גישת “מלמעלה למטה”

גישה זו מבוססת על שימוש בטכנולוגיות מכניות ואופטיות ליצירת מבנים זעירים מחומר קיים.

גישת ה"מלמעלה למטה" משמשת כיום ככלי העיקרי במאמצים למזעור בתחום האלקטרוניקה. כיום משתמשים בתעשיית האלקטרוניקה בגישה זו להכנה של מעגלים משולבים  (מדובר במעגלים חשמליים שמרכיבים את מעבדי המחשב, את הזיכרונות ואת הבקרים המצויים במכשירים אלקטרונים. המעגלים האלה ממוזערים ומכילים בתוכם רכיבים אלקטרוניים רבים המחוברים ביניהם ליחידה אחת).

האיור שלפניכם מציג תמונה מוגדלת של מעגל משולב: מעגל חשמלי המכיל רכיבים רבים המחוברים ביניהם, ומיוצר כולו כיחידה אחת על גבי שבב סיליקון:

י

הטכנולוגיה המשמשת כיום לייצור של מעגלים אלקטרוניים היא שיטת הפוטוליתוגרפיה, או בתרגום לעברית "הדפסה באמצעות אור". לצורך התהליך מוקרן אור דרך מסכה על מצע רגיש לאור (פוטורזיסט) ובסדרה של תהליכים כימיים יוצרים את התבנית הרצויה על החומר שמתחת למצע.

לפניכם תיאור שלבי תהליך  פוטוליתוגרפיה.

(F_light.litho_460x500.swf) יעלה בקרוב

בפוטוליתוגרפיה אפשר לבצע מגוון תהליכים: חפירה והוצאת חומר ממשטח, כיסוי משטח בחומר אחר, שינוי כימי של המשטח ו"קבירת" אטומים בחומר.

תהליך הפוטוליתוגרפיה הוא תהליך מסובך ורב שלבי. כדי לייצר שבב שיוכנס למכשיר אלקטרוני מודרני יש לחזור על התהליך הזה פעמים רבות, כשבכל שלב בליתוגרפיה, המסכה השונה ושבב הסיליקון חייבים להיות מוצבים בצורה מדויקת עד כדי ננומטרים ספורים  כדי שכל חומר יהיה במקומו הנכון ברכיב הסופי.

כיום בטכנולוגיה הזאת אפשר להגיע להדפסה של קווים שעוביים כ-50 ננומטר. בדרך זאת אפשר לדחוס בתוך שבב מאות מיליוני רכיבים אלקטרונים.

מהן המגבלות בהכנת מבני ננו בשיטת הפוטוליתוגרפיה ?

1. בעיה סביבתית – תהליכי הפוטוליתוגרפיה בזבזניים מאוד בשימוש בחומר, שמים חומרים, במטרה להסיר את רובם בסופו של דבר. כמו כן, לתהליכים האלה דרושים ממסים חזקים המזיקים לסביבה.
2. מגבלת המזעור –  בשיטת הפוטוליתוגרפיה המקובלת כיום משתמשים בקרינה  אולטרה- סגולה (UV) המאפשרת את המזעור הטוב ביותר כיום. אך גם באמצעות הקרינה הזאת, רוחבו של הפס הדק המדויק ביותר שאפשר ליצור בשיטת הפוטוליתוגרפיה הוא כ- 50 ננומטר, בגלל אי הדיוק שנוצר בקצות הצל שיוצרת המסכה.

התמונות מתארות את הצל  שנוצר כשהאצבע מצויה במרחקים שונים מן המשטח.

א.                                                                          ב.

סמנו נכון /לא נכון 

את מגבלת המזעור בתהליך אפשר להדגים כך:

מכיוון שברכיבים קטנים לבעיית טשטוש הגבולות של הצל (שמגדיר היכן ישאר והיכן יוסר הפולימר הרגיש לאור)  יש משמעות רבה, הדבר מציב מגבלה על גודל המזעור.

י

ליתוגרפיה באמצעות קרן אלקטרונים

שיטה נוספת ליצירת רכיבים בעלי ממדים ננומטרים היא ליתוגרפיה באמצעות קרן אלקטרונים.

בשיטה זו משתמשים בקרן של אלקטרונים כדי לצייר את התבנית הרצויה היישר על גבי משטח הסיליקון. תנועת הקרן נשלטת באמצעות מחשב שאליו הוזנה התבנית הרצויה.
האיור שלפניכם מתאר בצורה סכמתית את תהליך הליתוגרפיה באמצעות קרן אלקטרונים:

(F_electron.litho_460x500.swf) יעלה בקרוב

ועכשיו תורכם...

התבוננו באיור וסמנו לגבי כל אחד מן המשפטים שלפניכם אם הוא נכון או לא נכון, בנוגע לתהליך הליתוגרפיה באמצעות קרן אלקטרונים: 
הסימון על גבי הלוח נעשה דרך מסכה. נא לבחור תשובה נכון לא נכון הסימון על גבי הלוח נעשה באופן ישיר על ידי קרן האלקטרונים. נא לבחור תשובה נכון לא נכון הקטנת התבנית נעשית באמצעות עדשות. נא לבחור תשובה נכון לא נכון     קרן האלקטרונים מסמנת את תוואי התבנית הרצויה. נא לבחור תשובה נכון לא נכון קרן האלקטרונים מסמנת את אזורי הלוח שיש להסיר. נא לבחור תשובה נכון לא נכון

בפוטוליתוגרפיה אפשר לבצע מגוון תהליכים: חפירה והוצאת חומר ממשטח, כיסוי משטח בחומר אחר, שינוי כימי של המשטח ו"קבירת" אטומים בחומר.

 י

החסרונות של ליתוגרפיה באמצעות קרן אלקטרונים הם:

• הכלים המשמשים בטכנולוגיית קרן האלקטרונים עדיין יקרים מאוד כיום לצורך ייצור המוני של מעגלים ורכיבים.
• קרן האלקטרונים משמשת למעשה כעין עט שבו משתמשים לציור של כל אחת מן התבניות בנפרד, והדבר גורם לתהליך להיות איטי ויקר.
• כמו בפטוליתוגרפיה גם בתהליך זה  מסירים חומר מיותר בעזרת חומרים כימיים מזיקים.

בתמונה שלפניכם מוצג מכשיר המשמש לליתוגרפיה באמצעות קרן אלקטרונים. המכשיר הזה הוא למעשה מיקרוסקופ אלקטרונים סורק.

With permission of University of Cambridge