পাঠ 13.2মাইক্রো ও ন্যানোঅধ্যায় 13 · মাইক্রো ও ন্যানোফ্যাব্রিকেশন

ফটোলিথোগ্রাফি

আলোর সাহায্যে আলোসংবেদী প্রলেপে একটি প্যাটার্ন ফেলে, তারপর এচ করে

ফটোলিথোগ্রাফি আলো দিয়ে সিলিকন ওয়েফারে প্যাটার্ন ছাপে, অনেকটা স্টেনসিলের ভেতর দিয়ে ছবি ডেভেলপ করার মতো। এটি কম্পিউটার চিপের বিলিয়ন বিলিয়ন ট্রানজিস্টর ও তার একটি একটি স্তর করে আঁকে। আপনার ফোনের প্রতিটি চিপ এর মধ্য দিয়ে কয়েক ডজন বার গেছে।

ছবি: Le hollandais volant, CC BY 4.0, সূত্র: Wikimedia Commons

ছয়টি প্রস্থচ্ছেদে একটি ফটোলিথোগ্রাফি চক্রপ্রতিটি প্যানেল সেই ধাপের পর ওয়েফারের একটি ক্ষুদ্র অংশের প্রস্থচ্ছেদ; বৃত্তাকার সংখ্যাগুলো নিচের ধাপের সঙ্গে মেলে।

যেভাবে কাজ করে

রেজিস্ট স্পিন-কোট করুন। ওয়েফারে আগে থেকেই প্যাটার্ন করার একটি পাতলা স্তর থাকে, যেমন সিলিকন অক্সাইড বা ধাতু। এর ওপর কয়েক ফোঁটা ফটোরেজিস্ট (আলোসংবেদী তরল প্লাস্টিক) পড়ে, আর ওয়েফার হাজার হাজার rpm-এ ঘোরে, যা প্রায় এক মাইক্রোমিটার বা তার চেয়ে কম পুরু সমান ফিল্ম রেখে যায়। অল্প সময়ের বেকে সেটি শুকায়।
সারিবদ্ধ করুন ও আলো ফেলুন। একটি মাস্ক (এক স্তরের প্যাটার্ন ক্রোমে বহনকারী কাচের প্লেট, যাকে রেটিকলও বলে) ওয়েফারে আগে থেকে থাকা প্যাটার্নের সঙ্গে সারিবদ্ধ করা হয়, উন্নত চিপে কয়েক ন্যানোমিটারের মধ্যে। UV আলো এর স্বচ্ছ অংশ দিয়ে যায়, আর একটি লেন্স ছবিটি ছোট করে, সাধারণত চার গুণ, রেজিস্টের ওপর ফেলে। স্টেপার বা স্ক্যানার নামের মেশিনটি পুরো ওয়েফার জুড়ে ক্ষেত্র ধরে ধরে এটি পুনরাবৃত্তি করে।
ডেভেলপ করুন। একটি ডেভেলপার তরল ওয়েফারের ওপর দিয়ে ধুয়ে যায়। সবচেয়ে প্রচলিত পজিটিভ রেজিস্টে আলো পড়া জায়গাগুলো গলে যায়, আর মাস্কের স্বচ্ছ অংশের আকারে খোলা জায়গা রেখে যায়।
এচ করুন। প্লাজমা এচারে (বিদ্যুৎবাহী গ্যাসের চেম্বার) প্লাজমা স্তরটিকে শুধু সেখানেই খেয়ে ফেলে যেখানে রেজিস্ট খোলা; অন্য জায়গায় রেজিস্ট তাকে রক্ষা করে। এচ করার বদলে খোলা জায়গাগুলোতে নতুন উপাদান বা ইমপ্লান্ট করা পরমাণুও বসানো যায়।
ছাড়ান। অবশিষ্ট রেজিস্ট সলভেন্ট বা অক্সিজেন প্লাজমা দিয়ে সরানো হয়। প্যাটার্নটি এখন স্তরটির মধ্যেই রয়ে গেছে।
পুনরাবৃত্তি করুন। একটি নতুন স্তর যোগ হয় এবং পরের মাস্ক নিয়ে চক্রটি আবার শুরু হয়, প্রতিটি প্যাটার্ন নিচেরগুলোর সঙ্গে সারিবদ্ধ। একটি উন্নত চিপ এমন কয়েক ডজন চক্রের মধ্য দিয়ে যায়।

মূল তথ্য

উপাদান: ফটোরেজিস্টে প্রলেপ দেওয়া সিলিকন ওয়েফার; এছাড়া কাচ, যৌগিক অর্ধপরিবাহী ও সার্কিট বোর্ড
সাধারণ অংশ: স্তরে স্তরে সাজানো সমতল প্যাটার্ন: ট্রানজিস্টর, ওয়্যারিং, সেন্সর, ডিসপ্লে ব্যাকপ্লেন
অংশের আকার: ওয়েফার 300 mm পর্যন্ত চওড়া; একটি এক্সপোজার প্রায় 26 × 33 mm ক্ষেত্র ঢাকে
নির্ভুলতা: সাধারণ ল্যাব অ্যালাইনারে প্রায় এক মাইক্রোমিটার; 193 nm লেজার আলোয় কয়েক দশ ন্যানোমিটার; EUV (13.5 nm) আলোয় প্রায় 10 nm
পৃষ্ঠের মান: নিজের কোনো টেক্সচার রাখে না; প্যাটার্ন করা ওয়েফার রামধনু রঙে ঝিলমিল করে
কোন ব্যাচ আকারে মানানসই: গণউৎপাদন: একটি মাস্ক সেট হাজার হাজার ওয়েফারে কাজ করে, প্রতিটিতে শত শত থেকে হাজার হাজার চিপ
টুলিং ও মেশিনের খরচ: ল্যাব মাস্ক অ্যালাইনার: কয়েক দশ থেকে কয়েক শ হাজার ডলার; EUV স্ক্যানার: কয়েক শ মিলিয়ন; একটি উন্নত মাস্ক সেট: কয়েক মিলিয়ন
গতি: একটি উৎপাদন স্ক্যানার ঘণ্টায় প্রায় 100–300 ওয়েফার এক্সপোজ করে, প্রতিটিতে এক স্তর

শক্তি ও সীমাবদ্ধতা

শক্তির দিক

পুরো ওয়েফারকে সমান্তরালে প্যাটার্ন করে: একসঙ্গে বিলিয়ন বিলিয়ন বৈশিষ্ট্য
আধুনিক স্ক্যানার দিয়ে ন্যানোমিটার-স্কেলের সূক্ষ্মতা পৌঁছায়
অত্যন্ত পুনরাবৃত্তিযোগ্য: সব চিপ উৎপাদনের মেরুদণ্ড
বেশি পরিমাণে উৎপাদনে ট্রানজিস্টরপ্রতি খুব কম খরচ

সীমাবদ্ধতা

মেশিন, মাস্ক ও ক্লিনরুম অত্যন্ত ব্যয়বহুল
আলোর তরঙ্গদৈর্ঘ্য সবচেয়ে সূক্ষ্ম বিবরণকে সীমিত করে
শুধু সমতল স্তর; 3D কাঠামো আসে কয়েক ডজন স্তর সাজিয়ে
ধুলোমুক্ত, কম্পনমুক্ত ও হলুদ আলোর ঘর লাগে

কোথায় ব্যবহৃত হয়

ইলেকট্রনিক্সপ্রসেসর, মেমরি চিপ, ক্যামেরার ইমেজ সেন্সর
ডিসপ্লেLCD ও OLED পর্দার পেছনের ট্রানজিস্টর গ্রিড
সেন্সর ও MEMSঅ্যাক্সিলারোমিটার, মাইক্রোফোন, চাপ সেন্সর
ফটোনিক্সLED চিপ, লেজার ডায়োড, চিপের ওপর আলোকনল
সার্কিট বোর্ডতামার ট্র্যাক, ড্রাই-ফিল্ম রেজিস্ট দিয়ে প্যাটার্ন করা
গবেষণামাইক্রোফ্লুইডিক "ল্যাব-অন-এ-চিপ" ডিভাইস

কীভাবে চিনবেন

প্যাটার্নগুলো চোখে অদৃশ্য। সবচেয়ে সূক্ষ্ম রেখাগুলো চুলের চেয়ে হাজার গুণ পাতলা এবং দেখতে ইলেকট্রন মাইক্রোস্কোপ লাগে। এগুলো আপনার ফোন, ল্যাপটপ ও গাড়ির প্রতিটি চিপের ভেতরে এবং পর্দার প্রতিটি পিক্সেলের পেছনে লুকিয়ে আছে।
রামধনু ঝিলমিল। একটি খালি ওয়েফার বা চিপ আলোর নিচে কাত করলে সেটি রামধনুর রঙে ঝলকায়: তার নিয়মিত প্যাটার্ন সিডির মতো আলোকে ভেঙে দেয়।
হলুদ আলোর ঘর। কারখানার ছবিতে লিথোগ্রাফি এলাকা হলুদ আলোয় জ্বলে, কারণ রেজিস্ট হলুদ আলোকে গ্রাহ্য করে না।
সার্কিট বোর্ড। সবুজ সার্কিট বোর্ডের সূক্ষ্ম তামার ট্র্যাকও মাস্কের মধ্য দিয়ে আলো ফেলে নির্ধারণ করা হয়েছিল, অনেক মোটা স্কেলে।

তুলনা করুন

কেমিক্যাল মেশিনিং ও ফটোকেমিক্যাল এচিং6.8একই আলো-ও-রেজিস্ট কৌশল মিলিমিটার স্কেলে, পাতলা ধাতব শিট থেকে অংশ এচ করে কাটতে ব্যবহৃত হয়।LIGA13.7পাতলা স্তরের বদলে লম্বা মাইক্রো-অংশ বানাতে এক্স-রে ও খুব পুরু রেজিস্ট ব্যবহার করে।ফোকাসড আয়ন বিম13.5মাস্ক ছাড়াই বিন্দু বিন্দু করে প্যাটার্ন লেখে বা কাটে: নমনীয়, কিন্তু গণউৎপাদনের জন্য অনেক বেশি ধীর।

দেখুন

TED-Ed · চিপ তৈরির এবং তার মধ্যে লিথোগ্রাফির স্থানের একটি ছোট অ্যানিমেটেড পরিচিতি

Branch Education · স্ক্যানারসহ ফ্যাবের প্রতিটি ধাপের বিস্তারিত 3D অ্যানিমেশন

Conformable Decoders · আসল ল্যাব ফটোলিথোগ্রাফি, ধাপে ধাপে

ASML · সবচেয়ে উন্নত স্ক্যানারগুলো কীভাবে তাদের EUV আলো তৈরি করে

আসল ছবি দেখুন

উইকিপিডিয়া: ফটোলিথোগ্রাফি — ধাপের চিত্র ও লিথোগ্রাফি যন্ত্রপাতির ছবি
Wikimedia Commons-এ ছবি খোঁজা

মনে রাখুন

ফটোলিথোগ্রাফি পুরো চিপ স্তর একসঙ্গে ছাপে, স্টেনসিলের ভেতর দিয়ে ছবি ডেভেলপ করার মতো।
প্রলেপ, এক্সপোজ, ডেভেলপ, এচ, স্ট্রিপ, তারপর পুনরাবৃত্তি: প্রতি চিপে কয়েক ডজন চক্র।
ছোট তরঙ্গদৈর্ঘ্যের আলো সূক্ষ্মতর বিবরণ ছাপে, আর এ কারণেই EUV মেশিন আছে।