포토리소그래피를 이용한 미세제조

매우 작은 샘플 볼륨을 가진 휴대용 장치에 대한 필요성이 증가함에 따라 BioMEM이라는 장치의 소형화가 주도되었습니다. 바이오메미스는 미세 제조를 통해 생산됩니다. 반도체 기술을 사용하여 마이크로 스케일 구조를 제작하는 프로세스입니다. 포토리소그래피라고 불리는 미세 제조 기술은 종종 빛을 사용하여 기판에 복잡한 패턴을 패턴화하는 데 사용됩니다. 이 비디오는 포토리소그래피 과정을 소개하고, 실험실에서 기술을 시연하며, 포토리소그래피가 사용되는 일부 응용 분야에 대한 통찰력을 제공합니다.

반도체, 즉 실리콘 웨이퍼는 일반적으로 광석 촬영을 통해 미세 제조의 기판으로 사용됩니다. 먼저 웨이퍼는 유기 오염 물질을 제거하기 위해 세척됩니다. 그런 다음 기판 층이 위에 형성됩니다. 예를 들어, 이산화실리콘은 열 산화를 사용하여 형성된다. 포토리소그래피를 시작하기 위해 점성층의 층인 광저항이라고 불리는 UV 반응성 물질은 기판상의 균일한 두께로 코팅된 스핀으로 코팅된다. 포토레지스트 코팅 기판은 포토마스크라고 불리는 정밀하게 패턴이 있는 스텐실을 통해 강렬한 자외선에 노출됩니다. 포토레지스트의 두 가지 유형이 존재합니다. 자외선에 노출되면 첫 번째 긍정적 인 저항이 용해됩니다. 대조적으로 부정적인 저항의 노출된 지역은 교차 연결되고 용해되지 않습니다. 그런 다음 개발자 솔루션을 사용하여 포토레지스트의 수용성 부분을 제거합니다. 패턴 사진 저항 및 노출 기판 영역을 남겨두는. 패턴은 노출된 이산화체 층에 새겨져 있습니다. 반응성 이온 에칭이라는 건조 에칭 기술은 웨이퍼에 증착된 물질을 제거하기 위해 화학적으로 반응성 플라즈마를 사용합니다. 대안적으로, 하이드로플루오산과 같은 습식 에칭을 이산화규금에 식히기 위해 사용될 수 있다. 에칭 기술은 처리되는 재료에 따라 달라집니다. 마지막으로, 나머지 포토레지스트가 제거되어 정확하게 패턴화된 실리콘 미세 구조를 남깁니다. 이러한 구조는 전자 및 미세 유체 장치의 제조를 위한 금형또는 직접 사용할 수 있습니다. 이제 포토리소그래피의 기본 절차가 설명되었으므로 클린룸 환경에서 절차를 수행하는 방법을 살펴보겠습니다.

먼저 패턴을 만드는 데 사용되는 포토마스크는 제조업체에서 설계 및 주문합니다. 그런 다음, 포토리소그래피 공정은 먼지 오염을 최소화하기 위해 정기적으로 공기를 필터링하는 클린룸에서 수행됩니다. 첫째, 실리콘 이산화층은 열 산화를 사용하여 실리콘 웨이퍼 표면에 형성된다. 웨이퍼가 산화되면 스핀 코터 척에 배치됩니다. 포토레지스트는 웨이퍼 표면의 대부분을 덮을 때까지 웨이퍼 의 중앙에 부어 넣습니다. 포토레지스트는 스핀 코팅되어 균일하고 얇은 코팅을 만듭니다. 다음으로, 코팅 된 웨이퍼는 모든 용매를 증발시키기 위해 핫플레이트에 부드럽게 구워지고 포토 레지스트를 고화시합니다. 웨이퍼는 원하는 패턴에 대한 특정 포토마스크를 포함하는 마스크 정렬기에 로드됩니다. 그런 다음 웨이퍼는 포토 마스크를 통해 UV 광에 노출된 다음 하드 구워서 개발 된 포토 레지스트를 설정합니다. 포토레지스트의 수용성 영역은 사용되는 포토레지스트 유형에 맞는 개발자 솔루션을 사용하여 제거됩니다. 마지막으로 웨이퍼가 헹구고 건조되어 패턴이 있는 포토레지스트를 웨이퍼에 남깁니다.

포토리소그래피에 이어, 패턴은 깊은 반응성 이온 에칭을 사용하여 실리콘 이산화물의 상단 층에 새겨져 있습니다. 에칭 후, 나머지 포토레지스트는 적절한 포토레지스트 리무버에 웨이퍼를 담그면 제거됩니다. 웨이퍼는 이소프로판올과 아세톤으로 헹구고 질소 아래에서 건조됩니다. 다음으로, 피라냐 세척 용액은 과도한 유기 잔류물을 제거할 준비가 되어 있습니다. 피라냐는 농축 황산과 과산화수소의 혼합물이다. 이 솔루션은 적절한 교육을 통해 승인되고 통풍이 잘 되는 후드에 사용해야 합니다. 피라냐는 매우 위험하며 폭발할 수 있습니다. 웨이퍼는 몇 분 동안 피라냐에 잠긴 다음 물로 헹구습니다. 마지막으로 웨이퍼는 아세톤과 메탄올로 헹구고 질소 가스로 건조되어 깨끗하고 최종적인 구조를 남깁니다.

포토리소그래피에 의해 생성된 마이크로스케일 패턴은 광범위한 BioMEM 장치를 만드는 데 사용됩니다. 예를 들어, 포토리소그래피는 실리콘 웨이퍼 또는 유리 슬라이드와 같은 기판상에 금속 패턴을 생성하는 데 사용될 수 있다. 금속은 기판의 상단 층을 에칭하는 대신 스퍼터 코팅 또는 금속 증발을 사용하여 포토 레지스트 패턴 위에 증착됩니다. 이 예에서는 크롬 접착 층이 유리 슬라이드에 코팅된 다음 금층이 있습니다. 증착 후, 포토레지스트가 제거되어 금 패턴을 노출합니다. 금 패턴은 세포의 제어 조립, 또는 생체 전자 공학용 전극으로 사용될 수 있습니다. 포토리소그래피는 또한 폴리머 마이크로 패턴을 만드는 데 사용될 수 있다. 이를 위해, 폴리머층은 포토리소그래피 전에 실리콘 웨이퍼 위에 증착된다. 실리콘 웨이퍼의 이산화실리콘 층과 마찬가지로 개발된 포토레지스트에 의해 노출된 폴리머 패턴이 에칭됩니다. 나머지 포토레지스트는 패턴 폴리머만 남기도록 제거됩니다. 패턴 폴리머는 중합체 섬 주변, 제어 세포 성장을 유도하는 데 사용될 수 있다. 포토리소그래피는 마이크로스케일로 제한되지만, 나노스케일 패턴은 집중이온 빔 또는 FIB를 사용하여 제조될 수 있다. FIB는 이온 빔을 사용하여 표면에 물질을 정밀한 패턴으로 축산하거나 기탁합니다. 이 예에서, 미리 패턴된 금 전극은 몰리브덴 결정으로 기능화되었다. 이어서, 나노 규모의 백금 교량은 FIB를 사용하여 결정과 금 전극을 연결하도록 증착되었다. 이러한 구조는 BioMEM 장치를 개선하고 더 소형화하는 데 사용할 수 있습니다.

포토리소그래피를 통해 조브의 미세 제조 소개를 방금 시청했습니다. 이제 기본 포토리소그래피 프로세스, 실험실에서 수행되는 방법 및 BioMEM 장치의 제조에 기술이 사용되는 몇 가지 방법을 이해해야 합니다. 시청해 주셔서 감사합니다.