Trong các bài viết trước, chúng tôi đã giới thiệu về chế tạo tấm bán dẫn, các quá trình oxy hóa và một phần lịch sử của mạch tích hợp. Bây giờ, chúng ta hãy tiếp tục khám phá quy trình quang khắc, quy trình này chuyển các mẫu mạch điện tử lên tấm bán dẫn. Quang khắc cũng tương tự như chụp ảnh bằng máy ảnh phim, nhưng nó hoạt động chính xác như thế nào?

Quang khắc, tương tự như phát triển ảnh đen trắng

Quang khắc, thường được gọi là "ảnh", được đặt tên theo quá trình chuyển các thiết kế mạch lên các tấm bán dẫn bằng cách phơi bày các mẫu thông qua một mặt nạ quang. Tạo bản sao trên tấm wafer cũng tương tự như phát triển phim đen trắng trên giấy cảm quang.

Khi các mẫu mạch ngày càng trở nên dày đặc, các thành phần chip cũng cần được giảm thiểu bằng cách sử dụng các quy trình nano có độ chính xác cao. Việc tạo ra các mẫu mạch mịn hơn này phụ thuộc rất nhiều vào quá trình quang khắc. Do đó, khi các con chip thu nhỏ kích thước, độ chính xác cao và công nghệ quang khắc tiên tiến là rất cần thiết.

Chuẩn bị vẽ các mẫu mạch trên tấm wafer

Chúng ta hãy xem xét kỹ hơn quá trình quang khắc. Bước đầu tiên là sử dụng phần mềm thiết kế có sự hỗ trợ của máy tính (EDA) để thiết kế các mẫu mạch được vẽ trên tấm bán dẫn. Trên canvas của mẫu mạch điện tử này, các kỹ sư sẽ tạo ra một bố cục được thiết kế chính xác để xác định mức độ tích hợp của chip bán dẫn.

Tạo mặt nạ ảnh có chức năng tương tự như âm bản ảnh

Sử dụng crom (Cr), các vi mạch được chuyển lên đế thủy tinh làm bằng thạch anh siêu tinh khiết để tạo ra mặt nạ quang đại diện cho thiết kế mạch. Mặt nạ quang, còn được gọi là mặt kẻ ô, có chức năng giống như phim chụp ảnh, phản ánh các mẫu mạch điện. Để đạt được các mẫu đẹp hơn, mặt nạ quang được thiết kế lớn hơn nhiều so với kích thước mạch điện và sau đó được thu nhỏ về mặt quang học trên tấm bán dẫn bằng cách sử dụng thấu kính quang học.

Quá trình quang khắc bao gồm các giai đoạn phủ, phơi sáng và phát triển.

1. Lớp phủ: Một lớp chất quang dẫn (PR) được phủ lên bề mặt của tấm bán dẫn.

Sau khi chuẩn bị xong, bước tiếp theo là vẽ các mẫu trên tấm wafer. Đầu tiên, một lớp chất quang dẫn (PR) nhạy với ánh sáng được phủ đều lên bề mặt của tấm bán dẫn. Điều này làm cho tấm bán dẫn hoạt động như một loại giấy cảm quang được sử dụng trong việc rửa ảnh. Lớp quang điện cần phải mỏng và đồng đều, cũng như có độ nhạy cao với tia cực tím để tạo ra các mẫu mạch chính xác và chất lượng cao.

2. Phơi sáng: Các mẫu mạch được vẽ trên wafer bằng ánh sáng.

Bằng cách sử dụng một bước, thiết kế mạch trên mặt nạ quang được chiếu và chuyển lên tấm bán dẫn được phủ chất quang dẫn sử dụng tia cực tím. Quá trình này được gọi là "phơi nhiễm từng bước và lặp lại". Do yêu cầu độ chính xác cao đối với chip bán dẫn nên vùng tiếp xúc có thể lựa chọn và kiểm soát chính xác.

3. Phát triển: Các mẫu mạch được hình thành trong quá trình phát triển.

Bước cuối cùng của quá trình quang khắc được gọi là rửa ảnh, tương tự như quá trình rửa ảnh. Bước này rất quan trọng vì nó quyết định hình dạng cuối cùng của các mẫu mạch trên tấm bán dẫn. Khi dung dịch dành cho nhà phát triển được phun lên tấm bán dẫn, việc loại bỏ có chọn lọc một số khu vực nhất định sẽ diễn ra để tạo ra mẫu mong muốn.

Chất quang dẫn có thể dương hoặc âm, tùy thuộc vào phản ứng của nó với ánh sáng. Nếu sử dụng chất quang dẫn dương, các vùng tiếp xúc với ánh sáng (phơi sáng) sẽ bị loại bỏ trong quá trình phát triển, để lại các vùng không được phơi sáng. Ngược lại, nếu sử dụng chất quang dẫn âm thì điều ngược lại sẽ xảy ra.

Sau khi hoàn thành bước phát triển, quá trình quang khắc cũng kết thúc. Nhiều dụng cụ khác nhau, bao gồm kính hiển vi quang học, được sử dụng để kiểm tra cẩn thận tấm bán dẫn. Chỉ những tấm wafer vượt qua tất cả các cuộc kiểm tra mới tiến hành bước tiếp theo.

Trong bài viết này, chúng tôi đã giới thiệu quy trình quang khắc, bao gồm việc chiếu các thiết kế mạch chính xác lên tấm bán dẫn. Hãy theo dõi phần tiếp theo của loạt bài này, nơi chúng ta sẽ tìm hiểu cách loại bỏ có chọn lọc các vật liệu không cần thiết thông qua quá trình khắc axit để tạo ra các mẫu mạch mong muốn trên tấm bán dẫn.