Dans des articles précédents, nous avons présenté la fabrication des plaquettes, les processus d'oxydation et une histoire partielle des circuits intégrés. Continuons maintenant à explorer le processus de photolithographie, qui transfère les motifs des circuits électroniques sur la plaquette. La photolithographie est similaire à la prise de photos avec un appareil photo argentique, mais comment fonctionne-t-elle exactement ?

Photolithographie, similaire au développement de photos en noir et blanc

La photolithographie, communément appelée « photo », doit son nom à son processus de transfert de conceptions de circuits sur des tranches en exposant les motifs à travers un photomasque. Créer des répliques sur des plaquettes est similaire au développement de films noir et blanc sur du papier photosensible.

À mesure que les modèles de circuits deviennent de plus en plus denses, les composants des puces doivent également être réduits à l’aide de processus nanométriques de haute précision. La production de ces modèles de circuits plus fins repose en grande partie sur le processus de photolithographie. Par conséquent, à mesure que la taille des puces diminue, une haute précision et une technologie de photolithographie avancée sont essentielles.

Se préparer à dessiner des motifs de circuits sur des plaquettes

Examinons de plus près le processus de photolithographie. La première étape consiste à utiliser un logiciel de conception assistée par ordinateur (EDA) pour concevoir les modèles de circuits à dessiner sur la tranche. Sur la toile de ce modèle de circuit électronique, les ingénieurs créeront une disposition conçue avec précision qui détermine le niveau d'intégration de la puce semi-conductrice.

Créer des photomasques qui fonctionnent de manière similaire aux négatifs photographiques

À l’aide de chrome (Cr), les microcircuits sont transférés sur un substrat de verre en quartz ultra-pur pour créer le photomasque qui représente la conception du circuit. Le photomasque, également connu sous le nom de réticule, fonctionne comme un film photographique, reflétant les motifs du circuit. Afin d'obtenir des motifs plus fins, le photomasque est conçu pour être beaucoup plus grand que les dimensions du circuit, puis rétréci optiquement sur la tranche à l'aide d'une optique à lentille.

Le processus de photolithographie comprend les étapes de revêtement, d’exposition et de développement.

1. Revêtement : Une couche de résine photosensible (PR) est appliquée sur la surface de la plaquette.

Une fois la préparation terminée, l’étape suivante consiste à dessiner des motifs sur la plaquette. Tout d’abord, une couche de résine photosensible (PR) sensible à la lumière est appliquée uniformément sur la surface de la plaquette. Cela fait que la plaquette agit comme du papier photosensible utilisé pour développer des photos. La couche de résine photosensible doit être fine et uniforme, ainsi que très sensible à la lumière ultraviolette pour produire des modèles de circuits précis et de haute qualité.

2. Exposition : Les motifs du circuit sont dessinés sur la plaquette à l’aide de la lumière.

À l'aide d'un stepper, la conception du circuit sur le photomasque est projetée et transférée sur la tranche recouverte de photorésiste à l'aide de lumière ultraviolette. Ce processus est appelé « exposition par étapes et répétitions ». En raison de la haute précision requise pour les puces semi-conductrices, la zone d'exposition est sélectionnable et contrôlée avec précision.

3. Développement : les modèles de circuits sont formés au cours du processus de développement.

La dernière étape du processus de photolithographie est appelée développement, qui est similaire au processus de développement d'une photographie. Cette étape est cruciale car elle détermine la forme finale des motifs de circuit sur la tranche. Lorsque la solution de développement est pulvérisée sur la tranche, une élimination sélective de certaines zones se produit pour créer le motif souhaité.

La résine photosensible peut être positive ou négative, selon sa réaction à la lumière. Si une résine photosensible positive est utilisée, les zones exposées à la lumière (exposées) sont supprimées lors du développement, laissant derrière elles les zones non exposées. À l’inverse, si une résine photosensible négative est utilisée, l’inverse se produit.

Une fois l’étape de développement terminée, le processus de photolithographie est terminé. Divers instruments, notamment des microscopes optiques, sont utilisés pour inspecter soigneusement la plaquette. Seules les tranches qui réussissent toutes les inspections passent à l’étape suivante.

Dans cet article, nous avons présenté le processus de photolithographie, qui consiste à projeter des conceptions de circuits précises sur la tranche. Restez à l'écoute pour la prochaine partie de cette série, où nous apprendrons comment éliminer sélectivement les matériaux inutiles grâce au processus de gravure pour créer les modèles de circuit souhaités sur la tranche.