本發(fā)明設(shè)計(jì)一種MEMS晶圓切割清洗及釋放方法，屬于微機(jī)電系統(tǒng)微細(xì)加工和晶圓切割方法。

背景技術(shù)：

微機(jī)電系統(tǒng)(MEMS，Micro-Electro-Mechanical System)是一種基于微電子技術(shù)和微加工技術(shù)的一種高科技領(lǐng)域。MEMS技術(shù)可將機(jī)械構(gòu)件、驅(qū)動(dòng)部件、電控系統(tǒng)、數(shù)字處理系統(tǒng)等集成為一個(gè)整體的微型單元。MEMS器件具有微小、智能、可執(zhí)行、可集成、工藝兼容性好、成本低等諸多優(yōu)點(diǎn)。MEMS技術(shù)的發(fā)展開(kāi)辟了一個(gè)全新的技術(shù)領(lǐng)域和產(chǎn)業(yè)，利用MEMS技術(shù)制作的微傳感器、微執(zhí)行器、微型構(gòu)件、微機(jī)械光學(xué)器件、真空微電子器件、電力電子器件等在航空、航天、汽車(chē)、生物醫(yī)學(xué)、環(huán)境監(jiān)控、軍事，物聯(lián)網(wǎng)等領(lǐng)域中都有著十分廣闊的應(yīng)用前景。

在MEMS器件的制造工藝中，很多復(fù)雜的三維或支撐結(jié)構(gòu)都利用犧牲層釋放工藝。即在形成微機(jī)械結(jié)構(gòu)空腔或者可活動(dòng)微結(jié)構(gòu)過(guò)程中，先在介質(zhì)薄膜上沉積結(jié)構(gòu)材料，再用光刻和蝕刻工藝制備所需的各種特殊結(jié)構(gòu)，然后制備支撐層結(jié)構(gòu)(空腔或微結(jié)構(gòu)件)。由于被去掉結(jié)構(gòu)材料只起分離層作用，故稱(chēng)其為犧牲層(Sacrificial Layer)，常用的犧牲層材料主要有氧化硅、多晶硅、聚酰亞胺(Polyimide)等。利用犧牲層可制造出多種活動(dòng)的微結(jié)構(gòu)，如微型橋、懸臂梁、移動(dòng)部件和質(zhì)量塊等，所以MEMS器件制作完成后，MEMS結(jié)構(gòu)釋放是MEMS器件制造工藝中關(guān)鍵的一道工序。

MEMS晶圓需要在完成前道各種制造工序后進(jìn)行切割，把晶圓切割成單個(gè)的芯片，然后進(jìn)行封裝測(cè)試。結(jié)構(gòu)釋放可以選擇在切割之前進(jìn)行，也可以選擇在切割之后進(jìn)行。由于晶圓中的芯片具有MEMS結(jié)構(gòu)，所以在切割清洗釋放的先后順序上三者存在矛盾，如果處理不好會(huì)導(dǎo)致MEMS芯片損壞或全報(bào)廢。

處理MEMS切割清洗和結(jié)構(gòu)釋放之間的矛盾，現(xiàn)有解決技術(shù)方案主要有：

1)先對(duì)晶圓進(jìn)行結(jié)構(gòu)釋放，然后進(jìn)行激光切割，不需要濕法清洗；利用隱形激光切割，設(shè)備昂貴且工藝復(fù)雜，晶圓需要先進(jìn)行減薄處理，切割完后還需要用裂片機(jī)裂片和擴(kuò)膜，且切割道不能有圖形，尤其是帶金屬圖形，會(huì)反射激光能量。切割道要求僅是硅材質(zhì)，含有氮化硅或二氧化硅也會(huì)影響光的吸收。隱形激光切割對(duì)晶圓切割道的布局有特殊要求，把切割道的圖形單獨(dú)設(shè)計(jì)后會(huì)占用芯片面積，減少了晶圓上的有效芯片數(shù)目。

2)先對(duì)晶圓進(jìn)行結(jié)構(gòu)釋放，對(duì)晶圓的MEMS結(jié)構(gòu)進(jìn)行打孔貼膜保護(hù)，再進(jìn)行背面切割；由于對(duì)晶圓的MEMS結(jié)構(gòu)進(jìn)行貼膜保護(hù)，需要增加工序且工序復(fù)雜，背面切割問(wèn)題是成本高，作業(yè)效率低，良率不穩(wěn)定，不適合MEMS占比高的芯片

3)先對(duì)晶圓正面進(jìn)行涂膠保護(hù)，然后進(jìn)行光刻，利用等離子體切割進(jìn)行切割，然后再進(jìn)行釋放；需要進(jìn)行光刻，釋放前還需要進(jìn)行減薄，光刻設(shè)備，減薄設(shè)備及等離子體切割設(shè)備都非常昂貴。

對(duì)比文件中國(guó)專(zhuān)利CN 103068318 A公開(kāi)了一種MEMS硅晶圓圓片切割和結(jié)構(gòu)釋放方法，顯著問(wèn)題是沒(méi)有實(shí)現(xiàn)晶圓級(jí)作業(yè)，對(duì)于硅晶圓片需要兩次貼膜和手動(dòng)裂片，利用真空吸筆拾取單個(gè)芯片，再放置到托盤(pán)中去膠，而一個(gè)硅晶圓片中包含成千上萬(wàn)個(gè)芯片，單個(gè)拾取效率較低；且該對(duì)比文件沒(méi)有公開(kāi)晶圓的清洗方法，現(xiàn)有技術(shù)中晶圓的清洗都是將芯片取下，放到托盤(pán)中放到溶液中進(jìn)行清洗，芯片之間容易觸碰，進(jìn)而損壞芯片；另外，該對(duì)比文件中兩次切割在同一位置，且切割位置嚴(yán)格對(duì)齊，但是切割完一次后，再次從頭切割，需要兩次對(duì)位，且兩次對(duì)位切割位置不可能完全重合，生產(chǎn)效率低。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明針對(duì)上述現(xiàn)有技術(shù)中存在的不足，提供一種切割效率高、清洗方便且釋放簡(jiǎn)單的MEMS晶圓切割清洗及釋放方法。

本發(fā)明解決上述技術(shù)問(wèn)題的技術(shù)方案如下：一種MEMS晶圓切割清洗及釋放方法，包括以下步驟：

步驟1：貼UV膜，將晶圓正面朝下放置在貼膜機(jī)吸盤(pán)正中央，所述吸盤(pán)為中間懸空的真空吸盤(pán)，UV膜外周固定在不銹鋼框架上，從貼膜機(jī)卷筒中拉出UV膜，貼在不銹鋼框架和晶圓背面上；

步驟2：切割，采用臺(tái)階切割，兩步切割連續(xù)完成，沿切割方向上依次設(shè)有對(duì)齊的后切刀片和前切刀片，即前切刀片和后切刀片在切割方向?qū)R或者中心對(duì)齊；切割時(shí)，前切刀片先接觸晶圓，后切刀片后接觸晶圓；兩個(gè)切刀片連續(xù)切割，前切刀切割的厚度為晶圓總厚度的20％～60％；后切刀片將晶圓劃透，且不劃透所述UV膜，例如晶圓后675um，UV膜厚度100um，總共厚度就是775um了，那么劃進(jìn)去725um，就保證能將晶圓劃透，也不會(huì)把膜劃破；切割的進(jìn)刀速度3～30mm/s，前后切刀片的厚度為30～60μm，兩次切割后，晶圓全劃透，切割成單個(gè)芯片；

步驟3：清洗和甩干晶圓；

步驟4：照射，使用UV照射機(jī)，對(duì)晶圓背面的UV膜進(jìn)行照射30～100s，調(diào)節(jié)UV燈管能量120～360mJ/cm²之間，可將UV的粘性降到以前的1～10％；

步驟5：利用擴(kuò)膜機(jī)對(duì)晶圓進(jìn)行擴(kuò)膜處理，使所有芯片向四周均勻擴(kuò)開(kāi)；

步驟6：利用芯片拾取設(shè)備，將芯片從UV膜取下放入專(zhuān)門(mén)MEMS釋放石英托盤(pán)中；

步驟7：把托盤(pán)放在去膠機(jī)的Chamber中，進(jìn)行結(jié)構(gòu)釋放。

本發(fā)明中MEMS晶圓切割清洗及釋放方法的有益效果是：

(1)步驟1中利用懸空的真空吸盤(pán)固定晶圓，只有晶圓邊緣不完整的芯片和吸盤(pán)接觸，中間完整芯片不會(huì)有接觸，保證芯片不會(huì)碰觸，不會(huì)有劃傷，也能避免沾污；

(2)步驟2中采用臺(tái)階切割，兩步切割連續(xù)完成，一次切割就能將晶圓切割成若干個(gè)芯片，不需要重新對(duì)位，切割位置完全重合，切割效率高、質(zhì)量好；

(3)步驟4中通過(guò)控制UV照射機(jī)的照射能量和照射時(shí)間，將UV膜的粘性降到以前的1～10％，粘性更低，效果更好；

(4)將對(duì)晶圓的擴(kuò)膜處理提到晶圓結(jié)構(gòu)釋放之前，是因?yàn)獒尫徘靶酒Y(jié)構(gòu)是可以碰觸的，拾取芯片會(huì)非常簡(jiǎn)單，釋放后有些結(jié)構(gòu)是懸空了，拾取芯片只能吸取芯片邊緣，拾取困難，所以提到晶圓結(jié)構(gòu)釋放之前對(duì)晶圓進(jìn)行擴(kuò)膜處理更加容易；

(5)步驟6和步驟7中利用拾取設(shè)備拾取芯片，將芯片放入專(zhuān)用托盤(pán)中，托盤(pán)帶有與芯片大小一致的格子卡槽，然后進(jìn)行MEMS晶圓的結(jié)構(gòu)釋放，大大提高了釋放效率及重復(fù)性。

進(jìn)一步，還包括步驟8：封裝測(cè)試，利用芯片拾取設(shè)備，將芯片從MEMS釋放石英托盤(pán)中取下放入芯片儲(chǔ)存盒中，進(jìn)行測(cè)試。

進(jìn)一步，步驟3中，清洗和甩干晶圓時(shí)，將固定晶圓的不銹鋼框架整體放在可旋轉(zhuǎn)的陶瓷密孔吸盤(pán)上，所述陶瓷密孔吸盤(pán)可以固定不銹鋼框架的四周，所述陶瓷密孔吸盤(pán)上方設(shè)有噴液系統(tǒng)，所述噴液系統(tǒng)包含若干個(gè)可左右擺動(dòng)噴灑溶液的噴頭，所述若干個(gè)左右擺動(dòng)的噴頭噴灑溶液清洗所述晶圓，清洗完之后，陶瓷密孔吸盤(pán)高速旋轉(zhuǎn)，將廢液甩出，甩干晶圓；

采用上一步技術(shù)方案的有益效果：步驟3中帶不銹鋼框架和UV膜的晶圓進(jìn)行清洗，陶瓷密孔吸盤(pán)表面非常平整，噴頭可左右擺動(dòng)噴灑液體，陶瓷密孔盤(pán)旋轉(zhuǎn)保證晶圓清洗無(wú)死角，對(duì)晶圓全方位進(jìn)行清洗，晶圓清洗完后，陶瓷密孔吸盤(pán)高速旋轉(zhuǎn)利用離心力將晶圓甩干，屬于干進(jìn)干出，實(shí)現(xiàn)了晶圓級(jí)的清洗，清洗效率高。

進(jìn)一步，步驟1中的貼UV膜時(shí)，從貼膜機(jī)后卷筒中拉出UV膜，長(zhǎng)度超出所述不銹鋼框架2～10cm。

進(jìn)一步，所述UV膜的厚度為80～120mm。

進(jìn)一步，步驟5中得到擴(kuò)散的芯片，每個(gè)芯片之間的間距大于120μm。

進(jìn)一步，所述前切刀片的厚度大于所述后切刀片的厚度。

進(jìn)一步，所述后切刀片的刀刃在高度方向上，高于所述UV膜的下表面，且低于所述晶圓的背面。

采用上述進(jìn)一步技術(shù)方案的有益效果是：無(wú)論多么均勻的UV膜，厚度都會(huì)有偏差，刀刃高于所述UV膜的下表面，且低于所述晶圓的背面，即后切刀片在切割晶圓時(shí)，刀刃切割到UV膜，但不劃透UV膜，這樣才能保證晶圓全劃透。

本發(fā)明還涉及一種MEMS晶圓切割清洗及釋放方法中使用的托盤(pán)，包括托盤(pán)本體，所述托盤(pán)本體上設(shè)有圓形凹槽，所述圓形凹槽的直徑與晶圓的直徑一致，所述圓形凹槽被分隔成若干個(gè)和芯片尺寸一致的方格槽。

進(jìn)一步，所述圓形凹槽的深度為1～3mm。

本發(fā)明中MEMS晶圓切割清洗及釋放方法中使用的托盤(pán)的有益效果是:去膠機(jī)的Chamber都是按照?qǐng)A形設(shè)計(jì)的，方形托盤(pán)雖然可以放多些芯片，但是均勻性差，本發(fā)明采用圓形托盤(pán)，均勻性較好，且不需要旋轉(zhuǎn)托盤(pán)，釋放工藝一步到位。

附圖說(shuō)明

圖1為本發(fā)明中貼帶有不銹鋼框架UV膜之后的晶圓示意圖；

圖2為本發(fā)明中陶瓷密孔吸盤(pán)固定不銹鋼框架示意圖；

圖3為本發(fā)明中使用噴液裝置清洗晶圓狀態(tài)示意圖；

圖4擴(kuò)膜后的晶圓示意圖；

圖5托盤(pán)結(jié)構(gòu)示意圖；

圖6晶圓放置在托盤(pán)中的結(jié)構(gòu)示意圖；

在附圖中，各標(biāo)號(hào)所表示的部件名稱(chēng)列表如下：1、晶圓，2、UV膜，3、不銹鋼框架，4、陶瓷密孔吸盤(pán)，5、噴液系統(tǒng)，6、擴(kuò)膜繃環(huán)，7、托盤(pán)，7-1、托盤(pán)本體，7-2、圓形凹槽，7-3、方格槽。

具體實(shí)施方式

以下結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的原理和特征進(jìn)行描述，所舉實(shí)例只用于解釋本發(fā)明，并非用于限定本發(fā)明的范圍。

如圖1-圖4所示，一種MEMS晶圓切割清洗及釋放方法，包括以下步驟：

步驟1：貼UV膜2，將晶圓1正面朝下放置在貼膜機(jī)吸盤(pán)正中央，所述吸盤(pán)為中間懸空的真空吸盤(pán)；從貼膜機(jī)后卷筒中拉出UV膜，長(zhǎng)度超出所述不銹鋼框架3的外周2～10cm，如果局部有皺，還需要進(jìn)一步拉緊，直到四周均勻、平整后，用滾輪輕攆使膜平整緊貼晶圓1背面及不銹鋼框架3上；將超出不銹鋼框架3的UV膜2切割掉，所述UV膜的厚度為80～120mm，如圖1所示。

步驟2：切割，采用臺(tái)階切割，兩步切割連續(xù)完成，沿切割方向上依次設(shè)有對(duì)齊的后切刀片和前切刀片，切割時(shí)，前切刀片先接觸晶圓1，后切刀片后接觸晶圓1；設(shè)置兩切刀片的高度，前切刀片切割的厚度為晶圓1總厚度的20％～60％，后切刀片將晶圓1劃透，且不劃透所述UV膜，例如晶圓后675um，UV膜厚度100um，總共厚度就是775um了，那么劃進(jìn)去725um，就保證能將晶圓劃透，也不會(huì)把膜劃破；設(shè)置切割的進(jìn)刀速度3～30mm/s，低速切割，所述前切刀片的厚度大于所述后切刀片的厚度；設(shè)置晶圓的pitch值(即芯片在X方向和Y方向的大小)及其它的切割參數(shù)，對(duì)晶圓1進(jìn)行對(duì)位操作，對(duì)Ch1，進(jìn)行θ軸方向調(diào)整，左右移動(dòng)工作臺(tái)并調(diào)整切割基準(zhǔn)線，確認(rèn)參數(shù)后，進(jìn)行Ch2的切割道和步進(jìn)確認(rèn)，確認(rèn)參數(shù)后，開(kāi)始劃片；所述前后切刀片的為厚度為30～60μm，兩次切割后，晶圓1全劃透，分隔成單個(gè)芯片；

步驟3：清洗和甩干，將固定晶圓1的不銹鋼框架3整體放在可旋轉(zhuǎn)的陶瓷密孔吸盤(pán)4上，用陶瓷密孔吸盤(pán)4固定不銹鋼框架3的四周，陶瓷密孔吸盤(pán)3上方設(shè)有噴液系統(tǒng)5，所述噴液系統(tǒng)5包含若干個(gè)可左右擺動(dòng)噴灑溶液的噴頭，所述若干個(gè)左右擺動(dòng)的噴頭噴灑溶液清洗所述晶圓1，清洗完之后，陶瓷密孔吸盤(pán)4高速旋轉(zhuǎn)，將廢液甩出，甩干晶圓，如圖3所示；

步驟4：照射，使用UV照射機(jī)，對(duì)晶圓1背面的UV膜2進(jìn)行照射30～100s，可將UV膜的粘性降到以前的1～10％；

步驟5：利用擴(kuò)膜機(jī)對(duì)晶圓1進(jìn)行擴(kuò)膜處理，使所有芯片向四周均勻擴(kuò)開(kāi)，每個(gè)芯片之間的間距大于120μm，擴(kuò)膜后，把擴(kuò)膜繃環(huán)6外多余的UV膜2切割掉，如圖4所示；

步驟6：利用芯片拾取設(shè)備，將芯片從UV膜2上取下放入專(zhuān)門(mén)MEMS釋放石英托盤(pán)7中；

步驟7：把托盤(pán)7放在去膠機(jī)設(shè)備中，進(jìn)行結(jié)構(gòu)釋放。

步驟8：封裝測(cè)試，利用芯片拾取設(shè)備，將芯片從MEMS釋放石英托盤(pán)7中取下放入芯片儲(chǔ)存盒中，進(jìn)行封裝測(cè)試。

本發(fā)明還涉及一種MEMS晶圓切割清洗及釋放方法中使用的托盤(pán)，包括托盤(pán)本體7-1，所述托盤(pán)本體7-1上設(shè)有圓形凹槽7-2，所述圓形凹槽7-2的直徑與晶圓1的直徑一致，所述圓形凹槽7-2被分隔成若干個(gè)和芯片尺寸一致的方格槽7-3，所述圓形凹槽7-2的深度為1～3mm。

以上所述僅為本發(fā)明的較佳實(shí)施例，并不用以限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。