JP2014008608A

JP2014008608A - シリコンウェハの加工方法

Info

Publication number: JP2014008608A
Application number: JP2012144318A
Authority: JP
Inventors: Hirohisa Fujita; 洋久藤田; Shuji Koyama; 修司小山; Keiji Matsumoto; 圭司松本; kenta Furusawa; 健太古澤
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 2012-06-27
Filing date: 2012-06-27
Publication date: 2014-01-20
Anticipated expiration: 2032-06-27
Also published as: US20140004629A1; JP5980012B2; US9040431B2

Abstract

【課題】エッチング液をシリコンウェハの表面に沿って流すことでシリコンウェハに複数の開口部を形成し、各開口部を用いて製品を製造する場合であっても、製品間での開口部の形状をより均一にすること。
【解決手段】シリコンウェハの表面に沿ってエッチング液を流し、前記エッチング液の流れの上流側から下流側に沿って複数の開口部が並んだ列を形成する、シリコンウェハの加工方法であって、前記列を構成する複数の開口部のうち、前記エッチング液の流れの最も上流側に形成された第１の開口部と、前記第１の開口部よりも前記エッチング液の流れの下流側に形成された第２の開口部とでは、開口部が形成された後の処理を異ならせることを特徴とするシリコンウェハの加工方法。
【選択図】図３

Description

本発明は、シリコンウェハの加工方法に関する。

半導体分野やインクジェット分野で使用されるシリコンウェハは、様々な方法でエッチングが行われている。そのエッチング方法の一つとして、エッチング液によるエッチング（例えば異方性エッチング）がある。エッチング液によるエッチングとしては、エッチング液が満たされた槽内に複数のシリコンウェハを浸漬させるバッチ式の装置を用いたエッチングが知られている。

近年、シリコンウェハの大口径が進んでいる。また、より精度の高いシリコンウェハのエッチングが求められている。この為、一度に複数のシリコンウェハにエッチングを行うバッチ式の装置ではなく、一枚のシリコンウェハ毎にエッチングを行う枚葉式の装置を用いたエッチングが注目されている。特許文献１には、エッチング液がシリコンウェハの表面に並行して層流状態を形成しつつ、連続してシリコンウェハの表面を流れる構成の枚葉式の装置を用いたエッチング方法が記載されている。

特開平６−３４９８００号公報

特許文献１に記載されたような枚葉式の装置によれば、エッチング液の流れの方向に対して左右の領域において、エッチング液の流れを均一にすることができる。従って、この左右の領域に形成する開口部の形状を均一にすることができる。

しかしながら、本発明者らは、エッチング液の流れの上流側から下流側に沿って複数の開口部が並んだ列を形成した場合、エッチング液の流れの上流側と下流側、即ち上下の方向において、以下のような課題があることを見出した。それは、列を構成する複数の開口部のうち、エッチング液の流れの最も上流側に形成された開口部（第１の開口部とする）と、この開口部よりもエッチング液の流れの下流側に形成された開口部（第２の開口部とする）とでは、形成される開口部の形状が異なる場合があるという課題である。

本発明者らがさらに検討を重ねた結果、この課題は、エッチング液の流れによって発生する気泡の影響によるものと考えられた。即ち、最も上流側に形成された第１の開口部では、エッチング液がシリコンウェハ表面上の平滑な部分を通って勢いよく流入してくるので、発生した気泡が開口部からすぐに抜ける。一方、第１の開口部よりも下流側に形成された第２の開口部では、直前の上流側の開口部の影響を受け、エッチング液の流入速度が落ちる。その結果、気泡が開口部から抜けにくくなる。このように気泡の抜け方に差があることで、第１の開口部ではエッチングが早く進むのに対し、第２の開口部ではエッチングが進みにくくなり、第１の開口部と第２の開口部とで、形成される開口部の形状が異なってしまうと考えられる。開口部間の距離を空けることで、気泡の抜け方の差を抑制することはできるが、シリコンウェハには多くの開口部を形成することが求められており、開口部間の距離を大きく空けることは好ましくない。

このように、場所によって形状の異なる開口部を、例えば液体吐出ヘッドのシリコン基板の液体供給口として用いる場合を想定する。そうすると、例えば第１の開口部で形成した液体供給口は幅が広く深さは深い、第２の開口部で形成した液体供給口は幅が狭く深さは浅い、といったこととなる。このように液体吐出ヘッド間で供給口の形状が異なってしまうと、吐出特性の異なる液体吐出ヘッドを提供することとなってしまう可能性がある。尚、液体吐出ヘッドを例にとって説明したが、この他の用途に適用する場合でも、第１の開口部と第２の開口部を個別の製品に用いる場合には、開口部の形状の違いによって、均一な形状の製品を提供することが困難となる。

即ち、本発明は、エッチング液をシリコンウェハの表面に沿って流すことでシリコンウェハに複数の開口部を形成し、各開口部を用いて製品を製造する場合であっても、製品間での開口部の形状をより均一にすることを目的とする。

上記課題は、以下の本発明によって解決される。即ち本発明は、シリコンウェハの表面に沿ってエッチング液を流し、前記エッチング液の流れの上流側から下流側に沿って複数の開口部が並んだ列を形成する、シリコンウェハの加工方法であって、前記列を構成する複数の開口部のうち、前記エッチング液の流れの最も上流側に形成された第１の開口部と、前記第１の開口部よりも前記エッチング液の流れの下流側に形成された第２の開口部とでは、開口部が形成された後の処理を異ならせることを特徴とするシリコンウェハの加工方法である。

本発明によれば、エッチング液をシリコンウェハの表面に沿って流すことでシリコンウェハに複数の開口部を形成し、各開口部を用いて製品を製造する場合であっても、製品間での開口部の形状をより均一にすることができる。

枚葉式のエッチング装置を示す図。シリコンウェハのエッチングの様子を示す図。シリコンウェハのエッチングの様子を示す図。シリコンウェハのエッチングの様子を示す断面図。シリコンウェハのエッチングの様子を示す断面図。シリコンウェハのエッチングの様子を示す断面図。シリコンウェハのエッチングの様子を示す断面図。第１の開口部の形状の例を示す図。

以下、本発明のシリコンウェハの加工方法を実施するための形態を説明する。

図１に、枚葉式のエッチング装置８を示す。エッチング装置８は、エアシリンダー６と、支持部材５と、チャンバー４を有する。チャンバー４と支持部材５との間に、シリコンウェハ１を配置し、シリコンウェハ１の表面に沿ってエッチング液７を流し、シリコンウェハをエッチングする。エッチング液の流れの方向は、エッチング液の流速や流入口の配置、大きさ等を工夫することで、シリコンウェハ１の表面に対して実質的に一定方向とすることができる。図１では、シリコンウェハ１の一面（表面）のみがエッチング液に触れる構造となっているが、両面がエッチング液に触れる構造であってもよい。シリコンウェハ１は、エッチング液が外に漏れ出さないように、Ｏ−リングやゴム球、シール部材等によって、チャンバー４と支持部材５との間に固定されている。また、エッチング装置８は解放式でも密閉式でも良いが、保温性等の観点から密閉式の構造であることが好ましい。シリコンウェハ１の向きは、地面に対して、実質的に垂直に配置してもよいし、実質的に平行に配置してもよいし、傾斜させて配置してもよい。但し、エッチング液から発生する気泡の抜けやすさを考慮すると、地面に対して実質的に垂直、或いは傾斜させて配置することが好ましい。

エッチング液７としては、シリコンウェハ１をエッチングできる液であればよい。特には強アルカリ溶液であることが好ましく、例えば水酸化テトラメチルアンモニウム（ＴＭＡＨ）、水酸化カリウム（ＫＯＨ）、水酸化ナトリウム（ＮａＯＨ）等の水溶液が挙げられる。これらの水溶液は、単独、もしくは二種類以上を混合して用いてもよい。また、エッチングレートを向上させるといった目的で添加物を添加してもよい。エッチング液の温度はシリコンウェハのエッチングレートと関係がある。シリコンウェハのエッチングレートを高めるために、エッチング液の温度は４０℃以上とすることが好ましく、７０℃以上とすることがより好ましい。また、９８℃以下とすることが好ましく、９５℃以下とすることがより好ましい。

図２に、シリコンウェハ１を上方から見た図を示す。図２では、エッチング液によるエッチングによって、シリコンウェハに開口部が形成された様子が示されている。エッチング液の流れの上流側から下流側に沿って複数の開口部が並び、列を構成している。列は複数形成してもよく、図２では列が５本形成された例を示している。図２においては、それぞれの列を構成する複数の開口部のうち、エッチング液の流れの最も上流側に形成された第１の開口部は、開口部９である。第１の開口部である開口部９は、第１の開口部よりもエッチング液の流れの下流側に形成された第２の開口部（例えば２）と比較して、エッチングが早く進む。この様子を、図４に示す。図４は、図２のＡ−Ａ´におけるシリコンウェハの断面図である。図４には、断面図の開口部に対応させて、各開口部のエッチングレートを示している。シリコンウェハの表面には、保護層１１が形成されており、保護層１１に形成された開口からエッチングが進行する。図４に示すエッチングレートからも分かる通り、第１の開口部である開口部９は、第１の開口部よりも下流側に形成された第２の開口部（例えば２）と比較して、エッチングレートが高い。これは、エッチング液の流れによって発生する気泡が、第１の開口部では開口部からすぐに抜けるのに対し、第２の開口部では抜けにくいためであると考えられる。第１の開口部より下流側の開口部では、いずれの開口部もエッチングレートがあまり変わらない。即ち、第１の開口部のみがエッチングが早く進み、それよりも下流の第２の開口部はエッチングが比較的遅いので、第１の開口部と第２の開口部とでは、形状が異なってしまう。この結果、開口部を形成した後、各開口部を切り離し、各開口部を用いて製品を製造すると、製品間で開口部の形状が異なってしまう。尚、本発明における開口部とは、シリコンウェハ表面に形成された開口からシリコンウェハの厚み方向に深さを有する部分をいう。

従って、本発明では、第１の開口部と第２の開口部とで、開口部が形成された後の処理を異ならせる。例えば、第１の開口部は、液体吐出ヘッドのシリコン基板の液体供給口として用いるかどうかの判定を行う。この判定は、例えば顕微鏡による液体供給口の形状の観察や、画像処理による液体供給口の形状寸法の測定により、閾値を超えているかどうかを判断する判定である。その結果、液体吐出ヘッドのシリコン基板の液体供給口として使えるものは、そのまま液体吐出ヘッドのシリコン基板の液体供給口として使う。液体吐出ヘッドのシリコン基板の液体供給口として使えないものは、液体吐出ヘッドのシリコン基板の液体供給口として用いない。即ち、例えば廃棄を行う。一方、第２の開口部は、このような判定を行わずに、液体吐出ヘッドのシリコン基板の液体供給口として用いる。このようにすることで、各開口部を用いて製品を製造する場合であっても、製品間での開口部の形状をより均一にすることができる。

さらに、本発明を応用し、第１の開口部のみが特にエッチングが早く進むということを考慮して、本来目的とする開口部の上流側にダミーの開口部を配置しておく方法がある。この方法を、図３及び図５を用いて説明する。図３は、シリコンウェハを図２と同じ位置で見た図である。図３では、図２の開口部９よりもさらに上流側に、開口部３を配置している。開口部３は、目的とする開口部とは異なる開口部、即ちダミーの開口部である。図３においては、列を構成する複数の開口部のうち、エッチング液の流れの最も上流側に形成された開口部は開口部３なので、開口部３が第１の開口部となる。液体吐出ヘッドのシリコン基板を例にとって説明すると、第１の開口部は液体供給口として用いないダミーの開口部として形成されている。一方、それよりもエッチング液の流れの下流側の開口部、例えば第２の開口部は、液体供給口として用いる目的で形成されている。

図５は、図３のＢ−Ｂ´におけるシリコンウェハの断面図である。図５では、図４と同様に、断面図の開口部に対応させて、各開口部のエッチングレートを示している。上述の通り、ダミーの開口部３を形成しておけば、ダミーの開口部３が第１の開口部となる。図５においては、ダミーの開口部３を０列目の開口部として表現しているが、ダミーの開口部３は、これよりも下流側の開口部（例えば２）と比較して、エッチングレートが高い。また、第１の開口部より下流側の開口部では、いずれの開口部もエッチングレートがあまり変わらない。第１の開口部であるダミーの開口部３は、本来の目的として形成しているわけではないので、これよりも下流側の第２の開口部（例えば２）とは、開口部が形成された後の処理を異ならせる。例えば、第１の開口部より下流側の開口部、即ち第２の開口部は、液体吐出ヘッドのシリコン基板の液体供給口として用い、第１の開口部は、液体吐出ヘッドのシリコン基板の液体供給口として用いないようにする。第１の開口部より下流側の開口部は、図５に示す通り、エッチングレートがそれほど変わらず、得られる形状も比較的均一である。この方法によれば、液体吐出ヘッドのシリコン基板の液体供給口は第１の開口部では形成されないので、製品間での開口部の形状を良好に均一とすることができる。ダミーの開口部は、各列に対していくつ形成してもよいが、２つ以上形成しても大きな効果は得られにくい。従って、各列に対して１つ形成すれば十分である。

第１の開口部は、シリコンウェハを貫通しない開口部であることが好ましい。シリコンウェハを貫通しない開口部であることで、シリコンウェハの強度を高めることができる。一方で、第２の開口部は、最終的にシリコンウェハを貫通する。このため、例えば第２の開口部を形成する位置にはレーザーを照射して穴を空けておき、第１の開口部を形成する位置にはレーザーを照射せず穴を空けないようにして、貫通するまでの時間を調整することが好ましい。

第１の開口部の形状は、図８（ａ）〜（ｅ）に示すように、様々な形状とすることができる。第２の開口部も、最終的な製品に求められる形状にすればよい。但し、エッチングの安定性の点等から、第１の開口部及び第２の開口部は、いずれも長方形であることが好ましい。また、列を構成する全ての開口部はいずれも長方形であることが好ましい。これら長方形の長手方向は、互いの開口部で実質的に平行になるように形成されていることが好ましい。特に第１の開口部の長手方向と第２の開口部の長手方向が実質的に平行に形成されていることで、第１の開口部をダミーの開口部として十分に機能させることができる。また、第１の開口部と第２の開口部とは、エッチング液の流れと垂直方向の幅を実質的に同じとすることが好ましい。これによっても、第１の開口部をダミーの開口部として十分に機能させることができる。さらには、列を構成する全ての開口部は、エッチング液の流れと垂直方向の幅が実質的に同じであることが好ましい。尚、本発明における「実質的に」とは、例えば「実質的に同じ」とあった場合に、製造誤差等による僅かな差異は同じと見なすことを意味する。

以下、本発明の実施例を説明する。

＜実施例１＞
まず、表面の結晶方位が（１００）のシリコンウェハ１を用意した（図６（ａ））。次に、シリコンウェハの表面上に、ＨＩＭＡＬ−１２００ＣＨ（商品名：日立化成工業製）をスピンコート法で塗布して保護層１１を形成し、保護層１１上にポジ型レジストであるＴＨＭＲ−ｉＰ５７００（商品名：東京応化工業製）を再びスピンコート法で塗布した（図６（ｂ））。このようにして形成したレジスト層１２に、露光装置により紫外光を照射し、さらに現像することによって、レジスト層１２に開口を形成し、レジスト層１２を保護層１１のマスクとした。このマスクを用い、保護層１１にドライエッチングを行い、保護層１１に開口を形成した。その後、レジスト層１２を除去した（図６（ｃ））。保護層１１へ形成した開口は、液体吐出ヘッドのシリコン基板の液体供給口として用いる目的で形成した開口部に対応した開口と、その上流側の位置にダミーの開口部に対応した開口とした。

次に、シリコンウェハ１の保護層１１を形成した側の面と反対側の面上に、液体吐出口及び液体流路を形成する流路形成部材１３を形成した（図６（ｄ））。

このようにして形成した、保護層１１及び流路形成部材１３を有するシリコンウェハ１を、図１に示すエッチング装置に配置した。シリコンウェハはチャンバーと支持部材とで挟み込み、エアシリンダーで加圧することで、エッチング液に耐性のあるＯ−リング（不図示）で液漏れのないようにシールした。

続いて、シリコンウェハの表面に沿ってエッチング液を流し、エッチング液の流れの上流側から下流側に沿って複数の開口部が並んだ列を形成した。エッチング液としては、ＴＭＡＨを２２質量％含有した水溶液を用いた。シリコンウェハの表面上でのエッチング液の流れは、実質的に一方向となるようにした。チャンバー４より流出したエッチング液をオーバーフロー槽（不図示）に受け、その中に加熱用ヒーター（不図示）を投入して８３℃に保持することによって加温を行った。そして循環ポンプ（不図示）により常にチャンバー４内へエッチング液７を供給するようにした。このようなエッチングにより、シリコンウェハに複数の開口部を形成した（図６（ｅ）、図６（ｆ））。複数の開口部のうち、エッチング液の流れの最も上流側に形成された第１の開口部は開口部３である。これよりも下流側の開口部である第２の開口部は、例えば開口部２である。その後、保護層１１を除去し、開口部を形成したシリコンウェハを得た（図６（ｇ））。

続いて、ダイシングブレードによって開口部毎にシリコンウェハを切断し、開口部を有する複数のシリコン基板を得た。第２の開口部を有するシリコン基板については、液体吐出ヘッドのシリコン基板の液体供給口としてそのまま用いた。一方、第１の開口部を有するシリコン基板については、顕微鏡を用いて液体吐出ヘッドのシリコン基板の液体供給口として用いるかどうかの判定を行った。この結果、開口部の形状が第２の開口部と比較してかなり異なるものであったため、液体吐出ヘッドのシリコン基板の液体供給口として用いなかった。

本実施例で製造した液体吐出ヘッドのシリコン基板の液体供給口を顕微鏡で観察したところ、製品間でのばらつきが±１％であり、高い均一性を有していた。

＜実施例２＞
図７に示す方法で、シリコンウェハに開口部を形成した。図７（ｄ）までは、実施例１の図６（ｄ）と同様にした。次に、第１の開口部であるダミーの開口部にはレーザーを照射せず、それ以外の開口部にはレーザーを照射し、未貫通穴１４を形成した。これ以外は実施例１と同様にした。

＜比較例１＞
実施例１と異なり、シリコンウェハ１にダミーの開口部を形成しなかった。また、形成した全ての開口部を同じようにして、即ち全ての開口部を、開口部を形成した後の処理を同じようにして、液体吐出ヘッドのシリコン基板の液体供給口として用いた。これ以外は、実施例１と同様にした。

比較例１で製造した液体吐出ヘッドのシリコン基板の液体供給口を顕微鏡で観察したところ、製品間でのばらつきが最大で３％あり、均一性が低い結果となった。

Claims

シリコンウェハの表面に沿ってエッチング液を流し、前記エッチング液の流れの上流側から下流側に沿って複数の開口部が並んだ列を形成する、シリコンウェハの加工方法であって、
前記列を構成する複数の開口部のうち、前記エッチング液の流れの最も上流側に形成された第１の開口部と、前記第１の開口部よりも前記エッチング液の流れの下流側に形成された第２の開口部とでは、開口部が形成された後の処理を異ならせることを特徴とするシリコンウェハの加工方法。
前記複数の開口部が並んだ列を複数形成し、前記複数形成された列の各列において、列を構成する複数の開口部のうち、前記エッチング液の流れの最も上流側に形成された第１の開口部と、前記第１の開口部よりも前記エッチング液の流れの下流側に形成された第２の開口部とでは、開口部が形成された後の処理を異ならせる請求項１に記載のシリコンウェハの加工方法。
前記第１の開口部は液体吐出ヘッドのシリコン基板の液体供給口として用いず、前記第２の開口部は液体吐出ヘッドのシリコン基板の液体供給口として用いることで、第１の開口部と第２の開口部とで開口部が形成された後の処理を異ならせる請求項１または２に記載のシリコンウェハの加工方法。
前記第１の開口部は液体吐出ヘッドのシリコン基板の液体供給口として用いるかどうかの判定を行い、前記第２の開口部は液体吐出ヘッドのシリコン基板の液体供給口として用いるかどうかの判定を行わないことで、第１の開口部と第２の開口部とで開口部が形成された後の処理を異ならせる請求項１〜３のいずれか１項に記載のシリコンウェハの加工方法。
前記列を構成する複数の開口部のうち、前記第１の開口部よりも前記エッチング液の流れの下流側に形成された全ての開口部は、開口部が形成された後の処理を同じとする請求項１〜４のいずれか１項に記載のシリコンウェハの加工方法。
前記列を構成する複数の開口部のうち、前記エッチング液の流れの最も上流側に形成された第１の開口部よりも前記エッチング液の流れの下流側に形成された開口部は、液体吐出ヘッドのシリコン基板の液体供給口として用いる目的で形成し、前記第１の開口部は、液体吐出ヘッドのシリコン基板の液体供給口として用いる目的ではなく、前記液体供給口のダミーの開口部として形成する請求項１〜５のいずれか１項に記載のシリコンウェハの加工方法。
前記第１の開口部は、シリコンウェハを貫通しない開口部である請求項１〜６のいずれか１項に記載のシリコンウェハの加工方法。
前記第１の開口部と前記第２の開口部とは、いずれも長方形であり、長方形の長手方向が互いの開口部で実質的に平行になるように形成されている請求項１〜７のいずれか１項に記載のシリコンウェハの加工方法。
前記列を構成する全ての開口部は、いずれも長方形であり、長方形の長手方向が互いの開口部で実質的に平行になるように形成されている請求項１〜８のいずれか１項に記載のシリコンウェハの加工方法。
前記第１の開口部と前記第２の開口部とは、前記エッチング液の流れと垂直方向の幅が実質的に同じである請求項１〜９のいずれか１項に記載のシリコンウェハの加工方法。
前記列を構成する全ての開口部は、前記エッチング液の流れと垂直方向の幅が実質的に同じである請求項１〜１０のいずれか１項に記載のシリコンウェハの加工方法。