CN104276764B - 玻璃衬底的工艺方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供的玻璃衬底的工艺方法，其包括以下步骤：氧化步骤，向所述反应腔室内通入氧气，并开启激励电源，或者同时开启偏压电源，以对玻璃衬底表面上的掩膜进行氧化，从而在所述掩膜表面形成氧化层；刻蚀步骤，向所述反应腔室内通入刻蚀气体，并开启激励电源和偏压电源，以对玻璃衬底表面进行刻蚀，并在所述氧化层被完全消耗时停止向所述反应腔室内通入刻蚀气体，并关闭激励电源和偏压电源；交替进行所述氧化步骤和刻蚀步骤，直至达到预定刻蚀深度。本发明提供的玻璃衬底的工艺方法，其不仅具有较高的刻蚀速率，而且还可以提高玻璃衬底相对于掩膜的刻蚀选择比。

Description

玻璃衬底的工艺方法
技术领域
本发明涉及微电子技术领域，特别涉及一种玻璃衬底的工艺方法。背景技术
目前，在MEMS器件的制造过程中，开始使用玻璃作为衬底材料，这是因为玻璃衬底相比于硅衬底具有更高的绝缘性，从而使MEMS器件能够应用在高电压、高功率等的对绝缘性要求较高的领域。在制造MEMS器件的各个制程中，刻蚀工艺作为重要的制程之一，其主要工作过程为：在玻璃衬底上沉积掩膜，并在掩膜上刻蚀出图形；刻蚀玻璃衬底表面上的未被掩膜遮盖的区域，从而在玻璃衬底表面上刻蚀出需要的图形。
在实际应用中，玻璃衬底的刻蚀工艺通常要求较大的刻蚀深度，为了既能够获得理想的刻蚀形貌，又能够具有较高的工艺效率，这就对玻璃衬底相对于掩膜的刻蚀选择比以及刻蚀速率提出了较高的要求。
现有的一种玻璃衬底的刻蚀工艺采用单步刻蚀方法对玻璃衬底进行刻蚀，即，一次性完成工艺所需的刻蚀深度。上述刻蚀工艺所能达到的刻蚀速率和刻蚀选择比如表1所示：
表1
掩膜材料 主要刻蚀气体 刻蚀速率 刻蚀选择比
光刻胶 C4F8 200nm/min 3:1
硅 C4F8 400nm/min 20:1
由上述表1可以看出，上述单步刻蚀方法虽然具有较高的刻蚀速率，但是刻蚀选择比较低，从而无法满足对刻蚀深度要求较高的工艺。
发明内容
本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一，提出了一种玻璃衬底的工艺方法，其不仅具有较高的刻蚀速率，而且还可以提高玻璃衬底相对于掩膜的刻蚀选择比。
为实现本发明的目的而提供一种玻璃衬底的工艺方法，包括以下步骤：
氧化步骤，向所述反应腔室内通入氧气，并开启激励电源，或者同时开启偏压电源，以对玻璃衬底表面上的掩膜进行氧化，从而在所述掩膜表面形成氧化层；
刻蚀步骤，向所述反应腔室内通入刻蚀气体，并开启激励电源和偏压电源，以对玻璃衬底表面进行刻蚀，并在所述氧化层被完全消耗时停止向所述反应腔室内通入刻蚀气体，并关闭激励电源和偏压电源；
交替进行所述氧化步骤和刻蚀步骤，直至达到预定刻蚀深度。
其中，所述掩膜的材料包括铝。
其中，在所述氧化步骤中，所述氧气的流量范围在10～2000sccm。
优选地，在所述氧化步骤中，所述氧气的流量范围在50～500sccm。
其中，在所述氧化步骤中，所述激励电源输出激励功率的范围在100～5000W，所述偏压电源输出偏压功率的范围在0～500W。
优选地，在所述氧化步骤中，所述激励电源输出激励功率的范围在1500～3000W，所述偏压电源输出偏压功率的范围在0～50W。
其中，在所述刻蚀步骤中，所述刻蚀气体包括氟化物。
其中，在所述刻蚀步骤中，所述刻蚀气体的流量范围在10～2000sccm。
优选地，在所述刻蚀步骤中，所述刻蚀气体的流量范围在50～500sccm。
其中，在所述刻蚀步骤中，所述激励电源输出激励功率的范围在100～5000W，所述偏压电源输出偏压功率的范围在50～1000W。
优选地，在所述刻蚀步骤中，所述激励电源输出激励功率的范围在1500～3000W，所述偏压电源输出偏压功率的范围在200～500W。
其中，在进行所述氧化步骤之前，还包括下述步骤：
掩膜沉积步骤，在玻璃衬底表面沉积所述掩膜；
图形定义步骤，使用光刻胶在掩膜表面上定义待刻蚀的图形；
掩膜刻蚀步骤，刻蚀掩膜，以将所述光刻胶的图形复制到所述掩膜上；
光刻胶去除步骤，去除光刻胶。
其中，在交替进行所述氧化步骤和刻蚀步骤，直至达到预定刻蚀深度之后，还包括下述步骤：
掩膜去除步骤，去除玻璃衬底表面上的掩膜。
本发明具有以下有益效果：
本发明提供的玻璃衬底的工艺方法，其借助氧化步骤对玻璃衬底表面上的掩膜进行氧化，以在该掩膜表面形成氧化层，该氧化层可以在进行刻蚀步骤时保护掩膜不被刻蚀，从而可以增加等离子体对玻璃衬底表面的刻蚀，而减少等离子体对掩膜表面的刻蚀，也就是说，在同一刻蚀时间内，不仅可以获得更大的刻蚀深度，而且可以降低掩膜的损耗，进而可以增加玻璃衬底相对于掩膜的刻蚀选择比和刻蚀速率。此外，通过使刻蚀步骤在氧化层被完全消耗时停止刻蚀，并在此时切换至氧化步骤重新形成氧化层，可以保证在完成总刻蚀深度的过程中掩膜表面始终存在氧化层，从而可以保证整个刻蚀过程始终具有较高的刻蚀速率和刻蚀选择比。
附图说明
图1为本发明提供的玻璃衬底的工艺方法的流程框图；以及
图2为本发明提供的玻璃衬底的工艺方法的刻蚀过程示意图；以及
图3为在玻璃衬底表面上形成具有预定图形的掩膜的过程示意图。
具体实施方式
为使本领域的技术人员更好地理解本发明的技术方案，下面结合附图来对本发明提供的玻璃衬底的工艺方法进行详细描述。
图1为本发明提供的玻璃衬底的工艺方法的流程框图。图2为本发明提供的玻璃衬底的工艺方法的刻蚀过程示意图。请一并参阅图1和图2，该方法包括以下步骤：
氧化步骤，向反应腔室内通入氧气，并开启激励电源，或者同时开启偏压电源，以对玻璃衬底表面上的掩膜进行氧化，从而在掩膜表面形成氧化层；
刻蚀步骤，向反应腔室内通入刻蚀气体，并开启激励电源和偏压电源，以对玻璃衬底表面进行刻蚀，并在氧化层被完全消耗时停止向反应腔室内通入刻蚀气体，并关闭激励电源和偏压电源；
交替进行氧化步骤和刻蚀步骤，直至达到预定刻蚀深度。所谓预定刻蚀深度，是指工艺所需的总刻蚀深度。
在氧化步骤中，氧气的流量范围在10～2000sccm，优选地，为50～500sccm；激励电源输出激励功率的范围在100～5000W，偏压电源输出偏压功率的范围在0～500W，优选地，激励功率为1500～3000W，偏压功率为0～50W。
在刻蚀步骤中，刻蚀气体包括氟硫化合物、碳氟化合物等的氟化物。刻蚀气体的流量范围在10～2000sccm，优选地，为50～500sccm；激励电源输出激励功率的范围在100～5000W，偏压电源输出偏压功率的范围在50～1000W，优选地，优选地，激励功率为1500～3000W；偏压功率为200～500W。
借助氧化步骤对玻璃衬底表面上的掩膜进行氧化，以在该掩膜表面形成氧化层，该氧化层可以在进行刻蚀步骤时保护掩膜不被刻蚀，从而可以增加等离子体对玻璃衬底表面的刻蚀，而减少等离子体对掩膜表面的刻蚀，也就是说，在同一刻蚀时间内，不仅可以获得更大的刻蚀深度，而且可以降低掩膜的损耗，进而可以增加玻璃衬底相对于掩膜的刻蚀选择比和刻蚀速率。此外，通过使刻蚀步骤在氧化层被完全消耗时停止刻蚀，并在此时切换至氧化步骤重新形成氧化层，可以保证在完成总刻蚀深度的过程中掩膜表面始终存在氧化层，从而可以保证整个刻蚀过程始终具有较高的刻蚀速率和刻蚀选择比。
需要说明的是，在实际应用中，可以采用刻蚀实验的方法预先获得在刻蚀步骤中氧化层被完全消耗的时间点。具体地，进行一次氧化步骤，并测量完成该步骤之后形成的氧化层的厚度；进行一次刻蚀步骤（刻蚀时间可利用经验预先设定），并测量氧化层的刻蚀速率；根据该刻蚀速率和该刻蚀步骤的刻蚀时间计算出氧化层在该次刻蚀步骤中消耗的厚度；计算该消耗厚度与原始厚度的差值，并判断该差值是否超出预设阈值，若是，则可以确定氧化层被完全消耗，并以该刻蚀时间作为单次刻蚀步骤的刻蚀时间；若否，则增加适当的刻蚀时间继续刻蚀，直至该差值在预设阈值内。优选地，上述预设阈值可以为
还需要说明的是，在实际应用中，针对玻璃衬底，优选铝作为刻蚀工艺的掩膜材料，以在刻蚀步骤中在铝掩膜表面形成Al2O3材料的氧化层。
另外，在进行上述氧化步骤之前，可以采用下述方法在玻璃衬底表面上形成具有预定图形的掩膜，如图3所示，其至少包括下述步骤：
掩膜沉积步骤，采用磁控溅射、蒸发镀膜或化学气相沉积等工艺在玻璃衬底表面沉积掩膜。
图形定义步骤，使用光刻胶在掩膜表面上定义待刻蚀的图形。
掩膜刻蚀步骤，采用干法刻蚀或湿法刻蚀等工艺刻蚀掩膜，以将光刻胶的图形复制到掩膜上。
光刻胶去除步骤，去除光刻胶。
而且，在交替进行上述氧化步骤和刻蚀步骤，直至达到预定刻蚀深度之后，至少还包括下述步骤：
掩膜去除步骤，去除玻璃衬底表面上的掩膜。
进一步需要说明的是，在实际应用中，不限定掩膜的材料，只要其在保证玻璃衬底形貌的前提下，能够获得较高的玻璃衬底/掩膜的刻蚀选择比和刻蚀速率，均适用于本发明。
可以理解的是，以上实施方式仅仅是为了说明本发明的原理而采用的示例性实施方式，然而本发明并不局限于此。对于本领域内的普通技术人员而言，在不脱离本发明的精神和实质的情况下，可以做出各种变型和改进，这些变型和改进也视为本发明的保护范围。

Claims (13)

1.一种玻璃衬底的工艺方法，其特征在于，包括以下步骤：
氧化步骤，向反应腔室内通入氧气，并开启激励电源，或者同时开启偏压电源，以对玻璃衬底表面上的掩膜进行氧化，从而在所述掩膜表面形成氧化层；
刻蚀步骤，向所述反应腔室内通入刻蚀气体，并开启激励电源和偏压电源，以对玻璃衬底表面进行刻蚀，并在所述氧化层被完全消耗时停止向所述反应腔室内通入刻蚀气体，并关闭激励电源和偏压电源；
交替进行所述氧化步骤和刻蚀步骤，直至达到预定刻蚀深度。
2.如权利要求1所述的玻璃衬底的工艺方法，其特征在于，所述掩膜的材料包括铝。
3.如权利要求1所述的玻璃衬底的工艺方法，其特征在于，在所述氧化步骤中，所述氧气的流量范围在10～2000sccm。
4.如权利要求3所述的玻璃衬底的工艺方法，其特征在于，在所述氧化步骤中，所述氧气的流量范围在50～500sccm。
5.如权利要求1所述的玻璃衬底的工艺方法，其特征在于，在所述氧化步骤中，所述激励电源输出激励功率的范围在100～5000W，所述偏压电源输出偏压功率的范围在0～500W。
6.如权利要求5所述的玻璃衬底的工艺方法，其特征在于，在所述氧化步骤中，所述激励电源输出激励功率的范围在1500～3000W，所述偏压电源输出偏压功率的范围在0～50W。
7.如权利要求1所述的玻璃衬底的工艺方法，其特征在于，在所述刻蚀步骤中，所述刻蚀气体包括氟化物。
8.如权利要求1所述的玻璃衬底的工艺方法，其特征在于，在所述刻蚀步骤中，所述刻蚀气体的流量范围在10～2000sccm。
9.如权利要求8所述的玻璃衬底的工艺方法，其特征在于，在所述刻蚀步骤中，所述刻蚀气体的流量范围在50～500sccm。
10.如权利要求1所述的玻璃衬底的工艺方法，其特征在于，在所述刻蚀步骤中，所述激励电源输出激励功率的范围在100～5000W，所述偏压电源输出偏压功率的范围在50～1000W。
11.如权利要求10所述的玻璃衬底的工艺方法，其特征在于，在所述刻蚀步骤中，所述激励电源输出激励功率的范围在1500～3000W，所述偏压电源输出偏压功率的范围在200～500W。
12.如权利要求1所述的玻璃衬底的工艺方法，其特征在于，在进行所述氧化步骤之前，还包括下述步骤：
掩膜沉积步骤，在玻璃衬底表面沉积所述掩膜；
图形定义步骤，使用光刻胶在掩膜表面上定义待刻蚀的图形；
掩膜刻蚀步骤，刻蚀掩膜，以将所述光刻胶的图形复制到所述掩膜上；
光刻胶去除步骤，去除光刻胶。
13.如权利要求1所述的玻璃衬底的工艺方法，其特征在于，在交替进行所述氧化步骤和刻蚀步骤，直至达到预定刻蚀深度之后，还包括下述步骤：
掩膜去除步骤，去除玻璃衬底表面上的掩膜。
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