在结构材料层中提供多个通孔的方法与流程

本发明涉及使用众多mems方法步骤来提供在结构材料层中包含通孔的mems设备的方法。

本领域中已知使用mems方法步骤的根据前序部分的各种方法。mems方法步骤的实例是提供层(通过生长或沉积)和蚀刻(例如rie)。各种应用要求在材料层中存在孔。本发明的目的是提供用于制造mems设备的方法，该设备包含针对各种各样的不同材料的所需尺寸的通孔。

为此，根据前序部分的方法的特征在于中间产品经受多个mems方法步骤，所述中间产品：

-限定第一主侧和第二主侧，和

-至少初始包含基底主体，其在第一主侧上具有凹部(recess)，所述凹部包含底部部分和相对远离第二主侧的顶部部分，其中底部部分是最接近第二主侧的凹部部分，并且顶部部分是该凹部的最接近第一主侧的部分；

其中众多方法步骤包括以下步骤：

-向中间基底的第一主侧提供正性光刻胶的聚合物层，所述聚合物层具有背对主体的外表面和面向主体的内表面，

-使正性光刻胶的聚合物层在从正性光刻胶的外表面朝向中间基底的主体的方向上暴露于光，产生正性光刻胶的暴露层，该层：

-在凹部的顶部部分中包含相对强烈解聚的正性光刻胶，同时

-在凹部的底部部分中留下相对较不强烈解聚的正性光刻胶；

-除去相对强烈解聚的正性光刻胶，同时留下在主体的凹部的底部部分中的相对较不强烈解聚的正性光刻胶，以便提供受保护区域；

-在第一主侧处和受保护区域外部提供结构材料；

-在受保护区域处进行蚀刻，以在结构材料中提供通孔。

在根据本发明的方法中，在欲提供孔的位置周围形成结构材料。已发现，这提供了制造具有任意尺寸的孔并具有宽范围的结构材料的各种各样的mems设备的通用方式。例如当在探针末端中产生孔时，这是有用的。尽管目前通过选择性蚀刻，边角平板印刷(cornerlithography)是可能的，但是本发明方法相对不依赖于主体的特定材料类型。这允许更宽范围的材料适合用作基底。

该方法允许形成不同尺寸的孔，例如相对大的孔，且/或相比于现有方法相对容易。这通过改变解聚的量来完成，为此可利用若干参数，例如暴露于光的持续时间、光的波长以及光强度。换言之，通过控制暴露于光的持续时间和光强度，可从光被正性光刻胶层吸收的事实来获得优势。作为吸收的结果，光强度、因此以及解聚程度取决于穿透深度。因此，有可能控制不充分解聚以在随后的步骤中除去的正性光刻胶的量。

本发明方法的另外优势在于原位形成掩模，而不要求对准。

本领域中早已知晓用于掩模目的的正性光刻胶的使用。通过举例方式，参考jun-boyoon等人在spie第351卷027-786x/98/$10.0(1998)中(发表)的"planarizationandtrenchfillingonseveresurfacetopographywiththickphotoresistformems"。

术语“结构材料”(其还可被称作壁材料)指其在mems设备中的结构用途。例如，在包含具有中空通道的悬臂的探针中，其可以是悬臂梁和末端的材料。

根据有利的实施方案，基底主体是结晶基底。

使用结晶材料容易制备界限清楚的凹部，尤其朝向第二主侧逐渐变细的凹部。结晶基底例如是半导体材料，例如硅。

根据有利的实施方案，通孔是探针的悬臂末端中的通孔。

对于本发明而言，这是重要的应用领域。该探针可用于在槽中引入物质或用于从槽中除去材料。该探针还可以是用于执行测量的探针，如afm探针(原子力显微镜探针)。

根据有利的实施方案，中间产品包含：

-主体，其包含主体材料，和

-第一主侧处的第一材料的第一层，第一材料与主体材料不同；

其中

-在除去相对强烈解聚的正性光刻胶同时留下在主体的凹部的底部部分中相对较不强烈解聚的正性光刻胶的步骤之后，使用相对较不强烈解聚的光刻胶作为掩模蚀刻第一层，在经暴露的主体材料顶部留下第一材料的第一区域，

-在第一主侧处提供结构材料的步骤包括通过使用剩余的第一材料和相对较不强烈解聚的光刻胶中的至少一者作为掩模，将基底主体的经暴露的主体材料转化成其组成不同于基底主体材料的结构材料来生长结构材料层，和

-蚀刻受保护区域的步骤包括除去所述剩余的第一材料。

因此，可以提供位于中心的通孔，该通孔在结构材料的凹部中位于中心。此类通孔可以是任意尺寸，其取决于光刻胶的解聚程度，这使得该方法非常通用。

通常在主体材料化学转化成结构材料之前，将较不强烈解聚的光刻胶除去。

根据有利的实施方案，除去凹部位置处的基底主体材料，以便在通孔处暴露结构材料。

因此，形成了可用于许多应用的开放通道。主体材料可保持在mems设备的一部分上的适当位置，以便向mems设备提供强度。

现在将参考附图例示本发明，其中：

图1以俯视图(上)和横截面视图(下)(两幅视图均垂直对齐)显示可使用根据本发明的方法制造的探针；和

图2a至图2k以俯视图(上)和横截面视图(下)(两幅视图垂直对齐)例示根据图1的带悬臂的探针的制造。

图1以俯视图(上)和横截面视图(下)(两幅视图垂直对齐)显示可使用本发明的方法制造的探针100。

探针100包含探针主体部分110和悬臂120。悬臂120具有连接至探针主体部分110的近端121和悬臂远端122。

悬臂远端122包含棱锥形末端130，其包含棱锥形尖端131，该棱锥形尖端131包含中心通孔132。该探针描述于"nanoscaledispensingofliquidsthroughcantileveredprobes"(a.meister等人，microelectronicengineering67–68(2003)644–650)中有，并且其制造使用将如下文所例示的根据本发明的方法来复制。

现在将使用图2a至图2k来例示根据本发明的方法，所述图2a至图2k以俯视图和横截面视图显示图1的探针100的制造方法。根据本发明的方法允许同时制造众多通孔132以及从而的(多个)探针100，但是所述附图将仅在显示制造中的一个探针100。

以俯视图显示了具有380μm厚度的硅晶片200(结晶基底，其将提供主体260)(图2a)。硅晶片200是(1,0,0)硅。若需要具有三个面的棱锥形末端，则可使用(1,1,1)硅代替。

使用掩模，通过使用25％koh的硅的湿法各向异性蚀刻来蚀刻棱锥形凹部210(进一步称为凹坑(pit)；仅显示一个，在其余的附图描述中使用单数)(图2b)。棱锥形凹坑210为10μm×10μm。

使用低压化学沉积(lpcvd)在包含棱锥形凹坑210(图2c)的硅晶片200上沉积第一材料(此处为氮化硅)的薄层220(300nm)(图2c)，以便形成中间产品，其具有第一主侧201和第二主侧202。

为该中间产品提供正性光刻胶(可获自fujifilm的oir907-17光刻胶)层，其聚合以便产生正性光刻胶290的聚合层(图2d)。其具有外表面291和与第一层相邻的内表面292。

使聚合层在第一主侧201处经受一定持续时间和强度的光，该光引起正性光刻胶的解聚，按照光吸收的物理定律，使外表面291比远离外表面291的光刻胶(并且尤其凹坑210的底部部分中的光刻胶)更强烈地暴露并因此解聚。当通过在碱性水溶液(可获自fujifilm的opd4262显影剂)中显影而除去更强烈解聚的正性光刻胶时，相对较不强烈解聚的正性光刻胶290'保留在最接近第二主侧202的凹坑210的底部部分中(图2e)。

使用剩余的相对较不强烈解聚的光刻胶290'作为掩模，使用反应离子蚀刻(rie)来蚀刻掉第一层220的氮化硅。

使用等离子体蚀刻来除去较不强烈解聚的正性光刻胶(图2g)。

使用氮化硅区域作为掩模(图2h)，将该主体的硅氧化(在1000℃下湿法氧化)，产生二氧化硅的壁层230。

通过湿法化学蚀刻(热磷酸)选择性除去氮化硅，在壁层230中产生孔231(图2i)。

使用rie的规律图案化得到探针布置。

在预先切块的玻璃晶片250(图1k)的阳极键合之后，通过湿法化学蚀刻将主体260的大块硅除去。用热的四甲基氢氧化铵(tmah)溶液蚀刻，产生具有通孔132的探针100(显示于图1中)。

在所附权利要求书的范围内可对本发明进行改变。例如，可通过沉积为包含经蚀刻的第一层(其暴露基底主体材料)的中间主体提供结构材料，这允许对结构材料的更大选择，因其不取决于基底主体材料的化学转化。该结构材料将具有小于第一层厚度的厚度，允许第一层被化学蚀刻以便形成通孔。