Stepper

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Un stepper de lámpara de vapor de mercurio a la Facultad de Ciéncia i Tecnologia de Cornell NanoScal.

Un stepper (Tecnología de semiconductores) es un dispositivo utilizado en la fabricación de circuitos integrados que es similar en funcionamiento a un proyector de portaobjetos o una ampliadora fotográfica. El término "stepper" es una abreviatura de cámara de paso-y-repetición. Los steppers son una parte esencial del complejo proceso, denominado fotolitografia, que crea millones de elementos microscópicos de circuito sobre la superficie de chips minúsculos de silicio. Estos chips forman el núcleo de los circuitos integrados como procesadores de ordenador, chips de memoria, y otros muchos dispositivos.

La función del stepper en la fotolitografia[editar]

Antes de los steppers, las obleas fueron expuestas a alineadores máscara. Los elementos que más tarde se crearon en los circuitos integrados se reproducen en un patrón de zonas transparentes y opacas en la superficie de una placa de cuarzo llamado fotomasquia o retículo. El stepper, pasa la luz a través de la red, formando una imagen de la modelo de este. La imagen está centrada y reducida por una lente, y se proyecta sobre la superficie de un oblea de silicio que está cubierto con un material foto-sensible llamado fotoprotección.

Después de la exposición en el stepper, el oblea recubierta se desarrolla como una película fotográfica, lo cual hace que el "photoresist" se disuelva en determinadas zonas según la cantidad de luz que las zonas han recibido durante la exposición. Estas áreas de "photoresist" y no "photoresist" reproducen el patrón en la retícula. El oblea desarrollada es entonces expuesta a ácidos u otras sustancias químicas. El ácido expulsa el silicio en las partes de la oblia que ya no están protegidas por el recubrimiento de "photoresist". Las otras sustancias químicas sirven para cambiar las características de la siliciona en las áreas desnudas. Entonces el oblea es limpiada y recubierta con "photoresist", a continuación se pasa a través del stepper otro golpe en un proceso que crea el circuito sobre el silicio, capa por capa. El proceso entero es gritado fotolitografia o ingeniería de foto.

Cuando el oblia es procesada en el stepper, el patrón de la retícula (el cual puede contener un número de patrones de chip individuales) es expuesto repetidamente por encima de la superficie de la oblia en una cuadrícula. El stepper recibe su nombre del hecho que mueve el oblia de un lugar a otro. Esto se consigue a través de mover el oblia adelante y atrás y de izquierda a derecha bajo la lente del stepper. Las generaciones anteriores de equipamiento fotolitográfico exponían el oblia entera, a la vegada; un stepper, por otro lado, trabaja sobre una área limitada, pero es capaz de conseguir una resolución más alta.

Desde el 2008, la mayoría de patrones más detallados dentro de la fabricación de circuitos integrados son transferidos utilizando un tipo de stepper llamado escáner, el cual mueve el oblia y la retícula, la uno respecto del otro, durante la exposición, como manera de incrementar la medida del área expuesta y aumentando y aumentando el rendimiento de la imagen de la lente.

Subconjuntos principales[editar]

Un stepper típico tiene los siguientes subconjuntos: cargador de oblies, etapa de oblia, sistema de alineación de la oblia, cargador de la retícula, etapa de la retícula, sistema de alineación de la retícula, lento de reducción y sistema de iluminación. Los programas de proceso por cada capa impresa en la oblia son ejecutados por un sistema de control que se encuentra centrado en un ordenador que almacena el programa de proceso, lo lee, y comunica con los diversos subconjuntos del stepper a la hora de llevar a cabo las instrucciones del programa. Los componentes del stepper son contenidos en un cuarto sellado la cual se mantiene a una temperatura precisa para impedir distorsiones en la impresión de patrones que podrían ser causadas por la expansión o contracción de la oblia debido a variaciones de temperatura. El cuarto también contiene otros sistemas que permiten el proceso, como aire acondicionado, fuentes de alimentación, tableros de control por los varios componentes eléctricos y otros.

Operación básica[editar]

Las oblies de silicio son cubiertos con "photoresist", y colocadas en una casete que aguanta un número de oblies. Esto es entonces colocado en una parte del stepper denominada el cargador de oblies, normalmente situado a la parte inferior del "stepper".

Un robot en el cargador del oblia toma una de las oblies de la casete y la carga sobre la etapa/escenario de oblies donde es alineada para habilitar otro, un proceso de alineación más preciso que tendrá lugar más adelante.

El patrón del circuito por cada chip es contenido en otro patrón grabado en cromo en la retícula, la cual es un plato de cuarzo transparente. Una retícula típica utilizada en steppers es de 6 pulgadas y tiene una área utilizable de 104mm por 132mm.

Una variedad de retícules, cada una apropiada por una etapa del proceso, son mantenidas en un estante en el cargador de retícula, normalmente situado a la parte superior del frente del stepper. Antes de que el oblia sea expuesta, una retícula es cargada a la etapa de retícules por un robot, donde es alineada de manera muy precisa. Dado que la misma retícula se puede utilizar para exponer muchas oblies, se carga antes de exponer una serie de oblies, y se realinea periódicamente.

Un golpe el oblia y la retícula son a lugar y alineadas, la etapa de oblies, la cual es movida de manera muy precisa en las direcciones X y Y (recto y relativo) con el método de vis sin fin o motores lineales, lleva el oblia de forma que el primero de los muchos patrones a ser expuestos sobre ella son localizados bajo la lente, directamente bajo la retícula.

A pesar de que el oblia es alineada un golpe es colocada sobre la etapa de oblia, esta alineación no es suficiente para asegurar que la capa de circuito que tiene que ser imprimida sobre el oblia cubre exactamente las capas anteriores que ya son allá. Es por eso, que cada "tiro" es alineado utilizando marcas especiales de alineamiento, las cuales están en el patrón por cada chip final de circuitos. Un golpe esta precisa alineación es completada, el "tiro" es expuesto a la luz desde el sistema de iluminación del stepper que pasa a través de la retícula, a través de una lente de reducción, y queda encima la superficie de la oblia. Un programa de proceso determina la longitud de la exposición, la retícula utilizada, así como otros factores que afectan la exposición.

Cada "tiro" es ubicado en un patrón de verja en la oblia y es, pues, expuesto mientras la oblia es movida adelante y atrás bajo la lente. Cuando todos los "tiros" en el oblia son expuestos, el oblia es descargada por el robot cargador de oblies, y otra oblia toma su lugar en la etapa. El oblia expuesta es finalmente movida hacia un desarrollador donde la resina fotosensible en su superficie es expuesta a sustancias químicas en desarrollo que limpian las áreas de la resina fotosensible, basándose en si fueron expuestos a la luz que pasó a través de la retícula o no. La superficie desarrollada es entonces sometida a otros procesos de fotolitografia.