सेमीकंडक्टर फोटोलिथोग्राफीची पूर्ण प्रक्रिया

प्रत्येक सेमीकंडक्टर उत्पादनाच्या निर्मितीसाठी शेकडो प्रक्रियांची आवश्यकता असते. आम्ही संपूर्ण उत्पादन प्रक्रिया आठ चरणांमध्ये विभागतो:वेफरप्रक्रिया-ऑक्सिडेशन-फोटोलिथोग्राफी-एचिंग-पातळ फिल्म डिपॉझिशन-एपिटॅक्सियल ग्रोथ-डिफ्यूजन-आयन इम्प्लांटेशन.
सेमीकंडक्टर आणि संबंधित प्रक्रिया समजून घेण्यासाठी आणि ओळखण्यात तुम्हाला मदत करण्यासाठी, आम्ही प्रत्येक अंकातील WeChat लेख वरील प्रत्येक पायरी एक-एक करून सादर करू.
मागील लेखात, असे नमूद केले होते की संरक्षण करण्यासाठीवेफरविविध अशुद्धतेपासून, एक ऑक्साइड फिल्म तयार केली गेली - ऑक्सिडेशन प्रक्रिया. आज आपण तयार झालेल्या ऑक्साईड फिल्मसह वेफरवर अर्धसंवाहक डिझाइन सर्किटचे छायाचित्र काढण्याच्या "फोटोलिथोग्राफी प्रक्रियेवर" चर्चा करू.

फोटोलिथोग्राफी प्रक्रिया

1. फोटोलिथोग्राफी प्रक्रिया म्हणजे काय
फोटोलिथोग्राफी म्हणजे चिप उत्पादनासाठी आवश्यक सर्किट आणि कार्यात्मक क्षेत्रे तयार करणे.
फोटोलिथोग्राफी मशीनद्वारे उत्सर्जित होणारा प्रकाश फोटोरेसिस्टसह लेपित पातळ फिल्मला नमुना असलेल्या मास्कद्वारे उघड करण्यासाठी वापरला जातो. प्रकाश पाहिल्यानंतर फोटोरेसिस्ट त्याचे गुणधर्म बदलेल, जेणेकरून मास्कवरील नमुना पातळ फिल्ममध्ये कॉपी केला जाईल, जेणेकरून पातळ फिल्ममध्ये इलेक्ट्रॉनिक सर्किट डायग्रामचे कार्य असेल. ही फोटोलिथोग्राफीची भूमिका आहे, कॅमेऱ्याने छायाचित्रे काढण्यासारखीच. कॅमेऱ्याने काढलेले फोटो फिल्मवर छापले जातात, तर फोटोलिथोग्राफीमध्ये फोटो कोरलेले नसून सर्किट डायग्राम आणि इतर इलेक्ट्रॉनिक घटक कोरले जातात.

फोटोलिथोग्राफी हे अचूक सूक्ष्म-मशीनिंग तंत्रज्ञान आहे

पारंपारिक फोटोलिथोग्राफी ही एक प्रक्रिया आहे जी प्रतिमा माहिती वाहक म्हणून 2000 ते 4500 अँग्स्ट्रॉमच्या तरंगलांबीसह अल्ट्राव्हायोलेट प्रकाश वापरते आणि ग्राफिकचे परिवर्तन, हस्तांतरण आणि प्रक्रिया साध्य करण्यासाठी मध्यवर्ती (इमेज रेकॉर्डिंग) माध्यम म्हणून फोटोरेसिस्ट वापरते आणि शेवटी प्रतिमा प्रसारित करते. चिप (प्रामुख्याने सिलिकॉन चिप) किंवा डायलेक्ट्रिक लेयरची माहिती.
असे म्हटले जाऊ शकते की फोटोलिथोग्राफी हा आधुनिक सेमीकंडक्टर, मायक्रोइलेक्ट्रॉनिक आणि माहिती उद्योगांचा पाया आहे आणि फोटोलिथोग्राफी थेट या तंत्रज्ञानाचा विकास स्तर निर्धारित करते.
1959 मध्ये एकात्मिक सर्किट्सचा यशस्वी शोध लागल्यापासून 60 पेक्षा जास्त वर्षांमध्ये, त्याच्या ग्राफिक्सच्या रेषेची रुंदी परिमाणाच्या सुमारे चार ऑर्डरने कमी केली गेली आहे आणि सर्किटचे एकत्रीकरण सहापेक्षा जास्त परिमाणाने सुधारले गेले आहे. या तंत्रज्ञानाच्या जलद प्रगतीचे श्रेय प्रामुख्याने फोटोलिथोग्राफीच्या विकासाला दिले जाते.

(एकात्मिक सर्किट उत्पादनाच्या विकासाच्या विविध टप्प्यांवर फोटोलिथोग्राफी तंत्रज्ञानासाठी आवश्यकता)

2. फोटोलिथोग्राफीची मूलभूत तत्त्वे
फोटोलिथोग्राफी सामग्री सामान्यत: फोटोरेसिस्ट्सचा संदर्भ देते, ज्याला फोटोरेसिस्ट देखील म्हणतात, जे फोटोलिथोग्राफीमधील सर्वात गंभीर कार्यात्मक सामग्री आहेत. या प्रकारच्या सामग्रीमध्ये प्रकाशाची वैशिष्ट्ये आहेत (दृश्यमान प्रकाश, अल्ट्राव्हायोलेट प्रकाश, इलेक्ट्रॉन बीम इ.) प्रतिक्रिया. फोटोकेमिकल प्रतिक्रिया नंतर, त्याची विद्राव्यता लक्षणीय बदलते.
त्यापैकी, डेव्हलपरमध्ये सकारात्मक फोटोरेसिस्टची विद्रव्यता वाढते आणि प्राप्त केलेला नमुना मुखवटा सारखाच असतो; नकारात्मक फोटोरेसिस्ट उलट आहे, म्हणजे, विकसकाच्या संपर्कात आल्यानंतर विद्राव्यता कमी होते किंवा अगदी अघुलनशील होते आणि प्राप्त केलेला नमुना मुखवटाच्या विरुद्ध आहे. दोन प्रकारच्या फोटोरेसिस्टचे अर्ज फील्ड भिन्न आहेत. पॉझिटिव्ह फोटोरेसिस्ट अधिक सामान्यपणे वापरले जातात, एकूण 80% पेक्षा जास्त.

वरील फोटोलिथोग्राफी प्रक्रियेचा एक योजनाबद्ध आकृती आहे

(1) ग्लूइंग: म्हणजे, एकसमान जाडी, मजबूत चिकटपणा आणि सिलिकॉन वेफरवर कोणतेही दोष नसलेली फोटोरेसिस्ट फिल्म तयार करणे. फोटोरेसिस्ट फिल्म आणि सिलिकॉन वेफर यांच्यातील आसंजन वाढवण्यासाठी, हेक्सामेथिलडिसिलॅझेन (HMDS) आणि ट्रायमेथिलसिलिलडायथिलामाइन (TMSDEA) सारख्या पदार्थांसह सिलिकॉन वेफरच्या पृष्ठभागावर अनेकदा बदल करणे आवश्यक असते. त्यानंतर, फोटोरेसिस्ट फिल्म स्पिन कोटिंगद्वारे तयार केली जाते.
(२) प्री-बेकिंग: स्पिन कोटिंगनंतर, फोटोरेसिस्ट फिल्ममध्ये विशिष्ट प्रमाणात सॉल्व्हेंट असते. उच्च तपमानावर बेकिंग केल्यानंतर, सॉल्व्हेंट शक्य तितक्या कमी काढले जाऊ शकते. प्री-बेकिंगनंतर, फोटोरेसिस्टची सामग्री सुमारे 5% पर्यंत कमी केली जाते.
(३) एक्सपोजर: म्हणजेच फोटोरेसिस्ट प्रकाशाच्या संपर्कात असतो. यावेळी, एक फोटोरिएक्शन होते, आणि प्रकाशित भाग आणि अप्रकाशित भाग यांच्यातील विद्राव्यता फरक आढळतो.
(4) विकास आणि कडक होणे: उत्पादन विकसकामध्ये बुडविले जाते. यावेळी, सकारात्मक फोटोरेसिस्टचे उघड क्षेत्र आणि नकारात्मक फोटोरेसिस्टचे उघड न झालेले क्षेत्र विकासात विरघळते. हे त्रिमितीय नमुना सादर करते. विकासानंतर, चिपला कठोर फिल्म बनण्यासाठी उच्च-तापमान उपचार प्रक्रियेची आवश्यकता असते, जी मुख्यत्वे सब्सट्रेटला फोटोरेसिस्टचे आसंजन वाढवते.
(५) एचिंग: फोटोरेसिस्ट अंतर्गत सामग्री कोरलेली असते. त्यात द्रव ओले नक्षी आणि वायूयुक्त कोरडे कोरीव काम समाविष्ट आहे. उदाहरणार्थ, सिलिकॉनच्या ओल्या खोदकामासाठी, हायड्रोफ्लोरिक ऍसिडचे अम्लीय जलीय द्रावण वापरले जाते; तांब्याच्या ओल्या खोदकामासाठी, नायट्रिक ऍसिड आणि सल्फ्यूरिक ऍसिडसारखे मजबूत ऍसिड द्रावण वापरले जाते, तर कोरड्या कोरीव कामात बहुतेक वेळा प्लाझ्मा किंवा उच्च-ऊर्जा आयन बीमचा वापर करून सामग्रीच्या पृष्ठभागाचे नुकसान होते आणि ते कोरते.
(6) डिगमिंग: शेवटी, फोटोरेसिस्टला लेन्सच्या पृष्ठभागावरून काढणे आवश्यक आहे. या पायरीला degumming म्हणतात.

सर्व सेमीकंडक्टर उत्पादनामध्ये सुरक्षितता ही सर्वात महत्वाची समस्या आहे. चिप लिथोग्राफी प्रक्रियेतील मुख्य धोकादायक आणि हानिकारक फोटोलिथोग्राफी वायू खालीलप्रमाणे आहेत:

1. हायड्रोजन पेरोक्साइड
हायड्रोजन पेरोक्साइड (H2O2) एक मजबूत ऑक्सिडंट आहे. थेट संपर्कामुळे त्वचा आणि डोळ्यांची जळजळ आणि जळजळ होऊ शकते.

2. Xylene
Xylene नकारात्मक लिथोग्राफीमध्ये वापरला जाणारा एक विलायक आणि विकासक आहे. हे ज्वलनशील आहे आणि त्याचे कमी तापमान फक्त 27.3℃ (अंदाजे खोलीचे तापमान) आहे. जेव्हा हवेतील एकाग्रता 1%-7% असते तेव्हा ते स्फोटक असते. xylene च्या वारंवार संपर्कामुळे त्वचेवर जळजळ होऊ शकते. Xylene वाष्प गोड आहे, विमानाच्या टॅकच्या वासाप्रमाणेच; xylene च्या संपर्कात आल्याने डोळे, नाक आणि घसा जळजळ होऊ शकतो. वायूच्या इनहेलेशनमुळे डोकेदुखी, चक्कर येणे, भूक न लागणे आणि थकवा येऊ शकतो.

3. हेक्सामेथिल्डिसिलाझेन (HMDS)
उत्पादनाच्या पृष्ठभागावर फोटोरेसिस्टचे आसंजन वाढवण्यासाठी हेक्सामेथिल्डिसिलाझेन (HMDS) हे प्राइमर लेयर म्हणून सर्वात जास्त वापरले जाते. हे ज्वलनशील आहे आणि त्याचा फ्लॅश पॉइंट 6.7°C आहे. जेव्हा हवेतील एकाग्रता 0.8% -16% असते तेव्हा ते स्फोटक असते. HMDS अमोनिया सोडण्यासाठी पाणी, अल्कोहोल आणि खनिज ऍसिडसह तीव्र प्रतिक्रिया देते.

4. टेट्रामेथिलामोनियम हायड्रॉक्साइड
टेट्रामेथिलॅमोनियम हायड्रॉक्साइड (TMAH) मोठ्या प्रमाणावर सकारात्मक लिथोग्राफीसाठी विकसक म्हणून वापरले जाते. ते विषारी आणि संक्षारक आहे. गिळल्यास किंवा त्वचेच्या थेट संपर्कात आल्यास ते प्राणघातक ठरू शकते. TMAH धूळ किंवा धुके यांच्या संपर्कामुळे डोळे, त्वचा, नाक आणि घसा जळजळ होऊ शकतो. TMAH च्या उच्च एकाग्रतेच्या इनहेलेशनमुळे मृत्यू होतो.

5. क्लोरीन आणि फ्लोरिन
क्लोरीन (Cl2) आणि फ्लोरिन (F2) हे दोन्ही एक्सायमर लेसरमध्ये खोल अल्ट्राव्हायोलेट आणि एक्स्ट्रीम अल्ट्राव्हायोलेट (EUV) प्रकाश स्रोत म्हणून वापरले जातात. दोन्ही वायू विषारी आहेत, हलक्या हिरव्या दिसतात आणि तीव्र त्रासदायक गंध असतात. या वायूच्या उच्च सांद्रतेच्या इनहेलेशनमुळे मृत्यू होतो. हायड्रोजन फ्लोराईड वायू तयार करण्यासाठी फ्लोरिन वायू पाण्यावर प्रतिक्रिया देऊ शकतो. हायड्रोजन फ्लोराईड वायू हा एक मजबूत आम्ल आहे जो त्वचा, डोळे आणि श्वसनमार्गाला त्रास देतो आणि त्यामुळे जळजळ होणे आणि श्वास घेण्यात अडचण येणे यासारखी लक्षणे दिसू शकतात. फ्लोराईडच्या उच्च प्रमाणामुळे मानवी शरीरात विषबाधा होऊ शकते, ज्यामुळे डोकेदुखी, उलट्या, अतिसार आणि कोमा यांसारखी लक्षणे दिसून येतात.

6. आर्गॉन
आर्गॉन (एआर) हा एक अक्रिय वायू आहे जो सामान्यतः मानवी शरीराला थेट हानी पोहोचवत नाही. सामान्य परिस्थितीत, लोक श्वास घेतात त्या हवेत सुमारे 0.93% आर्गॉन असते आणि या एकाग्रतेचा मानवी शरीरावर कोणताही स्पष्ट परिणाम होत नाही. तथापि, काही प्रकरणांमध्ये, आर्गॉन मानवी शरीराला हानी पोहोचवू शकते.
येथे काही संभाव्य परिस्थिती आहेत: मर्यादित जागेत, आर्गॉनची एकाग्रता वाढू शकते, ज्यामुळे हवेतील ऑक्सिजन एकाग्रता कमी होते आणि हायपोक्सिया होतो. यामुळे चक्कर येणे, थकवा येणे आणि धाप लागणे यासारखी लक्षणे दिसू शकतात. याव्यतिरिक्त, आर्गॉन एक अक्रिय वायू आहे, परंतु उच्च तापमान किंवा उच्च दाबाने त्याचा स्फोट होऊ शकतो.

7. निऑन
निऑन (Ne) हा एक स्थिर, रंगहीन आणि गंधहीन वायू आहे जो यात सहभागी होत नाही निऑन वायू मानवी श्वसन प्रक्रियेत गुंतलेला नाही, त्यामुळे निऑन वायूच्या उच्च एकाग्रतेमध्ये श्वास घेतल्यास हायपोक्सिया होतो. जर तुम्ही दीर्घकाळ हायपोक्सियाच्या स्थितीत असाल तर तुम्हाला डोकेदुखी, मळमळ आणि उलट्या यांसारखी लक्षणे दिसू शकतात. याव्यतिरिक्त, निऑन गॅस उच्च तापमान किंवा उच्च दाब अंतर्गत इतर पदार्थांसह आग किंवा स्फोट घडवून आणू शकतो.

8. झेनॉन वायू
झेनॉन वायू (Xe) हा एक स्थिर, रंगहीन आणि गंधहीन वायू आहे जो मानवी श्वसन प्रक्रियेत भाग घेत नाही, म्हणून क्सीनन वायूच्या उच्च एकाग्रतेमध्ये श्वास घेतल्यास हायपोक्सिया होतो. जर तुम्ही दीर्घकाळ हायपोक्सियाच्या स्थितीत असाल तर तुम्हाला डोकेदुखी, मळमळ आणि उलट्या यांसारखी लक्षणे दिसू शकतात. याव्यतिरिक्त, निऑन गॅस उच्च तापमान किंवा उच्च दाबाने आग किंवा स्फोट घडवून आणण्यासाठी इतर पदार्थांसह प्रतिक्रिया देऊ शकतो.

9. क्रिप्टन वायू
क्रिप्टन वायू (Kr) हा एक स्थिर, रंगहीन आणि गंधहीन वायू आहे जो मानवी श्वसन प्रक्रियेत भाग घेत नाही, त्यामुळे क्रिप्टन वायूच्या उच्च एकाग्रतेमध्ये श्वास घेतल्यास हायपोक्सिया होतो. जर तुम्ही दीर्घकाळ हायपोक्सियाच्या स्थितीत असाल तर तुम्हाला डोकेदुखी, मळमळ आणि उलट्या यांसारखी लक्षणे दिसू शकतात. याव्यतिरिक्त, झेनॉन वायू उच्च तापमान किंवा उच्च दाब अंतर्गत इतर पदार्थांसह आग किंवा स्फोट घडवून आणू शकतो. ऑक्सिजनची कमतरता असलेल्या वातावरणात श्वास घेतल्यास हायपोक्सिया होऊ शकतो. जर तुम्ही दीर्घकाळ हायपोक्सियाच्या स्थितीत असाल तर तुम्हाला डोकेदुखी, मळमळ आणि उलट्या यांसारखी लक्षणे दिसू शकतात. याव्यतिरिक्त, क्रिप्टन वायू इतर पदार्थांशी उच्च तापमान किंवा उच्च दाबाने प्रतिक्रिया देऊन आग किंवा स्फोट होऊ शकतो.

सेमीकंडक्टर उद्योगासाठी घातक वायू शोधण्याचे उपाय
सेमीकंडक्टर उद्योगामध्ये ज्वलनशील, स्फोटक, विषारी आणि हानिकारक वायूंचे उत्पादन, उत्पादन आणि प्रक्रिया यांचा समावेश होतो. सेमीकंडक्टर मॅन्युफॅक्चरिंग प्लांट्समधील वायूंचा वापरकर्ता म्हणून, प्रत्येक कर्मचारी सदस्याने वापरण्यापूर्वी विविध घातक वायूंचा सुरक्षितता डेटा समजून घेतला पाहिजे आणि जेव्हा हे वायू गळतात तेव्हा आणीबाणीच्या प्रक्रियेला कसे सामोरे जावे हे माहित असले पाहिजे.
या घातक वायूंच्या गळतीमुळे होणारी जीवित आणि मालमत्तेची हानी टाळण्यासाठी सेमीकंडक्टर उद्योगाचे उत्पादन, उत्पादन आणि साठवण करताना, लक्ष्यित वायू शोधण्यासाठी गॅस शोध यंत्रे स्थापित करणे आवश्यक आहे.

गॅस डिटेक्टर आजच्या सेमीकंडक्टर उद्योगात आवश्यक पर्यावरणीय देखरेख साधने बनले आहेत आणि सर्वात थेट देखरेख साधने देखील आहेत.
रिकेन केकी यांनी सेमीकंडक्टर उत्पादन उद्योगाच्या सुरक्षित विकासाकडे नेहमी लक्ष दिले आहे, लोकांसाठी सुरक्षित कामाचे वातावरण निर्माण करण्याच्या उद्देशाने, आणि सेमीकंडक्टर उद्योगासाठी योग्य असलेले गॅस सेन्सर विकसित करण्यात स्वतःला झोकून दिले आहे, ज्यामुळे विविध समस्यांना वाजवी उपाय उपलब्ध आहेत. वापरकर्ते, आणि सतत उत्पादन कार्ये श्रेणीसुधारित करणे आणि सिस्टम ऑप्टिमाइझ करणे.