Fotolithografie

Fotolithografie is de standaardmethode voor de fabricage van printplaten (PCB's) en microprocessoren. Het proces maakt gebruik van licht om de geleidende paden van een PCB-laag en de paden en elektronische componenten in de siliciumwafer van microprocessoren te maken.

Het fotolithografieproces omvat blootstelling aan licht door een masker om het beeld van een circuit te projecteren, ongeveer zoals een negatief beeld in standaardfotografie. Dit proces verhardt een foto-resistieve laag op de PCB of wafer. De verharde gebieden blijven achter in de vorm van circuitbanen van PCB's en CPU's.  Onbelichte gebieden worden dan opgelost door een oplossingsbad, zoals een zuur bij natte methoden of plasma-achtige zuurstofionen bij droge methoden. Een PCB kan tot twaalf van deze lagen hebben en een processor tot meer dan dertig, waarbij sommige metallische geleidende lagen zijn en andere isolerende lagen. Andere stappen zijn onder meer het aanbrengen van geleidende metalen elementen.

Procesverkleining, ook wel matrijzenverkleining genoemd, is een van de belangrijkste manieren waarop de miniaturisatie van elektronische apparaten mogelijk wordt gemaakt. Bij fotolithografische procesverkleining gaat het om de miniaturisering van alle halfgeleiderelementen, met name transistoren. Processoren die op kleinere schaal worden gemaakt, betekenen over het algemeen meer CPU's per wafer, hetzij voor een goedkopere productie, hetzij voor een complexere en krachtigere processor in een gegeven matrijsgrootte. Vooruitgang in miniaturisatie bevordert ook hogere schakelsnelheden van transistors en een lager stroomverbruik, zolang er niet te veel stroomlekkage is (wat een van de uitdagingen is die met deze vooruitgang toenemen).

Technologiespeculanten hebben lang het einde voorspeld van fotolithografie als een levensvatbare methode om snellere en goedkopere processors te maken. Sinds de jaren tachtig werd gedacht dat het niet mogelijk zou zijn om een structuur kleiner dan één micrometer te produceren. Naarmate de technologie voortschrijdt, zijn er steeds kortere golflengtes van licht en steeds meer trucjes nodig om steeds kleiner te kunnen focussen. Door de steeds minuscule schaal kan een stofje een processor al ruïneren. Om het proces veilig te stellen, vindt fotolithografie plaats in zeer schone ruimten.

Processoren die in de jaren zeventig met vroegere methoden werden gemaakt, gebruikten gewoon wit licht om processoren op een schaal van 10 micrometer te maken.  Tegenwoordig gebruiken ze misschien extreem ultraviolet licht vanwege de kleinere golflengte. Het masker zou kunnen worden ondergedompeld in zeer zuiver gedeïoniseerd water, naast andere trucs, om de fabricage mogelijk te maken van processoren op een schaal van 22 nanometer met kenmerken die in feite kleiner zijn dan de golflengte van het gebruikte licht. De huidige processoren zijn zo klein dat alleen al een scanning-elektronenmicroscoop nodig is om hun structuren te observeren.

Zie een video over fotolithografie: