Λιθογραφία (lithography) είναι η διαδικασία αποτύπωσης (patterning) ορισμένων δομών, δηλαδή γεωμετρικών σχημάτων, πάνω σε κάποια επιφάνεια. Για να αποτυπωθούν αυτές οι δομές απαιτείται η χρήση μιας πρότυπης μάσκας, η οποία να έχει αποτυπωμένη πάνω της μια μήτρα αυτών των δομών. Ανάλογα με το είδος της ακτινοβολίας που χρησιμοποιείται, η λιθογραφία διακρίνεται σε οπτική λιθογραφία, λιθογραφία με ακτίνες Χ και λιθογραφία ηλεκτρονικής δέσμης Κατά την οπτική λιθογραφία (φωτολιθογραφία) η αποτύπωση γίνεται με τη διέλευση φωτός μέσα από τη μάσκα, η οποία είναι κατασκευασμένη από χαλαζία ή πλαστικό. Ο σχεδιασμός της μάσκας γίνεται με κλασικά προγράμματα σχεδίασης (AUTOCAD), για τις απλές διατάξεις. Η μάσκα διαθέτει σκοτεινές (μη διαπερατές από το φως) και φωτεινές (διαπερατές από το φως) περιοχές.
Τα βήματα της οπτικής λιθογραφίας που είναι:
α) Λεπτό στρώμα φωτοευαίσθητου πολυμερούς αποτίθεται στο δισκίο, το οποίο στη συνέχεια περιστρέφεται με υψηλή ταχύτητα, έτσι ώστε να εξαπλωθεί το πολυμερές, μέσω της φυγόκεντρου δύναμης. Ακολουθεί θέρμανση για την πλήρη απομάκρυνση του διαλύτη του πολυμερούς.
β) Το φωτοευαίσθητο πολυμερές ακτινοβολείται μέσα από τη μάσκα με τις διαφανείς και αδιαφανείς περιοχές, η οποία περιέχει το επιθυμητό σχήμα αποτύπωσης στο δισκίο. Το φως που περνά από τις διαφανείς περιοχές, προκαλεί χημικές αλλαγές στο φωτοευαίσθητο πολυμερές, οι οποίες ενισχύονται και με τη θέρμανση του δείγματος. Συγκεκριμένα, η ρητίνη όταν δέχεται το φως μπορεί είτε να φωτοαποικοδομείται είτε να σταθεροποιείται. Οπότε στην πρώτη περίπτωση το πολυμερές καταστρέφεται στις φωτεινές περιοχές της μάσκας, ενώ σταθεροποιείται στις σκοτεινές και το ακριβώς αντίθετο συμβαίνει στη δεύτερη περίπτωση.
γ) Ακολουθεί η εμφάνιση του πολυμερούς σε κατάλληλο εμφανιστή (συνήθως αραιό διάλυμα βάσης) που απομακρύνει το φωτοαποικοδομημένο πολυμερές. Έτσι, απομακρύνονται οι φωτισμένες περιοχές αφήνοντας άθικτες τις σκοτεινές (διεργασία θετικού τόνου), είτε οι σκοτεινές περιοχές αφήνοντας άθικτες τις φωτισμένες (διεργασία αρνητικού τόνου). Μετά το τέλος της εμφάνισης, στο πολυμερές έχει αποτυπωθεί είτε το σχήμα της μάσκας είτε το αρνητικό του.
Στην ηλεκτρονική λιθογραφία η αποτύπωση γίνεται με κατευθυνόμενη δέσμη ηλεκτρονίων, πολύ μικρής διαμέτρου. Με αυτό τον τρόπο είναι εφικτή η επίτευξη πολύ μικρών δομών (0,1 μm), αλλά η όλη διαδικασία είναι χρονοβόρα και απαιτεί πολύ ακριβό εξοπλισμό. Η κύρια χρήση της είναι η κατασκευή μασκών που χρησιμοποιούνται στην οπτική λιθογραφία, εφόσον είναι ο πιο ακριβής τρόπος αποτύπωσης ενός ηλεκτρονικού αρχείου σε μάσκα.
Η λιθογραφία ακτίνων Χ αποτελεί επέκταση της οπτικής λιθογραφίας σε μικρότερα μήκη κύματος, ώστε να γίνει εφικτή η κατασκευή όλο και μικρότερων δομών. Απαιτεί τη χρήση ειδικών μασκών (λεπτές μεμβράνες Si που ως σκοτεινές περιοχές έχουν παχύ στρώμα Au), αλλά και πολύ δαπανηρού εξοπλισμού, όπως ένα σύχνοτρο, μέσω του οποίου παράγονται οι ακτίνες Χ. Ίσως είναι ο μελλοντικός τρόπος λιθογραφίας για τη βιομηχανία της μικροηλεκτρονικής, εφόσον υπάρχει ένα όριο στο μικρότερο μήκος κύματος που μπορεί να χρησιμοποιηθεί στην οπτική λιθογραφία και αφορά την δυνατότητα εστίασης του ειδώλου της μάσκας.
Βιβλιογραφία:
Plummer, J.D., Deal, M.D., Griffin, P.B., Silicon VLSI Technology, Prentice Hall, New Jersey, 2000
Campbell, S.A.,The Science and Engineering of Microelectronic Fabrication, Oxford University Press, 2001