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本研究設計并制造了一種利用橡膠O型圈物理阻止表面蝕刻劑流入的裝置(所述裝置包括加熱器和溫度控制器),通過蝕刻保持恒定的溫度，也為薄膜結構考慮了蝕刻劑的靜水壓力，利用所制備的器件，在六英寸的硅晶片上成功地制造了具有800米的輻射度、600納米的厚度和具有兩個波紋的3 m波紋深度的圓形波紋膜片。
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圖1
利用該裝置制備了一種波紋膜，波紋薄膜結構如圖所示1，不僅降低了膜的機械剛度，也廣泛應用于MEMS麥克風中。在單側濕式蝕刻裝置的結構中，采用聚四氟乙烯設計，這是一種對氫氧化鉀具有化學抵抗力的材料，O形環(huán)用于密封晶圓片的前后兩側，并且螺釘和螺紋對O形圈施加足夠的壓力，以確保適當?shù)拿芊狻?/span>
在濕式蝕刻中，蝕刻速率取決于氫氧化鉀的濃度和溫度，主要需要濃度為20~30wt%，溫度為80~90°C，在蝕刻過程中，使用棒狀筒式加熱器和恒溫器來加熱溶液并保持恒定的溫度，筒式加熱器不直接接觸氫氧化鉀溶液，通過不銹鋼制的結構來傳遞熱量，并且在頂部使用了一個帶有蓋子的結構，該蓋子有一個洞，被設計為允許在蝕刻過程中產(chǎn)生的氫氣逃逸，因此，即使在很長時間的蝕刻時間后，溶液的水平也能保持不變。
在裝置的下部形成一個空腔，并在刻蝕過程中充滿去離子(DI)水。因此，可以進入正在進行蝕刻的晶片的另一側與水接觸。封閉腔內(nèi)的水在達到準靜力平衡后就像彈簧的作用。這個彈簧自動平衡在晶圓上創(chuàng)建的微觀結構上的壓力，包括靜水壓力。壓力平衡將在下一節(jié)中詳細討論。連接到空腔的通風孔位于比晶圓表面更高的位置；因此，在加熱期間增加的水量可以逸出。
如果使用30wt%氫氧化鉀溶液在80~90°C下蝕刻500μm硅，該過程大約需要5小時才能完成，因此器件的所有部分在薄膜形成之前都處于熱平衡狀態(tài)，當達到熱平衡時，腔內(nèi)捕獲的去離子水的體積因熱膨脹而增加，并從孔中排出。未蝕刻的晶片具有較高的機械剛度，因此在蝕刻開始時無需考慮靜水壓力氫氧化鉀，當裝置和基底達到熱平衡時，關閉排氣孔，無論氫氧化鉀的高度、濃度和溫度如何，壓力總是平衡的。因此，即使形成了高彈性結構(如厚度小于1微米的波紋薄膜)，該過程也可以安全地進行。
最后，使用本研究提出的設備中，在不損傷晶片正面的情況下進行了氫氧化鉀濕式蝕刻，氫氧化鉀濃度為25-30wt%，在80°C~90°C下約5h后完成膜的制備。圖4是制作的波紋膜，基于光學顯微鏡圖像，成功地制備了波紋膜。此外，整個晶片上沒有破壞膜，大部分膜是按照設計制造的。
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圖4
在濕蝕刻中，整個正表面形成保護膜，以檢查氫氧化鉀溶液是否穿透基底的前表面，而在陽性PR的情況下，由于它對氫氧化鉀溶液高度反應，當它與氫氧化鉀接觸時，PR從底物中移除，然而當使用所提出的裝置時，即使在蝕刻完成后，正面的PR仍然完全保持，這證明了氫氧化鉀溶液沒有穿透。
作為氫氧化鉀濕式蝕刻的掩膜材料，使用了500納米的氮化硅薄膜，在蝕刻過程中保持良好，在經(jīng)過長時間的濕蝕刻過程中，也在視覺上確認了顏色之間的差異，預計會進行良好程度的蝕刻。此外如圖所示4(c)，濕蝕刻后有一塊膜沒有被破壞，且它的形狀不佳，這是因為相鄰圖案之間的氮化硅層的寬度設計約為100微米，當長時間進行濕蝕刻時，圖案之間的氮化硅層不能承受和坍塌，可以假定在模式之間保持超過200微米的距離會產(chǎn)生穩(wěn)定的結果。
由于在蝕刻過程中可以進行現(xiàn)場監(jiān)測，因此可以確定終點，當使用氫氧化鉀時，會產(chǎn)生氫氣，因此當進行蝕刻時，形成許多氣泡，溶液出現(xiàn)混濁，當蝕刻完成后，溶液就會變得透明，因為不會產(chǎn)生氫氣，這也標志著這個過程的結束。最后通過濕式蝕刻裝置，建議的裝置基于聚四氟乙烯的O形密封裝置和溫度維護金屬結構組成，并且還包括一個用于現(xiàn)場監(jiān)測的蓋子結構和一個壓力排氣孔。與現(xiàn)有的設備不同，它可以調整溫度，此外也使晶片中精細的MEMS結構不受蝕刻劑的靜水壓力的影響。