Gravure de verre à motifs pour la microfluidique et les capteurs

La gravure à motifs est utilisée pour créer des structures 2D ou 2,5D contrôlées sur du verre, de la silice fondue, du quartz, du verre borosilicaté, du saphir, du silicium, de la vitrocéramique, du verre optique et des substrats revêtus. Un masque est appliqué pour protéger les zones sélectionnées, tandis que les zones exposées sont gravées jusqu'à la profondeur requise.

Les procédés disponibles comprennent la gravure chimique humide, la gravure à sec, le masquage par photolithographie, le masquage par écriture directe au laser et la gravure sur masque dur. La taille des structures peut atteindre 2 μm avec la photolithographie et 5 μm avec l'écriture directe au laser. La profondeur de gravure peut varier de 0,1 μm à 500 μm pour la gravure humide et de 0,1 μm à 50 μm pour la gravure à sec.

Parmi les applications typiques, on peut citer les canaux microfluidiques, les éléments optiques diffractifs, les structures MEMS, les réseaux de microlentilles, les repères d'alignement, les repères de référence et les structures de guides d'ondes optiques. Nous sommes en mesure de traiter des substrats gravés selon des motifs personnalisés à partir de fichiers GDS-II, DXF ou de masques conçus par le client, avec en option le collage de plaquettes, le découpage, la réalisation de rapports de profilométrie et le contrôle des dimensions des éléments.

Qu'est-ce que la gravure à motifs ?

La gravure à motifs est un procédé d’enlèvement sélectif de matière dans lequel un masque protecteur — défini par photolithographie, écriture directe au laser ou sérigraphie — est appliqué à la surface du substrat afin de protéger certaines zones, tandis que les zones exposées sont gravées chimiquement ou au plasma jusqu’à une profondeur contrôlée. Le matériau du masque (photorésine, masque dur métallique ou couche diélectrique) est chimiquement résistant à l’agent de gravure, ce qui garantit que seules les zones non protégées sont attaquées. Après la gravure, le masque est décollé pour révéler le motif final. La gravure chimique humide utilise des agents de gravure liquides tels que l’acide fluorhydrique (HF), d’agent de gravure d’oxyde tamponné (BOE) ou d’hydroxyde de potassium (KOH) pour retirer la matière de manière isotrope ou anisotrope, tandis que la gravure à sec (ICP-RIE) utilise un plasma pour obtenir des parois latérales quasi verticales et une fidélité des structures inférieure au micron. La gravure à motifs est le procédé fondamental pour la fabrication de canaux microfluidiques, la production d’éléments optiques diffractifs, la fabrication de dispositifs MEMS et toute application nécessitant des structures 2D ou 2,5D précises dans du verre ou des substrats optiques sans contact mécanique.

Capacités de traitement

Taille minimale des éléments : 2 µm (photolithographie) ; 5 µm (écriture directe au laser)
Plage de profondeur de gravure : 0,1 µm – 500 µm (en phase humide) ; 0,1 µm – 50 µm (en phase sèche / ICP-RIE)
Uniformité de la profondeur : ±0,5 µm sur un substrat de 150 mm
Angle du flanc : 45° – 54,7° (isotrope, humide) ; 80° – 90° (ICP-RIE, à sec)
Etch Systems : HF / BOE (SiO₂) · KOH (Si) · H₃PO₄ (Al₂O₃) · ICP-RIE (tous les matériaux)
Types de masques : Photorésine · Masque dur Cr/Au · Masque diélectrique SiO₂ / Si₃N₄
Taille maximale du substrat : 200 mm de diamètre / panneau de 300 × 300 mm

Matériaux compatibles

1	Silice fondue	Corning 7980 / Tosoh ES-2000
2	Verre de quartz	SCHOTT Lithosil Q / Heraeus Suprasil 1
3	Verre borosilicaté	PYREX 7740 / BOROFLOAT 33
4	Verre sodocalcique	Float / qualité exposition
5	Saphir	Plan C / Plan A
6	Silicium	Zone de flottation / Czochralski
7	Vitrocéramique	ZERODUR / PYROCERAM 9606
8	Verre optique	BK7 / N-BK7
9	CaF₂	résistant aux UV
10	Verre revêtu	Substrats à couches minces d'ITO / SiO₂ / Si₃N₄
11	Céramiques techniques	Al₂O₃ / AlN

Stratégie de masquage et de gravure

Masque photorésistant + HF/BOE : Norme relative à la silice fondue et au borosilicate — rapide, peu coûteuse, adaptée à des profondeurs ≤ 50 µm
Masque dur Cr/Au + HF : Pour la gravure profonde (> 50 µm) — le masque métallique résiste à des temps de gravure prolongés, là où le photorésist ne tient pas la route
Écriture directe au laser + BOE : Structuration sans masque — aucun équipement de photolithographie requis, idéal pour les prototypes et les motifs personnalisés
Gravure anisotrope à la potasse (KOH) : Pour les substrats en silicium : permet d'obtenir des parois latérales cristallographiques {111} à 54,7°, avec une grande répétabilité
Gravure à sec par ICP-RIE : Parois latérales quasi verticales (80° à 90°), fidélité des détails à l'échelle submicronique, compatible avec tous les matériaux
LACE (laser + HF) : La pré-modification au laser multiplie par 100 la vitesse de gravure HF dans les zones exposées — structures ultra-profondes à rapport d'asport élevé

Applications typiques

Canaux microfluidiques : Canaux gravés par voie humide dans de la silice fondue et du borosilicate pour des dispositifs de type « laboratoire sur puce »
Éléments optiques diffractifs : Réseaux de phase binaires et à plusieurs niveaux gravés dans de la silice fondue
Structures MEMS : Masses de référence, bras en porte-à-faux et éléments à membrane sur des substrats en verre et en silicium
Réseaux de microlentilles : Profils de microlentilles sphériques isotropes définis par gravure dans le verre
Repères d'alignement et repères de référence : Repères de repérage gravés de manière permanente pour le collage de plaquettes et la lithographie
Structures de guides d'ondes optiques : Guides d'ondes à crête et composants de circuits photoniques sur substrats en verre

Spécifications personnalisées

Nous acceptons les commandes de gravure sur mesure à partir de fichiers GDS-II, DXF ou de masques fournis par le client, tant pour la fabrication de prototypes que pour la production en série. Les paramètres personnalisables comprennent le choix du matériau du masque, le système de gravure, la profondeur et l’uniformité de la gravure, l’angle des parois latérales, ainsi que la gravure à plusieurs niveaux pour les profils 3D. Des flux de travail intégrés combinant photolithographie, gravure, décapage des masques et inspection post-gravure sont disponibles sous forme de service clé en main complet. Pour les applications microfluidiques et MEMS, nous proposons également le collage de plaquettes et le découpage en puces en tant que processus en aval. Tous les substrats gravés sont livrés avec des cartes de profondeur profilométriques, des rapports sur les dimensions des caractéristiques et une documentation complète du processus.