專利名稱：一種微納結(jié)構(gòu)的濕法腐蝕方法及其腐蝕裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于微納加工工藝技術(shù)領(lǐng)域，涉及微結(jié)構(gòu)的各向同性濕法腐蝕，特別是涉及一種濕法腐蝕方法及裝置。
背景技術(shù)：
微電子機械系統(tǒng)(MEMQ技術(shù)作為九十年代發(fā)展起來的一項跨學(xué)科新興先進技術(shù)，對提高人們的生活水平以及增強國力起到了重要的作用。MEMS的跨學(xué)科特點，使其在發(fā)展過程中涉及的研究領(lǐng)域和加工技術(shù)種類繁多。近年來，隨著MEMS器件不斷向新穎性和多樣化發(fā)展，器件的集成度和復(fù)雜性不斷提高，器件的設(shè)計和加工已不再拘泥于二維尺度，濕法腐蝕可以比較低的成本制備比較復(fù)雜的的三維結(jié)構(gòu)。在濕法腐蝕過程中，有很多因素影響腐蝕的效果。對于基片上待腐蝕圖形內(nèi)部均勻性以及圖形間均勻性影響最大的是腐蝕液中反應(yīng)物和生產(chǎn)物的輸運、氣泡的排出、反應(yīng)熱傳輸?shù)葐栴}。為了使整個被腐蝕基片表面獲得充分均勻的腐蝕液供應(yīng)就必須在腐蝕的過程中對腐蝕液進行充分的攪拌，現(xiàn)有的腐蝕液攪拌方式有很多種，比如有震蕩、鼓泡和一般的攪拌器攪拌等，這些方法中腐蝕液的流動比較雜亂和隨機，均勻性不容易控制，直接影響微納結(jié)構(gòu)的蝕刻效果。

發(fā)明內(nèi)容
為了克服現(xiàn)有腐蝕技術(shù)的缺陷，本發(fā)明提供一種新的腐蝕方法和裝置，使腐蝕液的流動保持均勻，其流動的各項參數(shù)也可根據(jù)情況進行調(diào)整，以確保在各種不同的條件下都能得到較好的腐蝕均勻性。本發(fā)明的技術(shù)方案是一種濕法腐蝕方法，包括如下步驟A、將表面具有微納結(jié)構(gòu)的待蝕刻基片置于腐蝕液容器的基座上；B、將腐蝕液注入腐蝕液容器中，腐蝕液液面淹沒基座上的待蝕刻基片表面；C、通過腐蝕液容器側(cè)面設(shè)置對應(yīng)的進出液口或通過在腐蝕液容器下設(shè)置搖床繞中軸擺動使腐蝕液水平流動，和/或使基座轉(zhuǎn)動；
D、在腐蝕液水平流動和/或基座轉(zhuǎn)動的情況下濕法腐蝕基座上的待蝕刻基片表面微納結(jié)構(gòu)。本發(fā)明采用腐蝕液水平流動攪拌或/和基座帶動基片旋轉(zhuǎn)攪拌的腐蝕方法。所述基座可雙向轉(zhuǎn)動?？赏ㄟ^磁力攪拌器或旋轉(zhuǎn)電機使所述基座轉(zhuǎn)動。所述進液口進液量與出液口出液量保持一致以保持腐蝕液液面位置不變。所述進出液口連接水泵。腐蝕液容器側(cè)面并排設(shè)置多組位置相對的進出液口。所述腐蝕液單向水平流動或基座單向轉(zhuǎn)動。所述腐蝕液雙向水平流動或基座雙向轉(zhuǎn)動?；p向轉(zhuǎn)動是指基座周期性地改變轉(zhuǎn)動方向。當(dāng)通過腐蝕液容器側(cè)面設(shè)置進出液口使腐蝕液水平流動時，在腐蝕過程中可以是腐蝕液按一個方向流動的單向流動，也可以是周期改變流動方向的雙向流動；而搖床形成的腐蝕液水平流動則是雙向往復(fù)流動。腐蝕液單向流動，基座雙向轉(zhuǎn)動。腐蝕液雙向水平流動，基座雙向轉(zhuǎn)動。腐蝕液單向水平流動，基座單向轉(zhuǎn)動。腐蝕液雙向水平流動，基座單向轉(zhuǎn)動。 設(shè)置恒溫儀使腐蝕液容器內(nèi)的腐蝕液保持溫度恒定。一種濕法腐蝕裝置包括腐蝕液容器、可旋轉(zhuǎn)的基座，基座置于腐蝕液容器中，還包括使腐蝕液可水平流動的設(shè)備，所述設(shè)備與腐蝕液容器相連。所述使腐蝕液水平流動的設(shè)備是設(shè)在腐蝕液容器上的進/出液口或是設(shè)在腐蝕液容器下的搖床。搖床繞中軸擺動。所述進/出液口通過管道連接水泵。所述基座轉(zhuǎn)動通過磁力攪拌器或旋轉(zhuǎn)電機實現(xiàn)。在基座上安裝磁力攪拌器或旋轉(zhuǎn)電極的方法為現(xiàn)有技術(shù)。所述腐蝕液系統(tǒng)還包括恒溫儀，設(shè)置在腐蝕液容器外。恒溫儀可以為腐蝕液容器提供外部加熱或冷卻，使腐蝕液保持合適的溫度。恒溫儀可以為恒溫箱或外置冷凝管和加熱器，若恒溫儀為恒溫箱，則腐蝕液容器置于恒溫箱中，因為整個箱內(nèi)的環(huán)境都是恒溫的。另一種是在腐蝕容器外放置冷凝管和加熱器，根據(jù)腐蝕液的溫度，控制冷凝和加熱使腐蝕液的溫度保持恒定。本發(fā)明的有益效果本發(fā)明通過腐蝕液水平平穩(wěn)流動或/和基座轉(zhuǎn)動，保證了腐蝕液的均勻、充分攪拌，其腐蝕液流動或轉(zhuǎn)動的各項參數(shù)可以調(diào)節(jié)，如調(diào)整腐蝕液水平流動的速度和方向、基座轉(zhuǎn)動的轉(zhuǎn)速、基座變換轉(zhuǎn)動方向的時間周期等，使腐蝕均勻性得到了有效的控制，保證了微納結(jié)構(gòu)的蝕刻效果。


圖1是本發(fā)明實施例1的ifI蝕裝置的透視示意圖2是本發(fā)明實施例1的ifI蝕裝置的縱剖面示意圖
圖3是本發(fā)明實施例1的ifI蝕裝置的俯視示意圖4是本發(fā)明實施例2的jfI蝕裝置的透視示意圖5是本發(fā)明實施例2的jfI蝕裝置的縱剖面示意圖
圖6是本發(fā)明實施例2的jfI蝕裝置的俯視示意圖。
其中
1-腐蝕液容器；
2-硅片基座；
3-需蝕刻的基片；
4-腐蝕液液面；
5-進/出液口 ；
6-搖床
具體實施例方式下面結(jié)合附圖對本發(fā)明做進一步詳細描述實施例1本發(fā)明的一個實施例，進行硅片微納結(jié)構(gòu)的腐蝕，腐蝕液為HNA，其裝置包括腐蝕液容器1、基座2，基座2置于腐蝕容器1內(nèi)，基座2可旋轉(zhuǎn)，腐蝕液容器1相對的兩側(cè)設(shè)有進/出液口 5。采用的腐蝕方法為腐蝕液單向水平流動+基座雙向轉(zhuǎn)動，包括以下步驟1.向裝有基座的腐蝕液容器1中注入HNA腐蝕液，液面4達到圖1或2的位置；2.將需蝕刻微納表面結(jié)構(gòu)的基片3放置到基座2上，基片3為硅片；3.將水泵通過水管連接到進/出液口 5 (水泵未顯示)，使腐蝕液從容器1 一側(cè)的進液口 5流向容器1另一側(cè)的出液口 5，且進液口進液量與出液口出液量保持一致以保持腐蝕液液面位置不變并形成循環(huán)，從而使腐蝕液水平流動并保持穩(wěn)定；4.基座2雙向旋轉(zhuǎn)，基座2可以通過磁力攪拌器或旋轉(zhuǎn)電機等方式實現(xiàn)旋轉(zhuǎn)；5.調(diào)整腐蝕液水平流動的速度和方向、基座轉(zhuǎn)動的轉(zhuǎn)速、基座變換轉(zhuǎn)動方向的時間周期等參數(shù)、以獲得最好的腐蝕效果。本領(lǐng)域技術(shù)人員可以根據(jù)腐蝕液的種類，需蝕刻基片的材料特性以及需蝕刻的微納結(jié)構(gòu)圖形情況進行一定試驗獲得最佳的參數(shù)。在上述過程中，可以開啟腐蝕液容器1外的恒溫儀(圖中未顯示)，以保持腐蝕液容器1中腐蝕液在合適的溫度。上述的腐蝕方法也可以根據(jù)蝕刻的硅片微納結(jié)構(gòu)的要求改為腐蝕液單向水平流動；或基座2單向轉(zhuǎn)動；或腐蝕液雙向水平流動；或基座2雙向轉(zhuǎn)動；或腐蝕液單向流動+ 基座2雙向轉(zhuǎn)動；或腐蝕液雙向水平流動+基座2雙向轉(zhuǎn)動；或腐蝕液單向水平流動+基座 2單向轉(zhuǎn)動；或腐蝕液雙向水平流動+基座2單向轉(zhuǎn)動。實施例2本發(fā)明的另一個實施例，進行硅片的HNA腐蝕，其裝置包括腐蝕容器1、基座2，基座2置于腐蝕容器1內(nèi)，基座2可雙向旋轉(zhuǎn)，腐蝕液容器1置于搖床6上。采用的腐蝕方法為腐蝕液雙向水平流動+基座雙向轉(zhuǎn)動，包括以下步驟1、向裝有基座的腐蝕容器1中注入HNA腐蝕液，液面4達到圖4或5的位置；2、將需蝕刻微納表面結(jié)構(gòu)的基片3放置到基座2上，基片3為硅片；3、將腐蝕液容器1置于搖床6上，啟動搖床2繞中軸7來回擺動使腐蝕液容器1 內(nèi)的腐蝕液來回水平流動4、基座2雙向旋轉(zhuǎn)，基座2可以通過磁力攪拌器或旋轉(zhuǎn)電機等方式實現(xiàn)旋轉(zhuǎn)；5、調(diào)整搖床2的擺動周期、基座轉(zhuǎn)動的轉(zhuǎn)速、基座變換轉(zhuǎn)動方向的時間周期等參數(shù)、以獲得最好的腐蝕效果。本領(lǐng)域技術(shù)人員可以根據(jù)腐蝕液的種類，需蝕刻基片的材料特性以及需蝕刻的微納結(jié)構(gòu)圖形情況進行一定試驗獲得最佳的參數(shù)。實施例3使用實施例2的腐蝕裝置和方法與使用攪拌器的腐蝕方法對比NHA腐蝕Si，腐蝕60分鐘，腐蝕圖形尺寸有三種半徑分別為500微米，800微米和1000微米
(1)使用實施例2的搖床，其參數(shù)為搖床擺動的周期為30次/分，基座轉(zhuǎn)動的速率為15rpm，轉(zhuǎn)向周期為lmin，腐蝕結(jié)果為對于硅片中心的腐蝕圖形500微米底部很平，深度74. 7微米800微米最低點74. 4微米，最高點72. 8微米1000微米最低點73. 3微米，最高點70. 7微米對于硅片外緣的腐蝕圖形500微米底部很平，深度76.0微米800微米最低點74. 1微米，最高點73. 8微米1000微米最低點72. 7微米，最高點70. 0微米(2)使用一般攪拌器，攪拌器轉(zhuǎn)速15rpm，反向周期lmin，腐蝕結(jié)果如下對于硅片中心的腐蝕圖形500微米最低點72. 1微米，最高點69. 5微米800微米最低點84. 1微米，最高點72. 0微米1000微米最低點73. 4微米，最高點65. 6微米對于硅片外緣的腐蝕圖形500微米最低點71. 8微米，最高點69. 3微米800微米最低點82. 5微米，最高點70. 5微米1000微米最低點73. 3微米，最高點65. 6微米在相同的腐蝕時間下，本發(fā)明的腐蝕效果遠好于使用一般攪拌器的效果，其蝕刻出的圖形底面平整，蝕刻深度均勻，高低起伏小于采用一般攪拌器所刻蝕出的圖形。
權(quán)利要求
1.一種微納結(jié)構(gòu)的濕法腐蝕方法，包括如下步驟A、將表面具有微納結(jié)構(gòu)的待蝕刻基片置于腐蝕液容器的基座上；B、將腐蝕液注入腐蝕液容器中，腐蝕液液面淹沒基座上的待蝕刻基片表面；C、通過腐蝕液容器側(cè)面設(shè)置對應(yīng)的進/出液口或通過在腐蝕液容器下設(shè)置搖床繞中軸擺動使腐蝕液水平流動，和/或使基座轉(zhuǎn)動；D、在腐蝕液水平流動和/或基座轉(zhuǎn)動的情況下濕法腐蝕基座上的待蝕刻基片表面微納結(jié)構(gòu)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的微納結(jié)構(gòu)的濕法腐蝕方法，其特征在于進液口進液量與出液口出液量保持一致以保持腐蝕液液面位置不變。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的微納結(jié)構(gòu)的濕法腐蝕方法，其特征在于所述基座可以雙向轉(zhuǎn)動，通過磁力攪拌器或旋轉(zhuǎn)電機使所述基座轉(zhuǎn)動。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的微納結(jié)構(gòu)的濕法腐蝕方法，其特征在于所述進出/液口連接水泵。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的微納結(jié)構(gòu)的濕法腐蝕方法，其特征在于腐蝕液容器側(cè)面并排設(shè)置多組位置相對的進/出液口。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的微納結(jié)構(gòu)的濕法腐蝕方法，其特征在于設(shè)置恒溫儀使腐蝕液容器內(nèi)的腐蝕液保持溫度恒定。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的微納結(jié)構(gòu)的濕法腐蝕方法，其特征在于所述基片為硅片，腐蝕液為HNA腐蝕液。
8.一種微納結(jié)構(gòu)的濕法腐蝕裝置，包括腐蝕液容器和基座，基座置于腐蝕液容器內(nèi)，其特征在于基座可轉(zhuǎn)動；腐蝕液容器兩側(cè)設(shè)置有進/出液口或腐蝕液容器下設(shè)置有搖床。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的微納結(jié)構(gòu)的濕法腐蝕裝置，其特征在于所述進/出液口通過管道連接水泵。
10.根據(jù)權(quán)利要求8或9所述的微納結(jié)構(gòu)的濕法腐蝕裝置，其特征在于所述基座上設(shè)有磁力攪拌器或旋轉(zhuǎn)電機。
11.根據(jù)權(quán)利要求8或9所述的微納結(jié)構(gòu)的濕法腐蝕裝置，其特征在于腐蝕液容器相對的兩側(cè)設(shè)有多組進/出液口。
12.根據(jù)權(quán)利要求8所述的微納結(jié)構(gòu)的濕法腐蝕裝置，其特征在于所述腐蝕裝置還包括恒溫儀，設(shè)置在腐蝕液容器外。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種微納結(jié)構(gòu)的濕法腐蝕方法及其腐蝕裝置，其方法包括A、將表面具有微納結(jié)構(gòu)的待蝕刻基片置于腐蝕液容器的基座上；B、將腐蝕液注入腐蝕液容器中，腐蝕液液面淹沒基片表面；C、通過腐蝕液容器側(cè)面設(shè)置對應(yīng)的進出液口或通過在腐蝕液容器下設(shè)置搖床使腐蝕液水平流動，和/或使基座轉(zhuǎn)動；D、在腐蝕液水平流動和/或基座轉(zhuǎn)動的情況下濕法腐蝕基座上的待蝕刻基片表面微納結(jié)構(gòu)。腐蝕裝置包括腐蝕液容器和基座，基座置于腐蝕液容器內(nèi)，腐蝕液容器兩側(cè)設(shè)有進/出液口或腐蝕液容器下設(shè)有搖床；基座可轉(zhuǎn)動。本發(fā)明通過腐蝕液水平流動或/和基座轉(zhuǎn)動，保證腐蝕液的均勻攪拌，使腐蝕均勻性得到了有效的控制，保證了微納結(jié)構(gòu)的蝕刻效果。
文檔編號H01L21/00GK102157352SQ20111007027
公開日2011年8月17日 申請日期2011年3月23日 優(yōu)先權(quán)日2011年3月23日
發(fā)明者嚴遠, 劉鵬, 張大成, 李婷, 楊芳, 王瑋, 田大宇, 羅葵 申請人:北京大學(xué)