一种MEMS晶圆切割和晶圆级释放及测试方法

摘要

本发明涉及一种MEMS晶圆切割清洗及释放方法，包括以下步骤：晶圆正面涂光刻胶，背面减薄处理；键合，晶圆背面和玻璃底座的正面同UV胶键合；切割，采用台阶切割，两步切割连续完成；清洗和甩干晶圆；结构释放，将晶圆及玻璃底座整体放入去胶设备中进行结构释放；解键合：使用UV照射机降低晶圆与玻璃底座之间的UV胶的粘性；对晶圆进行扩膜；利用芯片拾取设备将芯片从UV膜取下放入托盘中；裂片和扩膜；光学检测机封装测试；不需要两次对位，保证了两次切割位置的精准性，实现了晶圆级的结构释放和测试，效率较高。

权利要求

1.一种MEMS晶圆切割和晶圆级释放及测试方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1：对MEMS晶圆正面涂光刻胶进行保护，背面利用减薄设备进行减薄，减薄后晶圆的厚度为100～300μm；

步骤2：在玻璃底座正面涂覆UV胶，直径与MEMS晶圆一致，MEMS晶圆正面朝上固定在透明的玻璃底座上，背面通过UV胶将MEMS晶圆的背面和玻璃底座正面进行临时键合；

步骤3：对载有MEMS晶圆的玻璃底座的背面进行第一次贴膜，所述第一次贴膜为蓝膜，将晶圆及玻璃底座整体固定在切割专用不锈钢框架上；

步骤4：切割，采用台阶切割，两步切割连续完成，沿切割方向上设有两个对齐的切刀片，两个切刀片连续切割；前切刀片先切割晶圆，后切刀片后切割晶圆，前切刀片将MEMS晶圆划透，后切刀片切入玻璃底座，且不划透玻璃底座，切割的进刀速度3～30mm/s，前后切刀片的厚度为30～60μm；

步骤5：清洗和甩干晶圆；

步骤6：将玻璃底座及MEMS晶圆整体从第一次贴膜上取下，并利用湿法去胶去除MEMS晶圆表面的光刻胶及硅屑硅渣；

步骤7：把带有玻璃底座的MEMS晶圆放入去胶设备中，进行晶圆级结构释放，释放完毕后，将晶圆取出，利用探针台对临时键合在玻璃底座上的MEMS晶圆进行晶圆级测试；

步骤8：解键合，使用UV照射机，对晶圆和玻璃底座之间的UV胶进行照射，照射时间控制在30～100s，调节UV灯管能量在120～360mJ/cm2之间，可将UV胶的粘性降到以前的1～

10％；

步骤9：在载有MEMS晶圆的玻璃底座背面进行第二次贴膜，把玻璃底座固定在不锈钢框架上，把玻璃底座背面的气泡移出；

步骤10：利用裂片装置沿着MEMS晶圆切割道将玻璃底座裂开，确保所所有芯片完全分开，然后，利用扩膜机对晶圆进行扩膜处理，使所有芯片向四周均匀扩开；

步骤11：利用进行晶圆级光学检测，分选出合格芯片

步骤12：封装测试，利用芯片拾取设备，将芯片放入芯片储存盒中，进行封装测试。

2.根据权利要求1所述的一种MEMS晶圆切割和晶圆级释放及测试方法，其特征在于，所述玻璃底座的厚度为200～400μm。

3.根据权利要求1所述的一种MEMS晶圆切割和晶圆级释放及测试方法，其特征在于，步骤9中，所述第二次贴膜为蓝膜或UV膜。

4.根据权利要求1所述的一种MEMS晶圆切割和晶圆级释放及测试方法，其特征在于，所述第一次贴膜和第二次贴膜的厚度为80～120mm。

5.根据权利要求1所述的一种MEMS晶圆切割和晶圆级释放及测试方法，其特征在于，步骤4中后切刀片切入玻璃底座的深度为所述玻璃底座厚度的30％～70％。

6.根据权利要求1所述的一种MEMS晶圆切割和晶圆级释放及测试方法，其特征在于，步骤10中，得到扩散的芯片，每个芯片之间的间距控制在50～200μm。

7.根据权利要求1所述的一种MEMS晶圆切割和晶圆级释放及测试方法，其特征在于，步骤4中，所述前切刀片的厚度大于所述后切刀片的厚度。

说明书

一种MEMS晶圆切割和晶圆级释放及测试方法

技术领域

[0001] 本发明设计一种MEMS晶圆切割和晶圆级释放及测试方法，属于微机电系统微细加工和晶圆切割方法。

背景技术

[0002] 微机电系统(MEMS，Micro-Electro-Mechanical System)是一种基于微电子技术和微加工技术的一种高科技领域。MEMS技术可将机械构件、驱动部件、电控系统、数字处理系统等集成为一个整体的微型单元。MEMS器件具有微小、智能、可执行、可集成、工艺兼容性好、成本低等诸多优点。MEMS技术的发展开辟了一个全新的技术领域和产业，利用MEMS技术制作的微传感器、微执行器、微型构件、微机械光学器件、真空微电子器件、电力电子器件等在航空、航天、汽车、生物医学、环境监控、军事，物联网等领域中都有着十分广阔的应用前景。

[0003] 在MEMS器件的制造工艺中，很多复杂的三维或支撑结构都利用牺牲层释放工艺。即在形成微机械结构空腔或者可活动微结构过程中，先在介质薄膜上沉积结构材料，再用光刻和蚀刻工艺制备所需的各种特殊结构，然后制备支撑层结构(空腔或微结构件)。由于被去掉结构材料只起分离层作用，故称其为牺牲层(Sacrificial Layer)，常用的牺牲层材料主要有氧化硅、多晶硅、聚酰亚胺(Polyimide)等。利用牺牲层可制造出多种活动的微结构，如微型桥、悬臂梁、移动部件和质量块等，所以MEMS器件制作完成后，MEMS结构释放是MEMS器件制造工艺中关键的一道工序。

[0004] MEMS晶圆需要在完成前道各种制造工序后进行切割，把晶圆切割成单个的芯片，然后进行封装测试。结构释放可以选择在切割之前进行，也可以选择在切割之后进行。由于晶圆中的芯片具有MEMS结构，所以在切割清洗释放的先后顺序上三者存在矛盾，如果处理不好会导致MEMS芯片损坏或全报废。

[0005] 处理MEMS切割清洗和结构释放之间的矛盾，现有解决技术方案主要有：

[0006] 1)先对晶圆进行结构释放，然后进行激光切割，不需要湿法清洗；利用隐形激光切割，设备昂贵且工艺复杂，晶圆需要先进行减薄处理，切割完后还需要用裂片机裂片和扩膜，且切割道不能有图形，尤其是带金属图形，会反射激光能量。切割道要求仅是硅材质，含有氮化硅或二氧化硅也会影响光的吸收。隐形激光切割对晶圆切割道的布局有特殊要求，把切割道的图形单独设计后会占用芯片面积，减少了晶圆上的有效芯片数目。

[0007] 2)先对晶圆进行结构释放，对晶圆的MEMS结构进行打孔贴膜保护，再进行背面切割；由于对晶圆的MEMS结构进行贴膜保护，需要增加工序且工序复杂，背面切割问题是成本高，作业效率低，良率不稳定，不适合MEMS占比高的芯片

[0008] 3)先对晶圆正面进行涂胶保护，然后进行光刻，利用等离子体切割进行切割，然后再进行释放；需要进行光刻，释放前还需要进行减薄，光刻设备，减薄设备及等离子体切割设备都非常昂贵。

[0009] 对比文件中国专利CN 103068318 A公开了一种MEMS硅晶圆圆片切割和结构释放方法，显著问题是没有实现晶圆级作业，需要手动裂片，利用真空吸笔拾取单个芯片，再放置到托盘中去胶，而一个硅晶圆片中包含成千上万个芯片，单个拾取效率较低，且后续的结构释放和测试也是单芯释放和测试，效率较低；另外，该对比文件中两次切割在同一位置，且切割位置严格对齐，但是切割完一次后，再次从头切割，需要两次对位，且两次对位切割位置不可能完全重合，生产效率低。

发明内容

[0010] 本发明针对上述现有技术中存在的不足，提供一种切割效率高、清洗方便且释放简单的MEMS晶圆切割清洗及释放方法。

[0011] 本发明解决上述技术问题的技术方案如下：一种MEMS晶圆切割和晶圆级释放及测试方法，包括以下步骤：

[0012] 步骤1：对MEMS晶圆正面涂光刻胶进行保护，背面利用减薄设备进行减薄，减薄后晶圆的厚度为100～300μm；

[0013] 步骤2：在玻璃底座正面涂覆UV胶，直径与MEMS晶圆一致，MEMS晶圆正面朝上固定在透明的玻璃底座上，背面通过UV胶将MEMS晶圆的背面和玻璃底座正面进行临时键合；

[0014] 步骤3：对载有MEMS晶圆的玻璃底座的背面进行第一次贴膜，所述第一次贴膜为蓝膜，将晶圆及玻璃底座整体固定在切割专用不锈钢框架上；

[0015] 步骤4：切割，采用台阶切割，两步切割连续完成，沿切割方向上设有两个对齐的切刀片，两个切刀片连续切割；前切刀片先切割晶圆，后切刀片后切割晶圆，前切刀片将MEMS晶圆划透，后切刀片切入玻璃底座，且不划透玻璃底座，切割的进刀速度3～30mm/s，前后切刀片的厚度为30～60μm；

[0016] 步骤5：清洗和甩干晶圆；

[0017] 步骤6：将玻璃底座及MEMS晶圆整体从第一次贴膜上取下，并利用湿法去胶去除MEMS晶圆表面的光刻胶及硅屑硅渣；

[0018] 步骤7：把带有玻璃底座的MEMS晶圆放入去胶设备中，进行晶圆级结构释放，释放完毕后，将晶圆取出，利用探针台对临时键合在玻璃底座上的MEMS晶圆进行晶圆级测试；

[0019] 步骤8：解键合，使用UV照射机，对晶圆和玻璃底座之间的UV胶进行照射，照射时间控制在30～100s，调节UV灯管能量在120～360mJ/cm2之间，可将UV胶的粘性降到以前的1～10％；

[0020] 步骤9：在载有MEMS晶圆的玻璃底座背面进行第二次贴膜，把玻璃底座固定在不锈钢框架上，把玻璃底座背面的气泡移出；

[0021] 步骤10：利用裂片装置沿着MEMS晶圆切割道将玻璃底座裂开，确保所所有芯片完全分开，然后，利用扩膜机对晶圆进行扩膜处理，使所有芯片向四周均匀扩开；

[0022] 步骤11：利用进行晶圆级光学检测，分选出合格芯片

[0023] 步骤12：封装测试，利用芯片拾取设备，将芯片放入芯片储存盒中，进行封装测试。

[0024] 本发明中MEMS晶圆切割清洗及释放方法的有益效果是：

[0025] (1)步骤4中采用台阶切割，两步切割连续完成，一次切割就能将晶圆切割成若干个芯片，不需要重新对位，切割位置完全重合，切割效率高、质量好；

[0026] (2)步骤8中通过控制UV照射机的照射能量和照射时间，将UV膜的粘性降到以前的1～10％，粘性更低，效果更好；

[0027] (3)透明玻璃底座上涂覆UV胶和MEMS晶圆实施临时键合，将MEMS晶圆级玻璃底座整体进行结构释放和测试，实现晶圆级释放及测试，通过UV照射解键合后将MEMS芯片和玻璃底座分离，利用芯片拾取设备拾取芯片，将芯片放入储存芯片盒中进入后续封装工序，大大提高了释放及测试效率；

[0028] 进一步，所述玻璃底座的厚度为200～400μm。

[0029] 进一步，步骤9中，所述第二次贴膜为蓝膜或UV膜。

[0030] 进一步，步骤1中的贴UV膜时，从贴膜机后卷筒中拉出UV膜，长度超出所述不锈钢框架2～10cm。

[0031] 进一步，所述UV膜的厚度为80～120mm。

[0032] 进一步，步骤4中，后切刀片切入玻璃底座的深度为所述玻璃底座厚度的30％～70％。

[0033] 采用上述进一步技术方案的有益效果是：无论多么均匀的UV膜，厚度都会有偏差，后切刀片在切割晶圆时，刀刃切割到玻璃底座，切入玻璃底座的深度为所述玻璃底座厚度的30％～70％，这样才能保证晶圆全划透。

[0034] 进一步，步骤10中，得到扩散的芯片，每个芯片之间的间距控制在50～200μm。

[0035] 进一步，所述前切刀片的厚度大于所述后切刀片的厚度。

附图说明

[0036] 图1为本发明中正面涂光刻胶之后的晶圆示意图；

[0037] 图2为本发明中正面涂UV胶之后的玻璃底座示意图；

[0038] 图3为本发明中晶圆及玻璃底座整体放在不锈钢框架上的示意图；

[0039] 图4切割后的晶圆及玻璃底座整体放在不锈钢框架上的示意图；

[0040] 图5清洗后的晶圆及玻璃底座整体示意图；

[0041] 图6扩膜后的晶圆及玻璃底座整体示意图；

[0042] 在附图中，各标号所表示的部件名称列表如下：1、晶圆，2、光刻胶，3、玻璃底座，4、UV胶，5、晶圆及玻璃底座整体，6、第一次贴膜，7、不锈钢框架，8、第二次贴膜，9、扩晶环。

具体实施方式

[0043] 以下结合附图对本发明的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本发明，并非用于限定本发明的范围。

[0044] 如图1至图6所示，一种MEMS晶圆切割清洗及释放方法，包括以下步骤：

[0045] 步骤1：对MEMS晶圆1正面涂光刻胶2进行保护，背面利用减薄设备进行减薄，减薄后晶圆1的厚度为100～300μm。

[0046] 步骤2：在玻璃底座3正面涂覆UV胶4，直径与MEMS晶圆1一致，MEMS晶圆1正面朝上固定在透明的玻璃底座3上，背面通过UV胶4将MEMS晶圆1的背面和玻璃底座3正面进行临时键合。

[0047] 步骤3：对载有MEMS晶圆1的玻璃底座3的背面进行第一次贴膜6保护，所述第一次贴膜为蓝膜，然后，将晶圆及玻璃底座整体5固定在切割专用不锈钢框架7上。

[0048] 步骤4：切割，采用台阶切割，两步切割连续完成，沿切割方向上设有两个对齐的切刀片，两个切刀片连续切割；前切刀片先切割晶圆1，后切刀片后切割晶圆1，前切刀片将MEMS晶圆1划透，后切刀片切入玻璃底座，且不划透玻璃底座，切割的进刀速度3～30mm/s，设置晶圆1的pitch值(即芯片在X方向和Y方向的大小)及其它的切割参数，对晶圆1进行对位操作，对Ch1，进行θ轴方向调整，左右移动工作台并调整切割基准线，确认参数后，进行Ch2的切割道和步进确认，确认参数后，开始划片；前后切刀片的厚度为30～60μm，两次切割后，晶圆1全划透，分隔成单个芯片，如图4所示。

[0049] 步骤5：清洗和甩干晶圆1，清洗后的晶圆1如图5所示。

[0050] 步骤6：将玻璃底座及MEMS晶圆整体5从第一次贴膜6上取下，并利用湿法去胶去除MEMS晶圆1表面的光刻胶2及硅屑硅渣。

[0051] 步骤7：把带有玻璃底座的MEMS晶圆1放入去胶设备中，进行晶圆级结构释放，释放完毕后，将晶圆1取出，利用探针台对临时键合在玻璃底座3上的MEMS晶圆1进行晶圆级测试。

[0052] 步骤8：解键合，使用UV照射机，对晶圆1和玻璃底座3之间的UV胶4进行照射，照射时间控制在30～100s，调节UV灯管能量在120～360mJ/cm2之间，可将UV胶的粘性降到以前的1～10％。

[0053] 步骤9：在载有MEMS晶圆的玻璃底座3背面进行第二次贴膜8，所述第二次贴膜8为UV膜或蓝膜，把玻璃底座3固定在不锈钢框架7上，把玻璃底座3背面的气泡移出。

[0054] 步骤10：利用裂片装置沿着MEMS晶圆1切割道将玻璃底座3裂开，确保所有芯片完全分开，然后，利用扩膜机对晶圆1进行扩膜处理，使所有芯片向四周均匀扩开，所述扩膜机上设有扩晶环9，扩膜后，把扩晶环9外多余的UV膜或蓝膜划掉，如图6所示。

[0055] 步骤11：利用进行晶圆级光学检测，分选出合格芯片。

[0056] 步骤12：封装测试，利用芯片拾取设备，将芯片放入芯片储存盒中，进行封装测试。

[0057] 以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。