[发明专利]合成石英玻璃衬底的微处理

说明书

技术领域

本发明涉及微处理用于需要形成细微特征的微机电系统(MEMS)、微型全分析系统(μ-TAS)和生物领域的合成石英玻璃衬底的方法。

背景技术

通过使用氢氟酸等刻蚀微处理合成石英玻璃中，形成由金属或金属氧化物薄膜和光致抗蚀剂膜组成的保护膜。当金属或金属氧化物膜形成时，膜自身的内应力会影响在随后刻蚀过程中形成的图案特征的宽度。确定金属或金属氧化物膜形成的最佳条件是困难的。通常，因为使用资金密集型设备以及需要在真空下进行膜的沉积和去除，金属或金属氧化物膜的形成经受高成本低产出。此外，装置或刻蚀液对于膜去除是必要的，因此引起气体或液体排放问题。

如果用于刻蚀的保护膜仅由光致抗蚀剂膜形成而没有沉积金属或金属氧化物，该保护膜不能经受长时间的刻蚀。特别地当刻蚀石英玻璃时，由于石英玻璃与其他玻璃相比具有极低的蚀刻速率，刻蚀必须持续长的时间直到达到期望的深度。单独使用光致抗蚀剂膜只允许最大蚀刻深度达到最大约10μm(参见JP-A 2008-024543)。

引用列表

专利文献1：JP-A 2008-024543

发明内容

当通过掩模(光致抗蚀剂膜)刻蚀玻璃衬底时，光致抗蚀剂膜和玻璃衬底之间的粘附力不足可能引起由刻蚀形成的特征具有非期望的横侧外展(lateralspread)或不均匀的形状的问题。尽管通过在光致抗蚀剂膜和玻璃衬底间插入至少一种金属或金属氧化物膜解决这一问题，但是这种常规方法又引起了上述其他问题。人们期望解决这些问题。

本发明的一个目的是提供微处理合成石英玻璃衬底的方法，该方法使用廉价且承受长时间刻蚀至深度超过10μm的保护膜，并可使微处理具有改善的尺寸公差，而无需金属或金属氧化物膜。

本发明人发现，当在玻璃衬底形成有机化合物的涂膜替代金属或金属氧化物膜作为光致抗蚀剂层下面的底衬时，可刻蚀该衬底达几十微米的深度，而不脱膜，形成的特征具有等于在金属或金属氧化物膜下获得的横侧尺寸精度，且可缩短总处理时间。

根据本发明，于光致抗蚀剂膜和玻璃衬底间形成有机涂层来代替金属或金属氧化物膜。相对金属或金属氧化物，可低成本形成有机涂层，提高光致抗蚀剂膜和玻璃衬底之间的粘附力，有利于显著改善抗蚀刻性，该抗蚀刻性的改善超过单独使用光致抗蚀剂膜，并完全与金属或金属氧化物膜相当。

本发明提供了一种通过湿法刻蚀微处理合成石英玻璃衬底的方法，所述衬底包括要被刻蚀的区域和掩模保护的区域，所述方法包括至少在衬底的掩模保护区域形成有机涂层的步骤，以及在湿法刻蚀前在有机涂层上形成光致抗蚀剂膜的步骤。

在一个优选的实施方案中，有机涂层包含硅氮烷化合物或具有通式(1)的化合物：

R_4-nSiX_n    (1)

其中R彼此独立的为取代或未取代的，直链、支链或环状的具有1～18个碳原子的烷基、具有6～18个碳原子的芳基或芳烷基，或具有2～18个碳原子的不饱和脂肪烃基，X是氯、甲氧基或乙氧基，n是1～3的整数。

在一个优选的实施方案中，湿法刻蚀使用含有氢氟酸或氟化物盐的刻蚀液。

发明的有益效果

根据本发明，可以在合成石英衬底上低成本简单地形成保护膜，该衬底要经过湿法刻蚀用于要求形成具有几十纳米至几百微米级别的细微图案特征的MEMS、μ-TAS和生物领域。不需要考虑沉积时在金属或金属氧化物膜内部形成的内应力的影响，不必要研究复杂的沉积条件。可以得到至少相等于金属或金属氧化物膜的尺寸公差。

具体实施方式

以有机硅烷化合物为原料并在氢氧焰中反应形成合成石英玻璃铸块来制备本发明使用的合成石英玻璃衬底。铸块经处理和退火形成期望的形状，经过表面或外圆磨削，并切割至所需厚度。切割后的玻璃衬底经受表面磨削并可选择地进行外部外圆磨削，然后进行粗糙抛光和精细抛光。随后清洗抛光后的衬底去除颗粒和污染物。如果颗粒和污染物残留在衬底上，它们最终导致加工流程的故障。

根据本发明，在合成石英玻璃衬底上形成有机涂层。对于有机涂层，不仅其对光致抗蚀剂膜的粘附力是重要的，而且其对于石英玻璃衬底表面的粘附力也是重要的。因此，有机涂层优选由含有能够键合石英玻璃衬底表面的羟基侧基或对其具有高亲和力的官能团的化合物形成。