Vi hệ thốngVi hệ thống

1

GV: Nguy ễn Hoàng Nam(chương trình Kỹ sư CLC – Khóa 51)

14/09/2010

Vi hệ thống

§6. Các công nghệ cơ bản của vi hệ thống (tiếp)2.1 Công nghệ vi ñiện tử2.2 LIGA

2.2.1 Quang khắc tia X - Lithography2.2.2 Lắng ñọng ñiện hóa - Electroplating2.2.3 Tạo khuôn ñúc - Molding

Nguyễn Hoàng Nam2

2.2.3 Tạo khuôn ñúc - Molding

2.3 Vi cơ ñiện tử - MEMS2.4 Quangñiện tử - Optoelectronic2.5 Màng sinh học, thẩm thấu

Vi hệ thống

Vi hệ thống

LIGA – Là gì

LIGA = LIthografie, Galvanoformung, Abformung

Quá trình chế tạo các vi cấu trúc 3 chiều trên bề mặt ñế Si bằng:

Nguyễn Hoàng Nam3

� Kỹ thuật quang khắc sử dụng tia X (photolithography)� Kỹ thuật lắng ñọng ñiện hóa (Electroplating)� Kỹ thuật tạo khuôn ñúc (Molding)

Vi hệ thống

Vi hệ thống

LIGA – Lịch sửðược phát tri ển bởi trung tâm nghiên cứu Karlsruhe, ðức(1980).� Cho phép tạo cấu trúc có chiều cao khoản hàng trăm µmñến mm và chiều ngang vẫn chỉ là khoảng µm hoặc nhỏ hơn(submicron) do bước sóng ngắn của tia X trong kỹ thuật

Nguyễn Hoàng Nam4

(submicron) do bước sóng ngắn của tia X trong kỹ thuậtquang khắc.� Vật li ệu ña dạng: Polymer (PMMA), kim lo ại, gốm, ñiệnmôi…� Giá thành cao (do thiết bị quang khắc tia X).

Vi hệ thống

Vi hệ thống

LIGA – Qui trình công nghệ

Nguyễn Hoàng Nam5Vi hệ thống

Vi hệ thống

2.2.1 LIGA quang khắc tia X

� Hai công nghệ chính sử dụng trong LIGA� Tia X: tạo các cấu trúc có ñộ chính xác cao� Tia UV: tạo các cấu trúc có ñộ chính xác thấp

Cấu trúc LIGA tia X có thể ñạt ñộ chính

Nguyễn Hoàng Nam6

� Cấu trúc LIGA tia X có thể ñạt ñộ chínhxác:� thu nhỏ chi tiết 100:1� cấu trúc tường góc thẳng ñứng ñến 89.95°,

có thể mỏng 10 nm, ñộ cao ñến vài mm

Vi hệ thống

Vi hệ thống

LIGA – tia X� Lớp cảm quang tia X là polymer dạng

PMMA (Polymethyl methacrylate)� Tia X năng lượng lớn ñi qua mặt nạ Mask ñể tới lớp cảm quang tạo hiệu ứng phơi

Nguyễn Hoàng Nam7

ñể tới lớp cảm quang tạo hiệu ứng phơisáng.

Vi hệ thống

Vi hệ thống

� LIGA tia UV sử dụng nguồn sáng rẻ là tiatử ngoại (ñèn thủy ngân) ñể phơi sánglớp cảm quang SU-8. LIGA tia UV rẻnhưng không chính xác khi ñúc

LIGA – tia tử ngoại (UV)

Nguyễn Hoàng Nam8Vi hệ thống

nhưng không chính xác khi ñúc

Vi hệ thống

LIGA – chi tiết quá trình

Nguyễn Hoàng Nam9Vi hệ thống

tia X qua mask

phơi sángtạo khuôn ñúc

sản phẩm

Vi hệ thống

� Carbon và Graphite là vật liệu làm mask tốtnhất, chúng không bị hiện tượng tròn thành (side-wall roughness)�Loại mask tốt là loại cho ñộ phân giải 0.1µm khiñi sâu 4µm và 3µm khi ñi sâu 20µm. Giá mask từ

LIGA – mặt nạ (mask)

Nguyễn Hoàng Nam10Vi hệ thống

ñi sâu 4µm và 3µm khi ñi sâu 20µm. Giá mask từ$1000 tới $20.000

Vi hệ thống

� Silicon (Si), silicon nitride (Si3N4), titanium (Ti)… thường ñược sử dụng làm ñế, ñặc biệt khi cần ñếdạng tấm mỏng (thin-film) hay khi cần hấp thụ kimloại: vàng, nickel, ñồng, thiếc, chì...� ðế nếu không có tính chất ñiện thì sẽ ñược phủ

LIGA – ñế (substrate)

Nguyễn Hoàng Nam11Vi hệ thống

� ðế nếu không có tính chất ñiện thì sẽ ñược phủthêm một lớp.

Vi hệ thống

� Do tia X có năng lượng lớn nên khoảng cáchgiữa ñế và mặ nạ có thể lớn.� Có thể rút ngắn thời gian phơi sáng nếu tăngnăng lượng chùm tia X quang khắc, khoảng 2.5 tới 15 keV.

LIGA – phơi sáng (exposure)

Nguyễn Hoàng Nam12Vi hệ thống

tới 15 keV.� Thời gian phơi sáng còn tùy vào ñộ nhạy sángcủa lớp PMMA, thời gian phơi sáng cho 500µm PMMA là 6h.� Quá trình phơi sáng cần làm lạnh bằng khí Nitơnếu không sẽ làm biến dạng mask.

Vi hệ thống

� Nickel, ñồng hay vàng ñược ñặt vào ñế sau khibỏ ñi lớp cảm quang.

� Khó khăn thường gặp là các bong bóng khí H2gây ra thay ñổi ứng suất dạng tấm mỏng, mất

2.2.2 Lắng ñọng ñiện hóa (Electroplating)

Nguyễn Hoàng Nam13Vi hệ thống

gây ra thay ñổi ứng suất dạng tấm mỏng, mấtkhả năng bám.

� Tẩy bỏ Si và Polymer ta thu ñược khuôn (cầnthêm quá trình rửa khuôn).

Vi hệ thống

� Sau khi rửa khuôn, ta ñúc khối lượng lớnvà nhân bản thiết bị.

2.2.3 ðúc (molding)

Nguyễn Hoàng Nam14Vi hệ thống

Vi hệ thống

LIGA – Sản phẩm

Nguyễn Hoàng Nam15Vi hệ thống

Vi hệ thống

LIGA – Sản phẩm

Nguyễn Hoàng Nam16Vi hệ thống