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.
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.
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.
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.
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.
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.
La fabrication de dispositifs BioMEMs est souvent faite en utilisant une technique de microfabrication appelée photolithographie. Cette méthode utilis…
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
View the full transcript and gain access to JoVE Science Education videos
Q1: What is photolithography and why is it used in microfabrication?
Photolithography is a microfabrication technique that uses light to transfer precise patterns onto a substrate, typically a silicon wafer. It enables the fabrication of microscale structures essential for creating bio microelectromechanical devices and methods of synthesis. This process is widely used because it can pattern complex designs with high precision, making it ideal for miniaturized biomedical devices.
Q2: What are the main steps in the photolithography process?
The photolithography process begins with substrate preparation and thermal oxidation to form a silicon dioxide layer. Photoresist is then spin-coated uniformly onto the substrate, exposed to UV light through a photomask, and developed to remove soluble regions. The exposed substrate is etched using reactive ion etching or wet-etch techniques, and finally the remaining photoresist is removed to reveal the patterned microstructure.
Q3: How do positive and negative photoresists differ in photolithography?
Positive photoresist becomes soluble when exposed to UV light, allowing exposed regions to be removed during development. Negative photoresist behaves oppositely: exposed regions become cross-linked and insoluble, while unexposed areas dissolve during development. The choice between them depends on the desired pattern and application requirements.
Q4: Why is a cleanroom environment necessary for photolithography?
A cleanroom is essential for photolithography because it routinely filters air to minimize dust contamination. Even microscopic particles can disrupt precise pattern transfer onto the substrate, compromising device quality and functionality. The controlled environment ensures consistent, high-fidelity microfabrication of BioMEM devices.
Q5: What etching methods are used after photoresist development?
Two primary etching methods follow photoresist development: dry etching using reactive ion etching, which employs chemically reactive plasma to remove material, and wet-etch techniques such as hydrofluoric acid for etching silicon dioxide. The choice depends on the material being processed and desired pattern characteristics.
Q6: How can photolithography be used to create metal patterns on substrates?
Metal patterns are created by depositing metal layers, such as chromium and gold, directly onto the photoresist pattern using sputter coating or metal evaporation. After deposition, the photoresist is removed to expose the metal patterns underneath. These metal structures can serve as electrodes for bioelectronics or guide controlled cell assembly on the substrate.
Q7: What techniques extend photolithography capabilities beyond the microscale?
While photolithography is limited to microscale patterns, nanoscale fabrication can be achieved using focused ion beam (FIB) technology. FIB uses a beam of ions to precisely ablate or deposit materials on a surface, enabling creation of nanostructures like platinum bridges connecting gold electrodes. This extends microfabrication capabilities for advanced BioMEM device development.
Chapters in this video
0:07
Overview
0:47
Principles of Photolithography
2:49
Photolithography with Positive Resist
4:11
Pattern Etching and Cleaning
5:16
Applications
7:19
Summary
Copyright © 2026 MyJoVE Corporation. All rights reserved