미세 가공

Microfabrication
폴리실리콘(분홍색), 웰(회색), 기판(녹색)까지 평탄화된 구리 인터커넥트의 4개 층을 통해 미세하게 제작된 집적회로의 합성 상세

미세조립은 마이크로미터 스케일 이하의 미니어처 구조물을 제작하는 공정입니다.역사적으로 최초의 마이크로 제조 공정은 집적회로 제조에 사용되었습니다.집적회로 제조는 "반도체 제조" 또는 "반도체 소자 제조"로도 알려져 있습니다.과거 20년 동안 마이크로 전자 시스템(MEMS), 마이크로 시스템(유럽 사용), 마이크로 머신(일본 용어) 및 그 서브 필드, 마이크로 유체 공학/랩 온 어 칩, 광학 MEMS(MOEMS라고도 함), RF MEMS, Power MEMS, 바이오 MEMS 및 그 확장(NEMS)을 예로 들었습니다.다핑 또는 확장 미세 가공 방법.평면 디스플레이와 태양전지 또한 비슷한 기술을 사용하고 있다.

다양한 장치의 소형화는 물리, 화학, 재료 과학, 컴퓨터 과학, 초정밀 엔지니어링, 제작 프로세스 및 기기 설계 등 과학 및 엔지니어링의 많은 분야에서 어려움을 겪고 있습니다.그것은 또한 다양한 학제간 [1]연구를 낳고 있다.미세조립의 주요 개념과 원리는 마이크로 리소그래피, 도핑, 박막, 식각, 본딩, 연마입니다.

반도체 미세조립에서의 p형 기판상의 CMOS 인버터 제작 프로세스의 간략화.각 식각 단계는 다음 이미지에 자세히 설명되어 있습니다.주의: 실제 디바이스에서는 일반적으로 게이트, 소스 및 드레인 접점이 같은 평면에 있지 않으며 다이어그램은 축척되지 않습니다.
식각 스텝의 상세.

사용 분야

마이크로 패브릭디바이스에는 다음이 포함됩니다.

오리진스

마이크로 제조 기술은 마이크로 전자 산업으로부터 유래했으며, 유리, 플라스틱 및 기타 많은 기판이 사용 중임에도 불구하고 일반적으로 실리콘 웨이퍼에서 제조됩니다.마이크로머신, 반도체 처리, 마이크로일렉트로닉스 제조, 반도체 제조, MEMS 제조 및 집적회로 기술은 마이크로 제조 대신 사용되는 용어이지만 마이크로 제조는 일반적인 용어입니다.

방전 가공, 스파크 침식 가공 및 레이저 드릴링과 같은 전통적인 가공 기술은 밀리미터 크기에서 마이크로미터 범위로 확대되었지만, 마이크로 일렉트로닉스 유래의 미세 제작의 주요 개념인 수억 또는 수백만 개의 동일한 구조의 복제 및 병렬 제작과 같은 것은 아닙니다.res. 이 병렬은 마이크로리제이션에 성공적으로 적용된 다양한 임프린트, 주조 및 성형 기술에 존재한다.예를 들어, DVD 사출 성형에는 디스크에 서브 마이크로미터 크기의 스팟을 제작하는 작업이 포함됩니다.

과정

미세조립은 사실 마이크로디바이스를 만드는 데 사용되는 기술의 집합체입니다.석판 인쇄나 식각과 같은 제조와 관련이 없는 매우 오래된 기원을 가지고 있는 것도 있습니다.광택은 광학 제조에서 차용되었으며, 진공 기술의 대부분은 19세기 물리학 연구로부터 왔다.전기 도금 또한 다양한 스탬프 및 엠보싱 기술과 마찬가지로 마이크로미터 스케일 구조를 만들기 위해 개조된 19세기 기술입니다.

마이크로디바이스를 제작하려면 많은 프로세스를 여러 번 반복하여 실행해야 합니다.이러한 프로세스에는 일반적으로 필름의 증착, 원하는 마이크로 피쳐로 필름의 패턴화, 필름의 일부 제거(또는 식각)가 포함됩니다.박막 도량형은 일반적으로 이러한 개별 공정 단계 각각에서 사용되며, 적절한 장치 동작을 위해 필름 구조가 두께(t), 굴절률(n) 및 소광 계수([2]k) 측면에서 원하는 특성을 갖도록 하기 위해 사용됩니다.예를 들어 메모리 칩 제작에는 리소그래피 공정 30여 개, 산화 공정 10여 개, 식각 공정 20여 개, 도핑 공정 10여 개 등이 있다.미세 가공 프로세스의 복잡성은 마스크 수로 설명할 수 있습니다.이것은 최종 디바이스를 구성하는 다른 패턴층의 수입니다.현대의 마이크로프로세서는 30개의 마스크로 만들어지지만 몇 개의 마스크로 마이크로유체 소자 또는 레이저 다이오드를 만들 수 있습니다.미세 제작은 여러 개의 노출 사진과 유사하며, 최종 구조를 만들기 위해 여러 개의 패턴이 서로 정렬됩니다.

기판

마이크로패브릭디바이스는 일반적으로 프리랜딩디바이스가 아니라 일반적으로 두꺼운 지지기판 위에 또는 두꺼운 지지기판 위에 형성된다.전자 어플리케이션에는 실리콘 웨이퍼와 같은 반도체 기판을 사용할 수 있다.광학 장치나 평면 패널 디스플레이에는 유리나 석영과 같은 투명 기판이 일반적입니다.기판은 많은 제조 단계를 거쳐 마이크로 장치를 쉽게 다룰 수 있습니다.많은 개별 디바이스는 1개의 기판 상에서 함께 만들어지고 제조가 끝날 무렵에는 분리된 디바이스로 단일화됩니다.

퇴적 또는 성장

마이크로 패브릭 장치는 일반적으로 하나 이상의 박막을 사용하여 제작됩니다(박막 증착 참조).이러한 박막의 용도는 디바이스의 종류에 따라 다릅니다.전자 장치는 도체(금속), 절연체(유전체) 또는 반도체인 박막을 가질 수 있습니다.광학 장치는 반사, 투명, 도광 또는 산란성 필름을 가질 수 있다.필름은 MEMS 용도뿐만 아니라 화학적 또는 기계적 목적도 가질 수 있습니다.증착 기술의 예는 다음과 같습니다.

패터닝

필름을 다른 피쳐로 패턴화하거나 일부 레이어에 개구부(또는 비아)를 형성하는 것이 바람직할 수 있습니다.이러한 특징은 마이크로미터 또는 나노미터 눈금으로 나타나며, 미세조직을 정의하는 것은 패턴닝 기술입니다.패턴닝 기술은 일반적으로 '마스크'를 사용하여 제거할 필름의 일부를 정의합니다.패턴 작성 기술의 예는 다음과 같습니다.

식각

주요 기사:식각(마이크로패브릭)

식각은 박막 또는 기판의 일부를 제거하는 것입니다.기판은 제거될 때까지 화학 또는 물리적으로 필름을 공격하는 식각(산 또는 플라즈마 등)에 노출됩니다.식각 기술에는 다음이 포함됩니다.

마이크로포밍

마이크로포밍(microforming)은 마이크로시스템 또는 마이크로전기화학시스템(MEMS) "서브밀리미터 [3][4][5]범위의 최소 2차원 부품 또는 구조물"의 미세조립 과정이다.여기에는 [4]미세 추출,[6] 미세 스탬프, [7]미세 절단 등의 기술이 포함됩니다.이들 및 기타 미세 성형 공정은 [3]적어도 1990년부터 구상 및 연구되어 왔으며, 산업용 및 실험용 제조 도구의 개발로 이어졌다.로 쿵푸와 성룡은 2013년 최첨단 기술 검토에서 지적 기술이 더 널리 시행될 수 있는 반면, 여러 문제는 여전히, 변형 하중과 결함, 시스템 안정성, 기계적 성질과 결정자(곡물)구조와 경계:[4][에 다른size-related 효과를 형성하는 등 해결해야 한다.5][8]

마이크로포밍에서는 시료크기의 감소와 입자크기의 증가에 따라 재료용적에 대한 입자경계의 총 표면적의 비율이 감소한다.이는 입자 경계 강화 효과의 감소로 이어진다.표면 입자는 내부 입자에 비해 제약이 적다.부품 지오메트리 크기에 따른 흐름 응력의 변화는 부분적으로 표면 입자의 체적 비율 변화에 기인합니다.또한 공작물 사이즈의 감소에 따라 각 입자의 이방성이 중요해져 불균일한 변형, 불규칙한 형상 형성, 변형하중의 변동을 초래한다.크기 [8]효과를 고려하여 부품, 공정 및 공구 설계를 지원하기 위해 미세 성형에 대한 체계적인 지식을 확립해야 합니다.

다른.

미세 가공 장치의 화학적 특성을 청소, 평탄화 또는 수정하기 위한 다양한 다른 프로세스도 수행할 수 있습니다.예를 들어 다음과 같습니다.

웨이퍼 제작 청결도

미세 가공은 공기 중에 입자 오염, 온도, 습도, 진동 및 전기적 장애가 여과된 클린룸에서 수행됩니다.연기, 먼지, 박테리아, 세포는 크기가 마이크로미터이며, 그 존재가 미세 가공 장치의 기능을 파괴할 것이다.

클린룸은 패시브 청결을 제공하지만 웨이퍼도 중요한 단계마다 능동적으로 청소됩니다.암모니아-과산화물 용액에 세척된 RCA-1은 유기 오염 및 입자를 제거하고, 염화수소-과산화수소 혼합물에 세척된 RCA-2는 금속 불순물을 제거합니다.황산-과산화물 혼합물(일명 과산화물)피라냐)는 유기물을 제거한다.플루오르화수소는 실리콘 표면에서 천연 산화물을 제거한다.이것들은 모두 용액의 습식 세척 단계입니다.드라이클리닝 방법에는 불필요한 표면층을 제거하기 위한 산소 및 아르곤 플라즈마 처리 또는 에피택시 전에 고유 산화물을 제거하기 위한 높은 온도에서 수소를 굽는 방법이 있습니다.프리게이트 클리닝은 CMOS 제조에서 가장 중요한 클리닝 단계입니다.MOS 트랜지스터의 두께가 약 2nm인 산화물을 질서정연하게 성장시킬 수 있습니다.산화 및 모든 고온 단계는 오염에 매우 민감하며 고온 단계보다 먼저 세척 단계를 수행해야 합니다.

표면 준비는 단지 다른 관점일 뿐이며, 모든 단계는 위에서 설명한 것과 같습니다. 즉, 공정을 시작하기 전에 웨이퍼 표면을 제어되고 잘 알려진 상태로 두는 것입니다.웨이퍼는 이전 공정 단계(예를 들어 이온 주입 중 에너지 이온에 의해 챔버 벽에서 충격받은 금속)에 의해 오염되거나 웨이퍼 박스에서 폴리머를 모았을 수 있으며 대기 시간에 따라 다를 수 있습니다.

웨이퍼 클리닝과 표면 준비는 볼링장에 있는 기계와 유사하게 작동합니다. 먼저 불필요한 모든 조각과 조각을 제거한 후 원하는 패턴을 재구성하여 게임을 계속 진행합니다.

「 」를 참조해 주세요.

레퍼런스

  1. ^ Nitaigour Premchand Mahalik (2006) "마이크로제조와 나노테크놀로지", Springer, ISBN3-540-25377-7
  2. ^ Löper, Philipp; Stuckelberger, Michael; Niesen, Bjoern; Werner, Jérémie; Filipič, Miha; Moon, Soo-Jin; Yum, Jun-Ho; Topič, Marko; De Wolf, Stefaan; Ballif, Christophe (2015). "Complex Refractive Index Spectra of CH3NH3PbI3 Perovskite Thin Films Determined by Spectroscopic Ellipsometry and Spectrophotometry". The Journal of Physical Chemistry Letters. 6 (1): 66–71. doi:10.1021/jz502471h. PMID 26263093. Retrieved 2021-11-16.
  3. ^ a b Engel, U.; Eckstein, R. (2002). "Microforming - From Basic research to its realization". Journal of Materials Processing Technology. 125–126 (2002): 35–44. doi:10.1016/S0924-0136(02)00415-6.
  4. ^ a b c Dixit, U.S.; Das, R. (2012). "Chapter 15: Microextrusion". In Jain, V.K. (ed.). Micromanufacturing Processes. CRC Press. pp. 263–282. ISBN 9781439852903.
  5. ^ a b Razali, A.R.; Qin, Y. (2013). "A review on micro-manufacturing, micro-forming and their key issues". Procedia Engineering. 53 (2013): 665–672. doi:10.1016/j.proeng.2013.02.086.
  6. ^ Advanced Manufacturing Processes Laboratory (2015). "Process Analysis and Variation Control in Micro-stamping". Northwestern University. Retrieved 18 March 2016.
  7. ^ Fu, M.W.; Chan, W.L. (2014). "Chapter 4: Microforming Processes". Micro-scaled Products Development via Microforming: Deformation Behaviours, Processes, Tooling and its Realization. Springer Science & Business Media. pp. 73–130. ISBN 9781447163268.
  8. ^ a b Fu, M.W.; Chan, W.L. (2013). "A review on the state-of-the-art microforming technologies". International Journal of Advanced Manufacturing Technology. 67 (9): 2411–2437. doi:10.1007/s00170-012-4661-7. S2CID 110879846.

추가 정보

일지

  • 마이크로 전자기계 저널(J)MEMS)
  • 센서 및 액추에이터 A: 물리적
  • 센서 및 액추에이터 B: 화학 물질
  • 마이크로메트로닉스 및 마이크로엔지니어링 저널
  • 랩 온 어 칩
  • IEEE 전자기기 거래,
  • 진공과학기술 저널 A: 진공, 표면, 필름
  • 진공과학기술 B: 마이크로일렉트로닉스 및 나노미터 구조: 가공, 측정 및 현상

책들

  • S에 의한 미세조립 소개(2004)프란실라.ISBN 0-470-85106-6
  • M. Madou에 의한 미세조립의 기초 (2002년 제2판).ISBN 0-8493-0826-7
  • Gregory Kovacs의 마이크로머신 변환기 소스북(1998)
  • Brodie & Murray:미세조립의 물리학(1982)
  • 니타이고르 프렘찬드 마할릭(2006) '미립 및 나노기술', 스프링어, ISBN 3-540-25377-7
  • D. Widmann, H. Mader, H. Friedrich:집적회로의 테크놀로지(2000),
  • J. 플러머, M.좋아, P.그리핀: 실리콘 VLSI 테크놀로지(2000),
  • G.S. May & S. Sze: 반도체 처리의 기초(2003년),
  • P. van Zant: 마이크로칩 제조(2000년, 제5판),
  • R.C. Jaeger:마이크로일렉트로닉스 제작 개요(2001, 2차 에디),
  • S. Wolf & R.N. Tauber:VLSI 시대를 위한 실리콘 프로세싱, Vol 1: 프로세스 테크놀로지(1999년, 제2판),
  • S.A. 캠벨:마이크로일렉트로닉스 제조의 이공계 (2001, 제2판)
  • T. 핫토리:실리콘 웨이퍼의 초박형 표면가공 : VLSI 제조의 비밀
  • (2004) Geschke, Klank & Telleman, ed:Lab-on-chip Devices의 마이크로시스템 엔지니어링, 초판, John Wiley & Sons.ISBN 3-527-30733-8.
  • Micro- and Nanophotonic Technologies (2017) ed: Patrick Meyrueis, Kazuaki Sakoda, Marcel Van de Voorde.John Wiley & Sons.ISBN 978-3-527-34037-8

외부 링크

Wikibooks는 마이크로테크놀로지를 주제로 한 책을 출판하고 있습니다.