Figura 29 - Esquema das camadas do prot´otipo do dispositivo Micromegas desenvolvido no IMB-CNM.
Fonte: O autor, 2018.
gum processo t´ermico durante sua opera¸c˜ao regular, um p´os cozimento severo (hard bake) deve ser realizado ap´os a revela¸c˜ao. Recomenda-se usar uma temperatura 10◦C maior que a temperatura m´axima de opera¸c˜ao esperada (MICROCHEM-KAYAKU, 2020).
Figura 30 - Retirada de umidade dowaf er na estufa.
Fonte: O autor, 2018.
etching) a fim de definir o padr˜ao dos pads do anodo. Ap´os o etching, ´e realizada uma limpeza por plasma de Oxigˆenio para retirar o resiste positivo sobre owaf er.
3. Deposi¸c˜ao de SU-8, fotolitografia e revela¸c˜ao - Ap´os a retirada de umidade dowaf er em uma estufa (Figura 30), ´e realizado o processo para a deposi¸c˜ao da camada de SU-8 com espessura de 1 µm em uma spinner (700rpm por 30s) (Figura 31(a)), seguido de um sof t bake, insola¸c˜ao com m´ascara na fotoalinhadora e post bake.
Ap´os revelar o SU-8 (Figura 31(b)), um hard bake ´e realizado. Na deposi¸c˜ao ´e utilizado o SU-8 2000.5 da fabricante Microchem-Kayaku.
4. Deposi¸c˜ao de Alum´ınio - Uma espessura de filme entre 0,5 e 1 µm de Alum´ınio (Figura 32) ´e depositada por evapora¸c˜ao t´ermica; conforme j´a observado em §3.11, o SU-8 n˜ao lida bem com altas temperaturas, e por essa raz˜ao n˜ao ´e recomend´avel utilizar o equipamento de sputtering. Ap´os a evapora¸c˜ao ´e realizada a deposi¸c˜ao de um resiste positivo com 2µm de espessura novamente na spinner (1500rpm de velocidade por 30s), sof tbake em um prato quente, exposi¸c˜ao em fotoalinhadora (tempo de exposi¸c˜ao de 26,5s `a 11 mW/cm2), seguida de post bake e revela¸c˜ao do resiste positivo. O Alum´ınio ´e ent˜ao removido por wet-etching para obter o padr˜ao dos pixels do anodo.
5. Estrutura¸c˜ao da camada isolante de SU-8. Todo o processamento do SU-8 ´e descrito abaixo:
a) Deposi¸c˜ao por spin coating de SU-8 2050 MicroChem para a forma¸c˜ao
Figura 31 - Deposi¸c˜ao em um equipamentospinner (a) e revela¸c˜ao do SU-8 (b).
Fonte: O autor, 2018.
Figura 32 - Aspecto dowaf er de Sil´ıcio ap´os a etapa de evapora¸c˜ao de Alum´ınio.
Fonte: O autor, 2018.
Figura 33 - Deposi¸c˜ao do resiste positivo sobre a camada de SU-8.
Fonte: O autor, 2018.
de uma camada de 50 µm, operando `a 2900rpm por 30s seguido por sof tbake com o substrato em um prato quente (10 minutos `a 50◦C, sobe-se a temperatura at´e 65◦C por mais 10 minutos, e novamente subindo a temperatura at´e 95◦C por 20 minutos). O controle dos tempos ´e feito de forma manual, utilizando um cronˆometro. Ap´os esta etapa ´e necess´ario que o waf er fique em repouso
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a temperatura ambiente por toda a noite para o al´ıvio de tens˜oes residuais do SU-8;
b) Deposi¸c˜ao de resiste positivo FUJIFILM HIPR6512 sobre o SU-8 (Figura 33). Para obter uma camada de 2µm, ospinneroperou com uma velocidade de 1500 rpm por 30s. O resiste positivo ret´em parte da energia envolvida durante a deposi¸c˜ao do metal, evitando o crosslink total da parte superior do SU-8, e facilitando a sua revela¸c˜ao. Em seguida o waf er foi aquecido (sof tbake) em prato quente por 2min e 30s `a 80◦C utilizando um suporte para o substrato.
c) Exposi¸c˜ao do resiste positivo HIPR6512 junto com o SU-8 em uma foto- alinhadora (Figura 34(a); Figura 34(b)) durante 36s utilizando uma m´ascara, e aplicando-se uma intensidade da radia¸c˜ao UV de 11mW/cm2 (Figura 34(c)).
Um detalhe importante ´e que o SU-8 n˜ao ´e revelado, a revela¸c˜ao ´e realizada na
Figura 34 - Fotoalinhadora MicroTec (a), alinhamento com lentes de microsc´opio (b), e exposi¸c˜ao com luz Ultravioleta (c).
Fonte: O autor, 2018.
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ultima etapa de todo o processo. Ap´os a exposi¸c˜ao ´e realizado um cozimento post bake (5min `a 50◦C, aumenta-se a temperatura at´e 65◦C onde permanece por mais 5 minutos, e finalmente aumenta-se a temperatura at´e 80◦C por 10 min).
d) Revela¸c˜ao do resiste positivo durante aproximadamente 1 minuto. N˜ao h´a revela¸c˜ao do SU-8 nesta etapa.
6. Deposi¸c˜ao de Alum´ınio, exposi¸c˜ao ewet−etching. Ap´os o processamento do SU-8, a ´ultima camada de metal ´e termicamente evaporada. A seguir, um revestimento de espessura de 2µmde resiste positivo ´e depositado (`a velocidade de 1500rpm por 30s), e o waf er ent˜ao, ´e alinhado e exposto. Esta camada tem como objetivo proteger o filme de Alum´ınio do wet-etching. Como nas etapas anteriores, um sof tbake ´e
Figura 35 - Banho qu´ımico realizado na etapa deW et Etching.
Fonte: O autor, 2018.
realizado antes do fotoalinhamento, umpost bake ap´os a exposi¸c˜ao, e umhard bake ap´os a revela¸c˜ao do resiste positivo. Em seguida, o Alum´ınio ´e gravado usando um ataque qu´ımico por via ´umida (wet etching) (Figura 35).
7. Revela¸c˜ao do SU-8. O SU-8, junto com o resiste positivo depositado sobre este, e o restante do resiste que protegia a camada de Al contido nos contatos de Al, s˜ao removidos com o revelador do pr´oprio SU-8 (utilizou-se Microchem MRDev- 600). Em seguida, o waf er foi lavado com isopropanol para retirar os res´ıduos do revelador. Esta etapa ´e a mais cr´ıtica de todo o processamento, pois owaf erestar´a pronto para ser utilizado como um dispositivo Micromegas.
Um fluxograma de todo o processo ´e apresentado na Figura 36. Uma observa¸c˜ao impor- tante sobre o processamento ´e sobre o r´ıgido controle de temperatura empregado durante osbakings, j´a que, como citado anteriormente, isso pode alterar as propriedades do SU-8 e dificultar sua revela¸c˜ao. A t´ecnica de sputtering realizada sobre a superf´ıcie do SU-8 tamb´em pode induzir `a reticula¸c˜ao, devido `a luz UV no plasma, e a energia liberada du- rante a deposi¸c˜ao (ver§3.9). Para minimizar esse efeito, foi usada a t´ecnica de evapora¸c˜ao t´ermica (itens 4 e 6 na Figura 36). Dessa forma, o equipamento de sputtering foi usado somente para a metaliza¸c˜ao da camada de base do anodo, desde que esta encontra-se sobre o substrato de Sil´ıcio.
A principal dificuldade encontrada durante o processo de fabrica¸c˜ao foi revelar a camada de 50 µm de SU-8, j´a que esta etapa depende do ajuste de v´arios fatores,
Figura 36 - Fluxograma das etapas de processamento do Micromegas.
Fonte: O autor, 2018.
principalmente da temperatura `a qual essa camada ´e exposta, e o tempo de revela¸c˜ao do SU-8. O correto desenvolvimento desta etapa, tamb´em implica na precis˜ao da geometria final dos orif´ıcios da malha met´alica do dispositivo, j´a que a remo¸c˜ao do SU-8 dos orif´ıcios poderia danificar alguns an´eis de Alum´ınio.
A partir do terceiro prot´otipo fabricado, a mudan¸ca mais significativa implemen- tada no processamento, foi a deposi¸c˜ao da camada de resiste positivo HIPR6512 sobre o SU-8, e exposi¸c˜ao de ambos na fotoalinhadora. Esta etapa n˜ao estava prevista anterior- mente, e de fato, houve uma melhora estrutural da geometria a partir desta modifica¸c˜ao (ser´a apresentada a seguir em §3.13). Al´em disso, o equipamento de ultrassom foi utili- zado para oswaf ers1 e 2, devido `a dificuldade de revelar completamente o SU-8 e definir os furos dos contatos. Ap´os todas as etapas de revela¸c˜ao, os waf ers foram enxaguados em isopropanol, ´agua deionizada, e secos com fluxo de ar.
3.13 Caracteriza¸c˜ao por Microscopia ´Optica (MO) e Microscopia Eletrˆonica