ફોટોલિથોગ્રાફીની સંપૂર્ણ પ્રક્રિયા સેમિકન્ડક્ટર પ્રક્રિયા કરે છે

દરેક સેમિકન્ડક્ટર પ્રોડક્ટના ઉત્પાદન માટે સેંકડો પ્રક્રિયાઓની જરૂર પડે છે. અમે સમગ્ર ઉત્પાદન પ્રક્રિયાને આઠ પગલાઓમાં વિભાજીત કરીએ છીએ:વેફરપ્રોસેસિંગ-ઓક્સિડેશન-ફોટોલિથોગ્રાફી-એચિંગ-પાતળી ફિલ્મ ડિપોઝિશન-એપિટેક્સિયલ ગ્રોથ-ડિફ્યુઝન-આયન ઇમ્પ્લાન્ટેશન.
સેમિકન્ડક્ટર્સ અને સંબંધિત પ્રક્રિયાઓને સમજવામાં અને ઓળખવામાં તમારી સહાય કરવા માટે, અમે દરેક અંકમાં WeChat લેખોને એક પછી એક ઉપરોક્ત પગલાંઓ રજૂ કરવા માટે દબાણ કરીશું.
અગાઉના લેખમાં, તેનો ઉલ્લેખ કરવામાં આવ્યો હતો કે રક્ષણ કરવા માટેવેફરવિવિધ અશુદ્ધિઓમાંથી, એક ઓક્સાઇડ ફિલ્મ બનાવવામાં આવી હતી - ઓક્સિડેશન પ્રક્રિયા. આજે આપણે રચાયેલી ઓક્સાઇડ ફિલ્મ સાથે વેફર પર સેમિકન્ડક્ટર ડિઝાઇન સર્કિટના ફોટોગ્રાફ કરવાની "ફોટોલિથોગ્રાફી પ્રક્રિયા" વિશે ચર્ચા કરીશું.

 

ફોટોલિથોગ્રાફી પ્રક્રિયા

 

1. ફોટોલિથોગ્રાફી પ્રક્રિયા શું છે

ફોટોલિથોગ્રાફી એ ચિપ ઉત્પાદન માટે જરૂરી સર્કિટ અને કાર્યાત્મક વિસ્તારો બનાવવાનું છે.
ફોટોલિથોગ્રાફી મશીન દ્વારા ઉત્સર્જિત પ્રકાશનો ઉપયોગ પેટર્નવાળા માસ્ક દ્વારા ફોટોરેસિસ્ટ સાથે કોટેડ પાતળી ફિલ્મને બહાર કાઢવા માટે થાય છે. ફોટોરેસિસ્ટ પ્રકાશને જોયા પછી તેના ગુણધર્મોમાં ફેરફાર કરશે, જેથી માસ્ક પરની પેટર્ન પાતળી ફિલ્મમાં નકલ કરવામાં આવે, જેથી પાતળી ફિલ્મ ઇલેક્ટ્રોનિક સર્કિટ ડાયાગ્રામનું કાર્ય કરે. આ ફોટોલિથોગ્રાફીની ભૂમિકા છે, જે કેમેરા વડે ચિત્રો લેવા જેવી છે. કેમેરા દ્વારા લેવામાં આવેલા ફોટા ફિલ્મ પર છાપવામાં આવે છે, જ્યારે ફોટોલિથોગ્રાફીમાં ફોટા કોતરવામાં આવતા નથી, પરંતુ સર્કિટ ડાયાગ્રામ અને અન્ય ઇલેક્ટ્રોનિક ઘટકો.

ફોટોલિથોગ્રાફી એ ચોક્કસ માઇક્રો-મશીનિંગ ટેકનોલોજી છે

પરંપરાગત ફોટોલિથોગ્રાફી એ એવી પ્રક્રિયા છે જે 2000 થી 4500 એન્ગસ્ટ્રોમ્સની તરંગલંબાઇ સાથે ઇમેજ ઇન્ફર્મેશન કેરિયર તરીકે અલ્ટ્રાવાયોલેટ લાઇટનો ઉપયોગ કરે છે અને ગ્રાફિક્સના ટ્રાન્સફોર્મેશન, ટ્રાન્સફર અને પ્રોસેસિંગને હાંસલ કરવા માટે ઇન્ટરમીડિયેટ (ઇમેજ રેકોર્ડિંગ) માધ્યમ તરીકે ફોટોરેસિસ્ટનો ઉપયોગ કરે છે અને અંતે ઇમેજ ટ્રાન્સમિટ કરે છે. ચિપ (મુખ્યત્વે સિલિકોન ચિપ) અથવા ડાઇલેક્ટ્રિક સ્તરની માહિતી.
એવું કહી શકાય કે ફોટોલિથોગ્રાફી એ આધુનિક સેમિકન્ડક્ટર, માઈક્રોઈલેક્ટ્રોનિક્સ અને ઈન્ફોર્મેશન ઈન્ડસ્ટ્રીઝનો પાયો છે અને ફોટોલિથોગ્રાફી આ ટેક્નોલોજીના વિકાસના સ્તરને સીધી રીતે નક્કી કરે છે.
1959માં ઇન્ટિગ્રેટેડ સર્કિટની સફળ શોધ પછીના 60 કરતાં વધુ વર્ષોમાં, તેના ગ્રાફિક્સની લાઇનની પહોળાઈમાં મેગ્નિટ્યુડના લગભગ ચાર ઓર્ડરનો ઘટાડો કરવામાં આવ્યો છે, અને સર્કિટના એકીકરણમાં તીવ્રતાના છ કરતાં વધુ ઓર્ડર્સ દ્વારા સુધારો કરવામાં આવ્યો છે. આ તકનીકોની ઝડપી પ્રગતિ મુખ્યત્વે ફોટોલિથોગ્રાફીના વિકાસને આભારી છે.

(ઇન્ટિગ્રેટેડ સર્કિટ મેન્યુફેક્ચરિંગના વિકાસના વિવિધ તબક્કામાં ફોટોલિથોગ્રાફી ટેકનોલોજી માટેની આવશ્યકતાઓ)

 

2. ફોટોલિથોગ્રાફીના મૂળભૂત સિદ્ધાંતો

ફોટોલિથોગ્રાફી સામગ્રી સામાન્ય રીતે ફોટોરેસિસ્ટનો સંદર્ભ આપે છે, જેને ફોટોરેસિસ્ટ તરીકે પણ ઓળખવામાં આવે છે, જે ફોટોલિથોગ્રાફીમાં સૌથી મહત્વપૂર્ણ કાર્યાત્મક સામગ્રી છે. આ પ્રકારની સામગ્રીમાં પ્રકાશની લાક્ષણિકતાઓ (દ્રશ્યમાન પ્રકાશ, અલ્ટ્રાવાયોલેટ પ્રકાશ, ઇલેક્ટ્રોન બીમ, વગેરે સહિત) પ્રતિક્રિયા હોય છે. ફોટોકેમિકલ પ્રતિક્રિયા પછી, તેની દ્રાવ્યતા નોંધપાત્ર રીતે બદલાય છે.
તેમની વચ્ચે, વિકાસકર્તામાં સકારાત્મક ફોટોરેસિસ્ટની દ્રાવ્યતા વધે છે, અને પ્રાપ્ત પેટર્ન માસ્ક જેવી જ છે; નકારાત્મક ફોટોરેસિસ્ટ વિપરીત છે, એટલે કે, વિકાસકર્તાના સંપર્કમાં આવ્યા પછી દ્રાવ્યતા ઘટે છે અથવા તો અદ્રાવ્ય બની જાય છે, અને પ્રાપ્ત પેટર્ન માસ્કની વિરુદ્ધ છે. બે પ્રકારના ફોટોરેસિસ્ટના એપ્લિકેશન ક્ષેત્રો અલગ છે. પોઝિટિવ ફોટોરેસિસ્ટનો ઉપયોગ સામાન્ય રીતે થાય છે, જે કુલના 80% કરતા વધુ હિસ્સો ધરાવે છે.

ઉપરોક્ત ફોટોલિથોગ્રાફી પ્રક્રિયાની યોજનાકીય આકૃતિ છે

 

(1) ગ્લુઇંગ:

એટલે કે, સમાન જાડાઈ, મજબૂત સંલગ્નતા અને સિલિકોન વેફર પર કોઈ ખામી વિના ફોટોરેસિસ્ટ ફિલ્મ બનાવવી. ફોટોરેસિસ્ટ ફિલ્મ અને સિલિકોન વેફર વચ્ચે સંલગ્નતા વધારવા માટે, હેક્સામેથિલડિસિલાઝેન (એચએમડીએસ) અને ટ્રાઇમેથાઇલ્સિલડાઇથિલામાઇન (ટીએમએસડીઇએ) જેવા પદાર્થો સાથે સિલિકોન વેફરની સપાટીને ઘણીવાર સંશોધિત કરવી જરૂરી છે. પછી, સ્પિન કોટિંગ દ્વારા ફોટોરેસિસ્ટ ફિલ્મ તૈયાર કરવામાં આવે છે.

(2) પ્રી-બેકિંગ:

સ્પિન કોટિંગ પછી, ફોટોરેસિસ્ટ ફિલ્મમાં હજુ પણ ચોક્કસ માત્રામાં દ્રાવક હોય છે. ઊંચા તાપમાને પકવવા પછી, દ્રાવકને શક્ય તેટલું ઓછું દૂર કરી શકાય છે. પૂર્વ-પકવવા પછી, ફોટોરેસિસ્ટની સામગ્રી લગભગ 5% સુધી ઘટી જાય છે.

(3) એક્સપોઝર:

એટલે કે, ફોટોરેસિસ્ટ પ્રકાશના સંપર્કમાં આવે છે. આ સમયે, ફોટોરેએક્શન થાય છે, અને પ્રકાશિત ભાગ અને બિન-પ્રકાશિત ભાગ વચ્ચે દ્રાવ્યતા તફાવત થાય છે.

(4) વિકાસ અને સખ્તાઈ:

ઉત્પાદન વિકાસકર્તામાં ડૂબી ગયું છે. આ સમયે, હકારાત્મક ફોટોરેસિસ્ટનો ખુલ્લા વિસ્તાર અને નકારાત્મક ફોટોરેસિસ્ટનો બિન-પ્રદર્શિત વિસ્તાર વિકાસમાં ઓગળી જશે. આ ત્રિ-પરિમાણીય પેટર્ન રજૂ કરે છે. વિકાસ પછી, ચિપને સખત ફિલ્મ બનવા માટે ઉચ્ચ-તાપમાનની સારવાર પ્રક્રિયાની જરૂર પડે છે, જે મુખ્યત્વે સબસ્ટ્રેટમાં ફોટોરેસિસ્ટના સંલગ્નતાને વધુ વધારવા માટે સેવા આપે છે.

(5) કોતરણી:

ફોટોરેસિસ્ટ હેઠળની સામગ્રીને કોતરવામાં આવે છે. તેમાં લિક્વિડ વેટ ઈચિંગ અને ગેસિયસ ડ્રાય ઈચિંગનો સમાવેશ થાય છે. ઉદાહરણ તરીકે, સિલિકોનની ભીની કોતરણી માટે, હાઇડ્રોફ્લોરિક એસિડના એસિડિક જલીય દ્રાવણનો ઉપયોગ થાય છે; તાંબાની ભીની કોતરણી માટે, નાઈટ્રિક એસિડ અને સલ્ફ્યુરિક એસિડ જેવા મજબૂત એસિડ સોલ્યુશનનો ઉપયોગ કરવામાં આવે છે, જ્યારે સૂકી કોતરણીમાં ઘણીવાર પ્લાઝ્મા અથવા ઉચ્ચ-ઊર્જા આયન બીમનો ઉપયોગ કરીને સામગ્રીની સપાટીને નુકસાન થાય છે અને તેને કોતરવામાં આવે છે.

(6) ડિગમિંગ:

છેલ્લે, ફોટોરેસિસ્ટને લેન્સની સપાટી પરથી દૂર કરવાની જરૂર છે. આ પગલાને ડિગમિંગ કહેવામાં આવે છે.

તમામ સેમિકન્ડક્ટર ઉત્પાદનમાં સલામતી એ સૌથી મહત્વપૂર્ણ મુદ્દો છે. ચિપ લિથોગ્રાફી પ્રક્રિયામાં મુખ્ય ખતરનાક અને હાનિકારક ફોટોલિથોગ્રાફી વાયુઓ નીચે મુજબ છે:

 

1. હાઇડ્રોજન પેરોક્સાઇડ

હાઇડ્રોજન પેરોક્સાઇડ (H2O2) એક મજબૂત ઓક્સિડન્ટ છે. સીધો સંપર્ક ત્વચા અને આંખમાં બળતરા અને બર્નનું કારણ બની શકે છે.

 

2. ઝાયલીન

ઝાયલિન એ દ્રાવક અને વિકાસકર્તા છે જેનો ઉપયોગ નકારાત્મક લિથોગ્રાફીમાં થાય છે. તે જ્વલનશીલ છે અને તેનું નીચું તાપમાન માત્ર 27.3℃ (આશરે ઓરડાનું તાપમાન) છે. જ્યારે હવામાં સાંદ્રતા 1%-7% હોય ત્યારે તે વિસ્ફોટક હોય છે. xylene સાથે વારંવાર સંપર્ક કરવાથી ત્વચામાં બળતરા થઈ શકે છે. ઝાયલીન વરાળ મીઠી હોય છે, જે એરપ્લેન ટેકની ગંધ જેવી હોય છે; xylene ના સંપર્કમાં આવવાથી આંખો, નાક અને ગળામાં બળતરા થઈ શકે છે. ગેસ શ્વાસમાં લેવાથી માથાનો દુખાવો, ચક્કર આવવા, ભૂખ ન લાગવી અને થાક લાગવો.

 

3. હેક્સામેથિલ્ડિસિલાઝેન (HMDS)

ઉત્પાદનની સપાટી પર ફોટોરેસિસ્ટની સંલગ્નતા વધારવા માટે હેક્સામેથિલ્ડિસિલાઝેન (HMDS) નો ઉપયોગ પ્રાઈમર લેયર તરીકે થાય છે. તે જ્વલનશીલ છે અને તેનું ફ્લેશ પોઈન્ટ 6.7°C છે. જ્યારે હવામાં સાંદ્રતા 0.8%-16% હોય ત્યારે તે વિસ્ફોટક હોય છે. HMDS એમોનિયા છોડવા માટે પાણી, આલ્કોહોલ અને ખનિજ એસિડ સાથે સખત પ્રતિક્રિયા આપે છે.

 

4. ટેટ્રામેથિલેમોનિયમ હાઇડ્રોક્સાઇડ

ટેટ્રામેથિલેમોનિયમ હાઇડ્રોક્સાઇડ (TMAH) નો ઉપયોગ હકારાત્મક લિથોગ્રાફી માટે વિકાસકર્તા તરીકે વ્યાપકપણે થાય છે. તે ઝેરી અને ક્ષતિગ્રસ્ત છે. જો ગળી જાય અથવા ત્વચાના સીધા સંપર્કમાં આવે તો તે જીવલેણ બની શકે છે. TMAH ધૂળ અથવા ઝાકળ સાથે સંપર્ક કરવાથી આંખો, ત્વચા, નાક અને ગળામાં બળતરા થઈ શકે છે. TMAH ની ઉચ્ચ સાંદ્રતાના શ્વાસમાં લેવાથી મૃત્યુ થશે.

 

5. ક્લોરિન અને ફ્લોરિન

ક્લોરિન (Cl2) અને ફ્લોરિન (F2) બંનેનો ઉપયોગ એક્સાઈમર લેસરોમાં ડીપ અલ્ટ્રાવાયોલેટ અને એક્સ્ટ્રીમ અલ્ટ્રાવાયોલેટ (EUV) પ્રકાશ સ્ત્રોત તરીકે થાય છે. બંને વાયુઓ ઝેરી છે, હળવા લીલા રંગના દેખાય છે અને તીવ્ર બળતરાયુક્ત ગંધ ધરાવે છે. આ ગેસની ઉચ્ચ સાંદ્રતાના શ્વાસમાં લેવાથી મૃત્યુ થશે. હાઇડ્રોજન ફ્લોરાઇડ ગેસ ઉત્પન્ન કરવા માટે ફ્લોરિન ગેસ પાણી સાથે પ્રતિક્રિયા આપી શકે છે. હાઇડ્રોજન ફ્લોરાઇડ ગેસ એ એક મજબૂત એસિડ છે જે ત્વચા, આંખો અને શ્વસન માર્ગને બળતરા કરે છે અને બળતરા અને શ્વાસ લેવામાં તકલીફ જેવા લક્ષણોનું કારણ બની શકે છે. ફ્લોરાઇડની ઉચ્ચ સાંદ્રતા માનવ શરીરમાં ઝેરનું કારણ બની શકે છે, જેના કારણે માથાનો દુખાવો, ઉલટી, ઝાડા અને કોમા જેવા લક્ષણો જોવા મળે છે.

 

6. આર્ગોન

આર્ગોન (Ar) એક નિષ્ક્રિય ગેસ છે જે સામાન્ય રીતે માનવ શરીરને સીધું નુકસાન કરતું નથી. સામાન્ય સંજોગોમાં, લોકો શ્વાસ લેતી હવામાં લગભગ 0.93% આર્ગોન હોય છે, અને આ સાંદ્રતાની માનવ શરીર પર કોઈ સ્પષ્ટ અસર થતી નથી. જો કે, કેટલાક કિસ્સાઓમાં, આર્ગોન માનવ શરીરને નુકસાન પહોંચાડી શકે છે.
અહીં કેટલીક સંભવિત પરિસ્થિતિઓ છે: મર્યાદિત જગ્યામાં, આર્ગોનની સાંદ્રતા વધી શકે છે, જેનાથી હવામાં ઓક્સિજનની સાંદ્રતા ઘટી શકે છે અને હાયપોક્સિયા થાય છે. આ ચક્કર, થાક અને શ્વાસ લેવામાં તકલીફ જેવા લક્ષણોનું કારણ બની શકે છે. વધુમાં, આર્ગોન એક નિષ્ક્રિય ગેસ છે, પરંતુ તે ઉચ્ચ તાપમાન અથવા ઉચ્ચ દબાણ હેઠળ વિસ્ફોટ કરી શકે છે.

 

7. નિયોન

નિયોન (Ne) એક સ્થિર, રંગહીન અને ગંધહીન વાયુ છે જે તેમાં ભાગ લેતો નથી. નિયોન વાયુ માનવ શ્વસન પ્રક્રિયામાં સામેલ નથી, તેથી નિયોન ગેસની ઉચ્ચ સાંદ્રતામાં શ્વાસ લેવાથી હાયપોક્સિયા થાય છે. જો તમે લાંબા સમય સુધી હાયપોક્સિયાની સ્થિતિમાં હોવ, તો તમને માથાનો દુખાવો, ઉબકા અને ઉલટી જેવા લક્ષણોનો અનુભવ થઈ શકે છે. વધુમાં, નિયોન ગેસ ઊંચા તાપમાન અથવા ઉચ્ચ દબાણ હેઠળ અન્ય પદાર્થો સાથે આગ કે વિસ્ફોટનું કારણ બની શકે છે.

 

8. ઝેનોન ગેસ

ઝેનોન ગેસ (Xe) એક સ્થિર, રંગહીન અને ગંધહીન ગેસ છે જે માનવ શ્વસન પ્રક્રિયામાં ભાગ લેતો નથી, તેથી ઝેનોન ગેસની ઊંચી સાંદ્રતામાં શ્વાસ લેવાથી હાયપોક્સિયા થાય છે. જો તમે લાંબા સમય સુધી હાયપોક્સિયાની સ્થિતિમાં હોવ, તો તમને માથાનો દુખાવો, ઉબકા અને ઉલટી જેવા લક્ષણોનો અનુભવ થઈ શકે છે. વધુમાં, નિયોન ગેસ ઊંચા તાપમાન અથવા ઉચ્ચ દબાણ હેઠળ અન્ય પદાર્થો સાથે આગ કે વિસ્ફોટનું કારણ બની શકે છે.

 

9. ક્રિપ્ટોન ગેસ

ક્રિપ્ટોન ગેસ (Kr) એ એક સ્થિર, રંગહીન અને ગંધહીન ગેસ છે જે માનવ શ્વસન પ્રક્રિયામાં ભાગ લેતો નથી, તેથી ક્રિપ્ટોન ગેસની ઊંચી સાંદ્રતામાં શ્વાસ લેવાથી હાયપોક્સિયા થાય છે. જો તમે લાંબા સમય સુધી હાયપોક્સિયાની સ્થિતિમાં હોવ, તો તમને માથાનો દુખાવો, ઉબકા અને ઉલટી જેવા લક્ષણોનો અનુભવ થઈ શકે છે. વધુમાં, ઝેનોન ગેસ ઉચ્ચ તાપમાન અથવા ઉચ્ચ દબાણ હેઠળ અન્ય પદાર્થો સાથે આગ કે વિસ્ફોટનું કારણ બની શકે છે. ઓક્સિજનની અછતવાળા વાતાવરણમાં શ્વાસ લેવાથી હાયપોક્સિયા થઈ શકે છે. જો તમે લાંબા સમય સુધી હાયપોક્સિયાની સ્થિતિમાં હોવ, તો તમને માથાનો દુખાવો, ઉબકા અને ઉલટી જેવા લક્ષણોનો અનુભવ થઈ શકે છે. વધુમાં, ક્રિપ્ટોન ગેસ ઊંચા તાપમાન અથવા ઉચ્ચ દબાણ હેઠળ અન્ય પદાર્થો સાથે આગ કે વિસ્ફોટનું કારણ બની શકે છે.

 

સેમિકન્ડક્ટર ઉદ્યોગ માટે જોખમી ગેસ શોધ ઉકેલો

સેમિકન્ડક્ટર ઉદ્યોગમાં જ્વલનશીલ, વિસ્ફોટક, ઝેરી અને હાનિકારક વાયુઓના ઉત્પાદન, ઉત્પાદન અને પ્રક્રિયાનો સમાવેશ થાય છે. સેમિકન્ડક્ટર મેન્યુફેક્ચરિંગ પ્લાન્ટ્સમાં ગેસના ઉપયોગકર્તા તરીકે, દરેક સ્ટાફ સભ્યએ ઉપયોગ કરતા પહેલા વિવિધ જોખમી વાયુઓના સલામતી ડેટાને સમજવો જોઈએ, અને જ્યારે આ વાયુઓ લીક થાય ત્યારે કટોકટીની પ્રક્રિયાઓ સાથે કેવી રીતે વ્યવહાર કરવો તે જાણવું જોઈએ.
સેમિકન્ડક્ટર ઉદ્યોગના ઉત્પાદન, ઉત્પાદન અને સંગ્રહમાં, આ જોખમી વાયુઓના લિકેજને કારણે થતા જીવન અને સંપત્તિના નુકસાનને ટાળવા માટે, લક્ષ્ય ગેસને શોધવા માટે ગેસ શોધ સાધનો સ્થાપિત કરવા જરૂરી છે.

ગેસ ડિટેક્ટર આજના સેમિકન્ડક્ટર ઉદ્યોગમાં આવશ્યક પર્યાવરણીય દેખરેખના સાધનો બની ગયા છે, અને તે સૌથી પ્રત્યક્ષ દેખરેખના સાધનો પણ છે.
રિકેન કેકીએ હંમેશા સેમિકન્ડક્ટર મેન્યુફેક્ચરિંગ ઉદ્યોગના સલામત વિકાસ પર ધ્યાન આપ્યું છે, લોકો માટે સલામત કાર્યકારી વાતાવરણ ઊભું કરવાના મિશન સાથે, અને સેમિકન્ડક્ટર ઉદ્યોગ માટે યોગ્ય ગેસ સેન્સર વિકસાવવા માટે પોતાને સમર્પિત કર્યા છે, જે વિવિધ સમસ્યાઓનો વાજબી ઉકેલ પૂરો પાડે છે. વપરાશકર્તાઓ, અને ઉત્પાદન કાર્યો અને ઑપ્ટિમાઇઝિંગ સિસ્ટમ્સને સતત અપગ્રેડ કરે છે.