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.
הייצור של מכשירי BioMEM נעשה לעתים קרובות באמצעות טכניקת מיקרו-פיבריות הנקראת פוטוליתוגרפיה. שיטה נפוצה זו משתמשת באור כדי להעביר תבנית על רקיק סיליקון, ומספקת את הבסיס לייצור סוגים רבים של התקני BioMEM.
סרטון זה מציג את טכניקת הצילום, מראה כיצד מתבצע התהליך בחדר הנקי ומציג כמה יישומים של התהליך.
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.
הצורך המוגבר במכשירים ניידים עם נפחי דגימה קטנים במיוחד, הניע את המזעור של מכשירים הנקראים BioMEMs. BioMEMs מיוצרים באמצעות מיקרו-ייצור. תהליך של ייצור מבנים בקנה מידה זעיר באמצעות טכנולוגיית מוליכים למחצה. טכניקת מיקרו-ייצור הנקראת פוטוליתוגרפיה, משמשת לעתים קרובות לדפוס דפוסים מורכבים על מצע באמצעות אור. סרטון זה יציג את תהליך הפוטוליתוגרפיה, ידגים את הטכניקה במעבדה ויספק תובנות לגבי כמה יישומים שבהם נעשה שימוש בפוטוליתוגרפיה.
מוליכים למחצה, כלומר פרוסות סיליקון, משמשים בדרך כלל כמצע במיקרו-ייצור באמצעות פוטוליתוגרפיה. ראשית, מנקים את הוופל כדי להסיר מזהמים אורגניים. ואז נוצרת שכבת מצע מעל. לדוגמא, צורן דו חמצני נוצר באמצעות חמצון תרמי. כדי להתחיל בפוטוליתוגרפיה, שכבה של חומר צמיגי תגובתי UV, הנקרא פוטו-רזיסט, מצופה ספין לעובי אחיד על המצע. לאחר מכן, המצע המצופה בפוטו-רזיסט נחשף לאור UV עז, באמצעות שבלונה בעלת דוגמה מדויקת הנקראת מסיכת פוטו. קיימים שני סוגים של פוטו-רזיסט; ההתנגדות החיובית הראשונה הופכת למסיסה בחשיפה לאור UV. לעומת זאת, האזורים החשופים של התנגדות שלילית הופכים צולבים ואינם מסיסים. לאחר מכן מסירים את החלק המסיס של הפוטו-רזיסט באמצעות תמיסת מפתח. משאירים מאחור אזורי פוטו-התנגדות ומצע חשופים. לאחר מכן התבנית נחרטת בשכבת הסיליקון הדו-חמצני החשופה. טכניקת תחריט יבש הנקראת תחריט יונים תגובתי משתמשת בפלזמה תגובתית כימית כדי להסיר חומר שהופקד על הוופל. לחלופין, ניתן להשתמש בתחריט רטוב, כגון חומצה הידרופלואורית, כדי לחרוט צורן דו חמצני. טכניקת התחריט תשתנה בהתאם לחומר המעובד. לבסוף, הפוטו-התנגדות שנותרה מוסרת, ומשאירה מיקרו-מבנה סיליקון בדוגמה מדויקת. לאחר מכן ניתן להשתמש במבנה זה ישירות, או כתבנית לייצור מכשירים אלקטרוניים ומיקרופלואידיים. כעת, לאחר שהוסבר ההליך הבסיסי של פוטוליתוגרפיה, בואו נסתכל כיצד לבצע את ההליך בסביבת חדר נקי.
ראשית, מסכת הצילום שתשמש ליצירת התבנית מתוכננת ומוזמנת מיצרן. לאחר מכן, תהליך הפוטוליתוגרפיה מבוצע בחדר נקי, המסנן אוויר באופן שגרתי על מנת למזער את זיהום האבק. ראשית, נוצרת שכבת סיליקון דו חמצני על פני פרוסת הסיליקון באמצעות חמצון תרמי. לאחר שהרקיק מתחמצן, הוא מונח על צ'אק ציפוי הסיבוב. פוטו-רזיסט נשפך למרכז הוופל, עד שהוא מכסה את רוב שטח הוופל. לאחר מכן הפוטו-רזיסט מצופה בסיבוב כדי ליצור ציפוי אחיד ודק. לאחר מכן, הוופל המצופה נאפה רך על פלטה חמה - כדי לאדות כל ממס, ולמצק את הפוטו-רזיסט. הוופל נטען לתוך קשתיות היישור של המסכה, ומכיל את מסיכת הפוטו הספציפית לתבנית הרצויה. לאחר מכן, הוופל נחשף לאור UV דרך מסכת הפוטו ולאחר מכן נאפה קשה כדי להגדיר את הפוטו-רזיסט שפותח. האזורים המסיסים של פוטו-רזיסט מוסרים באמצעות תמיסת מפתח ספציפית לסוג הפוטו-רזיסט המשמש. לבסוף, הוופל נשטף ומייבש, ומשאיר את הפוטו-רזיסט המעוצב על הוופל.
לאחר פוטוליתוגרפיה, התבנית נחרטת בשכבה העליונה של צורן דו חמצני, באמצעות תחריט יונים תגובתי עמוק. לאחר התחריט, הפוטו-רזיסט שנותר מוסר על ידי השריית הפרוסה במסיר פוטו-רזיסט מתאים. לאחר מכן שוטפים את הוופל באיזופרופנול ואצטון ומייבשים תחת חנקן. לאחר מכן, מכינים תמיסת ניקוי פיראנה להסרת שאריות אורגניות עודפות. פיראנה היא תערובת של חומצה גופרתית מרוכזת ומי חמצן. יש להשתמש בפתרון זה במכסה מנוע מאושר ומאוורר היטב עם הכשרה מתאימה. פיראנה מסוכנת ביותר ועלולה להיות נפיצה. הוופל טובל בפיראנה למשך מספר דקות, ואז שוטף במים. לבסוף, הוופל נשטף באצטון ומתנול ומייבש בגז חנקן כדי להשאיר את המבנה הנקי והסופי.
דפוסים בקנה מידה מיקרו שנוצרו על ידי פוטוליתוגרפיה משמשים ליצירת מגוון רחב של התקני BioMEM. לדוגמה, ניתן להשתמש בפוטוליתוגרפיה ליצירת דפוסי מתכת על מצע, כגון פרוסת סיליקון או מגלשת זכוכית. במקום לחרוט את השכבה העליונה של המצע, מתכת מופקדת על גבי תבנית הפוטו-התנגדות באמצעות ציפוי מקרטע, או אידוי מתכת. בדוגמה זו, שכבת הידבקות כרום מצופה על שקופית זכוכית, ואחריה שכבת זהב. לאחר התצהיר, מסירים את הפוטו-רזיסטים כדי לחשוף את דפוסי הזהב. לאחר מכן ניתן להשתמש בדפוסי הזהב להרכבה מבוקרת של תאים, או כאלקטרודות לביו-אלקטרוניקה. פוטוליתוגרפיה יכולה לשמש גם ליצירת מיקרו-תבניות פולימריות. לשם כך, שכבת פולימר מופקדת על גבי פרוסת הסיליקון לפני הפוטוליתוגרפיה. כמו בשכבות הסיליקון הדו-חמצני על פרוסות סיליקון, דפוס הפולימר שנחשף על ידי הפוטו-רזיסט המפותח נחרט. לאחר מכן מסירים את הפוטו-רזיסט הנותר כדי להשאיר רק את הפולימר המעוצב. ניתן להשתמש בפולימר המעוצב כדי לגרום לצמיחת תאים מבוקרת, על איי הפולימר או סביבם. בעוד שפוטוליתוגרפיה מוגבלת למיקרו-סקאלה, ניתן לייצר דפוסים בקנה מידה ננומטרי באמצעות קרן יונים ממוקדת, או FIB. FIB משתמש בקרן יונים כדי לפרק או להפקיד חומרים על משטח בתבנית מדויקת. בדוגמה זו, אלקטרודות זהב בדוגמת מראש פונקצינדו עם גבישי מוליבדן. לאחר מכן, גשרי פלטינה בקנה מידה ננומטרי הופקדו באמצעות FIB כדי לחבר את הגביש לאלקטרודת הזהב. לאחר מכן ניתן להשתמש במבנים אלה כדי לשפר ולמזער עוד יותר התקני BioMEM.
זה עתה צפיתם במבוא של ג'וב למיקרו-ייצור באמצעות פוטוליתוגרפיה. כעת עליכם להבין את תהליך הפוטוליתוגרפיה הבסיסי, כיצד הוא מבוצע במעבדה, וכמה דרכים שבהן הטכניקה משמשת בייצור התקני BioMEM?. תודה שצפית.
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
Videos from this collection:
Copyright © 2026 MyJoVE Corporation. All rights reserved