Photolithography

0:00 [موسيقى] مرحبًا أنا نانجو الملعون وهذا هو الفيديو المتعمق الخاص بنا حول الطباعة الضوئية يستخدم مصطلح الطباعة الضوئية لوصف عملية نستخدم فيها الضوء لطباعة أو نقش سطح ركيزة أو معدن أو عازل على الركيزة يستخدم هذا النوع من النقش كثيرًا عندما نصنع أجهزة توصيلات وهياكل على سبيل

0:47 المثال تكون هياكل الترابط المعدني في الدائرة المتكاملة معقدة للغاية وغالبًا ما تستخدم أكثر من عشر طبقات مختلفة من المعدن المنقوش هناك نوعان من الطباعة الضوئية أو النقش اللذين سنناقشهما في هذه الدورة الطباعة الضوئية والطباعة الضوئية بحزمة الإلكترون في هذا الفيديو سنتحدث عن الطباعة الضوئية التي تستخدم الضوء لنقل نمط إلى ركيزة أولاً نحدد النمط الذي نريد صنعه على ركيزتنا على سبيل المثال قد نرغب في نقش طبقة من المعدن تم ترسيبها على ركيزة سيليكون كما هو موضح هنا إذا كانت هناك أجهزة مثل الترانزستورات في

1:34 السيليكون فقد نرغب في نقش الترابط المعدني لتوصيل الترانزستورات بنمط معين لإنشاء دائرة مكون رئيسي في الطباعة الضوئية هو قناع الصورة أو قناع له النمط الذي نريد نقله إلى الرقاقة قناع الصورة هو لوحة شفافة عادة ما تكون من الزجاج أو الكوارتز. يحتوي على نمط معدني رقيق. القناع شفاف للضوء في كل مكان ولكن حيث يقع المعدن على القناع، سيحجب هذا المعدن الضوء الذي يشكل الركيزة وبالتالي فإن المعدن هو النمط الذي ننقله إلى الركيزة كيف نصنع قناعًا ضوئيًا؟ حسنًا، يتم تصميم أقنعة الصور بواسطة

2:20 المستخدم على جهاز كمبيوتر عادةً باستخدام برنامج تصميم بمساعدة الكمبيوتر أو برنامج رسم CAD ثم نرسل ملف كمبيوتر إلى بائع قناع ضوئي تجاري ويتم تصنيع الرجل بواسطة المورد وشحنه إلينا في غضون أيام قليلة. إليك مثال على قناع ضوئي. تختلف أحجام أقنعة الصور حسب حجم الركيزة الخاصة بك في قناع الصورة هذا، يمكننا أن نرى أن المعدن الرقيق يشكل نمطًا معقدًا للغاية، بعض المناطق شفافة بينما تحتوي مناطق أخرى على فيلم معدني يجعلها معتمة لنقل النمط من قناعنا إلى الرقاقة، نستخدم فيلمًا بوليمريًا رقيقًا حساسًا للضوء عندما

3:06 يتعرض البوليمر للضوء من خلال قناعنا، يتم نقش البوليمر بواسطة الضوء يسمى هذا البوليمر الحساس للضوء المقاوم للضوء وهو النوع المعين من الطباعة الضوئية الذي سنناقشه تُسمى هذه التقنية بطباعة الصور الضوئية التلامسية، وتُستخدم عادةً لتنميط الأشكال التي يصل حجمها إلى بضعة سنتيمترات وحتى ميكرومتر واحد تقريبًا (ويُقال دائمًا ميكرون واحد). لبدء العملية، تُغطى الرقاقة أولًا بطبقة رقيقة من بوليمر مقاوم الضوء هذا باستخدام عملية تُعرف باسم طلاء الدوران. يتم إنجاز طلاء الدوران عن طريق ترسيب بضعة ملليلترات من البوليمر السائل على الركيزة وتدوير الركيزة

3:53 بسرعات عالية، عادةً ما تكون ثلاثة آلاف دورة في الدقيقة، وندور لمدة تتراوح بين 30 ثانية ودقيقة واحدة. تتسبب عملية الدوران هذه في انتشار البوليمر السائل بالتساوي على الرقاقة، مما يُشكل طبقة رقيقة وموحدة من مقاوم الضوء. وهذا مهم للحصول على إنتاجية عالية للنمط المنقول عبر الركيزة بأكملها، لأن تجانس سمك مقاوم الضوء عبر الركيزة بأكملها سيضمن نقل النمط بدقة عبر الرقاقة بأكملها. ثم تُسخن الرقاقة وطلاء مقاوم الضوء على صفيحة ساخنة لمدة دقيقة واحدة إلى درجة حرارة تبلغ حوالي 100 درجة مئوية. ومع ذلك، هناك أنواع عديدة من مقاوم الضوء،

4:39 ومن المهم اتباع تعليمات المعصم لمقاوم الضوء الخاص بك. الآن دعونا نلقي نظرة فاحصة. عند الركيزة المطلية بالمادة المقاومة للضوء، إليك عرض مقطعي عن قرب للركيزة والمقاوم للضوء. قد يتراوح سمك المادة المقاومة للضوء من جزء من الميكرون إلى 10 أو 20 ميكرون أو أكثر حسب العملية المطلوبة بينما يبلغ سمك الركيزة عادةً عدة مئات من الميكرونات. لنقل نمطنا من القناع إلى المقاومة للضوء، نستخدم أداة تسمى محاذاة القناع لوضع القناع في المكان الصحيح بالنسبة للركيزة ولإضاءة المقاومة للضوء بالضوء فوق البنفسجي، ويسمى أيضًا

5:25 ضوء الأشعة فوق البنفسجية. يشار إلى هاتين الخطوتين باسم المحاذاة والتعرض للأشعة فوق البنفسجية. إليك صورة لمحاذاة القناع. محاذاة القناع مهمة جدًا لأنها تسمح لنا بوضع العديد من طبقات النمط من المادة مع محاذاة كل طبقة مع بعضها البعض أثناء نقشها، ونبني هيكلًا متعدد الطبقات الآن بعد أن تم طلاء الركيزة بالمادة المقاومة للضوء، نضع القناع على اتصال بالمقاومة للضوء بعد محاذاته باستخدام محاذاة القناع، ثم نضيء القناع من الأعلى بالضوء فوق البنفسجي، ويمر ضوء الأشعة فوق البنفسجية عبر الأجزاء الزجاجية الشفافة من قناع الصورة ومناطق

6:10 الصورة. القناع الذي يحتوي على معدن سيحجب ضوء الأشعة فوق البنفسجية لذا فإننا نلقي بظلالنا بشكل أساسي على المقاوم الضوئي حيث يتم تحديد شكل الظل من خلال النمط الموجود على قناع الصورة لدينا. ستخضع أجزاء المقاوم الضوئي المعرضة للأشعة فوق البنفسجية لتغيير كيميائي يشار إليه هنا بخطوط بيضاء منقطة. تذكر أن المقاوم الضوئي حساس للضوء لذا فإن هذا التغيير الكيميائي الناتج عن الضوء يخلق نمطًا في المقاوم الضوئي. الآن نزيل القناع والركيزة من محاذاة القناع لدينا ما يسمى بالركيزة المكشوفة وهي الركيزة والمقاوم الضوئي قد خضعا لهذا التعرض للأشعة فوق البنفسجية

6:56 ويتم تغيير المقاوم الضوئي كيميائيًا في النمط المطلوب. تتضمن الخطوة التالية غمر الركيزة المكشوفة في حمام كيميائي يُعرف باسم المطور. يذيب المطور المقاوم الضوئي الذي تعرض للأشعة فوق البنفسجية ولكنه لا يذيب المقاوم الضوئي الذي لم يتعرض للأشعة فوق البنفسجية لذا تسمى هذه العملية خطوة التطوير وعادةً ما تستغرق حوالي دقيقة واحدة. ثم نزيل الركيزة من المطور. نشطف الركيزة بالماء منزوع الأيونات وننفخها بغاز النيتروجين. يجب أن تكون ركيزتنا نظيفة حقًا للحصول على ماء منزوع الأيونات عالي الغلة على وجه التحديد الماء عالي النقاء المفلتر

7:42 المستخدم في العديد من العمليات الكيميائية باستخدام ماء DI يزيل المعادن النزرة في الماء والتي من شأنها أن تعمل كملوثات لعملياتنا الكيميائية الحساسة. التجفيف بغاز النيتروجين المضغوط يضمن عدم بقاء أي ماء على سطح الركيزة لدينا الآن لدينا نمط مقاوم للضوء على ركيزتنا يحتوي فيلم مقاوم الضوء الرقيق على نفس النمط الذي كان على قناع الصورة لدينا ولكن مقاوم الضوء هو عادة طبقة مؤقتة فقط مقاوم الضوء المنقوش ليس دائمًا ولكننا سنستخدمه لإجراء بعض خطوات المعالجة الأخرى هذه الخطوات جنبًا إلى جنب مع الطباعة الضوئية هي تلك التي تُستخدم لإنشاء ميزات نمط دائمة على

8:30 ركيزتنا دعونا نلقي نظرة على مثال لكيفية استخدام نمط مقاوم الضوء لإنشاء نمط دائم على ركيزة السيليكون. مثال على هذه العملية هو كما يلي نبدأ بركيزة السيليكون لدينا كما هو موضح هنا ثم نقوم بإيداع طبقة من الذهب في الفراغ كما هو موضح هنا ثم نقوم بخطوات الطباعة الضوئية الموضحة للتو حتى يكون لدينا نمط من مقاوم الضوء فوق ذهبنا ثم نضع هذه العينة في سائل حمضي يحتوي على الذهب ولكنه لا يضر مقاوم الضوء ويتم نقش الذهب المكشوف فقط ثم نزيل الصورة المتبقية تاركين فقط النمط الذهبي على

9:17 السيليكون كما هو موضح هنا آمل أن تكون قد استمتعت بهذا الدرس شكرًا لك على الانضمام إلي اليوم [موسيقى] مرحبًا أنا نان جوكرز في جامعة ديوك وسأنضم إلي في هذا الفيديو طالب الدكتوراه كريم مرحبًا نان في هذا الفيديو سيوضح كريم عملية الطباعة الضوئية التي نستخدمها لنقل الأنماط على طبقتين على عينة لأحجام الميزات التي تتراوح من

10:03 سنتيمترات إلى ميكرون تقريبًا سأمر بخطوات عملية الطباعة الضوئية وسأوضح كيفية استخدام الطباعة الضوئية لنقل نمط إلى ركيزة السيليكون توجد معدات الطباعة الضوئية في غرفة نظيفة لذا دعنا نطحن ونتوجه إلى غرفة نظيفة قبل أن نبدأ قد تتساءل عن الإضاءة في هذه الغرفة لماذا يبدو الضوء باللون الكهرماني حسنًا، البوليمرات المستخدمة في الطباعة الضوئية حساسة للضوء ذي الطول الموجي الأقصر وهو الضوء الأزرق والضوء فوق البنفسجي تسمى هذه البوليمرات الحساسة للضوء مقاومة للضوء أو ببساطة تقاوم الضوء فوق البنفسجي ذي الطول الموجي القصير والذي يسمى أيضًا ضوء الأشعة فوق البنفسجية يستخدم لتعريض مقاوم الضوء أثناء النمذجة ولكن يجب أن نتجنب

10:49 التعرض غير المرغوب فيه من ضوء الغرفة لذلك نستخدم مصابيح خاصة لا تصدر ضوءًا بطول موجي أقصر ويبدو هذا الضوء باللون الكهرماني ولهذا السبب يبدو إضاءة هذه الغرفة مختلفة عن إضاءة الغرفة النموذجية دعنا نبدأ بعملية الطباعة الضوئية أولاً نختار ركيزة في هذه الحالة سنستخدم رقاقة السيليكون السيليكون هو أكثر مواد أشباه الموصلات شيوعًا المستخدمة في صناعة الإلكترونيات يبلغ قطر هذه الرقاقة المعينة مائة مليمتر وسمكها حوالي 500 ميكرومتر لهذه العرض التوضيحي سنقوم بنقش الرقاقة باستخدام الطباعة الضوئية ثم نقل هذا النمط بشكل دائم إلى السيليكون باستخدام تقنية النقش لنقش

11:35 السيليكون باستخدام الطباعة الضوئية. تتمثل الخطوة الأولى في عملية طلاء الرقاقة بمقاوم الضوء باستخدام تقنية الطلاء الدوراني. مقاوم الضوء عبارة عن 10 طبقات نستخدمها لنقل نمطنا إلى الركيزة هذه هي طبقة الطلاء الدوراني التي سنستخدمها تحتوي طبقة الطلاء الدوراني على منصة صغيرة تسمى ظرف الدوران والتي ستحمل رقاقتنا. ظرف الدوران مجوف في المنتصف ويوفر خط الفراغ شفطًا يحمل الرقاقة نضع الرقاقة في مكانها بشكل آمن على ظرف الدوران مع الحرص على محاذاة الرقاقة جيدًا، فإذا كانت الرقاقة غير متمركزة بشكل جيد، فلن تتدفق بسلاسة وقد تؤدي إلى طبقة مقاومة للضوء غير متساوية أو في أسوأ الأحوال قد تسقط الرقاقة من ظرف الدوران وتتلف أثناء عملية الدوران عالية السرعة مع محاذاة الرقاقة،

12:22 نقوم بتشغيل الفراغ لتثبيت الرقاقة في مكانها، نقوم ببرمجة وحدة التحكم في طلاء الدوران بسرعة الدوران والوقت الذي ترغب في استخدامه في هذا المثال، سنقضي الرقاقة عند 3000 دورة في الدقيقة لمدة 30 ثانية، وهذه القيم نموذجية للعديد من المقاومات الضوئية، ويمكن العثور على وقت تغذية الدورات الموصى به للمقاوم الضوئي في ورقة البيانات الخاصة بتلك المقاومة المحددة، وغالبًا ما تتوفر هذه المعلومات على موقع الويب الخاص بالمنتجات، نحن الآن جاهزون لتدوير المقاوم الضوئي، نستخدم ماصة بلاستيكية صغيرة لأخذ بضعة ملليلترات من المقاوم الضوئي من الزجاجة، ثم نضع المقاوم الضوئي على الرقاقة في المنتصف تمامًا، ويتطلب الأمر بعض الممارسة للقيام بذلك بشكل صحيح، من المهم عصر

13:09 معظم المقاوم الضوئي بسلاسة مع ترك كمية صغيرة في الماصة إذا ضغطت مائة بالمائة من المقاومة الضوئية ستنشئ فقاعات صغيرة في المقاومة الضوئية على الرقاقة والتي يمكن أن تسبب عدم التجانس وسهولة في الفيلم أثناء عملية الدوران مع المقاومة الضوئية على الركيزة نضغط على ابدأ على وحدة التحكم لبدء عملية الدوران تدور الرقاقة بسرعة إلى 3000 دورة في الدقيقة ستدور لمدة 30 ثانية كما برمجناها ثم تبطئ حتى تتوقف بعد تدوير المقاومة الضوئية أزلنا الرقاقة من طلاء الدوران واخبز الرقاقة على صفيحة ساخنة عند 115 درجة مئوية لمدة دقيقة واحدة يمكن أن يختلف وقت الخبز ودرجة الحرارة اعتمادًا على المقاومة الضوئية المستخدمة يزيل الخبز أي مذيب متبقي

13:56 من السائل يقاومه ويحوله إلى فيلم بوليمر رقيق صلب يشكل هذا المقاوم بالتحديد فيلم بوليمر يبلغ سمكه 1.5 ميكرومتر للمقارنة يبلغ عرض شعرة الإنسان حوالي مائة ميكرومتر لذا فإن هذا الفيلم رقيق جدًا بعد الخبز لمدة دقيقة واحدة نحن الآن جاهزون لنقش الرقاقة لنقش الرقاقة نستخدم أداة الطباعة الضوئية هذه الأداة تثبت الرقاقة في مكانها يحاذي قناع الصورة ويتصل بالرقاقة ويضيء قناع الصورة والركيزة بالضوء فوق البنفسجي دعنا نمر بهذه الخطوات الآن أولاً نقوم ببرمجة وقت التعرض المطلوب في الجهاز تتطلب العمليات المختلفة

14:43 أوقات تعرض مختلفة وقت التعرض هو مقدار الوقت الذي سنضيء فيه الرقاقة بالضوء فوق البنفسجي لهذا المثال سنستخدم 11.5 ثانية بعد ذلك نضع قناع الصورة في الجهاز يحتوي قناع الصورة على النمط الذي نرغب في نقله إلى ركيزتنا هنا نرى النمط على قناع الصورة وبالنظر تحت المجهر يمكننا رؤية النمط بشكل أكثر وضوحًا نضع قناع الصورة على اللوحة تؤدي الثقوب الصغيرة في اللوحة إلى خط فراغ يوفر شفطًا للإمساك بقناع الصورة في مكانه ثم نأخذ اللوحة بعناية ونحركها في الجهاز يتم قفل اللوحة في مكانها نأخذ الرقاقة المطلية بمقاومة

15:28 الضوء ونضعها على منصة الرقاقة مرة أخرى يحافظ شفط الفراغ على الرقاقة في مكانها نقوم بتحريك المنصة في مكانها مع تثبيت قناع الصورة والرقاقة في مكانها نحن مستعدون لبدء عملية التعرض سنبدأ العملية بالضغط على التعرض على الجهاز في هذه المرحلة يرفع الجهاز تلقائيًا رقاقة بحيث تتلامس برفق مع قناع الصورة، ثم يضيء مصدر ضوء الأشعة فوق البنفسجية الرقاقة لمدة زمنية مبرمجة تبلغ 11.5 ثانية. في هذا المثال، ستلاحظ لون مصدر الضوء، يبدو أرجوانيًا أو بنفسجيًا، وهناك ضوء الأشعة فوق البنفسجية الذي لا يمكنك رؤيته، وهو ضوء الأشعة فوق البنفسجية المهم

16:14 لتعريض المقاوم الضوئي، ويتم معايرة المصباح بعناية بحيث ينبعث منه كمية دقيقة من ضوء الأشعة فوق البنفسجية أثناء التعرض. الآن بعد اكتمال التعرض، نزيل الرقاقة، ويشار إلى الرقاقة الآن باسم المعرضة، ونحن الآن جاهزون للخطوة التالية وهي تطوير المقاوم الضوئي لجعل المقاوم الضوئي يظهر النمط على الركيزة. قمنا بتطوير رقاقة المقاوم الضوئي باستخدام مادة كيميائية تسمى المطور. ضع المطور في طبق، يقترح بائع المقاوم الضوئي المطور لأي مقاوم ضوئي معين. النقطة المهمة التي يجب تذكرها لهذا المقاوم الضوئي هي أن المطور سيذيب بشكل انتقائي أجزاء المقاوم الضوئي التي تعرضت للأشعة فوق البنفسجية، وهذا ما يسمى

17:01 بالمقاوم الضوئي الموجب، وبعض المقاومات الضوئية تسمى بالمقاوم الضوئي السالب، تتصرف بطريقة معاكسة، المناطق المعرضة للأشعة فوق البنفسجية هي المناطق التي لا يزيلها المطور. لنستمر في عملية مقاومة الضوء الإيجابية لدينا الآن نضع الرقاقة في المطور تستغرق عملية التطوير 60 ثانية سيضمن التحريك الطفيف أثناء التطوير عملية موحدة بعد 60 ثانية نزيل الرقاقة ونشطف بالماء منزوع الأيونات ثم نجفف بالنيتروجين المضغوط لقد أجرينا بنجاح الطباعة الضوئية دعنا نلقي نظرة على رقاقة النمط الخاصة بنا تحت المجهر سنقوم الآن بفحص الرقاقة للتأكد من أننا أنتجنا نمطًا عالي الجودة رائعًا لدينا نمط لطيف

17:49 يبدو المقاوم الضوئي تمامًا مثل النمط الموجود على قناع الصورة الآن سننقل هذا النمط إلى السيليكون باستخدام نقش السيليكون سيتم نقش السيليكون غير المغطى بمقاومة الضوء سيتم حماية السيليكون المغطى بمقاومة الضوء وبالتالي لن يتم نقشه تتم عملية النقش باستخدام أداة مخصصة منفصلة تسمى النقش الأيوني التفاعلي تستغرق العملية بأكملها حوالي 30 دقيقة ولن يتم عرضها في هذا الفيديو إليك عينة الحافة تم نقش السيليكون في المناطق التي لم تكن محمية بواسطة مقاومة الضوء دعنا نزيل مقاومة الضوء باستخدام مذيب الأسيتون الآن يمكننا أن نرى أن لدينا نسخة من قناع الصورة لدينا على رقاقة السيليكون، وقد تم نقش عدة ميكرونات من السيليكون، ولا

18:38 يمكننا رؤية موت ذلك بوضوح باستخدام المجهر الضوئي، لذلك يمكننا استخدام مجهر مسح إلكتروني للحصول على نظرة أفضل هنا، يمكننا أن نرى أن نمط الكتلة قد تم نقله إلى الرقاقة، ويمكننا قياس مدى عمق نقش النمط في السيليكون، شكرًا لانضمامك إلي اليوم لمعرفة المزيد عن الطباعة الضوئية.