CN111847847B - 一种石英摆片的制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种石英摆片的制备方法，包括：S1、晶圆基材清洗，S2、晶圆正面金属层沉积，S3、晶圆背面金属层沉积，S4、匀胶、曝光，S5、显影，S6、金属层腐蚀，S7、基材腐蚀，S8、取片、存储。晶圆上均匀的设置有若干个摆片，同时可以对多个摆片进行加工，不仅提高了摆片的加工效率，而且提高了摆片质量的一致性。使用光刻工艺对晶圆上沉积金属层进行加工，使得金属层具有掩膜的作用，能够提高产品的加工精度。本发明采用上述石英摆片的制备方法，能够解决现有的摆片生产效率低、精度低和质量稳定性差的问题。

Description

一种石英摆片的制备方法
技术领域
本发明属于石英摆片技术领域，尤其涉及一种石英摆片的制备方法。
背景技术
石英挠性加速度计是一种机电结合的惯性器件，属于高精度机械式线性加速度计。由于石英挠性加速度计采用挠性制成技术，结构和工艺大大简化，具有高精度、高稳定性、高可靠性等优点，广泛应用于航空、航天、石油勘探等领域。
石英摆片是石英挠性加速度计的核心器件，是加速度计中直接感受加速度信号的器件，是加速度计中的敏感元件。石英摆片的性能直接决定着加速度计的性能。现阶段石英摆片的制备，主要是通过传统工艺方法，如镀膜、腐蚀等均是采用工装夹具作为掩膜的方式进行生产。石英摆片在制备过程中，每一片摆片都需要一个单独的工装夹具，每个工装只能固定一个摆片，每次只能对一个摆片进行加工，加工效率低。在腐蚀过程中摆片通过橡胶掩膜遮住不需要腐蚀的部分，暴露在外面的石英被腐蚀成所需的图形，橡胶掩膜通过螺钉固定在工装夹具上，受工装夹具的制约摆片的线条精度很难保证，产品批内、批间尺寸的一致性相对较低，产品精度低、质量稳定性差。
发明内容
本发明的目的是提供一种石英摆片的制备方法，解决现有的摆片生产效率低、精度低和质量稳定性差的问题。
为实现上述目的，本发明提供了一种石英摆片的制备方法，包括以下步骤：
S1、晶圆基材的清洗，选用浓度为96％的浓硫酸和30％的双氧水混合溶液在100℃温度下对晶圆进行清洗，清洗时间为10min，然后用去离子水清洗干净，并用氮气吹干；
S2、晶圆正面金属层沉积，将清洗干净的晶圆正面朝上，放入离子束镀膜机中，抽真空，冲入氩气，首先在晶圆上沉积金属铬层，然后再沉积一层金层；
S3、晶圆背面金属层沉积，将清洗干净的晶圆背面朝上，放入离子束镀膜机中，抽真空，冲入氩气，首先在晶圆上沉积金属铬层，然后再沉积一层金层；
S4、匀胶、曝光，将晶圆进行预加热，预加热完成后使用BP212正性光刻胶对晶圆正面进行匀胶处理，胶层厚度为1.5-3μm，匀胶后对其进行曝光处理；然后对晶圆背面进行匀胶处理，胶层厚度为1.5-3μm，匀胶后对其进行曝光处理；
S5、显影，使用5wt‰的氢氧化钾水溶液对晶圆进行显影处理，将掩膜版上的图形转移到晶圆上，显影时间为30-60s；
S6、金属层腐蚀，使用碘、碘化钾、水的混合溶液对金层进行腐蚀，腐蚀时间为2-3min；然后使用10wt％的的硝酸铈铵腐蚀液对铬层进行腐蚀，腐蚀时间为1-2min；
S7、基材腐蚀，使用浓度为40％的氢氟酸和40％氟化铵按1:1的比例进行混合形成腐蚀液，在70℃的温度下对晶圆进行腐蚀，得到摆片；
S8、取片、存储。
优选的，所述步骤S1中，浓硫酸和双氧水的体积比为3:1。
优选的，所述步骤S2和S3中，抽真空至1×10-3Pa以下，调节氩气流量使离子束镀膜机中真空度维持在1-5Pa之间，然后开始沉积铬和金层。
优选的，所述步骤S4中，晶圆的预加热温度为90℃，加热时间为5min。
优选的，所述步骤S6中，碘：碘化钾：水＝10g：5g：100ml。
优选的，所述步骤S7中，包括以下步骤：
S71、外框、支撑梁、摆舌的制备，对经过步骤S4-S6处理后的晶圆进行腐蚀，腐蚀穿整个晶圆，得到外框、支撑梁和摆舌，形成摆片的外形轮廓；
S72、定位凸台的制备，在经过步骤S71处理后的外框上对经过步骤S4-S6处理后的晶圆进行腐蚀得到定位凸台，定位凸台的高度为10-20μm；
S73、挠性梁的制备，在经过步骤S71处理后的摆舌与外框之间对经过步骤S4-S6处理后的晶圆进行腐蚀得到挠性梁，挠性梁的厚度为20-40μm；
S74、金电极制备，在经过步骤S71或S73处理后外框、挠性梁和摆舌上对摆片进行步骤S4-S5处理，并对金电极的轮廓进行S6处理，制备出金电极。
优选的，所述晶圆为4寸或6寸的熔融石英晶圆，厚度为400-1000μm。
优选的，所述晶圆上均匀的设置有若干个摆片，摆片与晶圆之间通过支撑梁连接。
优选的，所述晶圆与摆片之间均匀的设置有3个支撑梁。
本发明所述的一种石英摆片的制备方法的优点和积极效果是：
1、在一个晶圆上面同时制备多个摆片，摆片与晶圆之间通过支撑梁连接，通过晶圆对摆片进行固定，方便摆片的加工；并且可以同时对多个摆片进行加工，提高了摆片的加工效率和质量的稳定性。
2、首先在晶圆的表面上沉积铬层和金层，然后再通过匀胶、曝光、显影、金属层腐蚀、晶圆腐蚀的方式制备外框、支撑梁、摆舌、定位凸台和挠性梁，铬层和金层具有掩膜的作用，提高了加工的精度。
3、加工时，对晶圆上的摆片同时进行一个工序的加工，等全部摆片完成该工序后再进行下一个工序，有利于提高产品质量的一致性。
下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。
附图说明
图1为本发明一种石英摆片的制备方法实施例的晶圆结构示意图；
图2为本发明一种石英摆片的制备方法实施例的摆片结构示意图。
附图标记
1、晶圆；2、摆片；3、支撑梁；4、外框；5、摆舌；6、挠性梁；7、金电极；8、定位凸台。
具体实施方式
实施例
以下将结合附图对本发明作进一步的描述，需要说明的是，本实施例以本技术方案为前提，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围并不限于本实施例。
图1为本发明一种石英摆片的制备方法实施例的晶圆结构示意图，图2为本发明一种石英摆片的制备方法实施例的摆片结构示意图。如图所示，晶圆1上均匀的设置有若干个摆片2，摆片2与晶圆1之间通过支撑梁3连接。支撑梁3的个数为3个，3个支撑梁3均匀的设置在晶圆1与摆片2之间。在同一个晶圆1上设置多个摆片2，可以同时对对个摆片2进行加工，能够提高摆片2的加工效率，并且有利于提高摆片2质量的稳定性。晶圆1通过支撑梁3与摆片2进行连接，支撑梁3对摆片2具有支撑的作用，并且可以通过晶圆1对摆片2进行固定，方便摆片2的固定，更有利于提高摆片2的加工精度。
摆片2包括外框4和摆舌5，摆舌5与外框4之间通过2个挠性梁6连接，挠性梁6位于摆舌5的一端。外框4、挠性梁6和摆舌5上设置有金电极7。外框4上设置有3个对摆舌5具有限位作用的定位凸台8，定位凸台8对摆舌5的运动具有限位的作用，避免发生摆舌5因移动位移较大导致断裂的问题。
上述石英摆片的制备方法，包括以下步骤：
S1、晶圆1基材的清洗，选用浓度为96％的浓硫酸和30％的双氧水混合溶液在100℃温度下对晶圆1进行清洗，清洗时间为10min，然后用去离子水清洗干净，并用氮气吹干。浓硫酸和双氧水的体积比为3:1。晶圆1为4寸或6寸的熔融石英晶圆1，厚度为400-1000μm。晶圆1的尺寸不仅仅限制于4寸和6寸，还可以为2.5寸、8寸、12寸或其他尺寸的晶圆1。
S2、晶圆1正面金属层沉积，将清洗干净的晶圆1正面朝上，放入离子束镀膜机中，抽真空至1×10-3Pa以下，冲入氩气，调节氩气流量使离子束镀膜机中真空度维持在1-5Pa之间，首先在晶圆1上沉积金属铬层，然后再沉积一层金层。铬层和金层可以采用物理气相沉积、化学气相沉积或电镀的方式形成。铬层和金层对晶圆1的腐蚀具有掩膜的作用，能够提高摆片2的加工精度。铬层位于金层与晶圆1之间，提高金层与晶圆1之间的结合强度。
S3、晶圆1背面金属层沉积，将清洗干净的晶圆1背面朝上，放入离子束镀膜机中，抽真空，冲入氩气，首先在晶圆1上沉积金属铬层，然后再沉积一层金层。该步骤与步骤S2方法相同。
S4、匀胶、曝光，将晶圆1进行预加热，预加热完成后使用BP212正性光刻胶对晶圆1正面进行匀胶处理，胶层厚度为1.5-3μm，匀胶后对其进行曝光处理。晶圆1的预加热温度为90℃，加热时间为5min。将掩膜版上的图形曝光到光刻胶层上。
对晶圆1背面进行匀胶处理，胶层厚度为1.5-3μm，匀胶后对其进行曝光处理。晶圆1背面的匀胶和曝光方法与正面相同。
S5、显影，使用5wt‰的氢氧化钾水溶液对晶圆1进行显影处理，将掩膜版上的图形转移到晶圆1上，显影时间为30-60s。采用氢氧化钾水溶液对光刻胶层进行腐蚀，在金属层上得到掩膜上的图形。
S6、金属层腐蚀，使用碘、碘化钾、水的混合溶液对金层进行腐蚀，碘：碘化钾：水＝10g：5g：100ml，腐蚀时间为2-3min；腐蚀掉显影后的图形的金层。然后使用10wt％的的硝酸铈铵腐蚀液对铬层进行腐蚀，腐蚀时间为1-2min，腐蚀掉显影后的图形的铬层。
S7、基材腐蚀，使用浓度为40％的氢氟酸和40％氟化铵按1:1的比例进行混合形成腐蚀液，在70℃的温度下对晶圆1进行腐蚀，得到摆片2。该过程的腐蚀是对石英晶圆1进行腐蚀，进而得到所需的摆片2的形状。
该腐蚀过程包括以下步骤：
S71、外框4、支撑梁3、摆舌5的制备，采用步骤S4-S7的方法制备外框4、支撑梁3和摆舌5，得到摆片2的外形轮廓。经过匀胶、曝光、显影、金属层腐蚀、腐蚀等步骤将摆片2与晶圆1之间进行分割开，将晶圆1分割成若干个摆片2，摆片2的外框4与晶圆1之间仅通过支撑梁3进行连接，摆片2上腐蚀出穿过摆片2的C型槽，形成摆片2的外框4和摆舌5，摆舌5的顶部中间腐蚀穿晶圆1，为制备挠性梁6准备。
S72、定位凸台8的制备，在经过步骤S71处理后的外框4上采用步骤S4-S7的方法制备定位凸台8，定位凸台8的高度为10-20μm。经过匀胶、曝光、显影、金属层腐蚀、腐蚀等步骤在外框4上制备三个定位凸台8，采用40％的氢氟酸和40％氟化铵混合腐蚀液对外框4进行减薄，得到定位凸台8。
S73、挠性梁6的制备，对经过步骤S72处理后的外框4与摆舌5之间采用步骤S4-S7的方法制备挠性梁6，挠性梁6的厚度为20-40μm。
S74、金电极7制备，在经过步骤S71或S72处理后的外框4、挠性梁6和摆舌5上对摆片2进行步骤S4-S5处理，并对金电极7的轮廓进行S6处理，制备出金电极7。
S8、取片、存储，使用镊子将支撑梁3戳破，取下的单个石英摆片2，存放于干燥柜或氮气柜中备用。
因此，本发明采用上述石英摆片的制备方法，能够解决现有的摆片生产效率低、精度低和质量稳定性差的问题。
最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其进行限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而这些修改或者等同替换亦不能使修改后的技术方案脱离本发明技术方案的精神和范围。

Claims (8)

1.一种石英摆片的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1、晶圆基材的清洗，选用浓度为96％的浓硫酸和30％的双氧水混合溶液在100℃温度下对晶圆进行清洗，清洗时间为10min，然后用去离子水清洗干净，并用氮气吹干；
S2、晶圆正面金属层沉积，将清洗干净的晶圆正面朝上，放入离子束镀膜机中，抽真空，冲入氩气，首先在晶圆上沉积金属铬层，然后再沉积一层金层；
S3、晶圆背面金属层沉积，将清洗干净的晶圆背面朝上，放入离子束镀膜机中，抽真空，冲入氩气，首先在晶圆上沉积金属铬层，然后再沉积一层金层；
S4、匀胶、曝光，将晶圆进行预加热，预加热完成后使用BP212正性光刻胶对晶圆正面进行匀胶处理，胶层厚度为1.5-3μm，匀胶后对其进行曝光处理；然后对晶圆背面进行匀胶处理，胶层厚度为1.5-3μm，匀胶后对其进行曝光处理；
S5、显影，使用5wt‰的氢氧化钾水溶液对晶圆进行显影处理，将掩膜版上的图形转移到晶圆上，显影时间为30-60s；
S6、金属层腐蚀，使用碘、碘化钾、水的混合溶液对金层进行腐蚀，腐蚀时间为2-3min；然后使用10wt％的硝酸铈铵腐蚀液对铬层进行腐蚀，腐蚀时间为1-2min；
S7、基材腐蚀，使用浓度为40％的氢氟酸和40％氟化铵按1:1的比例进行混合形成腐蚀液，在70℃的温度下对晶圆进行腐蚀，得到摆片；
S8、取片、存储；
所述步骤S7中，包括以下步骤：
S71、外框、支撑梁、摆舌的制备，对经过步骤S4-S6处理后的晶圆进行腐蚀，腐蚀穿整个晶圆，得到外框、支撑梁和摆舌，形成摆片的外形轮廓；
S72、定位凸台的制备，在经过步骤S71处理后的外框上对经过步骤S4-S6处理后的晶圆进行腐蚀得到定位凸台，定位凸台的高度为10-20μm；
S73、挠性梁的制备，在经过步骤S71处理后的摆舌与外框之间对经过步骤S4-S6处理后的晶圆进行腐蚀得到挠性梁，挠性梁的厚度为20-40μm；
S74、金电极制备，在经过步骤S71或S73处理后外框、挠性梁和摆舌上对摆片进行步骤S4-S5处理，并对金电极的轮廓进行S6处理，制备出金电极。
2.根据权利要求1所述的一种石英摆片的制备方法，其特征在于：所述步骤S1中，浓硫酸和双氧水的体积比为3:1。
3.根据权利要求1所述的一种石英摆片的制备方法，其特征在于：所述步骤S2和S3中，抽真空至1×10-3Pa以下，调节氩气流量使离子束镀膜机中真空度维持在1-5Pa之间，然后开始沉积铬和金层。
4.根据权利要求1所述的一种石英摆片的制备方法，其特征在于：所述步骤S4中，晶圆的预加热温度为90℃，加热时间为5min。
5.根据权利要求1所述的一种石英摆片的制备方法，其特征在于：所述步骤S6中，碘：碘化钾：水＝10g：5g：100ml。
6.根据权利要求1所述的一种石英摆片的制备方法，其特征在于：所述晶圆为4寸或6寸的熔融石英晶圆，厚度为400-1000μm。
7.根据权利要求1所述的一种石英摆片的制备方法，其特征在于：所述晶圆上均匀的设置有若干个摆片，摆片与晶圆之间通过支撑梁连接。
8.根据权利要求7所述的一种石英摆片的制备方法，其特征在于：所述晶圆与摆片之间均匀的设置有3个支撑梁。
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