用于体硅微机械加工的局部光刻方法.pdf

本发明为一种用于体硅微机械加工的局部光刻方法。它利用一个隔离装置结合局部光刻工艺，实现硅背部腐蚀和正面保护。所述隔离装置由隔离圈和密闭容器和硅片托盘组成，隔离圈将腐蚀液和硅正面隔离。本发明可确保腐蚀液无渗漏，边缘掩膜完好，正面无腐蚀痕迹，大大提高了成品率。

1、  一种用于硅微机械加工的局部光刻方法，其特征在于利用一隔离装置结合局部光刻工艺实现硅的背部腐蚀和正面保护。

2、  根据权利要求1所述的体硅微机械加工的局部光刻方法，其特征在于所用的隔离装置由隔离圈(1)、密闭容器(2)、硅片托盘(3)组成，隔离圈(1)设置于容器(2)的中间部位，将腐蚀液和硅片正面隔离，硅片(4)置于硅片托盘(3)上面、隔离圈(1)下面，腐蚀液(5)盛放于容器(2)内硅片(4)的上方。

3、  根据权利要求2所述的体硅微机械加工的局部光刻方法，其特征在于局部光刻的保留区域内径略小于隔离圈(1)的半径。

用于体硅微机械加工的局部光刻方法
技术领域
本发明属于硅的微机械加工技术领域，具体涉及用于体硅微机械加工时掩蔽的局部光刻方法。
背景技术
微机械加工技术(MEMS)自诞生30多年来获得了迅猛发展，它集传感器、执行器及信息采集、处理电路等于一体，以其结构微小、功耗低下、使用灵活方便等特点而广泛应用于航天、医药、环境监测、汽车等各行各业。
硅的微机械加工包括体硅微机械加工和表面微机械加工；体硅微机械加工包括硅的湿法和干法腐蚀。体硅的干法刻蚀较之湿法腐蚀具有易于掩蔽、沾污少、成品率高的特点，但其成本很高，尤其是要求加工深度很大的时候，其成本高得几乎无法用于大规模生产。湿法腐蚀加工成本低，但不易掩蔽、易沾污、不易控制、成品率低。实际操作中可结合二者使用，但依然必须解决好湿法腐蚀的掩蔽问题，这是提高成品率、降低成本的关键。
发明内容
本发明的目的在于提出一种易于掩蔽、成品率高、成本低的体硅微机械加工方法。
本发明提出的体硅微机械加工方法，是利用隔离装置结合局部光刻工艺实现硅的背部腐蚀和正面保护，避免正面和腐蚀液直接接触，从而避免了使用黑蜡等用于正面保护的掩膜，因而没有掩膜质量不好带来的钻蚀，长时间腐蚀引起的掩膜质量变坏以及去除掩膜困难且易沾污等问题，并且由于局部光刻保留了硅片的外圈不进行体加工，因而提高了硅片的强度，减轻了因湿法腐蚀引起的材料强度大大下降给后续工艺步骤带来的问题。
隔离装置结构如图1所示。它由隔离圈1、密闭容器2、硅片托盘3组成，隔离圈1设置于容器2的中间部位，将腐蚀液和硅片正面隔离，硅片4置于硅片托盘3上面、隔离圈1下面，腐蚀液5盛放于容器2内硅片4的上方，容器2有带冷凝器的盖子。容器2和隔离圈1都采用抗腐蚀液腐蚀的材料制作。如，容器可用teflon制作，隔离圈1可采用耐腐蚀的弹性体。
本发明所指地局部光刻工艺是相对于传统的整个加工材料(如硅片)上全部进行光刻的有保留地光刻。这种局部光刻可有效防止腐蚀液在腐蚀图形形成过程中渗过隔离垫圈腐蚀正面。局部光刻的保留区域(不光刻区域)内径应略小于隔离圈的半径，裕量应保证隔离圈接触区域没有腐蚀图形。其示意图如图2所示。
附图说明
图1为隔离装置结构简图
图2为局部光刻示意图
图3为使用图1隔离装置，使用与不使用局部光刻的对比试验。其中，
(a-1)使用局部光刻KOH，背腐28小时后的形貌；腐蚀液无渗漏，边缘掩膜完好。
(a-2)使用局部光刻法，背腐28小时后的正面形貌，正面完好，无任何腐蚀痕迹。
(b-1)不使用局部光刻KOH，背腐28小时后的形貌，腐蚀液明显渗漏，腐蚀图形和划片槽出现在填圈外。
(b-2)不使用局部光刻法，背腐28小时后的正面形貌，正面腐蚀严重，已无法使用。
图中标号：1为隔离圈，2为容器，3为硅片托盘，4为硅片，5为腐蚀液盛放处，6为带冷凝器的盖子。
具体实施方式
局部光刻主要是控制光刻区域的大小，这里用试验用3寸片，传统曝光工艺予以说明，现在工厂生产多采用步进式曝光系统，亦可按照上述要求方便控制曝光区域。
下面是用背部腐蚀法制作悬臂梁的例子，采用局部光刻，正面无其它特殊保护。
a.热氧化生长500nm SiO₂
b.淀积100nm Si₃N₄
c.双面光刻，背面采用局部光刻，隔离圈1直径67mm，光刻区域直径63mm，保证隔离圈与硅片接触区无图形。可以用把光刻版外圈涂黑或是制作光刻版时把图形限制在要求区域内的办法来实现局部光刻。
d.腐蚀去除无光刻胶保护的SiO₂和Si₃N₄；去胶
e.背面朝上把硅片放入腐蚀装置，加40％KOH
f.50度恒温腐蚀28～30小时
g.干法刻蚀悬空梁
对比试验(图3)显示，用局部光刻法可有效防止腐蚀液的渗漏，避免正面受腐蚀液的侵蚀，没采用局部光刻的硅片正面腐蚀严重，无法进行后续步骤。