الطباعة الحجرية بالغمر

الطباعة الحجرية بالغمر هي تقنية تُستخدم في صناعة أشباه الموصلات لتحسين دقة ووضوح عملية الطباعة الضوئية . وتعتمد هذه التقنية على استخدام وسط سائل، عادةً الماء، بين العدسة والرقاقة أثناء التعريض. وباستخدام سائل ذي معامل انكسار أعلى من الهواء، تسمح الطباعة الحجرية بالغمر بإنشاء تفاصيل أصغر على الرقاقة. ^{[ 1 ]}

تستبدل تقنية الطباعة الحجرية بالغمر الفجوة الهوائية المعتادة بين العدسة النهائية وسطح الرقاقة بوسط سائل ذي معامل انكسار أكبر من واحد. وتزداد الدقة الزاوية بمعامل يساوي معامل انكسار السائل. وتستخدم أدوات الطباعة الحجرية بالغمر الحالية ماءً عالي النقاء لهذا السائل، مما يحقق أحجامًا للميزات أقل من 45 نانومترًا. ^{[ 2 ]}

تعتمد القدرة على تمييز التفاصيل في الطباعة الضوئية بشكل مباشر على الفتحة العددية لجهاز التصوير، وهي جيب الزاوية القصوى للانكسار مضروبًا في معامل انكسار الوسط الذي يمر عبره الضوء. تعمل العدسات في الماسحات الضوئية "الجافة" عالية الدقة على تركيز الضوء في مخروط يكون حده شبه موازٍ لسطح الرقاقة. ولأنه من المستحيل زيادة الدقة عن طريق الانكسار الإضافي، يتم الحصول على دقة إضافية بإدخال وسط غمر ذي معامل انكسار أعلى بين العدسة والرقاقة. ويقل التشويش بمعامل يساوي معامل انكسار الوسط. على سبيل المثال، عند استخدام الأشعة فوق البنفسجية بطول موجي 193  نانومتر في الغمر بالماء، يكون معامل الانكسار 1.44. ^{[ 3 ]}

تتراوح نسبة تحسين الدقة باستخدام الطباعة الحجرية بالغمر بين 30 و40% تقريبًا، وذلك تبعًا للمواد المستخدمة. ومع ذلك، يتحسن عمق التركيز، أو مدى التفاوت في استواء سطح الرقاقة، مقارنةً بالأداة "الجافة" المقابلة عند نفس الدقة. ^{[ 4 ]}

تم تسجيل براءة اختراع فكرة الطباعة الحجرية بالغمر عام 1984 من قبل تاكاناشي وآخرون. ^{[ 5 ]} كما اقترحها المهندس التايواني بيرن جيه لين، وتم تطبيقها في ثمانينيات القرن الماضي. ^{[ 6 ]} في عام 2004، أعلن غفام شهيدي ، مدير تكنولوجيا السيليكون في شركة آي بي إم ، أن الشركة تخطط لتسويق الطباعة الحجرية القائمة على الضوء المُرشَّح عبر الماء. ^{[ 7 ]}

أدت المخاوف المتعلقة بالعيوب، مثل بقايا الماء (علامات الماء) وفقدان التماسك بين الماء والمقاوم الضوئي (فجوة هوائية أو فقاعات)، إلى دراسة استخدام طبقة طلاء علوية مباشرة فوق المقاوم الضوئي . ^{[ 8 ]} تعمل هذه الطبقة العلوية كحاجز يمنع الانتشار الكيميائي بين الوسط السائل والمقاوم الضوئي. إضافةً إلى ذلك، يتم تحسين السطح البيني بين السائل والطبقة العلوية لتقليل علامات الماء. وفي الوقت نفسه، يجب تجنب العيوب الناتجة عن استخدام الطبقة العلوية.

اعتبارًا من عام 2005، تم تعديل الطلاءات العلوية لاستخدامها كطلاءات مضادة للانعكاس ، وخاصة في حالات الفتحة العددية العالية (NA>1). ^{[ 9 ]}

بحلول عام 2008، وصل عدد العيوب في الرقاقات المطبوعة بتقنية الطباعة الحجرية بالغمر إلى مستوى الصفر. ^{[ 10 ]}

اعتبارًا من عام 2000، أُخذت تأثيرات الاستقطاب الناتجة عن زوايا التداخل العالية في طبقة المقاوم الضوئي في الاعتبار عندما تقترب أبعاد العناصر من 40  نانومترًا. ^{[ 11 ]} ولذلك، يجب عمومًا أن تكون مصادر الإضاءة مستقطبة سمتيًا لمطابقة إضاءة القطب للحصول على تصوير مثالي للخطوط والفراغات . ^{[ 12 ]}

ابتداءً من عام 1996، تحقق ذلك من خلال سرعات أعلى للمرحلة، ^{[ 13 ] [ 14 ]} والتي بدورها أصبحت متاحة، ابتداءً من عام 2013، بفضل مصادر نبضات ليزر ArF ذات طاقة أعلى. ^{[ 15 ]} وبالتحديد، تتناسب الإنتاجية طرديًا مع سرعة المرحلة V، المرتبطة بالجرعة D وعرض الشق المستطيل S وشدة الشق I _ss (المرتبطة طرديًا بقدرة النبضة) بالعلاقة V = I _ss * S / D. ويكون ارتفاع الشق مساويًا لارتفاع الحقل. ويُحدَّد عرض الشق S، بدوره، بعدد النبضات اللازمة لتكوين الجرعة (n)، مقسومًا على تردد نبضات الليزر (f)، عند أقصى سرعة مسح V _max بالعلاقة S = V _max * n / f. ^{[ 13 ]} وعند تردد ثابت f وعدد نبضات ثابت n، يتناسب عرض الشق طرديًا مع أقصى سرعة للمرحلة. وبالتالي، تتحسن الإنتاجية عند جرعة معينة بزيادة أقصى سرعة للمرحلة وكذلك بزيادة قدرة النبضة.

في عام 2015، أفادت شركة ASML أن منصة الطباعة الحجرية بالغمر TWINSCAN NXT:1980Di حققت إنتاجية تصل إلى 275 ورقة في الساعة، وهي مصممة خصيصًا للتصنيع بكميات كبيرة. ^{[ 16 ] [ 17 ]}

يبلغ حد الدقة لأداة غمر ذات فتحة عددية 1.35 تعمل عند طول موجي 193 نانومتر 36 نانومتر. ويتطلب تجاوز هذا الحد للوصول إلى عقد أقل من 20 نانومتر عمليات نقش متعددة . ^{[ 18 ]}

في عام 2016 أعلنت سامسونج عن نجاح اختبارات نظام على شريحة بتقنية 10 نانومتر باستخدام تقنية الطباعة الثلاثية، ومن المقرر إنتاجه بكميات كبيرة في عام 2017. ^{[ 19 ]}

• غمر الزيت
• هدف الغمر في الماء