في المقالات السابقة، قدمنا ​​تصنيع الرقاقات وعمليات الأكسدة والتاريخ الجزئي للدوائر المتكاملة. الآن، دعونا نواصل استكشاف عملية الطباعة الحجرية الضوئية، التي تنقل أنماط الدوائر الإلكترونية إلى الرقاقة. تشبه الطباعة الحجرية الضوئية التقاط الصور بكاميرا الفيلم، ولكن كيف تعمل بالضبط؟

الطباعة الضوئية، على غرار تطوير الصور بالأبيض والأسود

الطباعة الحجرية الضوئية، والتي يشار إليها عادة باسم "الصورة"، سُميت بهذا الاسم نسبة إلى عملية نقل تصميمات الدوائر إلى الرقاقات عن طريق تعريض الأنماط من خلال قناع ضوئي. إن إنشاء نسخ طبق الأصل على الرقاقات يشبه تطوير أفلام بالأبيض والأسود على ورق حساس للضوء.

ومع تزايد كثافة أنماط الدوائر، يجب أيضًا تقليل مكونات الرقائق باستخدام عمليات نانوية عالية الدقة. يعتمد إنتاج أنماط الدوائر الدقيقة هذه بشكل كبير على عملية الطباعة الحجرية الضوئية. لذلك، مع تقلص حجم الرقائق، أصبحت الدقة العالية وتكنولوجيا الطباعة الضوئية المتقدمة ضرورية.

التحضير لرسم أنماط الدوائر على الرقاقات

دعونا نلقي نظرة فاحصة على عملية الطباعة الحجرية الضوئية. الخطوة الأولى هي استخدام برنامج التصميم بمساعدة الكمبيوتر (EDA) لتصميم أنماط الدوائر التي سيتم رسمها على الرقاقة. على لوحة نمط الدائرة الإلكترونية هذا، سيقوم المهندسون بإنشاء تخطيط مصمم بدقة يحدد مستوى التكامل لشريحة أشباه الموصلات.

إنشاء أقنعة ضوئية تعمل بشكل مشابه للصور الفوتوغرافية السلبية

باستخدام الكروم (Cr)، يتم نقل الدوائر الدقيقة إلى ركيزة زجاجية مصنوعة من الكوارتز فائق النقاء لإنشاء قناع ضوئي يمثل تصميم الدائرة. يعمل القناع الضوئي، المعروف أيضًا باسم الشبيكة، مثل فيلم فوتوغرافي، مما يعكس أنماط الدوائر. من أجل تحقيق أنماط أكثر دقة، تم تصميم القناع الضوئي ليكون أكبر بكثير من أبعاد الدائرة ثم يتم تقليصه بصريًا على الرقاقة باستخدام بصريات العدسة.

تتضمن عملية الطباعة الحجرية الضوئية مراحل الطلاء والتعرض والتطوير.

1. الطلاء: يتم طلاء طبقة من مقاوم الضوء (PR) على سطح الرقاقة.

مع اكتمال التحضير، فإن الخطوة التالية هي رسم الأنماط على الرقاقة. أولاً، يتم تطبيق طبقة مقاومة الضوء (PR) الحساسة للضوء بالتساوي على سطح الرقاقة. وهذا يجعل الرقاقة بمثابة ورق حساس للضوء يستخدم في تطوير الصور. يجب أن تكون الطبقة المقاومة للضوء رقيقة وموحدة، بالإضافة إلى أنها حساسة للغاية للضوء فوق البنفسجي لإنتاج أنماط دوائر دقيقة وعالية الجودة.

2. التعريض: يتم رسم أنماط الدوائر على الرقاقة باستخدام الضوء.

باستخدام السائر، يتم عرض تصميم الدائرة على القناع الضوئي ونقله إلى الرقاقة المطلية بمقاوم الضوء باستخدام الضوء فوق البنفسجي. تسمى هذه العملية "التعرض المتدرج والمتكرر". نظرًا للدقة العالية المطلوبة لرقائق أشباه الموصلات، فإن منطقة التعرض قابلة للتحديد والتحكم فيها بدقة.

3. التطوير: يتم تشكيل أنماط الدوائر من خلال عملية التطوير.

تسمى الخطوة الأخيرة من عملية الطباعة الحجرية الضوئية بالتطوير، وهي تشبه عملية تطوير الصورة الفوتوغرافية. هذه الخطوة حاسمة لأنها تحدد الشكل النهائي لأنماط الدوائر على الرقاقة. عندما يتم رش محلول المطور على الرقاقة، تحدث إزالة انتقائية لمناطق معينة لإنشاء النمط المطلوب.

يمكن أن تكون مقاومة الضوء إيجابية أو سلبية، اعتمادًا على رد فعلها للضوء. إذا تم استخدام مقاوم الضوء الإيجابي، تتم إزالة المناطق المعرضة للضوء (المكشوفة) أثناء التطوير، تاركة وراءها المناطق غير المعرضة. وعلى العكس من ذلك، إذا تم استخدام مقاوم الضوء السلبي، يحدث العكس.

بمجرد اكتمال خطوة التطوير، يتم الانتهاء من عملية الطباعة الحجرية الضوئية. يتم استخدام أدوات مختلفة، بما في ذلك المجاهر الضوئية، لفحص الرقاقة بعناية. فقط الرقائق التي تجتاز جميع عمليات الفحص تنتقل إلى الخطوة التالية.

في هذه المقالة، قدمنا ​​عملية الطباعة الحجرية الضوئية، والتي تتضمن إسقاط تصميمات دوائر دقيقة على الرقاقة. ترقبوا الجزء التالي من هذه السلسلة، حيث سنتعلم كيفية إزالة المواد غير الضرورية بشكل انتقائي من خلال عملية النقش لإنشاء أنماط الدوائر المطلوبة على الرقاقة.