CN106855395A - 一种硅片阳极键合工艺变形的光学检测评价方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及微型机电系统器件精密几何量测量方法，特别涉及一种硅片阳极键合工艺变形的光学检测评价方法。所述的方法包括如下步骤：步骤一，扫描测量：使用光学轮廓仪，配合TTM物镜，扫描获取待检测器件的外形轮廓数据；步骤二，数据处理：在得到器件初始外形轮廓基础上，进行去除边缘效应和设置评价基准的处理，以获得预期的器件的真实三维外形轮廓；步骤三，评价判断：以经过数据处理的轮廓为基础，分别在X、Y方向上作该外形轮廓的二维截线，查看轮廓的倾斜和扭曲变形量，并根据设定的轮廓谷值和峰值参数，判断外形轮廓的变形是否符合设计要求。提供了一种判断硅片阳极键合工艺变形的方法。

Description

一种硅片阳极键合工艺变形的光学检测评价方法

技术领域

本发明涉及微型机电系统器件精密几何量测量方法，特别涉及一种硅片阳极键合工艺变形的光学检测评价方法。

背景技术

键合技术是硅微器件加工工艺的关键技术之一，是将硅微器件中不同或相同材料的部件永久地连结为一体，用于器件的制作、组装和封装。硅-玻璃阳极键合是其中一种键合技术，即中间活动器件为单晶硅材料刻蚀成型，上下采用特制玻璃键合封装。键合后的器件是类似“三明治”的3层结构：玻璃--硅片--玻璃，玻璃和硅片之间有几微米到几十微米左右的间隙。

键合过程是电场、高温的作用，必定会有残余应力存在，因而中间活动器件轮廓形貌会发生应力变形，而不同键合工艺因电场、温度参数不同其应力变形情况也不尽相同。因键合间隙有限，如果变形过大活动器件会发生卡滞或卡死现象，影响器件的精度和成活率。故需要在封装后对器件轮廓形貌的变形进行测量，来指导调整键合工艺参数，以期应力变形量尽可能小，同时控制键合封装质量。目前没有有效的判断硅片阳极键合工艺变形的方法。

发明内容

本发明的目的为：提供一种硅微器件阳极键合后，透明封装玻璃内活动器件轮廓形貌变形的非接触准确测量及评价方法。

本发明的技术方案为：一种硅片阳极键合工艺变形的光学检测评价方法，其特征为：所述的方法包括如下步骤：

步骤一，扫描测量：使用光学轮廓仪，配合TTM物镜，扫描获取待检测器件的外形轮廓数据；

步骤二，数据处理：在得到器件初始外形轮廓基础上，进行去除边缘效应和设置评价基准的处理，以获得预期的器件的真实三维外形轮廓；

步骤三，评价判断：以经过数据处理的轮廓为基础，分别在X、Y方向上作该外形轮廓的二维截线，查看轮廓的倾斜和扭曲变形量，并根据设定的轮廓谷值和峰值参数，判断外形轮廓的变形是否符合设计要求。

作为本技术方案的一种改进，在去除边缘效应的影响时，剔除轮廓边缘3％-4％的数据。

作为本技术方案的一种改进，当评价器件的局部变形时，还要进行评价基准设置的处理，即去除放置倾斜。

作为本技术方案的一种改进，使用光学轮廓仪及透过透明材料测量物镜，获取小封装间隙待检测器件的外形轮廓数据。

作为本技术方案的一种改进，当评价器件整体的工艺变形时，选择器件外框作为基准面找平；当评价器件局部的工艺变形时，只需将被测区域对焦找平。

作为本技术方案的一种改进，将光学轮廓仪的参数做如下设置：测量模式为VSI或Z轴扫描范围大于50μm，物镜型号为TTM，扫描长度为在所测表面轮廓峰谷值的基础上增加10-20％，测量平均选3-8次，回扫长度为扫描长度的20％。

本发明的有益效果为：本发明用于微型机电系统(MEMS)器件制作工艺过程，属于工艺检测和控制范畴，解决了小封装间隙硅-玻璃键合器件无法直观准确检测评价的问题，它的应用可提高键合工艺的一致性、重复性等质量。

本发明确定了以通过测量器件键合前后或不同键合参数的变形对比来反映硅片键合工艺残余应力大小的评价方法，可直观、准确地观测封装玻璃内中间活动器件的轮廓变形、损伤等。解决了目前不能直接观测器件结构和评价键合应力的问题，对于键合工艺参数优化，器件性能质量的提升具有非常重要的作用。

具体实施方式

下面对本技术方案做进一步详细说明。

本技术方案所述的方法，是使用光学轮廓仪，选取TTM(透过透明材料测量)物镜，设置特定的测量参数检测，然后采用二维截线最大变形量判定方法，并设置特定评定参数和指标进行最大变形量的评价，以判断键合后硅片微器件变形是否满足设计要求。

以使用Contour GT光学轮廓仪测量硅玻璃键合的硅微器件为例，说明在完成该方法时的详细步骤：

步骤一，扫描测量：使用光学轮廓仪，配合TTM物镜，扫描获取待检测器件的外形轮廓数据。首先，选取与键合封装玻璃同样材质的玻璃，厚度必须一致，制作光路补偿片，并放入TTM物镜的特定位置。然后，将装有补偿片的TTM物镜安装到仪器物镜坐上，按如下设置测量参数：测量模式(Measurement Type)为VSI，物镜型号(Objective)为2×TTM，视场目镜(Multiplier)当进行器件整体测量时选0.55×，当进行器件局部测量时选2×(选取原则：与物镜配合使用，视场内应包含所测样品区域，并尽量充满视场)，扫描长度(Length)当进行器件整体测量时为25μm，当进行器件局部测量时为8μm(选取原则：在所测表面轮廓峰谷值的基础上增加10-20％)，测量平均(Averaging)选3-8次，选取原则：根据测量要求的精度，精度要求高设置值大测量次数多，反之值小测量次数少。系统误差标定时通常设置为8，回扫长度(Backscan)当进行器件整体测量时为5μm，当进行器件局部测量时为2μm，选取原则：为扫描长度的20％，调制信号阈值(Threshold)为5％。测量参数设置好后对仪器进行系统误差标定、存储，并在测量时选择剔除系统误差。最后，保持测量参数不变，将被测器件置于样品台，并聚焦到被测区域，选择测量基准面，当进行器件整体测量时，选择器件外框作为基准面找平；当进行器件局部测量时，只需将被测区域对焦找平，进行测量。

步骤二，数据处理：在得到器件初始外形轮廓基础上，进行去除边缘效应和设置评价基准的处理，以获得预期的器件的真实三维外形轮廓。边缘效应是指软件在测量区域边界处作相位去包裹操作时发生错误所导致的数据跳变现象，此时呈现的测量结果不真实。为保证测量结果真实可靠必须在测量结束后去除边缘效应的影响，具体操作是利用仪器软件的Mask(遮蔽框)功能，剔除轮廓边缘3％-4％的数据，即选则矩形或其它合适的图形框，保留轮廓内部97％-96％面积的数据，做Mask处理。设置评价基准的操作在选择测量基准面的基础上做处理，利用仪器软件的项目移除(Terms Removal)功能，仅当进行器件局部测量评价时做去除放置倾斜(Tilt only)的处理，以消除测量时器件放置不平对结果的影响。

步骤三，评价判断：以经过数据处理的轮廓为基础，分别在X、Y方向上作该外形轮廓的二维截线，查看轮廓倾斜变形和扭曲变形的大小，并根据设定的轮廓谷值和峰值参数，判断轮廓外形的变形是否符合设计要求。评价判断是以键合前后或不同键合参数下硅微器件的中间活动部分轮廓的变形、翘曲量的对比作为评价标准，变形要求尽可能小。此时，X、Y方向上二维截线微米尺度的起伏，分别代表了轮廓的倾斜变形和扭曲变形，查看X、Y两个方向上的最大变形量(或为谷值、或为峰值)，即为器件轮廓的倾斜变形和扭曲变形的大小，还可以提供变形的方向。从而实现了硅片阳极键合工艺后封装材料内部的微器件轮廓变形的测量评价。

Claims (6)

1.一种硅片阳极键合工艺变形的光学检测评价方法，其特征为：所述的方法包括如下步骤：

步骤一，扫描测量：使用光学轮廓仪，配合TTM物镜，扫描获取待检测器件的外形轮廓数据；

步骤二，数据处理：在得到器件初始外形轮廓基础上，进行去除边缘效应和设置评价基准的处理，以获得预期的器件的真实三维外形轮廓；

步骤三，评价判断：以经过数据处理的轮廓为基础，分别在X、Y方向上作该外形轮廓的二维截线，查看轮廓的倾斜和扭曲变形量，并根据设定的轮廓谷值和峰值参数，判断外形轮廓的变形是否符合设计要求。

2.根据权利要求1所述的一种硅片阳极键合工艺变形的光学检测评价方法，其特征为：在去除边缘效应的影响时，剔除轮廓边缘3％-4％的数据。

3.根据权利要求1所述的一种硅片阳极键合工艺变形的光学检测评价方法，其特征为：当评价器件的局部变形时，还要进行评价基准设置的处理，即去除放置倾斜。

4.根据权利要求1所述的一种硅片阳极键合工艺变形的光学检测评价方法，其特征为：使用光学轮廓仪及透过透明材料测量物镜，获取小封装间隙待检测器件的外形轮廓数据。

5.根据权利要求4所述的一种硅片阳极键合工艺变形的光学检测评价方法，其特征为：当评价器件整体的工艺变形时，选择器件外框作为基准面找平；当评价器件局部的工艺变形时，只需将被测区域对焦找平。

6.根据权利要求4所述的一种硅片阳极键合工艺变形的光学检测评价方法，其特征为：将光学轮廓仪的参数做如下设置：测量模式为VSI或Z轴扫描范围大于50μm，物镜型号为TTM，扫描长度为在所测表面轮廓峰谷值的基础上增加10-20％，测量平均选3-8次，回扫长度为扫描长度的20％。