本文介紹了玻璃微加工的工藝，包括噴砂，濕法蝕刻，反應離子蝕刻（RIE）和玻璃回流技術。根據(jù)實驗介紹并討論了每種方法的優(yōu)缺點。噴砂和濕法蝕刻技術是簡單的工藝，但是在小而高縱橫比的結(jié)構(gòu)中卻面臨困難。演示了噴砂處理過的2 cm×2 cm Tempax玻璃晶片，其蝕刻深度約為150 μm。通過濕蝕刻工藝觀察到具有蝕刻深度和側(cè)面約20μm的Tempax玻璃結(jié)構(gòu)。這項工作最重要的方面是開發(fā)RIE和玻璃回流焊技術。這些方法的當前挑戰(zhàn)在此得到解決。深Tempax玻璃柱，表面光滑，垂直，通過RIE技術獲得了直徑為1μm的玻璃柱，縱橫比為2μm，蝕刻深度為10μm的高深寬比為10的玻璃。通過玻璃回流技術成功地演示了嵌入在Tempax玻璃內(nèi)部的貫穿硅晶片互連。研究了玻璃回流到大腔體（大于100μm），微溝槽（0.8μm寬溝槽）和微毛細管（直徑1μm）的情況。進行了工藝流程的其他優(yōu)化，以使玻璃滲透到微型圖案中。并研究了微毛細管（直徑為1μm）。進行了工藝流程的其他優(yōu)化，以使玻璃滲透到微型圖案中。并研究了微毛細管（直徑為1μm）。進行了工藝流程的其他優(yōu)化，以使玻璃滲透到微型圖案中。
關鍵詞：玻璃微加工，濕法蝕刻，噴砂，反應離子蝕刻，玻璃回流工藝
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1.簡介
由于玻璃的優(yōu)異材料性能，包括透明度，機械強度，和介電性能，該玻璃已經(jīng)被廣泛用于微納米機械系統(tǒng)[ 1，2 ]，微納米流體裝置[ 3，4 ]，和光學MEMS（微機電系統(tǒng)）設備[ 5 ]。的玻璃基板，可以容易地連接到經(jīng)由陽極接合工藝的硅襯底沒有任何額外的粘合劑，而這些鍵的密封件表現(xiàn)出良好的氣密真空[ 6，7 ]和高粘合強度[ 8 ]。不幸的是，玻璃很難以微米級的尺度精確地加工。
在過去的幾十年中，硅的微納米制造技術已經(jīng)得到研究和發(fā)展。高深寬比的硅圖形結(jié)構(gòu)可通過深RIE技術輕松實現(xiàn)[ 9 ]。反過來，對玻璃微機械加工的研究較少。有在SiO的蝕刻許多研究2 [ 10，11，12 ]; 然而，玻璃的蝕刻比SiO 2的蝕刻困難更大。TEMPAX玻璃的組分包括大約75％的SiO 2，13％的Na 2 O，10.5％CaO和其它少量添加劑，如1.3％的Al 2 ? 3，0.3％K 2 O，等。因此，玻璃不是純SiO 2，而是向玻璃中添加在蝕刻過程中具有不同蝕刻速率的其他成分。因此，低縱橫比，低蝕刻速率，有限的掩模選擇性和高表面粗糙度仍然是玻璃微加工中的當前問題。
目前微機械加工玻璃的幾種技術存在的，包括鉆孔[ 13 ]，銑[ 13 ]，激光[ 13 ]，噴砂[ 13 ]，濕式蝕刻[ 14，15 ]，干蝕刻[ 16，17，18 ]，玻璃模制技術[ 6，19，20，21，22 ]，等。前三種方法通常用于較大的圖案尺寸和較小結(jié)構(gòu)的面問題。噴砂技術會導致粗糙的蝕刻表面，并且難以制造100μm以下的小圖案。深玻璃蝕刻的濕法蝕刻可通過光滑的側(cè)壁實現(xiàn)；然而，由于其各向同性的刻蝕行為，長寬比受到限制。而且，關于側(cè)面蝕刻，尺寸再現(xiàn)性可能是困難的。與干法刻蝕相反，它可以實現(xiàn)精確的微加工；然而，在深蝕刻中仍然存在蝕刻速率，掩模選擇性和蝕刻質(zhì)量的挑戰(zhàn)。玻璃成型技術，也稱為玻璃吹制和玻璃回流，是用于廣泛的微系統(tǒng)應用的潛在技術。在本質(zhì)上，玻璃吹制可以認為是玻璃回流的反向。在以前的出版物中已經(jīng)描述了玻璃吹制[19 ]。首先，將硅中的蝕刻腔與薄玻璃晶圓結(jié)合在一起。然后，將該晶片在爐內(nèi)在高溫下加熱。由于空腔中截留氣體的膨脹，玻璃被吹入三維球形殼中。已經(jīng)提出了高Q因子微玻璃吹制的酒杯諧振器[ 20 ]。另外，使用玻璃吹制已成功地證明了雙面微透鏡陣列[ 21 ]。反過來，對于玻璃回流，需要真空腔。真空在真空腔內(nèi)的玻璃上施加力，在高溫過程中將其拉入腔中。玻璃可以滲透到大空腔中；但是，玻璃不容易拉成狹窄的圖案[ 6，22 ]。
在這項工作中，研究和評估了四種用于玻璃微加工的技術，包括噴砂，濕法蝕刻，RIE和玻璃回流技術。噴砂和濕法蝕刻技術是簡單的工藝，但是它們面臨著小而高縱橫比的結(jié)構(gòu)的難題。通過使用RIE，還研究了具有光滑表面，垂直形狀和高縱橫比的深Tempax玻璃柱結(jié)構(gòu)。最后，研究了玻璃回流到大腔體，微溝槽和微毛細管中的情況。
2.實驗與討論
2.1。噴沙
噴砂是一種技術，其中將微粒射流引向目標（樣品）以通過高速磨料顆粒的撞擊通過機械腐蝕去除材料。噴砂工藝可用于蝕刻各種材料，例如玻璃[ 13 ]，陶瓷[ 2 ]（例如：LTCC（低溫共燒陶瓷））和硅。
圖1圖中所示為噴砂裝置，通常由噴嘴，微粉和可移動平臺組成。通過噴砂機的噴嘴，高壓氣流使顆粒向樣品加速。樣品的蝕刻速率通常由粉末的噴射速度（80-290 m / s）和工作臺移動速度（X速度和Y速度）控制。在這項工作中，噴砂工藝用于Tempax玻璃的圖案化，使用的Al 2 O 3粉末的粒徑為14μm。圖2說明了在玻璃晶圓上噴砂的實驗過程。厚度為300 μm的玻璃基板（圖2a）用于此過程。粘貼厚度為50μm的干膜抗蝕劑（MS 7050，Toray，東京，日本），然后執(zhí)行光刻，如圖圖2b。接下來，通過噴砂蝕刻具有干膜抗蝕劑圖案的玻璃晶片。如圖所示，在噴砂條件下，玻璃蝕刻深度約為150 μm。表格1。噴砂效果的插圖圖像顯示在圖3。圖中給出了2 cm×2 cm的玻璃晶片和AA'橫截面圖3a，b。玻璃蝕刻表面非常粗糙，蝕刻輪廓演變?yōu)?/span>V形，如圖所示圖3。
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綜上所述，噴砂技術的優(yōu)點是簡單，成本低，定向刻蝕準確。然而，由于干膜抗蝕劑分辨率的限制和粉末顆粒的大尺寸，對于小圖案來說是困難的。此外，如上所述，粗糙的蝕刻表面和錐形蝕刻輪廓面臨困難。在噴砂過程中滲透到蝕刻表面的Al 2 O 3粉末可以在后處理過程中釋放出來。因此，在器件制造的表面上可能會出現(xiàn)許多顆粒。將該方法的優(yōu)缺點與其他方法進行了比較表2。
