Cebinizdeki akıllı telefonun işlemcisinde milyarlarca transistör olduğunu biliyorsunuz. Peki, insan saçından 10.000 kat daha ince olan bu devreler silikonun üzerine nasıl "çiziliyor"? Bir ressamın fırça kullanması gibi, mühendisler de ışığı kullanır. Bu sürecin adı Fotolitografidir. Ancak ışık tek başına yetmez; ışığa tepki veren, kimyasal bir tuvale ihtiyaç vardır. İşte bu yazıda, yarı iletken endüstrisinin belkemiği olan UV Litografi sürecini ve bu sürecin başrol oyuncusu Fotorezist Malzemeleri inceliyoruz.
Litografi, kelime anlamı olarak "taş baskı" demektir. Yarı iletken dünyasında ise bu, silikon bir wafer (pul) üzerine ultraviyole (UV) ışık kullanarak geometrik desenler aktarma sanatıdır.
Süreç, eski usul fotoğraf banyosuna benzer. Bir Maske (Reticle) üzerinde çipin devre şeması bulunur. UV ışığı bu maskeden geçer, mercekler yardımıyla küçültülür ve silikon yüzeye odaklanır. Ancak silikonun kendisi ışığa duyarlı değildir. İşte burada devreye Fotorezist girer.
Fotorezist, ışığa maruz kaldığında kimyasal yapısı değişen ışığa duyarlı bir polimer reçinedir. Çip üretiminde silikon wafer'ın üzerine ince bir film tabakası olarak (Spin Coating yöntemiyle) kaplanır.
Fotorezistlerin çalışma prensibi iki ana kategoride incelenir ve bu ayrım, üretilecek çipin mimarisini belirler:
Günümüzün yüksek teknolojili işlemcilerinde (CPU, GPU) en çok kullanılan türdür.
Nasıl Çalışır? Pozitif fotorezistin ışık (UV) gören kısımlarındaki polimer bağları zayıflar veya kopar.
Sonuç: Işık gören alanlar, geliştirici (developer) solüsyonu içinde çözünür ve yok olur. Işık görmeyen (maskelenmiş) alanlar ise wafer üzerinde kalır.
Avantajı: Çok daha yüksek çözünürlük sağlar. Nanometre seviyesindeki hassas devreler için idealdir.
Nasıl Çalışır? Negatif fotorezistin ışık gören kısımlarında polimerler çapraz bağlanır (cross-linking) ve sertleşir.
Sonuç: Işık gören alanlar yüzeyde kalırken, ışık görmeyen (gölgede kalan) kısımlar solüsyonla yıkanıp gider.
Kullanımı: Genellikle daha kalın devre yolları gerektiren MEMS (Mikro-Elektro-Mekanik Sistemler) veya daha eski teknolojilerde kullanılır. Yapışma özelliği daha güçlüdür ancak çözünürlüğü pozitife göre düşüktür.
Hazırlık ve Temizlik: Silikon wafer tozdan arındırılır.
Spin Coating (Döndürerek Kaplama): Sıvı fotorezist, wafer üzerine damlatılır ve wafer hızla döndürülerek (3000-6000 RPM) mikron inceliğinde homojen bir tabaka oluşturulur.
Soft Bake (Ön Pişirme): Solventin uçması için ısıtılır.
Pozlama (Exposure): Maske üzerinden UV ışığı (veya modern sistemlerde EUV) gönderilir.
Geliştirme (Development): Wafer özel bir kimyasal banyoya sokulur. Pozitif veya negatif olmasına göre istenmeyen kısımlar temizlenir.
Aşındırma (Etching): Artık desenimiz hazır! Fotorezistin korumadığı açıkta kalan silikon alanlar asit veya plazma ile aşındırılır.
Stripping (Temizleme): İşlevi biten fotorezist tabakası kimyasallarla sökülüp atılır.
Moore Yasası'nı (çip hızlarının her iki yılda bir artması) canlı tutmak için ışığın dalga boyunu küçültmek zorundayız. Geleneksel DUV (Derin Ultraviyole - 193nm) artık yerini EUV (Extreme Ultraviolet - 13.5nm) teknolojisine bırakıyor. Bu teknoloji, çok daha hassas ve kimyasal olarak gelişmiş yeni nesil fotorezistlere ihtiyaç duyuyor. Japonya ve ABD merkezli kimya devleri, moleküler düzeyde pürüzsüzlük sağlayan bu yeni malzemeler için kıyasıya bir yarış içinde.
Elinizdeki telefonun çalışmasını sağlayan milyarlarca transistör, aslında ışıkla sertleşen veya yumuşayan özel "plastiklerin" (fotorezistlerin) eseri. Yarı iletken endüstrisi, sadece elektronik mühendisliği değil, aynı zamanda zirve noktadaki polimer kimyasıdır.
