CN109889180A - 一种高频声表面波叉指换能器的制备方法 - Google Patents
一种高频声表面波叉指换能器的制备方法 Download PDFInfo
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Abstract
本发明涉及一种高频声表面波叉指换能器的制备方法，本发明将叉指金属图案和汇流条图案分两步制作从而快速精确地获得了高频声表面波叉指换能器金属图案。本发明的目的是高效可靠地制备高频声表面波叉指换能器。本发明采用的离子束抛光去除了叉指图案部分正型光刻胶上的金属材料，极大地改善了剥离工艺，增加了器件制备的鲁棒性，使成品率提升，而且采用套刻光刻技术制备大面积的汇流条金属图案部分，提升了器件制备的效率，适用于密集的多对数的长叉指高频声表面波叉指换能器的制备。总体而言，该制备方法具有跨尺度、高效率、低成本、高可靠性等优点，可实现大批量、大面积的高频声表面波叉指换能器制备。
Description
技术领域
本发明属于微纳制造领域，具体涉及一种高频声表面波叉指换能器的制备方法，可以高效可靠地制备高频声表面波叉指换能器。
背景技术
声表面波(surface acoustic wave，SAW)器件在全球漫游(1.8-2.2GHz)、卫星定位(1.575GHz)、低地球轨道新卫星通信(1.5-2.5GHz)等系统中有着大量应用。然而随着移动通信行业的迅猛发展，这些波段的通信信道几乎被占满，通信频率需向超高频段(3-30GHz)发展。例如日本研发的5G网络在4.5GHz，美国和韩国研发的5G网络则是基于更高频的28GHz。
SAW器件叉指换能器的制备通常采用紫外光刻技术[专利公开号CN 105978520A]，所制备的叉指宽度一般在0.5μm以上，频率通常在3GHz以下，无法满足超高频需求。电子束曝光(electro beam lithography，EBL)剥离工艺因其精度高、灵活性好等特点，已在亚微米线宽的叉指换能器制备中有前期研究[专利公开号CN200810222329.7]，是超高频SAW器件叉指换能器制备的较好手段；然而在此工艺中，对于密集、多对数、细长的叉指很难制备，特别是光刻胶上的金属剥离成功率不高，密集叉指间易存在金属颗粒掉落造成短路，导致器件良品率的下降等问题，而且，电子束曝光在曝光大面积的汇流条时效率很低，这些因素限制了电子束曝光结合剥离工艺技术在制备高频声表面波叉指换能器方面的广泛应用。
本发明提供一种可以高效可靠地大批量大面积制备高频声表面波叉指换能器的加工方法，该方法采用的离子束抛光去除了叉指图案部分正型光刻胶上的金属薄膜，极大地改善了剥离工艺，增加了器件制备的可靠性，使成品率提升，对于汇流条图案部分，采用套刻光刻技术，提升了器件制备的效率，适用于密集的多对数的长叉指高频声表面波叉指换能器的高效制备。
发明内容
本发明采用以下技术方案：利用光刻技术对正型光刻胶进行曝光，得到叉指图案，显影后利用蒸发工艺进行金属镀膜，旋涂一层平坦化材料进行平坦化处理后利用斜角离子束抛光直至叉指图案部分正型光刻胶上的金属全部去除，利用剥离工艺去除剩余的正型光刻胶，从而得到叉指金属图案，再甩上一层正型光刻胶进行套刻曝光得到大面积的汇流条图案，显影后利用蒸发工艺进行金属镀膜，从而得到所需的高频声表面波叉指换能器。
具体步骤如下：
一种用于高频声表面波叉指换能器的制备方法，包括以下步骤：
步骤一、提供衬底，清洗衬底；
步骤二、在衬底上旋涂一层正型光刻胶；
步骤三、利用光刻技术对光刻胶进行定点曝光；
步骤四、利用显影液对曝光后的样品进行显影操作得到显影后样品；
步骤五、利用蒸发工艺在显影后样品上蒸发第一层金属薄膜；
步骤六、利用旋涂的方法在已经蒸发金属薄膜的衬底上旋涂一层平坦化材料；
步骤七、将衬底放在热板上烘烤，去除平坦化材料中的溶剂；
步骤八、利用斜角离子束抛光，将平坦化材料及正型光刻胶上的金属薄膜全部去除；
步骤九、剥离，去除剩余的光刻胶，即得到高频声表面波叉指换能器的叉指部分的金属图案；
步骤十、再在衬底的叉指部分的金属图案侧再旋涂一层正型光刻胶；
步骤十一、利用套刻光刻技术对光刻胶进行电子束曝光得到套刻曝光后的样品；
步骤十二、利用显影液对套刻曝光后的样品进行显影操作得到套刻显影后的样品；
步骤十三、利用蒸发工艺在套刻显影后的样品上蒸发第二层金属薄膜；
步骤十四、利用剥离工艺，去除剩余的光刻胶，制备出高频声表面波叉指换能器的汇流条部分的金属图案，从而获得完整的高频声表面波叉指换能器金属图案。
进一步的改进，所述步骤一的衬底为压电材料衬底，所述压电材料包括铌酸锂、钽酸锂和石英材料。
进一步的改进，所述步骤二和步骤十中的正型光刻胶包括聚甲基丙烯酸甲酯、ZEP系列光刻胶、AZ系列光刻胶和RZJ-390PG正性光刻胶。
进一步的改进，所述步骤三和步骤十一中的光刻技术包括电子束曝光技术、离子束曝光技术、紫外或者极紫外曝光技术、X射线曝光技术、激光直写技术、激光干涉光刻技术和纳米压印技术。
进一步的改进，所述步骤四和步骤十二中的显影液为正型光刻胶显影液，所述正型光刻胶显影液包括PMMA显影液、氢氧化钠显影液和AZ400K显影液。
进一步的改进，所述步骤五和步骤十三中的蒸发工艺包括电子束蒸发工艺、离子束溅射工艺和热蒸发工艺。
进一步的改进，所述步骤六中的平坦化层材料包括聚甲基丙烯酸甲酯、旋转涂布玻璃和氢倍半硅氧烷。
进一步的改进，所述步骤七中的烘烤的温度范围为50℃～1000℃，烘烤的时间2～600分钟。
进一步的改进，所述步骤八中，抛光全部平坦化层以及正型光刻胶上的金属直到露出正型光刻胶表面为止。
进一步的改进，所述步骤九和步骤十四中的剥离工艺为湿法剥离；所述步骤一中清洗衬底后，用离子体清洗机对衬底表面进行处理，依靠等离子体中活性粒子的活化作用，去除衬底表面污渍。
本发明的有益效果：本发明提供了一种高频声表面波叉指换能器的制备方法,利用用离子束抛光避免了密集的多对数的长叉指部分正型光刻胶上的金属剥离失败对器件性能的影响，且利用套刻工艺提升了汇流条制备的效率，在通信、导航、雷达、电子对抗、遥控遥测、广播电视等各类军用和民用电子系统中有着广阔的应用前景。
附图说明
附图用来提供对本发明的进一步理解，且构成说明书的一部分，与本发明的具体实施方式一起用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。在附图中：
图1是在衬底上旋涂正型光刻胶的示意图。
图2是对正型光刻胶曝光显影后示意图。
图3是沉积一层金属薄膜后的示意图。
图4是旋涂一层平坦化材料之后的示意图。
图5是采用离子束抛光之后的示意图。
图6是去除剩余正型光刻胶之后的叉指金属图案的正视示意图。
图7是去除剩余正型光刻胶之后的叉指金属图案的俯视示意图。
图8是再次甩胶套刻曝光蒸发金属并去除正型光刻胶之后的高频声表面波叉指换能器金属图案的俯视示意图。
图中简单符号说明：
1.衬底 2.正型光刻胶
3.第一层金属薄膜 4.平坦化材料
5.第二层金属薄膜。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的具体实施例作进一步详细描述，应当理解，此处所描述的实施方式用于说明和解释本发明，并不用于限定本发明。
提供衬底：选择铌酸锂衬底、并先用丙酮、乙醇、去离子水各超声清洗10min，用氮气吹干，并采用氧等离子体轰击处理。如图1所示，先在衬底上滴上几滴3％的PMMA覆盖衬底的三分之二即可，并用匀胶机以5000r/min的转速旋涂60s，使得PMMA均匀覆盖在衬底上，将样品放在热板上180℃烘烤300s烘烤后，PMMA厚度约为60nm；如图2所示，利用电子束曝光设备Raith 150two，高压30KV，30um光阑对PMMA光刻胶进行曝光，并把曝光后的片子在显影液体积比1：3的MIBK:IPA混合液中显影60s，然后用异丙醇冲洗60s，再用去离子水冲洗30s，并用氮气吹干；如图3所示，采用热蒸发设备，在偏压为350V，电流为120A，真空度为1帕，蒸发金速率为的条件下，蒸发300s，沉积上一层30nm金膜；如图4所示，在图3处理后的样品上滴几滴HSQ溶液覆盖衬底的三分之二即可，并用匀胶机以4000r/s的转速旋涂60s，金膜上HSQ厚度约为100nm。把经过旋涂HSQ薄膜的样品在热板上以50℃烘烤300s；如图5所示，采用斜角离子束抛光设备，以高压为500ev，束流100mA,角度为80°对样品进行抛光处理500s，将PMMA光刻胶上表面的金属薄膜全部去除；如图6所示，把经图5处理过的样品进行剥离工艺,具体为把残余的正型光刻胶放入丙酮溶液将PMMA全部去除，从而获得叉指金属图案，如图7所示，为去除剩余正型光刻胶之后的叉指金属图案的俯视示意图，如图8所示，利用电子束曝光设备Raith 150two，以高压为30KV，120um光阑对PMMA光刻胶进行曝光，并把曝光后的片子在显影液体积比1：3的MIBK:IPA混合液中显影60s，然后用异丙醇冲洗60s，再用去离子水冲洗30s，并用氮气吹干，再利用热蒸发设备，在偏压为350V，电流为120A，真空度为1帕，蒸发金速率为的条件下，蒸发900s，最后利用剥离工艺,把残余的正型光刻胶PMMA全部去除，制备出汇流条金属图案(由第二金属薄膜制成)，从而获得完整的高频声表面波叉指换能器金属图案。其中，第一层金属薄膜制成了叉指金属图案；第二层金属薄膜制成了汇流条金属图案。
上述说明并非对本发明的限制，本发明也不仅限于上述举例，本技术领域的普通技术人员在本发明的实质范围内所做出的变化、改型、添加或替换，也属于本发明的保护范围。
Claims (10)
1.一种用于高频声表面波叉指换能器的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤一、提供衬底，清洗衬底；
步骤二、在衬底上旋涂一层正型光刻胶；
步骤三、利用光刻技术对光刻胶进行定点曝光；
步骤四、利用显影液对曝光后的样品进行显影操作得到显影后样品；
步骤五、利用蒸发工艺在显影后样品上蒸发第一层金属薄膜；
步骤六、利用旋涂的方法在已经蒸发金属薄膜的衬底上旋涂一层平坦化材料；
步骤七、将衬底放在热板上烘烤，去除平坦化材料中的溶剂；
步骤八、利用斜角离子束抛光，将平坦化材料及正型光刻胶上的金属薄膜全部去除；
步骤九、剥离，去除剩余的光刻胶，即得到高频声表面波叉指换能器的叉指部分的金属图案；
步骤十、再在衬底的叉指部分的金属图案侧再旋涂一层正型光刻胶；
步骤十一、利用套刻光刻技术对光刻胶进行电子束曝光得到套刻曝光后的样品；
步骤十二、利用显影液对套刻曝光后的样品进行显影操作得到套刻显影后的样品；
步骤十三、利用蒸发工艺在套刻显影后的样品上蒸发第二层金属薄膜；
步骤十四、利用剥离工艺，去除剩余的光刻胶，制备出高频声表面波叉指换能器的汇流条部分的金属图案，从而获得完整的高频声表面波叉指换能器金属图案。
2.根据权利要求1所述的一种用于高频声表面波叉指换能器的制备方法制备方法，其特征在于：所述步骤一的衬底为压电材料衬底，所述压电材料包括铌酸锂、钽酸锂和石英材料。
3.根据权利要求1所述的一种用于高频声表面波叉指换能器的制备方法，其特征在于：所述步骤二和步骤十中的正型光刻胶包括聚甲基丙烯酸甲酯、ZEP系列光刻胶、AZ系列光刻胶和RZJ-390PG正性光刻胶。
4.根据权利要求1所述的一种用于高频声表面波叉指换能器的制备方法制备方法，其特征在于：所述步骤三和步骤十一中的光刻技术包括电子束曝光技术、离子束曝光技术、紫外或者极紫外曝光技术、X射线曝光技术、激光直写技术、激光干涉光刻技术和纳米压印技术。
5.根据权利要求1所述的一种用于高频声表面波叉指换能器的制备方法，其特征在于：所述步骤四和步骤十二中的显影液为正型光刻胶显影液，所述正型光刻胶显影液包括PMMA显影液、氢氧化钠显影液和AZ400K显影液。
6.根据权利要求1所述的一种用于高频声表面波叉指换能器的制备方法，其特征在于：所述步骤五和步骤十三中的蒸发工艺包括电子束蒸发工艺、离子束溅射工艺和热蒸发工艺。
7.根据权利要求1所述的一种用于高频声表面波叉指换能器的制备方法，其特征在于：所述步骤六中的平坦化层材料包括聚甲基丙烯酸甲酯、旋转涂布玻璃和氢倍半硅氧烷。
8.根据权利要求1所述的一种用于高频声表面波叉指换能器的制备方法，其特征在于：所述步骤七中的烘烤的温度范围为50℃～1000℃，烘烤的时间2～600分钟。
9.根据权利要求1所述的一种用于高频声表面波叉指换能器的制备方法，其特征在于：所述步骤八中，抛光全部平坦化层以及正型光刻胶上的金属直到露出正型光刻胶表面为止。
10.根据权利要求1所述的一种用于高频声表面波叉指换能器的制备方法，其特征在于：所述步骤九和步骤十四中的剥离工艺为湿法剥离；所述步骤一中清洗衬底后，用离子体清洗机对衬底表面进行处理，依靠等离子体中活性粒子的活化作用，去除衬底表面污渍。
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