Khắc quang

Khắc quang hay photolithography là phương pháp trong công nghệ bán dẫn và vật liệu, dùng ánh sáng để tạo hình các chi tiết với kích thước và hình dạng cụ thể bằng cách làm biến đổi chất cảm quang trên bề mặt. Phương pháp này phổ biến trong ngành vi điện tử nhưng không thể tạo các chi tiết quá nhỏ do hạn chế nhiễu xạ ánh sáng, vì vậy còn được gọi là khắc quang vi mô (micro lithography). Một số sách giáo khoa ở Việt Nam dịch photolithography là quang bản thạch.

Kỹ thuật khắc quang

Khắc quang là tập hợp các quy trình quang hóa nhằm tạo ra các chi tiết trên bề mặt đế với hình dạng và kích thước cụ thể. Nghĩa là, khắc quang sử dụng phản ứng quang hóa để tạo hình.

Sau khi xử lý, bề mặt đế được phủ một lớp chất hữu cơ gọi là chất cản quang (photoresist), có khả năng nhạy cảm với ánh sáng (tức là bị thay đổi khi tiếp xúc với ánh sáng phù hợp), đồng thời bền vững trong môi trường kiềm hoặc axit. Chất cản quang bảo vệ các chi tiết vật liệu khỏi bị ăn mòn và giúp tạo ra các khe rãnh theo hình dạng mong muốn. Thường được phủ bằng kỹ thuật quay phủ (spin-coating).

Các loại cản quang

• Cản quang dương: Là loại cản quang biến đổi khi tiếp xúc với ánh sáng và sẽ bị hòa tan trong dung dịch rửa.
• Cản quang âm: Là loại cản quang biến đổi khi tiếp xúc với ánh sáng nhưng không bị hòa tan trong dung dịch rửa.

(Xem thêm chi tiết trong bài viết về khắc quang chùm điện tử).

Nguyên lý của hệ thống khắc quang

Hệ thống khắc quang bao gồm một nguồn phát tia cực tím, được khuếch đại và chiếu qua một mặt nạ (photomask). Mặt nạ này có các chi tiết cần tạo (vùng che sáng) để ngăn ánh sáng chiếu vào vùng cảm quang, tạo ra hình ảnh chi tiết trên bề mặt cảm quang. Sau khi chiếu qua mặt nạ, chùm sáng sẽ tạo hình ảnh chi tiết mong muốn, được hội tụ trên bề mặt đã phủ cảm quang nhờ hệ thấu kính hội tụ.

Ứng dụng của khắc quang

Khắc quang, phát triển từ đầu thế kỷ 20, chủ yếu được sử dụng trong công nghiệp bán dẫn để chế tạo vi mạch điện tử trên phiến Si. Nó cũng được ứng dụng trong khoa học và công nghệ vật liệu để chế tạo chi tiết nhỏ và linh kiện vi cơ điện tử (MEMS). Tuy nhiên, do ánh sáng bị nhiễu xạ, khắc quang không thể chế tạo chi tiết kích thước nano (độ phân giải tối ưu là 50 nm), nên công nghệ quang khắc chùm điện tử (electron beam lithography) được sử dụng để tạo chi tiết cấp nanomet.

Tài liệu tham khảo

• Kỹ thuật quang khắc tại Đại học Glasgow, Vương quốc Anh