CN101121498B - 制作微扭转轴的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种制作微扭转轴的方法。首先提供晶片，晶片上定义有至少一扭转轴区与至少二穿透区。之后，由晶片的下表面去除部分位于扭转轴区的晶片，再由晶片的上表面去除位于二穿透区的晶片直至穿透晶片，以形成微扭转轴。接着，对晶片的微扭转轴进行晶片级测量，随后再进行蚀刻工艺，以调整微扭转轴的几何形状。根据本发明方法，微扭转轴的厚度不再受晶片厚度所局限，且微扭转轴可接受晶片级测量。
Description
技术领域
本发明涉及一种制作微扭转轴的方法，更特别地，涉及一种工艺中可实时进行晶片级测试，并且据以调整微扭转轴特性的方法。
背景技术
微机电(micro-electromechanical system，MEMS)技术是一种高度整合电子电路与机械等的新兴科技，并已广泛应用于制作各种具有电子与机械双重特性的元件，例如微感应器、微致动器、微马达与光开关元件等。与半导体元件相比，微机电元件由于常具有特殊的机械结构，因此制作时若直接利用标准半导体工艺，所形成的结构往往精密度不佳，而无法达到微机电元件的要求。其中微扭转轴为微机电元件中常见的结构，且由于扭转轴的形状与表面状态对于扭转轴扭转的可靠度与可承受的应力影响甚巨，因此制作微扭转轴时对形状与表面状态的要求特别严格。
请参考图1至图3，图1与图2为公知的制作微扭转轴的方法的示意图，图3为一公知方法所制作的单轴式微扭转轴的示意图。如图1所示，首先提供一晶片20，并分别于晶片20的下表面与上表面形成蚀刻停止层22与光致抗蚀剂图案24。如图2所示，接着晶片20的下方可利用粘合层28固定于负载载具32上，以进行蚀刻工艺。利用光致抗蚀剂图案24作为硬掩模，以去除未被光致抗蚀剂图案24保护的晶片20直至蚀穿晶片20，并停止于蚀刻停止层22。
如图3所示，所形成的微扭转轴10具有悬吊结构，并可受电压、光线或磁场等驱动而依图3中的箭头所示的方向扭转，因此微扭转轴10的形状必须极为精确，并具有平滑的表面以及均匀的轴体，才能确保可靠度并达到对应力承受的要求。
然而，公知方法在蚀穿晶片20的过程中，未考虑蚀刻均匀度与晶片20厚度的均匀度对蚀刻速率的影响，因此蚀刻工艺的良率容易因为晶片20的各区域的蚀刻速率不同而无法有效控制。举例来说，当蚀刻工艺进行到最后阶段即将蚀穿晶片20之际，蚀刻总面积将产生剧烈变化而导致蚀刻工艺产生无法预期的变化。除此之外，当蚀刻至蚀刻停止层22时，极易发生侧蚀现象而产生如图2所示的底切26，进而影响微扭转轴10的结构。如前所述，一旦微扭转轴10的形状的精密度不佳，就会严重影响微扭转轴10的可靠度。
另一方面，根据公知的制作微扭转轴10的方法，晶片20的厚度即为所形成的微扭转轴10的厚度，这会导致微扭转轴10的厚度大受局限。此外，由于微扭转轴10的下表面与蚀刻停止层22相互接合，使得微扭转轴10无法立即接受晶片级的测试与调整，而且去除蚀刻停止层22的步骤还可能造成微扭转轴10的损伤。
有鉴于此，申请人根据此等缺点及依据多年的相关经验，悉心观察及研究，而提出改良的本发明，以提升微扭转轴的可靠度与良率。
发明内容
因此，本发明的主要目的之一在于提供一种制作微扭转轴的方法，以改善公知技术无法克服的难题。
根据本发明一较佳实施例，提供一种制作微扭转轴的方法。首先提供晶片，晶片上定义有至少一扭转轴区与至少二穿透区。之后，由晶片的第一表面去除部分位于扭转轴区的晶片，再由晶片的第二表面去除位于二穿透区的晶片直至穿透晶片，以形成微扭转轴。接着，对晶片的微扭转轴进行晶片级测量，随后再进行蚀刻工艺，以调整微扭转轴的几何形状。
由于本发明的方法先由晶片的第一表面蚀刻位于扭转轴区的晶片，以初步控制微扭转轴的厚度，因此微扭转轴的厚度不再受晶片厚度所局限。又由于微扭转轴的厚度可小于晶片厚度，使微扭转轴悬浮于晶片之中，因此可实时进行晶片级测试与调整，确保微扭转轴具有良好结构，进而提升微扭转轴的可靠度与可承受的应力。
为了进一步了解本发明的特征及技术内容，请参阅以下有关本发明的详细说明与附图。然而所附图式仅供参考与辅助说明用，并非用来对本发明加以限制。
附图说明
图1与图2为公知的制作微扭转轴的方法的示意图。
图3为一公知方法所制作的单轴式微扭转轴的示意图。
图4至图12为根据本发明一较佳实施例的制作微扭转轴的方法的示意图。
【主要附图标记说明】
10 微纽转轴 20 晶片
22 蚀刻停止层 24 光致抗蚀剂图案
26 底切 28 粘合层
32 负载载具 50 晶片
50a 第一表面 50b 第二表面
52 蚀刻掩模 54 扭转轴区
56 粘合层 58 负载载具
60 蚀刻掩模 62 穿透区
64 粘合层 66 负载载具
68 蚀刻掩模 70 微扭转轴
具体实施方式
请参考图4至图12，图4至图12为本发明一较佳实施例的制作微扭转轴的方法的示意图。如图4所示，首先提供晶片50，例如硅晶片，晶片50包含有第一表面50a与第二表面50b，第二表面50b通常为晶片50正面，具有许多装置与元件，而第一表面50a则为晶片50的背面。晶片50上定义有至少一扭转轴区54与至少二穿透区62，扭转轴区54为微扭转轴的预定位置，而二穿透区62则位于扭转轴区54的两侧。
如图5所示，之后在晶片50的第一表面50a与第二表面50b形成蚀刻掩模52，且蚀刻掩模52至少曝露出第一表面50a的扭转轴区54，另可选择性地于第一表面50a上暴露出二穿透区62与二穿透区62周围的晶片50。蚀刻掩模52可为氮化物、氧化物或光致抗蚀剂等材质所构成，为了方便说明起见，本实施例以氮化物的蚀刻掩模52为例进行说明。由于蚀刻掩模52的形成方式为本领域技术人员所熟知的知识，故在此不多加赘述。
如图6所示，接着进行蚀刻工艺，利用蚀刻掩模52作为硬掩模，从第一表面50a去除位于扭转轴区54的晶片50至预定深度。此处的蚀刻工艺可依据蚀刻掩模52或是所需的蚀刻形状等因素而调整。举例来说，当蚀刻掩模52为氮化物时，可用氢氧化钾溶液作为蚀刻溶液来进行湿式蚀刻，而于晶片50的第一表面50a上蚀刻出由内向外面积渐宽的开口，并使开口跨越扭转轴区54与二穿透区62。若蚀刻掩模52为氧化物或光致抗蚀剂时，则可进行干式蚀刻，例如反应离子蚀刻(reactive ion etching，RIE)，来蚀刻出具有垂直侧壁的开口(未示于图中)。如图7所示，于初步蚀刻出扭转轴区54的厚度之后，再去除蚀刻掩模52。
如图8所示，接着利用粘合层56将晶片50的第一表面50a接合于负载载具58上。随后再于晶片50的第二表面50b上形成另一蚀刻掩模60，并暴露出二穿透区62的位置。其中蚀刻掩模60可为氧化物或光致抗蚀剂。粘合层56可选用光致抗蚀剂、金属、二氧化硅、苯环丁烯(Benzocyclobutene，BCB)、聚亚酰胺(polyimide)、胶带、UV胶带或腊等粘性材质。负载载具58则可为硅、玻璃、石英或陶瓷等与半导体工艺相容的材质。由于此处扭转轴区54的晶片50厚度小于晶片50整体的厚度，因此粘合层56不会接触到扭转轴区54的晶片50。
如图9所述，接着进行另一蚀刻工艺，例如使用感应式等离子体耦合(inductive coupling plasma；ICP)蚀刻工艺或是深反应离子蚀刻(deep reactiveion etch，DRIE)蚀刻工艺，利用蚀刻掩模60作为硬掩模，以去除位于穿透区62内的晶片50，直至蚀穿位于穿透区62内的晶片50为止，以形成微扭转轴70。其中当蚀刻工艺进行至图6所示的预定深度时，位于扭转轴区54的晶片50会呈现悬浮状态。由于扭转轴区54的晶片50并未邻接粘合层56，因此位于扭转轴区54内的晶片50亦不会产生侧蚀的现象。换句话说，微扭转轴70的结构不会受到蚀刻工艺的影响，而具有如原先预期的形状，因此具有良好的可靠度。
如图10所示，初步形成微扭转轴70之后，先移除晶片50第二表面50b的蚀刻掩模60，再对晶片50进行晶片级测量，例如晶片级共振频率测量(测量状况未示于图中)。其中，粘合层56可视测量情况而选择是否移除。由于位于扭转轴区54的晶片50此时已呈现悬浮状态，因此本发明无须等到产品完工后才针对个别产品进行测量，而可以在微扭转轴70的制作过程中进行实时的晶片级测量。
根据晶片级测量的结果，本发明可再次蚀刻晶片50，以调整微扭转轴70的几何形状，以达到产品的规格需求。图11是由晶片50的第一表面50a进行蚀刻，图12是由晶片50的第二表面50b进行蚀刻。
如图11所示，接着利用粘合层64将晶片50的第二表面50b贴附于负载载具66上，再进行干式蚀刻工艺，由晶片50的第一表面50a全面地蚀刻晶片50，藉以调整微扭转轴70的几何形状，尤其是微扭转轴70的厚度。除了直接进行全面性蚀刻之外，蚀刻前亦可先形成蚀刻掩模来保护部分晶片50，视产品需求与工艺条件而定。
如图12所示，先利用粘合层64将晶片50的第一表面50a贴附于负载载具66上，再于晶片50的第二表面50b形成蚀刻掩模68。蚀刻掩模68覆盖于晶片50上所需保护的部分，例如其它元件区域，且蚀刻掩模68至少需曝露出扭转轴区54的微扭转轴70。接着进行蚀刻工艺，由第二表面50b蚀刻未被蚀刻掩模68所覆盖的晶片50，藉以调整微扭转轴70的几何形状。之后再去除蚀刻掩模68(图中未示出)，得到调整后的微扭转轴70。
之后，亦可视需要而反复进行前述晶片级测量步骤与微扭转轴70调整步骤，以确认微扭转轴70是否符合产品的规格需求。此外，上述微扭转轴70调整步骤可以针对晶片50上所有的微扭转轴70进行晶片级蚀刻调整，也可以针对晶片50上部分微扭转轴70进行个别调整。
本发明的方法可有效避免在蚀刻工艺中蚀刻总面积变化过大造成蚀刻结果不易控制，以及蚀刻至粘合层56与粘合层64或蚀刻停止层时易发生的侧蚀问题。此外，由于微扭转轴70的第一表面50a并未与粘合层56、粘合层64相互接合，因此去除粘合层56与粘合层64的步骤不会造成微扭转轴70的损伤。有鉴于此，本发明可确保微扭转轴70具有良好结构，进而提升微扭转轴70的可靠度与可承受的应力。
另一方面，由于本发明的方法先由晶片50的第一表面50a蚀刻位于扭转轴区54的晶片50，以初步减少微扭转轴70的厚度，因此微扭转轴70的厚度不再受晶片50厚度所局限。又由于微扭转轴70的厚度可小于晶片50的厚度，使微扭转轴70悬浮于晶片50之中，因此可进行晶片级测试与调整，确保微扭转轴70能精准地符合产品的需求。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，凡依本发明申请专利范围所做的等效变化与修饰，皆应属本发明之涵盖范围。
Claims (14)
1.一种制作微扭转轴的方法，包括：
提供晶片，该晶片具有第一表面和第二表面，该晶片上定义有至少一扭转轴区与至少二穿透区，且该二穿透区位于该扭转轴区的两侧；
由该晶片的该第一表面去除位于该扭转轴区的该晶片的部分厚度；
由该晶片的该第二表面去除位于该二穿透区的该晶片直至穿透该晶片，以形成微扭转轴；
对该晶片进行晶片级测量；以及
在该晶片级测量之后蚀刻该晶片，以利用该晶片级测量的结果调整该微扭转轴的几何形状。
2.如权利要求1所述的方法，其中在去除部分位于该扭转轴区的该晶片的步骤中，在该晶片的该第一表面上形成由内向外面积渐宽的开口。
3.如权利要求1所述的方法，其中在对该晶片进行晶片级测量的步骤中，该晶片接受晶片级共振频率测量。
4.如权利要求1所述的方法，其中在去除部分位于该扭转轴区的该晶片的步骤中，位于该扭转轴区的该晶片利用蚀刻方式加以去除。
5.如权利要求1所述的方法，其中在去除位于该二穿透区的该晶片的步骤中，位于该二穿透区的该晶片利用蚀刻方式加以去除。
6.如权利要求1所述的方法，其中在去除部分位于该扭转轴区的该晶片的步骤中，该晶片的该第二表面利用粘合层贴附于负载载具上。
7.如权利要求1所述的方法，其中在去除位于该二穿透区的该晶片的步骤中，该晶片的该第一表面利用粘合层贴附于负载载具上，且该粘合层不接触该扭转轴区的该晶片。
8.如权利要求1所述的方法，其中去除部分位于该扭转轴区的该晶片的步骤包括：
在该晶片的该第一表面形成蚀刻掩模，且该蚀刻掩模曝露出该扭转轴区；
由该第一表面蚀刻未被该蚀刻掩模覆盖的该晶片；以及
去除该蚀刻掩模。
9.如权利要求1所述的方法，其中蚀刻该晶片以调整该微扭转轴的几何形状的步骤利用干蚀刻工艺进行。
10.如权利要求1所述的方法，其中蚀刻该晶片以调整该微扭转轴的几何形状的步骤是由该晶片的该第一表面进行蚀刻。
11.如权利要求1所述的方法，其中蚀刻该晶片以调整该微扭转轴的几何形状的步骤是由该晶片的该第二表面进行蚀刻。
12.如权利要求1所述的方法，其中蚀刻该晶片以调整该微扭转轴的几何形状的步骤是用以调整该微扭转轴的厚度。
13.如权利要求1所述的方法，其中蚀刻该晶片以调整该微扭转轴的几何形状的步骤包括：
利用粘合层将该晶片的该第二表面贴附于负载载具上；以及
进行蚀刻工艺，由该晶片的该第一表面蚀刻该晶片。
14.如权利要求1所述的方法，其中蚀刻该晶片以调整该微扭转轴的几何形状的步骤包括：
于该晶片的该第二表面形成蚀刻掩模，且该蚀刻掩模曝露出该扭转轴区；
进行蚀刻工艺，由该第二表面蚀刻未被该蚀刻掩模覆盖的该晶片；以及
去除该蚀刻掩模。
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