專利名稱：硅基結(jié)構(gòu)的制備機(jī)構(gòu)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及ー種硅基結(jié)構(gòu)的制備機(jī)構(gòu)。
背景技術(shù)：
由于硅基材料具有良好的電子和機(jī)械特性，因此在集成電路、微傳感器、微執(zhí)行器等微機(jī)電系統(tǒng)中得到廣泛應(yīng)用。硅基材料不易于加工，典型的硅基微三維結(jié)構(gòu)的加工方法有濕法刻蝕和干法刻蝕兩種。濕法腐蝕即用化學(xué)試劑溶液對硅進(jìn)行化學(xué)或電化學(xué)腐蝕；干法腐蝕是指在高真空條件下，用高能離子或反應(yīng)氣體對硅進(jìn)行轟擊腐蝕，如等離子體和反應(yīng)性離子等刻蝕技術(shù)。無論是濕法腐蝕還是干法腐蝕都很難制作側(cè)面絕對垂直的微結(jié)構(gòu)，微結(jié)構(gòu)的高寬比也受到限制。 總之，迄今為止，還沒有一種兼具成本低、エ藝簡單、結(jié)構(gòu)高寬比大、垂直度好、カロエ表面質(zhì)量高等優(yōu)點的硅基微三維結(jié)構(gòu)的制備裝置。
發(fā)明內(nèi)容本實用新型的目的在于克服上述現(xiàn)有技術(shù)之不足，提供ー種加工表面質(zhì)量高的硅基微三維結(jié)構(gòu)的制作裝置。所述硅基結(jié)構(gòu)的制備機(jī)構(gòu)，所述裝置中設(shè)有硅片(15)，所述裝置包括激光器(I)、聚焦透鏡(2 )、圖形掩膜(14 )、工作箱(5 )、工作臺(16 )、集液槽(18 )和化學(xué)溶液循環(huán)過濾系統(tǒng)；所述工作箱(5)置于所述工作臺(16)上，所述激光器(I)置于工作箱(5)上端，該工作箱(5)的上端設(shè)有讓激光穿過的窗ロ，集液槽(18)置于工作臺(16)上且位于工作箱(5)內(nèi)，所述硅片(15)置于集液槽(18)上方，圖形掩膜(14)粘接于硅片(15)的上端面；所述進(jìn)液腔(19)與工作箱(5)連通，所述化學(xué)溶液循環(huán)過濾系統(tǒng)通過對應(yīng)管道與工作箱(5)中的進(jìn)液腔(19 )和集液槽(18 )連通；光學(xué)防護(hù)鏡(3 )固定在窗ロ( 21)的ー側(cè)，聚焦透鏡(2 )和激光器(I)由近及遠(yuǎn)依次置于光學(xué)防護(hù)鏡(3)的ー側(cè)。所述硅基結(jié)構(gòu)的制備機(jī)構(gòu)的進(jìn)ー步設(shè)計在于，所述工作臺(16)為可三維移動的工作臺。所述硅基結(jié)構(gòu)的制備機(jī)構(gòu)的進(jìn)ー步設(shè)計在于，所述硅片(15)的周向側(cè)面與對應(yīng)的空腔(22)之間設(shè)有密封圈(4)，形成由進(jìn)液腔(19)、空腔(22)、圖形掩膜(13)和硅片(15)已刻蝕的腔體至集液槽(18)的化學(xué)溶液的唯一流通通路。所述硅基結(jié)構(gòu)的制備機(jī)構(gòu)的進(jìn)ー步設(shè)計在于，所述工作臺(16)的上端還設(shè)有夾具
(13)，該夾具(13)位于工作箱(5)的內(nèi)側(cè)且包圍在所述集液槽(18)的外側(cè)，硅片夾持于夾具(13)中，并使粘接于硅片上端的圖形掩膜(14)置身于所述空腔(22)中。所述硅基結(jié)構(gòu)的制備機(jī)構(gòu)的進(jìn)ー步設(shè)計在于，所述化學(xué)溶液循環(huán)過濾系統(tǒng)主要由貯液槽(12)、過濾器(11)、輸液泵(9)、單向球閥(7)、進(jìn)液管(6)、回液管(17)、液壓表(8)、溢流調(diào)壓閥(10)和溢流管(20)組成，進(jìn)液管(6)—端與工作箱(5)中的進(jìn)液腔(19)連通并依次串接單向球閥(7)、輸液泵(9)、過濾器(11)后其另一端置于貯液槽(12)中，回液管(17) 一端與工作箱(5)中的集液槽(18)連通，一端與貯液槽(12)連通；在單向球閥(7)和輸液泵(9)之間的進(jìn)液管(6)上還依次連接有液壓表(8)和溢流管(20)，溢流管(20)通過溢流調(diào)壓閥(10)與貯液槽(12)連通。所述娃基結(jié)構(gòu)的制備機(jī)構(gòu)的進(jìn)ー步設(shè)計在于，所述光學(xué)防護(hù)鏡(3)設(shè)于窗ロ(21)的內(nèi)側(cè)。本實用新型的裝置保證了激光作用與化學(xué)腐蝕作用能夠復(fù)合作用于硅基材料待加工面，圖形掩膜有效地保護(hù)了非加工區(qū)，并為激光掃描提供了準(zhǔn)確的掃描路徑。本實用新型的裝置結(jié)構(gòu)簡單，易于安裝、檢修。

附圖I是本實用新型裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。附圖2是制備エ字梁微結(jié)構(gòu)的圖形掩膜和エ件的示意圖。附圖3是制備齒輪微結(jié)構(gòu)的圖形掩膜和エ件的示意圖。附圖2中14、圖形掩膜，15、硅片。附圖3中14、圖形掩膜，15、娃片。圖I中1、激光器，2、聚焦透鏡，3、光學(xué)防護(hù)鏡，4、密封圏，5、工作箱，6、進(jìn)液管，7、單向球閥，8、液壓表，9、輸液泵，10、溢流調(diào)壓閥，11、過濾器，12、貯液槽，13、夾具，14、圖形掩膜，15、硅片，16、工作臺，17、回液管，18、集液槽，19、進(jìn)液腔，20溢流管，21、窗ロ，22、空腔。
具體實施方式
以下結(jié)合附圖和具體實施例對本實用新型作進(jìn)ー步詳細(xì)說明。本實施例是在如圖2所示硅片15上制作如圖形掩膜14上所示エ字形微三維結(jié)構(gòu)，或如圖3所示在硅片15上制作如圖形掩膜14上所示齒形微三維結(jié)構(gòu)。硅片是在如圖I所示的裝置中進(jìn)行微三維結(jié)構(gòu)的加工的。該裝置主要由激光器I、聚焦透鏡2、圖形掩膜14、工作箱5、工作臺16、集液槽18和化學(xué)溶液循環(huán)過濾系統(tǒng)組成。エ作箱5上端設(shè)有窗ロ 21，窗ロ 21的內(nèi)側(cè)設(shè)有光學(xué)防護(hù)鏡3，窗ロ 21下方為一空腔22，空腔22的一側(cè)設(shè)有與之垂直連通的進(jìn)液腔19。該工作箱5連接在可三維移動的工作臺16上，夾具13、集液槽18均置于工作臺16上且位于工作箱5內(nèi)，夾具13包圍在所述集液槽18的外側(cè)，要進(jìn)行加工的エ件——硅片15將夾持于夾具13上，并處于集液槽18上方。圖形掩膜14粘接于硅片15的上端面并置于空腔22中。硅片15的周向側(cè)面與對應(yīng)的空腔22之間的間隙用密封圈4進(jìn)行密封，這樣就形成一個由進(jìn)液腔19、空腔22及圖形掩膜14和硅片15中的腔體至集液槽18的唯一化學(xué)溶液的流通通路，保證化學(xué)溶液不從硅片的周向側(cè)面流至集液槽18，造成對硅片側(cè)面的腐蝕，有效地保護(hù)硅片15的非加面。在工作箱5的上端面的窗ロ 21的ー側(cè)，聚焦透鏡2和激光器I由近及遠(yuǎn)依次置于光學(xué)防護(hù)鏡3的ー側(cè)，激光器I發(fā)出的激光經(jīng)聚焦透鏡2和光學(xué)防護(hù)鏡3聚焦在所述硅片15上。化學(xué)溶液循環(huán)過濾系統(tǒng)的進(jìn)液端和出液端分別與工作箱5中的進(jìn)液腔19和集液槽18連通?；瘜W(xué)溶液循環(huán)過濾系統(tǒng)包括貯液槽12、過濾器11、輸液泵9、單向球閥7、進(jìn)液管6、回液管17、液壓表8、溢流調(diào)壓閥10和溢流管20。進(jìn)液管6 —端與工作箱5中的進(jìn)液腔19連通并依次連接單向球閥7、輸液泵9、過濾器11后其另一端置于貯液槽12中，貯液槽12中存儲有化學(xué)溶液。回液管17 —端與工作箱5中的集液槽18連通，一端與貯液槽12連通；在單向球閥7和輸液泵9之間的進(jìn)液管6上還依次連接有液壓表8和溢流管20，溢流管20通過溢流調(diào)壓閥10與貯液槽12連通。貯液槽12中的化學(xué)溶液在輸液泵9作用下，經(jīng)溢流調(diào)壓閥10調(diào)整，由過濾器11、輸液泵9、單向球閥7、進(jìn)液管6流入工作箱5的進(jìn)液腔19，再由空腔22及圖形掩膜14和硅片15已刻蝕的腔體流至集液槽18，經(jīng)回液管17流回貯液槽12?；瘜W(xué)溶液的流速可通過溢流調(diào)壓閥10調(diào)整進(jìn)液壓カ來改變，壓カ值可由液壓表8測量。進(jìn)行硅片的微三維結(jié)構(gòu)加工時，首先制作與硅片上所要加工的微三維結(jié)構(gòu)相對應(yīng)的圖形掩膜14，如圖2、3所示，并用環(huán)氧樹脂膠將圖形掩膜與Imm厚的單晶硅片15粘接，圖形掩膜覆蓋粘接于所述硅片的上端，再將該粘接有圖形掩膜的硅片置于工作箱5內(nèi)的夾具13上，然后調(diào)整工作臺16的垂直位置，使激光聚焦點聚焦于硅片的待加工表面上；并設(shè)置激光脈沖頻率為l-3KHz，單脈沖能量為300-500mJ，接著工作臺進(jìn)行ニ維移動，聚焦激光束沿著圖形掩膜上的微三維結(jié)構(gòu)預(yù)定軌跡對所述エ件進(jìn)行掃描切割加工。與此同吋，打開單 向球閥7，啟動輸液泵9，調(diào)整溢流調(diào)壓閥10，通過液壓表8確認(rèn)進(jìn)液壓カ0. 2-0. 4Mpa。濃度為40%的氫氟酸的化學(xué)溶液進(jìn)行循環(huán)流動，對激光加工表面進(jìn)行化學(xué)刻蝕，光整所述加エ表面并及時帶走激光切割產(chǎn)物，最終加工出硅基微三維結(jié)構(gòu)。加工結(jié)束，取出硅片エ件置入堿性溶液清洗，脫膠去除圖形掩膜，最終得到最大高寬比達(dá)到10:1的單晶硅エ字梁微三維結(jié)構(gòu)或齒形微三維結(jié)構(gòu)。
權(quán)利要求1.一種硅基結(jié)構(gòu)的制備機(jī)構(gòu)，所述裝置中設(shè)有硅片(15)，其特征在干，所述裝置包括激光器(I)、聚焦透鏡(2)、圖形掩膜(14)、工作箱(5)、工作臺(16)、集液槽(18)和化學(xué)溶液循環(huán)過濾系統(tǒng)；所述工作箱(5)置于所述工作臺(16)上，所述激光器(I)置于工作箱(5)上端，該工作箱(5)的上端設(shè)有讓激光穿過的窗ロ，集液槽(18)置于工作臺(16)上且位于工作箱(5)內(nèi)，所述娃片(15)置于集液槽(18)上方，圖形掩膜(14)粘接于娃片(15)的上端面；所述進(jìn)液腔(19)與工作箱(5)連通，所述化學(xué)溶液循環(huán)過濾系統(tǒng)通過對應(yīng)管道與エ作箱(5)中的進(jìn)液腔(19)和集液槽(18)連通；光學(xué)防護(hù)鏡(3)固定在窗ロ(21)的ー側(cè)，聚焦透鏡(2)和激光器(I)由近及遠(yuǎn)依次置于光學(xué)防護(hù)鏡(3)的ー側(cè)。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的硅基結(jié)構(gòu)的制備機(jī)構(gòu)，其特征在于所述工作臺(16)為可三維移動的工作臺。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的硅基結(jié)構(gòu)的制備機(jī)構(gòu)，其特征在于所述硅片(15)的周向側(cè)面與對應(yīng)的空腔(22)之間設(shè)有密封圈(4)，形成由進(jìn)液腔(19)、空腔(22)、圖形掩膜(13)和硅片(15)已刻蝕的腔體至集液槽(18)的化學(xué)溶液的唯一流通通路。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的硅基結(jié)構(gòu)的制備機(jī)構(gòu)，其特征在于所述工作臺(16)的上端還設(shè)有夾具(13)，該夾具(13)位于工作箱(5)的內(nèi)側(cè)且包圍在所述集液槽(18)的外側(cè)，硅片夾持于夾具(13)中，并使粘接于硅片上端的圖形掩膜(14)置身于所述空腔(22)中。
5.根據(jù)權(quán)利要求I所述的硅基結(jié)構(gòu)的制備機(jī)構(gòu)，其特征在于所述化學(xué)溶液循環(huán)過濾系統(tǒng)主要由貯液槽(12)、過濾器(11)、輸液泵(9)、單向球閥(7)、進(jìn)液管(6)、回液管(17)、液壓表(8)、溢流調(diào)壓閥(10)和溢流管(20)組成，進(jìn)液管(6)—端與工作箱(5)中的進(jìn)液腔(19)連通并依次串接單向球閥(7)、輸液泵(9)、過濾器(11)后其另一端置于貯液槽(12)中，回液管(17) —端與工作箱(5)中的集液槽(18)連通，一端與貯液槽(12)連通；在單向球閥(7 )和輸液泵(9 )之間的進(jìn)液管(6 )上還依次連接有液壓表(8 )和溢流管(20 )，溢流管(20)通過溢流調(diào)壓閥(10)與貯液槽(12)連通。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的娃基結(jié)構(gòu)的制備機(jī)構(gòu),其特征在于所述光學(xué)防護(hù)鏡(3)設(shè)于窗ロ(21)的內(nèi)側(cè)。
專利摘要本實用新型涉及一種硅基結(jié)構(gòu)的制備機(jī)構(gòu)，激光器、聚焦透鏡、圖形掩膜、工作箱、工作臺、集液槽和化學(xué)溶液循環(huán)過濾系統(tǒng)；所述工作箱置于所述工作臺上，所述激光器置于工作箱上端，該工作箱的上端設(shè)有讓激光穿過的窗口，集液槽置于工作臺上且位于工作箱內(nèi)，所述硅片置于集液槽上方，圖形掩膜粘接于硅片的上端面并置于所述空腔中；所述進(jìn)液腔與工作箱連通，所述化學(xué)溶液循環(huán)過濾系統(tǒng)通過對應(yīng)管道與工作箱中的進(jìn)液腔和集液槽連通；光學(xué)防護(hù)鏡固定在窗口的一側(cè)，聚焦透鏡和激光器由近及遠(yuǎn)依次置于光學(xué)防護(hù)鏡的一側(cè)。本實用新型優(yōu)點是，可制備具有高寬比大、垂直度及表面質(zhì)量好的硅基微三維結(jié)構(gòu)。
文檔編號B81C1/00GK202657952SQ201220335299
公開日2013年1月9日 申請日期2012年7月12日 優(yōu)先權(quán)日2012年7月12日
發(fā)明者張華 , 倪紅軍, 黃明宇 申請人:南通大學(xué)