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引言
? ? ? 本文討論了濕式化學(xué)蝕刻作為錐面加工的一種新技術(shù)。研究了石英晶體刻蝕材料的去除條件和成型條件。為了解決從晶片切割成所需尺寸的晶體片被桶加工數(shù)百小時并被拋光成斜面形狀的問題,因為晶體振動器由于從晶片切割成條形而具有差的振動特性,因此需要將晶體振動器加工成凸形(斜面加工)。 本研究的目的是開發(fā)一種新的斜面加工方法。
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實驗
? ? ? 在該方法中,如圖1所示,在晶片階段預(yù)先將凹槽加工成斜面形狀,并將注意力集中在濕法蝕刻上,該濕法蝕刻被認為可以進行微加工,并且在生產(chǎn)率和成本方面具有優(yōu)勢。 為了解決在濕法蝕刻中進行斜面加工時需要掌握適當?shù)牟牧先コ龡l件和建立形狀形成條件的問題。 因此,我們研究了蝕刻條件和抗蝕劑條件。
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圖1 斜角加工工序
? ? ? 用氫氟酸(液溫40℃、濃度5、10wt%)進行實驗得到的結(jié)果如圖2所示。 5重量%下約0.25μm/h和10重量%下約1.25μm/h的蝕刻速率得到了。 此外,氟化鈉只能獲得0.01μm/h左右的非常小的蝕刻速率。 由于推測所需的斜面量為2μm左右,因此決定用氫氟酸進行研究。
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圖2 蝕刻速率
? ? ? 抗蝕劑涂布條件:將光致抗蝕劑滴入用丙酮和純水超聲波洗滌的樣品中,然后用旋涂機以500 rpm-5秒的初始速度和3000 rpm-50秒的正常速度旋轉(zhuǎn)。 用浸透丙酮的棉簽除去部分生成的抗蝕劑膜,用觸針式形狀測量儀測量表面形狀,確認生成了1.5~2.0μm的均勻抗蝕劑膜,如圖3所示
? ? ? 抗蝕劑膜的氫氟酸耐受性:調(diào)查了抗蝕劑膜對氫氟酸的耐受性。 在先前研究的條件下,通過洗滌樣品、涂覆抗蝕劑和預(yù)烘烤形成均勻的抗蝕劑膜,并在40℃的液體溫度下用濃度為5重量%的氫氟酸蝕刻。
? ? ? 結(jié)果,如圖4所示,氫氟酸以a至c的順序從端部逐漸滲透,并且抗蝕劑膜在約1分鐘內(nèi)剝離。由于OFPR-800是樹脂體系,因此認為它不受氫氟酸的影響。 但是,因為原本是為硅用而制造的抗蝕劑,所以在硅基板上進行了同樣的實驗。 結(jié)果,3小時后完全沒有剝離的跡象。 因此,可以認為,本研究中剝離的原因是與水晶基板的粘附性問題。 因此,作為提高附著力的嘗試(1)考慮金作為基底材料的可能性,研究了濺射金氣相沉積膜對氫氟酸的耐受性(2)預(yù)先蝕刻使表面粗糙化的預(yù)處理效果(3)抗蝕劑膜厚變化的效果。在金氣相沉積膜中,當不進行預(yù)處理時,金氣相沉積膜立即剝離,并且即使當通過預(yù)處理使膜厚度變厚時,也僅表現(xiàn)出最多約2分鐘的耐受性。 在金氣相沉積膜中,當不進行預(yù)處理時,金氣相沉積膜立即剝離,并且即使當通過預(yù)處理使膜厚度變厚時,也僅表現(xiàn)出最多約2分鐘的耐受性。
? ? ? 在光致抗蝕劑中,在不進行預(yù)處理的情況下,光致抗蝕劑立即開始剝離,并在5分鐘內(nèi)結(jié)束剝離,而在進行預(yù)處理的情況下,光致抗蝕劑表現(xiàn)出約7-10分鐘的耐受性。 此外,通過進一步增加抗蝕劑的膜厚度,可以將耐受性提高到13-16分鐘左右。
? ? ? 石英晶體的光刻圖案加工:如圖6所示,將在具有最佳耐受性的條件下產(chǎn)生的抗蝕劑膜圖案化,并用氫氟酸(25℃,5重量%)蝕刻。
? ? ? 實驗結(jié)果顯示,同樣在15分鐘左右抗蝕劑剝離。 為了確認可以形成多少不規(guī)則性,在清洗光刻晶體襯底之后,通過觸針型形狀測量儀器測量表面形狀,并且可以確認通過蝕刻形成的約0.1μm的不規(guī)則性。
? ? ? 雖然未達到2μm的目標加工量,但顯示了將濕法蝕刻應(yīng)用于斜面加工的可能性。 考慮到蝕刻后表面粗糙度惡化對振動特性的影響,認為需要在晶圓加工→開槽→精拋光→切割的過程中進行斜面加工。
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討論和總結(jié)
? ? ? ①研究了蝕刻條件。 ②研究了光刻工藝的條件。 ③嘗試提高水晶與抗蝕劑膜的附著力。 ④通過濕法蝕刻,可以在晶體上形成0.1μm左右的凹凸,顯示了應(yīng)用于斜面加工的可能性。