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      由合成的碳同素異形體基材料制成并具有多個功能層級的單件式空心微機(jī)械部件的制作方法_2

      文檔序號:9924795閱讀:來源:國知局
      a的第一階段al用于在基底I上形成包括第一圖案的第一掩膜。第二階段a2用于在所述基底和第一掩膜的表面上形成包括第二圖案的第二掩膜,該第二圖案比所述第一掩膜的第一圖案小,以便在基底上蝕刻兩個不同的圖案。
      [0054]步驟a的第一替代變型繼續(xù)進(jìn)行各向異性蝕刻(例如深反應(yīng)離子蝕刻或“DRIE”)的第三階段a3,以在基底的第一厚度上蝕刻第二圖案,然后是用于移走第二掩膜的第四階段a4。在一個變型中,第二掩膜的厚度和材料可以選擇成使得第二掩膜與基底同時被蝕刻,以便將上述階段a3和a4合并在一個階段中。應(yīng)理解,將被蝕刻在層級N2上的圖案暫時只被蝕刻在層級見上。
      [0055]步驟a的第一替代變型繼續(xù)第五階段a5,第五階段a5在于,進(jìn)行第二各向異性蝕亥IJ,以在層級犯上繼續(xù)已經(jīng)在層級N1上進(jìn)行的對第二圖案的蝕刻,和在基底I的層級N1上開始對第一圖案的蝕刻,即,在層級犯上將對第二圖案的蝕刻擴(kuò)展成第一圖案。在兩個層級上蝕刻的情況下,步驟a的第一替代變型以最后階段a6結(jié)束,該最后階段a6用于移走第一掩膜,以形成在至少兩個層級N1、N2上包括凹腔3的基底I。
      [0056]在一個變型中,基底可以是SOI,即,可以包括通過一層二氧化硅連接的兩個硅層。其中一個硅層由此可以經(jīng)歷步驟a,并且在至少兩個層級見、他上的凹腔3的底部可以通過更加精確的方式由二氧化硅層形成。實(shí)際上,由于步驟a中的蝕刻很有選擇性,因此其不能蝕刻二氧化硅層。應(yīng)理解,腔的底部將更易于控制。
      [0057]在圖17和18示出的步驟a的第二替代變型中,在至少兩個層級NhN^Nx上包括腔103的基底101是由與所需層級數(shù)量一樣多的晶片102、104形成的。如下文在第四和第五實(shí)施例中所說明的那樣,在需要多于兩個層級的情況下,該第二替代變型是優(yōu)選的。
      [0058]步驟a的第二替代變型因此使用多個直接被蝕刻有相關(guān)層級NlN^Nx所需的圖案的晶片。因此,在步驟a的第二替代變型中,在兩個層級見、他上,第一階段a7用于形成包括至少一蝕刻貫通的第一圖案105的第一晶片102,第二階段a8用于形成包括至少一蝕刻未貫通的第二圖案107的第二晶片104。在最后階段a9中,根據(jù)第二替代變型的步驟a以粘結(jié)第一晶片102和第二晶片104結(jié)束,以形成在至少兩個層級N^N2上包括凹腔103的基底101,該凹腔103分別由第一圖案105和第二圖案107構(gòu)成。優(yōu)選地,粘結(jié)階段a9通過熔融粘結(jié)實(shí)現(xiàn)并形成層 108。
      [0059]在步驟a的兩種替代變型之一之后,第一實(shí)施例繼續(xù)進(jìn)行步驟b,其中,用合成的碳同素異形體基材料層15、17覆蓋基底1、101的凹腔3、103,該材料層的厚度的比所述腔3、103的所述至少兩個層級N1、N2、Nx中每一個的深度小。
      [0060]有利地,根據(jù)本發(fā)明,根據(jù)合成的碳同素異形體基材料層15、17所需的幾何復(fù)雜性,步驟b也可以有兩種替代變型。
      [0061]在圖3的左側(cè)部分所示的第二步驟b的第一替代變型中,第一階段bl用于在基底I的一部分上形成犧牲層11。應(yīng)理解,基底I因此具有未覆蓋的區(qū)域12。優(yōu)選地,通過使用正性或負(fù)性光敏樹脂的光刻執(zhí)行步驟bl。在一種變型中,可以通過沉積一定厚度的材料來實(shí)現(xiàn)絲網(wǎng)印刷或移印,用于形成具有特定圖案的犧牲層。
      [0062]如圖4所示,第二步驟b的第一替代變型繼續(xù)進(jìn)行第二階段b2,該第二階段在基底I上沉積顆粒13,用于形成后續(xù)沉積的核點(diǎn)。優(yōu)選地,第二階段b2包括使用含有所述顆粒的膠狀溶液覆蓋基底I的初始進(jìn)程。因此可以通過將基底I至少部分地浸入溶液中獲得該涂層,在該溶液中有目的地使顆粒在溶劑中移動,以在溶液中獲得最可能均勻的分布。舉例來說,顆粒在溶劑中的移動可通過超聲攪拌實(shí)現(xiàn)。最后,溶劑可由醇類或水組成,但并不限于此。
      [0063]顆粒13用作核點(diǎn)。在這方面,顆粒可以是相對于后續(xù)沉積的材料來說的雜質(zhì),或者它們可具有與后續(xù)沉積的材料相同的性質(zhì)。優(yōu)選地,顆粒的直徑在幾納米和幾十納米之間。
      [0064]階段b2繼續(xù)進(jìn)行第二進(jìn)程,該第二進(jìn)程用于從溶液中去除溶劑以在基底I上形成顆粒13。該第二進(jìn)程可通過例如蒸發(fā)溶劑獲得。
      [0065]第二階段b2接下來是圖5所示的第三階段b3,該第三階段從基底I移走犧牲層11,以選擇性地使基底I的一部分沒有任何顆粒13。因此,顯然,包括顆粒13的部分是沒有犧牲層11的區(qū)域。以非限制性的方式舉例來說,階段b3可通過溶解犧牲層11或選擇性化學(xué)蝕刻犧牲層11獲得。
      [0066]第二步驟b的第一替代變型的第四階段b4用于通過化學(xué)氣相沉積來沉積材料15,以使其只在顆粒13保留的地方沉積。在步驟b的最后,如圖6所示,獲得了直接形成有材料5的所希望的部分層的基底I。應(yīng)理解,第二步驟b的第一替代變型因此允許形成局部被穿透的微機(jī)械部件。
      [0067]在圖5的右側(cè)部分所示的第二步驟b的第二替代變型中,階段b6被限制成無選擇性地(即,在整個上表面上)化學(xué)氣相沉積材料。在這方面,可以實(shí)施圖3的右側(cè)部分所示的較早的階段b5(與第一替代變型的bl類似)和圖6的右側(cè)部分所示的后續(xù)階段b7(與第一替代變型的階段b3類似),以便限制層17尤其是在基底I的上表面上的出現(xiàn)。在步驟b的最后,如圖6所示,獲得了直接形成有材料17的所希望的層的基底I。應(yīng)理解,第二步驟b的第二替代變型因此允許形成在微機(jī)械部件的外表面上沒有開口的微機(jī)械部件。
      [0068]無論第二步驟b使用哪一種替代變型,如圖7所示,根據(jù)本發(fā)明的方法都可以包括可選的第三步驟d。步驟d用于去除基底I的覆蓋有層15、17的一部分,以便使包含在凹腔3中的層15、17具有至少兩個層級的厚度。優(yōu)選地,根據(jù)本發(fā)明,從基底I上去除比層15、17的厚度61大的厚度62,如圖7所示。因此,應(yīng)理解,除了在基底I的至少兩個層級上的腔3中,層15、17肯定不再存在了。
      [0069]另外,還能看出,步驟d可以與階段bl、b5和b3、b7等同,以將層15、17限制在腔3中。實(shí)際上,可以簡單地通過在排除腔3的整個基底I上形成犧牲層11獲得相同的結(jié)果。
      [0070]在第一實(shí)施例的最后步驟c中,該方法在于移走基底I,以釋放至少部分地在腔3中形成的具有多個功能層級F1、F2、Fx的微機(jī)械部件。因此,在基底I由娃制成的上述示例中,步驟d可包括選擇性蝕刻硅。例如,這可通過使用包括四甲基氫氧化銨(以縮寫TMAH和TMAOH已知)的浴的化學(xué)蝕刻獲得。在一個變型中,也可考慮氫氧化鉀化學(xué)蝕刻(由縮寫KOH已知)。
      [0071]在圖8所示的兩個示例中,獲得了只由層15、17形成的微機(jī)械部件,該部件的幾何結(jié)構(gòu)與腔3至少部分(S卩,完全或部分)匹配。有利地,外表面一一即,直接與基底I接觸的表面一一具有非常低的粗糙度,即,可與基底I的粗糙度相當(dāng),并且該外表面優(yōu)選用作機(jī)械接觸表面。
      [0072]最后,對于高度Θ3在20μηι和ΙΟΟΟμηι之間的具有兩個層級的微機(jī)械部件,沉積厚度ei只為0.2μπι至20μπι的層15、17。因此,由于縮短了沉積步驟b的時間,因此顯然節(jié)約了材料成本和生產(chǎn)成本。
      [0073]因此,不管微機(jī)械部件如何復(fù)雜,該方法實(shí)施起來不會更加困難。舉例來說,在腔3的壁上形成齒圈不會增加困難度,所述齒圈將在微機(jī)械部件上形成匹配的齒圈。
      [0074]通過應(yīng)用第二步驟b的第一替代變型的非限制性示例,可以獲得如圖9所示的微機(jī)械部件21。微機(jī)械部件21包括第一功能層級F1,該第一功能層級F1由第一基本上鐵餅狀的盤23形成,該盤23的中心包括與第二功能層級^連通的孔22。此外,轂24與孔22同軸地從第一功能層SF1延伸,該轂24將多個臂25連接到輪輞26上。齒圈27從輪輞的周邊垂直地伸出來。因此,圖9示出了板23——即,轂24、臂25、輪輞26和齒圈27——的厚度由在該方法的步驟b中沉積的層15的厚度ei形成。
      [0075]另外,微機(jī)械部件21包括第二功能層級F2,該第二功能層SF2由第二基本上鐵餅狀的盤33構(gòu)成,該盤33的中心包括與心軸配合工作的孔32。此外,轂34與孔32同軸地從第二功能層級F2延伸,齒圈37從該轂34的周邊垂直地伸出來,該齒圈37連接第一功能層級F1的轂
      24。因此,圖9不出了板33 即,穀34和齒圈37 的厚度由在該方法的步驟b中沉積的層15的厚度ei形成。
      [0076]有利地,根據(jù)本發(fā)明,通過只沉積用于最終涂層所需要的材料量而不需要
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