在BOE溶液中对熔融石英玻璃微结构进行深度多级湿法刻蚀

引用

Konstantinova, T. G., Andronic, M. M., Baklykov, D. A., Stukalova, V. E., Ezenkova, D. A., Zikiy, E. V., Bashinova, M. V., Solovev, A. A., Lotkov, E. S., Ryzhikov, I. A., & Rodionov, I. A. (2023)。在BOE溶液中对熔融石英玻璃微结构进行深度多级湿法刻蚀。科学报告，13(1)，文章 5542。https://doi.org/10.1038/s41598-023-32503-w

关键词

  • 熔融石英玻璃
  • 深度湿法蚀刻
  • 缓冲氧化物蚀刻 (BOE)
  • 多层微结构
  • 阶梯式掩模
  • 光刻胶
  • 金属掩模
  • 钼
  • 蚀刻速率
  • 蚀刻各向同性
  • 掩模电阻
  • 微器件
  • 微加工

简介

本文介绍了一种在熔融石英玻璃中制备多层微结构的新方法，该方法采用深度湿法蚀刻技术，使用缓冲氧化物蚀刻 (BOE) 溶液和阶梯式光刻胶/金属掩模。

摘要

本文于 2023 年发表在《科学报告》上，重点介绍了一种在熔融石英玻璃中制备多层微结构的方法，该方法采用深度湿法蚀刻技术和缓冲氧化物蚀刻 (BOE) 溶液。作者 Konstantinova 等人强调了熔融石英玻璃在微型器件中的重要性，因为它具有耐化学性和理想的光学、电学和机械性能。他们指出，虽然湿法刻蚀是制造此类器件的关键方法，但在腐蚀性刻蚀溶液中保持保护掩模的完整性是一项挑战。

作者提出了一种在熔融石英玻璃中制造多层微结构的工艺，该工艺通过使用阶梯式掩模进行深度刻蚀来实现。该工艺包含多个步骤：

  • 计算 BOE 溶液中氟化物成分的浓度：该计算考虑了 pH 值以及氟化铵 (NH4F) 与氢氟酸 (HF) 的比例等因素，以确定理想的刻蚀条件。
  • 实验研究 BOE 浓度对刻蚀参数的影响：本研究考察了不同 BOE 浓度（NH4F:HF 比例从 1:1 到 14:1）对掩模电阻、刻蚀速率和刻蚀轮廓各向同性的影响。为此，作者使用了金属/光刻胶掩模。
  • 确定最佳的BOE蚀刻浓度：通过计算和实验，作者确定BOE浓度为3:1（NH4F:HF）时可获得最佳效果。该浓度对应于HF-2的最大浓度，HF-2是BOE溶液中的关键活性组分。
  • 演示多层蚀刻工艺：该工艺利用优化的BOE浓度（3:1）和通过两步光刻工艺创建的阶梯式保护性光刻胶/金属掩模。该方法能够制造深度超过200 μm、蚀刻速率高达3 μm/min的微结构。

作者得出结论，他们提出的采用阶梯式掩模和优化的BOE浓度的制造工艺，为在熔融石英玻璃中创建高质量的多层微结构提供了一种可靠的方法。该工艺仅需一个初始光刻步骤，即可将复杂的多层元件集成到微型器件中。

来源：https://www.nature.com/articles/s41598-023-32503-w

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