[發明專利]用光刻工藝在高定向熱解石墨上加工微結構的方法

無效

• 申請號: 201310013383.1
• 申請日: 2013-01-15
• 公開（公告）號: CN103121659A
• 公開（公告）日: 2013-05-29
• 發明（設計）人: 何洋;王圣坤;周巖;楊儒元;苑偉政
• 申請（專利權）人: 西北工業大學
• 主分類號: B81C1/00
• 分類號: B81C1/00
• 代理公司: 西北工業大學專利中心 61204
• 代理人: 呂湘連

技術領域

本發明涉及用光刻技術對高定向熱解石墨（HOPG）進行微加工。

背景技術

為在微納米研究領域應用具有優良導電性，抗磁性，低硬度和良好表面潤滑性能的HOPG，很多研究機構都在開展研究如何微加工HOPG的工作。通過調研發現，目前的研究都是用激光、離子束、電子束等直寫的方法將HOPG圖形化，此類加工方法經濟和時間成本高昂。

發明內容

本發明提供一種引入光刻技術，實現性價比較高的HOPG微結構加工方法。讓具有優良導電性，抗磁性和低硬度的HOPG能直接應用于MEMS（微機械電子系統）領域，并在要求芯片整體擁有良好導電性、抗磁性、針對聲波低通濾波等特殊應用場合替代不具有以上性能的硅基MEMS，這種圖形化的HOPG也可以作為結構模板合成金屬或半導體微結構。同時，本發明中的HOPG對光刻技術而言也是一種新穎的基底材料。

本發明是通過以下技術方案實現的，用光刻工藝在高定向熱解石墨上加工微結構的方法，包括以下步驟：

步驟1：表面平整化，使用研磨機研磨HOPG表面，對其拋光。

步驟2：表面清洗

超聲清洗時的超聲波規格是:采用2萬赫茲到20萬赫茲的頻率，每升水不低于30w的功率。先將HOPG浸泡于純水中，超聲清洗不低于5分鐘，可以清除表面平整化過程中的大部分顆粒污染及其他部分污染；然后將HOPG依次浸泡于丙酮和乙醇兩種液體中，超聲清洗不低于5分鐘，主要用于去除有機污染，洗完后用純水沖洗不低于1分鐘；接著把雙氧水、鹽酸和純水按照體積比1:1:6～1:2:50配制洗液，加熱溫度范圍50℃到80℃，清洗HOPG不低于5分鐘，可去除大部分金屬離子；最后用純水沖洗不低于1分鐘并干燥；

步驟3：制作HOPG的掩膜：

在表面平整和清洗后的HOPG上淀積一層SiO₂薄膜或者金屬薄膜作為HOPG的掩膜；

步驟4：涂膠：

在基片上旋涂一層厚度均勻的光刻膠作為SiO₂薄膜或者金屬薄膜的掩膜；

步驟5：光刻：包括軟烘、曝光、曝光后烘焙、顯影、堅膜；

步驟6：圖形化HOPG的掩膜：

若HOPG的掩膜是二氧化硅，可使用氫氟酸或者氫氧化鉀、濃氨水濕法腐蝕圖形化掩膜層，或者使用氟硫化物作為反應氣體刻蝕的方法圖形化掩膜層；若HOPG的掩膜是金屬，根據能腐蝕金屬但不能溶解光刻膠和石墨的原則配制適當的腐蝕液圖形化掩膜層；

步驟7：刻蝕HOPG：

用MEMS行業常用的各種干法刻蝕設備，包括圓筒式、平板式、順流等離子體、平面三極、反應離子刻蝕（RIE）、深度反應離子刻蝕（DRIE）、電子回旋加速震蕩（ECR）、分布式ECR、感應耦合等離子體刻蝕（ICP）或磁增強反應離子刻蝕（MERIE）以及其它干法刻蝕設備，使用氧氣或者氟碳化合物氣體刻蝕HOPG，在HOPG表面加工出具有設計圖形的微結構；

步驟8：除去光刻膠

在刻蝕結束后，用丙酮浸泡，超聲清洗去除殘余光刻膠；完成第7步后需立即完成本步操作，否則可能有光刻膠去除不完全的情況發生；用此工藝去除光刻膠操作簡單、成本低廉、去除完全，可避免用機械去膠對HOPG微結構造成的機械物理破壞和用氧等離子體去膠對HOPG微結構造成的物理和化學破壞；

步驟9：除去HOPG的掩膜

使用和第6步一樣的操作去除殘留的HOPG的掩膜，得到表面具有設計圖形的微結構的HOPG。

本發明的有效效果是：借鑒微電子和MEMS常用的光刻方法直接對HOPG進行加工，此方法的工藝生產線成熟，性價比較高，適合在HOPG上直接加工出特征尺度大于500納米的圖形。

附圖說明：

圖1是實施1中用光刻工藝在高定向熱解石墨上加工微結構方法示意圖；

圖2是實施2中用光刻工藝在高定向熱解石墨上加工微結構方法示意圖；

圖3是實施3中用光刻工藝在高定向熱解石墨上加工微結構方法示意圖；

圖4是實施4中用光刻工藝在高定向熱解石墨上加工微結構方法示意圖；

具體實施實例：

實施實例1：

本實施例中用光刻工藝在高定向熱解石墨上加工微結構方法包括如下步驟：

步驟1：表面平整化

使用CETR牌CP-4的化學機械研磨機減薄和研磨HOPG表面，調整HOPG的厚度和保證上下兩面的平行度，然后對其拋光。

步驟2：表面清洗