再入可能および二重再入可能なキャビティまたは柱を含むガスを覆うマイクロテクスチャを彫ることによってSiO₂/Si表面をレンダリングする

ガスを包み込んだマイクロテクスチャー表面(GEMS)は、表面化学に関係なく、エマルジョンや液体に空気をトラップすることができます。そのため、このアプローチは、それ以外の場合はパーフルオロエートコーティングを必要とするアプリケーションに大きな可能性を秘めていると考えています。3Dプリンティングや他の従来の製造技術とは異なり、フォトリソグラフィーとドライエッチングは、複雑な、マイクロスケール、張り出し再参入し、二重に再参入した地形を製造することができます。

初めてのユーザーは、サンプルサイズによって速度が変化する可能性があるため、実験を試みる前に、練習ウェハーを使用し、定期的に各タイプの設計のエッチングレートをチェックする必要があります。再参入と二重に再参入した柱と空洞の製造は、複雑な設計パターンを含むマルチストッププロセスです。微細加工の視覚的なデモンストレーションは、プロトコルを理解するのに役立ちます。

適切なレイアウト ソフトウェア プログラムで新しいファイルを作成して、マイクロファブリケーション プロセスを開始します。200マイクロメートル図の円からなる単位セルを描く。この円を中心から 212 マイクロメートルの中心距離にコピーして、1 センチの平方面積を持つ四角形のパッチに円の配列を作成します。

次に、直径100ミリメートルの円を描き、円の内側に1センチメートルの正方形の配列を配置します。この配置を複製して、4 x 4 の正方形配列のグリッドを作成します。円の内側のフィーチャは、4 インチのウェーハに転送されます。

次に、設計ファイルをマス グレーディング システムの目的の形式にエクスポートします。マイクロファブリケーション用のウエハースを洗浄するには、ピラニア溶液に厚さ2.4マイクロメートルの熱酸化物層を備えた直径4インチのシリコンウェーハを10分間、脱イオン水で洗い流します。次に、窒素環境下でウエハーを乾燥させます。

乾燥後、気相堆積物を使用してヘキサメチルジシラザンでウエハをコーティングし、スピンコーダーで4インチの真空チェックにウエハを取り付けます。ウエハをフォトレジストで覆い、スピンコーダーを使用して、フォトレジストを1.6マイクロメートルの厚い層としてウエハの表面に均一に広げます。110°Cのホットプレートにコーティングしたフォトレジストを2分間焼きます。

焼き式のウェーハを直接評価システムに移します。ウエハーを55ミリ秒間紫外線に曝し、UV露光ウエハーをフォトレジスト現像剤を含むガラスペトリ皿に移し、その特徴を発現させる。60秒後、エウハを脱イオン水で軽くすすいで余分な現像剤を除去し、窒素環境でウエハをスピンドライする。

フォトリソグラフィの後、オクタフルオロシクロブタンと酸素ガスの混合物を採用した誘導結合プラズマ反応性イオンエッチングシステムにウエハを移す。約13分間プロセスを実行し、露出したシリカ層をエッチングします。所望のパターン内のシリカ層の厚さがゼロになるように、反射計を使用して残りのシリカの厚さを測定し、シリカ層の厚さに基づいて後続のエッチング期間の持続時間を調整します。

シリカ層をエッチングした後、深い誘導結合プラズマ反応性イオンエッチングシステムにウエハを移し、このプロセスを5サイクル実行し、シリコンに相当するエッチング深度を約2マイクロメートルにします。ピラニア溶液でウエハーを洗浄し、前に示したようにすすいでスピン乾燥します。等方性エッチングを行い、シリカ層の下に六フッ化硫黄を25秒間下方に下方カットし、続いてピラニア溶液リンスとスピンドライで洗浄します。

アンダーカットを作成した後、高温炉システムを使用して、ウエハー上に500ナノメートルの酸化熱層を成長させます。次に、シリカを垂直に下方に3分間ピッチして、キャビティ底部から酸化熱層を除去し、最終的に二重再入可能なエッジを形成する側壁に沿ってシリカ層を残す。過剰な熱成長酸化物をエッチングした後、ボッシュプロセスの5サイクルを繰り返して空洞を2マイクロメートルほど深くし、次にピラニア溶液でウエハーを洗浄し、リンスとスピンドライを示すように。

空洞の口で熱成長した酸化物の後ろに空きスペースを作り出すために、シリコンを150秒間等熱帯にエッチングして二重に再入可能なエッジを得る。最後の等方性シリコンエッチングで費やされた時間の量は、空洞を合体することなく、熱成長酸化物の背後にできるだけ多くのスペースを作成するように調整する必要があります。二重に再入可能な空洞を作成した後、約50マイクロメートルに空洞の深さを増加させるために160サイクルのボッシュプロセスを実行します。

新鮮なピラニア溶液でウエハーを洗浄し、実演したようにすすいでスピン乾燥します。ウエハーを摂氏50度の真空オーブンに48時間移します。ウェーハは、クリーンな窒素フローキャビネットに保管することができます。

ここで、代表的な再入可能および二重再入可能な空洞および柱を示すように微作が示されるように示す。二重再入可能な柱の配列を持つ二酸化ケイ素シリコン表面は、水と六角ヒステリシスを最小限に抑えた水と六方面の両方に対して150度を超える明らかな接触角度を示します。不思議なことに、柱のアレイを持つ同じ二酸化シリコン表面が同じ液体に浸漬されると、瞬時に侵入されます。

対照的に、二重に再入可能な空洞は、両方の液体に浸漬すると空気を包み込む。さらに、共焦点顕微鏡は、張り出した特徴が侵入する液体を安定させ、その中に空気を閉じ込めていることを明らかにする。二重再入可能なプロファイルの壁に囲まれた柱の配列の微細加工は、湿潤液体から茎を絶縁し、その結果、マイクロテクスチャをガス囲みとして動作するハイブリッドマイクロテクスチャを生じる。

同様のアプローチを使用して、膜は商業的な膜の機能を実行することができるが、有害なパーフルオロカーボンを使用することなく、より環境に優しい産業プロセスのための経路を開くように設計することができます。キノコの形をした空洞や柱の性能を、液体の下に空気を閉じ込める能力や、画期的な圧力などの点で調べることができました。このプロトコルは、クリーンルーム設備だけでなく、ホットプレート、可燃性および腐食性化学物質を使用することを含みます。

従って安全訓練および個人的な保護装置は要求される。