פוטוליטוגרפיה: העתק מדוייק מבוסס על אור

הליטוגרפיה הקלסית היוותה דרך יעילה לשיעתוק מקבילי של תמונות וזאת באמצעות חריטה על אבן גיר (ליטו) ושימוש בחומרים סופחי ודוחי מים בתוך אותם חריצים אשר בסופו של דבר באים במגע עם תערובת המכילה מים ודיו. היום משמשת הטכניקה את תעשיית השבבים

הפוסט נכתב על ידי אילן אנגלרד, מנהל שיווק מוצר באפלייד מטיריאלס.

תמונה: flickr, cc-by, iurikothe

פוטוליטוגרפיה (photolithography) הוא תהליך חוזר ונישנה במהלך ייצור המוני של שבבים המשמשים כיחידות עיבוד נתונים וזיכרונות במחשבים וגאדג’טים למיניהם. באמצעות הפוטוליטוגרפיה מועברת תמונת השבב שנוצרה מתיכנונו האלקטרוני אל פרוסות הסיליקון (וויפרים wafers).

ניתן להתייחס לפוטוליטוגרפיה כנידבך נוסף של מהפכת השיעתוק שהחלה במאה ה-18 ושנועד בעיקרו לייצור המוני של העתקים מדוייקים של טקסטים, תמונות וכ”ב.

הליטוגרפיה הקלסית היוותה דרך יעילה לשיעתוק מקבילי של תמונות וזאת באמצעות חריטה על אבן גיר (ליטו) ושימוש בחומרים סופחי ודוחי מים בתוך אותם חריצים אשר בסופו של דבר באים במגע עם תערובת המכילה מים ודיו. הדיו מוצמד לאותם מקומות בתמונה החרוטה בהם חומרים סופחי מים ונידחה מדוחי המים. כך ניתן להדפיס את התמונה על משטח נייר דק הבא במגע עם האבן (גרפיה).

האבן הוחלפה בזכוכית

בפוטוליטוגרפיה של ימינו, את מקומה של האבן תופסת מסכה מזכוכית שעליה חרוטים מעגלים המהווים את השבב האלקטרוני, את מקומם של החומרים סופחי ודוחי מים תפס הפוטורזיסט photoresist הלו הוא פולימר רגיש לקרינה (מתקשה בהחשפות או בהעדר החשפות לאור בהתאם לסוג החומר) ואת תפקיד המים, או התווך, תפסה קרינה אלקרומגנטית. משטח הנייר הוא וויפר הסיליקון.

התמזל מזלי ובעשור האחרון הייתי עד מקרוב להתפתחויות המשמעותיות בתחום השיעתוק של מעגלי המוליכים למחצה בעבודתי כטכנולוג ואיש שיווק של אפלייד בחברה הולנדית (ASML) המובילה בשוק הפוטוליטוגרפיה.

מוצרי החברה נקראים סקנרים scanner, וכשמם כן הם, סורקים באמצעות קרינה אלקטרומגנטית את המסכות, ותוך כדי הקטנת התמונה פי ארבע, הן מוקרנות על פני מישטח הוויפר המכוסה בשיכבה דקה של פוטורזיסט. המעגלים הנוצרים לאחר פיתוח הפוטורזיסט מוטמעים באמצעות תהליכי איכול etch על השבב. כל שבב מורכב משכבות רבות המהוות את סך כל הטרנסיסטורים והקישורים ביניהם. לכל אחת מהשכבות הנ”ל קיימת מסכה משלה וכאמור, תוך כדי תהליך הייצור, חוזר השבב על תהליך הפוטוליטוגרפיה פעמים רבות.

במקביל לחוק מור

התפתחות הסקנרים מתקיימת בד בבד עם חוק מור Moore, שעד כה הכתיב את קצב הקטנת מעגלי השבבים. כל שנתיים, כך אומר החוק, מימד המעגלים אמור ליקטון פי שניים כך שתגדל עוצמת החישוב, הקיבולת והחיסכון באנרגיה של השבב. לצורך כך, מסכות עם מעגלים ההולכים וקטנים מודפסות על ידי סקנרים עם יכולות אופטיות משופרות.

הפרמטרים האופטיים המשמעותיים ביותר של הסקנר, הקובעים את רזולוצית התמונה הסופית, הם אורך הגל האלקטרומגנטי והמפתח הנומרי numerical aperture של העדשה המקטינה. פרמטר נוסף בתהליך הפוטוליטוגרפיה ,בעל חשיבות מירבית, הוא היכולת של הסקנר לקבל את אותו שבב מספר רב של פעמים ,להקרין עליו מסכות שונות, בהתאם לשלב הייצור הספציפי, ברמת דיוק כזו שתאפשר ,לאחר גימור השבב, רמת תיפעול משביעת רצון.

הפיזיקה הבסיסית מגבילה את הסקנר בעל אורך הגל הקצר ביותר בתעשייה כיום (193 ננומטר) למעגלים בעלי מימד מינימלי של 38 ננו מטר. כדי להמשיך את חוק מור, ניתן כיום להקטין את אותם מעגלים פי שניים עד פי ארבע באמצעות טכניקות חשיפה של כמה מסכות בשילוב עם תהליכי הטמעה מחוכמים ברמת שבב הסיליקון, כדוגמת תהליך ה-SADP. שיטות אלה יקרות ביותר ולכן בשנים האחרונות מפתחת ASML סקנר בעל אורך גל קטן בסדר גודל מהסקנר החדיש ביותר כיום (13.5 ננומטר). אורך גל זה חייב מספר שינויים מהפכנים במבנה המסכה והסקנר: המסכה חייבת להחזיר את הגל האלקטרומגנטי, במקום להעבירו דרכה, אל מערכת הקטנה אופטית של מראות מחזירות במקום למערכת עדשות שקופות, כמו בדור הסקנרים הנוכחי. שינויים רבים נוספים כרוכים במעבר לאורך גל קצר, כשהמרכזי שבהם הוא הצורך למקור אנרגיה בעוצמה גבוהה ביותר שיאפשר הטמעת המעגלים על השבב ביעילות, למרות אורך הגל הקצר.

נכון לכתיבת שורות אלו, הסקנרים מדור חדש זה עדיין נימצאים בפיתוח מואץ וכמה מהם כבר נימסרו ללקוחות מרכזיים. בסביבות 2016 מקווים שאותם סקנרים יגיעו לקצב הדפסה סביר ויאפשרו את ייצור הדור הבא של שבבים בעלי מימד של 10 ננומטר ופחות.

הפוסט פורסם לראשונה בבלוג של אפלייד מטיריאלס.


פוסט זה בחסות חברת Applied Materials


אפלייד מטיריאלס הינה החברה המובילה בעולם בתחום פתרונות טכנולוגיות הננו-ייצור (Nanomanufacturing Technology). החברה מספקת סל רחב של מוצרים חדשניים בתחום הציוד, התוכנה והשירות עבור יצרני השבבים המוליכים למחצה, צגים שטוחים, תאים סולריים פוטו-וולטאים, אלקטרוניקה גמישה וזכוכית יעילה אנרגטית.

מאז הקמתה בשנת 1967, אפלייד מטיריאלס מפתחת, מייצרת ומשווקת את טכנולוגיית הננו-ייצור המסייעת כיום בהפקתו של כמעט כל שבב מוליך למחצה וצג שטוח בעולם.

החברה מעסיקה כ-13,000 עובדים ב-91 אתרים הפרוסים על פני 22 מדינות ברחבי העולם. מוצרי החברה השונים מיוצרים בארה”ב, במזרח הרחוק, באירופה ובישראל. בשנת הכספים 2010 דיווחה אפלייד מטיריאלס על הכנסות בשווי 9.5 מיליארד דולר, ועד היום הגישה החברה כ-8,200 פטנטים.

החטיבה העסקית הממוקמת בישראל, PDC, Progress Diagnostics and Control משוייכת לקבוצת מערכות הסיליקון של אפלייד מטיריאלס ועוסקת בפיתוח, בייצור ובהטמעה של מוצרי בקרת איכות לתהליכי ייצור המוליכים למחצה.

כתב אורח

אנחנו מארחים מפעם לפעם כותבים טכנולוגים אורחים, המפרסמים כתבות בתחומי התמחות שלהם. במידה ואתם מעוניינים לפרסם פוסט בשמכם, פנו אלינו באמצעות טופס יצירת קשר באתר.

הגב

הגב ראשון!

avatar
Photo and Image Files
 
 
 
Audio and Video Files
 
 
 
Other File Types
 
 
 

* היי, אנחנו אוהבים תגובות!
תיקונים, תגובות קוטלות וכמובן תגובות מפרגנות - בכיף.
חופש הביטוי הוא ערך עליון, אבל לא נוכל להשלים עם תגובות שכוללות הסתה, הוצאת דיבה, תגובות שכוללות מידע המפר את תנאי השימוש של Geektime, תגובות שחורגות מהטעם הטוב ותגובות שהן בניגוד לדין. תגובות כאלו יימחקו מייד.

wpDiscuz

תגיות לכתבה: