طباعة ضوئية

النقش الضوئي/الطباعة الضوئية Photolithography هي طريقة ضوئية كيميائية لتجهيز ألواح طباعة الأوفست ويكون الشكل المعدِّ للطبع في مستوى الخلفية نفسه ـ غير الطابعة ـ المحيطة بالشكل على سطح اللوح. وطباعة الأوفست مؤسسة على حقيقة عدم امتزاج الزيت بالماء. فيتم تجهيز المساحات التي يراد طبعها بمعالجة كيميائية تجعل هذه المساحات ذات قابلية طاردة للماء الذي تبثه أُسطوانات تسوية مشبعة بالماء، فيتم ترطيب الأجزاء غير الطابعة. وهذه القابلية نفسها تجعل من السهل على أُسطوانات التحبير الأخرى معاودة تحبير الأشكال الطابعة بالحبر الدهني، مع عدم المساس بالخلفية غير الطابعة التي يقوم الماء بحمايتها أثناء عملية الطبع.

ولايتم طبع الأشكال المحبَّرة على الورق بطريقة مباشرة، بل يتم نقلها من سطح اللوح الطباعي بطريقة إسقاط الشكل على سطح غطاء مطاطي لأسطوانة آلة الطباعة التي تقوم بدورها بإسقاطه على الورق. وطباعة الليثوغرافيا، أو الأوفست تُعْرف بأحد اسميها المختصرين ليثو أو أوفست.

The wafer track portion of an aligner that uses 365 nm ultraviolet light.

. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

 تجهيز النسخة السالبة

Karl Süss manual contact aligner for small volume processing.

أولى خطوات التجهيز في الطباعة الضوئية هي تصوير المادة المعدة للطباعة، بما فيها النماذج المطبوعة للتصحيح (التجارب). وتتشابه هذه العملية مع عملية الإعداد للحفر الضوئي. تصوَّر المواد موحدة الكثافة متضمنة التجارب، بينما تُصوَّر المواد مدرَّجة الكثافة منفصلة عنها، حيث تُصوَّر بمرشح شبكي لتحويل أجزائها المظللة إلى مساحات نقطية. وبعد تجهيز النسخ السالبة تجمع على نسخة تجميع بالنسق الذي ستظهر به متونًا ورسومًا توضيحية بعد الطباعة. بعد ذلك، تُنْقل المواد المصورة في نسخة التجميع على ألواح طباعة الأوفست.

 تجهيز لوح الطباعة

يتم إعداد أنواع كثيرة من ألواح طباعة الأوفست، ولكن الأنواع الأكثر استعمالاً تقع في ثلاث مجموعات: 1- ألواح المعالجة السطحية 2- ألواح المعالجة العميقة 3- ألواح المعادن المزدوجة.

 ألواح المعالجة السطحية

The filtered fluorescent lighting in photolithography cleanrooms contains no ultraviolet or blue light in order to avoid exposing photoresists. The spectrum of light emitted by such fixtures gives virtually all such spaces a bright yellow color.

تُصنع عادة في شكل ألواح رقيقة من معدن الألومنيوم المغطى بطبقة من مادة حساسة للضوء. ويقوم فني التجهيز بطلاء المادة الحساسة على سطح اللوح، أو الاعتماد على ألواح سابقة التحسيس وتكون تامة التحسيس عند شرائها، وتُحفظ بعيدًا عن الضوء إلى حين استعمالها. أما الألواح التي يقوم فني الحفر بطلائها، فيجب استعمالها خلال فترة قصيرة، إذ إن طول التخزين يساعد على تصلب المادة الحساسة للضوء مما يجعلها غير صالحة للاستعمال.

وتُفْرَد نسخة التجميع السالبة على سطح اللوح داخل إطار يعمل بالتفريغ الهوائي، وتُسلَّط إضاءة قوية على سطح اللوح من خلال سوالب نسخة التجميع، فتتصلب المادة الحسَّاسة للضوء، تحت الأجزاء الشفافة من النسخ السالبة. وتقوم الأجزاء المعتمة في النسخ السالبة بحجب الضوء عن المادة الحساسة فتحتفظ بطبيعتها الرخوة. ويتم بعد ذلك سكب محلول يعرف باسم حبر التظهير على سطح اللوح الذي تم تعريضه للضوء. ويُغسل اللوح بعد ذلك بالماء. فيزول ماتبقى من المادة الرخوة من المساحات غير الطابعة. وتبقى على السطح المساحات الصلبة الطاردة للماء والقابلة للتحبير.

تطور طول موجة الطباعة الضوئية المناظرة لمختلف المصادر الضوئية. يجدر ذكر أن نفس مصدر الضوء قد يـُستعمل لعدة أجيال تكنولوجية.

 ألواح المعالجة العمقية

تجهَّز بطريقة شبيهة بألواح المعالجة السطحية. ولكن نسخة التجميع المعتمدة تكون من نُسخ موجبة وليست سالبة. وللحصول على نسخة موجبة، يُعاد تصوير النسخة السالبة أو تطبع على الورق الفيلمي الشفاف. وتفرد نسخة التجميع الموجبة على سطح اللوح المعالج بالمادة الحساسة للضوء. وبعد التعريض للإضاءة، تتصلب الأجزء الفاتحة ـ غير الطابعة ـ وتُزال المادة الرخوة من الأجزاء الطابعة. ثم تُعالج هذه الأجزاء بالحموض التي تقوم بإذابة طبقة رقيقة من مستوى السطح هي حدود الشكل المراد طبعه. بعد ذلك، تتم معالجة هذا الجزء بمحلول الْلَّك لتكون أكثر قابلية للتحبير.

 ألواح المعادن المزدوجة

Changing the lithography wavelength is significantly limited by absorption. Air absorbs below ~ 185 nm.

تُصنع من نوعين من المعادن، طبقة فوق طبقة. والنحاس أحد هذه المعادن وله قابلية طبيعية للتحبير. والمعدن الآخر هو معدن الكروم أو الألومنيوم، أو معدن آخر له قابلية جذب الماء. ويكوّن النحاس الطبقة السفلى أو العليا مع المعدن الآخر. وعند التجهيز للحفر، يمكن استعمال نسخ التجميع بنوعيها السالب والموجب. ومن هذه الألواح المزدوجة نوع يكثر استعماله، وهو مكون من طبقة من الكروم فوق طبقة من النحاس. وتفرد نسخة موجبة على سطح الكروم المعالج بمادة التحسيس الضوئي. ويُعرَّض للإضاءة فتتصلب المساحات غير الطابعة. وبعد إزالة ما تبقى من مادة التحسيس الرخوة، تبقى بعض مساحات معدن الكروم بدون حماية، فتقوم الحموض بإزالتها فتنكشف الطبقة النحاسية أسفلها. ويتم في الوقت نفسه إزالة القشرة الصلبة من الأجزاء المتبقية من طبقة الكروم ـ غير الطابعة ـ بقابليتها للترطيب بالماء.

 الحفر الضوئي

•  مقالة مفصلة: الحفر الضوئي

الحفر الضوئي طريقة للحفر، تجهَّز فيها الأشكال الطابعة تحت مستوى المساحات غير الطابعة في سطح اللوح. وتُستعمل هذه الطريقة لتجهيز الأسطح المطلية بطبقة نحاسية من الأسطوانات الضخمة الملحقة بآلة الطباعة، أو الألواح الرقيقة التي تثبَّت على أُسطوانات طابعة. وعند عملية الطبع تدور الأسطوانات داخل مستودع للحبر، فتمتلئ به الخلايا الغائرة في الأشكال المحفورة على السطح الطباعي. ويقوم نصل رفيع بمسح الحبر من الأجزاء غير الطابعة في السطح. ويتم ضغط الورق فوق الأسطوانات، فينتقل الحبر إلى الورق.

تجهيز اللوح أو الأسطوانة للحفر الضوئي الغائر (الحفر الضوئي).

 تجهيز النسخة السالبة

يجب تصوير كل المادة المعدَّة للطباعة بطريقة الحفر الضوئي. وطريقة التصوير الضوئي لاتختلف كثيرًا عن الطرق المتبعة في تصوير مواد الطباعة البارزة ـ الحروفية ـ وطباعة الليثو، ولكنها تختلف في عدم استعمال المرشِّح الشبكي لتصوير المواد المدرَّجة التظليل، بل يتم تجهيز نسخ موجبة شفافة ـ من النسخ السالبة. ويتم تبويب هذه النسخ الموجبة من متون ورسوم توضيحية تمامًا كما ستظهر بعد الطباعة. وبدلاً من تعريضها للإضاءة فوق لوح محسَّس للضوء، يتم تعريضها للإضاءة فوق قطعة من الورق الكربوني. وهو نوع من الورق المعالج بمادة جيلاتينية حساسة للضوء، سبق تعريضه للإضاءة خلف مرشح شبكي يُعرف باسم مرشح الحفر الضوئي. أما ترتيب خطوط شبكية هذا المرشح، فتختلف عن خطوط الشبكية المستعملة في تصوير المواد المعدة للطباعة البارزة. فهي ليست سوداء متعامدة مكونة لمربعات شفافة، بل هي على العكس من ذلك، خطوط شفافة تتعامد فتكوِّن مربعات معتمة. وبعد التعريض للإضاءة خلف مرشح الحفر الضوئي، تصبح قطعة الورق الكربوني حاملة للشكل الخفيّ للتقسيم الشبكي، وقد تصلبت خطوطه من تأثير الإضاءة.

بعد ذلك تُطبع الأشكال الموجبة على الورق الكربوني بعد إعداده. وعندما يسقط الضوء النافذ من أجزاء الصور الموجبة على المربعات الجيلاتينية تتصلب بدرجات متفاوتة. فالأجزاء الداكنة في الصور الموجبة تمنع الضوء من الوصول إلى مربعات الجيلاتين على اللوح، فتحافظ على رخاوتها. أما المساحات الفاتحة في النسخ الموجبة. فتمكن كميات من الضوء كبيرة من الوصول إلى الجيلاتين فتتصلب مربعات الجيلاتين تحت هذه المساحات.

تجهير (عمقي) بالأحماض للوح طباعة (أوفست).

 حفر اللوح أو الأسطوانة بالأحماض

يتم وضع الورق الكربوني على اللوح النحاسي، أو سطح الأسطوانة المطلي بالنحاس بجانبه المغطى بالجيلاتين، ملاصقًا للنحاس ويُغمر بالماء. وعندما تبتل طبقة الجيلاتين يُنزع الغلاف الورقي. وتكرر العملية إلى أن يزال كل أثر للجيلاتين المذاب. وتبقى آلاف المربعات الصغيرة متفاوتة السُمك من مادة الجيلاتين الصلبة على السطح المعدني. وتغطي أكثر الحبيبات المربعة سمكًا الأماكن الواقعة تحت المساحات الفاتحة من الصور الموجبة (بينما تكون أقل المربعات سمكًا تحت المساحات الداكنة).

وبعد ذلك، تبدأ عملية الحفر، فتأخذ الأحماض في إحداث تآكل السطح النحاسي من خلال فجوات الطبقة الجيلاتينية المتفاوتة السُمك، مخلفة خلايا أو ثقوبًا صغيرة على السطح النحاسي. ويكون التأثير الحمضي أسرع بين فجوات الأجزاء الرقيقة، ويكون بطيئًا وضحلاً في الأجزاء السميكة. وفي أثناء الطباعة تتكوَّن الأجزاء الداكنة من المساحات ذات الخلايا العميقة، الأكثر احتفاظًا بالحبر، بينما تبقى الخلايا الضحلة أقل احتفاظًا بالحبر، فينحصر تأثيرها في طباعة الظلال الفاتحة.

ويمكن التعرف على طباعة الحفر الضوئي من ظهور المعالجة النقطية في طباعة كل من الرسوم التوضيحية والمتون. أما الطباعة الحروفية البارزة، وطباعة الليثو، فالرسوم التوضيحية المظللة وحدها هي التي تنفرد بهذه المعالجة.

 انظر أيضا

• أنواع بديلة من الطباعة الضوئية
  • nanoimprint lithography
  • dip-pen nanolithography
  • soft lithography
  • الطباعة الضوئية المغناطيسية
• الطباعة الضوئية الحاسوبية
• stereolithography, a macroscale process used to produce three-dimensional shapes
• wafer foundry

. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

 المصادر

الموسوعة المعرفية الشاملة

• Eli Yablonovitch, Rutger B. Vrijen, <Optical projection lithography at half the Rayleigh resolution limit by two-photon exposure> http://www.ee.ucla.edu/labs/photon/pubs/ey1999oe382.pdf

• Advanced Metal Etching, http://www.metaletching.com/?OVRAW=Photo-etching&OVKEY=photo%20etching&OVMTC=standard&OVADID=484267021&OVKWID=1565069521

• Model Car Tech, http://modeltech.tripod.com/etching.htm

 وصلات خارجية

• BYU Photolithography Resources
• Semiconductor Lithography — Overview of lithography
• Optical Lithography Introduction — IBM site with lithography-related articles
• Immersion Lithography Article — Shows how depth-of-focus is increased with immersion lithography