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引言
? ? ? 本文討論了濕式化學(xué)蝕刻作為錐面加工的一種新技術(shù)。研究了石英晶體刻蝕材料的去除條件和成型條件。為了解決從晶片切割成所需尺寸的晶體片被桶加工數(shù)百小時(shí)并被拋光成斜面形狀的問(wèn)題，因?yàn)榫w振動(dòng)器由于從晶片切割成條形而具有差的振動(dòng)特性，因此需要將晶體振動(dòng)器加工成凸形（斜面加工）。 本研究的目的是開(kāi)發(fā)一種新的斜面加工方法。
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實(shí)驗(yàn)
? ? ? 在該方法中，如圖1所示，在晶片階段預(yù)先將凹槽加工成斜面形狀，并將注意力集中在濕法蝕刻上，該濕法蝕刻被認(rèn)為可以進(jìn)行微加工，并且在生產(chǎn)率和成本方面具有優(yōu)勢(shì)。 為了解決在濕法蝕刻中進(jìn)行斜面加工時(shí)需要掌握適當(dāng)?shù)牟牧先コ龡l件和建立形狀形成條件的問(wèn)題。 因此，我們研究了蝕刻條件和抗蝕劑條件。
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圖1 斜角加工工序
? ? ? 用氫氟酸（液溫40℃、濃度5、10wt%）進(jìn)行實(shí)驗(yàn)得到的結(jié)果如圖2所示。 5重量%下約0.25μm/h和10重量%下約1.25μm/h的蝕刻速率得到了。 此外，氟化鈉只能獲得0.01μm/h左右的非常小的蝕刻速率。 由于推測(cè)所需的斜面量為2μm左右，因此決定用氫氟酸進(jìn)行研究。
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圖2 蝕刻速率
? ? ? 抗蝕劑涂布條件：將光致抗蝕劑滴入用丙酮和純水超聲波洗滌的樣品中，然后用旋涂機(jī)以500 rpm-5秒的初始速度和3000 rpm-50秒的正常速度旋轉(zhuǎn)。 用浸透丙酮的棉簽除去部分生成的抗蝕劑膜，用觸針式形狀測(cè)量?jī)x測(cè)量表面形狀，確認(rèn)生成了1.5～2.0μm的均勻抗蝕劑膜，如圖3所示
? ? ? 抗蝕劑膜的氫氟酸耐受性：調(diào)查了抗蝕劑膜對(duì)氫氟酸的耐受性。 在先前研究的條件下，通過(guò)洗滌樣品、涂覆抗蝕劑和預(yù)烘烤形成均勻的抗蝕劑膜，并在40℃的液體溫度下用濃度為5重量%的氫氟酸蝕刻。
? ? ? 結(jié)果，如圖4所示，氫氟酸以a至c的順序從端部逐漸滲透，并且抗蝕劑膜在約1分鐘內(nèi)剝離。由于OFPR-800是樹(shù)脂體系，因此認(rèn)為它不受氫氟酸的影響。 但是，因?yàn)樵臼菫楣栌枚圃斓目刮g劑，所以在硅基板上進(jìn)行了同樣的實(shí)驗(yàn)。 結(jié)果，3小時(shí)后完全沒(méi)有剝離的跡象。 因此，可以認(rèn)為，本研究中剝離的原因是與水晶基板的粘附性問(wèn)題。 因此，作為提高附著力的嘗試（1）考慮金作為基底材料的可能性，研究了濺射金氣相沉積膜對(duì)氫氟酸的耐受性（2）預(yù)先蝕刻使表面粗糙化的預(yù)處理效果（3）抗蝕劑膜厚變化的效果。在金氣相沉積膜中，當(dāng)不進(jìn)行預(yù)處理時(shí)，金氣相沉積膜立即剝離，并且即使當(dāng)通過(guò)預(yù)處理使膜厚度變厚時(shí)，也僅表現(xiàn)出最多約2分鐘的耐受性。 在金氣相沉積膜中，當(dāng)不進(jìn)行預(yù)處理時(shí)，金氣相沉積膜立即剝離，并且即使當(dāng)通過(guò)預(yù)處理使膜厚度變厚時(shí)，也僅表現(xiàn)出最多約2分鐘的耐受性。
? ? ? 在光致抗蝕劑中，在不進(jìn)行預(yù)處理的情況下，光致抗蝕劑立即開(kāi)始剝離，并在5分鐘內(nèi)結(jié)束剝離，而在進(jìn)行預(yù)處理的情況下，光致抗蝕劑表現(xiàn)出約7-10分鐘的耐受性。 此外，通過(guò)進(jìn)一步增加抗蝕劑的膜厚度，可以將耐受性提高到13-16分鐘左右。
? ? ? 石英晶體的光刻圖案加工：如圖6所示，將在具有最佳耐受性的條件下產(chǎn)生的抗蝕劑膜圖案化，并用氫氟酸（25℃，5重量%）蝕刻。
? ? ? 實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示，同樣在15分鐘左右抗蝕劑剝離。 為了確認(rèn)可以形成多少不規(guī)則性，在清洗光刻晶體襯底之后，通過(guò)觸針型形狀測(cè)量?jī)x器測(cè)量表面形狀，并且可以確認(rèn)通過(guò)蝕刻形成的約0.1μm的不規(guī)則性。
? ? ? 雖然未達(dá)到2μm的目標(biāo)加工量，但顯示了將濕法蝕刻應(yīng)用于斜面加工的可能性。 考慮到蝕刻后表面粗糙度惡化對(duì)振動(dòng)特性的影響，認(rèn)為需要在晶圓加工→開(kāi)槽→精拋光→切割的過(guò)程中進(jìn)行斜面加工。
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討論和總結(jié)
? ? ? ①研究了蝕刻條件。 ②研究了光刻工藝的條件。 ③嘗試提高水晶與抗蝕劑膜的附著力。 ④通過(guò)濕法蝕刻，可以在晶體上形成0.1μm左右的凹凸，顯示了應(yīng)用于斜面加工的可能性。