מיקרו-פיבריות באמצעות פוטוליתוגרפיה

הצורך המוגבר במכשירים ניידים עם נפחי דגימה קטנים במיוחד, הניע את מזעור המכשירים הנקראים BioMEMs. BioMEMs מיוצרים באמצעות מיקרו-פייבר. תהליך של ייצור מבנים מיקרו-קנה מידה באמצעות טכנולוגיית מוליכים למחצה. טכניקת מיקרו-פיכחון הנקראת פוטוליתוגרפיה, משמשת לעתים קרובות ליצירת דפוסים מורכבים על מצע באמצעות אור. וידאו זה יציג את תהליך הפוטוליתוגרפיה, ידגים את הטכניקה במעבדה ויספק תובנה ליישומים מסוימים שבהם נעשה שימוש בפוטוליתוגרפיה.

מוליכים למחצה, כלומר ופלים מסיליקון, משמשים בדרך כלל כמצע במיקרו-ייצור באמצעות פוטוליתוגרפיה. ראשית הוופל מנוקה כדי להסיר מזהמים אורגניים. לאחר מכן נוצרת שכבת מצע למעלה. לדוגמה, צורן דו חמצני נוצר באמצעות חמצון תרמי. כדי להתחיל פוטוליתוגרפיה שכבה של חומר צמיג, UV-תגובתי, הנקרא פוטורסיסט, הוא ספין מצופה לעובי אחיד על המצע. המצע המצפוי של הפוטורסיסט נחשף לאחר מכן לאור UV אינטנסיבי, באמצעות סטנסיל בדוגמת דיוק הנקראת מסכת פוטו. קיימים שני סוגים של פוטוארסיסטים; ההתנגדות החיובית הראשונה הופכת מסיסה עם חשיפה לאור UV. לעומת זאת, האזורים החשופים של התנגדות שלילית הופכים מקושרים והם מסיסים. החלק המסיס של photoresist מוסר לאחר מכן באמצעות פתרון מפתח. משאיר מאחור אזורי מצע בדוגמת דוגמת מצע וחשופים. לאחר מכן התבנית חקוקה בשכבת הסיליקון הדו-חמצני החשופה. טכניקת חריטה יבשה הנקראת תחריט יוני תגובתי משתמשת בפלזמה תגובתית כימית כדי להסיר חומר שהופקד על הוופל. לחלופין, לחרוט רטוב, כגון חומצה הידרופלואורית יכול לשמש לחרוט צורן דו חמצני. טכניקת החריטה תשתנה בהתאם לחומר המעובד. לבסוף, הפוטורסיסט הנותר מוסר, ומשאיר מיקרו-מבנה סיליקון בדוגמת דיוק. לאחר מכן ניתן להשתמש במבנה זה ישירות, או כעובש לייצור מכשירים אלקטרוניים ומיקרופלואידיים. עכשיו, לאחר ההליך הבסיסי של פוטוליתוגרפיה הוסבר, בואו נסתכל על איך לבצע את ההליך בסביבה של חדר נקי.

ראשית, מסכת הצילום שתשמש ליצירת התבנית מעוצבת ומזמינה מיצרן. לאחר מכן, תהליך הפוטוליטוגרפיה מתבצע בחדר נקי, אשר מסנן אוויר באופן שגרתי על מנת למזער זיהום אבק. ראשית, שכבת צורן דו חמצני נוצרת על משטח רקיק הסיליקון באמצעות חמצון תרמי. ברגע שהוופל מחומצן, הוא מונח על צ'אק מעיל הספין. פוטורסיסט נשפך למרכז הוופל, עד שהוא מכסה את רוב פני השטח של הוופל. לאחר מכן, הפוטורסיסט מצופה בספין כדי ליצור ציפוי דקיק. לאחר מכן, הוופל המצולם אפוי רך על פלטה כדי לאדות כל ממס, ולגבש את הפוטורסיסט. הוופל נטען לתוך מיישר היישור של המסכה, המכיל את מסכת הצילום הספציפית לתבנית הרצויה. לאחר מכן, הוופל נחשף לאור UV דרך מסכת הצילום ולאחר מכן אפוי קשה כדי להגדיר את photoresist המפותח. האזורים המסיסים של פוטורסיסט מוסרים באמצעות פתרון מפתח ספציפי לסוג של photoresist בשימוש. לבסוף, הוופל שטוף ומיובש, ומשאיר את הפוטורסיסט בדוגמתו על הוופל.

בעקבות פוטוליתוגרפיה, התבנית חקוקה בשכבה העליונה של צורן דו חמצני, באמצעות תחריט יון תגובתי עמוק. לאחר החריטה, הפוטורסיסט הנותר מוסר על ידי השריית הוופל במסיר פוטורסיסט מתאים. לאחר מכן, הוופל נשטף עם איזופרופנול ואצטון ומיובש תחת חנקן. לאחר מכן, פתרון ניקוי פיראנה מוכן להסיר שאריות אורגניות עודפות. פיראנה היא תערובת של חומצה גופרתית מרוכזת ומי חמצן. פתרון זה חייב לשמש מכסה המנוע מאושר, מאוורר היטב עם הכשרה נכונה. פיראנה מסוכנת מאוד ויכולה להיות נפיצה. הוופל שקוע בפיראנה במשך מספר דקות, ולאחר מכן שטף במים. לבסוף, הוופל נשטף עם אצטון ומתנול ומיובש בגז חנקן כדי להשאיר את המבנה הנקי והסופי.

דפוסי מיקרו-קשקשים הנוצרים על ידי פוטוליתוגרפיה משמשים ליצירת מגוון רחב של התקני BioMEM. לדוגמה, ניתן להשתמש בפוטוליתוגרפיה ליצירת דפוסי מתכת על מצע, כגון רקיק סיליקון או שקופית זכוכית. במקום לחרוט את השכבה העליונה של המצע, המתכת מופקדת על גבי התבנית הפוטורסיסטית באמצעות ציפוי מקרטעת, או אידוי מתכת. בדוגמה זו, שכבת הידבקות כרום מצופה על שקופית זכוכית, ואחריה שכבת זהב. לאחר התצהיר, הפוטורסיסטים מוסרים כדי לחשוף את דפוסי הזהב. דפוסי הזהב יכולים לשמש להרכבה מבוקרת של תאים, או כאלקטרודות לביואלקטרוניה. פוטוליתוגרפיה יכולה לשמש גם ליצירת מיקרו-דפוסים פולימריים. בשביל זה, שכבה של פולימר מופקד על גבי רקיק הסיליקון לפני פוטוליתוגרפיה. כמו עם שכבות הסיליקון הדו-חמצני על ופלים מסיליקון, תבנית הפולימר שנחשפה על ידי הפוטורסיסט המפותח חקוקה. הפוטורסיסט הנותר מוסר לאחר מכן כדי להשאיר רק את הפולימר בדוגמת. הפולימר בדוגמת יכול לשמש כדי לגרום לצמיחת תאים מבוקרת, על או סביב איי הפולימר. בעוד פוטוליתוגרפיה מוגבלת microscale, דפוסים ננומטריים ניתן לפברק באמצעות קרן יונים ממוקדת, או FIB. FIB משתמש בקרן של יונים כדי לנפח או להפקיד חומרים על משטח בתבנית מדויקת. בדוגמה זו, אלקטרודות זהב בדוגמת מראש היו פונקציונליים עם גבישי מוליבדן. לאחר מכן, גשרי פלטינה בקנה מידה ננו הופקדו באמצעות FIB כדי לחבר את הגביש לאלקטרודה הזהב. לאחר מכן ניתן להשתמש במבנים אלה כדי לשפר ולהפחית עוד יותר התקני BioMEM.

הרגע צפית בהקדמה של יובה למיקרו-פיבריות באמצעות פוטוליתוגרפיה. עכשיו אתה צריך להבין את תהליך פוטוליתוגרפיה בסיסית, איך זה מבוצע במעבדה, וכמה דרכים שבהן הטכניקה משמשת בייצור של מכשירי BioMEM. תודה שצפיתם.