กระบวนการเซมิคอนดักเตอร์กระบวนการโฟโตลิโทกราฟีแบบเต็มรูปแบบ

การผลิตผลิตภัณฑ์เซมิคอนดักเตอร์แต่ละชนิดต้องใช้กระบวนการหลายร้อยขั้นตอน เราแบ่งกระบวนการผลิตทั้งหมดออกเป็นแปดขั้นตอน:เวเฟอร์การประมวลผล - ออกซิเดชัน - การพิมพ์ด้วยแสง - การแกะสลัก - การสะสมของฟิล์มบาง - การเจริญเติบโตของเยื่อบุผิว - การแพร่กระจาย - การฝังไอออน
เพื่อช่วยให้คุณเข้าใจและรู้จักเซมิคอนดักเตอร์และกระบวนการที่เกี่ยวข้อง เราจะผลักดันบทความ WeChat ในแต่ละประเด็นเพื่อแนะนำแต่ละขั้นตอนข้างต้นทีละขั้นตอน
ในบทความที่แล้วได้กล่าวไว้ว่าเพื่อเป็นการป้องกันเวเฟอร์จากสิ่งสกปรกต่างๆ ทำให้เกิดฟิล์มออกไซด์ - กระบวนการออกซิเดชัน วันนี้เราจะมาพูดถึง "กระบวนการถ่ายภาพหินด้วยแสง" ในการถ่ายภาพวงจรการออกแบบเซมิคอนดักเตอร์บนแผ่นเวเฟอร์โดยเกิดฟิล์มออกไซด์

 

กระบวนการถ่ายภาพหิน

 

1. กระบวนการถ่ายภาพหินคืออะไร

Photolithography คือการสร้างวงจรและพื้นที่การทำงานที่จำเป็นสำหรับการผลิตชิป
แสงที่ปล่อยออกมาจากเครื่องโฟโตลิโทกราฟีใช้เพื่อเผยฟิล์มบางที่เคลือบด้วยโฟโตรีซิสต์ผ่านหน้ากากที่มีลวดลาย โฟโตรีซิสต์จะเปลี่ยนคุณสมบัติหลังจากเห็นแสง เพื่อคัดลอกลวดลายบนหน้ากากไปยังฟิล์มบาง เพื่อให้ฟิล์มบางทำหน้าที่เหมือนแผนภาพวงจรอิเล็กทรอนิกส์ นี่คือบทบาทของการถ่ายภาพหิน คล้ายกับการถ่ายภาพด้วยกล้อง ภาพถ่ายที่ถ่ายด้วยกล้องจะถูกพิมพ์บนแผ่นฟิล์ม ในขณะที่การพิมพ์หินด้วยภาพถ่ายไม่ได้แกะสลักภาพถ่าย แต่เป็นไดอะแกรมวงจรและส่วนประกอบอิเล็กทรอนิกส์อื่นๆ

Photolithography เป็นเทคโนโลยีการตัดเฉือนขนาดเล็กที่มีความแม่นยำ

การพิมพ์หินด้วยแสงแบบธรรมดาเป็นกระบวนการที่ใช้แสงอัลตราไวโอเลตที่มีความยาวคลื่น 2,000 ถึง 4,500 อังสตรอมเป็นตัวพาข้อมูลภาพ และใช้โฟโตรีซิสต์เป็นสื่อกลาง (การบันทึกภาพ) เพื่อให้เกิดการเปลี่ยนแปลง ถ่ายโอน และประมวลผลกราฟิก และสุดท้ายก็ส่งภาพ ข้อมูลไปยังชิป (ชิปซิลิคอนเป็นหลัก) หรือชั้นอิเล็กทริก
อาจกล่าวได้ว่าการพิมพ์หินด้วยแสงเป็นรากฐานของอุตสาหกรรมเซมิคอนดักเตอร์ ไมโครอิเล็กทรอนิกส์ และอุตสาหกรรมสารสนเทศสมัยใหม่ และการพิมพ์หินด้วยแสงเป็นตัวกำหนดระดับการพัฒนาของเทคโนโลยีเหล่านี้โดยตรง
ในรอบกว่า 60 ปีนับตั้งแต่การประดิษฐ์วงจรรวมที่ประสบความสำเร็จในปี 2502 ความกว้างของเส้นของกราฟิกลดลงประมาณสี่ลำดับความสำคัญ และการรวมวงจรได้รับการปรับปรุงมากกว่าหกลำดับความสำคัญ ความก้าวหน้าอย่างรวดเร็วของเทคโนโลยีเหล่านี้มีสาเหตุหลักมาจากการพัฒนาการพิมพ์หินด้วยแสง

(ข้อกำหนดสำหรับเทคโนโลยีการพิมพ์หินด้วยแสงในขั้นตอนต่าง ๆ ของการพัฒนาการผลิตวงจรรวม)

 

2. หลักการพื้นฐานของการพิมพ์หินด้วยแสง

โดยทั่วไป วัสดุโฟโตลิโธกราฟีหมายถึงโฟโตรีซิสต์ หรือที่รู้จักในชื่อโฟโตรีซิสต์ ซึ่งเป็นวัสดุเชิงหน้าที่ที่สำคัญที่สุดในการพิมพ์หินด้วยแสง วัสดุประเภทนี้มีลักษณะเฉพาะของปฏิกิริยาแสง (รวมถึงแสงที่มองเห็น แสงอัลตราไวโอเลต ลำแสงอิเล็กตรอน ฯลฯ) หลังจากปฏิกิริยาโฟโตเคมีคอล ความสามารถในการละลายจะเปลี่ยนไปอย่างมาก
ในหมู่พวกเขาความสามารถในการละลายของสารต้านทานแสงเชิงบวกในนักพัฒนาเพิ่มขึ้นและรูปแบบที่ได้รับจะเหมือนกับหน้ากาก โฟโตรีซิสต์เชิงลบนั้นตรงกันข้าม กล่าวคือ ความสามารถในการละลายลดลงหรือแม้กระทั่งละลายไม่ได้หลังจากสัมผัสกับนักพัฒนา และรูปแบบที่ได้จะตรงกันข้ามกับหน้ากาก ขอบเขตการใช้งานของโฟโตรีซิสต์ทั้งสองประเภทจะแตกต่างกัน มีการใช้โฟโตรีซิสต์เชิงบวกมากกว่า โดยคิดเป็นสัดส่วนมากกว่า 80% ของทั้งหมด

ด้านบนนี้เป็นแผนผังของกระบวนการโฟโตลิโทกราฟี

 

(1) การติดกาว:

นั่นคือ การสร้างฟิล์มไวแสงที่มีความหนาสม่ำเสมอ การยึดเกาะที่แข็งแกร่ง และไม่มีข้อบกพร่องบนแผ่นเวเฟอร์ซิลิคอน เพื่อเพิ่มการยึดเกาะระหว่างฟิล์มไวแสงและเวเฟอร์ซิลิคอน มักจำเป็นต้องปรับเปลี่ยนพื้นผิวของเวเฟอร์ซิลิคอนก่อนด้วยสารต่างๆ เช่น hexamethyldisilazane (HMDS) และ trimethylsilyldiethylamine (TMSDEA) จากนั้นเตรียมฟิล์มไวแสงโดยการเคลือบแบบหมุน

(2) การอบล่วงหน้า:

หลังจากการเคลือบแบบหมุน ฟิล์มไวแสงยังคงมีตัวทำละลายอยู่จำนวนหนึ่ง หลังจากการอบที่อุณหภูมิสูงขึ้น ตัวทำละลายสามารถขจัดออกได้น้อยที่สุด หลังจากการอบล่วงหน้า ปริมาณสารต้านทานแสงจะลดลงเหลือประมาณ 5%

(3) การสัมผัส:

นั่นคือเครื่องฉายแสงสัมผัสกับแสง ในเวลานี้ เกิดปฏิกิริยาแสง และความแตกต่างในการละลายระหว่างส่วนที่ส่องสว่างและส่วนที่ไม่ส่องสว่างก็เกิดขึ้น

(4) การพัฒนาและการชุบแข็ง:

ผลิตภัณฑ์ถูกแช่อยู่ในนักพัฒนา ในเวลานี้ พื้นที่สัมผัสของโฟโตรีซิสต์เชิงบวกและพื้นที่ที่ไม่ได้รับแสงของโฟโตรีซิสต์เชิงลบจะละลายในการพัฒนา นำเสนอรูปแบบสามมิติ หลังการพัฒนา ชิปจำเป็นต้องผ่านกระบวนการบำบัดที่อุณหภูมิสูงเพื่อให้กลายเป็นฟิล์มแข็ง ซึ่งส่วนใหญ่ทำหน้าที่เพื่อเพิ่มการยึดเกาะของสารต้านทานแสงกับสารตั้งต้น

(5) การแกะสลัก:

วัสดุที่อยู่ใต้โฟโตรีซิสต์จะถูกสลักไว้ ซึ่งรวมถึงการกัดกรดแบบเปียกของเหลวและการกัดแบบแห้งด้วยแก๊ส ตัวอย่างเช่นสำหรับการกัดซิลิคอนแบบเปียกจะใช้สารละลายกรดไฮโดรฟลูออริกที่เป็นกรด สำหรับการกัดทองแดงแบบเปียก จะใช้สารละลายกรดแก่ เช่น กรดไนตริกและกรดซัลฟิวริก ในขณะที่การกัดแบบแห้งมักใช้พลาสมาหรือลำแสงไอออนพลังงานสูงเพื่อทำลายพื้นผิวของวัสดุและกัดกร่อน

(6) การลอกกาว:

สุดท้าย จำเป็นต้องถอดโฟโตรีซิสต์ออกจากพื้นผิวของเลนส์ ขั้นตอนนี้เรียกว่าการลอกกาว

ความปลอดภัยถือเป็นประเด็นที่สำคัญที่สุดในการผลิตเซมิคอนดักเตอร์ทั้งหมด ก๊าซโฟโตลิโทกราฟีที่เป็นอันตรายและเป็นอันตรายหลักในกระบวนการพิมพ์หินชิปมีดังนี้:

 

1. ไฮโดรเจนเปอร์ออกไซด์

ไฮโดรเจนเปอร์ออกไซด์ (H2O2) เป็นสารออกซิแดนท์ที่แรง การสัมผัสโดยตรงอาจทำให้ผิวหนังและดวงตาอักเสบและไหม้ได้

 

2. ไซลีน

ไซลีนเป็นตัวทำละลายและผู้พัฒนาที่ใช้ในการพิมพ์หินเนกาทีฟ เป็นสารไวไฟและมีอุณหภูมิต่ำเพียง 27.3°C (ประมาณอุณหภูมิห้อง) จะระเบิดได้เมื่อความเข้มข้นในอากาศอยู่ที่ 1%-7% การสัมผัสกับไซลีนซ้ำๆ อาจทำให้ผิวหนังอักเสบได้ ไอของไซลีนมีรสหวานคล้ายกับกลิ่นของตะปูบนเครื่องบิน การสัมผัสกับไซลีนอาจทำให้เกิดการอักเสบของตา จมูก และลำคอได้ การสูดดมก๊าซอาจทำให้เกิดอาการปวดศีรษะ เวียนศีรษะ เบื่ออาหาร และเหนื่อยล้า

 

3. เฮกซาเมทิลไดซิลาเซน (HMDS)

Hexamethyldisilazane (HMDS) มักใช้เป็นชั้นไพรเมอร์เพื่อเพิ่มการยึดเกาะของโฟโตรีซิสต์บนพื้นผิวของผลิตภัณฑ์ เป็นสารไวไฟและมีจุดวาบไฟ 6.7°C จะระเบิดได้เมื่อความเข้มข้นในอากาศอยู่ที่ 0.8%-16% HMDS ทำปฏิกิริยาอย่างรุนแรงกับน้ำ แอลกอฮอล์ และกรดแร่เพื่อปล่อยแอมโมเนีย

 

4. เตตระเมทิลแอมโมเนียมไฮดรอกไซด์

Tetramethylammonium hydroxide (TMAH) ถูกนำมาใช้กันอย่างแพร่หลายในฐานะนักพัฒนาสำหรับการพิมพ์หินเชิงบวก มันเป็นพิษและมีฤทธิ์กัดกร่อน อาจเป็นอันตรายถึงชีวิตได้หากกลืนกินหรือสัมผัสโดยตรงกับผิวหนัง การสัมผัสกับฝุ่นหรือละอองของ TMAH อาจทำให้เกิดอาการอักเสบของดวงตา ผิวหนัง จมูก และลำคอได้ การสูดดม TMAH ที่มีความเข้มข้นสูงจะทำให้เสียชีวิตได้

 

5. คลอรีนและฟลูออรีน

คลอรีน (Cl2) และฟลูออรีน (F2) ถูกนำมาใช้ในเลเซอร์เอ็กไซเมอร์เป็นแหล่งกำเนิดแสงอัลตราไวโอเลตระดับลึกและรังสีอัลตราไวโอเลตระดับรุนแรง (EUV) ก๊าซทั้งสองเป็นพิษ มีสีเขียวอ่อน และมีกลิ่นระคายเคืองรุนแรง การสูดดมก๊าซที่มีความเข้มข้นสูงจะทำให้เสียชีวิตได้ ก๊าซฟลูออรีนอาจทำปฏิกิริยากับน้ำเพื่อผลิตก๊าซไฮโดรเจนฟลูออไรด์ ก๊าซไฮโดรเจนฟลูออไรด์เป็นกรดแก่ที่ทำให้ผิวหนัง ดวงตา และทางเดินหายใจระคายเคือง และอาจทำให้เกิดอาการต่างๆ เช่น แสบร้อนและหายใจลำบาก ฟลูออไรด์ที่มีความเข้มข้นสูงอาจทำให้เกิดพิษต่อร่างกายมนุษย์ ทำให้เกิดอาการต่างๆ เช่น ปวดศีรษะ อาเจียน ท้องร่วง และโคม่า

 

6. อาร์กอน

อาร์กอน (Ar) เป็นก๊าซเฉื่อยที่มักไม่ก่อให้เกิดอันตรายโดยตรงต่อร่างกายมนุษย์ ภายใต้สถานการณ์ปกติ อากาศที่ผู้คนหายใจเข้าไปมีอาร์กอนประมาณ 0.93% และความเข้มข้นนี้ไม่มีผลกระทบที่ชัดเจนต่อร่างกายมนุษย์ อย่างไรก็ตามในบางกรณีอาร์กอนอาจก่อให้เกิดอันตรายต่อร่างกายมนุษย์ได้
ต่อไปนี้เป็นสถานการณ์ที่เป็นไปได้: ในพื้นที่จำกัด ความเข้มข้นของอาร์กอนอาจเพิ่มขึ้น ส่งผลให้ความเข้มข้นของออกซิเจนในอากาศลดลงและทำให้เกิดภาวะขาดออกซิเจน ซึ่งอาจทำให้เกิดอาการต่างๆ เช่น เวียนศีรษะ เหนื่อยล้า และหายใจลำบาก นอกจากนี้อาร์กอนยังเป็นก๊าซเฉื่อย แต่อาจระเบิดได้ภายใต้อุณหภูมิสูงหรือแรงดันสูง

 

7. นีออน

นีออน (Ne) เป็นก๊าซที่เสถียร ไม่มีสี และไม่มีกลิ่น ซึ่งไม่มีส่วนร่วมในกระบวนการหายใจของมนุษย์ ก๊าซนีออนไม่เกี่ยวข้องกับกระบวนการหายใจของมนุษย์ ดังนั้นการหายใจเข้าไปในก๊าซนีออนที่มีความเข้มข้นสูงจะทำให้เกิดภาวะขาดออกซิเจนได้ หากคุณอยู่ในภาวะขาดออกซิเจนเป็นเวลานาน คุณอาจมีอาการต่างๆ เช่น ปวดศีรษะ คลื่นไส้ และอาเจียน นอกจากนี้ก๊าซนีออนอาจทำปฏิกิริยากับสารอื่นภายใต้อุณหภูมิสูงหรือแรงดันสูงทำให้เกิดไฟไหม้หรือการระเบิด

 

8. แก๊สซีนอน

ก๊าซซีนอน (Xe) เป็นก๊าซที่มีความเสถียร ไม่มีสี และไม่มีกลิ่น ซึ่งไม่เกี่ยวข้องกับกระบวนการหายใจของมนุษย์ ดังนั้นการหายใจเอาก๊าซซีนอนที่มีความเข้มข้นสูงเข้าไปจะทำให้เกิดภาวะขาดออกซิเจน หากคุณอยู่ในภาวะขาดออกซิเจนเป็นเวลานาน คุณอาจมีอาการต่างๆ เช่น ปวดศีรษะ คลื่นไส้ และอาเจียน นอกจากนี้ก๊าซนีออนอาจทำปฏิกิริยากับสารอื่นภายใต้อุณหภูมิสูงหรือแรงดันสูงทำให้เกิดไฟไหม้หรือการระเบิด

 

9. ก๊าซคริปตัน

ก๊าซคริปทอน (Kr) เป็นก๊าซที่มีความเสถียร ไม่มีสี และไม่มีกลิ่น ซึ่งไม่เกี่ยวข้องกับกระบวนการหายใจของมนุษย์ ดังนั้นการหายใจเอาก๊าซคริปทอนที่มีความเข้มข้นสูงเข้าไปจะทำให้เกิดภาวะขาดออกซิเจน หากคุณอยู่ในภาวะขาดออกซิเจนเป็นเวลานาน คุณอาจมีอาการต่างๆ เช่น ปวดศีรษะ คลื่นไส้ และอาเจียน นอกจากนี้ก๊าซซีนอนอาจทำปฏิกิริยากับสารอื่นภายใต้อุณหภูมิสูงหรือแรงดันสูงทำให้เกิดไฟไหม้หรือการระเบิด การหายใจในสภาพแวดล้อมที่ขาดออกซิเจนอาจทำให้เกิดภาวะขาดออกซิเจนได้ หากคุณอยู่ในภาวะขาดออกซิเจนเป็นเวลานาน คุณอาจมีอาการต่างๆ เช่น ปวดศีรษะ คลื่นไส้ และอาเจียน นอกจากนี้ก๊าซคริปทอนอาจทำปฏิกิริยากับสารอื่นภายใต้อุณหภูมิสูงหรือแรงดันสูงทำให้เกิดไฟไหม้หรือการระเบิด

 

โซลูชันการตรวจจับก๊าซอันตรายสำหรับอุตสาหกรรมเซมิคอนดักเตอร์

อุตสาหกรรมเซมิคอนดักเตอร์เกี่ยวข้องกับการผลิต การผลิต และกระบวนการของก๊าซไวไฟ ระเบิดได้ เป็นพิษ และเป็นอันตราย ในฐานะผู้ใช้ก๊าซในโรงงานผลิตเซมิคอนดักเตอร์ พนักงานทุกคนควรเข้าใจข้อมูลความปลอดภัยของก๊าซอันตรายต่างๆ ก่อนการใช้งาน และควรรู้วิธีจัดการกับขั้นตอนฉุกเฉินเมื่อก๊าซเหล่านี้รั่วไหล
ในการผลิต การผลิต และการจัดเก็บของอุตสาหกรรมเซมิคอนดักเตอร์ เพื่อหลีกเลี่ยงการสูญเสียชีวิตและทรัพย์สินที่เกิดจากการรั่วไหลของก๊าซอันตรายเหล่านี้ จำเป็นต้องติดตั้งเครื่องมือตรวจจับก๊าซเพื่อตรวจจับก๊าซเป้าหมาย

เครื่องตรวจจับก๊าซได้กลายเป็นเครื่องมือตรวจสอบสภาพแวดล้อมที่สำคัญในอุตสาหกรรมเซมิคอนดักเตอร์ในปัจจุบัน และยังเป็นเครื่องมือตรวจสอบโดยตรงที่สุดอีกด้วย
Riken Keiki ให้ความสำคัญกับการพัฒนาอุตสาหกรรมการผลิตเซมิคอนดักเตอร์อย่างปลอดภัยมาโดยตลอด โดยมีพันธกิจในการสร้างสภาพแวดล้อมการทำงานที่ปลอดภัยสำหรับผู้คน และได้อุทิศตนเพื่อการพัฒนาเซ็นเซอร์ก๊าซที่เหมาะสมสำหรับอุตสาหกรรมเซมิคอนดักเตอร์ โดยมอบแนวทางแก้ไขปัญหาต่างๆ ที่สมเหตุสมผลสำหรับปัญหาต่างๆ ที่ประสบ ผู้ใช้และอัปเกรดฟังก์ชันผลิตภัณฑ์และเพิ่มประสิทธิภาพระบบอย่างต่อเนื่อง