Litografía para semiconductores y fabricación de dispositivos

La litografía de semiconductores es un proceso fundamental en el desarrollo y la fabricación de circuitos integrados, sensores, electrónica de potencia, empaquetado avanzado, MEMS y otros dispositivos microelectrónicos. Utiliza luz para crear patrones en sustratos recubiertos de fotorresist, definiendo estructuras funcionales como rutas conductoras, áreas de contacto, electrodos, capas de dispositivos, vías e interconexiones.

La fotolitografía convencional transfiere estos patrones mediante fotomáscaras físicas. Este método está ampliamente establecido y resulta muy rentable para la fabricación estandarizada de semiconductores en grandes volúmenes. Sin embargo, cada modificación del diseño puede requerir una nueva máscara, lo que aumenta los costes de utillaje, los plazos de entrega y la complejidad del proceso de desarrollo.

La litografía sin máscara, también conocida como litografía de escritura directa, transfiere los datos digitales del diseño directamente al sustrato recubierto de resist. Dado que el patrón de exposición se genera digitalmente, es posible modificar los diseños sin fabricar una nueva máscara física. Esto permite realizar iteraciones más rápidas, obtener una mayor flexibilidad de estructuración y lograr un procesamiento más económico en la investigación de semiconductores, el desarrollo de procesos, la creación de prototipos, las líneas piloto y la producción de alta variedad.

Para los procesos que siguen basándose en la exposición convencional mediante máscaras, determinados sistemas de Heidelberg Instruments también pueden utilizarse para fabricar fotomáscaras de alta calidad. Esto ofrece a los usuarios la flexibilidad de elegir entre la estructuración directa del sustrato y la fabricación interna de fotomáscaras, en función de los requisitos del proceso, el volumen de producción y los equipos existentes.
Obtenga más información sobre nuestras soluciones para la fabricación de fotomáscaras.

¿Por qué utilizar litografía sin máscara?

• No se requiere fotomáscara: transfiera los diseños digitales directamente al sustrato sin crear una nueva máscara física para cada iteración del diseño.
• Iteraciones de diseño más rápidas: modifique los diseños digitalmente y pase rápidamente de los cambios de diseño a los experimentos físicos.
• Alineación multicapa flexible: alinee nuevos patrones con estructuras existentes y compense las desviaciones inducidas por el proceso.
• Capacidad para producción de alta variedad y bajo volumen: procese de forma eficiente diferentes diseños de dispositivos, pequeñas cantidades y diseños específicos para cada aplicación.

El reto: un desarrollo más rápido y una mayor flexibilidad

El desarrollo de semiconductores suele implicar procesos de fabricación complejos y multicapa. Cada capa adicional de litografía puede requerir otra fotomáscara, una alineación precisa con las estructuras existentes y una amplia optimización del proceso.

Por ello, los equipos de desarrollo y producción deben afrontar varios retos clave:

• Altos costes de las máscaras y largos plazos de entrega: los dispositivos multicapa y los cambios frecuentes de diseño pueden requerir numerosas fotomáscaras, lo que aumenta los costes de utillaje y prolonga los ciclos de desarrollo.
• Optimización de procesos e iteración de diseños lentas: evaluar diferentes geometrías, dimensiones y parámetros de proceso puede requerir mucho tiempo cuando los cambios importantes en el diseño requieren una nueva máscara o un ciclo completo de procesamiento de la oblea.
• Alineación multicapa exigente: las sucesivas capas del dispositivo deben alinearse con precisión con las estructuras existentes, compensando al mismo tiempo las desviaciones de posición, rotación, escala y ortogonalidad introducidas durante los pasos de proceso anteriores.
• Requisitos de alta variedad y bajo volumen: los entornos de investigación, líneas piloto y producción especializada, como el encapsulado avanzado, los MEMS, los sensores, la electrónica de potencia y la optoelectrónica, requieren la flexibilidad necesaria para procesar económicamente pequeñas cantidades, múltiples variantes de dispositivos y diseños específicos para cada aplicación.
• Sustratos exigentes: las obleas de semiconductores compuestos, las muestras pequeñas, los sustratos deformados, las láminas delgadas y las superficies con topografía existente pueden requerir una manipulación adaptable y un enfoque fiable.
• Datos de diseño sensibles: enviar los diseños a un proveedor externo de máscaras puede plantear consideraciones adicionales relacionadas con el tratamiento de datos y la propiedad intelectual.

La solución: litografía sin máscara de precisión

La tecnología de litografía láser sin máscara de Heidelberg Instruments proporciona la flexibilidad necesaria para afrontar estos retos. En lugar de esperar a una nueva fotomáscara, los usuarios pueden actualizar el diseño digital y pasar directamente a la siguiente exposición.

En función del sistema seleccionado y de los requisitos de la aplicación, la litografía sin máscara puede ofrecer:

• Estructuración digital directa y rápida adaptación del diseño: pase directamente de los datos CAD a la exposición, modifique los diseños entre ciclos y evalúe múltiples variantes de dispositivos o procesos sin fabricar una nueva fotomáscara.
• Alineación multicapa avanzada: alinee los patrones con las estructuras existentes y compense las desviaciones de posición, rotación, escala y ortogonalidad. En función del sistema seleccionado, la alineación frontal y posterior puede facilitar flujos de trabajo multicapa complejos.
• Estructuración versátil de resist y en tres dimensiones: procese fotorresist delgados y gruesos para aplicaciones que van desde estructuras de dispositivos finas hasta estructuras de alta relación de aspecto. La litografía en escala de grises también permite crear perfiles de resist 2,5D y tridimensionales controlados.
• Procesamiento flexible de sustratos exigentes: en función de la configuración del sistema, es posible procesar obleas completas, paneles, muestras pequeñas, sustratos delgados o gruesos, láminas y otros sustratos no estándar mediante portamuestras específicos para cada aplicación. El enfoque automático dinámico ayuda a mantener la calidad de exposición en superficies deformadas, onduladas o con estructuras topográficas. Para aplicaciones orientadas a la producción, el MLA 300 Maskless Aligner combina la exposición flexible mediante escritura directa con la automatización industrial y el procesamiento de alto rendimiento para sustratos de hasta 300 × 300 mm.

Del diseño digital al dispositivo semiconductor

La litografía sin máscara establece un vínculo directo entre el diseño digital del dispositivo y la fabricación física de semiconductores. Un flujo de trabajo típico comienza con un diseño CAD, seguido de su conversión en datos de exposición y de la estructuración directa de un sustrato recubierto de resist.

Este flujo de trabajo digital permite a los ingenieros comparar múltiples diseños de dispositivos y parámetros de proceso en un único sustrato, adaptar los diseños a dados, muestras o estructuras existentes específicos y reducir el tiempo de respuesta entre los cambios de diseño y los experimentos físicos.

En determinados sistemas, el modo Draw proporciona un nivel adicional de flexibilidad al permitir crear estructuras individuales directamente sobre la imagen microscópica en vivo del sustrato. Esto puede resultar útil para añadir marcadores, etiquetas, conexiones eléctricas u otras estructuras específicas de la aplicación sin tener que crear un diseño completamente nuevo.

Una plataforma de litografía para múltiples aplicaciones de semiconductores

Las soluciones de litografía sin máscara de Heidelberg Instruments pueden cubrir una amplia gama de aplicaciones de semiconductores y microelectrónica, desde la investigación inicial y el desarrollo de procesos hasta la producción piloto y la fabricación especializada.

• Dispositivos semiconductores y circuitos integrados: creación rápida de prototipos y desarrollo de procesos para estructuras de dispositivos e interconexiones.
• Encapsulado avanzado: estructuración flexible para estructuras de encapsulado, capas de redistribución y procesos específicos para cada aplicación.
• MEMS y sensores: estructuras multicapa, de alta relación de aspecto y en escala de grises para dispositivos mecánicos y de detección.
• Electrónica de potencia y semiconductores compuestos: procesamiento adaptable de materiales de sustrato exigentes y geometrías de dispositivos especializadas.
• Fotónica y optoelectrónica: estructuración de alta resolución y en escala de grises para estructuras ópticas y electroópticas.

Explore nuestras aplicaciones de microelectrónica y nanoelectrónica para obtener más información sobre los procesos y tecnologías de litografía relacionados.

La experiencia de Heidelberg Instruments

Heidelberg Instruments ofrece una amplia cartera de soluciones de litografía para la investigación, el desarrollo, la creación de prototipos, la producción piloto y la fabricación industrial de semiconductores. La cartera incluye alineadores sin máscara, sistemas de escritura directa por láser y equipos de fabricación de fotomáscaras para litografía binaria, en escala de grises, de alta relación de aspecto y multicapa.

Con diferentes plataformas de sistemas, conceptos de exposición, longitudes de onda, modos de escritura, opciones de manipulación de sustratos y niveles de automatización, los usuarios pueden seleccionar una solución adaptada a la resolución, el rendimiento, el proceso de resist, el formato del sustrato y el entorno de producción requeridos.

En función de la aplicación, la cartera incluye:

• MLA 300 Maskless Aligner, una solución de litografía sin máscara orientada a la producción para sustratos de hasta 300 × 300 mm, que combina la estructuración digital directa con la automatización y la integración industrial.
• VPG 300 DI Maskless Stepper, una solución de escritura directa para la estructuración a escala de oblea y el desarrollo de procesos, que combina una exposición de alta resolución con la flexibilidad de la litografía sin máscara.
• DWL 66⁺ Laser Lithography System, una plataforma versátil de investigación y creación de prototipos para escritura directa de alta resolución, incluida la litografía en escala de grises y las microestructuras complejas.
• Soluciones para la fabricación de fotomáscaras, sistemas para investigación, desarrollo y fabricación industrial de fotomáscaras cuando se prefiere la exposición convencional mediante máscaras.

En conjunto, estas tecnologías permiten cubrir flujos de trabajo de semiconductores que van desde muestras de investigación individuales y pequeños fragmentos de oblea hasta el procesamiento automatizado de obleas y la fabricación orientada a la producción.

De la investigación a la producción

Heidelberg Instruments combina la flexibilidad de la escritura directa con soluciones de litografía escalables para las diferentes etapas del flujo de trabajo de fabricación de semiconductores. Los usuarios pueden comenzar con una creación rápida de prototipos sin máscara, optimizar su proceso y pasar a sistemas más automatizados u orientados a la producción a medida que aumentan los requisitos de rendimiento, tamaño del sustrato e integración del proceso.

Esta gama de soluciones ayuda a los fabricantes de semiconductores, institutos de investigación y desarrolladores de tecnología a reducir los tiempos de iteración, gestionar procesos de alta variedad y seleccionar el método de litografía más adecuado para cada etapa de fabricación.

Explore nuestras soluciones de litografía para semiconductores

Descubra cómo los sistemas de litografía de Heidelberg Instruments pueden ayudar a acelerar el desarrollo de semiconductores, simplificar las iteraciones de diseño y proporcionar la flexibilidad necesaria para procesos de microfabricación exigentes.

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