WO2013073160A1 - エッチング終了検出方法及び装置 - Google Patents

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浩 冨澤
卓也 古市
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富士電機株式会社
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    • B81C2201/0132—Dry etching, i.e. plasma etching, barrel etching, reactive ion etching [RIE], sputter etching or ion milling

Definitions

  • the present invention relates to an etching end detection method and apparatus for etching an annular opening reaching the insulating layer in the silicon layer in an SOI substrate in which a silicon layer is disposed on the insulating layer.
  • the movable electrode and the fixed electrode are formed on an SOI substrate.
  • patterning is performed on the SOI substrate surface so as to provide a plurality of grooves, for example, with a resist corresponding to the movable electrode and the fixed electrode, and then the silicon layer is dry etched.
  • the etching process at this time is performed by calculating the processing time until the insulating layer under the silicon layer is exposed in advance, and measuring the depth with a laser microscope or the like to determine whether the silicon layer has been removed up to the insulating layer. There is a way to do it.
  • the intrinsic plasma emission spectrum generated by the reaction product of the etching gas and silicon is monitored, and when the silicon layer is etched away and the intensity of the plasma emission spectrum falls below a predetermined value, the etching is judged to be completed. There is a way to do it.
  • an impurity layer is formed at the same depth as the required groove depth below the surface of the semiconductor substrate made of silicon, a mask is formed on the semiconductor substrate, and grooves are formed by ion plasma etching.
  • a method for manufacturing a semiconductor device in which electrical resistance between both sides across a groove is measured with a measuring needle, and etching is stopped when the resistance rapidly increases (see, for example, Patent Document 2).
  • a semiconductor thin film made of low-resistance n + amorphous silicon is formed on a high-resistance semiconductor layer made of polysilicon, for example, on the surface of the insulating substrate, and a conductive resist pattern is formed on the semiconductor thin film to reduce the thickness.
  • Patent Document 3 it is necessary to form a low-resistance semiconductor thin film on a high-resistance semiconductor layer, and to form a conductive mask on the semiconductor thin film, and to remove the mask after completion of etching.
  • a first embodiment of an etching completion detection method is an annular structure that reaches the insulating layer on the silicon layer in an SOI substrate in which a conductive silicon layer is disposed on the insulating layer.
  • This is an etching end detection method when etching an opening.
  • the first electrode portion is disposed on the surface of the island-shaped region surrounded by the annular opening formed by the etching, and the second electrode portion is disposed in a region outside the island-shaped region to complete the etching.
  • a detection unit is configured, the electrical resistance between the first electrode unit and the second electrode unit is measured, and it is determined that the etching end position has been reached when the electrical resistance exceeds a preset threshold value.
  • the surface of the island region surrounded by the annular opening formed by etching and the outside of the island region are The electrical resistance between the two electrode parts is measured by disposing the first and second electrode parts on the surface.
  • the etching depth of the annular opening forming the island-shaped region does not reach the insulating region, the island-shaped region and the outer side facing each other across the annular opening are maintained connected by the silicon layer. Therefore, the electrical resistance between the first and second electrode parts maintains a low resistance state.
  • the first and second electrodes are in a state of being connected via the insulating layer.
  • the electrical resistance between the parts exceeds a preset threshold value and a high resistance state is obtained. Thereby, it can be detected that the etching end position has been reached.
  • the second form of the etching end detection method according to the present invention is to etch the annular opening while measuring the electric resistance between the first electrode part and the second electrode part, and the electric resistance is When the preset threshold value is exceeded, it is determined that the etching end position has been reached.
  • the etching can be finished when the etching end position is reached, and the annular opening reaching the insulating layer is accurately formed. can do.
  • finish detection method which concerns on this invention WHEREIN:
  • annular opening part is formed with the circular groove
  • the annular opening is formed of a circular or polygonal annular groove, when the etching depth of the annular groove reaches the etching end position, the annular groove causes Are reliably insulated without being electrically connected. Therefore, the etching end position can be accurately detected.
  • finish detection method based on this invention WHEREIN:
  • finish detection part is formed in the area
  • the etching completion detection unit is formed on an SOI substrate on which the processing target site is formed. According to the fifth embodiment, since the etching end detector is formed on the SOI substrate on which the processing target portion is formed, it can be accurately detected that the opening of the processing target portion has reached the etching end position.
  • the etching end detecting portion is formed on an SOI substrate different from the SOI substrate on which the processing target portion is formed.
  • the etching end detection unit cannot be formed on the SOI substrate on which the processing target site is formed, or when a plurality of SOI substrates on which the processing target site is formed are simultaneously etched, one SOI is provided. It is only necessary to form the etching end detection portion on the substrate, and the manufacturing cost of the SOI substrate can be reduced.
  • the annular opening is set to have a width equal to the width of the opening of the processing target site.
  • the width of the annular opening of the etching end detection unit is set to be equal to the width of the opening of the processing target portion. It is possible to accurately match the etching end timing.
  • the etching completion detection unit is composed of a plurality of etching completion detection units that have different etching rates. According to the eighth aspect, since the end of etching can be detected stepwise by a plurality of etching end detection units, the end of etching can be detected more accurately.
  • the first aspect of the etching completion detection device is an etching process for etching an opening reaching the insulating layer in the silicon layer in an SOI substrate in which a conductive silicon layer is disposed on the insulating layer. It is an end detection device.
  • the etching completion detection device includes an annular opening reaching the insulating layer formed by the etching, an island region surrounded by the annular opening, and a first electrode portion disposed on the surface of the island region. And an etching end detecting portion having a second electrode portion arranged outside the island-like region. Further, the etching end detection device measures the electrical resistance between the first electrode portion and the second electrode portion with a resistance measuring instrument, and when the electrical resistance exceeds a preset threshold, An etching end determination unit that determines that the value has reached is provided.
  • the first electrode portion is disposed in the island-shaped region surrounded by the annular opening reaching the insulating layer by etching
  • the second electrode portion is disposed in the outer region, and between the two electrode portions. Since the electrical resistance is measured, when the etching progresses and the etching depth of the annular opening reaches the insulating layer, the electrical resistance exceeds a preset threshold, and the end of etching is accurately detected. be able to.
  • FIGS. 2A and 2B are diagrams illustrating an etching end detection unit in FIG. 1, in which FIG. 1A is a plan view, and FIG. It is explanatory drawing which shows the electrode formation method of an etching completion
  • FIG. 1 is a plan view showing an SOI (Silicon On Insulator) substrate that can be applied to the etching method according to the present invention.
  • reference numeral 1 denotes an SOI substrate.
  • a processing target region 2 on which various vibrators such as a pressure sensor, an acceleration sensor, an angular velocity sensor, and an attitude sensor for MEMS (Micro Electro Mechanical System) application are formed.
  • various vibrators such as a pressure sensor, an acceleration sensor, an angular velocity sensor, and an attitude sensor for MEMS (Micro Electro Mechanical System) application are formed.
  • part 2 is formed.
  • an etching stop layer 6 made of an insulating layer is formed on a base material 5, and a layer 7 to be etched is formed on the etching stop layer 6.
  • the main material of the substrate 5 and the layer 7 to be etched is silicon, and has a low resistance characteristic with a specific resistance of about 0.01 to 0.04 [ ⁇ ⁇ cm].
  • the etching stop layer 6 is an insulating film usually formed of an oxide film and has high resistance characteristics.
  • an opening 2a composed of a groove or a space reaching at least the etching stop layer 6 shown in FIG. 3 is formed by dry etching.
  • dry etching reactive ion etching (RIE) using capacitively coupled plasma (CCP), inductively coupled plasma (ICP), electron cyclotron resonance (ECR) plasma, or the like. Reactive (Ion) Etching) can be applied.
  • the etching end detection unit 3 is formed with an island region 12 surrounded by the annular opening 11 reaching the etching stop layer 6 by the dry etching described above.
  • the annular opening 11 is formed of a rectangular frame-shaped annular groove as viewed from the plane.
  • the width of the annular opening 11 is preferably set to be equal to the width of the opening 2a of the processing target site.
  • a first electrode portion 13 formed in a square shape similar to the annular opening 11 is formed at the center of the surface of the island region 12.
  • aluminum or an aluminum alloy that is not etched by dry etching is preferably used for the first electrode portion 13.
  • an insulating mask 14 for etching the annular opening 11 is formed around the first electrode portion 13.
  • a second electrode portion 16 having the same shape as the first electrode portion 13 described above is formed on the surface of the outer region 15 across the annular opening 11 of the island region 12.
  • the second electrode portion 16 is preferably made of, for example, aluminum or an aluminum alloy that is not etched by dry etching like the first electrode portion described above.
  • a mask 17 for etching the annular opening 11 is formed around the second electrode portion 16 and outside the annular opening 11.
  • the first electrode portion 13 and the second electrode portion 16 are made of aluminum or aluminum alloy on the upper surface of the layer 7 to be etched. Then, a mask layer 18 serving as an insulating layer is formed so as to cover the first electrode portion 13 and the second electrode portion 16. Next, as shown in FIG. 3B, the mask layer 18 is etched to expose the first electrode portion 13 and the second electrode portion 16, and the annular opening 19 is located at a position facing the annular opening 11. And masks 14 and 17 are formed.
  • the mask 17 also has an opening 2 a formed in the processing target site 2, and a portion facing the opening 2 a is opened in the same manner as the etching end detection unit 3.
  • a resistance measuring instrument such as a multi-tester is provided between the first electrode portion 13 and the second electrode portion 16. 20 is connected, and an etching end determination unit 21 is connected to the resistance measurement value output side of the resistance measuring instrument 20.
  • the electrical resistance R measured by the resistance measuring instrument 20 is such that the specific resistance ⁇ of the etched layer 7 is 0.01 to 0.04 [ ⁇ ⁇ cm]. R ⁇ 1 k ⁇ .
  • a relatively thick layer 7 to be etched exists between the annular opening 11 and the etching stopper layer 6 even when the etching depth is close to the etching stopper layer 6.
  • the electrical resistance R measured by the resistance measuring device 20 maintains a state of R ⁇ 1 k ⁇ .
  • the electrical resistance R measured by the resistance measuring device 20 increases rapidly as shown in FIG.
  • the specific resistance ⁇ of the layer 7 to be etched is 0.01 to 0.04 [ ⁇ ⁇ cm] due to the high resistance value of the layer 6, the measured electric resistance R reaches R> 1 G ⁇ . Increase rapidly.
  • the etching end determination unit 21 reaches the etching end position where the etching depth of the annular opening 11 reaches the etching stop layer 6 And the dry etching by the dry etching apparatus is terminated.
  • the etching is terminated with a delay of a relatively short predetermined delay time after the measured electric resistance R exceeds the threshold value Rth. Etching can be terminated in a state where the annular opening 11 has reached the etching stop layer 6 with certainty.
  • the etching end detection unit 3 detects the end of etching by matching the width of the annular opening 11 of the etching end detection unit 3 with the width of the opening 2a of the processing target site 2 to be actually etched. At that time, the etching depth reaches the etching stop layer 6 also in the opening 2a of the processing target portion 2, and accurate etching end management can be performed.
  • the electrical resistance R between the first electrode portion 13 and the second electrode portion 16 measured by the resistance measuring instrument 20 after starting dry etching exceeds the threshold value Rth, By completing the dry etching, it is possible to accurately detect that the annular opening 11 has reached the etching stop layer 6.
  • the annular opening 11 facing both the electrode portions 13 and 16 is formed.
  • the electric resistance R increases rapidly. Therefore, the etching end timing is reached when the annular opening 11 reaches the etching stop layer 6 in substantially the entire length of the annular opening 11 facing the first electrode portion 13 and the second electrode portion 16. Therefore, even when the etching rate in the circumferential direction of the annular opening 11 is different, the end of etching can be accurately detected.
  • the etching end detection unit 3 is independent from the processing target portion 2 and the first electrode unit 13 and the second electrode unit 16 are formed exclusively for the etching end detection unit 3, the etching end is completed. There is no need to remove the first electrode portion 13 and the second electrode portion 16 later, and the electrode removal step can be omitted.
  • the present invention is not limited to the above, and when the annular opening 11 has reached the etching stop layer 6 reliably, the electric resistance R becomes saturated as shown in FIG. Etching may be terminated by detecting a saturated state.
  • the dry etching time at this time is preferably set by measuring the etching time from the etching start time to the etching end time when dry etching is performed while measuring the electrical resistance R.
  • the first electrode portion 13 formed in the island region 12 and the annular opening portion in the island region 12 Therefore, it is not necessary to form the second electrode portion 16 formed in the region 15 facing through 11, and the entire surface can be covered with a mask. Then, whether or not the annular opening 11 of the SOI substrate 1 etched for the set etching time has reached the etching stop layer 6 is determined by measuring the electric resistance R between the island region 12 and the region 15 outside thereof as a resistance measuring device. Confirm by measuring at 20.
  • the outer region 15 is removed via the island-like region 12 and the annular opening 11.
  • the resistance 22 is used to measure the electrical resistance R by contacting the probes 22 and 23, which are electrode pieces wider than the measuring needle or the measuring needle, on the surface to be the electrode part.
  • the annular opening 11 reliably reaches the etching stop layer 6, and the opening 2 a stops etching even at the processing target portion 2. It can be determined that the etching end position reaching the layer 6 has been reached.
  • the annular opening 11 of the etching end detection unit 3 has a rectangular frame shape as viewed from the plane.
  • the present invention is not limited to this, and the annular opening 11 may be triangular or
  • the polygon can be a pentagon or more polygon, or a circle.
  • finish detection part 3 was formed in the SOI substrate 1 in which the process target site
  • the etching end detection unit 3 may be formed on an SOI substrate 30 different from the SOI substrate 1 on which the processing target site 2 is formed.
  • the present invention is not limited to the above configuration, and a plurality of, for example, two etching end detection units 3A and 3B having different opening widths of the annular opening 11 are prepared as shown in FIG. Then, the etching end timing may be detected stepwise by measuring the electrical resistance R between the first electrode portion 13 and the second electrode portion 16 of each etching end detection portion 3. In this case, the etching end timing can be detected stepwise by decreasing the etching rate as the width of the annular opening 11 becomes narrower from the etching end detecting part 3 having a larger width of the annular opening 11. .
  • an etching end detection method and apparatus capable of accurately detecting the end of etching when a groove formed by etching in the silicon layer of the SOI substrate reaches the insulating layer.

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Abstract

　ＳＯＩ基板のエッチング終了位置を開口幅にかかわらず正確に検出するエッチング終了検出方法を提供する。絶縁層上にシリコン層が配置されたＳＯＩ基板における前記シリコン層に前記絶縁層に達する環状の開口部をエッチングする際のエッチング終了検出方法であって、前記エッチングによって形成される開口部で囲まれる島状領域の表面に第１の電極層を形成するとともに、縞状領域の外側の領域に第２の電極層を形成してエッチング終了検出領域を形成し、前記第１の電極層及び前記第２の電極層間の電気抵抗を計測し、当該電気抵抗が予め設定した閾値を超えたときにエッチング終了位置に達したと判定する。

Description

エッチング終了検出方法及び装置
　本発明は、絶縁層上にシリコン層が配置されたＳＯＩ基板における前記シリコン層に前記絶縁層に達する環状の開口部をエッチングする際のエッチング終了検出方法及び装置に関する。
　加速度を容量変化として検出する可動電極及び固定電極が形成されている容量式加速度センサでは、ＳＯＩ基板に可動電極及び固定電極を形成するようにしている。
　この容量式加速度センサを製作するには、ＳＯＩ基板表面に可動電極及び固定電極に対応した形状に、例えばレジストなどで複数の溝を設けるようにパターニングしてからシリコン層のドライエッチングを行う。この際のエッチング処理方法は、シリコン層の下側の絶縁層が露出するまでの処理時間を予め算出して処理を行い、絶縁層までシリコン層が除去されているかレーザー顕微鏡などで深さ測定を実施する方法がある。またはエッチングガスとシリコンとの反応生成物が出す固有のプラズマ発光スペクトルをモニタリングし、シリコン層がエッチングして無くなることにより、そのプラズマ発光スペクトルの強度が所定値以下となると、エッチングが終了したと判断する方法がある。
　しかしながら、加工対象部位の構造が微細化すると、レーザー顕微鏡などで深さを測定することが困難になるとともに、プラズマが発生する固有の波長の光量も小さくなるため、エッチングの終了を正確に検出することができない。
　このため、従来、マスクを介して被エッチング層に対して加工対象部位へのエッチングと同一又は等価な条件のもとでエッチングを行うとき、開口部に対応する被エッチング層の部分がエッチング停止材に達するまで除去され、エッチング停止材に沿ってサイドエッチングが生じることにより、検出用部分に対応する被エッチング層の部分がエッチング停止材から離脱することにより、エッチングの終了を検出するようにしたエッチングの終了検出方法が提案されている（例えば、特許文献１参照）。
　また、シリコンからなる半導体基板の表面下に所要溝深さと同じ深さに不純物層を形成し、この半導体基板上にマスクを形成し、イオンプラズマエッチングにより溝を形成していき、上記半導体基板の溝を跨いだ両側間の電気抵抗を測定針で測定し、抵抗が急増した時点でエッチングを停止する半導体装置の製造方法が提案されている（例えば、特許文献２参照）。
　さらに、絶縁基板の表面の高抵抗の例えばポリシリコンでなる半導体層上に、低抵抗のｎ+アモルファスシリコンでなる半導体薄膜が形成され、この半導体薄膜上に導電性のレジストパターンを形成して低抵抗薄膜のみをエッチングでカットし、島状のパターンを残す場合、所望パターン近辺に低抵抗領域の残渣を電気抵抗の測定で検出できるような対向する２個の島状のパターンからなる検査用領域を形成するようにしたエッチング終点制御パターンが提案されている（例えば、特許文献３参照）。
特開２００６－１５０５６３号公報 特開昭６０－１６７３３２号公報 特開昭６２－２５６４３８号公報
　ところで、上記特許文献１に記載された従来例にあっては、ＳＯＩ基板のエッチング時にシリコン層から絶縁層に達したときのエッチングの終了を物理的に検出することができる。すなわち、シリコン層のエッチングが終了してからエッチング停止材に沿って生じるサイドエッチングによって、検出用部分に対応する被エッチング層の部分がエッチング停止材から離脱することを検出する。しかしながら、この特許文献１に記載の従来例にあっては、エッチングがエッチング停止材に達した後にエッチング停止材に沿って生じるサイドエッチングを利用して、検出用部分に対応する被エッチング層の部分が離脱することを検出しているので、エッチングの終了を検出するタイミングが遅れることになるという未解決の課題がある。
　これに対して、特許文献２及び３に記載された従来例では、ＳＯＩ基板ではない半導体基板についてのエッチング終了を抵抗変化によって検出するようにしている。そして、特許文献２に記載された従来例では、不純物層のエッチングによって形成する溝の両側の不純物層にそれぞれマスクを通して測定針を当てるようにしているので、測定針の当て方によって測定結果が左右されるとともに、電気抵抗を検出する範囲が狭く、比較的長い範囲でエッチングが終了しているか否かを判定することができないという未解決の課題がある。
　また、特許文献３では、高抵抗の半導体層上に低抵抗の半導体薄膜を形成し、この半導体薄膜の上に導電性のマスクを形成する必要があるとともに、エッチング終了後にマスクを除去する工程が必要であり、ＳＯＩ基板のようにエッチング用のマスクとして絶縁性のマスクを使用する場合には適用することができないという未解決の課題がある。
　そこで、本発明は、上記従来例の未解決の課題に着目してなされたものであり、ＳＯＩ基板のシリコン層にエッチングによって形成する溝が絶縁層に達したエッチング終了時を正確に検出することができるエッチング終了検出方法及び装置を提供することを目的としている。
　上記目的を達成するために、本発明に係るエッチング終了検出方法の第１の形態は、絶縁層上に導電性のシリコン層が配置されたＳＯＩ基板における前記シリコン層に前記絶縁層に達する環状の開口部をエッチングする際のエッチング終了検出方法である。そして、前記エッチングによって形成される環状開口部で囲まれる島状領域の表面に第１の電極部を配置するとともに、前記島状領域の外側の領域に第２の電極部を配置してエッチング終了検出部を構成し、前記第１の電極部及び前記第２の電極部間の電気抵抗を計測し、当該電気抵抗が予め設定した閾値を超えたときにエッチング終了位置に達したと判定する。
　この第１の形態では、ＳＯＩ基板のシリコン層への絶縁層に達する溝をエッチングによって形成する際に、エッチングによって形成される環状開口部で囲まれる島状領域の表面と島状領域の外側とに第１及び第２の電極部を配置することにより、両電極部間の電気抵抗を計測する。このとき、島状領域を形成する環状開口部のエッチング深さが絶縁領域に達していないときには、島状領域と環状開口部を挟んで対向する外側とがシリコン層で接続された状態を維持するので、第１及び第２の電極部間の電気抵抗が低抵抗状態を維持する。その後、エッチングが進んで環状開口部のエッチング深さが絶縁層に達すると、第１及び第２の電極部間が絶縁層を介して接続される状態となるので、第１及び第２の電極部間の電気抵抗が予め設定した閾値を越えて高抵抗状態となる。これにより、エッチング終了位置に達したことを検出することができる。
　また、本発明に係るエッチング終了検出方法の第２の形態は、前記第１の電極部及び第２の電極部間の電気抵抗を計測しながら前記環状開口部のエッチングを行い、当該電気抵抗が予め設定した閾値を超えたときにエッチング終了位置に達したと判定する。
　この第２の形態では、電気抵抗を計測しながら環状開口部のエッチングを行うので、エッチング終了位置に達したときに、エッチングを終了することができ、絶縁層に達する環状開口部を正確に形成することができる。
　また、本発明に係るエッチング終了検出方法の第３の形態は、前記環状開口部が円形又は多角形の環状溝で形成されている。
　第３の形態によると、環状開口部が円形又は多角形の環状溝で形成されているので、環状溝のエッチング深さがエッチング終了位置に達したとき、環状溝によって島状領域とその外側とが電気的に接続されることなく確実に絶縁される。したがって、エッチング終了位置を正確に検出することができる。
　また、本発明に係るエッチング終了検出方法の第４の態様は、前記エッチング終了検出部が、同時にエッチングされる加工対象部位とは異なる領域に形成されている。
　この第４の態様によると、加工対象部位に環状ではない開口部が形成されている場合でも、エッチング終了検出部で加工対象部位の開口部がエッチング終了位置に達したことを検出することができる。
　また、本発明に係るエッチング終了検出方法の第５の形態は、前記エッチング終了検出部が、前記加工対象部位を形成したＳＯＩ基板に形成されている。
　この第５の形態によると、エッチング終了検出部が加工対象部位を形成したＳＯＩ基板に形成されているので、加工対象部位の開口がエッチング終了位置に達したことを正確に検出することができる。
　また、本発明に係るエッチング終了位置検出方法の第６の形態は、前記エッチング終了検出部が、前記加工対象部位を形成したＳＯＩ基板とは異なるＳＯＩ基板に形成されている。
　この第６の形態によると、加工対象部位を形成したＳＯＩ基板にエッチング終了検出部を形成することができない場合や、加工対象部位を形成した複数のＳＯＩ基板を同時にエッチングする場合に、１つのＳＯＩ基板にエッチング終了検出部を形成するだけで済み、ＳＯＩ基板の製作コストを低減することができる。
　また、本発明に係るエッチング終了検出方法の第７の形態は、前記環状開口部が、加工対象部位の開口部の幅と等しい幅に設定されている。
　この第７の形態によると、エッチング終了検出部の環状開口部の幅が加工対象部位の開口部の幅と等しく設定されるので、環状開口部のエッチング終了タイミングを、加工対象部位における開口部のエッチング終了タイミングに正確に合わせることができる。
　また、本発明に係るエッチング終了検出方法の第８の態様は、前記エッチング終了検出部が、エッチング速度が異なるようにした複数のエッチング終了検出部で構成されている。
　この第８の態様によると、複数のエッチング終了検出部で段階的にエッチングの終了を検出することができるので、エッチングの終了をより正確に検出することができる。
　また、本発明に係るエッチング終了検出装置の第１の態様は、絶縁層上に導電性のシリコン層が配置されたＳＯＩ基板における前記シリコン層に前記絶縁層に達する開口部をエッチングする際のエッチング終了検出装置である。このエッチング終了検出装置は、前記エッチングによって形成される前記絶縁層に達する環状開口部と、該環状開口部で囲まれる島状領域と、該島状領域の表面に配置した第１の電極部と、前記島状領域の外側の領域配置した第２の電極部とを有するエッチング終了検出部を備えている。また、エッチング終了検出装置は、前記第１の電極部及び前記第２の電極部間の電気抵抗を抵抗測定器で測定して当該電気抵抗が予め設定した閾値を超えたときにエッチング終了位置に達したと判定するエッチング終了判定部を備えている。
　本発明によれば、エッチングによって絶縁層に達する環状開口部で囲まれる島状領域に第１の電極部を配置し、その外側の領域に第２の電極部を配置し、両電極部間の電気抵抗を計測するようにしたので、エッチングが進んで環状開口部のエッチング深さが絶縁層に達するときに、電気抵抗が予め設定した閾値を越えることになり、エッチングの終了を正確に検出することができる。
本発明に係るエッチング終了検出方法に適用し得るＳＯＩ基板を示す平面図である。 図１のエッチング終了検出部を示す図であって、（ａ）は平面図、（ｂ）は（ａ）のＡ－Ａ線断面図である。 エッチング終了検出部の電極形成方法を示す説明図である。 エッチング終了検出方法を示す説明図である。 エッチング時の抵抗変化を示す図である。 エッチング終了検出方法の他の例を示す説明図である。 エッチング終了検出部の他の例を示す説明図である。 エッチング終了検出部のさらに他の例を示す説明図である。
　以下、本発明の実施の形態を図面について説明する。
　図１は本発明に係るエッチング方法に適用し得るＳＯＩ(Silicon On Insulator)基板を示す平面図である。
　図中、１はＳＯＩ基板であって、このＳＯＩ基板１には、ＭＥＭＳ(Micro Electro Mechanical System)応用の圧力センサ、加速度センサ、角速度センサ、姿勢センサ等の各種振動子を形成する加工対象部位２と、この加工対象部位２とは離間して形成されたエッチング終了検出部３とが形成されている。
　このＳＯＩ基板１は、図２（ｂ）に示すように、基材５上に絶縁層でなるエッチング停止層６が形成され、このエッチング停止層６上に被エッチング層７が形成されている。ここで、基材５及び被エッチング層７の主材料はシリコンであり比抵抗が０．０１～０．０４〔Ω・ｃｍ〕程度の低抵抗特性を有する。また、エッチング停止層６は通常は酸化膜で形成される絶縁膜であり、高抵抗特性を有する。
　加工対象部位２には、少なくとも図３に示すエッチング停止層６に達する溝や空間でなる開口部２ａがドライエッチングによって形成される。ここで、ドライエッチングとしては容量結合プラズマ（ＣＣＰ：CapacitivelyCoupled Plasma）、誘導結合プラズマ（ＩＣＰ：Inductive Coupled Plasma)、電子サイクロトロン共鳴（ＥＣＲ：Electron Cyclotron Resonance)プラズマ等を使用した反応性イオンエッチング（ＲＩＥ：Reactive Ion Etching）を適用することができる。
　エッチング終了検出部３は、図２に拡大図示するように、上述したドライエッチングによってエッチング停止層６に達する環状開口部１１によって囲まれる島状領域１２が形成されている。ここで、環状開口部１１は平面からみて方形枠状の環状溝で構成されている。また、環状開口部１１の幅は加工対象部位の開口部２ａの幅と等しく設定することが好ましい。この島状領域１２の表面の中央部に例えば環状開口部１１と相似形の方形に形成された第１の電極部１３が形成されている。この第１の電極部１３は、ドライエッチングによってエッチングされない例えばアルミニウム、アルミニウム合金を適用することが好ましい。また、第１の電極部１３の周りには環状開口部１１をエッチングする際の絶縁性のマスク１４が形成されている。
　また、島状領域１２の環状開口部１１を挟んで外側の領域１５の表面には、前述した第１の電極部１３と同一形状の第２の電極部１６が形成されている。この第２の電極部１６も上述した第１の電極部と同様にドライエッチングによってエッチングされない例えばアルミニウム、アルミニウム合金を適用することが好ましい。また、第２の電極部１６の周り及び環状開口部１１の外側に環状開口部１１をエッチングする際のマスク１７が形成されている。
　このエッチング終了検出部３を形成するには、図３（ａ）に示すように、被エッチング層７の上面に、先ず、第１の電極部１３及び第２の電極部１６をアルミニウム、アルミニウム合金を蒸着又はスパッタリングして形成し、次いで、第１の電極部１３及び第２の電極部１６を覆うように絶縁層となるマスク層１８を形成する。次いで、図３（ｂ）に示すように、マスク層１８をエッチングして第１の電極部１３及び第２の電極部１６を露出させると共に、環状開口部１１に対向する位置に環状開口部１９を形成してマスク１４及び１７を形成する。
　なお、マスク１７は、加工対象部位２に形成する開口部２ａについてもこの開口部２ａに対向する部分をエッチング終了検出部３と同様に開口している。
　そして、上記構成を有するＳＯＩ基板１をドライエッチングするには、先ず、図４（ａ）に示すように、第１の電極部１３及び第２の電極部１６間にマルチテスタ等の抵抗測定器２０を接続し、この抵抗測定器２０の抵抗測定値出力側にエッチング終了判定部２１を接続する。
　そして、ＳＯＩ基板１のみをドライエッチング装置に装着する。このとき、ドライエッチングを開始していない状態では、抵抗測定器２０で測定される電気抵抗Ｒは、被エッチング層７の比抵抗ρが０．０１～０．０４［Ω・ｃｍ］であるとしたとき、Ｒ＜１ｋΩとなる。
　この状態でドライエッチングを開始すると、マスク１４及び１７間の環状開口部１１でエッチングが進行するとともに、加工対象部位２でも開口部２ａでエッチングが進行する。
　そして、図４（ａ）に示すように、エッチング深さがエッチング停止層６に近い状態となっても、環状開口部１１とエッチング停止層６との間に比較的厚い被エッチング層７が存在することにより、抵抗測定器２０で測定される電気抵抗ＲはＲ＜１ｋΩの状態を維持する。
　しかしながら、図４（ｂ）に示すように、環状開口部１１がエッチング停止層６に達すると、抵抗測定器２０で測定される電気抵抗Ｒは、図５に示すように急増して、エッチング停止層６の高抵抗値によって、被エッチング層７の比抵抗ρが前述したように０．０１～０．０４［Ω・ｃｍ］であるときに、測定される電気抵抗ＲはＲ＞１ＧΩにまで急増する。
　このとき、測定した電気抵抗Ｒが予め設定した閾値Ｒｔｈを超えたときに、エッチング終了判定部２１で、環状開口部１１のエッチング深さがエッチング停止層６に達したエッチング終了位置に到達したものと判定してドライエッチング装置によるドライエッチングを終了させる。
　この場合、環状開口部１１のエッチング停止層６への到達を確実にするために、測定した電気抵抗Ｒが閾値Ｒｔｈを越えてから比較的短い所定遅延時間だけ遅らせてエッチングを終了することにより、環状開口部１１がエッチング停止層６へ確実に到達した状態でエッチングを終了することができる。
　そして、エッチング終了検出部３の環状開口部１１の幅と実際にエッチングを行う加工対象部位２の開口部２ａの幅とを一致させておくことにより、エッチング終了検出部３でエッチング終了を検出した時点で、加工対象部位２の開口部２ａでもエッチング深さがエッチング停止層６に達することになり、正確なエッチング終了管理を行うことができる。
　このように、上記実施形態によると、ドライエッチングを開始して抵抗測定器２０で計測した第１の電極部１３及び第２の電極部１６間の電気抵抗Ｒが閾値Ｒｔｈを超えたときに、ドライエッチングを終了することにより、環状開口部１１がエッチング停止層６に達したことを正確に検出することができる。
　このとき、環状開口部１１を挟んで形成される第１の電極部１３及び第２の電極部１６がともに方形に形成されているので、両電極部１３及び１６に対向する環状開口部１１の略全てがエッチング停止層６に達したときに、電気抵抗Ｒが急増することになる。このため、第１の電極部１３及び第２の電極部１６に対向している環状開口部１１の長さの略全域で環状開口部１１がエッチング停止層６に達したときに、エッチング終了タイミングと判断するので、環状開口部１１の周方向のエッチング速度が異なる場合でも、正確にエッチング終了を検出することができる。
　さらに、エッチング終了検出部３が加工対象部位２から独立しており、しかも、第１の電極部１３及び第２の電極部１６はエッチング終了検出部３に対して専用に形成するので、エッチング終了後に第１の電極部１３及び第２の電極部１６を除去する必要がなく、電極除去工程を省略することができる。
　なお、上記実施形態においては、抵抗測定器２０で測定した電気抵抗Ｒが閾値Ｒｔｈを超えたときに環状開口部１１がエッチング停止層６に到達したエッチング終了タイミングであるとして検出した場合について説明した。しかしながら、本発明は、上記に限定されるものではなく、環状開口部１１がエッチング停止層６に確実に到達した状態では、図５に示すように電気抵抗Ｒが飽和状態となることから、この飽和状態を検出してエッチングを終了させるようにしてもよい。
　また、上述したように、抵抗測定器２０で第１の電極部１３及び第２の電極部１６間の電気抵抗Ｒを測定しながらドライエッチングを行う場合に代えて、予め計測したエッチング時間だけエッチチッングしたときに、エッチングを終了させるようにしてもよい。このときのドライエッチングのエッチング時間は、上述したように、電気抵抗Ｒを測定しながらドライエッチングを行ったときのエッチング開始時間からエッチング終了時間までのエッチング時間を計測して設定することが好ましい。
　この場合に、ドライエッチングを行いながら電気抵抗Ｒを測定する必要がないので、図６に示すように、島状領域１２に形成する第１の電極部１３及びこの島状領域１２に環状開口部１１を介して対向する領域１５に形成する第２の電極部１６を形成する必要がなく、全面をマスクで覆うことができる。
　そして、設定したエッチング時間でエッチングを行ったＳＯＩ基板１の環状開口部１１がエッチング停止層６に達しているか否かを島状領域１２及びその外側の領域１５間の電気抵抗Ｒを抵抗測定器２０で測定することにより確認する。
　すなわち、図６に示すようにマスクを除去して島状領域１２及びその外側の領域１５の表面を露出させた状態で、島状領域１２及びその環状開口部１１を介して外側の領域１５の電極部となる表面に計測針又は計測針に比較して幅広の電極片でなるプローブ２２及び２３を接触させて抵抗測定器２０で電気抵抗Ｒを計測する。このとき、測定した電気抵抗Ｒが閾値Ｒｔｈ以上好ましくは飽和抵抗値に達しているときに、環状開口部１１がエッチング停止層６に確実に達して、加工対象部位２でも開口部２ａがエッチング停止層６に達したエッチング終了位置に到達しているものと判断することができる。
　また、上記実施形態においては、エッチング終了検出部３の環状開口部１１が平面からみて方形枠状である場合について説明したが、これに限定されるものではなく、環状開口部１１を３角形あるいは５角形以上の多角形さらには円形とすることができる。
　また、上記実施形態においては、エッチング終了検出部３を、加工対象部位２を形成したＳＯＩ基板１に形成した場合について説明したが、これに限定されるものではなく、図７に示すように、エッチング終了検出部３を、加工対象部位２を形成したＳＯＩ基板１とは異なるＳＯＩ基板３０に形成するようにしてもよい。
　さらに、上記実施形態においては、エッチング終了検出部３が１つ形成されている場合について説明した。しかしながら、本発明は、上記構成に限定されるものではなく、図８に示すように、環状開口部１１の開口幅の異なる複数例えば２個のエッチング終了検出部３Ａ，３Ｂを用意する。そして、各エッチング終了検出部３の第１の電極部１３及び第２の電極部１６間の電気抵抗Ｒを計測することにより、エッチング終了タイミングを段階的に検出するようにしてもよい。この場合には、環状開口部１１の幅が広いエッチング終了検出部３から環状開口部１１の幅が狭くなるにしたがってエッチング速度が低下することにより、エッチング終了タイミングを段階的に検出することができる。
　本発明によれば、ＳＯＩ基板のシリコン層にエッチングによって形成する溝が絶縁層に達したエッチング終了時を正確に検出することができるエッチング終了検出方法及び装置を提供することができる。
　１…ＳＯＩ基板、２…加工対象部位、３…エッチング終了検出部、５…基材、６…エッチング停止層、７…被エッチング層、１１…環状開口部、１２…島状領域、１３…第１の電極部、１４…マスク、１５…外側の領域、１６…第２の電極部、２０…抵抗測定器、２１…エッチング終了判定部、３０…ＳＯＩ基板

Claims (9)

  1. 　絶縁層上に導電性のシリコン層が配置されたＳＯＩ基板における前記シリコン層に前記絶縁層に達する開口部をエッチングする際のエッチング終了検出方法であって、
    　前記エッチングによって形成される環状開口部で囲まれる島状領域の表面に第１の電極部を配置するとともに、前記島状領域の外側の領域に第２の電極部を配置してエッチング終了検出部を構成し、前記第１の電極部及び前記第２の電極部間の電気抵抗を計測し、当該電気抵抗が予め設定した閾値を超えたときにエッチング終了位置に達したと判定することを特徴とするエッチング終了検出方法。
  2. 　前記第１の電極層及び第２の電極層間の電気抵抗を計測しながら前記開口部のエッチングを行い、当該電気抵抗が予め設定した閾値を超えたときにエッチング終了位置に達したと判定する請求項１に記載のエッチング終了検出方法。
  3. 　前記環状開口部は円形又は多角形の環状溝で形成されていることを特徴とする請求項１又は２に記載のエッチング終了検出方法。
  4. 　前記エッチング終了検出部は、同時にエッチングされる加工対象部位とは異なる領域に形成されていることを特徴とする請求項１乃至３の何れか１項に記載のエッチング終了検出方法。
  5. 　前記エッチング終了検出部は、前記加工対象部位を形成したＳＯＩ基板に形成されていることを特徴とする請求項１乃至４の何れか１項に記載のエッチング終了検出方法。
  6. 　前記エッチング終了検出部は、前記加工対象部位を形成したＳＯＩ基板とは異なるＳＯＩ基板に形成されていることを特徴とする請求項１乃至４の何れか１項に記載のエッチング終了検出方法。
  7. 　前記環状開口部は、加工対象部位の開口部の幅と等しい幅に設定されていることを特徴とする請求項１乃至６の何れか１項に記載のエッチング終了検出方法。
  8. 　前記エッチング終了検出部は、エッチング速度が異なるようにした複数のエッチング終了検出部で構成されていることを特徴とする請求項１乃至６の何れか１項に記載のエッチング終了検出方法。
  9. 　絶縁層上に導電性のシリコン層が配置されたＳＯＩ基板における前記シリコン層に前記絶縁層に達する開口部をエッチングする際のエッチング終了検出装置であって、
    　前記エッチングによって形成される前記絶縁層に達する環状開口部と、該環状開口部で囲まれる島状領域と、該島状領域の表面に配置した第１の電極部と、前記島状領域の外側の領域配置した第２の電極部とを有するエッチング終了検出部と、
    　前記第１の電極部及び前記第２の電極部間の電気抵抗を抵抗測定器で測定して当該電気抵抗が予め設定した閾値を超えたときにエッチング終了位置に達したと判定するエッチング終了判定部と
    　を備えたことを特徴とするエッチング終了検出装置。
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