基于陣列刻蝕的微通道板制備技術(shù)研究.pdf

1、微通道板是像增強(qiáng)器的核心器件。近幾年來，隨著微光夜視技術(shù)和光電子成像器件的不斷發(fā)展，傳統(tǒng)的利用還原鉛硅酸鹽玻璃制成的微通道板，由于其增益不均勻、較低的幾何保真度和空間分辨率、對材料和工藝有嚴(yán)格要求等缺陷，已經(jīng)不能滿足微通道板性能的要求。因此新型微通道板的制備技術(shù)成為國內(nèi)外研究的熱點(diǎn)。利用MEMS加工工藝制成的硅微通道板相對于傳統(tǒng)的微通道板，不僅克服了其在加工方面的缺點(diǎn)，而且在性能方面也有了很大的提高。
　　本文對孔徑10μm，孔間

2、距5μm，長徑比20∶1硅微通道板的制備技術(shù)進(jìn)行了研究。采用光刻工藝，掩蔽層圖形化工藝，反應(yīng)離子刻蝕的方法來進(jìn)行制備，該方法與電化學(xué)刻蝕的方法相比，不僅工藝簡單，不需要形成腐蝕誘導(dǎo)坑，也不需要形成歐姆接觸，而且刻蝕過程易于控制。在制備過程中，各工藝的加工方法或參數(shù)都會對最終結(jié)果產(chǎn)生影響，因此需要對各個工藝進(jìn)行研究，主要的研究內(nèi)容如下:
　　1)曝光時間、反轉(zhuǎn)烘溫度、顯影時間對光刻工藝結(jié)果有著重要的影響，因此本文首先對其進(jìn)行了研究。

3、通過逐一控制變量，結(jié)果發(fā)現(xiàn)曝光時間越長，光刻圖形尺寸就相對越大;反轉(zhuǎn)烘溫度越高，圖形反轉(zhuǎn)效果越好;顯影時間越大，圖案線條越清晰，但過長的顯影時間會造成光刻圖形尺寸變小。通過參數(shù)優(yōu)化，得到微孔尺寸與掩模版圖形尺寸一致的光刻膠圖案，此時光刻參數(shù)為曝光10s，反轉(zhuǎn)烘115℃，顯影55s。
　　2)掩蔽層作為抗刻蝕掩模，其圖形尺寸影響著刻蝕結(jié)果，因此需要對掩蔽層圖形化工藝進(jìn)行研究。首先采用濕法腐蝕對掩蔽層圖形化時，由于掩蔽圖形為孔徑10μ

4、m，孔間距5μm的陣列微孔，孔徑較小導(dǎo)致溶液對流困難且反應(yīng)生成物H2極易吸附在反應(yīng)界面上，進(jìn)行影響反應(yīng)物質(zhì)的輸送和化學(xué)反應(yīng)的進(jìn)行。同時由于腐蝕參數(shù)不合適，陣列式微孔圖形會出現(xiàn)隨機(jī)腐蝕、不完全腐蝕、過腐蝕等現(xiàn)象。通過加入表面活性劑，減小溶液中表面應(yīng)力，可以促使反應(yīng)物H2排出。通過研究腐蝕液濃度、腐蝕液溫度和腐蝕時間對腐蝕結(jié)果的影響，最后得到了孔徑尺寸滿足要求的掩蔽層。但由于掩蔽層圖形是大面陣陣列微孔，微孔數(shù)目在幾百萬以上，在濕法腐蝕時，腐

5、蝕的隨機(jī)性不可避免，同時腐蝕過程不易控制。相對于濕法腐蝕，剝離工藝能夠很簡便的獲得圖形和尺寸都很好的掩蔽層。但剝離工藝對掩蔽層和光刻膠的厚度有著嚴(yán)格的要求。通過控制兩者的厚度，利用剝離，最終得到了圖形陣列整齊完整、微孔尺寸準(zhǔn)確的掩蔽層。
　　3)對硅基微孔陣列刻蝕進(jìn)行了研究。由于刻蝕的通道直徑只有10μm，研究刻蝕速率時，樣品的斷面很難沿著同一條通道中心剖開，因此為了便于測量，首先對相同尺度的槽陣列結(jié)構(gòu)進(jìn)行了刻蝕研究，主要研究了氧

6、氣流速、反應(yīng)室壓強(qiáng)、ICP功率對刻蝕速率和刻蝕側(cè)壁垂直度的影響。結(jié)果表明，隨著反應(yīng)室壓強(qiáng)和ICP功率的增大，刻蝕速率也不斷變大。同時氧氣能夠促進(jìn)刻蝕，但增大氧氣流速，側(cè)壁的垂直度就越差。通過參數(shù)優(yōu)化，得到最佳的刻蝕參數(shù)為反應(yīng)室壓強(qiáng)12mTorr, ICP功率500W，氧氣流速5sccm。此時刻蝕速率較快，刻蝕垂直度滿足90°±0.5°的要求。
　　然后以該參數(shù)進(jìn)行硅基微通道陣列的刻蝕，最后成功的在一英寸的硅片上，制備出了174萬個