En artículos anteriores, presentamos la fabricación de obleas, los procesos de oxidación y una historia parcial de los circuitos integrados. Ahora, continuemos explorando el proceso de fotolitografía, que transfiere los patrones del circuito electrónico a la oblea. La fotolitografía es similar a tomar fotografías con una cámara de película, pero ¿cómo funciona exactamente?

Fotolitografía, similar al revelado de fotografías en blanco y negro.

La fotolitografía, comúnmente conocida como "foto", recibe su nombre por su proceso de transferir diseños de circuitos a obleas exponiendo los patrones a través de una fotomáscara. Crear réplicas en obleas es similar a revelar películas en blanco y negro en papel fotosensible.

A medida que los patrones de circuitos se vuelven cada vez más densos, los componentes de los chips también deben reducirse mediante procesos a nanoescala de alta precisión. La producción de estos patrones de circuitos más finos depende en gran medida del proceso de fotolitografía. Por lo tanto, a medida que los chips disminuyen de tamaño, la alta precisión y la tecnología de fotolitografía avanzada son esenciales.

Preparándose para dibujar patrones de circuitos en obleas

Echemos un vistazo más de cerca al proceso de fotolitografía. El primer paso es utilizar un software de diseño asistido por computadora (EDA) para diseñar los patrones de circuito que se dibujarán en la oblea. Sobre el lienzo de este patrón de circuito electrónico, los ingenieros crearán un diseño diseñado con precisión que determinará el nivel de integración del chip semiconductor.

Creando fotomáscaras que funcionan de manera similar a los negativos fotográficos.

Utilizando cromo (Cr), los microcircuitos se transfieren a un sustrato de vidrio hecho de cuarzo ultrapuro para crear la fotomáscara que representa el diseño del circuito. La fotomáscara, también conocida como retícula, funciona como una película fotográfica y refleja los patrones del circuito. Para lograr patrones más finos, la fotomáscara se diseña para que sea mucho más grande que las dimensiones del circuito y luego se contrae ópticamente sobre la oblea usando lentes ópticos.

El proceso de fotolitografía incluye etapas de recubrimiento, exposición y desarrollo.

1. Recubrimiento: Se recubre una capa de fotorresistente (PR) sobre la superficie de la oblea.

Una vez completada la preparación, el siguiente paso es dibujar patrones en la oblea. Primero, se aplica uniformemente una capa de fotorresistente (PR) que es sensible a la luz sobre la superficie de la oblea. Esto hace que la oblea actúe como papel fotosensible utilizado para revelar fotografías. La capa fotorresistente debe ser delgada y uniforme, además de altamente sensible a la luz ultravioleta para producir patrones de circuitos precisos y de alta calidad.

2. Exposición: Los patrones del circuito se dibujan en la oblea usando luz.

Mediante el uso de un paso a paso, el diseño del circuito en la fotomáscara se proyecta y se transfiere a la oblea recubierta con fotorresistente mediante luz ultravioleta. Este proceso se llama "exposición paso a paso". Debido a la alta precisión requerida para los chips semiconductores, el área de exposición se puede seleccionar y controlar con precisión.

3. Desarrollo: Los patrones de circuitos se forman a través del proceso de desarrollo.

El último paso del proceso de fotolitografía se llama revelado, que es similar al proceso de revelado de una fotografía. Este paso es crucial ya que determina la forma final de los patrones del circuito en la oblea. A medida que la solución reveladora se rocía sobre la oblea, se produce la eliminación selectiva de ciertas áreas para crear el patrón deseado.

El fotorresistente puede ser positivo o negativo, dependiendo de su reacción a la luz. Si se utiliza un fotorresistente positivo, las áreas expuestas a la luz (expuestas) se eliminan durante el revelado, dejando atrás las áreas no expuestas. Por el contrario, si se utiliza un fotorresistente negativo, ocurre lo contrario.

Una vez completado el paso de revelado, finaliza el proceso de fotolitografía. Se utilizan varios instrumentos, incluidos microscopios ópticos, para inspeccionar cuidadosamente la oblea. Sólo las obleas que pasan todas las inspecciones pasan al siguiente paso.

En este artículo, presentamos el proceso de fotolitografía, que implica proyectar diseños de circuitos precisos en la oblea. Estén atentos a la siguiente parte de esta serie, donde aprenderemos cómo eliminar selectivamente materiales innecesarios mediante el proceso de grabado para crear los patrones de circuito deseados en la oblea.