一種微彈簧的加工方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及微納結(jié)構(gòu)的加工技術(shù)，特別涉及一種微彈簧的加工方法。
【背景技術(shù)】
[0002]以娃材料為基礎(chǔ)的微電子機械系統(tǒng)(Micro-Electro-Mechanical-System，簡稱MEMS)被認(rèn)為是21世紀(jì)的革命性的新技術(shù)，對科學(xué)技術(shù)、生產(chǎn)方式以及人類的生活都將產(chǎn)生深遠的影響。
[0003]MEMS加工技術(shù)可以分為表面微加工技術(shù)、體微加工技術(shù)、鍵合技術(shù)、光刻電鑄成型技術(shù)和犧牲層光刻電鑄成型技術(shù)等。
[0004]表面微加工技術(shù)的含義就是先在基片上淀積一層犧牲層材料，然后再淀積一層結(jié)構(gòu)材料，腐蝕掉犧牲層后形成各種微結(jié)構(gòu)。
[0005]目前，在表面微加工技術(shù)中，普通微彈簧的加工通常采用濕法腐蝕犧牲層的方法。濕法腐蝕是最早用于微機械結(jié)構(gòu)制造的加工方法。所謂濕法腐蝕，就是將硅晶片置于液態(tài)的化學(xué)腐蝕液中進行腐蝕。在腐蝕過程中，腐蝕液將把它所接觸的材料通過化學(xué)反應(yīng)逐步浸蝕溶掉。用于化學(xué)腐蝕的試劑很多，有酸性腐蝕劑、堿性腐蝕劑以及有機腐蝕劑等。根據(jù)所選擇的腐蝕劑，又可分為各向同性腐蝕和各向異性腐蝕劑。各向同性腐蝕的試劑，包含各種鹽類(如氰基、亞氨基等)和酸，由于受到能否獲得高純試劑，以及希望避免金屬離子的玷污這兩個因素的限制，因此廣泛采用氫氟酸-硝酸腐蝕系統(tǒng)。各向異性腐蝕是指對硅的不同晶面具有不同的腐蝕速率?；谶@種腐蝕特性，可在硅襯底上加工出各種各樣的微結(jié)構(gòu)。各向異性腐蝕劑一般分為兩類，一類是有機腐蝕劑，包括EPW(Ethylenediamine、Pyrocatechol and Water，乙二胺、鄰苯二酸和水)和聯(lián)胺等，另一類是無機腐蝕劑，包括堿性腐蝕液，如氫氧化鉀、氫氧化鈉、氫氧化銨等。
[0006]普通的微彈簧通常選用PMMA(Polymethyl Methacrylate，聚甲基丙稀酸甲醋)聚合物或光刻膠作為犧牲層，然后用丙酮刻蝕掉。但是，用這種方法制造微彈簧時，一旦丙酮揮發(fā)，微彈簧容易塌陷，而且處在溶液中的微彈簧不利于光學(xué)表征和力學(xué)方面的測試。另夕卜，丙酮具有毒性，且易燃，使用時需小心謹(jǐn)慎。
[0007]另外，普通的微彈簧卷曲方法為了克服坍塌問題，通常采用超臨界干燥的方法。但是一方面，超臨界干燥的設(shè)備比較昂貴，其操作也給微彈簧的制造帶來一定的復(fù)雜性。另一方面，微彈簧會在干燥過程中很容易被流動的液體損壞。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0008]本發(fā)明的目的在于提供一種微彈簧的加工方法，使得制造出來的微彈簧不坍塌，便于測試與應(yīng)用。
[0009]為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供了一種微彈簧的加工方法，包含以下步驟:
[0010]提供一潔凈娃片作為襯底；
[0011]在所述襯底上淀積圖形化犧牲層；其中，所述犧牲層的材料為非定形碳；
[0012]在所述犧牲層和未淀積犧牲層的襯底上淀積薄膜，所述襯底上的薄膜形成固定錨點，所述犧牲層上的薄膜形成結(jié)構(gòu)層；其中，所述結(jié)構(gòu)層為條帶狀，且靠近所述固定錨點的厚度大于遠離所述固定錨點的厚度；
[0013]干法刻蝕掉所述犧牲層，獲取所述結(jié)構(gòu)層卷曲形成的所述微彈簧。
[0014]本發(fā)明實施方式相對于現(xiàn)有技術(shù)而言，是利用非定型碳作為犧牲層的材料，并干法刻蝕掉犧牲層實現(xiàn)釋放微彈簧。具體地說，首先，提供一潔凈硅片作為襯底。接著，在襯底上的部分區(qū)域淀積圖形化犧牲層(即犧牲層的形狀為預(yù)設(shè)的圖案)，其中，該犧牲層的材料為非定形碳；接著，在犧牲層和未淀積犧牲層的襯底上淀積薄膜，襯底上的薄膜形成固定錨點，犧牲層上的薄膜形成結(jié)構(gòu)層；其中，結(jié)構(gòu)層為條帶狀，且靠近固定錨點的厚度大于遠離固定錨點的厚度。最后，干法刻蝕掉犧牲層，獲取結(jié)構(gòu)層卷曲形成的微彈簧。由于利用非定型碳作為犧牲層的材料，并干法刻蝕犧牲層實現(xiàn)釋放微彈簧，使得制造出來的微彈簧不坍塌，便于測試與應(yīng)用。而且，由于結(jié)構(gòu)層靠近固定錨點的厚度大于遠離固定錨點的厚度，所以保證了在刻蝕掉犧牲層后，結(jié)構(gòu)層卷曲形成微彈簧，且更易卷曲，同時形成的微彈簧更結(jié)實，不易斷裂。另外，非定型碳沒有毒性，使得該方法的加工過程無安全隱患。
[0015]另外，所述結(jié)構(gòu)層與所述固定錨點呈預(yù)設(shè)角度；其中，所述預(yù)設(shè)角度大于零度且小于九十度。結(jié)構(gòu)層與固定錨點的夾角在零與九十度之間時，結(jié)構(gòu)層卷曲形成的微彈簧更規(guī)則。
[0016]另外，在所述犧牲層和未淀積犧牲層的襯底上淀積薄膜的步驟中，采用電子束蒸發(fā)或者濺射的方法。其中，所述固定錨點向電子束的蒸發(fā)源方向傾斜，且電子束的束流方向與所述襯底的夾角大于零度且小于九十度；或者，所述固定錨點向濺射源方向傾斜，且濺射的方向與所述襯底的夾角大于零度且小于九十度。
[0017]由于固定錨點向電子束的蒸發(fā)源方向或者濺射源方向傾斜，固定錨點所在側(cè)距電子束的蒸發(fā)源或者濺射源較近，所以保證了在電子束蒸發(fā)或者濺射時，結(jié)構(gòu)層靠近固定錨點的厚度大于遠離固定錨點的厚度，使結(jié)構(gòu)層更易卷曲形成微彈簧。
[0018]另外，在所述干法刻蝕掉所述犧牲層，獲取所述結(jié)構(gòu)層卷曲形成的所述微彈簧的步驟中，采用氧氣作為反應(yīng)氣體。
[0019]用氧氣(O2)作為反應(yīng)氣體，在干法刻蝕犧牲層的過程中，非定型碳(C)與氧氣(O2)發(fā)生反應(yīng)，生成二氧化碳(CO2)氣體揮發(fā)掉，使得實現(xiàn)了干法釋放微彈簧。
[0020]另外，所述襯底上具有周期性點陣結(jié)構(gòu)的孔。這樣，制作的微彈簧上具有周期性的凸起點陣，從而使微彈簧具備更好的光學(xué)與機械性質(zhì)。
【附圖說明】
[0021]圖1是根據(jù)本發(fā)明第一實施方式的微彈簧的加工方法流程圖；
[0022]圖2是根據(jù)本發(fā)明第一實施方式的微彈簧的加工方法的102步驟對應(yīng)的結(jié)構(gòu)剖面示意圖；
[0023]圖3是根據(jù)本發(fā)明第一實施方式的微彈簧的加工方法的103步驟對應(yīng)的俯視圖；
[0024]圖4是根據(jù)本發(fā)明第一實施方式的微彈簧的加工方法的103步驟對應(yīng)的結(jié)構(gòu)剖面示意圖；
[0025]圖5是根據(jù)本發(fā)明第一實施方式的微彈簧的加工方法的104步驟中的微彈簧的示意圖。
【具體實施方式】
[0026]為使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點更加清楚，下面將結(jié)合附圖對本發(fā)明的各實施方式進行詳細(xì)的闡述。然而，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員可以理解，在本發(fā)明各實施方式中，為了使讀者更好地理解本申請而提出了許多技術(shù)細(xì)節(jié)。但是，即使沒有這些技術(shù)細(xì)節(jié)和基于以下各實施方式的種種變化和修改，也可以實現(xiàn)本申請各權(quán)利要求所要求保護的技術(shù)方案。
[0027]本發(fā)明的第一實施方式涉及一種微彈簧的加工方法，具體流程如圖1所示，包含以下步驟:
[0028]步驟101，提供一潔凈硅片作為襯底。
[0029]步驟102，在襯底上淀積圖形化犧牲層；其中，犧牲層的材料為非定形碳；犧牲層可以為矩形，犧牲層的一條邊沿X軸方向，相鄰的另一條邊沿Y軸方向。本步驟對應(yīng)的結(jié)構(gòu)剖面示意圖如圖2所示，201為襯底，202為犧牲層。
[0030]在本實施方式中，犧牲層的厚度為2微米；非定型碳為a_C(a相碳)。首先，采用非定型碳制備犧牲層，工藝簡單，采用簡單的CVD(化學(xué)氣相淀積)就可以制成；其次，制備工藝與半導(dǎo)體工藝完全兼容；再次，利用非定型碳制備的犧牲層還可圖形化，應(yīng)力小、不會碎；最后，碳很容易氧化，采用非定型碳制備的犧牲層，可快速地利用氧等離子體刻蝕或是直接氧氣氛氧化掉。此外，由于非定型碳沒有毒性，使得該方法的加工過程無安全隱患。
[0031]步驟103，在犧牲層和未淀積犧牲層的襯底上淀積一層薄膜，襯底上的薄膜形成固定錨點，犧牲層上的薄膜形成結(jié)構(gòu)層；其中，結(jié)構(gòu)層為條帶狀，且靠近固定錨點的厚度大于遠離固定錨點的厚度；固定錨點用于固定結(jié)構(gòu)層。本步驟對應(yīng)的俯視圖如圖3所示，301為結(jié)構(gòu)層，302為固定錨點，α為結(jié)構(gòu)層的長邊與X軸的夾角；本步驟對應(yīng)的結(jié)構(gòu)剖面示意圖如圖4所示。
[0032]由于結(jié)構(gòu)層靠近固定錨點的厚度大于遠離固定錨點的厚度，梁的應(yīng)力分