CN105366631A

CN105366631A - 一种楔形硅结构阵列的制作方法

Info

Publication number: CN105366631A
Application number: CN201410421996.3A
Authority: CN
Inventors: 俞骁; 曾春红; 张宝顺
Original assignee: Suzhou Institute of Nano Tech and Nano Bionics of CAS
Current assignee: Suzhou Institute of Nano Tech and Nano Bionics of CAS
Priority date: 2014-08-25
Filing date: 2014-08-25
Publication date: 2016-03-02
Anticipated expiration: 2034-08-25
Also published as: CN105366631B

Abstract

本发明公开一种楔形硅结构阵列的制作方法，包括步骤：A)在衬底上键合形成预定厚度的硅层；B)在所述预定厚度的硅层上形成多个掩膜条；C)将所述硅层的未被所述掩膜条覆盖的部分去除，其中，所述硅层的被所述掩膜条覆盖的部分的截面形状为梯形形状；D)将所述掩膜条去除，以将所述硅层的被所述掩膜条覆盖的部分暴露；E)在步骤D)中暴露的所述硅层的侧斜壁上涂布多个光刻胶；F)将步骤E)中未被所述光刻胶覆盖的硅层去除；G)将步骤E)中涂布的所述光刻胶去除，从而形成阵列排布的楔形硅结构。本发明的楔形硅结构阵列的制作方法，工艺简单，成品率高，适合大批量制造的特点，并且所制备的楔形硅结构强度高，使用寿命长。

Description

一种楔形硅结构阵列的制作方法

技术领域

本发明属于微加工技术领域，具体地讲，涉及一种楔形硅结构阵列的制作方法。

背景技术

在自然界中，壁虎依靠神奇的四脚在静止时紧紧吸附，移动时轻松脱离。许多对壁虎脚足刚毛的研究认为：壁虎之所以能够攀檐走壁，完全是壁虎脚与攀爬对象之间“范德华力”作用的结果。因此，多年来各国科研人员都致力于用纳米材料来模仿壁虎脚刚毛，并制造了各式各样的“机器壁虎”。然而，这些“机器壁虎”大都只能局限于在光滑的物体表面缓慢移动，需要外接电源和控制装置，无法有效控制“强吸附”、“弱脱附”的过程以及运动方向，更不能克服万有引力的作用倒立在天花板上运动。壁虎的惊人攀爬能力源于脚趾上的微毛。在接触物体表面时，微毛可充当粘性极高的“单向粘合剂”，如果朝另一个方向移动，粘性便会消失。因此，壁虎的足部形态一直以来都是仿生学研究领域的一个热门课题，在这一领域研究的突破将会给民生、国防、航天等领域带来革命性的影响。

目前对壁虎足部的仿生主要集中在两个方向：一个是“强吸附”，另一个是“单向粘合”。前者主要是壁虎仿生学初期，用密集的纳米线阵列模拟壁虎的刚毛，在纳米线与物体接触面间形成范德华力，叠加后形成巨大的吸附力和剪切力。后者则是近几年来利用特殊的光刻和倒模、浇铸工艺，在衬底上制作了单向倾斜的楔形结构阵列，使这种阵列在物体接触面上仅在结构倾斜方向的反方向上产生较大的粘合力，而在其它方向上几乎没有粘合力，从而实现“单向粘合”的特性。

现有的楔形结构阵列，主要是在足够厚的SU8胶上，用两次不同角度的曝光将楔形图形的SU8胶去除，而后利用PDMS(即聚二甲基硅氧烷)等柔性材料浇铸进SU8胶上的楔形槽，固化后揭开以形成楔形结构阵列。然而，这种方法制备的楔形结构阵列由于采用柔性材料，在与物体接触后会发生变形，形变较大时会产生大面积粘连而失效，因此使用寿命较短；另外，对于大面积的楔形结构阵列，固化后脱膜极其困难，因此该方法也不适合进行大批量制造。

发明内容

为了解决上述现有技术存在的问题，本发明的目的在于提供一种楔形硅结构阵列的制作方法，包括步骤：A)在衬底上键合形成预定厚度的硅层；B)在所述预定厚度的硅层上形成多个掩膜条；C)将所述硅层的未被所述掩膜条覆盖的部分去除，其中，所述硅层的被所述掩膜条覆盖的部分的截面形状为梯形形状；D)将所述掩膜条去除，以将所述硅层的被所述掩膜条覆盖的部分暴露；E)在步骤D)中暴露的所述硅层的侧斜壁上涂布多个光刻胶；F)将步骤E)中未被所述光刻胶覆盖的硅层去除；G)将步骤E)中涂布的所述光刻胶去除，从而形成阵列排布的楔形硅结构。

进一步地，所述倾斜壁与所述衬底的表面的夹角为50°至60°。

进一步地，所述衬底的材料为玻璃，其中，所述步骤A)的具体方法包括：将由玻璃形成的衬底与硅片进行阳极键合；将所述硅片减薄，以形成所述预定厚度的硅层。

进一步地，所述预定厚度等于所述楔形硅结构的高度。

进一步地，所述硅片为双面抛光的硅片。

进一步地，在步骤B)中，所述多个掩膜条等间距排列。

进一步地，所述步骤B)的具体方法包括：在所述预定厚度的硅层上形成掩膜层；在所述掩膜层上等间距涂布光刻胶；将所述掩膜层的未被光刻胶覆盖的部分去除；将涂布的光刻胶去除，从而形成等间距排列的所述多个掩膜条。

进一步地，所述多个掩膜条之间的间距不小于所述楔形硅结构的高度的1.15倍。

进一步地，在步骤E)中，所述多个光刻胶等间距排列。

进一步地，所述硅层的被所述掩膜条覆盖的部分的截面形状为梯形形状。

本发明的楔形硅结构阵列的制作方法，相比于目前常用的柔性材料倒模、浇铸等工艺制备的楔形结构阵列，具有工艺简单，成品率高，适合大批量制造的特点，并且所制备的楔形硅结构强度高，使用寿命长。

附图说明

通过结合附图进行的以下描述，本发明的实施例的上述和其它方面、特点和优点将变得更加清楚，附图中：

图1是根据本发明的实施例的楔形硅结构阵列的制作方法的流程图；

图2是根据本发明的实施例的制作楔形硅结构阵列的结构示意图；

图3是根据本发明的实施例的硅层的侧斜壁上涂布多个光刻胶的示意图。

具体实施方式

以下，将参照附图来详细描述本发明的实施例。然而，可以以许多不同的形式来实施本发明，并且本发明不应该被解释为限制于这里阐述的具体实施例。相反，提供这些实施例是为了解释本发明的原理及其实际应用，从而使本领域的其他技术人员能够理解本发明的各种实施例和适合于特定预期应用的各种修改。

图1是根据本发明的实施例的楔形硅结构阵列的制作方法的流程图。

参照图1，在步骤110中，在衬底102上键合形成预定厚度的硅层101。该步骤的具体方法请参照图2中(a)图和(b)图。衬底102的材料可采用玻璃材料，但本发明并不限制于此。

步骤110的具体方法包括：

在图2的(a)图中，将一片硅片100和一片玻璃102进行阳极键合。当然，在将硅片100和玻璃102进行阳极键合之前，要对硅片100与玻璃102进行清洗。此外，硅片100可为双面抛光的硅片，其可为(100)型，玻璃102可为硼硅玻璃，但本发明并不限制于此。

在图2的(b)图中，对硅片100进行减薄，以形成预定厚度的硅层101。这里，所述预定厚度与将要形成的楔形硅结构的高度相等。此外，对硅片100进行减薄的方法具体可为：利用85℃、40wt％的氢氧化钾溶液对硅片100进行腐蚀，以对硅片100进行减薄。但本发明并不显局限于此，例如对硅片100进行减薄的方法具体也可为：采用减薄抛光(CMP)工艺对硅片100进行减薄，但在对减薄后的硅片100的表面进行抛光之前，要对减薄后的硅片100的表面进行研磨。这里，经研磨后的硅片100的厚度(即所述预定厚度)约为100微米。

在步骤120中，在预定厚度的硅层101上形成多个掩膜条103。该步骤的具体方法请参照图2中的(c)图、(d)图、(e)图(f)图。掩膜条103的材料可采用氮化硅材料。此外，优选的，在本实施例中，多个掩膜条103等间距排列。

步骤120的具体方法包括：

在图2的(c)图中，利用等离子体增强化学气相沉积法(PECVD)在硅层101上沉积由氮化硅材料构成的掩膜层200，其厚度约为300纳米，并具有抗腐蚀的作用。

在图2的(d)图中，在掩膜层上等间距涂布光刻胶104。这里，掩膜层200的一部分被光刻胶104覆盖，其另一部分未被光刻胶104覆盖。

在图2的(e)图中，将掩膜层200的未被光刻胶104覆盖的部分去除。这里，可例如采用干法刻蚀将掩膜层200的未被光刻胶104覆盖的另一部分刻蚀去除。

在图2的(f)图中，将涂布的光刻胶104去除，从而形成等间距排列的多个掩膜条103。这里，每个掩膜条103的长度方向为垂直于纸面的方向。此外，多个掩膜条103之间的间距不小于将要形成的楔形硅结构的高度的1.15倍，因此，本实施例的多个掩膜条103之间的间距约为150微米。

在步骤130中，将硅层101的未被掩膜条103覆盖的部分去除，其中，硅层101的被掩膜条103覆盖的部分的截面形状可为梯形形状。该步骤的方法请参照图2中的(g)图。在图2的(g)图中，可利用85℃、40wt％的氢氧化钾溶液对硅层101的未被掩膜条103覆盖的部分进行腐蚀去除，直至使硅层101的未被掩膜条103覆盖的部分下的玻璃102露出。

在步骤140中，将多个掩膜条103去除，以将硅层101的被掩膜条103覆盖的部分暴露。该步骤的具体方法请参照图2中的(h)图。在图2的(h)图中，可利用干法刻蚀方法将多个掩膜条103去除，以使被掩膜条103覆盖的硅层101暴露。

在步骤150中，在步骤140中暴露的呈梯形形状的硅层101的侧斜壁上涂布多个光刻胶104。该步骤的具体方法请参照图2中的(i)图及图3。在图2的(i)图和图3中，在步骤140中暴露的呈梯形形状的硅层101的侧斜壁上涂布厚胶，以将厚胶涂满所述倾斜壁。静置5秒后，先利用1000转/分以下的速度进行旋涂，再用1000转/分至4000转/分的速度进行高速旋涂，使厚胶良好地覆盖在所述倾斜壁上，然后进行光刻，从而步骤140中暴露的呈梯形形状的硅层101的侧斜壁上等间距排列的多个光刻胶106。

在步骤160中，将步骤150中未被光刻胶104覆盖的硅层101去除。该步骤的具体方法请参照图2中的(j)图。在图2的(j)图中，对未被光刻胶106覆盖的硅层101进行深硅刻蚀，直至完全去除未覆盖光刻胶106区域的硅层101。

在步骤170中，将步骤150中涂布的光刻胶106去除，从而形成阵列排布的楔形硅结构105。具体请参照图2中的(k)图。

综上所述，本发明提供的楔形硅结构阵列的制作方法，相比于目前常用的柔性材料倒模、浇铸等工艺制备的楔形结构阵列，具有工艺简单，成品率高，适合大批量制造的特点，并且所制备的楔形硅结构强度高，使用寿命长。

虽然已经参照特定实施例示出并描述了本发明，但是本领域的技术人员将理解：在不脱离由权利要求及其等同物限定的本发明的精神和范围的情况下，可在此进行形式和细节上的各种变化。

Claims

1.一种楔形硅结构阵列的制作方法，其特征在于，包括步骤：

A)在衬底上键合形成预定厚度的硅层；

B)在所述预定厚度的硅层上形成多个掩膜条；

C)将所述硅层的未被所述掩膜条覆盖的部分去除；

D)将所述掩膜条去除，以将所述硅层的被所述掩膜条覆盖的部分暴露；

E)在步骤D)中暴露的所述硅层的侧斜壁上涂布多个光刻胶；

F)将步骤E)中未被所述光刻胶覆盖的硅层去除；

G)将步骤E)中涂布的所述光刻胶去除，从而形成阵列排布的楔形硅结构。

2.根据权利要求1所述的制作方法，其特征在于，所述倾斜壁与所述衬底的表面的夹角为50°至60°。

3.根据权利要求1所述的制作方法，其特征在于，所述衬底的材料为玻璃，其中，所述步骤A)的具体方法包括：

将由玻璃形成的衬底与硅片进行阳极键合；

将所述硅片减薄，以形成所述预定厚度的硅层。

4.根据权利要求1或3所述的制作方法，其特征在于，所述预定厚度等于所述楔形硅结构的高度。

5.根据权利要求3所述的制作方法，其特征在于，所述硅片为双面抛光的硅片。

6.根据权利要求1所述的制作方法，其特征在于，在步骤B)中，所述多个掩膜条等间距排列。

7.根据权利要求1或6所述的制作方法，其特征在于，所述步骤B)的具体方法包括：

在所述预定厚度的硅层上形成掩膜层；

在所述掩膜层上等间距涂布光刻胶；

将所述掩膜层的未被光刻胶覆盖的部分去除；

将涂布的光刻胶去除，从而形成等间距排列的所述多个掩膜条。

8.根据权利要求1所述的制作方法，其特征在于，所述多个掩膜条之间的间距不小于所述楔形硅结构的高度的1.15倍。

9.根据权利要求1所述的制作方法，其特征在于，在步骤E)中，所述多个光刻胶等间距排列。

10.根据权利要求1所述的制作方法，其特征在于，所述硅层的被所述掩膜条覆盖的部分的截面形状为梯形形状。