CN104649216B - 一种超疏水凹角t状微柱结构的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种超疏水凹角T状微柱结构的制备方法，包括：(a)在基片的一个表面旋凃光刻胶，并执行显影操作得到第一圆孔阵列；(b)在基片含光刻胶表面依次沉积粘附层和种子层；(c)在种子层表面旋凃光刻胶，并执行显影操作得到第二圆孔阵列；(d)同时对第一圆孔阵列和第二圆孔阵列进行电镀填充，得到金属的T状微柱结构；(e)去除光刻胶及多余粘附层和种子层；(f)在T状微柱表面沉积一层保护层；(g)去除微柱T状结构的横状伸出部分并保留柱状结构和保护层，得到一种凹角T状微柱结构。按照本发明的制造方法，能非常可控地制备不同尺度的目标结构，工艺窗口宽，重复性好，化学稳定性高，同时拥有优异的超疏水性、自清洁能力。
Description
技术领域
本发明属于微纳制造领域，更具体地，涉及一种超疏水凹角T状微柱结构的制备方法。
背景技术
超疏水表面(水滴在该表面的表观接触角大于150°，同时接触角滞后小于10°)由于其独特的抗湿、低黏着特性以及自清洁特性，在微流体系统、无损液体传输、微纳机电系统低黏着功能表面以及生物相容性领域存在很大应用前景。目前超疏水表面一般通过对材料表面加工微观粗糙结构并涂覆疏水性材料获取。在粗糙结构表面，液滴与粗糙结构的接触状态决定表面的润湿能力。当液滴处于Wenzel状态时，液滴填满粗糙结构凹槽，固-液接触面增加，表观接触角减小，表现出较大的粘滞现象；当液滴处于Cassie状态时，由于液滴尺度远大于固体表面的粗糙结构尺度，液滴与粗糙结构间易截留空气，导致表观上的固-液接触变为固-液及液-气的复合接触，此时液滴具有较大的表观接触角及较小的接触角滞后，因此液滴处于Cassie状态是固体表面具有超疏水性的必要条件。由Cassie-Baxter理论方程可知，减少固-液界面在水平投影面上的面积分数(即减少固-液接触而增加液-气界面面积)，粗糙结构间截留的空气增多，表观接触角增大，接触滞后角减小，有利于增强固体表面抗湿能力。研究表明，当疏水性材料表面存在本征接触角大于90°液体如水或水溶液，加工与基底表面垂直的微柱粗糙结构(图1(a))，可以使液滴处于Cassie状态；当疏水性材料表面存在本征接触角小于90°的液体如油或有机溶剂，或在亲水性材料表面存在水溶液时，在微柱粗糙结构上加工T状结构(图1(b))可以增加液滴润湿微观结构的液-气界面面积，从而帮助液滴达到Cassie状态。理论上，这种结构对于本征接触角接近0°的液滴也可达到Cassie状态，然而，这种状态并不稳定，当外界存在微小扰动如声或机械振动时，液-气界面将逐渐下沉直至接触粗糙结构凹槽底端而润湿基底表面。而图1(c)所示的结构，在原有T状结构上制备凹角结构，当液体本征接触角接近0°时在这种结构表面依然处于稳定的Cassie状态，具备超疏水特性，并且这种结构表面的疏水特性与材料无关，适用于任何材料，因而具有非常广泛的应用前景。
然而针对图1(c)所示结构的制备方法，现有技术中使用的工艺非常复杂，需多次使用热氧化硅镀膜、感应耦合等离子体刻蚀、湿法硅刻蚀等方式，涉及的设备非常昂贵，成本很高，同时工艺难度大，可控性差，因此急需开发一种成本低廉且可控性高的工艺方法。
发明内容
针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明的目的在于提供一种超疏水凹角钉状微柱结构的制作方法，其中利用一次电镀工艺生长T状微柱，通过对T状结构的湿法腐蚀得到凹角结构，工艺窗口宽，可操控性强，得到的结构具有优异的超疏水性。
本发明提供了一种超疏水凹角T状微柱结构的制备方法，其特征在于，该方法包括下列步骤：
(a)在基片(1)的一个表面旋凃第一层光刻胶(2)，并执行显影操作得到第一圆孔阵列；
(b)在所述步骤(a)得到的结构中含光刻胶的表面依次沉积粘附层(3)和种子层(4)；
(c)在所述步骤(a)中获得的第一圆孔阵列的表面旋凃第二层光刻胶(5)，并执行显影操作得到第二圆孔阵列，由此得到T状圆孔阵列；
(d)对所述第一圆孔阵列和所述第二圆孔阵列进行电镀填充，得到金属的T状微柱结构(6)；
(e)去除光刻胶及多余粘附层、种子层；
(f)并在所述T状微柱结构(6)的表面沉积一层保护层(7)；
(g)去除所述T状微柱结构(6)的横状伸出部分并保留柱状结构和所述凹角状的保护层(7)，由此得到凹角T状微柱结构。
进一步地，所述步骤(b)中采用的粘附层(3)材料为钛、钛化钨、钽或氮化钽中的一种，所述种子层(4)材料为铜、镍或金的一种，且所述粘附层(3)和所述种子层(4)采用物理气相淀积形成，所述粘附层(3)的厚度为10～200nm，所述种子层(4)的厚度为50～500nm。
进一步地，所述步骤(d)中的填充材料选自铜、金、银中的任意一种或其混合物，并且其填充方法选用电镀法。
进一步地，所述步骤(d)中电镀填充法的电镀液含加速剂、抑制剂和整平剂，并且加速所述T状圆孔阵列的底部填充速率，抑制其开口的填充速率。
进一步地，所述步骤(g)中的去除所述T状微柱结构(6)的横状伸出部分选择湿法腐蚀方式，并且依次腐蚀所述粘附层(3)、种子层(4)及T状微柱结构的横状伸出部分。
进一步地，所述步骤(f)中的保护层(7)的材料为硅的氧化物或金属中的一种，其厚度为0.2～2μm，并且选用物理气相淀积形成。
进一步地，所述步骤(g)中得到凹角T状微柱结构后可在微柱结构表面沉积一层保护层。
进一步地，保护层材料为锌、锌镍合金、铬、金或铂中的一种，其厚度为1～5μm，沉积方法为电镀法。
进一步地，所述第一圆孔阵列的圆孔直径为10～50μm，所述第二圆孔阵列直径为20～200μm，阵列之间的中心距为30～300μm。
进一步地，所述第一层光刻胶(2)的厚度为20～200μm，所述第二层光刻胶(5)的厚度为1.5～10μm。
总体而言，通过本发明所构思的以上技术方案与现有技术相比，由于采用了新的方法来制作复杂的凹角T状微柱结构，能够取得下列有益效果：
(1)利用一次填充工艺完成T状微柱的形成，避免多次填充的同时也避免了种子层的多次溅射，简化了工艺步骤；
(2)选用含加速剂、抑制剂和整平剂的电镀液，充分利用电镀液中各种添加剂的协同作用，加速圆孔底部填充速率，抑制圆孔开口填充速率，防止微柱内部产生空洞等缺陷；
(3)在去除光刻胶的同时，利用lift-off工艺原理即可将多余粘附层和种子层去除，无需使用湿法或干法刻蚀的工艺去除，有利于简化工艺步骤；
(4)得到的凹角T状结构表面可以继续通过电镀技术沉积一层保护层，提高结构的耐腐蚀性，增强结构的化学稳定性。同时，利用以上工艺能非常可控地制备不同尺度的目标结构，具有工艺窗口宽，可重复性好的特点。
附图说明
图1是现有技术中已经有的几种处于Cassie状态的超疏水表面微结构的三种形态，(a)柱状，(b)“T”形，(c)凹角T状结构；
图2是按照本发明的用于制作超疏水的凹角T状微柱结构的工艺流程示意图；
图3(a)是用于显示在基片上制作第一圆孔阵列的结构示意图；
图3(b)是用于显示在基片加工有第一圆孔阵列的表面上依次淀积粘附层和种子层的结构示意图；
图3(c)是用于显示在基片淀积有种子层的表面上旋涂光刻胶，并执行显影操作得到第二圆孔阵列的结构示意图；
图3(d)是用于显示利用一次保形电镀工艺填充得到T状微柱的结构示意图；
图3(e)是用于显示去除光刻胶及多余粘附层、种子层的结构示意图；
图3(f)是用于显示对T状微柱表面沉积保护层以及用显示湿法刻蚀去除微柱T状结构后的示意图。
在所有附图中，相同的附图标记用来表示相同的元件或结构，其中：
1-基片2-第一层光刻胶3-粘附层4-种子层5-第二层光刻胶6-填充材料7-保护层
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。
图2是按照本发明的用于制作超疏水凹角T状微柱结构的工艺流程示意图。如图2中所示，按照本发明的凹角T状微柱结构的制作方法主要包括下列步骤：
首先，参照图3(a)中所示，在基片1上的一个表面(图中显示为上表面)上旋凃光刻胶2，光刻胶2的厚度在20～200μm之间，通过显影工艺得到直径在10～50μm之间，间距在30～300μm之间的第一圆孔阵列。基片1可选用半导体材料、玻璃或陶瓷等。
接着，参照图3(b)中所示，在加工制得第一圆孔阵列的整个基片表面依次淀积粘附层3和种子层4，由此在第一圆孔阵列底部、侧壁以及未加工圆孔阵列的基片表面其他部位依次形成有层状结构的粘附层和种子层。粘附层3的材料为钛、钛化钨、钽或氮化钽中的一种，厚度在10～200nm之间，并采用物理气相淀积的方式形成；种子层4的材料为铜、镍或金中的一种，厚度在50～500nm之间，并采用物理气相淀积的方式形成。
接着，如图3(c)中所示，在种子层4的上表面旋凃第二层光刻胶5，然后对其执行及显影处理，由此得到与第一圆孔阵列同心的第二圆孔阵列。第二圆孔阵列直径在20～200μm之间，所旋凃的光刻胶5为正性或负性光刻胶，其厚度在1.5～10μm之间。
接着，参照图3(d)中所示，以暴露的种子层4为引导，同时对第一圆孔阵列和第二圆孔阵列内部进行填充材料6的填充。填充一般采用电镀的方法，填充材料6一般是铜，也可以是金、银等材料或其他金属、合金的混合物。电镀液选用含加速剂、抑制剂和整平剂的电镀液，加速T状圆孔底部填充速率，抑制圆孔开口填充速率，防止微柱内部产生空洞等缺陷。
接着，参照图3(e)中所示，向T状结构表面沉积一层保护层7，保护层7材料为不与微柱刻蚀液、粘附层材料刻蚀液及种子层材料刻蚀液反应的硅的氧化物或金属，如二氧化硅、金属钨等，厚度在0.2～2μm之间，并采用物理气相淀积的方式形成。
最后，使用湿法刻蚀方式去除微柱T状结构，更具体地，需要依次刻蚀粘附层、种子层及微柱T状结构的横状伸出部分并保留柱状结构和凹角状的保护层，由此得到凹角T状微柱结构。在刻蚀T状结构的同时会腐蚀垂直微柱结构，由于垂直微柱结构直径相比T状结构高度要大很多，因此刻蚀微柱T状结构时，会保留大部分垂直微柱结构，由此获得所需的凹角T状微柱结构产品如图3(f)所示。在步骤(g)中得到凹角T状微柱结构后可选择性地在微柱结构表面沉积一层保护层，该保护层材料可为锌、锌镍合金、铬、金或铂中的一种，其厚度为1～5μm，沉积方法为电镀法。
实施例1：
本实施例1的技术方案可以通过如下步骤具体实施：
第1步，光刻
在洁净基底上旋涂NR26-25000P负性光刻胶，胶厚20μm；使用图形为圆形阵列的掩模，圆形区域不透光，圆的直径为10μm，间距30μm；采用MA6接触式光刻机进行。
第2步，显影
将第1步中后的基底放到RD6显影液中进行显影，在基底上得到光刻胶的第一圆孔阵列结构。
第3步，磁控溅射
将第2步中显影后带有光刻胶圆孔阵列结构的基底利用磁控溅射的方法依次沉积粘附层Ti及种子层Cu，Ti/Cu厚度为10nm/50nm。
第4步，光刻
在第3步得到的沉积有Ti/Cu的第一圆孔阵列表面旋凃PR1-1000A正性光刻胶，胶厚1.5μm。使用图形为圆形阵列的掩模，圆形区域透光，圆的直径为20μm，间距30μm；采用MA6接触式光刻机进行，得到与第一圆孔同心的第二圆孔阵列。
第5步，显影
将第4步中后的基底放到RD6显影液中进行显影，在第一圆孔阵列上得到光刻胶的第二圆孔阵列结构，由此得到T状圆孔阵列。
第6步，电镀
将第5步中显影得到的图形放入镀铜电镀液中进行填充。镀铜电镀液选用新阳公司UPT3360电镀液，优化的添加剂含量为加速剂3ml/L，抑制剂7.5ml/L，整平剂5ml/L。电镀电流密度0.1ASD，时间4h。
第7步，去胶
针对第6步得到的T状微柱，首先使用正胶剥离液SYS9610去除第二层PR1-1000A正性光刻胶，接着使用RR41去胶液去除第一层NR26-25000P负性光刻胶。根据lift-off原理，多余的粘附层和种子层会被一同去除。
第8步，磁控溅射
对第7步得到的去胶后的T状微柱，使用磁控溅射的方法沉积一层金属钨，厚度0.2μm。
第9步，湿法刻蚀
首先将第8步得到的带有保护层的T状微柱放入Ti腐蚀液(HF：H2O2：H2O＝1：1：20)中停留5s，再用去离子水冲洗。随后将其放入Cu刻蚀液中(H2O2：HCl：H2O＝1：3：6)停留10s，再用去离子水冲洗并用氮气枪吹干。
实施例2：
本实施例2的技术方案可以通过如下步骤具体实施：
第1步，光刻
在洁净基底上旋涂NR26-25000P负性光刻胶，胶厚20μm；使用图形为圆形阵列的掩模，圆形区域透光，圆的直径为10μm，间距100μm；采用MA6接触式光刻机进行。
第2步，显影
将第1步中后的基底放到RD6显影液中进行显影，在基底上得到光刻胶的第一圆孔阵列结构。
第3步，磁控溅射
将第2步中显影后带有光刻胶圆孔阵列结构的基底利用磁控溅射的方法依次沉积粘附层Ti及种子层Cu，Ti/Cu厚度为10/50nm。
第4步，光刻
在第3步得到的沉积有Ti/Cu的第一圆孔阵列表面旋凃PR1-1000A正性光刻胶，胶厚1.5μm。使用图形为圆形阵列的掩模，圆形区域透光，圆的直径为20μm，间距100μm；采用MA6接触式光刻机进行，得到与第一圆孔同心的第二圆孔阵列。
第5步，显影
将第4步中后的基底放到RD6显影液中进行显影，在第一圆孔阵列上得到光刻胶的第二圆孔阵列结构，由此得到T状圆孔阵列。
第6步，电镀
将第5步中显影得到的图形放入镀铜电镀液中进行填充。镀铜电镀液选用新阳公司UPT3360电镀液，优化的添加剂含量为加速剂3ml/L，抑制剂9ml/L，整平剂5ml/L。电镀电流密度0.1ASD，时间4h。
第7步，去胶
针对第6步得到的T状微柱，首先使用正胶剥离液SYS9610去除第二层PR1-1000A正性光刻胶，接着使用RR41去胶液去除第一层NR26-25000P负性光刻胶。根据lift-off原理，多余的粘附层和种子层会被一同去除。
第8步，磁控溅射
对第7步得到的去胶后的T状微柱，使用磁控溅射的方法沉积一层金属钨，厚度0.2μm。
第9步，湿法刻蚀
首先将第8步得到的带有保护层的T状微柱放置在Ti腐蚀液(HF：H2O2：H2O＝1：1：20)中停留5s，再用去离子水冲洗。随后将其放入Cu刻蚀液中(H2O2：HCl：H2O＝1：3：6)停留10s，再用去离子水冲洗并用氮气枪吹干。
第10步，电镀
将第9步得到的凹角T状微柱结构放入锌镍合金电解液中进行电镀，在微柱表面均匀生成一层厚度为1μm的锌镍合金保护层，再用去离子水冲洗并用氮气枪吹干。
实施例3：
本实施例3的技术方案可以通过如下步骤具体实施：
第1步，光刻
在洁净基底上旋涂NR26-25000P负性光刻胶，胶厚60μm；使用图形为圆形阵列的掩模，圆形区域透光，圆的直径为20μm，间距120μm；采用MA6接触式光刻机进行。
第2步，显影
将第1步中后的基底放到RD6显影液中进行显影，在基底上得到光刻胶的第一圆孔阵列结构。
第3步，磁控溅射
将第2步中显影后带有光刻胶圆孔阵列结构的基底利用磁控溅射的方法依次沉积粘附层Ti及种子层Cu，Ti/Cu厚度为50/100nm。
第4步，光刻
在第3步得到的沉积有Ti/Cu的第一圆孔阵列表面旋凃PR1-4000A正性光刻胶，胶厚3μm。使用图形为圆形阵列的掩模，圆形区域透光，圆的直径为60μm，间距120μm；采用MA6接触式光刻机进行曝光，得到与第一圆孔同心的第二圆孔阵列。
第5步，显影
将第4步中后的基底放到RD6显影液中进行显影，在第一圆孔阵列上得到光刻胶的第二圆孔阵列结构，由此得到T状圆孔阵列。
第6步，电镀
将第5步中显影得到的图形放入镀铜电镀液中进行填充。镀铜电镀液选用新阳公司UPT3360电镀液，优化的添加剂含量为加速剂3ml/L，抑制剂9ml/L，整平剂5ml/L。电镀电流密度0.1ASD，时间6.5h。
第7步，去胶
针对第6步得到的T状微柱，首先使用正胶剥离液SYS9610去除第二层PR1-4000A正性光刻胶，接着使用RR41去胶液去除第一层NR26-25000P负性光刻胶。根据lift-off原理，多余的粘附层和种子层会被一同去除。
第8步，磁控溅射
对第7步得到的去胶后的T状微柱，使用磁控溅射的方法沉积一层金属钨，厚度0.5μm。
第9步，湿法刻蚀
首先将第8步得到的带有保护层的T状微柱放置在Ti腐蚀液(HF：H2O2：H2O＝1：1：20)中停留25s，再用去离子水冲洗。随后将其放入Cu刻蚀液中(H2O2：HCl：H2O＝1：3：6)停留20s，再用去离子水冲洗并用氮气枪吹干。
实施例4：
本实施例4的技术方案可以通过如下步骤具体实施：
第1步，光刻
在洁净基底上旋涂NR26-25000P负性光刻胶，胶厚100μm；使用图形为圆形阵列的掩模，圆形区域透光，圆的直径为30μm，间距150μm；采用MA6接触式光刻机进行。
第2步，显影
将第1步中后的基底放到RD6显影液中进行显影，在基底上得到光刻胶的第一圆孔阵列结构。
第3步，磁控溅射
将第2步中显影后带有光刻胶圆孔阵列结构的基底利用磁控溅射的方法依次沉积粘附层Ti及种子层Cu，Ti/Cu厚度为100/200nm。
第4步，光刻
在第3步得到的沉积有Ti/Cu的第一圆孔阵列表面旋凃PR1-4000A正性光刻胶，胶厚5μm。使用图形为圆形阵列的掩模，圆形区域透光，圆的直径为30μm，间距150μm；采用MA6接触式光刻机进行曝光，得到与第一圆孔同心的第二圆孔阵列。
第5步，显影
将第4步中后的基底放到RD6显影液中进行显影，在第一圆孔阵列上得到光刻胶的第二圆孔阵列结构，由此得到T状圆孔阵列。
第6步，电镀
将第5步中显影得到的图形放入镀铜电镀液中进行填充。镀铜电镀液选用新阳公司UPT3360电镀液，优化的添加剂含量为加速剂3ml/L，抑制剂9ml/L，整平剂5ml/L。电镀电流密度0.1ASD，时间8h。
第7步，去胶
针对第6步得到的T状微柱，首先使用正胶剥离液SYS9610去除第二层PR1-4000A正性光刻胶，接着使用RR41去胶液去除第一层NR26-25000P负性光刻胶。根据lift-off原理，多余的粘附层和种子层会被一同去除。
第8步，磁控溅射
对第7步得到的去胶后的T状微柱，使用磁控溅射的方法沉积一层二氧化硅膜，厚度1μm。
第9步，湿法刻蚀
首先将第8步得到的带有保护层的T状微柱放置在Ti腐蚀液(HF：H2O2：H2O＝1：1：20)中停留50s，再用去离子水冲洗。随后将其放入Cu刻蚀液中(H2O2：HCl：H2O＝1：3：6)停留40s，再用去离子水冲洗并用氮气枪吹干。
实施例5：
本实施例5的技术方案可以通过如下步骤具体实施：
第1步，光刻
在洁净基底上旋涂NR26-25000P负性光刻胶，胶厚130μm；使用图形为圆形阵列的掩模，圆形区域透光，圆的直径为40μm，间距200μm；采用MA6接触式光刻机进行。
第2步，显影
将第1步中后的基底放到RD6显影液中进行显影，在基底上得到光刻胶的第一圆孔阵列结构。
第3步，磁控溅射
将第2步中显影后带有光刻胶圆孔阵列结构的基底利用磁控溅射的方法依次沉积粘附层Ti及种子层Cu，Ti/Cu厚度为150/300nm。
第4步，光刻
在第3步得到的沉积有Ti/Cu的第一圆孔阵列表面旋凃PR1-4000A正性光刻胶，胶厚7.5μm。使用图形为圆形阵列的掩模，圆形区域透光，圆的直径为40μm，间距200μm；采用MA6接触式光刻机进行曝光，得到与第一圆孔同心的第二圆孔阵列。
第5步，显影
将第4步中后的基底放到RD6显影液中进行显影，在第一圆孔阵列上得到光刻胶的第二圆孔阵列结构，由此得到T状圆孔阵列。
第6步，电镀
将第5步中显影得到的图形放入镀铜电镀液中进行填充。镀铜电镀液选用新阳公司UPT3360电镀液，优化的添加剂含量为加速剂3ml/L，抑制剂9ml/L，整平剂5ml/L。电镀电流密度0.1ASD，时间10h。
第7步，去胶
针对第6步得到的T状微柱，首先使用正胶剥离液SYS9610去除第二层PR1-4000A正性光刻胶，接着使用RR41去胶液去除第一层NR26-25000P负性光刻胶。根据lift-off原理，多余的粘附层和种子层会被一同去除。
第8步，磁控溅射
对第7步得到的去胶后的T状微柱，使用磁控溅射的方法沉积一层二氧化硅膜，厚度1.5μm。
第9步，湿法刻蚀
首先将第8步得到的带有保护层的T状微柱放置在Ti腐蚀液(HF：H2O2：H2O＝1：1：20)中停留75s，再用去离子水冲洗。随后将其放入Cu刻蚀液中(H2O2：HCl：H2O＝1：3：6)停留60s，再用去离子水冲洗并用氮气枪吹干。
第10步，电镀
将第9步得到的凹角T状微柱结构放入铬的电解液中进行电镀，在微柱表面均匀生成一层厚度为3μm的铬保护层，再用去离子水冲洗并用氮气枪吹干。
实施例6：
本实施例6的技术方案可以通过如下步骤具体实施：
第1步，光刻
在洁净基底上旋涂SU-8负性光刻胶，胶厚200μm；使用图形为圆形阵列的掩模，圆形区域透光，圆的直径为50μm，间距300μm；采用MA6接触式光刻机进行。
第2步，显影
将第1步中后的基底放到PMA(丙二醇甲醚酸醋脂)显影液中进行显影，在基底上得到光刻胶的第一圆孔阵列结构。
第3步，磁控溅射
将第2步中显影后带有光刻胶圆孔阵列结构的基底利用磁控溅射的方法依次沉积粘附层Ti及种子层Cu，Ti/Cu厚度为200/500nm。
第4步，光刻
在第3步得到的沉积有Ti/Cu的第一圆孔阵列表面旋凃PR1-12000A正性光刻胶，胶厚10μm。使用图形为圆形阵列的掩模，圆形区域透光，圆的直径为50μm，间距300μm；采用MA6接触式光刻机进行曝光，得到与第一圆孔同心的第二圆孔阵列。
第5步，显影
将第4步中后的基底放到RD6显影液中进行显影，在第一圆孔阵列上得到光刻胶的第二圆孔阵列结构，由此得到T状圆孔阵列。
第6步，电镀
将第5步中显影得到的图形放入镀铜电镀液中进行填充。镀铜电镀液选用新阳公司UPT3360电镀液，优化的添加剂含量为加速剂3ml/L，抑制剂9ml/L，整平剂5ml/L。电镀电流密度0.1ASD，时间12h。
第7步，去胶
针对第6步得到的T状微柱，首先使用正胶剥离液SYS9610去除第二层PR1-12000A正性光刻胶，接着使用RemoverPG去胶液去除第一层SU-8负性光刻胶。根据lift-off原理，多余的粘附层和种子层会被一同去除。
第8步，磁控溅射
对第7步得到的去胶后的T状微柱，使用磁控溅射的方法沉积一层二氧化硅膜，厚度2μm。
第9步，湿法刻蚀
首先将第8步得到的带有保护层的T状微柱放置在Ti腐蚀液(HF：H2O2：H2O＝1：1：20)中停留100s，再用去离子水冲洗。随后将其放入Cu刻蚀液中(H2O2：HCl：H2O＝1：3：6)停留100s，再用去离子水冲洗并用氮气枪吹干。
第10步，电镀
将第9步得到的凹角T状微柱结构放入铬的电解液中进行电镀，在微柱表面均匀生成一层厚度为5μm的铬保护层，再用去离子水冲洗并用氮气枪吹干。
综上所述，本发明中利用一次电镀工艺进行第一圆孔阵列与第二圆孔阵列的填充，有效简化了工艺步骤，利用湿法腐蚀的方法在T状结构内部腐蚀得到凹角结构，并且在得到的目标结构表面可选择性地电镀一层保护层，增加结构的化学稳定性。相应地，按照本发明的制作工艺能非常可控地制备不同尺度的目标结构，具有工艺窗口宽，可重复性好的特点。
本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (9)
1.一种超疏水凹角T状微柱结构的制备方法，其特征在于，该方法包括下列步骤：
(a)在基片(1)的一个表面旋凃第一层光刻胶(2)，并执行显影操作得到第一圆孔阵列；
(b)在所述步骤(a)得到的结构中含光刻胶的表面依次沉积粘附层(3)和种子层(4)；
(c)在所述步骤(a)中获得的第一圆孔阵列的表面旋凃第二层光刻胶(5)，并执行显影操作得到第二圆孔阵列，由此得到T状圆孔阵列；
(d)对所述第一圆孔阵列和所述第二圆孔阵列进行电镀填充，得到金属的T状微柱结构(6)；
(e)去除光刻胶及多余粘附层、种子层；
(f)并在所述T状微柱结构(6)的表面沉积一层保护层(7)；
(g)去除所述T状微柱结构(6)的横状伸出部分并保留柱状结构和凹角状的保护层(7)，由此得到凹角T状微柱结构。
2.如权利要求1所述的超疏水凹角T状微柱结构制备方法，其特征在于，所述步骤(b)中采用的粘附层(3)材料为钛、钛化钨、钽或氮化钽中的一种，所述种子层(4)材料为铜、镍或金的一种，且所述粘附层(3)和所述种子层(4)采用物理气相淀积形成，所述粘附层(3)的厚度为10～200nm，所述种子层(4)的厚度为50～500nm。
3.如权利要求1-2中任意一项所述的超疏水凹角T状微柱结构制备方法，其特征在于，所述步骤(d)中的填充材料选自铜、金、银中的任意一种或其混合物，并且其填充方法选用电镀法。
4.如权利要求3所述的超疏水凹角T状微柱结构制备方法，其特征在于，所述步骤(d)中电镀填充法的电镀液含加速剂、抑制剂和整平剂，并且加速所述T状圆孔阵列的底部填充速率，抑制其开口的填充速率。
5.如权利要求4所述的超疏水凹角T状微柱结构制备方法，其特征在于，所述步骤(g)中的去除所述T状微柱结构(6)的横状伸出部分选择湿法腐蚀方式，并且依次腐蚀所述粘附层(3)、种子层(4)及T状微柱结构的横状伸出部分。
6.如权利要求5所述的超疏水凹角T状微柱结构制备方法，其特征在于，所述步骤(f)中的保护层(7)的材料为硅的氧化物或金属中的一种，其厚度为0.2～2μm，并且选用物理气相淀积形成。
7.如权利要求6所述的超疏水凹角T状微柱结构制备方法，其特征在于，所述步骤(g)中得到凹角T状微柱结构后在微柱结构表面沉积一层材料为锌、锌镍合金、铬、金或铂中的一种的沉积层，其厚度为1～5μm，沉积方法为电镀法。
8.如权利要求7所述的超疏水凹角T状微柱结构制备方法，其特征在于，所述第一圆孔阵列的圆孔直径为10～50μm，所述第二圆孔阵列直径为20～200μm，阵列之间的中心距为30～300μm。
9.如权利要求8所述的超疏水凹角T状微柱结构制备方法，其特征在于，所述第一层光刻胶(2)的厚度为20～200μm，所述第二层光刻胶(5)的厚度为1.5～10μm。
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