(57)【要約】【課題】メンブレンの損傷を防止可能なメンブレン構造体の製造方法を提供する。【解決手段】ＳＯＩウエハのＳｉ基体上にレジスト膜パターンを形成するステップと、溝を有する支持板とＳＯＩウエハのＳｉ膜とを接着層を介して貼り合わせるステップと、レジスト膜パターンをエッチングマスクとしてＳＯＩウエハのＳｉ酸化膜までドライエッチングするステップと、ＳＯＩウエハと支持板とを分離するステップとを備える。接着層には、２５℃における動粘度が２０〜１０００ｍｍ２／ｓのシリコーンオイルを使用する。【選択図】図２
2009090416.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板上の一方の面にマスクパターンを形成するステップと、
前記基板のマスクパターン形成面の反対側の面と、少なくとも一方の面に溝が形成された支持体の溝形成面とを、接着層を介して貼り合わせるステップと、
前記マスクパターンをエッチングマスクとして、前記基板をエッチングするステップと、
前記基板と前記支持体とを分離するステップと
を具備し、
前記接着層が、２５℃において２０〜１０００ｍｍ２／ｓの動粘度を有するシリコーンオイルであることを特徴とするメンブレン構造体の製造方法。
【請求項２】
前記溝形成面の溝の形状が、一方の縁部から他方の縁部まで連続した直線及び／又は曲線を有することを特徴とする請求項１に記載のメンブレン構造体の製造方法。
【請求項３】
前記支持体は、Ｓｉウエハ、もしくは絶縁膜が形成されたＳｉウエハであることを特徴とすることを特徴とする請求項１又は２に記載のメンブレン構造体の製造方法。
【請求項４】
前記基板がシリコン基体、シリコン酸化膜及びシリコン膜から構成されたＳＯＩウエハであり、前記マスクパターンが前記ＳＯＩウエハのシリコン基体上に形成され、前記ＳＯＩウエハのシリコン膜と前記支持体の溝形成面とを前記接着層を介して貼り合わせることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載にメンブレン構造体の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ＳＯＩ（Silicon On Insulator）ウエハを用いたメンブレン構造体の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
メンブレン構造体は、メンブレン（薄膜）を有する構造体であり、例えば特許文献１には、シリコン基体、シリコン酸化膜およびシリコン膜を有するＳＯＩウエハに支持体（例えばＳｉウエハ）を貼り合わせて製造されたチップ形状の構造体（メンブレンチップ）が提案されている。
【０００３】
メンブレンチップは、例えば、以下のようにして製造される。まず、シリコン基体、シリコン酸化膜およびシリコン膜を有するＳＯＩウエハのシリコン基体上にレジスト膜パターンを形成し、ＳＯＩウエハのシリコン膜側に支持体（例えばＳｉウエハ）を接着層を介して貼り合わせる。次に、レジスト膜パターンをエッチングマスクとしてシリコン基体をエッチング除去して開口部を形成し、開口部内にシリコン酸化膜を露出させる。そして、支持体を分離してから、露出したシリコン酸化膜をフッ酸などで除去して、シリコン膜からなるメンブレンを形成した後、チップ形状に個片化して製造される。
【０００４】
しかしながら、メンブレンとなるシリコン膜は厚さ数μｍ程度の薄膜であり、外部からの衝撃や応力に対して強度が十分ではなく、支持体から分離する際にメンブレンが損傷しやすい。
【０００５】
また、特許文献１には、ＳＯＩウエハと支持体とを貼り合わせる接着層に、フォトレジストなどを使用しているが、このような固形材料を用いると、ＳＯＩウエハと支持体とを分離した場合に、ＳＯＩウエハのシリコン膜側に接着層の一部が付着して残りやすい。ＳＯＩウエハのシリコン膜側に残った接着層を取り除く工程（例えば洗浄工程など）が、さらに必要になるが、メンブレンが損傷しやすい。
【特許文献１】特開２００６−３２７１６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明の目的は、メンブレンの損傷を防止可能なメンブレン構造体の製造方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の一態様に係るメンブレン構造体の製造方法は、基板上の一方の面にマスクパターンを形成するステップと、前記基板のマスクパターン形成面の反対側の面と、少なくとも一方の面に溝が形成された支持体の溝形成面とを、接着層を介して貼り合わせるステップと、前記マスクパターンをエッチングマスクとして、前記基板をエッチングするステップと、前記基板と前記支持体とを分離するステップとを具備し、前記接着層が、２５℃において２０〜１０００ｍｍ２／ｓの動粘度を有するシリコーンオイルであることを特徴としている。
【０００８】
なお、本発明において、メンブレンとは、金属材料もしくは半導体材料からなる少なくとも一つの層から構成された例えば数ｎｍ〜数十μｍの厚みの自立薄膜を意味する。
【発明の効果】
【０００９】
上記構成により、メンブレンの損傷を防止できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
以下、本発明を実施するための形態について、図面を参照して説明する。なお、以下では本発明の実施形態を図面に基づいて述べるが、それらの図面は図解のために提供されるものであり、本発明はそれらの図面に限定されるものではない。
【００１１】
（第１の実施形態）
図１は、本発明の第１の実施形態に係るメンブレン構造体（以下、メンブレンチップとする。）を模式的に示す断面図である。
【００１２】
図１に示すように、メンブレンチップ１は、略中央に開口部５を有し、開口部５内にはシリコン膜４から構成されたメンブレンが露出している。また、メンブレンチップ１は、図１中、表面から順に、シリコン基体２、シリコン酸化膜３及びシリコン膜４から構成され、各層の厚みは、例えば、シリコン基体２が４００μｍ、シリコン酸化膜３が１μｍ、シリコン膜４が６μｍである。
【００１３】
上述した本実施形態のメンブレンチップ１は、例えば以下のようにして製造される。図２は、図１に示したメンブレンチップ１の製造プロセスの流れを示すフローチャートである。図３〜図１０は、図１に示したメンブレンチップの製造工程を模式的に示す断面図である。
【００１４】
図３に示すように、表面から順に、シリコン基体２、シリコン酸化膜３及びシリコン膜４から構成されたＳＯＩウエハ３１（基板）を用意し、洗浄、乾燥しておく。図４に示すように、ＳＯＩウエハ３１のシリコン基体２上にフォトレジストを塗布した後、露光、現像を順に行い、不要な部分のフォトレジストを除去して、レジスト膜パターン６を形成する（ステップ１）。
【００１５】
次に、溝２０が形成された第１の主面（以下、溝形成面）を有する支持板２１（支持体）を用意し、図５に示すように、ＳＯＩウエハ３１のシリコン膜４と、支持板２１の溝形成面とが向き合うように、接着層１００を介して貼り合わせる（ステップ２）。
【００１６】
支持板２１の構成材料として、本実施形態では、Ｓｉウエハを使用するが、溝２０の形成が容易であり、ＳＯＩウエハ３１のエッチング工程でＳＯＩウエハ３１を補強、支持できるものであれば特に制限されず、例えば、Ｓｉウエハ表面に絶縁膜（例えば酸化膜、窒化膜など）が成膜されていてもよく、これ以外に、ガラス、合成樹脂等の絶縁性基板を用いることもできる。また、支持板２１の形状や大きさなども、特に制限されず、ＳＯＩウエハ３１と同じ形状、大きさのものを好適に用いることができる。本実施形態では、支持板２１は、ＳＯＩウエハ３１と同じ略円状であり、その直径は、ＳＯＩウエハ３１の直径と略同一である。支持板２１の厚みは、溝２０の形成が容易であり、エッチング工程においてＳＯＩウエハ３１を支持可能な厚さであればよく、例えば４００〜８００μｍであることが好ましい。
【００１７】
支持板２１の溝２０の形状は、一方の縁部から他方の縁部まで連続した直線及び／または曲線を有することが好ましく、前記直線及び／又は曲線に加えて中心対称の円形状や矩形状を有することがより好ましい。例えば、図１１は、溝形成面の中心Ｐを通って一方の縁部から他方の縁部まで連続した複数の直線と、点Ｐを中心とした円形状からなる溝を示している。図１２は、溝形成面の中心Ｐを通って一方の縁部から他方の縁部まで連続した複数の直線と、点Ｐを中心とした矩形状からなる溝を示している。このような溝２０は、本実施形態のように、支持板２１にＳｉウエハを使用する場合、例えば、ＲＩＥ（Reactive Ion Etching）法などのドライエッチングにより形成することができる。
【００１８】
溝２０の幅は、１０〜１００μｍであることが好ましく、溝２０の深さは、１０〜１００μｍであることが好ましい。このような形状の溝２０を形成することで、接着層１００が溝形成面の一部に偏ることなく、溝形成面全体に行き渡るため、メンブレンを損傷することなく、支持板２１からＳＯＩウエハ３１を容易に分離することができる。
【００１９】
接着層１００には、ＳＯＩウエハ３１を支持板２１から分離した際のメンブレンの損傷を防止する上で、２５℃における動粘度が２０〜１０００ｍｍ２／ｓ、好ましくは５０〜５００ｍｍ２／ｓのシリコーンオイルを使用する。動粘度は、ＪＩＳ  Ｚ  ８８０９に準拠し、細管式粘度計により測定したものである。
【００２０】
フォトレジストのような固形材料と比べて、シリコーンオイルは、支持板２１からＳＯＩウエハ３１を分離した場合に、ＳＯＩウエハ３１のシリコン膜４に固形物が付着してこれを取り除く洗浄工程をさらに要するようなことがない。このため、洗浄工程によるメンブレンの損傷を防止でき、さらには作業効率が向上する。また、シリコーンオイルは、他のオイルと比べて、粘度の安定性に優れており、メンブレンチップ１への汚染の影響も少ない。
【００２１】
さらに、シリコーンオイルのなかでも、動粘度が上記範囲のものを使用する。その動粘度が２０ｍｍ２／ｓ未満であると、支持板２１からの分離時にメンブレンが破損しやすくなるばかりか、溝を有する支持板２１とＳＯＩウエハ３１とを貼り合わせた場合に、製造プロセスにおいて接着性を維持しにくい。また、支持板２１とＳＯＩウエハ３１とを貼り合わせた後、ＳＯＩウエハ３１をドライエッチングした際に、通常、ドライエッチング時の温度が５０〜１００℃となるため、揮発して引火する可能性がある。
【００２２】
一方、動粘度が１０００ｍｍ２／ｓを超えると、支持板２１からの分離時にメンブレンが破損しやすくなるばかりか、均一に塗布しにくい。
【００２３】
このように、接着層１００に特定の動粘度のシリコーンオイルを使用しているため、支持板２１を横方向（ＳＯＩウエハ３１に対して水平方向）にスライドさせることで、支持板２１とＳＯＩウエハ３１とを容易に分離でき、分離時のメンブレンの損傷を有効に防止できる。
【００２４】
次に、図６に示すように、レジスト膜パターン６をエッチングマスクとし、シリコン酸化膜３をエッチングストップ層として、ドライエッチング（例えば、ＲＩＥ：反応性イオンエッチング）を行う。これにより、シリコン基体２の不要な部位を除去して、開口部５を形成し、この開口部５内でシリコン酸化膜３を露出させる（ステップ３）。
【００２５】
続いて、支持板２１を横方向（ＳＯＩウエハ３１に対して水平方向）にスライドさせて、図７に示すように、ＳＯＩウエハ３１と支持板２１を分離する（ステップ４）。
【００２６】
次に、使用済みのレジスト膜パターン６を除去した後（ステップ５）、開口部５内のシリコン酸化膜３をフッ酸で除去する（ステップ６）。これにより、開口部５内に残ったシリコン膜４がメンブレンとなる（図８参照）。
【００２７】
続いて、図９に示すように、ダイシング線９０に沿って、ＳＯＩウエハ３１をチップ形状に個片化する（ステップ７）。
【００２８】
このようにして、図１０に示すようなメンブレンチップ１が製造される。
【００２９】
以上説明したように、本実施形態では、支持板２１に溝２０を形成し、ＳＯＩウエハ３１のシリコン膜４と、支持板２１の溝形成面とが向き合うように、２５℃における動粘度が２０〜１０００ｍｍ２／ｓの接着層１００を介して貼り合わせている。これにより、ＳＯＩウエハ３１の開口部５内に形成されたメンブレンが損傷することなく、メンブレンチップ１を製造できる。よって、歩留まりの向上を図ることができ、高信頼性のメンブレンチップ１を提供できる。
【００３０】
なお、本実施形態では、レジスト膜パターン６をエッチングマスクとし、シリコン酸化膜３をエッチングストップ層として、ＳＯＩウエハ３１のシリコン基体２をエッチング除去して開口部５を形成した後、ＳＯＩウエハ３１と支持板２１とを分離し、レジスト膜パターン６を除去し、開口部５内に残ったシリコン酸化膜３を除去してメンブレンを作製したが、これに制限されない。
【００３１】
例えば、シリコン酸化膜３をエッチングストップ層として、ＳＯＩウエハ３１のシリコン基体２をエッチング除去して開口部５を形成した後、ダイシング線９０に沿ってＳＯＩウエハをチップ形状に個片化してから、ＳＯＩウエハ３１と支持板２１とを分離し、レジスト膜パターン６を除去し、開口部５内に残ったシリコン酸化膜３を除去してメンブレンを作製してもよい。
【００３２】
また、本実施形態では、エッチングマスクとしてレジスト膜を使用したが、これに制限されず、例えばシリコン酸化膜、シリコン窒化膜、金属などを使用してもよい。
【実施例】
【００３３】
本発明を実施例により説明する。この実施例では、図３〜１０に示した一実施形態に係るメンブレン構造体の製造プロセスにおいて、接着層に、２５℃における動粘度が２０〜１０００ｍｍ２／ｓのシリコーンオイルを使用することが好適な理由を表１を用いて説明する。表１に示した剥離性、接着性、塗布適性、引火点は、以下のようにして評価した。なお、実施例及び比較例で使用したシリコーンオイルは、東レ・ダウコーニング社製のＳＨ２００であり、表１に示すようにそれぞれ動粘度が異なる。
【００３４】
［剥離性］
メンブレンチップが多面付けされたＳＯＩウエハを支持板から分離した際の、メンブレンの破損率を光学顕微鏡で観察し目視により測定した。破損率が０〜１０％を◎とし、１０〜３０％を○とし、３０〜５０％を△とし、５０％以上を×とした。
【００３５】
［接着性］
メンブレンチップの製造プロセスにおいて、ＳＯＩウエハと支持板との接着が維持されたものを○とし、接着が維持されなかったものを×とした。
【００３６】
［塗布適性］
均一な塗布が可能なものを○とし、塗布ムラが発生したものを×とした。
【００３７】
［引火点］
メンブレンチップの製造プロセスにおいて、支持板とＳＯＩウエハとをシリコーンオイルを介して貼り合わせ、ＳＯＩウエハをドライエッチングした際に、シリコーンオイルが揮発してプロセス異常（装置上のエラーによるプロセスの停止）が発生したものを×とし、プロセス異常が発生しなかったものを○とした。
【００３８】
【表１】
2009090416.tif 000003
【００３９】
表１から明らかなように、接着層として、２５℃における動粘度が２０〜１０００ｍｍ２／ｓ、特に５０〜５００ｍｍ２／ｓのシリコーンオイルを使用した実施例のメンブレンチップは、ＳＯＩウエハを支持板から分離した際のメンブレンの損傷を有効に防止することができる。さらに、均一に塗布することができ、ＳＯＩウエハと支持板との接着性に優れ、揮発してプロセス異常を引き起こす恐れがない。
【図面の簡単な説明】
【００４０】
【図１】本発明の第１の実施形態に係るメンブレンチップを模式的に示す断面図。
【図２】図１に示したメンブレンチップの製造プロセスの流れを示したフローチャート。
【図３】図１に示したメンブレンチップの製造プロセスを示す断面図。
【図４】図１に示したメンブレンチップの製造プロセスを示す断面図。
【図５】図１に示したメンブレンチップの製造プロセスを示す断面図。
【図６】図１に示したメンブレンチップの製造プロセスを示す断面図。
【図７】図１に示したメンブレンチップの製造プロセスを示す断面図。
【図８】図１に示したメンブレンチップの製造プロセスを示す断面図。
【図９】図１に示したメンブレンチップの製造プロセスを示す断面図。
【図１０】図１に示したメンブレンチップの製造プロセスを示す断面図。
【図１１】支持板に形成された溝の形状を模式的に示す平面図。
【図１２】支持板に形成された溝の形状を模式的に示す平面図。
【符号の説明】
【００４１】
１…メンブレンチップ、２…シリコン基体、３…シリコン酸化膜、４…シリコン膜、５…開口部、６…レジスト膜パターン、３１…ＳＯＩウエハ、２０…溝、２１…支持板、１００…接着層。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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