תהליך מוליכים למחצה תהליך מלא של פוטוליתוגרפיה

הייצור של כל מוצר מוליכים למחצה דורש מאות תהליכים. אנו מחלקים את כל תהליך הייצור לשמונה שלבים:רָקִיקעיבוד-חמצון-פוטוליתוגרפיה-תחריט-תצהיר של סרט דק-צמיחה אפיטקסיאלית-דיפוזיה-יון השתלת.
כדי לעזור לך להבין ולזהות מוליכים למחצה ותהליכים קשורים, אנו נדחוף מאמרי WeChat בכל גיליון כדי להציג כל אחד מהשלבים לעיל בזה אחר זה.
בכתבה הקודמת צוין כי על מנת להגן עלרָקִיקמזיהומים שונים נוצר סרט תחמוצת - תהליך חמצון. היום נדון ב"תהליך הפוטוליתוגרפיה" של צילום מעגל עיצוב המוליכים למחצה על גבי הוואפר עם סרט התחמוצת שנוצר.

תהליך פוטוליתוגרפיה

1. מהו תהליך פוטוליטוגרפיה
פוטוליתוגרפיה היא ליצור את המעגלים והאזורים הפונקציונליים הנדרשים לייצור שבבים.
האור הנפלט על ידי מכונת הפוטוליתוגרפיה משמש לחשיפת הסרט הדק המצופה בפוטורסיסט דרך מסכה עם דוגמה. הפוטורסיסט ישנה את תכונותיו לאחר ראיית האור, כך שהתבנית על המסכה מועתקת לסרט הדק, כך שלסרט הדק יש את הפונקציה של דיאגרמת מעגלים אלקטרוניים. זהו תפקידה של הפוטוליתוגרפיה, בדומה לצילום תמונות במצלמה. התמונות שצולמו במצלמה מודפסות על הסרט, בעוד שהפוטוליתוגרפיה אינה חורטת תמונות, אלא דיאגרמות מעגלים ורכיבים אלקטרוניים נוספים.

פוטוליתוגרפיה היא טכנולוגיית מיקרו-עיבוד מדויקת

פוטוליתוגרפיה קונבנציונלית היא תהליך המשתמש באור אולטרה סגול עם אורך גל של 2000 עד 4500 אנגסטרים בתור נושא מידע התמונה, ומשתמש בפוטו-רזיסט כמדיום הביניים (הקלטת תמונה) להשגת הטרנספורמציה, העברה ועיבוד של גרפיקה, ולבסוף מעביר את התמונה מידע לשבב (בעיקר שבב סיליקון) או לשכבה דיאלקטרית.
ניתן לומר שפוטוליתוגרפיה היא הבסיס של תעשיות מוליכים למחצה, מיקרואלקטרוניקה ומידע מודרניות, והפוטוליתוגרפיה קובעת ישירות את רמת הפיתוח של טכנולוגיות אלו.
במהלך יותר מ-60 השנים שחלפו מאז המצאת המעגלים המשולבים המוצלחת ב-1959, רוחב הקו של הגרפיקה שלו הצטמצם בכארבעה סדרי גודל, ושילוב המעגלים שופר ביותר משישה סדרי גודל. ההתקדמות המהירה של טכנולוגיות אלו מיוחסת בעיקר לפיתוח הפוטוליתוגרפיה.

(דרישות לטכנולוגיית פוטוליתוגרפיה בשלבי פיתוח שונים של ייצור מעגלים משולבים)

2. עקרונות בסיסיים של פוטוליטוגרפיה
חומרי פוטוליטוגרפיה מתייחסים בדרך כלל לפוטו-רזיסטים, הידועים גם כ-photoresists, שהם החומרים הפונקציונליים הקריטיים ביותר בפוטוליתוגרפיה. לסוג זה של חומר יש את המאפיינים של תגובת אור (כולל אור נראה, אור אולטרה סגול, קרן אלקטרונים וכו'). לאחר תגובה פוטוכימית, מסיסותו משתנה באופן משמעותי.
ביניהם, המסיסות של photoresist חיובי במפתח עולה, והתבנית המתקבלת זהה למסכה; פוטו-רזיסט שלילי הוא הפוך, כלומר, המסיסות יורדת או אפילו הופכת לבלתי מסיס לאחר החשיפה למפתח, והתבנית המתקבלת הפוכה למסכה. שדות היישום של שני סוגי הפוטו-רזיסטים שונים. נפוץ יותר בפוטו-רזיסטים חיוביים, המהווים יותר מ-80% מהסך הכולל.

האמור לעיל הוא תרשים סכמטי של תהליך הפוטוליתוגרפיה

(1) הדבקה: כלומר, יצירת סרט פוטו-רזיסט בעל עובי אחיד, הידבקות חזקה וללא פגמים על פרוסת הסיליקון. על מנת לשפר את ההידבקות בין סרט הפוטו-רזיסט לבין רקיקת הסיליקון, לעתים קרובות יש צורך לשנות תחילה את פני השטח של פרוסת הסיליקון עם חומרים כגון hexamethyldisilazane (HMDS) ו-trimethylsilyldiethylamine (TMSDEA). לאחר מכן, הסרט photoresist מוכן על ידי ציפוי ספין.
(2) אפייה מוקדמת: לאחר ציפוי ספין, סרט הפוטו-רזיסט עדיין מכיל כמות מסוימת של ממס. לאחר אפייה בטמפרטורה גבוהה יותר, ניתן להסיר את הממס כמה שפחות. לאחר אפייה מוקדמת, תכולת הפוטו-רזיסט מצטמצמת לכ-5%.
(3) חשיפה: כלומר, הפוטורסיסט נחשף לאור. בשלב זה, מתרחשת תגובת צילום, ומתרחש הבדל המסיסות בין החלק המואר לחלק הלא מואר.
(4) פיתוח והתקשות: המוצר שקוע במפתח. בשלב זה, האזור החשוף של הפוטו רזיסט החיובי והאזור הלא חשוף של הפוטו רזיסט השלילי יתמוססו בפיתוח. זה מציג דפוס תלת מימדי. לאחר הפיתוח, השבב זקוק לתהליך טיפול בטמפרטורה גבוהה כדי להפוך לסרט קשיח, המשמש בעיקר לשיפור ההדבקה של הפוטו-רזיסט למצע.
(5) תחריט: החומר מתחת לפוטורסיסט נחרט. הוא כולל תחריט רטוב נוזלי ותחריט יבש בגז. לדוגמה, עבור תחריט רטוב של סיליקון, פתרון מימי חומצי של חומצה הידרופלואורית משמש; עבור תחריט רטוב של נחושת, נעשה שימוש בתמיסת חומצה חזקה כגון חומצה חנקתית וחומצה גופרתית, בעוד שחריטה יבשה משתמשת לעתים קרובות בקרני פלזמה או יונים באנרגיה גבוהה כדי לפגוע במשטח החומר ולצרוב אותו.
(6) שיחת חומר: לבסוף, יש להסיר את הפוטורסיסט מפני השטח של העדשה. שלב זה נקרא ניקוי דגים.

בטיחות היא הנושא החשוב ביותר בכל ייצור מוליכים למחצה. גזי הפוטוליתוגרפיה העיקריים המסוכנים והמזיקים בתהליך ליטוגרפיית השבבים הם כדלקמן:

1. מי חמצן
מי חמצן (H2O2) הוא חומר מחמצן חזק. מגע ישיר עלול לגרום לדלקת בעור ובעיניים ולכוויות.

2. קסילן
Xylene הוא ממס ומפתח המשמש בליטוגרפיה שלילית. הוא דליק ובעל טמפרטורה נמוכה של 27.3℃ בלבד (טמפרטורת החדר בקירוב). הוא חומר נפץ כאשר הריכוז באוויר הוא 1%-7%. מגע חוזר עם קסילן עלול לגרום לדלקת בעור. אדי קסילן מתוקים, בדומה לריח של טיסנים; חשיפה לקסילן עלולה לגרום לדלקת של העיניים, האף והגרון. שאיפת הגז עלולה לגרום לכאבי ראש, סחרחורת, אובדן תיאבון ועייפות.

3. Hexamethyldisilazane (HMDS)
Hexamethyldisilazane (HMDS) משמש לרוב כשכבת פריימר להגברת ההידבקות של פוטו-רזיסט על פני המוצר. הוא דליק ובעל נקודת הבזק של 6.7 מעלות צלזיוס. הוא חומר נפץ כאשר הריכוז באוויר הוא 0.8%-16%. HMDS מגיב בחוזקה עם מים, אלכוהול וחומצות מינרליות לשחרור אמוניה.

4. Tetramethylammonium hydroxide
Tetramethylammonium hydroxide (TMAH) נמצא בשימוש נרחב כמפתח לליטוגרפיה חיובית. זה רעיל ומאכל. זה יכול להיות קטלני אם נבלע או במגע ישיר עם העור. מגע עם אבק או ערפל של TMAH עלול לגרום לדלקת של העיניים, העור, האף והגרון. שאיפה של ריכוזים גבוהים של TMAH תוביל למוות.

5. כלור ופלואור
כלור (Cl2) ופלואור (F2) משמשים שניהם בלייזרי אקצימר כמקורות אור אולטרה סגול עמוק ואולטרה סגול קיצוני (EUV). שני הגזים רעילים, נראים ירוק בהיר, ובעלי ריח מגרה חזק. שאיפה של ריכוזים גבוהים של גז זה תוביל למוות. גז פלואור עלול להגיב עם מים כדי לייצר גז מימן פלואוריד. גז מימן פלואוריד הוא חומצה חזקה המגרה את העור, העיניים ודרכי הנשימה ועלולה לגרום לתסמינים כמו כוויות וקשיי נשימה. ריכוז גבוה של פלואוריד עלול לגרום להרעלה לגוף האדם, ולגרום לתסמינים כמו כאבי ראש, הקאות, שלשולים ותרדמת.

6. ארגון
ארגון (Ar) הוא גז אינרטי שלרוב אינו גורם נזק ישיר לגוף האדם. בנסיבות רגילות, האוויר שאנשים נושמים מכיל כ-0.93% ארגון, ולריכוז זה אין השפעה ברורה על גוף האדם. עם זאת, במקרים מסוימים, ארגון עלול לגרום נזק לגוף האדם.
הנה כמה מצבים אפשריים: בחלל סגור, ריכוז הארגון עלול לעלות, ובכך להפחית את ריכוז החמצן באוויר ולגרום להיפוקסיה. זה עלול לגרום לתסמינים כמו סחרחורת, עייפות וקוצר נשימה. בנוסף, ארגון הוא גז אינרטי, אך הוא עלול להתפוצץ בטמפרטורה גבוהה או בלחץ גבוה.

7. ניאון
ניאון (Ne) הוא גז יציב, חסר צבע וריח שאינו משתתף בגז הניאון אינו מעורב בתהליך הנשימה האנושי, ולכן נשימה בריכוז גבוה של גז ניאון תגרום להיפוקסיה. אם אתה במצב של היפוקסיה במשך זמן רב, אתה עלול לחוות תסמינים כגון כאבי ראש, בחילות והקאות. בנוסף, גז ניאון עלול להגיב עם חומרים אחרים תחת טמפרטורה גבוהה או לחץ גבוה כדי לגרום לשריפה או פיצוץ.

8. גז קסנון
גז קסנון (Xe) הוא גז יציב, חסר צבע וריח שאינו משתתף בתהליך הנשימה האנושי, ולכן נשימה בריכוז גבוה של גז קסנון תגרום להיפוקסיה. אם אתה במצב של היפוקסיה במשך זמן רב, אתה עלול לחוות תסמינים כגון כאבי ראש, בחילות והקאות. בנוסף, גז ניאון עלול להגיב עם חומרים אחרים תחת טמפרטורה גבוהה או לחץ גבוה כדי לגרום לשריפה או פיצוץ.

9. גז קריפטון
גז קריפטון (Kr) הוא גז יציב, חסר צבע וריח שאינו משתתף בתהליך הנשימה האנושי, ולכן נשימה בריכוז גבוה של גז קריפטון תגרום להיפוקסיה. אם אתה במצב של היפוקסיה במשך זמן רב, אתה עלול לחוות תסמינים כגון כאבי ראש, בחילות והקאות. בנוסף, גז קסנון עלול להגיב עם חומרים אחרים תחת טמפרטורה גבוהה או לחץ גבוה כדי לגרום לשריפה או פיצוץ. נשימה בסביבה עם חוסר חמצן עלולה לגרום להיפוקסיה. אם אתה במצב של היפוקסיה במשך זמן רב, אתה עלול לחוות תסמינים כגון כאבי ראש, בחילות והקאות. בנוסף, גז קריפטון עלול להגיב עם חומרים אחרים בטמפרטורה גבוהה או בלחץ גבוה כדי לגרום לשריפה או פיצוץ.

פתרונות גילוי גז מסוכן לתעשיית המוליכים למחצה
תעשיית המוליכים למחצה כוללת ייצור, ייצור ותהליך של גזים דליקים, נפיצים, רעילים ומזיקים. כמשתמש בגזים במפעלי ייצור מוליכים למחצה, על כל איש צוות להבין את נתוני הבטיחות של גזים מסוכנים שונים לפני השימוש, ועליו לדעת כיצד להתמודד עם נהלי החירום כאשר גזים אלו דולפים.
בייצור, ייצור ואחסון של תעשיית המוליכים למחצה, על מנת למנוע אובדן חיים ורכוש הנגרמים מדליפת גזים מסוכנים אלו, יש צורך בהתקנת מכשירי גילוי גז לזיהוי גז המטרה.

גלאי גז הפכו למכשירי ניטור סביבתיים חיוניים בתעשיית המוליכים למחצה של ימינו, והם גם כלי הניטור הישירים ביותר.
ריקן קייקי תמיד הקדישה תשומת לב לפיתוח בטוח של תעשיית ייצור המוליכים למחצה, במטרה ליצור סביבת עבודה בטוחה לאנשים, והתמסרה לפיתוח חיישני גז המתאימים לתעשיית המוליכים למחצה, תוך מתן פתרונות סבירים לבעיות שונות בהן נתקלו משתמשים, ושדרוג מתמשך של פונקציות המוצר ואופטימיזציה של מערכות.