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">Le besoin croissant pour les appareils portables avec le volume des échantillons extrêmement petits, a poussé la miniaturisation des dispositifs appelés BioMEMS. BioMEMS sont produits par l’intermédiaire de microfabrication. Un processus de fabrication de structures d’échelle microscopique à l’aide de la technologie des semi-conducteurs. Une technique de microfabrication appelée photolithographie, est souvent utilisé pour des motifs complexes motif sur un substrat à l’aide de la lumière. Cette vidéo va mettre en place le processus de photolithographie, démontrer la technique en laboratoire et donnent un aperçu de quelques applications où la photolithographie est utilisée.</div><div class="chapter_text" id="script_1">Des semi-conducteurs, à savoir des plaquettes de silicium, sont généralement utilisés comme substrat dans la microfabrication par photolithographie. Tout d’abord, la plaquette est nettoyée pour enlever les contaminants organiques. Puis une couche de substrat est formée sur le dessus. Par exemple, dioxyde de silicium est formé à l’aide de l’oxydation thermique. Pour commencer la photolithographie, une couche d’une substance visqueuse, de réactifs à l’UV, appelée résine photosensible, est spin enduit d’une épaisseur uniforme sur le substrat. Le substrat de photorésine enduit est ensuite exposé à la lumière, à travers un pochoir motif précisément appelé un photomasque intense UV. Il existe deux types de résine photosensible ; première positive resist devient soluble lors de l’exposition aux rayons ultraviolets. En revanche, les régions exposées de négatif résistent devient réticulées et sont insolubles. La partie soluble de la résine photosensible est ensuite retirée à l’aide d’une solution de développeur. Laissant derrière modelé photorésine et exposés des régions de substrat. Le modèle est ensuite gravé dans la couche de dioxyde de silicium exposé. Une technique de gravure sèche appelée ion réactive gravure plasma chimiquement réactifs utilise pour enlever les matières déposées sur la plaquette. Par ailleurs, une de-gravure humide, tels que l’acide fluorhydrique peut être utilisé pour etch dioxyde de silicium. La technique de gravure variera selon le matériau en cours de traitement. Enfin, la résine photosensible restante est enlevée, laissant une microstructure de silicium précisément à motifs. Cette structure peut alors servir directement, ni comme un moule pour la fabrication des dispositifs électroniques et micro-fluidique. Maintenant que la procédure de base de la photolithographie a été expliquée, nous allons jeter un oeil à la façon d’effectuer la procédure dans un environnement de salle blanche.</div><div class="chapter_text" id="script_2">Tout d’abord, le masque de photo qui sera utilisé pour créer le modèle est conçu et commandé chez un fabricant. Ensuite, le processus de photolithographie est effectué dans une salle blanche, qui régulièrement filtre air afin de minimiser la contamination de la poussière. Tout d’abord, une couche de dioxyde de silicium est formée sur la surface de gaufrette de silicium à l’aide de l’oxydation thermique. Une fois que la plaquette est oxydée, il est placé sur le mandrin de spin-coater. Résine photosensible est versé dans le centre de la plaquette, jusqu'à ce qu’il couvre la majeure partie de la surface de la plaquette. La résine photosensible est ensuite enduit par rotation, pour créer un revêtement uniforme et mince. Ensuite, la gaufrette enduite est douce cuit au four sur une plaque chauffante, s’évaporer tout solvant et solidifie la résine photosensible. La plaquette est chargée dans le masque-aligneur, contenant le masque photo spécifique pour le modèle désiré. Puis, la plaquette est exposée à la lumière UV à travers le masque photo et puis dur cuit au four pour définir la photorésine développé. Les régions solubles de photorésine sont supprimées en utilisant une solution de développeur spécifique au type de résine photosensible utilisé. Enfin, la plaquette est rincée et séchée, laissant la photorésine modelé sur la plaquette.</div><div class="chapter_text" id="script_3">Suite de photolithographie, le modèle est gravé dans la couche supérieure de dioxyde de silicium, à l’aide de la gravure ionique réactive profonde. Après l’attaque, la résine photosensible restante est supprimée en trempant l’hostie dans un dissolvant approprié de résine photosensible. La plaquette est ensuite rincée à l’isopropanol et acétone et séchée sous atmosphère d’azote. Ensuite, un piranha solution nettoyante est prêt éliminer les résidus organiques excédentaires. Piranha est un mélange d’acide sulfurique concentré et peroxyde d’hydrogène. Cette solution doit être utilisée dans une hotte approuvée et bien ventilée avec une formation adéquate. Piranha est extrêmement dangereuse et peut être explosif. La plaquette est submergée dans piranha pendant plusieurs minutes et puis rincée à l’eau. Enfin, la plaquette est rincée avec l’acétone et le méthanol et séchée à l’azote de quitter la structure propre et définitive.</div><div class="chapter_text" id="script_4">Patrons de micro-échelle obtenus par photolithographie sont utilisés pour créer un large éventail de dispositifs BioMEMS. Par exemple, photolithographie peut être utilisée pour créer des motifs métalliques sur un support, tel qu’une plaquette de silicium, ou lame de verre. Au lieu de la gravure à l’eau-forte loin la couche supérieure du substrat, le métal est déposé sur le modèle de résine photosensible à l’aide de revêtement par pulvérisation cathodique, ou évaporation de métal. Dans cet exemple, une couche d’adhérence de chrome est enduite sur une lame de verre, suivie d’une couche d’or. Après le dépôt, les résines photosensibles sont supprimée pour exposer les modèles or. Les modèles or utilisable ensuite pour former le contrôlée des cellules, ou comme électrodes pour la bio-électronique. Photolithographie permet également de créer des micro-modèles de polymère. Pour ce faire, une couche de polymère est déposée sur le dessus de la tranche de silicium avant la photolithographie. Comme avec les couches d’oxyde de silicium sur des plaquettes de silicium, le patron de polymère exposé par la résine photosensible développée est gravé à l’eau-forte loin. La résine photosensible restante est ensuite retirée pour laisser seulement le polymère à motifs. Le modelé polymère peut être utilisé pour induire la croissance cellulaire contrôlée sur ou autour des îles de polymère. Photolithographie est limitée à l’échelle micro, nano-échelle modèles peuvent être fabriqués à l’aide d’un faisceau ionique focalisé ou FIB. FIB utilise un faisceau d’ions l’ablation ou de déposer des matériaux sur une surface en un motif précis. Dans cet exemple, les motifs électrodes en or ont été fonctionnalisés avec des cristaux de molybdène. Puis, nano-échelle platine ponts ont été déposés à l’aide de FIB pour connecter le cristal à l’électrode d’or. Ces structures peuvent ensuite servir à améliorer et plus miniaturisés dispositifs BioMEMS.</div><div class="chapter_text" id="script_5">Vous avez juste regardé Introduction de Jove à la microfabrication par photolithographie. Vous devez maintenant comprendre la photolithographie base traiter, comment elle est réalisée en laboratoire et de quelques façons que la technique est utilisée dans la fabrication de dispositifs BioMEMS. Merci de regarder.</div>

microfabrication via photolithographie

La fabrication de dispositifs BioMEMs est souvent faite en utilisant une technique de microfabrication appelée photolithographie. Cette méthode utilisée utilise la lumière pour transférer un motif sur une plaquette de silicium et fournit la base pour la fabrication de nombreux types de dispositifs BioMEMs.
Cette vidéo présente la technique de photolithographie, montre comment le processus est effectué dans la salle blanche et présente quelques applications du processus.

Microfabrication via photolithographie

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

Le besoin accru d’appareils portables avec des volumes d’échantillons extrêmement petits a conduit à la miniaturisation des appareils appelés BioMEM. Les BioMEMs sont produits par microfabrication. Procédé de fabrication de structures à l’échelle microscopique à l’aide de la technologie des semi-conducteurs. Une technique de microfabrication, appelée photolithographie, est souvent utilisée pour modeler des motifs complexes sur un substrat à l’aide de la lumière. Cette vidéo présentera le processus de photolithographie, démontrera la technique en laboratoire et donnera un aperçu de certaines applications où la photolithographie est utilisée. Les semi-conducteurs, à savoir les plaquettes de silicium, sont généralement utilisés comme substrat dans la microfabrication par photolithographie. Tout d’abord, la plaquette est nettoyée pour éliminer les contaminants organiques. Ensuite, une couche de substrat se forme sur le dessus. Par exemple, le dioxyde de silicium se forme par oxydation thermique. Pour commencer la photolithographie, une couche d’une substance visqueuse réactive aux UV, appelée résine photosensible, est recouverte d’un revêtement par centrifugation sur une épaisseur uniforme sur le substrat. Le substrat recouvert d’une résine photosensible est ensuite exposé à une lumière UV intense, à travers un pochoir à motifs précis appelé photomasque. Il existe deux types de photorésine ; la première réserve positive devient soluble lors de l’exposition à la lumière UV. En revanche, les régions exposées de la résine négative deviennent réticulées et sont insolubles. La partie soluble de la résine photosensible est ensuite éliminée à l’aide d’une solution de révélateur. Laissant derrière nous des photorésines à motifs et des régions de substrat exposées. Le motif est ensuite gravé dans la couche de dioxyde de silicium exposée. Une technique de gravure à sec appelée gravure ionique réactive utilise du plasma chimiquement réactif pour éliminer la matière déposée sur la plaquette. Alternativement, une gravure humide, telle que l’acide fluorhydrique, peut être utilisée pour graver le dioxyde de silicium. La technique de gravure variera en fonction du matériau traité. Enfin, la résine photosensible restante est éliminée, laissant une microstructure de silicium aux motifs précis. Cette structure peut ensuite être utilisée directement, ou comme moule pour la fabrication de dispositifs électroniques et microfluidiques. Maintenant que la procédure de base de la photolithographie a été expliquée, voyons comment effectuer la procédure dans un environnement de salle blanche. Tout d’abord, le photomasque qui sera utilisé pour créer le motif est conçu et commandé auprès d’un fabricant. Ensuite, le processus de photolithographie est effectué dans une salle blanche, qui filtre régulièrement l’air afin de minimiser la contamination par la poussière. Tout d’abord, une couche de dioxyde de silicium se forme à la surface de la plaquette de silicium par oxydation thermique. Une fois la plaquette oxydée, elle est placée sur le mandrin de la spin-coater. La résine photosensible est versée au centre de la plaquette, jusqu’à ce qu’elle recouvre la majeure partie de la surface de la plaquette. La résine photosensible est ensuite recouverte d’un revêtement par centrifugation pour créer un revêtement mince et uniforme. Ensuite, la plaquette enrobée est cuite doucement sur une plaque chauffante pour évaporer tout solvant et solidifier la résine photosensible. La plaquette est chargée dans l’aligneur de masques, contenant le photomasque spécifique pour le motif souhaité. Ensuite, la plaquette est exposée à la lumière UV à travers le photomasque, puis cuite dur pour fixer la résine photosensible développée. Les régions solubles de la résine photosensible sont éliminées à l’aide d’une solution de révélateur spécifique au type de résine photosensible utilisé. Enfin, la plaquette est rincée et séchée, laissant la photorésine à motifs sur la plaquette. Après la photolithographie, le motif est gravé dans la couche supérieure de dioxyde de silicium, à l’aide d’une gravure ionique réactive profonde. Après la gravure, la résine photosensible restante est éliminée en trempant la plaquette dans un dissolvant de résine photosensible approprié. La plaquette est ensuite rincée à l’isopropanol et à l’acétone et séchée sous azote. Ensuite, une solution de nettoyage pour piranha est préparée pour éliminer l’excès de résidus organiques. Le piranha est un mélange d’acide sulfurique concentré et de peroxyde d’hydrogène. Cette solution doit être utilisée dans une hotte approuvée et bien ventilée avec une formation appropriée. Le piranha est extrêmement dangereux et peut être explosif. La plaquette est immergée dans le piranha pendant plusieurs minutes, puis rincée à l’eau. Enfin, la plaquette est rincée à l’acétone et au méthanol et séchée avec de l’azote gazeux pour laisser la structure finale propre. Des motifs à l’échelle microscopique générés par photolithographie sont utilisés pour créer une large gamme de dispositifs BioMEM. Par exemple, la photolithographie peut être utilisée pour créer des motifs métalliques sur un substrat, tel qu’une plaquette de silicium ou une lame de verre. Au lieu de graver la couche supérieure du substrat, le métal est déposé sur le motif photosensible à l’aide d’un revêtement par pulvérisation cathodique ou d’une évaporation du métal. Dans cet exemple, une couche d’adhérence au chrome est recouverte d’une lame de verre, suivie d’une couche d’or. Après le dépôt, les résines photosensibles sont retirées pour exposer les motifs dorés. Les motifs dorés peuvent ensuite être utilisés pour l’assemblage contrôlé de cellules, ou comme électrodes pour la bioélectronique. La photolithographie peut également être utilisée pour créer des micro-motifs polymères. Pour cela, une couche de polymère est déposée sur la plaquette de silicium avant la photolithographie. Comme pour les couches de dioxyde de silicium sur les plaquettes de silicium, le motif polymère exposé par la résine photosensible développée est gravé. La résine photosensible restante est ensuite retirée pour ne laisser que le polymère à motifs. Le polymère à motifs peut être utilisé pour induire une croissance cellulaire contrôlée, sur ou autour des îlots de polymère. Alors que la photolithographie est limitée à l’échelle microscopique, des motifs à l’échelle nanométrique peuvent être fabriqués à l’aide d’un faisceau d’ions focalisés, ou FIB. La FIB utilise un faisceau d’ions pour ablater ou déposer des matériaux sur une surface selon un motif précis. Dans cet exemple, des électrodes en or pré-structurées ont été fonctionnalisées avec des cristaux de molybdène. Ensuite, des ponts de platine à l’échelle nanométrique ont été déposés à l’aide de FIB pour relier le cristal à l’électrode d’or. Ces structures peuvent ensuite être utilisées pour améliorer et miniaturiser davantage les dispositifs BioMEM. Vous venez de regarder l’Introduction de Jupiter à la microfabrication par photolithographie. Vous devez maintenant comprendre le processus de base de la photolithographie, comment il est effectué en laboratoire et certaines façons dont la technique est utilisée dans la fabrication des appareils BioMEM. Merci d’avoir regardé.

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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...

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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...

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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...

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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

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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

Cette collection couvre les concepts fondamentaux de la bio-ingénierie, comprenant la production de biomatériaux, la culture en 3 dimensions et la culture d'organes, les techniques de biotraitement et les domaines des systèmes complexes que sont les bioMEM et la biodétection.

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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