सेमीकंडक्टर प्रक्रिया फोटोलिथोग्राफी की पूरी प्रक्रिया

प्रत्येक अर्धचालक उत्पाद के निर्माण के लिए सैकड़ों प्रक्रियाओं की आवश्यकता होती है। हम संपूर्ण विनिर्माण प्रक्रिया को आठ चरणों में विभाजित करते हैं:वफ़रप्रसंस्करण-ऑक्सीकरण-फोटोलिथोग्राफी-नक़्क़ाशी-पतली फिल्म जमाव-एपिटैक्सियल वृद्धि-प्रसार-आयन आरोपण।
अर्धचालकों और संबंधित प्रक्रियाओं को समझने और पहचानने में आपकी मदद करने के लिए, हम उपरोक्त प्रत्येक चरण को एक-एक करके पेश करने के लिए प्रत्येक अंक में WeChat लेख प्रस्तुत करेंगे।
पिछले लेख में बताया गया था कि की रक्षा के लिएवफ़रविभिन्न अशुद्धियों से, एक ऑक्साइड फिल्म बनाई गई - ऑक्सीकरण प्रक्रिया। आज हम ऑक्साइड फिल्म के साथ वेफर पर सेमीकंडक्टर डिज़ाइन सर्किट की तस्वीर खींचने की "फोटोलिथोग्राफी प्रक्रिया" पर चर्चा करेंगे।

 

फोटोलिथोग्राफी प्रक्रिया

 

1. फोटोलिथोग्राफी प्रक्रिया क्या है?

फोटोलिथोग्राफी चिप उत्पादन के लिए आवश्यक सर्किट और कार्यात्मक क्षेत्रों को बनाने के लिए है।
फोटोलिथोग्राफी मशीन द्वारा उत्सर्जित प्रकाश का उपयोग फोटोरेसिस्ट से लेपित पतली फिल्म को एक पैटर्न वाले मास्क के माध्यम से उजागर करने के लिए किया जाता है। फोटोरेसिस्ट प्रकाश को देखने के बाद अपने गुणों को बदल देगा, ताकि मास्क पर पैटर्न को पतली फिल्म में कॉपी किया जा सके, ताकि पतली फिल्म में इलेक्ट्रॉनिक सर्किट आरेख का कार्य हो। यह फोटोलिथोग्राफी की भूमिका है, कैमरे से तस्वीरें लेने के समान। कैमरे द्वारा ली गई तस्वीरें फिल्म पर मुद्रित होती हैं, जबकि फोटोलिथोग्राफी तस्वीरों को नहीं, बल्कि सर्किट आरेखों और अन्य इलेक्ट्रॉनिक घटकों को उकेरती है।

फोटोलिथोग्राफी एक सटीक माइक्रो-मशीनिंग तकनीक है

पारंपरिक फोटोलिथोग्राफी एक ऐसी प्रक्रिया है जो छवि सूचना वाहक के रूप में 2000 से 4500 एंगस्ट्रॉम की तरंग दैर्ध्य के साथ पराबैंगनी प्रकाश का उपयोग करती है, और ग्राफिक्स के परिवर्तन, स्थानांतरण और प्रसंस्करण को प्राप्त करने के लिए मध्यवर्ती (छवि रिकॉर्डिंग) माध्यम के रूप में फोटोरेसिस्ट का उपयोग करती है, और अंत में छवि को प्रसारित करती है। चिप (मुख्य रूप से सिलिकॉन चिप) या ढांकता हुआ परत की जानकारी।
यह कहा जा सकता है कि फोटोलिथोग्राफी आधुनिक सेमीकंडक्टर, माइक्रोइलेक्ट्रॉनिक्स और सूचना उद्योगों की नींव है, और फोटोलिथोग्राफी सीधे इन प्रौद्योगिकियों के विकास स्तर को निर्धारित करती है।
1959 में एकीकृत सर्किट के सफल आविष्कार के बाद से 60 से अधिक वर्षों में, इसके ग्राफिक्स की लाइन चौड़ाई परिमाण के लगभग चार ऑर्डर से कम हो गई है, और सर्किट एकीकरण में परिमाण के छह से अधिक ऑर्डर में सुधार हुआ है। इन प्रौद्योगिकियों की तीव्र प्रगति का श्रेय मुख्य रूप से फोटोलिथोग्राफी के विकास को दिया जाता है।

(एकीकृत सर्किट निर्माण के विकास के विभिन्न चरणों में फोटोलिथोग्राफी प्रौद्योगिकी के लिए आवश्यकताएँ)

 

2. फोटोलिथोग्राफी के मूल सिद्धांत

फोटोलिथोग्राफी सामग्री आम तौर पर फोटोरेसिस्ट को संदर्भित करती है, जिसे फोटोरेसिस्ट के रूप में भी जाना जाता है, जो फोटोलिथोग्राफी में सबसे महत्वपूर्ण कार्यात्मक सामग्री हैं। इस प्रकार की सामग्री में प्रकाश (दृश्य प्रकाश, पराबैंगनी प्रकाश, इलेक्ट्रॉन किरण, आदि सहित) प्रतिक्रिया की विशेषताएं होती हैं। फोटोकैमिकल प्रतिक्रिया के बाद इसकी घुलनशीलता में काफी बदलाव आता है।
उनमें से, डेवलपर में सकारात्मक फोटोरेसिस्ट की घुलनशीलता बढ़ जाती है, और प्राप्त पैटर्न मास्क के समान होता है; नकारात्मक फोटोरेसिस्ट इसके विपरीत है, अर्थात, डेवलपर के संपर्क में आने के बाद घुलनशीलता कम हो जाती है या अघुलनशील हो जाती है, और प्राप्त पैटर्न मास्क के विपरीत होता है। दो प्रकार के फोटोरेसिस्ट के अनुप्रयोग क्षेत्र अलग-अलग हैं। सकारात्मक फोटोरेसिस्ट का आमतौर पर अधिक उपयोग किया जाता है, जो कुल का 80% से अधिक है।

उपरोक्त फोटोलिथोग्राफी प्रक्रिया का एक योजनाबद्ध आरेख है

 

(1) चिपकाना:

यानी, सिलिकॉन वेफर पर एक समान मोटाई, मजबूत आसंजन और कोई दोष नहीं होने के साथ एक फोटोरेसिस्ट फिल्म बनाना। फोटोरेसिस्ट फिल्म और सिलिकॉन वेफर के बीच आसंजन को बढ़ाने के लिए, पहले सिलिकॉन वेफर की सतह को हेक्सामेथिलडिसिलज़ेन (एचएमडीएस) और ट्राइमेथिलसिलिल्डिएथाइलमाइन (टीएमएसडीईए) जैसे पदार्थों के साथ संशोधित करना अक्सर आवश्यक होता है। फिर स्पिन कोटिंग द्वारा फोटोरेसिस्ट फिल्म तैयार की जाती है।

(2) प्री-बेकिंग:

स्पिन कोटिंग के बाद, फोटोरेसिस्ट फिल्म में अभी भी एक निश्चित मात्रा में विलायक होता है। उच्च तापमान पर पकाने के बाद, विलायक को यथासंभव कम हटाया जा सकता है। प्री-बेकिंग के बाद, फोटोरेसिस्ट की सामग्री लगभग 5% तक कम हो जाती है।

(3) एक्सपोज़र:

यानी फोटोरेसिस्ट प्रकाश के संपर्क में है। इस समय, एक फोटोरिएक्शन होता है, और प्रबुद्ध भाग और गैर-प्रबुद्ध भाग के बीच घुलनशीलता अंतर होता है।

(4) विकास एवं सुदृढ़ीकरण:

उत्पाद डेवलपर में डूबा हुआ है. इस समय, सकारात्मक फोटोरेसिस्ट का उजागर क्षेत्र और नकारात्मक फोटोरेसिस्ट का गैर-उजागर क्षेत्र विकास में विलीन हो जाएगा। यह एक त्रि-आयामी पैटर्न प्रस्तुत करता है. विकास के बाद, चिप को एक कठोर फिल्म बनने के लिए उच्च तापमान उपचार प्रक्रिया की आवश्यकता होती है, जो मुख्य रूप से सब्सट्रेट के लिए फोटोरेसिस्ट के आसंजन को और बढ़ाने का काम करती है।

(5) नक़्क़ाशी:

फोटोरेसिस्ट के अंतर्गत सामग्री को उकेरा जाता है। इसमें तरल गीली नक़्क़ाशी और गैसीय सूखी नक़्क़ाशी शामिल है। उदाहरण के लिए, सिलिकॉन की गीली नक़्क़ाशी के लिए, हाइड्रोफ्लोरोइक एसिड के अम्लीय जलीय घोल का उपयोग किया जाता है; तांबे की गीली नक़्क़ाशी के लिए, नाइट्रिक एसिड और सल्फ्यूरिक एसिड जैसे एक मजबूत एसिड समाधान का उपयोग किया जाता है, जबकि सूखी नक़्क़ाशी अक्सर सामग्री की सतह को नुकसान पहुंचाने और इसे खोदने के लिए प्लाज्मा या उच्च-ऊर्जा आयन बीम का उपयोग करती है।

(6) डीगमिंग:

अंत में, फोटोरेसिस्ट को लेंस की सतह से हटाने की आवश्यकता होती है। इस चरण को डीगमिंग कहा जाता है।

सभी अर्धचालक उत्पादन में सुरक्षा सबसे महत्वपूर्ण मुद्दा है। चिप लिथोग्राफी प्रक्रिया में मुख्य खतरनाक और हानिकारक फोटोलिथोग्राफी गैसें इस प्रकार हैं:

 

1. हाइड्रोजन पेरोक्साइड

हाइड्रोजन पेरोक्साइड (H2O2) एक मजबूत ऑक्सीडेंट है। सीधे संपर्क से त्वचा और आंखों में सूजन और जलन हो सकती है।

 

2. जाइलीन

जाइलीन एक विलायक और डेवलपर है जिसका उपयोग नकारात्मक लिथोग्राफी में किया जाता है। यह ज्वलनशील है और इसका न्यूनतम तापमान केवल 27.3℃ (लगभग कमरे का तापमान) है। यह तब विस्फोटक होता है जब हवा में इसकी सांद्रता 1%-7% होती है। जाइलीन के बार-बार संपर्क में आने से त्वचा में सूजन हो सकती है। ज़ाइलीन वाष्प मीठा होता है, हवाई जहाज़ की गंध के समान; जाइलीन के संपर्क में आने से आंखों, नाक और गले में सूजन हो सकती है। गैस के साँस लेने से सिरदर्द, चक्कर आना, भूख न लगना और थकान हो सकती है।

 

3. हेक्सामेथिलडिसिलाज़ेन (HMDS)

उत्पाद की सतह पर फोटोरेसिस्ट के आसंजन को बढ़ाने के लिए हेक्सामेथिलडिसिलज़ेन (एचएमडीएस) का उपयोग आमतौर पर प्राइमर परत के रूप में किया जाता है। यह ज्वलनशील है और इसका फ़्लैश प्वाइंट 6.7°C है। यह तब विस्फोटक होता है जब हवा में इसकी सांद्रता 0.8%-16% होती है। एचएमडीएस अमोनिया छोड़ने के लिए पानी, अल्कोहल और खनिज एसिड के साथ दृढ़ता से प्रतिक्रिया करता है।

 

4. टेट्रामिथाइलमोनियम हाइड्रॉक्साइड

टेट्रामिथाइलमोनियम हाइड्रॉक्साइड (टीएमएएच) का व्यापक रूप से सकारात्मक लिथोग्राफी के लिए एक डेवलपर के रूप में उपयोग किया जाता है। यह विषैला और संक्षारक है. निगलने पर या त्वचा के सीधे संपर्क में आने पर यह घातक हो सकता है। टीएमएएच धूल या धुंध के संपर्क से आंखों, त्वचा, नाक और गले में सूजन हो सकती है। टीएमएएच की उच्च सांद्रता के साँस लेने से मृत्यु हो जाएगी।

 

5. क्लोरीन और फ्लोरीन

क्लोरीन (Cl2) और फ्लोरीन (F2) दोनों का उपयोग एक्सीमर लेजर में गहरे पराबैंगनी और अत्यधिक पराबैंगनी (EUV) प्रकाश स्रोतों के रूप में किया जाता है। दोनों गैसें विषैली हैं, हल्के हरे रंग की दिखाई देती हैं, और तेज़ जलन पैदा करने वाली गंध वाली हैं। इस गैस की उच्च सांद्रता के साँस लेने से मृत्यु हो जाएगी। फ्लोरीन गैस पानी के साथ प्रतिक्रिया करके हाइड्रोजन फ्लोराइड गैस उत्पन्न कर सकती है। हाइड्रोजन फ्लोराइड गैस एक मजबूत एसिड है जो त्वचा, आंखों और श्वसन तंत्र में जलन पैदा करती है और जलन और सांस लेने में कठिनाई जैसे लक्षण पैदा कर सकती है। फ्लोराइड की उच्च सांद्रता मानव शरीर में विषाक्तता पैदा कर सकती है, जिससे सिरदर्द, उल्टी, दस्त और कोमा जैसे लक्षण पैदा हो सकते हैं।

 

6. आर्गन

आर्गन (Ar) एक अक्रिय गैस है जो आमतौर पर मानव शरीर को सीधे नुकसान नहीं पहुंचाती है। सामान्य परिस्थितियों में, लोग जिस हवा में सांस लेते हैं उसमें लगभग 0.93% आर्गन होता है, और इस सांद्रता का मानव शरीर पर कोई स्पष्ट प्रभाव नहीं पड़ता है। हालाँकि, कुछ मामलों में, आर्गन मानव शरीर को नुकसान पहुंचा सकता है।
यहां कुछ संभावित स्थितियां हैं: एक सीमित स्थान में, आर्गन की सांद्रता बढ़ सकती है, जिससे हवा में ऑक्सीजन की सांद्रता कम हो सकती है और हाइपोक्सिया हो सकता है। इससे चक्कर आना, थकान और सांस लेने में तकलीफ जैसे लक्षण हो सकते हैं। इसके अलावा, आर्गन एक अक्रिय गैस है, लेकिन यह उच्च तापमान या उच्च दबाव में फट सकती है।

 

7. नियॉन

नियॉन (Ne) एक स्थिर, रंगहीन और गंधहीन गैस है जो मानव श्वसन प्रक्रिया में भाग नहीं लेती है, इसलिए नियॉन गैस की उच्च सांद्रता में सांस लेने से हाइपोक्सिया हो जाएगा। यदि आप लंबे समय तक हाइपोक्सिया की स्थिति में हैं, तो आपको सिरदर्द, मतली और उल्टी जैसे लक्षण अनुभव हो सकते हैं। इसके अलावा, नियॉन गैस उच्च तापमान या उच्च दबाव के तहत अन्य पदार्थों के साथ प्रतिक्रिया करके आग या विस्फोट का कारण बन सकती है।

 

8. क्सीनन गैस

क्सीनन गैस (Xe) एक स्थिर, रंगहीन और गंधहीन गैस है जो मानव श्वसन प्रक्रिया में भाग नहीं लेती है, इसलिए क्सीनन गैस की उच्च सांद्रता में सांस लेने से हाइपोक्सिया हो जाएगा। यदि आप लंबे समय तक हाइपोक्सिया की स्थिति में हैं, तो आपको सिरदर्द, मतली और उल्टी जैसे लक्षण अनुभव हो सकते हैं। इसके अलावा, नियॉन गैस उच्च तापमान या उच्च दबाव के तहत अन्य पदार्थों के साथ प्रतिक्रिया करके आग या विस्फोट का कारण बन सकती है।

 

9. क्रिप्टन गैस

क्रिप्टन गैस (Kr) एक स्थिर, रंगहीन और गंधहीन गैस है जो मानव श्वसन प्रक्रिया में भाग नहीं लेती है, इसलिए क्रिप्टन गैस की उच्च सांद्रता में सांस लेने से हाइपोक्सिया हो जाएगा। यदि आप लंबे समय तक हाइपोक्सिया की स्थिति में हैं, तो आपको सिरदर्द, मतली और उल्टी जैसे लक्षण अनुभव हो सकते हैं। इसके अलावा, क्सीनन गैस उच्च तापमान या उच्च दबाव के तहत अन्य पदार्थों के साथ प्रतिक्रिया करके आग या विस्फोट का कारण बन सकती है। ऑक्सीजन की कमी वाले वातावरण में सांस लेने से हाइपोक्सिया हो सकता है। यदि आप लंबे समय तक हाइपोक्सिया की स्थिति में हैं, तो आपको सिरदर्द, मतली और उल्टी जैसे लक्षण अनुभव हो सकते हैं। इसके अलावा, क्रिप्टन गैस उच्च तापमान या उच्च दबाव के तहत अन्य पदार्थों के साथ प्रतिक्रिया करके आग या विस्फोट का कारण बन सकती है।

 

सेमीकंडक्टर उद्योग के लिए खतरनाक गैस का पता लगाने के समाधान

सेमीकंडक्टर उद्योग में ज्वलनशील, विस्फोटक, जहरीली और हानिकारक गैसों का उत्पादन, निर्माण और प्रक्रिया शामिल है। सेमीकंडक्टर विनिर्माण संयंत्रों में गैसों के उपयोगकर्ता के रूप में, प्रत्येक स्टाफ सदस्य को उपयोग से पहले विभिन्न खतरनाक गैसों के सुरक्षा डेटा को समझना चाहिए, और यह जानना चाहिए कि इन गैसों के रिसाव होने पर आपातकालीन प्रक्रियाओं से कैसे निपटना है।
सेमीकंडक्टर उद्योग के उत्पादन, विनिर्माण और भंडारण में, इन खतरनाक गैसों के रिसाव से होने वाले जीवन और संपत्ति के नुकसान से बचने के लिए, लक्ष्य गैस का पता लगाने के लिए गैस पहचान उपकरण स्थापित करना आवश्यक है।

गैस डिटेक्टर आज के सेमीकंडक्टर उद्योग में आवश्यक पर्यावरण निगरानी उपकरण बन गए हैं, और सबसे प्रत्यक्ष निगरानी उपकरण भी हैं।
रिकेन केकी ने लोगों के लिए एक सुरक्षित कार्य वातावरण बनाने के मिशन के साथ, सेमीकंडक्टर विनिर्माण उद्योग के सुरक्षित विकास पर हमेशा ध्यान दिया है, और सेमीकंडक्टर उद्योग के लिए उपयुक्त गैस सेंसर विकसित करने के लिए खुद को समर्पित किया है, जो विभिन्न समस्याओं का उचित समाधान प्रदान करता है। उपयोगकर्ता, और लगातार उत्पाद कार्यों को उन्नत कर रहे हैं और सिस्टम को अनुकूलित कर रहे हैं।