TW201940250A - 用於設計及製作含有微加工元件陣列之裝置之方法，以及從此類方法獲得之裝置 - Google Patents

Abstract

本發明涉及一種設計包含複數個微加工元件之一裝置之方法，每一微加工元件包含一撓性薄膜，該些元件依確定拓樸設置在一平面中，此設計方法包括定義該確定拓樸之一步驟，以使其具備的特性相容於具預定性質之孔穴(24)之一通用底材(20)，該些微加工元件的每一撓性薄膜皆與該通用底材(20)之一孔穴(24)相關聯。本發明亦涉及一種製作包含複數個微加工元件之一裝置之方法，以及該裝置本身，在由一孔穴(24)與一撓性薄膜所形成之配對中，僅某些配對被組構為形成一組功能性微加工元件。

Description

用於設計及製作含有微加工元件陣列之裝置之方法，以及從此類方法獲得之裝置

本發明係關於一種裝置，其包含設置在平面中之一微加工元件陣列(micro-machined elements)。詳細而言，本發明涉及採用微加工超音波傳感器(ultrasonic transducers)陣列的任何聲波裝置(acoustic device)。這些傳感器可具有壓電或電容性質。本發明可應用在諸如超音波成像(ultrasonic imaging)之領域。

Lu, Yipeng與David A. Horsley的文件(以下稱「D1」) "Modeling, fabrication, and characterization of piezoelectric micromachined ultrasonic transducer arrays based on cavity SOI wafers.”Journal of Microelectromechanical Systems 24.4 (2015)，其第1142-1149頁中指出，微加工超音波傳感器(micro-machined ultrasonic transducers (MUTs))是由懸伸(overhang)於一孔穴上的一薄膜所形成，該薄膜具有低聲阻，且與空氣或可傳遞聲波的流體有良好耦合。在接收模式中，薄膜在聲波作用下所發生的彎折被轉換為電信號。在發射模式中，電信號則可使薄膜彎折以產生聲波。

文件US20130270967，US20140219063與US20170128983，提供了MUT裝置及其製作程序的其他描述說明。

MUT技術容許聲波裝置可被設計(例如應用於成像領域)且具備許多優點，特別是其容易與信號調節電子元件整合、功率消耗低、通帶(passband) 寬廣，以及容易用於製作設置在一平面中的大範圍傳感器陣列。

該文件亦指出這些傳感器可依其薄膜的啟用機制而分為兩種類別。

電容式MUT，其一示例截面概要繪示於圖1a，具有兩個電極1a，1b，其一設置在薄膜2上，另一則大致由該薄膜懸伸於其上的孔穴3的底部所形成。因此，第二電極可包含製作於載體4上的一個單一接點1b，而孔穴3則承置於載體4之上。這兩個電極形成了一電容，其電容性則取決於薄膜之彎折程度。

壓電式MUT，其一示例截面概要繪示於圖1b，亦具有兩個電極1a，1b設置在薄膜2上，分別位於一壓電材料層5的兩側。在此種形式的裝置中，壓電材料層5被耦接至薄膜3以使其彎折或追蹤其彎折。

不論一聲波裝置所採用的是何種形式的MUT，該些MUT通常設置在一平面中，且依一確定拓樸(determined topology)構造設置，如文件Ergun, Arif S.，Goksen G. Yaralioglu，與Butrus T. Khuri-Yakub之"Capacitive micromachined ultrasonic transducers: Theory and technology."Journal of aerospace engineering 16.2 (2003) ：76-84頁(以下稱「D2」)所清楚描述者。

「拓樸」一詞，於本發明之揭示內容中，係指每一傳感器之幾何結構，尤其是傳感器所包含之孔穴及相關薄膜的形狀及尺寸(寬度、長度或直徑、深度)，以及其在形成聲波裝置之傳感器平面中之分佈。

一拓樸實例包含複數個傳感器區塊b1，b2，這些區塊間以一區塊分隔距離p2 (兩個區塊b1，b2互相面對的相對邊緣上所設置的兩傳感器，其中心點之間的測量距離)彼此分隔，如圖1c所概要繪示。一個裝置可能包含一個區塊，或數百個區塊，彼此間以距離p2(例如約10至100微米)而分隔開。可讓這些傳感器連接到一調節電路的接點、線路或其他元件，通常設置於各區塊間的可用空間內。每一區塊各具設定的寬度與長度(其可使用傳感器每一此等尺寸的多少數量來表示)，並標劃出大致規則分佈之一傳感器2D陣列t。一區塊可以包含數千個傳感器。每一傳感器以一預定分隔距離p1(通常在1微米及100微米之間)而與一相鄰傳感器分隔開來。每一傳感器皆包含一薄膜懸伸於一孔穴上，如示例中所示，該孔穴具有圓形的形狀並具有直徑d (約數微米至數百微米)。此拓樸亦係由該些孔穴的深度所定義，其可在小於或等於一微米及等於或大於數十微米之間。

聲波裝置的設計通常必須精確地定義出其所將採用的拓樸，亦即，傳感器區塊的數目及尺寸、區塊的分隔距離、傳感器在一區塊內的設置方式(例如在矩陣陣列的形式中，指定兩傳感器間的分隔距離)、每一傳感器的孔穴的尺寸及形狀等等，皆須精確定義。這些設計參數在某程度內係由聲波裝置之預期效能及功能所主導。一聲波裝置的所有傳感器或所有傳感器區塊不一定都需要有相同的尺寸或單一佈局。

文件D1亦指出以MUT為基礎的聲波裝置可有數種製作方式，取決於傳感器是與類比及數位信號調節電子電路同時製作，或在其後製作，或分開製作。該文件提出一種用於製作聲波裝置的簡化製程，其中傳感器與調節電路係分開製作。該製程利用預先形成在底材中的孔穴，以限制其所需採用的微影光罩層次數目。

此種作法雖有其吸引人之處，但這表示聲波裝置所需的某些設計工作必須由底材的製造商來承擔。詳言之，底材製造商必須能夠設計並製造內含孔穴的底材，這些孔穴具有為該裝置所選定的精確拓樸。然而，裝置拓樸通常是屬有價值且敏感的資訊，裝置製造商一般不願意透露。

此外，底材製造商必須為每一拓樸開發特定的底材製作方法。此種作法所花費的功夫，使得快速且合算的聲波裝置開發更為困難。

因此有需要能夠提供一種內含孔穴的底材，其可以適用製作廣大範圍聲波裝置，且不需要為每一種聲波裝置專門開發特定的底材製作方法。

為達成這些目標其中之一，本發明之一標的為一種用於設計包含複數個微加工元件之一裝置之方法，每一微加工元件包含一撓性薄膜(flexible membrane)，該些元件依確定拓樸(determined topology)設置在一平面中。此設計方法包括定義該確定拓樸之一步驟，以使其具備的特性相容於一通用底材，該通用底材具有預定性質之孔穴，該些微加工元件的每一撓性薄膜皆與該通用底材之一孔穴相關聯。

如此，即定義出裝置拓樸的設計規則，這樣，裝置的薄膜便與通用底材的孔穴聯結。如此即不需要開發專為該裝置的拓樸而設計的特定底材。

依據本發明其他優點與非為限定性質之特點，其可以各自單獨或以其任何技術上可行之組合而施行： - 於定義拓樸之步驟中，通用底材係由通用底材的群組中選定，該些底材具有可彼此區別的預定特徵； - 該定義步驟包括由該組通用底材之中選定通用底材，這樣，確定拓樸便被定義，以盡可能類似於期望拓樸(desired topology)； - 該設計方法亦包括定義該些薄膜之厚度； - 定義確定拓樸(determined topology)之步驟包括 o 選定元件之薄膜的尺寸及形狀，以使該些尺寸及形狀對應於通用底材之孔穴的形狀； o 選定微加工元件之薄膜在平面中的設置方式，以在裝置與底材校準聯結(register)時使薄膜全部垂底於通用底材之孔穴； - 通用底材之孔穴的安排方式係為規則性且覆蓋其整個範圍； - 微加工元件為微型反射鏡(micro-mirrors)或微加工之聲波或超音波傳感器； - 通用底材具有尺寸及/或形狀不完全相同的孔穴。

依據其他面向，本發明提出一種用於製作經過設計的聲波裝置之方法，其包括提供所述通用底材的步驟。

更一般而言，本發明提出一種用於製作包含複數個微加工元件的裝置之方法，該方法包含： - 提供一通用底材之一步驟，該通用底材包含設置在一載體上之一表面層，該載體之主面具有開口之孔穴且該表面層懸伸於該些孔穴上的部份形成與該些孔穴相關聯的撓性薄膜； - 僅處理由一薄膜及一孔穴所形成配對中的某些配對之至少一步驟，以形成至少一功能性微加工元件，以及無法將其薄膜之動作轉換為電信號或反向轉換之至少一餘留配對。

依據本發明此製作方法其他優點與非限定性之特點，其可以各自單獨或以其任何技術上可行之組合而施行： - 所述處理步驟亦包含移除一薄膜及/或一孔穴； - 所述處理步驟亦包含中和一薄膜及/或一孔穴之步驟； - 所述至少一處理步驟包括製作一導電元件陣列之一步驟，該導電元件陣列被組構成僅連接一些孔穴-薄膜配對； - 製作該導電元件陣列包括形成僅與一些孔穴垂直之電極； - 該製作方法包括調整該些撓性薄膜之厚度之一步驟； - 該通用底材於載體的主面與表面層之間包含一中間層； - 該製作方法包括在該表面層上沉積至少一第一電極之一步驟； - 該製作方法包括在該至少一第一電極上沉積一壓電層之一步驟； - 該製作方法包括在該壓電層上沉積一第二電極之一步驟。

最後，本發明提出一種裝置，其包含一載體及設置在該載體上之一表面層，該載體之主面具有開口之孔穴，且該表面層懸伸於該些孔穴上的部份形成與該些孔穴相關聯的撓性薄膜，由一孔穴及一撓性薄膜所形成之配對中，僅有某些配對被組構成形成一組功能性微加工元件(a set of functional micro-machined elements)，至少一餘留配對無法將其薄膜之動作轉換為電信號或反向轉換。

依據該裝置的其他優點與非為限定性之特點，其可以各自單獨或以其任何技術上可行之組合而施行： - 該裝置包含一導電元件陣列，該導電元件陣列被組構成僅連接一些孔穴-薄膜配對； - 該些微加工元件為微型反射鏡或微加工之聲波或超音波傳感器。

非常一般性而言，本發明一方面提供一種具有薄膜懸伸於其上之孔穴的通用底材(或此種通用底材的群組)。另一方面本發明之目標則在於定義一裝置之設計規則，特別是聲波裝置，以使之得以利用此等通用底材進行製作。通用底材的薄膜與孔穴其中的至少某些旨在用於形成功能性的微加工元件，諸如聲波裝置的傳感器。如此，底材製造商便能夠以較低成本大量提供底材，而不需要為了符合特定客戶的需求而調整其製程。遵循此等設計規則的裝置製造商，特別是聲波裝置製造商，便可以庫存底材而不需要與第三方分享其產品的機密特性。

於本發明之範疇內，「孔穴」(cavity)一詞係指形成於底材之內的任何空隙。此空隙不必完全地封閉或氣密封閉。

「薄膜」(membrane)或「撓性薄膜」一詞，則指懸伸於底材中空隙上方的任何構造。其可具有任何形狀，並可形成諸如一分隔物或一樑(beam)。懸伸結構之週緣可以完全地或部份地與底材接合。其亦可經由一個或多個支腳而與底材接合。不論該構造是以何種方式與底材接合，此構造的至少某些部份可以至少於一個自由度上移動，從而具有撓性。

通用底材 依據一面向，本發明提出定義包含孔穴的一種通用底材20。此種通用底材20，其一示例概要繪示於圖2a的截面圖及圖2b的頂視圖，可包含一載體21與設置在載體上的一表面層23。其亦可包含介於載體一主面與表面層之間的一中間層22。載體21包含開口於主面上的開放孔穴24。表面層23懸伸於載體21之孔穴24上的部份形成了一撓性薄膜。

通用底材20可極為容易地以一種「鍵結並薄化」類製程製作。此種製程包括提供載體21，並於載體21的主面中形成孔穴24，可利用諸如濕或乾式蝕刻，若有必要，可使用微影步驟對預先沉積在載體21的主面上的光阻賦予圖案，以光罩罩住要保護不被蝕刻的區域，或暴露出要被蝕刻的區域。

該製程亦可包括提供一施體底材並將之鍵結至載體21，以覆蓋孔穴24。載體21及/或施體底材可在其待鍵結以形成底材20的埋置中間層22的面上預先設有多個層，例如介電層。形成於載體21上的一個或多個層，可在開口孔穴24被蝕進載體之表面之前或之後沉積。依另一種變化作法，這些層可以包覆定義出這些孔穴的壁。

於一接續步驟中，施體底材被薄化，此可以機械或化學方式進行，或經由沿著一弱化平面斷裂的方式進行，該弱化平面係經由諸如植入氦與/或氫之氣體種核，而預先在施體底材中形成。表面層23之厚度可在100奈米及數十微米甚或數百微米之間。

在某些情況中，鍵結的步驟可於其氣體環境受控的一鍵結腔內執行，以具有諸如一預定的真空壓力與/或一特定的氣體性本質。如此，存在於孔穴中的氣體環境，特別是其真空度與/或其所填充之氣體的本質，即可受到控制。

其較佳者，鍵結之步驟採用分子鍵結，亦即，載體24與施體底材的清潔且平滑的鍵結表面以凡德瓦力或共價鍵力互相黏附在一起，而無需施用黏劑。其黏附力可經由熱處理加以強化，其溫度可在100°C及1000°C甚至更高之間，或者可在接合前利用電漿或化學處理待接觸表面而強化黏附力。

該製程之變化作法亦可預見。舉例而言，且如一般同習知，孔穴24的形成可接續在施體底材與載體的鍵結步驟，以及施體底材的薄化步驟之後。微加工裝置製作領域中所常見的一種實施方法，係使用有孔穴24蝕刻在其中的絕緣體上矽(SOI)底材。其優點係利用了矽及埋置絕緣體可被選擇性蝕刻之性質，以在SOI底材的埋置絕緣體22內製作孔穴24。視情況所需，容許孔穴24被選擇性蝕刻的空隙可在孔穴形成後塞住，以將這些空隙密封起來。

本發明有利的是，為了可獲性與成本的緣故，載體21與施體底材可由矽晶圓構成。其可為直徑200公釐、300公釐或更大的圓形晶圓。不過，其同樣也可以是其他材質的晶圓，或者為其他非晶圓型態的任何材料。施體底材的材質可特別選定，以使表面層23，特別是其懸伸於孔穴24上並形成薄膜的部份，得以具有設定之剛性，以在這些薄膜承受應力時容許其彎折受到控制。依相同方式，可選定任何中間層22的性質以修改薄膜的剛性。亦可選擇以介電質(例如，二氧化矽或氮化矽)形成中間層，以使表面層23與載體21在電性上絕緣。

可安排對準標記(alignment mark)設置於表面層23上通用底材20的側邊，以能夠精確地知道孔穴的位置，並讓完成傳感器或更廣泛的微加工元件製作所需的電極與其他層，得以完美地與這些孔穴24對準，從而使元件得以發揮其功能。

底材20具通用性質，其形狀、尺寸，與孔穴在底材整個範圍內的排列方式，均非針對一種特定產品或一種特定用途。

且如圖2b的示例所示，通用底材可包含複數個孔穴24，其均勻地分佈在底材20的整個範圍，並全都具有相同的形狀以及相同的尺寸。「底材的整個範圍」此表達方式應理解為底材主面的至少一個中央區域，其可能不包括此區域的週緣區。於此例中，所有的孔穴在底材之平面上全都具有圓形的形狀，其直徑等於40 μm，深度為0.2 µm，且均勻地分佈在一個網格的交界處，其動線(generatrix)互相垂直。一孔穴之中心與其相鄰另一孔穴之中心分隔的距離等於100 µm。

圖2c繪示一通用底材20一第二示例之上視圖。於此第二例中，孔穴24a，24b，24c係被安排成群組，這些孔穴群組均勻地分佈在底材20的表面上。在示例中，每一孔穴群組各包含被設置成彼此鄰近的三個圓形孔穴24a，24b，24c，其分別具有20 µm，40 µm與60 µm的直徑。底材20的其他參數與第一示例相同。

一般而言，一通用底材可具有複數個孔穴群組，每一孔穴群組具不同性質(形狀、直徑等等)。孔穴群組可設置在底材表面的不同區域中，或反之，各孔穴群組可以彼此並排。每一孔穴群組可用以形成具有預定功能的一微加工元件。作為示例，第一孔穴群組可具有特別適於形成發射傳感器的孔穴性質，而第二孔穴群組則可具有特別適於形成接收傳感器的孔穴性質。在一第二實施例中，第一孔穴群組可具有特別適於形成低頻傳感器的孔穴性質，而第二孔穴群組則可具有特別適於形成高頻傳感器的孔穴性質。

於本發明之範疇內提供複數種型式的通用底材20是可能的。例如，以圖2a及2b的示例為模式，孔穴24之直徑可分佈被選定為5 µm，20 µm，40 µm與60 µm，便可以製作一系列不同類型的通用底材。

一般而言，該系列的底材類型具有可彼此區分的不同預建特徵。

每一類型的通用底材20需要其特定之製造方法，其必須考量孔穴的尺寸及其接觸區域之相對範圍進行調整。不過，由於形成系列的通用底材之數目有所限制，事先定義這些方法並依所需底材類型而實施乃是相對地容易。

當然，本發明絕未受限於前述的通用底材20示例。本發明可以設想不同形狀的孔穴，例如方形、矩形甚或六角形，或不同深度的孔穴，或在載體表面上以不同方式排列的孔穴。詳言之，所述排列不必然要是矩形，也不必覆蓋通用底材的整個範圍，雖然這樣做特別有利且可在設計裝置時受到較少限制條件。

不論如何，本發明提供建立類型數目有限(例如1，3，10或20)的通用底材，其性質可精確地預先定義。

設計聲波裝置之設計方法 依據另一面向，本發明提出一種用於設計包含微加工元件之聲波裝置之方法。於以下所將說明之示例中，其功能性微加工元件係微加工超音波傳感器(micro-machined ultrasonic transducers)，而該裝置則為一聲波裝置。此方法目標在於確立該裝置的一種樣板(model)，以便後續可在一通用底材上進行製作。此外，此方法亦可確立以通用底材製作聲波裝置時所必須執行的不同步驟。當然，此設計方法會將所選定的傳感器性質（電容式或壓電式）列入考量。

如同前述，此種傳感器包含懸伸於孔穴之上的撓性薄膜，該孔穴可被氣密性密封並含有一受控制氣體環境，以及分佈設置於薄膜與/或孔穴兩側的二電極。此外，傳感器的電極亦可以其他方式安排。特定而言，由一孔穴與一相關聯撓性薄膜之配對所形成的群組，其並排分佈並形成一個或多個傳感器者，可由位於該群組尾端的單一對電極進行定址(addressed)。此方法亦可以不同方式安排這些電極，例如將其相互交叉於薄膜的一給定面上，特別是當薄膜包含壓電材料時。這些傳感器全都分佈於一平面內，且依一確定拓樸(determined topology)而分佈。為清楚起見，該平面中的傳感器形狀及尺寸，將被認定是精確地對應於形成此傳感器的薄膜之形狀及尺寸。

聲波裝置之設計包括定義複數個傳感器之確定拓樸(determined topology)的步驟，複數個傳感器即分別包含一撓性薄膜的複數個微加工元件。因此，取決於所應用的目標領域及對裝置的預期效能水準，此步驟即是要定義傳感器區塊的數目及尺寸，傳感器於每一區塊中的分佈，兩相鄰區塊的分隔距離，與各區塊內每一傳感器的形狀與尺寸。

依據本發明，此定義步驟被執行以便其所定義之拓樸得以具有相容於一通用底材的性質，亦即，其微加工元件之撓性薄膜可與通用底材的孔穴互相關聯起來的一種拓樸。換言之，此定義步驟要求其所選定之拓樸須尊重一組設計規則，以確保拓樸與一通用底材的相容性。從而可保證此方法最後所設計出之聲波裝置，的確可由此種通用底材上製作出來。

因而在此步驟中，應注意確保傳感器薄膜的形狀及尺寸(直徑、長度、寬度及/或深度)確實對應於通用底材孔穴的形狀及尺寸。

另亦應注意確保傳感器在該拓樸平面中被設置成當投射到一通用底材表面上時，每一傳感器皆可垂直於(plumb with)一孔穴。不過，並非通用底材的所有孔穴全都必須對應一傳感器，通用底材的某些孔穴可能不會在聲波裝置中用到。

如此，當一通用底材包含各種尺寸的孔穴群組時，如圖2c所繪示的通用底材第二示例，聲波裝置的拓樸可能會被定義成僅有某一特定尺寸的孔穴才會被使用。或者，複數個孔穴群組可用來形成具有不同特性的傳感器，如前文示例所述。

作為示例，後一規則可能需要符合以下要求： - 在每一傳感器區塊中，為了讓傳感器能均勻地分佈在平面內並安置在一網格的節點上，其動線互相垂直； - 兩相鄰區塊的分隔距離，須對應於兩傳感器分隔距離的倍數。

如此可確保這樣的分佈與圖2繪示的通用底材(即其孔穴均勻分佈於底材平面上)相容。

此設計方法當然不限於此拓樸定義步驟。其包括其他步驟，諸如定義薄膜厚度，定義電極在每一區塊中的幾何形狀與繞線，定義這些區塊周圍的電接觸區域，以及通常會執行以使微加工元件具備功能，並產出聲波裝置完整樣板的任何其他設計步驟。

確定拓樸(determined topology)可能有異於期望拓樸(desired topology)，後者可能是直接源自於裝置設計程序中的功能分析。例如，傳感器的孔穴的尺寸及形狀被要求對應於通用底材的孔穴的尺寸及形狀，可能導致薄膜共振頻率與設計方法第一步驟所期望的頻率兩者間出現差異。

為了限制這種差異的影響，本發明的方法可包括調整正在設計過程中的聲波裝置其某些參數的步驟。當然，此調整步驟可以僅涉及不會對拓樸與通用底材之相容性造成問題的參數。依據本發明之一方法，亦可在聲波裝置的製作方法中導入調整該裝置某些參數的補充步驟。

舉例說明，吾人可預見在裝置製作期間修改薄膜的厚度，並從而調整了傳感器的共振頻率。這樣，因通用底材之故而必須採用的孔穴形狀及/或尺寸所帶來的任何頻率差異，均可加以彌補。利用厚化或薄化所進行的此等調整，可針對一特定傳感器的薄膜，針對一組傳感器，或針對聲波裝置的所有傳感器而進行。厚化層的材料可依其對薄膜之動態行為所生效果而選定。

為了限制這種差異的影響，本發明亦可提供足夠數目的不同通用底材，其充份地分佈於設計選擇之空間中。在此種情況下，可有一種通用底材，其所要求的確定拓樸足夠接近期望拓樸，以使其對聲波裝置效能與功能的衝擊降至最低。

設計聲波裝置的設計方法係以計算裝置執行。此等計算裝置可被組構成有助於定義出確定拓樸(determined topology)，例如，以一期望拓樸(desired topology)自動決定確定拓樸。為此，該方法必須透過任何可用計算裝置取得一個或多個通用底材的預設特徵。

在可取得一系列通用底材或一通用底材群組的情況下，該方法可搜尋並選定群組中最適合的通用底材，並提出最相似於期望拓樸的確定拓樸，亦即對裝置之功能及/或效能影響最小的拓樸。

製作聲波裝置之製作方法 依據另一面向，本發明亦涉及一種用於製作聲波裝置的方法，以及應用此方法所製作之裝置。如同先前所指出，此製作方法的至少某些步驟，至少就其主參數而言，可能在設計程序本身期間就已被定義。

所述製作方法包括提供一通用底材之範例，該範例底材是在設計方法中從通用底材群組中選定。通常，複數個裝置可利用晶圓等級製程製作在一通用底材上。如同前述，通用底材具有性質已預先建立的孔穴，這些孔穴分別與懸伸其上的撓性薄膜相聯結。

依據本發明此一面向，所述製作方法包括至少一處理步驟，其中，由一薄膜及一孔穴所形成配對中，只有某些配對被啟用或停用，以形成至少一功能性微加工元件，以及無法將其薄膜之動作轉換為電信號或反向轉換之至少一非功能性餘留配對。

這些方法步驟中的某些步驟，只會對通用底材上的某些薄膜執行，因這些薄膜在拓樸中被指明為形成一傳感器所必需。­­如同先前所見，如此即不需讓製程步驟使通用底材上出現的所有孔穴都形成傳感器。如此，再次參照圖1c，將相鄰兩個傳感器區塊分隔開的區域，在這些製程中的某些步驟中便不會被處理，雖然其懸伸於通用底材的孔穴上。

換言之，在此製作方法中，由通用底材的一孔穴與一薄膜所形成的配對中，某些配對會被啟用以形成功能性微加工元件，亦即能夠將薄膜動作轉換為電信號並將電信號轉換為薄膜動作的元件。一個或多個未啟用或被停用的餘留孔穴-薄膜配對則不會被聲波裝置所利用。

如此，於一實施例中，通用底材的餘留孔穴-薄膜配對，即在設計階段未被選用的配對，可被移除掉。此移除可經由將相關孔穴-薄膜配對完全或部份蝕刻掉之處理步驟而達成。

在另一實施例中，通用底材的餘留孔穴-薄膜配對，即在設計階段未被選用的配對，可被中和(neutralized)掉，而不必然會造成其線路消失。此中和可利用一製程步驟達成，且可採用數種形式：撓性薄膜可被封阻，內連線(interconnects)之路徑可被截斷，相對於一共振頻率的工作點可被偏移，或者薄膜甚至可能被刺穿，等等。

本發明一處理步驟亦包括調整表面層厚度之步驟，以調整懸伸於孔穴上的薄膜之厚度。薄膜所需調整的厚度可利用表面層之厚化或薄化而獲得。此薄化或厚化可局部地在一特定傳感器或一傳感器群組的薄膜上進行，或在裝置的所有薄膜上進行，使用習知微影技術可定義出待薄化及/或厚化的區域。薄化最好是經由一蝕刻步驟達成：溶液化學蝕刻、氣體或電漿化學蝕刻、犧牲層氧化，或以離子束濺射進行物理蝕刻。厚化最好是經由沉積與最初形成薄膜相同的材料(一般為矽)達成。當使用磊晶技術時，其沉積層可為單晶。不過，其亦可為多晶或非晶質。亦可使用其他的材料，以最終產出異質懸浮構造：例如，在單晶矽所製的初始薄膜上沉積SiO₂ 、Si₃ N₄ 或金屬。厚化亦可經由氧化而達成，其利用將原有矽質膜的某部份厚度轉換為SiO₂ ，而其氧化則伴隨表面層膨脹的效應，此效應為本發明所屬技術領域中具通常知識者所知，其性質也已有詳細描述。厚度之其他變化及其調整，容易在製作聲波裝置製程的幾個步驟中發生：例如在壓電層的形成期間，甚或在電極製作時。

本發明一處理步驟亦包括製作一導電元件陣列之步驟，該導電元件陣列被組構成與某些孔穴-薄膜配對有電性連接，並使對應之微加工元件具備功能。製作該導電元件陣列可包括形成電極，其僅與一些孔穴垂直。

依所採用之傳感器為電容式或壓電式而定，其製作方法會包括完成傳感器之製作所需要的其他處理步驟。

如此其可能包括在表面層上沉積至少一第一電極之步驟，若為壓電式傳感器，則包括在第一電極上沉積一壓電層之步驟，以及在該壓電層上沉積一第二電極之步驟。

若為電容式傳感器，其可能必須製作一開口，以容許第二電極被置於載體上。

在製作方法結束時，即可獲得一聲波裝置，其包含一載體及設置於載體主面上之一表面層。該載體具有孔穴，且表面層懸伸於孔穴的部份形成與孔穴相聯結的撓性薄膜。由通用底材的一孔穴與一撓性薄膜所形成的配對中，僅有某些配對被組構成形成一組功能性微加工元件，亦即可將薄膜之動作轉換為電信號且反之亦然的元件。

如前所述，通用底材中未被啟用的孔穴與/或薄膜，例如設置在兩個傳感器區塊的分隔區內者，可被保留、中和或移除，其方式為，舉例而言，對表面層、中間層(若有的話)甚至載體的一部份進行濕式或乾式蝕刻。這樣，未被啟用的撓性薄膜及其所懸伸的孔穴即被移除。

利用底材某些包含孔穴但未被使用的區域是可能的，其可作為切割底材用的切割道，以切割出透過通用底材的晶圓等級處理所製作之個別裝置。

當然，本發明不限於前述實施例與示例，其變化實施例可由前述實施例與示例導出，而不偏離於本發明申請專利範圍所界定之範疇。

本發明亦不限於含微加工超音波傳感器之聲波裝置的設計或製作。

本發明可處理能夠在超音波頻率範圍以外的頻率範圍內操作的傳感器。因此可預見本發明可形成揚聲器或麥克風之陣列。每一傳感器因而可個別地或成批地進行定址，這在高傳真聲學(high-fidelity acoustics)或指向性聲學(directional acoustics)領域尤其有利。

本發明可廣泛適用於包含複數個微加工元件之任何裝置，其微加工元件採用了薄膜或其他懸浮結構，其在一平面中按一特定拓樸設置成一陣列，且可被處理以形成功能性微加工元件。

本發明可處理諸如定義反射區之微加工元件，以形成受控可動微型反射鏡陣列之議題。此等微系統可被製作以形成光束，此類系統可使新式投影系統、顯示幕及遠距辨識系統得以實現。在此種情況下，通用底材的撓性薄膜構成微型反射鏡的載體，而當這些微型反射鏡在依設計階段所確定的拓樸中而被功能化之後，即變成可動且可受控制。在此種情況下，孔穴對應於製作在底材中的空隙(void)，以使微型反射鏡得以來回轉動。微型反射鏡可利用數種方式加以錨定：經由其整體的或部份週緣、經由一單一中心腳，或反之，經由多支分佈的腳。只啟用或只停用微型反射鏡中的一部份，可以數種方式達成：以選擇性蝕刻直接移除；經由移除或形成阻擋點(blocking points)而分別釋放或阻擋微型反射鏡；在微型反射鏡上形成或移除一反射層；在微型反射鏡上形成或移除一吸收層。

1a、1b‧‧‧電極

2‧‧‧薄膜

3、24、24a、24b、24c‧‧‧孔穴

4、21‧‧‧載體

5‧‧‧壓電材料層

20‧‧‧通用底材

22‧‧‧中間層

23‧‧‧表面層

b1、b2‧‧‧區塊

以下的實施方式將可更明確地彰顯本發明之其他特徵及優點，其係參考本說明所附圖式進行，在圖式中： - 圖1a至1c分別繪示一電容式MUT、一壓電式MUT，以及一習知技術聲波裝置之拓樸； - 圖2a至2c分別繪示依據本發明之一通用底材示例之截面圖及頂視圖。

Claims (13)

1. 一種用於製作含有複數個微加工元件之一裝置之方法，該方法包括： - 提供一通用底材(20)之一步驟，該通用底材包含設置在一載體(21)上之一表面層(23)，該載體(21)之主面具有開口之孔穴(24)且該表面層懸伸於該些孔穴上的部份形成與該些孔穴(24)相關聯的撓性薄膜； - 僅處理由一薄膜及一孔穴所形成配對中的某些配對之至少一步驟，以形成至少一功能性微加工元件，以及無法將其薄膜之動作轉換為電信號或反向轉換之至少一餘留配對。
2. 如申請專利範圍第2項之製作方法，其中所述處理步驟包含移除一薄膜及/或一孔穴。
3. 如申請專利範圍第1或2項之製作方法，其中所述處理步驟包含中和一薄膜及/或一孔穴。
4. 如申請專利範圍第1至3項其中一項之製作方法，其中所述至少一處理步驟包括製作一導電元件陣列之一步驟，該導電元件陣列被組構成僅連接一些孔穴-薄膜配對。
5. 如申請專利範圍第4項之製作方法，其中製作該導電元件陣列包括形成僅與一些孔穴垂直之電極。
6. 如申請專利範圍第1至5項其中一項之製作方法，其包括調整該些撓性薄膜之厚度之一步驟。
7. 如申請專利範圍第1至6項其中一項之製作方法，其中該通用底材(20)於該載體(21)的主面與該表面層(23)之間亦包含一中間層(22)。
8. 如申請專利範圍第1至7項其中一項之製作方法，其包括在該表面層(23)上沉積至少一第一電極之一步驟。
9. 如申請專利範圍第8項之製作方法，其包括在該至少一第一電極上沉積一壓電層之一步驟。
10. 如申請專利範圍第9項之製作方法，其包括在該壓電層上沉積一第二電極之一步驟。
11. 一種裝置，其包含一載體(21)及設置在該載體上之一表面層(23)，該載體(21)之主面具有開口之孔穴(24)且該表面層懸伸於該些孔穴上的部份形成與該些孔穴(24) 相關聯的撓性薄膜，在由一孔穴(24)及一撓性薄膜所形成之配對中，僅有某些配對被組構成形成一組功能性微加工元件，至少一餘留配對無法將其薄膜之動作轉換為電信號或反向轉換。
12. 如申請專利範圍第11項之裝置，其包含一導電元件陣列，該導電元件陣列被組構成僅連接一些孔穴-薄膜配對。
13. 如申請專利範圍第11或12項之裝置，其中該些微加工元件為微型反射鏡或微加工之聲波或超音波傳感器。