JP3553096B2 - 微小機械構造部材を製作する方法 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、請求項１の上位概念に基く微小機械構造部材(mikromechnischer Bauteile)を製作する方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
既に微小機械構造部材を製作する方法が公知であり、この方法にあってはシリコンウエハに異方性エッチングを施し、その際微小機械構造部材をシリコンウエハの結晶方位のために方位付けしなければならない。結晶構造の方位付けは、それ以外は円形の、ウエハの面取された側部に基き所謂フラット部で行われており、その際このフラット部は、標準的には１度の角度精度でメーカによって加工されている。この１度の角度精度は、シリコンから成る普通の電子機器構造部材の製作に対しては充分である。しかしフラット部のより高い角度精度を備えたウエハの場合は、より高い価格になると考えられている。
【０００３】
【発明が解決しょうとする課題】
本発明の課題は、上述の欠点を除去することにある。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
この課題は本発明によれば、シリコンから成る微小機械構造部材を異方性エッチングによってシリコンウエハから製作する際に、構造部材をシリコンの結晶構造に対し方位付けする方法において、１つのシリコン単結晶から切り出された多数のウエハのうちの１つのウエハについてフラット部に対して相対的な結晶構造を調査し、この調査した情報を、別のウエハを構造化する際に構造の方位付けのために利用するようにした。
。
【０００５】
【発明の効果】
請求項１に記載した本発明の方法は、結晶構造に対する微小機械構造のコスト的に有利な方位付けを、極めて高い角度精度で達成できるという利点を有している。
【０００６】
請求項２以下に述べられている手段により、請求項１で述べた方法の有利な実施例及び改良が可能である。
【０００７】
【実施例】
本発明の実施例を図面に図示し、次にこれを詳細に説明する。
【０００８】
図１及び図２には、１００方位シリコン内にエッチングされた孔が図示されている。図１は平面図を、図２は図１の線Ｉ−Ｉに沿った断面図を、夫々図示している。符号１１で窒化珪素層１３内の正方形開口部を表わし、符号１２で発生したエッチング孔を表わしており、該エッチング孔１２はエッチングマスク１３を部分的にアンダカットしている。符号１４で１００方位に配位されたシリコンウエハが図示されている。
【０００９】
本発明の方法は、１１０方位のウエハのエッチングに対しても同じ様に適合している。専門家には、１１０方位ウエハ内の対応するエッチング輪郭が公知である。
【００１０】
１００方位に配位されたシリコンにあっては、塩基性エッチング溶液によって開口部をエッチングすることができ、該開口部は、平面図で長方形輪郭又は図１に図示のように正方形輪郭を有している。この構造体の壁部は表面に対し５４．７度の角度を有しており、従ってこの壁部は互いに約７０．５度の角度を有している。ウエハ内にこのような開口部をエッチングするため、表面は先ずエッチングマスクとして窒化珪素層で被膜される。エッチングマスクをシリコン表面に良好に接着させるため、窒化珪素層の分離の前に薄い酸化珪素層を分離する。次にウエハ表面の部分を露出せしめるためにこの窒化珪素層を構造化し、その後この部分に、一般にＫＯＨである塩基性溶液を作用せしめる。しかしその際この長方形又は正方形のエッチング開口部の縁部を、正確に結晶構造に対して方位付けしなければならない。この縁部をエッチング限界である［１１１］面に対し相対的に誤って調整すると、エッチングマスクのアンダカットを惹き起すことになる。このことが図１の平面図に図示されている。正方形のエッチング窓１１がアンダカットされると、より大きな正方形輪郭を備えたエッチング孔１２が発生する。エッチング孔１２の側部は、シリコンウエハのエッチング制限部である［１１１］面によって形成される。その際エッチングマスク１３は、図２に見られるようにアンダカットされる。つまり窒化珪素層１３のエッチング窓の誤った方位付けによって、実際に発生する孔の幾何学的形状が所望のそれから偏位してしまう。従って０．３度の公知のフラット部の角度精度は、微小機械構造の製作に対しては不充分であり、例えば０．０５度のより高い角度精度が所望されている。
【００１１】
本発明の方法は、大量チャージのシリコンウエハが唯１つのシリコン結晶体から製造されるという事実に基いている。シリコンウエハの製作のために、先づ大きなロッド状のシリコン単結晶体を製造する。この結晶体を加工してこれが円形の横断面を有するようにする。その後全結晶体の側面を研削してフラット部を形成する。その後先づロッド状の結晶体を個々のウエハディスクに分割する。このことによって、フラット部の方位付けがたとえ０．３度だけの精度であっても、１チャージのウエハの、つまりシリコン単結晶から削り出されたウエハの、角度誤差の再現性が著しく改善されるという結果になる。フラット方位内の差異は、ウエハの縁部の丸味によってのみ発生する。しかしこの丸味は極めて再現性が高く、従って１チャージの、つまり単一結晶体の、全てのウエハのフラット部の角度方位付けが同一であるということを確認することができた。この知見が本発明の方法に利用されており、この場合にあっては１チャージウエハのテストウエハにおける角度誤差が測定され、次にこの情報を構造の方法付けのためにそのチャージの別のウエハに利用することができる。フラット部の角度方位は、例えば図１に図示のように、構造の計測によって決定可能である。このことは、エッチング窓３４の縁部及びエッチング孔３５の縁部によって明らかである。エッチング窓の縁部は、これがフラット部に平行に位置するようにウエハ上に生成せしめられる。その場合両縁部３４及び３５間の角度は、フラット部と１１１方位との間の角度に一致する。その際顕微鏡下の平面図でアンダカットされた窒化珪素マスク１３が、アンダカットされていない表面とは異なった色を有していると有利である。角度方位は顕微鏡を用いて計測することによって、また簡単な三角法による計算によっても得られる。
【００１２】
図３には、本発明の方法に使用されるマスク１５が図示されている。マスク１５の上には、調整十字マーク１８と角度調整構造部１７とが位置している。微小機械構造部材のための本来の構造は、面３１によってその概略だけが図示されている。マスク１５は窒化珪素層を構造化するために使用される。ガラスとクロムとから成るこのようなマスク１５の構造と、マスキング１３を構造化するための相応のフォトリソグラフィー (Photolithographie)及びエッチングプロセスは、専門家にはよく知られている。マスク１５の下方に位置するシリコンウエハ１６の輪郭が、フラット部１９として概略的に図示されている。
【００１３】
調整十字マーク１８は、フォトリソグラフィー及びエッチングプロセスによってウエハ１６上に転写されており、かつウエハ１６の加工のために必要である、別の総てのマスクの調整のために使用されている。マスク１５は、角度調整構造１７によってウエハ１６のフラット部１９に対し相対的に調整される。その際事前に同一チャージの別のウエハで得られた情報を、フラット部の角度精度を介しマスク１５がウエハ１６の結晶構造に対し正確に方位付けされるように利用する。角度調整構造部１７の詳細が図４に図示のように構成されており、この位置においては先づ、この角度調整構造部１７がフラット部１９に対する方位付けだけを可能にするということが重要である。フラット部１９に対しマスク１５を調整するため、２つの対物レンズを備えた顕微鏡が使用されており、該顕微鏡は、夫々角度調整構造部１７の上方に配置されている。２つの角度調整構造１７の像が１つの平面上に投射されるので、観察者は２つの角度調整構造部を同時に調整することができる。微小機械構造部材のための構造に対して相対的な角度調整構造部１７の配置は、構造部材としての面３１がウエハの中央部に位置するように選択される。一方の角度調整構造部１７から別の角度調整構造部１７への仮想線を画き、両角度調整構造部１７の間の中心点でこれに垂線を引いた場合、この線は面３１の中心点までにほぼ４７．３ｍｍの長さを有している。この値は、直径が１００ｍｍの微小機械構造ウエハの製造の際に使用される値である。
【００１４】
図４には角度調整構造部１７が図示されている。この構造部１７は、中心ブロック２２とバー２０及び２１とから成っている。その際中心ブロック２２及びバー２０，２１は、不透明な領域としてマスク上に構成されている。両角度調整構造部１７の両中心ブロック２２間の距離は、マスク上で正確に３２．５ｍｍである。この値は１００ｍｍのフラット長さの場合の平均値に一致している。目標フラット長さは、両方向に２．５ｍｍだけ偏位可能である。各角度調整構造部１７の中心ブロック２２の右側及び左側には、７本のバーを備えた夫々７つのグループのバーが配置されている。下方のバー２０、所謂零バーは、１０μｍ×２００μｍの寸法を有しており、別の６本のバー２１は６μｍ×２００μｍの寸法を有している。個々のバーグループの間には、夫々１００μｍの自由空間が存在している。１つのグループ内のバーの間隔は、バーの中心線から計算して夫々２８．３６μｍである。平均フラット長さが３２．５ｍｍの場合この間隔は０．０５度の角度に相等する。つまり調整の際、１方の角度調整構造部がフラット部に対し一定に保持されており、かつ別の角度調整構造部が１本のバーだけ移動せしめられた場合には、マスクの角度がウエハに対し相対的に０．０５度だけ変化せしめられる。このバー毎の０．０５度は、別の６本のバー２１によってフラット部の最大の許容角度０．３度にまで加算される。中心ブロック２２の夫々の側には７つのバーグループが存在しているので、フラット長さの各許容差をこれによって補正することができる。調整の際にはマスクを先づ、フラット部１９のウエハ１６の円形部分への移行位置が両角度調整構造部の下方に対称的に位置する、つまり夫々鏡面対称的なバーグループの下方に位置するように移動せしめる。その後一方の角度調整構造部を、零バー２０がフラット部１９で丁度覆われるように配向せしめ、更に別の角度調整構造部をその後、角度補正のために必要なバー２１がフラット部で覆われるように移動せしめる。その際どのバーを選択すべきかという情報は、前以てテストウエハで調査されている。
【図面の簡単な説明】
【図１】１００方位シリコン内のエッチング孔の図である。
【図２】図１の構造の断面図である。
【図３】マスク上の角度調整構造部の配置図である。
【図４】角度調整構造部の図である。
【符号の説明】
１１ 正方形開口部
１２ エッチング孔
１３ 窒化珪素層
１４ シリコンウエハ
１５ マスク
１６ シリコンウエハ
１７ 角度調整構造部
１８ 調整十字マーク
１９ フラット部
２０，２１ バー
２２ 中心ブロック
３１ 面
３４，３５ 縁部
【発明の属する技術分野】
本発明は、請求項１の上位概念に基く微小機械構造部材(mikromechnischer Bauteile)を製作する方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
既に微小機械構造部材を製作する方法が公知であり、この方法にあってはシリコンウエハに異方性エッチングを施し、その際微小機械構造部材をシリコンウエハの結晶方位のために方位付けしなければならない。結晶構造の方位付けは、それ以外は円形の、ウエハの面取された側部に基き所謂フラット部で行われており、その際このフラット部は、標準的には１度の角度精度でメーカによって加工されている。この１度の角度精度は、シリコンから成る普通の電子機器構造部材の製作に対しては充分である。しかしフラット部のより高い角度精度を備えたウエハの場合は、より高い価格になると考えられている。
【０００３】
【発明が解決しょうとする課題】
本発明の課題は、上述の欠点を除去することにある。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
この課題は本発明によれば、シリコンから成る微小機械構造部材を異方性エッチングによってシリコンウエハから製作する際に、構造部材をシリコンの結晶構造に対し方位付けする方法において、１つのシリコン単結晶から切り出された多数のウエハのうちの１つのウエハについてフラット部に対して相対的な結晶構造を調査し、この調査した情報を、別のウエハを構造化する際に構造の方位付けのために利用するようにした。
。
【０００５】
【発明の効果】
請求項１に記載した本発明の方法は、結晶構造に対する微小機械構造のコスト的に有利な方位付けを、極めて高い角度精度で達成できるという利点を有している。
【０００６】
請求項２以下に述べられている手段により、請求項１で述べた方法の有利な実施例及び改良が可能である。
【０００７】
【実施例】
本発明の実施例を図面に図示し、次にこれを詳細に説明する。
【０００８】
図１及び図２には、１００方位シリコン内にエッチングされた孔が図示されている。図１は平面図を、図２は図１の線Ｉ−Ｉに沿った断面図を、夫々図示している。符号１１で窒化珪素層１３内の正方形開口部を表わし、符号１２で発生したエッチング孔を表わしており、該エッチング孔１２はエッチングマスク１３を部分的にアンダカットしている。符号１４で１００方位に配位されたシリコンウエハが図示されている。
【０００９】
本発明の方法は、１１０方位のウエハのエッチングに対しても同じ様に適合している。専門家には、１１０方位ウエハ内の対応するエッチング輪郭が公知である。
【００１０】
１００方位に配位されたシリコンにあっては、塩基性エッチング溶液によって開口部をエッチングすることができ、該開口部は、平面図で長方形輪郭又は図１に図示のように正方形輪郭を有している。この構造体の壁部は表面に対し５４．７度の角度を有しており、従ってこの壁部は互いに約７０．５度の角度を有している。ウエハ内にこのような開口部をエッチングするため、表面は先ずエッチングマスクとして窒化珪素層で被膜される。エッチングマスクをシリコン表面に良好に接着させるため、窒化珪素層の分離の前に薄い酸化珪素層を分離する。次にウエハ表面の部分を露出せしめるためにこの窒化珪素層を構造化し、その後この部分に、一般にＫＯＨである塩基性溶液を作用せしめる。しかしその際この長方形又は正方形のエッチング開口部の縁部を、正確に結晶構造に対して方位付けしなければならない。この縁部をエッチング限界である［１１１］面に対し相対的に誤って調整すると、エッチングマスクのアンダカットを惹き起すことになる。このことが図１の平面図に図示されている。正方形のエッチング窓１１がアンダカットされると、より大きな正方形輪郭を備えたエッチング孔１２が発生する。エッチング孔１２の側部は、シリコンウエハのエッチング制限部である［１１１］面によって形成される。その際エッチングマスク１３は、図２に見られるようにアンダカットされる。つまり窒化珪素層１３のエッチング窓の誤った方位付けによって、実際に発生する孔の幾何学的形状が所望のそれから偏位してしまう。従って０．３度の公知のフラット部の角度精度は、微小機械構造の製作に対しては不充分であり、例えば０．０５度のより高い角度精度が所望されている。
【００１１】
本発明の方法は、大量チャージのシリコンウエハが唯１つのシリコン結晶体から製造されるという事実に基いている。シリコンウエハの製作のために、先づ大きなロッド状のシリコン単結晶体を製造する。この結晶体を加工してこれが円形の横断面を有するようにする。その後全結晶体の側面を研削してフラット部を形成する。その後先づロッド状の結晶体を個々のウエハディスクに分割する。このことによって、フラット部の方位付けがたとえ０．３度だけの精度であっても、１チャージのウエハの、つまりシリコン単結晶から削り出されたウエハの、角度誤差の再現性が著しく改善されるという結果になる。フラット方位内の差異は、ウエハの縁部の丸味によってのみ発生する。しかしこの丸味は極めて再現性が高く、従って１チャージの、つまり単一結晶体の、全てのウエハのフラット部の角度方位付けが同一であるということを確認することができた。この知見が本発明の方法に利用されており、この場合にあっては１チャージウエハのテストウエハにおける角度誤差が測定され、次にこの情報を構造の方法付けのためにそのチャージの別のウエハに利用することができる。フラット部の角度方位は、例えば図１に図示のように、構造の計測によって決定可能である。このことは、エッチング窓３４の縁部及びエッチング孔３５の縁部によって明らかである。エッチング窓の縁部は、これがフラット部に平行に位置するようにウエハ上に生成せしめられる。その場合両縁部３４及び３５間の角度は、フラット部と１１１方位との間の角度に一致する。その際顕微鏡下の平面図でアンダカットされた窒化珪素マスク１３が、アンダカットされていない表面とは異なった色を有していると有利である。角度方位は顕微鏡を用いて計測することによって、また簡単な三角法による計算によっても得られる。
【００１２】
図３には、本発明の方法に使用されるマスク１５が図示されている。マスク１５の上には、調整十字マーク１８と角度調整構造部１７とが位置している。微小機械構造部材のための本来の構造は、面３１によってその概略だけが図示されている。マスク１５は窒化珪素層を構造化するために使用される。ガラスとクロムとから成るこのようなマスク１５の構造と、マスキング１３を構造化するための相応のフォトリソグラフィー (Photolithographie)及びエッチングプロセスは、専門家にはよく知られている。マスク１５の下方に位置するシリコンウエハ１６の輪郭が、フラット部１９として概略的に図示されている。
【００１３】
調整十字マーク１８は、フォトリソグラフィー及びエッチングプロセスによってウエハ１６上に転写されており、かつウエハ１６の加工のために必要である、別の総てのマスクの調整のために使用されている。マスク１５は、角度調整構造１７によってウエハ１６のフラット部１９に対し相対的に調整される。その際事前に同一チャージの別のウエハで得られた情報を、フラット部の角度精度を介しマスク１５がウエハ１６の結晶構造に対し正確に方位付けされるように利用する。角度調整構造部１７の詳細が図４に図示のように構成されており、この位置においては先づ、この角度調整構造部１７がフラット部１９に対する方位付けだけを可能にするということが重要である。フラット部１９に対しマスク１５を調整するため、２つの対物レンズを備えた顕微鏡が使用されており、該顕微鏡は、夫々角度調整構造部１７の上方に配置されている。２つの角度調整構造１７の像が１つの平面上に投射されるので、観察者は２つの角度調整構造部を同時に調整することができる。微小機械構造部材のための構造に対して相対的な角度調整構造部１７の配置は、構造部材としての面３１がウエハの中央部に位置するように選択される。一方の角度調整構造部１７から別の角度調整構造部１７への仮想線を画き、両角度調整構造部１７の間の中心点でこれに垂線を引いた場合、この線は面３１の中心点までにほぼ４７．３ｍｍの長さを有している。この値は、直径が１００ｍｍの微小機械構造ウエハの製造の際に使用される値である。
【００１４】
図４には角度調整構造部１７が図示されている。この構造部１７は、中心ブロック２２とバー２０及び２１とから成っている。その際中心ブロック２２及びバー２０，２１は、不透明な領域としてマスク上に構成されている。両角度調整構造部１７の両中心ブロック２２間の距離は、マスク上で正確に３２．５ｍｍである。この値は１００ｍｍのフラット長さの場合の平均値に一致している。目標フラット長さは、両方向に２．５ｍｍだけ偏位可能である。各角度調整構造部１７の中心ブロック２２の右側及び左側には、７本のバーを備えた夫々７つのグループのバーが配置されている。下方のバー２０、所謂零バーは、１０μｍ×２００μｍの寸法を有しており、別の６本のバー２１は６μｍ×２００μｍの寸法を有している。個々のバーグループの間には、夫々１００μｍの自由空間が存在している。１つのグループ内のバーの間隔は、バーの中心線から計算して夫々２８．３６μｍである。平均フラット長さが３２．５ｍｍの場合この間隔は０．０５度の角度に相等する。つまり調整の際、１方の角度調整構造部がフラット部に対し一定に保持されており、かつ別の角度調整構造部が１本のバーだけ移動せしめられた場合には、マスクの角度がウエハに対し相対的に０．０５度だけ変化せしめられる。このバー毎の０．０５度は、別の６本のバー２１によってフラット部の最大の許容角度０．３度にまで加算される。中心ブロック２２の夫々の側には７つのバーグループが存在しているので、フラット長さの各許容差をこれによって補正することができる。調整の際にはマスクを先づ、フラット部１９のウエハ１６の円形部分への移行位置が両角度調整構造部の下方に対称的に位置する、つまり夫々鏡面対称的なバーグループの下方に位置するように移動せしめる。その後一方の角度調整構造部を、零バー２０がフラット部１９で丁度覆われるように配向せしめ、更に別の角度調整構造部をその後、角度補正のために必要なバー２１がフラット部で覆われるように移動せしめる。その際どのバーを選択すべきかという情報は、前以てテストウエハで調査されている。
【図面の簡単な説明】
【図１】１００方位シリコン内のエッチング孔の図である。
【図２】図１の構造の断面図である。
【図３】マスク上の角度調整構造部の配置図である。
【図４】角度調整構造部の図である。
【符号の説明】
１１ 正方形開口部
１２ エッチング孔
１３ 窒化珪素層
１４ シリコンウエハ
１５ マスク
１６ シリコンウエハ
１７ 角度調整構造部
１８ 調整十字マーク
１９ フラット部
２０，２１ バー
２２ 中心ブロック
３１ 面
３４，３５ 縁部
Claims (5)
- シリコンから成る微小機械構造部材を異方性エッチングによってシリコンウエハから製作する方法であって、その際構造部材をシリコンの結晶構造に対し方位付けする形式のものにおいて、１つのシリコン単結晶から切り出された多数のウエハのうちの１つのウエハについてフラット部(１９)に対して相対的な結晶構造を調査し、この調査した情報を、別のウエハを構造化する際に構造の方位付けのために利用することを特徴とする、微小機械構造部材を製作する方法。
- フラット部（１９）に対する相対的な結晶構造を調査するために、長方形の輪郭を備えた開口部（１２）をウエハ内にエッチングし、かつエッチングマスク（１３）の下方へのアンダカットを計測することを特徴とする、請求項１記載の方法。
- 第１のマスク（１５）を通して露光することによってシリコンウエハを構造化し、この第１のマスク（１５）によって、別の全てのマスクを露光するための利用される調整十字マーク（１８）を形成し、この第１のマスク（１５）を、フラット部（１９）に対して相対的な調整することを特徴とする、請求項１又は２記載の方法
。 - 第１のマスク（１５）に、フラット部（１９）の平均長さの間隔を保って２つの角度調整構造部（１７）を設けることを特徴とする、請求項３記載の方法。
- 角度調整構造部（１７）にバー（２０，２１）を設け、これらのバーの相互間隔を、角度調整構造部（１７）の所望の角度精度および間隔によって決定することを特徴とする、請求項３又は４記載の方法。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| DE4134291.7 | 1991-10-17 | ||
| DE4134291A DE4134291A1 (de) | 1991-10-17 | 1991-10-17 | Verfahren zur exakten ausrichtung von masken zum anisotropen aetzen von dreidimensionalen strukturen aus siliziumwafern |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH05263272A JPH05263272A (ja) | 1993-10-12 |
| JP3553096B2 true JP3553096B2 (ja) | 2004-08-11 |
Family
ID=6442832
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP27567192A Expired - Fee Related JP3553096B2 (ja) | 1991-10-17 | 1992-10-14 | 微小機械構造部材を製作する方法 |
Country Status (5)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US5254209A (ja) |
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