JP2009090416A - Method of manufacturing membrane structure - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、SOI(Silicon On Insulator)ウエハを用いたメンブレン構造体の製造方法に関する。 The present invention relates to a method for manufacturing a membrane structure using an SOI (Silicon On Insulator) wafer.
メンブレン構造体は、メンブレン(薄膜)を有する構造体であり、例えば特許文献1には、シリコン基体、シリコン酸化膜およびシリコン膜を有するSOIウエハに支持体(例えばSiウエハ)を貼り合わせて製造されたチップ形状の構造体(メンブレンチップ)が提案されている。
The membrane structure is a structure having a membrane (thin film). For example,
メンブレンチップは、例えば、以下のようにして製造される。まず、シリコン基体、シリコン酸化膜およびシリコン膜を有するSOIウエハのシリコン基体上にレジスト膜パターンを形成し、SOIウエハのシリコン膜側に支持体(例えばSiウエハ)を接着層を介して貼り合わせる。次に、レジスト膜パターンをエッチングマスクとしてシリコン基体をエッチング除去して開口部を形成し、開口部内にシリコン酸化膜を露出させる。そして、支持体を分離してから、露出したシリコン酸化膜をフッ酸などで除去して、シリコン膜からなるメンブレンを形成した後、チップ形状に個片化して製造される。 The membrane chip is manufactured as follows, for example. First, a resist film pattern is formed on a silicon substrate of an SOI wafer having a silicon substrate, a silicon oxide film, and a silicon film, and a support (for example, a Si wafer) is bonded to the silicon film side of the SOI wafer via an adhesive layer. Next, the silicon substrate is etched away using the resist film pattern as an etching mask to form an opening, and the silicon oxide film is exposed in the opening. Then, after separating the support, the exposed silicon oxide film is removed with hydrofluoric acid or the like to form a membrane made of a silicon film, and then the chip is formed into individual pieces.
しかしながら、メンブレンとなるシリコン膜は厚さ数μm程度の薄膜であり、外部からの衝撃や応力に対して強度が十分ではなく、支持体から分離する際にメンブレンが損傷しやすい。 However, the silicon film as a membrane is a thin film having a thickness of about several μm, and is not strong enough against external impacts and stresses, and the membrane is easily damaged when separated from the support.
また、特許文献1には、SOIウエハと支持体とを貼り合わせる接着層に、フォトレジストなどを使用しているが、このような固形材料を用いると、SOIウエハと支持体とを分離した場合に、SOIウエハのシリコン膜側に接着層の一部が付着して残りやすい。SOIウエハのシリコン膜側に残った接着層を取り除く工程(例えば洗浄工程など)が、さらに必要になるが、メンブレンが損傷しやすい。
本発明の目的は、メンブレンの損傷を防止可能なメンブレン構造体の製造方法を提供することにある。 The objective of this invention is providing the manufacturing method of the membrane structure which can prevent damage to a membrane.
本発明の一態様に係るメンブレン構造体の製造方法は、基板上の一方の面にマスクパターンを形成するステップと、前記基板のマスクパターン形成面の反対側の面と、少なくとも一方の面に溝が形成された支持体の溝形成面とを、接着層を介して貼り合わせるステップと、前記マスクパターンをエッチングマスクとして、前記基板をエッチングするステップと、前記基板と前記支持体とを分離するステップとを具備し、前記接着層が、25℃において20〜1000mm2/sの動粘度を有するシリコーンオイルであることを特徴としている。 The method for manufacturing a membrane structure according to one aspect of the present invention includes a step of forming a mask pattern on one surface of a substrate, a surface opposite to the mask pattern forming surface of the substrate, and a groove on at least one surface. Bonding the groove-formed surface of the support formed with an adhesive layer, etching the substrate using the mask pattern as an etching mask, and separating the substrate and the support And the adhesive layer is a silicone oil having a kinematic viscosity of 20 to 1000 mm 2 / s at 25 ° C.
なお、本発明において、メンブレンとは、金属材料もしくは半導体材料からなる少なくとも一つの層から構成された例えば数nm〜数十μmの厚みの自立薄膜を意味する。 In the present invention, the membrane means a free-standing thin film having a thickness of, for example, several nanometers to several tens of micrometers composed of at least one layer made of a metal material or a semiconductor material.
上記構成により、メンブレンの損傷を防止できる。 With the above configuration, the membrane can be prevented from being damaged.
以下、本発明を実施するための形態について、図面を参照して説明する。なお、以下では本発明の実施形態を図面に基づいて述べるが、それらの図面は図解のために提供されるものであり、本発明はそれらの図面に限定されるものではない。 Hereinafter, embodiments for carrying out the present invention will be described with reference to the drawings. In addition, although embodiment of this invention is described below based on drawing, those drawings are provided for illustration and this invention is not limited to those drawings.
(第1の実施形態)
図1は、本発明の第1の実施形態に係るメンブレン構造体(以下、メンブレンチップとする。)を模式的に示す断面図である。
(First embodiment)
FIG. 1 is a cross-sectional view schematically showing a membrane structure (hereinafter referred to as a membrane chip) according to the first embodiment of the present invention.
図1に示すように、メンブレンチップ1は、略中央に開口部5を有し、開口部5内にはシリコン膜4から構成されたメンブレンが露出している。また、メンブレンチップ1は、図1中、表面から順に、シリコン基体2、シリコン酸化膜3及びシリコン膜4から構成され、各層の厚みは、例えば、シリコン基体2が400μm、シリコン酸化膜3が1μm、シリコン膜4が6μmである。
As shown in FIG. 1, the
上述した本実施形態のメンブレンチップ1は、例えば以下のようにして製造される。図2は、図1に示したメンブレンチップ1の製造プロセスの流れを示すフローチャートである。図3〜図10は、図1に示したメンブレンチップの製造工程を模式的に示す断面図である。
The
図3に示すように、表面から順に、シリコン基体2、シリコン酸化膜3及びシリコン膜4から構成されたSOIウエハ31(基板)を用意し、洗浄、乾燥しておく。図4に示すように、SOIウエハ31のシリコン基体2上にフォトレジストを塗布した後、露光、現像を順に行い、不要な部分のフォトレジストを除去して、レジスト膜パターン6を形成する(ステップ1)。
As shown in FIG. 3, an SOI wafer 31 (substrate) composed of a
次に、溝20が形成された第1の主面(以下、溝形成面)を有する支持板21(支持体)を用意し、図5に示すように、SOIウエハ31のシリコン膜4と、支持板21の溝形成面とが向き合うように、接着層100を介して貼り合わせる(ステップ2)。
Next, a support plate 21 (support) having a first main surface (hereinafter referred to as a groove formation surface) in which the
支持板21の構成材料として、本実施形態では、Siウエハを使用するが、溝20の形成が容易であり、SOIウエハ31のエッチング工程でSOIウエハ31を補強、支持できるものであれば特に制限されず、例えば、Siウエハ表面に絶縁膜(例えば酸化膜、窒化膜など)が成膜されていてもよく、これ以外に、ガラス、合成樹脂等の絶縁性基板を用いることもできる。また、支持板21の形状や大きさなども、特に制限されず、SOIウエハ31と同じ形状、大きさのものを好適に用いることができる。本実施形態では、支持板21は、SOIウエハ31と同じ略円状であり、その直径は、SOIウエハ31の直径と略同一である。支持板21の厚みは、溝20の形成が容易であり、エッチング工程においてSOIウエハ31を支持可能な厚さであればよく、例えば400〜800μmであることが好ましい。
In this embodiment, a Si wafer is used as a constituent material of the
支持板21の溝20の形状は、一方の縁部から他方の縁部まで連続した直線及び/または曲線を有することが好ましく、前記直線及び/又は曲線に加えて中心対称の円形状や矩形状を有することがより好ましい。例えば、図11は、溝形成面の中心Pを通って一方の縁部から他方の縁部まで連続した複数の直線と、点Pを中心とした円形状からなる溝を示している。図12は、溝形成面の中心Pを通って一方の縁部から他方の縁部まで連続した複数の直線と、点Pを中心とした矩形状からなる溝を示している。このような溝20は、本実施形態のように、支持板21にSiウエハを使用する場合、例えば、RIE(Reactive Ion Etching)法などのドライエッチングにより形成することができる。
The shape of the
溝20の幅は、10〜100μmであることが好ましく、溝20の深さは、10〜100μmであることが好ましい。このような形状の溝20を形成することで、接着層100が溝形成面の一部に偏ることなく、溝形成面全体に行き渡るため、メンブレンを損傷することなく、支持板21からSOIウエハ31を容易に分離することができる。
The width of the
接着層100には、SOIウエハ31を支持板21から分離した際のメンブレンの損傷を防止する上で、25℃における動粘度が20〜1000mm2/s、好ましくは50〜500mm2/sのシリコーンオイルを使用する。動粘度は、JIS Z 8809に準拠し、細管式粘度計により測定したものである。
The
フォトレジストのような固形材料と比べて、シリコーンオイルは、支持板21からSOIウエハ31を分離した場合に、SOIウエハ31のシリコン膜4に固形物が付着してこれを取り除く洗浄工程をさらに要するようなことがない。このため、洗浄工程によるメンブレンの損傷を防止でき、さらには作業効率が向上する。また、シリコーンオイルは、他のオイルと比べて、粘度の安定性に優れており、メンブレンチップ1への汚染の影響も少ない。
Compared with a solid material such as a photoresist, the silicone oil further requires a cleaning process in which the solid matter adheres to the
さらに、シリコーンオイルのなかでも、動粘度が上記範囲のものを使用する。その動粘度が20mm2/s未満であると、支持板21からの分離時にメンブレンが破損しやすくなるばかりか、溝を有する支持板21とSOIウエハ31とを貼り合わせた場合に、製造プロセスにおいて接着性を維持しにくい。また、支持板21とSOIウエハ31とを貼り合わせた後、SOIウエハ31をドライエッチングした際に、通常、ドライエッチング時の温度が50〜100℃となるため、揮発して引火する可能性がある。
Further, among the silicone oils, those having a kinematic viscosity in the above range are used. When the kinematic viscosity is less than 20 mm 2 / s, not only the membrane is easily damaged during separation from the
一方、動粘度が1000mm2/sを超えると、支持板21からの分離時にメンブレンが破損しやすくなるばかりか、均一に塗布しにくい。
On the other hand, when the kinematic viscosity exceeds 1000 mm 2 / s, not only the membrane is easily damaged during separation from the
このように、接着層100に特定の動粘度のシリコーンオイルを使用しているため、支持板21を横方向(SOIウエハ31に対して水平方向)にスライドさせることで、支持板21とSOIウエハ31とを容易に分離でき、分離時のメンブレンの損傷を有効に防止できる。
As described above, since the silicone oil having a specific kinematic viscosity is used for the
次に、図6に示すように、レジスト膜パターン6をエッチングマスクとし、シリコン酸化膜3をエッチングストップ層として、ドライエッチング(例えば、RIE:反応性イオンエッチング)を行う。これにより、シリコン基体2の不要な部位を除去して、開口部5を形成し、この開口部5内でシリコン酸化膜3を露出させる(ステップ3)。
Next, as shown in FIG. 6, dry etching (for example, RIE: reactive ion etching) is performed using the
続いて、支持板21を横方向(SOIウエハ31に対して水平方向)にスライドさせて、図7に示すように、SOIウエハ31と支持板21を分離する(ステップ4)。
Subsequently, the
次に、使用済みのレジスト膜パターン6を除去した後(ステップ5)、開口部5内のシリコン酸化膜3をフッ酸で除去する(ステップ6)。これにより、開口部5内に残ったシリコン膜4がメンブレンとなる(図8参照)。
Next, after the used
続いて、図9に示すように、ダイシング線90に沿って、SOIウエハ31をチップ形状に個片化する(ステップ7)。
Subsequently, as shown in FIG. 9, along the dicing
このようにして、図10に示すようなメンブレンチップ1が製造される。
In this way, the
以上説明したように、本実施形態では、支持板21に溝20を形成し、SOIウエハ31のシリコン膜4と、支持板21の溝形成面とが向き合うように、25℃における動粘度が20〜1000mm2/sの接着層100を介して貼り合わせている。これにより、SOIウエハ31の開口部5内に形成されたメンブレンが損傷することなく、メンブレンチップ1を製造できる。よって、歩留まりの向上を図ることができ、高信頼性のメンブレンチップ1を提供できる。
As described above, in this embodiment, the
なお、本実施形態では、レジスト膜パターン6をエッチングマスクとし、シリコン酸化膜3をエッチングストップ層として、SOIウエハ31のシリコン基体2をエッチング除去して開口部5を形成した後、SOIウエハ31と支持板21とを分離し、レジスト膜パターン6を除去し、開口部5内に残ったシリコン酸化膜3を除去してメンブレンを作製したが、これに制限されない。
In the present embodiment, the resist
例えば、シリコン酸化膜3をエッチングストップ層として、SOIウエハ31のシリコン基体2をエッチング除去して開口部5を形成した後、ダイシング線90に沿ってSOIウエハをチップ形状に個片化してから、SOIウエハ31と支持板21とを分離し、レジスト膜パターン6を除去し、開口部5内に残ったシリコン酸化膜3を除去してメンブレンを作製してもよい。
For example, after the
また、本実施形態では、エッチングマスクとしてレジスト膜を使用したが、これに制限されず、例えばシリコン酸化膜、シリコン窒化膜、金属などを使用してもよい。 In this embodiment, a resist film is used as an etching mask. However, the present invention is not limited to this. For example, a silicon oxide film, a silicon nitride film, a metal, or the like may be used.
本発明を実施例により説明する。この実施例では、図3〜10に示した一実施形態に係るメンブレン構造体の製造プロセスにおいて、接着層に、25℃における動粘度が20〜1000mm2/sのシリコーンオイルを使用することが好適な理由を表1を用いて説明する。表1に示した剥離性、接着性、塗布適性、引火点は、以下のようにして評価した。なお、実施例及び比較例で使用したシリコーンオイルは、東レ・ダウコーニング社製のSH200であり、表1に示すようにそれぞれ動粘度が異なる。 The present invention is illustrated by examples. In this example, it is preferable to use a silicone oil having a kinematic viscosity of 20 to 1000 mm 2 / s at 25 ° C. in the adhesive layer in the manufacturing process of the membrane structure according to the embodiment shown in FIGS. The reason will be described with reference to Table 1. The peelability, adhesiveness, applicability, and flash point shown in Table 1 were evaluated as follows. The silicone oil used in Examples and Comparative Examples is SH200 manufactured by Toray Dow Corning Co., Ltd., and each has different kinematic viscosities as shown in Table 1.
[剥離性]
メンブレンチップが多面付けされたSOIウエハを支持板から分離した際の、メンブレンの破損率を光学顕微鏡で観察し目視により測定した。破損率が0〜10%を◎とし、10〜30%を○とし、30〜50%を△とし、50%以上を×とした。
[Peelability]
When the SOI wafer having a multifaceted membrane chip was separated from the support plate, the breakage rate of the membrane was observed with an optical microscope and measured visually. The breakage rate was 0 to 10% as ◎, 10 to 30% as ○, 30 to 50% as Δ, and 50% or more as ×.
[接着性]
メンブレンチップの製造プロセスにおいて、SOIウエハと支持板との接着が維持されたものを○とし、接着が維持されなかったものを×とした。
[Adhesiveness]
In the manufacturing process of the membrane chip, the case where the adhesion between the SOI wafer and the support plate was maintained was evaluated as ◯, and the case where the adhesion was not maintained was evaluated as ×.
[塗布適性]
均一な塗布が可能なものを○とし、塗布ムラが発生したものを×とした。
[Applicability]
A sample that could be applied uniformly was marked with ◯, and a sample with uneven coating was marked with ×.
[引火点]
メンブレンチップの製造プロセスにおいて、支持板とSOIウエハとをシリコーンオイルを介して貼り合わせ、SOIウエハをドライエッチングした際に、シリコーンオイルが揮発してプロセス異常(装置上のエラーによるプロセスの停止)が発生したものを×とし、プロセス異常が発生しなかったものを○とした。
[Flash point]
In the membrane chip manufacturing process, when the support plate and SOI wafer are bonded together via silicone oil, and the SOI wafer is dry-etched, the silicone oil volatilizes and a process error (process stop due to an error on the device) occurs. Those that occurred were marked with ×, and those where no process abnormality occurred were marked with ○.
表1から明らかなように、接着層として、25℃における動粘度が20〜1000mm2/s、特に50〜500mm2/sのシリコーンオイルを使用した実施例のメンブレンチップは、SOIウエハを支持板から分離した際のメンブレンの損傷を有効に防止することができる。さらに、均一に塗布することができ、SOIウエハと支持板との接着性に優れ、揮発してプロセス異常を引き起こす恐れがない。 As it is evident from Table 1, as an adhesive layer, 25 a kinematic viscosity at ℃ is 20~1000mm 2 / s, in particular the membrane chip embodiment using the silicone oil of 50 to 500 mm 2 / s is an SOI wafer support plate The membrane can be effectively prevented from being damaged when separated from the membrane. Furthermore, it can be applied uniformly, has excellent adhesion between the SOI wafer and the support plate, and does not volatilize and cause a process abnormality.
1…メンブレンチップ、2…シリコン基体、3…シリコン酸化膜、4…シリコン膜、5…開口部、6…レジスト膜パターン、31…SOIウエハ、20…溝、21…支持板、100…接着層。
DESCRIPTION OF
Claims (4)
前記基板のマスクパターン形成面の反対側の面と、少なくとも一方の面に溝が形成された支持体の溝形成面とを、接着層を介して貼り合わせるステップと、
前記マスクパターンをエッチングマスクとして、前記基板をエッチングするステップと、
前記基板と前記支持体とを分離するステップと
を具備し、
前記接着層が、25℃において20〜1000mm2/sの動粘度を有するシリコーンオイルであることを特徴とするメンブレン構造体の製造方法。 Forming a mask pattern on one side of the substrate;
Bonding the surface on the opposite side of the mask pattern forming surface of the substrate and the groove forming surface of the support having grooves formed on at least one surface via an adhesive layer;
Etching the substrate using the mask pattern as an etching mask;
Separating the substrate and the support; and
The method for producing a membrane structure, wherein the adhesive layer is a silicone oil having a kinematic viscosity of 20 to 1000 mm 2 / s at 25 ° C.
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