פוטוליתוגרפיה

פוטוליתוגרפיה (או ליתוגרפיה אופטית) היא טכנולוגיה המשמשת בתעשיית המיקרואלקטרוניקה על מנת לייצר שבבים. הטכנולוגיה מאפשרת להדפיס שכבות מוליכים, מוליכים למחצה ומבודדים, על ידי הסרה מבוקרת של חלקים ממצע (בדרך כלל פרוסת סיליקון), 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. זוהי השיטה העיקרית כיום לייצור של מעגלים משולבים, כגון זכרונות ומעבדים. בייצור של מעגלים מודפסים חוזרים על התהליך עד 50 פעמים להשגת תבנית רב שכבתית. בדרך כלל האור המוקרן הוא אור אולטרה סגול. בתעשיית המיקרואלקטרוניקה (VLSI) ניתן להגיע בטכנולוגיה זו (נכון לתחילת 2014) להדפסת קווים בעובי של 22 ננומטר. בצורה זו ניתן לייצר שבבים המכילים מיליארדי טרנזיסטורים. בתעשיית המיקרומכניקה, הפוטוליתוגרפיה 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. תהליך הפוטוליתוגרפיה מורכב מהשלבים הבאים: ריבוץ (Deposition) – השמת שכבת החומר להדפסה (לדוגמה, נחושת, אלומיניום או סיליקון). ישנן מספר טכנולוגיות ייצור לשלב זה, בין השאר כתלות בחומר. שתיים מהנפוצות הן ריבוץ אדים כימי (Chemical Vapor Deposition) וריבוץ אדים פיזי (Physical Vapor Deposition). ניקוי והכנה (Cleaning) – בשלב זה מנקים את המצע לפני הנחת הפוטורזיסט. המצע יכול להיות גביש סיליקון במקרה של VLSI, זכוכית במקרה של צג שטוח, ופולימר במקרה של מעגל מודפס. כתלות בסוג המוצר (מעגל מודפס, צג שטוח, מוליך למחצה או אחרים) כך רמת הניקיון הנדרשת. ריבוץ 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 (Exposure & Developing) – בשלב זה הפוטורזיסט נחשף לאור אליו הוא רגיש (בדרך כלל קרינת על-סגול) דרך מסכה עליה מוטבעת מראש הגאומטריה אותה יש להדפיס על המצע. החשיפה לאור גורמת לשינוי כימי בפוטורזיסט המאפשר להסיר חלק ממנו על ידי תמיסה מיוחדת, הנקראת מפַתח (developer) בהקבלה לחומר מפַתח בצילום. בפוטורזיסט חיובי, שהוא הסוג הנפוץ ביותר, האזורים החשופים הופכים למסיסים במפתח לאחר חשיפה, ואילו בפוטורזיסט שלילי, האזורים הלא חשופים הופכים למסיסים במפתח לאחר חשיפה. 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 פעמים רב עד ליצירת המוצר המוגמר. בחלק מתהליכי ייצור מוליכים למחצה מגיעים עד לעשרות רבות של חזרות עד ליצירת המעגל הסופי. VLSI ‏(Very Large Scale Integration) – תהליך ייצור הכולל שלבים רבים. יש להבדיל בין שני סוגי מוצרים עיקריים - מוצרי לוגיקה (CPU,‏ DSP,‏ ASIC,‏ FPGA וכו') הכוללים בדרך כלל מספר רב מאוד של חזרות על תהליך הפוטוליתוגרפיה; וזכרונות, הכוללים בדרך כלל מספר קטן יותר של שלבים. צג שטוח (FPD) – תהליך ייצור FPD הוא שרשרת תהליכים, אשר אחד מהם, הכולל את ייצור הזכוכית האקטיבית (זכוכית המסך עליה מודפסים הפיקסלים והמעגלים העיקריים) מבוצע בשיטת הפוטוליתוגרפיה. תהליך ייצור ה-FPD כולל בדרך כלל 5 שלבים של פוטוליתוגרפיה: Gate (שער הטרנזיסטור), Source-Drain (מקור ושפך הזרם מהטרנזיסטור), Active (השכבה הפעילה, בדרך כלל סיליקון), ITO (רוב שטח הפיקסל), Contact Hole. מעגל מודפס – בניגוד ל-FPD ול-VLSI, זהו תהליך הכולל השמת נחושת בלבד. אולם גם כאן יש לעיתים עשרות של חזרות על פוטוליתוגרפיה בשכבות שונות. ASML ננוליתוגרפיה הדפסה במיקרו מגע מדיה וקבצים בנושא פוטוליתוגרפיה בוויקישיתוף