Lời tựa: Trong công nghệ vi điện tử, quang khắc được coi là trái tim của toàn bộ quy trình chế tạo. Trong phương pháp quang khắc, có hai phương pháp chiếu hình ảnh từ mặt nạ (mask) tới đế là phương pháp in cận và phương pháp in chiếu. Phương pháp in chiếu có ưu điểm là có thể thu nhỏ kích thước của hình ban đầu (mặt nạ – mask) và không tiếp xúc trực tiếp với lớp cảm quang – có thể làm hỏng mặt nạ. Trong bài này, nhóm nghiên cứu sử dụng kính hiển vi quang học thông dụng với nguồn sáng được cải tiến là nguồn LED UV để cải tiến quá trình sản xuất yêu cầu độ phân giải cao.
a. Bản vẽ sơ đồ khối của hệ thống quang khắc theo kỹ thuật in chiếu sử dụng nguồn sáng LED UV. b. Sơ đồ của chuỗi quy trình từ thiết kế cấu trúc đến bước quang khắc cuối cùng. c. Cách tử với độ phân giải cao được chế tạo bằng phương pháp quang khắc in chiếu sử dụng kính hiển vi (MPP – Microscope Projection Photolithography). d. Kích thước đặc trưng dưới 200 nm đã được đạt được bằng bằng phương pháp quang khắc in chiếu sử dụng kính hiển vi (MPP). Các đường ở phần trên và phần dưới được chế tạo tương ứng bằng một ống kính đắt tiền và một ống kính giá rẻ. © Lei Zheng, Tobias Birr, Urs Zywietz, Carsten Reinhardt and Bernhard Roth
Mạng tích hợp quang sử dụng trong phân phối, xử lý và cảm biến tín hiệu quang yêu cầu thu nhỏ của các phần tử quang học cơ bản như ống dẫn sóng, bộ tách sóng, cách tử, và công tắc/bộ chuyển quang. Để đạt được điều này phương pháp chế tạo cho phép sản xuất có độ phân giải cao là cần thiết.
Các yếu tố có dạng hình cong như phần bị uốn cong và vòng cộng hưởng đặt ra thách thức đặc biệt khi gia công, vì chúng đòi hỏi độ phân giải cao hơn và độ nhám lề thấp hơn. Ngoài ra, kỹ thuật chế tạo với sự điều khiển chính xác với kích thước của cấu trúc tuyệt đối chính xác.
Một số công nghệ đã được phát triển để sản xuất hình ảnh với độ phân giải cao ở cấp độ sóng ngắn hơn so với chiều dài sóng của ánh sáng hoặc sóng điện từ. Ví dụ như phương pháp sử dụng laser để in/khắc trực tiếp, quang khắc đa photon, khắc bằng chùm tia điện tử, khắc bằng chùm tia ion và khắc domino. Tuy nhiên, những công nghệ này tốn kém, phức tạp và tốn thời gian. Kỹ thuật truyền hình ảnh có kích thước nano là một kỹ thuật sao truyền hình ảnh mới và đang phát triển mạnh mẽ. Kỹ thuật này phù hợp cho việc chế tạo với độ phân giải cao và sản xuất hiệu quả. Tuy nhiên, nó yêu cầu bản mẫu chất lượng cao thường được sản xuất bằng phương pháp khắc bằng chùm điện tử.
Trong bài báo về chủ đề: Ánh sáng – kỹ thuật chế tạo tiên tiến (Light: Advanced Manufacturing) của Tiến sĩ Lei Zheng và đồng nghiệp ở Đại học Leibniz Hannover đã phát triển một phương pháp chế tạo với chi phí thấp và thân thiện với người sử dụng – gọi là phương pháp quang khắc in chiếu sử dụng kính hiển vi quang học (Microscope Projection Photolithography – MPP) với nguồn sáng là LED tử ngoại (UV) – để giúp đẩy nhanh quá trình chế tạo các linh kiện quang có độ phân giải cao – chỉ trong vài giây. Phương pháp này chuyển các mẫu cấu trúc trên mặt nạ quang (photomask) lên một bề mặt đã phủ chất cảm quang (photoresist) dưới tác dụng của ánh sáng tử ngoại (UV).
Hệ MPP dựa trên các thiết bị quang học cơ bản và các linh kiện quang cơ khí chính xác. Thay vì sử dụng một đèn thủy ngân hoặc một tia laser như thông thường, đèn LED tử ngoại (UV) với bước sóng 365 nm có chi phí cực thấp được sử dụng làm nguồn sáng.
Các nhà nghiên cứu đã phát triển một quy trình để tạo một chiếc mặt nạ (mask) crom với cấu trúc cụ thể – thiết bị cần thiết trong quá trình MPP. Nó bao gồm cấu trúc đã được thiết kế, sau đó in một tấm trong suốt, sau đó truyền hình ảnh lên mặt nạ quang crom. Họ đã xây dựng một hệ thống khắc (truyền hình ảnh) cũng nhằm mục đích để sản xuất mặt nạ quang. Các mẫu cấu trúc được in trên lá phim trong suốt có thể truyền hình ảnh lên mặt nạ quang crom bằng cách sử dụng cấu hình này, sau đó tiếp theo là một quy trình ăn mòn (quy trình hóa học để loại bỏ một lớp mỏng từ bề mặt vật liệu) để tạo ra các khu vực cấu trúc mong muốn hoặc để tinh chỉnh hình dạng của các mô hình in ấn trên vật liệu.
Hệ thống MPP có thể sử dụng để sản xuất các bộ phận quang học có độ phân giải cao với kích thước đặc trưng xuống đến 85 nanômét (1 phần 1 tỷ của 1 mét). Điều này có thể so sánh với độ phân giải của các phương pháp chế tạo đắt tiền và phức tạp hơn như chụp ánh sáng đa photon và chụp ánh sáng bức xạ electron. Chiếu sáng vi học kính hiển vi có thể được sử dụng để chế tạo các thiết bị microfluidic, các cảm biến sinh học và các thiết bị quang học khác.
Phương pháp chế tạo này được nhà nghiên cứu phát triển đại diện cho một bước tiến quan trọng trong lĩnh vực khắc-truyền hình ảnh – để tạo ra cấu trúc quang học một cách nhanh chóng và với độ phân giải cao. Nó đặc biệt phù hợp cho các ứng dụng nơi yêu cầu tạo mẫu nhanh và chế tạo giá thấp đóng vai trò quan trọng. Chẳng hạn, nó có thể được sử dụng để phát triển các thiết bị quang học mới cho nghiên cứu y sinh học hoặc để làm mẫu các thiết bị MEMS mới cho các ứng dụng điện tử tiêu dùng.
Link bài báo: https://phys.org/news/2023-11-low-cost-microscope-photolithography-high-resolution-fabrication.html#google_vignette
Người dịch: Nguyễn Thị Thanh Hoa – K66 VLKT
© PR-SEP
PR-SEP Team 