Chào quý đọc giả, theo bài viết trước của Ulvac về nguyên lý hoạt động của hệ thống máy khắc khô (dry etching), trước khi đưa wafer vào buồng etching, chúng đã được phủ lên 1 lớp bảo vệ gọi là photoresist (hay còn gọi là lớp nhạy sáng)
Quá trình phủ lớp photoresist để bảo vệ những phần nền được định hình sẵn, không cần được ăn mòn này được gọi là Quang khắc (Photolithography).
Quá trình này sử dụng ánh sáng để chuyển tải các mẫu thiết kế lên bề mặt vật liệu qua các lớp nhạy sáng (photoresist), giúp định hình các cấu trúc mạch điện hoặc các chi tiết vi mô
Quang khắc là một trong những bước quan trọng nhất trong quy trình sản xuất vi mạch bán dẫn.
Nguyên lý hoạt động của quang khắc có thể chia thành các bước cơ bản như sau:
- Chuẩn bị vật liệu
- Vật liệu nền, thường là wafer silicon, được làm sạch để loại bỏ bụi bẩn, dầu mỡ hoặc các tạp chất khác.
- Sau đó, một lớp vật liệu nhạy sáng, gọi là photoresist, được phủ lên bề mặt của wafer. Photoresist có khả năng phản ứng với ánh sáng và thay đổi tính chất khi tiếp xúc với ánh sáng.
- Phơi sáng (Exposing)
- Bước này là phần quan trọng của quang khắc. Một mẫu thiết kế (có thể là hình ảnh của mạch điện hoặc các chi tiết vi mô) được chuyển qua một bản phim quang (mask) và chiếu sáng lên bề mặt wafer đã phủ lớp photoresist.
- Ánh sáng chiếu vào sẽ làm thay đổi tính chất của lớp photoresist ở những vùng bị chiếu sáng. Tuỳ vào loại photoresist (positive hay negative), vùng này sẽ trở nên dễ dàng bị rửa trôi hoặc giữ lại.
- Hóa học và xử lý
- Sau khi phơi sáng, wafer được xử lý trong một dung dịch rửa (developer) để loại bỏ lớp photoresist đã bị thay đổi tính chất (những vùng đã bị chiếu sáng trong trường hợp photoresist positive hoặc những vùng không bị chiếu sáng trong trường hợp photoresist negative).
- Các vùng còn lại của photoresist sẽ vẫn bám chắc trên bề mặt wafer, tạo thành một lớp bảo vệ cho các khu vực không muốn bị thay đổi.
- Ăn mòn (Etching)
- Sau khi loại bỏ phần photoresist không cần thiết, wafer sẽ được đưa vào quá trình ăn mòn (etching), trong đó các khu vực không được bảo vệ sẽ bị ăn mòn bằng hóa chất hoặc bằng plasma (quá trình etching khô).
- Dry etching (khắc khô) giúp loại bỏ các lớp vật liệu trên bề mặt wafer, để lại các cấu trúc vi mô theo mẫu đã được tạo ra từ lớp photoresist.
- Loại bỏ lớp photoresist
- Sau khi hoàn thành quá trình ăn mòn, lớp photoresist sẽ được loại bỏ hoàn toàn bằng dung môi thích hợp, để lại một mẫu chi tiết và chính xác trên bề mặt wafer.
Ứng dụng của quang khắc:
- Quang khắc chủ yếu được sử dụng trong sản xuất vi mạch, chip bán dẫn, và mạch tích hợp (IC), nơi cần tạo ra các chi tiết cực kỳ nhỏ (tới mức nano mét). Quang khắc truyền thống có giới hạn về độ phân giải, nhưng công nghệ quang khắc tiên tiến như EUV (Extreme Ultraviolet Lithography) đang giúp vượt qua giới hạn này.
- Ngoài ra, quang khắc cũng được sử dụng trong các ứng dụng như chế tạo mạch in, sản xuất MEMS (Micro-Electro-Mechanical Systems), và tạo các cấu trúc vi mô cho nhiều loại thiết bị công nghệ cao.
Tóm lại, quang khắc là một quá trình cực kỳ quan trọng và phổ biến trong sản xuất bán dẫn, phục vụ cho các bước ăn mòn tiếp theo cho phép tạo ra các cấu trúc mạch điện cực kỳ nhỏ và chính xác trên bề mặt wafer, từ đó hình thành nên các vi mạch và chip bán dẫn mà chúng ta sử dụng trong các thiết bị điện tử hiện đại.
Ulvac hy vọng sau bài viết này quý đọc giả có thể có cái nhìn tổng quan về định nghĩa và nguyên lý hoạt động của quá trình quang khắc trong sản xuất vi mạch bán dẫn.
Nếu có thắc mắc hoặc cần hỗ trợ về các thiết bị chân không dùng trong bán dẫn, quý anh chị đừng ngại liên hệ đội ngũ Ulvac Việt Nam nhé, chúng tôi luôn sẵn sàng phục vụ quý khách hàng 24/7.
