دستگاه فتولیتوگرافی و ماسک الاینر یکی از تجهیزات کلیدی در فرآیند ساخت قطعات میکرومقیاس (نظیر میکرونیک‌ها، MEMS، و مدارهای الکترونیکی) است. دستگاه فتولیتوگرافی برای انتقال الگو از یک ماسک (mask) بر روی سطح یک بستر (معمولاً ویفر سیلیکونی یا شیشه‌ای) به کمک نور فرابنفش (UV) استفاده می‌شود. این فرآیند یکی از مراحل اصلی در ساخت ساختارهای ریز و دقیق است. این دستگاه قادر است الگوهایی با کوچک‌ترین ویژگی‌هایی در حد 10 میکرومتر را به‌دقت روی سطح ویفر چاپ کند.
این دقت برای بسیاری از کاربردهای میکروسیستم‌ها، حسگرها، و حتی برخی ساختارهای اپتوالکترونیک مناسب است.
مراحل کلی فرآیند با این دستگاه:
کاربردهای این نوع دستگاه با دقت 10 میکرومتر:
دستگاه ریداکشن ماسک (Reduction Mask Aligner یا Reduction Projection Lithography System) یکی از پیشرفته‌ترین ابزارها در فرآیند فتولیتوگرافی نوری است که به کمک آن می‌توان الگوهایی با دقت و رزولوشن بالاتر (در اینجا تا 4 میکرومتر) را روی ویفرها پیاده‌سازی کرد.
ویژگی‌های کلیدی دستگاه:
دقت ابعادی:
قابل دستیابی تا 4 میکرومتر
این یعنی دستگاه می‌تواند الگوهایی بسیار دقیق و ریز در حد 4 میکرومتر را با وضوح بالا روی ویفر پیاده‌سازی کند. این دقت برای بسیاری از کاربردهای پیشرفته صنعتی و تحقیقاتی کافی است.
سیستم اپتیکی ریداکشن (Projection Lens):
لنزهای دقیق و با کیفیت بالا برای انتقال تصویر از ماسک به ویفر به صورت کوچک‌شده و بدون تماس مستقیم.
بدون تماس بین ماسک و ویفر:
برخلاف ماسک الاینرهای معمولی که ماسک باید با ویفر تماس داشته باشد، در این دستگاه تصویر به صورت نوری و غیرتماسی انتقال می‌یابد که باعث کاهش خطاهای مکانیکی و افزایش عمر ماسک می‌شود.
کاربردهای متداول:
کوره تیوبی (Tube Furnace) یک نوع کوره الکتریکی است که از المان‌های گرمایشی برای تولید دمای بالا در یک تیوب مرکزی استفاده می‌کند. در این کوره نمونه‌ها داخل تیوب و در معرض یک پروفایل حرارتی دقیق کنترل‌شده قرار می‌گیرند.
قابلیت‌های کنترلی و نرم‌افزاری:
کاربرد ها:
دستگاه اسپین کوتر (Spin Coater) یکی از تجهیزات کلیدی در آزمایشگاه‌های فناوری نانو، میکروالکترونیک، ساخت MEMS و لایه‌نشانی نازک است. این دستگاه برای پوشش‌دهی یکنواخت سطح نمونه با لایه‌های نازک از مواد مایع (مانند فوتورزیست‌ها، پلیمرها یا محلول‌های نانوذرات) به کار می‌رود.
اسپین کوتر یکی از تجهیزات پرکاربرد در فرآیندهای لایه‌نشانی نازک است که به‌ویژه در حوزه‌هایی مانند میکروالکترونیک، فناوری نانو، و ساخت حسگرها و ادوات نوری کاربرد دارد. این دستگاه با استفاده از نیروی گریز از مرکز (centrifugal force)، یک لایه نازک و یکنواخت از محلول را روی سطح زیرلایه‌هایی مانند ویفر سیلیکونی، شیشه یا فلز می‌نشاند. اساس عملکرد آن به این صورت است که پس از قرار دادن محلول روی مرکز زیرلایه، زیرلایه با سرعت بالا به چرخش درمی‌آید و ماده تحت تأثیر نیروی گریز از مرکز به اطراف پرتاب شده و در اثر کشش سطحی و تبخیر حلال، لایه‌ای یکنواخت روی سطح تشکیل می‌شود. ضخامت نهایی این لایه به عوامل متعددی بستگی دارد.
از نظر ساختاری، دستگاه اسپین کوتر از اجزای مختلفی تشکیل شده است. صفحه چرخان (Chuck) محل قرارگیری زیرلایه است که معمولاً با کمک سیستم خلأ نگه داشته می‌شود تا در حین چرخش جابه‌جا نشود. سیستم خلأ باعث فیکس شدن دقیق نمونه روی چاک می‌شود. کنترلر دستگاه امکان تنظیم دقیق سرعت چرخش (که می‌تواند تا چند هزار دور بر دقیقه باشد) و همچنین زمان چرخش را فراهم می‌کند. محلول مورد نظر یا به‌صورت دستی و یا با استفاده از سیستم تزریق اتوماتیک روی مرکز زیرلایه ریخته می‌شود. محفظه‌ای محافظ اطراف چاک تعبیه شده تا از پاشش قطرات محلول به بیرون جلوگیری کرده و ایمنی کاربر را حفظ کند. در مدل‌های پیشرفته‌تر، سیستم تهویه نیز برای حذف بخارات مواد شیمیایی آلی تعبیه شده است.
پارامترهای کلیدی که در عملکرد اسپین کوتر تأثیرگذار هستند عبارتند از: سرعت چرخش (RPM) که با افزایش آن، ضخامت لایه کاهش می‌یابد؛ زمان چرخش که هرچه بیشتر باشد، یکنواختی لایه بهبود می‌یابد؛ ویسکوزیته محلول که محلول‌های غلیظ‌تر منجر به تشکیل لایه‌هایی ضخیم‌تر می‌شوند؛ و شتاب اولیه (Acceleration) که نحوه پخش اولیه محلول روی سطح را کنترل کرده و بر یکنواختی نهایی اثر دارد. با کنترل دقیق این پارامترها، می‌توان لایه‌هایی با ضخامت‌های قابل‌تکرار در بازه‌ای از چند نانومتر تا چند میکرومتر تولید کرد.
کاربردها:
دستگاه مقاومت‌سنجی سطحی چهار نقطه‌ای (Four-Point Probe) ابزاری دقیق و استاندارد برای اندازه‌گیری مقاومت ویژه (resistivity) یا مقاومت سطحی (sheet resistance) مواد نازک و نیمه‌هادی‌ها است. این دستگاه به‌ویژه در زمینه‌های ساخت قطعات الکترونیکی، نانومواد، پوشش‌های نازک، و ویفرهای سیلیکونی کاربرد گسترده دارد.
در این روش، چهار پروب هادی به‌صورت خطی و با فاصله مساوی روی سطح نمونه قرار می‌گیرند. جریان الکتریکی از طریق دو پروب بیرونی اعمال می‌شود و اختلاف پتانسیل (ولتاژ) بین دو پروب میانی اندازه‌گیری می‌شود. از آنجا که جریان و ولتاژ از نقاط جداگانه دریافت می‌شوند، خطاهای ناشی از مقاومت تماس به حداقل می‌رسند.
اجزای اصلی دستگاه مقاومت‌سنجی چهار نقطه‌ای به‌گونه‌ای طراحی شده‌اند که امکان اندازه‌گیری دقیق و پایدار مقاومت سطحی را فراهم کنند. این دستگاه دارای چهار پروب رسانا (سوزنی یا فنری) است که معمولاً از فلزاتی مانند تنگستن یا طلا ساخته می‌شوند و روی یک پایه ثابت یا متحرک قرار دارند. برای تنظیم دقیق تماس این پروب‌ها با سطح نمونه، مکانیزم حرکت یا جابجایی پروب‌ها تعبیه شده است که در برخی مدل‌ها به‌صورت دستی و در مدل‌های پیشرفته‌تر به‌صورت موتوری و عمودی عمل می‌کند. جریان الکتریکی پایدار توسط یک منبع جریان در محدوده میلی‌آمپر تا میکروآمپر از طریق دو پروب بیرونی به نمونه اعمال می‌شود. در همین حین، اختلاف پتانسیل بسیار دقیق بین دو پروب میانی با استفاده از یک ولتمتر حساس اندازه‌گیری می‌شود. در نهایت، داده‌ها از طریق نمایشگر یا نرم‌افزار خوانش دستگاه به‌صورت عددی نمایش داده می‌شوند و می‌توانند به‌طور خودکار مقدار مقاومت سطحی یا مقاومت ویژه نمونه را محاسبه کنند. این اجزا در کنار هم، دقت و قابلیت اطمینان بالای این روش اندازه‌گیری را تضمین می‌کنند.
کاربردهای متداول:
ست‌آپ تست سایکلیک کرنش و فشار یکی از پیکربندی‌های پیشرفته در آزمایش‌های مکانیکی مواد است که برای بررسی رفتار مواد تحت بارگذاری تکرارشونده (دوره‌ای) به کار می‌رود. این نوع آزمون نقش مهمی در مطالعه‌ی خستگی (fatigue)، هیسترزیس مکانیکی، پایداری ساختاری و پدیده‌های وابسته به میرایی یا آسیب‌پذیری مواد دارد، به‌ویژه در پلیمرها، الاستومرها، فلزات شکل‌پذیر، کامپوزیت‌ها و نانو مواد.
تست سایکلیک (Cyclic Test) با اعمال بارگذاری رفت‌وبرگشتی (کششی، فشاری یا ترکیبی) روی سنسور، عملکرد آن را تحت شرایط دینامیکی واقعی شبیه‌سازی می‌کند. این تست موارد زیر را بررسی می‌کند:
خروجی‌های اصلی تست سایکلیک: