一種圓片級玻璃腔體的制造方法與流程
本發明屬于微機械電子mems制造技術，特別涉及一種圓片級玻璃腔體的制造方法。
背景技術：
在mems制造技術領域，鍵合用玻璃(一種含有堿性離子的玻璃，包括pyrex7740、tempax)是一種重要的材料，因有著和硅相近的熱膨脹系數，通過采用陽極鍵合工藝能與硅襯底形成高強度的鍵合連接，并且鍵合表面形成的si-o共價鍵強度甚至高于硅材料本身，使得鍵合玻璃形廣泛應用于mems器件、mems封裝、微流體和moems等領域。
在mems封裝領域，由于mems器件普遍帶有可動部件，在封裝時需要使用腔體結構對器件進行密閉封裝保護，讓可動部件擁有活動空間，并且對器件起到物理保護作用。在鍵合用玻璃片上形成深腔結構，再與帶有可動部件的硅襯底片進行陽極鍵合，就可以實現mems器件的圓片級封裝。所以，如何在玻璃片上制造出具備一定深度的腔體，是實現此種封裝工藝的重點。在濕法腐蝕工藝中，傳統方法是選取單種類掩膜，且玻璃片背面不能得到很好的保護，導致玻璃片在腐蝕過程中會發生嚴重的鉆蝕現象，很難得到深度大于50um的腔體。如果采用drie的方法利用sf6氣體進行腔體刻蝕，刻蝕效率低且深度無法精確控制。發明專利申請《圓片級玻璃微腔的制造方法》(申請號200810023417.4)和發明專利申請《具有光學窗口的mems封裝玻璃微腔的制造方法》(申請號200910185356.6)提出利用硅干法刻蝕、陽極鍵合后將玻璃軟化的方法進行玻璃深腔制作，這種方法雖然能獲得深寬比20:1的圖形，但當深度超過100μm時片內偏差較大，而且生產效率低。
技術實現要素：
本發明解決的技術問題是：克服現有技術中存在的問題，提供一種工藝簡單、深度精確可控、成本低、生產效率高，可以批量生產的圓片級玻璃腔體的制造方法。
本發明解決技術的方案是：一種圓片級玻璃腔體的制造方法，該方法包括以下步驟：
第一步，對玻璃片進行清洗，去除玻璃表面有機物和顆粒；
第二步，采用強堿溶液繼續對玻璃片進行清洗，增加玻璃片表面oh-濃度，提高金屬薄膜粘附性；
第三步，利用金屬薄膜工藝在玻璃片的一面濺射復合金膜；
第四步，先后利用光刻和刻蝕工藝在金膜上進行光刻，并形成特定圖案(4)；
第五步，采用藍膜將玻璃片邊緣及無金膜面進行保護；
第六步，將保護好的玻璃片放入hf和水的混合溶液中，腐蝕至預設的一定深度；
第七步，揭掉藍膜，并去掉光刻膠及復合金膜，在玻璃片上形成腔體。
所述玻璃片為tempax玻璃或pyrex7740玻璃。
第二步中強堿溶液清洗玻璃片的工藝條件為：koh或naoh，溫度50℃至80℃，濃度20％至40％，清洗時間5min至20min。
第三步中復合金膜的材料為ti-au或cr-au，其中ti或cr的厚度為20nm至80nm，au的厚度為100nm至1μm。
第四步中的光刻工藝，其工藝條件為：光刻膠厚度為2μm至15μm。
第四步中的刻蝕工藝為濕法腐蝕工藝或者干法刻蝕工藝。
第五步中的藍膜厚度為70μm至100μm，粘合力不低于1n/mm2。
第六步中的hf和水的混合溶液為：25℃恒溫的由體積比為hf：h2o＝1:2組成的腐蝕液，并攪拌。
第七步中形成的玻璃腔體，深度可達50μm至300μm。
本發明與現有技術相比的有益效果是：
1.玻璃的hf腐蝕工藝屬于各向同性，且腐蝕過程中hf極易穿過掩膜中的缺陷或針孔對下面的玻璃進行滲透腐蝕。本發明采用強堿溶液對玻璃片進行清洗，可以增加玻璃片表面的oh-，能夠增加金屬薄膜的粘附性，減少玻璃腐蝕過程中的橫向鉆蝕。采用厚光刻膠和金屬膜組成復合掩膜，能夠減少掩膜表面的缺陷和針孔，消除玻璃腐蝕過程中的表面鉆蝕。
2.傳統的玻璃腐蝕過程中，一般采用機械式工裝對背面進行保護，但無法實現氣密性保護，腐蝕過程中hf經常滲透到背面，極易導致報廢。藍膜是封裝用的常見材料，其帶有一定黏性和延展性，可與玻璃片進行氣密性貼合，且耐hf腐蝕，價格便宜。采用藍膜對玻璃片邊緣和背面進行保護，能夠實現氣密性保護，能夠經受玻璃的長時間腐蝕。
3.本發明采用常規的mems加工工藝在玻璃圓片上進行加工，工藝過程簡單可靠，成本低廉，能夠實現圓片級玻璃腔體的批量生產。
4.本發明可通過調節腐蝕液的濃度、溫度和腐蝕時間，制備出深度精確可控的玻璃腔體，能夠在圓片級封裝中具有重要的應用。
附圖說明
圖1是本發明實施例帶有特定圖案且被多層掩膜和藍膜保護的圓片橫截面示意圖；
圖2是本發明實施例腐蝕一定深度的玻璃圓片橫截面示意圖；
圖3是本發明實施例制造出腔體的玻璃圓片橫截面示意圖。
具體實施方式
下面結合附圖，對本發明的一種實現形式做進一步描述。
如圖1所示，本發明提供了一種圓片級玻璃腔體的制造方法，該方法包括以下步驟：
第一步，對玻璃片1進行清洗，去除玻璃表面有機物和顆粒；所述玻璃片為tempax玻璃或pyrex7740玻璃。
第二步，采用強堿溶液繼續對玻璃片1進行清洗，增加玻璃片表面oh-濃度，提高金屬薄膜粘附性；所述強堿溶液清洗玻璃片的工藝條件為：強堿溶液為koh或naoh溶液，溫度50℃至80℃，濃度20％至40％，清洗時間5min至20min。
第三步，利用金屬薄膜工藝在玻璃片的一面濺射復合金膜2；復合金膜的材料為ti-au或cr-au，其中ti或cr的厚度為20nm至80nm，au的厚度為100nm至1μm。
第四步，先后利用光刻和刻蝕工藝在金膜上進行光刻，并形成特定圖案4；
光刻工藝的工藝條件為：光刻膠厚度為2μm至15μm。
刻蝕工藝為濕法腐蝕工藝或者干法刻蝕工藝。
第五步，采用藍膜5將玻璃片邊緣及無金膜面進行保護；
藍膜厚度為70μm至100μm，粘合力不低于1n/mm2。
第六步，將保護好的玻璃片放入hf和水的混合溶液中，腐蝕至預設的一定深度；
hf和水的混合溶液為：25℃恒溫的由體積比為hf：h2o＝1:2組成的腐蝕液，并攪拌。
第七步，揭掉藍膜5，并去掉光刻膠3及復合金膜2，在玻璃片上形成腔體6。本步驟形成的玻璃腔體，深度可達50μm至300μm。
實施例1
第一步，將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，沖水，甩干。
第二步，將玻璃片再放入60℃，濃度20％的koh溶液清洗10min，沖水，甩干。
第三步，利用磁控濺射臺，在玻璃片的一面淀積厚度為40nm/200nm的cr/au薄膜。
第四步，在玻璃片的金屬面上涂i7010光刻膠，膠厚2μm，先后利用光刻和干法刻蝕工藝在cr/au薄膜上形成特定圖案，并露出玻璃表面。
第五步，利用spv225藍膜(厚度80μm)。將玻璃片邊緣及無金膜面進行氣密性貼合.
第六步，將保護好的玻璃片放入25℃恒溫的由體積比為hf：h2o＝1:2組成的腐蝕液中，并攪拌，腐蝕50min，腐蝕速率約1μm/min。
第七步，揭掉藍膜，并去掉光刻膠及金膜，在玻璃片上形成深約50μm的腔體，片內偏差小于2μm。
實施例2
第一步，將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，沖水，甩干。
第二步，將玻璃片再放入80℃，濃度40％的koh溶液清洗20min，沖水，甩干。
第三步，利用磁控濺射臺，在玻璃片的一面淀積厚度為40nm/400nm的ti/au薄膜。
第四步，在玻璃片的金屬面上涂108cp光刻膠，膠厚5μm，利用光刻和干法刻蝕工藝在ti/au薄膜上形成特定圖案，并露出玻璃表面。
第五步，利用spv224藍膜(厚度80μm，粘合力1.10n/mm2)將玻璃片邊緣及無金膜面進行氣密性貼合.
第六步，將保護好的玻璃片放入25℃恒溫的由體積比為hf：h2o＝1:2組成的腐蝕液中，并攪拌，腐蝕200min，腐蝕速率約1μm/min。
第七步，揭掉藍膜，并去掉光刻膠及金膜，在玻璃片上形成深約200μm的腔體，片內偏差小于5μm。
實施例3
第一步，將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，沖水，甩干。
第二步，將玻璃片再放入80℃，濃度40％的koh溶液清洗20min，沖水，甩干。
第三步，利用磁控濺射臺，在玻璃片的一面淀積厚度為40nm/800nm的ti/au薄膜。
第四步，在玻璃片的金屬面上涂az4620光刻膠，膠厚10μm，利用光刻和濕法腐蝕工藝在ti/au薄膜上形成特定圖案，并露出玻璃表面。
第五步，利用spv224藍膜(厚度80μm，粘合力1.10n/mm2)將玻璃片邊緣及無金膜面進行氣密性貼合。
第六步，將保護好的玻璃片放入25℃恒溫的由體積比為hf：h2o＝1:2組成的腐蝕液中，并攪拌，腐蝕300min，腐蝕速率約1μm/min。如圖2所示。
第七步，揭掉藍膜，并去掉光刻膠及金膜，在玻璃片上形成深約300μm的腔體，片內偏差小于10μm。如圖3所示。
以上所述僅是本發明的優選實施方式，應當指出，對于本技術領域的普通技術人員來說，在不脫離本發明技術原理的前提下，還可以做出若干改進和變形，這些改進和變形也應視為本發明的保護范圍。
技術特征：
1.一種圓片級玻璃腔體的制造方法，其特征在于，包括以下步驟：
第一步，對玻璃片(1)進行清洗，去除玻璃表面有機物和顆粒；
第二步，采用強堿溶液繼續對玻璃片(1)進行清洗，增加玻璃片表面oh-濃度，提高金屬薄膜粘附性；
第三步，利用金屬薄膜工藝在玻璃片的一面濺射復合金膜(2)；
第四步，先后利用光刻和刻蝕工藝在金膜上進行光刻，并形成特定圖案(4)；
第五步，采用藍膜(5)將玻璃片邊緣及無金膜面進行保護；
第六步，將保護好的玻璃片放入hf和水的混合溶液中，腐蝕至預設的一定深度；
第七步，揭掉藍膜(5)，并去掉光刻膠(3)及復合金膜(2)，在玻璃片上形成腔體(6)。
2.根據權利要求1所述的一種圓片級玻璃腔體的制造方法，其特征在于所述玻璃片為tempax玻璃或pyrex7740玻璃。
3.根據權利要求1所述的一種圓片級玻璃腔體的制造方法，其特征在于，第二步中強堿溶液清洗玻璃片的工藝條件為：koh或naoh，溫度50℃至80℃，濃度20％至40％，清洗時間5min至20min。
4.根據權利要求1所述的一種圓片級玻璃腔體的制造方法，其特征在于，第三步中復合金膜的材料為ti-au或cr-au，其中ti或cr的厚度為20nm至80nm，au的厚度為100nm至1μm。
5.根據權利要求1所述的一種圓片級玻璃腔體的制造方法，其特征在于，第四步中的光刻工藝，其工藝條件為：光刻膠厚度為2μm至15μm。
6.根據權利要求1所述的一種圓片級玻璃腔體的制造方法，其特征在于，第四步中的刻蝕工藝為濕法腐蝕工藝或者干法刻蝕工藝。
7.根據權利要求1所述的一種圓片級玻璃腔體的制造方法，其特征在于，第五步中的藍膜厚度為70μm至100μm，粘合力不低于1n/mm2。
8.根據權利要求1所述的一種圓片級玻璃腔體的制造方法，其特征在于，第六步中的hf和水的混合溶液為：25℃恒溫的由體積比為hf：h2o＝1:2組成的腐蝕液，并攪拌。
9.根據權利要求1所述的一種圓片級玻璃腔體的制造方法，其特征在于，第七步中形成的玻璃腔體，深度可達50μm至300μm。
技術總結
本發明涉及一種圓片級玻璃腔體的制造方法包括以下步驟：對玻璃片進行清洗，去除玻璃表面有機物和顆粒；采用強堿溶液繼續對玻璃片進行清洗，增加玻璃片表面OH?濃度，提高金屬薄膜粘附性；利用金屬薄膜工藝在玻璃片的一面濺射復合金膜；先后利用光刻和刻蝕工藝在金膜上進行光刻，并形成特定圖案；采用藍膜將玻璃片邊緣及無金膜面進行保護；將保護好的玻璃片放入HF和水的混合溶液中，腐蝕至預設的一定深度；揭掉藍膜，并去掉光刻膠及復合金膜，在玻璃片上形成腔體。
