一个实际的光刻加工过程

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1、微机电系统课程论文一个实际的光刻加工过程机械设计研究所解泽哲（21225098）摘要：光刻是通过一系列生产步骤，将晶圆表面薄膜的特定部分除去的工艺。在此之后，晶圆表面会留下带有微图形结构的薄膜。通过光刻工艺过程，最终在晶圆上保留的是特征图形部分。在微机电系统中，光刻是一个十分重要且应用广泛的加工方法，因为这种方法可以十分方便而巧妙的加工出所需要的形状或图形，本文就作者在现实中所亲历的一次对石墨烯的光刻加工过程，简要讨论了光刻方法在微机电系统中的应用。1石墨烯石墨烯是新近才被发现的一种新材料，其最主要的特点在于仅由一层碳原子组成，其整个空间结构是二维的。不同于一般的三维结构材

2、料，它具有许多更为优异的性质，如极高的载流子迁移率，虽然极薄但却十分坚硬，极高的透光性。凭借这些性质，石墨烯在微机电系统中的应用已越来越广泛，同时也是诸多碳材料中前景最为光明的一种。利用其构建的传感器是其诸多应用中的一种。我们的工作，就是利用光刻方法，构建出基于石墨烯的传感器的基础性装置。2所需结构我们所构建的基于石墨烯的传感器的基础性装置，如下图所示：图中蓝色为基底，红色为铜，黑白格为石墨烯。两图中共性的部分是两个铜电极以及中间的石墨烯，这样可以构成电流通路，而上图中两边较大面积的铜电极是用来测试该结构是否可以起到电场保护作用。将所暴露出的石墨烯浸于特定的溶液或气体中。由

3、于气体或溶液中的特定分子会与石墨烯性质活泼的表面发生物理或化学反应，影响石墨烯上通过的电流，因而可以用来做浓度传感器，亦可用来探测特定分子。3准备工作我们使用的光刻胶，具有正胶的性质，即曝光后，会被显影液溶解。同时操作须在一定的基底上进行我们选用SiO（4inches）。同时，光刻工艺对于基底21/9微机电系统课程论文的清洁度是有要求的，故而在实际操作前，需对基底进行清洁。这里，我们选用4inches的硅片，先用去离子水超声清洗30分钟，然后在HSO:HO（比例3：1）中煮沸1小2422时，然后再用去离子多次清洗并用氮气吹干，生成SiO基底，并保证了所生成的基底的清2洁度。

4、同时在此基底上，我们需要石墨烯，出于尺寸考虑，我们利用化学气相沉积法（CVD）生长出所需尺寸的石墨烯。最终形成的基底与石墨烯如下图所示：石墨烯图3-2基底与石墨烯图同时，光刻中的另一个关键性技术就是掩膜板，掩膜板的作用是在曝光过程中遮光，从而通过接下来的显影过程，将掩膜板上的图形映射到光刻胶上来进行进一步的在主要材料上的图形加工。利用L-edit软件，我们设计出如下图所示掩膜板：图3-2掩膜板图为避免误解，上面四个图中，前两图红色部分透光，白色部分则不透。后两图则正好相2/9微机电系统课程论文反。4实际操作下面我将配合图形，详述我所设计并操作的光刻加工过程。（1）第一次光刻

5、工艺（形成金属电极）4-1在基底与石墨烯上旋涂一层光刻胶光刻胶SiO2Si石墨烯图4-1旋涂光刻胶利用光刻胶形成图形的原理是：光刻胶被强光照射后，会发生光化学反应而变质，而使得其在某种溶液中的溶解度增大，而这种溶液，就是所谓的显影液。我们利用的光刻胶为正胶。4-2利用下图所示掩膜板进行曝光处理图4-2以一次光刻掩膜板4-3显影后得到下图图4-3显影后图形4-4金属沉积，形成电极。3/9微机电系统课程论文金属光刻胶SiO2Si石墨烯图4-4沉积金属后的截面图一金属SiSiO2Si石墨烯图4-5沉积金属后的截面图二金属沉积一般是将金属加热到其沸点，直接汽化，再沉积至电极装置上面

6、。4-5去胶（lift-off）,得到下图：金属SiO2Si石墨烯图4-6去胶后截面图一4/9微机电系统课程论文金属(200nm)SiO2(300nm)Si(350um)石墨烯图4-7去胶后截面图二Lift-off是将光刻胶去除的方法，因为金属附着在光刻胶上，则去掉光刻胶后金属将被一并去除。图4-8去胶后电极图（2）第二次光刻工艺（刻蚀掉多余石墨烯）4-6在金属上与基底上均匀地旋涂一层光刻胶，光刻胶SiO2Si石墨烯图4-9旋涂光刻胶截面图一5/9微机电系统课程论文光刻胶SiO2Si石墨烯图4-10旋涂光刻胶截面图二4-7并利用下掩膜板曝光并显影得到图4-11第二次光刻掩膜

7、板在这里，可以比较容易的理解十字标记的作用，做些说明：这个掩膜板的作用，是为保护中部的石墨烯免受干刻蚀的破坏，如何让该掩膜板正好处于正中位置是一个问题，解决这个问题的方法，正是利用周围的十字标记。我们使两次的十字标记对齐，而图形的总尺寸一致，则保证了上下图形的完全重叠，重叠下，中心必然对齐，则可达到以较高精度保证中部石墨烯的位置，保护石墨烯的目的。光刻胶SiO2Si石墨烯图4-12曝光后截面图一6/9微机电系统课程论文光刻胶SiO2Si石墨烯图4-13曝光后截面图二图4-14曝光后的电极图形4-8利用干法（氧离子）