一種MEMS硅晶圓片劃片切割和結構釋放方法技術

本發明專利技術涉及一種MEMS硅晶圓片劃片切割和結構釋放方法，包括以下步驟：在MEMS硅晶圓片背面貼UV膜；根據硅晶圓片厚度，設置硅晶圓片的第一次劃片的厚度或劃片刀的刀高；第一次劃片的厚度為硅晶圓片厚度的40～55%；設置第二次劃片的厚度為所述硅晶圓片的殘留硅厚度(全劃透)或刀高為最后需要保留的殘留硅厚度加UV膜厚度(半劃透)；劃片完成后,消除UV膜粘性的80%～90%；在UV膜上拾取芯片或取下整張硅晶圓片放在設有濾孔的托盤內；再將托盤放入去膠液中去膠；脫液和脫水；結構釋放。采用兩次劃片工藝，解決了厚大芯片的蹦邊，硅屑沾污，劃片導致芯片內應力大的問題；同時，采用了設計的專用托盤，解決了MEMS硅晶圓片的劃片和結構釋放之間先后順序的矛盾。

【技術實現步驟摘要】

本專利技術涉及一種MEMS娃晶圓片劃片切割和結構釋放方法,屬于微機電系統微細加工和晶圓劃片和切割方法。
技術介紹
微機電系統(MEMS,Micro-electromechanical Systems)是一種基于微電子技術和微加工技術的一種高科技領域。MEMS技術可將機械構件、驅動部件、電控系統、數字處理系統等集成為一個整體的微型單元。MEMS器件具有微小、智能、可執行、可集成、工藝兼容性好、成本低等諸多優點。MEMS技術的發展開辟了一個全新的
和產業，采用MEMS技術制作的微傳感器、微執行器、微型構件、微機械光學器件、真空微電子器件、電力電子器件等在航空、航天、汽車、生物醫學、環境監控、軍事，物聯網以及其他領域中都有著十分廣闊的應用前景。在MEMS器件的制造工藝中，很多復雜的三維或支撐結構都采用犧牲層釋放工藝。即在形成微機械結構的空腔或可活動的微結構過程中，先在下層薄膜上用結構材料淀積所需的各種特殊結構件，再用刻蝕劑或蝕刻工藝氣體將此層薄膜蝕刻掉，但不損傷微結構件，然后得到上層薄膜結構(空腔或微結構件)。由于被去掉的下層薄膜只起分離層作用，故稱其為犧牲層(Sacrificial Layer)。常用的犧牲層材料有氧化娃、多晶娃、聚酰亞胺(Polyimide)等。利用犧牲層可制造出多種活動的微結構，如微型橋、懸臂梁、移動部件和質量塊等。所以，MEMS器件制作完成后，MEMS結構釋放(Release)是MEMS器件制造工藝中關鍵的一道工序。MEMS晶圓需要在完成前道各種制造工序后進行切割劃片，把圓片切割成單個的芯片(Die)，然后進行測試封裝。結構釋放可以選擇在劃片之前進行，也可以選擇在劃片之后進行。但是，由于晶圓的芯片具有MEMS結構，所以在劃片和結構釋放的先后順序上，二者存在矛盾，如果處理不好，會導致MEMS芯片損壞或全報廢。硅晶圓片劃片和MEMS結構釋放先后順序的沖突問題:1)如果MEMS圓片先劃片，那么不利于后面進行結構釋放；2)如果MEMS圓片先進行結構釋放，那么不利于后面進行劃片操作。原因在于:1)如果先劃片，圓片分離為單個的Die，單個Die在后面清洗，去膠，結構釋放過程中，需要進行反復的拾取，在拾取過程中，很容易損壞芯片的ASIC(Applicati0nSpecific Integrated Circuit)電路和MEMS結構；或靜電防護不到位,ASIC芯片電路被靜電放電擊穿失效。2)如果先進行結構釋放，傳統的劃片有沖水和清洗工藝，會導致MEMS結構破裂、橋損、甚至MEMS結構整體從ASIC電路上剝離；且劃片過程中，會產生大量的硅屑沾污MEMS結構，導致MEMS結構無法進行正常的工作。如果是大芯片或晶圓沒有經過一定的減薄處理，劃片過程中很容易導致芯片崩邊，裂紋，硅屑等異常。且上述工藝在劃片過程中，對于厚大芯片容易產生的蹦邊，硅屑沾污，劃片導致芯片內應力大的問題。
技術實現思路
本專利技術所要解決的技術問題是提供一種MEMS硅晶圓片劃片切割和結構釋放方法，克服現有技術中的劃片工藝對于較厚的大芯片容易產生的蹦邊，硅屑沾污，劃片導致芯片內應力大的缺陷問題；另外由于晶圓的芯片具有MEMS結構，所以在劃片和結構釋放的先后順序上，二者存在矛盾的缺陷。本專利技術解決上述技術問題的技術方案如下:一種MEMS硅晶圓片劃片切割和結構釋放方法，包括以下步驟:步驟1:貼UV膜，在MEMS硅晶圓片背面貼UV膜；步驟2:第一次劃片，將貼UV膜的硅晶圓片正面朝上放置在劃片機的劃片臺上，根據硅晶圓片厚度，設置硅晶圓片的第一次劃片的厚度或劃片刀的刀高；第一次劃片的厚度為硅晶圓片厚度的40%至55% ;設置劃片刀的進刀速度小于10毫米/秒；設置硅晶圓片的劃片參數，對硅晶圓片進行對位操作，進行第一次劃片；步驟3:第二次劃片，全劃透時，設置第二次劃片的厚度為所述硅晶圓片厚度或劃片刀的刀高為UV膜厚度；半劃透時，設置第二次劃片的刀高為所述硅晶圓片需要保留的殘留硅厚度加UV膜厚度，進行第二次劃片；步驟4:劃片后，對硅晶圓片進行劃片后的清洗和甩干。步驟5:消除UV粘性，對劃片后的硅晶圓片的背面的UV膜進行照射2 10分鐘，消除UV膜粘性的80% 90% ；步驟6:濕法去膠，對半劃片處理的硅晶圓片，揭下硅晶圓片背面的UV膜后，放置在設有濾孔的托盤內；對全劃透處理的硅晶圓片，在UV膜上拾取芯片放在設有濾孔的十字架內；再將托盤放入去膠液中去膠；步驟7:脫液和脫水，將放置硅晶圓片或芯片的托盤浸入異丙醇(IPA)溶液中脫液和脫水；步驟8:結構釋放，將放置硅晶圓片或芯片的托盤放在結構釋放設備的工藝腔體(Chamber)中,進行結構釋放。本專利技術的有益效果是:采用了兩次劃片工藝，第一次劃圓片總厚度的45 55%或40 45%，第二次劃透或者殘留的一小部分硅厚度(在后期可以輕壓滾裂開的厚度)解決了厚大芯片的蹦邊，硅屑沾污，劃片導致芯片內應力大的問題，且由于采用了設有濾孔的托盤可以實現去膠、清洗、結構釋放在同一托盤中進行，多硅晶圓片和多芯片可同時進行結構釋放，作業效率聞；成本低；不反復拾取芯片，良率聞，降低了成本，提聞了生廣效率，更提聞了產品的良率，解決了劃片和結構釋放的先后順序上二者之間的矛盾，會導致MEMS芯片損壞或全報廢問題。在上述技術方案的基礎上，本專利技術還可做如下改進。進一步,還包括步驟9:對半劃片處理的娃晶圓片，在結構釋放后，對娃晶圓片的每個芯片進行電學測試；步驟10:測試結束后，對于半劃片處理的硅晶圓片進行背面第二次貼膜，在按照劃片痕跡X或Y方向用手從硅晶圓片背面貼膜處把硅晶圓片頂裂開，從背面用塑料滾輪輕滾，確保所有的芯片完全分開；步驟11:對步驟10處理后的硅晶圓片進行擴晶處理，使得芯片向四周擴散開。采用上述進一步方案的有益效果是:對半劃片處理的硅晶圓片，可以在結構釋放后，經過第二次貼膜和擴晶處理使得芯片散開，利于后面芯片的拾取。進一步，所述步驟11得到擴散開的芯片，每個芯片之間的間距大于120pm。采用上述進一步方案的有益效果是:圓片結構釋放后，進行擴晶工藝，使每個芯片在UV膜或藍膜之間相對引申間距大于120 u m,便于去除UV膜粘性后的芯片拾取。進一步，包括步驟12，在拾取芯片前，對第二次貼膜的UV膜進行照射2 10分鐘，然后進行芯片的篩選拾取，放置在設有濾孔的托盤內。對放置在設有濾孔的托盤內芯片進行取用時，使用真空吸筆，吸住芯片背面，把芯片從濾孔向上頂出，再用另一支真空吸筆吸取芯片。進一步，所述托盤上設置有放置芯片的格子和放置硅晶圓片的十字架；所述托盤底部通過十字架隔開形成多個格子，每個所述格子內設置有兩個相互平行的用來放置芯片的橫梁；所述濾孔設置在所述橫梁之間的托盤本體上。采用上述進一步方案的有益效果是:由于采用了該托盤，芯片或硅晶圓片可以實現去膠，清洗，釋放一體進行。托盤用石英材料制成，可用做芯片的存儲。由于工藝中采用了該托盤，解決了劃片和MEMS芯片去膠，清洗和結構釋放先后之間的矛盾問題，并且防止半劃透的硅晶圓片在劃片后揭膜、去膠、清洗和結構釋放過程中裂開的問題。本專利技術還提供一種MEMS硅晶圓片劃片切割和結構釋放方法中使用的托盤，包括托盤本體，所述托盤本體底部上設置有濾孔，所述托盤本體底部通過十字架隔開形成多個格子，所述格本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種MEMS硅晶圓片劃片切割和結構釋放方法，其特征在于，包括以下步驟：步驟1：貼UV膜,在MEMS硅晶圓片背面貼UV膜；對硅晶圓片正面進行涂膠保護；步驟2：第一次劃片，將貼UV膜的硅晶圓片正面朝上放置在劃片機的劃片臺上，根據硅晶圓片厚度，設置硅晶圓片的第一次劃片的厚度或劃片刀的刀高；第一次劃片的厚度為硅晶圓片厚度的40～55%；設置劃片刀的進刀速度小于10毫米/秒；設置硅晶圓片的劃片切割參數，對硅晶圓片進行對位操作，進行第一次劃片；步驟3：第二次劃片，全劃透時，設置第二次劃片的厚度為所述硅晶圓片厚度或劃片刀的刀高為UV膜厚度；半劃透時，設置第二次劃片的刀高為所述硅晶圓片需要保留的殘留硅厚度加UV膜厚度，進行第二次劃片；步驟4：劃片后，對硅晶圓片進行劃片后的清洗和甩干；步驟5：消除UV粘性，對劃片后的硅晶圓片的背面粘貼的UV膜進行照射2～10分鐘，消除UV膜粘性的80%～90%；步驟6：濕法去膠，對半劃透的硅晶圓片，揭下硅晶圓片背面的UV膜后，放置在設有濾孔的托盤內；對全劃透的硅晶圓片，在UV膜上拾取芯片放在設有濾孔的托盤格子內；再將托盤放入去膠液中去膠；步驟7：去膠后，脫液和脫水，將放置硅晶圓片或芯片的托盤浸入異丙醇（IPA）溶液中脫液和脫水；步驟8：結構釋放，將放置硅晶圓片或芯片的托盤放在結構釋放設備的工藝腔體中，進行結構釋放。...

【技術特征摘要】
1.一種MEMS硅晶圓片劃片切割和結構釋放方法，其特征在于，包括以下步驟: 步驟1:貼UV膜，在MEMS硅晶圓片背面貼UV膜；對硅晶圓片正面進行涂膠保護； 步驟2:第一次劃片，將貼UV膜的硅晶圓片正面朝上放置在劃片機的劃片臺上，根據硅晶圓片厚度，設置硅晶圓片的第一次劃片的厚度或劃片刀的刀高；第一次劃片的厚度為硅晶圓片厚度的40 55% ;設置劃片刀的進刀速度小于10毫米/秒；設置硅晶圓片的劃片切割參數，對硅晶圓片進行對位操作，進行第一次劃片； 步驟3:第二次劃片，全劃透時，設置第二次劃片的厚度為所述硅晶圓片厚度或劃片刀的刀高為UV膜厚度；半劃透時，設置第二次劃片的刀高為所述硅晶圓片需要保留的殘留硅厚度加UV膜厚度，進行第二次劃片； 步驟4:劃片后，對硅晶圓片進行劃片后的清洗和甩干； 步驟5:消除UV粘性，對劃片后的硅晶圓片的背面粘貼的UV膜進行照射2 10分鐘，消除UV膜粘性的80% 90% ； 步驟6:濕法去膠，對半劃透的硅晶圓片，揭下硅晶圓片背面的UV膜后，放置在設有濾孔的托盤內；對全劃透的硅晶圓片，在UV膜上拾取芯片放在設有濾孔的托盤格子內；再將托盤放入去膠液中去膠； 步驟7:去膠后，脫液和脫水，將放置硅晶圓片或芯片的托盤浸入異丙醇(IPA)溶液中脫液和脫水； 步驟8:結構釋放，將放置硅晶圓片或芯片的托盤放在結構釋放設備的工藝腔體中，進行結構釋放。2.根據權利要求1所述 一種MEMS硅晶圓片劃片切割和結構釋放方法，其特征在于，還包括步驟9:對半劃片處理的硅晶圓片，在結構釋放后，對硅晶圓片的每個芯片進行電學測試； 步驟10:測試結束后，對于半劃片處理的硅晶圓片進行背面第二次貼膜，再按照劃片痕跡X或Y方向用手從硅晶圓片背面貼膜處把硅晶圓片頂裂開，從背面用塑料滾輪輕滾，確保所有的芯片完全分開； 步驟11:對步驟10處理后的硅晶圓片進行擴晶處理，使芯片向四周...

【專利技術屬性】
技術研發人員：甘先鋒，楊水長，王宏臣，孫瑞山，
申請(專利權)人：煙臺睿創微納技術有限公司，
類型：發明
國別省市：