Tài liệu Quang khắc pptx

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: HNO
3
; 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
1. Nguồn phát tia tử
ngoại
2. Bộ khuyếch đại chùm

tia tử ngoại
3. Mặt nạ (photomask).
Mặt nạ là một tấm chắn
sáng được in trên đó
các chi tiết cần tạo
4. Thấu kính hội tụ để
hội tụ chùm ánh sáng
đi ra từ mặt nạ chiếu
vào bề mặt phiến cần
tạo
5. 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
Cr
Qui trình Quang khắc
1. Xử lý bề mặt của đế
2. Phủ chất cản quang
(photoresist) bằng kỹ thuật
quay phủ (spin-coating).
3. 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.
4. 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
5. Phủ các lớp vật liệu cần tạo lên
trên
6. 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-oj”
1. Xử lý bề mặt của đế
2. Phủ chất cản quang dương lên đế
3. Chiếu chùm điện tử hội tụ trên đế để
làm thay đổi tính chất lớp cản
quang theo hình của chi tiết cần tạo.
4. 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
5. Phủ các lớp vật liệu cần tạo lên trên
6. 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
1. Xử lý bề mặt của đế
2. Phủ vật liệu cần tạo lên đế
3. Phủ tiếp lớp cản quang âm lên đế
4. Chiếu chùm điện tử hội tụ trên đế để làm
thay đổi tính chất lớp cản quang theo hình
của chi tiết cần tạo.
5. 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.
6. Tráng rửa loại bỏ vùng cản quang không

đã bị chiếu
7. 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.
8. 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
1. Nguồn phát chùm điện tử
có năng lượng cao
2. Thấu kính từ để khuyếch
đại khuếch đại và thu hẹp
chùm điện tử
3. Cuộn dây điều khiển để
quét điện tử chính xác
theo chi tiết cần tạo
4. 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
5. Hai phương pháp:
•
Kỹ thuật "loại bỏ“
(lift-o9)
•
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