3.1.1.1 Quá trình quang khắc
Làm sạch bề mặt mẫu (bước 1)
Đế được dùng để chế tạo sensor là đế Si, một mặt được oxi hóa thành lớp SiO2
(có chiều dày khoảng từ 500 nm đến 1000 nm)để cách điện giữa đế với màng trên đế. Trên đế Si có nhiều chất bẩn và chất hữu cơ nên ta phải làm sạch đế để không ảnh hưởng tới chất lượng của màng.
- Chuẩn bị 10 đế Si/SiO2.
- Cho đế vào dung dịch axeton, rung siêu âm trong 10 phút để loại bỏ hết chất chất bẩn và chất hữu cơ trên đế.
- Sau khi rung siêu âm, cho đế vào dung dịch cồn, lắc đều để loại bỏ hết axeton còn bám trên đế.
- Cho đế vào nước DI để rửa sạch cồn bám dính.
- Xì khô bằng khí N2, cho lên bếp nung ở 1200 trong thời gian 5 phút để bốc bay hết hơi nước còn trên bề mặt đế.
Quay phủ mẫu với chất cản quang AZ5214-E (bước 2)
- Các mẫu được phủ lớp cản quang bằng cách cho các mẫu quay trên thiết bị quay phủ (spin coater) Suss MicroTec.
- Chất cản quang sử dụng là AZ5214-E (AZ5214-E là một chất cản quang đặc biệt, nó có thể được sử dụng cho cả quá trình quang khắc dương và âm). Quá trình quay phủ gồm 2 bước với các thông số cho trong bảng 3.1.
Độ dày của chất cản quang được tính theo công thức (3.1):
Với tốc độ quay phủ cho trong bảng 3.1 thì chiều dày của chất cản quang sau khi nung khoảng 3,62µm.
Bảng 3.1. Các thông số trong quá trình quay phủ chất cản quang AZ5214-E
Bước Tốc độ quay phủ (v/p) Số lần gia tốc Thời gian(s)
0 600 2 6
1 3500 6 30
Sấy sơ bộ (soft bake hay pre-bake)
Các mẫu được sấy ở 800C trong khoảng 15s. Mục đích sấy sơ bộ để loại bỏ hơi dung môi còn trong chất cản quang sau khi quay phủ lên đế.
Chiếu tia UV lần 1 (có mask)(bước 3)
Trong quá trình quang khắc, chúng tôi đặt máy quang khắc với các thông số: cường độ chiếu sáng 12,8mW/cm2
, công suất chiếu sáng 251W. Các mẫu sau khi sấy sẽ được chiếu tia UV trong khoảng 3s với mask sử dụng là mask dành cho chế tạo mạch cầu Wheatstone. Có hai loại mask ứng với cấu hình hai loại mạch cầu, loại mạch cầu mà mỗi điện trở gồm có 18 thanh điện trở hình chữ nhật, mỗi thanh điện trở có kích thước 10 μm
250 m gọi là mạch cầu loại nhỏ; loại mạch cầu mà mỗi điện trở gồm 6 thanh điện trở hình chữ nhật có kích thước 50 μm 250 m gọi là mạch cầu loại lớn (hình 3.2).
a. Loại lớn b. Loại nhỏ Hình 3.2. Ảnh chụp mask điện trở mạch cầu Wheatstone
250µm
Sấy lần 2 (hard baking)
Mục đích của việc sấy lần 2 là làm cho lớp cản quang cứng hoàn toàn, đồng thời tách toàn bộ dung môi ra khỏi chất cản quang. Mẫu vừa chiếu tia UV cho lên bếp nung ở 1000 C trong 60 giây. Sau khi sấy mẫu lần 2, ta đem mẫu chiếu không mask trong khoảng 35s.
Tráng rửa
Cho mẫu vào dung dịch developer AZ300MIF để tráng rửa hiện hình. Lắc đều mẫu trong khoảng 2 phút đến khi phần cản quang phủ trên các điện trở cần tạo hình bị rửa trôi hết. Cho vào nước DI khuấy cho trôi hết developer trên bề mặt mẫu. Quan sát mẫu dưới kính hiển vi, nếu thấy trên đế xuất hiện các điện trở mạch cầu Wheatstone, chứng tỏ quá trình quang khắc đã thành công (hình 3.3).
a. Loại lớn b. Loại nhỏ Hình 3.3. Mạch cầu điện trở sau khi tráng rửa
3.1.1.2 Quá trình phún xạ
Sau khi tạo hình cho các điện trở mạch cầu Wheatstone, mẫu được đem đi phún xạ lớp vật liệu nhạy từ trường NiFe (bước 4).
Lấy mẫu sau khi tráng rửa gắn vào giá giữ mẫu có từ trường ghim 600Oe, ta sẽ phún màng có cấu trúc dạng: Ta/Ni80Fe20. Mục đích của việc phún lớp Ta là để cho lớp Ni80Fe20 bám chắc vào đế và tăng cường dị hướng cho lớp Ni80Fe20. Các thông số của quá trình phún được cho trong bảng 3.2. Khi đã phún xong, chúng tôi tiến hành lift-off (bước 5). Lấy mẫu cho vào cốc đựng axeton rung siêu âm trong khoảng 15 phút. Phần màng phún trên chất cản quang sẽ bị trôi hết trong quá trình rung siêu âm, chỉ còn lại phần màng phún dạng mạch cầu Wheatstone (hình 3.4).
Bảng 3.2. Thông số phún xạ khi tạo điện trở cấu trúc cầu
Màng Chân không cơ sở Pbase Áp suất khí Ar Công suất phún Vận tốc quay của đế Chiều dày màng Ta 2*10-7 Torr 2,2 mTorr 25W 30 prm 3nm NiFe 2,2 mTorr 75W 30 prm 5,10,15,20,25 nm
Hình 3.4. Mạch cầu điện trở sau khi phún xạ và lift- off