عملية أشباه الموصلات عملية كاملة من الطباعة الحجرية الضوئية

يتطلب تصنيع كل منتج من منتجات أشباه الموصلات مئات العمليات. نقسم عملية التصنيع بأكملها إلى ثماني خطوات:رقاقةالمعالجة – الأكسدة – الطباعة الحجرية الضوئية – النقش – ترسيب الأغشية الرقيقة – النمو الفوقي – الانتشار – زرع الأيونات.
ولمساعدتك على فهم أشباه الموصلات والعمليات ذات الصلة والتعرف عليها، سندفع مقالات WeChat في كل إصدار لتقديم كل خطوة من الخطوات المذكورة أعلاه واحدة تلو الأخرى.
لقد ذكرنا في المقال السابق أنه من أجل حمايةرقاقةمن الشوائب المختلفة، يتم صنع فيلم أكسيد - عملية الأكسدة. سنناقش اليوم "عملية الطباعة الحجرية الضوئية" لتصوير دائرة تصميم أشباه الموصلات على الرقاقة مع تشكيل فيلم الأكسيد.

 

عملية الطباعة الضوئية

 

1. ما هي عملية الطباعة الحجرية الضوئية

تهدف الطباعة الحجرية الضوئية إلى صنع الدوائر والمجالات الوظيفية اللازمة لإنتاج الرقائق.
يتم استخدام الضوء المنبعث من آلة الطباعة الحجرية الضوئية لكشف الطبقة الرقيقة المطلية بمقاوم الضوء من خلال قناع بنمط. سيغير مقاوم الضوء خصائصه بعد رؤية الضوء، بحيث يتم نسخ النمط الموجود على القناع إلى الفيلم الرقيق، بحيث يكون للفيلم الرقيق وظيفة مخطط الدائرة الإلكترونية. وهذا هو دور الطباعة الحجرية الضوئية، الذي يشبه التقاط الصور بالكاميرا. تتم طباعة الصور التي تلتقطها الكاميرا على الفيلم، في حين أن الطباعة الحجرية الضوئية لا تقوم بنقش الصور، ولكن مخططات الدوائر والمكونات الإلكترونية الأخرى.

الطباعة الحجرية الضوئية هي تقنية تصنيع دقيقة دقيقة

الطباعة الحجرية الضوئية التقليدية هي عملية تستخدم الضوء فوق البنفسجي بطول موجي يتراوح من 2000 إلى 4500 أنجستروم كحامل معلومات الصورة، وتستخدم مقاومة الضوء كوسيط وسيط (تسجيل الصورة) لتحقيق تحويل الرسومات ونقلها ومعالجتها، وفي النهاية تنقل الصورة المعلومات إلى الشريحة (شريحة السيليكون بشكل أساسي) أو الطبقة العازلة.
يمكن القول أن الطباعة الحجرية الضوئية هي أساس صناعات أشباه الموصلات والإلكترونيات الدقيقة والمعلومات الحديثة، وتحدد الطباعة الحجرية الضوئية بشكل مباشر مستوى تطوير هذه التقنيات.
في أكثر من 60 عامًا منذ الاختراع الناجح للدوائر المتكاملة في عام 1959، تم تقليل عرض خط رسوماتها بنحو أربعة أوامر من حيث الحجم، وتم تحسين تكامل الدوائر بأكثر من ستة أوامر من حيث الحجم. ويعزى التقدم السريع لهذه التقنيات بشكل رئيسي إلى تطوير الطباعة الحجرية الضوئية.

(متطلبات تكنولوجيا الطباعة الحجرية الضوئية في مختلف مراحل تطوير تصنيع الدوائر المتكاملة)

 

2. المبادئ الأساسية للطباعة الحجرية الضوئية

تشير مواد الطباعة الحجرية الضوئية بشكل عام إلى مقاومات الضوء، والمعروفة أيضًا باسم مقاومات الضوء، وهي المواد الوظيفية الأكثر أهمية في الطباعة الحجرية الضوئية. يتميز هذا النوع من المواد بخصائص تفاعل الضوء (بما في ذلك الضوء المرئي، والأشعة فوق البنفسجية، وشعاع الإلكترون، وما إلى ذلك). بعد التفاعل الكيميائي الضوئي، تتغير قابلية ذوبانه بشكل كبير.
من بينها، تزداد قابلية ذوبان مقاوم الضوء الإيجابي في المطور، والنمط الذي تم الحصول عليه هو نفس القناع؛ مقاوم الضوء السلبي هو العكس، أي أن الذوبان يتناقص أو حتى يصبح غير قابل للذوبان بعد تعرضه للمطور، والنمط الناتج يكون معاكسًا للقناع. تختلف مجالات التطبيق لكلا النوعين من مقاومات الضوء. يتم استخدام مقاومات الضوء الإيجابية بشكل أكثر شيوعًا، حيث تمثل أكثر من 80٪ من المجموع.

ما ورد أعلاه هو رسم تخطيطي لعملية الطباعة الحجرية الضوئية

 

(1) الإلتصاق:

وهذا يعني تشكيل طبقة مقاومة للضوء بسماكة موحدة، والتصاق قوي، وعدم وجود عيوب في رقاقة السيليكون. من أجل تعزيز الالتصاق بين الفيلم المقاوم للضوء ورقاقة السيليكون، غالبًا ما يكون من الضروري أولاً تعديل سطح رقاقة السيليكون بمواد مثل هيكساميثيلديسيلازان (HMDS) وتريميثيل سيليل ثنائي إيثيل أمين (TMSDEA). بعد ذلك، يتم تحضير الفيلم المقاوم للضوء عن طريق الطلاء الدوراني.

(2) الخبز المسبق:

بعد الطلاء بالدوران، يظل الفيلم المقاوم للضوء يحتوي على كمية معينة من المذيب. بعد الخبز في درجة حرارة أعلى، يمكن إزالة المذيب بأقل قدر ممكن. بعد الخبز المسبق، يتم تقليل محتوى مقاوم الضوء إلى حوالي 5%.

(3) التعرض:

أي أن مقاوم الضوء يتعرض للضوء. في هذا الوقت، يحدث تفاعل ضوئي، ويحدث فرق الذوبان بين الجزء المضاء والجزء غير المضاء.

(4) التطوير والتصلب:

المنتج مغمور في المطور. في هذا الوقت، ستذوب المنطقة المكشوفة من مقاوم الضوء الإيجابي والمنطقة غير المكشوفة من مقاوم الضوء السلبي في التطوير. يقدم هذا نمطًا ثلاثي الأبعاد. بعد التطوير، تحتاج الشريحة إلى عملية معالجة بدرجة حرارة عالية لتصبح طبقة صلبة، والتي تعمل بشكل أساسي على تعزيز التصاق مقاوم الضوء بالركيزة.

(5) النقش:

المادة الموجودة تحت مقاوم الضوء محفورة. ويشمل النقش الرطب السائل والحفر الجاف الغازي. على سبيل المثال، بالنسبة للحفر الرطب للسيليكون، يتم استخدام محلول مائي حمضي من حمض الهيدروفلوريك؛ بالنسبة للنقش الرطب على النحاس، يتم استخدام محلول حمض قوي مثل حمض النيتريك وحمض الكبريتيك، بينما يستخدم النقش الجاف غالبًا البلازما أو حزم الأيونات عالية الطاقة لإتلاف سطح المادة وحفرها.

(6) إزالة الصمغ:

وأخيرًا، يجب إزالة مقاوم الضوء من سطح العدسة. هذه الخطوة تسمى إزالة الصمغ.

السلامة هي القضية الأكثر أهمية في جميع عمليات إنتاج أشباه الموصلات. الغازات الرئيسية الخطرة والضارة للطباعة الحجرية في عملية الطباعة الحجرية للرقائق هي كما يلي:

 

1. بيروكسيد الهيدروجين

بيروكسيد الهيدروجين (H2O2) هو عامل مؤكسد قوي. الاتصال المباشر يمكن أن يسبب التهاب الجلد والعين والحروق.

 

2. الزيلين

الزيلين هو مذيب ومطور يستخدم في الطباعة الحجرية السلبية. إنه قابل للاشتعال وله درجة حرارة منخفضة تبلغ 27.3 درجة مئوية فقط (درجة حرارة الغرفة تقريبًا). وهو قابل للانفجار عندما يكون تركيزه في الهواء 1%-7%. الاتصال المتكرر مع الزيلين يمكن أن يسبب التهاب الجلد. بخار الزيلين حلو، يشبه رائحة الطائرة؛ التعرض للزيلين يمكن أن يسبب التهاب العينين والأنف والحنجرة. استنشاق الغاز يمكن أن يسبب الصداع، والدوخة، وفقدان الشهية والتعب.

 

3. هيكساميثيلديسيلازان (HMDS)

يتم استخدام سداسي ميثيل ديسيلازان (HMDS) بشكل شائع كطبقة تمهيدية لزيادة التصاق مقاوم الضوء على سطح المنتج. وهو قابل للاشتعال وله نقطة وميض تبلغ 6.7 درجة مئوية. وهو قابل للانفجار عندما يكون تركيزه في الهواء 0.8%-16%. يتفاعل HMDS بقوة مع الماء والكحول والأحماض المعدنية لإطلاق الأمونيا.

 

4. هيدروكسيد رباعي ميثيل الأمونيوم

يستخدم هيدروكسيد رباعي ميثيل الأمونيوم (TMAH) على نطاق واسع كمطور للطباعة الحجرية الإيجابية. إنها سامة ومسببة للتآكل. يمكن أن يكون مميتًا إذا تم ابتلاعه أو ملامسته للجلد بشكل مباشر. يمكن أن يسبب الاتصال بغبار أو ضباب TMAH التهابًا في العينين والجلد والأنف والحنجرة. استنشاق تركيزات عالية من TMAH سيؤدي إلى الوفاة.

 

5. الكلور والفلور

يُستخدم كل من الكلور (Cl2) والفلور (F2) في ليزر الإكسيمر كمصادر للضوء فوق البنفسجي العميق والأشعة فوق البنفسجية القصوى (EUV). كلا الغازين سامان، ويظهران باللون الأخضر الفاتح، ولهما رائحة مزعجة قوية. واستنشاق تركيزات عالية من هذا الغاز سيؤدي إلى الوفاة. قد يتفاعل غاز الفلور مع الماء لينتج غاز فلوريد الهيدروجين. غاز فلوريد الهيدروجين هو حمض قوي يهيج الجلد والعينين والجهاز التنفسي وقد يسبب أعراض مثل الحروق وصعوبة التنفس. يمكن أن تسبب التركيزات العالية من الفلورايد تسممًا لجسم الإنسان، مما يسبب أعراضًا مثل الصداع والقيء والإسهال والغيبوبة.

 

6. الأرجون

الأرجون (Ar) هو غاز خامل لا يسبب عادةً ضررًا مباشرًا لجسم الإنسان. في الظروف العادية، يحتوي الهواء الذي يتنفسه الإنسان على حوالي 0.93% من الأرجون، وليس لهذا التركيز أي تأثير واضح على جسم الإنسان. ومع ذلك، في بعض الحالات، قد يسبب الأرجون ضررًا لجسم الإنسان.
فيما يلي بعض المواقف المحتملة: في مكان ضيق، قد يزيد تركيز الأرجون، مما يقلل من تركيز الأكسجين في الهواء ويسبب نقص الأكسجة. قد يسبب هذا أعراضًا مثل الدوخة والتعب وضيق التنفس. بالإضافة إلى ذلك، الأرجون هو غاز خامل، لكنه قد ينفجر تحت درجة حرارة عالية أو ضغط مرتفع.

 

7. النيون

النيون (Ne) هو غاز مستقر، عديم اللون والرائحة، ولا يشارك في عملية التنفس لدى الإنسان. لا يشارك غاز النيون، لذا فإن استنشاق تركيز عالٍ من غاز النيون سوف يسبب نقص الأكسجة. إذا كنت في حالة نقص الأكسجة لفترة طويلة، فقد تواجه أعراضًا مثل الصداع والغثيان والقيء. بالإضافة إلى ذلك، قد يتفاعل غاز النيون مع مواد أخرى تحت درجة حرارة عالية أو ضغط مرتفع ليتسبب في نشوب حريق أو انفجار.

 

8. غاز الزينون

غاز الزينون (Xe) هو غاز مستقر، عديم اللون والرائحة، ولا يشارك في عملية التنفس لدى الإنسان، لذا فإن استنشاق تركيز عالٍ من غاز الزينون سوف يسبب نقص الأكسجة. إذا كنت في حالة نقص الأكسجة لفترة طويلة، فقد تواجه أعراضًا مثل الصداع والغثيان والقيء. بالإضافة إلى ذلك، قد يتفاعل غاز النيون مع مواد أخرى تحت درجة حرارة عالية أو ضغط مرتفع ليتسبب في نشوب حريق أو انفجار.

 

9. غاز الكريبتون

غاز الكريبتون (Kr) هو غاز مستقر، عديم اللون والرائحة، ولا يشارك في عملية التنفس لدى الإنسان، لذا فإن استنشاق تركيز عالٍ من غاز الكريبتون سوف يسبب نقص الأكسجة. إذا كنت في حالة نقص الأكسجة لفترة طويلة، فقد تواجه أعراضًا مثل الصداع والغثيان والقيء. بالإضافة إلى ذلك، قد يتفاعل غاز الزينون مع مواد أخرى تحت درجة حرارة عالية أو ضغط مرتفع ليتسبب في نشوب حريق أو انفجار. التنفس في بيئة خالية من الأكسجين يمكن أن يسبب نقص الأكسجة. إذا كنت في حالة نقص الأكسجة لفترة طويلة، فقد تواجه أعراضًا مثل الصداع والغثيان والقيء. بالإضافة إلى ذلك، قد يتفاعل غاز الكريبتون مع مواد أخرى تحت درجة حرارة عالية أو ضغط مرتفع ليسبب حريقًا أو انفجارًا.

 

حلول الكشف عن الغازات الخطرة لصناعة أشباه الموصلات

تتضمن صناعة أشباه الموصلات إنتاج وتصنيع ومعالجة الغازات القابلة للاشتعال والمتفجرة والسامة والضارة. كمستخدم للغازات في مصانع أشباه الموصلات، يجب على كل موظف فهم بيانات السلامة الخاصة بالغازات الخطرة المختلفة قبل الاستخدام، ويجب أن يعرف كيفية التعامل مع إجراءات الطوارئ عند تسرب هذه الغازات.
في إنتاج وتصنيع وتخزين صناعة أشباه الموصلات، ومن أجل تجنب الخسائر في الأرواح والممتلكات الناجمة عن تسرب هذه الغازات الخطرة، من الضروري تركيب أدوات الكشف عن الغاز للكشف عن الغاز المستهدف.

أصبحت أجهزة الكشف عن الغاز أدوات مراقبة بيئية أساسية في صناعة أشباه الموصلات اليوم، وهي أيضًا أدوات المراقبة الأكثر مباشرة.
لقد اهتمت Riken Keiki دائمًا بالتنمية الآمنة لصناعة أشباه الموصلات، بهدف خلق بيئة عمل آمنة للأشخاص، وكرست نفسها لتطوير أجهزة استشعار الغاز المناسبة لصناعة أشباه الموصلات، وتوفير حلول معقولة لمختلف المشاكل التي تواجهها المستخدمين، والترقية المستمرة لوظائف المنتج وتحسين الأنظمة.