Microfabrication par photolithographie

Bioengineering
 

Summary

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.

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JoVE Science Education Database. Bio-ingénierie. Microfabrication par photolithographie. JoVE, Cambridge, MA, (2018).

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.

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