本發(fā)明涉及微型機電系統(tǒng)器件精密幾何量測量方法，特別涉及一種硅片陽極鍵合工藝變形的光學(xué)檢測評價方法。

背景技術(shù)：

鍵合技術(shù)是硅微器件加工工藝的關(guān)鍵技術(shù)之一，是將硅微器件中不同或相同材料的部件永久地連結(jié)為一體，用于器件的制作、組裝和封裝。硅-玻璃陽極鍵合是其中一種鍵合技術(shù)，即中間活動器件為單晶硅材料刻蝕成型，上下采用特制玻璃鍵合封裝。鍵合后的器件是類似“三明治”的3層結(jié)構(gòu)：玻璃--硅片--玻璃，玻璃和硅片之間有幾微米到幾十微米左右的間隙。

鍵合過程是電場、高溫的作用，必定會有殘余應(yīng)力存在，因而中間活動器件輪廓形貌會發(fā)生應(yīng)力變形，而不同鍵合工藝因電場、溫度參數(shù)不同其應(yīng)力變形情況也不盡相同。因鍵合間隙有限，如果變形過大活動器件會發(fā)生卡滯或卡死現(xiàn)象，影響器件的精度和成活率。故需要在封裝后對器件輪廓形貌的變形進行測量，來指導(dǎo)調(diào)整鍵合工藝參數(shù)，以期應(yīng)力變形量盡可能小，同時控制鍵合封裝質(zhì)量。目前沒有有效的判斷硅片陽極鍵合工藝變形的方法。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的為：提供一種硅微器件陽極鍵合后，透明封裝玻璃內(nèi)活動器件輪廓形貌變形的非接觸準(zhǔn)確測量及評價方法。

本發(fā)明的技術(shù)方案為：一種硅片陽極鍵合工藝變形的光學(xué)檢測評價方法，其特征為：所述的方法包括如下步驟：

步驟一，掃描測量：使用光學(xué)輪廓儀，配合TTM物鏡，掃描獲取待檢測器件的外形輪廓數(shù)據(jù)；

步驟二，數(shù)據(jù)處理：在得到器件初始外形輪廓基礎(chǔ)上，進行去除邊緣效應(yīng)和設(shè)置評價基準(zhǔn)的處理，以獲得預(yù)期的器件的真實三維外形輪廓；

步驟三，評價判斷：以經(jīng)過數(shù)據(jù)處理的輪廓為基礎(chǔ)，分別在X、Y方向上作該外形輪廓的二維截線，查看輪廓的傾斜和扭曲變形量，并根據(jù)設(shè)定的輪廓谷值和峰值參數(shù)，判斷外形輪廓的變形是否符合設(shè)計要求。

作為本技術(shù)方案的一種改進，在去除邊緣效應(yīng)的影響時，剔除輪廓邊緣3％-4％的數(shù)據(jù)。

作為本技術(shù)方案的一種改進，當(dāng)評價器件的局部變形時，還要進行評價基準(zhǔn)設(shè)置的處理，即去除放置傾斜。

作為本技術(shù)方案的一種改進，使用光學(xué)輪廓儀及透過透明材料測量物鏡，獲取小封裝間隙待檢測器件的外形輪廓數(shù)據(jù)。

作為本技術(shù)方案的一種改進，當(dāng)評價器件整體的工藝變形時，選擇器件外框作為基準(zhǔn)面找平；當(dāng)評價器件局部的工藝變形時，只需將被測區(qū)域?qū)拐移健?/p>

作為本技術(shù)方案的一種改進，將光學(xué)輪廓儀的參數(shù)做如下設(shè)置：測量模式為VSI或Z軸掃描范圍大于50μm，物鏡型號為TTM，掃描 長度為在所測表面輪廓峰谷值的基礎(chǔ)上增加10-20％，測量平均選3-8次，回掃長度為掃描長度的20％。

本發(fā)明的有益效果為：本發(fā)明用于微型機電系統(tǒng)(MEMS)器件制作工藝過程，屬于工藝檢測和控制范疇，解決了小封裝間隙硅-玻璃鍵合器件無法直觀準(zhǔn)確檢測評價的問題，它的應(yīng)用可提高鍵合工藝的一致性、重復(fù)性等質(zhì)量。

本發(fā)明確定了以通過測量器件鍵合前后或不同鍵合參數(shù)的變形對比來反映硅片鍵合工藝殘余應(yīng)力大小的評價方法，可直觀、準(zhǔn)確地觀測封裝玻璃內(nèi)中間活動器件的輪廓變形、損傷等。解決了目前不能直接觀測器件結(jié)構(gòu)和評價鍵合應(yīng)力的問題，對于鍵合工藝參數(shù)優(yōu)化，器件性能質(zhì)量的提升具有非常重要的作用。

具體實施方式

下面對本技術(shù)方案做進一步詳細說明。

本技術(shù)方案所述的方法，是使用光學(xué)輪廓儀，選取TTM(透過透明材料測量)物鏡，設(shè)置特定的測量參數(shù)檢測，然后采用二維截線最大變形量判定方法，并設(shè)置特定評定參數(shù)和指標(biāo)進行最大變形量的評價，以判斷鍵合后硅片微器件變形是否滿足設(shè)計要求。

以使用Contour GT光學(xué)輪廓儀測量硅玻璃鍵合的硅微器件為例，說明在完成該方法時的詳細步驟：

步驟一，掃描測量：使用光學(xué)輪廓儀，配合TTM物鏡，掃描獲取待檢測器件的外形輪廓數(shù)據(jù)。首先，選取與鍵合封裝玻璃同樣材質(zhì)的玻璃，厚度必須一致，制作光路補償片，并放入TTM物鏡的特定 位置。然后，將裝有補償片的TTM物鏡安裝到儀器物鏡坐上，按如下設(shè)置測量參數(shù)：測量模式(Measurement Type)為VSI，物鏡型號(Objective)為2×TTM，視場目鏡(Multiplier)當(dāng)進行器件整體測量時選0.55×，當(dāng)進行器件局部測量時選2×(選取原則：與物鏡配合使用，視場內(nèi)應(yīng)包含所測樣品區(qū)域，并盡量充滿視場)，掃描長度(Length)當(dāng)進行器件整體測量時為25μm，當(dāng)進行器件局部測量時為8μm(選取原則：在所測表面輪廓峰谷值的基礎(chǔ)上增加10-20％)，測量平均(Averaging)選3-8次，選取原則：根據(jù)測量要求的精度，精度要求高設(shè)置值大測量次數(shù)多，反之值小測量次數(shù)少。系統(tǒng)誤差標(biāo)定時通常設(shè)置為8，回掃長度(Backscan)當(dāng)進行器件整體測量時為5μm，當(dāng)進行器件局部測量時為2μm，選取原則：為掃描長度的20％，調(diào)制信號閾值(Threshold)為5％。測量參數(shù)設(shè)置好后對儀器進行系統(tǒng)誤差標(biāo)定、存儲，并在測量時選擇剔除系統(tǒng)誤差。最后，保持測量參數(shù)不變，將被測器件置于樣品臺，并聚焦到被測區(qū)域，選擇測量基準(zhǔn)面，當(dāng)進行器件整體測量時，選擇器件外框作為基準(zhǔn)面找平；當(dāng)進行器件局部測量時，只需將被測區(qū)域?qū)拐移?，進行測量。

步驟二，數(shù)據(jù)處理：在得到器件初始外形輪廓基礎(chǔ)上，進行去除邊緣效應(yīng)和設(shè)置評價基準(zhǔn)的處理，以獲得預(yù)期的器件的真實三維外形輪廓。邊緣效應(yīng)是指軟件在測量區(qū)域邊界處作相位去包裹操作時發(fā)生錯誤所導(dǎo)致的數(shù)據(jù)跳變現(xiàn)象，此時呈現(xiàn)的測量結(jié)果不真實。為保證測量結(jié)果真實可靠必須在測量結(jié)束后去除邊緣效應(yīng)的影響，具體操作是利用儀器軟件的Mask(遮蔽框)功能，剔除輪廓邊緣3％-4％的數(shù)據(jù)， 即選則矩形或其它合適的圖形框，保留輪廓內(nèi)部97％-96％面積的數(shù)據(jù)，做Mask處理。設(shè)置評價基準(zhǔn)的操作在選擇測量基準(zhǔn)面的基礎(chǔ)上做處理，利用儀器軟件的項目移除(Terms Removal)功能，僅當(dāng)進行器件局部測量評價時做去除放置傾斜(Tilt only)的處理，以消除測量時器件放置不平對結(jié)果的影響。

步驟三，評價判斷：以經(jīng)過數(shù)據(jù)處理的輪廓為基礎(chǔ)，分別在X、Y方向上作該外形輪廓的二維截線，查看輪廓傾斜變形和扭曲變形的大小，并根據(jù)設(shè)定的輪廓谷值和峰值參數(shù)，判斷輪廓外形的變形是否符合設(shè)計要求。評價判斷是以鍵合前后或不同鍵合參數(shù)下硅微器件的中間活動部分輪廓的變形、翹曲量的對比作為評價標(biāo)準(zhǔn)，變形要求盡可能小。此時，X、Y方向上二維截線微米尺度的起伏，分別代表了輪廓的傾斜變形和扭曲變形，查看X、Y兩個方向上的最大變形量(或為谷值、或為峰值)，即為器件輪廓的傾斜變形和扭曲變形的大小，還可以提供變形的方向。從而實現(xiàn)了硅片陽極鍵合工藝后封裝材料內(nèi)部的微器件輪廓變形的測量評價。