Ang paggawa ng bawat semiconductor na produkto ay nangangailangan ng daan-daang proseso. Hinahati namin ang buong proseso ng pagmamanupaktura sa walong hakbang:ostiyaprocessing-oxidation-photolithography-etching-thin film deposition-epitaxial growth-diffusion-ion implantation.
Upang matulungan kang maunawaan at makilala ang mga semiconductors at mga kaugnay na proseso, itutulak namin ang mga artikulo ng WeChat sa bawat isyu upang ipakilala ang bawat isa sa mga hakbang sa itaas nang paisa-isa.
Sa nakaraang artikulo, nabanggit na upang maprotektahan angostiyamula sa iba't ibang mga impurities, isang oxide film ang ginawa--proseso ng oksihenasyon. Ngayon ay tatalakayin natin ang "proseso ng photolithography" ng pagkuha ng litrato sa circuit ng disenyo ng semiconductor sa wafer na may nabuong oxide film.
Proseso ng Photolithography
1. Ano ang proseso ng photolithography
Ang photolithography ay upang gawin ang mga circuit at functional na lugar na kinakailangan para sa paggawa ng chip.
Ang liwanag na ibinubuga ng photolithography machine ay ginagamit upang ilantad ang manipis na pelikula na pinahiran ng photoresist sa pamamagitan ng isang maskara na may pattern. Babaguhin ng photoresist ang mga katangian nito pagkatapos makita ang liwanag, upang ang pattern sa maskara ay makopya sa manipis na pelikula, upang ang manipis na pelikula ay may function ng isang electronic circuit diagram. Ito ang papel ng photolithography, katulad ng pagkuha ng mga larawan gamit ang isang camera. Ang mga larawang kinunan ng camera ay naka-print sa pelikula, habang ang photolithography ay hindi nag-uukit ng mga larawan, ngunit ang mga circuit diagram at iba pang mga elektronikong sangkap.
Ang Photolithography ay isang tumpak na teknolohiya ng micro-machining
Ang conventional photolithography ay isang proseso na gumagamit ng ultraviolet light na may wavelength na 2000 hanggang 4500 angstrom bilang carrier ng impormasyon ng imahe, at gumagamit ng photoresist bilang intermediate (pag-record ng imahe) medium upang makamit ang pagbabago, paglilipat at pagproseso ng mga graphics, at sa wakas ay nagpapadala ng imahe. impormasyon sa chip (pangunahin ang silicon chip) o dielectric layer.
Masasabing ang photolithography ay ang pundasyon ng modernong semiconductor, microelectronics, at mga industriya ng impormasyon, at direktang tinutukoy ng photolithography ang antas ng pag-unlad ng mga teknolohiyang ito.
Sa mahigit 60 taon mula nang matagumpay na imbento ang mga integrated circuit noong 1959, ang lapad ng linya ng mga graphics nito ay nabawasan ng humigit-kumulang apat na order ng magnitude, at ang circuit integration ay napabuti ng higit sa anim na order ng magnitude. Ang mabilis na pag-unlad ng mga teknolohiyang ito ay pangunahing nauugnay sa pag-unlad ng photolithography.
(Mga kinakailangan para sa teknolohiya ng photolithography sa iba't ibang yugto ng pag-unlad ng pagmamanupaktura ng integrated circuit)
2. Mga pangunahing prinsipyo ng photolithography
Ang mga materyales sa photolithography ay karaniwang tumutukoy sa mga photoresist, na kilala rin bilang photoresists, na kung saan ay ang pinaka-kritikal na functional na materyales sa photolithography. Ang ganitong uri ng materyal ay may mga katangian ng liwanag (kabilang ang nakikitang liwanag, ultraviolet light, electron beam, atbp.) na reaksyon. Pagkatapos ng photochemical reaction, ang solubility nito ay nagbabago nang malaki.
Kabilang sa mga ito, ang solubility ng positibong photoresist sa developer ay tumataas, at ang nakuha na pattern ay kapareho ng mask; Ang negatibong photoresist ay ang kabaligtaran, iyon ay, ang solubility ay bumababa o kahit na nagiging hindi matutunaw pagkatapos na malantad sa developer, at ang nakuha na pattern ay kabaligtaran sa mask. Ang mga patlang ng aplikasyon ng dalawang uri ng photoresist ay magkaiba. Ang mga positibong photoresist ay mas karaniwang ginagamit, na nagkakahalaga ng higit sa 80% ng kabuuan.
Ang nasa itaas ay isang schematic diagram ng proseso ng photolithography
(1) Gluing: iyon ay, bumubuo ng isang photoresist film na may pare-parehong kapal, malakas na pagdirikit at walang mga depekto sa silicon wafer. Upang mapahusay ang pagdirikit sa pagitan ng photoresist film at ng silicon wafer, kadalasang kailangan munang baguhin ang ibabaw ng silicon wafer na may mga sangkap tulad ng hexamethyldisilazane (HMDS) at trimethylsilyldiethylamine (TMSDEA). Pagkatapos, ang photoresist film ay inihanda sa pamamagitan ng spin coating.
(2) Pre-baking: Pagkatapos ng spin coating, ang photoresist film ay naglalaman pa rin ng isang tiyak na halaga ng solvent. Pagkatapos maghurno sa isang mas mataas na temperatura, ang solvent ay maaaring alisin nang kaunti hangga't maaari. Pagkatapos ng pre-baking, ang nilalaman ng photoresist ay nabawasan sa halos 5%.
(3) Exposure: Ibig sabihin, ang photoresist ay nakalantad sa liwanag. Sa oras na ito, nangyayari ang isang photoreaction, at nangyayari ang pagkakaiba sa solubility sa pagitan ng bahaging iluminado at hindi nailaw na bahagi.
(4) Development at hardening: Ang produkto ay nahuhulog sa developer. Sa oras na ito, ang nakalantad na lugar ng positibong photoresist at ang hindi nakalantad na lugar ng negatibong photoresist ay matutunaw sa pag-unlad. Nagpapakita ito ng three-dimensional na pattern. Pagkatapos ng pag-unlad, ang chip ay nangangailangan ng isang mataas na temperatura na proseso ng paggamot upang maging isang matigas na pelikula, na pangunahing nagsisilbi upang higit pang mapahusay ang pagdirikit ng photoresist sa substrate.
(5) Pag-ukit: Ang materyal sa ilalim ng photoresist ay nakaukit. Kabilang dito ang likidong basang pag-ukit at gas na tuyo na pag-ukit. Halimbawa, para sa wet etching ng silikon, ginagamit ang isang acidic aqueous solution ng hydrofluoric acid; para sa basang pag-ukit ng tanso, ginagamit ang isang malakas na solusyon sa acid tulad ng nitric acid at sulfuric acid, habang ang dry etching ay kadalasang gumagamit ng plasma o high-energy ion beam upang sirain ang ibabaw ng materyal at i-ukit ito.
(6) Degumming: Sa wakas, ang photoresist ay kailangang alisin sa ibabaw ng lens. Ang hakbang na ito ay tinatawag na degumming.
Ang kaligtasan ay ang pinakamahalagang isyu sa lahat ng produksyon ng semiconductor. Ang pangunahing mapanganib at nakakapinsalang mga gas ng photolithography sa proseso ng chip lithography ay ang mga sumusunod:
1. Hydrogen peroxide
Ang hydrogen peroxide (H2O2) ay isang malakas na oxidant. Ang direktang pakikipag-ugnay ay maaaring magdulot ng pamamaga at paso sa balat at mata.
2. Xylene
Ang Xylene ay isang solvent at developer na ginagamit sa negatibong lithography. Ito ay nasusunog at may mababang temperatura na 27.3 ℃ lamang (tinatayang temperatura ng silid). Ito ay sumasabog kapag ang konsentrasyon sa hangin ay 1%-7%. Ang paulit-ulit na pagkakadikit sa xylene ay maaaring magdulot ng pamamaga ng balat. Ang singaw ng Xylene ay matamis, katulad ng amoy ng tack ng eroplano; Ang pagkakalantad sa xylene ay maaaring magdulot ng pamamaga ng mga mata, ilong at lalamunan. Ang paglanghap ng gas ay maaaring magdulot ng pananakit ng ulo, pagkahilo, pagkawala ng gana sa pagkain at pagkapagod.
3. Hexamethyldisilazane (HMDS)
Ang Hexamethyldisilazane (HMDS) ay kadalasang ginagamit bilang primer layer upang mapataas ang pagdirikit ng photoresist sa ibabaw ng produkto. Ito ay nasusunog at may flash point na 6.7°C. Ito ay sumasabog kapag ang konsentrasyon sa hangin ay 0.8%-16%. Matindi ang reaksyon ng HMDS sa tubig, alkohol at mga mineral na asido upang maglabas ng ammonia.
4. Tetramethylammonium hydroxide
Ang Tetramethylammonium hydroxide (TMAH) ay malawakang ginagamit bilang isang developer para sa positibong lithography. Ito ay nakakalason at kinakaing unti-unti. Maaari itong maging nakamamatay kung nalunok o direktang kontak sa balat. Maaaring magdulot ng pamamaga ng mata, balat, ilong, at lalamunan ang pagkakadikit sa TMAH dust o ambon. Ang paglanghap ng mataas na konsentrasyon ng TMAH ay hahantong sa kamatayan.
5. Chlorine at fluorine
Ang chlorine (Cl2) at fluorine (F2) ay parehong ginagamit sa excimer lasers bilang deep ultraviolet at extreme ultraviolet (EUV) light sources. Ang parehong mga gas ay nakakalason, lumilitaw na mapusyaw na berde, at may matinding nakakainis na amoy. Ang paglanghap ng mataas na konsentrasyon ng gas na ito ay hahantong sa kamatayan. Ang fluorine gas ay maaaring tumugon sa tubig upang makabuo ng hydrogen fluoride gas. Ang hydrogen fluoride gas ay isang malakas na acid na nakakairita sa balat, mata at respiratory tract at maaaring magdulot ng mga sintomas tulad ng pagkasunog at kahirapan sa paghinga. Ang mataas na konsentrasyon ng fluoride ay maaaring magdulot ng pagkalason sa katawan ng tao, na nagiging sanhi ng mga sintomas tulad ng pananakit ng ulo, pagsusuka, pagtatae, at pagkawala ng malay.
6. Argon
Ang Argon (Ar) ay isang inert gas na karaniwang hindi nagdudulot ng direktang pinsala sa katawan ng tao. Sa normal na mga pangyayari, ang hangin na nilalanghap ng mga tao ay naglalaman ng humigit-kumulang 0.93% argon, at ang konsentrasyon na ito ay walang malinaw na epekto sa katawan ng tao. Gayunpaman, sa ilang mga kaso, ang argon ay maaaring magdulot ng pinsala sa katawan ng tao.
Narito ang ilang posibleng sitwasyon: Sa isang nakakulong na espasyo, ang konsentrasyon ng argon ay maaaring tumaas, sa gayon ay binabawasan ang konsentrasyon ng oxygen sa hangin at nagiging sanhi ng hypoxia. Ito ay maaaring magdulot ng mga sintomas tulad ng pagkahilo, pagkapagod, at kakapusan sa paghinga. Bilang karagdagan, ang argon ay isang inert gas, ngunit maaari itong sumabog sa ilalim ng mataas na temperatura o mataas na presyon.
7. Neon
Ang Neon (Ne) ay isang matatag, walang kulay at walang amoy na gas na hindi lumalahok sa Ang neon gas ay hindi kasama sa proseso ng paghinga ng tao, kaya ang paghinga sa mataas na konsentrasyon ng neon gas ay magdudulot ng hypoxia. Kung ikaw ay nasa estado ng hypoxia sa loob ng mahabang panahon, maaari kang makaranas ng mga sintomas tulad ng pananakit ng ulo, pagduduwal, at pagsusuka. Bilang karagdagan, ang neon gas ay maaaring tumugon sa iba pang mga sangkap sa ilalim ng mataas na temperatura o mataas na presyon upang magdulot ng sunog o pagsabog.
8. Xenon gas
Ang Xenon gas (Xe) ay isang matatag, walang kulay at walang amoy na gas na hindi nakikilahok sa proseso ng paghinga ng tao, kaya ang paghinga sa mataas na konsentrasyon ng xenon gas ay magdudulot ng hypoxia. Kung ikaw ay nasa estado ng hypoxia sa loob ng mahabang panahon, maaari kang makaranas ng mga sintomas tulad ng pananakit ng ulo, pagduduwal, at pagsusuka. Bilang karagdagan, ang neon gas ay maaaring tumugon sa iba pang mga sangkap sa ilalim ng mataas na temperatura o mataas na presyon upang magdulot ng sunog o pagsabog.
9. Krypton gas
Ang krypton gas (Kr) ay isang matatag, walang kulay at walang amoy na gas na hindi nakikilahok sa proseso ng paghinga ng tao, kaya ang paghinga sa mataas na konsentrasyon ng krypton gas ay magdudulot ng hypoxia. Kung ikaw ay nasa estado ng hypoxia sa loob ng mahabang panahon, maaari kang makaranas ng mga sintomas tulad ng pananakit ng ulo, pagduduwal, at pagsusuka. Bilang karagdagan, ang xenon gas ay maaaring tumugon sa iba pang mga sangkap sa ilalim ng mataas na temperatura o mataas na presyon upang magdulot ng sunog o pagsabog. Ang paghinga sa isang kapaligiran na may kakulangan sa oxygen ay maaaring maging sanhi ng hypoxia. Kung ikaw ay nasa estado ng hypoxia sa loob ng mahabang panahon, maaari kang makaranas ng mga sintomas tulad ng pananakit ng ulo, pagduduwal, at pagsusuka. Bilang karagdagan, ang krypton gas ay maaaring tumugon sa iba pang mga sangkap sa ilalim ng mataas na temperatura o mataas na presyon upang magdulot ng sunog o pagsabog.
Mapanganib na mga solusyon sa pagtuklas ng gas para sa industriya ng semiconductor
Ang industriya ng semiconductor ay kinabibilangan ng produksyon, pagmamanupaktura, at proseso ng nasusunog, sumasabog, nakakalason, at nakakapinsalang mga gas. Bilang gumagamit ng mga gas sa mga semiconductor manufacturing plant, dapat na maunawaan ng bawat miyembro ng kawani ang data ng kaligtasan ng iba't ibang mapanganib na gas bago gamitin, at dapat malaman kung paano haharapin ang mga emergency na pamamaraan kapag tumagas ang mga gas na ito.
Sa produksyon, pagmamanupaktura, at pag-iimbak ng industriya ng semiconductor, upang maiwasan ang pagkawala ng buhay at ari-arian na dulot ng pagtagas ng mga mapanganib na gas na ito, kinakailangang mag-install ng mga instrumento sa pagtuklas ng gas upang matukoy ang target na gas.
Ang mga detektor ng gas ay naging mahahalagang instrumento sa pagsubaybay sa kapaligiran sa industriya ng semiconductor ngayon, at ito rin ang mga pinakadirektang tool sa pagsubaybay.
Palaging binibigyang pansin ni Riken Keiki ang ligtas na pag-unlad ng industriya ng pagmamanupaktura ng semiconductor, na may misyon na lumikha ng isang ligtas na kapaligiran sa pagtatrabaho para sa mga tao, at itinalaga ang sarili sa pagbuo ng mga sensor ng gas na angkop para sa industriya ng semiconductor, na nagbibigay ng mga makatwirang solusyon para sa iba't ibang problemang nararanasan ng mga user, at patuloy na pag-upgrade ng mga function ng produkto at pag-optimize ng mga system.
Oras ng post: Hul-16-2024