摩擦(ca)力顯微(wei)鏡下的懸臂梁對單(dan)晶硅表面正(zheng)方形(xing)進(jin)行微(wei)加工的(de)(de)(de)(de)研究。結(jie)(jie)(jie)果(guo)發現，用氫氧化鉀溶液蝕刻(ke)工件后，加工區(qu)域變(bian)為(wei)凸凸。了(le)(le)(le)解了(le)(le)(le)凸面的(de)(de)(de)(de)高(gao)度(du)取決于加工條件，特別是氫氧化鉀溶液的(de)(de)(de)(de)濃(nong)度(du)的(de)(de)(de)(de)關系。為(wei)了(le)(le)(le)了(le)(le)(le)解相反的(de)(de)(de)(de)刻(ke)蝕處(chu)理結(jie)(jie)(jie)果(guo)，采用透射電鏡（發射電子(zi)顯(xian)微(wei)鏡）和激光拉曼法對(dui)加工表(biao)面的(de)(de)(de)(de)結(jie)(jie)(jie)構(gou)(gou)進(jin)行了(le)(le)(le)分析(xi)，得到了(le)(le)(le)表(biao)面的(de)(de)(de)(de)厚氧化和下(xia)劣(lie)化。此外，還驗證了(le)(le)(le)超(chao)聲波清洗結(jie)(jie)(jie)合刻(ke)蝕提高(gao)粗糙度(du)和去(qu)除殘留(liu)物的(de)(de)(de)(de)效率。并應(ying)用實(shi)驗結(jie)(jie)(jie)果(guo)，提出了(le)(le)(le)無掩模形(xing)成微(wei)結(jie)(jie)(jie)構(gou)(gou)的(de)(de)(de)(de)方法。
實驗
在加工部位發現了很強的(de)面罩作用(yong)， 發現了凸狀(zhuang)(zhuang)結構殘留形成(cheng)的情況。這個掩(yan)膜(mo)作用是加工條件， 特別是顯(xian)示了對KOH水溶(rong)液(ye)濃(nong)度的強(qiang)烈依(yi)存(cun)，用濃(nong)度約20wt%以(yi)下(xia)(xia)的KOH水溶(rong)液(ye)蝕刻FFM加工區域(yu)后，加工區域(yu)會有(you)選擇地呈凸狀(zhuang)(zhuang)（掩(yan)蔽(bi)效(xiao)果）。 明確(que)了在20wt%以(yi)上的情況下(xia)(xia)反而變成(cheng)凹狀(zhuang)(zhuang)（蝕刻促進效(xiao)果）。
通過用濃度不(bu)同的KOH水溶(rong)液蝕(shi)刻(ke)FFM加工(gong)后的試料，產生掩蔽效果(guo)或蝕(shi)刻(ke)促進效果(guo)。這表(biao)明，在(zai)FFM加工(gong)區域的表(biao)層存(cun)在(zai)結(jie)晶性(xing)紊(wen)亂(luan)，與大(da)氣中的氧結(jie)合(he)，化(hua)學性(xing)質發(fa)生變化(hua)的層。因此，為了闡(chan)明這兩種相反的化(hua)學效果(guo)的機理，FFM； 對加工(gong)表(biao)面層進行了結(jie)構分析(xi)。
圖2(a)，(b)，(c)是(shi)圖1中(a)所示(shi)的(de)(de)(de)FFM加工(gong)后的(de)(de)(de)試(shi)(shi)料截(jie)面(mian)TEM像。加工(gong)方(fang)向為紙(zhi)面(mian)垂直方(fang)向（<110>方(fang)向），在(zai)加工(gong)部觀察到周(zhou)期性(xing)(xing)的(de)(de)(de)進(jin)給(gei)標記。該圖(d)，(e)，(f)是(shi)圖1中(b)所示(shi)的(de)(de)(de)凸狀結(jie)構(gou)(gou)試(shi)(shi)料的(de)(de)(de)截(jie)面(mian)TEM像。在(zai)FFM加工(gong)領域的(de)(de)(de)周(zhou)圍進(jin)行蝕刻(ke)，可以看出產生(sheng)了臺階。蝕刻(ke)處理后FFM加工(gong)部的(de)(de)(de)微結(jie)構(gou)(gou)幾乎沒有變(bian)化。這說(shuo)明FFM加工(gong)部的(de)(de)(de)表面(mian)微結(jie)構(gou)(gou)顯示(shi)出對KOH水溶(rong)液具(ju)有很強(qiang)的(de)(de)(de)耐腐蝕性(xing)(xing)（掩(yan)蔽(bi)效果）。
圖3(a)，(b)是分(fen)別(bie)對單晶(jing)硅面（拋光面）及其FFM加(jia)工領域進行溝道(dao)分(fen)析的結果。縱軸表示后(hou)方(fang)散射離子的計數數（強度），數值(zhi)越(yue)大，后(hou)方(fang)散射離子越(yue)多，結晶(jing)性(xing)越(yue)低（混(hun)亂）。如(ru)同圖(tu)(a)的曲線圖(tu)所示，與面的主晶(jing)軸平行。
圖4(a)、(b)分(fen)別是拋光面及FFM加工(gong)部(bu)的(de)。如前文所述，用濃度為5～15wt%（溫度23℃）的(de)(de)KOH水溶(rong)液(ye)對FFM加工(gong)后(hou)的(de)(de)樣(yang)品進行蝕(shi)刻處理后(hou)，加工(gong)區域顯示出很強的(de)(de)掩(yan)模作用，殘留形(xing)成了(le)凸狀結構。此外，在(zai)此條件下，蝕(shi)刻的(de)(de)晶體各(ge)向(xiang)異性(xing)幾乎(hu)不(bu)被(bei)認可）。因此，為了(le)確(que)認該現象是否在(zai)其他種類的(de)(de)堿性(xing)水溶(rong)液(ye)中(zhong)出現，我們用不(bu)同的(de)(de)堿性(xing)水溶(rong)液(ye)進行了(le)蝕(shi)刻實驗。
圖(tu)8是各(ge)種堿(jian)(jian)性水溶液中的(de)蝕刻時間(jian)和凸(tu)狀構(gou)(gou)造的(de)高度的(de)關系。隨(sui)著(zhu)蝕刻時間(jian)的(de)增加(jia)，凸(tu)狀構(gou)(gou)造的(de)高度增大，其比例根據堿(jian)(jian)性種類不同而不同。KOH水溶液的情況下，從蝕(shi)刻開始(shi)之后，加工(gong)部殘留形成了凸狀(zhuang)構造。其高度與時間大(da)致成比例，在(zai)實(shi)驗(yan)條(tiao)件(jian)的范圍內最(zui)大(da)約為550nm.與(yu)此相(xiang)對，CsOH，RbOH即使經過(guo)60分鐘，加工部(bu)及(ji)其周圍也幾乎(hu)沒有變化，之后殘留(liu)形成了凸狀構造。
結果和討論
用低濃度的KOH水(shui)溶(rong)液(ye)(ye)蝕刻用(yong)FFM結(jie)構進(jin)行了(le)極(ji)微細加(jia)工的(de)單晶硅，在加(jia)工部產生(sheng)掩蔽效果，加(jia)工部殘留(liu)形成(cheng)凸狀。另一方面，用(yong)高(gao)濃度的(de)KOH水(shui)溶(rong)液(ye)(ye)蝕刻的(de)話，在加(jia)工部產生(sheng)蝕刻促進(jin)作用(yong)，加(jia)工成(cheng)凹狀。為了(le)闡明這個機(ji)理，進(jin)行了(le)用(yong)各(ge)種堿(jian)水(shui)溶(rong)液(ye)(ye)的(de)蝕刻實(shi)驗和(he)FFM加(jia)工表面層的(de)結(jie)構分(fen)析。另外，為了(le)形成(cheng)實(shi)用(yong)的(de)微細結(jie)構，嘗試了(le)用(yong)超聲(sheng)波(bo)附加(jia)的(de)蝕刻處理。
1）在各種(zhong)堿（KOH，CsOH，RbOH）水溶液(ye)中對FFM加(jia)工(gong)的(de)(de)單晶硅(gui)（100）面(mian)進(jin)行蝕刻(ke)的(de)(de)結果，雖(sui)然在蝕刻(ke)速率(lv)和表面(mian)粗糙度上產生了差(cha)異(yi)，但是FFM加(jia)工(gong)領域顯示(shi)出(chu)很強的(de)(de)掩膜作用(yong)，殘留為凸狀(zhuang)。
2）通過透(tou)射(she)型電(dian)子顯(xian)微鏡(jing)等對FFM加工(gong)表(biao)面(mian)層(ceng)進行結構(gou)分析的(de)(de)(de)結果，確認(ren)了加工(gong)表(biao)面(mian)層(ceng)為2層(ceng)結構(gou)，在最表(biao)面(mian)形成(cheng)了厚約10nm的(de)(de)(de)結晶(jing)性(xing)低的(de)(de)(de)氧(yang)化層(ceng)，其下(xia)有厚約50nm的(de)(de)(de)轉移生成(cheng)層(ceng)。
3）FFM加工領(ling)域(yu)的(de)(de)(de)(de)掩蔽效果，依(yi)存于(yu)K（對灘水(shui)溶液具有(you)耐(nai)腐(fu)蝕性(xing)的(de)(de)(de)(de)最表面結(jie)晶(jing)性(xing)低的(de)(de)(de)(de)氧化層(ceng)，起因(yin)于(yu)與拋光(guang)面的(de)(de)(de)(de)蝕刻(ke)速率的(de)(de)(de)(de)差而(er)產生。另一(yi)方面，蝕刻(ke)促進作用起因(yin)于(yu)內部的(de)(de)(de)(de)KOH弱層(ceng)，即轉移生成層(ceng)而(er)產生。
4）通過(guo)超聲波(bo)附加的(de)蝕(shi)刻處理(li)，蝕(shi)刻處理(li)后的(de)表面粗(cu)糙度和蝕(shi)刻不(bu)均勻性得到改(gai)善，可以形(xing)成非常平坦的(de)高精細的(de)3維微(wei)細結構。
總(zong)結
從(cong)以(yi)上的實(shi)驗結果可以(yi)看出，KOH水溶(rong)液在(zai)(zai)蝕(shi)刻(ke)速率和蝕(shi)刻(ke)面的表面光潔度方面比其他的堿性水溶(rong)液優(you)越(yue)。在(zai)(zai)加(jia)工(gong)區(qu)域中(zhong)發現了(le)掩蔽作用，并且驗證了(le)該(gai)掩蔽作用對任何堿性水溶(rong)液都持續很(hen)長(chang)時間，并且在(zai)(zai)FFM加(jia)工(gong)部分中(zhong)生成(cheng)了(le)具有足夠耐腐(fu)蝕(shi)性的層。今后，在(zai)(zai)對加(jia)工(gong)機理進行