CHƯƠNG 2 NGHIÊN CỨU XÂY DỰNG QUY TRÌNH CÔNG NGHỆ CHẾ TẠO CẢM BIẾN GIA TỐC
2.2. Thiết kế và chế tạo bộ mặt nạ
Quy trình chế tạo cảm biến bao gồm một số bước công nghệ, trong mỗi bước này sẽ sử dụng các kỹ thuật cơ bản của công nghệ vi điện tử là lắng đọng, quang khắc và ăn mòn. Mỗi lần quang khắc sẽ tương ứng một mặt nạ quang riêng biệt. Các mặt nạđã được thiết kế bằng phần mềm chuyên dụng L-edit và CleWin.
Đây là các phần mềm được dùng phổ biến trong công nghệ vi điện tử. Các thiết kế
mặt nạ sau đó được chế tạo trên đế thuỷ tinh phẳng với lớp cản quang là màng Crôm. Nắp buồng phản ứng Màn hình điều khiển Thân buồng
Nguyễn Văn Toán ITIMS-2009
37
Dựa trên các phân tích thiết kế và mô phỏng, một bộ mặt nạ đã được thiết kế và chế tạo, gồm sáu mặt nạ. Mặt nạ đầu tiên được ký hiệu là PR (Piezo-
Resistor) được đưa ra ở (Hình 2.9).
Hình 2.9. Mặt nạ PR
Mặt nạ thứ 2 (Hình 2.10) là mặt nạ PF (Beam-Frontside) được dùng đểđịnh dạng các thanh dầm. Khe này được thiết kế rộng 10 µm.
Hình 2.10. Mặt nạ BF
Mặt nạ thứ 3 (Hình 2.11) là mặt nạ MG (Mass-Gap), được dùng để định dạng tạo khe dao động để tạo không gian cho khối gia trọng dễ dàng dao động sau khi đóng vỏ. Khe này được thiết kế có kích thước (rộng 5 µm) sao cho hệ số giảm
Nguyễn Văn Toán ITIMS-2009
38
trấn (damping) đối với dao động thẳng đứng của khối gia trọng là tối ưu, khi đó dải thông của cảm biến là lớn nhất.
Hình 2.11. Mặt nạ MG
Mặt nạ thứ 4 (Hình 2.12) là mặt nạ CH (Contact-Hole), được dùng để định dạng vùng tiếp xúc giữa áp điện trở và dây dẫn nhôm. Kích thước của vùng này là 3 x 3 µm2.
Hình 2.12. Mặt nạ CH
Mặt nạ thứ 5 (Hình 2.13) là mặt nạ IC (Inter-Connection), được dùng để chế tạo dây dẫn. Vì các dây dẫn chạy trên các thanh dầm và trên khung ngoài của cảm biến
Nguyễn Văn Toán ITIMS-2009
39
nên phải tối ưu hoá thiết kế bằng cách giảm thiểu số dây chạy trên các phần cấu trúc đó giúp tăng thêm không gian cho khối gia trọng nhằm làm tăng độ nhạy cảm biến. Các chân điện cực (pads) được đặt ở khung ngoài có kích thước đủ lớn (150 x 150 µm2)để có thể dễ dàng hàn dây ra ngoài, và đủ nhỏđể tăng kích thước khối gia trọng.
Hình 2.13. Mặt nạ IC
Mặt nạ cuối cùng là mặt nạ MB (Mass-Backside) được dùng để định dạng khối gia trọng (Hình 2.14). Khối gia trọng được tạo ra bằng cách phương pháp ăn mòn khô hoạt hóa sâu (DRIE) hình thành khe giữa khung ngoài và khối gia trọng. Khe này được tính toán sao cho hệ số giảm chấn (damping) đối với dao
động ngang của khối gia trọng là tối ưu, có dải thông lớn nhất. Trong thiết kế này, khe dao động có kích thước là 10 µm.
Nguyễn Văn Toán ITIMS-2009
40
Hình 2.14. Mặt nạ MB
Trong mỗi mặt nạ đều có các dấu so mask nằm đối xứng hai bên (Hình 2.15). Các lỗ so mặt nạ này có kích thước chênh lệch nhau từ 1 µm đến 2 µm theo thứ tự mặt nạ (PR → BF → MB → CH → IC → MB). Mặt nạ trước sẽ tạo dấu so mặt nạ cho mặt nạ sau. Riêng mặt nạ BF được dùng hai lần. Lần thứ hai là sau mặt nạ IC, vì vậy trong thiết kế, mặt nạ IC đã để lại dấu so mặt nạ cho mặt nạ BF, đồng thời mặt nạ BF tạo dấu so mặt nạ cho mặt nạ MB.
Nguyễn Văn Toán ITIMS-2009
41