(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
シリコンウェハーの製造方法において、
シリコンウェハーに、耐エッチングマスク材として使用する膜を形成する第１工程と、
前記耐エッチングマスク材が被膜された前記シリコンウェハーの素子形成面側に保護膜を形成する第２工程と、
前記素子形成面以外に回り込んだ保護膜を除去する第３工程と、
耐エッチングマスク材の溶解液に浸漬させて、前記保護膜が形成されている以外の部分の耐エッチングマスク材を除去する第４工程と、
前記保護膜を除去する第５工程と、
シリコンエッチング液に浸漬させて、前記第４工程により耐エッチングマスク材が除去された面のシリコンウェハーを所望の板厚まで薄くする第６工程と、
前記シリコンウェハーの耐エッチングマスク材を溶解する第７工程と、
を有することを特徴とするシリコンウェハーの製造方法。
【請求項２】
前記第１工程における耐エッチングマスク材として使用する膜が、アルカリ水溶液に対して耐食性のある膜であることを特徴とする請求項１記載のシリコンウェハーの製造方法。
【請求項３】
前記第２工程における保護膜が、有機樹脂フィルムを熱圧着したもの、またはフォトレジストをスピンコートしたものであることを特徴とする請求項１記載のシリコンウェハーの製造方法。
【請求項４】
前記第４工程における耐エッチングマスク材の溶解液が、緩衝ふっ酸溶液であることを特徴とする請求項１記載のシリコンウェハーの製造方法。
【請求項５】
前記第６工程におけるシリコンエッチング液が、アルカリ水溶液であることを特徴とする請求項１記載のシリコンウェハーの製造方法。
【請求項６】
前記第６工程におけるシリコンエッチング液が、ふっ酸水溶液であることを特徴とする請求項１記載のシリコンウェハーの製造方法。
【請求項７】
前記第６工程におけるシリコンエッチング液が、ふっ酸と硝酸の混合溶液であることを特徴とする請求項１記載のシリコンウェハーの製造方法。
【請求項８】
前記第６工程におけるシリコンエッチング液が、ふっ酸と硝酸と酢酸の混合溶液であることを特徴とする請求項１記載のシリコンウェハーの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、インクジェットヘッド・半導体圧力センサー・ＩＣカード用ＬＳＩ等の製造の、薄いシリコンウェハーの微細加工方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
シリコンウェハーを用いて、フォトリソグラフィ・薄膜形成技術・エッチング技術などの半導体製造方法を応用し、ミクロな精密機械部品・マイクロセンサー・インクジェットヘッド等を製造するマイクロマシニング技術の応用が急速に進んでいる。その理由として、それらの原料となるシリコンウェハーは、機械的強度が高く、半導体製造プロセスを応用することにより、ミクロンオーダーの精度の機械部品を大量に製造できるからである。
【０００３】
マイクロマシニングを応用した半導体圧力センサーは、江刺正喜らの著書”マイクロマシーニングとマイクロメカトロニクス”（培風館、１９９２年６月２０日発行）によると、プロセスはフォトリソ技術と異方性エッチングによるウェハーの加工からなっている。エッチングについては、乾式異方性エッチング及び湿式異方性エッチングがある。特に、湿式異方性エッチングでは、（１１１）結晶面のエッチング速度が他の結晶面のエッチング速度に比べ極端に遅いことを利用して、数百ミクロンの深い溝やダイヤフラムを形成できるため、半導体圧力センサーや特開平２−２９７４４５号公報に見られるように、シリコンを用いたインクジェットプリンター用記録ヘッド等を湿式異方性エッチングにより製造できることが示されている。
【０００４】
また、現在、ノート型パソコンの補助記憶装置の代表として、ＩＣカードが注目を浴びている。ＩＣカードは小型・軽量で、ＨＤＤ等と異なり可動部分が無いため振動等にも強く、低消費電力のため今後とも大きく発展する分野である。従来、シリコンマイクロマシンやＩＣカードの基板に用いられるシリコンウェハーは機械研磨によりウェハーの板厚を薄くしていた。特に、シリコンマイクロマシンに使用されるシリコンウェハーは両面をキズ無く研磨する必要があるため、両面を研磨とキズ取りのための研磨をそれぞれ２回ずつ、合計４回の研磨をウェハー面内の板厚バラツキが大きくならないように注意しながら、職人的な技術を用いて製造されていた。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来、シリコンマイクロマシニングで使用するシリコンウェハーは、その両面を加工することから両面研磨ウェハーを使用することが多い。しかし、両面を鏡面に研磨しようとするとシリコンウェハーはウェハー両面を傷なく研磨しなければならず、工数が多く歩留まりが悪く、かつ非常に高価である。従って、従来の研磨により両面を研磨したシリコンウェハーを使用して、シリコンマイクロマシンを製造すると、製品の原料コストが高く、民生品に応用することが難しいとされてきた。
【０００６】
一方、ＩＣカード用ＬＳＩの基板に用いるシリコンウェハーは、カードの薄い容器内にＩＣチップを格納しなければならないため、非常に薄くする必要がある。又、シリコンマイクロマシンでも小さく薄い部品が多いため、薄いシリコンウェハーを用いて製造される場合が多い。しかしながら、薄いシリコンウェハーを研磨により製造しようとすると、破壊による歩留まり低下が激しくなり非常に高いコストがかかってしまう。従って、薄いシリコンウェハーや両面を研磨されたシリコンウェハーを使用するシリコンマイクロマシンやＩＣカード用ＬＳＩは、非常に高価なシリコンウェハーを使用しなければならず、高コストのデバイスとなるため市場が小さく、民生品への応用展開は極めて難しいとされてきた。
【０００７】
そこで、本発明の目的は、薄いシリコンウェハーや両面を鏡面加工されたシリコンウェハーを低コストで大量供給するための製造方法を提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明のシリコンウェハーの製造方法は、シリコンウェハーに耐エッチングマスク材として使用する膜を素子形成面に付与し、そのシリコンウェハーの前記素子形成面のみを保護する膜を付与し、耐エッチングマスク材の溶解液に浸漬することにより、前記シリコンウェハーの前記素子形成面と反対側及びウェハー側面に付着した耐エッチングマスク材を除去する。次に、前記保護膜を除去し、シリコンエッチング液に浸漬し、ウェハーの所望厚さまで溶解して薄くする。最後に耐エッチングマスク材を溶解して製造することを特徴としている。
【０００９】
また、片面のみ研磨されたシリコンウェハーの素子形成側の反対の面を、アルカリ水溶液もしくはふっ酸水溶液によりエッチングして、平滑化する工程を付加することにより、両面を鏡面にしたシリコンウェハーを製造することも特徴としている。
【００１０】
以下、本発明の原理を簡単に説明する。
【００１１】
まず、素子形成面となるシリコンウェハーの表面にシリコンエッチング液の耐エッチングマスク膜を付与する。この耐エッチングマスク材がウェハー加工時に発生する素子形成面の微少な面あれを防止している。素子形成面を保護しなくても薄いシリコンウェハーは形成できる。しかし、素子形成面に存在する結晶欠陥やキズ等により、エッチピットが発生し後工程のＩＣ製造において歩留りが低くなってしまう恐れが発生するために素子形成面を保護するのである。次に、裏面に回り込んで形成された耐エッチングマスク材を除去する。さらに、アルカリ水溶液によるシリコンエッチング工程によりシリコンウェハーを所定厚みまでエッチングした後、保護膜を除去して薄いシリコンウェハーの製造が完了する。
【００１２】
特に本発明の特徴は、シリコンウェハーの素子形成面を保護し、裏面から湿式エッチングによりウェハー厚みを薄くしていることにある。まず第１に、素子形成面を保護しながら、裏面をエッチングするために素子形成面が面あれしないという効果がある。第２の特徴は、エッチング等、化学的な加工のみで製造工程が構成されている点である。従来技術ではウェハーを薄くする工程には研磨が用いられているが、研磨の場合、どうしてもウェハーを均一に研磨することが難しく、厚みの面内分布が非常に悪くなり、また、破損等により歩留まりも非常に悪いという欠点があった。本発明では、研磨等の機械的加工を一切行わないために破損が無い。
【００１３】
以上のように、本発明は従来技術の研磨を一切使用せず、最適なエッチング条件下で製造することにより高い歩留まりと高い板厚精度、低いコストで大量生産が実現できる。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施例を図面を参照して説明する。
【００１５】
（実施例１）
図１は本発明の一実施例の製造工程を説明する断面図である。また、図２は、シリコンウェハー１０の裏面の外周部に耐エッチングマスク材１１が残存して後工程へ流動された場合の一例を示している。
【００１６】
まず第１に、図１の（ａ）に示すように、厚い原料シリコンウェハー１０に耐エッチングマスク材１１となる熱酸化膜を形成する。ここで、耐エッチングマスク材１１は熱酸化膜に限らず、窒化シリコン膜や金属膜等、アルカリ水溶液に対して耐食性のある膜ならば限定するものではない。次に、このシリコンウェハー１０の素子形成面側に保護膜１２を付与する。ここでは、有機樹脂フィルムを熱圧着し、図１の（ｂ）の様になる。もちろん、フォトレジスト等をスピンコートして保護膜１２としても良い。この後、シリコンウェハー１０の裏面及び側面に回り込んだ保護膜１２を除去して図１の（ｃ）の構造となる。この工程は、非常に大切である。もしこの工程が無いと、図２の（ａ）の様にシリコンウェハー１０裏面の外周部に耐エッチングマスク材１１が残存し、図２の（ｂ）の様に外周部１３がエッチングされず、それ以外の部分がエッチングされ、非常にいびつな形状のシリコンウェハー１０ができてしまう。このようなシリコンウェハー１０はウェハー搬送機でひっかかり破損するため使用できない。そのためにもシリコンウェハー１０裏面に回り込んだ保護膜１２を除去する工程は必要である。その具体的方法は、フィルム等の場合はシリコンウェハー１０の外周部１３にそって切断すれば良い。また、ポジレジスト等の場合はシリコンウェハー１０裏面に紫外光を照射し現像することにより、シリコンウェハー１０裏面の外周部１３に付着したポジレジストを溶解させることができる。さらに、ネガレジストの場合は、シリコンウェハー１０の素子形成面に紫外光を照射した後現像すると、除去すべき裏面外周部１３のネガレジストは未感光のため、現像液で溶解除去できる。次の工程として、耐エッチングマスク材１１のエッチングを行なう。本実施例の耐エッチングマスク材１１は酸化シリコン膜であるので、そのエッチング液は緩衝ふっ酸溶液が好適である。この緩衝ふっ酸溶液にシリコンウェハー１０を浸漬し、シリコンウェハー１０裏面の耐エッチングマスク材１１を除去し、図１の（ｄ）の状態になる。無論、耐エッチングマスク材１１の材質の変更に応じて、このエッチング液も異なってくる。また、乾式プロセスによって耐エッチングマスク材１１を除去しても良い。この後、保護膜１２を除去して図１の（ｅ）の状態になる。そして、シリコンエッチング工程により、シリコンウェハー１０の板厚を薄くする。この工程に用いるシリコンエッチング液はアルカリ水溶液を用いた。その理由は、平滑で良好な板厚精度を確保するのに適したエッチング液だからである。表１は各アルカリ水溶液のエッチング前後での最大面（Ｒｍａｘ）あらさを示している。
【００１７】
【表１】
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【００１８】
表１より、これらアルカリエッチング液はエッチング前後でその面を低下させずエッチングできることが分かる。エッチング液である３５重量％水酸化カリウム水溶液を８０℃に加熱し、所定ウェハー厚みになるまでエッチングを行なって、図１の（ｆ）の図の様な形状になる。最後に、図１の（ｇ）の様に、素子形成面に付与された耐エッチングマスク材１１を除去するために、シリコンウェハー１０を緩衝ふっ酸溶液中に浸漬して除去し、一連の工程を終了した。
【００１９】
これら一連の工程では、シリコンウェハー１０の破損がないため、非常に高い歩留りでシリコンウェハー１０が製造できる。また、そのシリコンウェハー１０の素子形成面の面は研磨ウェハーと同レベルの鏡面であり、裏面もエッチング前後での差異は認められなかった。
【００２０】
さて、本実施例により製造した薄いシリコンウェハーをＩＣの製造原料として流動してみると、ウェハーの破損が無く、外周部のエッチングダメージによるコンタミ発生等も無く、高い歩留りで薄いＩＣチップを製造することができた。無論、圧力センサー等の製造にも用いたが、全く問題は起きなかった。
【００２１】
このように、本実施例の薄いシリコンウェハーの製造方法を用いると従来技術に比べ低コストで高い歩留まりを実現することができる。
【００２２】
（実施例２）
図３は、本発明の第２の実施例を説明する製造工程断面図である。この図に従って、実施例２を詳しく説明する。
【００２３】
まず第１に、図３の（ａ）に示すように、原料となる片面が研磨されたシリコンウェハー１０に耐エッチングマスク材１１となる熱酸化膜を形成する。ここで、耐エッチングマスク材１１は熱酸化膜に限らず、窒化シリコン膜や金属膜等、アルカリ水溶液に対して耐食性のある膜ならば、限定するものではない。次に、このシリコンウェハー１０の素子形成面側に保護膜１２を付与する。ここでは、有機樹脂を熱圧着し、図３の（ｂ）の様になる。もちろん、フォトレジスト等をスピンコートして保護膜１２としても良い。この後、シリコンウェハー１０裏面及び側面に回り込んだ保護膜１２を除去して図３の（ｃ）の構造となる。また、ポジレジスト等の場合はシリコンウェハー１０裏面に紫外光を照射し、現像することにより、シリコンウェハー１０裏面の外周部に付着したポジレジストを溶解させることができる。さらに、ネガレジストの場合は、シリコンウェハー１０の素子形成面に紫外光を照射した後現像すると、除去すべき裏面外周部のネガレジストは未感光のため、現像液で溶解除去できる。次の工程として、耐エッチングマスク材１１のエッチングを行なう。本実施例の耐エッチングマスク材１１は酸化シリコン膜であるので、そのエッチング液は緩衝ふっ酸溶液が好適である。この緩衝ふっ酸溶液にシリコンウェハー１０を浸漬し、シリコンウェハー１０裏面の耐エッチングマスク材１１を除去し、図３の（ｄ）の状態になる。もちろん、耐エッチングマスク材１１の材質の変更に応じて、このエッチング液も異なってくる。さらに、乾式プロセスによって耐エッチングマスク材１１を除去しても良い。この後、保護膜１２を除去して図３の（ｅ）の状態になる。そして、シリコンエッチング工程により、図３の（ｆ）に示す様にシリコンウェハー１０の裏面が平滑になる。この工程に用いるシリコンエッチング液はふっ酸と硝酸の混合水溶液を用いた。その理由は、凹凸のある裏面を平滑にするのに適したエッチング液だからである。図４はふっ酸、硝酸、酢酸の混合液をシリコンエッチング液として、浸漬時間を変えた時のシリコン面の面あらさ（平均あらさと最大あらさ）の推移を示している。このグラフから言えることは、約３分以上エッチングすると、最大面あらさは、０．０５ミクロン、平均あらさは０．０２ミクロン以下の鏡面となり、裏面にフォトリソグラフィやエッチング等の微細加工が可能になる。従って、安価な片面研磨ウェハーの裏面をこのようなふっ酸と硝酸の混合液でエッチングすることにより、高価な両面鏡面研磨ウェハーと同等品を低コストで作り出すことができる。無論、図４は一実施例であり、さらにエッチング液の組成等の改良を行なうことにより、さらに面あらさを向上させることも可能である。本実施例ではふっ酸、硝酸、酢酸の混合液を２５℃にして、５分間エッチングを行なった。最後に、図３の（ｇ）に示す様に素子形成面の耐エッチングマスク材１１を除去して、一連の工程が終わる。
【００２４】
こうして製造されたシリコンウェハー１０はシリコンマイクロマシンの製造には欠かせない両面研磨ウェハーとして使用できる。例えば、特開平５−５０６０１に示される様なインクジェットヘッドを製造しても、従来の両面研磨シリコンウェハーと同様に製造することができ、なおかつ原料費の大幅なコストダウンが計れる。
【００２５】
さらに，実施例１で示したウェハーの厚みを薄くする製造方法と組み合わせることにより、薄くて両面が鏡面のシリコンウェハーが非常に安価で製造できる。
【００２６】
【発明の効果】
本発明の効果は下記のとおりである。
【００２７】
安価な厚い片面のみ研磨したシリコンウェハーを原料にして、任意の薄さのシリコンウェハーや、両面を鏡面化したシリコンウェハーを、低コスト・高い歩留まりで大量に製造できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施例を示すシリコンウェハーの製造工程断面図。
【図２】図１におけるシリコンウェハー裏面及び側面への保護膜の回り込みを説明する断面図。
【図３】本発明の第２の実施例を示すシリコンウェハーの製造工程断面図。
【図４】ふっ酸と硝酸の混合液中へのシリコンウェハーの浸漬時間と表面あらさの推移を説明する図。
【符号の説明】
１０      シリコンウェハー
１１            耐エッチングマスク材
１２            保護膜
１３            ウェハー外周部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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