[发明专利]基于体硅加工技术的电热驱动微夹钳制作方法

说明书

技术领域

本发明属于微制造技术领域，特别涉及一种基于体硅工艺的微夹钳制作方法。

背景技术

微夹钳是微执行器的一种，用于完成微小目标的夹持、移动和组装等动作，在微机电系统(MEMS)的微操作、微装配领域担当重要角色。目前，微夹钳主要采用静电、压电、形状记忆合金、电热等驱动方式使夹持端运动并夹持微小物体。因为电热驱动微夹钳具有控制简单、操作方便、能提供大的输出力和驱动电压低等优点，所以本发明所述加工技术是针对此种微夹钳。

目前微夹钳的制作方法主要分为以下三种：精密机械加工技术、LIGA加工技术和半导体加工技术。澳大利亚莫纳什大学的Mohd Nashrul MohdZubir等人使用EDM(电火花线切割)工艺制作出了由PZT(压电晶体)驱动的微夹钳(Sensors and Actuators A：Physical 150(2009)257-266)。然而精密机械加工方法存在加工尺寸大、制造成本高、加工周期长和不适合于批量生产等缺点。LIGA技术是80年代初由德国Karlsruhe原子核研究中心首先提出并发展起来。意大利MiTech实验室Maria Chiara Carrozza等人采用LIGA技术制作了镍微夹钳(Micromech Microeng，10(2000)，pp.271-276)。这种工艺具有掩模板制作困难、工艺周期长和设备成本很高的缺点，不适合推广应用。半导体加工技术目前发展较成熟，加拿大多伦多大学的Nikolai Dechev等人采用半导体加工技术中的表面硅工艺制作了微夹钳(IEEE International Conference on Information Acquisition，2005 pp.134-139)。由于表面硅技术的加工厚度很薄，制作出微夹钳厚度较薄，使微夹钳夹持性能受到影响。

体硅加工技术是微机电系统制造技术中最为重要的加工手段之一，刻蚀技术是体硅加工的重要组成部分。刻蚀技术分为湿法刻蚀和干法刻蚀两种。湿法刻蚀技术发展较早，技术成熟。干法刻蚀主要包括：溅射刻蚀、等离子体刻蚀、离子束刻蚀、反应离子刻蚀(RIE)、深反应离子刻蚀(DRIE)和自感耦合等离子体刻蚀(ICP)等。自感耦合等离子体刻蚀技术具有控制精度高、大面积刻蚀均匀性好、刻蚀损伤小、污染少，刻蚀垂直度好，刻蚀断面轮廓可控性高和刻蚀表面平整光滑等优点，自感耦合等离子体刻蚀技术这些优点，使之成为有效的加工手段。目前已应用于微机电系统电源，微镜阵列，以及微惯性器件的加工中。由于微夹钳为准三维结构，具有垂直的侧壁和较大的深宽比，自感耦合等离子体刻蚀技术可以满足要求，因此选择这种工艺为硅微夹钳的主要加工工艺。

发明内容

为了克服使用以上工艺制作微夹钳的不足，本发明提出一种基于体硅加工技术的电热驱动微夹钳制作方法，其制作成本较低，加工周期较短，可批量生产，且制作微夹钳的材料为半导体硅，具有强度高和便于与微电子线路实现集成化的优点。

本发明的技术方案是一种基于体硅加工技术的微夹钳电热驱动制作方法，其特征是其特征是采用体硅加工技术制作出具有较大深宽比微结构的电热驱动微夹钳，包括以下步骤：

(1)预处理：先对硅片1进行清洗，再氧化生成氧化层2；

(2)光刻释放窗口图形：使用光刻胶3，在硅片下表面上光刻释放窗口图形；

(3)使用湿法刻蚀工艺刻蚀下表面二氧化硅：首先在硅片上表面涂一层光刻胶以保护上表面二氧化硅，然后使用氢氟酸去除硅片下表面未被光刻胶保护的二氧化硅，最后使用去胶液去除光刻胶；

(4)光刻钳体图形：使用光刻胶，在硅片上表面上光刻微夹钳图形；

(5)使用自感耦合等离子刻蚀工艺刻蚀上表面二氧化硅：使用自感耦合等离子刻蚀工艺去除硅片上表面未被光刻胶保护的二氧化硅，然后使用去胶液去除光刻胶；

(6)使用自感耦合等离子刻蚀工艺刻蚀释放窗口：使用自感耦合等离子刻蚀工艺刻蚀硅片下表面未被二氧化硅保护的释放窗口，刻蚀深度为硅片厚度与微夹钳厚度之差；

(7)使用自感耦合等离子刻蚀工艺刻蚀钳体：使用自感耦合等离子刻蚀工艺刻蚀硅片上表面未被二氧化硅保护的钳体；

(8)去除表面二氧化硅：用氢氟酸去除硅片表面二氧化硅；

(9)溅射金属电极：将带有电极图形的模具4作为掩蔽，在硅片上表面电极位置先溅射金属钛或铬5，然后溅射导电金属6，完成硅微夹钳7的制作。