专利名称：利用离心力干燥晶片的防吸附方法和设备的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种方法和设备，用于干燥晶片，此晶片用以制作半导体装置和采用微型机电系统(MEMS)的装置，而更为具体地说，涉及一种用于利用离心力干燥一晶片的防吸附方法和设备。
背景技术：
在采用微型机电系统(MEMS)技术的各种RF装置中最为广泛应用的射频(RF)装置是一种RF开关。这种采用MEMS技术的RF开关一般用以分拣采用微波或毫米波的无线通讯系统中的信号，而特别是，信号发送或阻抗匹配网络中的信号。
一允许切换的微型结构嵌置在一RF开关之中。一除去一牺牲层和把叠置在牺牲层上的微型结构浮置在一基底上的去除过程，当制作这类微型结构时，是必然需要的。
图1A至1C是一些照片，表明通过去除过程除去牺牲层之后的各种微型结构。图1A表明一MEMS结构，其中没出现吸附现象；图1B表明一MEMS结构，其中出现局部吸附现象；以及图1C表明一MEMS结构，其中出现全面吸附现象。
去除过程可以是一种干式蚀刻过程或一种湿式蚀刻过程。在干式蚀刻过程中，一固态牺牲层利用等离子体被改变为蒸气状态，而后被除去，从而可以防止稍后说明的湿式蚀刻过程中由于表面张力而造成的结构吸附现象。不过，在干式蚀刻过程中生成相当大的热量，因而微型结构会出现热变形。
同时，在湿式蚀刻过程中不生成热量，因而可以防止由于热量而造成的微型结构的变形。不过，吸附会在除去牺牲层之后，由于出现在晶片干燥过程之中的表面张力，而出现在基底与微型结构之间。因而，这种吸附使之难以制作精密的RF开关(switch)，并造成RF开关的经常失灵。
图2A到2C表明其中在湿式蚀刻去除过程中出现吸附现象的各个步骤和其中微型结构随着漂洗溶液在晶片干燥过程中不断蒸发而被吸附的各个步骤。
在湿式蚀刻过程中除去牺牲层之后，其中基底与用MEMS技术制成的微型结构之间的牺牲层被除去的部分充满一种蚀刻溶液(见图2A)。接下来，如果充满了蚀刻溶液的微型结构由一种漂洗溶液予以漂洗，则蚀刻溶液为漂洗溶液所代替(见图2B)。再下来，如果充满了漂洗溶液的微型结构经受干燥，则漂洗溶液的量得以减少，而微型结构由于漂洗溶液的表面张力而移向基底，此过程被重复，微型结构吸附在基底上(见图2C)。
如果微型结构的挺度予以增大以便防止吸附现象，则微型结构与基底之间的间隔，即使漂洗溶液在干燥过程中蒸发，也可以保持。不过，这需要很大的驱动电压，以便驱动RF开关。
为了解决这种问题，已经提出了其中修改了局部湿式蚀刻过程的多种方法。亦即，在冷冻-干燥方法中，漂洗溶液首先被冷冻、升华，而后除去。不过，当漂洗溶液被冷冻时，漂洗溶液容积的变化会导致微型结构变形，并因而难以制作结构，诸如RF MEMS开关。
一种超临界干燥方法披露在美国专利第6067728号之中。在此超临界干燥方法中，漂洗溶液在一高压室中由液态二氧化碳(CO2)所代替，而后液态CO2在CO2的临界压力点下被除去，从而可以制成其中不出现吸附现象的微型结构。不过，由于超临界干燥方法要求大约72个大气压的高压，就出现了稳定性问题，而且要求昂贵的设备。因而，难以采用超临界干燥方法来制作实用的RF开关。
作为另一方法，在一种异丙醇(IPA)沸腾方法中，在一晶片被放入沸腾的IPA、加热，而后取出之后，IPA通过把晶片保持在空气中或安放在温度为大约100-300℃的炉中而迅速蒸发，从而防止了构件的吸附。不过，附着于晶片的IPA的量，每当晶片从IPA中取出时，都是不同的，而且IPA的分布取决于在晶片上的位置，因而产生一种非均匀的弯曲。于是，在去除过程期间难以取得均匀的弯曲，因而也难以利用IPA沸腾方法制作实用的RF开关。
发明内容
为了解决以上各种问题，本发明的目的是提供一种用于利用离心力干燥晶片的防吸附方法和设备，以便防止在湿式蚀刻过程中除去牺牲层之后干燥晶片时出现吸附。
于是，为达到以上目的，按照本发明的一种方案，提供一种用于干燥晶片和制成在晶片上的微型结构的防吸附方法。此方法包括的各步骤是(a)使用一种蚀刻溶液来除去叠置在晶片与微型结构之间的一牺牲层；(b)在一种漂洗溶液中漂洗蚀刻的微型结构和蚀刻的晶片一预定时间，以致微型结构与晶片之间的蚀刻溶液为漂洗溶液所代替；以及(c)把漂洗过的晶片装在连接于一转动轴的一安装装置之中并通过转动此轴而除去留在晶片与微型结构之间的漂洗溶液，其中晶片以铅直位置装在安装装置之中，以致微型结构从转动轴面向外。最好是，漂洗溶液是去离子(DI)水或异丙醇(IPA)。
最好是，由轴的转动而造成的离心力至少等于或大于微型结构与晶片之间的表面张力。
为了达到上述目的，按照本发明的另一方面，提供一种利用离心力干燥晶片的防吸附设备。此设备包括许多安装装置，用于固定制成在晶片上的微型结构，以及一转动装置，用于以一预定转动速度驱动一连接于各安装装置的转动轴，其中晶片以铅直位置安装，以致微型结构从转动轴面向外。
最好是，此设备还包括一容器，其中盛放一种漂洗溶液；一项盖，用于盖住容器上部，并且其上装有一轴承用于支承转动轴，其中在容器的两侧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，用于从容器中排出漂洗溶液。
本发明的以上目的和各种优点，通过参照附图详细说明其一优选实施例，将变得比较明显，附图中图1A至1C是一些照片，表明通过去除过程除去一牺牲层之后各微型结构的吸附状态(stiction state)；图2A至2C表明采用湿式蚀刻的去除过程中出现的吸附现象的各个步骤；图3是按照本发明一项优选实施例的采用离心力的抗吸附晶片干燥器的剖面视图；图4是图3的局部顶视图，表明装在一个安装装置中的微型结构。
具体实施例方式
图3是按照本发明一项优选实施例的采用离心力的抗吸附晶片干燥器的剖面视图，而图4是图3的局部顶视图，表明装在一个安装装置之中的微型结构(micro structure)。尽管图3和4显示形成在一个晶片上的仅只一个微型结构，但在一个晶片上可以形成许多微型结构。
参看图3，一干燥器10包括一有待充注漂洗溶液的容器12和一用于盖住容器12上部的盖14。一轴承16装在盖14的中心处，而一转动轴18由轴承16支承。一连接装置22连接于转动轴18的下部，而一安装装置24，用于安装上制成有一微型机电系统(MEMS)开关的一微型结构50，连接于连接装置22。
图4是一局部顶视图，表明一个安装装置24和装在安装装置24中的微型结构50。微型结构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。
就微型结构50而言，晶片52以一铅直位置装在安装装置24之中，以致膜片58-即MEMS开关-向外与转动轴18分隔开。
安装装置24包括一形成在两侧处的支承颚板26，以便防止装在安装装置24之中的晶片52在转动期间脱开，以及一底部28，形成得以便防止安装的晶片52落下。
一用于从外部向容器12注入一种漂洗溶液的漂洗溶液入口32，以及一用于从容器12排出漂洗溶液的漂洗溶液出口34，装设在容器12的两侧。阀门32a和34a，用于打开和关断漂洗溶液液流，分别安放在管子32和34中。一加热线圈30，用于加热容器12之中的漂洗溶液，嵌置在容器12之中。
转动轴18由一马达20以预定速度使之转动。一空气出口35a装设在容器12的右上部分处，而一真空泵35连接于空气出口35a。盖14连接于一气缸36的活塞杆36a，以致盖14可以盖住和敞开容器12。
具有以上结构的干燥器的操作将参照图3和4予以说明。
参看图3和4，盖14利用气缸36从容器12被向上移动。接着，牺牲层(sacrificial layer)使用蚀刻溶液从其上除去的微型结构被装在安装装置24之中。在此情况下，晶片52面向转动轴18，而膜片58面向外部。
接着，阀门32a在阀门34a关闭的状态下被打开，而漂洗溶液经由漂洗溶液入口32被注入容器12到一预定高度。去离子(DI)水或异丙醇(IPA)用作漂洗溶液。如果需要，漂洗溶液的温度可以利用加热线圈30提高到一预定值。
接着，盖14通过操纵气缸36被移下并盖住容器12。在此情况下，连接于转动轴18的安装装置24向下移动，从而安装装置24和微型结构50被浸泡在漂洗溶液之中。漂洗溶液出口34的阀门34a在一预定时间之后被打开，从而从容器12中排出漂洗溶液。为了避免由于转动造成的空气摩擦或压力引起结构20的变形，容器12可以通过操纵连接于空气出口35a的真空泵35而保持在真空状态之中。
当转动轴18转动时，离心力作用于微型结构50，微型结构50由安装装置24予以固定，并且由于转动，大部分漂洗溶液与微型结构50分离，于是被除去。如果留下的溶液开始蒸发，微型结构50与晶片52之间的表面张力(surface tension)最初朝向转动轴24作用于微型结构50，而当发生转动时，离心力在相反方向上同时作用于微型结构50。因而，应当按照所制作的结构50的挺度(stiffness)和质量施加适当的离心力。当转动轴18以角速度w转动时，在距转动轴18中心距离r处作用于具有质量m和挺度k的结构的离心力Fc，由方程1表述。
Fc＝mrw2(1)如果表面张力Fs作用在晶片52与微型结构50之间，微型结构50的位移d，无论质量如何，由方程2表述。d=Fc-Fsk---(2)]]>因而，转动轴18以按照微型结构50的质量和挺度计算出的角速度转动，从而防止微型结构50与晶片52之间的距离缩短，并蒸发微型结构50与晶片52之间漂洗溶液。在此情况下，离心力的方向应当与微型结构50被吸附的方向相反，而表面张力与离心力之和应当处在微型结构50的弹性限度之内。在离心力大于表面张力的情况下，离心力的方向与微型结构50吸附的方向相反，微型结构50与晶片52之间的距离增大，从而防止微型结构50的吸附。在离心力等于表面张力的情况下，微型结构50保持在距晶片52的预定距离处，从而可防止微型结构50的吸附。在离心力小于表面张力的情况下，微型结构在微型结构50被吸附的方向上被拉拽。不过，微型结构50具有一种恢复力(由结构挺度造成的力)，正比于变形量。因而，如果表面张力不大于微型结构50的恢复力与离心力之和，则可以防止吸附现象。
实验实例在制造RF MEMS开关时，一微型结构在一牺牲层从微型结构上被除去之后，使用去离子(DI)水在室温下漂洗10分钟，而后在室温下浸泡在异丙醇(IPA)之中另外5分钟。这之后，晶片被装在安装装置之中，安放得离开转动轴10cm，而后通过以2000每分钟转数(RPM)转动晶片6分钟干燥晶片。RPM是利用方程3计算出来的。
质量＝2.892e-9kg，挺度k＝1.18＝11.8e-6(用于获得10μm的结构变形的离心力)N/m，r＝0.1mRPM＝1930≌2000……… (3)实验结果表明，在晶片被干燥之后不出现吸附现象(stictionphenomenon)。
一如上述，按照本发明，在干燥过程中，大部分漂洗溶液通过调节角速度以致离心力方向与一微型结构与一晶片之间的表面张力方向相反而在液态下被除去，而微型结构的变形保持在弹生限度之内，从而防止通过MEMS工艺方法制成的微型结构与晶片之间的吸附现象。此系统不需要昂贵的设备。特别是，可以在一晶片范围内从事各种作业，从而能够批量生产。
虽然本发明已经参照其各优选实施例具体地作了图示和说明，但是本技术领域中的熟练人员将会理解，可以在其中作出形式和细节方面的多种变更而不偏离由所附各项权利要求确定的本发明的精神和范畴。
权利要求
1.一种用于干燥晶片和制成在晶片上的微型结构的防吸附方法，此方法包括如下各步骤(a)使用一种蚀刻溶液来除去叠置在晶片与微型结构之间的一牺牲层；(b)在一种漂洗溶液中漂洗经过蚀刻的微型结构和经过蚀刻的晶片一预定时间，使得微型结构与晶片之间的蚀刻溶液为漂洗溶液所代替；以及(c)把漂洗过的晶片装在连接于一转动轴的一安装装置之中并通过转动此轴而除去留在晶片与微型结构之间的漂洗溶液；其中晶片以铅直方位装在安装装置之中，使得微型结构背离转动轴向外。
2.按照权利要求1所述的方法，其中漂洗溶液是去离子(DI)水或异丙醇(IPA)。
3.按照权利要求1所述的方法，其中由于轴的转动所造成的离心力至少等于或大于微型结构与晶片之间的表面张力。
4.一种用于利用离心力干燥晶片的防吸附设备，此设备包括多个安装装置，用于固定制成在晶片上的微型结构；以及一转动装置，用于以一预定转动速度驱动连接于各安装装置的一转动轴；其中晶片以铅直方位安装使得微型结构背离转动轴向外。
5.按照权利要求1所述的设备，还包括一容器，其中盛放一种漂洗溶液；一盖，用于盖住容器的上部，而且其上配装有一用于支承转动轴的轴承；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从容器中排出漂洗溶液的漂洗溶液出口制成在容器的两侧上。
6.按照权利要求5所述的设备，还包括一用于加热容器的加热器。
7.按照权利要求5所述的设备，还包括用于向上和向下移动转动轴的装置。
8.按照权利要求7所述的设备，其中移动装置是一用来上下移动所述盖的气缸。
9.按照权利要求5所述的设备，其中还包括一用于排出容器中空气的真空泵。
全文摘要
提供一种利用离心力干燥晶片的防吸附方法和设备。此防吸附方法包括如下步骤(a)使用蚀刻溶液除去叠置在晶片与微型结构间的牺牲层，(b)在漂洗溶液中漂洗蚀刻的微型结构和蚀刻的晶片达一预定时间，以致微型结构与晶片间的蚀刻溶液为漂洗溶液代替，(c)把漂洗过的晶片装在连接于一转动轴的一安装装置中并通过轴的转动除去留在晶片与微型结构间的漂洗溶液。晶片以铅直位置装在安装装置中，以致微型结构面向转动轴之外。因此，可以防止干燥过程中由MEMS工艺方法制成的微型结构与晶片间的吸附现象。
文档编号B81B3/00GK1405847SQ0212513
公开日2003年3月26日 申请日期2002年6月28日 优先权日2001年6月30日
发明者赵镇佑, 李文喆, 李银圣 申请人:三星电子株式会社