FR2880985A1 - Wafer piercing for forming e.g. rate gyro, involves moving pattern parts with respect to each other along direction parallel to wafer side and normal to side and plane intersection, to reduce thickness of lamella separating cavities - Google Patents
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Abstract
Description
La présente invention concerne un procédé de percement par gravure d'uneThe present invention relates to a process for piercing by etching a
galette en matière cristalline, plus particulièrement, bien que non exclusivement, une galette en quartz pour la réalisation de capteurs iner- slab of crystalline material, more particularly, although not exclusively, a quartz slab for the production of inertial sensors.
tiels.tial.
ARRIERE PLAN DE L'INVENTION On sait que différents types de structures, notamment des gyromètres, des accéléromètres ou des capteurs de pression, sont réalisés de nos jours à partir d'une galette de matériau à structure cristalline comme, en particulier, le quartz, le phosphate de gallium ou le silicium. Tout d'abord, la galette est découpée selon une inclinaison donnée par rapport au motif cristallin. En-suite ses faces opposées sont recouvertes de couches de protection. Sur ces dernières des motifs délimitant des zones ne comportant pas de couche de protection sont attaquées par un agent de gravure humide. On obtient ainsi des cavités borgnes, des perçages, des charnières ou des flexures nécessaires à la réalisation de la structure dé- sirée. BACKGROUND OF THE INVENTION It is known that various types of structures, in particular gyrometers, accelerometers or pressure sensors, are produced today from a slab of crystalline structure material such as, in particular, quartz, gallium phosphate or silicon. First, the wafer is cut at a given inclination with respect to the crystalline pattern. In-suite its opposite faces are covered with layers of protection. On the latter, patterns delimiting zones that do not have a protective layer are attacked by a wet etching agent. Obturated cavities, holes, hinges or flexures are thus obtained necessary for the realization of the desired structure.
OBJET DE L'INVENTION Le but de l'invention est d'effectuer un perce-ment en mettant en uvre un procédé permettant de réduire l'encombrement des motifs pour réaliser des fentes tra- versant une galette. OBJECT OF THE INVENTION The object of the invention is to perform a piercing ment by implementing a method for reducing the size of the patterns to make slots traversing a slab.
BREVE DESCRIPTION DE L'INVENTIONBRIEF DESCRIPTION OF THE INVENTION
On a observé, qu'en fonction de la coupe cristalline de la galette, la partie latérale d'une cavité d'un motif de référence comporte une portion inclinée présen- tant une surface lisse. Une étude plus poussée a permis de comprendre que cette portion lisse correspond à des plans parallèles de la structure cristallographique de la matière qui présentent une vitesse de gravure minimale, c'est-à-dire que la matière est attaquée lentement selon une direction perpendiculaire à ces plans. It has been observed that, depending on the crystal section of the wafer, the lateral portion of a cavity of a reference pattern has an inclined portion having a smooth surface. Further study has shown that this smooth portion corresponds to parallel planes of the crystallographic structure of the material that have a minimum etch rate, i.e., the material is etched slowly in a direction perpendicular to these plans.
Selon l'invention, après avoir recouvert d'une couche de protection les deux faces d'une galette en matière cristalline, on propose de réaliser un procédé de percement par gravure d'une galette en matière cristal- fine ayant deux faces opposées recouvertes de couches de protection, la galette ayant des plans de gravure à vitesse minimale, la galette comportant un motif à graver comprenant des parties de motif réalisées dans les couches de protection, le procédé comportant l'étape de sou- mettre la galette à un agent de gravure jusqu'à un complet percement de la galette à l'aplomb du motif à graver par une jonction de deux cavités réalisées à partir des faces de la galette, caractérisé en ce que les parties de motif à graver sont décalées l'une par rapport à l'autre d'un décalage selon une direction parallèle à une face de la galette et perpendiculaire à une intersection de la face de la galette avec un plan de gravure à vitesse minimale, dans un sens opposé à un sens augmentant une épaisseur d'une lamelle séparant les cavités avant un percement complet de la galette. According to the invention, after having covered the two faces of a crystalline material wafer with a protective layer, it is proposed to carry out a process for piercing by etching a wafer made of crystalline material having two opposite faces covered with protective layers, the wafer having minimum velocity engraving planes, the wafer having a pattern to be etched comprising pattern portions made in the protective layers, the method comprising the step of subjecting the wafer to a etching until a complete perforation of the wafer at the base of the pattern to be engraved by a junction of two cavities made from the faces of the wafer, characterized in that the parts of pattern to be engraved are offset relative to one another to the other an offset in a direction parallel to a face of the wafer and perpendicular to an intersection of the face of the wafer with a minimum speed engraving plane, in a sense op placed in a direction increasing a thickness of a lamella separating the cavities before a complete piercing of the slab.
On réalise avec cette invention une gravure selon des directions favorables de sorte que l'on obtient après un temps de gravure suffisant et particulièrement court un complet percement de la galette sans qu'il soit néces- safre de prévoir un encombrement important du motif à graver. Embossing in favorable directions is achieved with this invention so that a complete perforation of the wafer is obtained after a sufficient and particularly short etching time without it being necessary to provide a large space for the pattern to be etched. .
BREVE DESCRIPTION DES DESSINSBRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS
D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront à la lecture de la description des modes de mise en uvre particuliers non limitatifs de l'invention, en référence aux figures ci-jointes parmi lesquelles: - la figure 1 est une vue de face d'une galette dans laquelle a été gravé un capteur inertiel, - la figure 2 est une vue en perspective très agrandie selon la flèche II de la figure 1 d'un motif de référence et de la gravure obtenue conformément à l'art antérieur, - la figure 3 est une vue en perspective analogue à celle de la figure 2 d'un premier mode de réalisation du motif de référence et de la gravure obtenue conformé-ment à l'invention, - la figure 4 est une vue analogue à celle de la figure 2 d'un second mode de réalisation du motif de référence et de la gravure obtenue conformément à l'invention, - la figure 5 est une vue en coupe très agrandie selon la ligne V-V de la figure 1 d'une fente traversant la galette réalisée conformément à l'art antérieur, - la figure 6 est une vue en coupe analogue à celle de la figure 5 d'une fente réalisée selon l'invention. Other features and advantages of the invention will appear on reading the description of the particular non-limiting embodiments of the invention, with reference to the attached figures among which: - Figure 1 is a front view of a slab in which an inertial sensor has been etched, - Figure 2 is a greatly enlarged perspective view along the arrow II of Figure 1 of a reference pattern and the etching obtained according to the prior art, FIG. 3 is a perspective view similar to that of FIG. 2 of a first embodiment of the reference pattern and of the etching obtained according to the invention; FIG. 4 is a view similar to that FIG. 2 of a second embodiment of the reference pattern and of the etching obtained according to the invention; FIG. 5 is a greatly enlarged sectional view along the line VV of FIG. 1 of a through slot; the realized realized slab In the prior art, FIG. 6 is a sectional view similar to that of FIG. 5 of a slot made according to the invention.
DESCRIPTION DETAILLEE DE L'INVENTION DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
En référence à la figure 1, le procédé selon l'invention est destiné à réaliser des structures par gravure d'une galette 1, en matière cristalline comme du quartz, du phosphate de gallium ou du silicium. La galette est d'abord recouverte sur ses deux faces opposées par des couches de protection 2, par exemple des couches d'or ou des couches de résine. Ensuite, une partie des couches de protection sont éliminées selon un motif à graver. Des parties de motifs peuvent être en regard l'une de l'autre sur les deux faces de la galette, en particulier pour réaliser des fentes traversantes telles que les fentes 3 délimitant un cadre intermédiaire du capteur inertiel. Au contraire une partie de motif à graver peut être sur une face seulement de la galette pour réaliser des parties non traversantes telles que par exemple les charnières 4 ou la lame vibrante 5 du capteur inertiel. With reference to FIG. 1, the method according to the invention is intended to produce structures by etching a wafer 1 made of crystalline material such as quartz, gallium phosphate or silicon. The wafer is first covered on its two opposite faces by protective layers 2, for example gold layers or resin layers. Then some of the protective layers are removed in a pattern to be etched. Parts of patterns may be facing each other on both sides of the wafer, in particular for making through slots such as slots 3 delimiting an intermediate frame of the inertial sensor. On the contrary a part of the pattern to be etched may be on one side only of the wafer to make non-through portions such as for example the hinges 4 or the vibrating blade 5 of the inertial sensor.
Afin d'assurer un suivi de l'avancement de la gravure, il est généralement prévu de réaliser en bordure de galette un motif de référence 6 sous forme d'une encoche dans l'une des couches de protection de la galette 1. Il a été considéré jusqu'à ce jour que la gravure de la galette 1 progressait selon une direction perpendiculaire à la face de la galette. Il a toutefois été observé que pour certaines coupes cristallines le fond de gravure 7 à l'aplomb du motif de référence 6 est rugueux avec des aspérités ayant une dimension importante pouvant fausser de façon notable la mesure de l'épaisseur restante de la galette. In order to ensure a follow-up of the etching progress, it is generally planned to make a reference pattern 6 in the form of a notch in one of the protective layers of the wafer 1 at the edge of the wafer. has been considered until today that the engraving of the slab 1 progressed in a direction perpendicular to the face of the slab. It has, however, been observed that for certain crystal sections the etching bottom 7 at the base of the reference pattern 6 is rough with asperities having a large dimension which can significantly distort the measurement of the remaining thickness of the wafer.
Il a été observé que la paroi latérale de la gravure à l'aplomb du motif de référence 6 comporte une partie de plan 8 ayant une surface lisse et inclinée par rapport aux faces de la galette, et il a été observé que cette partie de plan 8 correspond à des plans 9 avec des vitesses de gravure lentes s'étendant parallèlement les uns aux autres comme illustré par les lignes en tiret mixte sur la figure 2. Ces plans constituent des plans de gravure à vitesse minimale. Partant de ces observations, on propose selon l'invention de réaliser le motif de ré-férence selon deux parties de motif en regard sur les deux faces opposées de la galette, les parties de motif en regard étant disposées l'une par rapport à l'autre pour que deux portions de plans de gravure à vitesse minimale espacés l'un de l'autre soient dégagées en regard l'une de l'autre lors de l'étape de soumission de la ga- lette à un agent de gravure. It has been observed that the side wall of the engraving above the reference pattern 6 has a planar portion 8 having a smooth surface and inclined with respect to the faces of the wafer, and it has been observed that this part of the plane 8 corresponds to planes 9 with slow etching rates extending parallel to each other as shown by the dashed lines in Figure 2. These planes constitute minimum speed etching planes. On the basis of these observations, it is proposed according to the invention to produce the re-ference pattern according to two parts of the pattern opposite on the two opposite faces of the wafer, the facing parts of the pattern being arranged relative to each other. other so that two portions of etching planes at a minimum speed spaced apart from each other are disengaged from each other during the step of submitting the pad to an etching agent.
Dans un premier mode de mise en oeuvre illustré par la figure 3, le motif de référence comporte deux parties 10 de motif de référence qui s'étendent exactement à l'aplomb l'une de l'autre et sont réalisées sous forme d'une encoche rectangulaire s'étendant à partir du bord de la galette. Selon une direction 11 s'étendant parallèlement à une face de la galette et perpendiculaire à une intersection de la face de la galette avec un plan de gravure 9 à vitesse minimale. La largeur 1 de chaque partie 10 de motif de référence délimité par les couches de protection 2. est choisie de telle sorte qu'elle soit sensiblement égale à la projection L sur l'une des faces de la galette d'un segment de plan à vitesse de gravure minimale. Lors de la gravure, on obtient alors à l'aplomb du motif de référence une lamelle inclinée 12 dont les faces sont lisses et parallèles au plan de gravure à vitesse minimale 9 et dont la partie centrale est d'épaisseur uniforme sur une largeur utile u. In a first embodiment illustrated in FIG. 3, the reference pattern comprises two parts of reference pattern which extend exactly in line with one another and are made in the form of a rectangular notch extending from the edge of the slab. In a direction 11 extending parallel to a face of the wafer and perpendicular to an intersection of the face of the wafer with an etching plane 9 at minimum speed. The width 1 of each part 10 of reference pattern delimited by the protective layers 2 is chosen so that it is substantially equal to the projection L on one of the faces of the wafer of a segment of a plane to minimum engraving speed. During etching, an inclined slat 12 whose faces are smooth and parallel to the etching plane at minimum speed 9 and whose central portion is of uniform thickness over a useful width of 10 .
Dans le mode de mise en uvre illustré par la figure 4, les parties 10 du motif de référence ont la même forme et les mêmes dimensions que les parties 10 du motif de référence de la figure 3, mais elles sont cette fois disposées selon un décalage v d'une face par rapport à l'autre selon la direction 11 précédemment définie dans un sens assurant un dégagement des faces de la lamelle 12. A égalité de temps de gravure, on augmente ainsi l'épaisseur de la lamelle 12, ce qui permet d'effectuer une mesure plus précise de cette épaisseur, et surtout on augmente la largeur de la partie utile d'épaisseur uni- forme, ce qui facilite donc la mesure de l'épaisseur. In the embodiment illustrated in FIG. 4, the parts 10 of the reference pattern have the same shape and the same dimensions as the parts of the reference pattern of FIG. 3, but this time they are arranged in an offset v of one face relative to the other in the direction 11 previously defined in a direction ensuring a clearance of the faces of the blade 12. Equal etching time, thus increases the thickness of the blade 12, which allows a more accurate measurement of this thickness, and especially increases the width of the usable portion of uniform thickness, which facilitates the measurement of the thickness.
De préférence, l'épaisseur de la lamelle 12 est effectuée par une mesure optique d'un faisceau 13 traversant la lamelle 12 en étant dévié par celle-ci comme il- lustré par des flèches en tirets mixtes sur la figure 4. Le décalage e entre la partie amont et la partie aval du faisceau 13 par rapport à la lamelle 12 est représentatif de l'épaisseur de la lamelle 12. La mesure optique peut également être effectuée par interférométrie. Preferably, the thickness of the lamella 12 is made by an optical measurement of a beam 13 passing through the lamella 12 being deflected by it as illustrated by arrows in mixed indents in FIG. between the upstream portion and the downstream portion of the beam 13 with respect to the lamella 12 is representative of the thickness of the lamella 12. The optical measurement can also be performed by interferometry.
La figure 5 illustre la réalisation selon l'art antérieur d'une fente traversante 14. Selon l'art antérieur, la fente 14 est obtenue en prévoyant des parties 15.1 et 15.2 de motif à graver à l'aplomb l'une de l'au- tre et ayant une grande largeur de sorte que, sans que l'homme de métier en ait fait la constatation, le perce-ment est obtenu lorsque le plan de gravure à vitesse minimale 16.1 atteint à partir de la partie 15. 1 du motif à graver s'étend dans le prolongement du plan de gravure à vitesse minimale 16.2 atteint à partir de la partie 15.2 de motif à graver. L'attaque de la galette par les deux faces réalise des cavités 17. 1 et 17.2 dont les fonds sont formés par les plans de gravure à vitesse minimale 16.1 et 16.2. On constate sur la figure 5 qu'au moment de la jonction entre les cavités 17.1 et 17.2, la profondeur maximale P des cavités est supérieure à la moitié de l'épaisseur E de la galette, ce qui implique un temps de gravure important. En outre, la largeur de la fente 14 est importante, ce qui signifie que la réalisation de chaque fente augmente de façon importante l'encombrement de la structure à réaliser. Ceci limite donc le nombre de structures qu'il est possible de réaliser sur une même galette et augmente donc le coût de réalisation de chaque structure. FIG. 5 illustrates the embodiment according to the prior art of a through slot 14. According to the prior art, the slot 14 is obtained by providing parts 15.1 and 15.2 of pattern to be engraved vertically one of the other and having a large width so that, without the skilled person noticing, the piercing is obtained when the engraving plane at minimum speed 16.1 reaches from part 15. 1 of the pattern to be engraved extends in the extension of the engraving plane at a minimum speed of 16.2 reached from the part 15.2 of pattern to be engraved. The attack of the wafer by the two faces makes cavities 17. 1 and 17.2 whose bottoms are formed by the etching planes at minimum speed 16.1 and 16.2. It can be seen in FIG. 5 that at the junction between the cavities 17.1 and 17.2, the maximum depth P of the cavities is greater than half the thickness E of the wafer, which implies a large etching time. In addition, the width of the slot 14 is important, which means that the realization of each slot greatly increases the size of the structure to be produced. This therefore limits the number of structures that can be made on the same wafer and therefore increases the cost of production of each structure.
Selon l'invention et comme illustré par la figure 6, la constatation qui a été faite précédemment sur l'orientation de la progression de la gravure dans la galette est exploitée pour réaliser une fente 18 de dimension réduite pouvant néanmoins être obtenue après un temps de gravure identique à celui de l'art antérieur. A cet effet, on prévoit selon l'invention de réaliser des parties 19.1 et 19.2 de motif à graver de faible largeur mais qui sont décalées l'une par rapport à l'autre d'un décalage r selon une direction parallèle à une face de la galette et perpendiculaire à une intersection de la face avec un plan de gravure à vitesse minimale, pour qu'au moment de la jonction de cavités 20.1 et 20. 2 réalisées à partir des deux faces de la galette, la profondeur p de ces cavités soit égale à la demi-épaisseur de la galette. According to the invention and as illustrated in FIG. 6, the observation that has been made previously on the orientation of the progression of the etching in the slab is exploited to produce a slit 18 of reduced size which can nevertheless be obtained after a time of etching identical to that of the prior art. For this purpose, it is provided according to the invention to make portions 19.1 and 19.2 of pattern to be engraved with a small width but which are offset relative to one another by an offset r in a direction parallel to a face of the wafer and perpendicular to an intersection of the face with an etching plane at a minimum speed, so that at the time of the junction of cavities 20.1 and 20. 2 made from both sides of the wafer, the depth p of these cavities equal to the half-thickness of the slab.
Cette réduction de la profondeur des cavités au moment de leur jonction permet non seulement une réduction du temps de gravure mais également une réduction de la largeur de la fente 18 de sorte que l'on peut augmenter le nombre de structures réalisées sur une même galette. On notera que le décalage r est effectué selon la même direction que le décalage v de la figure 4 mais en sens opposé. This reduction in the depth of the cavities at the time of their joining not only makes it possible to reduce the etching time but also to reduce the width of the slot 18 so that the number of structures produced on the same wafer can be increased. Note that the shift r is performed in the same direction as the shift v of Figure 4 but in opposite directions.
Bien entendu, l'invention n'est pas limitée aux modes de mise en uvre décrits et est susceptible de va-riantes de réalisation qui apparaîtront à l'homme de mé- tier sans sortir du cadre de l'invention tel que défini par les revendications. Of course, the invention is not limited to the embodiments described and is capable of variations of realization that will occur to a person skilled in the art without departing from the scope of the invention as defined by the claims.
Bien que le motif de référence ait été illustré par une forme sensiblement rectangulaire, d'autres formes sont possibles, en particulier des formes correspondant aux axes cristallins de la galette. Although the reference pattern has been illustrated by a substantially rectangular shape, other shapes are possible, in particular shapes corresponding to the crystalline axes of the wafer.
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| Publication number | Publication date |
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| FR2880985B1 (en) | 2007-04-13 |
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