類(lèi)金剛石薄膜的反應(yīng)離子刻蝕實(shí)驗(yàn)
在微機(jī)電系統(tǒng)(MEMS) 中,利用微電子行業(yè)中的硅集成電路工藝和技術(shù)來(lái)制備硅基微型化傳感器執(zhí)行器以及微結(jié)構(gòu),在生命科學(xué)、汽車(chē)工業(yè)、航空航天、國(guó)防等領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。但硅基的微運(yùn)動(dòng)部件摩擦力較大,對(duì)扭矩的消耗較大,由此造成的磨損降低了部件的可靠性和使用壽命。類(lèi)金剛石薄膜(diamond2like carbon films,DLC)是一種極具發(fā)展?jié)摿Φ男滦凸δ懿牧?具有硬度高、導(dǎo)熱性能好、摩擦系數(shù)小、耐磨損、耐腐蝕的特點(diǎn),可在室溫下制備,能沉積在包括低熔點(diǎn)在內(nèi)的幾乎所有基底上。在MEMS 領(lǐng)域有廣闊的應(yīng)用前景,引起了科技工作者的廣泛興趣 。
由于類(lèi)金剛石薄膜具有極高的硬度和化學(xué)穩(wěn)定性,使其難以用常規(guī)的方法進(jìn)行加工。目前國(guó)內(nèi)外存在類(lèi)金剛石薄膜圖形化的方法有:選擇性生長(zhǎng)、模型復(fù)制、激光刻蝕和等離子刻蝕。前三種方法都存在各種難以克服的困難,如選擇性生長(zhǎng)由于是各向同性生長(zhǎng),微結(jié)構(gòu)的精度受到限制,尤其在生長(zhǎng)較厚的微結(jié)構(gòu)時(shí),常會(huì)出現(xiàn)粘結(jié)現(xiàn)象;模型復(fù)制通常要破壞基體,與其它部分集成也有一定難度,后續(xù)加工也依賴(lài)于其它微加工技術(shù),用途有限;激光刻蝕容易使金剛石薄膜發(fā)生石墨化,制備出微結(jié)構(gòu)的性能降低,而且完全做到既刻蝕掉目標(biāo)位置的類(lèi)金剛石薄膜又不損傷基體和留下的微結(jié)構(gòu)是當(dāng)前一個(gè)題。等離子體刻蝕類(lèi)金剛石薄膜存在很大優(yōu)勢(shì),利用低能活性氧離子與碳發(fā)生化學(xué)反應(yīng)進(jìn)行類(lèi)金剛石薄膜圖形化,具有刻蝕率高、對(duì)基體損傷小的優(yōu)點(diǎn)。基于此,本文對(duì)電子回旋共振(electron cyclotronresonance,ECR) 微波反應(yīng)離子刻蝕類(lèi)金剛石薄膜進(jìn)行研究,研究了主要工藝參數(shù)對(duì)刻蝕率的影響,刻蝕出結(jié)構(gòu)完整、失真度小、獨(dú)立的微齒輪,并進(jìn)行了組裝。
本實(shí)驗(yàn)在ECR 微波反應(yīng)離子刻蝕機(jī)上進(jìn)行(如圖1 示) ,該設(shè)備采用2145GHz 微波,外加磁場(chǎng)在ECR 區(qū)為B = 010875T,具有高的穩(wěn)定性和電離率 。
圖1 電子回旋共振微波等離子體反應(yīng)裝置
樣品制備工藝(如圖2 所示) :用丙酮和去離子水超聲波清洗干凈硅片后,用紅外燈烘干,利用LPP2CVD 方法制備類(lèi)金剛石薄膜,然后利用磁控濺射在類(lèi)金剛石膜上鍍鋁膜作為掩護(hù)層,再在上面甩一層光刻膠,經(jīng)光刻、化學(xué)腐蝕,把微圖形轉(zhuǎn)移到Al掩膜上,再用反應(yīng)離子刻蝕,形成所需的類(lèi)金剛石薄膜微結(jié)構(gòu),最后腐蝕硅片,得到“獨(dú)立”的微器件,并進(jìn)行組裝。
圖2 樣品制備工藝
利用AlphaStep2500 型臺(tái)階儀測(cè)量薄膜的刻蝕深度,用掃描電境(LEQ2S440) 和6JA 干涉顯微鏡測(cè)量微齒輪的形貌和尺寸,由于類(lèi)金剛石薄膜的導(dǎo)電性較差,用SEM測(cè)量時(shí),做了噴金處理。
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