真空中，通过倾斜衬底(即，改变涂覆角度)，Cr涂层就能大部分覆盖暴露于Cr涂层流的一个或几个侧面。以同样方式，用第二涂层材料212覆盖面向大致相反方向的剩余一侧(或几侧)，形成Ti保护层以覆盖金字塔其余未被覆盖的部分。正如将要理解的，金字塔的顶部(即顶点)被涂覆了两次，在底部用第一涂覆材料层(即Cr)，在顶部用第二涂覆材料层(即Ti)。另一方面，侧壁通常只有一层涂层材料，Cr或Ti，而不是二者都有。
[0037]接下来，将侧壁上的掩模或涂覆材料层去除，使侧壁裸露。选择第二涂层材料通过蚀刻将侧壁的第一涂层材料去除，以使下面的一个(或几个)侧壁露出时，顶点上涂覆材料层仍保持足够厚度。这可通过选择具有更高选择性的第二涂层材料，涂覆一层更厚的第二材料，或二者兼用的方式实现，或适当选择蚀刻时间，从而在去除侧壁的第一涂层材料时，使第一涂层材料覆盖的侧壁裸露.而由于受到第二涂层材料的保护，顶点上仍保留一层或几层涂覆材料的保护层，即使第二涂层材料可能被部分或全部去除。在本例中，涂覆了一层比Cr层更厚的Ti层。因此，侧壁上Cr的去除可以更彻底，同时顶点上仍保留裸露的Ti层。因此，由Ti涂层保护的Cr涂层部分214，即Ti层212下面顶点上的Cr层得到了保护(图4B)。接下来，将Ti涂层212去除，使Ti涂层覆盖的侧壁剩余部分裸露。可使用干法刻蚀去除，方式与去除侧壁上Cr的方式类似，或使用湿法刻蚀去除。从侧壁上去除涂层材料，使侧壁裸露后，各金字塔结构的顶点仍被至少一层Cr 214涂覆。
[0038]在这里，选择一对硬质掩模材料时，可寻找一种等离子体蚀刻方法，使蚀刻第一材料(在下方，由金字塔顶点的第二材料保护)的速度远快于第二材料(如果第一材料的层厚度小于第二材料，则该要求可放宽)，且可在不损伤第一材料的情况下去除第二材料(如，使用等离子体蚀刻或湿法化学蚀刻)。第一材料也必须是对于衬底材料(如硅)的良好掩模材料。例如，可使用材料对为Cr/Ti和Al/Si。
[0039]在硬质掩模110、214以适当方式在金字塔顶部形成后，金字塔形结构(现在每个金字塔结构的顶点上都形成了一个硬质掩模)被同时蚀刻(或至少在一个批量处理中，而不是逐个进行)，形成高纵横比的柱(图4D)。可以使用多种不同蚀刻方法中的任何一种。对于包括在各硅顶点上具有用作掩模的氧化物的硅晶圆的硅衬底，从氟基气体产生的等离子体(如SF6/C4Fs等离子体等)是用于蚀刻硅的常用选择。也可以采用SF6/02气体，利用低温蚀刻(将衬底冷冻至零下100°C以下)蚀刻硅。或者也可以使用氯基或溴基气体(如Cl2、BCl3SBr2)蚀刻硅。例如，在一个反应离子蚀刻(“RIE”)系统中，等离子体蚀刻可轻松进行硅蚀刻。可使用电感耦合等离子体(“ICP”)。因此也可使用ICP-RIE方法以各向异性的方式蚀刻硅，形成几乎垂直、具有极高纵横比的侧壁。从而使Cr掩模正下方产生硅柱或柱体，其长度范围内的横截面形状主要由Cr掩模决定，或甚至与Cr掩模的形状大致相同。在一个示例中，用 10mT、1200W ICP 和 20W RIE 功率的 C4F8(38sccm)和 SF6(22sccm)气体在一个ICP-RIE系统中蚀刻涂覆的金字塔0.5分钟，产生高纵横比的硅柱结构。这提供了大约400纳米/分钟的蚀刻速度。在这一蚀刻速度和蚀刻时间下，在金字塔基础上形成了一个具有高纵横比、半径8纳米以下和针尖高度约200纳米的纳米探针。这在一个纵横比低得多的金字塔基础的顶部产生了一个纵横比至少为200nm/16nm彡10的柱或柱体。因此，用硅衬底一体和整体形成的一个柱，由一个低纵横比的金字塔基础将一个高纵横比柱体连接到硅衬底。正如可以理解的，可通过控制蚀刻速度和蚀刻时间来选择柱体或柱的高度。因此，也可通过控制蚀刻速度和蚀刻时间选择柱或柱体的纵横比。
[0040]这种高纵横比的针尖是通过硬质掩模(即，Cr涂层)实现的，硬质掩模在SF6/C4Fs等离子体方面提供了非常高的选择性。由于具有高选择性，这层很薄的Cr涂层(在本例中，由于之前的蚀刻去除了侧壁覆盖，因此其厚度低于1nm)足以保护顶点不受硅蚀刻的破坏，同时使金字塔结构的倾斜侧壁被SF6/C4Fs等离子体蚀刻掉。其中，留在金字塔顶部的掩模的尺寸直接影响硅蚀刻步骤中形成的硅柱或柱体的尺寸或直径。另一方面，掩模的厚度和掩模材料的选择性决定了所形成的探针硅柱或柱体的最大可能高度。例如，要制造更长柱体的柱(如，在本例中长度在200nm以上)，将需要一种具有比上例中选择性更高的掩模材料或更厚的掩模，或二者兼有。
[0041]当然，本领域技术人员会理解，如果最初的涂层较厚(如:厚度超过1nm)，那么从侧壁上去除Cr涂层的时间更长，反之亦然。这也会导致掩模的尺寸不同(即，留在金字塔顶部的Cr岛心区的尺寸)。此外，溅射产额曲线取决于金属(此处为Cr)和气体(此处为Ar) ο因此，适当选择最初厚度将需要考虑产额曲线、入射角度Θ和所制造探针的高度和最终直径，从而在去除侧壁涂层，使侧壁裸露后，仍留下具有足够厚度和尺寸的掩模于顶部。研究发现，对于Cr，1nm的Cr涂层厚度适合形成直径约15nm的娃柱。
[0042]图2是使用该工艺制造的高纵横比硅柱的SEM显微照片。在一个例子中，首先在一个具有380个金字塔形突起的4英寸晶圆上形成380个这种硅柱的阵列，即，密度至少为约 380 个柱 /78cm2 (约 π X 52cm2)，或至少 480 个柱 /10cm20
[0043]柱的柱体112可朝向针尖(S卩，顶点区域)呈锥形，如图6A中所示。为了获得更好的力学性能，侧壁角度β (即侧壁和轴的纵轴之间的角度)可选择为3-5°。这可通过改变硅蚀刻方法来实现，比如通过平衡SF6化学蚀刻和C 4FS钝化。相同地，也可改变硅蚀刻方法，制造出柱体中间部分比两端细的探针，如图6B中所示。
[0044]在硅蚀刻步骤后，根据掩模的厚度、掩模材料的选择性和所蚀刻的柱高度，某些掩模材料可能仍留在蚀刻出的柱的顶部，从而提供一个类似柱的结构，该结构在柱或柱体的顶部有一个掩模材料罩，柱或柱体在罩和低纵横比基础之间延伸。该罩可用湿法蚀刻工艺去除(若需要)。
[0045]如前所述，具有金字塔形突起阵列的合适材料(如硅)的任何衬底均可用于制造柱或其它形状结构的阵列，包括市售的衬底。当然，也可用一个平衬底制造出该衬底。图7展示了这种衬底(上面有在平衬底形成的突起阵列)制造方法的主要步骤。
[0046]根据该方法，用溶剂清洗氧化物厚度约为ISOnm的硅晶圆{100}，然后旋涂一层厚度约为300nm的聚苯乙烯(“PS”)。该聚苯乙烯是具有两种不同分子量的混合物，用于在娃上制造相当于550kg/mol (广泛分布)的聚苯乙稀。接下来是电子束曝光和显影步骤，在20KeV、0.306nA束流下将方阵列暴光在PS/Si02l。用四氢呋喃显影I分钟后，使用PS作为蚀刻掩模，用CHF3气体通过干法蚀刻S1 2和Si，将图案转移到S1 2层。在氧等离子体RIE清除任何可能的氟碳聚合物后，在约50°C的温度下进行K0H(20w/V% )湿法各向异性蚀刻11分钟，从而在平硅片上制造金字塔结构。在硅结构上形成金字塔结构后，可使用BHF去除S120
[0047]正如将要理解的，上述示例中的这些突起之所以都有相似的规则形状，是因为所需的最终产品是柱阵列(即，具有相同高纵横比柱体的柱阵列)。因此，在硅衬底上形成了拥有相似形状和尺寸的各个突起。这些突起可以是任何其它形状。例如，可以在一个衬底上形成一个或多个突起。在衬底上形成多个突起时，每个突起可根据需要或设计要求具有相似或不同的形状和尺寸。例如，图8所示为一个具有带倾斜侧表面312的