[发明专利]用光刻工艺在高定向热解石墨上加工微结构的方法

说明书

技术领域

本发明涉及用光刻技术对高定向热解石墨（HOPG）进行微加工。

背景技术

为在微纳米研究领域应用具有优良导电性，抗磁性，低硬度和良好表面润滑性能的HOPG，很多研究机构都在开展研究如何微加工HOPG的工作。通过调研发现，目前的研究都是用激光、离子束、电子束等直写的方法将HOPG图形化，此类加工方法经济和时间成本高昂。

发明内容

本发明提供一种引入光刻技术，实现性价比较高的HOPG微结构加工方法。让具有优良导电性，抗磁性和低硬度的HOPG能直接应用于MEMS（微机械电子系统）领域，并在要求芯片整体拥有良好导电性、抗磁性、针对声波低通滤波等特殊应用场合替代不具有以上性能的硅基MEMS，这种图形化的HOPG也可以作为结构模板合成金属或半导体微结构。同时，本发明中的HOPG对光刻技术而言也是一种新颖的基底材料。

本发明是通过以下技术方案实现的，用光刻工艺在高定向热解石墨上加工微结构的方法，包括以下步骤：

步骤1：表面平整化，使用研磨机研磨HOPG表面，对其抛光。

步骤2：表面清洗

超声清洗时的超声波规格是:采用2万赫兹到20万赫兹的频率，每升水不低于30w的功率。先将HOPG浸泡于纯水中，超声清洗不低于5分钟，可以清除表面平整化过程中的大部分颗粒污染及其他部分污染；然后将HOPG依次浸泡于丙酮和乙醇两种液体中，超声清洗不低于5分钟，主要用于去除有机污染，洗完后用纯水冲洗不低于1分钟；接着把双氧水、盐酸和纯水按照体积比1:1:6～1:2:50配制洗液，加热温度范围50℃到80℃，清洗HOPG不低于5分钟，可去除大部分金属离子；最后用纯水冲洗不低于1分钟并干燥；

步骤3：制作HOPG的掩膜：

在表面平整和清洗后的HOPG上淀积一层SiO₂薄膜或者金属薄膜作为HOPG的掩膜；

步骤4：涂胶：

在基片上旋涂一层厚度均匀的光刻胶作为SiO₂薄膜或者金属薄膜的掩膜；

步骤5：光刻：包括软烘、曝光、曝光后烘焙、显影、坚膜；

步骤6：图形化HOPG的掩膜：

若HOPG的掩膜是二氧化硅，可使用氢氟酸或者氢氧化钾、浓氨水湿法腐蚀图形化掩膜层，或者使用氟硫化物作为反应气体刻蚀的方法图形化掩膜层；若HOPG的掩膜是金属，根据能腐蚀金属但不能溶解光刻胶和石墨的原则配制适当的腐蚀液图形化掩膜层；

步骤7：刻蚀HOPG：

用MEMS行业常用的各种干法刻蚀设备，包括圆筒式、平板式、顺流等离子体、平面三极、反应离子刻蚀（RIE）、深度反应离子刻蚀（DRIE）、电子回旋加速震荡（ECR）、分布式ECR、感应耦合等离子体刻蚀（ICP）或磁增强反应离子刻蚀（MERIE）以及其它干法刻蚀设备，使用氧气或者氟碳化合物气体刻蚀HOPG，在HOPG表面加工出具有设计图形的微结构；

步骤8：除去光刻胶

在刻蚀结束后，用丙酮浸泡，超声清洗去除残余光刻胶；完成第7步后需立即完成本步操作，否则可能有光刻胶去除不完全的情况发生；用此工艺去除光刻胶操作简单、成本低廉、去除完全，可避免用机械去胶对HOPG微结构造成的机械物理破坏和用氧等离子体去胶对HOPG微结构造成的物理和化学破坏；

步骤9：除去HOPG的掩膜

使用和第6步一样的操作去除残留的HOPG的掩膜，得到表面具有设计图形的微结构的HOPG。

本发明的有效效果是：借鉴微电子和MEMS常用的光刻方法直接对HOPG进行加工，此方法的工艺生产线成熟，性价比较高，适合在HOPG上直接加工出特征尺度大于500纳米的图形。

附图说明：

图1是实施1中用光刻工艺在高定向热解石墨上加工微结构方法示意图；

图2是实施2中用光刻工艺在高定向热解石墨上加工微结构方法示意图；

图3是实施3中用光刻工艺在高定向热解石墨上加工微结构方法示意图；

图4是实施4中用光刻工艺在高定向热解石墨上加工微结构方法示意图；

具体实施实例：

实施实例1：

本实施例中用光刻工艺在高定向热解石墨上加工微结构方法包括如下步骤：

步骤1：表面平整化

使用CETR牌CP-4的化学机械研磨机减薄和研磨HOPG表面，调整HOPG的厚度和保证上下两面的平行度，然后对其抛光。

步骤2：表面清洗