JP2002079500A - ダイアフラムの製造 - Google Patents
ダイアフラムの製造Info
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 可撓性ダイアフラムを、温度などのパラメー
タに左右されず、高精度、高速度で製造することができ
る方法を提供する。 【解決手段】 ウエハの一方の面に空洞をエッチングし
た後、他方の面を研削して厚さを薄くし、ダイアフラム
を製造する。研削する際に砥石車の圧力によるダイアフ
ラムの変形を抑制するため、前記空洞内に使い捨て層と
して有孔シリコンを形成し、これによってダイアフラム
を補強する。形成された有孔シリコンは研削プロセスの
後、除去する。
タに左右されず、高精度、高速度で製造することができ
る方法を提供する。 【解決手段】 ウエハの一方の面に空洞をエッチングし
た後、他方の面を研削して厚さを薄くし、ダイアフラム
を製造する。研削する際に砥石車の圧力によるダイアフ
ラムの変形を抑制するため、前記空洞内に使い捨て層と
して有孔シリコンを形成し、これによってダイアフラム
を補強する。形成された有孔シリコンは研削プロセスの
後、除去する。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、微細加工されたシ
リコン・ダイアフラムに関し、具体的には当該ダイアフ
ラムを製造する方法に関する。
リコン・ダイアフラムに関し、具体的には当該ダイアフ
ラムを製造する方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】多くの微細機械装置の動作原理には、屈
曲部品として、特に受動的変換要素として機能する可撓
性ダイアフラムを採用する。可撓性ダイアフラムを取り
付けた幅広い範囲の装置には、微細加工された圧力セン
サ、マイクロホン、及び微細ポンプやインクジェット印
刷ヘッドなどの微細流体装置が含まれる。
曲部品として、特に受動的変換要素として機能する可撓
性ダイアフラムを採用する。可撓性ダイアフラムを取り
付けた幅広い範囲の装置には、微細加工された圧力セン
サ、マイクロホン、及び微細ポンプやインクジェット印
刷ヘッドなどの微細流体装置が含まれる。
【０００３】このダイアフラムの加工プロセスにおける
幾何学的公差、及び装置の他の部分との熱的適合性は、
装置全体の性能、特に低圧力の検知やピコ・リットル量
の液体の正確な取り扱いに対して大きな影響を及ぼし得
る。
幾何学的公差、及び装置の他の部分との熱的適合性は、
装置全体の性能、特に低圧力の検知やピコ・リットル量
の液体の正確な取り扱いに対して大きな影響を及ぼし得
る。
【０００４】微細加工の時代が始まって以来、ダイアフ
ラムの材料や幾何学的制御の分野で各種の解決策が採ら
れた。圧力センサにおいては、早い時期から薄いシリコ
ン・ダイアフラムが検知要素として使用されてきた。ダ
イアフラムは、暴露されたシリコン表面を単に非等方性
エッチングをすることによって、所定時間のエッチン
グ、多量のボロンのドープ、もしくは逆ｐ−ｎ接合の形
成でダイアフラムの厚さを制御して形成された。
ラムの材料や幾何学的制御の分野で各種の解決策が採ら
れた。圧力センサにおいては、早い時期から薄いシリコ
ン・ダイアフラムが検知要素として使用されてきた。ダ
イアフラムは、暴露されたシリコン表面を単に非等方性
エッチングをすることによって、所定時間のエッチン
グ、多量のボロンのドープ、もしくは逆ｐ−ｎ接合の形
成でダイアフラムの厚さを制御して形成された。
【０００５】インクジェット印刷ヘッドや微細ポンプの
可撓性要素材料は、通常ステンレス鋼、硝子、もしくは
シリコンによって作られている。ステンレス鋼のダイア
フラムの例は、E. Stemme及びS. Larssonの「ピエゾ電
気キャピラリ・インジェクタ −ドット・パターンを発
生する新しい流体力学手段」、ＩＥＥＥ電子装置会報、
ＥＤ−２０巻１号、１９７３年１月、１４〜１９頁に示
されている。
可撓性要素材料は、通常ステンレス鋼、硝子、もしくは
シリコンによって作られている。ステンレス鋼のダイア
フラムの例は、E. Stemme及びS. Larssonの「ピエゾ電
気キャピラリ・インジェクタ −ドット・パターンを発
生する新しい流体力学手段」、ＩＥＥＥ電子装置会報、
ＥＤ−２０巻１号、１９７３年１月、１４〜１９頁に示
されている。
【０００６】硝子のダイアフラムの例は、K. Petersen
「一体式平坦シリコン・インクジェット構造の製作」、
ＩＥＥＥ電子装置会報、ＥＤ−２６巻１２号、１９７９
年１２月、及び、A. Olsson、P. Enoksson、G. Stemm
e、E. Stemmeの「微細加工された平坦壁のバルブレス噴
霧ポンプ」、微細電子機械システム・ジャーナル６巻２
号、１９９７年６月、に示されている。
「一体式平坦シリコン・インクジェット構造の製作」、
ＩＥＥＥ電子装置会報、ＥＤ−２６巻１２号、１９７９
年１２月、及び、A. Olsson、P. Enoksson、G. Stemm
e、E. Stemmeの「微細加工された平坦壁のバルブレス噴
霧ポンプ」、微細電子機械システム・ジャーナル６巻２
号、１９９７年６月、に示されている。
【０００７】シリコン・ダイアフラムの例は、T. Laure
ll、L. Wallman、J. Nilssonの「オンラインのピコ・リ
ットル標本を取り扱うシリコンの微細製造された導通デ
ィスペンサの設計と開発」、微細機械学及び微細技術９
（１９９９年）、３６９〜３７６頁、及び、C. Meinhar
t、H. Zhangの「微細加工されたインクジェット印刷ヘ
ッド内の流れ構造」、微細電気機械システム９巻１号、
２０００年３月、６７〜７５頁、に示されている。
ll、L. Wallman、J. Nilssonの「オンラインのピコ・リ
ットル標本を取り扱うシリコンの微細製造された導通デ
ィスペンサの設計と開発」、微細機械学及び微細技術９
（１９９９年）、３６９〜３７６頁、及び、C. Meinhar
t、H. Zhangの「微細加工されたインクジェット印刷ヘ
ッド内の流れ構造」、微細電気機械システム９巻１号、
２０００年３月、６７〜７５頁、に示されている。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】このダイアフラムの材
料の選択は、全体の製造プロセスに対する適合性に依存
しており、バッチ加工に基づく標準的な微細加工技術の
観点からいえば、２つの主要な材料は硝子とシリコンで
ある。硝子を使用することの限界は、第１には精密加工
が困難であること、そして第２にはシリコンとの熱的不
適合が挙げられる。これらの制約はシリコンの場合には
見られない。
料の選択は、全体の製造プロセスに対する適合性に依存
しており、バッチ加工に基づく標準的な微細加工技術の
観点からいえば、２つの主要な材料は硝子とシリコンで
ある。硝子を使用することの限界は、第１には精密加工
が困難であること、そして第２にはシリコンとの熱的不
適合が挙げられる。これらの制約はシリコンの場合には
見られない。
【０００９】ほとんどの場合、シリコン・ダイアフラム
は、シリコン・エッチングをエッチ・ストップ技術と組
み合わせて形成される。米国特許第4,872,945号は、こ
のようなシリコン・ダイアフラムを製造するプロセスを
示しており、ここではウエハの厚さをコントロールする
ため、他方の表面をエッチングする前に一方のシリコン
表面に選択的に空洞をエッチングしている。
は、シリコン・エッチングをエッチ・ストップ技術と組
み合わせて形成される。米国特許第4,872,945号は、こ
のようなシリコン・ダイアフラムを製造するプロセスを
示しており、ここではウエハの厚さをコントロールする
ため、他方の表面をエッチングする前に一方のシリコン
表面に選択的に空洞をエッチングしている。
【００１０】米国特許第5,915,168号は、エア・ブリッ
ジ構造のためのカバーを製造するプロセスを示してい
る。しかしながらこの構造は、可撓性のないように形成
される。
ジ構造のためのカバーを製造するプロセスを示してい
る。しかしながらこの構造は、可撓性のないように形成
される。
【００１１】シリコン・ウエハの厚さを薄くするために
エッチングを使用することの大きな欠点は、時間を要す
ることである。例えば、定常状態で水酸化カリウム（Ｋ
ＯＨ）水溶液を使用する非等方性エッチングによりシリ
コンを２００μｍ除去するには３〜４時間を要する。さ
らには、このプロセスは例えば温度などの条件に左右さ
れる。
エッチングを使用することの大きな欠点は、時間を要す
ることである。例えば、定常状態で水酸化カリウム（Ｋ
ＯＨ）水溶液を使用する非等方性エッチングによりシリ
コンを２００μｍ除去するには３〜４時間を要する。さ
らには、このプロセスは例えば温度などの条件に左右さ
れる。
【００１２】
【課題を解決するための手段】本発明に係る１つの態様
によれば、空洞の上にダイアフラムを製造する方法を提
示しており、その方法は、研削によりウエハの厚さを低
減し、空洞をダイアフラムの下側に設けることからなっ
ている。
によれば、空洞の上にダイアフラムを製造する方法を提
示しており、その方法は、研削によりウエハの厚さを低
減し、空洞をダイアフラムの下側に設けることからなっ
ている。
【００１３】研削による利点は、それが全くの機械的な
特性によるものであり、時間的にみて効率的であること
にある。シリコン研削を用いて２００μｍのシリコンを
除去するのには通常５分でよく、温度に左右されず、し
たがってこの方法によれば可撓性のあるシリコン・ダイ
アフラムを高い精度と速度で製造することが可能とな
る。
特性によるものであり、時間的にみて効率的であること
にある。シリコン研削を用いて２００μｍのシリコンを
除去するのには通常５分でよく、温度に左右されず、し
たがってこの方法によれば可撓性のあるシリコン・ダイ
アフラムを高い精度と速度で製造することが可能とな
る。
【００１４】ウエハの一方の面を研削により厚さを低減
し、反対側の面に空洞を形成することによって空洞の上
にダイアフラムを製造することができる。代替として、
前記１つのウエハを研削する前に貼り付けられる別のウ
エハに空洞を設けることもできる。
し、反対側の面に空洞を形成することによって空洞の上
にダイアフラムを製造することができる。代替として、
前記１つのウエハを研削する前に貼り付けられる別のウ
エハに空洞を設けることもできる。
【００１５】この空洞は、ウエハの厚さを薄くする前、
もしくは後のいずれにおいても形成することができる。
この空洞は、エッチングを含む各種方法によって形成す
ることができる。
もしくは後のいずれにおいても形成することができる。
この空洞は、エッチングを含む各種方法によって形成す
ることができる。
【００１６】ダイアフラムの変形を防ぐため、研削の間
にはこのダイアフラムが補強されてもよい。典型的に
は、この補強は、研削の後に取り除かれる使い捨て層に
よって提供される。
にはこのダイアフラムが補強されてもよい。典型的に
は、この補強は、研削の後に取り除かれる使い捨て層に
よって提供される。
【００１７】好ましい実施の形態では、発生段階の空洞
が前記使い捨て層として使用され得る。シリコン・ウエ
ハでは、これは前記使い捨て層として有孔シリコン（po
roussilicon）を形成することにより達成され得る。
が前記使い捨て層として使用され得る。シリコン・ウエ
ハでは、これは前記使い捨て層として有孔シリコン（po
roussilicon）を形成することにより達成され得る。
【００１８】使用されるウエハは、１つだけのダイアフ
ラムを備えていても良い。しかしながら経済的な理由に
より、同一のウエハ上で複数のダイアフラムが製造され
ることが好ましい。
ラムを備えていても良い。しかしながら経済的な理由に
より、同一のウエハ上で複数のダイアフラムが製造され
ることが好ましい。
【００１９】随意滴下型ディスペンサは、本発明の第１
の態様によって空洞の上にダイアフラムを製造し、そこ
に前記空洞と導通するノズルを有する第２のウエハを貼
り付けることによって製造が可能である。そのような複
数の装置を、２つのウエハの上に作ることができる。
の態様によって空洞の上にダイアフラムを製造し、そこ
に前記空洞と導通するノズルを有する第２のウエハを貼
り付けることによって製造が可能である。そのような複
数の装置を、２つのウエハの上に作ることができる。
【００２０】厚さの低減は、前記貼り付けプロセスの前
に行い得る。しかしながら、取り扱いを容易にするに
は、この貼り付けのステップは通常、厚さの低減の前に
行われる。
に行い得る。しかしながら、取り扱いを容易にするに
は、この貼り付けのステップは通常、厚さの低減の前に
行われる。
【００２１】前記ウエハは、硝子を含む各種の材料から
作ることができるが、好ましい実施の形態では、これら
はシリコンなどの半導体で作られる。
作ることができるが、好ましい実施の形態では、これら
はシリコンなどの半導体で作られる。
【００２２】適用対象に応じ、各種のセンサもしくはア
クチュエータ構造が前記ダイアフラム上に形成可能であ
る。これらには、気体式、熱式、静電気式、ピエゾ抵抗
式、ピエゾ電気式装置が含まれるが、これらに限定され
るものではない。ピエゾ電気式装置の場合には、これを
ダイアフラム上に貼り付けることができる。しかしなが
ら、上面及び下面の電極とピエゾ電気要素とは、ダイア
フラム上にスクリーン印刷されることが好ましい。この
スクリーン印刷プロセスは、有利なことに前記使い捨て
層を取り除く前に行われる。
クチュエータ構造が前記ダイアフラム上に形成可能であ
る。これらには、気体式、熱式、静電気式、ピエゾ抵抗
式、ピエゾ電気式装置が含まれるが、これらに限定され
るものではない。ピエゾ電気式装置の場合には、これを
ダイアフラム上に貼り付けることができる。しかしなが
ら、上面及び下面の電極とピエゾ電気要素とは、ダイア
フラム上にスクリーン印刷されることが好ましい。この
スクリーン印刷プロセスは、有利なことに前記使い捨て
層を取り除く前に行われる。
【００２３】
【発明の実施の形態】本発明の例示を添付図面を参照し
て説明する。図１は、ウエハ・ホルダ２に保持されたシ
リコン・ウエハ１を示す。砥石車３とシリコン・ウエハ
１とは高速で回転する。回転の間に砥石車３はシリコン
・ウエハ１に直接接触し、シリコン・ウエハ１に一定の
圧力をかける。これによって砥石車３のダイアモンド歯
４により、シリコン・ウエハ１の安定した研削が行われ
る。シリコン・ウエハ１から除かれる材料の量は、厚さ
ゲージ５によってコントロールされている。
て説明する。図１は、ウエハ・ホルダ２に保持されたシ
リコン・ウエハ１を示す。砥石車３とシリコン・ウエハ
１とは高速で回転する。回転の間に砥石車３はシリコン
・ウエハ１に直接接触し、シリコン・ウエハ１に一定の
圧力をかける。これによって砥石車３のダイアモンド歯
４により、シリコン・ウエハ１の安定した研削が行われ
る。シリコン・ウエハ１から除かれる材料の量は、厚さ
ゲージ５によってコントロールされている。
【００２４】このプロセスは全く機械的であり、温度や
ウエハ・ドーピング密度などのパラメータには依存しな
い。シリコン・ウエハ１の精密な研削は、粗研削と仕上
げ研削との２つの段階で進められる。
ウエハ・ドーピング密度などのパラメータには依存しな
い。シリコン・ウエハ１の精密な研削は、粗研削と仕上
げ研削との２つの段階で進められる。
【００２５】粗研削の間では、シリコン・ウエハ１から
のシリコンの除去量は約２５０μｍ／分で、ウエハの厚
さ公差は２５μｍである。仕上げ研削の間では、シリコ
ン・ウエハ１からのシリコンの除去量は約２０μｍ／分
で、ウエハの厚さ公差は０．５μｍである。
のシリコンの除去量は約２５０μｍ／分で、ウエハの厚
さ公差は２５μｍである。仕上げ研削の間では、シリコ
ン・ウエハ１からのシリコンの除去量は約２０μｍ／分
で、ウエハの厚さ公差は０．５μｍである。
【００２６】随意滴下型ディスペンサを製造するために
通常使用されるプロセスのステップが、図２ａから図２
ｊに示されている。このプロセスは、図２ａ、２ｂに示
すように厚さ１０００Åの窒化シリコン層２１ａ〜２１
ｄを２つのシリコン・ウエハ２０ａ、２０ｂの表・裏面
上に堆積することから始まる。通常、シリコン・ウエハ
２０ａ、２０ｂはｎ−ドープもしくはｐ−ドープで、直
径が１０ｃｍ、当初厚さは５２５±２５μｍである。そ
の後、シリコン・ウエハ２０ａ上の窒化シリコン層２１
ａは、通常６ｍｍ径の円形パターンにパターン化され、
図２ｃに示すようにエッチング・マスク２２を設けるた
めにプラズマ・エッチングを使用してエッチングされ
る。シリコン・ウエハ２０ｂ上の窒化シリコン層２１ｃ
は、四角い開口にパターン化され、図２ｄに示すように
エッチング・マスク２３を設けるために同様にプラズマ
・エッチングを使用してエッチングされる。次のステッ
プは、図２ｅに示すように空洞２４を設けるためにシリ
コン・ウエハ２０ａを非等方性エッチングし、及び、図
２ｆに示すようにウエハを貫通する開口部２５を設ける
ためにシリコン・ウエハ２０ｂを非等方性エッチングす
ることからなる。前記空洞の深さは、通常２５〜７５μ
ｍの幅内にある。窒化シリコン層２１ａ〜２１ｄはその
後、図２ｇ、２ｈに示すように両シリコン・ウエハ２０
ａ、２０ｂから剥ぎ取られる。シリコン・ウエハ２０
ａ、２０ｂはその後、図２ｉに示すように、シリコン・
ウエハ２０ｂの開口部２５がシリコン・ウエハ２０ａの
空洞２４の中心に来るように、シリコン直接貼り付けプ
ロセスによって貼り付けられる。その後、図２ｊに示す
プロセスの最後の段階は、ダイアフラム２６の厚さをコ
ントロールするためにシリコン・ウエハ２０ａを精密に
研削することからなる。
通常使用されるプロセスのステップが、図２ａから図２
ｊに示されている。このプロセスは、図２ａ、２ｂに示
すように厚さ１０００Åの窒化シリコン層２１ａ〜２１
ｄを２つのシリコン・ウエハ２０ａ、２０ｂの表・裏面
上に堆積することから始まる。通常、シリコン・ウエハ
２０ａ、２０ｂはｎ−ドープもしくはｐ−ドープで、直
径が１０ｃｍ、当初厚さは５２５±２５μｍである。そ
の後、シリコン・ウエハ２０ａ上の窒化シリコン層２１
ａは、通常６ｍｍ径の円形パターンにパターン化され、
図２ｃに示すようにエッチング・マスク２２を設けるた
めにプラズマ・エッチングを使用してエッチングされ
る。シリコン・ウエハ２０ｂ上の窒化シリコン層２１ｃ
は、四角い開口にパターン化され、図２ｄに示すように
エッチング・マスク２３を設けるために同様にプラズマ
・エッチングを使用してエッチングされる。次のステッ
プは、図２ｅに示すように空洞２４を設けるためにシリ
コン・ウエハ２０ａを非等方性エッチングし、及び、図
２ｆに示すようにウエハを貫通する開口部２５を設ける
ためにシリコン・ウエハ２０ｂを非等方性エッチングす
ることからなる。前記空洞の深さは、通常２５〜７５μ
ｍの幅内にある。窒化シリコン層２１ａ〜２１ｄはその
後、図２ｇ、２ｈに示すように両シリコン・ウエハ２０
ａ、２０ｂから剥ぎ取られる。シリコン・ウエハ２０
ａ、２０ｂはその後、図２ｉに示すように、シリコン・
ウエハ２０ｂの開口部２５がシリコン・ウエハ２０ａの
空洞２４の中心に来るように、シリコン直接貼り付けプ
ロセスによって貼り付けられる。その後、図２ｊに示す
プロセスの最後の段階は、ダイアフラム２６の厚さをコ
ントロールするためにシリコン・ウエハ２０ａを精密に
研削することからなる。
【００２７】１５０μｍ以上の厚いダイアフラム、及び
／又は深い空洞の場合には、研削後においてもウエハの
厚さが機械的強度と安定性を十分もたらすことから、１
つのウエハを使用することが可能である。このため、図
２ａ、ｃ、ｅ、ｇ、ｉに示すようなシリコン・ウエハ２
０ａの手順をたどり、研削前のウエハ２０ｂへの貼り付
けを不要にすることができる。厚さ１５０μｍのダイア
フラムは、この方法により製造された。しかしながら、
１００μｍ以下の薄いダイアフラムで、特に浅い空洞と
組み合わされるものに対しては、単一の基板とすること
はウエハを非常に脆くする。この場合には、研削の前に
シリコン・ウエハ２０ａをウエハ２０ｂに貼り付けるこ
とが好ましい。１００μｍ以下のダイアフラム厚さの構
造はこの方法により達成された。
／又は深い空洞の場合には、研削後においてもウエハの
厚さが機械的強度と安定性を十分もたらすことから、１
つのウエハを使用することが可能である。このため、図
２ａ、ｃ、ｅ、ｇ、ｉに示すようなシリコン・ウエハ２
０ａの手順をたどり、研削前のウエハ２０ｂへの貼り付
けを不要にすることができる。厚さ１５０μｍのダイア
フラムは、この方法により製造された。しかしながら、
１００μｍ以下の薄いダイアフラムで、特に浅い空洞と
組み合わされるものに対しては、単一の基板とすること
はウエハを非常に脆くする。この場合には、研削の前に
シリコン・ウエハ２０ａをウエハ２０ｂに貼り付けるこ
とが好ましい。１００μｍ以下のダイアフラム厚さの構
造はこの方法により達成された。
【００２８】研削プロセスの間に、ある程度のダイアフ
ラムの撓みがダイアフラム区域のシリコン材料の不均一
な除去によって起こり得る。というのは、研削刃によっ
て加えられる圧力によりダイアフラムが変形するからで
ある。この様子が図３に示されており、ここではシリコ
ン・ウエハ５０とダイアフラム５１とが示されている。
砥石車５２によって加えられる圧力がダイアフラムを曲
げ、これによってシリコン・ウエハ５０から取り除かれ
るシリコンの量はダイアフラム５１の直径に亘って一定
しないものとなる。
ラムの撓みがダイアフラム区域のシリコン材料の不均一
な除去によって起こり得る。というのは、研削刃によっ
て加えられる圧力によりダイアフラムが変形するからで
ある。この様子が図３に示されており、ここではシリコ
ン・ウエハ５０とダイアフラム５１とが示されている。
砥石車５２によって加えられる圧力がダイアフラムを曲
げ、これによってシリコン・ウエハ５０から取り除かれ
るシリコンの量はダイアフラム５１の直径に亘って一定
しないものとなる。
【００２９】ダイアフラムの中央に行くにしたがって可
撓性が増加するため、そして研削の間にその下で支える
補強がないためにダイアフラムが撓み、最大の撓みはそ
の中心に、最小の撓みはその端末近傍に発生する（図３
参照）。この結果、ダイアフラムからのシリコン材料の
除去が不均一となり（端末近傍ではより多くの材料が取
り除かれ、中心部は取り除かれる量が少ない）、その結
果、ダイアフラムの表裏面間の領域に差異が生じ、これ
によってダイアフラムの座屈（バックリング）を生む。
撓性が増加するため、そして研削の間にその下で支える
補強がないためにダイアフラムが撓み、最大の撓みはそ
の中心に、最小の撓みはその端末近傍に発生する（図３
参照）。この結果、ダイアフラムからのシリコン材料の
除去が不均一となり（端末近傍ではより多くの材料が取
り除かれ、中心部は取り除かれる量が少ない）、その結
果、ダイアフラムの表裏面間の領域に差異が生じ、これ
によってダイアフラムの座屈（バックリング）を生む。
【００３０】ダイアフラムの座屈を防ぐ最も端的な方法
は、空洞のエッチング、及びダイアフラムの形成の前に
ウエハの研削を行うことである。しかしながらこの解決
策では、空洞とダイアフラムとの厚さの合計が１つのウ
エハを取り扱うのに十分厚い場合のみに限定される。
は、空洞のエッチング、及びダイアフラムの形成の前に
ウエハの研削を行うことである。しかしながらこの解決
策では、空洞とダイアフラムとの厚さの合計が１つのウ
エハを取り扱うのに十分厚い場合のみに限定される。
【００３１】ダイアフラムが薄い場合、及び／又は研削
する前にシリコンの貼り合わせを必要とする場合（図２
ｉ、２ｊ参照）には、ダイアフラムに対して容易に取り
除き得る補強が提供されねばならない。
する前にシリコンの貼り合わせを必要とする場合（図２
ｉ、２ｊ参照）には、ダイアフラムに対して容易に取り
除き得る補強が提供されねばならない。
【００３２】この補強を提供するのに適切な技術には、
研削の前に空洞内に有孔シリコンを形成することが含ま
れる。
研削の前に空洞内に有孔シリコンを形成することが含ま
れる。
【００３３】有孔シリコンを補強として使用する製造プ
ロセスの例は、以下のステップを含んでいる。 １． ２つのバッチのシリコン・ウエハが乾燥酸化さ
れ、通常６０〜１５０Åの厚さの酸化物層を形成する。 ２． 両バッチのシリコン・ウエハに、窒化シリコン
が、通常３０００〜４０００Åの厚さ堆積される。 ３． 第１バッチのウエハの表面上の窒化シリコンが、
図２ｃに示すウエハ２０ａと同様にして空洞の窓を作る
ためにパターン化される。この第１バッチのウエハの裏
面上の窒化シリコンと乾燥酸化物の層がプラズマ・エッ
チングを使用して除去される。 ４． 前記第１バッチのウエハの表面上の暴露されたシ
リコンの窓内に有孔シリコンが形成される。 ５． その後、前記第１バッチのウエハの表面から、通
常はオルト燐酸を使用して窒化シリコン層が除去され
る。 ６． 第２バッチのウエハは、図２ｂ、ｄ、ｆ、ｈに示
すシリコン・ウエハ２０ｂに対するプロセスにしたがっ
て処理される。 ７． 両バッチのウエハはその後、調整されたシリコン
の直接貼り付けプロセスを用いて一体に貼り付けされ
る。 ８． その後、精密研削プロセスを使用して、前記有孔
シリコン領域にシリコン・ダイアフラムが形成される。 ９． 前記有孔シリコンは、その後化学エッチングによ
り除去される。
ロセスの例は、以下のステップを含んでいる。 １． ２つのバッチのシリコン・ウエハが乾燥酸化さ
れ、通常６０〜１５０Åの厚さの酸化物層を形成する。 ２． 両バッチのシリコン・ウエハに、窒化シリコン
が、通常３０００〜４０００Åの厚さ堆積される。 ３． 第１バッチのウエハの表面上の窒化シリコンが、
図２ｃに示すウエハ２０ａと同様にして空洞の窓を作る
ためにパターン化される。この第１バッチのウエハの裏
面上の窒化シリコンと乾燥酸化物の層がプラズマ・エッ
チングを使用して除去される。 ４． 前記第１バッチのウエハの表面上の暴露されたシ
リコンの窓内に有孔シリコンが形成される。 ５． その後、前記第１バッチのウエハの表面から、通
常はオルト燐酸を使用して窒化シリコン層が除去され
る。 ６． 第２バッチのウエハは、図２ｂ、ｄ、ｆ、ｈに示
すシリコン・ウエハ２０ｂに対するプロセスにしたがっ
て処理される。 ７． 両バッチのウエハはその後、調整されたシリコン
の直接貼り付けプロセスを用いて一体に貼り付けされ
る。 ８． その後、精密研削プロセスを使用して、前記有孔
シリコン領域にシリコン・ダイアフラムが形成される。 ９． 前記有孔シリコンは、その後化学エッチングによ
り除去される。
【００３４】ステップ４で使用される有孔シリコン形成
のプロセスを図４ａに示す。治具７０は、酸混合物、通
常はフッ化水素酸とエタノールと水とを１：１：２の割
合で含んでいる。シリコン・ウエハ７１は、この溶液中
で電極７２ａ、７２ｂに沿って吊り下げられ、前記電極
間に電流が流される。加えられた電流密度は、４〜９ｍ
Ａ／ｃｍ２の範囲である。シリコン・ウエハ７１は、タ
ングステン・ハロゲン・ランプ７３を用いて背後から照
射される。
のプロセスを図４ａに示す。治具７０は、酸混合物、通
常はフッ化水素酸とエタノールと水とを１：１：２の割
合で含んでいる。シリコン・ウエハ７１は、この溶液中
で電極７２ａ、７２ｂに沿って吊り下げられ、前記電極
間に電流が流される。加えられた電流密度は、４〜９ｍ
Ａ／ｃｍ２の範囲である。シリコン・ウエハ７１は、タ
ングステン・ハロゲン・ランプ７３を用いて背後から照
射される。
【００３５】図４ｂには、酸化物層と窒化シリコン層７
５、７６をそれぞれ含むシリコン・ウエハ７４が拡大さ
れて示されている。有孔シリコン７７は、空洞７８内に
形成される。この方法では、電流密度とプロセスの時間
とに応じて広い範囲の有孔シリコン深さが形成可能であ
る。
５、７６をそれぞれ含むシリコン・ウエハ７４が拡大さ
れて示されている。有孔シリコン７７は、空洞７８内に
形成される。この方法では、電流密度とプロセスの時間
とに応じて広い範囲の有孔シリコン深さが形成可能であ
る。
【００３６】有孔シリコン形成の後でウエハ貼り付けプ
ロセスの前に、水性の水酸化カリウム溶液（重量比４０
％）に短時間ウエハの一部を浸漬させることによって幾
つかの空洞から有孔シリコンを除去しても良い。これに
より、その後のプロセスにおいて、同一ウエハ内におい
て、有孔シリコンのダイアフラム座屈の程度を評価する
ことができる。
ロセスの前に、水性の水酸化カリウム溶液（重量比４０
％）に短時間ウエハの一部を浸漬させることによって幾
つかの空洞から有孔シリコンを除去しても良い。これに
より、その後のプロセスにおいて、同一ウエハ内におい
て、有孔シリコンのダイアフラム座屈の程度を評価する
ことができる。
【００３７】図９ａは、有孔シリコン１３１を含む空洞
を有するウエハ１３０を示す。このウエハ１３０は、図
９ｂに示すようなダイアフラム１３２を提供する基礎と
なる。有孔シリコン１３１は、研削の間、ダイアフラム
１３２を補強する。有孔シリコン１３１はその後取り除
かれ、図９ｃに示すようにダイアフラム１３２の下に空
洞１３３を形成する。
を有するウエハ１３０を示す。このウエハ１３０は、図
９ｂに示すようなダイアフラム１３２を提供する基礎と
なる。有孔シリコン１３１は、研削の間、ダイアフラム
１３２を補強する。有孔シリコン１３１はその後取り除
かれ、図９ｃに示すようにダイアフラム１３２の下に空
洞１３３を形成する。
【００３８】研削プロセスの後で有孔シリコンを除去す
る前に、Tencor Instrumentsの測定道具Alpha Step
２００を用いてダイアフラムの座屈が調査された。有孔
シリコンの存在により、研削の間にダイアフラムの変形
が非常に抑制されることが確認された。図５と図６は、
厚さ５０μｍの２つのダイアフラムの変形のプロファイ
ルを示す。図５に示す変形プロファイルは補強の無いダ
イアフラムに形成されてものを示し、図６は有孔シリコ
ンに補強されて形成されたダイアフラムのプロファイル
を示す。
る前に、Tencor Instrumentsの測定道具Alpha Step
２００を用いてダイアフラムの座屈が調査された。有孔
シリコンの存在により、研削の間にダイアフラムの変形
が非常に抑制されることが確認された。図５と図６は、
厚さ５０μｍの２つのダイアフラムの変形のプロファイ
ルを示す。図５に示す変形プロファイルは補強の無いダ
イアフラムに形成されてものを示し、図６は有孔シリコ
ンに補強されて形成されたダイアフラムのプロファイル
を示す。
【００３９】これらのプロファイルから明らかなよう
に、有孔シリコンの形態でダイアフラムの補強を提供す
ることは、変形の程度を低減させる。さらには、下部に
有孔シリコンが形成されたダイアフラムのプロファイル
はほぼ平坦な形状であり、曲線状を示す下部に有孔シリ
コンを備えていないダイアフラムに形成されるものとは
異なっていることが分かる。
に、有孔シリコンの形態でダイアフラムの補強を提供す
ることは、変形の程度を低減させる。さらには、下部に
有孔シリコンが形成されたダイアフラムのプロファイル
はほぼ平坦な形状であり、曲線状を示す下部に有孔シリ
コンを備えていないダイアフラムに形成されるものとは
異なっていることが分かる。
【００４０】下部に有孔シリコンを有するダイアフラム
の中には、図６に示すようにプロファイルの中央に小さ
な頂部１０１を示すものがある。ダイアフラムの中央に
頂部１０１があることは、空洞の底の中央に、底側ウエ
ハを貫通してエッチングされた開口部があることから説
明され得る。研削の間に、前記開口部の上のダイアフラ
ムの領域には、何の補強も与えられていない。このよう
に、前記開口部の上のダイアフラムの領域は、研削の間
に他のダイアフラムの領域よりも多く曲げられ、その結
果、この領域は研削の後にはより高い変形となる。これ
は、エッチングされた開口部が主空洞領域の外にあるサ
ンプルにおいては、プロファイルに何の頂部も見られな
いことから証明され得る。
の中には、図６に示すようにプロファイルの中央に小さ
な頂部１０１を示すものがある。ダイアフラムの中央に
頂部１０１があることは、空洞の底の中央に、底側ウエ
ハを貫通してエッチングされた開口部があることから説
明され得る。研削の間に、前記開口部の上のダイアフラ
ムの領域には、何の補強も与えられていない。このよう
に、前記開口部の上のダイアフラムの領域は、研削の間
に他のダイアフラムの領域よりも多く曲げられ、その結
果、この領域は研削の後にはより高い変形となる。これ
は、エッチングされた開口部が主空洞領域の外にあるサ
ンプルにおいては、プロファイルに何の頂部も見られな
いことから証明され得る。
【００４１】いずれにせよ、この変形が発生するという
事実は、有孔シリコンを有するウエハ上の薄い酸化物
層、及び／又は研削中／研削前に有孔シリコンに発生す
る可能性のある損傷により、有孔シリコンの表面と貼り
付けられた他のウエハの表面との間に空隙が生ずること
に起因するものである。酸化物層が存在していない場合
には、このダイアフラムの変形は僅かであるか、あるい
は実質上無視し得るものである。
事実は、有孔シリコンを有するウエハ上の薄い酸化物
層、及び／又は研削中／研削前に有孔シリコンに発生す
る可能性のある損傷により、有孔シリコンの表面と貼り
付けられた他のウエハの表面との間に空隙が生ずること
に起因するものである。酸化物層が存在していない場合
には、このダイアフラムの変形は僅かであるか、あるい
は実質上無視し得るものである。
【００４２】図２ａから図２ｊに示すプロセス・ステッ
プによって製造された随意滴下型ディスペンサは、ダイ
アフラム２６に取り付けられたピエゾ電気変換器を使用
して作動させることができる。
プによって製造された随意滴下型ディスペンサは、ダイ
アフラム２６に取り付けられたピエゾ電気変換器を使用
して作動させることができる。
【００４３】ダイアフラム１１２上にピエゾ電気変換器
１１１を備えた随意滴下型ディスペンサ１１０が図７に
示されている。底部電極１１４がダイアフラム１１２の
頂部にスクリーン印刷されている。その後、ピエゾ電気
変換器１１１がピエゾ電気ペーストを使用して底部電極
１１４上にスクリーン印刷される。底部電極１１４は、
電気接続を可能にするためピエゾ電気変換器１１１より
も広い面積を占めている。最後に、上部電極１１５がピ
エゾ電気変換器１１１の上にスクリーン印刷される。
１１１を備えた随意滴下型ディスペンサ１１０が図７に
示されている。底部電極１１４がダイアフラム１１２の
頂部にスクリーン印刷されている。その後、ピエゾ電気
変換器１１１がピエゾ電気ペーストを使用して底部電極
１１４上にスクリーン印刷される。底部電極１１４は、
電気接続を可能にするためピエゾ電気変換器１１１より
も広い面積を占めている。最後に、上部電極１１５がピ
エゾ電気変換器１１１の上にスクリーン印刷される。
【００４４】このスクリーン印刷プロセスは、スクリー
ン印刷プロセスの間に空洞への補強を提供するため、通
常、有孔シリコン１１６を除去する前に行われる。前記
スクリーン印刷は、空洞をエッチングする前に行われて
も良い。
ン印刷プロセスの間に空洞への補強を提供するため、通
常、有孔シリコン１１６を除去する前に行われる。前記
スクリーン印刷は、空洞をエッチングする前に行われて
も良い。
【００４５】この技術によれば、個々のピエゾ電気ディ
スクを各ダイアフラム上に貼り付ける必要がなく、した
がってより安定した取り付けを提供し、失敗が少なく、
より装置対装置間の反復性を有することから有利であ
る。さらには、この技術は、個々のピエゾ電気ディスク
をダイアフラム上に貼り付けるよりもバッチ生産に対し
てより適切である。
スクを各ダイアフラム上に貼り付ける必要がなく、した
がってより安定した取り付けを提供し、失敗が少なく、
より装置対装置間の反復性を有することから有利であ
る。さらには、この技術は、個々のピエゾ電気ディスク
をダイアフラム上に貼り付けるよりもバッチ生産に対し
てより適切である。
【００４６】図８ａ、８ｃに示すように、２つのウエハ
を使用して空洞上にダイアフラムを製造することが可能
である。図８ａには、ウエハ１２０と、エッチングされ
た貫通穴１２６を有するウエハ１２１が見られる。この
２つのウエハ１２０、１２１は、図８ｂに示すように一
体に貼り付けられ、貼り付けられたウエハのペア１２２
を提供する。その後、このウエハのペアは、図８ｃに示
すように空洞１２５上のダイアフラム１２４を提供する
基礎とされる。
を使用して空洞上にダイアフラムを製造することが可能
である。図８ａには、ウエハ１２０と、エッチングされ
た貫通穴１２６を有するウエハ１２１が見られる。この
２つのウエハ１２０、１２１は、図８ｂに示すように一
体に貼り付けられ、貼り付けられたウエハのペア１２２
を提供する。その後、このウエハのペアは、図８ｃに示
すように空洞１２５上のダイアフラム１２４を提供する
基礎とされる。
【００４７】経済的な理由により、複数の同一のダイア
フラムが通常は単一のウエハ上で製造される。図１０
は、１４個のダイアフラム１４１を有するウエハ１４０
を示す。ダイアフラム１４１は、以上述べたいずれのプ
ロセスによっても製造することが可能である。
フラムが通常は単一のウエハ上で製造される。図１０
は、１４個のダイアフラム１４１を有するウエハ１４０
を示す。ダイアフラム１４１は、以上述べたいずれのプ
ロセスによっても製造することが可能である。
【００４８】
【発明の効果】本発明に係る方法の実施により、温度な
どのパラメータに左右されることなく、可撓性のあるシ
リコン・ダイアフラムを高精度、短時間で製造すること
ができる。特に、空洞内に使い捨て層として有孔シリコ
ンを形成することによってダイアフラムを補強してその
変形を防ぐことができ、均一な研削によりダイアフラム
の座屈を避けることができる。同一のウエハ上で複数の
ダイアフラムを製造するものとすれば、より経済的であ
る。
どのパラメータに左右されることなく、可撓性のあるシ
リコン・ダイアフラムを高精度、短時間で製造すること
ができる。特に、空洞内に使い捨て層として有孔シリコ
ンを形成することによってダイアフラムを補強してその
変形を防ぐことができ、均一な研削によりダイアフラム
の座屈を避けることができる。同一のウエハ上で複数の
ダイアフラムを製造するものとすれば、より経済的であ
る。
【図１】 シリコン・ウエハの精密研削をする装置の概
略図である。
略図である。
【図２】 図２ａ〜図２ｊは全シリコンの随意滴下型デ
ィスペンサを製造するプロセス・ステップを示す図であ
る。
ィスペンサを製造するプロセス・ステップを示す図であ
る。
【図３】 ダイアフラムが湾曲する際のメカニズムを示
す概略断面図である。
す概略断面図である。
【図４】 図４ａ、図４ｂは有孔シリコンを製造するプ
ロセスの概要、及びシリコン・ウエハに形成される有孔
シリコンを含む空洞の概略図である。
ロセスの概要、及びシリコン・ウエハに形成される有孔
シリコンを含む空洞の概略図である。
【図５】 補強なしで形成されるダイアフラムのプロフ
ァイルを示す図である。
ァイルを示す図である。
【図６】 有孔シリコンの補強により形成されるダイア
フラムのプロファイルを示す図である。
フラムのプロファイルを示す図である。
【図７】 ピエゾ電気変換器を含む随意滴下型ディスペ
ンサを示す図である。
ンサを示す図である。
【図８】 図８ａ〜図８ｃは２つのウエハを使用して製
造された空洞上のダイアフラムを示す図である。
造された空洞上のダイアフラムを示す図である。
【図９】 図９ａ〜図９ｃは研削の間に空洞が有孔シリ
コンによって補強された空洞上のダイアフラムを示す図
である。
コンによって補強された空洞上のダイアフラムを示す図
である。
【図１０】 複数の同一ダイアフラムを有するウエハを
示す図である。
示す図である。
１．シリコン・ウエハ、 ２．ウエハ・ホルダ、 ３．
砥石車、 ４．ダイアモンド歯、 ５．厚さゲージ、
２０ａ、２０ｂ．シリコン・ウエハ、 ２１ａ〜２１
ｄ．窒化シリコン層、 ２２、２３．エッチング・マス
ク、 ２４．空洞、２５．開口部、 ２６．ダイアフラ
ム、 ５０．シリコン・ウエハ、 ５１．ダイアフラ
ム、 ５２．砥石車、 ７１．シリコン・ウエハ、 ７
２ａ、７２ｂ．電極、 ７４．シリコン・ウエハ、 ７
５，７６．窒化シリコン層、 ７７．有孔シリコン、
７８．空洞、 １０１．頂部、 １１０．随意滴下型デ
ィスペンサ、 １１１．ピエゾ電気変換器、 １１２．
ダイアフラム、 １１４．底部電極、 １１５．上部電
極、 １１６．有孔シリコン、 １２０、１２１．ウエ
ハ、 １２４．ダイアフラム、 １２５．空洞、 １３
０．ウエハ、 １３１．有孔シリコン、 １３２．ダイ
アフラム、 １３３．空洞、 １４０．ウエハ、１４
１．ダイアフラム。
砥石車、 ４．ダイアモンド歯、 ５．厚さゲージ、
２０ａ、２０ｂ．シリコン・ウエハ、 ２１ａ〜２１
ｄ．窒化シリコン層、 ２２、２３．エッチング・マス
ク、 ２４．空洞、２５．開口部、 ２６．ダイアフラ
ム、 ５０．シリコン・ウエハ、 ５１．ダイアフラ
ム、 ５２．砥石車、 ７１．シリコン・ウエハ、 ７
２ａ、７２ｂ．電極、 ７４．シリコン・ウエハ、 ７
５，７６．窒化シリコン層、 ７７．有孔シリコン、
７８．空洞、 １０１．頂部、 １１０．随意滴下型デ
ィスペンサ、 １１１．ピエゾ電気変換器、 １１２．
ダイアフラム、 １１４．底部電極、 １１５．上部電
極、 １１６．有孔シリコン、 １２０、１２１．ウエ
ハ、 １２４．ダイアフラム、 １２５．空洞、 １３
０．ウエハ、 １３１．有孔シリコン、 １３２．ダイ
アフラム、 １３３．空洞、 １４０．ウエハ、１４
１．ダイアフラム。
─────────────────────────────────────────────────────
【手続補正書】
【提出日】平成１３年７月５日（２００１．７．５）
【手続補正１】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】全図
【補正方法】変更
【補正内容】
【図１】
【図３】
【図２】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ハロルド・エス・ギャンブル イギリス、ビーティ25・１エイチエイ、カ ウンティ・ダウン、ドロウモア、アイラン ド・ヒル16番 (72)発明者 エス・ジェイ・ニール・ミッチェル イギリス、ビーティ34・１エヌゼット、カ ウンティ・ダウン、ニューリー、ブレイ・ ロード６番 (72)発明者 アンドジェイ・プロハスカ ポーランド90−554ウッジ、ラコワ・スト リート19番、アパートメント89 (72)発明者 スティーブン・ピーター・フィッツジェラ ルド イギリス、ビーティ29・４キューワイ、カ ウンティ・アントリム、クラムリン、ダイ ヤモンド・ロード、アードモア、ランドッ クス・ラボラトリーズ・リミテッド内 Ｆターム(参考） 2C057 AF93 AG44 AP22 AP26 AP32 AP34 AP57 AQ02 BA03 BA14
Claims (14)
- 【請求項１】 空洞の上にダイアフラムを製造する方法
であって、ウエハの厚さを研削によって薄くし、当該ダ
イアフラムの下に空洞を設けることからなる方法。 - 【請求項２】 前記ウエハの厚さがウエハの一方の面を
研削することにより薄くされ、前記空洞が前記研削され
るウエハの反対側の面に形成される、請求項１に係る方
法。 - 【請求項３】 前記１つのウエハを研削する前に、当該
１つのウエハに貼り付けられる他のウエハに前記空洞が
設けられている、請求項１に係る方法。 - 【請求項４】 前記空洞が、前記ウエハの厚さを薄くす
る前、もしくは薄くする後に形成されることを更に含
む、請求項１から請求項３のいずれか一に係る方法。 - 【請求項５】 前記空洞がエッチングによって形成され
る、請求項１から請求項４のいずれか一に係る方法。 - 【請求項６】 前記研削の間に前記ダイアフラムを使い
捨て層によって補強し、その後前記使い捨て層を除去す
ることを更に含む、請求項１から請求項５のいずれか一
に係る方法。 - 【請求項７】 発生段階の空洞を前記使い捨て層として
使用することを更に含む、請求項６に係る方法。 - 【請求項８】 前記ウエハがシリコンからなり、前記使
い捨て層が有孔シリコンからなる、請求項６又は請求項
７に係る方法。 - 【請求項９】 前記ウエハ上で複数の同一ダイアフラム
を製造することを更に含む、請求項１から請求項８のい
ずれか一に係る方法。 - 【請求項１０】 随意滴下型ディスペンサを製造する方
法であって、請求項１から請求項９のいずれか一に係る
方法によって空洞上にダイアフラムを製造し、これに対
して前記空洞に導通するノズルを有する第２のウエハを
貼り付けることからなる方法。 - 【請求項１１】 前記貼り付けのステップを前記厚さを
薄くするステップの前に行うことを更に含む、請求項１
０に係る方法。 - 【請求項１２】 前記ウエハの少なくとも１つがシリコ
ンから作られている、請求項１０又は請求項１１に係る
方法。 - 【請求項１３】 前記ダイアフラム上に、上部及び底部
電極とピエゾ電気要素とをスクリーン印刷することを更
に含む、請求項１０から請求項１２のいずれか一に係る
方法。 - 【請求項１４】 前記上部及び底部電極とピエゾ電気要
素とを、前記使い捨て層を除去する前にスクリーン印刷
することを含む、少なくとも請求項６に従属する際の請
求項１３に係る方法。
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|---|---|
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|---|---|---|---|
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| AU (1) | AU781887B2 (ja) |
| CA (1) | CA2351285A1 (ja) |
| DE (1) | DE60141311D1 (ja) |
| GB (1) | GB0015500D0 (ja) |
| MX (1) | MXPA01006374A (ja) |
| NZ (1) | NZ512461A (ja) |
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| WO2011024648A1 (ja) * | 2009-08-28 | 2011-03-03 | 学校法人立命館 | Ｍｅｍｓ、及びその製造方法 |
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-
2001
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- 2001-06-19 NZ NZ512461A patent/NZ512461A/xx not_active IP Right Cessation
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- 2001-06-21 CA CA002351285A patent/CA2351285A1/en not_active Abandoned
- 2001-06-22 CN CNB011220155A patent/CN1230376C/zh not_active Expired - Fee Related
- 2001-06-22 DE DE60141311T patent/DE60141311D1/de not_active Expired - Lifetime
- 2001-06-22 EP EP01305430A patent/EP1167280B1/en not_active Expired - Lifetime
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