコンを用いる薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）技術のような、当業者が利用可能な技術を用いて製造されるデバイスを含むものである。
【００１１】
さらに、本明細書に記載される実施形態は、深さおよび幅を有する種々の領域を含めて２次元の図面で表現されるが、これらの領域はデバイスの一部分のみを示しており、かかるデバイスは実際には３次元構造を有していることは明確に理解されたい。従ってこれらの領域は、実際のデバイス上に製造される際には、長さ、幅および深さを含む３次元構造を有することになる。
【００１２】
さらに、本発明は、液体ジェットプリントヘッドに関する好ましい実施形態によって示されるが、これらの例示は、本発明の範囲あるいは適用可能性に関する制限を意図したものではない。本発明の液体ジェットプリントヘッドはまた、例示される物理的構造に限定することを意図したものでもない。これらの構造を含めたのは、現在好ましい実施形態に対する本発明の有用性および適用性を例証するためである。
【００１３】
【発明の実施の形態】
本発明は、添付図面を参照することにより、より良好に理解される。図面中の構成要素は、必ずしも相互に縮尺通りとは限らない。むしろ、本発明を明確に示すために誇張がなされている場合もある。特に、能動素子の種々の部品は寸法通りに描かれていない。本発明を明確に図示し、理解してもらうために、他の寸法に対して、ある一定の寸法が誇張されている。さらに、いくつかの図面を通して、同様の参照番号は、厳密に同じであるとは限らないが、対応する類似の部品を示している。
【００１４】
図１は、本発明を組み込む例示的な検査構造９０の平面図である。その最も簡単な形態では、検査構造９０により、トレンチの幅および／または場所を判定できるようになる。トレンチは、基板１０（図６を参照）をその背面から、半導体薄膜処理を用いる側に向かってエッチングすることにより形成される。基板はシリコンであることが好ましいが、ガリウムヒ素、ゲルマニウムあるいはガラスのような他の基板を用いることもでき、それらの基板も依然として本発明の思想および範囲を満たすことができる。望ましいトレンチ開口部は、トレンチ窓１２によって示されている。好ましくは、１つあるいは複数の内側電極１４が、エッチング窓１２の１つのエッジと実質的に平行に位置合わせされる。好ましくは内側電極１４は、エッチング窓１２の外側エッジが内側電極１４のあるエッジに当接するように、エッチング窓１２と交差する。内側電極１４の他のエッジは、好ましくはエッチング窓１２内にある。一般に、基板１０のウェットエッチングが行われるとき、適切に位置合わせされるものとすると、エッチング窓１２の開口はエッチング窓１２の中央付近から形成される。基板１０のドライエッチングが行われるとき、エッチング窓１２の開口は、エッチング窓全体にわたって同時に形成される。いずれの場合でも、エッチング窓をエッチングし終えるまでには、内側電極１４がエッチングされ、それにより、エッチング窓１２の外側にある端点１５相互の間に電気的に検出可能な開口部が生じる。２つ以上の内側電極１４を用いることにより、エッチング窓１２の個別のエッジを、それらのエッジのエッチングが終了した時点で検出可能である。また図１は、エッチングプロセスのオーバエッチングを検出するために有用な一対の外側電極１６を示す。たとえば、エッチング窓１２が所望の位置から位置ずれした場合には、一方の内側電極１４が、他方の内側電極１４がエッチングされる前にエッチングされる場合がある。このエッチングプロセスが継続されると、反対側の内側電極１４がエッチングされる前に外側電極１６のうちの１つがエッチングされ、位置ずれの検出が行われる。また、実質的に位置ずれが存在しないものとすると、外側電極１６を用いて、エッチング窓１２のオーバエッチングを検出することができる。この場合には、両方の内側電極１４が背面エッチングプロセスによってエッチングされる。電極１６の１つあるいは複数が開放状態であり、エッチングされたとして検出される場合には、エッチングプロセスは所望のエッチング窓１２を越えて続行されたことになり、エッチング窓１２のオーバエッチングが検出される。代替的には、内側電極１４および外側電極１６を互いに関連させて用い、２ステップエッチングプロセスの進行をモニタすることができる。エッチングの第１の段階では、第１のエッチングプロセス（ウェットあるいはドライエッチングのような）によってエッチング窓１２がエッチングされ、少なくとも１つの内側電極１４が開放状態であることが検出された場合に、この第１のエッチングプロセスは終了される。その後、好ましくは第２のエッチング窓１３のエッチングを微調整し完了するために、第２のエッチングプロセスを用いて、エッチングの第２の段階が開始される。外側電極１６のうちの少なくとも１つ以上が開放状態であることが検出されるとき、第２のエッチングプロセスは終了される。内側電極１４および外側電極１６のうちの少なくとも一方の電気的パラメータをモニタすることにより、基板貫通エッチングのプロセスへのフィードバックによって、より良好にプロセス制御できようになり、コストが削減され、歩留まりが向上する。
【００１５】
シリコン基板のためのいくつかのエッチング技術のうちの任意の技術を特定的に用いることができる。ドライエッチングの例には、ＸｅＦ_２およびＳＦ_６が含まれる。適当なウェットエッチングの例には、エチレンジアミンピロカテコール（ＥＤＰ）、水酸化カリウム（ＫＯＨ）、フッ素系酸性エッチング液、水酸化テトラメチルアンモニウム（ＴＭＡＨ）が含まれるが、ＴＭＡＨが好ましい。
【００１６】
図２は、平面図の視点から示される本発明の別の実施形態である。この実施形態では、エッチング窓１２と交差する広幅電極１８を用いることにより、第２の検査構造９２が形成される。この単一の電極は、実質的にほぼエッチング窓１２の窓幅１１に等しい第１の幅１９を有する。この実施形態では、両方の端点１５が、エッチング窓１２のエッチング中にこの広幅電極１８に不連続が生じたか否かを検出するためにモニタされる。広幅電極１８の幅はエッチング窓の幅にほぼ等しいので、不連続が生じた場合には、エッチング窓１２の最小限のエッチングが行われたことを検出できる。代替的には、単一の電極の第１の幅１９を、エッチング窓幅１１より広くすることができる。この場合には、広幅電極１８の不連続性検出を用いて、エッチング窓１２のオーバエッチングを検出することができる。
【００１７】
図３は、任意選択的にオーバエッチングをも含めて、エッチングプロセスの多数の段階を検出するために用いられる本発明の別の実施形態、第３の検査構造９４である。この例では、広幅電極１８の幅はエッチング窓１２の幅より小さく、広幅電極１８が開放状態になる際には、最小限のエッチング窓２５が検出されたことが表される。少なくとも１つの内側電極１４のパラメータが変化したことが検出されるまで、エッチング窓１２のエッチングが継続される。パラメータの変化は、内側電極１４の抵抗の変化であることが好ましい。この時点で、エッチング窓１２は大体、その所望とする幅２１を有する。エッチングがさらに継続されると、内側電極１４が開放状態であることが検出される際に、エッチング窓１２はその最大の所望の開口部２３を有する。この検出段階は、最大の所望のエッチング窓１２が得られたことを表す。しかしながら、任意選択的にエッチングが継続される場合には、あるいは異常なエッチングを生じるスクラッチのような欠陥が基板上に存在する場合には、外側電極１６が開放状態であることを検出することにより、エッチング窓１２のオーバエッチング幅２７が検出されるようになる。
【００１８】
図４は本発明の別の実施形態の平面図である。第４の検査構造９５が、エッチング窓１２を包囲する環状の導体１１５から形成される。この環状の導体１１５は、検査およびモニタ装置に接続するための２つの端点１１５を有する。この実施形態では、所望のエッチング幅１２１は、端点１５間で測定される抵抗に変化が生じた場合は、オーバエッチングされたものとして検出される。端点１５間で開回路が検出された場合には、オーバエッチング幅１２３が検出される。この実施形態により、エッチング窓の全ての側においてオーバエッチングを検出できるようになる。
【００１９】
図５は、本発明の別の実施形態、すなわち第５の検査構造９７の平面図である。第５の検査構造９７は、エッチング窓１２よりも大きな表面積を有する導電性犠牲電極であり、好ましくはエッチング窓１２が超広幅電極１３３の外郭内の中央に配置される。エッチング窓１２は、所望のエッチング幅１２１を有する。エッチング窓１２が所望のエッチング窓１２１までエッチングされるとき、超広幅電極１３３の一部が除去され、端点１５間で測定される抵抗、電流、コンダクタンスあるいは他のパラメータが変化する。この変化はモニタされ、エッチングを中止するために用いられるか、あるいは適当なエッチングが行われたことを検証するためにエッチング後に検査される。オーバエッチングが行われ、エッチング窓１２がオーバエッチング幅１２３まで開口された場合には、超広幅電極１３３が不連続になり、端点１５間の開回路が、エッチング中あるいは回路検査中のいずれかにおいて検出されることになる。
【００２０】
図１〜図５において、本発明のいくつかの異なる実施形態を図示し記載してきたが、当業者は、犠牲電極を形成するために幾つかの異なる形状および向きを用いることができ、それらは依然として本発明の思想および範囲内に入ることを理解するであろう。
【００２１】
図６は、本発明の実施形態、すなわち第１のエッチング中止部３１、第２のエッチング中止部３３、および任意選択的にエッチング窓１２のオーバエッチングを検出するための検査幅３５を検出するための第６の検査構造９６を組み込んだ、例示的な液体ジェットプリントヘッド６０の平面図である。プリントヘッド６０は、インクのような液体がプリントヘッド６０から吐出されるようにするために、基板１０上に配置されるノズル２２を含む。好ましくは液体は、基板１０の反対側から、基板１０内にエッチングされた液体供給チャネルおよび開口部を通って、ノズル２２の下側にある液体チャンバ（図６には示されないが、図７〜図１６を参照されたい）に入る。第６の検査構造９６を用いて、検査プロセスおよび装置検査のうちの少なくとも一方を補助できるようになる。破線で囲まれたボックス領域は、エッチングが実行された後のエッチング窓１２の所望の開口部を示す。背面エッチングは好ましくは、背面エッチングをノズル２２の場所と位置合わせできるようにするプロセスを用いて行われる。１つの手法は、２ステッププロセスを用いることである。第１のエッチングは、基板１０を貫通し、エッチング窓１２の中心に開口するスルーホールを形成するために用いられる。広幅電極１８の幅は、第１のエッチングが基板１０を通ってエッチング窓１２内に適切なエッチングを行うが、背面マスクセットと前面マスクセットの間にある程度の位置ずれを許容できるように選択される。第１のエッチングプロセスにおいて用いられるエッチング液が基板のオリフィス側に配置される薄膜層を侵蝕するのを防ぐために、前面保護マスク３４（図７を参照）を用いて、液体チャンバから反応性物質を遮断する。第２のエッチングを開始する前に、この前面マスクが除去され、第２のエッチングのエッチング液が、前面マスクを除去することにより露出された基板と反応できるようにする。その後、第２のエッチングを進めて、内側電極１４の少なくとも一方あるいは両方が第２のエッチングによって開放状態とされるまで、エッチング窓１２にスルーホールをエッチングし続けることができるようにする。異なる結晶方位を有する前面マスク３４を除去することにより露出されるシリコンが第２のエッチング液に対して暴露されることにより、迅速なエッチングが行われ、エッチング窓の開口部が所望に応じて位置合わせされる。スクラッチやクラックのような基板内の欠陥によって、第１および第２のエッチングプロセスが予測不能となることがある。オーバエッチングが生じた場合には、外側電極１６が開放状態になり、それによりオーバエッチングを検出することができる。
【００２２】
図７は、図６のＩ−Ｉ線に沿って見た断面図であり、本発明のこの実施形態は、内側電極１４と外側電極１６のみを含んでいる。この例示的な実施形態では、基板１０は、内側電極１４と外側電極１６とが存在する拡散層２６を有する。拡散層２６がＰウェルである場合には、内側電極１４および外側電極１６はＮ＋拡散物質から形成されることが好ましい。拡散層２６がＮウェルである場合には、内側電極１４および外側電極１６はＰ＋拡散物質であることが好ましい。拡散層２６上には、吐出素子２４を組み込んだ薄膜層２８のスタック（積重体）が配置される。吐出素子２４はヒーター抵抗であることが好ましいが、圧電素子および電気歪素子のような他の吐出素子が当業者に知られており、ヒーター抵抗の代わりに用いられることができる。薄膜層２８のスタック上には、吐出素子２４上に配置されるノズル２２を有するオリフィス層２０が配置される。薄膜層のスタックは、薄膜スタック内を通って基板１０の表面まで延在する液体供給チャンネルを有する。背面エッチングからのエッチング液が薄膜層２８のスタック内の回路に達するのを防ぐために、液体供給チャンネルは適用された前面保護マスク３４を有するものとして示されている。基板１０の反対側には、基板１０をエッチング液に露出させる背面開口部４２を有する背面エッチングマスク３０が配置される。
【００２３】
オリフィス層２０の例示的な実施形態は、スピンコートされたエポキシＳＵ８あるいはスピンコートされたフォトレジストのようなポリマーを含む。他のオリフィス層には、オリフィス板を備えるポリマー障壁か、あるいはノズル開口部を予め穿孔されたカプトンフィルムを用いるポリマー障壁などがある。オリフィス層を構成することに関するいくつかの他の方法が当業者には知られており、それらで置換を行うことができるが、それらは依然として本発明の思想および範囲内に入る。
【００２４】
前面保護マスク３４には、用いられるエッチング液に耐性のある、酸化物、窒化物および酸窒化物のような任意の適当な材料を用いることができる。
【００２５】
この背面エッチングによる結果をもたらすためには、いくつかの異なるエッチング手順を用いることができる。図８〜図１０は、１ステップあるいは２ステップのエッチング液プロセスの結果である。このエッチング液プロセスは、内側電極１４がエッチングされた時点で中止される。
【００２６】
図８に示されるように、第１の手法は、基板１０の背面をエッチングするシングルウェットエッチングプロセスを用いることである。例示的なプロセスは、ＴＭＡＨウェットエッチングを用いる（１００）方位のシリコンのエッチングである。このシングルウェットエッチングプロセスでは、ＴＭＡＨが、＜１１１＞面に沿ってある角度をなしてシリコン基板をエッチングし、異方性の角度をなす輪郭を形成する。このエッチングプロセスは、内側電極１４がエッチングされ、開回路が検出されるようになるまで継続する。このエッチングプロセスの一態様は、基板１０の背面上に結果として形成される開口部を、図のような角度が付いた輪郭３６に起因して非常に広くできることである。広い開口部をもたらすことになるこの条件は、得られるプリントヘッドダイのサイズを最小限に抑えることが望ましい場合には、このプロセスの適用を制限する場合がある。また、前面保護マスク３４を付加することが難しいか、あるいはコストがかかる場合がある。
【００２７】
図９の別の第２の手法では、薄膜層２８のスタックの表面から数千オングストロームに達するまで、実質的に異方性のドライエッチングを用いて、背面開口部４２において基板１０の背面のエッチングを開始する。したがって、前面保護マスク３４は必要とされない。このドライエッチングの結果として、図のような輪郭５８が生成される。その後、内側電極１４がエッチング除去され、電気的に開放状態にされるまで、基板を異方性にエッチングするためにウェットエッチングプロセスを用いる第２のエッチングが実行される。生成された傾斜のある輪郭が、角度が付けられたエッジ３２として示されている。
【００２８】
図１０では、任意選択的に外側電極１６を用いて、オーバエッチングされた輪郭３８によって示されるような、第２のエッチングプロセスのオーバエッチングを検出することができる。ドライエッチングプロセスを用いて、基板を貫通する開口部を部分的にエッチングすることにより、ウェットエッチングプロセスが用いられる時間が著しく短縮され、オーバエッチングの可能性を低減させることができる。また図１０は、外側電極１６の一部４０がエッチングされる際に、オーバエッチングを検出可能であることも示している。エッチング中に、外側電極１６の抵抗がモニタされる場合には、外側電極１６のエッチングに応じてその断面積が減少し、それに応じてその抵抗が増加する。次いでこの増加した抵抗を用いて、外側電極が完全にエッチングされて開回路を生ずる前に、エッチングを中止することができる。したがって、開回路を検出する代わりとして用いられる抵抗パラメータのこの測定は、内側電極１４、広幅電極１８あるいは用いられる他の電極の場合にも用いることができる。
【００２９】
図１１はプリントヘッドの断面図であり、そこではエッチングプロセスを制御するために広幅電極１８のみが用いられる。この実施形態では、広幅電極１８は、拡散層２６上に配置される薄膜層２８のスタック内の導電性薄膜トレースから形成される。代替的には、広幅電極１８は、図７〜図１０において内側電極１４および外側電極１６がそうであったように、拡散層２６内のドープされた拡散物質として具現化することもできる。したがって、図７〜図１０に示される内側電極１４および外側電極１６もまた、薄膜層２８のスタック内の導電性あるいは半導電性の薄膜層として具現化することができる。
【００３０】
図１２は、図１１に示される基板１０上のエッチングプロセスの結果を示す。第１のウェットエッチングプロセスが用いられ、広幅電極１８まで到達し、エッチングされるまで基板１０をエッチングする。広幅電極１８がエッチングされるとき、それは開回路を提供し、第１のエッチングステップの終了が検出され指示される。その後、前面保護マスク３４が除去され、好ましくはウェットエッチングによって第２のエッチングプロセスが実行されて基板が攻撃され、エッチングされた輪郭３２は、薄膜層２８のスタックを貫通する液体流通孔と自動的に位置合わせされる。第１のエッチングの終了が広幅電極１８のエッチングによって検出されるので、第２のエッチングのためにかかる時間が最小限に抑えられる。これらのステップの組み合わせにより、第１のエッチングステップが、広幅電極１８を完全に開放するために必要とされる範囲を越えてエッチングしないことが確実になり、オーバエッチングを防ぐことができる。
【００３１】
図１３および図１４は、２ステップエッチングプロセスを用いて基板１０のエッチングを制御するために、広幅電極１８、内側電極１４、及び外側電極１６を使用することを可能にする、本発明の一実施形態を示す。この例では、前面保護マスク３４を用いて、第１のエッチング液が、薄膜層２８のスタック内の薄膜層を攻撃するのを防ぐ。第１のエッチング液は、開口部４２内で基板１０を攻撃する。（１００）方位を有するシリコン基板の場合、好ましくはＴＭＡＨエッチング液を用いて、基板１０の＜１１１＞面に沿って角度をなした輪郭を形成する。広幅電極１８がエッチングされるとき、それは開回路になり、それによりプロセス中の第１のエッチングステップの終了検出が指示される。前面保護マスク３４が除去され、内側電極１４の少なくとも１つがエッチングされて外側電極１６がエッチングされないまま残されるようになるまで、好ましくはＴＭＡＨである第２のエッチング液を用いて、基板１０のエッチングが完了される。外側電極１６は、第２のエッチングプロセスのオーバエッチングを検出するために用いることができる。
【００３２】
図１５〜図１８は、本発明の一実施形態を用いて基板１０をエッチングするプロセスをモニタする方法を示す。この実施形態では、広幅電極１８は薄膜層２８のスタック内の導電層であり、基板１０と電気的に接触する。この実施形態では、広幅電極１８と、エッチング溶液を含むエッチング液タンク内の対電極９９との間に電位が印加される。図１５のエッチング中に、広幅電極１８と対電極９９の間を流れる電流をモニタすることができる。図１７は、図１５に示されるエッチングプロセスの概略図である。電圧源８５が、広幅電極１８に印加される電位を供給する。図示のように、エッチング溶液に浸漬される際にウェーハ上の１つあるいは複数の部位をモニタするために、１つあるいは複数の広幅電極１８を並列に配置することができる。各広幅電極１８は抵抗Ｒ_{ｅｌｅｃｔｒｏｄｅｓ}を有し、その抵抗はエッチング溶液が電極１８を攻撃し始めたときに変化する。基板１０は、背面エッチングが実行されるにつれて変化する可変抵抗Ｒ_{ｓｕｂｓｔｒａｔｅ}８８を有するものとして示されている。エッチング溶液は抵抗Ｒ_{ｅｔｃｈａｎｔ}８６を有し、これは一般にはエッチングプロセス中に実質的に一定のままであるが、わずかに変化しても構わない。図１５において第１のエッチングが行われる際に、広幅電極１８と第１のエッチング部分４８との間に、電荷４４からなる第１の帯電領域４６が形成される。図１６ではさらにエッチングが行われて、第２のエッチング部分５０が形成される。この第２のエッチング部分５０はさらに基板１０の内部に延在しているので、電荷４４が存在する容積が小さくなり、それにより縮小された第２の帯電領域５２が形成され、より多くの電流が流れるようになる。この帯電領域の変化は、基板１０内の電流に対する抵抗（Ｒ_{ｓｕｂｓｔｒａｔｅ}８８）の低下を反映する。このＲ_{ｓｕｂｓｔｒａｔｅ}８８の抵抗（あるいは代替的にはＲ_{ｓｕｂｓｔｒａｔｅ}８８を通る電流）の変化は、実行されたエッチングの量に関連付けられ、従ってそれを用いてエッチングプロセスの速度を正確にモニタすることができる。基板がエッチングにより貫通された場合、エッチング液は犠牲広幅電極１８を攻撃し、その抵抗Ｒ_{ｅｌｅｃｔｒｏｄｅｓ}を増加させる。広幅電極１８の切断が生じる場合には、開回路が形成され、電流は流れなくなる。図１７において電流計８４によって測定される基板エッチング電流のグラフ８９が図１８に示されている。基板がエッチングされるにつれ、基板材料は少なくなり、電流は上昇する。一旦、基板１０がエッチングされると、犠牲電極１８のエッチングが行われる。犠牲広幅電極１８がエッチングされるにつれ、その抵抗は増加し、図１８の電極電流プロファイル８７によって示されるようにして、電流計８４によって測定される電流は減少する。広幅電極１８がさらにエッチングされ、開回路が生じると、電流計８４によって測定される電流は０まで降下し、エッチングの終了が検出される。実際の電流プロファイルは、選択される広幅電極１８と、用いられるエッチング溶液と、基板材料およびドーピングの実施形態に依存する。図１８は、簡略化された電流プロファイルであり、単なる例示にすぎない。
【００３３】
基板１０がエッチングされるとき、エッチング窓のチャンネルの深さが増加して行くにつれて、電流が流れなければならない経路は本質的に長くなる。たとえば一般に、測定される抵抗Ｒは、基板の抵抗率ρと、電極と基板背面の間における基板内の電流経路の長さｌに比例し、断面積Ａに反比例するから、電流は、Ｒ＝ρ（ｌ／Ａ）となるように流れる。エッチングされていない基板の場合、Ａは深さλおよび幅ｗの積に等しく、電荷は電極と基板背面の間に集中する。従って、電流が流れる経路を変化させることにより、抵抗の変化が生ずることになる。抵抗の変化を支配する関係は、オームの法則の一般化された形、Ｊ（→）＝Ｅ（→）／ρによって与えられる。ここで、Ｊ（→）は電流密度であり、Ｅ（→）は電界であり、ρは基板の抵抗率である。このエッチング速度の検出は、エッチング装置あるいはオペレータに対して情報をフィードバックし、より多くのエッチング液を要求し、温度を上昇／低下させるなどのように、エッチングプロセスを修正するために用いることができる。
【００３４】
図１９は、本発明の実施形態を用いて基板をエッチングするために用いることができるプロセスステップの例示的なフローチャートである。ステップ７０では、基板に対して第１のエッチングプロセスが実行される。ステップ７２では、犠牲電極がチェックされ、それが完全にエッチングされたか否かが判定される。エッチングされていない場合には、ステップ７４において任意選択的に、ステップ７０の第１のエッチングプロセスを継続しつつ、基板と犠牲電極の間の抵抗を測定することにより、第１のエッチングがモニタされる。犠牲電極がエッチングされ（除去され）、開回路が存在する場合には、ステップ７６において、任意選択的に第２のエッチングが実行される。この任意選択の第２のエッチングが実行される前に、前面保護マスクの除去、リンス、基板の乾燥および洗浄のような、いくつかの従来のステップを実行しても構わない。ステップ７８では、任意選択の第２のエッチングプロセス中に、他の犠牲電極がモニタされ、抵抗の変化が検出される。抵抗の変化の検出は、任意選択的には、線形（アナログ）形式で、あるいはデジタル（開放−短絡のような）形式で検出されることができる。ステップ８０では、モニタされた抵抗に基づいて、第２のエッチングが終了したか否かの判定が行われる。終了していない場合には、第２のエッチングが継続される。終了した場合には、ステップ８２において、基板上の集積回路が検査され、オーバエッチングあるいはアンダーエッチングが生じていないことが検証される。所望により、より多くのエッチングステップを実行することができるが、コストおよび時間的な理由から、エッチング液を用いるステップは一度だけ実行することが好ましい。しかしながら、２ステップを用いて、さらに確実に自動位置合わせできようにすることが有利な場合がある。
【００３５】
図２０は、集積回路を形成するために用いられる半導体基板１００、好ましくはシリコン基板の図である。集積回路１０６はそれぞれ本発明の実施形態を組み入れたものとすることができ、あるいは本発明の実施形態を、半導体基板１００上に配置される検査セル１０２に組み込むことができる。位置合わせエッジ１０４を用いて、背面のフォトマスクと、前面の薄膜層とを位置合わせできるようにする。この実施形態では、検査セル１０２は本発明の別の実施形態、すなわち組み合わせ電極１１４を備えている。組み合わせ電極１１４は、所望のエッチング窓１０８と交差するいくつかの個別電極を有する。個別電極は抵抗性材料から形成される。エッチングプロセスのモニタを簡単にするために、個別の電極が互いに接続される（組み合わせられる）。エッチングプロセスが、中央から開始されて外側エッジに向かって作用し、電極をエッチングすると、その抵抗が変化する。
【００３６】
図２１は、ウェットエッチングプロセスのための典型的な構成を示す。この例では、エッチング液タンク１１０はエッチング溶液１１２を含み、そのエッチング溶液は半導体基板１００をエッチングするために用いられる。検査ディスプレイ１２０を有する検査装置１１８が、対電極９９及び少なくとも１つの検査構造１０２に対し、リード線１１６を介して検査ポート１２２により接続されている。検査装置１１８は、検査構造１０２における半導体基板１００と組み合わせ電極１１４の抵抗の変化を検出し、検査ディスプレイ１２０上でオペレータに指示を与える。任意選択的に、検査装置１１８はエッチングコントローラにコマンドを発行して、エッチング液タンク１１０のエッチング液、温度あるいは攪拌を制御することができる。検査装置１１８は好ましくは、図１７に示される電圧源８５および電流モニタ８４を備える。
【００３７】
図２２は、エッチングされた後に集積回路を検査するために用いられるプロセスの例示的な図である。この例では、半導体基板１００が検査チャック１３６上に配置され、検査チャック１３６は、半導体基板上のＩＣ間を移動するようにプログラミングされた、Ｘ−Ｙ方向に可動のテーブル１３８に取り付けられている。従来のＩＣテスタに接続される検査ヘッド１３２はプローブカード１３０を有し、それにはＩＣプローブ１３４が取り付けられている。検査ヘッド１３２およびプローブカード１３０は、半導体基板に対してＺ方向に移動可能であり、ＩＣプローブ１３４に損傷を与えることなく、プローブカード１３０を半導体基板１００上のＩＣの各々に対して移動させるのを容易にすることができる。ＩＣプローブが、本発明の一実施形態を含む集積回路あるいは検査構造と接触する際に、犠牲電極は、開放／短絡、或いは電気抵抗のいずれかに関して検査されることができ、その特定のＩＣあるいは検査構造に対してエッチングプロセスが適切に実行されたか否かを判定することができる。
【００３８】
【発明の効果】
基板の背面エッチングの進行および結果を判定するための本発明のいくつかの実施形態の説明について記載し、その使用法を説明した。本発明は、特に大量生産において、当分野における視認検査技術よりも優れた多くの利点を提供する。さらに本発明は、基板内のチャンネル構造の正確な微細機械加工を提供するために必要とされるところに応じて、既存の視認検査プロセスとともに、あるいはその代わりに用いることができる。視認検査プロセスを置換することにより、製造コストと、それに応じて部品コストとを削減することができる。いくつかの実施形態を図示および記載してきたが、本発明は、特許請求の範囲によってのみ限定される。
【００３９】
本発明によれば、基板における基板貫通エッチングの進行、完了および結果をモニタし、測定するための方法および検査構造を実現することができる。これによってエッチングのパラメータを安価にモニタすることができ、エッチングを用いる微細機械加工技術の可能性に対する制約を緩和することができる。
【００４０】
以下に本発明の実施態様を列挙する。
１． 基板貫通エッチングプロセスをモニタする方法であって、
所望のエッチング窓（１２）に近接して犠牲電極（１４、１６、１８、１１５、１３３）を設けるステップと、
基板（１０）に対してエッチングプロセスを実行するステップ（７０）と、
前記犠牲電極および前記基板のうちの少なくとも一方の電気的特性を測定することにより前記エッチングをモニタするステップ（７４）とを含む方法。
２． 前記犠牲電極が前記所望のエッチング窓（１２）と交差する、上記１に記載の方法。
３． 前記犠牲電極（１４、１６、１１５）が前記所望のエッチング窓（１２）に隣接し実質的に平行である、上記１に記載の方法。
４． 前記プロセスがさらに、前記エッチングプロセスを実行するコントローラに対して前記測定された電気的特性をフィードバックするステップを含む、上記１に記載の方法。
５． 基板貫通エッチングプロセスをモニタする方法であって、
所望のエッチング窓（１２）と交差する犠牲電極（１４、１８）を設けるステップと、
基板（１０）に対して第１のエッチングプロセスを実行するステップ（７０）と、及び
前記犠牲電極および前記基板のうちの少なくとも一方の少なくとも１つの電気的特性を測定することにより前記第１のエッチングをモニタするステップ（７４）とを含む方法。
６． 前記所望のエッチング窓（１２）と実質的に平行に、少なくとも１つのその場で配置される電極（１６）を設けるステップと、
前記犠牲電極（１４、１８）の開放状態を検出した場合に、前記基板（１０）に対して第２のエッチングプロセスを実行するステップ（７６）と、及び
前記その場で配置される電極の少なくとも１つの電気的特性を、その電気的特性に実質的な変化が生じるまで測定することにより、前記第２のエッチングをモニタするステップ（７８）とをさらに含む、上記５に記載の方法。
７． 前記所望のエッチング窓（１２）と実質的に平行に、少なくとも１つのその場で配置される電極（１６）を設けるステップと、及び
前記第１のエッチングプロセスのオーバエッチングが生じていなかったことを検証するために、前記少なくとも１つのその場で配置される電極（１６）の電気的特性を検査するステップとをさらに含む、上記５に記載の方法。
８． 導電性基板（１０）の背面をエッチングするための方法であって、
エッチング窓（１２）に近接して少なくとも１つの犠牲電極（１４、１６、１８、１１５、１３３）を設けるステップと、
前記導電性基板の前記背面をエッチングするステップ（７０）と、
前記少なくとも１つの犠牲電極および前記基板の少なくとも一方の電気的特性を測定するステップ（７４）と、及び
前記測定された電気的特性が所定の値を生じた場合に、前記エッチングするステップを中止するステップとを含む方法。
９． 上記１、５又は８のいずれか１に記載の方法を用いて製造された基板。
１０． 上記１、５又は８のいずれか１に記載の方法を用いて製造された液体ジェットプリントヘッド。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施形態の平面図である。
【図２】本発明の第２の実施形態の平面図である。
【図３】本発明の第３の実施形態の平面図である。
【図４】本発明の第４の実施形態の平面図である。
【図５】本発明の第５の実施形態の平面図である。
【図６】本発明の一実施形態を組み込んだ液体ジェットプリントヘッドの平面図である。
【図７】図６のＩ−Ｉ線に沿って取って見た、本発明の実施形態を組み込んだ例示的な液体ジェットプリントヘッドの形成に関連する幾つかの例示的なプロセスステップのうち、背面エッチングが行われる前の例示的な断面図である。
【図８】部分的にオーバエッチングされた背面エッチングプロセス後の、図７の例示的なプリントヘッドの断面図である。
【図９】背面エッチングプロセスが行われた後の、図７の例示的なプリントヘッドの断面図である。
【図１０】激しくオーバエッチングされた背面エッチングプロセス後の、図７の例示的なプリントヘッドの断面図である。
【図１１】背面エッチングが行われる前の、本発明の代替的な実施形態を有する例示的なプリントヘッドの断面図である。
【図１２】背面エッチングプロセスが行われた後の、図１１の例示的なプリントヘッドの断面図である。
【図１３】背面エッチングが行われる前の、本発明の別の実施形態を有する例示的なプリントヘッドの断面図である。
【図１４】背面エッチングプロセスが行われた後の、図１３の例示的なプリントヘッドの断面図である。
【図１５】背面エッチングプロセスの一部が行われた後の、図１１の例示的なプリントヘッドの断面図である。
【図１６】さらに背面エッチングプロセスが行われた後の、図１５の例示的なプリントヘッドの断面図である。
【図１７】図１５および図１６に示されたモニタプロセスの例示的な概略図である。
【図１８】図１５および図１６に示されるプロセスにおいて時間に関してモニタされた電流の例示的なグラフである。
【図１９】導電性あるいは半導電性基板の背面エッチングを制御するために本発明の一実施形態を用いる、例示的なプロセスのフローチャートである。
【図２０】検査構造および集積回路の少なくとも一方に組み込まれる本発明の実施形態を有する、例示的な集積回路ウェーハである基板の図である。
【図２１】本発明の実施形態を用いる背面エッチングプロセスをモニタする検査装置の図である。
【図２２】本発明の一実施形態のパラメータを測定することにより背面エッチングプロセスの結果を検証する集積回路テスタの図である。
【符号の説明】
１０ 基板
１２ エッチング窓
１４、１６、１８、１１５、１３３ 犠牲電極
１５ 端点

Claims (7)

1. 基板貫通エッチングプロセスをモニタする方法であって、
   所望のエッチング窓（１２）に近接して犠牲電極（１４、１６、１８、１１５、１３３）を設けるステップと、
   基板（１０）に対してエッチングプロセスを実行するステップ（７０）と、
   前記犠牲電極（１４、１６、１８、１１５、１３３）および前記基板のうちの少なくとも一方の電気的特性を測定することにより前記エッチングをモニタするステップ（７４）とを含み、
   前記犠牲電極（１４、１６、１８、１１５、１３３）が、前記所望のエッチング窓（１２）に隣接し実質的に平行である、方法。
2. 前記犠牲電極（１４、１８、１３３）が前記所望のエッチング窓（１２）を横切って延びる、請求項１に記載の方法。
3. 前記プロセスがさらに、前記エッチングプロセスを実行するコントローラに対して前記測定された電気的特性をフィードバックするステップを含む、請求項１に記載の方法。
4. 基板貫通エッチングプロセスをモニタする方法であって、
   所望のエッチング窓（１２）に隣接し実質的に平行に、かつ該エッチング窓を横切って延びる犠牲電極（１４、１８）を設けるステップと、
   基板（１０）に対して第１のエッチングプロセスを実行するステップ（７０）と、及び
   前記犠牲電極および前記基板のうちの少なくとも一方の少なくとも１つの電気的特性を測定することにより前記第１のエッチングをモニタするステップ（７４）とを含む方法。
5. 前記所望のエッチング窓（１２）と実質的に平行に、前記犠牲電極（１４、１８）の外側に、少なくとも１つの別の犠牲電極（１６）を設けるステップと、
   前記犠牲電極（１４、１８）の開放状態を検出した場合に、前記基板（１０）に対して第２のエッチングプロセスを実行するステップ（７６）と、及び
   前記少なくとも１つの別の犠牲電極（１６）の少なくとも１つの電気的特性を、その電気的特性に実質的な変化が生じるまで測定することにより、前記第２のエッチングをモニタするステップ（７８）とをさらに含む、請求項４に記載の方法。
6. 前記所望のエッチング窓（１２）と実質的に平行に、前記犠牲電極（１４、１８）の外側に、少なくとも１つ別の犠牲電極（１６）を設けるステップと、及び
   前記第１のエッチングプロセスのオーバエッチングが生じていなかったことを検証するために、前記少なくとも１つの別の犠牲電極（１６）の電気的特性を検査するステップとをさらに含む、請求項４に記載の方法。
7. 導電性基板（１０）の背面をエッチングするための方法であって、
   エッチング窓（１２）に隣接し実質的に平行に少なくとも１つの犠牲電極（１４、１６、１８、１１５、１３３）を設けるステップと、
   前記導電性基板の前記背面をエッチングするステップ（７０）と、
   前記少なくとも１つの犠牲電極および前記基板の少なくとも一方の電気的特性を測定するステップ（７４）と、及び
   前記測定された電気的特性が所定の値を生じた場合に、前記エッチングするステップを中止するステップとを含む方法。

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