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引言
本文講述了現(xiàn)有的玻璃微加工技術(shù)，提出了改進(jìn)濕法刻蝕技術(shù)的解決方案。玻璃濕法蝕刻工藝的基本要素，例如:玻璃成分的影響、蝕刻速率、掩模層中殘余應(yīng)力的影響，主要掩模材料的特性、濕法刻蝕工藝產(chǎn)生的表面質(zhì)量。聽過對(duì)結(jié)果的分析，我們提出了用于玻璃的深度濕法蝕刻的改進(jìn)技術(shù)。除此之外本文還介紹了微機(jī)電系統(tǒng)技術(shù)的應(yīng)用。
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玻璃蝕刻技術(shù)
用于玻璃刻蝕的技術(shù)有三大類:機(jī)械，干法和濕法。機(jī)械干法玻璃刻蝕：略。
使用氫氟酸基溶液的濕法化學(xué)蝕刻仍然是低成本和有效的解決方案之一。掩膜層取決于應(yīng)用和器件制造過程的“熱預(yù)算”。有三大類掩蔽材料:光致抗蝕劑、金屬和硅。光致抗蝕劑通常用作掩模層，但其應(yīng)用范圍有限(20-30米)。一種非常常用的掩模是鉻/金，其中鉻層用于提高金對(duì)玻璃的粘附力。銦鉻/銅掩模被用于Pyrex玻璃的濕法蝕刻。另一種常用于玻璃蝕刻的材料是硅，使用不同的方法沉積:PECVD非晶硅、LPCVD非晶硅、LPCVD多晶硅、碳化硅，甚至陽極鍵合體硅。
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玻璃成分的影響
目前有大量的玻璃，每一種都有不同的性質(zhì)和不同的成分。玻璃是氧化物的“混合物”，這些氧化物的組成和濃度賦予了主要的性質(zhì)。因此，玻璃蝕刻的表征只能進(jìn)行一般術(shù)語的分析。
玻璃的濕式蝕刻主要在HF基溶液中進(jìn)行。由于成分的不同，蝕刻速率也不同。圖1給出了一個(gè)例子，其中三種不同的玻璃在HF49%溶液中濕蝕刻?？梢杂^察到，只有康寧7740具有恒定的蝕刻速率，而另外兩種玻璃的深度在時(shí)間上有拋物線變化。
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圖 1不同玻璃的深度與蝕刻時(shí)間
刻蝕速率
深濕蝕刻玻璃的一個(gè)重要因素是蝕刻速率。在濕工藝的某些情況下，首選將蝕刻的選擇性作為參數(shù)。在玻璃的濕蝕刻中，用作掩膜層的材料（硅和金）在HF基蝕刻劑中是惰性的，蝕刻過程受到掩膜層缺陷和蝕刻劑通過這些缺陷的限制。因此，玻璃的快速蝕刻速率將導(dǎo)致更深的蝕刻，而缺陷的產(chǎn)生將保持在相同的速率。
對(duì)于基于HF的蝕刻溶液，蝕刻速率由高頻刻蝕劑的濃度決定。為了達(dá)到較高的蝕刻率，應(yīng)使用49%的標(biāo)準(zhǔn)濃度。圖2顯示了高頻濃度對(duì)康寧7740吡咯玻璃蝕刻速率的影響。需要注意的是，通過將高頻濃度從40%提高到49%，刻蝕率可以迅速提高50-60%(未退火玻璃為4.4μm/min至7.6μm/min)。同時(shí)，蝕刻劑中面罩的電阻無明顯差異。
退火過程對(duì)玻璃的蝕刻率有很大的影響。每一種玻璃都有其最佳的退火點(diǎn)。Pyrex玻璃晶片使用水平爐在n2環(huán)境下，在560?C下退火6小時(shí)。對(duì)退火的影響也如圖2所示。同時(shí)也有類似的變化，但當(dāng)HF濃度從40%增加到49%時(shí)，蝕刻率從9.1μm/min增加到14.3μm/min。我們可以得出結(jié)論，退火是提高蝕刻速率的一個(gè)重要過程。對(duì)這種現(xiàn)象的一種解釋是氧化物的再分配和濃度。
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圖2退火和未退火玻璃晶片的蝕刻速率與高頻濃度相比
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光刻膠掩膜層
光刻膠主要用于稀釋的高頻溶液中的二氧化硅蝕刻。在我們的實(shí)驗(yàn)中，我們使用了正光刻膠。在高濃度的高頻溶液中，光刻膠掩模的質(zhì)量很差。光刻時(shí)間約為3分鐘(相當(dāng)于在120?C下硬刻25μm)。經(jīng)過很長時(shí)間的蝕刻后，光刻膠掩模會(huì)脫落。該技術(shù)可用于需要高達(dá)20μm深的蝕刻的情況。
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HF/HCl10/1溶液的掩膜層
用于玻璃濕式蝕刻的經(jīng)典掩蔽層有光刻膠(AZ7220)、Cr/Au、PECVD非晶硅和LPCVD多晶硅。這些都在最佳溶液HF：鹽酸10：1中進(jìn)行了測(cè)試。光刻膠層的最大蝕刻時(shí)間為2.5分鐘。對(duì)于其他層，沒有注意到蝕刻劑中掩模的電阻的變化。
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結(jié)論
高頻溶液中玻璃濕法蝕刻的主要要素可歸納為：
?·高頻溶液中如氧化鈣、氧化鎂、Al2o3等玻璃成分中不溶性氧化物的存在對(duì)降低蝕刻速率（及時(shí)）和粗糙表面的產(chǎn)生有很強(qiáng)的影響。
?·高頻溶液的濃度對(duì)蝕刻速率起著重要的作用。
?·玻璃的退火對(duì)濕法蝕刻過程有很大的影響。
?·不建議將高頻溶液加熱到40-50?C，也不建議使用超聲攪拌，首先是安全性（高頻氣體量增加），其次是降低面罩的阻力。
?·掩膜中的殘余應(yīng)力在缺陷的產(chǎn)生中起著重要的作用。
?·最佳結(jié)果：使用a：Si/SiC/光刻膠掩模對(duì)1mm厚的晶片進(jìn)行蝕刻。
?·如果在溶液中加入鹽酸，濕蝕過程產(chǎn)生的表面可以顯著改善。鹽酸的主要作用是去除不溶性產(chǎn)物。建立了吡玻璃和鈉石灰玻璃的最佳比例為10：1。