JP5427062B2 - 基板のエッチング方法、プログラム及びコンピュータ記憶媒体 - Google Patents

Description

本発明は、基板にエッチング処理を行い、基板上に所定の貫通孔を形成する基板のエッチング方法、プログラム及びコンピュータ記憶媒体に関する。

近年、半導体デバイス（以下、「デバイス」という）の製造においては、デバイスの高集積化が進んでいる。その一方で、高集積化された複数のデバイスを配線で接続して製品化する場合、配線長が増大し、それにより配線の抵抗が大きくなること、及び配線遅延が大きくなることが問題となる。

この問題を解決するための技術として、デバイスを３次元に積層する３次元集積技術が提案されている。この３次元集積技術においては、例えば図１７（ａ）に示すように、その表面に回路３００が形成された薄板状の半導体ウェハＷ（以下、「ウェハ」という）にＴＳＶ（Ｔｈｒｏｕｇｈ Ｓｉｌｉｃｏｎ Ｖｉａ）と呼ばれる微細な、例えば１００μｍ以下の径を有する貫通孔Ｈが設けられる。そして、当該貫通孔Ｈに電極が形成され、図１７（ｂ）に示すように、上下に積層されたウェハＷが、それぞれ電極３０１を介して電気的に接続される（例えば、特許文献１）。

ところで、上述の貫通孔Ｈには高い位置精度が求められるため、貫通孔Ｈの形成にあたっては、例えばフォトリソグラフィー技術によりマスクを形成し、マスクが形成されたウェハＷをプラズマエッチング処理などのいわゆるドライエッチング技術を用いてエッチングを行うことで貫通孔Ｈが形成される。また、ドライエッチングに代わり、ウェットエッチングを用いて局所的な微細加工を行う方法としては、特許文献２に開示されるように、エッチングを行うにあたり、ウェハＷの表面にエッチング液を液盛りし、液盛りしたエッチング液にマイクロプローブの先端を付着させ、当該マイクロプローブからウェハＷに電流を流すことによりエッチング領域を制御し、高精度なエッチングを行う方法が提案されている。

特開２００９−００４７２２号公報 特開２００８−２８０５５８号公報

ところが、上述のドライエッチングを用いた場合、マスクを形成するためのフォトリソグラフィー工程に要するコストや、真空装置を用いるドライエッチングに要するコストが、ウェットエッチングを用いる場合と比較して高額となり、近年の半導体デバイスの低価格化に対応することが困難であった。

また、特許文献２の方法にあっては、複数の微細な貫通孔を位置精度よく形成する場合、マイクロプローブを高い位置精度でプローブカードに整列配置させる必要がある。しかしながら、マイクロプローブを高い位置精度で整列させることは技術的に困難であり、そのため、貫通孔を適切に形成することができなかった。さらには、特許文献２の方法では、ウェハにエッチング液を液盛りするステップとマイクロプローブを当該エッチング液に接触させるステップの２つのステップが必要であり、それぞれのステップにおいてアライメント調整を行うので、スループットの低下を招いてしまう。

本発明は、かかる点に鑑みてなされたものであり、基板の所定の位置に、安価な方法で且つ高い位置精度でエッチングを施すことを目的としている。

前記の目的を達成するため、基板にエッチング液を供給して当該基板を所定のパターンに選択的にエッチングする方法であって、表面において前記所定のパターンに対応する位置に開口部が複数形成され、且つ当該開口部に連通する前記エッチング液の流通路を備えたテンプレートと、前記基板と、を密着させ、前記テンプレートと前記基板を密着させた状態で、前記流通路を介して前記開口部から前記基板に対して前記エッチング液を供給することで、当該基板を前記所定のパターンにエッチングすることを特徴としている。

本発明によれば、所定のパターンに対応する位置に開口部が形成されたテンプレートを基板に密着させ、開口部に連通する流通路にエッチング液を供給するので、基板を所定のパターンに選択的にエッチングすることができる。このため、基板に貫通孔を形成するにあたり、高コストなドライエッチングを用いる必要がない。また、従来用いられていたフォトリソグラフィーにより形成されたマスクに代えてテンプレートを用いるため、基板毎にマスクを形成する工程が不要となる。したがって、基板を選択的にエッチングする際のスループットが向上すると共に、コストの低減も図ることができる。さらには、テンプレートの開口部そのものは、例えばフォトリソグラフィー処理とエッチング処理を行って一括して高い位置精度で形成できるので、従来のように、マイクロプローブを高い位置精度で整列させ難いという問題も生じない。このため、本発明によれば、ウェットエッチングを用いて、高い位置精度で複数の貫通孔を形成することができる。

前記エッチング液は、前記流通路に連通するエッチング液供給口から供給され、前記流通路に連通するエッチング液排出口から排出されてもよい。

かかる場合、前記テンプレートは絶縁材料により構成されており、前記テンプレートの裏面であって前記流通路と対向する面に、陰極が複数設けられ、前記基板における前記テンプレートと反対側の面には当該基板と接触する金属膜が形成され、前記金属膜を陽極とし、当該陽極と前記陰極との間に電圧を印加しながらエッチングを行ってもよい。

前記流通路は、当該仕切板により、前記基板と対向する第１の流通路と、当該仕切板を挟んで前記第１の流通路に対向する第２の流通路と、に分割され、前記仕切板には前記第１の流通路と前記第２の流通路を連通する他の開口部が複数形成され、前記エッチング液供給口は前記第２の流通路に連通し、前記エッチング液排出口は前記第１の流通路に連通していてもよい。

かかる場合、前記他の開口部は、前記開口部に対応する位置に設けられ、前記テンプレート及び前記仕切板は絶縁材料により構成されており、前記仕切板の前記第２の流通路と対向する面であって、前記他の開口部の外周部にはそれぞれ陰極が設けられ、前記基板の被処理面と反対側の面には当該基板と接触する金属膜が形成され、前記金属膜を陽極とし、当該陽極と前記陰極との間に電圧を印加しながらエッチングを行ってもよい。

前記陰極は、それぞれ独立して電圧が印加可能であり、少なくとも前記陰極に印加する電圧または前記陰極に電圧を印加する時間を制御することで、前記基板のエッチング深さを制御してもよい。

前記電圧の印加に起因して前記陽極及び前記陰極間を流れる電流の値を測定し、前記測定された電流値の変化により前記基板のエッチング状態を監視してもよい。

前記エッチング液は前記エッチング液供給口に圧入されてもよい。

また、前記基板に前記エッチング液が供給される際に、前記テンプレートを振動さてもよく、前記エッチング液を振動させてもよい。

別な観点による本発明によれば、前記のエッチング方法をエッチング装置によって実行させるために、当該エッチング装置を制御する制御部のコンピュータ上で動作するプログラムが提供される。

また別な観点による本発明によれば、前記プログラムを格納した読み取り可能なコンピュータ記憶媒体が提供される。

本発明によれば、基板の所定の位置に、安価な方法で且つ高い位置精度でエッチングを施すことができる。

本実施の形態にかかるエッチング方法を実施する基板処理システムの構成の概略を示す平面図である。 ウェハと支持板とが貼り合わせられた状態を示す縦断面図である。 選択エッチング装置の構成の概略を示す縦断面図である。 テンプレートの構成の概略を示す説明図である。 絶縁膜形成装置の構成の概略を示す縦断面図である。 絶縁膜形成用テンプレートとウェハを密着させた状態を示す説明図である。 電極形成装置の構成の概略を示す縦断面図である。 本実施の形態にかかるエッチング方法を含む、ウェハ処理のフロー図である。 本実施の形態にかかるエッチング方法を含む、ウェハ処理の説明図である。 金属膜堆積用テンプレートとウェハを密着させた状態を示す説明図である。 ウェハが積層された状態を示す縦断面図である。 加振装置の配置を示す平面図である。 テンプレートに加振機構を配置した状態を示す説明図である。 他の実施の形態にかかるテンプレートの構成の概略を示す説明図である。 加振機構をテンプレートの上方に設けた状態を示す説明図である。 エッチング液の供給口を有する加振機構近傍の構成の概略を示す説明図である。 薄板状のウェハを積層した状態を示す説明図である。

以下、本発明の実施の形態について説明する。図１は、本実施の形態にかかるエッチング方法を実施する選択エッチング装置を備えた基板処理システム１の構成の概略を示す平面図である。

基板処理システム１は、図１に示すように例えば外部に設けられたウェハ貼り合わせ装置（図示せず）により支持板が貼り合わせられた複数のウェハＷ（以下、単に「ウェハＷ」という場合がある）を、カセットＣ単位で基板処理システム１に対して搬入出したり、カセットＣに対してウェハＷを搬入出したりするカセットステーション２と、ウェハＷに対して所定の処理を施す各種処理装置を備えた処理ステーション３とを一体に接続した構成を有している。

なお、本実施の形態にかかるエッチング方法で用いられるウェハＷは、例えば図２に示すように、その表面Ｗａに絶縁膜１０による被膜が形成されており、絶縁膜１０の上面には金属層１１と絶縁層１２が積層され、かかる構成により所定の回路が形成されている。金属層１１は、所定の箇所において絶縁膜１０を貫通してウェハＷと接触しており、この金属層１１とウェハＷとが接触し、当該ウェハＷを貫通する箇所が、３次元集積技術においてＴＳＶと呼ばれる微細な貫通孔Ｈが形成される箇所である。なお、これら貫通孔Ｈが本発明における所定のパターンを構成している。金属層１１上には、例えばガラス基板などの支持板Ｓが貼り合わせられている。そして、基板処理システム１においてはこの支持板ＳがウェハＷの下方に位置するように、即ちウェハＷの裏面Ｗｂが上方を向いた状態でカセットＣに収容されている。なお、図２においては、２層の金属層１１と１層の絶縁層１２がそれぞれ交互に積層された状態を描図しているが、金属層１１と絶縁層１２の層数や構成は任意に決定されるものである。

カセットステーション２には、カセット載置台２０が設けられ、当該カセット載置台２０には、例えば３つのカセット載置板２１が設けられている。カセット載置板２１は、水平方向のＸ方向（図１中の上下方向）に一列に並べて配置され、これら複数のカセット載置板２１は、基板処理システム１の外部とカセットＣの搬入出を行う際に、カセットＣを載置することができる。

カセットステーション２には、図１に示すようにＸ方向に延伸する搬送路２２上を移動自在なウェハ搬送装置２３が設けられている。ウェハ搬送装置２３は、上下方向及び鉛直軸周り（θ方向）にも移動自在であり、各カセット載置板２１上のカセットＣと、後述する処理ステーション３の第３のブロックＧ３のトランジション装置（図示せず）との間でウェハＷを搬送できる。

カセットステーション２に隣接する処理ステーション３は、各種装置を備えた複数、例えば３つのブロックＧ１、Ｇ２、Ｇ３が設けられている。例えば処理ステーション３の背面側（図１のＸ方向正方向側）には、第１のブロックＧ１が設けられ、処理ステーション３の正面側（図１のＸ方向負方向側）には、第２のブロックＧ２が設けられている。また、処理ステーション３のカセットステーション２側（図１のＹ方向負方向側）には、第３のブロックＧ３が設けられている。

例えば第１のブロックＧ１には、ウェハＷの裏面Ｗｂを所定の厚みまでエッチングする全面エッチング装置３０と、所定の厚みまでエッチングされたウェハＷの裏面Ｗｂの所定の部位を選択的にエッチングする選択エッチング装置３１と、ウェハＷに絶縁膜を形成する絶縁膜形成装置３２と、ウェハＷに形成された絶縁膜を選択的に除去する絶縁膜除去装置３３が、カセットステーション２側からこの順で配置されている。

例えば第２のブロックＧ２には、ウェハＷの裏面Ｗｂに金属膜を形成する金属膜堆積装置４０と、ウェハＷに電極を形成する電極形成装置４１が、カセットステーション２側からこの反対の順で配置されている。

例えば第３のブロックＧ３には、ウェハ搬送装置２３と後述するウェハ搬送装置５１との間でウェハＷの受け渡しを行うトランジション（図示せず）装置が設けられている。

図１に示すように第１のブロックＧ１〜第３のブロックＧ３に囲まれた領域には、ウェハ搬送領域Ｄが形成されている。ウェハ搬送領域Ｄには、例えばウェハ搬送装置５１が配置されている。

ウェハ搬送装置５１は、例えばＹ方向、Ｘ方向、θ方向及び上下方向に移動自在な搬送アームを有している。ウェハ搬送装置５１は、ウェハ搬送領域Ｄ内を移動し、周囲の第１のブロックＧ１及び第２のブロックＧ２内の所定の装置にウェハを搬送できる。

次に、上述した選択エッチング装置３１について詳述する。

選択エッチング装置３１は、図３に示すように、その内部にウェハを収容する処理容器６０と、処理容器６０内に設けられ、支持板Ｓが貼り合わされたウェハＷを載置する載置台６１を有している。載置台６１には、例えば真空チャックなどが用いられる。載置台６１の上方には、本実施の形態にかかるエッチング方法に用いられるテンプレート６２と、当該テンプレート６２を保持する保持機構６３が設けられている。保持機構６３は、当該保持機構６３を上下方向及び左右方向に移動させる移動機構６４により処理容器６０の内面の上端に支持されている。

テンプレート６２は、例えば図３及び図４に示すように、その表面６２ａに所定のパターンの開口部６５が複数形成された略円盤状の部材である。そして、テンプレート６２に設けられた開口部６５の配置は、上述の金属層１１とウェハＷとが接触する位置、即ち、３次元集積技術においてＴＳＶと呼ばれる貫通孔Ｈが形成されるべき位置に対応している。テンプレート６２の内部には、開口部６５と連通する流通路６６が形成されている。

テンプレート６２は、開口部６５が形成されていない面である裏面６２ｂが保持機構６３により保持されている。即ち、テンプレート６２は、処理容器６０内において、載置台６１に載置されたウェハＷとテンプレート６２とが対向するように配置されている。なお、テンプレート６２は、ウェハＷのエッチングに使用されるエッチング液に対して耐性を有する絶縁体により形成され、例えば炭化珪素（ＳｉＣ）などを用いることができる。

テンプレート６２の流通路６６には、例えば図３に示すように、仕切板７０がテンプレート６２の表面６２ａと平行に設けられている。これによりテンプレート６２の流通路６６は、ウェハＷの表面Ｗａ側の第１の流通路６６ａと、仕切板７０を挟んで第１の流通路６６ａに対向する第２の流通路６６ｂに分割されている。仕切板７０には、第１の流通路６６ａと第２の流通路６６ｂとを連通する他の開口部としての、連絡流路７１が複数形成されている。この連絡流路７１は、当該連絡流路７１と開口部６５とが同一の鉛直線上に位置するように、テンプレート６２の表面６２ａに設けられた開口部６５に対応する位置に形成されている。なお、仕切り板７０も、テンプレート６２と同様に、ウェハＷのエッチングに使用されるエッチング液に対して耐性を有する絶縁体により形成され、例えば炭化珪素などを用いることができる。

また、テンプレート６２の、例えば外周面６２ｃには、第２の流通路６６ｂに連通するエッチング液供給口７２と、第１の流通路６６ａに連通するエッチング液排出口７３が設けられている。エッチング供給口７２には、例えばポンプなどの圧入機構（図示せず）が接続されており、エッチング液をテンプレート６２の流通路６６に圧入することができるように構成されている。これにより、テンプレート６２内に、エッチング液供給口７２からエッチング液排出口７３に向かうエッチング液の流れを形成できる。なお、図３においては、エッチング液供給口７２とエッチング液排出口７３をそれぞれ１つずつ描図しているが、エッチング液供給口７２とエッチング液排出口７３は、それぞれ第２の流通路６６ｂと第１の流通路６６ａの２箇所以上に設けられていてもよい。

仕切板７０の第２の流通路６６ｂ側の面であって連絡流路７１の外周部には、エッチング液に対して耐性を有する金属により形成された陰極８０が設けられている。陰極８０と対をなす陽極８１は、ウェハＷの表面Ｗａに形成された金属層１１と電気的に接続して設けられている。陰極８０と陽極８１は電源装置（図示せず）に接続され、陰極８０と陽極８１との間に電圧を印加可能に構成されている。なお、陽極８１は、例えばウェハＷの金属層１１と電気的に接触するように予め支持板Ｓに埋め込まれて設けられていてもよく、或いはウェハＷと支持板Ｓとの貼り合わせに導電性の接着剤を用い、当該接着剤と陽極８１とを電気的に接続してもよく、ウェハＷの金属層１１と電気的に接続されれば、接続の方法は任意に決定が可能である。

次に、絶縁膜形成装置３２について説明する。絶縁膜形成装置３２は、選択エッチング装置３１とほぼ同様の構成を有している。即ち、図５に示すように、ウェハＷを収容する処理容器９０と、ウェハＷを載置する載置台９１と、絶縁膜形成用テンプレート９２を保持する保持機構９３と、保持機構９３を上下方向及び左右方向に移動させる移動機構９４を有している。

絶縁膜形成用テンプレート９２は、内部が中空で下面が開口した略円柱状に形成され、ウェハＷと絶縁膜形成用テンプレート９２の外周縁部９２ａとを密着させることにより、図６に示すように、ウェハＷと絶縁膜形成用テンプレート９２との間に密閉空間９５を形成することができる。

図５に示すように、絶縁膜形成用テンプレート９２の、例えば上面９２ｂには、密閉空間９５に連通し、密閉空間９５に絶縁膜の溶液として、例えば電着ポリイミド溶液を供給する絶縁膜溶液供給口９６が形成されている。絶縁膜形成用テンプレート６２の外周縁部９２ａには、絶縁膜の溶液を密閉空間９５の外部に排出する絶縁膜溶液排出口９７が形成されている。絶縁膜溶液供給口９６には、テンプレート６２と同様に圧入機構（図示せず）が接続されている。

絶縁膜形成用テンプレート９２の外周縁部９２ａは、例えばテンプレート６２と同様の炭化珪素により形成され、その上面９２ｂは、導電性の金属により形成されている。この上面９２ｂは、ウェハＷの表面Ｗａに形成された金属層１１と電気的に接続して設けられた陽極８１と対をなす陰極として機能し、上面９２ｂと陽極８１とに電気的に接続された電源装置（図示せず）によりウェハＷと上面９２ｂとの間に電圧を印加することができる。

次に、電極形成装置４１について説明する。電極形成装置４１も、図７に示すように、選択エッチング装置３１とほぼ同様の構成を有している。即ち、ウェハＷを収容する処理容器１１０と、ウェハＷを載置する載置台１１１と、載置台１１１の上方に設けられ、電極形成用テンプレート１１２を保持する保持機構１１３と、保持機構１１３を上下方向及び左右方向に移動させる移動機構１１４を有している。

電極形成用テンプレート１１２は、テンプレート６２と同様に略円盤状に形成されている。電極形成用テンプレート１１２の表面１１２ａには、テンプレート６２の表面に形成された開口部６５と同じパターン、即ちテンプレート６２の開口部６５と同心の位置に開口部１１５が形成されている。電極形成用テンプレート１１２の内部には、テンプレート６２と同様に、開口部１１５と連通する流通路１１６が形成されている。

電極形成用テンプレート１１２の裏面１１２ｂには、流通路１１６に連通し、当該流通路１１６内に電極形成用のめっき液として、例えば無電解銅めっき液を供給するめっき液供給口１１７が形成されている。めっき液供給口１１７には、テンプレート６２と同様に圧入機構（図示せず）が接続されている。電極形成用テンプレート１１２の裏面１１２ｂには、排気管（図示せず）が接続されており、流通路１１６内にめっき液が供給された際に流通路１１６内の空気が外部に排出されるように構成されている。なお、排気管は、例えば真空ポンプなどの負圧形成機構に接続されていてもよく、かかる場合、さらに効率的に流通路１１６内の空気を排出することができる。また、電極形成用テンプレート１１２は、テンプレート６２と同様に、例えば炭化珪素などの絶縁体により形成されているが、電極形成用テンプレート１１２においては、後述するように無電解めっきを用いる場合、陰極が不要である。しがたって、電極形成用テンプレート１１２は必ずしも絶縁体である必要はない。

以上の基板処理システム１には、図１に示すように制御部２００が設けられている。制御部２００は、例えばコンピュータであり、プログラム格納部（図示せず）を有している。プログラム格納部には、選択エッチング装置３１におけるエッチング液の供給や電源装置の制御及びエッチングの際に陽極と陰極との間を流れる電流を監視するプログラムが格納されている。また、プログラム格納部には、上述の各種処理装置や搬送装置などの駆動系の動作を制御して、基板処理システム１における後述のウェハ処理を実現させるためのプログラムも格納されている。なお、前記プログラムは、例えばコンピュータ読み取り可能なハードディスク（ＨＤ）、フレキシブルディスク（ＦＤ）、コンパクトディスク（ＣＤ）、マグネットオプティカルデスク（ＭＯ）、メモリーカードなどのコンピュータに読み取り可能な記憶媒体Ｈに記録されていたものであって、その記憶媒体Ｈから制御部２００にインストールされたものであってもよい。

次に、以上のように構成された基板処理システム１を用いて行われるウェハＷの処理方法について説明する。図８及び図９は、ウェハＷの処理方法の主な工程の一例を示すフローチャート及び各工程におけるウェハＷの状態を模式的に示した説明図である。

先ず、基板処理システム１の外部に設けられた貼り合わせ装置（図示せず）により支持板Ｓとの貼り合わせが行われたウェハＷを複数枚収容したカセットＣが、カセットステーション２の所定のカセット載置板２１に載置される。その後、ウェハ搬送装置２３によりカセットＣ内のウェハＷが取り出され、処理ステーション３の第３のブロックＧ３に設けられたトランジション装置を介してウェハ搬送装置５１により全面エッチング装置３０に搬送される。

全面エッチング装置３０では、ウェハＷの裏面Ｗｂにエッチング液が供給される。エッチング液としては、例えばフッ酸とイソプロピルアルコールの混合液（ＨＦ／ＩＰＡ）やフッ酸とエタノールの混合液などが用いられる。これにより、ウェハＷが所定の厚みにエッチングされる（図８の工程Ｓ１及び図９（ａ））。その後、ウェハＷは、ウェハ搬送装置５１によって選択エッチング装置３１に搬送される。

選択エッチング装置３１に搬送されたウェハＷは載置台６１に載置され、当該ウェハＷに対して本実施の形態にかかるエッチング方法が行われる。具体的には、ウェハＷが載置台６１に載置されると、保持機構６３に保持されたテンプレート６２の開口部６５と、ウェハＷとが所定の位置関係、即ちウェハＷに貫通孔Ｈが形成される位置とテンプレート６２の開口部６５の位置とが一致するように、移動機構６４により位置調整が行われる。その後、移動機構６４が降下してテンプレート６２をウェハＷの裏面Ｗｂに密着させ（図８の工程Ｓ２）、テンプレート６２のエッチング液供給口７２から流通路６６を介して開口部６５に、エッチング液Ｌとして例えばフッ酸とイソプロピルアルコールの混合液（ＨＦ／ＩＰＡ）が連続的に供給される（図８の工程Ｓ３）。これにより、ウェハＷのうち、エッチング液Ｌに曝された箇所、即ちウェハＷのうち開口部６５に対応する箇所を、図９（ｂ）に示すように選択的にエッチングする。この際、制御部２００は、各陰極８０と陽極８１との間に電源装置（図示せず）から所定の電圧を印加するとともに、電圧の印加により陰極８０と陽極８１との間に流れる電流値の監視を行う。（図８の工程Ｓ４）。なお、工程Ｓ２におけるテンプレート６２とウェハＷとの密着は、テンプレート６２とウェハＷとをクランプすることにより機械的に密着させてもよいし、テンプレート６２の裏面Ｗｂに真空チャック（図示せず）を設け、当該真空チャックにより密着させてもよい。

その後、テンプレート６２の開口部６５に対応する箇所のウェハＷのエッチングが進行すると、半導体であるウェハＷの厚みが減少して陰極８０と陽極８１との間の抵抗値が変化する。これにより、制御部２００で監視する電流値が変化する。そして、ウェハＷのエッチングがさらに進行し、ウェハＷに貫通孔Ｈが形成されると、即ち図９（ｃ）に示すようにエッチング液ＬがウェハＷの金属層１１に到達すると、陰極８０と陽極８１との間の電気抵抗値が急激に低下するため、制御部２００で監視している電流値の値も急激に低下し、所定の設定値を下回る。これにより制御部２００によってエッチングが終了したとの判定がなされ、電源装置（図示せず）による電圧の印加及びエッチング液の供給が停止される（図８の工程Ｓ５）。

その後、エッチング液供給口７２から洗浄液として、例えば純水が供給され、テンプレート６２の流通路６６及びウェハＷの貫通孔Ｈの内部が洗浄された後、当該貫通孔Ｈがドライエアにより乾燥され、本実施の形態にかかるエッチングが終了する。所定の部位に貫通孔Ｈが形成されたウェハＷは、ウェハ搬送装置５１によって絶縁膜形成装置３２に搬送される。

絶縁膜形成装置３２に搬送されたウェハＷは、載置台９１に載置され、次いで移動機構９４が下降し、保持機構９３に保持された絶縁膜形成用テンプレート９２の外周縁部９２ａが、ウェハＷに密着する。これにより、ウェハＷと絶縁膜形成用テンプレート９２との間に流通路として機能する密閉空間９５が形成される（図８の工程Ｓ６及び図９（ｄ））。なお、工程Ｓ６における絶縁膜形成用テンプレート９２とウェハＷとの密着は、テンプレート６２の場合と同様に、絶縁膜形成用テンプレート９２とウェハＷとをクランプすることにより機械的に密着させてもよいし、絶縁膜形成用テンプレート９２の外周縁部９２ａに真空チャック（図示せず）を設け、当該真空チャックにより密着させてもよい。

その後、絶縁膜溶液供給口９６から絶縁膜の原料として、例えば電着ポリイミド溶液Ｐが供給されると共に、電源装置（図示せず）により絶縁膜形成用テンプレート９２の上面９２ｂとウェハＷとの間に電圧が印加される（図８の工程Ｓ７）。これにより、選択エッチング装置３１により形成された貫通孔Ｈを含むウェハＷの全面に、図９（ｅ）に示すように、均一な厚みの絶縁膜１３０が形成され、絶縁膜１３０が形成されると、電着ポリイミド溶液Ｐの供給及び電圧の印加が停止される（図８の工程Ｓ８）。

絶縁膜１３０が形成されたウェハＷは、ウェハ搬送装置５１によって絶縁膜除去装置３３に搬送され、例えばレーザ加工やパルスパワーなどを用いて、貫通孔Ｈの底部の絶縁膜１３０が選択的に除去される（図８の工程Ｓ９及び図９（ｆ））。なお、絶縁膜１３０を図９（ｆ）に示すように選択的に除去する場合、図８の工程Ｓ８を終えて絶縁膜１３０が形成されたウェハＷに、例えばテンプレート６２を再度当接させ、その状態でテンプレート６２内に純水を充填し、陰極８０と陽極８１との間に３０Ｖ〜１００Ｖ程度の電圧を印加するようにしても、レーザ加工やパルスパワーを用いた場合と同様に貫通孔Ｈの底部の絶縁膜１３０を選択的に除去することができる。

その後、ウェハＷはウェハ搬送装置５１によって金属膜堆積装置４０に搬送される。金属膜堆積装置４０においては、バリアメタルとして、例えばニッケルの金属膜１３１が絶縁膜１３０の上面に形成される（図８の工程Ｓ１０及び図９（ｇ））。この際、ウェハＷには、例えば図１０に示すように、貫通孔Ｈと同心で、貫通孔Ｈより僅かに大きな開口部が形成された、電極形成用テンプレート１１２と相似形状の金属膜堆積用テンプレート１３２を密着させ、図９（ｇ）に示すように、貫通孔Ｈの内部及びその外周縁部に選択的に金属膜１３１が形成される。無電解めっきにより金属膜１３１が形成されたウェハＷは、ウェハ搬送装置５１によって電極形成装置４１に搬送され、載置台１１１に載置される。なお、工程Ｓ１０における金属膜堆積用テンプレート１３２とウェハＷとの密着は、テンプレート６２の場合と同様に、金属膜堆積用テンプレート１３２とウェハＷとをクランプすることにより機械的に密着させてもよいし、金属膜堆積用テンプレート１３２の表面に真空チャック（図示せず）を設け、当該真空チャックにより密着させてもよい。

その後、載置台１１１に載置されたウェハＷの裏面Ｗｂに、電極形成用テンプレート１１２を密着させ（図８の工程Ｓ１１及び図９（ｈ））、次いで、めっき液供給口１１７から電極形成用のめっき液Ｍとして、例えば無電解銅めっき液を供給し（図８の工程Ｓ１２）、金属膜１３１が形成された貫通孔Ｈ内に銅を堆積させることで電極１３３を形成する（図９（ｉ））。なお、工程Ｓ１１における電極形成用テンプレート１１２とウェハＷとの密着は、テンプレート６２の場合と同様に、電極形成用テンプレート１１２とウェハＷとをクランプすることにより機械的に密着させてもよいし、電極形成用テンプレート１１２の表面１１２ａに真空チャック（図示せず）を設け、当該真空チャックにより密着させてもよい。

電極１３３が形成された後、めっき液Ｍの供給が停止され（図８の工程Ｓ１３）、その後、ウェハ搬送装置５１により、カセットステーション２に搬送される。カセットステーション２のカセットＣに収容されたウェハＷは、外部に設けられた支持板剥離装置（図示せず）に搬送され、当該支持板剥離装置において、ウェハＷから支持板Ｓが剥離される。その後、検査装置（図示せず）によりウェハＷの検査が行われ、ウェハ積層装置（図示せず）によりウェハＷ同士の貼り合わせが行われ、図１１に示すように３次元的に積層された半導体デバイスが形成される。

以上の実施の形態によれば、所定の開口部６５が形成されたテンプレート６２をウェハＷに密着させ、開口部６５に連通する流通路６６にエッチング液Ｌを供給するので、ウェハＷの開口部６５に対応する位置を所定のパターンに選択的にエッチングすることができる。このため、ウェハＷに貫通孔Ｈを形成するにあたり、高コストなドライエッチングを用いる必要がない。また、従来用いられていたフォトリソグラフィーによるマスクに代えてテンプレート６２を用いるため、ウェハＷ毎にマスクを形成する工程が不要となる。したがって、ウェハＷの裏面Ｗｂを選択的にエッチングする際のスループットが向上すると共に、コストの低減もはかることができる。さらには、マスクを形成するための、例えばレジストの塗布や現像処理を行う塗布現像処理装置、レジストに対して露光処理を行う露光装置といった装置も不要となるので、貫通孔Ｈを形成するための装置も簡素化することができる。加えて、テンプレート６２の開口部６５そのものは、例えばフォトリソグラフィー処理とエッチング処理を行って一括して高い位置精度で形成できるので、従来のように、マイクロプローブを高い位置精度で整列させるという問題も生じない。このため、本実施の形態によれば、ウェットエッチングを用いて、高い位置精度で複数の貫通孔Ｈを形成することができる。

また、従来のプラズマエッチング等のドライエッチングにおいては、エッチング装置の有するエッチングレートに基づき、エッチング処理を実施する時間でエッチング深さを管理していたため、エッチングレートが当初の計画通りとならない場合には、エッチングが不足して貫通孔Ｈの形成が不完全となったり、逆にエッチングが過剰となった場合は、例えば金属層１１や絶縁層１２を損傷したりする恐れがあった。この点、本実施の形態にかかるエッチング方法によれば、電解エッチングを用いるにあたり制御部２００により陰極８０と陽極８１との間を流れる電流値を測定しているので、電流値の変化によりエッチング状態の監視、即ちエッチングの終了時期を正確に判断することができる。したがって、エッチングが不足したり過剰となったりすることがない。さらには、陰極８０が、テンプレート６２の表面６２ａと平行に設けられた仕切板７０に形成されているので各陰極８０と陽極８１とが平行に維持され、各開口部６５において、概ね均一のエッチングレートを達成することができる。なお、電流値の変化による処理状態の監視は、エッチング以外にも、例えば陽極と陰極間に電圧を印加する場合に適用可能であり、本実施の形態においては、絶縁膜形成用テンプレート９２を用いて絶縁膜１３０を形成する場合や、金属膜１３１を形成するにあたり電解めっきを用いる場合などにも用いることができる。

また、以上の実施の形態においては、各陰極８０に対して設けられた１つの電源装置から電圧を印加していたが、例えば電源装置を複数設け、各陰極８０毎に異なる値の電圧を印加するようにしてもよい。かかる場合、各開口部６５毎に異なるレートでエッチングを行うことができるので、例えばウェハＷのある箇所には貫通孔Ｈを形成し、その他の箇所には貫通孔Ｈではなく、所定の深さの窪みを形成するといったように、ウェハＷのエッチング深さを制御することが可能となる。また、各陰極８０に等しい電圧を印加した場合でも、各陰極８０毎に電圧を印加する時間を変化させることで、エッチング深さを制御するようにしてもよい。さらに、陰極８０に印加する電圧及び時間の両方を変化させることで、かかるエッチング深さを制御してもよい。

なお、テンプレート６２を用いてウェハＷのエッチングを行うにあたっては、必ずしも電解エッチングを用いる必要はなく、エッチング液Ｌの供給のみによりエッチングを行ってもよい。

なお、以上の実施の形態においては、エッチング液Ｌをエッチング液供給口７２から圧入していたが、例えばエッチング液Ｌの圧入に代えて、例えば図３に破線で示すように、テンプレート６２及びウェハＷに振動を与える加振装置１４０を選択エッチング装置３１に設けてもよい。テンプレート６２にエッチング液Ｌが供給された際に加振装置１４０によりテンプレート６２を振動させることにより、貫通孔Ｈの形成の過程において、貫通孔Ｈ内の反応済みのエッチング液Ｌと新たに供給された未反応のエッチング液Ｌとの置換を促進させ、エッチングレートが低下することを抑制することができる。かかる場合、例えば図１２に示すように４つの加振装置１４０ａ〜１４０ｄを平面視において載置台６１の上下左右方向にそれぞれ設け、制御部２００により加振装置１４０ａ〜１４０ｄを、例えば時計回りに順番に加振と停止を行うことで、貫通孔Ｈ内に渦流を形成するようにしてもよい。貫通孔Ｈ内に渦流を形成することで、エッチング液Ｌの置換をさらに促進させることができる。加振により貫通孔Ｈ内に渦流を形成し泡の排出やエッチング液Ｌの置換を行う方法としては、上記の実施の形態に限定されるものではなく、例えば図１３に示すようにテンプレート６２の各開口部６５に加振機構１６０を設け、各開口部６５に個別に加振して渦流を形成してもよい。

また、ウェハＷのエッチングの際には、エッチング液ＬとウェハＷとの化学反応に起因してウェハＷの表面から微小な気泡が発生するが、加振装置１４０によりウェハＷに振動を加えることにより、この微小な泡を貫通孔Ｈから速やかに排出させることができる。なお、エッチング液Ｌの圧入と加振は併用して行ってもよい。

また、以上の実施の形態によれば、テンプレート６２の流通路６６内部に仕切板７０を設けて流通路６６を第１の流通路６６ａと第２の流通路６６ｂとに分割しているので、貫通孔Ｈから排出された泡を第２の流通路６６ｂに滞留させることができる。これにより、貫通孔Ｈから排出された泡が再びウェハＷに付着することを防ぐことができる。さらには、テンプレート６２にエッチング液供給口７２とエッチング液排出口７３が形成されているので、テンプレート６２内にエッチング液供給口７２からエッチング液排出口７３へのエッチング液Ｌの流れを形成することができ、これにより、テンプレート６２内を常に未反応のエッチング液Ｌで満たすことができる。なお、テンプレート６２に仕切板７０を設けない場合の陰極８０は、例えば図１４に示すように、テンプレート６２の裏面６２ｂにおける流通路６６側の面に配置してもよい。

なお、以上の実施の形態においては、テンプレート６２は、その内部に流通路６６が形成された中空の円盤状に形成されていたが、テンプレート６２は必ずしも円盤状である必要はなく、例えば矩形状であってもよい。また、流通路６６はテンプレート６２の中空の部分に形成されていたが、例えば上面が開口した椀状のテンプレートを用いてもよい。

また、例えばテンプレート６２に代えて、図１５に示すような、上面が開口したテンプレート１５０を用いる場合、加振を行うにあたっては必ずしもテンプレート１５０やウェハＷを振動させる必要はなく、テンプレート１５０内に貯留されたエッチング液Ｌに、例えば棒状に形成された加振機構１５１を挿入するようにしてもよい。かかる場合、加振機構１５１を振動させ、エッチング液Ｌを振動させることで、ウェハＷやテンプレート６２を振動させた場合と同様に、エッチングにより貫通孔Ｈ内に生じた微小な泡を速やかに排出することができる。また、加振機構１５１を振動させる場合、テンプレート１５０そのものは振動させないので、振動によりテンプレート１５０と載置台６１との密着がずれることがない。さらには、図１５に示すように、加振機構１５１をテンプレート１５０の開口部６５の鉛直上方に設け、さらに加振機構１５１を導電体で形成することにより、加振機構１５１を陰極として用いることが可能となるので、各加振機構１５１と陽極８１との間に電圧を印加することができる。なお、かかる場合、加振機構１５１に例えば超音波やパルスパワー等を付与してもよい。

また、テンプレート１５０内には必ずしもエッチング液Ｌを貯留する必要はなく、例えば図１６に示すように、加振機構１５１の内部に、開口部６５に対応した大きさの、エッチング液Ｌ供給用の微細な供給路１５２を形成し、当該供給路１５２から微量のエッチング液ＬをウェハＷ上に滴下しながらエッチングを行ってもよい。加振機構１５１の内部に供給路１５２を形成した場合、エッチング液Ｌの有する表面張力によりエッチング液Ｌが適切に滴下しない場合が考えられるが、加振機構１５１を振動させることにより、供給路１５２からのエッチング液Ｌの適下を促進することができる。なお、かかる場合、加振機構１５１を開口部６５からウェハＷ側に突出させ、ノズルとして用いてもよい。さらにこの場合、加振機構１５１に内部の空気抜き用の微小な吸気管を設けてもよい。また、供給路１５２の径がエッチング液Ｌの滴下に支障ない程度の大きさである場合は、単に供給路１５２を有する配管を加振機構１５１の代わりに用いてもよい。

以上の実施の形態においては、テンプレート６２と電極形成用テンプレート１１２には同じパターンの開口部６５、１１５が形成されていたが、開口部６５、１１５は必ずしも同じパターンである必要はない。具体的には、例えばテンプレート６２に、電極形成用テンプレート１１２に設けられた開口部１１５よりも多い数の開口部６５を設け場合、電極１３３が形成されない貫通孔ＨをウェハＷに形成することができる。かかる場合、電極１３３が形成されない当該貫通孔Ｈを、ウェハＷに形成されるデバイスの放熱用に用いたり、予備の電極を形成するための貫通孔Ｈとして用いたりすることもでき、また、スクライブレーンとしても用いることができる。

また、以上の実施の形態においては、テンプレート６２によるエッチングを一度のみ行っているが、エッチングの対象がウェハＷではなく、例えばＦＰＤ（フラットパネルディスプレイ）のような大型の基板であった場合、ＦＰＤの一部に対してテンプレート６２を移動させながらエッチングを繰り返し行うことでＦＰＤの全面にわたって貫通孔Ｈを形成するようにしてもよい。また、ウェハＷに対してチップ単位で貫通孔Ｈを形成する場合も、同様にウェハＷに対してテンプレート６２を移動させながら繰り返しエッチングを行ってもよい。

以上の実施の形態においては、ウェハＷのエッチング液Ｌとしてフッ酸とイソプロピルアルコールを用いたが、例えばフッ硝酸溶液を用いてもよい。かかる場合、テンプレート６２において、陰極８０と陽極８１を省略してもよい。また、例えばエッチングの対象物がウェハＷに形成されたシリコン酸化膜（ＳｉＯ）であったり、シリコン窒化膜（ＳｉＮ）をであったりする場合は、例えばエッチング液Ｌとしてそれぞれバッファードフッ酸（ＨＦ／ＮＨ４ＨＦ）や、燐酸（Ｈ３ＰＯ４）を用いることで、本実施の形態にかかるエッチング方法を行うことができる。かかる場合にも、テンプレート６２において、陰極８０と陽極８１を省略してもよい。

以上、添付図面を参照しながら本発明の好適な実施の形態について説明したが、本発明はかかる例に限定されない。当業者であれば、特許請求の範囲に記載された思想の範疇内において、各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、それらについても当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。本発明はこの例に限らず種々の態様を採りうるものである。本発明は、基板がウェハ以外のＦＰＤ（フラットパネルディスプレイ）、フォトマスク用のマスクレチクルなどの他の基板である場合にも適用できる。

本発明は、基板を選択的にエッチングする際に有用である。

１ 基板処理システム
２ カセットステーション
３ 処理ステーション
１０ 絶縁膜
１１ 金属層
１２ 絶縁層
２０ カセット載置台
２１ カセット載置板
２２ 搬送路
２３ ウェハ搬送装置
３０ 全面エッチング装置
３１ 選択エッチング装置
３２ 絶縁膜形成装置
３３ 絶縁膜除去装置
４０ 金属膜堆積装置
４１ 電極形成装置
５１ ウェハ搬送装置
６０ 処理容器
６１ 載置台
６２ テンプレート
６３ 保持機構
６４ 移動機構
６５ 開口部
６６ 流通路
６６ａ 第１の流通路
６６ｂ 第２の流通路
７０ 仕切板
７１ 連絡流路
７２ エッチング液供給口
７３ エッチング液排出口
８０ 陰極
８１ 陽極
９０ 処理容器
９１ 載置台
９２ 絶縁膜形成用テンプレート
９３ 保持機構
９４ 移動機構
９５ 密閉空間
９６ 絶縁膜溶液供給口
９７ 絶縁膜溶液排出口
１１０ 処理容器
１１１ 載置台
１１２ 電極形成用テンプレート
１１３ 保持機構
１１４ 移動機構
１１５ 開口部
１１６ 流通路
１１７ めっき液供給口
１３０ 絶縁膜
１３１ 金属膜
１３２ 金属膜堆積用テンプレート
１３３ 電極
１４０ 加振装置
１５０ テンプレート
１５１ 加振機構
１５２ 供給路
１６０ 加振機構
２００ 制御部
Ｗ ウェハ
Ｃ カセット
Ｓ 支持板
Ｈ 貫通孔
Ｌ エッチング液
Ｐ ポリイミド溶液
Ｍ めっき液

Claims (12)

1. 基板にエッチング液を供給して当該基板を所定のパターンに選択的にエッチングする方法であって、
   表面において前記所定のパターンに対応する位置に開口部が複数形成され、且つ当該開口部に連通する前記エッチング液の流通路を備えたテンプレートと、前記基板と、を密着させ、
   前記テンプレートと前記基板を密着させた状態で、前記流通路を介して前記開口部から前記基板に対して前記エッチング液を供給することで、当該基板を前記所定のパターンにエッチングすることを特徴とする、基板のエッチング方法。
2. 前記エッチング液は、前記流通路に連通するエッチング液供給口から供給され、前記流通路に連通するエッチング液排出口から排出されることを特徴とする、請求項１に記載の基板のエッチング方法。
3. 前記流通路内には仕切板が設けられ、
   前記流通路は、当該仕切板により、前記基板と対向する第１の流通路と、当該仕切板を挟んで前記第１の流通路に対向する第２の流通路と、に分割され、
   前記仕切板には前記第１の流通路と前記第２の流通路を連通する他の開口部が複数形成され、
   前記エッチング液供給口は前記第２の流通路に連通し、
   前記エッチング液排出口は前記第１の流通路に連通していることを特徴とする、請求項２に記載のエッチング方法。
4. 前記テンプレートは絶縁材料により構成されており、
   前記テンプレートの裏面であって前記流通路と対向する面に、陰極が複数設けられ、
   前記基板における前記テンプレートと反対側の面には当該基板と接触する金属膜が形成され、
   前記金属膜を陽極とし、当該陽極と前記陰極との間に電圧を印加しながらエッチングを行うことを特徴とする、請求項１または２に記載の基板のエッチング方法。
5. 前記他の開口部は、前記開口部に対応する位置に設けられ、
   前記テンプレート及び前記仕切板は絶縁材料により構成されており、
   前記仕切板の前記第２の流通路と対向する面であって、前記他の開口部の外周部にはそれぞれ陰極が設けられ、
   前記基板の被処理面と反対側の面には当該基板と接触する金属膜が形成され、
   前記金属膜を陽極とし、当該陽極と前記陰極との間に電圧を印加しながらエッチングを行うことを特徴とする、請求項３に記載の基板のエッチング方法。
6. 前記陰極は、それぞれ独立して電圧が印加可能であり、
   少なくとも前記陰極に印加する電圧または前記陰極に電圧を印加する時間を制御することで、前記基板のエッチング深さを制御することを特徴とする、請求項４または５に記載の基板のエッチング方法。
7. 前記電圧の印加に起因して前記陽極及び前記陰極間を流れる電流の値を測定し、前記測定された電流値の変化により前記基板のエッチング状態を監視することを特徴とする、請求項４〜６のいずれかに記載の基板のエッチング方法。
8. 前記エッチング液は前記エッチング液供給口に圧入されることを特徴とする、請求項２〜７のいずれかに記載の基板のエッチング方法。
9. 前記基板に前記エッチング液が供給される際に、前記テンプレートを振動させることを特徴とする、請求項１〜８のいずれかに記載の基板のエッチング方法。
10. 前記基板に前記エッチング液が供給される際に、前記エッチング液を振動させることを特徴とする、請求項１〜９のいずれかに記載の基板のエッチング方法。
11. 請求項１〜１２のいずかに記載のエッチング方法をエッチング装置によって実行させるために、当該エッチング装置を制御する制御部のコンピュータ上で動作するプログラム。
12. 請求項１１に記載のプログラムを格納した読み取り可能なコンピュータ記憶媒体。

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