一种MEMS晶圆芯片的分离方法与流程

本发明属于MEMS芯片技术领域，特别是涉及一种MEMS晶圆芯片的分离方法。

背景技术：

微机电系统(MEMS，Micro-Electro-Mechanical System)是一种集微电子技术和微加工技术于一体的系统，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，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。芯片分离技术是指，利用刀片切割(Blade Dicing)或激光切割(Laser Dicing)或划切(Scratch Dicing)等方式，按照晶圆特有的切割道街区进行切割分离，从而使晶圆分离成一颗一颗的芯片，再进行后续封装，制作成相应的器件。MEMS芯片的微机械结构多采用微桥、悬臂梁、移动部件和质量块等，该类型结构承受水压和气压的能力较弱，在对芯片进行加工的过程中必须保证不能破坏这些决定芯片性能的微机械结构，因此如何使MEMS晶圆芯片分离而又使芯片表面不产生不易去除的颗粒显得尤为重要。

对于MEMS产品的分离，现有技术中有如下两种方式：一是采用全切透工艺，但这样的话，单芯作业的后端封测工作效率比较低，具体的，就是说MEMS晶圆先进行结构释放就不利于后面的切割操作，因为传统的切割有冲水和清洗工艺，会破坏MEMS结构，甚至造成MEMS结构整体从ASIC电路上剥离，且切割过程中会产生大量的硅屑硅渣，对MEMS结构造成沾污，易导致MEMS结构失效，甚至造成晶圆直接报废；二是采用半切透裂片工艺，一种是使用隐形激光切割(Stealth Dicing)，缺点是设备昂贵且工艺复杂，隐形激光切割对晶圆切割道的布局有特殊要求，若单独为隐形激光切割设计图形结构将会挤压芯片空间，减少单位面积芯片产出，而且对切割道内材质有严格要求，只能是硅材质，其他材质将会反射激光，同时MEMS晶圆结构脆弱，减薄工艺复杂且容易破坏正面芯片结构，另一种是使用裂片设备进行裂片使芯片分离，在使用裂片机进行裂片时，切割道内将会崩出很多细小的硅渣硅粉，这些硅渣一旦掉落至MEMS芯片表面，由于MEMS芯片结构的脆弱性，使用其他物理及化学方法将很难去除这些颗粒，影响晶圆良率和后续封装的可靠性，还可以先对晶圆正面进行涂胶保护，然后进行Plasma Dicing切割，再对MEMS结构进行释放，这就需要先进行光刻，然而光刻设备及Plasma Dicing设备成本都高。

技术实现要素：

为解决上述问题，本发明提供了一种MEMS晶圆芯片的分离方法，能够降低分离成本，且避免崩边和硅渣硅粉造成的不利影响，提高产品良率和生产效率。

本发明提供的一种MEMS晶圆芯片的分离方法，包括：

对MEMS晶圆进行划片，利用不同的切割道划分出多个芯片区域；

在所述切割道所在的位置贴上保护膜，保持所述芯片区域暴露在外面；

对所述MEMS晶圆进行裂片；

去除所述保护膜，并对所述MEMS晶圆进行扩膜，分离出芯片。

优选的，在上述MEMS晶圆芯片的分离方法中，所述在所述切割道所在的位置贴上保护膜为：

在所述切割道所在的位置贴上UV膜。

优选的，在上述MEMS晶圆芯片的分离方法中，所述去除所述保护膜为：

利用波长为365nm的能量为100mJ/cm²至500mJ/cm²紫外光照射所述UV膜0.5分钟至5分钟，进行解UV。

优选的，在上述MEMS晶圆芯片的分离方法中，所述对所述MEMS晶圆进行扩膜为：

利用扩膜机对所述MEMS晶圆进行扩膜，直到相邻的芯片间距范围达到50微米至200微米。

优选的，在上述MEMS晶圆芯片的分离方法中，所述在所述切割道所在的位置贴上保护膜之前，还包括：

对所述保护膜进行打孔，所述孔与所述芯片区域的尺寸和位置相对应。

优选的，在上述MEMS晶圆芯片的分离方法中，所述对MEMS晶圆进行划片为：

对MEMS晶圆进行两次划片直到所述切割道的厚度为所述MEMS晶圆厚度的10％至30％。

通过上述描述可知，本发明提供的上述MEMS晶圆芯片的分离方法，由于包括MEMS晶圆进行划片，利用不同的切割道划分出多个芯片区域；在所述切割道所在的位置贴上保护膜，保持所述芯片区域暴露在外面；对所述MEMS晶圆进行裂片；去除所述保护膜，并对所述MEMS晶圆进行扩膜，分离出芯片，因此能够降低分离成本，且避免崩边和硅渣硅粉造成的不利影响，提高产品良率和生产效率。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。

图1为本申请实施例提供的第一种MEMS晶圆芯片的分离方法的示意图；

图2为减薄后的MEMS晶圆示意图；

图3为划片后的MEMS晶圆的示意图；

图4为打孔后的UV膜的示意图；

图5为将具有孔的UV膜与MEMS晶圆贴合在一起之后的示意图；

图6为除去UV膜和裂片之后的MEMS晶圆示意图；

图7为扩膜之后的MEMS晶圆示意图。

具体实施方式

本发明的核心思想在于提供一种MEMS晶圆芯片的分离方法，能够降低分离成本，且避免崩边和硅渣硅粉造成的不利影响，提高产品良率和生产效率。

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本申请实施例提供的第一种MEMS晶圆芯片的分离方法如图1所示，图1为本申请实施例提供的第一种MEMS晶圆芯片的分离方法的示意图，该方法包括如下步骤：

S1：对MEMS晶圆进行划片，利用不同的切割道划分出多个芯片区域；

需要说明的是，该步骤并不会将芯片切割出来，二是切割道位置预留相应的厚度，保持整个MEMS晶圆仍为一个整体。

S2：在所述切割道所在的位置贴上保护膜，保持所述芯片区域暴露在外面；

具体的，可以但不限于在安装有显微镜的工作台上对具有了切割道的MEMS晶圆进行对位并贴保护膜，除切割道被贴膜保护外，其它区域保持裸露状态，以避免对MEMS区域造成不利影响。

S3：对所述MEMS晶圆进行裂片；

在这种情况下，晶圆沿切割道裂开，产生的颗粒被保护膜粘附，不会影响MEMS结构，从而提高MEMS晶圆芯片的良率。

S4：去除所述保护膜，并对所述MEMS晶圆进行扩膜，分离出芯片。

具体的，分离出芯片之后，可以利用芯片拾取设备(Pick and Place)对合格芯片进行拾取，将芯片放入芯片储存盒中进入后续封装工序，这能够提高释放测试效率。

通过上述描述可知，本申请实施例提供的第一种MEMS晶圆芯片的分离方法，由于包括对MEMS晶圆进行划片，利用不同的切割道划分出多个芯片区域；在所述切割道所在的位置贴上保护膜，保持所述芯片区域暴露在外面；对所述MEMS晶圆进行裂片；去除所述保护膜，并对所述MEMS晶圆进行扩膜，分离出芯片，因此能够降低分离成本，且避免崩边和硅渣硅粉造成的不利影响，提高产品良率和生产效率。

本申请实施例提供的第二种MEMS晶圆芯片的分离方法，是在上述第一种MEMS晶圆芯片的分离方法的基础上，还包括如下技术特征：

所述在所述切割道所在的位置贴上保护膜为：

在所述切割道所在的位置贴上UV膜。

这种UV膜在UV照射之后更容易取下来，操作更方便，因此这里可以优选为UV膜，但并不仅限于这种膜，还可以是蓝膜或其他种类的膜。

本申请实施例提供的第三种MEMS晶圆芯片的分离方法，是在上述第二种MEMS晶圆芯片的分离方法的基础上，还包括如下技术特征：

所述去除所述保护膜为：

利用波长为365nm的能量为100mJ/cm²至500mJ/cm²紫外光照射所述UV膜0.5分钟至5分钟，进行解UV。

利用这种方式去除保护膜，UV胶的粘性会降低到以前的1％～10％，从而极大方便保护膜的取下，提高工作效率。

本申请实施例提供的第四种MEMS晶圆芯片的分离方法，是在上述第三种MEMS晶圆芯片的分离方法的基础上，还包括如下技术特征：

所述对所述MEMS晶圆进行扩膜为：

利用扩膜机对所述MEMS晶圆进行扩膜，直到相邻的芯片间距范围达到50微米至200微米。

具体的，可以但不限于利用扩晶环进行扩膜固定，扩膜后把扩晶环外多余的膜划掉。

本申请实施例提供的第五种MEMS晶圆芯片的分离方法，是在上述第一种MEMS晶圆芯片的分离方法的基础上，还包括如下技术特征：

所述在所述切割道所在的位置贴上保护膜之前，还包括：

对所述保护膜进行打孔，所述孔与所述芯片区域的尺寸和位置相对应。

具体的，可以但不限于利用打孔技术对保护膜进行打孔，打孔尺寸和芯片区域的大小及位置一致，只在MEMS芯片区域开孔，而切割道处保留所述保护膜。

本申请实施例提供的第六种MEMS晶圆芯片的分离方法，是在上述第一种至第五种MEMS晶圆芯片的分离方法中任一种的基础上，还包括如下技术特征：

所述对MEMS晶圆进行划片为：

对MEMS晶圆进行两次划片直到所述切割道的厚度为所述MEMS晶圆厚度的10％至30％。

具体的，可以把MEMS晶圆放置在切割机专用不锈钢料盒上，利用机械手臂进行传输，根据晶圆厚度设置MEMS晶圆的切割厚度或刀高，采用双轴切割机进行半切透切割，台阶(Step)切割轴一切入MEMS晶圆10％至30％，切割轴二切入MEMS晶圆40％至60％，切割完后预留晶圆厚度的10％至30％，此时整个晶圆还保持为一个整体。

综上所述，本发明提供的上述方法，采用的是半切割工艺，后续工艺可以进行晶圆级作业，提高了生产效率和良率，对切割道进行贴膜保护之后，裂片时产生的颗粒和硅渣被控制在膜以内，不会影响MEMS结构，从而提高生产效率和产品良率。

下面以一个具体的例子说明上述整个芯片分离流程：

(1)如图2所示，图2为减薄后的MEMS晶圆示意图，其中包括在MEMS晶圆1的表面的待分离的MEMS芯片2，该步骤是对MEMS晶圆1正面贴膜保护，利用减薄设备对MEMS晶圆1背面进行减薄，MEMS晶圆1厚度控制在100μm至500μm之内，减薄后将表面的保护膜揭掉；

(2)利用中间悬空的真空吸盘，MEMS晶圆1正面朝下放置在贴膜机吸盘正中央，从贴膜机后卷筒中拉出UV膜，长度超出不锈钢框架2厘米至10厘米，如膜局部有皱，需进一步拉紧直到四周均匀，用滚轮轻撵使膜平整紧贴MEMS晶圆1的背面及不锈钢框架上，把超出不锈钢框架上的UV膜切割掉；

(3)如图3所示，图3为划片后的MEMS晶圆的示意图，其表面设置了UV膜3，具体的，把MEMS晶圆1放置在切割机专用不锈钢料盒上，利用机械手臂进行传输，根据MEMS晶圆1的厚度设置MEMS晶圆1的切割厚度或刀高，采用双轴切割机进行半切透切割，台阶(Step)切割轴一切入MEMS晶圆10％至30％，轴二切入MEMS晶圆40％至60％，切割完后预留晶圆10％至30％，整个晶圆还是一个整体；

(4)切割完成后，利用切割机机械手臂连同不锈钢框架4将MEMS晶圆1从切割盘上传回到不锈钢料盒中；

(5)利用清洗机对切割后的MEMS晶圆进行清洗和甩干；

(6)利用UV照射机照射0.5分钟至5分钟，对MEMS晶圆进行解UV，能量控制在100至500mJ/cm²，波长为365nm，UV胶的粘性会降低到以前的1％至10％，以方便MEMS芯片与UV膜的分离；

(7)将MEMS晶圆放入释放托盘或载盘，利用机械手臂进行传输，在去胶机Chamber内进行晶圆级释放，晶圆释放数目1片至25片均可，提高了设备兼容性，同时提高了释放产品均匀性和重复性；

(8)释放完毕后将MEMS晶圆从去胶机Chamber中传回到料盒，利用探针台(Probe Test)对MEMS晶圆进行晶圆级测试，测试完毕后，重新将晶圆背面贴回UV膜；

(9)如图4所示，图4为打孔后的UV膜的示意图，具体而言，利用打孔技术对UV膜打出孔5，孔5的尺寸和芯片大小一致，MEMS芯片区域开孔，在切割道的位置保留UV膜；

(10)如图5所示，图5为将具有孔的UV膜与MEMS晶圆贴合在一起之后的示意图，具体的，利用专用贴膜机将打好孔的UV膜贴在晶圆表面，专用贴膜机配有显微镜镜头，可以对晶圆进行高倍定位，UV膜贴在晶圆表面，切割道处被UV膜包裹，MEMS芯片区域仍保持裸露状态；

(11)利用裂片机对预切割的晶圆进行裂片，晶圆沿着预切割道裂开，由于切割道有贴UV膜保护，裂片时产生的颗粒和硅渣不会落到MEMS结构上，MEMS结构处UV膜被开孔所以不会影响到芯片，UV膜带有很强的粘性，能够把颗粒和硅渣粘在UV膜表面；

(12)如图6所示，图6为除去UV膜和裂片之后的MEMS晶圆示意图，利用UV照射机照射0.5分钟至5分钟，对MEMS晶圆正面进行解UV，能量控制在100mJ/cm²至500mJ/cm²，波长为365nm，UV胶的粘性会降低到以前的1％至10％，将打孔的UV膜从正面处揭掉，图中黑色线条是裂片后的切割道6；

(13)使用扩膜机对晶圆进行扩膜处理，使芯片一颗颗向四周扩散开，芯片的间距控制在50微米至200微米；

(14)如图7所示，图7为扩膜之后的MEMS晶圆示意图，利用扩晶环7进行扩膜固定，扩膜后把扩晶环外多余的UV膜划掉；

(15)利用自动光学检测(AOI)设备进行晶圆级光学检测，分选出合格的MEMS芯片；

(16)利用Pick and Place设备，将芯片从Tape上取下放入芯片储存盒中或者贴回Tape(UV膜或蓝膜)上进入后续封装工序。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。