luận văn:NGHIÊN CỨU QUY TRÌNH CÔNG NGHỆ QUANG KHẮC TRONG PHÒNG SẠCH SỬ DỤNG CHẾ TẠO LINH KIỆN KÍCH THƯỚC MICRO pdf

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI
TRƢỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ

Trần Anh Quang


NGHIÊN CỨU QUY TRÌNH CÔNG NGHỆ QUANG
KHẮC TRONG PHÒNG SẠCH SỬ DỤNG CHẾ TẠO
LINH KIỆN KÍCH THƢỚC MICRO


KHOÁ LUẬN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC HỆ CHÍNH QUY
Ngành: Vật Lý Kỹ Thuật







HÀ NỘI – 2011

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI
TRƢỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ


Trần Anh Quang


NGHIÊN CỨU QUY TRÌNH CÔNG NGHỆ QUANG
KHẮC TRONG PHÒNG SẠCH SỬ DỤNG CHẾ TẠO
LINH KIỆN KÍCH THƢỚC MICRO

KHOÁ LUẬN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC HỆ CHÍNH QUY
Ngành: Vật Lý Kỹ Thuật

Cán bộ hƣớng dẫn: Ths. Bùi Đình Tú






HÀ NỘI - 2011
Lời cảm ơn

Trước hết, em xin chân thành gửi lời cảm ơn tới Thạc sĩ: Bùi Đình Tú. Người
thầy đã tận tình hướng dẫn, chỉ bảo em những kiến thức còn thiếu hụt trong suốt quá
trình thực nghiệm và viết khóa luận. Cùng với sự ủng hộ sâu sắc của thầy đã giúp em
hoàn thành khóa luận này.
Em xin gửi lời cảm ơn sâu sắc tới Thầy, cô cùng các anh, chị trong Phòng thí
nghiệm công nghệ Nano đã giúp đỡ và tạo điều kiện trong suốt thời gian em làm việc
tại phòng.
Cuối cùng em xin gửi lời cảm ơn tới các thầy, các cô trong khoa Vật Lý Kỹ
Thuật và Công Nghệ Nano cùng toàn thể thầy cô trong trường Đại Học Công nghệ -
Đại Học Quốc Gia Hà Nội đã giúp đỡ tạo điều kiện và cung cấp kiến thức khoa học
cơ bản trong suốt bốn năm học qua.


Sinh viên: Trần Anh Quang

Tóm tắt nội dung

Khóa luận này nghiên cứu về các quy trình chế tạo các cấu trúc kích thước
micro-met bằng công nghệ quang khắc được thực hiện trong phòng sạch. Bao gồm các
nghiên cứu về: ảnh hưởng của nhiệt độ nung mẫu ban đầu, thời gian chiếu sáng UV,
tốc độ quay phủ mẫu, thời gian chiếu sáng UV lần 2 đến chất lượng của màng, tốc độ
rửa trôi của chất cảm quang, độ dày màng sau khi quang khắc. Từ đó tìm ra các thông
số phù hợp để tạo ra một cấu trúc linh kiện kích thước micro-met hoàn chỉnh.

Lời Cam Đoan

Tôi cam đoan đây là công trình nghiên cứu của tôi dưới sự hướng dẫn của ThS.
Bùi Đình Tú. Các kết quả trong khóa luận này là do chúng tôi thực nghiệm và khảo
sát. Tôi xin chịu hoàn toàn trách nhiệm trước nhà trường về lời cam đoan này.

Hà Nội, ngày 22 tháng 5 năm 2011
Sinh viên: Trần Anh Quang
















MỞ ĐẦU 1
CHƢƠNG 1. TỔNG QUAN VỀ CÔNG NGHỆ KHẮC HÌNH 2
1.1 Quang khắc 2
1.1.1. Định nghĩa 2

1.1.2. Kỹ thuật quang khắc 2
1.1.3. Nguyên lý hệ quang khắc 4
1.1.4. Ứng dụng của quang khắc 5
1.2. Quy trình quang khắc 5
1.3. Các phƣơng pháp khắc hình khác 8
1.3.1. Khắc hình bằng chùm tia điện tử 8
1.3.2 Khắc hình bằng tia X 9
1.3.3. Quang khắc ƣớt 10
1.4. Tổng quan về phòng sạch 11
1.4.1. Định nghĩa về phòng sạch 11
1.4.2. Các tiêu chuẩn phòng sạch 11
1.5. Các trang bị cần thiết cho phòng sạch 14
1.6. Kết luận chƣơng 1 15
CHƢƠNG 2. THỰC NGHIỆM 16
2.1 Các thiết bị máy móc dùng trong quá trình quang khắc 16
2.1.1. Máy quay phủ (Spin Coating) WS-400B-6NPP 16
2.1.2. Hệ quang khắc MJB4 (SUSS MICROTECH) 16
2.1.3. Máy đo độ dày mẫu DEKTAK 150 18
2.1.4. Máy phún xạ catot CA-2000MIF 19
2.1.5. Buồng xử lý mẫu 19
2.2. Các phƣơng pháp khảo sát 20
2.2.1. Kính hiển vi quang học 20
2.2.2. Kính hiển vi điện tử quét (SEM) 21
2.3. Các hóa chất dùng trong phòng sạch 22
2.3.1. Chất cảm quang 22
2.3.2. Mồi HMDS 23
2.3.3. DI water 24
2.4. Quy trình liff - off trong phòng sạch 24
2.4.1. Quy trình liff – off đối với chất cảm quang dƣơng 24
2.4.2. Quy trình liff – off đối với chất cảm quang âm 26

2.5. Kết luận chƣơng 2 27
CHƢƠNG 3: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 28
3.1. Khảo sát các thông số tối ƣu để quang khắc trong phòng sạch 28
3.1.1. Quy trình liff-off dùng mặt nạ dƣơng 28
3.1.2. Quy trình quang khắc âm (REVERSAL của AZ5214E) 38
3.2 Chế tạo thử nghiệm vi cấu trúc linh kiện theo quy trình quang khắc âm 40
3.2.1 Quy trình chế tạo mẫu sensor 41
3.2.2 Chế tạo sensor đo từ trƣờng Trái Đất 43
3.3 Kết quả khảo sát 44
3.3.1 Kết quả hình thái học của sensor bằng kính hiển vi điện tử quét (SEM) 44
KẾT LUẬN CHUNG 45
Hƣớng nghiên cứu tiếp theo: 45








1


MỞ ĐẦU
Quang khắc là kỹ thuật đã được phát triển từ đầu thế kỷ 20, và được sử dụng
rộng rãi nhất trong công nghiệp bán dẫn để chế tạo các vi mạch điện tử trên các phiến
Si. Ngoài ra, quang khắc được sử dụng trong ngành khoa học và công nghệ vật liệu để
chế tạo các chi tiết vật liệu nhỏ, chế tạo các linh kiện vi cơ điện tử (MEMS). Có thể nói
quang khắc là khâu bắt buộc trong ngành chế tạo vi linh kiện. Hạn chế của quang khắc
là do ánh sáng bị nhiễu xạ nên không thể hội tụ chùm sáng xuống kích cỡ quá nhỏ, vì

thế nên không thể chế tạo các chi tiết có kích thước nano (độ phân giải của thiết bị
quang khắc tốt nhất là 50 nm), do đó khi chế tạo các chi tiết nhỏ cấp nanomet, người ta
phải thay bằng công nghệ quang khắc chùm điện tử (electron beam lithography).
Trong công nghệ quang khắc các ảnh hưởng của các yếu tố bên ngoài như độ ẩm, nhiệt
độ phòng,độ sạch của phòng cho đến các thông số trong quá trình quang khắc như thời
gian chiếu sáng, tốc độ quay phủ, nhiệt độ nung mẫu đều ảnh hưởng lớn đến chất
lượng của màng. Ở mỗi phòng thí nghiệm khác nhau các thông số trên đều được tối ưu
hóa để chế tạo ra được các linh kiện với chất lượng tốt nhất.
Tại phòng thí nghiệm công nghệ nano thuộc Trường ĐH Công nghệ việc khảo
sát các ảnh hưởng của các thông số trong quá trình quang khắc đến chất lượng màng
quang khắc thu được chưa được nghiên cứu một cách đầy đủ. Trong khóa luận này tôi
sẽ khảo sát các ảnh hưởng của các thông số trên đến chất lượng của sản phẩm sau quá
trình quang khắc.
Các kết quả thực nghiệm liên quan quá trình khảo sát trên sẽ được trình bày chi
tiết trong khóa luận tốt nghiệp.
Mục đích của việc khảo sát này là tìm ra các thông số phù hợp cho mỗi quá trình
trên. Từ đó dùng để áp dụng vào việc chế tạo các màng linh kiện có chất lượng cao.

2

CHƢƠNG 1
TỔNG QUAN VỀ CÔNG NGHỆ KHẮC HÌNH
1.1 Quang khắc
1.1.1. Định nghĩa
Quang khắc (hay photolithography) là kĩ thuật sử dụng trong công nghệ bán dẫn
và công nghệ vật liệu, nhằm tạo ra các chi tiết của vật liệu với hình dạng và kích thước
xác định, bằng cách sử dụng bức xạ ánh sáng làm biến đổi các chất cảm quang phủ trên
bề mặt vật liệu. Do ảnh hưởng của nhiễu xạ ánh sáng nên phương pháp quang khắc
không cho phép tạo các chi tiết nhỏ hơn micro mét, vì vậy phương pháp này còn được
gọi là quang khắc micro (micro photolithography). [9]

1.1.2. Kỹ thuật quang khắc
Quang khắc là tập hợp các quá trình quang hóa nhằm thu được các phần tử trên
bề mặt của đế có hình dạng và kích thước xác định. Như vậy, quang khắc sử dụng các
phản ứng quang hóa để tạo hình.
Bề mặt của đế sau khi xử lý được phủ một hợp chất hữu cơ gọi là chất cảm
quang (photoresist). Chất cảm quang có tính chất nhạy quang, bền trong các môi
trường kiềm hay axit. Cảm quang có vai trò bảo vệ các chi tiết của vật liệu khỏi bị ăn
mòn dưới các tác dụng của ăn mòn hoặc tạo ra các khe rãnh có hình dạng của các chi
tiết cần chế tạo. Cảm quang thường được phủ lên bề mặt tấm bằng kỹ thuật quay phủ
(spin-coating).
Cảm quang được phân làm 2 loại
 Cảm quang dương: Chất cảm quang sau khi bị ánh sáng chiếu vào sẽ bị hòa
tan trong các dung dịch tráng rửa.
 Cảm quang âm: Chất cảm quang sau khi ánh sáng chiếu vào thì không bị hòa
tan trong các dung dịch tráng rửa.

3

Hình 1.1. -

 Kĩ thuật liff - off (Quang khắc bằng chất cảm quang dương): Chất cảm
quang dương sau khi được phủ trên đế được chiếu sáng thông qua mặt nạ (a). Những
vùng chất cảm quang không được mặt nạ che (bị chiếu sáng) sẽ bị biến đổi tính chất,
tan được trong dung dịch tráng rửa. Còn lại những vùng được mặt nạ che (không bị
chiếu sáng) sẽ bám dính trên đế (b). Tiếp đó vật liệu được bốc bay (bằng phương pháp
phún xạ, …) sẽ bám dính lên đế và lớp chất cảm quang (c). Sau đó phần vật liệu bám
trên chất cảm quang sẽ bị loại bỏ (liff-off) bằng cách cho mẫu vào rung siêu âm trong
acetone. Phần vật liệu bám trên chất cảm quang cùng lớp cảm quang này sẽ bị rửa trôi,
chỉ còn lại lớp vật liệu bám chắc trên đế (d).
 Kĩ thuật ăn mòn (Quang khắc bằng cảm quang âm): Là sự ngược lại của
quy trình quang khắc dương. Ban đầu vật liệu sẽ được bay bốc lên đế, sau đó phủ chất
cảm quang âm. Mẫu được cho vào chiếu sáng thông qua mặt nạ (a), những vùng cảm
quang không được chiếu sáng sẽ tan trong dung dịch tráng rửa, chỉ còn lại những vùng

4

cảm quang bị chiếu sáng (b). Sau đó phần vật liệu bám dính trên đế sẽ bị ăn mòn bằng
chùm tia điện tử (c), lớp chất cảm quang còn lại sẽ bị rửa trôi bằng cồn để lại phần chi
tiết vật liệu cần tạo bên dưới (d).
Việc ăn mòn vật liệu bám dính trên đế khó và phức tạp hơn việc rửa trôi lớp cảm
quang đóng rắn rất nhiều vì quy trình ăn mòn là quy trình bắn phá các điện tử lên bề
mặt mẫu. Vì vậy, nếu không kiểm soát tốt quy trình này thì các hạt điện tử có thể bắn
phá đế gây ra thủng đế. Trong kĩ thuật liff - off ngoài việc sử dụng cảm quang dương
cho mặt nạ dương người ta còn dùng cả tính chất âm của cảm quang âm (photoresist
revert) cho mặt nạ âm.
1.1.3. Nguyên lý hệ quang khắc
Hình 1.2 mô tả nguyên lý của một hệ quang khắc, gồm một nguồn phát tia tử
ngoại, chùm tia tử ngoại này được khuếch đại rồi sau đó chiếu qua một mặt nạ. Mặt nạ

là một tấm chắn sáng được in trên đó các chi tiết cần tạo (che sáng) để che không cho
ánh sáng chiếu vào vùng cảm quang, tạo ra hình ảnh của chi tiết cần tạo trên cảm
quang biến đổi. Sau khi chiếu qua mặt nạ, bóng của chùm sáng sẽ có hình dạng của chi
tiết cần tạo, sau đó nó được hội tụ trên bề mặt phiến đã phủ cảm quang nhờ một hệ
thấu kính hội tụ.[9]

Hình 1.2. Nguyên lý h quang khc

5

1.1.4. Ứng dụng của quang khắc
Quang khắc là kỹ thuật đã được phát triển từ đầu thế kỷ 20, và được sử dụng
rộng rãi nhất trong công nghiệp bán dẫn để chế tạo các vi mạch điện tử trên các phiến
Si. Ngoài ra, quang khắc được sử dụng trong ngành khoa học và công nghệ vật liệu để
chế tạo các chi tiết vật liệu nhỏ, chế tạo các linh kiện vi cơ điện tử (MEMS). Hạn chế
của quang khắc là do ánh sáng bị nhiễu xạ nên không thể hội tụ chùm sáng xuống kích
cỡ quá nhỏ, vì thế nên không thể chế tạo các chi tiết có kích thước nanô (độ phân giải
của thiết bị quang khắc tốt nhất là 50 nm), do đó khi chế tạo các chi tiết nhỏ cấp
nanomet, người ta phải thay bằng công nghệ khắc chùm điện tử (electron beam
lithography).[9]
1.2. Quy trình quang khắc
Hình 1.3 mô tả các bước trong quy trình quang khắc.

Hình 1.3. c trong quy trình quang khc
Bƣớc 1: Làm sạch và khô bề mặt đế: Có nhiều cách để tách tạp chất trên bề
mặt đế như: thổi khí nitơ có áp suất cao, vệ sinh bằng hóa chất, dòng nước có áp suất

6

cao và dùng cọ rửa. Sau đó sấy tách ẩm bằng cách gia nhiệt ở nhiệt độ từ 150

o
C đến
200
o
C trong thời gian 10 phút.
Bƣớc 2: Phủ lớp tăng cƣờng độ bám dính (primer). Vai trò của lớp này là làm
tăng khả năng kết dính giữa đế và chất cảm quang. Lớp tăng cường độ bám dính
thường sử dụng là HMDS (hexamethyldislazane).
Bƣớc 3: Phủ lớp cảm quang bằng phƣơng pháp quay li tâm. Ở giai đoạn này
đế được quay trên máy quay li tâm trong môi trường chân không. Các thông số kĩ thuật
trong giai đoạn này: tốc độ quay (3000 - 6000 vòng/phút), thời gian quay (15 - 30 s),
độ dày lớp phủ (0.5 ÷ 15 m)
Công thức thực nghiệm để tính độ dày lớp phủ cảm quang:
w
kp
t
2


với k: hằng số của thiết bị quay li tâm (80-100)
p: hàm lượng chất rắn trong chất cảm quang (%)
w: tốc độ quay của máy quay li tâm (vòng/1000)

Hình 1.4.  h quay li tâm
Các sự cố thường gặp trong quá trình phủ lớp cảm quang:
Sự cố
Nguyên nhân
Hƣớng khắc phục
Độ dày không đều

- Bề mặt khô không đều
- Các đường biên dày hơn
(có thể dày hơn 20-30 lần)
- Có thể đặt một vòng
tròn ở đường biên.
- Dùng dung môi phun
lên lớp biên để hoàn tan
Xuất hiện các đường sọc

Do trong chất cảm quang có
các hạt rắn có đường kính
lớn hơn độ dày lớp phủ.
- Làm sạch chất cảm
quang trước khi quay
phủ.

7

Bƣớc 4: Sấy sơ bộ (Soft-Bake). Mục đích của bước này là làm bay hơi dung
môi có trong chất cảm quang. Trong quá trình sấy, độ dày lớp phủ sẽ giảm khoảng
25%. Phương pháp thực hiện:
Dùng lò đối lưu nhiệt
Dùng tấm gia nhiệt
Dùng sóng viba và đèn hồng
ngoại.
- Nhiệt độ: 90-100
o
C
- Thời gian: 20 phút
- Nhiệt độ: 75-85

o
C
- Thời gian: 45 giây


Bƣớc 5: Định vị mặt nạ và chiếu sáng. Trong giai đoạn này, hệ sẽ được chiếu
ánh sáng để chuyển hình ảnh lên nền, mặt nạ được đặt giữa hệ thấu kính và nền. Có 3
phương pháp chiếu dựa vào vị trí đặt mặt nạ(hình 1.5):
- Mặt nạ tiếp xúc
- Mặt nạ đặt cách chất cảm quang một khoảng cách nhỏ
- Mặt nạ đặt cách xa chất cảm quang, ánh sáng được chiếu qua hệ thấu kính.

Phƣơng pháp
Ƣu điểm
Khuyết điểm
Mặt nạ tiếp xúc

- Giá cả hợp lí
- Độ phân giải cao: 0.5 m

- Làm hư mặt nạ do lớp oxit
trên mặt nạ bị xước.
- Các vết bẩn trên mặt nạ sẽ in
lên lớp chất cảm quang.
Mặt nạ đặt cách
chất cảm quang một
khoảng cách nhỏ

- Giá cả hợp lí
- Độ phân giải thấp: 1-2 m

- Do ảnh hưởng của nhiễu xạ
nên hạn chế độ chính xác của
hình ảnh.
- Độ lặp lại của hình ảnh kém
Mặt nạ đặt cách xa
chất cảm quang
- Độ phân giải rất cao: < 0.07 m)
- Không gây hư hỏng mặt nạ
- Giá thành cao
- Bị ảnh hưởng của nhiễu xạ

8


Hình 1.5. nh v mt n và chiu sáng
Bƣớc 6: Tráng rửa: Dùng hóa chất tách các chất cảm quang chưa đóng rắn. Tỷ
lệ hòa tan của vùng chiếu và vùng không được chiếu là 4:1. Do đó cảm quang dương
nhạy hơn cảm quang âm. Các thông số kiểm soát trong quá trình rửa: nhiệt độ, thời
gian, phương pháp và hóa chất để rửa. Phương pháp rửa bao gồm hai phương pháp:
phương pháp nhúng (đưa trực tiếp dung dịch rửa) và phương pháp phun.
Cảm quang âm
Cảm quang dương
- Chất rửa: xylen
- Chất súc lại: n-butylacetate
- Chất rửa: (NaOH, KOH), nonionic soln
(TMAH)
- Chất súc lại: nước
Bƣớc 7: Sấy sau khi hiện ảnh. Mục đích của bước này là làm cho lớp cảm
quang cứng hoàn toàn, đồng thời tách toàn bộ dung môi ra khỏi chất cảm quang.[1]

1.3. Các phƣơng pháp khắc hình khác
1.3.1. Khắc hình bằng chùm tia điện tử
Khắc hình bằng chùm tia điện tử là một phương pháp công nghệ mới, tạo ra các
chi tiết cực kỳ nhỏ trong mạch điện tử tích hợp (IC). Chùm tia điện tử được chiếu
thông qua các “mặt nạ”- được tạo ra nhờ các thấu kính điện từ - và truyền hình ảnh của
mặt nạ lên đế bán dẫn.

9


Hình 1.6. Thit b khn t
Bước sóng  chùm tia điện tử được tính thông qua điện thế tăng tốc V:
 =




Nhưng cường độ chùm tia điện tử phải đạt cỡ hàng chục mA mới đảm bảo được năng
suất khoảng hơn 10 phiến đế mỗi giờ (tất cả các kiểu chiếu véc tơ hay dò bước - quét)
1.3.2. Khắc hình bằng tia X
Thiết bị khắc hình bằng tia X dùng nguồn bức xạ synchrotron, các điện tử được
gia tốc và chuyển động vòng nhờ các nam châm định hướng trước khi có đủ năng
lượng đến va đập vào các đối âm cực, làm phát ra tia X bước sóng 10 . Các máy
in quang khắc kiểu dò bước được dùng đồng thời, với các chùm tia X khác nhau cùng
phát ra từ nguồn bức xạ synchrotron. Đối với các máy in dùng mặt nạ sát mẫu với
khoảng cách g nhỏ, độ phân giải phụ thuộc 

 

. Sơ đồ đường truyền bức

xạ X trong các máy in quang khắc chiếu dò bước – quét được mô tả trong hình 1.7.

10


Hình 1.7  h thng khc hình bng tia X
1.3.3. Quang khắc ƣớt
Quang khắc ướt được thực hiện bằng cách nhúng hệ trong chất lỏng chiết suất n
> 1. Sơ đồ hệ quang khắc ướt được mô tả dưới hình 1.8.

Hình 1.8.  quang kht
Ưu điểm của phương pháp này:
- Độ phân giải tăng tỷ lệ theo chiết suất n của chất lỏng. Ví dụ, nếu dùng nước có
n = 1,44 đối với bước sóng  = 193 nm, độ phân giải tăng từ 90 nm đến 64 nm.
- Độ sâu tiêu điểm DOF tăng lên ở các kích thước đặc trưng lớn hơn, ngay cả so
với các kích thước đặc trưng của quang khắc thô. [2]

11

1.4. Tổng quan về phòng sạch
1.4.1. Định nghĩa về phòng sạch
Phòng sạch (cleanroom), theo tiêu chuẩn ISO 14644-1, được định nghĩa như sau:
“Là một phòng mà nồng độ của các hạt lơ lửng trong không khí bị khống chế, và nó
được xây dựng và sử dụng trong một kết cấu sao cho sự có mặt, sự sản sinh và duy trì
các hạt trong phòng được giảm đến tối thiểu và các yếu tố khác trong phòng như nhiệt
độ, độ ẩm, áp suất đều có thể khống chế và điều khiển.” [7]
Nói một cách đơn giản, phòng sạch là một phòng kín mà trong đó, lượng bụi
trong không khí, được hạn chế ở mức thấp nhất nhằm tránh gây bẩn cho các quá trình
nghiên cứu,chế tạo và sản xuất. Đồng thời, nhiệt độ, áp suất và độ ẩm của không khí
cũng được khống chế và điều khiển để có lợi nhất cho các quá trình trên. Ngoài

ra,phòng còn được đảm bảo vô trùng, không có khí độc hại đúng theo nghĩa “sạch” của
nó.
1.4.2. Các tiêu chuẩn phòng sạch
Tiêu chuẩn đầu tiên của phòng sạch là hàm lượng bụi, tức là hàm lượng các hạt
bụi lơ lửng trong không khí được khống chế đến mức nào (bụi bám càng phải làm
sạch). Nếu ta so sánh một cách hình tượng, đường kính sợi tóc người vào cỡ 100, hạt
bụi trong phòng có thể có đường kính từ 0,5 đến 50 (xem hình ảnh so sánh trong hình
1.9).
Các tiêu chuẩn về phòng sạch lần đầu tiên được đưa ra vào năm 1963 ở Mỹ, và
hiện nay đã trở thành các tiêu chuẩn chung cho thế giới. Đó là các tiêu chuẩn quy định
lượng hạt bụi trong một đơn vị thể tích không khí. Người ta chia thành các kích cỡ bụi
và loại phòng được xác định bởi số hạt bụi có kích thước lớn hơn 0,5 µm trên một thể
tích là 1 foot khối (

) không khí trong phòng.

12


Hình 1.9. c các ht bi
a. Tiêu chuẩn Federal Standard 209 (1963)
Tiêu chuẩn này lần đầu tiên được quy định vào năm 1963 (có tên là 209), và sau
đó liên tục được cải tiến, hoàn thiện thành các phiên bản 209 A (1966), 290
B(1973)…., cho đến 209 E (1992).
Bảng 1.1. Giới hạn bụi trong tiêu chuẩn 209 (1963).



Số hạt/


Loại
 0,1 µm
 0,2 µm
 0,3 µm
 0,5 µm
 5,0µm
1
35
7,5
3
1
- (*)
10
350
75
30
10
-
100
-
750
300
100
-
1000
-
-

-
1000
7
10000
-
-
-
10000
70
100000
-
-
-
100000
700
(*) chỉ số - là không xác định
b. Tiêu chuẩn Federal Standard 209 E(1992) [2-3]
Tiêu chuẩn này xác định hàm lượng bụi lơ lửng trong không khí theo đơn vị
chuẩn (đơn vị thể tích không khí là 

). Sự phân loại phòng sạch được xác định theo
thang logarit của hàm lượng bụi có đường kính lớn hơn 0,5 µm. Bảng 1.2 là bảng tiêu
chuẩn FS 209 E.


13

Bảng 1.2.Giới hạn bụi trong tiêu chuẩn 209E (1992)

Tên loại

Các giới hạn
 
 

 

 

 

Đơn vị
Đơn vị
Đơn vị
Đơn vị
Đơn vị
SI
English






























M1

350
9,91
757
2,14
30,9
0,875
10,0
0,283
-

-
M1.5
1
1240
35,0
265
7,50
106
3,00
35,3
1,00
-
-
M2

3500
99,1
757
21,4
309
8,75
100
2,83
-
-
M2.5
10
12400
350
2650

75,0
1060
30,0
353
10,0
-
-
M3

35000
991
7570
214
3090
87,5
1000
28,3
-
-
M3.5
100
-
-
26500
750
10600
300
3530
100
-

-
M4

-
-
75700
2140
30900
875
10000
283
-
-
M4.5
1000
-
-
-
-
-
-
35300
1000
247
7,00
M5

-
-
-

-
-
-
100000
2830
618
17,5
M5.5
10000
-
-
-
-
-
-
3530000
100000
24700
700
M6

-
-
-
-
-
-
1000000
28300
6180

175
M6,5
100000
-
-
-
-
-
-
3530000
100000
24700
700
M7

-
-
-
-
-
-
10000000
283000
61800
1750
c. Tiêu chuẩn ISO 14644-1 [2,3]
Tổ chức Tiêu chuẩn Quốc tế (International Standars Organization - ISO) đã quy
định tiêu chuẩn về phòng sạch tiêu chuẩn quốc tế. Tiêu chuẩn ISO 14644 – 1 được
phát hành năm 1999 có tên “Phân loại độ sạch không khí” (Classification of Air
Cleanliness). Các loại phòng sạch được quy định dựa trên biểu thức:



= 

 





Với: 

là hàm lượng cho phép tối đa(tính bằng số hạt/

) của bụi lửng không khí lớn
hơn hoặc bằng kích thước xem xét.
N là chỉ số phân loại ISO, không vượt quá 9 và chỉ số cho phép nhỏ nhất là 0,1
D là đường kính hạt tính theo m.

14

Như vậy,có thể dễ dàng xác định các giới hạn hàm lượng bụi từ công thức trên
và dễ dàng phân loại từng cấp phòng sạch (bảng 1.3).
Bảng 1.3. Các giới hạn hàm lượng bụi trong tiêu chuẩn ISO 14644 – 1.

Loại
Giới hạn nồng độ cho phép (hạt/

)
0,1 m

0,2 m
0,3 m
0,5 m
1 m
5 m
ISO 1
10
2
-
-
-
-
ISO 2
100
24
10
4
-
-
ISO 3
1000
237
102
35
8
-
ISO 4
10000
2370
1020

352
83
-
ISO 5
100000
23700
10200
3520
832
29
ISO 6
1000000
237000
102000
35200
8320
293
ISO 7
-
-
-
352000
83200
2930
ISO 8
-
-
-
3520000
832000

29300
ISO 9
-
-
-
35200000
8320000
293000
Cần chú ý rằng, mức độ nhiễm bẩn không khí trong phòng còn phụ thuộc vào
các hạt bụi sinh ra trong các hoạt động trong phòng, chứ không chỉ là các con số cố
định của phòng. Chính vì thế, trong các tiêu chuẩn của phòng, luôn đòi hỏi các hệ
thống làm sạch liên hoàn và còn quy định về quy mô phòng và số người, số hoạt động
khả dĩ trong phòng sạch[7].
1.5. Các trang bị cần thiết cho phòng sạch
Con người làm việc trong phòng sạch là một nguồn tạo ra bụi bẩn cho phòng.
Khi con người di chuyển, có thể sản sinh tới 100000 hạt (kích thước lớn hơn 0,5 µm)
và hàng ngàn hạt bụi cỡ micron mang theo mỗi phút. Do đó, với mỗi phòng sạch
người ta đều có giới hạn số người làm việc tương ứng với quy mô của phòng. Để đảm
bảo cho môi trường trong phòng, ngoài các máy móc trang bị cho các công việc thiết
yếu trong phòng sạch, thì trang bị cho con người là rất cần thiết để giảm thiểu lượng
bụi sản sinh.
Các trang bị cần thiết cho người làm việc gồm:
- Quần áo bảo hộ: Thường là áo liền quần.

15

- Mũ bảo hộ để chùm đầu (tóc người cũng là nguồn bắt bụi)
- Giày vải chùm kín chân
- Mặt nạ chùm mặt. Có thể có cả bộ lọc khí thở ở mặt nạ, kính bảo vệ mắt, găng tay
Quần áo, mũ, mặt nạ, giầy thường làm bằng vải, có bề mặt trơn, không bắt bụi,

đồng thời đảm bảo cho con người dễ dàng di chuyển và hoạt động. [8]
1.6. Kết luận chƣơng 1
Trong chương 1, tôi đã trình bày tổng quan về công nghệ khắc hình. Các kỹ
thuật quang khắc, các quy trình quang khắc và các kỹ thuật quang khắc được trình bày
rất chi tiết và đầy đủ. Qua đó, đưa ra một cách nhìn tổng quan về công nghệ khắc
hình.

16


CHƢƠNG 2
THỰC NGHIỆM
2.1. Các thiết bị máy móc dùng trong quá trình quang khắc
2.1.1. Máy quay phủ (Spin Coating) WS-400B-6NPP
Khi thực hiện quy trình quay phủ, chúng tôi sử dụng thiết bị Máy quay phủ chất
cảm quang Suss MicroTec.

Hình 2.1. Máy quay ph Suss 
Máy quay phủ Suss MicroTec sử dụng hệ thống hút chân không bằng bơm để
giữ chặt mẫu trên đế. Máy gồm 3 bộ phận chính là: Buồng quay phủ, bơm hút chân
không và bảng điều khiển.
Ở buồng quay phủ được thiết kế một trục quay thẳng đứng, trên đầu trục là một
lỗ nhỏ dùng để tạo chân không giữa đế và mẫu. Buồng có nắp đậy ở trên để ngăn chặn
bụi rơi vào mẫu khi quay phủ. Hệ thống chống rung giúp máy vận hành êm, giảm
thiểu hạt sinh ra trong quá trình quay phủ.
2.1.2. Hệ quang khắc MJB4 (SUSS MICROTECH)
Hệ quang khắc MJB4 được trang bị cho phòng thí nghiệm trường Đại học
Công nghệ từ năm 2010. Là một trong những máy quang khắc bằng tia UV hiện đại
nhất hiên nay, MJB4 giúp tạo ra những vi linh kiện có độ chính xác cao. Máy được
trang bị cấu hình quang học cao, có thể thực hiện quang khắc với nhiều bước sóng

17

khác nhau. Cường độ chiếu cực đại có thể lên tới 80 mW/cm
2

, độ phân giải tối đa là
0,5 µm.

Hình 2.2.  h quang khc MJB4
Các chế độ tiếp xúc của Hệ quang khắc MJB4:
- Tiếp xúc xa (Solf Contact): Chế độ tiếp xúc xa có thể đạt được độ phân giải 2,0
µm. Độ phân giải cuối cùng phụ thuộc chủ yếu vào quy trình kỹ thuật như phạm vi
quang phổ, khoảng cách giữa mặt nạ và tấm nền….
- Tiếp xúc gần (Hard Contact): Ở chế độ này, khoảng cách giữa mẫu và mặt nạ
được rút ngắn hơn nữa nhờ một hệ thống đẩy bằng khí Nito ở dưới mẫu. Độ phân giải
có thể đạt được đến 1µm.
- Tiếp xúc chân không (Vacuum Contact): Chế độ này giúp đạt được độ phân
giải cao hơn cả tiếp xúc xa và gần bởi vì khoảng cách giữa mặt nạ và mẫu tiếp tục
được giảm. Để đạt được độ phân giải cao nhất thì độ dày lớp cảm quang phủ trên mẫu
cũng cần được tối ưu hóa.
- Tiếp xúc chân không thấp (Low Vacuum Contact): Đối với các mẫu dễ vỡ ta có
thể quang khắc bằng chế độ chân không thấp. Tiếp xúc chân không thấp giúp giảm tác
động đến mẫu hơn tiếp xúc chân không thường, đồng thời cho độ phân giải cao hơn
tiếp xúc xa và gần…

18


Hình 2.3 Các ch  quang khc ca MJB4
Bảng 2.1. Độ phân giải của hệ quang khắc MJB4
Resolution
UV400
UV300
UV250
Solf Contact

2.0 µm
< 2.0 µm
-
Hard Contact
1.0 µm
< 1.0 µm
-
Vacuum Contact
< 0.8 µm
< 0.6 µm
< 0.5 µm
Độ phân giải đạt được phụ thuộc vào nhiều yếu tố như kích cỡ tấm nền, độ
phẳng, điều kiện phòng sạch, và do đó có thể khác nhau cho các quá trình khác nhau.
2.1.3. Máy đo độ dày mẫu DEKTAK 150
Máy được dùng để xác định một số tính chất của màng như độ dày màng, độ
nhấp nhô bề mặt, tính toán ứng suất lớp màng, chất lượng và lỗi bề mặt, các lớp màng
không đồng nhất,hệ số hấp thụ, thành phần, chiết suất…

Hình 2.4.  dày mu DEKTAK 150
Máy được dùng để xác định độ dày màng.
Nguyên tắc hoạt động của máy là dùng một đầu dò quét trên bề mặt mẫu, cho
phép thực hiện những phép đo bề mặt từ 2D truyền thống mô tả bề mặt gồ ghề và