一种圆片级玻璃腔体的制造方法与流程

本发明属于微机械电子mems制造技术，特别涉及一种圆片级玻璃腔体的制造方法。

背景技术：

在mems制造技术领域，键合用玻璃(一种含有碱性离子的玻璃，包括pyrex7740、tempax)是一种重要的材料，因有着和硅相近的热膨胀系数，通过采用阳极键合工艺能与硅衬底形成高强度的键合连接，并且键合表面形成的si-o共价键强度甚至高于硅材料本身，使得键合玻璃形广泛应用于mems器件、mems封装、微流体和moems等领域。

在mems封装领域，由于mems器件普遍带有可动部件，在封装时需要使用腔体结构对器件进行密闭封装保护，让可动部件拥有活动空间，并且对器件起到物理保护作用。在键合用玻璃片上形成深腔结构，再与带有可动部件的硅衬底片进行阳极键合，就可以实现mems器件的圆片级封装。所以，如何在玻璃片上制造出具备一定深度的腔体，是实现此种封装工艺的重点。在湿法腐蚀工艺中，传统方法是选取单种类掩膜，且玻璃片背面不能得到很好的保护，导致玻璃片在腐蚀过程中会发生严重的钻蚀现象，很难得到深度大于50um的腔体。如果采用drie的方法利用sf6气体进行腔体刻蚀，刻蚀效率低且深度无法精确控制。发明专利申请《圆片级玻璃微腔的制造方法》(申请号200810023417.4)和发明专利申请《具有光学窗口的mems封装玻璃微腔的制造方法》(申请号200910185356.6)提出利用硅干法刻蚀、阳极键合后将玻璃软化的方法进行玻璃深腔制作，这种方法虽然能获得深宽比20:1的图形，但当深度超过100μm时片内偏差较大，而且生产效率低。

技术实现要素：

本发明解决的技术问题是：克服现有技术中存在的问题，提供一种工艺简单、深度精确可控、成本低、生产效率高，可以批量生产的圆片级玻璃腔体的制造方法。

本发明解决技术的方案是：一种圆片级玻璃腔体的制造方法，该方法包括以下步骤：

第一步，对玻璃片进行清洗，去除玻璃表面有机物和颗粒；

第二步，采用强碱溶液继续对玻璃片进行清洗，增加玻璃片表面oh-浓度，提高金属薄膜粘附性；

第三步，利用金属薄膜工艺在玻璃片的一面溅射复合金膜；

第四步，先后利用光刻和刻蚀工艺在金膜上进行光刻，并形成特定图案(4)；

第五步，采用蓝膜将玻璃片边缘及无金膜面进行保护；

第六步，将保护好的玻璃片放入hf和水的混合溶液中，腐蚀至预设的一定深度；

第七步，揭掉蓝膜，并去掉光刻胶及复合金膜，在玻璃片上形成腔体。

所述玻璃片为tempax玻璃或pyrex7740玻璃。

第二步中强碱溶液清洗玻璃片的工艺条件为：koh或naoh，温度50℃至80℃，浓度20％至40％，清洗时间5min至20min。

第三步中复合金膜的材料为ti-au或cr-au，其中ti或cr的厚度为20nm至80nm，au的厚度为100nm至1μm。

第四步中的光刻工艺，其工艺条件为：光刻胶厚度为2μm至15μm。

第四步中的刻蚀工艺为湿法腐蚀工艺或者干法刻蚀工艺。

第五步中的蓝膜厚度为70μm至100μm，粘合力不低于1n/mm²。

第六步中的hf和水的混合溶液为：25℃恒温的由体积比为hf：h2o＝1:2组成的腐蚀液，并搅拌。

第七步中形成的玻璃腔体，深度可达50μm至300μm。

本发明与现有技术相比的有益效果是：

1.玻璃的hf腐蚀工艺属于各向同性，且腐蚀过程中hf极易穿过掩膜中的缺陷或针孔对下面的玻璃进行渗透腐蚀。本发明采用强碱溶液对玻璃片进行清洗，可以增加玻璃片表面的oh-，能够增加金属薄膜的粘附性，减少玻璃腐蚀过程中的横向钻蚀。采用厚光刻胶和金属膜组成复合掩膜，能够减少掩膜表面的缺陷和针孔，消除玻璃腐蚀过程中的表面钻蚀。

2.传统的玻璃腐蚀过程中，一般采用机械式工装对背面进行保护，但无法实现气密性保护，腐蚀过程中hf经常渗透到背面，极易导致报废。蓝膜是封装用的常见材料，其带有一定黏性和延展性，可与玻璃片进行气密性贴合，且耐hf腐蚀，价格便宜。采用蓝膜对玻璃片边缘和背面进行保护，能够实现气密性保护，能够经受玻璃的长时间腐蚀。

3.本发明采用常规的mems加工工艺在玻璃圆片上进行加工，工艺过程简单可靠，成本低廉，能够实现圆片级玻璃腔体的批量生产。

4.本发明可通过调节腐蚀液的浓度、温度和腐蚀时间，制备出深度精确可控的玻璃腔体，能够在圆片级封装中具有重要的应用。

附图说明

图1是本发明实施例带有特定图案且被多层掩膜和蓝膜保护的圆片横截面示意图；

图2是本发明实施例腐蚀一定深度的玻璃圆片横截面示意图；

图3是本发明实施例制造出腔体的玻璃圆片横截面示意图。

具体实施方式

下面结合附图，对本发明的一种实现形式做进一步描述。

如图1所示，本发明提供了一种圆片级玻璃腔体的制造方法，该方法包括以下步骤：

第一步，对玻璃片1进行清洗，去除玻璃表面有机物和颗粒；所述玻璃片为tempax玻璃或pyrex7740玻璃。

第二步，采用强碱溶液继续对玻璃片1进行清洗，增加玻璃片表面oh-浓度，提高金属薄膜粘附性；所述强碱溶液清洗玻璃片的工艺条件为：强碱溶液为koh或naoh溶液，温度50℃至80℃，浓度20％至40％，清洗时间5min至20min。

第三步，利用金属薄膜工艺在玻璃片的一面溅射复合金膜2；复合金膜的材料为ti-au或cr-au，其中ti或cr的厚度为20nm至80nm，au的厚度为100nm至1μm。

第四步，先后利用光刻和刻蚀工艺在金膜上进行光刻，并形成特定图案4；

光刻工艺的工艺条件为：光刻胶厚度为2μm至15μm。

刻蚀工艺为湿法腐蚀工艺或者干法刻蚀工艺。

第五步，采用蓝膜5将玻璃片边缘及无金膜面进行保护；

蓝膜厚度为70μm至100μm，粘合力不低于1n/mm²。

第六步，将保护好的玻璃片放入hf和水的混合溶液中，腐蚀至预设的一定深度；

hf和水的混合溶液为：25℃恒温的由体积比为hf：h2o＝1:2组成的腐蚀液，并搅拌。

第七步，揭掉蓝膜5，并去掉光刻胶3及复合金膜2，在玻璃片上形成腔体6。本步骤形成的玻璃腔体，深度可达50μm至300μm。

实施例1

第一步，将pyrex7740玻璃片先后用120℃3#液(h2so4：h2o2＝4:1)清洗20min、80℃1#液(nh4oh：h2o2：h2o＝1:1:5)清洗20min、80℃2#液(hcl：h2o2：h2o＝1:1:6)清洗20min，冲水，甩干。

第二步，将玻璃片再放入60℃，浓度20％的koh溶液清洗10min，冲水，甩干。

第三步，利用磁控溅射台，在玻璃片的一面淀积厚度为40nm/200nm的cr/au薄膜。

第四步，在玻璃片的金属面上涂i7010光刻胶，胶厚2μm，先后利用光刻和干法刻蚀工艺在cr/au薄膜上形成特定图案，并露出玻璃表面。

第五步，利用spv225蓝膜(厚度80μm)。将玻璃片边缘及无金膜面进行气密性贴合.

第六步，将保护好的玻璃片放入25℃恒温的由体积比为hf：h2o＝1:2组成的腐蚀液中，并搅拌，腐蚀50min，腐蚀速率约1μm/min。

第七步，揭掉蓝膜，并去掉光刻胶及金膜，在玻璃片上形成深约50μm的腔体，片内偏差小于2μm。

实施例2

第一步，将tempax玻璃片先后用120℃3#液(h2so4：h2o2＝4:1)清洗20min、80℃1#液(nh4oh：h2o2：h2o＝1:1:5)清洗20min、80℃2#液(hcl：h2o2：h2o＝1:1:6)清洗20min，冲水，甩干。

第二步，将玻璃片再放入80℃，浓度40％的koh溶液清洗20min，冲水，甩干。

第三步，利用磁控溅射台，在玻璃片的一面淀积厚度为40nm/400nm的ti/au薄膜。

第四步，在玻璃片的金属面上涂108cp光刻胶，胶厚5μm，利用光刻和干法刻蚀工艺在ti/au薄膜上形成特定图案，并露出玻璃表面。

第五步，利用spv224蓝膜(厚度80μm，粘合力1.10n/mm²)将玻璃片边缘及无金膜面进行气密性贴合.

第六步，将保护好的玻璃片放入25℃恒温的由体积比为hf：h2o＝1:2组成的腐蚀液中，并搅拌，腐蚀200min，腐蚀速率约1μm/min。

第七步，揭掉蓝膜，并去掉光刻胶及金膜，在玻璃片上形成深约200μm的腔体，片内偏差小于5μm。

实施例3

第一步，将tempax玻璃片先后用120℃3#液(h2so4：h2o2＝4:1)清洗20min、80℃1#液(nh4oh：h2o2：h2o＝1:1:5)清洗20min、80℃2#液(hcl：h2o2：h2o＝1:1:6)清洗20min，冲水，甩干。

第二步，将玻璃片再放入80℃，浓度40％的koh溶液清洗20min，冲水，甩干。

第三步，利用磁控溅射台，在玻璃片的一面淀积厚度为40nm/800nm的ti/au薄膜。

第四步，在玻璃片的金属面上涂az4620光刻胶，胶厚10μm，利用光刻和湿法腐蚀工艺在ti/au薄膜上形成特定图案，并露出玻璃表面。

第五步，利用spv224蓝膜(厚度80μm，粘合力1.10n/mm²)将玻璃片边缘及无金膜面进行气密性贴合。

第六步，将保护好的玻璃片放入25℃恒温的由体积比为hf：h2o＝1:2组成的腐蚀液中，并搅拌，腐蚀300min，腐蚀速率约1μm/min。如图2所示。

第七步，揭掉蓝膜，并去掉光刻胶及金膜，在玻璃片上形成深约300μm的腔体，片内偏差小于10μm。如图3所示。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变形，这些改进和变形也应视为本发明的保护范围。