粘附是固体表面剩余力场与接触物质通过表面力相互吸引的现象,与吸附现象同为表面力作用的结果。常见表现形式包括摩擦、粉末聚集、烧结及结构体附着。其本质涉及
范德华力、
化学键(主价力)和物理作用力(次价力)的相互作用。在
微机电系统(
MEMS)制造中,
湿法刻蚀因水汽蒸发产生的弯月面力导致粘附,可通过超临界干燥技术消除表面张力;
干法刻蚀使用
二氟化氙(
XeF2)气体可缓解该问题。表面处理技术如自组装单分子层(SAM)或设计突起结构能降低羟基表面的水浸润粘附风险。
在MEMS中,刻蚀去除牺牲层后,常会发生结构体附着的粘附现象。尤其是在湿法刻蚀中,水汽蒸发时表面张力引起弯月面(Meniscus)力作用,进而导致粘附,曾是一个很严重的问题(图1)。但采用基于
二氟化氙(XeF2)和氟化氢(HF)气体的干法刻蚀可解决该问题。
湿法蚀刻中可避免发生粘附现象的方法之一,是利用表面张力小的液体进行干燥。例如,使用表面张力为水的1/10左右的氟(Fluorinate)液体。但光凭这些还不够,还要采用升华的方法(冷冻干燥)。
将
萘(Naphthalene)溶化后使之凝固并静置。这样,萘会渐渐升华,所以不会发生粘附即可干燥。最好的方法是在称为超临界干燥的
液态二氧化碳中干燥。液态二氧化碳在7.38MPa压力、温度超过31℃时处于超临界状态。超临界状态,是指分子形成簇状零乱漂浮着的状态。由于表面张力不起作用,干燥时MEMS的微细结构不会发生粘附现象。
为防止该现象,关键是要采用表面不形成羟基的防水处理。最近,名为SAM(Self-assembled Monolayer)的具有防水处理功能的干法蚀刻装置已经上市。