JP2011240455A - Method and device for manufacturing mems chip - Google Patents
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Abstract
Description
加速度センサやマイクロミラーなどの可動部を備えたMEMS(Microel ectro mechanical systems)などのMEMSチップの製造方法および製造装置に関するものである。 The present invention relates to a manufacturing method and a manufacturing apparatus for a MEMS chip such as a MEMS (Microel mechanical mechanical systems) having movable parts such as an acceleration sensor and a micromirror.
光ネットワークの分野で用いられるマイクロミラーや微細な加速度センサなど、シリコンなどの半導体基板上やガラスなどの絶縁体基板上などに、微細な構造を作製するMEMS技術が開発されている。このようなMEMSのチップの製造では、よく知られたLSIチップの製造技術が利用されている(非特許文献1参照)。 A MEMS technology for producing a fine structure on a semiconductor substrate such as silicon or an insulating substrate such as glass, such as a micromirror or a fine acceleration sensor used in the field of optical networks, has been developed. In manufacturing such a MEMS chip, a well-known LSI chip manufacturing technique is used (see Non-Patent Document 1).
MEMSチップの製造について一例を示す。まず、図7Aの断面図に示すように、シリコンからなるウエハ701に、複数の素子702を形成する。素子702は、例えば、図7Bの平面図に示すように、枠部721の内側に一対の連結部722で連結する可動部723を備える。可動部723は、例えば、ミラーであり、一対の連結部722を通る回動軸で回動可能とされている。
An example of the production of a MEMS chip is shown. First, as shown in the sectional view of FIG. 7A, a plurality of
このような複数の素子702を形成した後、図7Cの断面図に示すように、素子702の領域に開口部731を備えるレジストパターン703を、ウエハ701の上に形成する。レジストパターン703は、レジストを塗布してレジスト膜を形成し、このレジスト膜を公知のフォトリソグラフィー技術によりパターニングすることで形成すればよい。
After the plurality of
次に、レジストパターン703をマスクとした状態で、図7Dに示すように、ウエハ701の全域に金属薄膜704を形成する。例えば、スパッタ法により、金属薄膜704を形成する。
Next, with the
この後、レジスト剥離液を用いてレジストパターン703を除去し、レジストパターン703とともにレジストパターン703の上に形成されている金属薄膜704をリフトオフすることで、図7Eに示すように、素子702に形成されている可動部(不図示)の上に、選択的に金属薄膜705を形成する。金属薄膜705が形成された可動部は、ミラーとして機能させることができる。最後に、例えば、回転するブレード706により切削することでチップ分割し、素子702を備える複数のチップ707を得る。
Thereafter, the
しかしながら、上述した製造方法では、形成した可動部が破損しやすいという問題がある。上述した製造方法では、可動部に金属薄膜などの薄膜を形成するときに、よく知られたフォトリソグラフィー技術やリフトオフ法を用いており、レジストが塗布され、また、液体を用いたウエット処理が成されることになる。このような処理では、可動状態となっている微細な可動部は破損しやすい。 However, the above-described manufacturing method has a problem that the formed movable part is easily damaged. In the manufacturing method described above, when a thin film such as a metal thin film is formed on the movable part, a well-known photolithography technique or lift-off method is used, and a resist is applied and a wet process using a liquid is performed. Will be. In such a process, the fine movable part in a movable state is easily damaged.
例えば、レジストの塗布では、レジストの溶液を滴下し、回転塗布法により滴下したレジスト溶液をウエハ全域に展開させて塗布膜を形成している。このとき、滴下して展開しているウエハ上のレジスト溶液によるせん断応力により、可動部が破損する。また、レジストパターン形成時の現像処理、リフトオフにおける剥離処理などのウエット処理では、液体を除去するための乾燥時に、可動部に隣接する微細な間隙に存在する液体の毛細管力により、可動部が変形しまたスティッキングするなどの問題が発生する。このように、可動状態に形成した可動部に薄膜を形成し、また、可動部の一部をエッチング除去するなどの処理を行う場合、可動部が破損しやすいという問題がある。 For example, in applying the resist, a resist solution is dropped, and the resist solution dropped by the spin coating method is spread over the entire wafer to form a coating film. At this time, the movable part is damaged by the shearing stress caused by the resist solution on the wafer which is dropped and developed. In addition, in wet processing such as development processing at the time of resist pattern formation and peeling processing at lift-off, the movable portion is deformed by the capillary force of the liquid existing in a minute gap adjacent to the movable portion when drying to remove the liquid. In addition, problems such as sticking occur. As described above, when a thin film is formed on the movable part formed in a movable state and a process such as etching away a part of the movable part is performed, the movable part is easily damaged.
本発明は、以上のような問題点を解消するためになされたものであり、可動状態に形成した可動部に、破損を抑制した状態で様々な処理が行えるようにすることを目的とする。 The present invention has been made to solve the above-described problems, and an object of the present invention is to allow various processes to be performed in a state where damage is suppressed on a movable portion formed in a movable state.
本発明に係るMEMSチップの製造方法は、可動部を有する複数のMEMS素子をデバイスウエハの上に形成する第1工程と、MEMS素子の形成位置に対応する複数の開口部を備えるマスクウエハを形成する第2工程と、デバイスウエハに接着層を介してマスクウエハを貼り合わせる第3工程と、開口部を介してMEMS素子にドライ処理を行う第4工程と、デバイスウエハを切断してMEMS素子を備えるチップに分割する第5工程とを備える。 A method for manufacturing a MEMS chip according to the present invention includes a first step of forming a plurality of MEMS elements having movable parts on a device wafer, and a mask wafer having a plurality of openings corresponding to the positions where the MEMS elements are formed. A second step of bonding a mask wafer to the device wafer through an adhesive layer, a fourth step of performing a dry process on the MEMS element through the opening, and cutting the device wafer to attach the MEMS element. And a fifth step of dividing into chips.
上記MEMSチップの製造方法において、第5工程は、デバイスウエハよりマスクウエハを剥がした後で行えばよい。ここで、接着層は、一方の面の接着力が接着力低下処理により低下する材料から構成し、接着力低下処理により接着層の一方の面の接着力を低下させることで、デバイスウエハよりマスクウエハを剥がすようにすればよい。なお、接着力低下処理は、加熱,紫外線照射,および電圧印加の中より選択された処理であればよい。また、第5工程は、デバイスウエハとマスクウエハとが貼り合わされている状態で行うようにしてもよい。 In the MEMS chip manufacturing method, the fifth step may be performed after the mask wafer is removed from the device wafer. Here, the adhesive layer is made of a material in which the adhesive force on one surface is reduced by the adhesive strength reducing process, and the adhesive force on the one surface of the adhesive layer is reduced by the adhesive strength reducing process, thereby reducing the mask from the device wafer. The wafer may be peeled off. The adhesive strength reduction process may be a process selected from heating, ultraviolet irradiation, and voltage application. Further, the fifth step may be performed in a state where the device wafer and the mask wafer are bonded together.
また、本発明に係るMEMSチップの製造装置は、可動部を有する複数のMEMS素子が形成されたデバイスウエハを保持する第1ステージと、MEMS素子の形成位置に対応する複数の開口部を備えるマスクウエハをデバイスウエハに対向して保持する第2ステージと、第1ステージに対して第2ステージをデバイスウエハの平面内で相対的に移動させる第1ステージ駆動手段と、第1ステージおよび第2ステージをデバイスウエハの平面の法線方向に相対的に移動させる第2ステージ駆動手段と、第1ステージに保持されたデバイスウエハおよび第2ステージに保持されたマスクウエハの相対的な位置関係を観察する観察手段とを少なくとも備える。 The MEMS chip manufacturing apparatus according to the present invention includes a first stage that holds a device wafer on which a plurality of MEMS elements having movable parts are formed, and a mask that includes a plurality of openings corresponding to the formation positions of the MEMS elements. A second stage for holding the wafer opposite the device wafer; first stage driving means for moving the second stage relative to the first stage within the plane of the device wafer; and the first stage and the second stage Observing the relative positional relationship between the second stage driving means for relatively moving the device in the normal direction of the plane of the device wafer, the device wafer held on the first stage, and the mask wafer held on the second stage And at least observation means.
上記MEMSチップの製造装置において、デバイスウエハとマスクウエハとを接着する接着層の接着力を低下させる接着力低下手段を備えるようにしてもよい。接着力低下手段は、加熱機構,紫外線照射機構,および電圧印加機構の中より選択されたものであればよい。 The MEMS chip manufacturing apparatus may include an adhesive strength lowering unit that reduces the adhesive strength of an adhesive layer that adheres the device wafer and the mask wafer. The adhesive strength lowering means may be any one selected from a heating mechanism, an ultraviolet irradiation mechanism, and a voltage application mechanism.
上記MEMSチップの製造装置において、第1ステージのデバイスウエハを保持する面に形成された凹部を備えるようにしてもよい。また、第1ステージに形成された開口部を備えるようにしてもよい。 The MEMS chip manufacturing apparatus may include a recess formed on a surface for holding the first stage device wafer. Moreover, you may make it provide the opening part formed in the 1st stage.
以上説明したように、本発明によれば、デバイスウエハに接着層を介してマスクウエハを貼り合わせ、開口部を介してMEMS素子にドライ処理を行い、この後、デバイスウエハを切断してMEMS素子を備えるチップに分割するようにしたので、可動状態に形成した可動部に、破損を抑制した状態で様々な処理が行えるようになるという優れた効果が得られる。 As described above, according to the present invention, the mask wafer is bonded to the device wafer via the adhesive layer, the MEMS element is dry-processed via the opening, and then the device wafer is cut to remove the MEMS element. Therefore, it is possible to obtain an excellent effect that various processes can be performed in a state where damage is suppressed on the movable part formed in a movable state.
以下、本発明の実施の形態について図を参照して説明する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
[実施の形態1]
はじめに、本発明の実施の形態1について、図1A〜図1Jを用いて説明する。図1A〜図1Jは、本発明の実施の形態1におけるMEMSチップの製造方法の各工程における状態を模式的に示す平面図および断面図である。まず、図1Aの平面図および図1Bの断面図に示すように、デバイスウエハ101の上(表面)に、複数のMEMS素子102を形成する。MEMS素子102は、可動部(不図示)を備える。例えば、可動部は、一対の連結部(不図示)で枠部(不図示)に連結して回動可能とされている。また例えば、可動部は、一端が支持部に固定した片持ち梁であり、他端が変位可能とされている。
[Embodiment 1]
First, Embodiment 1 of the present invention will be described with reference to FIGS. 1A to 1J. 1A to 1J are a plan view and a cross-sectional view schematically showing a state in each step of the method for manufacturing the MEMS chip in the first embodiment of the present invention. First, as shown in the plan view of FIG. 1A and the cross-sectional view of FIG. 1B, a plurality of
また、図1Cの平面図および図1Dの断面図に示すように、複数の開口部104を備えるマスクウエハ103を形成する。マスクウエハ103は、例えば、外形(外径)がデバイスウエハ101と同じに形成されている。また、開口部104は、MEMS素子102の薄膜形成領域に対応して形成されている。開口部104は、平面視円形,矩形など、所望とする薄膜形成形状とすればよい。加えて、マスクウエハ103は、この周縁部に固定された接着層105が形成されている。接着層105は、複数のMEMS素子102が形成されている領域の外側に配置されていればよい。接着層105は、例えば、シート状の粘着材(接着剤)から構成され、特定の処理(接着力低下処理)により接着面の接着力が低下して剥離可能な特性を備えていればよい。
Further, as shown in the plan view of FIG. 1C and the cross-sectional view of FIG. 1D, a
接着層105は、接着力低下処理により一方の面の接着力が低減する剥離特性を有していればよい。片面が上述した剥離特性を有し、もう一方の面が粘着特性のみを有してもよい。または、両面が異なる剥離粘着特性を有してもよい。例えば、接着層105は、一方の面が感圧粘着材から構成され、他方の面が熱剥離粘着材から構成されていればよい。熱剥離粘着材は、マイクロカプセル状の発泡材が含まれており、接着力低下処理として加熱することで、発泡材が発泡し、粘着材による接触面積が低減して粘着力(接着力)が低減する。
The
以上のように接着層105を備えるマスクウエハ103を用意したら、デバイスウエハ101のMEMS素子102形成面の周縁部に、マスクウエハ103の接着層105の接着面を貼り付ける。言い換えると、デバイスウエハ101に接着層105を介してマスクウエハ103を貼り合わせる。この貼り付けは、次に示すようにして行えばよい。
When the
まず、図1Eに示すように、デバイスウエハ101の裏面を接着剥離装置(MEMSチップの製造装置)の第1ステージ111に装着し、また、マスクウエハ103の裏面を接着剥離装置の第2ステージ112に装着する。接着剥離装置は、例えば石英などの透明な部材から構成された第1ステージ111と、ヒータなどの加熱機構を内蔵した第2ステージ112とを備える。第1ステージ111は、ウエハ吸着機構111aを備え、第2ステージ112もウエハ吸着機構112aを備える。ウエハ吸着機構111aおよびウエハ吸着機構112aは、例えば、よく知られたバキュームチャックである。
First, as shown in FIG. 1E, the back surface of the
ウエハ吸着機構111aは、デバイスウエハ101の周縁部を第1ステージ111に吸着させ、第1ステージ111にデバイスウエハ101を固定(保持)する。同様に、ウエハ吸着機構112aは、マスクウエハ103の周縁部を第2ステージ112に吸着させ、第2ステージ112にマスクウエハ103を固定(保持)する。また、各々固定されたデバイスウエハ101およびマスクウエハ103は、MEMS素子102の形成面および接着層105の固定面が対向して配置される。また、第1ステージ111は、デバイスウエハ101を保持する面に形成された凹部121を備える。凹部121は、MEMS素子102が形成されている領域に対応して形成されている。
The
また、接着剥離装置は、第2ステージ112を、マスクウエハ103が固定されている平面方向(XY方向)に移動させ、また、この平面内で回転させるXYθ駆動部(第1ステージ駆動手段)114を備える。XYθ駆動部114は、第1ステージ111に対して第2ステージ112をデバイスウエハ101の平面内で相対的に移動させる。また、接着剥離装置は、XYθ駆動部114とともに第2ステージ112を、第1ステージ111の方向(Z方向)に移動させるZ駆動部(第2ステージ駆動手段)115を備える。Z駆動部115は、 第1ステージ111および第2ステージ112をデバイスウエハ101の平面の法線方向に相対的に移動させる。
Further, the adhesive peeling apparatus moves the
加えて、接着剥離装置は、第1ステージ111に保持されたデバイスウエハ101、および第2ステージ112に保持されたマスクウエハ103の相対的な位置関係を観察する光学顕微鏡(観察手段)113を備える。光学顕微鏡113は、第1ステージ111を透過してデバイスウエハ101およびマスクウエハ103を観察する。
In addition, the adhesive peeling apparatus includes an optical microscope (observation means) 113 for observing the relative positional relationship between the
上述した接着剥離装置を用い、光学顕微鏡113による観察と、XYθ駆動部114を動作させることによるマスクウエハ103のXYθ方向の移動とにより、デバイスウエハ101に対するマスクウエハ103の相対的な位置合わせを行う。
Using the above-described adhesive peeling device, relative alignment of the
例えば、光学顕微鏡113を用い、デバイスウエハ101に形成されている位置合わせ用貫通パターン(不図示)を通し、マスクウエハ103上に形成されている位置合わせパターンの位置を探す。位置合わせパターンの探索は、XYθ駆動部114を動作させて第2ステージ112をXY方向に移動させ、また、θ方向に回転させることで行う。この探索で、位置合わせ用貫通パターンを通して対応する位置合わせパターンが観察できる状態とする。次いで、第2ステージ112をXYθ方向に微動・微回転させ、位置合わせ用貫通パターンの領域内で所定の位置に位置合わせパターンが観察される状態とする。これで、位置合わせがされた状態となる。なお、よく知られているように、ウエハ上で異なる箇所に設けられた2組の位置合わせ貫通パターおよび位置合わせパターンを用いれば、θ方向の位置合わせが容易にかつより正確に行える。
For example, the position of the alignment pattern formed on the
以上のように、デバイスウエハ101に対してマスクウエハ103が位置合わせされたら、Z駆動部115を動作させ、第2ステージ112を第1ステージ111の方向に移動させ、図1Fに示すように、接着層105の接着面をデバイスウエハ101の表面の周縁部に当接させて接着させる。この後、第1ステージ111のウエハ吸着機構111aおよび第2ステージ112のウエハ吸着機構112aの動作を停止させ、デバイスウエハ101およびマスクウエハ103を接着剥離装置より搬出する。この結果、図1Gに示すように、デバイスウエハ101が接着層105を介してマスクウエハ103に固定された状態が得られる。
As described above, when the
なお、可動部を有するMEMS素子102が形成されているデバイスウエハ101とマスクウエハ103の位置合わせ精度は、可動部の寸法に適合させて数μm程度であることが重要となる。上述したように位置合わせを行った後でウエハ同士を接着すれば、これ以降の膜形成などの製造工程でも位置合わせ精度が維持される状態となる。これに対し、ウエハ同士を接着しない場合は、位置合わせをした後の膜形成工程などにおけるハンドリング中に、デバイスウエハとマスクウエハの間で位置ずれを引き起こす可能性がある。従って、接着によって、位置合わせ精度、すなわち、所望とする箇所への成膜の選択性が向上する。
It is important that the alignment accuracy of the
以上のようにデバイスウエハ101とマスクウエハ103とを位置合わせして貼り合わせた後、MEMS素子102に対してマスクウエハ103の開口部104を介した選択的なドライ処理を行う。例えば、MEMS素子102の可動部(不図示)に対し、物理的気相堆積または化学的気相堆積などのドライ処理により金属などの膜を選択的に形成する。また、MEMS素子102の一部を、例えばプラズマを用いて選択的にドライエッチングを行う。本実施例では、一例として、MEMS素子102に対して選択的に金からなる金属膜を形成する。
As described above, after the
この場合、図1Hに示すように、蒸着装置を用いてマスクウエハ103の側より金などの金属膜106および金属膜107を形成する。デバイスウエハ101においては、MEMS素子102以外の領域が、マスクウエハ103により覆われており、MEMS素子102は開口部104により開放状態とされているので、MEMS素子102に選択的に金属膜107が形成される。
In this case, as shown in FIG. 1H, a
なお、膜の形成ではなく、MEMS素子102のエッチング加工の場合、蒸着装置を用いてマスクウエハ103の側より、開口部104を介してエッチングガスのプラズマを作用させればよい。このようなドライエッチングにより、MEMS素子102の領域が選択的にエッチングされるようになる。
In the case of etching the
次に、貼り合わされているデバイスウエハ101とマスクウエハ103とを離間させる。まず、デバイスウエハ101の裏面を接着剥離装置の第1ステージ111に装着し、また、マスクウエハ103の裏面を接着剥離装置の第2ステージ112に装着する。Z駆動部115を動作させて第2ステージ112を第1ステージ111の側に移動させ、第1ステージ111と第2ステージ112との間隔を適宜に調整させることで、貼り合わされているデバイスウエハ101およびマスクウエハ103を、第1ステージ111および第2ステージ112に装着させる。また、デバイスウエハ101は、ウエハ吸着機構111aを動作させることで、第1ステージ111に吸着させる。同様に、マスクウエハ103は、ウエハ吸着機構112aを動作させることで、第2ステージ112に吸着させる。
Next, the bonded
以上のように各ウエハを各ステージに吸着(保持)させた状態で、第2ステージ112が内蔵している加熱機構を動作させ、第2ステージ112を100℃程度に加熱し、マスクウエハ103を介して接着層105を加熱し、接着層105の粘着力を低下させる。引き続いて、Z駆動部115を動作させて第2ステージ112を第1ステージ111より離間させる。これらのことにより、図1Iに示すように、デバイスウエハ101よりマスクウエハ103が剥離されるようになる。従って、本実施の形態では、加熱機構が接着力低下手段となる。この後、デバイスウエハ101およびマスクウエハ103を接着剥離装置より搬出する。なお、剥離したマスクウエハ103は、再利用することができる。図1Iでは、マスクウエハ103の側に接着層105が残存した状態に示しているが、接着力を低下させた接着層105は、マスクウエハ103より除去すればよい。
As described above, in a state where each wafer is attracted (held) to each stage, the heating mechanism incorporated in the
ところで、接着層105の感圧粘着材の面をマスクウエハ103に接着させておくことで、上述したように加熱することで、接着層105をデバイスウエハ101より離間させることができる。これに対し、熱剥離粘着材の面をマスクウエハ103に接着させた場合、上述した加熱により剥離では、接着層105はマスクウエハ103より離間し、デバイスウエハ101に残ることになる。しかしながら、デバイスウエハ101の接着層105が配置されている領域は、チップ分割によりチップとなる部分より離間されるので、問題とならない。
By the way, by adhering the surface of the pressure sensitive adhesive material of the
以上のように薄膜形成などの処理が行われたデバイスウエハ101をレーザ照射によりダイシングし、図1Jに示すように、チップ分割して複数のチップ101aを形成する。各チップ101aは、各々、金属膜107が形成されたMEMS素子102を備えている。
The
上述した本実施の形態によれば、可動状態に形成した可動部に金属膜を形成するなどの処理を、よく知られたフォトリソグラフィー技術やリフトオフ法などによるウエット処理を用いることなく行い、チップに分割することができるようになる。 According to the above-described embodiment, a process such as forming a metal film on the movable part formed in a movable state is performed without using a wet process such as a well-known photolithography technique or a lift-off method, and the chip is formed. Can be divided.
また、ステンシルマスクを用いたシャドウマスク法によって、真空成膜で材料を微細パターニングする例が非特許文献2に開示されている。この場合、単にシャドウマスクを基板に密着させるとすでに成膜した領域がシャドウマスクによって傷つけられるため、基板上に隔壁を設けて膜選択成膜の際の突き合わせ部材として利用するという方法が用いられている。これに対し、本実施の形態によれば、接着層を介してデバイスウエハとマスクウエハとが離間しているので、上述したような問題が発生しない。 Non-Patent Document 2 discloses an example in which a material is finely patterned by vacuum film formation by a shadow mask method using a stencil mask. In this case, if the shadow mask is simply brought into close contact with the substrate, the already formed film area is damaged by the shadow mask. Therefore, a method is used in which a partition is provided on the substrate and used as a butt member for film selective film formation. Yes. On the other hand, according to this embodiment, since the device wafer and the mask wafer are separated via the adhesive layer, the above-described problem does not occur.
また、レーザダイシングによれば、ブレードダイシングとは異なり、冷却液や切削液を供給するなどの液処理が必要とならないため、液処理による問題が発生しない。 Also, according to laser dicing, unlike blade dicing, there is no need for liquid processing such as supplying a cooling liquid or cutting fluid, so that problems due to liquid processing do not occur.
[実施の形態2]
次に、本発明の実施の形態2について、図2A〜図2Cを用いて説明する。図2A〜図2Cは、本発明の実施の形態2におけるMEMSチップの製造方法の各工程における状態を模式的に示す断面図である。
[Embodiment 2]
Next, Embodiment 2 of the present invention will be described with reference to FIGS. 2A to 2C. 2A to 2C are cross-sectional views schematically showing states in respective steps of the MEMS chip manufacturing method according to Embodiment 2 of the present invention.
本実施の形態では、デバイスウエハ101よりマスクウエハ103を離間させる前に、デバイスウエハ101をチップ分割する。まず、前述した実施の形態1と同様に、デバイスウエハ101とマスクウエハ103とを位置合わせして接着層105により貼り合わせる。次いで、やはり前述した実施の形態1と同様に、金属膜106および金属膜107を形成する(図2A)。
In this embodiment, the
本実施の形態では、上述したようにデバイスウエハ101にマスクウエハ103が貼り合わされている状態で、図2Bに示すように、デバイスウエハ101に欠刻201を形成する。欠刻201は、例えば、レーザダイシングのレーザ照射により形成することができる。欠刻201は、例えば、デバイスウエハ101を貫通して形成すればよい。なお、欠刻201は、いわゆる断裁線に沿って形成すればよい。
In the present embodiment, the
以上のように欠刻201を形成することで、各々のMEMS素子102の領域がデバイスウエハ101より分離された状態となる。この状態より、各々のMEMS素子102の領域をピックアップすれば、図2Cに示すように、分割された複数のチップ101aが得られる。各チップ101aには、各々、金属膜107が形成されたMEMS素子102を備えている。上述したように、デバイスウエハ101のみを分割するようにすれば、マスクウエハ103は再利用することができる。
By forming the
[実施の形態3]
次に、本実施の形態3について図3A〜図3Kを用いて説明する。図3A〜図3Kは、本発明の実施の形態3におけるMEMSチップの製造方法の各工程における状態を模式的に示す断面図である。
[Embodiment 3]
Next, the third embodiment will be described with reference to FIGS. 3A to 3K. 3A to 3K are cross-sectional views schematically showing states in respective steps of the MEMS chip manufacturing method according to Embodiment 3 of the present invention.
まず、図3Aの断面図に示すように、デバイスウエハ301の上(表面)に、複数のMEMS素子302を形成する。本実施の形態では、MEMS素子302がデバイスウエハ301の表面に形成された凹部内に形成されている。凹部は、MEMS素子302毎に形成されている。また、MEMS素子302は、可動部(不図示)を備える。例えば、可動部は、一対の連結部(不図示)で枠部(不図示)に連結して回動可能とされている。また例えば、可動部は、一端が支持部に固定した片持ち梁であり、他端が変位可能とされている。
First, as shown in the cross-sectional view of FIG. 3A, a plurality of
また、図3Bの断面図に示すように、複数の開口部304を備える第1マスクウエハ303を形成する。第1マスクウエハ303は、例えば、外形(外径)がデバイスウエハ301と同じに形成されている。また、開口部304は、MEMS素子302の薄膜形成領域に対応して形成されている。加えて、第1マスクウエハ303は、この周縁部に固定された接着層305が形成されている。接着層305は、前述した実施の形態と同様である。
Also, as shown in the cross-sectional view of FIG. 3B, a
以上のように接着層305を備える第1マスクウエハ303を用意したら、デバイスウエハ301のMEMS素子302が形成されていない裏面の周縁部に、第1マスクウエハ303の接着層305の接着面を貼り付ける。この貼り付けは、前述した実施の形態で用いた接着剥離装置を用い、次に示すようにして行えばよい。
When the
まず、図3Cに示すように、デバイスウエハ301の表面(MEMS素子302の形成面)を接着剥離装置の第1ステージ111に装着し、また、第1マスクウエハ303の裏面を接着剥離装置の第2ステージ112に装着する。ウエハ吸着機構111aにより、デバイスウエハ301の周縁部を第1ステージ111に吸着させて固定する。同様に、ウエハ吸着機構112aにより、第1マスクウエハ303の周縁部を第2ステージ112に吸着させて固定する。また、各々固定されたデバイスウエハ301および第1マスクウエハ303は、裏面および接着層305の固定面を対向させて配置する。
First, as shown in FIG. 3C, the surface of the device wafer 301 (the surface on which the
次に、前述した実施の形態1と同様に、光学顕微鏡113による観察と、XYθ駆動部114を動作させることによる第1マスクウエハ303のXYθ方向の移動とにより、デバイスウエハ301に対する第1マスクウエハ303の相対的な位置合わせを行う。ここでは、MEMS素子302が形成されている箇所に開口部304の位置が対応するように、デバイスウエハ301に対する第1マスクウエハ303の相対的な位置を合わせる。
Next, as in the first embodiment described above, the first mask wafer relative to the
次に、Z駆動部115を動作させ、第2ステージ112を第1ステージ111の方向に移動させ、接着層305の接着面をデバイスウエハ301の裏面の周縁部に当接させて接着させる。この後、第1ステージ111のウエハ吸着機構111aおよび第2ステージ112のウエハ吸着機構112aの動作を停止させ、デバイスウエハ301および第1マスクウエハ303を接着剥離装置より搬出する。この結果、図3Dに示すように、第1マスクウエハ303が、接着層305を介してデバイスウエハ301の裏面に固定された状態が得られる。
Next, the
次に、図3Eに示すように、複数の凸部307および複数の開口部308を備える第2マスクウエハ306を形成する。マスクウエハ306には、デバイスウエハ301のMEMS素子302が形成されている凹部に対応して凸部307が形成されている。例えば、凹部に嵌合するように凸部307が形成されている。また、開口部308は、凸部307毎に形成され、また、MEMS素子302の薄膜形成領域に対応して形成されている。加えて、第2マスクウエハ306も、この周縁部に固定された接着層309が形成されている。接着層309は、接着層305と同様である。
Next, as shown in FIG. 3E, a
次に、デバイスウエハ301のMEMS素子302が形成されている表面の周縁部に、第2マスクウエハ306の接着層309の接着面を貼り付ける。この貼り付けは、上述した第1マスクウエハ303の貼り付けと同様にして行えばよい。
Next, the adhesive surface of the
図3Fに示すように、まず、デバイスウエハ301に貼り合わされている第1マスクウエハ303の裏面を接着剥離装置の第1ステージ111に装着し、また、第2マスクウエハ306の裏面を接着剥離装置の第2ステージ112に装着する。ウエハ吸着機構111aにより、第1マスクウエハ303の裏面の周縁部を第1ステージ111に吸着させて固定する。同様に、ウエハ吸着機構112aにより、第2マスクウエハ306の周縁部を第2ステージ112に吸着させて固定する。また、デバイスウエハ301および第2マスクウエハ306は、MEMS素子302の形成面および接着層309の固定面を対向させて配置する。
As shown in FIG. 3F, first, the back surface of the
次に、前述した第1マスクウエハ303の貼り合わせと同様に、光学顕微鏡113による観察と、XYθ駆動部114を動作させることによる第2マスクウエハ306のXYθ方向の移動とにより、デバイスウエハ301に対する第2マスクウエハ306の相対的な位置合わせを行う。
Next, similarly to the bonding of the
次に、Z駆動部115を動作させ、第2ステージ112を第1ステージ111の方向に移動させ、接着層309の接着面をデバイスウエハ301の表面の周縁部に当接させて接着させる。このように、位置合わせをしてから貼り合わせを行うので、縁の部分が衝突して破損するなどのことがなく、第2マスクウエハ306の凸部307が、デバイスウエハ301の凹部に嵌合した状態に貼り合わせることができる。
Next, the
この後、第1ステージ111のウエハ吸着機構111aおよび第2ステージ112のウエハ吸着機構112aの動作を停止させ、第1マスクウエハ303および第2マスクウエハ306が接着固定されたデバイスウエハ301を接着剥離装置より搬出する。
Thereafter, the operations of the
この結果、図3Gに示すように、MEMS素子302が形成されているデバイスウエハ301の凹部に凸部307が嵌合し、第2マスクウエハ306が、接着層309を介してデバイスウエハ301の表面に固定された状態が得られる。ここで、第2マスクウエハ306では、凸部307を設けて開口部308を形成しているので、開口部308のデバイスウエハ301側の開口端を、MEMS素子302により近づけて配置させることができる。
As a result, as shown in FIG. 3G, the
以上のようにデバイスウエハ301に対し、第1マスクウエハ303および第2マスクウエハ306を各々位置合わせして貼り合わせた後、MEMS素子302に対し、開口部304および開口部308を介した選択的な処理を行う。例えば、第1マスクウエハ303の側より、MEMS素子302の裏面側となるデバイスウエハ301の裏面に、物理的気相堆積または化学的気相堆積による金属などの膜を選択的に形成する。また、MEMS素子302形成部のデバイスウエハ301裏面の一部を、例えばプラズマを用いて選択的にエッチング処理する。同様に、第2マスクウエハ306の側より、MEMS素子302の可動部(不図示)に対し、物理的気相堆積または化学的気相堆積による金属などの膜を選択的に形成する。また、MEMS素子302の一部を、例えばプラズマを用いて選択的にエッチング処理する。本実施例では、一例として、MEMS素子302に対して金からなる金属膜を選択的に形成する。
As described above, after the
この場合、図3Hに示すように、蒸着装置を用いて第1マスクウエハ303の側および第2マスクウエハ306の側より、金などの金属膜310および金属膜311を形成する。デバイスウエハ301の裏面においては、MEMS素子302が形成されている領域以外の領域が、第1マスクウエハ303により覆われており、MEMS素子302が形成されている領域は、開口部304により開放状態とされているので、この領域に選択的に金属膜310が形成される。また、デバイスウエハ301の表面においては、MEMS素子302の可動部以外の領域が、第2マスクウエハ306により覆われており、可動部は、開口部308により開放状態とされているので、可動部に選択的に金属膜311が形成される。また、凸部307により、開口端をMEMS素子302により近づけるようにしているので、回り込みによる他の領域への不要な金属膜の形成が、抑制された状態となっている。
In this case, as shown in FIG. 3H, a
なお、膜の形成ではなく、MEMS素子302のエッチング加工の場合、蒸着装置を用いてエッチングガスのプラズマを作用させればよい。このようなドライエッチングにより、MEMS素子302の領域が選択的にエッチングされるようになる。
Note that in the case of etching the
次に、貼り合わされているデバイスウエハ301と第2マスクウエハ306とを離間させる。まず、第1マスクウエハ303の裏面を接着剥離装置の第1ステージ111に装着し、また、第2マスクウエハ306の裏面を接着剥離装置の第2ステージ112に装着する。Z駆動部115を動作させて第2ステージ112を第1ステージ111の側に移動させ、第1ステージ111と第2ステージ112との間隔を適宜に調整させることで、貼り合わされている第1マスクウエハ303および第2マスクウエハ306を、第1ステージ111および第2ステージ112に装着させる。また、第1マスクウエハ303は、ウエハ吸着機構111aを動作させることで、第1ステージ111に吸着させる。同様に、第2マスクウエハ306は、ウエハ吸着機構112aを動作させることで、第2ステージ112に吸着させる。
Next, the bonded
以上のように各ウエハを各ステージに吸着させた状態で、第2ステージ112が内蔵している加熱機構を動作させ、第2ステージ112を100℃程度に加熱し、第2マスクウエハ306を介して接着層309を加熱し、接着層309の粘着力を低下させる。引き続いて、Z駆動部115を動作させて第2ステージ112を第1ステージ111より離間させる。ここで、第2ステージ112をデバイスウエハ301の平面の法線方向に移動させれば、デバイスウエハ301の凹部に嵌合している凸部307を、縁の部分が衝突して破損するなどのことがなく、凹部より離間させることができる。これらのことにより、図3Iに示すように、デバイスウエハ301より第2マスクウエハ306が剥離されるようになる。
As described above, in a state where each wafer is attracted to each stage, the heating mechanism incorporated in the
次に、上述同様にすることで、デバイスウエハ301より第1マスクウエハ303を離間させる。この結果、図3Jに示すように、MEMS素子302の上に金属膜311が形成され、MEMS素子302形成領域の裏面に金属膜310が形成されたデバイスウエハ301が得られる。ここで、第1マスクウエハ303を剥がすときには、第2ステージ112が内蔵している加熱機構を動作させ、第2ステージ112を120℃程度に加熱し、第1マスクウエハ303を介して接着層305を加熱し、接着層305の粘着力を低下させる。
Next, the
例えば、接着層309は、100℃の加熱で粘着力が低下し、接着層305は、100℃の加熱では粘着力が低下せず、120℃に加熱することで粘着力が低下するようにしておけばよい。このようにすることで、上述したように、加熱温度100℃の条件で第2マスクウエハ306を剥がすときには、接着層305の粘着力は低下させず、デバイスウエハ301に対して第1マスクウエハ303が接着固定された状態が維持され、第2マスクウエハ306をデバイスウエハ301より剥がすことができる。
For example, the
次に、デバイスウエハ301をレーザ照射によりダイシングし、図3Kに示すように、チップ分割して複数のチップ301aを形成する。各チップ301aには、各々、金属膜311が形成されたMEMS素子302を備え、裏面の一部に金属膜310が形成されている。
Next, the
上述した本実施の形態によれば、可動状態に形成した可動部に金属膜を形成するなどの処理を、よく知られたフォトリソグラフィー技術やリフトオフ法などによるウエット処理を用いることなく行い、チップに分割することができるようになる。 According to the above-described embodiment, a process such as forming a metal film on the movable part formed in a movable state is performed without using a wet process such as a well-known photolithography technique or a lift-off method, and the chip is formed. Can be divided.
なお、デバイスウエハ301より各マスクウエハを離間させる前に、デバイスウエハ301をチップ分割してもよい。まず、前述した実施の形態3と同様に、デバイスウエハ301に、位置合わせをした後で、第1マスクウエハ303および第2マスクウエハ306を貼り合わせる。次いで、やはり前述した実施の形態3と同様に、金属膜310および金属膜311を形成する。
Note that the
この後、図4に示すように、第1マスクウエハ303およびデバイスウエハ301に欠刻401を形成する。欠刻401は、例えば、レーザダイシングのレーザ照射により形成することができる。欠刻401は、例えば、第1マスクウエハ303およびデバイスウエハ301を貫通して形成すればよい。
Thereafter, as shown in FIG. 4,
以上のように欠刻401を形成することで、各々のMEMS素子302の領域がデバイスウエハ301より分離された状態となる。この状態より、各々のMEMS素子302の領域をピックアップすれば、図3Kに示すように、分割された複数のチップ301aが得られる。なお、上述したようにレーザダイシングをする場合、欠刻401を形成しようとする箇所には、金属膜310が除去しておく。これは、金属膜310が形成されている領域は、レーザが反射されて欠刻401を形成することができないためである。
By forming the
また、接着層は、接着力低下処理として紫外線を照射することで粘着力が低下する材料(紫外線剥離型フィルムなど)を用いてもよい。この場合、マスクウエハは、ガラスなどの紫外線を透過する材料から構成するとよい。紫外線剥離型フィルムは、紫外線硬化樹脂から構成されており、紫外線による化学反応で樹脂が硬化収縮して界面でのせん断力を発生させ粘着力を低減させる。この場合、紫外線照射を行う機構が、接着力低下手段となる。 The adhesive layer may be made of a material (such as an ultraviolet peelable film) whose adhesive strength is reduced by irradiating ultraviolet rays as an adhesive strength reduction process. In this case, the mask wafer is preferably made of a material that transmits ultraviolet rays, such as glass. The ultraviolet peelable film is composed of an ultraviolet curable resin, and the resin is cured and contracted by a chemical reaction caused by ultraviolet rays to generate a shearing force at the interface to reduce the adhesive force. In this case, the mechanism that performs ultraviolet irradiation serves as a means for reducing the adhesive force.
また、接着層は、通電剥離樹脂から構成してもよい。通電剥離樹脂は、接着力低下処理として電圧を印加することで粘着力が低下する材料である。通電剥離材としては、例えば、「EIC Laboratories」製のエレクトリリースがある。この材料は、50Vの電圧を1分間印加すれば、粘着力が低下して剥離可能となる。この場合、マスクウエハが金属や半導体などの導電性材料から構成し、デバイスウエハが半導体から構成されていればよい。また、第1ステージ111および第2ステージ112に、電圧印加可能な電極が備えられていればよい。デバイスウエハの側がプラス、マスクウエハの側がマイナスとなるように電圧を印加することで、デバイスウエハより接着層を剥離することができる。この場合、上述したように電圧を印加する機構が、接着力低下手段となる。
Further, the adhesive layer may be made of an electrically peeling resin. The electrically-peeling resin is a material whose adhesive strength is reduced by applying a voltage as the adhesive strength reduction process. An example of the current release material is an elect release made by “EIC Laboratories”. When a voltage of 50 V is applied for 1 minute, this material has a reduced adhesive force and can be peeled off. In this case, the mask wafer may be made of a conductive material such as a metal or a semiconductor, and the device wafer may be made of a semiconductor. The
例えば、図5に示すように、金属からなる第1ステージ511および金属からなる第2ステージ512から接着剥離装置を構成し、第1ステージ511および第2ステージ512の間に電圧印加が可能な構成とすればよい。なお、第1ステージ511は、ウエハ吸着機構511aを備え、第2ステージ512もウエハ吸着機構512aを備える。また、図5に例示する接着剥離装置では、吸着したデバイスウエハ101のMEMS素子102形成領域が観察できるように、第1ステージ511に開口部511bが形成されている。
For example, as shown in FIG. 5, a configuration in which an adhesive peeling apparatus is configured from a
また、紫外線硬化樹脂を用いる場合は、第2ステージに紫外線ランプを組み込めばよい。また、2つ以上のマスクウエハを接合して剥離する場合には、上記の熱剥離粘着材、通電剥離材、紫外線硬化樹脂を組み合わせて用いてもよい。また、上述では、接着層をマスクウエハに形成したが、これに限るものではなく、デバイスウエハに形成してもよく、また、両者に形成してもよい。 Further, when an ultraviolet curable resin is used, an ultraviolet lamp may be incorporated in the second stage. In addition, when two or more mask wafers are bonded and peeled, the above-mentioned heat-peeling adhesive material, current-carrying release material, and ultraviolet curable resin may be used in combination. In the above description, the adhesive layer is formed on the mask wafer. However, the present invention is not limited to this, and the adhesive layer may be formed on the device wafer or on both.
[実施の形態4]
次に、本発明の実施の形態4について、図6A〜図6Dを用いて説明する。図6Aは、本発明の実施の形態4におけるMEMSチップの製造方法を説明するための平面図であり、図6B〜図6Dは断面図である。
[Embodiment 4]
Next, Embodiment 4 of the present invention will be described with reference to FIGS. 6A to 6D. FIG. 6A is a plan view for explaining the method for manufacturing the MEMS chip in the fourth embodiment of the present invention, and FIGS. 6B to 6D are cross-sectional views.
本実施の形態では、図6Aに示すように、デバイスウエハ101に、予め断裁領域601を形成しておく。例えば、図6Bに示すように、断面視矩形の溝からなる断裁領域601aを形成してもよく、また、図6Cに示すように、断面視V字形状の断裁領域601bを形成してもよい。これらは、ドライエッチング,ウエットエッチングやブレードダイシングなどにより形成できる。
In the present embodiment, as shown in FIG. 6A, a
このように断裁領域601を形成しておき、レーザダイシングによるチップ分割の時には、レーザを断裁領域601の底部に照射して断裁を行う。このようにすることで、レーザダイシング時の断裁対象部が薄くなり、チッピングなどの発生を抑制して安定してチップ分割をすることができるようになる。
In this way, the cutting
また、よく知られたSOI(Silicon on Insulator)基板を用い、埋め込み絶縁層を犠牲層としてSOI層を加工することで、SOI層に可動部を形成するMEMS素子がある。このような場合、図6Dに示すように、SOI基板610の埋め込み絶縁層611より深い箇所まで断裁領域601cを形成しておくことで、断裁領域601cに酸化シリコンなどの絶縁層が存在しない状態とすることができる。酸化シリコンなどの絶縁層は、レーザダイシングによる切断が容易でないため、上述したように除去しておくことで、チップ分割がより容易となる。
In addition, there is a MEMS element that uses a well-known SOI (Silicon on Insulator) substrate and forms a movable portion in the SOI layer by processing the SOI layer using a buried insulating layer as a sacrificial layer. In such a case, as shown in FIG. 6D, by forming the cutting
なお、本発明は以上に説明した実施の形態に限定されるものではなく、本発明の技術的思想内で、当分野において通常の知識を有する者により、多くの組み合わせおよび変形が実施可能であることは明白である。例えば、位置合わせは、光学顕微鏡による観察像をイメージセンサーで撮像し、撮像した画像をよく知られたパターンマッチングなどの技術により処理し、この処理結果によりXYθ駆動部の動作を制御することで行うようにしてもよい。 The present invention is not limited to the embodiments described above, and many combinations and modifications can be implemented by those having ordinary knowledge in the art within the technical idea of the present invention. It is obvious. For example, alignment is performed by taking an image observed by an optical microscope with an image sensor, processing the captured image using a well-known technique such as pattern matching, and controlling the operation of the XYθ drive unit based on the processing result. You may do it.
101…デバイスウエハ、101a…チップ、102…MEMS素子、103…マスクウエハ、104…開口部、105…接着層、106,107…金属膜、111…第1ステージ、112…第2ステージ、111a,112a…ウエハ吸着機構、113…光学顕微鏡、114…XYθ駆動部、115…Z駆動部。
DESCRIPTION OF
Claims (10)
前記MEMS素子の形成位置に対応する複数の開口部を備えるマスクウエハを形成する第2工程と、
前記デバイスウエハに接着層を介して前記マスクウエハを貼り合わせる第3工程と、
前記開口部を介して前記MEMS素子にドライ処理を行う第4工程と、
前記デバイスウエハを切断して前記MEMS素子を備えるチップに分割する第5工程と
を備えることを特徴とするMEMSチップの製造方法。 A first step of forming a plurality of MEMS elements having movable parts on a device wafer;
A second step of forming a mask wafer having a plurality of openings corresponding to the formation position of the MEMS element;
A third step of bonding the mask wafer to the device wafer via an adhesive layer;
A fourth step of performing a dry treatment on the MEMS element through the opening;
A fifth step of cutting the device wafer to divide the device wafer into chips each having the MEMS element.
前記第5工程は、前記デバイスウエハと前記マスクウエハとが貼り合わされている状態で行うことを特徴とするMEMSチップの製造方法。 In the manufacturing method of the MEMS chip according to claim 1,
The fifth step is performed in a state where the device wafer and the mask wafer are bonded together.
前記第5工程は、前記デバイスウエハより前記マスクウエハを剥がした後で行うことを特徴とするMEMSチップの製造方法。 In the manufacturing method of the MEMS chip according to claim 1,
The fifth step is performed after the mask wafer is peeled off from the device wafer.
前記接着層は、一方の面の接着力が接着力低下処理により低下する材料から構成し、
前記接着力低下処理により前記接着層の一方の面の接着力を低下させることで、前記デバイスウエハより前記マスクウエハを剥がす処理を行う
ことを特徴とするMEMSチップの製造方法。 In the manufacturing method of the MEMS chip according to claim 3,
The adhesive layer is composed of a material whose adhesive strength on one surface is reduced by an adhesive strength reduction process,
A method of manufacturing a MEMS chip, wherein the mask wafer is removed from the device wafer by reducing the adhesive force of one surface of the adhesive layer by the adhesive force reducing process.
前記接着力低下処理は、加熱,紫外線照射,および電圧印加の中より選択された処理であることを特徴とするMEMSチップの製造方法。 In the manufacturing method of the MEMS chip according to claim 4,
The method of manufacturing a MEMS chip, wherein the adhesive strength reduction process is a process selected from heating, ultraviolet irradiation, and voltage application.
前記MEMS素子の形成位置に対応する複数の開口部を備えるマスクウエハを前記デバイスウエハに対向して保持する第2ステージと、
前記第1ステージに対して前記第2ステージを前記デバイスウエハの平面内で相対的に移動させる第1ステージ駆動手段と、
前記第1ステージおよび前記第2ステージを前記デバイスウエハの平面の法線方向に相対的に移動させる第2ステージ駆動手段と、
前記第1ステージに保持された前記デバイスウエハおよび前記第2ステージに保持された前記マスクウエハの相対的な位置関係を観察する観察手段と
を少なくとも備えることを特徴とするMEMSチップの製造装置。 A first stage for holding a device wafer on which a plurality of MEMS elements having movable parts are formed;
A second stage for holding a mask wafer having a plurality of openings corresponding to the formation positions of the MEMS elements facing the device wafer;
First stage driving means for moving the second stage relative to the first stage in a plane of the device wafer;
Second stage driving means for relatively moving the first stage and the second stage in the normal direction of the plane of the device wafer;
An MEMS chip manufacturing apparatus comprising: at least observation means for observing a relative positional relationship between the device wafer held on the first stage and the mask wafer held on the second stage.
前記デバイスウエハと前記マスクウエハとを接着する接着層の接着力を低下させる接着力低下手段を備えることを特徴とするMEMSチップの製造装置。 The MEMS chip manufacturing apparatus according to claim 6,
An MEMS chip manufacturing apparatus comprising: an adhesive force lowering unit that reduces an adhesive force of an adhesive layer that adheres the device wafer and the mask wafer.
前記接着力低下手段は、加熱機構,紫外線照射機構,および電圧印加機構の中より選択されたものであることを特徴とするMEMSチップの製造装置。 The MEMS chip manufacturing apparatus according to claim 7,
2. The MEMS chip manufacturing apparatus according to claim 1, wherein the adhesive strength reducing means is selected from a heating mechanism, an ultraviolet irradiation mechanism, and a voltage application mechanism.
前記第1ステージの前記デバイスウエハを保持する面に形成された凹部を備えることを特徴とするMEMSチップの製造装置。 In the MEMS chip manufacturing apparatus according to any one of claims 6 to 8,
A MEMS chip manufacturing apparatus, comprising: a recess formed in a surface of the first stage that holds the device wafer.
前記第1ステージに形成された開口部を備えることを特徴とするMEMSチップの製造装置。 In the MEMS chip manufacturing apparatus according to any one of claims 6 to 8,
An MEMS chip manufacturing apparatus comprising an opening formed in the first stage.
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