در مقالات قبلی، ساخت ویفر، فرآیندهای اکسیداسیون و تاریخچه جزئی مدارهای مجتمع را معرفی کردیم. اکنون، بیایید به بررسی فرآیند فوتولیتوگرافی، که الگوهای مدار الکترونیکی را به ویفر منتقل می‌کند، ادامه دهیم. فوتولیتوگرافی شبیه عکس گرفتن با دوربین فیلمبرداری است، اما دقیقا چگونه کار می کند؟

فوتولیتوگرافی، شبیه به توسعه عکس های سیاه و سفید

فوتولیتوگرافی که معمولاً به آن "عکس" می گویند، به دلیل فرآیند انتقال طرح های مدار بر روی ویفرها با افشای الگوها از طریق یک ماسک نوری نامگذاری شده است. ایجاد کپی روی ویفرها مشابه ساخت فیلم های سیاه و سفید روی کاغذ حساس به نور است.

همانطور که الگوهای مدار به طور فزاینده ای متراکم می شوند، اجزای تراشه نیز باید با استفاده از فرآیندهای نانویی با دقت بالا کاهش یابد. تولید این الگوهای مدار ظریف به شدت به فرآیند فوتولیتوگرافی متکی است. بنابراین، با کوچک شدن اندازه تراشه ها، دقت بالا و فناوری فوتولیتوگرافی پیشرفته ضروری است.

آماده شدن برای کشیدن الگوهای مدار روی ویفرها

بیایید نگاهی دقیق تر به فرآیند فوتولیتوگرافی بیندازیم. اولین قدم استفاده از نرم افزار طراحی به کمک کامپیوتر (EDA) برای طراحی الگوهای مداری است که روی ویفر کشیده می شود. بر روی بوم این الگوی مدار الکترونیکی، مهندسان یک طرح دقیق طراحی شده ایجاد می کنند که سطح یکپارچه سازی تراشه نیمه هادی را تعیین می کند.

ایجاد ماسک های عکس که عملکردی مشابه نگاتیوهای عکاسی دارند

با استفاده از کروم (Cr)، ریز مدارها بر روی یک بستر شیشه‌ای ساخته شده از کوارتز فوق‌العاده خالص برای ایجاد ماسک نوری که طراحی مدار را نشان می‌دهد، منتقل می‌شوند. ماسک نوری که به عنوان یک شبکیه نیز شناخته می شود، مانند فیلم عکاسی عمل می کند و الگوهای مدار را منعکس می کند. به منظور دستیابی به الگوهای ظریف تر، ماسک نوری بسیار بزرگتر از ابعاد مدار طراحی شده است و سپس با استفاده از اپتیک لنز به صورت نوری روی ویفر جمع می شود.

فرآیند فوتولیتوگرافی شامل مراحل پوشش دهی، نوردهی و توسعه است.

1. پوشش: یک لایه مقاوم نوری (PR) روی سطح ویفر پوشانده می شود.

با تکمیل آماده سازی، مرحله بعدی کشیدن الگوهای روی ویفر است. ابتدا یک لایه مقاوم به نور (PR) که به نور حساس است به طور یکنواخت روی سطح ویفر اعمال می شود. این باعث می شود ویفر به عنوان کاغذ حساس به نور مورد استفاده در ایجاد عکس عمل کند. لایه مقاوم نوری باید نازک و یکنواخت باشد و همچنین به نور فرابنفش بسیار حساس باشد تا الگوهای مداری با کیفیت و دقیق تولید کند.

2. نوردهی: الگوهای مدار با استفاده از نور روی ویفر کشیده می شوند.

با استفاده از استپر، طرح مدار روی ماسک نوری به تصویر کشیده شده و با استفاده از نور ماوراء بنفش بر روی ویفر پوشش داده شده با فوتوریست منتقل می شود. به این فرآیند «معرفی مرحله ای و تکراری» می گویند. با توجه به دقت بالای مورد نیاز برای تراشه های نیمه هادی، ناحیه نوردهی قابل انتخاب و کنترل دقیق است.

3. توسعه: الگوهای مدار از طریق فرآیند توسعه شکل می گیرند.

آخرین مرحله فرآیند فوتولیتوگرافی توسعه نامیده می شود که شبیه به فرآیند توسعه یک عکس است. این مرحله بسیار مهم است زیرا شکل نهایی الگوهای مدار روی ویفر را تعیین می کند. همانطور که محلول توسعه دهنده بر روی ویفر اسپری می شود، حذف انتخابی مناطق خاصی برای ایجاد الگوی مورد نظر اتفاق می افتد.

مقاومت نوری بسته به واکنش آن به نور می تواند مثبت یا منفی باشد. اگر از فوتوریست مثبت استفاده شود، نواحی در معرض نور (در معرض) در طول توسعه برداشته می‌شوند و نواحی در معرض نور باقی می‌مانند. برعکس، اگر از فتوریست نگاتیو استفاده شود، برعکس اتفاق می افتد.

پس از تکمیل مرحله توسعه، فرآیند فوتولیتوگرافی به پایان می رسد. ابزارهای مختلفی از جمله میکروسکوپ های نوری برای بررسی دقیق ویفر استفاده می شود. فقط ویفرهایی که تمام بازرسی ها را پشت سر بگذارند به مرحله بعدی می روند.

در این مقاله، فرآیند فوتولیتوگرافی را معرفی کرده‌ایم که شامل طرح‌های مداری دقیق بر روی ویفر است. با قسمت بعدی این مجموعه همراه باشید، جایی که ما یاد خواهیم گرفت که چگونه به طور انتخابی مواد غیر ضروری را از طریق فرآیند اچ حذف کنیم تا الگوهای مدار مورد نظر را روی ویفر ایجاد کنیم.