Nghiên cứu quá trình thiết kế và sản xuất microcantilever trong vi cơ điện tử (mems microelectromechanical systems)

ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT BÁO CÁO TỔNG KẾT ĐỀ TÀI KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ CẤP TRƯỜNG NGHIÊN CỨU QUÁ TRÌNH THIẾT KẾ VÀ SẢN XUẤT MICROCANTILEVER TRONG VI CƠ ĐIỆN TỬ (MEMS-MICROELECTROMECHANICAL SYSTEMS) Mã số: T2021-06-16 Chủ nhiệm đề tài: ThS Phạm Thị Thảo Khương Đà Nẵng, 11/2022 ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT BÁO CÁO TỔNG KẾT ĐỀ TÀI KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ CẤP TRƯỜNG 2018 NGHIÊN CỨU QUÁ TRÌNH THIẾT KẾ VÀ SẢN XUẤT MICROCANTILEVER TRONG VI CƠ ĐIỆN TỬ (MEMS-MICROELECTROMECHANICAL SYSTEMS) Mã số: T2021-06-16 Xác nhận quan chủ trì đề tài Chủ nhiệm đề tài (ký, họ tên, đóng dấu) (ký, họ tên) MỤC LỤC DANH MỤC BẢNG BIỂU .ii DANH MỤC HÌNH ẢNH iii THÔNG TIN KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU vi INFORMATION ON RESEARCH RESULTS x MỞ ĐẦU CHƯƠNG TỔNG QUAN 1.1 Nguyên lý vi chế tạo 1.2 Chất 1.3 Vật liệu 1.4 Bề mặt giao diện .7 1.5 Quy trình chế tạo 1.6 Microcantilever y học 10 CHƯƠNG 14 QUY TRÌNH CHUẨN CHẾ TẠO MICROCANTILEVER 14 2.1 Chế tạo vật liệu cantilever 14 2.2 Quy trình gia cơng chi tiết 15 2.3 Chi tiết trình sản xuất 16 2.4 Chế tạo Polysilicon cantilever .25 CHƯƠNG 29 THIẾT KẾ VÀ SẢN SUẤT THANH MICROCANTILEVEL 29 3.1 Thông tin chung 29 3.2 Thiết kế 30 3.2.1 Phần mềm L-edit 30 3.2.2 Yêu cầu thiết kế 31 3.2.3 Thiết kế mặt nạ 31 3.3 Các bước sản xuất microcantilevel .33 3.3.1 Quang khắc .33 3.4 Sự bay đồng 38 3.5 Khắc ướt cho đồng .40 3.6 Khắc ướt cho Photoresist .40 3.7 Khắc khô cho đồng 40 i CHƯƠNG 42 KẾT QUẢ THỰC NGHIỆM 42 4.1 Kết trình quang khắc cho lần thứ 42 4.2 Quá trình bay đồng 44 4.3 Quang khắc với mặt nạ thứ hai 45 4.4 Khắc cho đồng .47 4.5 Giải phóng chất cản quang 48 KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG NGHIÊN CỨU TIẾP THEO .51 Kết luận 51 Hướng nghiên cứu 51 TÀI LIỆU THAM KHẢO ii DANH MỤC BẢNG BIỂU Bảng Độ dày chất cản quang………………………………………………… 49 Bảng Đo lường độ dày wafer……………………………………………… 54 Bảng Đo lường độ dày Cu wafer sau quang khắc khô…………….54 iii DANH MỤC HÌNH ẢNH Hình 1-Các lĩnh vực Cơng nghệ vi mơ[1] Hình -Vật liệu giao diện cấu trúc .7 Hình 3- Quá trình tạo khuôn in thạch bản: (a) lắng đọng màng oxit; (b) ứng dụng cản quang; (c) Phơi nhiễm tia cực tím qua mặt nạ quang; (d) phát triển hình ảnh phản kháng; (e) ăn mòn oxit (f) loại bỏ chất cản quang [1] 10 Hình - Q trình khuếch tán: Có thể dễ dàng vượt qua rào cản 2,2 eV 900 ◦C tần suất vượt qua rào cản 3,5 eV thấp Nhiệt độ cao hơn, ví dụ, 1050 ◦C, cần thiết để vượt qua rào cản 3,5 eV cách dễ dàng[1] 10 Hình - Micocantilever mơ hình uốn tĩnh[2] 11 Hình - Sự dịch chuyển tần số cantilever bắt cặp với virut[2] 12 Hình 7- Minh họa ứng dụng phát chất sinh học, hóa học[2] .13 Hình - Sơ đồ tổng qt hóa quy trình chế tạo microcantileve 14 Hình - Sơ đồ quy trình bước cho sản xuất cantilever[7] .15 Hình 10 - Thiết kế mặt nạ cho cấp độ mặt nạ khác nhau[7] 15 Hình 11 - Quy trình RCA[7] .17 Hình 12- Lị 2[7] .17 Hình 13- Thiết bị bay nhiệt 18 Hình 14- Mức tạo khuôn Al .19 Hình 15- Double Sided mask Aligner (DSA) 19 Hình 16- Máy Spinner .20 Hình 17- Resist S1813 lần thứ 20 Hình 18- Tạo neo cấp độ thứ .21 Hình 19- Hình ảnh microcantilever sau tro hóa plasma (a) Ảnh bề mặt (b) Ảnh SEM 22 Hình 20- Tro hóa plasma watt khoảng thời gian khác 23 Hình 21- Q trình tro hóa thực 100 watt 40 phút 23 Hình 22- Tro hóa plasma với độ nghiêng mẫu 450 24 Hình 23- Ảnh SEM cho thấy chùm tia bị treo dính vào điện cực phía 24 Hình 24- Lớp resist bị loại bỏ sau bay Acetone 25 Hình 25- Quá trình vi chế tạo microcantilevel 30 Hình 26- Cửa sổ thiết lập 31 Hình 27- Yêu cầu cho thiết kế 100x40 µm 32 Hình 28- Thiết kế vật phẩm .32 Hình 29- Thiết kế Alignment 32 Hình 30- Tấm gia nhiệt .33 Hình 31- Các bước quang khắc [8][9][10] 34 Hình 32- (a) Hai loại chất cản quang sử dụng thí nghiệm;(b) Sơ đồ thể mối liên quan vận tốc thời gian 35 Hình 33- Máy aligner 36 iv Hình 34- Ba phương pháp phơi sáng 37 Hình 35- Buồng chứa chân khơng .39 Hình 36- Máy dùng để khắc khô .41 Hình 37-Wafer sau quay bao phủ phát triển 42 Hình 38- Độ dày chất cản quang wafer .43 Hình 39- Độ dày chất cản quang wafer .43 Hình 40- Tốc độ lắng đọng độ dày lớp đồng 44 Hình 41- Độ dày lớp Cu đo profilomete 44 Hình 42- Các bán dẫn sau phủ chất cản quang (tấm bán dẫn bên phải, bán dẫn bên trái) 45 Hình 43- Độ dày chất cản quang wafer .45 Hình 44- Độ dày chất cản quang wafer 45 Hình 45- Cấu trúc wafer 46 Hình 46- Cấu trúc wafer 47 Hình 47- Trước khắc cho wafer1 wafer2 47 Hình 48- Sau khắc cho wafer1 (hình thứ nhất) wafer2 (hình thứ 2) .48 Hình 49- Trước sau quang khắc cho wafer 48 Hình 50- Độ dày trước sau quang khắc 49 Hình 51 - wafer 1: 1813 sau khắc khô 25min 50 Hình 52 - wafer 2: 1813 sau khắc khơ 30min 50 Hình 53 – Sản phẩm thu trước sau etching 50 v ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG CỘNG HOÀ XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ NAM THUẬT Độc lập - Tự - Hạnh phúc THÔNG TIN KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU Thông tin chung:  Tên đề tài: Nghiên cứu trình thiết kế sản xuất Microcantilever vi điện tử (MEMS-Microelectromechanical Systems)  Mã số: T2021-06-16  Chủ nhiệm: ThS Phạm Thị Thảo Khương  Cơ quan chủ trì: Trường ĐH Sư Phạm Kỹ Thuật  Thời gian thực hiện: 12/2021-11/2022 Mục tiêu:  Nghiên cứu hình dáng cấu tạo microcantilever  Thiết kế microcantilever máy tính  Nghiên cứu quy trình bước sản xuất microcantilever  Thực bước để sản xuất microcantilever  Kiểm tra đánh giá microcantilever thu để hồn thiện chu trình sản xuất Tính sáng tạo:  Phát triển phương pháp rút gọn cho trình chế tạo microcantilever  Kiểm tra đánh giá microcantilever thu có thiết kế ban đầu đưa Tóm tắt kết nghiên cứu:  Nghiên cứu hình dáng cấu tạo microcantilever ứng dụng nhiều y học  Thiết kế microcantilever máy tính phần mềm L-edit  Nghiên cứu thành cơng quy trình rút gọn bước sản xuất microcantilever  Thực bước để sản xuất microcantilever  Kiểm tra đánh giá microcantilever thu để hoàn thiện chu trình sản xuất Tên sản phẩm: vi  Bài báo “Micro cantilever beam fabrication and characterization chế tạo kiểm tra đặc điểm mềm cơng xơn kích thướt micro”, đăng tạp chí Đại học Đà Nẵng 2022  Báo cáo Hiệu quả, phương thức chuyển giao kết nghiên cứu khả áp dụng:  Chương trình cơng bố có tính hiệu cao, bền vững có tính ứng dụng cao  Kết kiểm tra đánh giá chu trình chứng minh tính đắn  Kết đạt dùng làm sở cho nghiên cứu khác có liên quan Hình ảnh, sơ đồ minh họa vii viii