專利名稱:利用離心力干燥晶片的防吸附方法和設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種方法和設(shè)備，用于干燥晶片，此晶片用以制作半導(dǎo)體裝置和采用微型機電系統(tǒng)(MEMS)的裝置，而更為具體地說，涉及一種用于利用離心力干燥一晶片的防吸附方法和設(shè)備。
背景技術(shù)：
在采用微型機電系統(tǒng)(MEMS)技術(shù)的各種RF裝置中最為廣泛應(yīng)用的射頻(RF)裝置是一種RF開關(guān)。這種采用MEMS技術(shù)的RF開關(guān)一般用以分揀采用微波或毫米波的無線通訊系統(tǒng)中的信號，而特別是，信號發(fā)送或阻抗匹配網(wǎng)絡(luò)中的信號。
一允許切換的微型結(jié)構(gòu)嵌置在一RF開關(guān)之中。一除去一犧牲層和把疊置在犧牲層上的微型結(jié)構(gòu)浮置在一基底上的去除過程，當(dāng)制作這類微型結(jié)構(gòu)時，是必然需要的。
圖1A至1C是一些照片，表明通過去除過程除去犧牲層之后的各種微型結(jié)構(gòu)。圖1A表明一MEMS結(jié)構(gòu)，其中沒出現(xiàn)吸附現(xiàn)象；圖1B表明一MEMS結(jié)構(gòu)，其中出現(xiàn)局部吸附現(xiàn)象；以及圖1C表明一MEMS結(jié)構(gòu)，其中出現(xiàn)全面吸附現(xiàn)象。
去除過程可以是一種干式蝕刻過程或一種濕式蝕刻過程。在干式蝕刻過程中，一固態(tài)犧牲層利用等離子體被改變?yōu)檎魵鉅顟B(tài)，而后被除去，從而可以防止稍后說明的濕式蝕刻過程中由于表面張力而造成的結(jié)構(gòu)吸附現(xiàn)象。不過，在干式蝕刻過程中生成相當(dāng)大的熱量，因而微型結(jié)構(gòu)會出現(xiàn)熱變形。
同時，在濕式蝕刻過程中不生成熱量，因而可以防止由于熱量而造成的微型結(jié)構(gòu)的變形。不過，吸附會在除去犧牲層之后，由于出現(xiàn)在晶片干燥過程之中的表面張力，而出現(xiàn)在基底與微型結(jié)構(gòu)之間。因而，這種吸附使之難以制作精密的RF開關(guān)(switch)，并造成RF開關(guān)的經(jīng)常失靈。
圖2A到2C表明其中在濕式蝕刻去除過程中出現(xiàn)吸附現(xiàn)象的各個步驟和其中微型結(jié)構(gòu)隨著漂洗溶液在晶片干燥過程中不斷蒸發(fā)而被吸附的各個步驟。
在濕式蝕刻過程中除去犧牲層之后，其中基底與用MEMS技術(shù)制成的微型結(jié)構(gòu)之間的犧牲層被除去的部分充滿一種蝕刻溶液(見圖2A)。接下來，如果充滿了蝕刻溶液的微型結(jié)構(gòu)由一種漂洗溶液予以漂洗，則蝕刻溶液為漂洗溶液所代替(見圖2B)。再下來，如果充滿了漂洗溶液的微型結(jié)構(gòu)經(jīng)受干燥，則漂洗溶液的量得以減少，而微型結(jié)構(gòu)由于漂洗溶液的表面張力而移向基底，此過程被重復(fù)，微型結(jié)構(gòu)吸附在基底上(見圖2C)。
如果微型結(jié)構(gòu)的挺度予以增大以便防止吸附現(xiàn)象，則微型結(jié)構(gòu)與基底之間的間隔，即使漂洗溶液在干燥過程中蒸發(fā)，也可以保持。不過，這需要很大的驅(qū)動電壓，以便驅(qū)動RF開關(guān)。
為了解決這種問題，已經(jīng)提出了其中修改了局部濕式蝕刻過程的多種方法。亦即，在冷凍-干燥方法中，漂洗溶液首先被冷凍、升華，而后除去。不過，當(dāng)漂洗溶液被冷凍時，漂洗溶液容積的變化會導(dǎo)致微型結(jié)構(gòu)變形，并因而難以制作結(jié)構(gòu)，諸如RF MEMS開關(guān)。
一種超臨界干燥方法披露在美國專利第6067728號之中。在此超臨界干燥方法中，漂洗溶液在一高壓室中由液態(tài)二氧化碳(CO2)所代替，而后液態(tài)CO2在CO2的臨界壓力點下被除去，從而可以制成其中不出現(xiàn)吸附現(xiàn)象的微型結(jié)構(gòu)。不過，由于超臨界干燥方法要求大約72個大氣壓的高壓，就出現(xiàn)了穩(wěn)定性問題，而且要求昂貴的設(shè)備。因而，難以采用超臨界干燥方法來制作實用的RF開關(guān)。
作為另一方法，在一種異丙醇(IPA)沸騰方法中，在一晶片被放入沸騰的IPA、加熱，而后取出之后，IPA通過把晶片保持在空氣中或安放在溫度為大約100-300℃的爐中而迅速蒸發(fā)，從而防止了構(gòu)件的吸附。不過，附著于晶片的IPA的量，每當(dāng)晶片從IPA中取出時，都是不同的，而且IPA的分布取決于在晶片上的位置，因而產(chǎn)生一種非均勻的彎曲。于是，在去除過程期間難以取得均勻的彎曲，因而也難以利用IPA沸騰方法制作實用的RF開關(guān)。
發(fā)明內(nèi)容
為了解決以上各種問題，本發(fā)明的目的是提供一種用于利用離心力干燥晶片的防吸附方法和設(shè)備，以便防止在濕式蝕刻過程中除去犧牲層之后干燥晶片時出現(xiàn)吸附。
于是，為達到以上目的，按照本發(fā)明的一種方案，提供一種用于干燥晶片和制成在晶片上的微型結(jié)構(gòu)的防吸附方法。此方法包括的各步驟是(a)使用一種蝕刻溶液來除去疊置在晶片與微型結(jié)構(gòu)之間的一犧牲層；(b)在一種漂洗溶液中漂洗蝕刻的微型結(jié)構(gòu)和蝕刻的晶片一預(yù)定時間，以致微型結(jié)構(gòu)與晶片之間的蝕刻溶液為漂洗溶液所代替；以及(c)把漂洗過的晶片裝在連接于一轉(zhuǎn)動軸的一安裝裝置之中并通過轉(zhuǎn)動此軸而除去留在晶片與微型結(jié)構(gòu)之間的漂洗溶液，其中晶片以鉛直位置裝在安裝裝置之中，以致微型結(jié)構(gòu)向外與轉(zhuǎn)動軸間隔開。最好是，漂洗溶液是去離子(DI)水或異丙醇(IPA)。
最好是，由軸的轉(zhuǎn)動而造成的離心力至少等于或大于微型結(jié)構(gòu)與晶片之間的表面張力。
為了達到上述目的，按照本發(fā)明的另一方面，提供一種利用離心力干燥晶片的防吸附設(shè)備。此設(shè)備包括許多安裝裝置，用于固定制成在晶片上的微型結(jié)構(gòu)，以及一轉(zhuǎn)動裝置，用于以一預(yù)定轉(zhuǎn)動速度驅(qū)動一連接于各安裝裝置的轉(zhuǎn)動軸，其中晶片以鉛直位置安裝，以致微型結(jié)構(gòu)向外與轉(zhuǎn)動軸間隔開。
最好是，此設(shè)備還包括一容器，其中盛放一種漂洗溶液；一項蓋，用于蓋住容器上部，并且其上裝有一軸承用于支承轉(zhuǎn)動軸，其中在容器的兩側(cè)上制成一漂洗溶液入口，用于以漂洗溶液充注容器，以及一漂洗溶液出口，用于從容器中排出漂洗溶液。
本發(fā)明的以上目的和各種優(yōu)點，通過參照附圖詳細說明其一優(yōu)選實施例，將變得比較明顯，附圖中圖1A至1C是一些照片，表明通過去除過程除去一犧牲層之后各微型結(jié)構(gòu)的吸附狀態(tài)(stiction state)；圖2A至2C表明采用濕式蝕刻的去除過程中出現(xiàn)的吸附現(xiàn)象的各個步驟；圖3是按照本發(fā)明一項優(yōu)選實施例的采用離心力的抗吸附晶片干燥器的剖面視圖；圖4是圖3的局部頂視圖，表明裝在一個安裝裝置中的微型結(jié)構(gòu)。
具體實施方式
圖3是按照本發(fā)明一項優(yōu)選實施例的采用離心力的抗吸附晶片干燥器的剖面視圖，而圖4是圖3的局部頂視圖，表明裝在一個安裝裝置之中的微型結(jié)構(gòu)(micro structure)。盡管圖3和4顯示形成在一個晶片上的僅只一個微型結(jié)構(gòu)，但在一個晶片上可以形成許多微型結(jié)構(gòu)。
參看圖3，一干燥器10包括一有待充注漂洗溶液的容器12和一用于蓋住容器12上部的蓋14。一軸承16裝在蓋14的中心處，而一轉(zhuǎn)動軸18由軸承16支承。一連接裝置22連接于轉(zhuǎn)動軸18的下部，而一安裝裝置24，用于安裝上制成有一微型機電系統(tǒng)(MEMS)開關(guān)的一微型結(jié)構(gòu)50，連接于連接裝置22。
圖4是一局部頂視圖，表明一個安裝裝置24和裝在安裝裝置24中的微型結(jié)構(gòu)50。微型結(jié)構(gòu)50包括一板簧(spring)56，由一支座54支承在一晶片52上，以及一膜片58，由板簧56支承。
就微型結(jié)構(gòu)50而言，晶片52以一鉛直位置裝在安裝裝置24之中，以致膜片58-即MEMS開關(guān)-向外與轉(zhuǎn)動軸18分隔開。
安裝裝置24包括一形成在兩側(cè)處的支承顎板26，以便防止裝在安裝裝置24之中的晶片52在轉(zhuǎn)動期間脫開，以及一底部28，形成得以便防止安裝的晶片52落下。
一用于從外部向容器12注入一種漂洗溶液的漂洗溶液入口32，以及一用于從容器12排出漂洗溶液的漂洗溶液出口34，裝設(shè)在容器12的兩側(cè)。閥門32a和34a，用于打開和關(guān)斷漂洗溶液液流，分別安放在管子32和34中。一加熱線圈30，用于加熱容器12之中的漂洗溶液，嵌置在容器12之中。
轉(zhuǎn)動軸18由一馬達20以預(yù)定速度使之轉(zhuǎn)動。一空氣出口35a裝設(shè)在容器12的右上部分處，而一真空泵35連接于空氣出口35a。蓋14連接于一氣缸36的活塞桿36a，以致蓋14可以蓋住和敞開容器12。
具有以上結(jié)構(gòu)的干燥器的操作將參照圖3和4予以說明。
參看圖3和4，蓋14利用氣缸36從容器12被向上移動。接著，犧牲層(sacrificial layer)使用蝕刻溶液從其上除去的微型結(jié)構(gòu)被裝在安裝裝置24之中。在此情況下，晶片52面向轉(zhuǎn)動軸18，而膜片58面向外部。
接著，閥門32a在閥門34a關(guān)閉的狀態(tài)下被打開，而漂洗溶液經(jīng)由漂洗溶液入口32被注入容器12到一預(yù)定高度。去離子(DI)水或異丙醇(IPA)用作漂洗溶液。如果需要，漂洗溶液的溫度可以利用加熱線圈30提高到一預(yù)定值。
接著，蓋14通過操縱氣缸36被移下并蓋住容器12。在此情況下，連接于轉(zhuǎn)動軸18的安裝裝置24向下移動，從而安裝裝置24和微型結(jié)構(gòu)50被浸泡在漂洗溶液之中。漂洗溶液出口34的閥門34a在一預(yù)定時間之后被打開，從而從容器12中排出漂洗溶液。為了避免由于轉(zhuǎn)動造成的空氣摩擦或壓力引起結(jié)構(gòu)20的變形，容器12可以通過操縱連接于空氣出口35a的真空泵35而保持在真空狀態(tài)之中。
當(dāng)轉(zhuǎn)動軸18轉(zhuǎn)動時，離心力作用于微型結(jié)構(gòu)50，微型結(jié)構(gòu)50由安裝裝置24予以固定，并且由于轉(zhuǎn)動，大部分漂洗溶液與微型結(jié)構(gòu)50分離，于是被除去。如果留下的溶液開始蒸發(fā)，微型結(jié)構(gòu)50與晶片52之間的表面張力(surface tension)最初朝向轉(zhuǎn)動軸24作用于微型結(jié)構(gòu)50，而當(dāng)發(fā)生轉(zhuǎn)動時，離心力在相反方向上同時作用于微型結(jié)構(gòu)50。因而，應(yīng)當(dāng)按照所制作的結(jié)構(gòu)50的挺度(stiffness)和質(zhì)量施加適當(dāng)?shù)碾x心力。當(dāng)轉(zhuǎn)動軸18以角速度w轉(zhuǎn)動時，在距轉(zhuǎn)動軸18中心距離r處作用于具有質(zhì)量m和挺度k的結(jié)構(gòu)的離心力Fc，由方程1表述。
Fc＝mrw2(1)如果表面張力Fs作用在晶片52與微型結(jié)構(gòu)50之間，微型結(jié)構(gòu)50的位移d，無論質(zhì)量如何，由方程2表述。
d=Fc-Fsk----(2)]]>因而，轉(zhuǎn)動軸18以按照微型結(jié)構(gòu)50的質(zhì)量和挺度計算出的角速度轉(zhuǎn)動，從而防止微型結(jié)構(gòu)50與晶片52之間的距離縮短，并蒸發(fā)微型結(jié)構(gòu)50與晶片52之間漂洗溶液。在此情況下，離心力的方向應(yīng)當(dāng)與微型結(jié)構(gòu)50被吸附的方向相反，而表面張力與離心力之和應(yīng)當(dāng)處在微型結(jié)構(gòu)50的彈性限度之內(nèi)。在離心力大于表面張力的情況下，離心力的方向與微型結(jié)構(gòu)50吸附的方向相反，微型結(jié)構(gòu)50與晶片52之間的距離增大，從而防止微型結(jié)構(gòu)50的吸附。在離心力等于表面張力的情況下，微型結(jié)構(gòu)50保持在距晶片52的預(yù)定距離處，從而可防止微型結(jié)構(gòu)50的吸附。在離心力小于表面張力的情況下，微型結(jié)構(gòu)在微型結(jié)構(gòu)50被吸附的方向上被拉拽。不過，微型結(jié)構(gòu)50具有一種恢復(fù)力(由結(jié)構(gòu)挺度造成的力)，正比于變形量。因而，如果表面張力不大于微型結(jié)構(gòu)50的恢復(fù)力與離心力之和，則可以防止吸附現(xiàn)象。
實驗實例在制造RF MEMS開關(guān)時，一微型結(jié)構(gòu)在一犧牲層從微型結(jié)構(gòu)上被除去之后，使用去離子(DI)水在室溫下漂洗10分鐘，而后在室溫下浸泡在異丙醇(IPA)之中另外5分鐘。這之后，晶片被裝在安裝裝置之中，安放得離開轉(zhuǎn)動軸10cm，而后通過以2000每分鐘轉(zhuǎn)數(shù)(RPM)轉(zhuǎn)動晶片6分鐘干燥晶片。RPM是利用方程3計算出來的。
質(zhì)量＝2.892e-9kg，挺度k＝1.18＝11.8e-6(用于獲得10μm的結(jié)構(gòu)變形的離心力)N/m，r＝0.1mRPM＝1930≌2000……… (3)實驗結(jié)果表明，在晶片被干燥之后不出現(xiàn)吸附現(xiàn)象(stictionphenomenon)。
一如上述，按照本發(fā)明，在干燥過程中，大部分漂洗溶液通過調(diào)節(jié)角速度以致離心力方向與一微型結(jié)構(gòu)與一晶片之間的表面張力方向相反而在液態(tài)下被除去，而微型結(jié)構(gòu)的變形保持在彈生限度之內(nèi)，從而防止通過MEMS工藝方法制成的微型結(jié)構(gòu)與晶片之間的吸附現(xiàn)象。此系統(tǒng)不需要昂貴的設(shè)備。特別是，可以在一晶片范圍內(nèi)從事各種作業(yè)，從而能夠批量生產(chǎn)。
雖然本發(fā)明已經(jīng)參照其各優(yōu)選實施例具體地作了圖示和說明，但是本技術(shù)領(lǐng)域：
中的熟練人員將會理解，可以在其中作出形式和細節(jié)方面的多種變更而不偏離由所附各項權(quán)利要求
確定的本發(fā)明的精神和范疇。
權(quán)利要求
1.一種用于干燥晶片和制成在晶片上的微型結(jié)構(gòu)的防吸附方法，此方法包括如下各步驟(a)使用一種蝕刻溶液來除去疊置在晶片與微型結(jié)構(gòu)之間的一犧牲層；(b)在一種漂洗溶液中漂洗經(jīng)過蝕刻的微型結(jié)構(gòu)和經(jīng)過蝕刻的晶片一預(yù)定時間，使得微型結(jié)構(gòu)與晶片之間的蝕刻溶液為漂洗溶液所代替；以及(c)把漂洗過的晶片裝在連接于一轉(zhuǎn)動軸的一安裝裝置之中并通過轉(zhuǎn)動此軸而除去留在晶片與微型結(jié)構(gòu)之間的漂洗溶液；其中晶片以鉛直方位裝在安裝裝置之中，使得微型結(jié)構(gòu)向外與轉(zhuǎn)動軸間隔開。
2.按照權(quán)利要求
1所述的防吸附方法，其中漂洗溶液是去離子(DI)水或異丙醇(IPA)。
3.按照權(quán)利要求
1所述的防吸附方法，其中由于軸的轉(zhuǎn)動所造成的離心力至少等于或大于微型結(jié)構(gòu)與晶片之間的表面張力。
4.一種用于利用離心力干燥晶片的防吸附設(shè)備，此設(shè)備包括多個安裝裝置，用于固定制成在晶片上的微型結(jié)構(gòu)；以及一個轉(zhuǎn)動裝置，用于以一預(yù)定轉(zhuǎn)動速度驅(qū)動連接于各安裝裝置的一轉(zhuǎn)動軸；其中晶片以鉛直方位安裝使得微型結(jié)構(gòu)向外與轉(zhuǎn)動軸間隔開。
5.按照權(quán)利要求
4所述的防吸附設(shè)備，還包括一容器，其中盛放一種漂洗溶液；一蓋，用于蓋住容器的上部，而且其上配裝有一用于支承轉(zhuǎn)動軸的軸承；其中一用于以漂洗溶液充注容器的漂洗溶液入口和一用于從容器中排出漂洗溶液的漂洗溶液出口制成在容器的兩側(cè)上。
6.按照權(quán)利要求
5所述的防吸附設(shè)備，還包括一用于加熱容器的加熱器。
7.按照權(quán)利要求
5所述的防吸附設(shè)備，還包括用于向上和向下移動轉(zhuǎn)動軸的裝置。
8.按照權(quán)利要求
7所述的防吸附設(shè)備，其中移動轉(zhuǎn)動軸的裝置是一用來上下移動所述蓋的氣缸。
9.按照權(quán)利要求
5所述的防吸附設(shè)備，其中還包括一用于排出容器中空氣的真空泵。
專利摘要
提供一種利用離心力干燥晶片的防吸附方法和設(shè)備。此防吸附方法包括如下步驟(a)使用蝕刻溶液除去疊置在晶片與微型結(jié)構(gòu)間的犧牲層，(b)在漂洗溶液中漂洗蝕刻的微型結(jié)構(gòu)和蝕刻的晶片達一預(yù)定時間，以致微型結(jié)構(gòu)與晶片間的蝕刻溶液為漂洗溶液代替，(c)把漂洗過的晶片裝在連接于一轉(zhuǎn)動軸的一安裝裝置中并通過軸的轉(zhuǎn)動除去留在晶片與微型結(jié)構(gòu)間的漂洗溶液。晶片以鉛直位置裝在安裝裝置中，以致微型結(jié)構(gòu)面向轉(zhuǎn)動軸之外。因此，可以防止干燥過程中由MEMS工藝方法制成的微型結(jié)構(gòu)與晶片間的吸附現(xiàn)象。
文檔編號B81C1/00GKCN1193407SQ02125134
公開日2005年3月16日 申請日期2002年6月28日
發(fā)明者趙鎮(zhèn)佑, 李文喆, 李銀圣 申請人:三星電子株式會社導(dǎo)出引文BiBTeX, EndNote, RefMan