Công nghệ MEMS

Nguyên tử Tế bào DNA Virus Vi khuẩn Hạt bụi Tóc Cơ thể con người Hệ vĩ mô Hệ vi mô Hệ trung gian Công nghệ nano Nguyên tử Tế bào DNA Virus Vi khuẩn Hạt bụi Tóc Cơ thể con người Hệ vĩ mô

TỔNG QUAN VỀ CÔNG NGHỆ VI CƠ ĐIỆN TỬ (MEMS)

1 Khái niệm và đặc trưng

MEMS là chữ viết tắt của thuật ngữ Micro-Electro-Mechanical System hay ngắn gọn hơn là Microsystem Trong tiếng Việt, MEMS có nghĩa là Hệ Vi Cơ-Điện tử, nghĩa là một hệ có sự kết hợp của các thành phần

có chức năng hoạt động dưới dạng điện và cơ với nhau ở kích thước dưới milimet (submillimetre) như được minh họa ở hình 1

Nguyên tử

Tế bào (DNA) Virus

Vi khuẩn Hạt bụi Tóc

Cơ thể con người

Hệ vĩ mô

Hệ vi mô Hệ trung

gian Công nghệ nano

Nguyên tử

Tế bào (DNA) Virus

Vi khuẩn Hạt bụi Tóc

Cơ thể con người

Hệ vĩ mô

Hệ vi mô Hệ trung

gian Công nghệ nano

Hình 1: Kích thước vật lý trong thế giới tự nhiên

MEMS được hiểu như là một hệ thông minh thu nhỏ chứa đựng các chức năng nhạy với tác động bên ngoài (sensing), xử lý (processing) và điều khiển (actuating.) Đó có thể được coi như một môi trường đặc biệt thu nhận thông tin và tác động trở lại (Input/Output – I/O) với thế giới vật lý bên ngoài (hình 2)

Thế giới vật lý

Bộ chuyển đổi:

cảm biến, truyền động

Vi xử lý, khuếch đại,,

bộ nhớ, bộ điều khiển,

…

Thế giới vật lý

Bộ chuyển đổi:

cảm biến, truyền động

Vi xử lý, khuếch đại,,

bộ nhớ, bộ điều khiển,

…

Hình 2: Đặc trưng của hệ vi cơ-điện tử (MEMS)

Một hệ MEMS có thể là tập hợp một số lượng rất lớn các linh kiện chứa các yếu tố điện, cơ, quang, hóa, sinh, hoặc từ, được tích hợp trong một mảng (hình 3) hay một Chip vi điện tử duy nhất (on chip) Các linh kiện này vẫn có thể thực hiện các chức năng đơn giản một cách riêng rẽ ở mức độ vi

mô trong khi vẫn được kết hợp với nhau để tạo ra một hoạt động phức tạp ở mức độ vĩ mô [1-3]

Out In

Vi xử lý Cảm biến Truyền động

Bộ nhớ

Out In

Nhi ệt

Đi ện

Cơ Quang Hóa

Vi xử lý Cảm biến Truyền động

Bộ nhớ

Hình 3: Cấu trúc tiêu biểu hệ vi cơ-điện tử tích hợp trong một chip

Như thế, một hệ vi cơ-điện tử có các đặc trưng cơ bản như sau:

- Kích thước nhỏ và khối lượng nhẹ nên rất tiện ích cho các ứng dụng,

- Đa chức năng do có sự tích hợp với các mạch điện tổ hợp (IC) hoặc các cấu trúc khác nhau,

- Có thể là một linh kiện đơn lẻ hoặc là một hệ tích hợp phức tạp giống như một thiết bị hoàn chỉnh,

- Có tính lặp lại cao và giá thành hạ do được chế tạo hàng loạt

2 Lịch sử phát triển

Thời điểm được coi như cột mốc đầu tiên cho sự ra đời các linh kiện MEMS là vào năm 1954 khi Charles Smith tìm ra hiệu ứng áp điện trở ở các vật liệu bán dẫn Silicon (Si) và Germanium (Ge) Tiếp sau đó là ý tưởng chế tạo các linh kiện và thiết bị có kích thước nhỏ được đề xướng bởi Richard P Feymann trong bài thuyết trình nổi tiếng có tên gọi “Plenty of Room at the Bottom” vào cuối năm 1959 Thập kỷ 60 của thế kỷ 20 đã đánh dấu những thành công trong các nghiên cứu triển khai đưa đến sự ra đời của 2 nhánh công nghệ căn bản của lĩnh vực hệ thống vi cơ-điện tử là công nghệ vi cơ khối ướt và công nghệ vi cơ bề mặt, là sự kết hợp của công nghệ vi điện tử (Integrated Circuit - IC) với qui trình vi chế tạo (microfabrication) các cấu trúc ba chiều kích thước siêu nhỏ trong phạm vi micromet dựa trên kỹ thuật

ăn mòn vật liệu Thập kỷ 70 và 80 đánh dấu sự phát triển vượt bậc của lĩnh vực này, theo đó các cảm biến áp suất và gia tốc kiểu áp điện trở và kiểu tụ trở thành thương phẩm trên thị trường, mở ra các ứng dụng rộng rãi trong công nghiệp và giao thông Bên cạnh đó là các nghiên cứu mới về cảm biến vận tốc góc và các cấu trúc truyền động (actuator) làm các động cơ Những năm cuối thế kỷ 20, sự ra đời của công nghệ LIGA và công nghệ vi cơ khối khô trên cơ sở kỹ thuật ăn mòn i-ôn hoạt hóa theo qui trình BOSCH đã dẫn

đến những sự phát triển có tính cách mạng nhằm theo kịp tiến trình thu nhỏ hóa linh kiện (hay tăng số lượng linh kiện trên một chip) của công nghệ vi điện tử

Bảng 1: Tiến trình phát triển một số linh kiện MEMS điển hình

Phát minh

Giai đoạn Hoàn thiện

Giai đoạn Cải tiến

Thương phẩm phổ biến

Quá trình phát triển (năm)

Cảm biến áp suất 1954-1960 1960-1975 1975-1990 1990 36 Cảm biến gia tốc 1974-1985 1985-1990 1990-1998 1998 24 Đầu phun mực 1978-1984 1984-1990 1990-2002 2002 24 Chuyển mạch

xu hướng thu nhỏ kích thước đáng kể Đó là các cảm biến áp suất và gia tốc

có tích hợp vi mạch điện tử để xử lý tín hiệu kích thước chỉ từ 1 đến vài li-mét vuông, các vi động cơ hoạt động theo nguyên lý tĩnh điện (rotary electrostatic micromotor), các khớp nối vi cơ (micromachined hinge) sử

mi-ráp, linh kiện vi gương số (Digital Micromirro Device - DMD) sử dụng trong các máy chiếu và xử lý ánh sáng số, các hệ vi vận tải (microtransport) kích thước vài cen-ti-mét vuông, các thiết bị tí hon có vai trò như một phòng thí nghiệm phân tích gọi là Lab on chip sử dụng cho lĩnh vực y-sinh v…v… Cũng theo đà phát triển tiến trình phát triển từ ý tưởng đến sản phầm cụ thể

đã được ngày càng rút ngắn về thời gian như được chỉ ra ở bảng 1

Hiện nay, trên thế giới có trên 6000 trung tâm nghiên cứu phát triển

vể MEMS tại các trường Đại học, viện nghiên cứu, các hãng công nghiệp với số tiền đầu tư mỗi năm vào các hoạt động nghiên cứu, chế thử khoảng 1

tỉ USD [6] Châu Âu nổi tiếng với Laboratoire d’electronic et de Technologie d’Instrumentation (LETI) ở Pháp; Interuniversitair Micro-Elektronica Centrum (IMEC) ở Bỉ; viện nghiên cứu (Insititut fur Festkoerpertechnik -IFT) và các phòng thí nghiệm R&D của các tập đoàn công nghiệp Siemen/Infinion, Bosch, Aktiv-sensor ở Đức; MESA+ research institute, Delf ở Hà Lan; Centre Suisse d’Electronique et de Microtechnique

SA (CSEM) của Thụy Sĩ Nhật nổi bật với các trung tâm nghiên cứu R&D công nghiệp như Toyota Central Research and Development Laboratory, Nippondenso Research Laboratories, okogawa Electric Corporation, Matsushita Research Institute, Nissan Motor Company Central Engineering Laboratories, Fuji Electric Company, Hitachi bên cạnh các trung tâm nghiên cứu điển hình tại các đại học Tohoku University và Ritsumeikan University

Mỹ được biết nhiều với các trung tâm nghiên cứu và ứng dụng công nghệ MEMS tại đại học University of Wisconsin, học viện công nghệ Matsachuset (MIT), cơ quan hàng không-vũ trụ NASA, các cơ sở công nghiệp mạnh như Analog Devices, Motorola, Draper Lab

Hàng năm, kết quả nghiên cứu từ các phòng thí nghiệm của các trung

tâm nghiên cứu và của các công ty công nghiệp ở khắp nơi trên thế giới đã được công bố tại các hội nghị khoa học lớn tổ chức ở Hoa Kỳ, Canada, Châu

Âu, Nhật Bản cũng như trên hàng chục tạp chí uy tín như Sensor and Actuator A, B, và C, hay các ấn bản của tổ chức quốc tế IEEE về lĩnh vực kỹ thuật điện-điện tử…

3 Các kỹ thuật cơ bản của công nghệ MEMS

Công nghệ chế tạo ra các linh kiện vi cơ-điện tử hệ thống gọi là công nghệ MEMS Đây là loại hình khoa học công nghệ mới có nền tảng từ công nghệ vi điện tử nên công nghệ MEMS cũng bao gồm các kỹ thuật cơ bản công nghệ này như quang khắc tạo hình (photolithography), khuếch tán (diffusion), cấy ion (ion implantation), lắng đọng vật liệu bằng các phương pháp vật lý hoặc hóa học ở pha hơi (physical/chemical vapor deposition), hàn dây (wire bonding), đóng vỏ hoàn thiện linh kiện (packaging) Bên cạnh

đó là các kỹ thuật đặc thù của riêng công nghệ MEMS nhằm mục đích chế tạo ra các vi cấu trúc ba chiều gồm ăn mòn ướt hoặc khô (wet/dry etching)

và hàn ghép phiến (silic to silic/ silic to glass bonding)

Hiện tại, có 3 phân nhánh chính của công nghệ vi cơ-điện từ, gồm:

- Công nghệ vi cơ khối: dựa trên các kỹ thuật chính như quang khắc tạo hình, ăn mòn dị hướng trong dung dịch (vi cơ khối ướt), ăn mòn khô i-ôn hoạt hóa trogn môi trường chất khí (vi cơ khối khô), hàn ghép phiến…

- Công nghệ vi cơ bề mặt: dựa trên các kỹ thuật chính như quang khắc tạo hình, lắng đọng tạo màng mỏng, ăn mòn lớp hy sinh, ăn mòn khô…

- Công nghệ LIGA dựa trên kỹ thuật nền tảng tạo khuôn bằng vật liệu polymer sử dụng kỹ thuật tạo hình với tia X và quá trình lắng đọng điện hóa

Dưới đây là một số kỹ thuật cơ bản cần thiết cho công nghệ MEMS

3.1 Kỹ thuật quang khắc tạo hình

3.1.1 Chất cảm quang

Chất cảm quang (photoresist) là vật liệu hữu cơ nhạy ánh sáng (thường là ánh sáng cực tím, Ultraviolet - UV, hoặc Deep UV - DUV) được sử dụng để tạo ra một hình ảnh mong muốn nào đó Dưới tác động của ánh sáng, thành phần của vật liệu cảm quang bị biến đổi dẫn đến có thể bị hòa tan (hoặc không hòa tan) trong các hóa chất thích hợp (gọi là vật liệu hiện hình – developer, thông thường là các dung dịch dạng kiềm) Trong công nghệ vi điện tử và MEMS, vật liệu cảm quang được sử dụng để sao chép hình dạng các cấu trúc của linh kiện đã được thiết kế, chế tạo trên bộ mặt nạ (Mask) quang bằng kỹ thuật quang khắc (photolithography) và đóng vai trò làm lớp bảo vệ cho các vật liệu được che phủ ở phía dưới nó Vât liệu cảm quang cấu tạo chủ yếu từ 3 thành phần chính:

• Dung môi: làm cho cảm quang tồn tại dưới dạng dung dịch nhằm thuận lợi cho việc sử dụng khi phủ lên trên bề mặt các vật liệu khác

• Chất kết dính (nhựa – resin): thường là các hỗn hợp polymer tạo ra các liên kết làm nên các tính chất lý hóa cho vật liệu

• Chất nhạy sáng

Có 2 loại vật liệu cảm quang chính, đó là:

• Cảm quang dương: là vật liệu mà vùng không được chiếu sáng trở nên bền vững trong khi vùng được chiếu sáng lại dễ dàng bị hòa tan trong vật liệu hiện hình (hình 4)

kết bền vững và không bi hòa tan trong dung dịch hiện hình

Lớp cảm quang

Vùng được chiếu sáng

dễ dàng bi hòa tan trong dung dịch hiện hình Lớp ô-xít si-líc

Đế si-líc khối

Hình 4: Minh họa cảm quang dương

Cảm quang dương thường có sẵn một cấu trúc liên kết (crosslinking) gọi là polymer Novolak bao gồm một loại polymer phenol-formaldehyde (dễ hòa tan) và một lượng nhỏ diazonaphthaquinone khó bị hòa tan trong các dung dịch hóa

Khi tương tác với ánh sáng (phonon - hν) trong quá trình chiếu sáng, một phản ứng quang hóa xảy ra, hình thành nên các nhóm a-xít carboxylic (hình 5) A-xít này là xúc tác chính để loại bỏ polymer khó hòa tan khi xử lý nhiệt Kết quả là chỉ còn nhóm dễ hòa tan trong cấu trúc polymer dẫn đến quá trình hòa tan toàn bộ cấu trúc polymer trong dung dịch hiện hình

Hình 5: Sự biến đổi cấu trúc hóa học của vật liệu cảm quang dương

khi được chiếu sáng

• Cảm quang âm: là vật liệu mà vùng được chiếu sáng trở nên bền vững trong khi vùng không được chiếu sáng lại dễ dàng bị hòa tan trong vật liệu hiện hình (hình 6)

Như vậy, cảm quang dương sẽ tạo ảnh trên đế si-líc khối giống như định dạng trên mặt nạ quang, và cảm quang âm tạo ảnh ngược lại định dạng trên mặt nạ quang Mặt nạ quang khi đó tạo ra một trường sáng tối cho ánh sáng khi đi qua

Các bước sóng trong phạm vi ánh sáng UV được sử dụng với vật liệu cảm quang thường là bước sóng 365 nm gọi là i-line, bước sóng 405 nm là h-line,

và bước sóng 436 nm là g-line Dải bước sóng từ 193 nm đến 248 nm tương ứng ánh sáng cực tím sâu - DUV (hình 1.7)

kết bền vững và không bi hòa tan trong dung dịch hiện hình

Lớp cảm quang

Vùng bị chắn sáng dễ dàng bi hòa tan trong dung dịch hiện hình

Lớp ô-xít si-líc

Đế si-líc khối

Hình 6: Minh họa cảm quang âm

Vật liệu cảm quang có các tính chất vật lý cơ bản quyết định chất lượng quá trình quang khắc như sau:

• Độ phân giải và độ tương phản

• Độ nhạy

• Độ nhớt và độ bám dính

Hình 7: Các bước sóng phổ biến sử dụng trong kỹ thuật quang khắc

• Khả năng chịu đựng duy trì sự bền vững trong các dung dịch hóa

• Độ mịn và sạch

Nguồn phát xạ ánh sáng UV được dùng phổ biến trong kỹ thuật quang khắc là các đèn hơi Thủy ngân có khả năng tạo ra bức xạ với các bước sóng trong phạm vi từ 200 nm đến 600 nm (hình 8)

Hình 8: Phổ phát xạ của đèn hơi thủy ngân

3.1.2 Qui trình quang khắc

Lớp cảm quang được tạo trên phiến đế silic bằng kỹ thuật quay phủ (spinning coating) Bộ phận chính trong cấu tạo của thiết bị quay phủ (spinner) là một tấm gá giữ phiến (chuck) gắn liền với mô-tơ có vận tốc quay cao Tấm gá giữ phiến thường được làm bằng vật liệu Tefernol mà trên

bề mặt có các đường xẻ rãnh dẫn đến đường ống hút chân không (hình 9) Hầu hết các thiết bị quay phủ còn có phần điều khiển điện tử để có thể thiết lập một qui trình quay có tốc độ thay đổi cũng như thời gian quay phủ tùy ý

Để tạo lớp cảm quang có độ dày đồng đều và thích hợp, tốc độ quay của thiết bị được thiết lập thành 2 cấp: ban đầu rất chậm (vài trăm vòng/phút trong vài giây) và sau đó là tốc độ cao (vài nghìn vòng/phút trong vài chục giây)

Các bước kỹ thuật trong qui trình kỹ thuật quang khắc bao gồm (hình 10):

• Bước 1: Tạo lớp mồi bám dính mỏng (dung dịch primer) bằng kỹ thuật quay phủ (spinning coating) lên đế si-líc

• Bước 2: Phủ dung dịch cảm quang cũng bằng kỹ thuật quay phủ

• Bước 3: Xử lý nhiệt sơ bộ để bay hơi bớt nước (~ vài chục độ trong 30 giây)

• Bước 4: Hiệu chỉnh mặt nạ (gọi là kỹ thuật so MASK) bảo đảm tạo ảnh trên đế si-líc từ bộ mặt nạ quang chính xác và thực hiện chiếu ánh sáng UV

• Bước 5: Thực hiện xử lý nhiệt (90-100 0C) để loại bỏ thành phần khó hòa tan trong chất cảm quang

Hình 9: Thiết bị quay phủ và quá trình

hình thành lớp cảm quang trên phiến đế

Hình 10: Qui trình kỹ thuật quang khắc

• Bước 6: Thực hiện tạo ảnh trong dung dịch hiện hình (developer)

• Bước 7: Sấy nhiệt (thường là 150 0C) làm cứng lớp cảm quang còn lại

để tạo lớp bảo vệ cho các qui trình công nghệ tiếp theo

• Bước 8: Kiểm tra ảnh tạo được trên đế (bằng hệ kính hiển vi quang học có độ phóng đại lớn và có khả năng chụp được ảnh quang)

3.2 Kỹ thuật tạo đường dẫn và điện cực

Trong công nghệ chế tạo linh kiện, vật liệu được lựa chọn sử dụng làm dây dẫn và điện cực chủ yếu là nhôm (aluminum - Al) do có điện trở thấp và khả năng liên kết tốt với si-líc

Qui trình tạo dây dẫn và điện cực bao gồm các bước sau:

• Bước 1: Dây dẫn và điện cực được định dạng bằng kỹ thuật quang khắc và quá trình ăn mòn ô-xít si-líc

• Bước 2: Nhôm được phủ (deposition) lên đế bằng phương pháp phún

xạ (hoặc bốc bay) Xét theo mặt cắt ngang, đây là quá trình phủ bậc trùm qua các hốc (các dây dẫn và điện cực) có bề rộng tương ứng kích thước dây dẫn hoặc điện cực, và độ sâu tương ứng độ dày lớp ô-xít si-líc (∼ 300 nm) trên bề mặt đế, như được minh họa trên hình 11

SiO2

Si Al

Hình 11: Nhôm được phủ bậc trên bề mặt đế si-líc

• Bước 3: Dây dẫn và điện cực được định dạng lại bằng kỹ thuật quang khắc, sau đó là quá trình ăn mòn loại bỏ nhôm ở các khu vực bên ngoài các dây dẫn và điện cực

Phún xạ và bốc bay đều là các phương pháp vật lý tạo màng mỏng từ pha hơi (physical vapor deposition - PVD) trong môi trường chân không cao (áp suất thấp ~ Torr) So với bốc bay, phún xạ có ưu điểm là có thể tạo ra màng

có độ dày đồng đều trên bề mặt phiến lớn, cũng như dễ dàng điều khiển độ dày màng bằng cách xác lập các thông số công nghệ và thời gian phún xạ

Vì vậy, phương pháp này được dùng phổ biến trong các qui trình công nghệ chế tạo linh kiện Những điều kiện công nghệ có ảnh hưởng trong quá trình phún xạ nhôm chủ yếu là nhiệt độ đế, áp suất khí argon (Ar), chân không và tính chất phụ thuộc nhiệt độ của nhôm

3.3 Kỹ thuật ăn mòn khô

Ăn mòn là công đoạn không thể thiếu trong công nghệ vi cơ điện tử (MEMS) nhằm tạo ra các vi cấu trúc của linh kiện Ăn mòn khô là một trong

2 kỹ thuật ăn mòn cơ bản trong công nghệ MEMS bên cạnh kỹ thuật truyền thống ăn mòn ướt sử dụng các dung dịch dạng kiềm (KOH hoặc TMAH) [1]

Về cơ bản ăn mòn khô có nguyên lý dựa trên sự kết hợp của quá trình bắn phá iôn (quá trình ăn mòn vật lý) và các phản ứng hóa học giữa các iôn khí hình thành trong trong môi trường plasma có chân không cao với các nguyên tử bề mặt vật liệu tạo ra các sản phẩm ở pha hơi (quá trình ăn mòn hóa học) dẫn đến kết quả khối vật liệu (Si) được tẩy bỏ và đục khoét, tạo ra cấu trúc cần thiết Plasma thường được tạo trong điện trường xoay chiều tần

số vô tuyến (Radio Frequency –RF) có cấu trúc kiểu tụ với 2 bản cực, mẫu

ăn mòn sẽ được gắn với một điện cực trong đó

Ăn mòn vật lý là quá trình có tính dị hướng cao (chỉ ưu tiên theo một phương nhất định) tạo ra vách ăn mòn thẳng đứng (hình 12 a) Quá trình ăn mòn do phản ứng hóa không phụ thuộc hướng nhưng có tính chọn lọc cao,

và có thể xảy ra trong vùng thể tích nhỏ (hình 12 b) Sự kết hợp của 2 quá trình này mang lại đầy đủ các ưu điểm của từng quá trình là sự lọc lựa cao, vách ăn mòn thẳng đứng, tạo được cấu trúc nhỏ và phức tạp (hình 12 c) Khi

đó, quá trình này được gọi là ăn mòn iôn hoạt hóa (Reactive Ion Etching - RIE)

Phương pháp này có thể được sử dụng trong trường hợp tạo ra các cấu trúc có độ sâu ăn mòn lớn, và được gọi là Deep Reactive Ion Etching – DRIE Các điều kiện ăn mòn trong một hệ ăn mòn RIE hay DRIE phụ thuộc chủ yếu vào các thông số như là áp suất buồng phản ứng, lưu lượng khí dùng

(a) (b) (c)

Hình 12: Nguyên lý của kỹ thuật ăn mòn RIE

Để cải thiện và nâng cao hiệu suất của quá trình ăn mòn, người ta đã kết hợp sử dụng các cuộn dây (coil) nhằm tăng cường mật độ plasma trong buồng phản ứng như được minh họa trên hình 13

Cuộn dây ICP tạo plasma cảm ứng Đám mây plasma

Điện cực đế có gắn mẫu ăn mòn Mẫu ăn mòn

Hình 13: Cấu trúc cơ bản của buồng ăn mòn kiểu ICP/RIE

Khi đó, phương pháp ăn mòn được gọi là Inductively Coupled Plasma/Reactive Ion Etching (ICP/RIE) Plasma sẽ được tạo trong từ trường của cuộn dây, làm tăng tốc độ ăn mòn do mật độ iôn tăng Toàn bộ quá trình được thực hiện trong buồng phản ứng với việc đưa vào các khí cần thiết, trong đó chắc chắn có khí tham gia quá trình ăn mòn vật lý là Sulfur hexaflourid SF6 và một khí có gốc CF cho quá trình lắng đọng lớp polymer bảo vệ bề mặt ăn mòn dạng Teflon và tham gia phản ứng của quá trình ăn mòn hóa học

Cấu trúc các phần chính của một thiết bị ăn mòn kiểu ICP/RIE được minh họa trên hình 14 Cơ chế hoạt động của thiết bị như sau:

Buồng phản ứng Cửa sổ quan sát

Cửa mở cho vùng Plasma

Chốt khóa buồng phản ứng

Hình 14: Sơ đồ cấu trúc bộ phận chính của một hệ ăn mòn khô ICP/RIE

Trước tiên, trường điện từ do nguồn xoay chiều RF cung cấp cho cuộn dây ICP i-ôn hóa các phân tử khí tạo ra các i-ôn dương và các điện tử hình thành đám mây plasma Các điện tử do khối lượng nhẹ hơn các iôn nên sẽ có vân tốc lớn hơn và có xu hướng rời khỏi đám mây plasma làm cho plasma trở nên dương hơn so với xung quanh Vì thế, điện tử sẽ được gia tốc và hướng về phía vách buồng phản ứng Khi đặt một thiên áp (Bias) xoay chiều

RF (trong khoảng 1-20 W) lên điện cực đế sẽ dẫn đến sự chênh lệch về thế lớn hấp dẫn các i-ôn dương đi về phía điện cực này dẫn đến hiện tương bắn phá iôn đối với mẫu ăn mòn Toàn bộ vùng plasma sẽ phát sáng do kết quả của quá trình iôn hóa và hối phục các phân tử khí đưa vào buồng phản ứng Các i-ôn này một phần sẽ tạo ra các phản ứng, phần khác sẽ va chạm với các

phân tử trên bề mặt mẫu và đẩy bật các phân tử đó ra khỏi bề mặt mẫu tạo ra quá trình ăn mòn Cả hai quá trình đều đưa đến kết quả là bề mặt mẫu bị tẩy

bỏ, tức là bị ăn mòn Đối với hệ này, nguồn RF Bias sẽ được kết hợp với nguồn RF của cuộn ICP bằng một bộ điều khiển (Matching Units) để bảo đảm có sự phối hợp trở kháng tốt nhất Do trở kháng của hệ phụ thuộc vào các điều kiện của quá trình nên bộ điều khiển này thường hoạt động trong chế độ tự động giúp cho trở kháng được điều chỉnh liên tục Quá trình cũng được duy trì ở áp suất thấp (chân không cao) nhờ bơm chân không Turbo, và được điều khiển bởi bộ điều tiết tự động (Automatic Pressure Controller - APC) mà có thể diều chỉnh liên tục từ trạng thái mở hoàn toàn (0%) đến đóng hoàn toàn (100%) Áp suất được duy trì trong khoảng 10 mTorr đến 40 mTorr và độ mở van được bộ APC điều chỉnh trong khoảng 86%-87%

Nhìn chung, đây là kỹ thuật khó, phức tạp, đòi hỏi đầu tư lớn về thiết

bị, vật tư Tuy nhiên, kỹ thuật này là cần thiết để chế tạo các linh kiện MEMS có kích nhỏ dưới milimét và có cấu trúc phức tạp, tiện ích và phù hợp thực sự với công nghệ màng mỏng và công nghệ mạch tổ hợp (Integrated Circuits – IC) để chế tạo linh kiện

3.4 Kỹ thuật đóng vỏ (packaging)

Do kích thước rất nhỏ nên các chip cảm biến phải được đóng vỏ để tiện ích cho quá trình đo đạc và ứng dụng Đặc biệt các chip cảm biến MEMS thường chứa các cấu trúc cơ rất mỏng manh (màng mỏng hoặc các thanh dầm) nên việc đóng vỏ càng có ý nghĩa là công cụ bảo vệ dưới tác dụng của môi trường bên ngoài như rung động, va đập, nhiệt độ

Vì vậy vỏ là chi tiết bảo vệ bên ngoài của cảm biến, có chức năng đưa tín hiệu từ cảm biến ra mạch ngoài, đảm bảo cách nhiệt, tránh được các rung