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Ätzen einer Fotografie in einen Silizium-Wafer

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Ätzen einer Fotografie in einen Silizium-Wafer

Im Rahmen meiner Forschung als Diplom-Ingenieur Student, arbeite ich in Cornell NanoScale Science & Technology Facility (CNF). Im Reinraum von Duffield Hall verwende ich Silizium-Wafer, um Geräte mit Mikrometer-Größen (1 Million) zu erstellen.

Der 25. Hochzeitstag meiner Eltern kam und ich wollte ihnen etwas Besonderes bringen. Als ein schlechter Grad-Student, war die traditionelle 25-jähriges Jubiläumsgeschenk von Silber definitiv keine Option; Jedoch, während der Arbeit im Reinraum, traf ich auf eine Idee für etwas ein von einer Art.

Nachdem ich den photolithographischen Prozess hunderte Male durchgemacht hatte, fragte ich mich, ob ich ein Foto meiner Eltern in eine Siliziumscheibe schneiden könnte. Ich dachte, dass solch ein Gedenkgeschenk passend sein würde, da sie immer meine pädagogischen Beschäftigungen gefördert haben, ob es mich zur Bibliothek nahm, als ich ein Kind war und mich ein kleines Mikroskop von Spielwaren "R" Us kaufte oder mich einige neue ausbreiten ließ Lego-Kreation über dem Couchtisch. Ich suchte, um zu sehen, ob jemand so etwas vor (und wichtiger wie) getan hatte, aber ich kam leer. Also musste ich es einfach mal ausprobieren und sehen ob es funktionieren würde.

Schritt 1: Wählen Sie die Fotos

Ätzen einer Fotografie in einen Silizium-Wafer

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Der erste Schritt war, das Foto zu wählen, das ich in den Wafer einätzen wollte. Ich wählte eine Fotographie, die an ihrem ersten Weihnachten zusammen genommen wurde, gerade Wochen, nachdem sie geheiratet hatten. Um es extra adorable, fügte ich ein Baby Foto von mir darunter.

Schritt 2: Anpassen der Fotos

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Ätzen einer Fotografie in einen Silizium-Wafer

Photolithographie ist ein binärer Prozess, bei dem die Photomaske oder die Musterübertragungsschablone transparent oder opak für ultraviolettes (UV-) Licht geschrieben wird, UV-Licht entweder durch die Photomaske geleitet oder blockiert wird, wobei das lichtempfindliche Material, das Photoresist genannt wird, Abgeschirmt vor UV-Licht, und darunterliegendes Silizium wird entweder weggeätzt oder geschützt. Dies bedeutete, dass es keine Möglichkeit gab, eine farbige (analoge) Fotografie in Silizium zu übertragen und die gescannten Farbfotos in monochrome (1-Bit) Bitmap-Bilder umzuwandeln, bei denen jedes Pixel entweder schwarz oder weiß (keine Zwischen- oder Graustufen) ist. Ich habe die Helligkeit und den Kontrast des Farbabbildes vorher angepasst, um sicherzustellen, dass das endgültige Monochrombild den optimalen Detaillierungsgrad besitzt.

Schritt 3: Konvertieren Sie das Dateiformat

Ich habe dann ein Softwarepaket namens LinkCAD verwendet, um die Bitmap in GDSII-Dateiformat, die Industrie-Standard für integrierte Schaltung Layout zu konvertieren. Ich habe dann L-Edit CAD-Software verwendet, um die Größe zu ändern und das Bild anzupassen, bis es auf einem Standard-4-Zoll-Wafer passen würde.

Schritt 4: Erstellen Sie die Photomaske

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Ich habe die fertige CAD-Datei auf die Maschine in den Reinraum, dass Fotomasken erstellt.

Mask Writer: Heidelberg Instruments DWL 2000 Laser Pattern Generator und Direct Writer

Schritt 5: Belichten Sie den Wafer mit der Photomaske

Dann applizierte ich Photoresist auf einen frischen Siliciumwafer und ließ den Wafer einem kurzen Bündel von intensivem UV-Licht durch die Photomaske aussetzen.

Wafervorbereitung:

Handbuch Resist Spinner:

Primer: P-20: 3 k rpm, 1 k / s, 30 s

Photoresist: S1827: 3 k rpm, 1 k / s, 30 s

Heiße Platte:

Backen bei 115 ° C für 1 min

Belichtung:

EV620 Kontakt Ausrichtmaschine:

Betriebsart: Festkontakt

Zeit: 5 s

Schritt 6: Entwickeln Sie den Wafer

Ätzen einer Fotografie in einen Silizium-Wafer

Nach der chemischen Entwicklung (ähnlich der Dunkelkammerfotografieentwicklung) erschien das übertragene Bild.

Wafer-Entwicklung:

Hamatech-Steag Wafer Prozessor:

MIF 726 Entwickler @ 2 min

Schritt 7: Ätzen des Wafers

Ätzen einer Fotografie in einen Silizium-Wafer

Zum Ätzen des übertragenen Bildes in den Wafer wurde ein Prozess benötigt, der Bildmerkmale aufrechterhalten würde, ohne sie zu verzerren. Die meisten Ätzprozesse leiden unter einer Unterätzung, bei der der Wafer isotrop in allen Richtungen (gerade nach unten und zu den Seiten) geätzt wird, was zu einer Verzerrung des übertragenen Musters führt. Zum Glück verfügt die CNF über einen tiefen reaktiven Ionenetcher (DRIE), der durch wiederholtes Abscheiden eines schützenden teflonartigen Materials an den Merkmalseitenwänden anisotropisch direkt in das Silizium einätzt und dann den Boden der Merkmale mit energetischen Ionen bombardiert, um langsam hinabzufallen Das Silizium. Ich musste diesen zyklischen Prozess des Passivierens und Ätzens 500-mal wiederholen, um 200 Mikrometer (zwei Fünftel eines Millimeters) in den Silizium-Wafer zu ätzen. Das dauerte mehrere Stunden und verlangte von mir, die Maschine mitten in der Nacht zu benutzen, wo niemand sonst war.

Schritt 8: Nachbearbeitung

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Als dieser Vorgang beendet war, entfernte ich den verbleibenden Photoresist von dem Wafer unter Verwendung eines heißen Säurebades. Ich spülte den Wafer und trocknete ihn mit einer Stickstoffpistole und legte ihn vorsichtig in eine Schutzhülle.

Schritt 9: Schlussfolgerung

Ich beendete gerade rechtzeitig und stellte meine Eltern (Ray und Cindy) mit dem Wafer auf ihrem Jahrestag vor. Zuerst wussten sie nicht, was sie daraus machen sollte, sondern nach der Erklärung, wie ich es geschafft und sie durch den Schöpfungsprozess gegangen und sie liebte es!

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