Đề tài Quang khắc

Quang khắc Kỹ thuật quang khắc (photolithography ) Ứng dụng: Chế tạo vật liệu Linh kiện (MEMS) kích thước nhỏ (micrô) Vi mạch điện tử với hình dạng xác định Nguyên lý hoạt động: Sử dụng bức xạ ánh sáng làm biến đổi các chất cảm quang phủ trên bề mặt để tạo ra hình ảnh cần tạo Photolithography PR: photoresist Thuốc hiện: Developer Nước khử Ion: DI Water Các hóa chất ăn mòn: NaOH; KOH: HNO3; HF… Phòng sạch: Cleaning Room - What???????? Quang khắc âm và dương Thiết bị quang khắc Kỹ Thuật So Mask(Mask Alignment) Cấu tạo hệ quang khắc Nguồn phát tia tử ngoại Bộ khuyếch đại chùm tia tử ngoại Mặt nạ (photomask). Mặt nạ là một tấm chắn sáng được in trên đó các chi tiết cần tạo Thấu kính hội tụ để hội tụ chùm ánh sáng đi ra từ mặt nạ chiếu vào bề mặt phiến cần tạo Đế là phiến Si đã phủ các lớp vật liệu và một lớp cảm quang. Một số thuật ngữ Mặt nạ: là một tấm thủy tinh có hình ảnh. Hình ảnh được tạo bằng cách ăn mòn có chọn lọc lớp crom mỏng (khoảng 70 nm) phủ trên tấm thủy tinh tạo vùng tối và vùng sáng. Khi chiếu ánh sáng qua chỗ nào không có crom thì cho ánh sáng đi qua, chỗ nào có crom sẽ cản ánh sáng. Lớp cảm quang: là các chất hữu cơ bị rửa trôi hoặc ăn mòn dưới các dung dịch tráng rửa Cản quang dương: Là cản quang có tính chất biến đổi sau khi ánh sáng chiếu vào sẽ bị hòa tan trong các dung dịch tráng rửa. Cản quang âm: Là cản quang có tính chất biến đổi sau khi ánh sáng chiếu vào thì không bị hòa tan trong các dung dịch tráng rửa. Dung dịch tráng rửa: Dung môi hữu cơ có khả năng hòa tan vật liệu cảm quang Qui trình Quang khắc Xử lý bề mặt của đế Phủ chất cản quang (photoresist) bằng kỹ thuật quay phủ (spin-coating). Chiếu chùm AS qua mặt nạ chắn sáng, chùm tia sẽ hội tụ in trên đế đã phủ cản quang tạo ra hình ảnh của chi tiết cần tạo. Chỉ có vùng cảm quang dương được chiếu sáng sẽ bị thay đổi tính chất => bị hòa tan trong dung dịch tráng rửa. Tráng rửa loại bỏ vùng cản quang đã bị chiếu sáng tạo ra hình dáng theo mặt nạ chắn sáng Phủ các lớp vật liệu cần tạo lên trên Loại bỏ lớp cản quang dư bằng cách hòa tan trong dung môi hữu cơ => chỉ còn phần vật liệu có hình dạng như đã tạo Qui trình kỹ thuật “lift-off” Xử lý bề mặt của đế Phủ chất cản quang dương lên đế Chiếu chùm điện tử hội tụ trên đế để làm thay đổi tính chất lớp cản quang theo hình của chi tiết cần tạo. Phần bị chiếu chùm điện tử sẽ bị thay đổi tính chất => bị hòa tan trong dung dịch tráng rửa. Tráng rửa loại bỏ vùng cản quang đã bị chiếu Phủ các lớp vật liệu cần tạo lên trên Loại bỏ lớp cản quang dư bằng cách hòa tan trong dung môi hữu cơ => chỉ còn phần vật liệu có hình dạng như đã tạo Qui trình kỹ thuật ăn mòn Xử lý bề mặt của đế Phủ vật liệu cần tạo lên đế Phủ tiếp lớp cản quang âm lên đế Chiếu chùm điện tử hội tụ trên đế để làm thay đổi tính chất lớp cản quang theo hình của chi tiết cần tạo. Phần bị chiếu chùm điện tử sẽ bị thay đổi tính chất => không bị hòa tan trong dung dịch tráng rửa => bảo vệ phần vật liệu bên dưới. Tráng rửa loại bỏ vùng cản quang không đã bị chiếu Đưa vào buồng ăn mòn, phần vật liệu không có cản quang sẽ bị ăn mòn. Phần được bảo vệ được giữ lại có hình dạng của cản quang. Loại bỏ lớp cản quang dư bằng cách hòa tan trong dung môi hữu cơ => chỉ còn phần vật liệu có hình dạng như đã tạo Qui trình ăn mòn Ăn mòn khô (dry etching): Sử dụng các plasma hoặc hỗn hợp khí có tính phá hủy mạnh (CH4/O2/H2, F2...) Ưu điểm: Ăn mòn có định hướng Ăn mòn ướt (wet etching): dùng các dung dịch hóa chất để hòa tan vật liệu... Ăn mòn theo tất cả các hướng Kỹ thuật quang khắc (photolithography ) Ưu điểm: Chế tạo kích thước micro Rẻ tiền, nhanh Sử dụng phổ biến trong công nghiệp Kích thước nhỏ nhất là 50 nm Hạn chế: Ánh sáng bị nhiễu xạ nên không thể hội tụ chùm sáng xuống kích cỡ quá nhỏ Không thể chế tạo các chi tiết có kích thước nano Để chế tạo các chi tiết nhỏ < 50 nm sử dụng kỹ thuật quang khắc chùm điện tử (electron beam lithography). khắc chùm điện tử Kỹ thuật khắc hình bằng chùm điện tử (EBeam) Ứng dụng: Chế tạo vật liệu Linh kiện (NEMS) kích thước nhỏ (nanô) Vi mạch điện tử với hình dạng xác định Nguyên lý hoạt động: Sử dụng chùm điện tử năng lượng cao hội tụ làm biến đổi các chất cảm quang phủ trên bề mặt để tạo ra hình ảnh cần tạo Thiết bị quang khắc chùm điện tử Cấu tạo hệ quang khắc chùm điện tử Nguồn phát chùm điện tử có năng lượng cao Thấu kính từ để khuyếch đại khuếch đại và thu hẹp chùm điện tử Cuộn dây điều khiển để quét điện tử chính xác theo chi tiết cần tạo Sau khi được điều khiển, chùm điện tử được chiếu trực tiếp lên bề mặt mẫu cần tạo mà không cần mặt nạ tạo hình Hai phương pháp: Kỹ thuật "loại bỏ“(lift-off) Kỹ thuật ăn mòn (etching) Kỹ thuật quang khắc chùm điện tử Ưu điểm: Chế tạo kích thước nanô Chậm, đắt tiền Có thể tạo các chi tiết có độ phân giải cao và kích thước nhỏ hơn rất nhiều so với quang khắc (vài nanô) Dễ dàng tạo các chi tiết phức tạp. Không cần mặt nạ Hạn chế: Phương pháp EBL chậm hơn nhiều so với quang khắc Đắt tiền