W poprzednich artykułach przedstawiliśmy produkcję płytek, procesy utleniania i częściową historię układów scalonych. Teraz kontynuujmy badanie procesu fotolitografii, który przenosi wzory obwodów elektronicznych na płytkę. Fotolitografia przypomina robienie zdjęć aparatem na kliszę, ale jak to dokładnie działa?

Fotolitografia, podobna do wywoływania zdjęć czarno-białych

Nazwa fotolitografii, powszechnie nazywana „fotografią”, wzięła się od procesu przenoszenia projektów obwodów na płytki poprzez naświetlanie wzorów przez fotomaskę. Tworzenie replik na płytkach przypomina wywoływanie czarno-białych filmów na papierze światłoczułym.

Ponieważ układy obwodów stają się coraz gęstsze, elementy chipów również należy redukować za pomocą precyzyjnych procesów w nanoskali. Tworzenie tych drobniejszych wzorów obwodów opiera się w dużej mierze na procesie fotolitografii. Dlatego też, w miarę zmniejszania się rozmiaru wiórów, niezbędna jest wysoka precyzja i zaawansowana technologia fotolitografii.

Przygotowanie do rysowania wzorów obwodów na płytkach

Przyjrzyjmy się bliżej procesowi fotolitografii. Pierwszym krokiem jest użycie oprogramowania do projektowania wspomaganego komputerowo (EDA) w celu zaprojektowania wzorów obwodów, które mają zostać narysowane na płytce. Na kanwie tego wzoru obwodu elektronicznego inżynierowie stworzą precyzyjnie zaprojektowany układ, który określi poziom integracji układu półprzewodnikowego.

Tworzenie fotomasek, które działają podobnie do negatywów fotograficznych

Za pomocą chromu (Cr) mikroukłady są przenoszone na szklane podłoże wykonane z ultraczystego kwarcu w celu stworzenia fotomaski reprezentującej projekt obwodu. Fotomaska, zwana także siatką, działa jak klisza fotograficzna i odzwierciedla wzory obwodów. Aby uzyskać drobniejsze wzory, fotomaskę zaprojektowano tak, aby była znacznie większa niż wymiary obwodu, a następnie optycznie obkurczyła się na płytce za pomocą optyki soczewkowej.

Proces fotolitografii obejmuje etapy powlekania, naświetlania i wywoływania.

1. Powłoka: Na powierzchnię płytki nanoszona jest warstwa fotorezystu (PR).

Po zakończeniu przygotowań kolejnym krokiem jest narysowanie wzorów na waflu. Najpierw na powierzchnię płytki równomiernie nakłada się warstwę fotomaski (PR), która jest wrażliwa na światło. Dzięki temu opłatek pełni rolę papieru światłoczułego używanego przy wywoływaniu zdjęć. Aby uzyskać wysokiej jakości i precyzyjne wzory obwodów, warstwa fotorezystu musi być cienka i jednolita, a także bardzo wrażliwa na światło ultrafioletowe.

2. Ekspozycja: Wzory obwodów są rysowane na płytce za pomocą światła.

Za pomocą steppera projekt obwodu na fotomasce jest rzutowany i przenoszony na płytkę pokrytą fotomaską za pomocą światła ultrafioletowego. Proces ten nazywany jest „ekspozycją krokową i powtarzalną”. Ze względu na wysoką precyzję wymaganą w przypadku chipów półprzewodnikowych, obszar ekspozycji można wybierać i precyzyjnie kontrolować.

3. Rozwój: W procesie rozwoju powstają wzorce obwodów.

Ostatni etap procesu fotolitografii nazywa się wywoływaniem i jest podobny do procesu wywoływania fotografii. Ten krok jest kluczowy, ponieważ określa ostateczny kształt wzorów obwodów na płytce. Podczas natryskiwania roztworu wywoływacza na płytkę następuje selektywne usuwanie pewnych obszarów w celu uzyskania pożądanego wzoru.

Fotomaska ​​może być dodatnia lub ujemna, w zależności od reakcji na światło. W przypadku zastosowania fotomaski pozytywowej obszary wystawione na działanie światła (naświetlone) są usuwane podczas wywoływania, pozostawiając obszary nienaświetlone. I odwrotnie, jeśli zostanie użyty fotorezyst negatywowy, nastąpi odwrotna sytuacja.

Po zakończeniu etapu wywoływania proces fotolitografii zostaje zakończony. Do dokładnej kontroli płytki wykorzystuje się różne instrumenty, w tym mikroskopy optyczne. Do kolejnego etapu przechodzą wyłącznie wafle, które przejdą wszystkie kontrole.

W tym artykule przedstawiliśmy proces fotolitografii, który polega na rzutowaniu precyzyjnych projektów obwodów na płytkę. Bądź na bieżąco z kolejną częścią tej serii, w której dowiemy się, jak selektywnie usuwać niepotrzebne materiały w procesie trawienia, aby stworzyć pożądane wzory obwodów na płytce.