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引言
本文的目的是尋找改進(jìn)玻璃蝕刻劑的濕式蝕刻技術(shù)的方法，分析了玻璃濕蝕工藝的基本要素。為此，提出了一種改進(jìn)的玻璃深濕蝕刻技術(shù)。用Cr/Au和光刻膠掩模蝕刻了一個(gè)500μm厚的Pyrex玻璃晶片，據(jù)我們所知，這是所報(bào)道的最佳結(jié)果。對于改進(jìn)的表面，建立了高溫和蘇石灰玻璃的最佳溶液HF/HCl（10：1）。本文將重點(diǎn)研究玻璃的濕蝕刻過程，重點(diǎn)研究最常用的玻璃玻璃之一（康寧7740）。
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玻璃蝕刻技術(shù)
玻璃蝕刻主要有三種技術(shù)：機(jī)械、干燥和濕。機(jī)械方法包括傳統(tǒng)的金剛石鉆頭鉆頭、超聲波鉆孔、電化學(xué)放電或粉爆，這些方法通常用于通過玻璃晶片進(jìn)行蝕刻。然而，使用這種方法不能生成光滑的表面，干式蝕刻技術(shù)包括等離子體和激光蝕刻玻璃。
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是在hf基溶液中進(jìn)行的。由于成分的不同，蝕刻速率也有所不同。
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圖1不同眼鏡的深度與蝕刻時(shí)間
圖1給出了一個(gè)例子，其中三種不同的玻璃(康寧7740、打石灰和HoyaSD-2)在HF49%溶液中濕蝕刻,可以觀察到，只有康寧7740呈現(xiàn)出恒定的蝕刻速率，而其他兩種玻璃的深度在時(shí)間上有拋物線變化。對這種效應(yīng)的解釋可以在玻璃成分中找到。結(jié)果在蝕刻后，表面變得粗糙，隨著時(shí)間的推移，蝕刻速率降低。在康寧7740的成分中，不溶產(chǎn)物的量僅為2%（氧化鋁）。因此，建議在含有不溶產(chǎn)物的低濃度氧化物的玻璃上進(jìn)行濕深蝕刻。這就是為什么在我們的實(shí)驗(yàn)中，我們更多地關(guān)注聚吡乙烯玻璃（康寧7740）。
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蝕刻率
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，首選蝕刻的選擇性作為該工藝的參數(shù)。在玻璃濕蝕刻中，一些用作掩蔽層的材料（主要是硅和金）在hf基蝕刻劑中是惰性的，蝕刻過程受到掩蔽層缺陷和蝕刻劑通過這些缺陷穿透的限制。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。蝕刻率是每種玻璃的特點(diǎn)，特別是由于在制造過程中使用不同的氧化物和不同的成分。對于HF基蝕刻溶液，蝕刻速率由HF增強(qiáng)劑的濃度決定。退火過程對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)。
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圖2退火和未退火玻璃晶片與高頻濃度的蝕刻率
對退火的影響也如圖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。結(jié)果表明，退火不僅是降低內(nèi)應(yīng)力的重要過程，而且是提高蝕刻速率的重要過程。對這種現(xiàn)象的一種解釋是氧化物的再分配/濃度。
圖4顯示了吡咯烯玻璃100μm深蝕刻后的掩蔽層圖像?？梢杂^察到，面具在某些區(qū)域被打破，在另一個(gè)部分，它被彎曲。本文提出的缺陷是金屬屏蔽層的特征。對于1μm厚的非晶硅作為掩蔽層和相同的蝕刻條件，掩模沒有破損，但呈現(xiàn)出均勻的變形。事實(shí)上，對于非晶硅層，缺陷是在150μm深的蝕刻后開始產(chǎn)生的，并且有更多的針孔,在邊緣沒有觀察到缺口缺陷，在實(shí)驗(yàn)中，金和硅都是高頻溶液中的惰性材料，濕蝕過程中掩模演化的主要區(qū)別在于掩模層中引起的殘余應(yīng)力值。
我們已知，液體通過具有親水表面的微通道被拉入，如果微通道表面是疏水的，則被拉出。較長的蝕刻導(dǎo)致更大的針孔，由于其各向同性的蝕刻輪廓，其尺寸與玻璃蝕刻深度成正比，實(shí)驗(yàn)中也說明了針孔的生成。
在我們看來，增加的掩模厚度不能是影響蝕刻質(zhì)量的一個(gè)因素。對于某些沉積方法，厚度的增加意味著粗糙度的增加，因此應(yīng)力集中器的數(shù)量增加。由于蝕刻的各向同性，下蝕刻在掩蔽層中產(chǎn)生一個(gè)應(yīng)力梯度，使掩模蠕變。?
光刻膠掩蔽層
光致膠蝕劑主要用于稀釋高頻溶液（廣泛稱為BOE）中的氧化硅蝕刻。在我們的實(shí)驗(yàn)中，我們使用了正光刻膠AZ7220。在高濃度的高頻溶液中，光刻膠掩模的質(zhì)量很差。最大光刻時(shí)間約為3分鐘(相當(dāng)于非退火晶片上25μm的深度光刻)是在120OC的熱板上硬支撐30分鐘后實(shí)現(xiàn)的。我們的經(jīng)驗(yàn)表明，將硬烤的光刻掩膜涂上Cr/Au涂層可以提高蝕刻劑中的電阻15-20分鐘以上。在實(shí)驗(yàn)中，使用了Cr/Au（60nm/400nm）和光刻膠SPR220-7，他們將該工藝的改進(jìn)歸因于掩蔽層的小缺陷的覆蓋。
研究結(jié)果被用于制造玻璃晶片中的通道和孔，僅在未退火的玻璃晶片上使用Cr/金掩模將一個(gè)200μm深的玻璃通道在49%的HF中蝕刻30分鐘。光學(xué)圖像（通過玻璃晶片來更好地觀察缺陷）顯示了一個(gè)很好的通道邊緣的清晰度，其邊緣未見凹痕缺陷。同時(shí)在各個(gè)實(shí)驗(yàn)中顯示了與兩個(gè)通道和兩個(gè)蝕刻孔相交的掩蔽層的頂視圖圖像，未觀察到掩蔽層的損傷，證實(shí)了濕蝕刻工藝的質(zhì)量很好：側(cè)壁清晰，邊緣清晰。在這兩種情況下，濕蝕刻過程的各向同性都在1：1左右。???
本文介紹了玻璃濕蝕刻畫，主要研究了最常用的吡咯玻璃之一：康寧7740。高頻溶液中玻璃濕法蝕刻的主要要素可歸納為：高頻溶液中不溶性氧化物成分如氧化鈣、氧化鎂、氧化鋁對降低蝕刻速率（及時(shí)）和粗糙表面的產(chǎn)生有顯著影響；高頻溶液的濃度對濕刻蝕過程有很重要的影響；采用40-50OC加熱高頻溶液，使用超聲攪拌，首先，安全（高頻氣體量增加），其次，降低口罩的電阻。掩蔽層中的殘余應(yīng)力在缺陷的產(chǎn)生中起著重要作用。最佳結(jié)果：用Cr/Au(50nm/1μm)+光刻膠掩模進(jìn)行500μm厚的晶片的蝕刻。如果在溶液中加入鹽酸，可顯著改善濕蝕刻過程中產(chǎn)生的表面。鹽酸的主要作用是去除不溶性產(chǎn)物。吡玻璃和汽石灰玻璃的最佳比例為10：1。