玻璃表面微蚀刻工艺探讨

发布时间：2019-03-13丨点击量：3615

玻璃表面蚀刻纹路由于5G时代玻璃手机后盖流行成为趋势，预测大部分中高端机型将采用玻璃作为手机的后盖板。因此，基于玻璃材质的微加工工艺也就成为CMF研究中不可回避的一个技术问题。而且，由玻璃材质的特殊性，利用蚀刻方式对玻璃表面进行各种纹路的加工越来越被人们所重视。研究这种玻璃表面微蚀刻加工就成为比较重要的一项课题。

在玻璃表面通过蚀刻的方式加工出线宽线距甚至深度的方法就成为非常重要的一个工艺环节。当前，普通玻璃微蚀刻普遍采用湿法刻蚀，采用46%的氢氟酸作为刻蚀剂在30℃的温度下进行玻璃材质的电泳芯片刻蚀，刻蚀速度较高，表面质量不佳;还有采用1%的氢氟酸和5%的氟化铵作为刻蚀剂对玻璃微管道进行刻蚀,刻蚀温度为65℃,刻蚀速度比较低,线宽扩宽较大.

微刻蚀时，由于希望采用较高的刻蚀速率,所以对保护膜在刻蚀溶液中长时间浸泡下的耐腐蚀性提出了较高的要求,但是由于工艺的最开始要镀一层保护膜,接着要腐蚀出窗口，所以要求镀膜的致密性比较好,而且要有特效腐蚀液。所以选择了光刻胶，铬,光刻胶加铬,氮化硅,ITO、抗酸油墨等多种材料作为基底材料玻璃的抗腐蚀保护掩膜,并利用多种不同成分的刻蚀剂进行了对比刻蚀试验,确定了不同材料保护膜的适用范围。

玻璃湿法刻蚀工艺流程

玻璃湿法刻蚀流程图如图1所示。将玻璃基底表面拋光,在拋光面镀一层保护掩膜,然后甩光刻胶 AZ4620,胶厚5，经过100 °前烘,光刻,显影,利用腐蚀液除去图形内暴露部分的膜层,完毕后清洗表面并做坚膜处理,坚膜温度为120 °,恒温4 h,坚膜后将进行刻蚀,根据不同需要调配刻蚀剂进行刻蚀，刻蚀温度、搅拌速度等参数也随不同的管道尺寸及刻蚀深度要求而具体设置,刻蚀完成后清洗玻璃并去除光 刻胶及铬层。

将氢氟酸、氟化铵或硝酸和水按一定的浓度比调配刻蚀剂100ml,放入塑料容器内，利用水浴恒温, 采用叶片式搅拌器加以搅拌,每刻蚀20 min清洗并检测。利用电镜观察通道表面的刻蚀效果，同时观察两种刻蚀剂对基底的刻蚀效率和对基底表面保护膜的破坏作用，同时观察不同尺寸的毛细管的深度方向的 刻蚀速率和侧向钻蚀速率。

保护膜的抗腐蚀特性

要对玻璃进行湿法刻蚀 , 主要采用两种腐蚀液 , 一种为氢氟酸加硝酸(HF+ HNO3+ H2O),所以采用的保护膜材料必须能对酸有抗腐蚀性能。考虑到镀膜工艺的成熟性以及最后去膜的方便,选用了四种材料(光刻胶，铬,氮化硅，ITO)作为玻璃表面的抗腐蚀保护膜。

1掩膜对刻蚀剂1(HF+NH4F+H2O)的抗腐蚀特性

直接利用光刻胶作为保护膜的器件,在不加温条件和在腐蚀液HF+NH4F (0.5mol/l : 0.5mol/l) 的环境下，在60min以内，光刻胶对未刻蚀区域的保护非常良好,腐蚀的速率为200nm/min,器件的侧向 腐蚀导致的展宽在15微米左右。在70min以后,光刻胶出现剥落现象，同时由于光刻胶的黏附力不是很大, 在器件表面有漂浮的迹象,这时,管道刻蚀宽度展宽非常大,而刻蚀深度又非常浅,已经对器件产生了破坏作用。利用水浴加热刻蚀环境的温度至50 "C,光刻胶在20min就产生剥落现象,所以光刻胶作为抗腐蚀液的保护作用只能在常温25 ℃左右,超过50 ℃以后,对图形的保护就不是很有效。

湿法刻蚀时仅用Cr作为保护掩模层,在放入腐蚀液后的10min之内，刻蚀效果比较良好，但10min 后,在刻蚀通道上会有楔型毛刺产生,影响了通道的质量,如图2所示。这是由于在Cr层内部应力较高，刻蚀时通道处Cr层在应力作用下发生局部剥落，经HF腐蚀形成毛刺。