JPH04230027A - シリコンウェーハから精密エッチング３次元装置を製作する方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明はシリコンウェーハからの
精密エッチング３次元電気機械的または機械的構造体の
製作に関し、更に詳細には、化学的にマスクされたシリ
コンウェーハの前面を単一段階のエッチング処置を用い
て精密エッチングし、且つ同時に、ウェーハの背面上の
耐エッチング性マスクに損傷を生じさせるクラックを防
止し、かかる背面クラックを通じて不所望の背面エッチ
ングが生ずることのないようにする方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】電気機械的または機械的構造体または装
置を作るためにシリコンウェーハの前面の精密エッチン
グが要求されるウェーハエッチング適用分野においては
、ウェーハの背面マスキング層に損傷が生じて不所望の
背面エッチングを生じさせることがあるために装置の歩
留が低下することがしばしばある。反面エッチングの欠
陥は、例えば熱インクジェット溝板のような前面ダイの
歩留を著しく低下させる可能性がある。また、背面エッ
チング欠陥は、フォトレジストの塗布または現像のため
にチャック上でウェーハを回転させるのに必要な真空取
り上げの妨げになる可能性がある。

【０００３】背面マスキング薄膜は極めて虚弱であり、
処理に必要な通常のウェーハ取り扱い中に機械的損傷を
受けやすい。通例のマスキング層の一例としては窒化シ
リコンがあり、これは引っ張り応力のかかった膜として
化学蒸着される。窒化シリコンは、一般に、種々の有用
な化学的エッチング剤に対して優れた耐エッチング性を
有しているが、引っ張り応力がかかると簡単なクラック
が入って口が開き易い。即ち、クラックが広がって内部
の引っ張り応力が開放されるのである。即ち、窒化シリ
コンの背面被覆に何かが機械的に接触するとクラックが
入って口が開き、背面エッチング欠陥となり易い。

【０００４】背面エッチングは、例えばインクジェット
式プリントヘッドのインク流案内用溝板におけるような
前面エッチングされたシリコン構造体の歩留を低下させ
る可能性がある。本発明者にかかる「２段式シリコンエ
ッチング処理を用いるシリコン装置のための製作方法」
（Ｆａｂｒｉｃａｔｉｎｇ　Ｍｅｔｈｏｄ　ｆｏｒ　Ｓ
ｉｌｉｃｏｎ　Ｄｅｖｉｃｅｓ　Ｕｓｉｎｇ　ａＴｗｏ
　Ｓｔｅｐ　Ｓｉｌｉｃｏｎ　Ｅｔｃｈｉｎｇ　Ｐｒｏ
ｃｅｓｓ　）なる発明の名称の継続中の米国特許出願に
おいては、２段式シリコンエッチング処理を用いてより
高い寸法的制御を行なうようにした発明が開示されてい
る。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、シリ
コンウェーハの背面に、背面化学的マスキング層の上に
機械的保護膜を設け、これにより、無損傷のマスキング
層がウェーハ背面をエッチング損傷から保護するように
することにある。この機械的保護膜は、マスキング膜に
対し、ウェーハを露出させるクラックを発生させて不所
望なエッチングを生じさせる機械的損傷を防止すること
により、マスキング膜の完全性を保護する。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明においては、シリ
コンウェーハから精密エッチング３次元装置を製作する
方法を提供する。その一例はインク流案内溝板に関する
ものであり、この溝板は、選択的アドレス可能な加熱素
子のアレイを包含する加熱板と整列及び整合させられる
と、熱インクジェット式プリントヘッドを形成するもの
である。そのウェーハは前面及び背面を有し、前面のみ
がエッチングされてそこに凹所を形成する。窒化シリコ
ンのような化学的マスキング層をウェーハの前面及び背
面に堆積させ、次いで、その上に多結晶シリコンのよう
な機械的損傷保護層を堆積させる。例えば、ウェーハの
背面を回転チャックに取り付けてウェーハ前面上にフォ
トレジストの層を回転被覆することにより、ウェーハ上
の前記保護層の前面にフォトレジスト層を被着させる。 ウェーハの前面上のフォトレジストの被着最中は、前記
背面のマスキング層は、クラックを生じさせる機械的損
傷の発生のないように保護される。このフォトレジスト
層をパターン付けしてこれにヴァイアの所定パターンを
作り、次いで前記保護層及びマスキング層をプラズマエ
ッチングする。前記パターン付けしたフォトレジスト層
を除去し、そしてこのウェーハをエッチング浴内に入れ
、該浴内でウェーハ前面をエッチングしてこれに凹所を
形成し、且つ同時に、前記保護層を除去する。ウェーハ
内に多重装置がエッチングされる場合には、次の段階に
おいてダイシング作業でこれら装置を分離する。

【０００７】他の実施例においては、背面保護層をフォ
トレジスト層で被覆した後、前面保護層を除去し、次い
でこのフォトレジスト層を除去する。これにより、背面
の保護層は残っておって下のマスキング層に対する損傷
を防止する。しかし前面からは除去され、マスキング層
のみがパターン付けされることになる。更に他の実施例
においては、保護層を背面のみに堆積させる。このよう
な保護層は、前面及び背面のマスキング層のいずれをも
損傷させることなしに堆積及び除去が可能であって且つ
被着処理法のあることが必要であり、このような保護層
としては例えば蒸着アルミニウムがある。

【０００８】以下、本発明をその実施例について図面を
参照して詳細に説明する。図面において、同じ符号は同
じ部材を示す。

【０００９】

【実施例】（１００）シリコンウェーハ１０から１つま
たは複数の精密エッチング３次元構造体１２を製作する
方法を図１ないし図７に示す。図７は、複数の精密エッ
チング構造体１２が作られているシリコンウェーハの平
面図であり、図７の平面図は、図１ないし図６について
後述する製作段階が終わった後、そして、破線で示す直
行する垂直及び水平のダイシング線１３、１５にそれぞ
れ沿ってウェーハをダイシングする前のウェーハの状態
を示すものである。図８に、精密エッチングシリコン構
造体１２の代表的な例をインク案内用溝板として示す。 この溝板は、破線で示す加熱素子板２０と整列させられ
てこれに結合され、米国特許第３，８９９，１８１　号
及び米国再公布特許Ｒｅ３２，５７２号に開示されてい
る形式の熱インクジェット式プリントヘッド１７を構成
する。これら米国特許の内容については本明細書におい
て参照として説明する。外部供給源（図示せず）からの
インク（図示せず）は若干の負圧の下で入口２５に入り
、そして、シリコン基板１２を通して異方性エッチング
された凹所であるリザーバ２４を満たす。インク溝とし
て働く平行な細長い凹所２２のアレイがリザーバ２４と
同時に異方性エッチングされる。この溝は、リザーバに
隣接する端部が閉塞されており、他端は開放しておって
液滴放出ノズル１９として働く。前掲の米国特許第４，
８９９，１８１　号に開示されているように、インクは
、矢印２３で示すように、リザーバ２４から厚膜絶縁ポ
リマ層２７内の凹所２８を通って溝２２へ流れる。この
ポリマ層は、破線で示してあり、加熱素子板２０に添着
されてパターン付けされる。前記厚膜層もパターン付け
され、加熱素子２１上から該厚膜層を除去してピット２
６を形成するようになっている。このピットは、業界に
周知のように、加熱素子への電気パルスの選択的印加に
よって発生させられる一時的気泡（図示せず）の横移動
を抑制する。本実施例では窒化シリコンである耐エッチ
ングマスク１４は溝板から除去される。しかし、加熱素
子板との組立の前には残っていてもよい。Ｒｅ第３２，
５７２号に開示されているように、溝２２とリザーバ２
４との間の連通は、エッチング処理によって、またはフ
ライス削り作業によって得られる。

【００１０】次に図１ないし図６を参照して、例えば図
８について前述した溝板のような、シリコン構造体１２
に対して製作課程または方法を説明する。単一の（１０
０）シリコンウェーハから複数のシリコン構造体を同時
に形成することができるのであるが、過程の説明の都合
上、１つの構造体１２を断面で示す。図１において、好
ましくは窒化シリコンである化学的マスキング層１４を
、化学蒸着（ＣＶＤ）により、｛１００｝面を有する清
浄なシリコン基板の前面１２Ａ及び背面１２Ｂにそれぞ
れ０．０５ないし０．５　μｍの厚さに堆積させる。い
うまでもなく、このシリコン基板は一般に（１００）シ
リコンウェーハであるが、他の配向のものも異方性エッ
チングに対しては有用である。図２に示すように、好ま
しくは多結晶シリコンである機械的保護層１６を、ＣＶ
Ｄにより、シリコン基板１２の両面上の窒化シリコン層
の外面に０．１　ないし１．０μｍの厚さに堆積させる
。

【００１１】業界に周知のように、約０．５　ないし１
０μｍの厚さを有するＫＩＴ８２０（登録商標）のよう
なフォトレジストまたは感光層３０を、真空チャック（
図示せず）を用いて、シリコン基板１２の前面１２Ａ上
の多結晶シリコン層１６の上に回転被覆する。図３に示
すように、前記フォトレジスト層を露光及び現像してフ
ォトレジスト内にヴァイア２９のパターンを形成する。 これは、その後、多結晶シリコン層１６を、次いで窒化
シリコン層１４をエッチパターン付けするのに用いられ
る。 次いで、図４に示すように、前記露光済みのシリコン層
及びその下にある窒化シリコン層をプラズマエッチング
し、シリコン基板１２の前面１２Ａを露出させる。次に
、図５に示すように、前記フォトレジスト層を除去し、
次いで、シリコン基板１２をエッチング浴内に入れ、前
記パターン付けされたマスキング層１４に従って前面１
２Ａを異方性エッチングしてこれに凹所３２を作り、且
つ同時に、図６に示すように機械的保護層１６をエッチ
ング除去する。マスキング層１４内のヴァイア２９は、
通し穴を含む種々の深さの凹所を作るために異なる大き
さである場合もあるが、そのエッチングは単一のエッチ
ング処理段階として行なわれる。３次元シリコン構造体
１２が例えば溝板である場合には、異方性エッチングさ
れた凹所３２は図８に示すように溝２２及びリザーバ２
４である。本例においては、図７及び図８について前述
したように、複数の溝板を包含するシリコンウェーハ１
０を加熱素子ウェーハ（図示せず）と整列且つ整合させ
、ダイシング作業によって複数の個別プリントヘッド１
７に分割する。

【００１２】精密エッチング３次元シリコン装置の第２
の製作方法を図９及び図１０に（１００）シリコンウェ
ーハのようなシリコン基板の断面図で示す。図９及び図
１０は、図１ないし図６について前述した製作過程にお
いて更に追加された順次的段階を示すものである。図１
及び図２に示すように、マスキング層１４及び保護層１
６を順々に堆積させた後、図９に示すように、フォトレ
ジスト層３０をウェーハ即ち基板１２の背面１２Ｂ上に
背面保護層１６を覆って堆積させる。次に、図１０に示
すように、前面保護層を除去し、次いでフォトレジスト
を除去する。残りの製作過程は、前面保護層が既に除去
されているということを除き、図３ないし図６の過程と
同じである。即ち、図４のフォトレジスト層３０内のヴ
ァイア２９を通じて行なわれる下のマスキング層のパタ
ーン付けの前に前面保護層１６をパターン付けするとい
うことは必要でない。即ち、ウェーハ前面上の保護層は
既に除去されており、且つ、ウェーハ背面上のマスキン
グ層に対してクラックを生じさせる損傷を防止するため
に必要な背面保護層は残っているからである。図６の過
程におけると同じように、多結晶シリコン１６の保護層
を、例えばＫＯＨのような異方性エッチング剤を用いる
エッチング浴内でウェーハの異方性エッチングと同時に
除去する。

【００１３】他の製作方法（図示せず）において、ウェ
ーハの前面及び背面にマスキング層を堆積させた後、こ
のウェーハの背面のみに保護層を堆積させる。ウェーハ
の片面のみに堆積可能である保護層の一例としては蒸着
アルミニウムがある。このような保護層の主な必要性は
、これがマスキング層に対する損傷なしに除去可能であ
るということが必要であるということであり、そして、
選択的エッチング技術があるので、蒸着アルミニウムの
層は窒化シリコンからこれを損傷させることなしに除去
可能である。

【００１４】要約すると、本発明においては、例えばシ
リコンウェーハをフォトレジストまたは感光層で回転被
覆するために真空チャック上に載せるというような、シ
リコンウェーハの処理に必要な通常の操作中にマスキン
グ層を保護するため、シリコンウェーハ上に堆積された
虚弱な、機械的損傷を受けやすい化学エッチングマスキ
ング層の上に機械的保護層を用いる。窒化シリコンは種
々の有用な化学エッチングに対する優れた耐エッチング
性を有し、従って好ましいマスキング層となるが、引っ
張り応力を受けると簡単にクラックしやすい。本発明の
一実施例においては、窒化シリコンマスキング膜の上に
、好ましい保護層である多結晶シリコンを堆積させ、前
面上の窒化シリコンをパターンエッチングするための同
じ化学作用を用いて前記保護層をパターン付けすること
のできるようにする。他の実施例においては、最初にウ
ェーハの背面保護層をフォトレジストで被覆することに
より、前面の保護層を、前面の窒化シリコン層をパター
ン付けする前に除去し、そして、この前面保護層除去後
に前記フォトレジストを除去する。更に他の実施例にお
いては、例えばアルミニウムの層のようなマスキング層
で被覆されたウェーハの背面上のみに保護層を堆積させ
る。

【００１５】以上、本発明をその実施例について説明し
たが、本発明の範囲内で種々の変形及び変更を行なうこ
とができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明における３次元装置製作の種々の段階に
おける状態を示す断面図である。

【図２】本発明における３次元装置製作の種々の段階に
おける状態を示す断面図である。

【図３】本発明における３次元装置製作の種々の段階に
おける状態を示す断面図である。

【図４】本発明における３次元装置製作の種々の段階に
おける状態を示す断面図である。

【図５】本発明における３次元装置製作の種々の段階に
おける状態を示す断面図である。

【図６】本発明における３次元装置製作の種々の段階に
おける状態を示す断面図である。

【図７】複数のエッチング済み装置を内部に有するシリ
コンウェーハの平面図である。

【図８】図７に示す装置をダイシング作業によって分離
させた後のエッチング製作済み３次元装置の例として示
すエッチング溝板の断面図である。

【図９】本発明の他の実施例における３次元装置製作の
他の段階における状態を示す断面図である。

【図１０】本発明の他の実施例における３次元装置製作
の他の段階における状態を示す断面図である。

【符号の説明】

１２　　シリコン基板 １４　　マスキング層 １６　　保護層 ２２、２４、２８、３２　　凹所 ２９　　ヴァイア ３０　　フォトレジスト層

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　　前面及び背面を有するシリコンウェー
   ハから、該ウェーハの前面のみをエッチングすることに
   よって精密エッチング３次元装置を製作する方法におい
   て、 （ａ）　　耐エッチング性マスキング層を清浄なシリコ
   ンウェーハの前面及び背面に堆積させる段階と、（ｂ）
   　　前記ウェーハの前面及び背面上の前記マスキング層
   の上に機械的損傷保護層を堆積させる段階と、（ｃ）　
   　前記ウェーハ前面上の前記保護層の上に感光層を被着
   及びパターン付けしてフォトレジスト層内に一つパター
   ンのヴァイアのを作ることによって該ヴァイアを通して
   前記保護層を露出させる段階と、（ｄ）　　前記感光層
   内のヴァイアを通して露出させられた前記保護層及びマ
   スキング層をエッチングして、前記層内に、前記ウェー
   ハの前面を露出させるヴァイアを作る段階と、 （ｅ）　　前記パターン付けされた感光層を前記ウェー
   ハの前面から除去する段階と、 （ｆ）　　前記ウェーハをエッチング浴内で異方性エッ
   チングする段階とを有し、もって前記保護層及びマスキ
   ング層を通して露出した前記ウェーハの前面がエッチン
   グされて３次元装置を作ることを特徴とするシリコンウ
   ェーハから精密エッチング３次元装置を製作する方法。