CN110520392A - 制造由玻璃支承件支承的金属薄膜的方法 - Google Patents
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Abstract
一种用于制造由玻璃支承件支承的金属薄膜的方法，所述方法包括：制备步骤：制备在其上表面上形成有层的玻璃基材；以及蚀刻步骤：从下表面蚀刻玻璃基材的部分区域以暴露所述层的底部。所述层包含金属薄膜。蚀刻步骤可以包括：第一蚀刻步骤：使用含有硝酸和硫酸中的至少一种以及氢氟酸的第一蚀刻溶液，对玻璃基材进行第一蚀刻以蚀刻到比玻璃基材厚度小的深度；以及第二蚀刻步骤：使用含有氢氟酸但不含有硝酸和硫酸的第二蚀刻溶液，对经过第一蚀刻的部分进行第二蚀刻，以暴露所述层的底部。
Description
背景
技术领域
本公开涉及制造玻璃上具有金属薄膜的结构的方法。更具体地，本公开涉及制造玻璃结构上的金属薄膜的方法，其中通过蚀刻移除玻璃基材的局部区域，该局部区域在其顶表面上形成有包含金属薄膜的层。
背景技术
在许多技术领域中需要金属薄膜。另外，各种技术领域需要厚度为纳米至微米级范围的金属薄膜。
图1示意性例示了制造由玻璃支承件10b支承的金属薄膜21的一种常规方法。
如图1所示，由玻璃支承件10b支承的金属薄膜21通过将玻璃支承件10b焊接到自立式金属薄膜21来制造，所述玻璃支承件10b通过在玻璃基材10中制造局部孔来制造。然而，制造厚度为纳米至微米级范围的自立式金属薄膜可能是困难的。即使在制成了自立式金属薄膜的情况中，仍然可能因为制造成本过高，并且可能因为难以处理自立式金属薄膜而存在限制。
因此，作为制造由玻璃基材10b支承的金属薄膜21的方法，图1例示的方法是不实用的，要求可克服上述限制的其他方法。
发明内容
本公开的各个方面提供了一种由玻璃支承件支承的金属薄膜。
根据一个方面，一种制造玻璃上具有金属薄膜的结构的方法可以包括：制备玻璃基材，在该玻璃基材的顶表面上形成有层；以及从玻璃基材的底部蚀刻玻璃基材的局部区域以向下暴露出所述层，由此形成层的暴露区域。所述层可以是金属薄膜。蚀刻步骤可以包括：使用含有硝酸和硫酸中的至少一种以及氢氟酸的第一蚀刻溶液，对玻璃基材进行第一蚀刻以蚀刻到比玻璃基材厚度小的深度，得到玻璃基材的第一蚀刻部分；以及使用含有氢氟酸但不含有硝酸或硫酸的第二蚀刻溶液，对玻璃基材的第一蚀刻部分进行第二蚀刻，以使该层向下暴露，由此，通过玻璃基材的剩余部分来支承金属薄膜。
如上所述，可制造厚度在纳米至微米级范围并且由玻璃支承件支承的金属薄膜。
另外，可选择性地蚀刻玻璃基材，同时最大程度地减少对金属薄膜的损坏。
另外，由于最大程度地减少了蚀刻溶液对金属薄膜的损坏，因此可使阻挡层的厚度最小化，并且还可减小金属薄膜的厚度。
另外，玻璃基材的厚度可以有相对较大的偏差，由此降低了仅允许具有相对较小偏差的精密玻璃基材的制造所需的成本。
本公开的方法和设备具有被纳入本文的附图和下文具体实施方式中更加详细列出或显而易见的其他特征和优点，其共同用于解释本公开的某些原理。
附图说明
图1示意性例示了制造由玻璃支承件支承的金属薄膜的一种常规方法；
图2示意性例示了根据第一实施方式，制造由玻璃支承件支承的金属薄膜的一种方法；
图3示意性例示了根据第二实施方式，由玻璃支承件支承的金属薄膜；
图4是一种结构的截面图，所述结构包括图3所例示的实施方式中的玻璃基材、阻挡层和金属薄膜，所述玻璃基材在第二蚀刻之前经过了第一蚀刻；
图5是例示了图3例示的由玻璃支承件支承的金属薄膜的底视图；以及
图6示意性例示了根据第三个实施方式所述的由玻璃支承件支承的金属薄膜。
具体实施方式
以下将参考附图对本公开的示例性实施方式进行详细描述。
在本文中可以使用与方向相关的术语，例如“上表面”、“下表面”、“向上方向”和“向下方向”以便于参考附图描述具体的部件。但应理解，这些术语并非旨在指示真实的取向。例如，术语“上表面”和“下表面”仅用于描述相对彼此的上表面和下表面。在实践中，上表面可以比下表面位于更低的位置。
示例性的实施方式涉及选择性的基材蚀刻方法，其可最大程度地减少对玻璃基材上形成的厚度为纳米至微米级范围的金属薄膜的损坏。
图2示意性地例示了根据第一实施方式，制造由玻璃支承件10b支承的金属薄膜21的方法，图3示意性地例示了根据第二实施方式，由玻璃支承件10b支承的金属薄膜21，图4是例示了包括图3的实施方式中的玻璃基材、阻挡层和金属薄膜的结构的截面的图像，所述玻璃基材在第二蚀刻之前经过了第一蚀刻，图5是例示了图3例示的由玻璃支承件10b支承的金属薄膜21的底视图。
根据图2和3例示的方法，首先，制备在其顶表面上形成有层20的玻璃基材10(制备步骤)。随后，从底部蚀刻玻璃基材10的局部区域10a，以向下暴露层20(制备步骤)。层20包含金属薄膜21。在制备步骤中，通过沉积可以在玻璃基材10的顶表面上形成层20。
常规的玻璃基材的选择性蚀刻通过如下进行。首先，将耐酸膜附着于玻璃基材10，然后进行图案化。接着，将经过图案化的耐酸膜用作掩模，通过使玻璃基材与蚀刻溶液物理接触来进行化学蚀刻。
一般来说，蚀刻溶液，例如氢氟酸(HF)用于蚀刻半导体基材，例如硅(Si)基材。然而，当用于半导体基材的蚀刻溶液被用于蚀刻玻璃基材时，相对较长的蚀刻时间可造成耐酸膜的损坏，这会存在问题。因此，根据玻璃的组成，为了增加蚀刻速率，用于玻璃基材的蚀刻溶液包括各种物质，例如硝酸(HNO3)和硫酸(H2SO4)连同氢氟酸。
在金属薄膜21与玻璃基材10之间可以设置有阻挡层23，以在对玻璃基材10进行蚀刻时，防止金属薄膜21被氢氟酸损坏。阻挡层23可以含铬(Cr)，并且具有或者不具有铪(Hf)。根据一些实施方式，Cr可以是主要组分，并且Hf的重量可以小于阻挡层总重量的60％。考虑到对氢氟酸的耐酸性，Hf的量可以小于Cr的量。阻挡层23可易于被硝酸和硫酸损坏，导致金属薄膜21可能被蚀刻溶液损坏或污染。根据一些实施方式，可以通过i)层压基于SiC或基于特氟龙的抗酸膜，ii)施涂抗酸溶液，或iii)沉积来形成阻挡层23。根据一些实施方式，阻挡层23的厚度可以是0.001μm至5μm。在一些这样的实施方式中，阻挡层的厚度可以在0.001μm至1μm的范围内。
为了防止被氢氟酸损坏，需要在几纳米范围内精确地蚀刻。然而，由于湿法蚀刻的特性，这样的精确水平是不可能的。另外，当由于玻璃基材10的厚度偏差而导致部分过度蚀刻时，金属薄膜21受到损坏。
为了防止金属薄膜受到损坏，本公开建议将蚀刻过程分成两步，以实现选择性蚀刻，该选择性蚀刻可最大程度地减少对玻璃基材10上所形成的金属薄膜21的损坏。具体地，在第一蚀刻步骤中，使用第一蚀刻溶液对玻璃基材10进行第一蚀刻，以蚀刻到比玻璃基材10的厚度小的深度。例如，可以通过将蚀刻速率(即，每单位时间的蚀刻深度)乘以蚀刻所用的时间来获得蚀刻深度。在第二蚀刻步骤中，使用第二蚀刻溶液对经过第一蚀刻的部分进行第二蚀刻，以向下暴露层20。
第一蚀刻溶液通过将HF溶液——典型的玻璃蚀刻溶液——与某种化学物质，例如HNO3或H2SO4以预定的混合比率混合来制备，从而提高玻璃基材10的蚀刻速率。例如，基于重量计，HF(20％)、HNO3和H2SO4的混合比率可以是1:1:1。化学物质可能根据玻璃的组成而变化。相比于纯HF，添加化学物质可将蚀刻时间缩短50％或更多。因此，可以较快的速率蚀刻玻璃基材10到靠近基材10上形成的金属薄膜21的深度。例如，蚀刻可以进行几秒到几十秒。在一些实施方式中，蚀刻温度通常不超过80℃。
第二蚀刻溶液可以仅使用纯HF来制备。由于HF与Cr或Cr-Hf的反应性低，因此HF可选择性地蚀刻玻璃基材10，同时最大程度地减少对金属薄膜21的损坏。
根据一些实施方式，第一蚀刻溶液可以包含50重量％至100重量％的氢氟酸，0重量％至50重量％的硝酸和0重量％至50重量％的硫酸，而第二蚀刻溶液可包含50重量％至100重量％的氢氟酸。
蚀刻可以是湿法蚀刻。在每个蚀刻步骤中，根据玻璃基材10的组成和厚度以及要蚀刻的玻璃基材10的形状和面积，可以通过各种方法来蚀刻玻璃基材10。可以通过喷洒蚀刻来对玻璃基材10进行蚀刻，或者可以对多个玻璃基材10进行批量蚀刻。
根据一些实施方式，在室温和常压条件下，第一蚀刻速率可以不超过10微米/分钟，第二蚀刻速率可以在0.1-10微米/分钟的范围内。
玻璃基材10可以包含钠钙玻璃。或者，玻璃基材10可以包括可通过离子交换来强化的玻璃(进行化学强化过程之前的玻璃)。例如，可以使用购自康宁股份有限公司的玻璃或玻璃来提供玻璃基材10。
在一些实施方式中，本公开可适用于蚀刻之后所暴露的层20的暴露区域20a的外接圆的直径可以是1英寸或更大的情况。在一些这样的实施方式中，暴露区域的外接圆的直径可以为3英寸或更大。例如，如图6所示，当局部区域10a(因此得到的暴露区域20a)为长方形时，暴露区域的外接圆的直径是长方形图形的对角线长度。
根据一些实施方式，在玻璃基材10上形成金属薄膜21之前，可以在玻璃基材10上提供促进形成金属薄膜21的种子层，然后，可以在种子层上提供金属薄膜21。种子层可以含有导电金属。
在一些实施方式中，金属薄膜21可以是i)Cr单层，ii)Cr-Hf合金单层，iii)Cr-Ag多层或Cr-Ti-Cu多层等。在一些实施方式中，金属薄膜21的厚度可以在纳米至微米级的范围内。在一些实施方式中，金属薄膜21的厚度可以不超过10μm。根据一些实施方式，金属薄膜21的厚度可以是1μm至5μm。
金属薄膜21可以是在蚀刻步骤之前经过了图案化的金属薄膜，或者在蚀刻步骤之后可以额外提供对金属薄膜21进行图案化的步骤。图案化有细通孔的金属薄膜可以用作沉积用的精细图案化掩模，水过滤器等。另外，金属薄膜可以涂覆有陶瓷以用作电池隔膜。
图6示意性例示了根据第三实施方式，由玻璃支承件10b支承的金属薄膜21。
如图6所示，可以提供彼此分离的多个局部区域10a。多个局部区域10a可以以矩阵排列(例如图6中的3x4矩阵)。然而本公开不限于此，而是可以有各种不同的排列。另外，单个局部区域10a的形状(以及因此得到的暴露区域20a的形状)可以具有各种其他形式，而不是限于长方形。
参照附图已经给出了本公开的具体示例性实施方式的上述描述。它们不旨在是全面而彻底的或者将本公开限于所公开的具体形式，并且显而易见的是，根据上述教导，本领域普通技术人员可以进行许多修改和变化。
因此，本公开的范围不意欲限于前述实施方式，而是由所附权利要求及其等同内容限定。
附图标记说明
10：玻璃基材，10a：局部区域
10b：玻璃支承件，20：层
20a：暴露区域，21：金属薄膜
23：阻挡层
Claims (22)
1.一种制造玻璃上具有金属薄膜的结构的方法，所述方法包括：
制备其顶表面上形成有层的玻璃基材；以及
从玻璃基材的底部蚀刻玻璃基材的局部区域，以向下暴露所述层，由此形成所述层的暴露区域，
其中，所述层包括金属薄膜，并且
其中，所述蚀刻包括：
-利用第一蚀刻溶液对玻璃基材进行第一蚀刻，蚀刻到小于玻璃基材的厚度的深度，所述第一蚀刻溶液包含硝酸和硫酸中的至少一种以及氢氟酸，从而得到玻璃基材的第一蚀刻部分；以及
-使用包含氢氟酸但不包含硝酸或硫酸的蚀刻溶液对玻璃基材的第一蚀刻部分进行第二蚀刻，以向下暴露所述层，
由此，金属薄膜由玻璃基材的剩余部分支承。
2.如权利要求1所述的方法，其中，所述玻璃基材包含钠钙玻璃。
3.如权利要求1所述的方法，其中，所述玻璃基材包含无碱金属的玻璃。
4.如权利要求1所述的方法，其中，所述玻璃基材包括可通过离子交换强化的玻璃。
5.如权利要求1所述的方法，其中，暴露区域的外接圆的直径是1英寸或更大。
6.如权利要求5所述的方法，其中，暴露区域的外接圆的直径是3英寸或更大。
7.如权利要求1所述的方法，其中，制备玻璃基材包括：
在玻璃基材上形成种子层，所述种子层包括导电金属；以及
在种子层上形成金属薄膜。
8.如权利要求1所述的方法，
其中，所述层还包括设置在金属薄膜与玻璃基材之间的阻挡层。
9.如权利要求8所述的方法，其中，所述阻挡层包含铬，并且具有或不具有铪。
10.如权利要求8所述的方法，其中，所述阻挡层通过i)层压基于SiC或基于特氟龙的抗酸膜，ii)施涂抗酸溶液，或iii)沉积来形成。
11.如权利要求8所述的方法，其中，所述阻挡层的厚度为0.001μm至5μm。
12.如权利要求1所述的方法，其中，第一蚀刻以最大10微米/分钟的蚀刻速率进行，并且第二蚀刻以0.1微米/分钟至10微米/分钟的蚀刻速率进行。
13.如权利要求1所述的方法，其中，第一蚀刻溶液包含50重量％至100重量％的氢氟酸，0重量％至50重量％的硝酸和0重量％至50重量％的硫酸，并且
第二蚀刻溶液包含50重量％至100重量％的氢氟酸。
14.如权利要求1所述的方法，其中，所述蚀刻是湿法蚀刻。
15.如权利要求1所述的方法，其中，所述金属薄膜的厚度在纳米至微米级的范围内。
16.如权利要求15所述的方法，其中，所述金属薄膜的厚度在1微米至5微米的范围内。
17.如权利要求1所述的方法，其中，所述金属薄膜是经过图案化的金属薄膜，或者
所述方法还包括：在对玻璃基材的局部区域进行蚀刻后，对金属薄膜进行图案化。
18.如权利要求1所述的方法，其中，所述玻璃基材包括多个玻璃基材，并且
对所述多个玻璃基材进行批量蚀刻。
19.如权利要求1所述的方法，其中，局部区域包括彼此分离的多个局部区域。
20.如权利要求19所述的方法，其中，所述多个局部区域以矩阵排列。
21.如权利要求1所述的方法，其中，所述金属薄膜包括选自下组中的至少一种：Cr单层、Cr-Hf合金单层、Cr-Ag多层和Cr-Ti-Cu多层。
22.一种玻璃上具有金属薄膜的结构，其包括：
包含金属薄膜的层；
玻璃支承件，在其中形成有局部孔，所述玻璃支承件提供在所述层的底表面上，使得所述层由玻璃支承件支承，并且局部孔向下暴露出所述层。
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