JP2022011225A - シリコンウェーハ切断方法 - Google Patents

Abstract

【課題】表面の繊細な機能的構造の損傷を回避し、ウェーハを個々のチップに正確に切断し、正確なパターン形成を導けるウェーハ切断方法を提供する。【解決手段】両面研磨されたシリコンウェーハであって、機能的構造が準備される表面と当該表面と対になる裏面を有する前記シリコンウェーハを準備する工程と、前記シリコンウェーハの表面に複数の貫通穴および機能的構造を形成する工程と、前記貫通穴によって定義された切断経路に沿って前記シリコンウェーハをダイシングする工程とを備え、前記シリコンウェーハから切断分離された個々のチップには、少なくとも１種類の機能が含まれていることを特徴とするシリコンウェーハ切断方法。【選択図】図１Ａ

Description

本発明は、表面の繊細な機能的構造の損傷を回避し、ウェーハを個々のチップに正確に切断し、正確なパターン形成を導けるシリコンウェーハ切断方法に関する。

集積回路（ＩＣ）や半導体デバイスの分野でよく知られているように、機能領域のアレイが形成された半導体ウェーハは、ダイシング工程を経て、各々のウェーハが機能領域を有するように、複数のチップに分割される。ナノスケールで発生するプロセスをその場で観察するために、透過型電子顕微鏡の分野でのチップ、特にＳｉチップの応用が大きな注目を集めている。これらのチップは通常Ｅチップと呼ばれ、その上に窒化ケイ素膜、電極、または発熱体などの機能的特徴が組み込まれている。チップは、ウェーハからダイシングまたはカッティングすることによっても得られる。

ダイシングソーは、半導体またはマイクロエレクトロメカニカルシステム（Micro Electro Mechanical Systems：ＭＥＭＳ）で広く使用されているウェーハ分離方法である。ソーイング技術では、高回転数で回転する先端のダイヤモンド鋸が接触し、ウェーハ上の分割線に沿ってウェーハを切断する。ウェーハソーイング操作では、ウェーハはウェーハキャリア上の接着シートに強力に接着され、切断中のウェーハの安定を保証する。そして、鋸はウェーハ上の一連の平行な経路によってウェーハを切断する。切断が一方向に終了した後、鋸または切断テーブルを９０度回転させながら、切断は前の方向に垂直な方向に沿って進行する。

Ｅチップ上の半導体センサーチップの自立カンチレバー、及び吊り下げられた自立した窒化ケイ素膜などの機能的特徴は壊れやすいので、ダイシングプロセスではチップ上のこれらの壊れやすい部分の損傷を回避する必要がある。切断経路は慎重に選択する必要がある。これにより、ウェーハ上の機能フィーチャが切断経路から一定の距離を保ち、ウェーハ上の各機能ユニットが損傷するのを防ぐことができる。さらに、ダイシングにより、個々のウェーハのエッジにチッピングやクラックなどの欠陥が生じる可能性がある。欠陥は、チップ上の機能部品にまで及ぶリスクがあり、チップの故障につながる。１つの原因は、切断経路が特定の結晶方向から逸れることである。たとえば、Ｓｉ｛１００｝ウェーハの結晶方向＜１１０＞は、シリコンウェーハを分離する際の慣習的な分割方向である。通常、Ｓｉ｛１００｝ウェーハのスクライブまたは劈開は、その＜１１０＞方向に適用される。分割方向が＜１１０＞方向に正確に揃えられていないと、欠陥が発生しやすくなる。さらに、ＭＥＭＳまたは液体セル透過型電子顕微鏡（ＬＣ－ＴＥＭ）の分野では、２つ以上のチップを積み重ねてデバイスを形成する場合がある。個々のチップの真っ直ぐで正確なエッジによって、積み重ねるチップの位置合わせが容易になるため、生産効率が向上する。したがって、ダイシング操作の前に、切断経路に注意深くマークを付ける必要がある。

一方、電気素子などの機能的特徴のいくつかは、ウェーハダイシングの前にウェーハの特定の領域に堆積される。機能要素は、通常、半導体ウェーハ上の特定の位置に配置される。フォトリソグラフィは、ウェーハ上のレジストをパターン化して、希望の位置に材料を確実に堆積させるために使用される。正確なパターン形成を実現するために、フォトリソグラフィをガイドする必要がある。ウェーハ上の位置決め基準マークは、フォトリソグラフィでは不可欠である。

特開２０１５－１９１９９２号公報 特開２０１７－２０８４１１号公報

２．１ＭＥＭＳプロセス『産業のマメ、ＭＥＭＳ（メムス）』 一般財団法人マイクロマシンセンター（２０１７年１０月）ｐ．７1593408343499_0 ナノ機械構造体形成技術の開発 『高集積・複合ＭＥＭＳ製造技術開発プロジェクト－ＮＥＤＯ』（平成１８年－２０年）ｐ．３https://www.nedo.go.jp/content/100079614.pdf

半導体、ＭＥＭＳ、または透過型電子顕微鏡（ＴＥＭ）に使用されるチップの製造で懸念される課題には、個々のチップの壊れやすい部品の損傷、個々のチップフレームの不規則なエッジまたは欠陥のあるエッジ、および機能的特徴の堆積パターンの信頼性の高い位置合わせガイドに欠けていることである。これらの問題は、チップの故障につながり、歩留まりを低下させ、チップのコストを増加させる可能性がある。
本発明の目的は、個々のチップ上の脆弱部分を保護し、正確な刃先を得るために、ダイシング経路を正確にマークすることである。本発明の別の目的は、所望の位置でのフォトリソグラフィのパターン形成を確実にするために、ウェーハ上にはっきりと見える位置決め基準マークを形成することである。

［１］ 本発明のウェーハ切断方法は、例えば図１に示すように、
両面研磨されたシリコンウェーハを準備する工程と；
前記シリコンウェーハに複数の貫通穴を形成すると共に、前記シリコンウェーハの表側表面に複数の機能的構造を形成する工程と；
前記シリコンウェーハの表側表面を保護基板に取り付けることにより、前記シリコンウェーハの裏側表面にパターンを作成する際の損傷から表側表面を保護する工程と；
前記シリコンウェーハをダイシングする工程であって、ウェーハステージ上に前記シリコンウェーハの裏側表面を堅固に取り付けて、前記シリコンウェーハをウェーハキャリアステージに載置する工程と、貫通穴によって規定される経路に沿ってダイシングソーにより前記シリコンウェーハを切断する工程とを含むと共に、
前記ダイシングソーまたは前記ウェーハキャリアステージは回動可能であり、ダイシングソーを定義された前記経路に合わせるように前記回動の状態を制御して、前記シリコンウェーハから切断され分離された矩形形状の各チップが少なくとも１つの機能的構造を含むように切り離すことを特徴とする、シリコンウェーハの切断方法。

［２］ 本発明のウェーハ切断方法［１］において、好ましくは、前記両面研磨されたシリコンウェーハは、低圧化学蒸着（ＬＰＣＶＤ）装置を使用することにより、シリコンウェーハ上の窒化シリコン（ＳｉＮｘ）または炭化シリコン（ＳｉＣ）の薄層でコーティングされるとよい。
好ましくは、前記コーティング層の厚さは、１０～２００ｎｍの範囲であるとよい。
［３］ 本発明のウェーハ切断方法［１］において、好ましくは、前記貫通穴は、表面および裏面が長方形または正方形であるとよい。
［４］ 本発明のウェーハ切断方法［３］において、好ましくは、前記シリコンウェーハがＳｉ｛１００｝ウェーハの場合、前記貫通穴の端は＜１１０＞方向に平行であるとよい。好ましくは、前記貫通穴の端は特定の結晶学的方向に平行であるとよい。

［５］ 本発明のウェーハ切断方法［１］において、好ましくは、前記シリコンウェーハ上の機能的構造は、自立型のＳｉＮｘまたはＳｉＣよりなる膜であり、自立型のＳｉＮｘまたはＳｉＣよりなる膜は電子顕微鏡用チップ用の電子透過性の窓であるとよい。
［６］ 本発明のウェーハ切断方法［１］において、好ましくは、前記機能的構造は、前記シリコンウェーハのＳｉＮｘもしくはＳｉＣ層上に堆積されたＡｌ、Ａｇ、Ａｕ、Ｃ、Ｃｒ、Ｃｕ、Ｇｅ、Ｉｒ、Ｉｎ、Ｍｏ、Ｎｉ、Ｐｔ、Ｐｄ、Ｓｉ、Ｔｉ、Ｗ、ＡｕＧｅ、Ａｌ_２Ｏ_３、ＩＴＯ（Ｉｎｄｉｕｍ Ｔｉｎ Ｏｘｉｄｅ）、ＧａＡｓ、ＳｉＮ、ＳｉＯ_２、ＭｇＯ、ＴｉＮ、ＴｉＯ_２、Ｔａ_２Ｏ_５、ＨｆＯ_２、エポキシベースのフォトレジスト、またはポリイミドであるとよい。
［７］ 本発明のウェーハ切断方法［１］において、好ましくは、前記機能的構造がセンサーまたは集積回路であるとよい。

［８］ 本発明のウェーハ切断方法［１］において、好ましくは、前記機能的構造が、前記シリコンウェーハの表面上に二次元アレイで配置されるとよい。
好ましくは、前記シリコンウェーハがＳｉ｛１００｝ウェーハである場合、前記機能的構造のすべての列と行は＜１１０＞方向に平行であるとよい。
［９］ 本発明のウェーハ切断方法［１］において、好ましくは、前記貫通穴は、前記シリコンウェーハの裏面を、フォトレジストコーティング、フォトリソグラフィ、現像、ＳｉＮｘまたはＳｉＣコーティング層の選択エッチング、フォトレジスト除去、及びウェットエッチングのパターニングの各工程を経て処理することにより形成されるとよい。
好ましくは、前記ウェットエッチング後、前記シリコンウェーハの表面の自立膜が露出する。前記貫通穴は、自立膜を取り除くことによって形成されるとよい。
［１０］ 本発明のウェーハ切断方法［１］において、好ましくは、フォトレジストコーティング、フォトリソグラフィ、現像、コーティング層の選択的エッチング、およびフォトレジスト除去ならなるパターニングの各工程において、前記シリコンウェーハの表側表面が保護基板上に取り付けられるとよい。
好ましくは、前記取り付けは接着剤を用いて行われ、［９］に開示されたプロセスの間、基板上でウェーハが安定するようにするとよい。接着剤は、フォトレジスト、ポリメチルメタクリレート（ＰＭＭＡ）等の接着剤であるとよい。
［１１］ 本発明のウェーハ切断方法［９］又は［１０］において、好ましくは、前記保護基板は、パターニングの各工程中に前記シリコンウェーハを機械的に支持できるシリコンウェーハ、アルミニウムディスク、または他の材料であるとよい。

［１２］ 本発明のウェーハ切断方法［４］において、好ましくは、前記自立膜の窓の機能的構造が、フォトレジストコーティング、フォトリソグラフィ、現像、コーティング層の選択的エッチング、フォトレジスト除去、及びウェットエッチングで前記シリコンウェーハの裏側表面を処理することにより形成されるとよい。
好ましくは、前記ウェットエッチング後、前記シリコンウェーハの表側表面にある前記自立膜の窓が露出するとよい。
好ましくは、前記シリコンウェーハの裏側表面の処理中、［１］、［１０］又は［１１］に記載されるように、前記シリコンウェーハの表側表面は保護されるとよい。
好ましくは、前記貫通穴と前記自立膜の窓の形成は同時に行うことができるとよい。
［１３］ 本発明のウェーハ切断方法［９］又は［１２］において、好ましくは、前記フォトレジストコーティングは、スピンコーティングまたはスプレーコーティングで行うことができるとよい。
好ましくは、関連する機械がコーティングを行うのに使用されるとよい。
［１４］ 本発明のウェーハ切断方法［９］又は［１２］において、好ましくは、前記フォトリソグラフィが、設計されたＣＡＤパターンをフォトレジストでコーティングされた表面に転写することができるレーザ源を使用することによって実行されるとよい。
好ましくは、前記シリコンウェーハの裏面に形成された貫通穴パターンの単位は、長方形または正方形の幾何学的形状を有し、長方形または正方形のパターンの四辺は、Ｓｉ｛１００｝ウェーハの＜１１０＞に平行であるとよい。
好ましくは、リソグラフィマシンは、リソグラフィパターンを前記シリコンウェーハの特定の方向に合わせるために、前記シリコンウェーハの回転を可能にするとよい。

［１５］ 本発明のウェーハ切断方法［９］又は［１２］において、好ましくは、前記現像が、２．３５％水酸化テトラメチルアンモニウム（ＴＭＡＨ）水溶液を使用して露光領域上のフォトレジストを除去することにより行われるとよい。
［１６］ 本発明のウェーハ切断方法［９］又は［１２］において、好ましくは、前記選択エッチングは、前記現像の後に前記ＳｉＮｘまたはＳｉＣの層が露出している領域を選択的にエッチングする選択エッチング装置または熱リン酸を用いて行われるとよい。
［１７］ 本発明のウェーハ切断方法［９］又は［１２］において、好ましくは、前記フォトレジスト除去が、前記シリコンウェーハ上の前記フォトレジストを除去できるＮ－メチルピロリドン（ＮＭＰ）、イソプロピルアルコール（ＩＰＡ）等を使用することにより行われるとよい。
好ましくは、前記保護基板と前記シリコンウェーハ間の接着剤も溶解できるとよい。
好ましくは、前記シリコンウェーハは前記保護基板から分離することができるとよい。
［１８］ 本発明のウェーハ切断方法［９］又は［１２］において、好ましくは、前記ウェットエッチングは、５０℃～９５℃の範囲のＫＯＨまたはＴＭＡＨ水溶液を用いた異方性エッチングであるとよい。

［１９］ 本発明のウェーハ切断方法［９］において、好ましくは、前記貫通穴の設計された構造は、前記自立型ＳｉＮｘまたはＳｉＣ膜が粘着テープまたは他の適用可能な道具で除去されて、先端が切り取られたピラミッド形状の貫通穴を形成されるとよい。
［２０］ 本発明のウェーハ切断方法［１２］において、好ましくは、前記自立膜が維持され、窓として機能するとよい。

［２１］ 本発明のウェーハ切断方法［５］、［６］又は［７］において、好ましくは、前記機能的構造は、前記貫通穴が前記シリコンウェーハに存在するときに、前記シリコンウェーハの表側表面に形成されるとよい。
［２２］ 本発明のウェーハ切断方法［５］、［６］又は［７］において、好ましくは、前記シリコンウェーハの表側表面上への前記機能的構造の形成工程には、さらにパターニング又は材料堆積プロセスを含むとよい。
［２３］ 本発明のウェーハ切断方法［２２］において、好ましくは、前記パターニングプロセスが、フォトレジストコーティング、フォトリソグラフィ又は現像からなるとよい。
好ましくは、前記フォトレジストコーティングは［１３］に記載の工程で行われるとよい。
好ましくは、前記現像は、［１５］記載の工程で行われるとよい。
［２４］ 本発明のウェーハ切断方法［２３］において、好ましくは、前記フォトリソグラフィは、前記貫通穴を位置決め基準マークとして使用することにより、前記機能的構造のパターンをフォトレジスト被覆表面上の設計された位置に転写するとよい。
好ましくは、フォトリソグラフィは、関連する機械で実行するとよい。
［２５］ 本発明のウェーハ切断方法［２２］において、好ましくは、前記材料堆積プロセスは、ＬＰＣＶＤ、プラズマ強化化学気相堆積（ＰＥＣＶＤ）、電子ビーム蒸発又は堆積、スパッタ堆積、または電子堆積方法であるとよい。
好ましくは、前記材料堆積は、関連する機器で実行されるとよい。

［２６］ 本発明のウェーハ切断方法［１］において、好ましくは、前記シリコンウェーハの切断経路が、一対の前記貫通穴の縁部の対応する同じ位置を通り、前記一対の貫通穴の他の縁部と平行であるとよい。
好ましくは、貫通穴は切断パスの位置決め基準マークとして機能するとよい。
好ましくは、前記シリコンウェーハには２セットの切断パスがあり、一方のセットに属するパスは互いに平行であり、他方のセットとの経路は互いに垂直であり、前記シリコンウェーハを複数の長方形または正方形のチップに分割するとよい。
好ましくは、Ｓｉ｛１００｝ウェーハの場合、切断パスは＜１１０＞方向に平行であるとよい。
［２７］ 本発明のウェーハ切断方法［１］において、好ましくは、切断経路は、必ずしも一対の貫通穴を横切る必要はない。
好ましくは、カットパスの位置は、貫通穴のあるパスを参照することで決定できる。
［２８］ 本発明のウェーハ切断方法［１］～［２７］において、好ましくは、ダイシング中に前記ダイシングソーが前記シリコンウェーハの表側表面に対向するとよい。
［２９］ 本発明のウェーハ切断方法［２８］において、好ましくは、前記シリコンウェーハの表側表面をフォトレジストでコーティングして、前記表側表面上の機能的構造を保護するとよい。
好ましくは、貫通穴は空の位置にあるため、貫通穴はフォトレジストで覆われず、位置決め基準マークとして機能するとよい。
［３０］ 本発明のウェーハ切断方法［１］において、好ましくは、ウェーハキャリアステージへの前記シリコンウェーハの裏面の取り付けは、前記シリコンウェーハを粘着シート上に配置し、次いで前記粘着シートを前記ウェーハキャリアステージにセットすることによって行われるとよい。
好ましくは、前記シリコンウェーハのダイシング後、前記粘着シートからチップを分離して個々のチップを得るとよい。

本発明のウェーハ切断方法によれば、異方性ウェットエッチングにより形成された貫通穴が位置決め基準マークとなる。これらは、ダイシングブレードの切断経路を定義し、表面の機能的構造を作成するプロセスの基準位置として機能する。貫通穴を形成する主なプロセスには、フォトリソグラフィ、選択エッチング、ウェットエッチング、エッチングマスクの除去が含まれる。貫通穴の縁は特定の方向に平行である。Ｓｉ｛１００｝ウェーハの場合、これらは＜１１０＞方向に位置合わせされる。透過型電子顕微鏡用の観察窓などの機能的構造は、エッチングマスクの除去を除いて、貫通穴の形成と組み合わせて形成できる。他の機能的構造は、貫通穴の形成後に形成する。

本発明で使用される装置または技術（フォトリソグラフィ、ＲＩＥ、ウェットエッチング、スパッタ蒸着またはＰＥＣＶＤ、およびダイシング）は、半導体または微細加工の分野では通常用いられている。従って、この特許に記載されている操作は、当業者であればほぼ確実に実行できる。
自立型の観察窓と位置決め基準マークの位置決めの主なプロセス（フォトリソグラフィ、ＲＩＥ、ウェットエッチング）は、同時に適用される。これにより、生産効率が向上する。位置決め基準マークは、ダイシングプロセスだけでなく、表面のパターン形成デポジションサイトでも有効である。この特許により、小さなチップを費用対効果の高い方法で製造できる。

本発明の第１の実施形態を示す要部構成図で、（Ａ）はダイシング前の窒化シリコン（ＳｉＮｘ）コーティングシリコンウェーハの表面の平面図、（Ｂ）はウェーハの裏面の平面図である。 （Ａ）は図１（Ａ）の１－１線における断面図、（Ｂ）は図１（Ａ）の２－２線における断面図である。 個々のチップを製造するフローチャートを示している。 フォトレジストを現像した後の表面を示している。 ダイシング後の個々のチップの表面および裏面の平面図である。 本発明の第２の実施形態を示す説明図で、（Ａ）はダイシング前のＳｉＯ_２スペーサーを備えた炭化ケイ素（ＳｉＣ）コーティングシリコンウェーハの表面の平面図、（Ｂ）はウェーハの裏面の平面図である。 図６（Ａ）の３－３線における断面図である。 個々のチップを製造するフローチャートを示している。 フォトレジストを現像した後の表面の平面図である。 ダイシング後の２種類のチップの表面と裏面の平面図である。 本発明の第３の実施形態を示す説明図で、（Ａ）はダイシング前のＡｕ電極付きの窒化シリコン（ＳｉＮｘ）コーティングシリコンウェーハの表面の平面図、（Ｂ）はウェーハの裏面の平面図である。 （Ａ）は図１１（Ａ）の４－４線における断面図、（Ｂ）は図１１（Ａ）の５－５線における断面図である。 個々のチップを製造するフローチャートを示している。 フォトレジストを現像した後の表面の平面図である。 ダイシング後の個々のチップの表面と裏面の平面図である。 本発明の第４の実施形態を示す説明図で、（Ａ）はダイシング前のセンサまたはＩＣ機能を備えた窒化シリコン（ＳｉＮｘ）でコーティングされたシリコンウェーハの表面の平面図、（Ｂ）はウェーハの裏面の平面図である。 図１６（Ａ）の６－６線における断面図である。 個々のチップを製造するフローチャートを示している。 ダイシング後の個々のチップの表面と裏面の平面図である。 ダイシングマシンの一例を示す要部構成図で、（Ａ）は平面図、（Ｂ）は正面図を表している。

以下、図面を用いて、本発明を説明する。
本発明のシリコンウェーハ切断方法は、走査／透過型電子顕微鏡（Ｓ／ＴＥＭ）及び液体セル走査／透過型電子顕微鏡（ＬＣ－Ｓ／ＴＥＭ））、センサ、並びに集積回路用のマイクロチップの製造に使用される。

図１（Ａ）と（Ｂ）は、ダイシング前のＳｉ｛１００｝ウェーハの表面図と背面図である。ウェーハの表面側には、複数の小さな自立膜１１、貫通穴１２（縦方向位置決め用）、貫通穴１３（横方向の位置決め用）とを備え、破線で示す切断基準線１４（縦方向）と切断基準線１５（横方向）を有している。ウェーハの裏面側には、裏面空洞部１７、裏面貫通穴１８（縦方向位置決め用）、裏面貫通穴１９（横方向位置決め用）とを備え、破線で示す切断基準線（縦方向）と切断基準線（横方向）を有している。
ウェーハの周縁の一部には、ウェーハの結晶軸の方向を示すオリフラ１６（Orientation Flat）と呼ばれる直線の切れ込みが設けられている。なお、オリフラ１６は小口径ウェーハと呼ばれる２インチから６インチウェーハに設けられるもので、８インチ以上のウェーハからは、ノッチと呼ばれるＶ字型の切れ込みが主流となり、１２インチのウェーハはノッチのみである。
ここで、ウェーハの表面側と裏面側の横方向とは、オリフラ１６と平行な方向をいい、ウェーハの表面側と裏面側の縦方向とは、オリフラ１６と直交する方向をいう。ウェーハの表面側では切断基準線１４（縦方向）と切断基準線１５（横方向）で囲われた領域が一個のチップを構成する。このチップは、ウェーハの裏面側では切断基準線（縦方向）と切断基準線（横方向）で囲われた領域となる。

自立膜１１は電子透過性ＳｉＮｘでできている。自立膜１１の面積は５０μｍｘ２００μｍで、厚さは５０ｎｍである。ウェーハの裏面側には、自立膜１１に対応する位置に裏面空洞部１７が存在する。図２（Ａ）、（Ｂ）はそれぞれ図１（Ａ）の1－1線、2－2線の位置での断面図である。
貫通穴１２（縦方向位置決め用）は、切断基準線１５（横方向）と平行に複数個配置されると共に、切断基準線１４（縦方向）の示す位置に設けられる。貫通穴１２の長手方向は切断基準線１４（縦方向）と一致している。
貫通穴１３（横方向の位置決め用）は切断基準線１４（縦方向）と平行に複数個配置されると共に、切断基準線１５（横方向）の示す位置に設けられる。貫通穴１３（横方向の位置決め用）の長手方向は切断基準線１５（横方向）と一致している。
ウェーハの裏面に位置する裏面貫通穴１８（縦方向位置決め用）は、貫通穴１２（縦方向位置決め用）に対応する位置にある。裏面貫通穴１９（横方向位置決め用）は、貫通穴１３（横方向の位置決め用）に対応する位置にある。

図１（Ａ）の２－２線が貫通穴１２（裏面貫通穴１８に対応）を通過すると共に、図１（Ａ）の１－１線は自立膜１１であるＳｉＮｘ膜を通過する。図２（Ａ）、（Ｂ）に示すように、どちらも先端が切り取られたピラミッド型の穴である。ただし、図１（Ａ）の１－１線の自立膜１１で塞がれた穴（裏面空洞部１７に対応）は、表面側の面が自立膜１１であるＳｉＮｘ膜によって塞がれている。また、貫通穴１３（裏面貫通穴１９に対応）も、貫通穴１２（裏面貫通穴１８に対応）と同様の形状をしている。この自立膜１１で塞がれた穴と、貫通穴１２、１３は、高温のＫＯＨ水溶液を使用した異方性ウェットエッチングによって作成される。したがって、２種類の穴の傾斜した壁は、表面と裏面の側面に対して約５４．７度の角度を有している。表面と裏面の貫通穴１２、１３、１８、１９の開口部は、長方形の形状である（図１（Ａ）および（Ｂ））。これらの開口部の４つのエッジは、＜１１０＞方向に平行である。

図１（Ａ）、（Ｂ）に示すウェーハ表面と裏面の破線は、ダイシングブレードの切断経路であり、ウェーハを個々のチップに分割する為に用いられる。ウェーハ表面には切断基準線１４（縦方向）と切断基準線１５（横方向）があり、ウェーハ裏面には切断基準線１４（縦方向）と切断基準線１５（横方向）に対応する切断基準線（縦方向）と切断基準線（横方向）がある。隣接する自立膜１１の、横方向または／及び縦方向の2本間隔毎に切断経路がある。表面の切断経路は、貫通穴１２、１３の開口部の位置によって定義される。切断経路は、１組の貫通穴１２、１３の２つの開口部の平行な辺の中点を横切っている。ウェーハの表側が切断ブレードに面し、裏側が粘着フィルムに強く貼り付けられるため、表側の貫通穴１２、１３の開口部が切断ブレードをガイドする位置決め基準マークとなる。貫通穴１２、１３は、チップのメッシュの境界から外れている。
図１（Ａ）に示すように、２次元の表面の位置をＸ－Ｙ座標系で定義できる。切断経路である切断基準線１４（縦方向）と切断基準線１５（横方向）が＜１１０＞方向に整列するように、２つの対となる貫通穴１２、１３の開口部は同じＸまたはＹの値にある必要がある。表面の自立膜１１の４つのエッジと裏面の対応する裏面空洞部１７の開口部も＜１１０＞方向に揃っている。これは、自立膜１１のすべての列と行が＜１１０＞方向に平行であることを意味する。

図３は、個々のチップを製造するフローチャートを示している。最初に、ＳｉＮｘ層は、両面研磨されたＳｉ｛１００｝ウェーハ上に低圧化学気相堆積（ＬＰＣＶＤ）でコーティングされる（図３（Ａ））。ＳｉＮｘ層の厚さは５０ｎｍである。シリコンウェーハには、＜１１０＞方向に平行な平坦面であるオリフラ１６がある。市販のＳｉ｛１００｝ウェーハには、通常、＜１１０＞方向に整列した１つまたは２つのオリエンテーション・フラットを有する。自立したＳｉＮｘ膜を備えたウェーハの一方の面を表面と呼ぶ。次のプロセスでの損傷から表面のＳｉＮｘコーティング層を保護するために、ウェーハの表側の面が接着剤で保護用の基板に接着される。ここで、保護用の基板は、請求項に記載の保護基板に相当するもので、加工対象となるウェーハを保護するためにダイシング装置と当該加工対象となるウェーハとの間に設けられる。

ウェーハの裏面はフォトレジストでコーティングされている（図３（Ｂ））。自立膜と貫通穴を作成するためのパターンは、フォトリソグラフィと現像手順によってフォトレジストに転写される（図３（Ｃ））。当該パターンの構成単位は、長方形を有している。
ここで、リソグラフィ装置は、設計されたＣＡＤパターンを前記シリコンウェーハの裏面にコーティングされたフォトレジストに転写することができるレーザ源を使用して実行される。レーザ源としては、例えば高圧水銀灯のｇ線（波長４３６ｎｍ）、ｉ線（波長３６５ｎｍ）、ＫｒＦエキシマレーザー（波長２４８ｎｍ）、ＡｒＦエキシマレーザー（波長１９３ｎｍ）がある。また、リソグラフィ装置には、記録位置、回転ステージ、および顕微鏡のソフトウェアも装備されている。これらの部材により、リソグラフィーの前に露光パターンをウェーハの特定の方向に合わせることができる。

図４は、フォトレジストを現像した後の表面を示すもので、パターニング後の正面図を示している。パターンの構成単位の４つの側面は、可能な限り正確に＜１１０＞方向に合わせる必要がある。それを達成するために、フォトリソグラフィは、パターンを位置合わせするための基準としてシリコンウェーハの平坦面であるオリフラ１６を利用する。フォトレジストは２．３５％の水酸化テトラメチルアンモニウム（Tetramethylammonium hydroxide：ＴＭＡＨ）で現像される。
図３に戻り、露出領域は、反応性イオンエッチング（reactive ion etching：ＲＩＥ）または熱リン酸水溶液によって等方的にエッチングされ、露光領域のＳｉＮｘ層が除去される（図３（Ｄ））。また、フォトレジストは、Ｎ－メチルピロリドン（ＮＭＰ）などの有機洗剤を使用して、裏面から除去される。接着剤も有機溶液に溶けるからである。したがって、ウェーハと保護用の基板も同時に分離される。

異方性ウェットエッチングは、加熱された水酸化カリウム（ＫＯＨ）水溶液（例えば、９０℃）で約８時間実行される（図３（Ｅ））が、ＫＯＨ水溶液の温度は５０℃～９５℃の範囲でもよく、この場合はＫＯＨ水溶液の温度に応じて処理時間を増減する。ＳｉＮｘ層はＫＯＨエッチングに対する耐性が高いため、ウェットエッチングはＳｉＮｘ層がないサイトでのみ発生する。これは、ＫＯＨ溶液がパターン化された領域を単純にエッチングすることを意味する。シリコンウェーハの｛１１１｝面のエッチング速度が最も遅い。エッチングキャビティの｛１１１｝面が完全に露出しているため、ウェットエッチングは遅くなる。そして、表面のＳｉＮｘ膜も現れる。エッチングがこのポイントに達すると、エッチングを停止する。エッチングにより、先端が切り取られたピラミッド型の空洞が作成される。表面と裏面のキャビティのエッジは、＜１１０＞方向に沿って整列している。

表面の設計された貫通穴にある自立したＳｉＮｘ膜を粘着テープで取り除く（図３（Ｆ））。走査型又は透過型の電子顕微鏡で観察窓として機能する他のＳｉＮｘ膜は、ダイシングする前にスプレーコーティング装置で表面のフォトレジストをコーティングすることによって保護される。
ウェーハの分離は、例えば株式会社ディスコ製の型名ＤＡＤ３２３等のダイシングマシンで行なう（図３（Ｇ））。ウェーハ裏面は粘着シートに強固に接着され、ダイシングマシンのキャリアステージに搭載される。切断経路は、ダイシングマシンで調整および制御される。ダイシングソーは、表面の貫通穴の開口部の位置によって定義された線に沿って移動する。これにより、個別チップが製造される（図３（Ｈ））。

個別チップの表面と裏面の平面図を図５に模式的に示す。図５は、ダイシング後のチップの表面と裏面の平面図で、（Ａ）はチップの表面、（Ｂ）はチップの裏面を示している。個々のチップには、独立したＳｉＮｘ膜の自立膜１１があり、長方形の形状である。

ダイシング法は、液体セル（走査型）透過型電子顕微鏡（liquid cell (scanning) transmission electron microscope：ＬＣ－（Ｓ）ＴＥＭ）用のチップを製造するのに使用される。図６（Ａ）はダイシング前のＳｉ｛１００｝ウェーハの表面図、（Ｂ）は背面図である。ウェーハの表面側には、複数の小さな自立膜２１、自立膜２１ｂ、ＳｉＯ_２領域２１ｃ、貫通穴２２（縦方向位置決め用）、貫通穴２３（横方向の位置決め用）とを備え、破線で示す切断基準線２４（縦方向）、２４ｂと切断基準線２５（横方向）、２５ｂを有している。ウェーハの裏面側には、裏面空洞部２７、裏面貫通穴２８（縦方向位置決め用）、裏面貫通穴２９（横方向位置決め用）とを備え、破線で示す切断基準線（縦方向）と切断基準線（横方向）を有している。
ウェーハの周縁の一部には、ウェーハの結晶軸の方向を示すオリフラ２６（Orientation Flat）と呼ばれる直線の切れ込みが設けられている。ここで、ウェーハの表面側と裏面側の横方向とは、オリフラ２６と平行な方向をいい、ウェーハの表面側と裏面側の縦方向とは、オリフラ２６と直交する方向をいう。

自立膜２１は電子透過性ＳｉＣでできている。自立膜２１の面積は５０μｍｘ５０μｍで、厚さは１００ｎｍである。自立膜２１の下の穴（裏面空洞部２７）と貫通穴２２、２３の穴は、先端が切り取られたピラミッド形状を示しており、それらの断面形状は、それぞれ図２（Ａ）、（Ｂ）のものと同様である。
図６（Ａ）では、ＳｉＯ_２領域を符号２１ｃにより示している。ＳｉＯ_２領域２１ｃは、チップの中央の２列にのみ存在するもので、自立膜２１ｂの四辺に対応する位置に配置される。ＳｉＯ_２領域２１ｃは、最上部のＳｉＣ層上に堆積されるもので、例えば２００ｎｍの厚さを有するものであるが、これに限定されない。ＳｉＯ_２パターンを作成するためのフォトリソグラフィ中に、自立膜２１ｂが形成され、その位置をＸ－Ｙ座標系で定義できる。
ＳｉＯ_２パターンを作るためのフォトリソグラフィ間に、貫通穴２２、２３が形成されている。貫通穴の位置を参考にして、ＳｉＯ_２の堆積を設定できる。これは、貫通穴２２、２３が、ＳｉＯ_２のパターニング中に位置基準マークとして機能できることを意味する。これは、貫通穴が２つのプロセス、つまり、ＳｉＯ_２の堆積と最終切断ステップの位置決め基準マークとして機能できることを示している。

貫通穴２２（縦方向位置決め用）は、切断基準線２５（横方向）と平行に複数個配置されると共に、切断基準線２４（縦方向）の示す位置に設けられる。貫通穴２２の長手方向は切断基準線２４（縦方向）と一致している。切断基準線２４ｂと切断基準線２４（縦方向）は交互に設けられるもので、切断基準線２４ｂには貫通穴２２が設けられていない。
貫通穴２３（横方向の位置決め用）は切断基準線２４（縦方向）と平行に複数個配置されると共に、切断基準線２５（横方向）の示す位置に設けられる。貫通穴２３（横方向の位置決め用）の長手方向は切断基準線２５（横方向）と一致している。切断基準線２５ｂと切断基準線２５（横方向）は交互に設けられるもので、切断基準線２５ｂには貫通穴２３が設けられていない。
裏面貫通穴２８（縦方向位置決め用）は、貫通穴２２（縦方向位置決め用）に対応する位置にある。裏面貫通穴２９（横方向位置決め用）は、貫通穴２３（横方向の位置決め用）に対応する位置にある。

自立膜２１の下の穴（裏面空洞部２７に対応）と貫通穴２２、２３の穴（裏面貫通穴２８、２９に対応）は、高温のＴＭＡＨ水溶液を使用したウェットエッチングによって形成される。表裏両面の貫通穴２２、２３、２８、２９の開口形状は長方形である（図６（Ａ）、（Ｂ））。表面の膜と裏面の対応する開口部は、正方形の形状をしている（図６（Ａ）および（Ｂ））。２種類の穴のエッジは、＜１１０＞方向に平行である。

ウェーハ表面には切断基準線２４（縦方向）、２４ｂと切断基準線２５（横方向）、２５ｂがあり、ウェーハ裏面には切断基準線２４（縦方向）、２４ｂと切断基準線２５（横方向）、２５ｂに対応する切断基準線（縦方向）と切断基準線（横方向）があり、破線で示されている。これら破線はダイシングブレードの切断経路であり、ウェーハを個々のチップに分割する為に用いられる。隣接する自立膜２１の、横方向または／及び縦方向の２つの間隔毎に切断経路がある。表面の切断経路は、貫通穴２２、２３の開口部の位置によって定義される。切断経路２４、２５は、１組の貫通穴２２、２３の２つの開口部の平行な辺の中点を横切っている。ウェーハの表側が切断ブレードに面し、裏側が粘着フィルムに強く貼り付けられるため、表側の貫通穴２２、２３の開口部が切断ブレードをガイドする位置決め基準マークとなる。貫通穴２２、２３は、チップのメッシュの境界から外れている。

図６（Ａ）に示すように、２次元の表面の位置をＸ－Ｙ座標系で定義できる。自立膜２１を有するチップを製造するための切断経路では、切断基準線２４（縦方向）と切断基準線２５（横方向）が＜１１０＞方向に整列するように、２つの対となる貫通穴２２、２３の開口部は同じＸまたはＹレベルにある必要がある。表面の自立膜２１の４つのエッジと裏面の対応する裏面空洞部２７の開口部も＜１１０＞方向に揃っている。これは、自立膜２１のすべての列と行が＜１１０＞方向に平行であることを意味する。

自立膜２１ｂとＳｉＯ_２領域２１ｃを有するチップを製造するための切断経路では、切断基準線２４ｂと切断基準線２５ｂを含む切断経路が用いられる。切断基準線２４ｂと切断基準線２５ｂで示す切断経路には、縦方向位置決め用又は横方向位置決め用の貫通穴はない。つまり、切断経路２４ｂ、２５ｂの位置は、隣接する切断経路２４、２５によって定義される。切断工程中、ウェーハの表面は切断ブレードに面し、裏面は接着フィルムに強力に付着する。切断基準線２４ｂは、２つの切断基準線２４の中央にある。そして、切断基準線２５ｂは、切断基準線２５の中央にある。ウェーハ表側の特定位置にＳｉＯ_２を堆積させる。

図７は図６（Ａ）に示す符号３－３線の位置での断面図である。ＬＣ－（Ｓ）ＴＥＭでは、液体セルの重要な部分は２つのスタッキングマイクロチップである。２つのチップの距離は、スペーサーによって制御される。この実施形態では、カラム２および３のチップをカラム１および４のチップと対にして、液体セルを形成することができる。ＳｉＯ_２はスペーサーとして機能する。

図８は、個々のチップを製造するフローチャートを示している。最初に、ＳｉＣ層は、ＬＰＣＶＤ装置を用いて両面研磨されたＳｉ｛１００｝ウェーハ上にコーティングされる（図８（Ａ））。ＳｉＣ層の厚さは１０ｎｍである。シリコンウェーハには、＜１１０＞方向に平行な平坦面がある。自立したＳｉＣ膜を備えたウェーハの片側を（表側）表面と呼ぶ。ウェーハは、表面の接着剤で基板に接着され、表面のＳｉＣコーティング層を後続のプロセスの損傷から保護する。
ウェーハの裏側表面は、スピンコーティング装置を使用してフォトレジストでコーティングされる（図８（Ｂ））。
自立膜と貫通穴のパターンは、マスクレス・リソグラフィシステムによってフォトレジストに転写される（図８（Ｃ））。貫通穴と膜パターンの形状は、それぞれ長方形と正方形である。図９に示すように、パターンの４つの側面は、リソグラフィ装置で＜１１０＞方向に位置合わせされる。それを達成するために、フォトリソグラフィは、パターンを位置合わせするための基準としてシリコンウェーハの平坦面であるオリフラ２６を利用する。

露光領域は、それらの領域のＳｉＣ層を除去するためにＲＩＥ装置によってエッチングされる（図８（Ｄ））。一方、他の領域のフォトレジストはエッチングマスクとして機能する。イソプロピルアルコール（isopropyl alcohol：ＩＰＡ）を使用して、裏面からレジストを除去する。接着剤も有機溶液に溶けるからである。したがって、ウェーハと基板も同時に分離される。
異方性ウェットエッチングは、ＴＭＡＨ溶液を使用して９０℃で約２０時間実行される（図８（Ｅ））。ＳｉＣ層はＴＭＡＨエッチングに対する耐性が高いため、ウェットエッチングはＳｉＣ層がないサイトでのみ発生する。これは、ＴＭＡＨ溶液がパターン化された領域を単純にエッチングすることを意味する。キャビティ内の｛１１１｝平面が完全に露出し、表面の独立したＳｉＣ膜が現れるので、エッチングを停止する。エッチングにより、先端が切り取られたピラミッド型の空洞が作成される。表面と裏面のキャビティのエッジは、＜１１０＞方向に沿って整列している。

表面の設計された貫通穴にある自立したＳｉＣ膜を粘着テープで取り除く（図８（Ｆ））。
表面のＳｉＯ_２スペーサーを準備するために、フォトレジストはスピンコーティング装置でコーティングされ、マスクレス・リソグラフィー装置でパターン化される（図８（Ｇ））。貫通穴はフォトレジストで覆われていないため、フォトリソグラフィの光学顕微鏡で見ることができ、パターニング中に位置決め基準マークとして機能する。
フォトレジストは２．３５％ＴＭＡＨで現像される（図８（Ｈ））。露光された領域には、現像後にフォトレジストがない。

ＳｉＯ_２スペーサーが自動スパッタ堆積システムで堆積された後、貫通穴は堆積後も維持される（図８（Ｉ））。
別のダイシングマシンを使用して、ウェーハを切断する（図８（Ｊ））。貫通穴を参考にして、切断経路の整列・設定ができる。２つの切断経路間のダイシングソーの移動距離は、切断機で設定できる。
この機能により、ダイシングソーは貫通穴なしで切断基準線（例えば、切断基準線２４ｂ、２５ｂ）に沿ってカットでき、個々のチップが製造される（図８（Ｋ））。

個々のチップを図１０に模式的に示す。図１０は、ダイシング後の２種類のチップの表面と裏面の平面図で、（Ａ）はカラム１、４のチップの表面、（Ｂ）はカラム２、３のチップの表面、（Ｃ）はカラム１～４のチップの裏面を示している。カラム２、３のチップの表面では、自立膜２１ｂの四辺に対向して４個のＳｉＯ_２領域２１ｃが設けられている。

ダイシング法は、走査型透過電子顕微鏡（ＳＴＥＭ）または透過型電子顕微鏡（ＴＥＭ）の機能チップの製造に使用できる。図１１（Ａ）はダイシング前のＳｉ｛１００｝ウェーハの表面図、（Ｂ）は背面図である。
ウェーハの表面側には、複数の小さな自立膜３１、貫通穴３２（縦方向位置決め用）、貫通穴３３（横方向の位置決め用）とを備え、破線で示す切断基準線３４（縦方向）、３４ｂと切断基準線３５（横方向）、３５ｂを有している。ウェーハの裏面側には、裏面空洞部３７、裏面貫通穴３８（縦方向位置決め用）、裏面貫通穴３９（横方向位置決め用）とを備え、破線で示す切断基準線（縦方向）と切断基準線（横方向）を有している。
ウェーハの周縁の一部には、ウェーハの結晶軸の方向を示すオリフラ３６（Orientation Flat）と呼ばれる直線の切れ込みが設けられている。
ここで、ウェーハの表面側と裏面側の横方向とは、オリフラ３６と平行な方向をいい、ウェーハの表面側と裏面側の縦方向とは、オリフラ３６と直交する方向をいう。

自立膜３１は電子透過性ＳｉＮｘでできている。自立膜３１の面積は１０μｍｘ３００μｍ、厚さは２００ｎｍである。ウェーハの裏面側には、表側表面に位置する自立膜３１に対応する位置に裏面空洞部３７が存在する。自立膜３１の下の穴（裏面空洞部３７）と貫通穴３２、３３は、それぞれ図２（Ａ）、（Ｂ）と同様の断面形状を有している。
貫通穴３２（縦方向位置決め用）は、切断基準線３５（横方向）と平行に複数個配置されると共に、切断基準線３４（縦方向）の示す位置に設けられる。切断基準線３４ｂは、両端に配置された切断基準線３４（縦方向）の間に設けられるもので、切断基準線３４ｂに対しては貫通穴３２が設けられていない。
貫通穴３３（横方向の位置決め用）は切断基準線３４（縦方向）と平行に複数個配置されると共に、切断基準線３５（横方向）の示す位置に設けられる。切断基準線３５ｂは、両端に配置された切断基準線３５（横方向）の間に設けられるもので、切断基準線３５ｂに対しては貫通穴３３が設けられていない。
ウェーハの裏面に位置する裏面貫通穴３８（縦方向位置決め用）は、貫通穴３２（縦方向位置決め用）に対応する位置にある。裏面貫通穴３９（横方向位置決め用）は、貫通穴３３（横方向の位置決め用）に対応する位置にある。

この自立膜３１で塞がれた穴（裏面空洞部３７に対応）と、貫通穴３２、３３の穴（裏面貫通穴３８、３９に対応）は異方性ウェットエッチングで形成され、自立膜３１で塞がれた穴と、貫通穴３２、３３のエッジは、＜１１０＞方向に平行である。

ウェーハ表面には切断基準線３４（縦方向）、３４ｂと切断基準線３５（横方向）、３５ｂがあり、ウェーハ裏面には切断基準線３４（縦方向）、３４ｂと切断基準線３５（横方向）、３５ｂに対応する切断基準線（縦方向）と切断基準線（横方向）があり、破線で示されている。これら破線はダイシングブレードの切断経路であり、ウェーハを個々のチップに分割する為に用いられる。切断経路は、隣接する自立膜３１の横方向または／及び縦方向の間にある。ウェーハ表面の切断経路は、貫通穴３２、３３の開口部の位置によって定義される。切断経路３４、３５は、１組の貫通穴３２、３３の２つの開口部の平行な辺の中点を横切っている。ウェーハの表側が切断ブレードに面し、裏側が粘着フィルムに強く貼り付けられるため、表側の貫通穴３２、３３の開口部が切断ブレードをガイドする位置決め基準マークとなる。貫通穴３２、３３は、チップのメッシュの境界から外れている。

図１１（Ａ）に示すように、２次元の表面の位置をＸ－Ｙ座標系で定義できる。チップ周辺に位置する自立膜３１を有するチップを製造するための切断経路では、切断基準線３４（縦方向）と切断基準線３５（横方向）が＜１１０＞方向に整列するように、２つの対となる貫通穴３２、３３の開口部は同じＸまたはＹの値にある必要がある。表面の自立膜３１の４つのエッジと裏面の対応する裏面空洞部３７の開口部も＜１１０＞方向に揃っている。これは、自立膜３１のすべての列と行が＜１１０＞方向に平行であることを意味する。

切断基準線３４ｂと切断基準線３５ｂで示す切断経路には、縦方向位置決め用又は横方向位置決め用の貫通穴はない。つまり、切断経路３４ｂ、３５ｂの位置は、隣接する切断経路３４、３５によって定義される。切断工程中、ウェーハの表面は切断ブレードに面し、裏面は接着フィルムに強力に付着する。
垂直方向に切断する場合、ダイシングソーは７サイクル実行され、サイクルが完了した後、水平方向に沿って特定の等しい距離を移動する。ダイシングソーの移動距離は、個々のチップの幅である。２つの切断経路は、貫通孔３２と交差する。２つの切断経路間の３つのダイシング線は、２つのダイシング経路間の距離を等しく分割する（図１１Ａ）。水平方向に切断する場合、ダイシングソーは６サイクル実行され、垂直方向に沿って特定の距離を移動する。ダイシングソーの移動距離は、個々のチップの長さである。切断パスは、ウェーハを７つの部分に分割できる。同じ幅の中央の５つのパーツには、機能チップが含まれている。２つの切断経路が貫通穴３３を横切る（図１１Ａ）。

Ａｕは、ウェーハの表面の特定の位置に堆積する。Ａｕの特徴は電極である。Ａｕ電極は、図１１（Ａ）で３１ａ、３１ｂ、３１ｃと符号付けされている。Ａｕは、５０ｎｍの厚さを有することができる。貫通穴は、Ａｕパターンを形成するためのフォトリソグラフィの前に形成されている。Ａｕ堆積位置は、表面の貫通穴の開口を参考にして設定できる。これは、Ａｕのパターン化中に、貫通穴が位置決め基準マークとして機能できることを意味する。これは、貫通穴が２つのプロセス、つまりＡｕの堆積と最終切断ステップの位置決め基準マークとして機能できることを示している。図１２（Ａ）、（Ｂ）は４－４線、５－５線の位置での断面図である。

この実施例の製造プロセスは、実施例２の製造プロセスと同様である。図１３は、個々のチップを製造するフローチャートを示す。最初に、ＳｉＮｘ層は、ＬＰＣＶＤ装置を使用して、両面研磨されたＳｉ｛１００｝ウェーハ上にブランケット堆積される（図１３（Ａ））。ＳｉＮｘ層の厚さは２００ｎｍである。シリコンウェーハには、＜１１０＞方向に平行な平坦面がある。自立したＳｉＣ膜を備えたウェーハの片側を表側表面と呼ぶ。ウェーハは、裏側表面の接着剤で基板に接着され、表面のＳｉＮｘコーティング層を後続のプロセスの損傷から保護する。ウェーハの裏側表面は、スピンコーティング装置を使用してフォトレジストでコーティングされる。
自立膜と貫通穴のパターンは、フォトリソグラフィ装置によってフォトレジストに転写される（図１３（Ｂ））。

フォトレジストは、２．３５％ＴＭＡＨ水溶液で現像される（図１３（Ｃ））。貫通穴と膜のパターンは、それぞれ長方形と正方形の形状を示す。
図１４に示すように、パターンの４辺は可能な限り正確に＜１１０＞方向に揃えられる。それを達成するために、フォトリソグラフィは、パターンを位置合わせするための基準としてシリコンウェーハの平坦面であるオリフラ３６を利用する。
露光領域は、ＲＩＥ装置によってエッチングされて、露光領域内のＳｉＮｘ層を除去する（図１３（Ｄ））。一方、他の領域のフォトレジストはエッチングマスクとして機能する。

フォトレジストは、ＮＭＰを使用して裏面から除去される。接着剤も有機溶液に可溶である。したがって、ウェーハと基板も同時に分離される。異方性ウェットエッチングは、ＫＯＨ溶液を使用して８０℃で約１０時間実行される（図１３（Ｅ））。ウェットエッチングは、ＳｉＮｘ層がないサイトでのみ発生する。これは、ＫＯＨ溶液がパターン化された領域を単純にエッチングすることを意味する。エッチングにより、先端が切り取られたピラミッド型の空洞が作成される。表面と裏面のキャビティの端は、＜１１０＞方向に平行である。

表面の設計された貫通穴にある自立したＳｉＮｘ膜を粘着テープで取り除く（図１３（Ｆ））。表面にＡｕを堆積するには、フォトレジストを表面のＳｉＮｘ層の上にスピンコーティングでコーティングし、フォトリソグラフィ装置でパターン化する（図１３（Ｇ））。貫通穴はフォトレジストで覆われていないので、フォトリソグラフィ中に可視でき、位置決め基準マークとして機能する。フォトレジストは、２．３５％ＴＭＡＨ水溶液で現像される（図１３（Ｈ））。露光された領域にはフォトレジストがない。

Ａｕは、パターン化された領域に電子ビーム蒸着装置で堆積される（図１３（Ｉ））。Ａｕ電極を堆積させた後も、切断機に装備された光学顕微鏡で貫通穴を確認できる。
次に、ＤＡＤ３２２のダイシングマシンでウェーハを切断する（図１３（Ｊ））。貫通穴で＜１１０＞方向に切断方向を揃えることができる。また、使用可能な貫通穴を参照することにより、２つの切断経路間のダイシングソーの切断位置と変位距離を自動設定できる。このようにして、個別チップが製造される（図１３（Ｋ））。

図１５は、ダイシング後のチップの表面と裏面の平面図で、（Ａ）はチップの表面、（Ｂ）はチップの裏面を示している。個々のチップには、長方形の独立したＳｉＮｘ膜の自立膜３１があり、３個のＡｕ電極３１ａ、３１ｂ、３１ｃも設けられている。

ウェーハダイシング法は、センサー、集積回路、その他の機能素子が搭載されたチップの製造にも使用される。
図１６（Ａ）、（Ｂ）はダイシング前のＳｉ｛１００｝ウェーハの表面図と背面図である。ウェーハの表面側には、複数の小さな機能要素部４１、貫通穴４２（縦方向位置決め用）、貫通穴４３（横方向の位置決め用）とを備え、破線で示す切断基準線４４（縦方向）と切断基準線４５（横方向）を有している。ウェーハの裏面側には、裏面貫通穴４８（縦方向位置決め用）、裏面貫通穴４９（横方向位置決め用）とを備え、破線で示す切断基準線（縦方向）と切断基準線（横方向）を有している。図１７は、図１６（Ａ）の６－６線の位置での断面図である。6－6線は機能要素部４１と交差している。
ウェーハの周縁の一部には、ウェーハの結晶軸の方向を示すオリフラ４６（Orientation Flat）と呼ばれる直線の切れ込みが設けられている。
ここで、ウェーハの表面側と裏面側の横方向とは、オリフラ４６と平行な方向をいい、ウェーハの表面側と裏面側の縦方向とは、オリフラ４６と直交する方向をいう。

個々のチップには、機能要素部４１がある。機能要素部４１は、センサー、集積回路、その他の機能素子である。機能要素部４１は、長方形の形状をしている。
貫通穴４２（縦方向位置決め用）は、切断基準線４５（横方向）と平行に複数個配置されると共に、切断基準線４４（縦方向）の示す位置に設けられる。貫通穴４２の長手方向は切断基準線４４（縦方向）と一致している。
貫通穴４３（横方向の位置決め用）は切断基準線４４（縦方向）と平行に複数個配置されると共に、切断基準線４５（横方向）の示す位置に設けられる。貫通穴４３（横方向の位置決め用）の長手方向は切断基準線４５（横方向）と一致している。
ウェーハの裏面に位置する裏面貫通穴４８（縦方向位置決め用）は、貫通穴４２（縦方向位置決め用）に対応する位置にある。裏面貫通穴４９（横方向位置決め用）は、貫通穴４３（横方向の位置決め用）に対応する位置にある。

貫通穴４２（裏面貫通穴４８に対応）は、図２（Ｂ）に示すものと同様に、先端が切り取られたピラミッド型の穴である。また、貫通穴４３（裏面貫通穴４９に対応）も、貫通穴４２（裏面貫通穴４８に対応）と同様の形状をしている。貫通穴４２、４３は、高温のＫＯＨ水溶液を使用した異方性ウェットエッチングによって作成される。したがって、２種類の穴の傾斜した壁は、表面と裏面の側面に対して約５４．７度の角度を有している。表面と裏面の貫通穴４２、４３、４８、４９の開口部は、長方形の形状である（図１６（Ａ）および（Ｂ））。これらの開口部の４つのエッジは、＜１１０＞方向に平行である。

図１６（Ａ）、（Ｂ）に示すウェーハ表面と裏面の破線は、ダイシングブレードの切断経路であり、ウェーハを個々のチップに分割する為に用いられる。ウェーハ表面には切断基準線４４（縦方向）と切断基準線４５（横方向）があり、ウェーハ裏面には切断基準線４４（縦方向）と切断基準線４５（横方向）に対応する切断基準線（縦方向）と切断基準線（横方向）がある。隣接する機能要素部４１の、横方向または／及び縦方向の間に切断経路がある。表面の切断経路は、貫通穴４２、４３の開口部の位置によって定義される。切断経路は、１組の貫通穴４２、４３の２つの開口部の平行な辺の中点を横切っている。ウェーハの表側が切断ブレードに面し、裏側が粘着フィルムに強く貼り付けられるため、表側の貫通穴４２、４３の開口部が切断ブレードをガイドする位置決め基準マークとなる。貫通穴４２、４３は、チップのメッシュの境界から外れている。
図１６（Ａ）に示すように、２次元の表面の位置をＸ－Ｙ座標系で定義できる。切断経路である切断基準線４４（縦方向）と切断基準線４５（横方向）が＜１１０＞方向に整列するように、２つの対となる貫通穴４２、４３の開口部は同じＸまたはＹの値にある必要がある。これは、機能要素部４１のすべての列と行が＜１１０＞方向に平行であることを意味する。

図１８は、個々のチップを製造するフローチャートを示している。まず、ＬＰＣＶＤ装置を使用して、両面研磨したＳｉ｛１００｝ウェーハにＳｉＮｘ層をコーティングする。ＳｉＮｘ層の厚さは１５０ｎｍである。シリコンウェーハには、＜１１０＞方向に平行な平坦面がある。機能要素をサポートするウェーハの片面は、表面と呼ばれる。貫通穴の製造プロセスは、実施例１と同じである。実施例１と同じ装置または化学物質を使用して、フォトレジストコーティング、フォトリソグラフィ、現像、ＲＩＥ、ウェットエッチング、およびＳｉＮｘ膜の除去を行なう（図１８（Ａ）～図１８（Ｆ））。

次に、機能要素は、レジストコーティング、パターン化、現像、堆積、およびＳｉＮｘ層の選択的エッチングを含むプロセスの単一または複数サイクルによって、表面に形成される（図１８（Ｇ））。
レジストはスピンコーティング装置でコーティングされる（図１８（Ｈ））。パターニングは、フォトリソグラフィまたは電子ビームリソグラフィ装置を使用して適用される。貫通穴は、パターニング中に位置決め基準マークとして機能する。堆積装置は、ＰＥＣＶＤまたは電子ビーム蒸発器である。選択的エッチングマスクをスプレーコーティングまたはスピニングコーティングでウェーハ表面にコーティングした（図１８（Ｉ））。ＳｉＮｘ層の選択的エッチングは、ＲＩＥデバイスによって実行される（図１８（Ｊ））。機能素子の準備が完了したら、ウェーハダイシングを行なう。例えば株式会社ディスコ製の型名ＤＡＤ３２３のダイシングマシンでは、表面の貫通穴の開口部の位置によって定義された線に沿って切断が行われる（図１８（Ｋ））。このようにして、個別チップが製造される（図１８（Ｌ））。

図１９は、個別チップの表面と裏面の平面図を模式的に示す図で、（Ａ）はチップの表面、（Ｂ）はチップの裏面を示している。

図２０は、ダイシングマシンの一例を示す要部構成図で、（Ａ）は平面図、（Ｂ）は正面図を表している。
正確な分離を実現するために、ダイシングマシン５０には、ダイシングソー５２、切削位置決め機構５４、顕微鏡５６、回転するウェーハ搬送機構５８、チャックテーブル６２、および制御システム６０が装備されている。ダイシングソー５２は、位置決め基準マークによって定義されたパスに沿って作業することにより、ウェーハを個片にダイシングする。顕微鏡５６、切削位置決め機構５４、ウェーハ搬送機構５８の回転支援機能および制御システム６０を使用して、ダイシングソー５２またはウェーハの方向を調整し、ダイシングソー１２が定義されたパスに沿ってウェーハを確実に切断するように調整する。顕微鏡５６は例えば１μｍ程度の高い解像度を有している。ウェーハの切断経路は直線であるため、切断の始点が移動経路を直接決定する。顕微鏡５６は高解像度なので、実際の切断位置をできる限り設計された切削経路に近づけることができる。ウェーハ搬送機構５８はウェーハをしっかりと保持し、切断およびステージの回転中にウェーハを安定させる。制御システム６０は、切断サイクルと２つの切断経路間の変位距離を登録できるため、ウェーハダイシングにより、ウェーハを変位方向に同じ寸法の部品に自動的に切断できる。チャックテーブル６２は、切断対象となるウェーハが載置されるもので、回転軸を中心に回動自在に位置決めされる。

なお、本実施の形態においては、機能的構造としては、自立型のＳｉＮｘまたはＳｉＣよりなる膜であり、自立型のＳｉＮｘまたはＳｉＣよりなる膜は電子顕微鏡用チップ用の電子透過性の窓の場合を示しているが、本発明はこれに限定されるものではない。例えば、機能的構造としては、シリコンウェーハのＳｉＮｘもしくはＳｉＣ層上に堆積されたＡｌ、Ａｇ、Ａｕ、Ｃ、Ｃｒ、Ｃｕ、Ｇｅ、Ｉｒ、Ｉｎ、Ｍｏ、Ｎｉ、Ｐｔ、Ｐｄ、Ｓｉ、Ｔｉ、Ｗ、ＡｕＧｅ、Ａｌ_２Ｏ_３、ＩＴＯ（Ｉｎｄｉｕｍ Ｔｉｎ Ｏｘｉｄｅ）、ＧａＡｓ、ＳｉＮ、ＳｉＯ_２、ＭｇＯ、ＴｉＮ、ＴｉＯ_２、Ｔａ_２Ｏ_５、ＨｆＯ_２、エポキシベースのフォトレジスト、またはポリイミドでもよい。

以上詳細に説明したように、本発明のウェーハ切断方法によれば、走査／透過型電子顕微鏡（Ｓ／ＴＥＭ）及び液体セル走査／透過型電子顕微鏡（ＬＣ－Ｓ／ＴＥＭ））用のセンサ、並びに集積回路用のチップに使用するのに好適な三次元形状のシリコンチップが製造される。
本発明のウェーハ切断方法は、例えば液体セル電子顕微鏡用の試料観察セルを製造するのに用いて好適な、個々のチップの表面に三次元的な機能的構造を形成する、ＭＥＭＳ用チップの製造方法に用いて好適である。

１１、２１、２１ｂ、３１ 自立膜
１２、２２、３２、４２ 貫通穴（縦方向位置決め用）
１３、２３、３３、４３ 貫通穴（横方向位置決め用）
１４、２４、３４、４４ 切断基準線（縦方向）
１５、２５、３５、４５ 切断基準線（横方向）
１６、２６、３６、４６ オリフラ（Orientation Flat）
１７、２７、３７ 裏面空洞部
１８、２８、３８、４８ 裏面貫通穴（縦方向位置決め用）
１９、２９、３９、４９ 裏面貫通穴（横方向位置決め用）
２１ｃ ＳｉＯ_２領域
３１ａ、３１ｂ、３１ｃ Ａｕ領域
４１ 機能要素部
５０ ダイシングマシン
５２ ダイシングソー
５４ 切削位置決め機構
５６ 顕微鏡
５８ ウェーハ搬送機構
６０ 制御システム
６２ チャックテーブル

Claims (30)

1. 両面研磨されたシリコンウェーハを準備する工程と；
   前記シリコンウェーハに複数の貫通穴を形成すると共に、前記シリコンウェーハの表側表面に複数の機能的構造を形成する工程と；
   前記シリコンウェーハの表側表面を保護基板に取り付けることにより、前記シリコンウェーハの裏側表面にパターンを作成する際の損傷から表側表面を保護する工程と；
   前記シリコンウェーハをダイシングする工程であって、ウェーハステージ上に前記シリコンウェーハの裏側表面を堅固に取り付けて、前記シリコンウェーハをウェーハキャリアステージに載置する工程と、貫通穴によって規定される経路に沿ってダイシングソーにより前記シリコンウェーハを切断する工程とを含むと共に、
   前記ダイシングソーまたは前記ウェーハキャリアステージは回動可能であり、ダイシングソーを定義された前記経路に合わせるように前記回動の状態を制御して、前記シリコンウェーハから切断され分離された矩形形状の各チップが少なくとも１つの機能的構造を含むように切り離すことを特徴とする、シリコンウェーハの切断方法。
2. 前記両面研磨されたシリコンウェーハは、低圧化学蒸着（ＬＰＣＶＤ）装置を使用することにより、シリコンウェーハ上の窒化シリコン（ＳｉＮｘ）または炭化シリコン（ＳｉＣ）の薄層でコーティングされる、請求項１に記載のシリコンウェーハの切断方法。
3. 前記貫通穴は、表面および裏面が長方形または正方形であることを特徴とする請求項１に記載のシリコンウェーハの切断方法。
4. 前記シリコンウェーハがＳｉ｛１００｝ウェーハの場合、前記貫通穴の端は＜１１０＞方向に平行である、請求項３に記載のシリコンウェーハの切断方法。
5. 前記シリコンウェーハ上の機能的構造は、自立型のＳｉＮｘまたはＳｉＣよりなる膜であり、自立型のＳｉＮｘまたはＳｉＣよりなる膜は電子顕微鏡用チップ用の電子透過性の窓である、請求項１に記載のシリコンウェーハの切断方法。
6. 前記機能的構造は、前記シリコンウェーハのＳｉＮｘもしくはＳｉＣ層上に堆積されたＡｌ、Ａｇ、Ａｕ、Ｃ、Ｃｒ、Ｃｕ、Ｇｅ、Ｉｒ、Ｉｎ、Ｍｏ、Ｎｉ、Ｐｔ、Ｐｄ、Ｓｉ、Ｔｉ、Ｗ、ＡｕＧｅ、Ａｌ_２Ｏ_３、ＩＴＯ（Ｉｎｄｉｕｍ Ｔｉｎ Ｏｘｉｄｅ）、ＧａＡｓ、ＳｉＮ、ＳｉＯ_２、ＭｇＯ、ＴｉＮ、ＴｉＯ_２、Ｔａ_２Ｏ_５、ＨｆＯ_２、エポキシベースのフォトレジスト、またはポリイミドである、請求項１に記載のシリコンウェーハの切断方法。
7. 前記機能的構造がセンサまたは集積回路である、請求項１に記載のシリコンウェーハの切断方法。
8. 前記機能的構造が、前記シリコンウェーハの表面上に二次元アレイで配置される、請求項１に記載のシリコンウェーハの切断方法。
9. 前記貫通穴は、前記シリコンウェーハの裏面を、フォトレジストコーティング、フォトリソグラフィ、現像、ＳｉＮｘまたはＳｉＣコーティング層の選択エッチング、フォトレジスト除去、及びウェットエッチングのパターニングの各工程を経て処理することにより形成される、請求項１に記載のシリコンウェーハの切断方法。
10. フォトレジストコーティング、フォトリソグラフィ、現像、コーティング層の選択的エッチング、およびフォトレジスト除去ならなるパターニングの各工程において、前記シリコンウェーハの表側表面が保護基板上に取り付けられる、請求項１に記載のシリコンウェーハの切断方法。
11. 前記保護基板は、前記パターニングの各工程に前記シリコンウェーハを機械的に支持できるシリコンウェーハ、アルミニウムディスク、または他の材料である、請求項９又は１０に記載のシリコンウェーハの切断方法。
12. 前記自立膜の窓の機能的構造が、フォトレジストコーティング、フォトリソグラフィ、現像、コーティング層の選択的エッチング、フォトレジスト除去、及びウェットエッチングで前記シリコンウェーハの裏側表面を処理することにより形成される、請求項５に記載のシリコンウェーハの切断方法。
13. 前記フォトレジストコーティングは、スピンコーティングまたはスプレーコーティングで行うことができる、請求項９又は１２に記載のシリコンウェーハの切断方法。
14. 前記フォトリソグラフィが、設計されたＣＡＤパターンをフォトレジストでコーティングされた表面に転写することができるレーザ源を使用することによって実行される、請求項９又は１２に記載のシリコンウェーハの切断方法。
15. 前記現像が、２．３５％水酸化テトラメチルアンモニウム（ＴＭＡＨ）水溶液を使用して露光領域上のフォトレジストを除去することにより行われる、請求項９又は１２に記載のシリコンウェーハの切断方法。
16. 前記選択エッチングは、前記現像の後に前記ＳｉＮｘまたはＳｉＣの層が露出している領域を選択的にエッチングする選択エッチング装置または熱リン酸を用いて行われる、請求項９又は１２に記載のシリコンウェーハの切断方法。
17. 前記フォトレジスト除去が、前記シリコンウェーハ上の前記フォトレジストを除去できるＮ－メチルピロリドン（ＮＭＰ）、又はイソプロピルアルコール（ＩＰＡ）を使用することにより行われる、請求項９又は１２に記載のシリコンウェーハの切断方法。
18. 前記ウェットエッチングは、５０℃～９５℃の範囲のＫＯＨまたはＴＭＡＨ水溶液を用いた異方性エッチングである、請求項９又は１２に記載のシリコンウェーハの切断方法。
19. 前記貫通穴の設計された構造は、前記自立型ＳｉＮｘまたはＳｉＣ膜が粘着テープで除去されて、先端が切り取られたピラミッド形状の貫通穴を形成される、請求項９に記載のシリコンウェーハの切断方法。
20. 前記自立膜が維持され、前記窓として機能する、請求項１２に記載のシリコンウェーハの切断方法。
21. 前記機能的構造は、前記貫通穴が前記シリコンウェーハに存在するときに、前記シリコンウェーハの表側表面に形成される、請求項５、６又は７に記載のシリコンウェーハの切断方法。
22. 前記シリコンウェーハの表側表面上への前記機能的構造の形成工程には、さらにパターニング又は材料堆積プロセスを含む、請求項５、６又は７に記載のシリコンウェーハの切断方法。
23. 前記パターニングプロセスが、フォトレジストコーティング、フォトリソグラフィ又は現像からなる、請求項２２に記載のシリコンウェーハの切断方法。
24. 前記フォトリソグラフィは、前記貫通穴を位置決め基準マークとして使用することにより、前記機能的構造のパターンをフォトレジスト被覆表面上の設計された位置に転写する、請求項２３に記載のシリコンウェーハの切断方法。
25. 前記材料堆積プロセスは、ＬＰＣＶＤ、プラズマ強化化学気相堆積（ＰＥＣＶＤ）、電子ビーム蒸発および堆積、スパッタ堆積、または原子堆積方法である、請求項２２に記載のシリコンウェーハの切断方法。
26. 前記シリコンウェーハの切断経路が、一対の前記貫通穴の縁部の対応する同じ位置を通り、前記一対の貫通穴の他の縁部と平行である請求項１に記載のシリコンウェーハの切断方法。
27. 切断経路は、必ずしも一対の貫通穴を横切る必要はない、請求項１に記載のシリコンウェーハの切断方法。
28. ダイシング中に前記ダイシングソーが前記シリコンウェーハの表側表面に対向する請求項１～２７のいずれかに記載のシリコンウェーハの切断方法。
29. 前記シリコンウェーハの表側表面をフォトレジストでコーティングして、前記表側表面上の機能的構造を保護する、請求項２８に記載のシリコンウェーハの切断方法。
30. ウェーハキャリアステージへの前記シリコンウェーハの裏面の取り付けは、前記シリコンウェーハを粘着シート上に配置し、次いで前記粘着シートを前記ウェーハキャリアステージにセットすることによって行われる、請求項１に記載のシリコンウェーハの切断方法。
    

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