1. عملية الطباعة الضوئية

تُعدّ آلات الطباعة الضوئية من المعدات الأساسية في صناعة أشباه الموصلات، وتُستخدم بشكل رئيسي لتصنيع الهياكل الدقيقة على الرقائق. تقوم هذه الآلات بإسقاط أنماط من أقنعة ضوئية على رقائق السيليكون، ثم تُشعّع سطح الرقاقة بضوء فوق بنفسجي لتشكيل هياكل دقيقة للغاية.^[1].

تتكون آلة الطباعة الحجرية من ثلاثة أقسام رئيسية: النظام البصري، والنظام الميكانيكي، ونظام التحكم. يُجهز النظام البصري بمصادر ضوئية للتعريض، وعدسات، وعاكسات، ومكونات بصرية أخرى، حيث يقوم بإسقاط أنماط دقيقة على أقنعة ضوئية على أسطح رقائق السيليكون. يشمل النظام الميكانيكي منصات قطع العمل، وأنظمة التحكم في الحركة، وأنظمة المحاذاة التلقائية، وأجهزة أخرى لضبط موضع ومسار حركة رقائق السيليكون بدقة. يتكون نظام التحكم من أجهزة كمبيوتر وبرامج تحكم داعمة لتحقيق جدولة موحدة لحالة تشغيل الآلة وإجراءات التعريض. يُعد النظام البصري المكون الأساسي لآلة الطباعة الحجرية، بينما تُعتبر عمليتا التعريض والتظهير من أهم العمليات في عملية الطباعة الحجرية بأكملها.

يشير مصطلح التعريض الضوئي إلى عملية إسقاط أنماط القناع الضوئي على رقائق السيليكون من خلال النظام البصري. وتنقسم المواد المقاومة للضوء إلى نوعين: موجب وسالب (يظهر الرسم التخطيطي للمادة المقاومة للضوء السالبة على اليسار، والمادة المقاومة للضوء الموجبة على اليمين).^[1]تخضع المواد المقاومة للضوء الموجبة لتفاعلات كيميائية ضوئية عند تعرضها للأشعة فوق البنفسجية؛ ويمكن إذابة المناطق المعرضة للضوء بواسطة المُظهِر، وتتوافق الأنماط المتبقية في النهاية مع المناطق المحمية من الضوء في القناع الضوئي. أما المواد المقاومة للضوء السالبة فتتشابك عند تعرضها للأشعة فوق البنفسجية، مما يجعل المناطق المعرضة للضوء مقاومة للذوبان بواسطة المُظهِر، وتتوافق الأنماط المتبقية مع المناطق الشفافة في القناع الضوئي.

التطوير عمليةٌ يتم فيها إذابة طبقة المقاوم الضوئي بشكل انتقائي باستخدام المُظهِر لتشكيل أنماط مُستهدفة على طبقة المقاوم الضوئي. يُطبَّق المُظهِر على سطح المقاوم الضوئي المُعرَّض للضوء لإذابة المناطق المُقابلة بشكل انتقائي وفقًا لخصائص حساسية المقاوم الضوئي للضوء. بعد التنظيف والتجفيف، تتشكل طبقة المقاوم الضوئي المُنمَّطة والمُطابقة للقناع الضوئي. في عملية الحفر اللاحقة، يعمل المقاوم الضوئي كحاجز حفر لحفر الطبقة الأساسية دون حماية المقاوم الضوئي، مما يؤدي في النهاية إلى نقل الأنماط إلى سطح الرقاقة.

2. طرق طلاء المقاوم الضوئي والعيوب الناتجة

يلعب كل من المقاوم الضوئي الإيجابي والسلبي دورًا لا يمكن الاستغناء عنه في الطباعة الحجرية، لذلك فإن المعايير العالية للغاية مطلوبة لطلاء المقاوم الضوئي.

توجد أربع طرق لطلاء المواد المقاومة للضوء: الطلاء اليدوي، والطلاء بالدوران، والطلاء بالرش، والطلاء بالأسطوانة. يُعدّ الطلاء بالدوران الطريقة الأكثر استخدامًا حاليًا، وذلك بشكل أساسي للمزايا التالية:

1. تجانس عالي في الطلاء؛ يمكن للسائل أن يخترق تلقائيًا المسام الشعرية للركائز التجريبية.

2. وقت طلاء قصير، مما يتيح التحضير السريع لكميات كبيرة من العينات.

3. قادر على تشكيل طبقات أحادية على مواد صفائحية رقيقة.

يُعدّ طلاء المقاوم الضوئي بالدوران عملية تحضيرية أساسية قبل تعريض النمط. وتُحدد درجة تجانس طبقات الطلاء بالدوران بشكل مباشر فعالية عمليات التعريض اللاحقة، كما أنها عامل جوهري يؤثر على جودة تشكيل أنماط الطباعة الحجرية النهائية. تنقسم عملية تشكيل طبقة الطلاء بالدوران القياسية إلى ثلاث مراحل. أولًا، تقوم فوهة الطلاء برش المقاوم الضوئي كميًا على مركز الرقاقة. ثم تدور الرقاقة بسرعة عالية، فتنتشر طبقة المقاوم الضوئي المركزية بفعل قوة الطرد المركزي نحو حافة الرقاقة، مما يُسبب انتفاخًا في طبقة المقاوم الضوئي المتراكمة عند الحافة. ​​ويمكن تقليل سُمك طبقة المقاوم الضوئي بزيادة سرعة الدوران. أخيرًا، تستمر الرقاقة في الدوران بسرعة عالية، ويتبخر المذيب الموجود داخل الطبقة باستمرار، فتتشكل طبقة مقاومة ضوئية متجانسة ومستقرة على سطح الرقاقة.

في عمليات الطلاء الدوراني التقليدية، يتخذ سُمك طبقة المقاوم الضوئي على طول نصف قطر الرقاقة توزيعًا نموذجيًا على شكل "وعاء": حيث يكون الفيلم في مركز الرقاقة أكثر سُمكًا قليلًا، بينما يكون الفيلم في المنطقة الوسطى من الرقاقة متجانسًا نسبيًا. وبفعل قوة الطرد المركزي والتوتر السطحي، تتشكل انتفاخات واضحة من المقاوم الضوئي المتراكم (نتوءات الحافة) عند الحافة الخارجية للرقاقة، ويكون سُمك فيلم الحافة أعلى بكثير من سُمك الفيلم القياسي. يؤثر هذا التذبذب القطري في سُمك الفيلم بشكل مباشر على دقة تركيز التعريض الضوئي اللاحق، ويؤثر على استقرار عمليات الطباعة الحجرية. تكون الزيادة في السُمك عند مركز الرقاقة طفيفة، ولا تؤثر سلبًا بشكل أساسي على تصوير التعريض. ومع ذلك، تبرز مشكلة تراكم المقاوم الضوئي عند حافة الرقاقة، حيث يصل سُمكه إلى عدة أضعاف سُمك فيلم العملية القياسي. تنتشر بقايا المقاوم الضوئي الزائدة على الحافة بسهولة إلى الجانب الخلفي من الرقاقة، مما يؤدي إلى تلوث الرقاقة ويؤثر على عملية تصنيع الرقاقة بشكل عام، كما هو موضح في الشكل أدناه.

لا يقتصر تأثير طبقة المقاوم الضوئي الزائدة على حواف وسطح الرقاقة على إتلاف معدات الطلاء والتظهير فحسب، بل يمتد ليشمل التأثير على أجهزة التعريض الضوئي، بل وقد يُلوث المعدات خارج منطقة الطباعة الحجرية. ونظرًا لهذه الآثار الخطيرة، تُعدّ عملية إزالة حافة الرقاقة (EBR) ضرورية لإزالة طبقة المقاوم الضوئي الزائدة من الحواف، وذلك لإتمام عملية الطباعة الحجرية وحماية معدات الإنتاج. ويمكن إجراء عملية EBR بعد أن تتصلب طبقة المقاوم الضوئي على الرقاقة لتُشكّل طبقة مستقرة.

3. إصلاح حواف المقاوم الضوئي

يتم اعتماد حلين شائعين لإصلاح حواف المقاوم الضوئي في الصناعة، ولكل منهما مزايا وعيوب خاصة به.

3.1 EBR الكيميائي

بعد الطلاء والتجفيف الأولي، تقوم شركة Chemical EBR برش مذيبات إزالة الحواف (PGMEA أو EGMEA) على المناطق الأمامية والمشطوفة والخلفية للرقاقة. يجب التحكم بدقة في نطاق تغطية المذيب أثناء التشغيل لتجنب تسربه إلى المنطقة المحددة من طبقة المقاوم الضوئي.^[2]تعتمد هذه الطريقة على إذابة طبقات الحماية الضوئية على الحواف باستخدام المذيبات. فبالإضافة إلى إزالة طبقة الحماية الضوئية من الحواف، يمكنها في الوقت نفسه إزالة بقايا الطلاء المضاد للانعكاس، ومعالجة طبقة الحماية الضوئية المتراكمة على سطح الرقاقة الأمامي والخلفي، وهي متوافقة مع جميع أنواع طبقات الحماية الضوئية بغض النظر عن حساسيتها للضوء. مع ذلك، يؤدي تدفق السائل إلى عدم انتظام إزالة طبقات الحماية الضوئية من الحواف، مع وجود مخاطر خفية لتسرب المذيب إلى الداخل مما قد يُلحق الضرر بالأنماط الصحيحة. كما أن بقايا طبقة الحماية الضوئية المذابة تُسبب بسهولة تلوثًا بالجسيمات. في الوقت نفسه، يؤدي الاستهلاك المستمر للمذيبات العضوية عالية النقاء إلى ارتفاع تكاليف المواد الاستهلاكية ومعالجة السوائل المُستعملة.

3.2 التعرض البصري لحافة الرقاقة (WEE)

تُجرى عملية التعريض الضوئي لحافة الرقاقة (EBR)، والمعروفة أيضًا باسم تعريض حافة الرقاقة (WEE)، إما بعد الطلاء والتجفيف الأولي قبل تعريض النمط الرئيسي، أو بعد تعريض النمط الرئيسي. تُسلط أشعة الليزر على منطقة حافة الرقاقة لتحفيز التفاعلات الكيميائية الضوئية على طبقة المقاوم الضوئي المُشععة، والتي تذوب بالتزامن مع الأنماط المُعرَّضة في عملية التطوير اللاحقة.^[3]لا تتطلب تقنية EBR البصرية أي مذيبات كيميائية، وتحافظ على نظافة عالية لسطح الرقاقة، وتُشكّل حدود تعريض منتظمة، وتُزيل خطر التآكل الناتج عن الطور السائل على طبقة المقاوم الضوئي السليمة، وتُقلل من تكاليف المواد الاستهلاكية لمعالجة الرقاقة الواحدة. ويكمن قيدها في أنها لا تستطيع معالجة سوى المقاومات الضوئية الحساسة للضوء، ولا يمكنها إزالة الطلاءات المضادة للانعكاس غير الحساسة للضوء.^[4].

4. عملية تعريض حافة الرقاقة الضوئية

يفرض استقرار عملية الطباعة الإلكترونية الضوئية متطلبات صارمة على أنظمة الليزر، ويُعدّ اختيار طول موجة مصدر الضوء أمرًا بالغ الأهمية. في عمليات الطباعة الحجرية السائدة بتقنية i-line (365 نانومتر)، تعتمد مخططات WEE المتوافقة عمومًا على ليزرات فوق بنفسجية بطول موجة 355 نانومتر. يتوافق هذا الطول الموجي جيدًا مع خصائص امتصاص الضوء لمقاومات الضوء التجارية بتقنية i-line، ويمكنه تحفيز التفاعلات الكيميائية الضوئية المستهدفة بثبات. في الوقت نفسه، تتميز ليزرات 355 نانومتر بنضجها الصناعي، وثبات خرج الطاقة، وانخفاض معدل التلف الضوئي للمكونات البصرية، وقدرتها على تقليل العيوب المختلفة الناتجة عن التحلل الضوئي للأغشية الرقيقة والضوء الشارد. أما ليزرات الأشعة فوق البنفسجية العميقة بطول موجة 266 نانومتر، فهي متوافقة فقط مع أنظمة مقاومة الضوء KrF (248 نانومتر)، ولا تُستخدم في عمليات g/i-line القياسية. سيؤدي التوافق المباشر مع مقاومات الضوء بتقنية i-line إلى تعريض مفرط للطبقة السطحية وعدم كفاية حساسية الطبقة السفلية للضوء، مما يترك بقايا من مقاومة الضوء. بالإضافة إلى ذلك، تتميز الليزرات عند هذا الطول الموجي بكفاءة تحويل منخفضة لمضاعفة التردد، وعمر خدمة محدود للمكونات البصرية، ونافذة معالجة إجمالية ضيقة.

لتلبية متطلبات مصدر الضوء لنظام الانعكاس الإلكتروني البصري، ريل لايت تم تطويره بشكل مستقل ليزرات الرقائق الدقيقة من سلسلة MCC. ال ليزرات MCC RealSubns® الدقيقة تتميز هذه الليزرات بعرض نبضة فائق الضيق وطاقة نبضة واحدة عالية. وباعتبارها ليزرات صلبة تعمل بتقنية التبديل السلبي Q-switching وتُضخّم بواسطة ثنائي، فإنها تُنتج موجات نبضية نقية دون نبضات لاحقة، وطاقة نبضة واحدة مستقرة، وجودة شعاع ممتازة. يظهر المخطط التوضيحي والصور الفوتوغرافية أدناه.

يعتمد الليزر تصميمًا سلبيًا يعمل بتقنية Q-switching مع بلورات Nd:YAG وCr:YAG مترابطة، بما يتوافق مع الملكية الفكرية الخاصة. ليزر رقاقة دقيقة المسار التقني لـ ريل لايتلدينا خبرة تقنية واسعة في العمليات ذات الصلة، مما يتيح عمرًا تشغيليًا طويلًا، واستقرارًا عاليًا، وقدرة على العمل في نطاق واسع من درجات الحرارة. يحتوي الليزر على مُبرّد كهروحراري مدمج للحفاظ على درجة حرارة تشغيل داخلية ثابتة، مما يسمح له بالتكيف مع بيئات درجات الحرارة المرتفعة والمنخفضة.

ال سلسلة MCC يغطي خمسة أطوال موجية: 1064 نانومتر، 532 نانومتر، 355 نانومتر، 266 نانومتر و213 نانومتر. ليزرات الرقائق الدقيقة من ريل لايت يدعم التشغيل الداخلي والخارجي. يسهل التحكم المتزامن القائم على وضع التشغيل الخارجي الربط مع أنظمة تدوير وتحديد موضع الرقاقة. تدعم الليزرات عند 355 نانومتر و266 نانومتر معدلات تكرار تبلغ 1 كيلوهرتز و5 كيلوهرتز و10 كيلوهرتز و20 كيلوهرتز، مع طاقة نبضة واحدة قصوى تبلغ 20 ميكرو جول وعرض نبضة يبلغ 650 بيكو ثانية. جدول المعلمات الفنية لـ ليزرات الرقائق الدقيقة كما هو موضح أدناه. في الوقت نفسه، نوفر ليزرات مخصصة عالية معدل التكرار بطول موجي 355 نانومتر و266 نانومتر لتطبيقات إصلاح المقاوم الضوئي، بمعدلات تكرار تصل إلى 20 كيلوهرتز أو 30 كيلوهرتز.

مع التطور المستمر لتقنيات تصنيع أشباه الموصلات، يزداد الطلب في السوق على تقنية إصلاح حواف رقائق السيليكون باستخدام مادة مقاومة الضوء (EBR) بشكل مطرد. تتميز هذه التقنية بموثوقية عالية، وحجم صغير، وتكلفة منخفضة. ريل لايتستساهم منتجات [اسم الشركة] باستمرار في تطوير تقنية تعريض حواف الرقاقات (WEE). من المتوقع أن تُخفف تقنية EBR البصرية من التلوث والضغط الناتج عن المواد الاستهلاكية بسبب المذيبات الكيميائية، وأن تُحسّن من دقة عمليات الطباعة على حواف الرقاقات، وأن ترفع من جودة عمليات الطباعة الحجرية وتُخفض تكاليفها. نتطلع إلى مزيد من التطوير لهذه التقنية.

ريل لايت هي شركة ذات تقنية عالية تركز على البحث والتطوير والإنتاج والمبيعات لأجهزة الليزر شبه الموصلة، ليزرات الرقائق الدقيقةتُقدّم الشركة، من خلال ابتكاراتها المستقلة، مصادر ضوء ليزر عالية الأداء والموثوقية وقابلة للتخصيص، بالإضافة إلى حلول أنظمة متكاملة لأنظمة تحديد المدى بالرادار، والأجهزة التحليلية، والطب الحيوي، والبحث العلمي، ومعالجة الليزر، كما تُقدّم خدمات متكاملة للتخصيص والتطوير وفقًا لمواصفات الشركات المصنعة الأصلية (OEM) أو تصميمها وتصنيعها (ODM).

تنصل

بعض محتوى هذه الوثيقة مأخوذ من الإنترنت، وهي مخصصة فقط للبحث التقني والتواصل، وللمراجعة والدراسة. يُرجى تقديم اقتراحاتكم في حال وجود أخطاء وصفية أو أكاديمية. في حال وجود أي مشاكل متعلقة بحقوق النشر، يُرجى التواصل معنا للتحقق منها وحذفها في أقرب وقت ممكن.

مراجع

[1] icguide. دليل خطوة بخطوة لمبدأ عمل آلات الطباعة الحجرية [EB/OL]. 2024-04-12.

[2] لورا بيترز. معالجة الحواف أمر بالغ الأهمية للأقنعة الصلبة[J]. تطبيقات الدوائر المتكاملة، 2007(10):29.

[3] شرح مفصل لعملية الطباعة الضوئية لأشباه الموصلات. مراوح إلكترونية. 10-11-2025.

[4] وي ييي. نظرية الطباعة الحجرية المتقدمة وتطبيقاتها في VLSI. بكين: دار النشر العلمية، 2016: 35-36، 39-40.