धडा 13.2मायक्रो आणि नॅनोप्रकरण 13 · मायक्रो- आणि नॅनोफॅब्रिकेशन

फोटोलिथोग्राफी

प्रकाशाने प्रकाश-संवेदनशील लेपावर नमुना प्रक्षेपित करते, मग तो एच करते

फोटोलिथोग्राफी प्रकाशाने सिलिकॉन वेफरवर नमुने छापते, स्टेन्सिलमधून फोटो डेव्हलप करण्यासारखेच. ती कॉम्प्युटर चिपवरील अब्जावधी ट्रान्झिस्टर आणि तारा एका वेळी एक थर काढते. तुमच्या फोनमधील प्रत्येक चिप यातून डझनभर वेळा गेलेली असते.

फोटो: Le hollandais volant, CC BY 4.0, स्रोत: Wikimedia Commons

फोटोलिथोग्राफीचे एक चक्र सहा छेदांमध्येप्रत्येक भाग त्या पायरीनंतर वेफरच्या एका लहान तुकड्याचा छेद आहे; वर्तुळातील क्रमांक खालील पायऱ्यांशी जुळतात.

हे कसे चालते

रेझिस्ट स्पिन-कोट करा. वेफरवर नमुना करायचा पातळ थर आधीच असतो, जसे सिलिकॉन ऑक्साइड किंवा धातू. त्यावर फोटोरेझिस्टचे (प्रकाश-संवेदनशील द्रव प्लास्टिक) काही थेंब पडतात आणि वेफर हजारो rpm ने फिरते, ज्यामुळे सुमारे एक मायक्रोमीटर किंवा कमी जाडीचा एकसमान थर राहतो. थोड्या बेकने तो सुकतो.
संरेखित करा आणि एक्स्पोज करा. मास्क (एका थराचा नमुना क्रोममध्ये धरणारी काचेची पट्टी, ज्याला रेटिकलही म्हणतात) वेफरवर आधीच असलेल्या नमुन्यांशी जुळवला जातो, प्रगत चिप्सवर काही नॅनोमीटरच्या आत. UV प्रकाश त्याच्या पारदर्शक भागांमधून चमकतो आणि लेन्स प्रतिमा, साधारणपणे चार पट, लहान करून रेझिस्टवर पाडते. स्टेपर किंवा स्कॅनर नावाचे मशीन हे वेफरवर क्षेत्र-क्षेत्राने पुन्हा पुन्हा करते.
डेव्हलप करा. डेव्हलपर द्रव वेफरवर फिरतो. सर्वात सामान्य पॉझिटिव्ह रेझिस्टमध्ये प्रकाश पडलेले भाग विरघळतात आणि मास्कच्या पारदर्शक भागांच्या आकाराची छिद्रे उरतात.
एच करा. प्लाझ्मा एचरमध्ये (विद्युतभारित वायूचे चेंबर) प्लाझ्मा रेझिस्ट जिथे उघडा आहे तिथेच थर खातो; इतरत्र रेझिस्ट त्याचे संरक्षण करतो. एच करण्याऐवजी, छिद्रांमध्ये नवीन सामग्री किंवा इम्प्लांट केलेले अणूही घालता येतात.
स्ट्रिप करा. उरलेले रेझिस्ट सॉल्व्हेंट किंवा ऑक्सिजन प्लाझ्माने काढले जाते. नमुना आता थरातच तयार झालेला असतो.
पुन्हा करा. नवीन थर जोडला जातो आणि पुढच्या मास्कसह चक्र पुन्हा सुरू होते, प्रत्येक नमुना खालच्या नमुन्यांशी संरेखित. प्रगत चिप अशा डझनभर चक्रांतून जाते.

मुख्य तथ्ये

साहित्य: फोटोरेझिस्ट लावलेले सिलिकॉन वेफर; तसेच काच, कंपाउंड सेमीकंडक्टर आणि सर्किट बोर्ड
सामान्य भाग: थरावर थर रचलेले सपाट नमुने: ट्रान्झिस्टर, वायरिंग, सेन्सर, डिस्प्ले बॅकप्लेन
भागाचा आकार: 300 मिमी व्यासापर्यंतचे वेफर; एक एक्स्पोजर सुमारे 26 × 33 मिमी क्षेत्र व्यापते
अचूकता: साध्या लॅब अलायनरने सुमारे एक मायक्रोमीटर; 193 nm लेसर प्रकाशाने काही दहा नॅनोमीटर; EUV (13.5 nm) प्रकाशाने सुमारे 10 nm
पृष्ठभागाची फिनिश: स्वतःचा कोणताही पोत सोडत नाही; नमुना केलेले वेफर इंद्रधनुष्यी रंगांत चमकतात
कोणत्या बॅच आकारासाठी योग्य: मोठ्या प्रमाणातील उत्पादन: एक मास्क संच हजारो वेफरसाठी चालतो, प्रत्येकावर शेकडो ते हजारो चिप्स
टूलिंग आणि मशीनचा खर्च: लॅब मास्क अलायनर: काही दहा ते काही शे हजार डॉलर्स; EUV स्कॅनर: शेकडो दशलक्ष; प्रगत मास्क संच: दशलक्षावधी
वेग: उत्पादन स्कॅनर ताशी सुमारे 100–300 वेफर एक्स्पोज करतो, प्रत्येकावर एक थर

ताकद आणि मर्यादा

बलस्थाने

संपूर्ण वेफरवर एकाच वेळी नमुना करते: एकदम अब्जावधी रचना
आधुनिक स्कॅनरसह नॅनोमीटर-स्तराचा तपशील गाठते
अतिशय पुनरावृत्ती करण्यायोग्य: सर्व चिप उत्पादनाचा कणा
जास्त संख्येत प्रति ट्रान्झिस्टर अतिशय कमी खर्च

मर्यादा

मशीन, मास्क आणि क्लीनरूम अत्यंत महाग
प्रकाशाची तरंगलांबी सर्वात बारीक तपशीलाला मर्यादा घालते
फक्त सपाट थर; 3D रचना डझनभर थर एकावर एक रचून येतात
पिवळ्या प्रकाशाखाली धूळमुक्त, कंपनमुक्त खोल्या लागतात

कुठे वापरली जाते

इलेक्ट्रॉनिक्सप्रोसेसर, मेमरी चिप, कॅमेरा इमेज सेन्सर
डिस्प्लेLCD आणि OLED स्क्रीनमागील ट्रान्झिस्टरचे जाळे
सेन्सर आणि MEMSअ‍ॅक्सेलेरोमीटर, मायक्रोफोन, प्रेशर सेन्सर
फोटॉनिक्सLED चिप, लेसर डायोड, चिपवरील प्रकाश मार्गदर्शक
सर्किट बोर्डतांब्याचे ट्रॅक, ड्राय-फिल्म रेझिस्टने नमुना केलेले
संशोधनमायक्रोफ्लुइडिक “लॅब-ऑन-अ-चिप” उपकरणे

ओळखायची कशी

नमुने डोळ्यांना दिसत नाहीत. सर्वात बारीक रेषा केसापेक्षा हजारो पट पातळ असतात आणि पाहण्यासाठी इलेक्ट्रॉन मायक्रोस्कोप लागतो. त्या तुमच्या फोन, लॅपटॉप आणि कारमधील प्रत्येक चिपमध्ये आणि स्क्रीनच्या प्रत्येक पिक्सेलमागे दडलेल्या असतात.
इंद्रधनुष्यी चमक. उघडे वेफर किंवा चिप डाय प्रकाशाखाली तिरका केला की तो इंद्रधनुष्याच्या रंगांत चमकतो: त्यावरील नियमित नमुने CD प्रमाणे प्रकाश विभागतात.
पिवळ्या प्रकाशाच्या खोल्या. कारखान्याच्या फोटोंमध्ये लिथोग्राफी विभाग पिवळा चमकतो, कारण रेझिस्ट पिवळ्या प्रकाशाला प्रतिसाद देत नाही.
सर्किट बोर्ड. हिरव्या सर्किट बोर्डवरील तांब्याचे बारीक ट्रॅकही मास्कमधून प्रकाशाने ठरवले जातात, खूप मोठ्या प्रमाणावर.

यांच्याशी तुलना

केमिकल मशिनिंग आणि फोटोकेमिकल एचिंग6.8प्रकाश आणि रेझिस्टचीच युक्ती मिलिमीटर स्तरावर, पातळ धातूच्या पत्र्यांमधून भाग एच करून कापण्यासाठी वापरली जाते.LIGA13.7पातळ थरांऐवजी उंच सूक्ष्म भाग बनवण्यासाठी X-किरण आणि खूप जाड रेझिस्ट वापरते.फोकस्ड आयन बीम13.5मास्कशिवाय नमुने बिंदू-बिंदूने लिहिते किंवा कापते: लवचिक, पण मोठ्या प्रमाणातील उत्पादनासाठी खूपच संथ.

पाहा

TED-Ed · चिपनिर्मितीचे आणि त्यात लिथोग्राफी कुठे बसते त्याचे छोटे अ‍ॅनिमेटेड विहंगावलोकन

Branch Education · स्कॅनरसह फॅबमधील प्रत्येक पायरीचे सविस्तर 3D अ‍ॅनिमेशन

Conformable Decoders · खरी लॅब फोटोलिथोग्राफी, पायरी पायरीने

ASML · सर्वात प्रगत स्कॅनर त्यांचा EUV प्रकाश कसा बनवतात

खरी छायाचित्रे पाहा

Wikipedia: Photolithography — पायऱ्यांचे आकृत्या आणि लिथोग्राफी उपकरणांचे फोटो
Wikimedia Commons फोटो शोध

लक्षात ठेवा

फोटोलिथोग्राफी चिपचा संपूर्ण थर एकदम छापते, स्टेन्सिलमधून फोटो डेव्हलप करण्यासारखे.
कोट करा, एक्स्पोज करा, डेव्हलप करा, एच करा, स्ट्रिप करा, मग पुन्हा करा: प्रति चिप डझनभर चक्रे.
कमी तरंगलांबीचा प्रकाश बारीक तपशील छापतो, म्हणूनच EUV मशीन अस्तित्वात आहेत.