Em artigos anteriores, apresentamos a fabricação de wafers, processos de oxidação e uma história parcial de circuitos integrados. Agora, vamos continuar a explorar o processo de fotolitografia, que transfere os padrões do circuito eletrônico para o wafer. A fotolitografia é semelhante a tirar fotografias com uma câmera de filme, mas como funciona exatamente?

Fotolitografia, semelhante à revelação de fotos em preto e branco

A fotolitografia, comumente chamada de "foto", é nomeada por seu processo de transferência de projetos de circuitos para wafers, expondo os padrões por meio de uma máscara fotográfica. Criar réplicas em wafers é semelhante a revelar filmes em preto e branco em papel fotossensível.

À medida que os padrões de circuito se tornam cada vez mais densos, os componentes do chip também precisam ser reduzidos usando processos em nanoescala de alta precisão. A produção desses padrões de circuito mais finos depende muito do processo de fotolitografia. Portanto, à medida que os chips diminuem de tamanho, alta precisão e tecnologia avançada de fotolitografia são essenciais.

Preparando-se para desenhar padrões de circuito em wafers

Vamos dar uma olhada mais de perto no processo de fotolitografia. A primeira etapa é usar um software de design auxiliado por computador (EDA) para projetar os padrões de circuito a serem desenhados no wafer. Na tela desse padrão de circuito eletrônico, os engenheiros criarão um layout projetado com precisão que determinará o nível de integração do chip semicondutor.

Criação de máscaras fotográficas que funcionam de forma semelhante aos negativos fotográficos

Usando cromo (Cr), os microcircuitos são transferidos para um substrato de vidro feito de quartzo ultrapuro para criar a máscara fotográfica que representa o design do circuito. A fotomáscara, também conhecida como retículo, funciona como um filme fotográfico, refletindo os padrões do circuito. Para obter padrões mais finos, a máscara fotográfica é projetada para ser muito maior do que as dimensões do circuito e, em seguida, encolhida opticamente no wafer usando lentes ópticas.

O processo de fotolitografia inclui estágios de revestimento, exposição e revelação.

1. Revestimento: Uma camada de fotorresistente (PR) é revestida na superfície do wafer.

Com a preparação concluída, o próximo passo é desenhar padrões no wafer. Primeiro, uma camada de fotorresiste (PR) sensível à luz é aplicada uniformemente na superfície do wafer. Isso faz com que o wafer atue como papel fotossensível usado na revelação de fotos. A camada fotorresistente precisa ser fina e uniforme, bem como altamente sensível à luz ultravioleta para produzir padrões de circuito precisos e de alta qualidade.

2. Exposição: Os padrões do circuito são desenhados no wafer usando luz.

Usando um stepper, o desenho do circuito na máscara fotográfica é projetado e transferido para o wafer revestido com fotorresistente usando luz ultravioleta. Este processo é chamado de “exposição passo a passo”. Devido à alta precisão exigida pelos chips semicondutores, a área de exposição é selecionável e controlada com precisão.

3. Desenvolvimento: Os padrões de circuito são formados através do processo de desenvolvimento.

A última etapa do processo de fotolitografia é chamada de revelação, que é semelhante ao processo de revelação de uma fotografia. Esta etapa é crucial porque determina a forma final dos padrões do circuito no wafer. À medida que a solução reveladora é pulverizada no wafer, ocorre a remoção seletiva de certas áreas para criar o padrão desejado.

O fotorresistente pode ser positivo ou negativo, dependendo de sua reação à luz. Se for utilizado um fotorresiste positivo, as áreas expostas à luz (expostas) são removidas durante a revelação, deixando para trás as áreas não expostas. Por outro lado, se um fotorresiste negativo for usado, ocorre o oposto.

Concluída a etapa de revelação, o processo de fotolitografia está finalizado. Vários instrumentos, incluindo microscópios ópticos, são usados ​​para inspecionar cuidadosamente o wafer. Somente os wafers que passam em todas as inspeções passam para a próxima etapa.

Neste artigo, apresentamos o processo de fotolitografia, que envolve a projeção de designs de circuitos precisos no wafer. Fique ligado na próxima parte desta série, onde aprenderemos como remover seletivamente materiais desnecessários por meio do processo de gravação para criar os padrões de circuito desejados no wafer.