WO2006077303A1 - Procede de percement par gravure d'une galette en matiere cristalline et galette comportant un percement etroit - Google Patents

Procede de percement par gravure d'une galette en matiere cristalline et galette comportant un percement etroit Download PDF

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Jean-Claude Le Roy
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    • B81—MICROSTRUCTURAL TECHNOLOGY
    • B81C—PROCESSES OR APPARATUS SPECIALLY ADAPTED FOR THE MANUFACTURE OR TREATMENT OF MICROSTRUCTURAL DEVICES OR SYSTEMS
    • B81C99/00—Subject matter not provided for in other groups of this subclass
    • B81C99/0035—Testing
    • B81C99/004—Testing during manufacturing

Definitions

  • a method of piercing by etching a slab of crystalline material and slab having a narrow bore is a method of piercing by etching a slab of crystalline material and slab having a narrow bore.
  • the present invention relates to a process for the etching of a crystalline wafer, more particularly, although not exclusively, a quartz wafer for the production of inertial sensors.
  • the object of the invention is to perform a piercing by implementing a method for reducing the size of the patterns to make slots through a wafer.
  • the lateral portion of a cavity of a reference pattern comprises 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, that is, the material is slowly etched in a direction perpendicular to these planes.
  • the method comprising the step of subjecting the wafer to an etching agent until the perforation of the wafer is completely in line with the pattern to be etched by a junction of two cavities made from the faces of the wafer, characterized in that the parts of the wafer
  • the pattern to be engraved is shifted relative to each other by an offset in a direction parallel to a face of the wafer and perpendicular to an intersection of the face of the wafer. wafer with a minimum speed engraving plane, in a direction reducing a thickness of a lamella separating the cavities before a complete piercing of the wafer.
  • the method according to the invention makes it possible to obtain complete piercing after a shorter etching time.
  • the complete piercing of the wafer is obtained with a small footprint of the pattern to be engraved.
  • the invention also relates to a wafer made of crystalline material having two opposite faces covered with protective layers, and etching planes with minimum speed inclined with respect to the faces of the wafer, the wafer having cavities opening onto the faces of the wafer according to pattern parts made in the protective layers, the cavities opening into one another into the interior of the wafer to form a piercing of the wafer according to a junction opening having facing edges, the pattern parts being offset by one in relation to the other in a direction parallel to one face of the wafer and perpendicular to an intersection of the face of the wafer with a plane of etching at a minimum speed, in a direction of approach towards each other of edges of the opening of the junction.
  • the pattern portions are shifted so that the edges of the cavity junction extend to a depth equal to half a thickness of the wafer.
  • FIG. 1 is a front view of a slab into which an inertial sensor has been etched
  • FIG. 2 is a greatly enlarged perspective view along arrow II of FIG. 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
  • - Figure 4 is a similar view to that of Figure 2 of a second embodiment of the reference pattern and the etching obtained according to one inven ⁇
  • - Figure 5 is a greatly enlarged sectional view along the line VV of Figure 1 of a slit through the slab made in accordance with the prior art
  • Figure 6 is a sectional view similar to that of Figure 5 of a slot made according to the invention.
  • 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 sides by protective layers 2, for example gold layers or resin layers.
  • some of the protective layers are removed in a pattern to be etched.
  • Pattern parts may be facing each other on both sides of the wafer, in particular for making through slots such as the slots 3 delimiting an intermediate frame of the inertial sensor.
  • 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.
  • etching bottom 7 to the levelness of the reference pattern 6 is rough with aces ⁇ piess having a large dimension may distort noticeably the measurement of the remaining thickness of the slab.
  • the side wall of the engraving plumb with the reference pattern 6 has a plane portion 8 having a smooth surface and inclined with respect to the faces of the slab, and it has been observed that this portion of plan 8 corresponds to planes 9 with slow etch rates extending parallel to each other as illustrated by the lines in mixed dash in Figure 2. These planes are minimum speed etching planes.
  • FIG. 3 illustrates a first embodiment of a reference pattern which comprises two reference pattern portions 10 which extend exactly in line with each other and are in the form of rectangular notches. extending from the edge of the wafer 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 a minimum speed.
  • the width 1 of each reference pattern portion delimited by the protective layers 2 is chosen so that it is substantially equal to the projection on one of the faces of the wafer of a speed plane segment. of minimal engraving L delimited by the faces of the slab.
  • 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 mm, is then placed vertically above the reference pattern. .
  • 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 vd one side with respect 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 this thickness, and especially increases the width of the useful part of uniform thickness, which facilitates the measurement of the thickness.
  • 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 it glosses with arrows in dashed lines in FIG. e_ 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.
  • FIG. 5 illustrates the embodiment according to the prior art of a piercing formed by a through slot 14.
  • 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 knowledge of the person skilled in the art, the piercing is obtained when the engraving plane at a minimum speed of 16.1 reaches from part 15.1 of the pattern to engraving extends in the extension of the etching plane at a minimum speed of 16.2 reached from the part 15.2 of the pattern to be engraved.
  • the attack of the wafer by the two faces makes cavities 17.1 and 17.2 which open on the faces of the wafer according to the parts of pattern 15.1, 15.2, and whose bottoms are formed by the planes of engraving at a minimum speed of 16.1. and 16.2.
  • the piercing is carried out when the cavities 17.1 and 17.2 open into one another inside the wafer according to a junction opening having edges facing each other in the lateral walls of the wafer. 14.
  • the maximum depth P of the cavities is greater than half the thickness E of the slab, which implies a large etching time.
  • the width of the slot 14 is important, which means that the production of each slot significantly 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 realization of each structure.
  • the previous observation on the orientation of the progression of the etching in the slab is exploited to produce a slit 18 of reduced size which can also be obtained after a reduced etching time compared to the time required according to the prior art.
  • the engraving of the wafer produces cavities 20.1 and 20.2 which open on the faces of the wafer according to the pattern parts 19.1 and 19.2.
  • the offset r is made in the same direction as the offset v of Figure 4 but in the opposite direction, that is to say that in a direction causing a reconciliation of the edges delimiting the junction opening at the time the cavities 20.1 and 20.2 open into one another.
  • the slat obtained by an offset in this direction has a reduced thickness with respect to a lamella obtained with coincidence etching patterns. A piercing of the cake is thus obtained more quickly.
  • the smaller the offset r the greater the necessary depth of the cavities to obtain the piercing.
  • 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.

Landscapes

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  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Drying Of Semiconductors (AREA)
  • Weting (AREA)

Abstract

Procédé de percement par gravure d'une galette en matière cristalline (1) ayant deux faces opposées recouvertes de couches de protection (2), la galette ayant des plans de gravure à vitesse minimale (9) inclinés par rapport aux faces de la galette, la galette comportant un motif à graver comprenant des parties (19.1, 19.2) de motif réalisées dans les couches de protection (2), le procédé comportant l'étape de soumettre 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 (20.1, 20.2) réalisées à partir des faces de la galette, les parties (19.1, 19.2) de motif à graver étant 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 de la galette avec un plan de gravure à vitesse minimale, dans un sens réduisant une épaisseur d'une lamelle (12) séparant les cavités (20.1, 20.2) avant un percement complet de la galette.

Description

Procédé de percement par gravure d' une galette en matière cristalline et galette comportant un percement étroit .
La présente invention concerne un procédé de per- cernent par gravure d ' une galette en matière cristalline , plus particulièrement , bien que non exclusivement , une galette en quartz pour la réalisation de capteurs iner- tiels .
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 a 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 . Ensuite 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 at- taquées 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 désirée .
OBJET DE L' INVENTION Le but de l ' invention est d ' effectuer un percement en mettant en œuvre un procédé permettant de réduire l ' encombrement des motifs pour réaliser des fentes traversant une galette .
BREVE DESCRIPTION DE L' INVENTION On a observé , qu' en fonction de la coupe cristal line de la galette , la partie latérale d ' une cavité d ' un motif de référence comporte une portion inclinée présentant 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 .
Selon l ' invention, après avoir recouvert d' une couche de protection les deux faces d ' une galette en ma- tière cristalline, on propose de réaliser un procédé de percement par gravure d ' une galette en matière cristal line ayant deux faces opposées recouvertes de couches de protection, la galette ayant des plans de gravure à vitesse minimale inclinés par rapport aux faces de la ga- lette , la galette comportant un motif à graver comprenant des parties de motif réalisées dans les couches de protection, le procédé comportant l ' étape de soumettre la galette à un agent de gravure jusqu ' à un complet percement de la galette à l ' aplomb du motif à graver par une j onction 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 réduisant une épaisseur d ' une lamelle séparant les cavités avant un percement complet de la galette .
Par rapport aux procédés antérieurs selon les- quels les motifs à graver sont à l ' aplomb l ' un de l ' autre , le procédé selon l ' invention permet d ' obtenir un percement complet après un temps de gravure plus court . En outre le complet percement de la galette est obtenu avec un encombrement réduit du motif à graver . L ' invention concerne également une galette en matière cristalline ayant deux faces opposées recouvertes de couches de protection, et des plans de gravure à vitesse minimale inclinés par rapport aux faces de la galette, la galette comportant des cavités débouchant sur les faces de la galette selon des parties de motif réali- sées dans les couches de protection, les cavités débouchant l ' une dans l ' autre à l ' intérieur de la galette pour former un percement de la galette selon une ouverture de jonction comportant des arêtes en regard, les parties de motif étant décalées l ' une par rapport à l ' autre 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 de rapprochement l ' une vers l ' autre des arêtes de l ' ou- verture de j onction .
De préférence , les parties de motif sont décalées pour que les arêtes de l ' ouverture de j onction des cavités s ' étendent à une profondeur égale à une demi- épaisseur de la galette . BREVE DESCRIPTION DES DESSINS
D ' autres caractéristiques et avantages de l ' invention apparaîtront à la lecture de la description des modes de mise en œuvre particuliers non limitatifs de l ' invention, en référence aux figures ci-j ointes 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 1 ' inven¬ tion, - 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.
DESCRIPTION DETAILLEE DE L' 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 . 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 j our 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 as¬ pérités ayant une dimension importante pouvant fausser de façon notable la mesure de l ' épaisseur restante de la galette .
Il a été observé que la paroi latérale de la gravure à l ' aplomb du motif de référence 6 comporte une par- tie 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 .
La figure 3 illustre un premier mode de réalisation d ' un motif de référence qui 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 ' encoches rectangulaires s ' étendant à partir du bord de la galette selon une direction 11 s ' étendant parallèlement a 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 proj ection sur l ' une des faces de la galette d' un segment de plan à vitesse de gravure mini- maie L délimité par les faces de la galette . 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.
Dans le mode de mise en œuvre 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 a 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 uniforme , ce qui facilite donc la mesure de l ' épaisseur.
De préférence , l ' épaisseur de la lamelle 12 est effectuée par une mesure optique d' un faisceau 13 traver- sant 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 .
La figure 5 illustre la réalisation selon l ' art antérieur d ' un percement formé par 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 ' autre et ayant une grande largeur de sorte que, sans que l ' homme de métier en ait fait la constatation, le percement 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 prolonge- ment 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 qui débouchent sur les faces de la galette selon les parties de motif 15.1 , 15.2 , et dont les fonds sont for- mes par les plans de gravure à vitesse minimale 16.1 et 16.2. Le percement est réalisé lorsque les cavités 17.1 et 17.2 débouchent l ' une dans l ' autre à l ' intérieur de la galette selon une ouverture de jonction comportant des arêtes en regard l ' une de l ' autre dans les parois latéra- les de la fente 14. On constate sur la figure 5 qu ' au mo- ment de la j onction 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 rëalisa- tion de chaque structure .
Selon 1 ' 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 dimen- sion réduite pouvant en outre être obtenue après un temps de gravure réduit par rapport au temps nécessaire selon l ' art antérieur . La gravure de la galette réalise des cavités 20.1 et 20.2 qui débouchent sur les faces de la galette selon les parties de motif 19.1 et 19.2. Selon l ' invention on prévoit 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 £ 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 de préférence égale à la demi-épaisseur de la galette, c ' est-à-dire que les arêtes en regard qui déli- mitent l ' ouverture de jonction s ' étendent à une profondeur égale à une demi-épaisseur de la galette . Cette réduction de la profondeur des cavités au moment de leur j onction 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 , c ' est-à- dire que dans un sens provoquant un rapprochement des arêtes délimitant l ' ouverture de jonction au moment où les cavités 20.1 et 20.2 débouchent l ' une dans l ' autre . Avant la j onction des cavités , la lamelle obtenue par un décalage dans ce sens a une épaisseur réduite par rapport à une lamelle obtenue avec des motifs de gravure en coïn- cidence . Un percement de la galette est donc obtenu plus rapidement . Plus le décalage r est faible et plus la profondeur nécessaire des cavités est grande pour obtenir le percement .
Bien entendu, l ' invention n' est pas limitée aux modes de mise en œuvre décrits et est susceptible de variantes de réalisation qui apparaîtront à l ' homme de métier sans sortir du cadre de l ' invention tel que défini par les revendications .
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 .

Claims

REVENDICATIONS
1. Procédé de percement par gravure d ' une galette en matière cristalline (1) ayant deux faces opposées re- couvertes de couches de protection (2 ) , la galette ayant des plans de gravure à vitesse minimale ( 9) inclinés par rapport aux faces de la galette , la galette comportant un motif à graver comprenant des parties (19.1 , 19.2) de motif réalisées dans les couches de protection (2 ) , le pro- cédé comportant l ' étape de soumettre la galette à un agent de gravure jusqu ' à un complet percement de la galette à l ' aplomb du motif à graver par une j onction de deux cavités (20.1 , 20.2 ) réalisées à partir des faces de la galette , caractérisé en ce que les parties (19.1 , 19.2 ) de motif à graver 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 de la galette avec un plan de gravure à vitesse minimale , dans un sens réduisant une épaisseur d ' une lamelle (12 ) séparant les cavités (20.1 , 20.2 ) avant un percement complet de la galette .
2. Procédé selon la revendication 1 , caractérisé en ce que les parties ( 19.1 , 19.2 ) de motif à graver sont décalées pour que la j onction des cavités (20.1 , 20.2 ) soit obtenue alors que celles-ci ont une profondeur (£) égale à une demi-épaisseur de la galette .
3. Galette en matière cristalline ( 1) ayant deux faces opposées recouvertes de couches de protection (2 ) , et des plans de gravure à vitesse minimale (9) inclinés par rapport aux faces de la galette , la galette comportant des cavités (20.1 , 20.2 ) débouchant sur les faces de la galette selon des parties ( 19.1 , 19.2 ) de motif réalisées dans les couches de protection (2 ) , les cavités débouchant l ' une dans l ' autre à l ' intérieur de la galette pour former un percement de la galette selon une ouver- ture de j onction comportant des arêtes en regard, caractérisée en ce que les parties (19.1 , 19.2 ) de motif à graver 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 de la galette avec un plan de gravure à vitesse minimale, dans un sens de rapprochement des arêtes de l ' ouverture de j onction .
4. Galette selon la revendication 3 , caractérisée en ce que les parties (19.1 , 19.2) de motif sont décalées pour que les arêtes de l ' ouverture de j onction des cavités (20.1 , 20.2 ) s ' étendent à une profondeur (P) égale à une demi-épaisseur de la galette .
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