JP2014033099A

JP2014033099A - シリコンチューブの製造方法

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Publication number: JP2014033099A
Application number: JP2012173080A
Authority: JP
Inventors: Arinori Nakajima; 有紀中島; Yoshihiro Gamo; 吉洋蒲生; Ryuichi Hamaguchi; 竜一濱口
Original assignee: Azbil Corp
Current assignee: Azbil Corp
Priority date: 2012-08-03
Filing date: 2012-08-03
Publication date: 2014-02-20
Anticipated expiration: 2032-08-03
Also published as: JP6091108B2

Abstract

【課題】切削加工によりシリコンチューブを作製した場合であっても、シリコンチューブのクラックの進展を抑制する。
【解決手段】シリコンウェハ２から切削加工によりシリコンチューブ３を作製するシリコンチューブの製造方法において、シリコンウェハとして面方位（１００）の単結晶シリコンウェハを用いてチューブ側面が面方位と平行になる方向に切削するか、あるいは面方位（１１０）または（１１１）の単結晶シリコンを用いて、チューブ側面が面方位に対して所定角度だけ傾くように切削加工を行う。
【選択図】図２

Description

この発明は、シリコンウェハから切削加工によりシリコンチューブを作製するシリコンチューブの製造方法において、クラックの進展を抑制することが可能なシリコンチューブの製造方法に関するものである。

図７に示すように、差圧発信器に搭載されるセンサパッケージングでは、センサヘッダとセンサチップとの間にパイレックス（登録商標、以下記載を省略する）ガラスを介してシリコンチューブ１００が配置されている。シリコンチューブ１００は、センサヘッダとセンサチップとの熱膨張率の差を緩和するために設置される。このシリコンチューブ１００は、上面に鏡面処理がなされており、パイレックスガラスと陽極接合されている。

特開平９−２６６３４７号公報

ここで、シリコンのような硬脆性材料を用いてアスペクト比が大きな形状に加工する場合には、超音波加工を用いることが一般的である。また、シリコンチューブ１００はセンサ部に接触する部品であり、外部からの力を受けるため、耐クラック性が求められる。そのため、マイクロクラックが発生しやすい機械加工は不向きである。しかしながら、差圧発信器向けのシリコンチューブ１００では、コスト削減のため、シリコンウェハから切削加工によりチューブ状に加工している。

そのため、切削加工によりシリコンチューブ１００を作製した場合、シリコンチューブ１００の接合面から約０．２ｍｍ下部において外周面から中心に向かってクラックが発生する場合があった。そして、このようなシリコンチューブ１００を差圧発信器に用いた場合、シリコンチューブ１００に加えられた力によりクラックが進行し、シリコンチューブ１００が破断してセンサチップから分離する恐れがあるという課題があった。

なお、特許文献１には、ある結晶面から傾斜した基板を用いて半導体素子を作製する場合に、劈開時に形成するスクライブ線やエッチング溝を所定の位置とすることで、クラックの発生を抑制する製造方法が開示されている。しかしながら、この半導体素子の製造方法はシリコンチューブの製造方法とは全く異なり、適用できるものではない。

この発明は、上記のような課題を解決するためになされたもので、切削加工によりシリコンチューブを作製した場合であっても、シリコンチューブのクラックの進展を抑制することができるシリコンチューブの製造方法を提供することを目的としている。

この発明に係るシリコンチューブの製造方法は、シリコンウェハから切削加工によりシリコンチューブを作製するシリコンチューブの製造方法において、シリコンウェハとして面方位（１００）の単結晶シリコンウェハを用いるものである。

この発明に係るシリコンチューブの製造方法は、シリコンウェハから切削加工によりシリコンチューブを作製するシリコンチューブの製造方法において、シリコンウェハとして非晶質なシリコンウェハを用いるものである。

この発明に係るシリコンチューブの製造方法は、シリコンウェハから切削加工によりシリコンチューブを作製するシリコンチューブの製造方法において、シリコンウェハとして多結晶シリコンウェハを用いるものである。

この発明に係るシリコンチューブの製造方法は、シリコンウェハから切削加工によりシリコンチューブを作製するシリコンチューブの製造方法において、シリコンウェハとして面方位（１１０）または面方位（１１１）の単結晶シリコンウェハを用い、当該シリコンウェハを所定角度傾けて切削加工を行うものである。

この発明に係るシリコンチューブの製造方法は、シリコンウェハから切削加工によりシリコンチューブを作製するシリコンチューブの製造方法において、シリコンウェハとして面方位（１１０）または面方位（１１１）の単結晶シリコンが所定角度傾けられて加工されたシリコンウェハを用いるものである。

この発明によれば、上記のように構成したので、切削加工によりシリコンチューブを作製した場合であっても、シリコンチューブのクラックの進展を抑制することができる。

この発明の実施の形態１に係るシリコンチューブを作製するためのシリコンチューブ切削装置の構成を示す図であり、（ａ）全体構成図であり、（ｂ）（ａ）の符号Ａの拡大図である。この発明の実施の形態１に係るシリコンチューブの製造方法を説明する図である。この発明の実施の形態１に係るシリコンチューブの製造を行う際のワーク状態を示す図である。この発明の実施の形態１に係るシリコンチューブの製造方法を示す図であり、（ａ）「もみつけ」を示す図であり、（ｂ）「外周加工（第１工程）」を示す図であり、（ｃ）「外周加工（第２工程）」を示す図であり、（ｄ）「穴あけ加工」を示す図である。この発明の実施の形態１に係るシリコンチューブのウェハ面方向による劈開面の方向の違いを示す図であり、（ａ）面方位（１１１）のシリコンウェハを用いた場合を示す図であり、（ｂ）面方位（１１０）のシリコンウェハを用いた場合を示す図であり、（ｃ）面方位（１００）のシリコンウェハを用いた場合を示す図である。この発明の実施の形態４に係るシリコンチューブの製造方法を説明する図であり、（ａ）面方位（１１１）のシリコンウェハを用いた場合を示す図であり、（ｂ）面方位（１１０）のシリコンウェハを用いた場合を示す図である。差圧発信器に用いられるシリコンチューブの構成を示す図である。

以下、この発明の実施の形態について図面を参照しながら詳細に説明する。
実施の形態１．
図１はこの発明の実施の形態１に係るシリコンチューブ３を作製するためのシリコンチューブ切削装置１の構成を示す図である。
シリコンチューブ切削装置１は、図１に示すように、ワーク（シリコンウェハ２）が設置されるワーク設置部１１と、設置されたワークに対して切削加工を行う切削工具１２と、この切削工具１２の動作を制御する動作制御部１３とから構成されている。そして、このワーク設置部１１に図２に示すシリコンウェハ２を設置し、切削工具１２を用いてチューブ状に加工することで、図２に示すようなシリコンチューブ３を作製する。なお、シリコンウェハ２として、面方位（１００）の単結晶シリコンウェハを用いる。

次に、このシリコンチューブ３の製造方法の詳細について、図３，４を参照しながら説明する。
シリコンチューブ３を作製する場合、図３に示すように、シリコンウェハ２の下面には、シリコンウェハ２を固定するため板状の基板例えば青板ガラス４を設置する。また、シリコンウェハ２の上面には、切削加工によるチッピングを防止するため厚さ０．５ｍｍの保護材例えばホウ珪酸ガラス５を設置する。

そして、図３に示す状態のワークに対して、図４（ａ）に示すように、まず、「もみつけ」を行う。「もみつけ」とは、切削工具１２として単結晶ダイヤモンドバイトを用い、シリコンチューブ３の孔３１部分（図２参照）を加工するための起点３２をホウ珪酸ガラス５を介してシリコンウェハ２上に作る工程である。

次いで、図４（ｂ），（ｃ）に示すように、「外周加工」を行う。「外周加工」とは、切削工具１２としてコアドリルを用い、上記「もみつけ」により加工された起点３２を軸心とする円柱をシリコンウェハ２から作る工程である。なお「外周加工」では、図４（ｂ）に示すように、まず、ホウ珪酸ガラス５の表面から深さ１ｍｍまでステップ加工を行う。この際、コアドリルは、０．１５ｍｍ掘り進み、０．１５ｍｍ戻るという動きをする。そして、ホウ珪酸ガラス５の厚さ０．５ｍｍとコアドリルの先端Ｒ０．３を考慮すると、この加工によって、シリコンチューブ３の表面から０．２ｍｍの側面まで加工されたこととなる。これ以降はステップ幅を変えて、図４（ｃ）に示すように、シリコンウェア２の底面まで加工を行う。この際、コアドリルは、０．２ｍｍ堀り進み、ホウ珪酸ガラス５の上面５ｍｍまで持ち上げるという動きをする。

次いで、図４（ｄ）に示すように、「穴あけ加工」を行う。「穴あけ加工」とは、切削工具１２としてドリルを用い、「もみつけ」により加工された起点３２に対して穴を開ける工程である。
以上の３工程によりシリコンウェハ２からシリコンチューブ３を作製することができる。

そして、上記のように切削加工により作製されたシリコンチューブ３では、その接合面から約０．２ｍｍ下部で、外周面から中心に向かってクラックが発生する場合がある。この位置は、図４（ｂ）に示す「外周加工」において、ホウ珪酸ガラス５表面から１ｍｍまでステップ加工した際に、シリコンウェハ２が加工される位置と一致している。

次に、上記のような製造方法により作製されたシリコンチューブ３のウェハ面方位の違いによるクラック進展の程度について、図５を参照しながら説明する。
まず、図５（ａ）に示すように、面方位（１１１）のシリコンウェハ２を使用してシリコンチューブ３を作製した場合、劈開面（１１１）がシリコンチューブ３の接合面に対して水平となり、側面からクラックが入りやすい。そのため、このシリコンチューブ３を差圧発信器に用いた場合、シリコンチューブ３に力が加えられることでクラックが進行すると、シリコンチューブ３が破断してセンサチップから分離する恐れがある。

次に、図５（ｂ）に示すように、面方位（１１０）のシリコンウェハ２を使用してシリコンチューブ３を作製した場合、劈開面（１１０）がシリコンチューブ３の接合面に対して水平となり、側面からクラックが入りやすい。なお、劈開面（１１０）は劈開面（１１１）に次いでクラックが入りやすい。そのため、このシリコンチューブ３を差圧発信器に用いた場合、シリコンチューブ３に力が加えられることでクラックが進行すると、シリコンチューブ３が破断してセンサチップから分離する恐れがある。
また、劈開面（１１１）は、劈開面（１１０）と３５．２°の角度をなしている。そして、シリコンチューブ３の接合面より０．２ｍｍ下部から劈開面（１１１）のクラックが進展した場合、外周より０．２８ｍｍの部分まで接合面を失うこととなり、接合強度の仕様範囲外となってしまう。

一方、図５（ｃ）に示すように、面方位（１００）のシリコンウェハ２を使用してシリコンチューブ３を作製した場合には、劈開面（１１１），（１１０）が接合面に対して５４．７°，９０°の角度をなすため、クラックが入りにくい。
また、シリコンチューブ３の接合面より０．２ｍｍ下部から劈開面（１１１）のクラックが進展した場合には、外周より０．１４ｍｍの部分まで接合面を失うことなるが、面方位（１１１），（１１０）のシリコンウェハ２を用いた場合よりも、センサチップとの接合面を確保することができる。すなわち、面方位（１００）のシリコンウェハ２を用いてシリコンチューブ３を作製することで、クラックの進行が中心まで達する可能性が低くなり、接合強度の低下を仕様範囲内に留めることができる。

以上のように、この実施の形態１によれば、シリコンウェハ２として面方位（１００）の単結晶シリコンウェハを用いて切削加工によりシリコンチューブ３を作製するように構成したので、接合面に対して水平方向のクラックの発生を最も抑制でき、また、比較的弱い劈開面（１１０）はシリコンチューブ３の長軸方向のためクラックの発生が極めて起こりづらい。さらに、一番脆い劈開面（１１１）は接合面に対して５４．７°と深い角度で交わるため、接合面より０．２ｍｍ下部からクラックが発生しても、接合面積を確保できる。そのため、接合強度の低下を最小限に抑制することが可能となる。

また、面方位を統一することによって、センサの温度特定を安定させることが可能となる。すなわち、従来では、面方位を考慮せずにシリコンチューブ３を作製していたため、シリコンチューブ３の接合面の熱膨張率やヤング率がロット毎にまちまちであった。そのため、この特性の異なるシリコンチューブ３を用いることにより、センサ特性がロット間で多少変化していた可能性が考えられる。それに対して本手法を用いることで、シリコンチューブ３の接合面の特性を統一することができ、センサ特性を安定させることが可能となる。

実施の形態２．
実施の形態１では、単結晶シリコンウェハを用いてシリコンチューブ３を作製する場合について示した。これに対して、例えばアモルファスシリコンのような非晶質なシリコンウェハを用いてシリコンチューブ３を作製するようにしてもよい。この場合には、非晶質であるため、面に沿ったクラックの進展が発生することはない。

実施の形態３．
実施の形態１では単結晶シリコンウェハを用い、実施の形態２では非晶質なシリコンウェハを用いて、シリコンチューブ３を作製する場合について示した。これに対して、多結晶シリコンウェハを用いてシリコンチューブ３を作製するようにしてもよい。この場合、面方位が不連続なため単結晶の場合よりもクラックは進展しにくい。

実施の形態４．
実施の形態１では、面方位（１００）のシリコンウェハ２を用いてシリコンチューブ３を作製することでクラックの進展を抑制するよう構成した。これに対して、図６に示すように、面方位（１１０），（１１１）のシリコンウェハ２を所定角度傾けて切削加工を行うにしてもよい。なお、図６（ａ）において、左図は面方位（１１１）のシリコンウェハ２を傾けずに切削加工を行った場合、右図は面方位（１１１）のシリコンウェハ２を傾けて切削加工を行った場合での劈開面の方向の違いを示している。また、図６（ｂ）において、左図は面方位（１１０）のシリコンウェハ２を傾けずに切削加工を行った場合、右図は面方位（１１０）のシリコンウェハ２を傾けて切削加工を行った場合での劈開面の方向の違いを示している。なお、図中のグレー部分はシリコンチューブ３となる部分である。そして、この手法により作製したシリコンチューブ３を差圧発信器に適用した場合、シリコンチューブ３に対して下方から力が働くため、劈開面（１１０），（１１１）が傾いていれば、クラックは進展しにくくなることが想定される。
また、面方位（１１０），（１１１）の単結晶シリコンが所定角度傾けられて加工されたシリコンウェハ２を用いて、シリコンチューブ３を作製するようにしてもよい。

なお、本願発明はその発明の範囲内において、各実施の形態の自由な組み合わせ、あるいは各実施の形態の任意の構成要素の変形、もしくは各実施の形態において任意の構成要素の省略が可能である。

１シリコンチューブ切削装置
２シリコンウェハ
３シリコンチューブ
４青板ガラス
５ホウ珪酸ガラス
１１ワーク設置部
１２切削工具
１３動作制御部
３１孔
３２起点

Claims

シリコンウェハから切削加工によりシリコンチューブを作製するシリコンチューブの製造方法において、
前記シリコンウェハとして面方位（１００）の単結晶シリコンウェハを用いる
ことを特徴とするシリコンチューブの製造方法。
シリコンウェハから切削加工によりシリコンチューブを作製するシリコンチューブの製造方法において、
前記シリコンウェハとして非晶質なシリコンウェハを用いる
ことを特徴とするシリコンチューブの製造方法。
シリコンウェハから切削加工によりシリコンチューブを作製するシリコンチューブの製造方法において、
前記シリコンウェハとして多結晶シリコンウェハを用いる
ことを特徴とするシリコンチューブの製造方法。
シリコンウェハから切削加工によりシリコンチューブを作製するシリコンチューブの製造方法において、
前記シリコンウェハとして面方位（１１０）または面方位（１１１）の単結晶シリコンウェハを用い、当該シリコンウェハを所定角度傾けて切削加工を行う
ことを特徴とするシリコンチューブの製造方法。
シリコンウェハから切削加工によりシリコンチューブを作製するシリコンチューブの製造方法において、
前記シリコンウェハとして面方位（１１０）または面方位（１１１）の単結晶シリコンが所定角度傾けられて加工されたシリコンウェハを用いる
ことを特徴とするシリコンチューブの製造方法。