本發(fā)明設(shè)計一種MEMS晶圓切割和晶圓級釋放及測試方法，屬于微機電系統(tǒng)微細加工和晶圓切割方法。

背景技術(shù)：

微機電系統(tǒng)(MEMS，Micro-Electro-Mechanical System)是一種基于微電子技術(shù)和微加工技術(shù)的一種高科技領(lǐng)域。MEMS技術(shù)可將機械構(gòu)件、驅(qū)動部件、電控系統(tǒng)、數(shù)字處理系統(tǒng)等集成為一個整體的微型單元。MEMS器件具有微小、智能、可執(zhí)行、可集成、工藝兼容性好、成本低等諸多優(yōu)點。MEMS技術(shù)的發(fā)展開辟了一個全新的技術(shù)領(lǐng)域和產(chǎn)業(yè)，利用MEMS技術(shù)制作的微傳感器、微執(zhí)行器、微型構(gòu)件、微機械光學(xué)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(yī)學(xué)、環(huán)境監(jiān)控、軍事，物聯(lián)網(wǎng)等領(lǐng)域中都有著十分廣闊的應(yīng)用前景。

在MEMS器件的制造工藝中，很多復(fù)雜的三維或支撐結(jié)構(gòu)都利用犧牲層釋放工藝。即在形成微機械結(jié)構(gòu)空腔或者可活動微結(jié)構(gòu)過程中，先在介質(zhì)薄膜上沉積結(jié)構(gòu)材料，再用光刻和蝕刻工藝制備所需的各種特殊結(jié)構(gòu)，然后制備支撐層結(jié)構(gòu)(空腔或微結(jié)構(gòu)件)。由于被去掉結(jié)構(gòu)材料只起分離層作用，故稱其為犧牲層(Sacrificial Layer)，常用的犧牲層材料主要有氧化硅、多晶硅、聚酰亞胺(Polyimide)等。利用犧牲層可制造出多種活動的微結(jié)構(gòu)，如微型橋、懸臂梁、移動部件和質(zhì)量塊等，所以MEMS器件制作完成后，MEMS結(jié)構(gòu)釋放是MEMS器件制造工藝中關(guān)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，把晶圓切割成單個的芯片，然后進行封裝測試。結(jié)構(gòu)釋放可以選擇在切割之前進行，也可以選擇在切割之后進行。由于晶圓中的芯片具有MEMS結(jié)構(gòu)，所以在切割清洗釋放的先后順序上三者存在矛盾，如果處理不好會導(dǎo)致MEMS芯片損壞或全報廢。

處理MEMS切割清洗和結(jié)構(gòu)釋放之間的矛盾，現(xiàn)有解決技術(shù)方案主要有：

1)先對晶圓進行結(jié)構(gòu)釋放，然后進行激光切割，不需要濕法清洗；利用隱形激光切割，設(shè)備昂貴且工藝復(fù)雜，晶圓需要先進行減薄處理，切割完后還需要用裂片機裂片和擴膜，且切割道不能有圖形，尤其是帶金屬圖形，會反射激光能量。切割道要求僅是硅材質(zhì)，含有氮化硅或二氧化硅也會影響光的吸收。隱形激光切割對晶圓切割道的布局有特殊要求，把切割道的圖形單獨設(shè)計后會占用芯片面積，減少了晶圓上的有效芯片數(shù)目。

2)先對晶圓進行結(jié)構(gòu)釋放，對晶圓的MEMS結(jié)構(gòu)進行打孔貼膜保護，再進行背面切割；由于對晶圓的MEMS結(jié)構(gòu)進行貼膜保護，需要增加工序且工序復(fù)雜，背面切割問題是成本高，作業(yè)效率低，良率不穩(wěn)定，不適合MEMS占比高的芯片

3)先對晶圓正面進行涂膠保護，然后進行光刻，利用等離子體切割進行切割，然后再進行釋放；需要進行光刻，釋放前還需要進行減薄，光刻設(shè)備，減薄設(shè)備及等離子體切割設(shè)備都非常昂貴。

對比文件中國專利CN 103068318 A公開了一種MEMS硅晶圓圓片切割和結(jié)構(gòu)釋放方法，顯著問題是沒有實現(xiàn)晶圓級作業(yè)，需要手動裂片，利用真空吸筆拾取單個芯片，再放置到托盤中去膠，而一個硅晶圓片中包含成千上萬個芯片，單個拾取效率較低，且后續(xù)的結(jié)構(gòu)釋放和測試也是單芯釋放和測試，效率較低；另外，該對比文件中兩次切割在同一位置，且切割位置嚴(yán)格對齊，但是切割完一次后，再次從頭切割，需要兩次對位，且兩次對位切割位置不可能完全重合，生產(chǎn)效率低。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明針對上述現(xiàn)有技術(shù)中存在的不足，提供一種切割效率高、清洗方便且釋放簡單的MEMS晶圓切割清洗及釋放方法。

本發(fā)明解決上述技術(shù)問題的技術(shù)方案如下：一種MEMS晶圓切割和晶圓級釋放及測試方法，包括以下步驟：

步驟1：對MEMS晶圓正面涂光刻膠進行保護，背面利用減薄設(shè)備進行減薄，減薄后晶圓的厚度為100～300μm；

步驟2：在玻璃底座正面涂覆UV膠，直徑與MEMS晶圓一致，MEMS晶圓正面朝上固定在透明的玻璃底座上，背面通過UV膠將MEMS晶圓的背面和玻璃底座正面進行臨時鍵合；

步驟3：對載有MEMS晶圓的玻璃底座的背面進行第一次貼膜，所述第一次貼膜為藍膜，將晶圓及玻璃底座整體固定在切割專用不銹鋼框架上；

步驟4：切割，采用臺階切割，兩步切割連續(xù)完成，沿切割方向上設(shè)有兩個對齊的切刀片，兩個切刀片連續(xù)切割；前切刀片先切割晶圓，后切刀片后切割晶圓，前切刀片將MEMS晶圓劃透，后切刀片切入玻璃底座，且不劃透玻璃底座，切割的進刀速度3～30mm/s，前后切刀片的厚度為30～60μm；

步驟5：清洗和甩干晶圓；

步驟6：將玻璃底座及MEMS晶圓整體從第一次貼膜上取下，并利用濕法去膠去除MEMS晶圓表面的光刻膠及硅屑硅渣；

步驟7：把帶有玻璃底座的MEMS晶圓放入去膠設(shè)備中，進行晶圓級結(jié)構(gòu)釋放，釋放完畢后，將晶圓取出，利用探針臺對臨時鍵合在玻璃底座上的MEMS晶圓進行晶圓級測試；

步驟8：解鍵合，使用UV照射機，對晶圓和玻璃底座之間的UV膠進行照射，照射時間控制在30～100s，調(diào)節(jié)UV燈管能量在120～360mJ/cm²之間，可將UV膠的粘性降到以前的1～10％；

步驟9：在載有MEMS晶圓的玻璃底座背面進行第二次貼膜，把玻璃底座固定在不銹鋼框架上，把玻璃底座背面的氣泡移出；

步驟10：利用裂片裝置沿著MEMS晶圓切割道將玻璃底座裂開，確保所所有芯片完全分開，然后，利用擴膜機對晶圓進行擴膜處理，使所有芯片向四周均勻擴開；

步驟11：利用進行晶圓級光學(xué)檢測，分選出合格芯片

步驟12：封裝測試，利用芯片拾取設(shè)備，將芯片放入芯片儲存盒中，進行封裝測試。

本發(fā)明中MEMS晶圓切割清洗及釋放方法的有益效果是：

(1)步驟4中采用臺階切割，兩步切割連續(xù)完成，一次切割就能將晶圓切割成若干個芯片，不需要重新對位，切割位置完全重合，切割效率高、質(zhì)量好；

(2)步驟8中通過控制UV照射機的照射能量和照射時間，將UV膜的粘性降到以前的1～10％，粘性更低，效果更好；

(3)透明玻璃底座上涂覆UV膠和MEMS晶圓實施臨時鍵合，將MEMS晶圓級玻璃底座整體進行結(jié)構(gòu)釋放和測試，實現(xiàn)晶圓級釋放及測試，通過UV照射解鍵合后將MEMS芯片和玻璃底座分離，利用芯片拾取設(shè)備拾取芯片，將芯片放入儲存芯片盒中進入后續(xù)封裝工序，大大提高了釋放及測試效率；

進一步，所述玻璃底座的厚度為200～400μm。

進一步，步驟9中，所述第二次貼膜為藍膜或UV膜。

進一步，步驟1中的貼UV膜時，從貼膜機后卷筒中拉出UV膜，長度超出所述不銹鋼框架2～10cm。

進一步，所述UV膜的厚度為80～120mm。

進一步，步驟4中，后切刀片切入玻璃底座的深度為所述玻璃底座厚度的30％～70％。

采用上述進一步技術(shù)方案的有益效果是：無論多么均勻的UV膜，厚度都會有偏差，后切刀片在切割晶圓時，刀刃切割到玻璃底座，切入玻璃底座的深度為所述玻璃底座厚度的30％～70％，這樣才能保證晶圓全劃透。

進一步，步驟10中，得到擴散的芯片，每個芯片之間的間距控制在50～200μm。

進一步，所述前切刀片的厚度大于所述后切刀片的厚度。

附圖說明

圖1為本發(fā)明中正面涂光刻膠之后的晶圓示意圖；

圖2為本發(fā)明中正面涂UV膠之后的玻璃底座示意圖；

圖3為本發(fā)明中晶圓及玻璃底座整體放在不銹鋼框架上的示意圖；

圖4切割后的晶圓及玻璃底座整體放在不銹鋼框架上的示意圖；

圖5清洗后的晶圓及玻璃底座整體示意圖；

圖6擴膜后的晶圓及玻璃底座整體示意圖；

在附圖中，各標(biāo)號所表示的部件名稱列表如下：1、晶圓，2、光刻膠，3、玻璃底座，4、UV膠，5、晶圓及玻璃底座整體，6、第一次貼膜，7、不銹鋼框架，8、第二次貼膜，9、擴晶環(huán)。

具體實施方式

以下結(jié)合附圖對本發(fā)明的原理和特征進行描述，所舉實例只用于解釋本發(fā)明，并非用于限定本發(fā)明的范圍。

如圖1至圖6所示，一種MEMS晶圓切割清洗及釋放方法，包括以下步驟：

步驟1：對MEMS晶圓1正面涂光刻膠2進行保護，背面利用減薄設(shè)備進行減薄，減薄后晶圓1的厚度為100～300μm。

步驟2：在玻璃底座3正面涂覆UV膠4，直徑與MEMS晶圓1一致，MEMS晶圓1正面朝上固定在透明的玻璃底座3上，背面通過UV膠4將MEMS晶圓1的背面和玻璃底座3正面進行臨時鍵合。

步驟3：對載有MEMS晶圓1的玻璃底座3的背面進行第一次貼膜6保護，所述第一次貼膜為藍膜，然后，將晶圓及玻璃底座整體5固定在切割專用不銹鋼框架7上。

步驟4：切割，采用臺階切割，兩步切割連續(xù)完成，沿切割方向上設(shè)有兩個對齊的切刀片，兩個切刀片連續(xù)切割；前切刀片先切割晶圓1，后切刀片后切割晶圓1，前切刀片將MEMS晶圓1劃透，后切刀片切入玻璃底座，且不劃透玻璃底座，切割的進刀速度3～30mm/s，設(shè)置晶圓1的pitch值(即芯片在X方向和Y方向的大小)及其它的切割參數(shù)，對晶圓1進行對位操作，對Ch1，進行θ軸方向調(diào)整，左右移動工作臺并調(diào)整切割基準(zhǔn)線，確認(rèn)參數(shù)后，進行Ch2的切割道和步進確認(rèn)，確認(rèn)參數(shù)后，開始劃片；前后切刀片的厚度為30～60μm，兩次切割后，晶圓1全劃透，分隔成單個芯片，如圖4所示。

步驟5：清洗和甩干晶圓1，清洗后的晶圓1如圖5所示。

步驟6：將玻璃底座及MEMS晶圓整體5從第一次貼膜6上取下，并利用濕法去膠去除MEMS晶圓1表面的光刻膠2及硅屑硅渣。

步驟7：把帶有玻璃底座的MEMS晶圓1放入去膠設(shè)備中，進行晶圓級結(jié)構(gòu)釋放，釋放完畢后，將晶圓1取出，利用探針臺對臨時鍵合在玻璃底座3上的MEMS晶圓1進行晶圓級測試。

步驟8：解鍵合，使用UV照射機，對晶圓1和玻璃底座3之間的UV膠4進行照射，照射時間控制在30～100s，調(diào)節(jié)UV燈管能量在120～360mJ/cm²之間，可將UV膠的粘性降到以前的1～10％。

步驟9：在載有MEMS晶圓的玻璃底座3背面進行第二次貼膜8，所述第二次貼膜8為UV膜或藍膜，把玻璃底座3固定在不銹鋼框架7上，把玻璃底座3背面的氣泡移出。

步驟10：利用裂片裝置沿著MEMS晶圓1切割道將玻璃底座3裂開，確保所有芯片完全分開，然后，利用擴膜機對晶圓1進行擴膜處理，使所有芯片向四周均勻擴開，所述擴膜機上設(shè)有擴晶環(huán)9，擴膜后，把擴晶環(huán)9外多余的UV膜或藍膜劃掉，如圖6所示。

步驟11：利用進行晶圓級光學(xué)檢測，分選出合格芯片。

步驟12：封裝測試，利用芯片拾取設(shè)備，將芯片放入芯片儲存盒中，進行封裝測試。

以上所述僅為本發(fā)明的較佳實施例，并不用以限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換、改進等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。