JP2015035453A

JP2015035453A - ウエハ

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Publication number: JP2015035453A
Application number: JP2013164511A
Authority: JP
Inventors: 石倉　義之; Yoshiyuki Ishikura; 義之石倉
Original assignee: Azbil Corp
Current assignee: Azbil Corp
Priority date: 2013-08-07
Filing date: 2013-08-07
Publication date: 2015-02-19

Abstract

【課題】ウエハ表面の当該領域の表面粗さが当該領域の機能に対応した表面粗さを予め備えているウエハを提供する。
【解決手段】第１の機能を担う第１の領域(A1)と第２の機能を担う第２の領域(A2)とを同一面上に有するウエハ(10)であって、第１及び第２の領域(A1,A2)のウエハ(10)の厚さは等しく、第１の領域(A1)は第１の機能に対応した第１の表面粗(Ra1)さであり、上記第２の領域(A2)は第２の機能に対応した第２の表面粗さ(Ra2)である。
【選択図】図１

Description

本発明はウエハに関し、特にウエハ表面の特定の領域の粗さを他の領域と異なる粗さに設定してウエハを使用するウエハの利用技術に関する。

半導体デバイスやマイクロデバイスの製造にはシリコンやサファイアなどのウエハが基板材料として使用される。半導体デバイス等の製造に用いるウエハは、ＬＳＩ回路やＩＣ回路による高集積化・微細化技術の進展に伴い、ウエハ表面が、ミクロン［μｍ］オーダー、ナノ［ｎｍ］オーダーといった平均表面粗さ（粗度）で均一な面となるように製作される。例えば、特許文献１にはウエハの表面粗さを測定する表面粗さ測定装置が紹介されている。

ここで、ウエハの平均表面粗さＲａは、Ｒａ＝（１／Ｌ）∫｜ｆ（ｘ）｜ｄｘで表される。Ｌは測定距離、ｙ＝ｆ（ｘ）は粗さ曲線、積分区間は０〜Ｌである。

特開２０１２−１９０９１８号公報

ウエハは素子形成の基板として使用され、例えば、トランジスタ回路を形成する場合には、ウエハに不純物イオンを注入してＰ型やＮ型の半導体層や抵抗層を形成し、蒸着・スパッタ・メッキ法などによって絶縁膜・導電膜・保護膜・接続電極などを形成する。また、マイクロデバイス（マイクロマシン）を製作する場合には、半導体デバイスの製造で使用されるリソグラフィー技術などを応用してウエハを削って微細な機械構造体を作成する。このような半導体プロセス技術を使用する場合、工作精度を高めるために、ベースとなるウエハ表面は可及的に平均的粗さが小さくかつウエハ表面における平均的粗さが均一であることが望ましい。

しかしながら、例えば、センサ製作用のウエハにおいては、ウエハと他の基板との相互間を直接接合により貼り合わせる場合には、ウエハと他の基板とが分子間力によって結合するようにウエハの当該接合領域の表面を鏡面加工する必要がある。その一方、センサ製作用のウエハに形成した外部接続端子（電極膜）と引出配線が形成された可撓性基板（ＦＰＣ）の接続端子とを導電性接着剤を介して電気的及び機械的に接続するような場合には、導電性接着剤の結合力を増す（アンカー効果）ために外部接続端子（電極膜）の表面が所定の表面粗さであることが望ましい。

上述のように、センサ製作用ウエハがセンサ製作過程において、ウエハ表面に当該ウエハと他の基板との直接接合を行うべき領域（鏡面加工領域）と、当該ウエハと他の（配線）基板とを接着すべき領域（所定粗さ加工領域）とを含むものである場合、センサ製作工程中には当該領域の表面粗さを異ならしめる工程が必要となる。これはセンサ製作の工程数を増し、また、センサ製作を複雑化させる原因となる。

よって、本発明はウエハ表面の当該領域の表面粗さが当該領域に予定されている機能に対応した表面粗さを予め備えるようにしたウエハを提供することを目的とする。

上記課題を解決する本発明の一態様は、第１の機能を担う第１の領域と第２の機能を担う第２の領域とを同一面上に有するウエハであって、上記第１及び第２の領域のウエハの厚さは等しく、上記第１の領域は上記第１の機能に対応した第１の表面粗さであり、上記第２の領域は上記第２の機能に対応した第２の表面粗さである。

かかる構成とすることによって、予めウエハ表面の粗さが当該領域毎の機能に対応して設定されているので、ウエハと他の基板を直接接合や接着によって結合することができ、センサデバイスなどの製造が容易となる。

上記第２の表面粗さの度合いは上記第１の表面粗さの度合いよりも大きいことが望ましい。それにより、第１の領域と第２の領域とで異なる結合方法を採用することが可能となる。例えば、第１の領域の表面粗さを鏡面として他の基板との直接接合(分子間力による接合)に対応する。また、第２の領域の表面粗さを所定粗さとして接着剤による他の素材との接着力(結合力)に対応する。

上記第１の領域は素子形成領域又は他の基板との直接接合を行う領域であり、上記第２の領域は電気配線の接続領域又は接着剤を使用する領域であることが望ましい。それにより、ウエハ表面の粗さを利用することができるのでセンサなどの製作工程数の減少、製作の複雑さの緩和が可能となる。

上記第１の領域は他の基板との直接接合を図る直接接合領域であり、上記第２の領域は上記他の基板との剥離を容易にするための剥離用領域であることが望ましい。それにより、ウエハを他の基板の支持基板として使用することができ、例えば、当該他の基板を均一な厚さで薄膜化することが可能となる。

上記第１の表面粗さは平均表面粗さが１ナノメートルを超えない値であり、上記第２の表面粗さは平均表面粗さが１０〜５００ナノメートルの範囲内の値であることが望ましい。例えば、上記第１の表面粗さは鏡面であり、上記第２の表面粗さは接着剤のアンカー効果の認められる粗さであることが望ましい。また、第２の表面粗さは平均表面粗さが５０〜５００ナノメートルの範囲内の値であることが望ましい。それにより、基板の剥離用領域に水などの液体を浸透させ、これを気化させることによって接合した基板相互を剥離させる。

本発明によれば、ウエハは、ウエハの段階でウエハの当該領域に予定されている機能に対応した表面粗さが当該領域毎に設定されているので、センサなどの製作過程における工程数を減らすことが可能となる。

本発明の第１の実施例を説明する説明図である。第１の実施例における第２領域のパターン例を説明する説明図である。第１の実施例における第２領域の他のパターン例を説明する説明図である。第２の実施例を説明する説明図である。参考例を説明する説明図である。

以下、本発明の実施形態について図面を参照して説明する。各図において対応する部分には同一符号を付し、かかる部分の説明は省略する。

(実施例１)

第１の実施例においては、ウエハが少なくとも第１の領域と第２の領域とを有しており、第１の領域は半導体プロセスによる素子形成や基板の直接接合のためにウエハ表面が、例えば鏡面加工(第１の表面粗さ)される。また、第２の領域は接着剤による接合などのためにウエハ表面が相対的に第１の領域よりも粗面(第２の表面粗さ)となっている。

例えば、センサ製作用のウエハの表面は、フォトリソグラフィ工程でのレジスト塗布、パターン露光、エッチングなどを行うために、段差がなく平坦であることが望ましい。また、例えば、ウエハ(基板)同士の直接接合を実現するためには鏡面であることが望ましい。

そこで、ウエハを製作する最終工程でウエハに研削・研磨を行うことで全面が略同一の表面粗さでかつ平坦であるウエハを形成している。ウエハ全体の表面粗さはそのウエハで最も精密に仕上げられるべき部分の粗さに合わせて設定される。

また、ウエハ全体が同じ表面粗さではなく、ウエハの当該箇所に形成される機能に合わせて当該箇所が所望の表面粗さを有することが望まれる場合がある。例えば、センシング部を製作した面側の一部を接着する場合がある。精密にセンシング部を製作するためにはその部分には鏡面が要求される場合が多い。これに対して、接着性を高めるためには、そのアンカー効果を利用するために鏡面よりも粗くかつ均一の粗さが要求される。

図１(Ａ)乃至同(Ｃ)は、第１の実施例を説明する工程図であり、ウエハ製造の最終工程でポリッシュを行って異なる表面粗さの領域を持つウエハを製作する例を説明するものである。

図１(Ａ)は、図示しないシリコンインゴットから切り出されたウエハ１０の断面図である。通常は、このウエハ１０の表面を研磨してウエハ全体を所要の表面粗さに仕上げて最終のウエハとなる。実施例では、ウエハ１０の表面には第１の領域Ａ１と第２の領域Ａ２が想定され、第１の領域Ａ１は第１の表面粗さＲａ₁に、第２の領域は第２の表面粗さＲａ₂になるようにウエハを作製する。

まず、ウエハ１０の表面を研削装置または研磨装置によってウエハ全体の平均表面粗さが１０〜５００［ｎｍ］程度の範囲内における値Ｒａ₂となるようにウエハ１０の表面全体を仕上げる。

次に、ウエハ１０の表面全体にフォトレジストを塗布し、領域Ａ２のパターンを露光し、現像して領域Ａ２を開口したマスクを形成する。このマスクを用いてウエハ１０の表面にドライエッチングを行う。

図１(Ｂ)に示すように、エッチングによってウエハ１０の領域Ａ２を所定量掘削して凹部を形成する。凹部の底部(領域Ａ２)にはウエハ表面の粗さＲａ₂が転写されて表面粗さがＲａ₂（１０〜５００［ｎｍ］程度の範囲内の値）となる。

次に、図１（Ｃ）に示すように、ウエハ１０表面の凸部（領域Ａ１）を研磨装置によって研磨する。凸部の研磨は凹部の底部に至ったときに停止してウエハ１０表面全体を平坦化する。凸部研磨による平均表面粗さをＲａ₁（１［ｎｍ］以下あるいは１［ｎｍ］を超えない値）となるように設定する。この結果、ウエハ１０表面の領域Ａ１の平均粗さはＲａ₁（１［ｎｍ］以下）、領域Ａ２の平均粗さはＲａ₂（１０〜５００［ｎｍ］範囲内の値）となる。第１の領域Ａ１は鏡面、第２の領域Ａ２の平均粗さＲａ₂は鏡面よりも粗い粗面となる。ウエハ１０の鏡面加工部分は微細パターン加工、機能素子形成、基板貼り合わせ等に使用される。ウエハ１０の粗面加工部分は接着領域などに使用される。粗面加工によってアンカー効果を生じさせて接着の結合力を強化する。なお、第１の領域のパターン、第２の領域のパターンは特定のパターンに限定されない。

図２及び図３は、第２の領域のパターン形成例を示している。図２は、第２の領域に外部との電気的接続を行う電極を形成する例である。

図２（Ａ）は、ウエハ１０から切り出される単位チップを示しており、例えば、第１の領域Ａ１にはセンサ素子などが形成される。第２の領域Ａ２には図示しない可撓性基板（ＦＰＣ基板）との電気的接続を行うための四角形の電極パッドが形成される。第２の領域Ａ２はチップの一端部に沿って一列に形成されている。下地となるウエハ表面の粗さが電極バッドの表面粗さに反映されるので導電性接着剤を用いた可撓性基板との接着における結合力が得られる。

図２（Ｂ）は、第２の領域Ａ２に電気的接続を行うための円形の電極パッドが形成される例を示している。

図２（Ｃ）は、チップの外周に沿ってあるいはチップの外縁部側に第２の領域Ａ２が形成されて、第２の領域Ａ２が電極パッドとして利用される例を示している。

図３は、センサ素子などが形成される第１の領域Ａ１を図示しない樹脂キャップなどで覆う場合に、第２の領域Ａ２をチップ（ウエハ）とキャップとの接着領域とするものである。

図３（Ａ）は、第１の領域Ａ１を保護する四角形キャップの外周の接着面に対応して第２の領域Ａ２を四角形の環状形に形成している。

図３（Ｂ）は、第１の領域Ａ１を保護する円形キャップの外周の接着面に対応して第２の領域Ａ２を円環状に形成している。

図３（Ｃ）は、第１の領域Ａ１を保護する円形キャップの外周の接着面に対応して第２の領域Ａ２を円環状に形成し、更に、回部接続の電極パッドの領域に対応して第２の領域Ａ２を設定している例を示している。

このように、予めウエハの当該領域に割り当てられる機能に対応した表面粗さをウエハの当該領域に設定しておくことによって装置の組立が容易になる。

（実施例２）

図４は本発明の第２の実施例を示している。同図において図１と対応する部分には同一符号を付し、かかる部分の説明は省略する。

この実施例では、図４(Ａ)に示すように、研磨対象の基板２０を支持する基板としてウエハ１０を使用している。ウエハ１０は機械的強度を保つために肉厚に形成されており、図１のような既述工程で作製される。ウエハ１０には第１の領域と第２の領域が形成されており、第１の領域は基板接合のために鏡面（例えば、平均表面粗さＲａ₁が１［ｎｍ］以下程度あるいは１［ｎｍ］を超えない値）に加工され、第２の領域は基板剥離用に相対的に粗面（例えば、平均粗さＲａ₂が５０〜５００［ｎｍ］の範囲内の値）に加工されている。このため、ウエハ１０の第１の領域では強い直接接合が得られるが、第２の領域では相対的に直接接合の結合力が弱い。また、例えば、第２の領域は接合・剥離を容易にするために格子状のパターンで構成される。この格子状のパターンはウエハの外周まで到達している。ウエハ１０に対象基板２０を載置すると第１の領域の鏡面Ｒａ₁と第２の領域の粗面Ｒａ₂に対象基板２０が密着する。第１の領域と第２の領域とでウエハ１０とウエハ２０との結合力が異なるが、ウエハ１０上に基板２０を工作可能に固定できれば良い。

図４(Ｂ)に示すように、研磨対象の基板２０全体を密着させて直接接合によって固定する。例えば、ウエハ１０に固定した状態で基板２０を図示しない研削・研磨装置により処理を行って基板２０を薄膜化する。基板２０は、例えば、センサ装置のダイヤフラムとなる。

次に、図４（Ｃ）に示すように、別途作製した逆凹型のセンサ基板３０を直接接合によって基板２０に接合する。この接合を実施する前洗浄時に図４（Ｂ）に示すウエハ１０と基板２０は水で洗浄される。この洗浄の時に、ウエハ１０及び基板２０相互間の粗面の第２の領域にウエハ外周部より水が浸入する。

次に、図４（Ｄ）に示すように、基板２０とセンサ基板３０との接合強度を増加するために加熱する。この加熱の際にウエハ１０及び基板２０間の第２の領域（平均粗さＲａ₂）に浸透した水分がガス化して膨張し、直接接合していたウエハ１０と基板２０とを剥離させるように作用する。第２の領域が直接接合基板の剥離用の領域として機能する。

このようにして、表面粗さが異なる領域が設定されたウエハ１０を支持基板として使用することができる。

（参考例）

図５は、実施例２の説明を補う参考例である。同図（Ａ）に示すように、断面凹型のセンサ基板３０に基板２０を直接接合した後、同図（Ｂ）に示すように、基板２０を研磨して薄膜化した場合には、センサ基板３０の空洞３２の存在によって基板２０が撓むので基板２０を均一な膜厚で薄膜化することは困難である。

これに体して、図４に示す例では、ウエハ１０によって基板２０の背面を全面的に支持しているので基板２０を均一に薄膜化することが可能となる。

以上説明したように、本発明の実施例によれば、ウエハ段階でウエハ表面にウエハの当該領域に予定されている機能に対応した表面粗さを予め設定するのでウエハ上への装置の形成が簡単となる。例えば、表面粗さを鏡面として素子形成領域や基板同士の直接接合領域として利用し、あるいは表面粗さを所定の粗面として基板同士の接着領域、あるいは電気的配線の接続領域として利用することができる。

上記発明の実施の形態を通じて説明された実施例や応用例は、用途に応じて適宜に組み合わせて、又は変更若しくは改良を加えて用いることができ、本発明は上述した実施形態の記載に限定されるものではない。そのような組み合わせ又は変更若しくは改良を加えた形態も本発明の技術的範囲に含まれ得ることが、特許請求の範囲の記載から明らかである。

本発明のウエハは各種センサのセンサ素子の基板やウエハを薄膜化する際の支持基板として使用して好適である。

１０…ウエハ
２０…薄膜基板
３０…センサ基板
Ａ１…第１の領域
Ａ２…第２の領域
Ｒａ₁…第１の平均表面粗さ
Ｒａ₂…第２の平均表面粗さ

Claims

第１の機能を担う第１の領域と第２の機能を担う第２の領域とを同一面上に有するウエハであって、
前記第１及び第２の領域のウエハの厚さは等しく、
前記第１の領域は前記第１の機能に対応した第１の表面粗さであり、
前記第２の領域は前記第２の機能に対応した第２の表面粗さである、ウエハ。
前記第２の表面粗さの度合いは前記第１の表面粗さの度合いよりも大きい、請求項１に記載のウエハ。
前記第１の領域は素子形成領域であり、前記第２の領域は接着剤使用領域である請求項１又は２に記載のウエハ。
前記第１の領域は他の基板との直接接合を図る直接接合領域であり、前記第２の領域は前記他の基板との剥離を容易にするための剥離用領域である請求項１又は２に記載のウエハ。
前記第１の表面粗さは平均表面粗さが１ナノメートルを超えない値であり、前記第２の表面粗さは平均表面粗さが１０〜５００ナノメートルの範囲内の値である、請求項１乃至４のいずれかに記載のウエハ。