Name: photolithography for silicon wafer patterning
Uploaded: 2023-04-30T06:32:27.000Z
Duration: 7 min 44 s
Channel: JoVE

<div class="chapter_text" id="script_0">La necesidad creciente de dispositivos portátiles con volúmenes de muestra muy pequeña, ha llevado a la miniaturización de los dispositivos llamados BioMEMS. BioMEMS se producen a través de microfabricación. Un proceso de fabricación de estructuras de microempresas con tecnología de semiconductores. Una técnica de microfabricación llamada Fotolitografía, se utiliza a menudo a patrones complejos de patrón sobre un sustrato utilizando luz. Este video introducir el proceso de fotolitografía, demostrar la técnica en el laboratorio y proporcionar la penetración en algunas aplicaciones donde se utiliza Fotolitografía.</div><div class="chapter_text" id="script_1">Semiconductores, es decir, las obleas de silicio, se utilizan típicamente como el substrato de microfabricación mediante Fotolitografía. Primero se limpia la oblea para eliminar contaminantes orgánicos. Entonces se forma una capa de sustrato en la parte superior. Por ejemplo, dióxido de silicio se forma mediante oxidación térmica. Para empezar Fotolitografía una capa de una sustancia reactiva UV viscosa, llamada Photoresist, es cubierto en un espesor uniforme en el sustrato. El sustrato de la fotoresistencia revestido entonces está expuesto a intensa luz UV, a través de una plantilla precisamente estampada llamada un Photomask. Existen dos tipos de Photoresist; primera resistencia positiva se convierte en soluble con la exposición a los rayos UV. En cambio las regiones expuestas de resistencia negativa se convierten en reticulado y son insolubles. La parte soluble de la fotoresistencia se elimina entonces usando una solución de revelado. Dejando estampadas fotoresistencia y expuestas regiones de sustrato. El patrón entonces se graba en la capa de dióxido de silicio expuesto. Una técnica de grabado seco llamado ion reactivo plasma químicamente reactivo utiliza para quitar el material depositado en la oblea de la aguafuerte. Por otra parte, un grabado húmedo, tales como ácido fluorhídrico puede ser utilizado para grabar dióxido de silicio. La técnica de grabado variará dependiendo del material que se procesa. Por último, el Photoresist restante se retira, dejando una microestructura de silicio precisamente modelada. Esta estructura puede entonces utilizar directamente, o como molde para la fabricación de dispositivos electrónicos y micro fluídicos. Ahora que se ha explicado el procedimiento básico de fotolitografía, echemos un vistazo a cómo se realiza el procedimiento en un entorno de sala limpia.</div><div class="chapter_text" id="script_2">En primer lugar, la máscara de la foto que se utilizará para crear el patrón está diseñada y ordenada de un fabricante. Entonces, el proceso de fotolitografía se realiza en un recinto limpio, que rutinariamente filtros de aire para minimizar la contaminación de polvo. En primer lugar, se forma una capa de dióxido de silicio en la superficie de la oblea de silicio mediante oxidación térmica. Una vez que la oblea se oxida, se coloca en el portabrocas de la hacer girar-máquina de pintar. Fotoresistencia se vierte en el centro de la oblea, hasta que cubre la mayor parte de la superficie de la oblea. La fotoresistencia es entonces cubierto de vuelta, para crear una capa uniforme y delgada. A continuación la oblea cubierta es suave al horno en una placa caliente, se evaporan los disolventes, y solidificar la fotoresistencia. La oblea se carga en el alineador de máscara, que contiene la máscara de la foto específica para el modelo deseado. Entonces, la oblea es expuesta a la luz UV a través de la máscara de la foto y luego duro al horno para fijar la fotoresistencia desarrollado. Las regiones soluble de photoresist se eliminan usando una solución de revelador específica para el tipo de photoresist utilizado. Finalmente, la oblea se enjuaga y se seca, dejando la fotoresistencia modelada en la oblea.</div><div class="chapter_text" id="script_3">Después de fotolitografía, el patrón está grabado en la capa superior de dióxido de silicio, usando aguafuerte reactiva profunda del ion. Después del grabado, el photoresist restante se retira sumergiendo la oblea en un removedor de fotoprotección adecuada. La oblea entonces se lavarlo con isopropanol y acetona y se seca bajo nitrógeno. A continuación, una piraña solución limpiadora está dispuesta a quitar exceso residuos orgánicos. Piraña es una mezcla de concentrado ácido sulfúrico y peróxido de hidrógeno. Esta solución debe utilizarse en una campana de aprobado, bien ventilada con una formación adecuada. Piraña es extremadamente peligroso y puede ser explosiva. La oblea es sumergida en Piraña durante varios minutos y luego enjuagar con agua. Finalmente, la oblea se enjuaga con acetona y metanol y secada con nitrógeno gaseoso para dejar la estructura limpia, final.</div><div class="chapter_text" id="script_4">Micro escala patrones generados por Fotolitografía se utilizan para crear una amplia gama de dispositivos BioMEMS. Por ejemplo, puede utilizarse Fotolitografía para crear patrones metálicos sobre un sustrato, como una oblea de silicio, o portaobjetos de vidrio. En lugar de grabado a la capa superior del sustrato, metal se deposita sobre el patrón de Fotoprotección con recubrimiento sputter, o evaporación de metal. En este ejemplo, una capa de adherencia del cromo está cubierta en un portaobjetos de vidrio, seguido de una capa del oro. Después de la deposición, los photoresists se quita para exponer los patrones oro. Los patrones oro pueden utilizarse para la Asamblea controlada de las células, o como electrodos para la bio-electrónica. Fotolitografía puede utilizarse también para crear micro-patrones de polímero. Para ello, se deposita una capa de polímero sobre la oblea de silicio antes de fotolitografía. Como con las capas de dióxido de silicio en obleas de silicio, el patrón de polímero expuesto por la fotoresistencia desarrollado es grabado al agua fuerte lejos. El photoresist restante entonces se retira para dejar sólo el polímero con dibujos. El polímero patrón se puede utilizar para inducir el crecimiento celular controlado, en o alrededor de las islas de polímero. Mientras que la fotolitografía se limita a la micro escala, patrones de nano-escala se pueden fabricar usando una viga de ion enfocada o FIB. FIB utiliza un haz de iones para ablar o depositar materiales en una superficie en un patrón preciso. En este ejemplo, electrodos de oro previamente modelados fueron funcionalizados con cristales de molibdeno. Luego, nano-escala platino puentes fueron depositadas mediante FIB para conectarse el cristal del electrodo de oro. Estas estructuras pueden utilizarse para mejorar y más miniaturizados dispositivos BioMEMS.</div><div class="chapter_text" id="script_5">Sólo ha visto introducción de Zeus para microfabricación mediante Fotolitografía. Ahora debería entender la fotolitografía básica del proceso, cómo se realiza en el laboratorio y algunas maneras de que la técnica se utiliza en la fabricación de dispositivos BioMEMS. Gracias por ver.</div>

microfabricación mediante fotolitografía

La fabricación de dispositivos BioMEMs se realiza usando una técnica de microfabricación llamada Fotolitografía. Este método ampliamente utilizado utiliza la luz para transferir un patrón sobre una oblea de silicio y proporciona la base para la fabricación de muchos tipos de dispositivos BioMEMs.
Este video presenta la técnica de fotolitografía, muestra cómo el proceso se realiza en la sala limpia y presenta algunas aplicaciones del proceso.

Microfabricación mediante Fotolitografía

The fabrication of BioMEM&#160;devices is often done using a microfabrication technique called photolithography. This widely used method utilizes light to ...

La creciente necesidad de dispositivos portátiles con volúmenes de muestra extremadamente pequeños ha impulsado la miniaturización de dispositivos llamados BioMEMs. Los BioMEMs se producen a través de la microfabricación. Proceso de fabricación de estructuras a microescala utilizando tecnología de semiconductores. Una técnica de microfabricación llamada fotolitografía se utiliza a menudo para modelar patrones complejos en un sustrato utilizando la luz. Este video presentará el proceso de fotolitografía, demostrará la técnica en el laboratorio y proporcionará información sobre algunas aplicaciones en las que se utiliza la fotolitografía. Los semiconductores, es decir, las obleas de silicio, se utilizan normalmente como sustrato en la microfabricación mediante fotolitografía. Primero se limpia la oblea para eliminar los contaminantes orgánicos. Luego se forma una capa de sustrato en la parte superior. Por ejemplo, el dióxido de silicio se forma mediante oxidación térmica. Para comenzar la fotolitografía, se recubre una capa de una sustancia viscosa reactiva a los rayos UV, llamada fotorresistencia, hasta obtener un grosor uniforme en el sustrato. A continuación, el sustrato recubierto de fotorresistencia se expone a una luz ultravioleta intensa, a través de una plantilla con un patrón preciso llamada fotomascarilla. Existen dos tipos de fotorresistencia; La primera resistencia positiva se vuelve soluble al exponerse a la luz ultravioleta. Por el contrario, las regiones expuestas de resistencia negativa se entrecruzan y son insolubles. A continuación, la parte soluble de la fotorresistencia se elimina con una solución reveladora. Dejando atrás las regiones de fotorresistencia estampadas y sustrato expuestas. A continuación, el patrón se graba en la capa de dióxido de silicio expuesta. Una técnica de grabado en seco llamada grabado iónico reactivo utiliza plasma químicamente reactivo para eliminar el material depositado en la oblea. Alternativamente, se puede usar un grabado húmedo, como el ácido fluorhídrico, para grabar dióxido de silicio. La técnica de grabado variará según el material que se procese. Finalmente, se elimina la fotorresistencia restante, dejando una microestructura de silicio con un patrón preciso. Esta estructura se puede utilizar directamente o como molde para la fabricación de dispositivos electrónicos y microfluídicos. Ahora que se ha explicado el procedimiento básico de la fotolitografía, echemos un vistazo a cómo realizar el procedimiento en un entorno de sala limpia. En primer lugar, se diseña la fotomáscara que se utilizará para crear el patrón y se encarga a un fabricante. Luego, el proceso de fotolitografía se realiza en una sala limpia, que filtra el aire de forma rutinaria para minimizar la contaminación por polvo. Primero, se forma una capa de dióxido de silicio en la superficie de la oblea de silicio mediante oxidación térmica. Una vez que la oblea se oxida, se coloca en el mandril de centrifugación. La fotorresistencia se vierte en el centro de la oblea, hasta que cubre la mayor parte de la superficie de la oblea. A continuación, el fotorresistente se recubre por rotación para crear una capa uniforme y fina. A continuación, la oblea recubierta se hornea suavemente en una placa calefactora para evaporar cualquier solvente y solidificar la fotorresistencia. La oblea se carga en el alineador de mascarillas, conteniendo la fotomáscara específica para el patrón deseado. Luego, la oblea se expone a la luz ultravioleta a través de la fotomáscara y luego se hornea para establecer la fotorresistencia revelada. Las regiones solubles de la fotorresistencia se eliminan utilizando una solución reveladora específica para el tipo de fotorresistencia utilizada. Finalmente, la oblea se enjuaga y se seca, dejando la fotorresistencia estampada en la oblea. Después de la fotolitografía, el patrón se graba en la capa superior de dióxido de silicio, utilizando un grabado iónico reactivo profundo. Después del grabado, la fotorresistencia restante se elimina remojando la oblea en un removedor de fotorresistencia adecuado. A continuación, la oblea se enjuaga con isopropanol y acetona y se seca con nitrógeno. A continuación, se prepara una solución limpiadora de pirañas para eliminar el exceso de residuos orgánicos. La piraña es una mezcla de ácido sulfúrico concentrado y peróxido de hidrógeno. Esta solución debe usarse en una campana aprobada, bien ventilada y con la capacitación adecuada. La piraña es extremadamente peligrosa y puede ser explosiva. La oblea se sumerge en piraña durante varios minutos y luego se enjuaga con agua. Finalmente, la oblea se enjuaga con acetona y metanol y se seca con gas nitrógeno para dejar la estructura final limpia. Los patrones a microescala generados por fotolitografía se utilizan para crear una amplia gama de dispositivos BioMEM. Por ejemplo, la fotolitografía se puede utilizar para crear patrones metálicos en un sustrato, como una oblea de silicona o un portaobjetos de vidrio. En lugar de grabar la capa superior del sustrato, el metal se deposita sobre el patrón fotorresistente mediante un recubrimiento de pulverización catódica o evaporación del metal. En este ejemplo, se recubre una capa de adherencia de cromo sobre un portaobjetos de vidrio, seguida de una capa de oro. Después de la deposición, se retiran las fotorresistencias para exponer los patrones dorados. Los patrones de oro se pueden utilizar para el ensamblaje controlado de células, o como electrodos para la bioelectrónica. La fotolitografía también se puede utilizar para crear micropatrones de polímeros. Para ello, se deposita una capa de polímero sobre la oblea de silicio antes de la fotolitografía. Al igual que con las capas de dióxido de silicio en las obleas de silicio, el patrón de polímero expuesto por el fotorresistente desarrollado se graba. A continuación, se retira el fotorresistente restante para dejar solo el polímero estampado. El polímero estampado se puede utilizar para inducir el crecimiento celular controlado, en o alrededor de las islas de polímero. Mientras que la fotolitografía se limita a la microescala, los patrones a nanoescala se pueden fabricar utilizando un haz de iones enfocado, o FIB. FIB utiliza un haz de iones para ablacionar o depositar materiales en una superficie en un patrón preciso. En este ejemplo, los electrodos de oro premodelados se funcionalizaron con cristales de molibdeno. A continuación, se depositaron puentes de platino a nanoescala utilizando FIB para conectar el cristal al electrodo de oro. Estas estructuras se pueden utilizar para mejorar y miniaturizar aún más los dispositivos BioMEM. Acabas de ver la Introducción a la Microfabricación a través de la Fotolitografía de Jove. Ahora debe comprender el proceso básico de fotolitografía, cómo se realiza en el laboratorio y algunas formas en que se utiliza la técnica en la fabricación de dispositivos BioMEM. Gracias por mirar.

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Ingeniería

Bioengineering

Bioingeniería

Microfabrication via Photolithography

photolithography for silicon wafer patterning

Photolithography is a common microfabrication method used to pattern a silicon wafer. It uses light to transfer a design onto the wafer surface. This process helps form the basis for many BioMEM devices.

The page also shows how photolithography is carried out in a cleanroom. Cleanroom steps are important because they support careful fabrication of small, detailed features. The video ends by introducing applications of this process in BioMEM device production.

Photolithography for Silicon Wafer Patterning

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overview of biomaterials

Biomaterials in Medicine and Engineering

Biomaterials are materials designed to interact well with biological organisms or molecules. They may come from an organism, be produced by an organism, or be made as a synthetic polymer. Because of these properties, engineers use biomaterials in medicine and other biological applications. These materials are used in tissue engineering, biosensing, and drug delivery. Tissue engineering uses materials to support the growth or repair of tissues. Biosensing uses materials to detect biological...

collagen hydrogels

Porcine Collagen for Tissue Engineering

Collagen is a useful biomaterial with uses that go beyond the lab. It has also found commercial use in photography. In tissue engineering, collagen can be turned into hydrogels that give engineered tissue support and structure. This page follows the path from porcine skin to a collagen hydrogel. Porcine skin is used as the source of collagen. The material is then prepared for use in tissue engineering applications. The video also shows several applications of collagen and the methods used to...

electrospinning of silk biomaterials

Silk Cocoon Processing for Fiber Mats

Silk cocoons can be processed into a soluble material that is useful for making biomaterials. Silk fibers have been used for fabrics and threads for centuries, but turning them into a versatile pre-polymer solution is a newer technique. That solution can then be shaped into materials with controllable mechanical properties. The process begins with silk worm cocoons. The silk is solubilized, or dissolved, so it can be handled as a liquid-like solution. The video then shows how that silk...

overview of biomem devices

BioMEMs in Diagnostics and Miniaturization

Bio-microelectromechanical systems, or BioMEMs, are microscale devices used in diagnostic settings. They work with very small sample and reagent volumes in vivo and in vitro, which means inside a living body or outside it in a lab. These compact systems support bioengineering research and help make diagnostic tools more efficient. BioMEMs can carry out functions such as filtration, sensing, and synthesis on a tiny scale. Using less material can lower costs and improve sensitivity. The...

microfabrication via photolithography

Photolithography is a common microfabrication method used to pattern a silicon wafer. It uses light to transfer a design onto the wafer surface. This process helps form the basis for many BioMEM devices. The page also shows how photolithography is carried out in a cleanroom. Cleanroom steps are important because they support careful fabrication of small, detailed features. The video ends by introducing applications of this process in BioMEM device production.

soft lithography

Photolithography for Microfluidic Device Making

Photolithography and soft lithography are used to make BioMEM devices such as microfluidic channels. A microscale pattern is copied by curing an elastomeric polymer over a 3D structure. The result is a polymer piece that can serve as part of a biological device. These polymer structures are then used to build a range of tools. Some are microfluidic channels for biosensing applications. Others are microscale bioreactors that let scientists visualize micro-colonies. The process also shows how...

overview of bioprocess engineering

Bioreactors and Protein Production in Bioprocessing

Bioprocessing uses living organisms to make a desired target product. In many cases, that product is a protein made in a bioreactor, which is a controlled vessel for growing cells. This process often relies on genetically engineered organisms. Engineers design the system so the cells can produce proteins at large scale. That approach is central to making biotherapeutics, which are drugs made from biological materials. Biotherapeutics are important medicines for complex diseases such as...

synthetic biology

Engineering Cells to Produce Proteins

Synthetic biology is a bioengineering method for programming cells to make useful products. In many cases, the goal is to genetically modify an organism so it can produce large amounts of a protein. That protein may already be made by the cell, or it may come from a newly inserted DNA sequence. The process depends on changing an organism’s genetic material. This is done with transformation or transfection, two common ways to introduce DNA into cells. The video also shows how this work is...

batch and continuous bioreactors

Growing Cells in Bioreactors

Bioreactors are used to grow organisms in large volumes. This makes it possible to produce large amounts of a target product. In laboratory and bioengineering settings, they provide a controlled place for cell growth and product formation. The two main reactor types are batch reactors and continuous reactors. A batch reactor contains all of the materials needed for cell growth at the start. A continuous reactor has inlet and outlet ports, so fresh growth media can be added while cell waste is...

overview of biosensing

How Biosensors Detect Molecules

Biosensors detect biological molecules and chemical contaminants by combining biology with physical measurement. They can identify targets such as proteins or cells, as well as non-biological molecules like chemicals or contaminants. This makes biosensing a useful field for studying and monitoring many kinds of samples. These devices rely on different signal types to find the target molecule. Some biosensors use electrical signals, while others depend on optical, electrochemical, or mechanical...

electrochemical biosensing

Glucose Sensors and Cancer Detection

Electrochemical biosensors detect target molecules by measuring an oxidation-reduction event. That signal changes when a molecule binds to the sensor surface. These sensors helped shape modern biosensing after the first glucose biosensor was invented. The glucose biosensor is a key example of this technology. It shows how electrochemical sensing can track a biological target through a measurable electrical change. The same basic idea also helps explain how electrochemical biosensors can be...

optical biosensing

Detecting Molecules with Light

Optical biosensors detect target molecules with light. They monitor binding by reading an optical signal from the sample. This makes them useful for seeing when a target molecule is present. Some optical biosensors use a label molecule. The label creates a measurable signal, such as fluorescence. Other optical biosensors are label-free and track changes in optical properties, such as refractive index, as binding occurs. This page introduces both label and label-free optical biosensors. It...

overview of tissue engineering

Building Artificial Tissue with Biomaterials

Tissue engineering uses biomaterials, specific cells, and growth factors to build artificial tissue. These engineered tissue constructs are designed for tissue repair and, in some cases, organ replacement. The field focuses on how to make tissue work like natural tissue. It begins with a scaffold, which is a structure that supports cell growth. Cells are then added to the scaffold, and growth factors help encourage proliferation, or cell multiplication. The video also outlines common methods...

histotypic tissue culture

3D Cell Growth on Engineered Matrices

Histotypic tissue culture uses an engineered three-dimensional matrix to grow and propagate cells. Compared with common two-dimensional tissue culture, cells in a 3D setting behave more realistically and better mimic native tissue. The method is useful when high cell density is needed. The process begins by harvesting cells from donor tissue. Those cells are then placed onto an engineered construct for culture. This setup supports growth in a three-dimensional space instead of a flat surface.

whole organ tissue culture

Lung Decellularization and Recellularization

Whole organs can be cultured ex vivo using specialized bioreactors to support repair or replacement of entire organs. In this approach, a donor organ is first stripped of all cells. What remains is the three-dimensional structure of the organ, which can then be repopulated with new cells. The lung is the example shown here. The method uses a dynamic culture system that provides mechanical stimulation, similar to what the organ experiences in the body. This type of culture helps induce native...

bioengineering

Esta colección abarca conceptos centrales de la bioingeniería, que incluyen la producción de biomateriales, cultivos de tejidos histotípicos y de órganos completos, técnicas de bioprocesamiento y los complejos campos de bioMEM y biodetección.

See how photolithography uses light to pattern a silicon wafer in a cleanroom and supports the fabrication of BioMEM devices and related applications.

Photolithography for Silicon Wafer Patterning

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