Sistem Litografi Rasuk Elektron
Perintis dalam Zaman Ultra LSI
Komponen litar semikonduktor yang dipanggil LSI (litar bersepadu berskala besar) dibina dalam peranti elektronik yang kita gunakan setiap hari, seperti telefon bimbit, komputer peribadi, konsol permainan, kamera digital, peralatan audio, TV dan sebagainya. LSI terkini dipenuhi dengan lebih daripada satu bilion transistor. Sistem litografi rasuk elektron (selepas ini: sistem litografi EB) ialah instrumen yang memainkan peranan penting dalam penghasilan dan R&D peranti semikonduktor ini.
LSI-tongkat ajaib elektronik
Pada tahun 1945, komputer elektronik pertama di dunia "ENIAC" (Electronic Numerical Integrator and Computer) telah dibangunkan. Kira-kira 18,000 tiub vakum telah digunakan dan saiznya adalah sebesar 100 bilik tikar tatami apabila semua tiub vakum diletakkan rata. Ia amat berat, seberat 30 tan. Tetapi hari ini, dengan kemunculan LSI, komputer dengan prestasi sepuluh ribu kali lebih tinggi daripada "ENIAC" menjadi cukup kecil untuk dibawa dengan mudah. LSI ini, seperti "tongkat ajaib" adalah ketulan plastik hitam sebesar kepingan karamel, dengan banyak kaki seperti lipan. Di dalam, terdapat plat nipis bersaiz 1 hingga 2 sentimeter persegi. (Ini dipanggil kerepek. Inilah yang menjadikannya seperti tongkat sakti). Pada cip, terdapat corak litar yang sangat halus yang direka bentuk mengikut fungsi LSI. Dan corak litar yang sangat halus ini dilukis oleh Sistem Litografi EB.
Bagaimanakah cip LSI dibuat?
Corak LSI yang direka untuk tujuannya didedahkan oleh rasuk elektron kepada substrat kuarza (kebanyakannya bersaiz 152 mm x 152 mm) dengan filem kromium yang disalut dengan rintangan dan corak rintangan terbentuk dalam proses pembangunan. Goresan dilakukan menggunakan corak rintangan ini sebagai filem pelindung untuk membentuk filem kromium pelindung cahaya. Plat induk yang terhasil dipanggil photomask (bersamaan dengan filem fotografi). Pada masa ini, photomask arus perdana ialah photomask yang diperbesarkan yang empat hingga lima kali lebih besar daripada corak sebenar pada cip LSI. Topeng foto yang diperbesarkan biasanya dipanggil reticle.
Corak reticle dibakar pada wafer menggunakan peranti pemindahan cahaya yang dipanggil stepper atau pengimbas. Ini adalah prinsip yang sama seperti yang digunakan dalam percetakan fotografi. Reticle sepadan dengan filem fotografi, dan wafer sepadan dengan kertas fotografi. Perbezaan utama antara reticle dan filem ialah corak litar pada corak reticle jauh lebih halus daripada pada filem. LSI yang paling maju, seperti DRAM (elemen ingatan) dan MPU (elemen aritmetik), mempunyai corak yang sangat halus dengan lebar talian litar sekecil 45 nm pada wafer.
Ketepatan yang diperlukan untuk lebar garis 45 nm ini mampu membentuk corak pada bahan 152 mm x 152 mm persegi, kira-kira 0.2 m lebar garis (4 kali 50 nm) dalam ralat dimensi dan kedudukan kira-kira 2 hingga 5 nm. Selepas transkripsi corak, wafer dibangunkan, terukir dengan menggunakan rintangan sebagai filem pelindung, diproses untuk penyebaran, dan filem logam terbentuk, dsb.
Proses etsa daripada transkripsi corak diulang beberapa kali untuk membentuk cip LSI objektif. Cip LSI dipotong menjadi cip individu oleh pancaran laser dan dibina dalam pakej. Wafer adalah kristal tunggal silikon dengan diameter 200 mm atau 300 mm. Akhirnya, daripada wafer tunggal ini, beberapa ratus cip LSI dicipta.
Sebaliknya, semikonduktor kompaun seperti semikonduktor frekuensi tinggi yang digunakan dalam penguat pemancar/penerima telefon mudah alih dan semikonduktor optik yang mengawal laser sumber cahaya komunikasi optik mempunyai lebar talian litar yang sangat nipis iaitu 0.1 m atau kurang. Dan untuk proses ini sahaja, sistem litografi EB juga digunakan untuk melukis corak terus pada wafer tanpa menggunakan reticle.
Pen Rasuk Elektron Boleh Alih Bebas
Struktur Sistem Litografi EB
Rajah menunjukkan konfigurasi tipikal sistem pancaran titik. Rasuk elektron dipancarkan daripada sumber rasuk elektron, menumpu oleh kanta elektron pada bahan untuk membentuk bintik yang sangat kecil. Sebaliknya, data corak yang akan dilukis pernah disimpan dalam cakera keras yang disediakan bersama komputer yang digunakan untuk mengawal instrumen. Data ini kemudiannya dihantar dari cakera keras ke sistem kawalan blanking dan sistem kawalan pesongan rasuk melalui sistem pemprosesan data berkelajuan tinggi. Rasuk dihidupkan dan dimatikan dalam litar kosong untuk melukis corak, dan dipesongkan ke kedudukan yang ditetapkan dengan pergerakan litar pemesong. Corak dilukis seperti yang direka, menggunakan gabungan pergerakan pancaran elektron dan pentas. Untuk mengawal pergerakan pentas dengan tepat, sistem interferometri laser digunakan. Sistem pancaran titik tersebut digunakan untuk penyelidikan dan pembangunan peranti semikonduktor generasi akan datang oleh litografi pancaran elektron langsung dan untuk pengeluaran peranti semikonduktor frekuensi tinggi dan peranti semikonduktor optik. Sebaliknya, sistem rasuk berbentuk berubah-ubah digunakan untuk pengeluaran reticle. Sistem ini berdasarkan konsep menukar bentuk rasuk daripada titik kepada segi empat tepat dan telah membuat satu kejayaan dalam litografi berkelajuan tinggi. Dalam kaedah ini, corak litografi dibahagikan kepada segi empat tepat, yang kemudiannya dilitograf oleh rasuk elektron segi empat tepat dengan saiz berubah-ubah, seolah-olah mengecap. Sistem ini digunakan setiap hari di tapak pengeluaran sebagai peralatan utama untuk litografi reticle.
