JPH05263272A - 微小機械構造部材を製作する方法 - Google Patents

微小機械構造部材を製作する方法

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Abstract

(57)【要約】 【目的】 シリコンから成る微小機械構造体を製作する
ための方法を提供する。 【構成】 本発明の方法は、唯一つのシリコン単結晶か
ら切り出された多数のシリコンウエハを目標にしてい
る。結晶構造体を、ウエハ１６のフラット部１９に対し
相対的に最初のテストウエハによって調査し、この情報
を別のウエハの構造化の際に顧慮する。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】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】本発明では、請求項１に
記載の特徴によって上記課題を解決することができた。
【０００５】
【発明の効果】請求項１の特徴を備えた本発明の方法
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で述べた方法の別の有利な方法が可能であ
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】その際本発明の方法は、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度だけの制度であっても、
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１
１１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。角度方位は顕微鏡下の計測によって、ま
た簡単な三角法による計算によっても達成可能である。
【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１８と角度調整構造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。ガラス又はクロムから成る
このようなマスク１５の構造と、マスキング１３の構造
化のための対応する写真製版及びエッチングプロセスと
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
と一緒に概略図示されている。
【００１３】調整十字１８は、写真製版及びエッチング
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、この構造１７がフラット部のための方位付けを
行っているということだけが重要である。フラット部１
９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１７の上方に配置されている。両角度調整構
造１７の像が１つの平面上に投射され、かつ観察者が両
構造を同時に調整可能である。角度調整構造１７の配置
は、微小機械構造部材のための構造に対し相対的に、構
造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１７から別の角度調整構造１７への
仮想線を画き、両角度調整構造１７の間の中心点でこれ
に垂線を引いた場合、この線は構造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１７が図示されてい
る。この構造体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の場合のフラット長さの平均値に一致
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、２０μｍ×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１００
μｍ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２８．３６
μｍ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１６のウエハ１６の円形部分への移行位置が両角
度調整構造体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を、零線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
角度調整構造をその後、角度補正のために必要なバー２
１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】マスク上の調整構造の配置図である。
【図４】調整構造の図である。
【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 １８ 調整十字 １９ フラット部 ２０，２１ バー ２２ 中心ブロック ３１ 面 ３４，３５ 縁部
フロントページの続き (72)発明者 ハンス−ペーター トゥラー ドイツ連邦共和国 ロイトリンゲン ブル クハルト ウー ヴェーバー シュトラー セ 37 (72)発明者 フランツ リーディンガー ドイツ連邦共和国 ブルラディンゲン ８ ハウプトシュトラーセ 43

Claims (5)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 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、かつ別のウエハの構造化の際この情報を構造
    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。
  2. 【請求項２】 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。
  3. 【請求項３】 構造体をマスク（１５）を通した露光に
    よって生成せしめ、かつその第１マスク（１５）によっ
    て、別の全てのマスクの露光のための調整十字（１８）
    を形成し、またこの第１マスク（１５）が、フラット部
    （１９）に対する相対的な調整を許容していることを特
    徴とする、請求項１又は２記載の方法。
  4. 【請求項４】 この第１マスク（１５）が、２つの調整
    構造（１７）をフラット部（１９）の平均長さの間隔で
    有していることを特徴とする、請求項３記載の方法。
  5. 【請求項５】 調整構造（１７）がバー（２０，２１）
    を有し、その相互間隔は、所望の角度精度及び調整構造
    （１７）の前記間隔によって決定されていることを特徴
    とする、請求項３又は４記載の方法。
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