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引言
? ? ? 在本報(bào)告中，氫氧化鉀和nH4HF2作為蝕刻劑進(jìn)行了測(cè)試，討論了通過光纖傳輸?shù)募す馐鰪?qiáng)硅化學(xué)鉆孔的可能性。
? ? ? 結(jié)果表明，成分優(yōu)化將使該蝕刻劑適用于光纖鉆井。nh4hf2激光增強(qiáng)蝕刻，蝕刻速率與氫氧化鉀和過氧化氫速率匹配。然而，保護(hù)硅光纖免受nh4hf2影響的想法對(duì)于實(shí)現(xiàn)光纖鉆孔的必要條件，因?yàn)楦呒す夤β时仨殦p害塑料光纖需要足夠的蝕刻速率。
? ? ? MEMS器件的制造包括干蝕刻裝置和CVD裝置； 為了解決以下問題:為了制作掩模而組合了多種電子束描繪裝置等，這些設(shè)備規(guī)模大，初期投資大。 MEMS器件的小批量生產(chǎn)容易導(dǎo)致成本過多1）。為了應(yīng)對(duì)MEMS器件的試制和少量生產(chǎn)， 并提出了通過激光直描在硅表面形成掩模，然后進(jìn)行濕法蝕刻的圖案形成技術(shù)2）。 由于此時(shí)形成的掩膜層極薄，無法承受長(zhǎng)時(shí)間的蝕刻， 形成深穴和深溝是很困難的。
? ? ? 因此，在本報(bào)告中，考慮到通過光纖傳送的激光對(duì)硅的輔助蝕刻，比較各條件下硅的激光輔助蝕刻特性，研究適用于深孔鉆孔的蝕刻液。
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實(shí)驗(yàn)
? ? ? 嘗試在0.1 wt%KOH水溶液中對(duì)P型硅晶圓（100）進(jìn)行了激光照射（但是，此時(shí)使用的是氬離子激光，輸出功率為2W）。通過橙色濾光片拍攝照射中的情況，在左側(cè)的試料中央附近照射了激光。但是，在沒有照射激光的部分也發(fā)現(xiàn)了硅的溶解產(chǎn)生氣泡，而且在沒有照射激光的試料也發(fā)現(xiàn)了氣泡的產(chǎn)生。這樣使用KOH的情況下僅對(duì)激光照射部進(jìn)行選擇性蝕刻是很困難的。
? ? ? 因此，為了防止未被激光照射的部分被蝕刻， 在KOH水溶液中加入了H2O2，為了確認(rèn)該溶液的蝕刻特性， 制備KOH濃度為0～40重量%，H2O2濃度為0～1重量%的溶液，在保持80℃的狀態(tài)下浸入P型<100>晶片，測(cè)量蝕刻速率。測(cè)量結(jié)果如圖2所示。H2O2的蝕刻阻止效果在濃度為0.5重量%左右出現(xiàn)，KOH濃度為20～30重量%是合適的。接下來，制備30wt%KOH+1wt%H2O2溶液，以10000W/cm2的光強(qiáng)度進(jìn)行激光輔助蝕刻。蝕刻深度隨時(shí)間的變化如圖3所示。深度隨時(shí)間線性增加，蝕刻速率不受激光照射時(shí)間的影響。因此，激光輔助蝕刻的最佳溶液。
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圖2不同氫氧化鉀和過氧化氫濃度下硅的蝕速率
圖3 硅蝕刻深度隨蝕刻時(shí)間
? ? ? 測(cè)量結(jié)果如圖4所示。使用P型（100）晶圓時(shí)， 比較H2O2濃度為1wt%的情況和0.5 wt%的情況，0.5 wt%的情況下在低光強(qiáng)度·KOH濃度下記錄了高蝕刻速率。另外，把晶圓作為N型（100），光強(qiáng)度5000W/cm2照射的情況下，如果H2O2濃度為0.5 wt%，激光照射部分以外的硅也被蝕刻。在1wt%的情況下，雖然可以進(jìn)行選擇性的蝕刻，但是在KOH濃度為10wt%、20wt%時(shí)只得到低速率，不能進(jìn)行30wt%以上的蝕刻。這樣，最合適的蝕刻液的濃度和得到的蝕刻速率受到摻雜種類的強(qiáng)烈影響。
? ? ? 作為預(yù)備實(shí)驗(yàn)，嘗試了各自使用的激光輔助蝕刻的結(jié)果，由于NH4HF2顯示出較高的蝕刻率的傾向，所以在使用7wt%NH4HF2的情況下，調(diào)查了激光輸出對(duì)蝕刻率的影響。改變激光輸出，在光強(qiáng)度5000W/cm2下照射P型（100）晶圓時(shí)的蝕刻率如圖5所示。蝕刻率相對(duì)于激光輸出呈直線增加，激光輸出5W時(shí)為1.36μm/min，接近使用KOH+H2O2時(shí)的最大蝕刻率。
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討論和總結(jié)
? ? ? 本研究的目的是通過光纖傳輸?shù)募す膺M(jìn)行蝕刻時(shí)，需要考慮光纖對(duì)蝕刻液的耐受性。為了防止腐蝕，雖然使用塑料系光纖是有效的，但是由于可以使用的激光強(qiáng)度受到大幅度的限制，所以很難獲得高蝕刻率。因此，通過對(duì)石英系光纖進(jìn)行涂層等特別的努力，在防止氫氟酸腐蝕的同時(shí)進(jìn)行使用等研究，可以打開應(yīng)用于鉆孔加工的可能性。
? ? ? 為了利用光纖傳輸?shù)墓膺M(jìn)行激光輔助蝕刻，調(diào)查了2種蝕刻液的蝕刻特性，得到了以下結(jié)果:1.通過在KOH水溶液中添加H2O2，可以實(shí)現(xiàn)僅對(duì)激光照射部分的蝕刻2.優(yōu)化KOH+H2O2蝕刻液的組成，有可能適用于使用光纖的鉆孔加工3.使用NH4HF2的蝕刻，通過防止石英系光纖的腐蝕等，有可能適用于鉆孔加工。
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