CN103033927B - 利用双蚀刻形成切割道的光学偏转器制造方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种利用双蚀刻形成切割道的光学偏转器制造方法。在晶圆的前表面侧上形成晶圆级光学偏转器组件。然后，通过使用晶圆级光学偏转器组件的元件蚀刻晶圆的前表面侧，以形成前侧切割道。然后，将具有内腔的透明基板粘附到晶圆的前表面侧。然后，在晶圆的后表面侧上形成第二蚀刻掩模。然后，对晶圆的后表面侧进行蚀刻从而创建后侧切割道。然后，将具有环形边缘的粘性片粘附到晶圆的后表面侧。然后，移除透明基板。最终，对环形边缘进行扩展以加宽前侧切割道和后侧切割道，从而从晶圆逐个地拾取光学偏转器。

Description

利用双蚀刻形成切割道的光学偏转器制造方法
技术领域
本公开涉及一种用于制造能够应用于例如投影型显示***的光学偏转器的方法。
背景技术
近来，在投影型显示***中，通过光学偏转器偏转来自光源的聚光并且然后将其投射到屏幕上。光学偏转器包括是通过使用半导体制造工艺和微机械技术制造的微机电***(MEMS)器件的二维光学偏转器芯片以及用于保护二维光学偏转器芯片的封装。
一般来说，二维光学偏转器包括用于反射来自光源的聚光的镜、用于支撑镜的围绕镜的可移动框架、用于相对于镜的X轴振动(摇摆)镜的内致动器、围绕可移动框架的支撑体以及用于相对于垂直于X轴的镜的Y轴经由可移动框架摇摆镜的外致动器。
作为第一示例，内致动器由扭杆型压电致动器构造以经由扭杆摇摆镜，并且外致动器由其它扭杆型压电致动器构造以经由其它扭杆摇摆可移动框架(参见：JP2008-20701A)。而且，作为第二示例，内致动器由扭杆型压电致动器构造以经由扭杆摇摆镜，并且外致动器由弯折型压电致动器构造以摇摆可移动框架(参见：JP2009-223165A)。此外，作为第三示例，内致动器由弯折型压电致动器构造以摇摆镜，并且外致动器由其它弯折型压电致动器构造以摇摆可移动框架(参见：JP2010-122480A和US2011/0292479A1)。
光学偏转器的优点在于：结构小且简单，并且驱动功率不大。为了高效地展示该优点，封装优选尽可能地小。
在用于制造光学偏转器的第一现有技术方法中，通过使用树脂将光学偏转器芯片贴片到陶瓷封装，并且然后，在光学偏转器芯片的电极焊盘和陶瓷封装的电极焊盘之间执行引线键合操作。
然而，在上述第一现有技术方法中，由于在陶瓷封装中要求用于键合线的间隔，因此，陶瓷封装的尺寸将大于光学偏转器芯片。而且，由于陶瓷封装被烧结，因此，不能够减少陶瓷封装的台阶的大小和周边的宽度。因此，整个光学偏转器的尺寸将会较大。注意的是，如果减小光学偏转器芯片本身的大小，则可以能够减小整个光学偏转器。然而，在该情况下，光学偏转器芯片需要进行重新设计，从而增加了开发周期。
在用于制造光学偏转器的第二现有技术方法中，采用无线晶圆级封装技术(参见：JP2005-19966A)。即，其上布置有对应于光学偏转器芯片的多个MEMS芯片的硅晶圆被粘附到其上布置有密封帽的帽晶圆。然后，通过在硅晶圆内形成硅导通孔(TSV)以将MEMS芯片电连接到硅晶圆的外表面上的电极。最终，通过使用切割刀等等沿着划片线切割硅晶圆和帽晶圆以将与密封帽中的一个关联的MEMS芯片中的一个彼此分离。因此，每个被切割的密封帽的大小与被切割的MEMS芯片的大小相同，从而将减小整个光学偏转器的大小。
然而，在上述第二现有技术方法中，由于TSV需要形成在硅晶圆内，因此可能减小了制造产率，从而将增加制造成本。
而且，即使硅晶圆包括有缺陷的MEMS芯片，则这样的有缺陷的MEMS芯片也将被密封帽组装，这也将会增加制造成本。
此外，当使用切割刀通过切割处理切割硅晶圆时，在硅晶圆的MEMS芯片中将会产生非常小的缺陷(即，所谓的倾斜(tipping))，从而也将会降低制造产率，这将进一步增加制造成本。
本申请要求2011年9月29日提交的日本专利申请No.2011-215622的优先权，其公开通过引用整体并入这里。
发明内容
本公开的目的在于解决上述问题中的一个或多个。
根据本公开，在用于制造光学偏转器的方法中，在晶圆的前表面侧上形成晶圆级光学偏转器组件。然后，通过使用晶圆级光学偏转器组件的元件作为第一蚀刻掩模来蚀刻晶圆的前表面侧，以在晶圆的前表面侧上形成前侧切割道。然后，将具有内腔的透明基板暂时地粘附到晶圆的前表面侧，从而透明基板的内腔与晶圆级光学偏转器组件的可移动元件相对。然后，在晶圆的后表面侧上形成第二蚀刻掩模。然后，通过使用第二蚀刻掩模对晶圆的后表面侧进行蚀刻，从而在晶圆的后表面侧上创建与晶圆级光学偏转器组件的可移动元件相对的空腔以及后侧切割道。在该情况下，后侧切割道对应于前侧切割道。然后，将具有环形边缘的粘性片粘附到晶圆的后表面侧。然后，从晶圆的前表面侧移除透明基板。最终，对环形边缘进行扩展以加宽前侧切割道和后侧切割道，从而从晶圆逐个地拾取光学偏转器。
优选的是，晶圆包括绝缘体上硅晶圆，其按顺序包括硅器件层、二氧化硅Box层和硅处理层。前表面侧蚀刻的步骤包括使用二氧化硅Box层作为蚀刻停止层对硅器件层进行第一深反应离子蚀刻处理。而且，后表面侧蚀刻的步骤包括使用二氧化硅Box层作为蚀刻停止层对硅处理层进行第二深反应离子蚀刻处理。此外，蚀刻二氧化硅Box层的暴露部分。
根据本公开，通过双蚀刻处理形成切割道，从而切割道的宽度能够被减小以增加集成度，并且能够降低制造成本。
而且，由于不需要诸如帽晶圆的晶圆级封装，因此不需要TSV。而且，不会在封装中组装有缺陷的光学偏转器。因此，将可以降低制造成本
附图说明
接合附图，根据详细实施方式的下面的描述，本公开的上述和其它优点以及特征将是更加明显的。
图1是示出应用了本公开的光学偏转器的透视图；
图2是图1的光学偏转器的截面图；
图3是用于示出根据本公开的制造图1和图2的光学偏转器的方法的实施方式的流程图；
图4A至图4I是用于解释图3的步骤301的截面图；
图5A至图5H是用于解释图3的步骤302至309的截面图；以及
图6A和图6B分别是用于解释图3的扩展步骤309的平面图和截面图。
具体实施方式
在是示出应用了本公开的光学偏转器的透视图的图1中，该光学偏转器由下述构件构成：用于反射聚光(未示出)的圆镜1；用于经由一对扭杆31和32支撑镜1的围绕镜1的可移动框架2；一对扭杆型的内压电致动器41和42，其固定在可移动框架2与扭杆31和32之间并且用作用于相对于镜1的X轴经由扭杆31和32摇摆镜1的悬臂；围绕可移动框架2的支撑体5；以及一对弯折型的外压电致动器6a和6b，其固定在支撑体5与可移动框架2之间并且用作用于相对于垂直于X轴的镜1的Y轴经由可移动框架2摇摆镜1的悬臂。
扭杆31和32被沿着X轴布置，并且一些末端耦接到可移动框架2的内周并且其它末端耦接到镜1的外周。因此，扭杆31和32由内压电致动器41和42扭转以相对于X轴摇摆镜1。
内压电致动器41由沿着Y轴彼此相对并且夹持扭杆31的压电悬臂41-a和41-b构成。压电悬臂41-a和41-b的一些末端耦接到可移动框架2的内周并且其它末端耦接到扭杆31。在该情况下，压电悬臂41-a的挠曲方向与压电悬臂41-b的挠曲方向相反。
类似地，内压电致动器42由沿着Y轴彼此相对并且夹持扭杆32的压电悬臂42-a和42-b构成。压电悬臂42-a和42-b的一些末端耦接到可移动框架2的内周并且其它末端耦接到扭杆32。在该情况下，压电悬臂42-a的挠曲方向与压电悬臂42-b的挠曲方向相反。
支撑体5是矩形框架并且围绕可移动框架2。
外压电致动器6a和6b由压电悬臂6a-1、6a-2、6a-3和6a-4以及6b-1、6b-2、6b-3和6b-4构成，并且耦接在支撑体5的内周与可移动框架2的外周之间，以便于相对于支撑体5摇摆与镜1关联的可移动框架2，即，相对于Y轴摇摆镜1。
压电悬臂6a-1、6a-2、6a-3和6a-4从支撑体5串行耦接到可移动框架2。而且，压电悬臂6a-1、6a-2、6a-3和6a-4中的每一个与镜1的X轴并行。因此，压电悬臂6a-1、6a-2、6a-3和6a-4在每个悬臂处折叠或者从支撑体5以弯折的形式延伸到可移动框架2，从而压电悬臂6a-1、6a-2、6a-3和6a-4的挠曲量能够沿着与镜1的Y轴垂直的方向改变。
类似地，压电悬臂6b-1、6b-2、6b-3和6b-4从支撑体5串行耦接到可移动框架2。而且，压电悬臂6b-1、6b-2、6b-3和6b-4中的每一个与镜1的X轴平行。因此，压电悬臂6b-1、6b-2、6b-3和6b-4在每个悬臂处折叠或者从支撑体5以弯折的形式延伸到可移动框架2，从而压电悬臂6b-1、6b-2、6b-3和6b-4的挠曲量能够沿着与镜1的Y轴垂直的方向改变。
在支撑体5上设置有连接到内压电致动器41和42以及外压电致动器6a和6b的上电极层和下电极层的焊盘P。
接下来参考是图1的截面图的图2解释图1的光学偏转器的每个元件的结构。
在图2中，硅器件层401、二氧化硅Box层402和硅处理层403由绝缘体上硅(SOI)晶圆形成。而且，附图标记404和405表示二氧化硅层。此外，附图标记406表示Ti/Pt下电极层，407表示锆钛酸铅(PZT)压电层，并且408表示Pt上电极层。此外，附图标记409表示二氧化硅层。此外，附图标记410表示AlCu布线层。此外，附图标记411表示Ti层，412表示Ag层，并且413表示Au层。
镜1由硅器件层401、Ti层411和Ag层412构成。
可移动框架2和扭杆31和32由硅器件层401和二氧化硅层409构成。
内压电致动器41和42以及外压电致动器6a和6b由硅器件层401、二氧化硅层404、Ti/Pt下电极层406、PZT压电层407、Pt上电极层408、二氧化硅层409和AlCu布线层410构成。
支撑体5由硅器件层401、二氧化硅Box层402、硅处理层403和二氧化硅层405和409构成。
焊盘P由AlCu布线层410和Au层413构成。
将参考图3、图4A至图4I、图5A至图5H、图6A和图6B描述根据本公开的制造图1和图2的光学偏转器的方法。
首先，参考步骤301，形成晶圆级光学偏转器组件。在下面参考图4A至图4I解释该步骤301。
如图4A中所示，制备由大约50μm厚的硅器件层401、大约2μm厚的二氧化硅Box层402和大约400μm厚的硅处理层403形成的绝缘体上硅(SOI)晶圆。
然后，如图4B中所示，对SOI晶圆执行热氧化处理以在SOI晶圆的两个表面上生长大约500nm厚的二氧化硅层404和405。
然后，如图4C中所示，在二氧化硅层404上通过溅射处理顺序地沉积大约50nm厚的Ti层和大约150nm厚的Pt层以形成Ti/Pt下电极层406。而且，在Ti/Pt下电极层406上通过电弧放电反应离子镀(ADRIP)处理沉积大约3μm厚的锆钛酸铅PbZrTiO3(PZT)压电层407。此外，在PZT压电层407上通过溅射处理沉积大约150nm厚的Pt层以形成Pt上电极层408。
然后，如图4D中所示，通过光刻和干法蚀刻处理对Pt上电极层408和PZT压电层407进行图案化并且通过光刻和干法蚀刻处理对Ti/Pt下电极层406和二氧化硅层404进行图案化，以形成内压电致动器41和42以及外压电致动器6a和6b。
然后，如图4E中所示，在整个表面上通过等离子化学气相沉积(CVD)处理沉积大约500nm厚的二氧化硅层409。
然后，如图4F中所示，通过光刻和干法蚀刻处理移除二氧化硅层409的一部分，从而在内压电致动器41和42以及外压电致动器6a和6b处以及将要形成焊盘P的部分处的二氧化硅层409中穿孔形成接触孔。
然后，如图4G中所示，通过光刻处理形成光致抗蚀剂图案，并且通过溅射处理沉积其Cu含量为1％的AlCu布线层410。之后，移除光致抗蚀剂图案，从而通过剥离处理对AlCu布线层410进行图案化。结果，内压电致动器41和42以及外压电致动器6a和6b的上电极层和下电极层将电连接到其对应的焊盘P。
然后，如图4H中所示，通过光刻处理形成光致抗蚀剂图案，并且通过溅射处理顺序地沉积Ti层411和Ag层412。之后，移除光致抗蚀剂图案，从而通过剥离处理对Ti层411和Ag层412进行图案化。Ti层411和Ag层412形成镜1。
然后，如图4I中所示，通过光刻处理形成光致抗蚀剂图案，并且通过溅射处理沉积Au层413。之后，移除光致抗蚀剂图案，从而通过剥离处理对Au层413进行图案化。图案化的Au层413形成焊盘P。
注意的是，图4I的下图包括三个图4I的上图的光学偏转器并且将用作用于图5A至图5H的第一阶段。在图4I的下图和图5A至图5H中，省略了上层406、407、…、413，以便于简化描述。
返回图3，在步骤302，通过使用晶圆级光学偏转器组件(即，非硅层406、407、…、413)作为蚀刻掩模并且使用所述二氧化硅Box层402作为蚀刻停止层在图4I的SOI晶圆的前表面侧上执行第一深反应离子蚀刻(RIE)处理。注意的是，深RIE处理被称为“Bosch”处理，其交替进行在将被蚀刻的硅部分的底部上使用SF6气体的各向同性蚀刻步骤与使用C4F8气体的用于针对蚀刻保护硅部分的侧壁的保护步骤。第一深RIE处理停止于蚀刻停止层，即二氧化硅Box层402。结果，如图5A中所示，在器件层401中创建由X1指示的其中没有设置层406、407、…、413的凹陷和由Y1指示的前侧切割道。
接下来，参考步骤303，在将透明基板501与SOI晶圆通过光学透射对齐的同时利用粘性元件502将透明基板501暂时地粘附到SOI晶圆的前表面。即，如图5B中所示，透明基板501具有内腔501a从而在内腔501a与可移动元件(即，镜1、可移动框架2、扭杆31和32、内压电致动器41和42以及外压电致动器6a和6b)相对从而它们没有与透明基板51接触的同时将透明基板501粘附到不可移动元件(即，支撑体5)。
透明基板501由能够通过对其执行上升处理来重新使用的玻璃或石英制成。
而且，粘性元件502由紫外线胶带、热固性胶带、抗蚀剂、蜡或者其它粘性材料制成。粘性元件502优选地具有脱离性质，即，在释放之后在SOI晶圆的前表面上没有任何残余。
接下来，参考步骤304，通过光刻和蚀刻处理对二氧化硅层405进行图案化以形成蚀刻掩模。即，如图5C中所示，图案化的二氧化硅层405表示支撑体5和二氧化硅层405中由Y2指示的后侧切割道。
接下来，参考步骤305，通过使用图案化的二氧化硅层405作为蚀刻掩模对SOI晶圆的后表面侧(即，硅处理层403)进行第二深RIE处理。第二深RIE处理停止于蚀刻停止层(即，二氧化硅Box层402)。结果，如图5D中所示，在处理层403中创建与上述可移动元件相对的由X2表示的空腔以及由Y2表示的后侧切割道。
接下来，参考步骤306，通过使用CF4气体的干法蚀刻处理蚀刻暴露的Box层402。因此，如图5E中所示，镜1、可移动框架2、扭杆31和32、内压电致动器41和42和外压电致动器6a和6b能够在透明基板501的内腔501a内移动。同时，前侧切割道Y1对应于后侧切割道Y2。结果，每个光学偏转器能够彼此分离；然而，由于透明基板501，光学偏转器没有彼此分离。
接下来，参考步骤307，具有环形边缘506的粘性片505(参见图6A和图6B)被粘附到SOI晶圆的后表面。即，如图5F中所示，粘性片505粘附到二氧化硅层405。
接下来，参考步骤308，从SOI晶圆移除透明基板501。即，如图5G中所示，如果粘性元件502由紫外线胶带制成，则经由透明基板501利用紫外线照射粘性元件502，粘性元件502失去其粘性力，从而透明基板501从SOI晶圆移除。注意的是，如果粘性元件502由热固胶带制成，则对粘性元件502进行加热。而且，如果粘性元件502由抗蚀剂制成，则将粘性元件502浸入到溶剂中。此外，如果粘性元件502由蜡制成，则将粘性元件502浸入到温度为60℃至90℃的热水中。
接下来，参考步骤309，对环形边缘506执行扩展处理，从而通过使用真空夹(未示出)拾取每个光学偏转器。即，如图5H中所示，通过如图6A和6B中所示地扩展环形边缘506，切割道(Y1，Y2)的宽度从大约10μm增加到大约100μm。在该情况下，切割道(Y1，Y2)相对于SOI晶圆的平面的角度优选地处于90°±0.2°之内，并且切割道(Y1，Y2)的宽度的波动优选地处于±2μm之内。因此，当拾取每个光学偏转器时，将不会产生任何倾斜，这将减少制造成本。因此，获得如图1和图2中所示的光学偏转器。
接下来，参考步骤310，对每个拾取的光学偏转器执行测试处理以评估内压电致动器41和42以及外压电致动器6a和6b等等的电气特性。只有已经通过测试处理的光学偏转器才前进到步骤311，这也将进一步减少制造成本。
最后，参考步骤311，仅对通过了测试的光学偏转器进行封装处理，并且将光学偏转器的焊盘P引线键合到封装。
根据上述实施方式，由于与传统使用切割刀的切割道的大约100μm的宽度相比，切割道(Y1，Y2)的宽度非常小(即，大约10μm)，因此增强了一个晶圆中的光学偏转器的集成度，这也将减少制造成本。
此外，由于在封装之前执行了测试处理，因此，不需要封装有缺陷的光学偏转器，从而将进一步减小制造成本。
根据上述实施方式，当幅值为20V并且频率为27kHz的正弦波驱动电压被施加到内压电致动器41和42，并且幅值为20V并且频率为60Hz的锯齿形波驱动电压被施加到外压电致动器6a和6b时，相对于X轴的偏转角度为±13°，并且相对于Y轴的偏转角度为±9°。
而且，由于在扩展和拾取步骤期间没有产生倾斜，因此制造产率是90％或更高，并且偏转角度和被驱动频率的波动处于±3％之内。
在上述实施方式中，光学偏转器构成了二维光学偏转器，其中内致动器是扭杆型压电致动器并且外致动器是弯折型压电致动器；然而，本公开能够应用于其它二维光学偏转器。而且，本公开能够应用于一维光学偏转器。
对于本领域技术人员来说显然的是，在不偏离本公开的精神或范围的情况下能够在本公开中进行各种修改和变化。本公开意在涵盖落入所附权利要求及其等价物的范围内的所有修改和变化。上面描述的以及本申请的背景技术部分中的现有技术通过引用整体并入这里。

Claims (12)

1.一种用于制造光学偏转器的方法，所述方法包括：
在晶圆的前表面侧形成晶圆级光学偏转器组件；
使用所述晶圆级光学偏转器组件的元件作为第一蚀刻掩模蚀刻所述晶圆的前表面侧，以在所述晶圆的前表面侧中形成前侧切割道；
将具有内腔的透明基板暂时地粘附到所述晶圆的前表面侧，使得所述透明基板的内腔与所述晶圆级光学偏转器组件的可移动元件相对；
在所述晶圆的后表面侧上形成第二蚀刻掩模；
使用所述第二蚀刻掩模蚀刻所述晶圆的后表面侧，使得在所述晶圆的后表面侧中形成后侧切割道和与所述晶圆级光学偏转器组件的可移动元件相对的空腔，所述后侧切割道与所述前侧切割道相对应；
在蚀刻所述晶圆的后表面侧之后，将具有环形边缘的粘性片粘附到所述晶圆的后表面侧；
在将所述粘性片粘附到所述晶圆的后表面侧之后，从所述晶圆的前表面侧移除所述透明基板；以及
在移除了所述透明基板之后，扩展所述环形边缘以加宽所述前侧切割道和所述后侧切割道以从所述晶圆逐个地拾取光学偏转器。
2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述晶圆包括绝缘体上硅晶圆，所述绝缘体上硅晶圆按顺序包括硅器件层、二氧化硅Box层和硅处理层。
3.根据权利要求2所述的方法，其中，所述前表面侧蚀刻的步骤包括：使用所述二氧化硅Box层作为蚀刻停止层对所述硅器件层进行第一深反应离子蚀刻处理。
4.根据权利要求2所述的方法，其中，所述后表面侧蚀刻的步骤包括：使用所述二氧化硅Box层作为蚀刻停止层对所述硅处理层进行第二深反应离子蚀刻处理。
5.根据权利要求2所述的方法，所述方法进一步包括：在蚀刻所述晶圆的后表面侧之后并且在将具有所述环形边缘的所述粘性片粘附到所述晶圆的后表面侧之前，蚀刻所述二氧化硅Box层的暴露部分。
6.根据权利要求1所述的方法，其中，所述透明基板粘附的步骤包括：使用具有脱离性质的粘性元件将所述透明基板粘附到所述晶圆的前表面侧。
7.根据权利要求6所述的方法，其中，
所述粘性元件包括紫外线胶带，
所述透明基板移除的步骤包括：利用紫外线照射所述紫外线胶带。
8.根据权利要求6所述的方法，其中，
所述粘性元件包括热固胶带，
所述透明基板移除的步骤包括：对所述热固胶带进行加热。
9.根据权利要求6所述的方法，其中，
所述粘性元件包括抗蚀剂，
所述透明基板移除的步骤包括：将所述抗蚀剂浸入到溶剂中。
10.根据权利要求6所述的方法，其中，
所述粘性元件包括蜡，
所述透明基板移除的步骤包括：将所述蜡浸入到温度为60℃至90℃的热水中。
11.根据权利要求1所述的方法，所述方法进一步包括：
对拾取的所述光学偏转器进行测试处理；以及
仅对所述光学偏转器中已经通过所述测试处理的光学偏转器进行封装。
12.根据权利要求1所述的方法，其中，所述透明基板由玻璃和石英中的一种制成。
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