Negli articoli precedenti abbiamo introdotto la fabbricazione dei wafer, i processi di ossidazione e una storia parziale dei circuiti integrati. Ora continuiamo ad esplorare il processo di fotolitografia, che trasferisce i modelli dei circuiti elettronici sul wafer. La fotolitografia è simile allo scattare fotografie con una macchina fotografica a pellicola, ma come funziona esattamente?

Fotolitografia, simile allo sviluppo di foto in bianco e nero

La fotolitografia, comunemente chiamata "foto", prende il nome dal processo di trasferimento dei progetti di circuiti su wafer esponendo i modelli attraverso una fotomaschera. La creazione di repliche su wafer è simile allo sviluppo di pellicole in bianco e nero su carta fotosensibile.

Poiché gli schemi dei circuiti diventano sempre più densi, anche i componenti dei chip devono essere ridotti utilizzando processi su scala nanometrica ad alta precisione. La produzione di questi schemi circuitali più fini dipende in larga misura dal processo di fotolitografia. Pertanto, poiché i chip si riducono di dimensioni, sono essenziali l’alta precisione e la tecnologia fotolitografica avanzata.

Preparazione per disegnare schemi circuitali su wafer

Diamo uno sguardo più da vicino al processo di fotolitografia. Il primo passo consiste nell'utilizzare un software di progettazione assistita da computer (EDA) per progettare gli schemi circuitali da disegnare sul wafer. Sulla tela di questo modello di circuito elettronico, gli ingegneri creeranno un layout progettato con precisione che determina il livello di integrazione del chip semiconduttore.

Creazione di fotomaschere che funzionano in modo simile ai negativi fotografici

Utilizzando il cromo (Cr), i microcircuiti vengono trasferiti su un substrato di vetro di quarzo ultrapuro per creare la fotomaschera che rappresenta il design del circuito. La fotomaschera, nota anche come reticolo, funziona come una pellicola fotografica, riflettendo gli schemi del circuito. Per ottenere modelli più fini, la fotomaschera è progettata per essere molto più grande delle dimensioni del circuito e quindi rimpicciolita otticamente sul wafer utilizzando lenti ottiche.

Il processo di fotolitografia comprende le fasi di rivestimento, esposizione e sviluppo.

1. Rivestimento: uno strato di fotoresist (PR) viene rivestito sulla superficie del wafer.

Una volta completata la preparazione, il passo successivo è disegnare i motivi sul wafer. Innanzitutto, uno strato di fotoresist (PR) sensibile alla luce viene applicato uniformemente sulla superficie del wafer. Ciò fa sì che il wafer funga da carta fotosensibile utilizzata nello sviluppo di foto. Lo strato di fotoresist deve essere sottile e uniforme, nonché altamente sensibile alla luce ultravioletta per produrre schemi circuitali precisi e di alta qualità.

2. Esposizione: gli schemi circuitali vengono disegnati sul wafer utilizzando la luce.

Utilizzando uno stepper, il disegno del circuito sulla fotomaschera viene proiettato e trasferito sul wafer rivestito di fotoresist utilizzando la luce ultravioletta. Questo processo è chiamato "esposizione step-and-repeat". A causa dell'elevata precisione richiesta per i chip semiconduttori, l'area di esposizione è selezionabile e controllata con precisione.

3. Sviluppo: gli schemi circuitali si formano attraverso il processo di sviluppo.

L'ultimo passaggio del processo di fotolitografia è chiamato sviluppo, che è simile al processo di sviluppo di una fotografia. Questo passaggio è cruciale in quanto determina la forma finale dei modelli di circuito sul wafer. Quando la soluzione di sviluppo viene spruzzata sul wafer, avviene la rimozione selettiva di alcune aree per creare il modello desiderato.

Il fotoresist può essere positivo o negativo, a seconda della sua reazione alla luce. Se viene utilizzato un fotoresist positivo, le aree esposte alla luce (esposte) vengono rimosse durante lo sviluppo, lasciando dietro di sé le aree non esposte. Viceversa, se si utilizza un fotoresist negativo, avviene il contrario.

Una volta completata la fase di sviluppo, il processo di fotolitografia è terminato. Vari strumenti, inclusi i microscopi ottici, vengono utilizzati per ispezionare attentamente il wafer. Solo i wafer che superano tutte le ispezioni procedono alla fase successiva.

In questo articolo abbiamo introdotto il processo di fotolitografia, che prevede la proiezione di progetti di circuiti precisi sul wafer. Resta sintonizzato per la parte successiva di questa serie, in cui impareremo come rimuovere selettivamente i materiali non necessari attraverso il processo di incisione per creare i modelli di circuito desiderati sul wafer.