半導体プロセス全工程フォトリソグラフィー

それぞれの半導体製品の製造には数百のプロセスが必要です。製造プロセス全体を 8 つのステップに分けます。ウエハース加工－酸化－フォトリソグラフィー－エッチング－薄膜堆積－エピタキシャル成長－拡散－イオン注入。
半導体と関連プロセスを理解して認識できるように、毎号の WeChat 記事で上記の各ステップを 1 つずつ紹介していきます。
前回の記事で、保護するためには、ウエハースさまざまな不純物から酸化膜が作られる――酸化プロセス。今回は、酸化膜が形成されたウエハ上に半導体の設計回路を撮影する「フォトリソグラフィー工程」について説明します。

フォトリソグラフィープロセス

1. フォトリソグラフィープロセスとは
フォトリソグラフィーは、チップの製造に必要な回路と機能領域を作成することです。
フォトリソグラフィー機械が発する光は、パターンのあるマスクを通してフォトレジストでコーティングされた薄膜を露光するために使用されます。フォトレジストは光を受けると特性が変化し、マスク上のパターンが薄膜に転写され、薄膜が電子回路図の機能を持ちます。これは、カメラで写真を撮るのと同じように、フォトリソグラフィーの役割です。カメラで撮影した写真はフィルムにプリントされますが、フォトリソグラフィーでは写真ではなく回路図やその他の電子部品が彫刻されます。

フォトリソグラフィーは精密な微細加工技術です

従来のフォトリソグラフィーは、画像情報担体として波長2000〜4500オングストロームの紫外線を使用し、中間（画像記録）媒体としてフォトレジストを使用してグラフィックスの変形、転写、加工を実現し、最終的に画像を送信するプロセスです。情報をチップ（主にシリコンチップ）または誘電体層に伝えます。
フォトリソグラフィーは現代の半導体、マイクロエレクトロニクス、情報産業の基礎であると言え、フォトリソグラフィーはこれらの技術の発展レベルを直接決定します。
1959 年に集積回路の発明が成功して以来 60 年以上の間に、そのグラフィックスの線幅は約 4 桁縮小され、回路集積度は 6 桁以上改善されました。これらの技術の急速な進歩は主にフォトリソグラフィーの発展によるものです。

（集積回路製造の開発の各段階におけるフォトリソグラフィー技術の要件）

2. フォトリソグラフィーの基本原理
フォトリソグラフィー材料は一般に、フォトレジストとも呼ばれるフォトレジストを指し、フォトリソグラフィーにおいて最も重要な機能性材料です。この種の材料は光（可視光、紫外線、電子線などを含む）に反応する特性を持っています。光化学反応後は溶解度が大きく変化します。
このうち、ポジ型フォトレジストは現像液への溶解度が高まり、得られるパターンはマスクと同じになります。ネガ型フォトレジストはその逆です。つまり、現像液にさらされると溶解度が低下するか、さらには不溶性になり、得られるパターンはマスクとは反対になります。 2 種類のフォトレジストの応用分野は異なります。ポジ型フォトレジストがより一般的に使用され、全体の 80% 以上を占めます。

上はフォトリソグラフィー工程の模式図です

（１）接着：シリコンウエハ上に均一な厚さで密着力が強く、欠陥のないフォトレジスト膜を形成する。フォトレジスト膜とシリコンウェハの密着性を高めるために、多くの場合、最初にヘキサメチルジシラザン（HMDS）やトリメチルシリルジエチルアミン（TMSDEA）などの物質でシリコンウェハの表面を改質する必要があります。次に、スピンコート法によりフォトレジスト膜を形成する。
(2) プリベーク：スピンコート後のフォトレジスト膜にはまだある程度の溶剤が含まれています。高温で焼成した後、溶剤の除去を最小限に抑えることができます。プリベーク後、フォトレジストの含有量は約 5% に減少します。
（３）露光：すなわち、フォトレジストを露光する。このとき光反応が起こり、光が当たっている部分と光が当たっていない部分とで溶解度の差が生じます。
(4) 現像・硬化：製品を現像液に浸漬します。このとき、ポジ型フォトレジストの露光部とネガ型フォトレジストの非露光部が現像により溶解する。これにより、立体的なパターンが表現されます。現像後、チップを硬い膜にするために高温処理プロセスが必要です。これは主にフォトレジストの基板への密着性をさらに高めるために役立ちます。
(5) エッチング: フォトレジストの下の材料をエッチングします。液体のウェットエッチングとガスのドライエッチングが含まれます。例えば、シリコンのウェットエッチングにはフッ酸の酸性水溶液が使用される。銅のウェットエッチングには硝酸や硫酸などの強酸溶液が使用されますが、ドライエッチングではプラズマや高エネルギーのイオンビームを使用して材料の表面にダメージを与えてエッチングすることがよくあります。
(6) 脱ガム: 最後に、レンズの表面からフォトレジストを除去する必要があります。このステップは脱ガムと呼ばれます。

安全性はすべての半導体製造において最も重要な問題です。チップ リソグラフィー プロセスにおける主な危険および有害なフォトリソグラフィー ガスは次のとおりです。

1.過酸化水素
過酸化水素 (H2O2) は強力な酸化剤です。直接接触すると、皮膚や目に炎症や火傷を引き起こす可能性があります。

2.キシレン
キシレンは、ネガ リソグラフィーで使用される溶媒および現像液です。可燃性があり、温度はわずか27.3℃（室温程度）と低温です。空気中の濃度が1%～7%の場合、爆発性があります。キシレンと繰り返し接触すると、皮膚の炎症を引き起こす可能性があります。キシレンの蒸気は甘く、飛行機のタックの匂いに似ています。キシレンにさらされると、目、鼻、喉に炎症を引き起こす可能性があります。ガスを吸入すると、頭痛、めまい、食欲不振、疲労を引き起こす可能性があります。

3. ヘキサメチルジシラザン (HMDS)
ヘキサメチルジシラザン (HMDS) は、製品表面のフォトレジストの密着性を高めるためのプライマー層として最も一般的に使用されます。引火性があり、引火点は 6.7°C です。空気中の濃度が0.8%～16%の場合、爆発性があります。 HMDS は水、アルコール、鉱酸と強く反応してアンモニアを放出します。

4. 水酸化テトラメチルアンモニウム
水酸化テトラメチルアンモニウム (TMAH) は、ポジ リソグラフィーの現像液として広く使用されています。有毒で腐食性があります。飲み込んだり、皮膚に直接接触したりすると、死亡する可能性があります。 TMAH の粉塵やミストに触れると、目、皮膚、鼻、喉に炎症を引き起こす可能性があります。高濃度の TMAH を吸入すると死に至ります。

5. 塩素とフッ素
塩素 (Cl2) とフッ素 (F2) は両方とも、エキシマ レーザーの深紫外および極紫外 (EUV) 光源として使用されます。どちらのガスも有毒で、薄緑色に見え、強い刺激臭があります。高濃度のこのガスを吸入すると死に至る可能性があります。フッ素ガスは水と反応してフッ化水素ガスを生成することがあります。フッ化水素ガスは強酸であり、皮膚、目、気道を刺激し、火傷や呼吸困難などの症状を引き起こす可能性があります。高濃度のフッ化物は人体に中毒を引き起こし、頭痛、嘔吐、下痢、昏睡などの症状を引き起こす可能性があります。

6. アルゴン
アルゴン（Ar）は、通常は人体に直接害を及ぼさない不活性ガスです。通常の状況では、人が呼吸する空気には約 0.93% のアルゴンが含まれており、この濃度は人体に明らかな影響を与えません。しかし、場合によってはアルゴンが人体に害を及ぼす可能性があります。
以下に考えられる状況をいくつか示します。 密閉空間ではアルゴン濃度が増加し、それによって空気中の酸素濃度が低下し、低酸素症が発生する可能性があります。めまい、倦怠感、息切れなどの症状を引き起こす可能性があります。また、アルゴンは不活性ガスですが、高温・高圧下では爆発する可能性があります。

7. ネオン
ネオン (Ne) は安定した無色無臭のガスであり、人間の呼吸過程には関与しないため、高濃度のネオンガスを吸入すると低酸素症を引き起こします。低酸素状態が長時間続くと、頭痛、吐き気、嘔吐などの症状が現れることがあります。また、ネオンガスは高温・高圧下で他の物質と反応し、火災や爆発を引き起こす可能性があります。

8.キセノンガス
キセノンガス (Xe) は安定した無色無臭のガスであり、人間の呼吸過程には関与しないため、高濃度のキセノンガスを吸入すると低酸素症を引き起こします。低酸素状態が長時間続くと、頭痛、吐き気、嘔吐などの症状が現れることがあります。また、ネオンガスは高温や高圧下で他の物質と反応し、火災や爆発を引き起こす可能性があります。

9. クリプトンガス
クリプトンガス（Kr）は、人間の呼吸過程に関与しない安定した無色無臭のガスであるため、高濃度のクリプトンガスを吸入すると低酸素症を引き起こします。低酸素状態が長時間続くと、頭痛、吐き気、嘔吐などの症状が現れることがあります。また、キセノンガスは高温や高圧下で他の物質と反応し、火災や爆発を引き起こす可能性があります。酸素欠乏の環境で呼吸すると、低酸素症を引き起こす可能性があります。低酸素状態が長時間続くと、頭痛、吐き気、嘔吐などの症状が現れることがあります。また、クリプトンガスは高温や高圧下で他の物質と反応し、火災や爆発を引き起こす可能性があります。

半導体産業向けの有害ガス検知ソリューション
半導体産業には、可燃性、爆発性、有毒、有害なガスの生産、製造、プロセスが含まれます。半導体製造工場でガスを使用する従業員は、使用前にさまざまな危険ガスの安全性データを理解し、ガスが漏洩した場合の緊急処置の方法を知っておく必要があります。
半導体産業の生産、製造、保管においては、これら有害ガスの漏洩による人命や財産の損失を回避するために、対象ガスを検知するガス検知器を設置する必要があります。

ガス検知器は、今日の半導体産業において不可欠な環境監視機器となっており、最も直接的な監視ツールでもあります。
理研計器は、人々が安全に働ける環境づくりを使命として、半導体製造業の安全な発展に常に気を配り、半導体産業に適したガスセンサの開発に専念し、半導体製造業が直面するさまざまな問題に合理的な解決策を提供してきました。製品の機能を継続的にアップグレードし、システムを最適化します。