במאמרים קודמים, הצגנו ייצור פרוסות, תהליכי חמצון והיסטוריה חלקית של מעגלים משולבים. כעת, הבה נמשיך לחקור את תהליך הפוטוליתוגרפיה, אשר מעביר את דפוסי המעגל האלקטרוני אל הפרוסה. פוטוליטוגרפיה דומה לצילום במצלמת פילם, אבל איך זה עובד בדיוק?

פוטוליטוגרפיה, בדומה לפיתוח תמונות בשחור לבן

פוטוליתוגרפיה, המכונה בדרך כלל "צילום", נקראת על שם תהליך העברת עיצובי המעגלים על גבי פרוסות על ידי חשיפת הדפוסים דרך פוטומסכת. יצירת העתקים על פרוסות דומה לפיתוח סרטים בשחור-לבן על נייר רגיש לאור.

ככל שדפוסי המעגל נעשים צפופים יותר ויותר, יש להפחית גם את רכיבי השבבים באמצעות תהליכים ננומטריים בעלי דיוק גבוה. ייצור דפוסי מעגלים עדינים יותר מסתמך במידה רבה על תהליך הפוטוליתוגרפיה. לכן, כאשר שבבים מתכווצים בגודלם, דיוק גבוה וטכנולוגיית פוטוליתוגרפיה מתקדמת חיוניים.

מתכוננים לצייר דפוסי מעגלים על פרוסות

בואו נסתכל מקרוב על תהליך הפוטוליתוגרפיה. הצעד הראשון הוא להשתמש בתוכנת תכנון בעזרת מחשב (EDA) כדי לעצב את דפוסי המעגלים שיש לצייר על הפרוסה. על הבד של דפוס המעגל האלקטרוני הזה, המהנדסים ייצרו פריסה מתוכננת במדויק הקובעת את רמת האינטגרציה של שבב המוליכים למחצה.

יצירת פוטומסכות המתפקדות באופן דומה לתשלילים לצילום

באמצעות כרום (Cr), המיקרו-מעגלים מועברים על מצע זכוכית העשוי מקוורץ טהור במיוחד כדי ליצור את הפוטומסק המייצג את עיצוב המעגל. הפוטומסק, המכונה גם רשת, מתפקדת כמו סרט צילום, המשקף את דפוסי המעגל. על מנת להשיג דפוסים עדינים יותר, הפוטומסכת מתוכננת להיות גדולה בהרבה מממדי המעגל ולאחר מכן מתכווצת אופטית על גבי הריסה באמצעות אופטיקה של עדשה.

תהליך הפוטוליתוגרפיה כולל שלבי ציפוי, חשיפה ופיתוח.

1. ציפוי: שכבת פוטו-רזיסט (PR) מצופה על פני השטח של הפרוסה.

עם סיום ההכנה, השלב הבא הוא לצייר דפוסים על הוופל. ראשית, שכבת פוטו-רזיסט (PR) רגישה לאור מוחלת באופן שווה על פני השטח של הפרוסה. זה גורם לופל לפעול כנייר רגיש לאור המשמש לפיתוח תמונות. שכבת הפוטו-רזיסט צריכה להיות דקה ואחידה, כמו גם רגישה מאוד לאור אולטרה סגול כדי לייצר דפוסי מעגל איכותיים ומדויקים.

2. חשיפה: תבניות המעגל משורטטות על הוופל באמצעות אור.

על ידי שימוש בסטפר, עיצוב המעגל על ​​הפוטומסק מוקרן ומועבר על גבי הפרוסה המצופה ב-photoresist באמצעות אור אולטרה סגול. תהליך זה נקרא "חשיפה של צעד וחוזר". בשל הדיוק הגבוה הנדרש עבור שבבי מוליכים למחצה, אזור החשיפה ניתן לבחירה ומבוקר בצורה מדויקת.

3. התפתחות: דפוסי מעגל נוצרים בתהליך הפיתוח.

השלב האחרון בתהליך הפוטוליתוגרפיה נקרא פיתוח, הדומה לתהליך של פיתוח צילום. שלב זה הוא מכריע מכיוון שהוא קובע את הצורה הסופית של דפוסי המעגל על ​​גבי הפרוסה. כאשר תמיסת המפתחים מותזת על גבי הפרוסה, מתרחשת הסרה סלקטיבית של אזורים מסוימים כדי ליצור את התבנית הרצויה.

הפוטורסיסט יכול להיות חיובי או שלילי, בהתאם לתגובתו לאור. אם נעשה שימוש בפוטו-רזיסט חיובי, האזורים החשופים לאור (נחשפים) מוסרים במהלך הפיתוח, ומשאירים מאחור את האזורים הלא-נחשפים. לעומת זאת, אם נעשה שימוש בפוטו-רזיסט שלילי, ההפך מתרחש.

לאחר השלמת שלב הפיתוח, תהליך הפוטוליתוגרפיה מסתיים. מכשירים שונים, כולל מיקרוסקופים אופטיים, משמשים כדי לבדוק בקפידה את הפרוסה. רק פרוסות שעוברות את כל הבדיקות ממשיכות לשלב הבא.

במאמר זה, הצגנו את תהליך הפוטוליתוגרפיה, הכולל הקרנת עיצובים מדויקים של מעגלים על הפרוסה. הישארו מעודכנים לחלק הבא בסדרה זו, בו נלמד כיצד להסיר חומרים מיותרים באופן סלקטיבי בתהליך התחריט כדי ליצור את דפוסי המעגלים הרצויים על גבי הפרוס.