Photolithography (الطباعة الحجرية الضوئية)
بوجه عام هى تكنولوجيا طباعة الدوائر الألكترونية على سطوح الرقائق الدقيقة . وبالتفصيل يمكن توضيحها كالآتى,
هى عملية تستخدم فى الصناعات الدقيقة لإستقطاع اجزاء من سطح الحجم أو المادة المعرضة للعملية.
تستخدم العملية الضوء لنقل مخطوط هندسى من قالب ضوئى (photomask), لمركب حساس للضوء (photoresist) يقبع على السطح المراد وضع التخطيط عليه. ثم تقوم سلسلة من العمليات الكيميائية بتحقيق تأثير الحفر المطلوب على سطح الشريحة .
ويأتى سبب تسميتها بالطباعة الحجرية الضوئية فى انها تماثل الطباعة الحجرية المستخدمة فى بعض انواع الطباعة. ولكن تستخدم الضوء فى نقل النماذج كما فى التصوير الفوتوغرافى.
تستخدم الطباعة الحجرية الضوئية عوضاً عن الطرق التقليدية لطباعة الدوائر الألكترونية بسبب دقتها اللامتناهية, فهى تحقق تحكم كامل فى الشكل والحجم للعنصر المطبوع. وكذلك بسبب تماثل الوحدات المصنوعة تماماً. فعيوب الصناعة أقل ما يمكن.
العيب الأساسى فى هذه التقنية هى لزوم استخدامها على الأسطح المستوية فقط. وتتطلب شروط صارمة لنظافة الوسط
الخطوات الأساسيةتتضمن عملية الطباعة الحجرية عدد من الخطوات. الغرف الأنتاجية البالغة النظافة المستخدمة حالياً فى هذه الصناعة تستخدم اليات لأنظمة المعالجة المائية للشرائح
خطوة الأعداد
بسم الله الرحمن الرحيم
أولاً تسخن الشريحة لتبخير الرطوبة التى من الممكن وجودها على سطح الشريحة.
ثانياً تنظف الشرائح كيميائياً لإزالة كل انواع الأوساخ.
ثالثاً يعالج السطح بمادة محفزة لإلتصاق المادة الحساسة للضوة photoresist بسطح الشريحة. مثل مادة hexamethyldisilazane (HMDS).
الطلاء بال photoresist -PR
تغطى الشريحة بالمادة الحساسة للضوء PR . وهى عبارة عن سائل لزج يوزع بانتظام على سطح الشريحة . حيث ينشر السائل على سطح الشريحة وتدار الشريحة بسرعة عالية تتراوح بين 1200 الى 4800 دورة فى الدقيقة لمدة من 30 الى 60 ثانية على حسب سمك طبقة ال PR المطلوبة. حيث تتكفل هذه العملية بطرد الكميات الذائدة والنتوئات السائلة على سطح الشريحة وتخلق سطح متساوى الأرتفاع سمكه بين نصف الى 2.5 ميكرون(الميكرون 1/1000.000 من المتر. ويرمز له ب µm )
ثم تسخن الشريحة المغطاة بال PR لتبخير أى سوائل ذائدة عند درجة حرارة من 90 الى 100 سيليزية لمدة من 5 الى 30 دقيقة. وأحياناً تسخن الشريحة فى وسط من غاز النيتروجين عند الحاجة لذلك.
التعريض والتحميض
بعد التسخين الأولى تعرض ال PR لدفقات قوية من الضوء ممثلة لمخطوط الشريحة. وتستخدم الطباعة الحجرية الضوئية الأشعة فوق البنفسجية ultraviolet بأطوال موجية ضئيلة فى نطاق 300 نانومتر. وهى اكبر من الأطوال الموجية لأشعة X .وال PR الموجبة وهى النوع الأكثر إستخداماً تصبح أقل ثبات كيميائى عند التعرض للأشعة. السالبة تصبح أكثر ثبات.. وبسبب تغير ال PR الكيميائى يمكن إستخدام هذه الخاصية بطريقة خاصة تسمى التحميض كنفس المصطلح المطلق فى التصوير الفوتوغرافى.
تسبق عملية التحميض وتتبع التعريض مرحلة تسخين(تحميص) للشريحة لتقليل أثر ظاهرة التداخل الضوئى الناشئة عن موجات الضوء العارضة المتداخلة عند تقابل موجتين. ويجب دراسة معامل التداخل الضوئى وأخذه فى الإعتبار عند صناعة آليات صناعة الشريحة لضمان الدقة المتناهية لتحقيق المخطط المطلوب. ويجب الإشارة فى هذا المجال الى أن العالمين المصريين الدكتور المرحوم نايل بركات عميد كلية علوم عين شمس الأسبق(صاحب أول نموذج تجريى لإستخدام الألياف الضوئية فى الأتصالات سنة 1977) والدكتور أحمد أمين حمزة اطال الله فى عمره رئيس جامعة المنصورة الأسبق ونائب رئيس الجامعة البريطانية. هما من تقدما الصفوف فى دراسة هذا العلم(micro-interferometry) وعلماه للعالم.
تتم عملية التحميض على سطح دوار لضمان دقة العملية كما تم فى نشر ال PR. وتحتوى غالباً مادة التحميض على هيدروكسيد الصوديوم NaOH.ولكن مادة الصوديوم تعتبر من المواد شديدة الخطورة فى صناعة ال MOSFET (البنية الحديثة للترانزستور) لأنها تقلل من خواص التوصيل لأكاسيد البوابات المنطقية. لذلك فيستخدم الآن مادة ال tetramethylammonium hydroxide (TMAH)
ثم تسخن الشريحة الناتجة (تسخين شديد) عند درجة حرارة من 120 الى 180 درجة سيليزية لمدة من 20 ل 30 دقيقة. هذا التسخين الشديد يقوم بتصليب ما تبقى من ال PR لتكون طبقة حماية أكثر تحمل للعمليات التالية
عملية الخرط أو الطباعة
فى عملية الطباعة يمر عامل كيميائى سائل أو بلازما صلبة ليزيل الطبقة العلوية الغير محمية ب ال PR من مادة الشريحة. وفى صناعة اشباه الموصلات غالباً ما تستخدم طريقة البلازما الجافة حيث التحكم بها مثالى لتجنب حدوث تشويه مؤثر لمخطوط ال PR على الشريحة. وتستخدم الطريقة السائلة فى صناعة الهياكل الميكانيكية الدقيقة. وتطور الطباعة بالبلازما الصلبة هو العامل الأساسى لتطوير رقائق الكترونية أدق وذات مسافات بينية متناهية الصغر.
إزالة ال PR
يجب إزالة ال PR من سطح الشريحة بعد عملية الطباعة
وتتم عملية الإزالة أيضاً بطريقتين إحداها سائلة بإستخام سائل يغير التركيب الكيميائى لل PR ويقلل من التصاقه بالشريحة. أو بطريقة جافة بإستخدام بلازما تحتوى على اكسجين يقوم بأكسدة المادة. وهى ما تسمى بعملية التفتييت (Ashing)
وبهذا تكون إكتملت عملية الطباعة
ومن المعلوم أن تطور الطباعة الحجرية الضوئية هو علم نحن فى بداياته وهناك مساحة هائلة لتطوره
بوجه عام هى تكنولوجيا طباعة الدوائر الألكترونية على سطوح الرقائق الدقيقة . وبالتفصيل يمكن توضيحها كالآتى,
هى عملية تستخدم فى الصناعات الدقيقة لإستقطاع اجزاء من سطح الحجم أو المادة المعرضة للعملية.
تستخدم العملية الضوء لنقل مخطوط هندسى من قالب ضوئى (photomask), لمركب حساس للضوء (photoresist) يقبع على السطح المراد وضع التخطيط عليه. ثم تقوم سلسلة من العمليات الكيميائية بتحقيق تأثير الحفر المطلوب على سطح الشريحة .
ويأتى سبب تسميتها بالطباعة الحجرية الضوئية فى انها تماثل الطباعة الحجرية المستخدمة فى بعض انواع الطباعة. ولكن تستخدم الضوء فى نقل النماذج كما فى التصوير الفوتوغرافى.
تستخدم الطباعة الحجرية الضوئية عوضاً عن الطرق التقليدية لطباعة الدوائر الألكترونية بسبب دقتها اللامتناهية, فهى تحقق تحكم كامل فى الشكل والحجم للعنصر المطبوع. وكذلك بسبب تماثل الوحدات المصنوعة تماماً. فعيوب الصناعة أقل ما يمكن.
العيب الأساسى فى هذه التقنية هى لزوم استخدامها على الأسطح المستوية فقط. وتتطلب شروط صارمة لنظافة الوسط
الخطوات الأساسيةتتضمن عملية الطباعة الحجرية عدد من الخطوات. الغرف الأنتاجية البالغة النظافة المستخدمة حالياً فى هذه الصناعة تستخدم اليات لأنظمة المعالجة المائية للشرائح
خطوة الأعداد
بسم الله الرحمن الرحيم
أولاً تسخن الشريحة لتبخير الرطوبة التى من الممكن وجودها على سطح الشريحة.
ثانياً تنظف الشرائح كيميائياً لإزالة كل انواع الأوساخ.
ثالثاً يعالج السطح بمادة محفزة لإلتصاق المادة الحساسة للضوة photoresist بسطح الشريحة. مثل مادة hexamethyldisilazane (HMDS).
الطلاء بال photoresist -PR
تغطى الشريحة بالمادة الحساسة للضوء PR . وهى عبارة عن سائل لزج يوزع بانتظام على سطح الشريحة . حيث ينشر السائل على سطح الشريحة وتدار الشريحة بسرعة عالية تتراوح بين 1200 الى 4800 دورة فى الدقيقة لمدة من 30 الى 60 ثانية على حسب سمك طبقة ال PR المطلوبة. حيث تتكفل هذه العملية بطرد الكميات الذائدة والنتوئات السائلة على سطح الشريحة وتخلق سطح متساوى الأرتفاع سمكه بين نصف الى 2.5 ميكرون(الميكرون 1/1000.000 من المتر. ويرمز له ب µm )
ثم تسخن الشريحة المغطاة بال PR لتبخير أى سوائل ذائدة عند درجة حرارة من 90 الى 100 سيليزية لمدة من 5 الى 30 دقيقة. وأحياناً تسخن الشريحة فى وسط من غاز النيتروجين عند الحاجة لذلك.
التعريض والتحميض
بعد التسخين الأولى تعرض ال PR لدفقات قوية من الضوء ممثلة لمخطوط الشريحة. وتستخدم الطباعة الحجرية الضوئية الأشعة فوق البنفسجية ultraviolet بأطوال موجية ضئيلة فى نطاق 300 نانومتر. وهى اكبر من الأطوال الموجية لأشعة X .وال PR الموجبة وهى النوع الأكثر إستخداماً تصبح أقل ثبات كيميائى عند التعرض للأشعة. السالبة تصبح أكثر ثبات.. وبسبب تغير ال PR الكيميائى يمكن إستخدام هذه الخاصية بطريقة خاصة تسمى التحميض كنفس المصطلح المطلق فى التصوير الفوتوغرافى.
 |
| صورة لجهاز (Alighner) وهو الوحدة الرئيسية فى طريقة الطباعة الحجرية الضوئية. وهو يقوم بالعمليات بطريقة آلية بتحميل الشرائح الخام (من جزء الجهاز بيسار الصورة إلى اليمين) ثم يقوم بتغطيتها بال PR ثم تعرض للأشعة فوق البنفسجية (طول موجى 365 نانومتر فى هذا الجهاز) ثم المرحلة النهائية (المسماه development) حيث تستخدم المواذ المذيبة لإزالة سواء الPR الموجبة أو السالبة (المعرضة والغير معرضة للأشعة بالترتيب) وفى الصندوق الأسود البلاستيكى بنهاية الجهاز تجمع الشرائح المصنعة. والإضاءة فى تلك الغرفة صفراء. والصورة مأخوذة من معامل HP |
تسبق عملية التحميض وتتبع التعريض مرحلة تسخين(تحميص) للشريحة لتقليل أثر ظاهرة التداخل الضوئى الناشئة عن موجات الضوء العارضة المتداخلة عند تقابل موجتين. ويجب دراسة معامل التداخل الضوئى وأخذه فى الإعتبار عند صناعة آليات صناعة الشريحة لضمان الدقة المتناهية لتحقيق المخطط المطلوب. ويجب الإشارة فى هذا المجال الى أن العالمين المصريين الدكتور المرحوم نايل بركات عميد كلية علوم عين شمس الأسبق(صاحب أول نموذج تجريى لإستخدام الألياف الضوئية فى الأتصالات سنة 1977) والدكتور أحمد أمين حمزة اطال الله فى عمره رئيس جامعة المنصورة الأسبق ونائب رئيس الجامعة البريطانية. هما من تقدما الصفوف فى دراسة هذا العلم(micro-interferometry) وعلماه للعالم.
تتم عملية التحميض على سطح دوار لضمان دقة العملية كما تم فى نشر ال PR. وتحتوى غالباً مادة التحميض على هيدروكسيد الصوديوم NaOH.ولكن مادة الصوديوم تعتبر من المواد شديدة الخطورة فى صناعة ال MOSFET (البنية الحديثة للترانزستور) لأنها تقلل من خواص التوصيل لأكاسيد البوابات المنطقية. لذلك فيستخدم الآن مادة ال tetramethylammonium hydroxide (TMAH)
ثم تسخن الشريحة الناتجة (تسخين شديد) عند درجة حرارة من 120 الى 180 درجة سيليزية لمدة من 20 ل 30 دقيقة. هذا التسخين الشديد يقوم بتصليب ما تبقى من ال PR لتكون طبقة حماية أكثر تحمل للعمليات التالية
عملية الخرط أو الطباعة
فى عملية الطباعة يمر عامل كيميائى سائل أو بلازما صلبة ليزيل الطبقة العلوية الغير محمية ب ال PR من مادة الشريحة. وفى صناعة اشباه الموصلات غالباً ما تستخدم طريقة البلازما الجافة حيث التحكم بها مثالى لتجنب حدوث تشويه مؤثر لمخطوط ال PR على الشريحة. وتستخدم الطريقة السائلة فى صناعة الهياكل الميكانيكية الدقيقة. وتطور الطباعة بالبلازما الصلبة هو العامل الأساسى لتطوير رقائق الكترونية أدق وذات مسافات بينية متناهية الصغر.
إزالة ال PR
يجب إزالة ال PR من سطح الشريحة بعد عملية الطباعة
وتتم عملية الإزالة أيضاً بطريقتين إحداها سائلة بإستخام سائل يغير التركيب الكيميائى لل PR ويقلل من التصاقه بالشريحة. أو بطريقة جافة بإستخدام بلازما تحتوى على اكسجين يقوم بأكسدة المادة. وهى ما تسمى بعملية التفتييت (Ashing)
وبهذا تكون إكتملت عملية الطباعة
ومن المعلوم أن تطور الطباعة الحجرية الضوئية هو علم نحن فى بداياته وهناك مساحة هائلة لتطوره
إعداد وترجمة وتحرير محمد عبد القادر
ليست هناك تعليقات:
إرسال تعليق