Trong luận văn này, tôi xin đề xuất các bước thực hiện để chế tạo micromotor. Dưới đây làsơđồcác bước chế tạo.
4.2.2.1 Chuẩn bị - preparation
Tấm wafer được chuẩn bị cho quá trình gia công là tấm silicon trên lớp cách
điện - SOI (Silicon on Insulating layer). Một tấm wafer gồm có 3 lớp:
• Lớp Si (lớp làm việc): dầy khoảng 30 - 50µm • Lớp SiO2: dầy khoảng 4µm
• Dưới cùng là lớp nền silicon : dầy khoảng 450 - 500µm
CHƯƠNG 4. QUY TRÌNH CHẾ TẠO MICROMOTOR QUAY
NGUYỄN ĐÌNH HƯỚNG 62
Sau đó, ta đưa tấm wafer đi rửa để bỏ đi các tạp chất bám trên bề mặt tấm bằng các hóa chất như axêtôn hoặc có thể là axit sunfuric (H2SO4). Tiếp theo ta sấy nhẹở nhiệt độ khoảng 1200C để làm khô tấm wafer. Cuối cùng ta phủ lớp hóa chất OAP để tăng khả năng kết dính giữa tấm wafer và lớp photoresist để chuẩn bị cho quá trình phủ lớp cảm quang (photoresist).
4.2.2.2 Quá trình quang khắc và phát triển - Lithography và developing
Bước này chính là tạo ra một mặt nạ chuẩn bị cho quá trình ăn mòn. Quá trình thực hiện bước này như sau:
-Phủ một lớp vật liệu cảm quang (photoresist) lên bề mặt tấm wafer bằng phương pháp quay phủ. (Hình 4.4a)
-Sấy nhẹ làm bay hơi dung môi có trong photoresist.
-Thực hiện quá trình quang khắc bằng việc chiếu chùm sáng tia cực tím cường độ lớn qua một mặt nạ có hình dạng và kích thước như thiết kế của micromotor xuống lớp photoresist. Phần photoresist không được mặt nạ che chắn sẽ
bị phân rã. (Hình 4.4b)
-Tráng rửa: dùng hóa chất để rửa bỏ lớp photoresist đã bị phân rã. -Sấy khô để lớp photoresist cứng hoàn toàn. (Hình 4.4c)
Lớp Si
Lớp SiO2
Lớp nền silicon
CHƯƠNG 4. QUY TRÌNH CHẾ TẠO MICROMOTOR QUAY
NGUYỄN ĐÌNH HƯỚNG 63
4.2.2.3 Ăn mòn sâu ion hoạt hóa D-RIE
Sau khi phủ mặt nạ là lớp photoresist lên tấm wafer, ta có thể bắt đầu thực hiện quá trình ăn mòn lớp silicon. Ta đưa tấm wafer vào máy ăn mòn. Đầu tiên là quá trình ăn mòn silicon bằng việc sử dụng khí SF6. Đặc điểm của khí SF6 là khi tạo thành luồng plasma để bắn vào bề mặt silicon, nó sẽ tác dụng với silicon và tạo thành sản phẩm bay lên, đồng thời tỏa nhiệt. Sản phẩm của phản ứng bay lên sẽ có một thiết bị hút ra ngoài. Sau khi bắn phá bề mặt silicon sẽ tạo thành những rãnh lõm (Hình 4.5a). Các phản ứng SF6 là:
Các phản ứng phân ly (4.1) Các phản ứng ion hóa (4.2) e- + SF6 →SF5 + F + e- e- + SF6 → SF+5 + F + 2e- e- + SF5 →SF4 + F + e- e- + SF6 → SF+3+ F2 + F + 2e- e- + SF4 →SF4 + F + e- e- + SF4 → SF+3 + F + 2e- Các phản ứng thu được (4.3) e- + SF6 →SF-5 + F e- + SF4 → SF-3+ F e- + SF4 →SF+3 + F + 2e- Lớp photoresist Tấm wafer Gương Chùm tia UV bị giữ lại Chùm tia UV
xuyên qua Mặt nạ kim loại
(a)
(b)
Hình 4.4 Quá trình quang khắc và phát triển lớp photoresist (c)
CHƯƠNG 4. QUY TRÌNH CHẾ TẠO MICROMOTOR QUAY
NGUYỄN ĐÌNH HƯỚNG 64
Flo tự do từ quá trình phân ly SF6 sẽăn mòn silicon:
SiFx + F → SiFx+1 với x = 1÷3 (4.4)
Quá trình thứ hai là lắng đọng polyme (Deposited polymer). Ta phun khí C4H8 vào các bề mặt, phản ứng của chất này với các bề mặt tạo thành một lớp nhựa bảo vệ (cả bề mặt wafer và hố vừa được tạo ra ở bước a- Etch) - (Hình 4.5b).
Sau khi phủ xong thì ta lại quay về bước (a) để tiếp tục bán phá. Tuy nhiên khi bắn phá, khí SF6 sẽđục mặt nạ và đáy, khi đục mặt nạ thì luồng tia plasma dừng lại, còn đục xuống đáy thì đục thủng cả lớp nhựa bảo vệ được tạo thành, chỉ giữ lại thành bên (Hình 4.5c). Các quá trình lặp đi lặp lại tạo nên một thành bậc rất nhỏ. Quá trình ăn mòn dừng lại khi gặp bề mặt oxit SiO2 - (Hình 4.5d).
Tiếp theo, ta tiếp tục phủ một lớp photoresist lên tấm wafer bằng phương pháp quay phủ để bảo vệ vi cấu trúc để tránh bị hỏng hóc trong quá trình cắt tấm wafer thành từng chip nhỏ.
Sau khi cắt tấm wafer thành từng chip, ta sẽ dùng dung dịch 106 để rửa một phần lớp photorsist. Và rửa sạch hoàn toàn bằng dung dịch H2SO4 loãng. Sấy khô
Hình 4.5 Quá trình ăn mòn khô D-RIE
(a) (b) (c) Mặt nạ photoresist Lớp SiO2 Lớp Silicon Lớp nền Si (d)
CHƯƠNG 4. QUY TRÌNH CHẾ TẠO MICROMOTOR QUAY
NGUYỄN ĐÌNH HƯỚNG 65
chip ở nhiệt độ 1200C trong 20 phút để chuẩn bị cho quá trình ăn mòn bằng axit bay hơi (Vapor HF etching).
4.2.2.3 Quá trình ăn mòn axit bay hơi - Vapor HF
Mục đích của quá trình này là ăn mòn lớp SiO2 nằm dưới các thiết kế sau khi
đã ăn mòn khô (D-RIE). Quá trình ăn mòn được thể hiện thông qua phương trình phản ứng (4.5).
SiO2 + 6HF = H2 + SiF6 + 2H2O (4.5)
Tấm wafer được để lên một giá. Axit HF được đựng trong một bình nhựa (nhựa có khả năng chống lại sựăn mòn của HF). Người ta nung nóng axit HF nồng
độ 40% lên khoảng 40- 500, khi đó axit sẽ bốc hơi mãnh liệt lên tấm wafer đặt ở
trên giá và sẽăn mòn SiO2 nằm ở giữa, trong các rãnh xen kẽ của thiết kế với tốc độ
rất chậm khoảng 0.2µm/phút. Sản phẩm là H2, SiF6 và H2O sẽ được hút ra ngoài (như phương trình 4.5).
Sau khi ăn mòn băng axit bay hơi HF, chip sẽ được sấy khô ở 100- 1200C trong khoảng 10 phút. Quy trình chế tạo hoàn thành, sau đó ta có thể đem chip đi tiến hành kiểm tra, đo đạc.
CHƯƠNG 4. QUY TRÌNH CHẾ TẠO MICROMOTOR QUAY
NGUYỄN ĐÌNH HƯỚNG 66