TWI681938B - 玻璃支架支撐之金屬薄膜的製造方法 - Google Patents
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Abstract
一種製造玻璃上金屬薄膜的方法。準備在頂表面上形成一層的玻璃基板。玻璃基板的部分區域係自玻璃基板的底部蝕刻，以向下暴露該層，從而形成該層的暴露區域。該層是為金屬薄膜。蝕刻包含：使用含有氫氟酸和硝酸及硫酸中至少其一的第一蝕刻溶液，第一次蝕刻玻璃基板至小於玻璃基板的厚度之深度，產生玻璃基板的第一蝕刻部分；以及使用不包含硝酸或硫酸而含有氫氟酸的蝕刻溶液，第二次蝕刻玻璃基板的第一蝕刻部分，使得一層向下暴露，因此金屬薄膜被玻璃基板的剩餘部分所支撐。
Description
本揭露涉及一種製造玻璃上金屬薄膜結構的方法。更具體的說，本揭露涉及製造玻璃上金屬薄膜結構的方法，其藉由蝕刻去除於玻璃基板的頂表面上形成有包含金屬薄膜層的層之玻璃基板的部分區域。
一系列技術領域需要金屬薄膜。此外，各種技術領域需要具有介於奈米到微米之間的厚度範圍的金屬薄膜。
第1圖示意性說明製造以玻璃支撐物10b所支撐的金屬薄膜21的習知方法。
如第1圖所示，以玻璃支撐物10b支撐的金屬薄膜21係由將藉由在玻璃基板10的部分孔洞中製造的玻璃支撐物10b焊接至自支撐式金屬薄膜21來製造。然而，製造厚度範圍在奈米到微米之間的自支撐式金屬薄膜可能是困難的。即便在此情況下製造自支撐式金屬薄膜，可能依然受限，由於製造的成本效益可能不高，且可能難以處理自支撐式金屬薄膜。
因此，第1圖所示的方法並非是實際上製造以玻璃支撐物10b所支撐的金屬薄膜21的方法，及需要可以克服上述限制的其他方法。
本揭露的各種態樣提供以玻璃支撐物所支撐的金屬薄膜。
根據一個態樣，一種製造玻璃上金屬薄膜結構的方法可包含：準備形成一層在頂表面上的玻璃基板；自玻璃基板的底部蝕刻玻璃基板的部分區域，以向下暴露一層，從而形成該層的暴露區域。該層可為金屬薄膜。蝕刻步驟可包含：使用含有氫氟酸和硝酸及硫酸中至少其一的第一蝕刻溶液，第一次蝕刻玻璃基板至小於玻璃基板的厚度的深度，以產生玻璃基板的第一蝕刻部分；以及使用不包含硝酸或硫酸而含有氫氟酸的蝕刻溶液，第二次蝕刻玻璃基板的第一蝕刻部分，使得該層向下暴露，因此金屬薄膜被玻璃基板的剩餘部分所支撐。
如上所述，可以製造厚度範圍介於奈米至微米之間及被玻璃支撐物所支撐的金屬薄膜。
另外，有可選擇性地蝕刻玻璃基板，並且最小化金屬薄膜的損壞。
此外，由於蝕刻溶液所造成金屬薄膜的損壞最小化，因而可以最小化阻擋層的厚度，以及也可減少金屬薄膜的厚度。
另外，在玻璃基板的厚度的相對較大偏差是可能的，從而減少製造僅允許相對低偏差的精密玻璃基板所需要的成本。
本揭露的方法及設備具有其他特徵及優點，這些特徵及優點將在本文所併入的附圖中更加詳細地闡述或自附圖顯而易見，並在下面詳細描述中一起用於解釋本揭露的某些原理。
10‧‧‧玻璃基板
10a‧‧‧區域
10b‧‧‧玻璃支撐物
20‧‧‧一層
20a‧‧‧暴露區域
21‧‧‧金屬薄膜
23‧‧‧阻擋層
第1圖示意性說明製造以玻璃支撐物所支撐的金屬薄膜的習知方法；第2圖示意性說明根據第一實施例的製造以玻璃支撐物所支撐的金屬薄膜的方法；
第3圖示意性說明根據第二實施例的以玻璃支撐物所支撐的金屬薄膜；第4圖是說明在第3圖所示的實施例中的包含玻璃基板、阻擋層、及金屬薄膜的結構橫切面的影像，玻璃基板在第二次蝕刻之前，進行第一次蝕刻；第5圖是說明在第3圖所示的以玻璃支撐物所支撐的金屬薄膜的底部視圖；以及第6圖示意性說明根據第三實施例的以玻璃支撐物所支撐的金屬薄膜。
下文將參照附圖詳細說明本揭露的示例實施例。
本文可使用有關方位的用語，像是「上表面(upper surface)」、「下表面(lower surface)」、「向上方向(upward direction)」及「向下方向(downward direction)」以容易參照附圖來描述特定元件。然而，應理解的是，這些用語並非旨在意指實際方位。例如，用語「上表面」及「下表面」只使用來描述上表面及下表面是彼此相對。在實際實務中，上表面可位於比下表面更低的位置。
示例性實施例關於一種選擇性基板蝕刻製程，其可以使形成在玻璃基板上的厚度範圍介於奈米及微米的金屬薄膜的損壞最小化。
第2圖示意性說明根據第一實施例的製造以玻璃支撐物10b所支撐的金屬薄膜21的方法，第3圖示意性說明根據第二實施例的以玻璃支撐物10b所支撐的金屬薄膜21，第4圖是描述在第3圖所示的實施例中的包含玻璃基板、阻擋層、及金屬薄膜的結構橫切面的影像，玻璃基板在第二次蝕刻前，進行第
一次蝕刻，及第5圖是說明在第3圖中所示的以玻璃支撐物10b所支撐的金屬薄膜21的底部視圖。
根據在第2圖及第3圖所示的方法中，首先，準備頂表面上形成有一層20的玻璃基板10(準備步驟)。接著，自底部蝕刻玻璃基板10的部分區域10a，以使該層20向下暴露(蝕刻步驟)。該層20包含金屬薄膜21。在準備步驟，該層20可經由沉積形成在玻璃基板10的頂表面上。
玻璃基板的習知選擇性蝕刻由以下進行。首先，耐酸膜附加於玻璃基板10而後被圖案化。接著，使用圖案化的耐酸膜作為遮罩，使玻璃基板與蝕刻溶液進行物理性接觸來執行化學性蝕刻。
一般而言，蝕刻溶液，例如氫氟酸(HF)，是使用於蝕刻半導體基板，例如矽(Si)基板。然而，當用於半導體基板的蝕刻溶液使用於蝕刻玻璃基板時，會有因相對長的蝕刻時間可能對耐酸膜造成損壞的問題。因此，用於玻璃基板的蝕刻溶液取決於玻璃的組成而包含與與氫氟酸的一起使用的各種材料，像是硝酸(HNO3)及硫酸(H2SO4)，以提高蝕刻速率。
阻擋層23可設置於金屬薄膜21和玻璃基板10之間，以當蝕刻玻璃基板10時，保護金屬薄膜21免於氫氟酸所造成的損壞。阻擋層23可包含具有或不具有鉿(Hf)的鉻(Cr)。根據一些實施例，Cr可為主要成分，且Hf的重量可少於阻擋層的總重量的60%。考慮到對氫氟酸的耐酸性，Hf的量可少於Cr的量。阻擋層23可能容易因硝酸及硫酸而損壞，因而金屬薄膜21可能因蝕刻溶液而造成損壞或是汙染。根據一些實施例，阻擋層23可由(i)壓層SiC-或鐵氟龍類抗酸膜、(ii)施加一抗酸溶液、或(iii)沉積所形成。根據一些實施例，阻擋層23可具有從0.001μm至5μm的厚度範圍。在一些這樣的實施例中，阻擋層的厚度範圍可從0.001μm至1μm。
為了免於氫氟酸所造成的損壞，需要在數奈米的範圍內精準地蝕刻。然而，由於濕式蝕刻的特性，因而此精確度是不可能的。此外，當由於玻璃基板10的厚度偏差而導致部分過度蝕刻時，會損壞到金屬薄膜21。
為了保護金屬薄膜免於損壞，本揭露建議具有兩個步驟的蝕刻製程，來達到選擇性蝕刻，其可對形成在玻璃基板10上的金屬薄膜21的損壞最小化。是在第一蝕刻步驟，使用第一蝕刻溶液使玻璃基板10第一次蝕刻至小於玻璃基板10的厚度的深度。例如，蝕刻深度可以藉由蝕刻速率(亦即單位時間的蝕刻深度)乘以蝕刻所經過的時間來取得。在第二蝕刻步驟，使用第二蝕刻溶液第二次蝕刻第一蝕刻部分，使得該層20向下暴露。
第一蝕刻溶液藉由以預定混合比例混合HF溶液(典型的玻璃蝕刻溶液)與化學材料(像是HNO3及H2SO4)所製備，來增加玻璃基板10的蝕刻速率。例如，在含有HF(20%)、HNO3、及H2SO4的混合比可為重量的1：1：1。化學材料可根據玻璃的組成而改變。與純HF相比，化學材料的添加可減少50%或50%以上的蝕刻時間。因而，玻璃基板10可以快速的速率蝕刻至接近形成在基板10上的金屬薄膜21的深度。蝕刻可以執行例如數秒到數十秒。在一些實施例中，蝕刻的溫度通常不超過80℃。
第二蝕刻溶液可以僅用純的HF來製備。HF可以選擇性地蝕刻玻璃基板10，並且因為與Cr或Cr-Hf的低反應性，使對金屬薄膜21的損壞最小化。
根據一些實施例，第一蝕刻溶液可包含氫氟酸50重量%至100重量%、硝酸0重量%至50重量%、以及硫酸0重量%至50重量%，及第二蝕刻溶液可包含氫氟酸50重量%至100重量%。
蝕刻可為濕式蝕刻，在每個蝕刻步驟中，基於玻璃基板10的組成和厚度以及待蝕刻的形狀和區域，玻璃基板10可以透過各種方法來蝕刻。玻璃基板10可藉由噴霧蝕刻來蝕刻或複數個玻璃基板10可分批蝕刻。
根據一些實施例，在室溫和常壓條件下，第一蝕刻速率可不超過每分鐘10μm，以及第二次蝕刻速率可介於每分鐘0.1μm至10μm之間。
玻璃基板10可包含鈉鈣玻璃。另外，玻璃基板10可包含能經離子交換來強化的玻璃(在受到化學性強化製程之前的玻璃)。例如，玻璃基板10可使用來自康寧公司的Gorilla®玻璃或EXG®玻璃來提供。
根據一些實施例，本揭露適用於蝕刻後暴露的該層20的暴露區域20a的外圈直徑可為1英吋或1英吋以上的情況。在一些實施例中，暴露區域的外圈直徑可為3英吋或3英吋以上。例如，在第6圖中的說明，當部分區域10a(亦即暴露區域20a)是長方形，暴露區域的外圈直徑是長方形圖形的對角線長度。
根據一些實施例，在玻璃基板10上形成金屬薄膜21之前，可以在玻璃基板10上提供有助於形成金屬薄膜21的晶種層，接著金屬薄膜21可以提供在晶種層上。晶種層可包含導電性金屬。
在一些實施例中，金屬薄膜21可為(i)Cr單層、(ii)Cr-Hf合金單層、(iii)Cr-Ag多層或Cr-Ti-Cu多層或是其類似物。在一些實施例中，金屬薄膜21可具有一厚度範圍介於奈米到微米之間的厚度。在一些實施例中，金屬薄膜21可具有厚度不超過10μm。根據一些實施例的金屬薄膜21可具有在1μm至5μm之間的厚度。
金屬薄膜21可為在蝕刻步驟之前被圖案化的金屬薄膜，或者可以額外提供在蝕刻步驟之後對金屬薄膜21進行圖案化的步驟。圖案化有精細通孔的金屬薄膜可以使用作為用於沉積的精細圖案化遮罩、水過濾器或是其類似物。此外，金屬薄膜可以塗佈有陶質以用作電池隔板。
第6圖示意性說明根據第三實施例之以玻璃支撐物10b所支撐的金屬薄膜21。
如第6圖所示，可提供彼此分開的複數個區域10a。複數個區域10a可排列成矩陣(例如在第6圖中3x4的矩陣)。然而，本揭露不限於矩陣排列，各種不同的排列是可能的。此外，單一區域10a的形狀(亦即暴露區域20a的形狀)可以具有各種其他形狀而不限於長方形。
參照呈現本揭露的前面所描述的具體例示性實施例。其並非旨在窮舉或是限制本揭露至確切形式，而鑒於上述教示，對於該所屬領域中具有通常知識者可進行各種修改及變化。
因此，本揭露的範圍不旨在限於上述實施例，而是經由本文所附的發明申請專利範圍及其等效來定義。
10‧‧‧玻璃基板
10a‧‧‧部分區域
10b‧‧‧玻璃支撐物
20‧‧‧一層
20a‧‧‧暴露區域
21‧‧‧金屬薄膜
Claims (21)
- 一種製造玻璃上金屬薄膜結構的方法，其包含：準備頂表面上形成有一層的一玻璃基板；以及從該玻璃基板的底部蝕刻該玻璃基板的一部分區域以向下暴露該層，從而形成該層的一暴露區域，其中該層包含一金屬薄膜，且其中該蝕刻包含：使用含有氫氟酸和硝酸及硫酸中的至少其一的一第一蝕刻溶液第一次蝕刻該玻璃基板至小於該玻璃基板的厚度之深度，產生該玻璃基板的一第一蝕刻部分；以及使用不包含硝酸或硫酸而含有氫氟酸的一第二蝕刻溶液第二次蝕刻該玻璃基板的該第一蝕刻部分，使得該層向下暴露，因此該金屬薄膜被該玻璃基板的剩餘部分支撐。
- 如申請專利範圍第1項所述之方法，其中該玻璃基板包含鈉鈣玻璃。
- 如申請專利範圍第1項所述之方法，其中該玻璃基板包含非鹼性玻璃。
- 如申請專利範圍第1項所述之方法，其中該玻璃基板包含能經離子交換來強化的玻璃。
- 如申請專利範圍第1項所述之方法，其中該暴露區域的外圈直徑為1英吋或1英吋以上。
- 如申請專利範圍第5項所述之方法，其中該暴露區域的外圈直 徑為3英吋或3英吋以上。
- 如申請專利範圍第1項所述之方法，其中準備該玻璃基板包含：在該玻璃基板上形成一晶種層，該晶種層包含一導電性金屬，及在該晶種層上形成該金屬薄膜。
- 如申請專利範圍第1項所述之方法，其中該層更包含設置在該金屬薄膜及該玻璃基板之間的一阻擋層。
- 如申請專利範圍第8項所述之方法，其中該阻擋層包含具有鉿或不具有鉿的鉻。
- 如申請專利範圍第8項所述之方法，其中該阻擋層係由(i)壓層SiC-或鐵氟龍類抗酸膜、(ii)施加一抗酸溶液、或(iii)沉積所形成。
- 如申請專利範圍第8項所述之方法，其中該阻擋層有一厚度範圍從0.001μm至5μm。
- 如申請專利範圍第1項所述之方法，其中該第一次蝕刻以蝕刻速率每分鐘至多10μm來進行；且該第二次蝕刻以蝕刻速率每分鐘0.1至10μm來進行。
- 如申請專利範圍第1項所述之方法，其中該第一蝕刻溶液包含氫氟酸50重量%至100重量%、硝酸0重量%至50重量%、以及硫酸0重量%至50重量%，及該第二蝕刻溶液包含氫氟酸50重量%至100重量%。
- 如申請專利範圍第1項所述之方法，其中該蝕刻為濕式蝕刻法。
- 如申請專利範圍第1項所述之方法，其中該金屬薄膜的厚度範 圍介於奈米到微米之間。
- 如申請專利範圍第15項所述之方法，其中該金屬薄膜的厚度範圍由1μm到5μm之間。
- 如申請專利範圍第1項所述之方法，該金屬薄膜是一圖案化金屬薄膜，或該方法更包含在蝕刻該玻璃基板的該部分區域之後圖案化該金屬薄膜。
- 如申請專利範圍第1項所述之方法，其中該玻璃基板包含複數個玻璃基板，且該複數個玻璃基板以分批蝕刻。
- 如申請專利範圍第1項所述之方法，其中該部分區域包含彼此分離的複數個部分區域。
- 如申請專利範圍第19項所述之方法，其中該複數個部分區域排列成矩陣。
- 如申請專利範圍第1項所述之方法，其中該金屬薄膜包含選自由Cr單層、Cr-Hf合金單層、Cr-Ag多層及Cr-Ti-Cu多層所組成的群組中的至少其一。
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