用于提高石英腐蝕表面光潔度的微掩模去除方法技術

本發明專利技術涉及用于提高石英腐蝕表面光潔度的微掩模去除方法，利用激光加工的刻蝕掩模板作為掩模層，對石英表面的殘余金屬和光刻膠進行等離子體刻蝕，刻蝕過程由清洗、對版、殘余光刻膠刻蝕、殘余金屬刻蝕四個步驟組成，對版過程類似于接觸式光刻中的圖形對準工序，通過預先加工好的對準標記實現不銹鋼板與元件晶片的對準，本發明專利技術克服了通過過曝光、過顯影和過腐蝕去除微掩模引起的結構圖形失真，保持了光刻的高精度，并融合了物理轟擊和化學作用，刻蝕方向性好、速率和選擇比高，去除微掩模效果明顯，且操作簡單，成本低，對于提高壓電石英元件濕法腐蝕表面光潔度具有重要意義。

【技術實現步驟摘要】

本專利技術涉及石英腐蝕，具體是涉及一種。
技術介紹
石英晶體作為一種典型的壓電材料兼具有高品質因數和良好的熱穩定性，多年來已被廣泛應用于制造電聲換能器、諧振器、濾波器以及傳感器等元件。壓電石英元件的加工通常采用物理氣相沉積制備的金屬薄膜作為掩蔽膜，利用紫外光刻技術將其圖形化，再通過氟基濕法腐蝕液腐蝕獲得最終的結構。對于一些元件，存在一部分結構需要通過單面腐蝕制備，即這些結構的一面是腐蝕獲得的，該面的平均粗糙度以及輪廓峰峰值往往對于器件的成品率和結構的頻率溫度特性存在關鍵性的影響。 石英濕法腐蝕表面的粗糙度和輪廓峰峰值與很多因素有關，例如腐蝕液本身的參數(涉及濃度、配比、溫度)、攪拌方式以及由金屬和光刻膠殘余等構成的具有一定附著力的微小掩模(又稱微掩模)。大量實驗表明，這些微掩模阻擋了石英濕法腐蝕液與晶片表面的接觸，使得石英腐蝕面出現三角錐形的小丘，最終導致腐蝕表面粗糙度和輪廓峰峰值增加。顯微觀察表明，微掩模的來源主要有兩種，一種是金屬掩蔽膜制備過程中引入的金屬飛濺點，這些飛濺點區域附近薄膜厚度遠大于其他區域，在掩蔽膜圖形化過程中這些飛濺點很難去除干凈；另一種是源于紫外光刻過程本身的不穩定性，顯影結束后，本應去除的光刻膠區域有時會殘留底膜，這些底膜同時影響了金屬掩蔽膜的圖形化，最終引入了金屬和光刻膠殘余。在金屬掩蔽膜光刻過程中，通過增加曝光、顯影和金屬濕法腐蝕時間可以明顯減少微掩模的產生，但過曝光、過顯影和過腐蝕都會影響金屬掩蔽圖形的精度，嚴重的甚至會導致掩蔽圖形的變形，無法滿足石英元件結構腐蝕的要求。
技術實現思路
本專利技術的目的在于克服現有技術的上述不足，提供，該方法保持了光刻的高精度，并融合了物理轟擊和化學作用，刻蝕方向性好、速率和選擇比高，去除微掩模效果明顯，且操作簡單，成本低。本專利技術的上述目的主要是通過如下技術方案予以實現的，包括如下步驟步驟(一)、在刻蝕掩模板上加工出鏤空圖形，并將刻蝕掩模板與襯板、緊固螺釘、元件晶片、壓板進行裝配，得到等離子體刻蝕夾具，具體裝配方法如下 (a)、將刻蝕掩模板與壓板真空吸合；(b)、將兀件晶片放置于刻蝕掩模板下方,與刻蝕掩模板保持一定間隙；(C)、將刻蝕掩模板上的鏤空圖形與元件晶片上通過金屬掩蔽膜圖形化后獲得的需要進行微掩模去除的圖形對準；(d)、將元件晶片與刻蝕掩模板接觸并真空吸合；(e)、將襯板與元件晶片接觸，緊固螺釘穿過壓板和襯板將各層鎖緊；步驟(二)、將等離子體刻蝕夾具裝入微波氧等離子體去膠機對元件晶片上需要進行微掩模去除的圖形進行殘余光刻膠刻蝕，之后再將等離子體刻蝕夾具裝入Ar離子束刻蝕機對元件晶片上需要進行微掩模去除的圖形進行殘余金屬刻蝕。在上述中，刻蝕掩模板為不銹鋼板、石英晶片或硅晶片，通過激光或刻蝕技術加工出鏤空圖形。在上述中，刻蝕掩模板的厚度為100 200 u mD 在上述中，壓板為不銹鋼，厚度為2 5mm,粗糙度低于0.1 y m ;在上述中，襯板為銅板，厚度為3 5mm,粗糙度低于0.1 y m。在上述中，步驟(b)中元件晶片與刻蝕掩模板保持20 30 ii m間隙。在上述中，步驟(二)中將等離子體刻蝕夾具裝入微波氧等離子體去膠機對元件晶片上需要進行微掩模去除的圖形進行殘余光刻膠刻蝕時，刻蝕功率為50 300W，刻蝕時間為0. 5 2分鐘。在上述中，步驟(二)中將等離子體刻蝕夾具裝入Ar離子束刻蝕機對元件晶片上需要進行微掩模去除的圖形進行殘余金屬刻蝕時，離子束流為30 50mA，屏極電壓為200 500V，刻蝕時間為0. 5 1. 5小時。在上述中，刻蝕掩模板和元件晶片上均開有對準窗口，步驟(C)中通過顯微觀察，利用光刻機的位移調整裝置，將刻蝕掩模板上的對準窗口與元件晶片上的對準窗口對準，從而實現刻蝕掩模板上的鏤空圖形與元件晶片上需要進行微掩模去除的圖形對準。本專利技術與現有技術相比有益效果為(I)本專利技術通過創新設計等離子體刻蝕夾具，通過等離子體刻蝕將石英待腐蝕表面的殘余金屬和光刻膠等去除干凈，避免了利用過曝光、過顯影和過腐蝕去除微掩模帶來的圖形失真，可以在金屬掩蔽膜正常光刻圖形化完成后去除阻擋石英腐蝕的殘余金屬和光刻膠，使得金屬掩蔽膜圖形仍舊保持了光刻的高精度；(2)本專利技術使用等離子體刻蝕技術去除微掩模，該方法融合了物理轟擊和化學作用，刻蝕方向性好、速率和選擇比高，去除微掩模效果明顯；(3)本專利技術使用的刻蝕掩模板可以為不銹鋼板、石英晶片或硅晶片等，刻蝕掩模板上的鏤空圖形可以利用激光或刻蝕技術加工而成，制備方法成熟，耐受等離子體刻蝕能力強，清洗方便，可以多次重復利用，成本較低；(4)本專利技術通過大量試驗確定了采用微波氧等離子體去膠機和Ar離子束刻蝕機進行殘余光刻膠刻蝕和殘余金屬刻蝕的最佳工藝條件，以及等離子體刻蝕夾具中各組件的材料和尺寸進行了優化設計，進一步提高了去除微掩模效果；(5)本專利技術克服了通過曝光、過顯影和過腐蝕去除微掩模引起的結構圖形失真，可以在保持結構圖形精度的同時，實現微掩模的去除，工藝操作過程簡單，對于提高壓電石英元件濕法腐蝕表面光潔度具有重要意義；(6)本專利技術使用光刻機完成掩模板和元件晶片表面圖形的精確對準，操作簡便。 附圖說明圖1為本專利技術壓電石英元件結構示意圖；圖2為本專利技術濕法腐蝕前元件晶片示意圖；圖3為本專利技術刻蝕掩模板示意圖；圖4所示為本專利技術刻蝕掩模板與元件晶片對準示意圖；圖5為本專利技術等離子體刻蝕夾具裝配示意圖；圖6為本專利技術微掩模刻蝕流程圖。具體實施例方式下面結合附圖和具體實施例對本專利技術作進一步詳細說明以壓電石英元件為例進行詳細描述,如圖1所示為本專利技術壓電石英元件的結構示意圖，由圖可知壓電石英元件由薄梁2和薄梁2兩端的固支塊I組成，薄梁2的厚度遠小于其他位置的厚度。薄梁2的一般制備方法為，首先在石英晶片表面雙面鍍覆金屬掩蔽膜；接著通過雙面光刻技術將金屬掩蔽膜圖形化，從而獲得薄梁的結構圖形；最后通過氟基濕法腐蝕液腐蝕石英晶片獲得薄梁2結構。本專利技術微掩模去除工序應位于金屬掩蔽膜圖形化之后，濕法腐蝕石英晶片之前，通過等離子體刻蝕將石英待腐蝕表面(即腐蝕前薄梁2處)的殘余金屬和光刻膠等去除干凈，保證氟基濕法腐蝕液與晶片表面的良好接觸，最終獲得表面粗糙度低，輪廓峰峰值小的薄梁2。圖1所示的壓電石英元件為濕法腐蝕之后的元件結構。如圖2所示為本專利技術濕法腐蝕前元件晶片示意圖，此時元件晶片3表面的金屬掩蔽膜已經圖形化，兩端(固支塊I圖形)在晶片3正面、背面均存在，中間(薄梁2圖形)僅存在于晶片3背面，因此位于每個圖形中部的薄梁2的腐蝕為單面腐蝕，結構其他位置為雙面穿透式腐蝕。晶片3正面對稱分布的十字圖形4為對準標記，用于實現晶片3與刻蝕掩模板5對準窗口 7的對準。如圖3所示為本專利技術刻蝕掩模板的示意圖，其厚度約為100 200 μ m，表面經電化學拋光處理，從而避免劃傷晶片3正面。圖中的方形結構為通孔，由激光加工而成，加工精度為O. 01mm。中間部分的9個方孔為元件晶片待腐蝕表面的微掩模刻蝕窗口 6，即鏤空圖形，其余4個方孔為對準窗口 7，方便實現與晶片3表面十字圖形4的對準，刻蝕掩模板5可以選擇不銹鋼板、石英晶片或硅晶片，通過激光或刻蝕技術加工出鏤空圖形，本實施例中采用不銹鋼板為刻蝕掩模板5。如圖4所示為本專利技術刻蝕掩模板與元件晶本文檔來自技高網...

【技術保護點】
用于提高石英腐蝕表面光潔度的微掩模去除方法，其特征在于包括如下步驟：步驟(一)、在刻蝕掩模板(5)上加工出鏤空圖形，并將刻蝕掩模板(5)與襯板(9)、緊固螺釘(10)、元件晶片(3)、壓板(8)進行裝配，得到等離子體刻蝕夾具，具體裝配方法如下：(a)、將刻蝕掩模板(5)與壓板(8)真空吸合；(b)、將元件晶片(3)放置于刻蝕掩模板(5)下方，與刻蝕掩模板(5)保持一定間隙；(c)、將刻蝕掩模板(5)上的鏤空圖形與元件晶片(3)上通過金屬掩蔽膜圖形化后獲得的需要進行微掩模去除的圖形對準；(d)、將元件晶片(3)與刻蝕掩模板(5)接觸并真空吸合；(e)、將襯板(9)與元件晶片(3)接觸，緊固螺釘(10)穿過壓板(8)和襯板(9)將各層鎖緊；步驟(二)、將等離子體刻蝕夾具裝入微波氧等離子體去膠機對元件晶片(3)上需要進行微掩模去除的圖形進行殘余光刻膠刻蝕，之后再將等離子體刻蝕夾具裝入Ar離子束刻蝕機對元件晶片(3)上需要進行微掩模去除的圖形進行殘余金屬刻蝕。

【技術特征摘要】

【專利技術屬性】
技術研發人員：楊挺，楊貴玉，孫苗苗，
申請(專利權)人：北京遙測技術研究所，航天長征火箭技術有限公司，
類型：發明
國別省市：