سیمی کنڈکٹر فوٹو لیتھوگرافی کا مکمل عمل

ہر سیمی کنڈکٹر پروڈکٹ کی تیاری میں سینکڑوں عمل درکار ہوتے ہیں۔ ہم پورے مینوفیکچرنگ کے عمل کو آٹھ مراحل میں تقسیم کرتے ہیں:ویفرپروسیسنگ-آکسیڈیشن-فوٹو لیتھوگرافی-ایچنگ-پتلی فلم جمع-ایپٹیکسیل گروتھ-ڈفیوژن-آئن امپلانٹیشن۔
سیمی کنڈکٹرز اور متعلقہ عمل کو سمجھنے اور پہچاننے میں آپ کی مدد کرنے کے لیے، ہم ہر شمارے میں WeChat آرٹیکلز کو آگے بڑھائیں گے تاکہ مندرجہ بالا اقدامات میں سے ہر ایک کو ایک ایک کرکے متعارف کرایا جا سکے۔
پچھلے مضمون میں، یہ ذکر کیا گیا تھا کہ تحفظ کے لئےویفرمختلف نجاستوں سے، ایک آکسائیڈ فلم بنائی گئی تھی - آکسیکرن عمل۔ آج ہم تشکیل شدہ آکسائڈ فلم کے ساتھ ویفر پر سیمی کنڈکٹر ڈیزائن سرکٹ کی تصویر کشی کے "فوٹو لیتھوگرافی کے عمل" پر تبادلہ خیال کریں گے۔

فوٹو لیتھوگرافی کا عمل

1. فوٹو لیتھوگرافی کا عمل کیا ہے؟
فوٹو لیتھوگرافی چپ کی تیاری کے لیے درکار سرکٹس اور فنکشنل ایریاز کو بنانا ہے۔
فوٹو لیتھوگرافی مشین کے ذریعے خارج ہونے والی روشنی کو پیٹرن والے ماسک کے ذریعے فوٹو ریزسٹ کے ساتھ لیپت پتلی فلم کو بے نقاب کرنے کے لیے استعمال کیا جاتا ہے۔ فوٹو ریزسٹ روشنی کو دیکھنے کے بعد اپنی خصوصیات کو تبدیل کرے گا، تاکہ ماسک پر پیٹرن کو پتلی فلم میں کاپی کیا جائے، تاکہ پتلی فلم میں الیکٹرانک سرکٹ ڈایاگرام کا کام ہو۔ یہ فوٹو لیتھوگرافی کا کردار ہے، جیسا کہ کیمرے سے تصویریں کھینچنا۔ کیمرے کے ذریعے لی گئی تصاویر فلم پر پرنٹ ہوتی ہیں، جب کہ فوٹو لیتھوگرافی میں تصاویر نہیں کندہ ہوتی ہیں بلکہ سرکٹ ڈایاگرام اور دیگر الیکٹرانک پرزے ہوتے ہیں۔

فوٹو لیتھوگرافی ایک درست مائیکرو مشینی ٹیکنالوجی ہے۔

روایتی فوٹو لیتھوگرافی ایک ایسا عمل ہے جو 2000 سے 4500 انگسٹروم کی طول موج کے ساتھ الٹرا وائلٹ روشنی کو تصویری معلومات فراہم کرنے والے کے طور پر استعمال کرتا ہے، اور گرافکس کی تبدیلی، منتقلی اور پروسیسنگ کو حاصل کرنے کے لیے فوٹو ریزسٹ کو انٹرمیڈیٹ (تصویری ریکارڈنگ) میڈیم کے طور پر استعمال کرتا ہے، اور آخر میں تصویر کو منتقل کرتا ہے۔ چپ (بنیادی طور پر سلیکون چپ) یا ڈائی الیکٹرک پرت سے متعلق معلومات۔
یہ کہا جا سکتا ہے کہ فوٹو لیتھوگرافی جدید سیمی کنڈکٹر، مائیکرو الیکٹرانکس، اور معلوماتی صنعتوں کی بنیاد ہے، اور فوٹو لیتھوگرافی براہ راست ان ٹیکنالوجیز کی ترقی کی سطح کا تعین کرتی ہے۔
1959 میں انٹیگریٹڈ سرکٹس کی کامیاب ایجاد کے بعد سے 60 سے زائد سالوں میں، اس کے گرافکس کی لائن چوڑائی میں تقریباً چار آرڈرز کی شدت سے کمی کی گئی ہے، اور سرکٹ کے انضمام کو چھ سے زیادہ آرڈرز کی شدت سے بہتر کیا گیا ہے۔ ان ٹیکنالوجیز کی تیز رفتار ترقی بنیادی طور پر فوٹو لیتھوگرافی کی ترقی سے منسوب ہے۔

(انٹیگریٹڈ سرکٹ مینوفیکچرنگ کی ترقی کے مختلف مراحل میں فوٹو لیتھوگرافی ٹیکنالوجی کے تقاضے)

2. فوٹو لیتھوگرافی کے بنیادی اصول
فوٹو لیتھوگرافی مواد عام طور پر فوٹو ریزٹس کا حوالہ دیتے ہیں، جنہیں فوٹوورسٹس بھی کہا جاتا ہے، جو فوٹو لیتھوگرافی میں سب سے اہم فنکشنل مواد ہیں۔ اس قسم کے مواد میں روشنی کی خصوصیات ہوتی ہیں (بشمول نظر آنے والی روشنی، الٹرا وایلیٹ لائٹ، الیکٹران بیم وغیرہ)۔ فوٹو کیمیکل ردعمل کے بعد، اس کی حل پذیری میں نمایاں تبدیلی آتی ہے۔
ان میں سے، ڈویلپر میں مثبت photoresist کی گھلنشیلتا بڑھ جاتی ہے، اور حاصل شدہ پیٹرن ماسک کے طور پر ایک ہی ہے؛ منفی فوٹو ریزسٹ اس کے برعکس ہے، یعنی گھلنشیلتا کم ہو جاتی ہے یا ڈویلپر کے سامنے آنے کے بعد بھی ناقابل حل ہو جاتی ہے، اور حاصل شدہ پیٹرن ماسک کے برعکس ہے۔ فوٹو ریزٹس کی دو اقسام کے ایپلیکیشن فیلڈز مختلف ہیں۔ مثبت فوٹو ریزسٹ زیادہ عام طور پر استعمال ہوتے ہیں، جو کل کے 80% سے زیادہ ہوتے ہیں۔

مندرجہ بالا فوٹو لیتھوگرافی کے عمل کا ایک اسکیمیٹک خاکہ ہے۔

(1) گلونگ: یعنی یکساں موٹائی، مضبوط چپکنے والی اور سلیکون ویفر پر کوئی نقائص کے ساتھ فوٹو ریزسٹ فلم بنانا۔ فوٹو ریزسٹ فلم اور سلکان ویفر کے درمیان چپکنے کو بڑھانے کے لیے، اکثر ضروری ہوتا ہے کہ پہلے سلیکون ویفر کی سطح کو ہیکسامیتھیلڈیسلازین (HMDS) اور trimethylsilyldiethylamine (TMSDEA) جیسے مادوں سے تبدیل کیا جائے۔ پھر، فوٹو ریزسٹ فلم اسپن کوٹنگ کے ذریعے تیار کی جاتی ہے۔
(2) پری بیکنگ: اسپن کوٹنگ کے بعد، فوٹو ریزسٹ فلم میں ابھی بھی سالوینٹ کی ایک خاص مقدار ہوتی ہے۔ زیادہ درجہ حرارت پر بیک کرنے کے بعد، سالوینٹس کو جتنا ممکن ہو سکے ہٹایا جا سکتا ہے۔ پری بیکنگ کے بعد، photoresist کا مواد تقریباً 5% تک کم ہو جاتا ہے۔
(3) نمائش: یعنی فوٹو ریزسٹ روشنی کے سامنے ہے۔ اس وقت، ایک فوٹو ری ایکشن ہوتا ہے، اور روشن حصے اور غیر روشن حصے کے درمیان حل پذیری کا فرق ہوتا ہے۔
(4) ترقی اور سختی: پروڈکٹ ڈویلپر میں ڈوبی ہوئی ہے۔ اس وقت، مثبت photoresist کے بے نقاب علاقے اور منفی photoresist کے غیر بے نقاب علاقے ترقی میں تحلیل ہو جائے گا. یہ تین جہتی نمونہ پیش کرتا ہے۔ ترقی کے بعد، چپ کو سخت فلم بننے کے لیے اعلی درجہ حرارت کے علاج کے عمل کی ضرورت ہوتی ہے، جو بنیادی طور پر سبسٹریٹ کے ساتھ فوٹو ریزسٹ کے چپکنے کو مزید بڑھانے کا کام کرتا ہے۔
(5) اینچنگ: فوٹوریسٹ کے نیچے مواد کو اینچ کیا جاتا ہے۔ اس میں مائع گیلی اینچنگ اور گیسیئس ڈرائی ایچنگ شامل ہے۔ مثال کے طور پر، سلکان کی گیلی اینچنگ کے لیے، ہائیڈرو فلورک ایسڈ کا ایک تیزابی آبی محلول استعمال کیا جاتا ہے۔ تانبے کی گیلی اینچنگ کے لیے، نائٹرک ایسڈ اور سلفیورک ایسڈ جیسے مضبوط تیزابی محلول کا استعمال کیا جاتا ہے، جب کہ خشک اینچنگ میں اکثر پلازما یا ہائی انرجی آئن بیم کا استعمال کرتے ہوئے مواد کی سطح کو نقصان پہنچاتا ہے اور اس کو کھینچتا ہے۔
(6) Degumming: آخر میں، photoresist کو لینس کی سطح سے ہٹانے کی ضرورت ہے۔ اس قدم کو ڈیگمنگ کہتے ہیں۔

سیمی کنڈکٹر کی تمام پیداوار میں سیفٹی سب سے اہم مسئلہ ہے۔ چپ لتھوگرافی کے عمل میں اہم خطرناک اور نقصان دہ فوٹو لیتھوگرافی گیسیں درج ذیل ہیں۔

1. ہائیڈروجن پیرو آکسائیڈ
ہائیڈروجن پیرو آکسائیڈ (H2O2) ایک مضبوط آکسیڈینٹ ہے۔ براہ راست رابطہ جلد اور آنکھوں کی سوزش اور جلنے کا سبب بن سکتا ہے۔

2. زائلین
زائلین ایک سالوینٹ اور ڈویلپر ہے جو منفی لتھوگرافی میں استعمال ہوتا ہے۔ یہ آتش گیر ہے اور اس کا کم درجہ حرارت صرف 27.3 ℃ (تقریبا کمرے کا درجہ حرارت) ہے۔ جب ہوا میں ارتکاز 1%-7% ہوتا ہے تو یہ دھماکہ خیز ہوتا ہے۔ xylene کے ساتھ بار بار رابطہ جلد کی سوزش کا سبب بن سکتا ہے۔ Xylene وانپ میٹھی ہے، ہوائی جہاز کے ٹیک کی بو کی طرح؛ xylene کی نمائش آنکھوں، ناک اور گلے کی سوزش کا سبب بن سکتی ہے۔ گیس کو سانس لینے سے سر درد، چکر آنا، بھوک میں کمی اور تھکاوٹ ہو سکتی ہے۔

3. Hexamethyldisilazane (HMDS)
Hexamethyldisilazane (HMDS) عام طور پر مصنوعات کی سطح پر photoresist کے چپکنے کو بڑھانے کے لیے ایک پرائمر پرت کے طور پر استعمال کیا جاتا ہے۔ یہ آتش گیر ہے اور اس کا فلیش پوائنٹ 6.7 ° C ہے۔ جب ہوا میں ارتکاز 0.8%-16% ہوتا ہے تو یہ دھماکہ خیز ہوتا ہے۔ HMDS امونیا کو چھوڑنے کے لیے پانی، الکحل اور معدنی تیزاب کے ساتھ سخت رد عمل ظاہر کرتا ہے۔

4. Tetramethylammonium hydroxide
Tetramethylammonium hydroxide (TMAH) کو مثبت لتھوگرافی کے لیے بڑے پیمانے پر استعمال کیا جاتا ہے۔ یہ زہریلا اور corrosive ہے. اگر نگل لیا جائے یا جلد کے ساتھ براہ راست رابطے میں ہو تو یہ مہلک ہو سکتا ہے۔ TMAH دھول یا دھند سے رابطہ آنکھوں، جلد، ناک اور گلے کی سوزش کا سبب بن سکتا ہے۔ TMAH کی زیادہ مقدار میں سانس لینا موت کا باعث بنے گا۔

5. کلورین اور فلورین
کلورین (Cl2) اور فلورین (F2) دونوں excimer لیزرز میں گہرے بالائے بنفشی اور انتہائی الٹرا وایلیٹ (EUV) روشنی کے ذرائع کے طور پر استعمال ہوتے ہیں۔ دونوں گیسیں زہریلی ہیں، ہلکے سبز رنگ کی نظر آتی ہیں، اور ان میں شدید چڑچڑاپن کی بو ہے۔ اس گیس کی زیادہ مقدار میں سانس لینے سے موت واقع ہو جائے گی۔ فلورین گیس ہائیڈروجن فلورائیڈ گیس پیدا کرنے کے لیے پانی کے ساتھ رد عمل ظاہر کر سکتی ہے۔ ہائیڈروجن فلورائیڈ گیس ایک مضبوط تیزاب ہے جو جلد، آنکھوں اور سانس کی نالی میں جلن پیدا کرتی ہے اور جلنے اور سانس لینے میں دشواری جیسی علامات کا سبب بن سکتی ہے۔ فلورائیڈ کی زیادہ مقدار انسانی جسم میں زہر کا سبب بن سکتی ہے، جس سے سر درد، الٹی، اسہال اور کوما جیسی علامات پیدا ہوتی ہیں۔

6. آرگن
Argon (Ar) ایک غیر فعال گیس ہے جو عام طور پر انسانی جسم کو براہ راست نقصان نہیں پہنچاتی ہے۔ عام حالات میں، لوگ جس ہوا میں سانس لیتے ہیں اس میں تقریباً 0.93% argon ہوتا ہے، اور اس ارتکاز کا انسانی جسم پر کوئی واضح اثر نہیں ہوتا۔ تاہم، بعض صورتوں میں، argon انسانی جسم کو نقصان پہنچا سکتا ہے.
یہاں کچھ ممکنہ حالات ہیں: ایک محدود جگہ میں، آرگن کا ارتکاز بڑھ سکتا ہے، اس طرح ہوا میں آکسیجن کا ارتکاز کم ہوتا ہے اور ہائپوکسیا کا سبب بنتا ہے۔ اس سے چکر آنا، تھکاوٹ، اور سانس کی قلت جیسی علامات پیدا ہو سکتی ہیں۔ اس کے علاوہ، آرگن ایک غیر فعال گیس ہے، لیکن یہ اعلی درجہ حرارت یا زیادہ دباؤ کے تحت پھٹ سکتی ہے۔

7. نیین
نیین (Ne) ایک مستحکم، بے رنگ اور بو کے بغیر گیس ہے جو اس میں حصہ نہیں لیتی ہے نیون گیس انسانی سانس کے عمل میں شامل نہیں ہے، اس لیے نیون گیس کے زیادہ ارتکاز میں سانس لینے سے ہائپوکسیا ہو گا۔ اگر آپ طویل عرصے سے ہائپوکسیا کی حالت میں ہیں، تو آپ کو سر درد، متلی اور الٹی جیسی علامات کا سامنا ہوسکتا ہے۔ اس کے علاوہ، نیین گیس اعلی درجہ حرارت یا زیادہ دباؤ کے تحت دیگر مادوں کے ساتھ رد عمل ظاہر کر کے آگ یا دھماکے کا سبب بن سکتی ہے۔

8. زینون گیس
زینون گیس (Xe) ایک مستحکم، بے رنگ اور بو کے بغیر گیس ہے جو انسانی سانس کے عمل میں حصہ نہیں لیتی، لہٰذا زینون گیس کی زیادہ مقدار میں سانس لینے سے ہائپوکسیا ہو جائے گا۔ اگر آپ طویل عرصے سے ہائپوکسیا کی حالت میں ہیں، تو آپ کو سر درد، متلی اور الٹی جیسی علامات کا سامنا ہوسکتا ہے۔ اس کے علاوہ، نیین گیس اعلی درجہ حرارت یا زیادہ دباؤ کے تحت دیگر مادوں کے ساتھ رد عمل ظاہر کر کے آگ یا دھماکے کا سبب بن سکتی ہے۔

9. کرپٹن گیس
کرپٹن گیس (Kr) ایک مستحکم، بے رنگ اور بو کے بغیر گیس ہے جو انسانی سانس کے عمل میں حصہ نہیں لیتی، اس لیے کرپٹن گیس کی زیادہ مقدار میں سانس لینے سے ہائپوکسیا ہو جائے گا۔ اگر آپ طویل عرصے سے ہائپوکسیا کی حالت میں ہیں، تو آپ کو سر درد، متلی اور الٹی جیسی علامات کا سامنا ہوسکتا ہے۔ اس کے علاوہ، زینون گیس اعلی درجہ حرارت یا زیادہ دباؤ کے تحت دیگر مادوں کے ساتھ رد عمل ظاہر کر کے آگ یا دھماکے کا سبب بن سکتی ہے۔ آکسیجن کی کمی والے ماحول میں سانس لینا ہائپوکسیا کا سبب بن سکتا ہے۔ اگر آپ طویل عرصے سے ہائپوکسیا کی حالت میں ہیں، تو آپ کو سر درد، متلی اور الٹی جیسی علامات کا سامنا ہوسکتا ہے۔ اس کے علاوہ، کرپٹن گیس اعلی درجہ حرارت یا زیادہ دباؤ کے تحت دیگر مادوں کے ساتھ رد عمل ظاہر کر کے آگ یا دھماکے کا سبب بن سکتی ہے۔

سیمی کنڈکٹر انڈسٹری کے لیے خطرناک گیس کا پتہ لگانے کے حل
سیمی کنڈکٹر انڈسٹری میں آتش گیر، دھماکہ خیز، زہریلی اور نقصان دہ گیسوں کی پیداوار، مینوفیکچرنگ اور عمل شامل ہے۔ سیمی کنڈکٹر مینوفیکچرنگ پلانٹس میں گیسوں کے استعمال کرنے والے کے طور پر، عملے کے ہر رکن کو استعمال سے پہلے مختلف خطرناک گیسوں کے حفاظتی ڈیٹا کو سمجھنا چاہیے، اور یہ جاننا چاہیے کہ جب یہ گیسیں نکلتی ہیں تو ہنگامی طریقہ کار سے کیسے نمٹا جائے۔
سیمی کنڈکٹر انڈسٹری کی پیداوار، مینوفیکچرنگ اور اسٹوریج میں، ان خطرناک گیسوں کے اخراج سے ہونے والے جان و مال کے نقصان سے بچنے کے لیے، ہدف گیس کا پتہ لگانے کے لیے گیس کا پتہ لگانے کے آلات نصب کرنا ضروری ہے۔

گیس ڈٹیکٹر آج کی سیمی کنڈکٹر انڈسٹری میں ماحولیاتی نگرانی کے ضروری آلات بن چکے ہیں، اور یہ سب سے براہ راست نگرانی کے اوزار بھی ہیں۔
Riken Keiki نے لوگوں کے لیے کام کرنے کا ایک محفوظ ماحول پیدا کرنے کے مشن کے ساتھ، سیمی کنڈکٹر مینوفیکچرنگ انڈسٹری کی محفوظ ترقی پر ہمیشہ توجہ دی ہے، اور خود کو سیمی کنڈکٹر انڈسٹری کے لیے موزوں گیس سینسرز تیار کرنے کے لیے وقف کیا ہے، جس سے درپیش مختلف مسائل کا معقول حل فراہم کیا گیا ہے۔ صارفین، اور مسلسل مصنوعات کے افعال کو اپ گریڈ کرنا اور نظام کو بہتر بنانا۔