פוטוליתוגרפיה

פוטוליתוגרפיה היא טכנולוגיה המשמשת בתעשיית האלקטרוניקה, מיקרואלקטרוניקה והמיקרומכניקה להדפסת שכבות מוליכים, מוליכים למחצה ומבודדים, על ידי הסרה מבוקרת של חלקים ממצע, באופן שניתן לחזור עליה פעמים רבות בדומה לתהליך הליתוגרפיה. לצורך התהליך מוקרן אור דרך מסיכה על מצע רגיש לאור (פוטורזיסט) ובסדרה של תהליכים כימיים יוצרים את התבנית הרצויה על החומר שמתחת למצע. קיים דמיון בין התהליכים הכימיים בפוטוליתוגרפיה לאלו שמבוצעים בתצריב.
בייצור של מעגלים מודפסים חוזרים על התהליך עד 50 פעמים להשגת תבנית רב שכבתית.
בתעשיית המיקרואלקטרוניקה (VLSI) ניתן להגיע בטכנולוגיה זו (נכון לתחילת 2014) להדפסה של קווים בעובי של 22 ננומטר. בצורה זו ניתן לייצר שבבים המכילים מיליארדי טרנזיסטורים.
בתעשיית המיקרומכניקה, הפוטוליטוגרפיה משמשת לחיתוך צורני מרדיד מתכת, שיטת ייצור הנקראת חיתוך כימי. בטכנולוגיה חיתוך כימי ניתן לקבל רדיד צורתי בדיוק של פחות מ-500 ננומטר ובכל צורה רצויה. התוצר בשיטה זו מאפשר חיתוך לכל עומק הרדיד או חיתוך חלקי שיוצר שקעים צורניים ברדיד בעומק רצוי. שילוב של שיטת היצור חיתוך צורני ושיקוע צורני מאפשר יצור של מעטפות צורתיות של גופים תלת ממדיים.

שלבים בתהליך

דפוזיציה - Deposition: השמת שכבת החומר להדפסה (נחושת, אלומיניום, סיליקון, וכו'). ישנן מספר טכנולוגיות ייצור לשלב זה, בין השאר כתלות בחומר. שתיים מהנפוצות הן Chemical Vapor Deposition - CVD ו Physical Vapor Deposition - PVD.
ניקוי והכנה - Cleaning: בשלב זה מנקים את המצע לפני הנחת הפוטורזיסט. המצע יכול להיות גביש סיליקון במקרה של VLSI, זכוכית במקרה של FPD, ופולימר במקרה של PCB. כתלות בסוג המוצר (PCB ,FPD, מוליך למחצה, או אחרים) כך רמת הניקיון הנדרשת.
השמת פוטורזיסט - Photoresisit Deposition: בשלב זה מניחים שכבה אחידה של החומר על כל המצע. השמת הפוטורזיסט נעשית במספר שיטות, אשר המשותף להן הוא הצורך להניח את החומר על המצע באחידות עובי גבוהה ביותר.
חשיפה ופיתוח - Coating & Developing: בשלב זה חושפים את הפוטורזיסט לתאורה אליה הוא רגיש (בדרך כלל UV) דרך מסכה עליה מוטבעת מראש הגאומטריה אותה יש להדפיס על המצע.
איכול - Etching: בשלב זה, מאכלים את שכבת החומר החדשה שהתגלתה לאחר חשיפת הפוטורזיסט בשלב הקודם, בתהליך איכול רטוב או איכול יבש.
הסרת פוטורזיסט - Stripping: הסרת הפוטורזיסט שנותר.
בדיקת איכות - Inspection: בקרת האיכות יכולה להיעשות אחרי כל אחד מהשלבים הנ"ל. ישנן מספר רב של שיטות בדיקת איכות, כאשר מהנפוצות היא בדיקה אופטית (AOI - Automatic Optical Inspection) המזהה את מיקום הפגם על הלוח.
בשלב זה חוזרים על התהליך מספר רב של חזרות עד ליצירת המוצר המוגמר. בחלק מתהליכי ייצור מוליכים למחצה מגיעים עד לעשרות רבות של חזרות עד ליצירת המעגל הסופי.

שימושים עיקריים

VLSI: תהליך ייצור הכולל שלבים רבים. מבדילים בין שני סוגי מוצרים עיקריים - לוגיקה (CPU, DSP, ASIC, FPGA וכו') הכוללים בדרך כלל מספר רב מאוד של חזרות על תהליך הפוטוליתוגרפיה; זכרונות, הכוללים בדרך כלל מספר קטן יותר של שלבים.
FPD: תהליך ייצור FPD (צג שטוח) הוא שרשרת של מספר תהליכים עיקריים, אשר אחד מהם, הכולל את ייצור הזכוכית האקטיבית (זכוכית המסך עליה מודפסים הפיקסלים והמעגלים העיקריים) מבוצע בשיטת הפוטוליטוגרפיה.
תהליך ייצור ה FPD כולל בדרך כלל 5 שלבים של פוטוליטוגרפיה: Gate (שער הטרנזיסטור), Source-Drain (מקור ויציאת הזרם מהטרנזיסטור), Active (השכבה האקטיבית, בדרך כלל סיליקון), ITO (רוב שטח הפיקסל), Contact Hole.
PCB: בניגוד ל FPD ו VLSI, תהליך הכולל השמת נחושת בלבד. אולם גם כאן כאמור יש המגיעים למספר עשרות של חזרות על פוטוליתוגרפיה בשכבות שונות.