Fotolitografía

Obleas fotolitografiadas.

La fotolitografía es un proceso empleado en la fabricación de dispositivos semiconductores o circuitos integrados. El proceso consiste en transferir un patrón desde una fotomáscara (denominada retícula) a la superficie de una oblea. El silicio, en forma cristalina, se procesa en la industria en forma de obleas. Las obleas se emplean como sustrato litográfico, no obstante existen otras opciones como el vidrio, zafiro, e incluso metales. La fotolitografía (también denominada "microlitografía" o " nanolitografía") trabaja de manera análoga a la litografía empleada tradicionalmente en los trabajos de impresión y comparte algunos principios fundamentales con los procesos fotográficos.

Procesos de la fotolitografía

Un ciclo típico de procedimientos en la fotolitografia podría constar de los siguientes procesos:

  • Preparación del sustrato. Se empieza depositando una capa de metal conductivo de varios nanómetros de grosor sobre el sustrato.
  • Aplicación de las resinas fotoresistentes. Se aplica sobre la capa metálica otra capa de resina fotosensible. Suele ser una sustancia que cambia sus características químicas con la exposición a la luz (generalmente radiación ultravioleta).
  • Introducción en el horno (calentamiento ligero). En esta etapa se fijan las resinas sobre el sustrato de silicio.
  • Exposición a la luz. Se usa una placa (denominada fotomáscara) con áreas opacas y transparentes con el patrón a imprimir. La fotomáscara se coloca interponiéndose entre la placa preparada y la fuente luminosa, de este modo, se exponen a la luz, sólo unas partes de la fotorresina, mientras que otras quedan ocultas en la oscuridad.

La luz que se utiliza tiene una longitud de onda en la zona ultravioleta (UV) del espectro. Cuanto más corta la longitud de onda, mayor la resolución que se puede alcanzar, por lo que siempre se han ido buscado fuentes de luz (lámparas o láseres) con menor longitud de onda. Inicialmente se utilizaron lámparas de mercurio (Hg), y posteriormente empezaron a utilizarse láseres de excímero, con longitudes de onda aún más cortas. Actualmente se utilizan principalmente los láseres de KrF, con la longitud de onda de 248nm y ArF, con una longitud de onda de 193nm, que es lo que se conoce como Ultravioleta profundo (Deep UV o DUV en inglés)

  • Revelado. En esta fase, la fotoresistencia está preparada para reaccionar de forma diferente a un ataque químico, dejando el patrón de la fotomáscara grabado en la placa.
  • Introducción en el horno (calentamiento fuerte). Se fijan los cambios que la impresión ha realizado anteriormente.
  • Aplicación del ácido nítrico o agua fuerte. Se limpian los restos de las resinas fotorresistentes, dejando la oblea con las marcas originales de la fotomáscara.
Un spinner empleado para aplicar una capa fotosensible a la superficie de una oblea de silicio.

Las salas blancas donde se realizan estas operaciones suelen estar libres de partículas en suspensión, así como de la exposición a luces azules o ultravioletas, con el objeto de evitar tanto la contaminación del proceso como la exposición indeseada de las fotorresinas. El espectro de luz empleado para la iluminación de los procesos es de color amarillo, para evitar cualquier tipo de reflejo.

La litografía se emplea en este complejo proceso de elaboración ya que se tiene un completo control del tamaño y dimensiones de las partes impresas sobre las obleas de silicio, además de poder trasladar los patrones de la fotomáscara a toda la superficie de la oblea al mismo tiempo. Una de las principales desventajas, de este procedimiento, son las necesarias dependencias de un sustrato, además el método no se puede usar en la generación de imágenes que no son planas. A este inconveniente habría que añadir las extremas condiciones de limpieza requeridas cuando se tratan las obleas. Cuando se elabora un circuito integrado complejo, (por ejemplo un dispositivo CMOS) la oblea pasa por el ciclo unas cincuenta veces. Para la elaboración de un transistor de capa delgada ( TFT) el proceso de fotolitografía se ejecuta unas cuantas veces.

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