تولید هر محصول نیمههادی نیازمند صدها فرآیند است. ما کل فرآیند تولید را به هشت مرحله تقسیم میکنیم:ویفرپردازش-اکسیداسیون-فتولیتوگرافی-حکاکی-رسوب لایه نازک-رشد اپیتاکسیال-نفوذ-کاشت یون.
برای کمک به شما در درک و تشخیص نیمهرساناها و فرآیندهای مرتبط، در هر شماره مقالات WeChat را به معرفی تک تک مراحل فوق اختصاص خواهیم داد.
در مقاله قبلی اشاره شد که برای محافظت ازویفراز ناخالصیهای مختلف، یک لایه اکسید ساخته شد - فرآیند اکسیداسیون. امروز ما در مورد "فرآیند فوتولیتوگرافی" عکاسی از مدار طراحی نیمههادی روی ویفر با لایه اکسید تشکیل شده بحث خواهیم کرد.
فرآیند فوتولیتوگرافی
۱. فرآیند فوتولیتوگرافی چیست؟
لیتوگرافی نوری برای ساخت مدارها و نواحی عملکردی مورد نیاز برای تولید تراشه است.
نوری که توسط دستگاه فوتولیتوگرافی ساطع میشود، برای نمایان کردن لایه نازک پوشش داده شده با فوتورزیست از طریق یک ماسک با طرح استفاده میشود. فوتورزیست پس از دیدن نور، خواص خود را تغییر میدهد، به طوری که طرح روی ماسک روی لایه نازک کپی میشود، به طوری که لایه نازک عملکرد یک نمودار مدار الکترونیکی را دارد. این نقش فوتولیتوگرافی است، شبیه به عکس گرفتن با دوربین. عکسهای گرفته شده توسط دوربین روی فیلم چاپ میشوند، در حالی که فوتولیتوگرافی عکسها را حکاکی نمیکند، بلکه نمودارهای مدار و سایر قطعات الکترونیکی را روی آنها حک میکند.
فوتولیتوگرافی یک فناوری ماشینکاری دقیق در مقیاس میکرو است.
فوتولیتوگرافی مرسوم فرآیندی است که از نور فرابنفش با طول موج ۲۰۰۰ تا ۴۵۰۰ آنگستروم به عنوان حامل اطلاعات تصویر استفاده میکند و از فوتورزیست به عنوان واسطه (ضبط تصویر) برای دستیابی به تبدیل، انتقال و پردازش گرافیک استفاده میکند و در نهایت اطلاعات تصویر را به تراشه (عمدتاً تراشه سیلیکونی) یا لایه دیالکتریک منتقل میکند.
میتوان گفت که فوتولیتوگرافی پایه و اساس صنایع نیمههادی، میکروالکترونیک و اطلاعات مدرن است و فوتولیتوگرافی مستقیماً سطح توسعه این فناوریها را تعیین میکند.
در بیش از ۶۰ سال از اختراع موفقیتآمیز مدارهای مجتمع در سال ۱۹۵۹، پهنای خط گرافیکهای آن حدود چهار مرتبه بزرگی کاهش یافته و یکپارچهسازی مدار بیش از شش مرتبه بزرگی بهبود یافته است. پیشرفت سریع این فناوریها عمدتاً به توسعه فوتولیتوگرافی نسبت داده میشود.
(الزامات فناوری فوتولیتوگرافی در مراحل مختلف توسعه تولید مدار مجتمع)
۲. اصول اولیه فوتولیتوگرافی
مواد فوتولیتوگرافی عموماً به فتورزیستها اشاره دارند که به عنوان فتورزیست نیز شناخته میشوند و مهمترین مواد کاربردی در فوتولیتوگرافی هستند. این نوع ماده دارای ویژگیهای واکنش با نور (از جمله نور مرئی، نور ماوراء بنفش، پرتو الکترونی و غیره) است. پس از واکنش فتوشیمیایی، حلالیت آن به طور قابل توجهی تغییر میکند.
در میان آنها، حلالیت فتورزیست مثبت در مادهی ظهور افزایش مییابد و الگوی به دست آمده مشابه ماسک است؛ فتورزیست منفی برعکس است، یعنی حلالیت پس از قرار گرفتن در معرض مادهی ظهور کاهش مییابد یا حتی نامحلول میشود و الگوی به دست آمده مخالف ماسک است. زمینههای کاربرد دو نوع فتورزیست متفاوت است. فتورزیستهای مثبت بیشتر مورد استفاده قرار میگیرند و بیش از 80٪ از کل را تشکیل میدهند.
شکل بالا نمودار شماتیک فرآیند فوتولیتوگرافی است.
(1) چسباندن:
یعنی تشکیل یک فیلم مقاوم در برابر نور با ضخامت یکنواخت، چسبندگی قوی و بدون نقص روی ویفر سیلیکونی. به منظور افزایش چسبندگی بین فیلم مقاوم در برابر نور و ویفر سیلیکونی، اغلب لازم است ابتدا سطح ویفر سیلیکونی با موادی مانند هگزامتیل دی سیلازان (HMDS) و تری متیل سیلیل دی اتیل آمین (TMSDEA) اصلاح شود. سپس، فیلم مقاوم در برابر نور با روش پوشش چرخشی تهیه میشود.
(2) پیش پخت:
پس از پوششدهی چرخشی، فیلم مقاوم در برابر نور هنوز حاوی مقدار مشخصی حلال است. پس از پخت در دمای بالاتر، حلال تا حد امکان به حداقل مقدار ممکن حذف میشود. پس از پیشپخت، محتوای مقاوم در برابر نور به حدود ۵٪ کاهش مییابد.
(3) قرار گرفتن در معرض:
یعنی، فتورزیست در معرض نور قرار میگیرد. در این زمان، یک واکنش نوری رخ میدهد و اختلاف حلالیت بین قسمت روشن شده و قسمت روشن نشده رخ میدهد.
(4) توسعه و مقاومسازی:
محصول در محلول ظهور غوطهور میشود. در این زمان، ناحیه در معرض نور مقاومت نوری مثبت و ناحیه در معرض نور مقاومت نوری منفی در محلول ظهور حل میشوند. این یک الگوی سهبعدی را نشان میدهد. پس از ظهور، تراشه برای تبدیل شدن به یک لایه سخت به یک فرآیند عملیات حرارتی با دمای بالا نیاز دارد که عمدتاً برای افزایش چسبندگی بیشتر مقاومت نوری به زیرلایه عمل میکند.
(5) حکاکی:
ماده زیر فوتورزیست حکاکی میشود. این شامل حکاکی مرطوب مایع و حکاکی خشک گازی میشود. به عنوان مثال، برای حکاکی مرطوب سیلیکون، از محلول آبی اسیدی اسید هیدروفلوئوریک استفاده میشود؛ برای حکاکی مرطوب مس، از محلول اسیدی قوی مانند اسید نیتریک و اسید سولفوریک استفاده میشود، در حالی که در حکاکی خشک اغلب از پلاسما یا پرتوهای یونی پرانرژی برای آسیب رساندن به سطح ماده و حکاکی آن استفاده میشود.
(6) صمغ زدایی:
در نهایت، لازم است که ماده مقاوم در برابر نور از سطح لنز جدا شود. این مرحله، degumming نامیده میشود.
ایمنی مهمترین مسئله در تمام تولیدات نیمههادی است. گازهای اصلی خطرناک و مضر فتولیتوگرافی در فرآیند لیتوگرافی تراشه به شرح زیر هستند:
۱. پراکسید هیدروژن
پراکسید هیدروژن (H2O2) یک اکسیدکننده قوی است. تماس مستقیم با آن میتواند باعث التهاب و سوختگی پوست و چشم شود.
۲. زایلن
زایلن یک حلال و مادهی آشکارساز است که در لیتوگرافی منفی استفاده میشود. این ماده قابل اشتعال است و دمای پایینی معادل تنها ۲۷.۳ درجه سانتیگراد (تقریباً دمای اتاق) دارد. وقتی غلظت آن در هوا ۱٪ تا ۷٪ باشد، قابل انفجار است. تماس مکرر با زایلن میتواند باعث التهاب پوست شود. بخار زایلن شیرین است، شبیه بوی چسب هواپیما؛ قرار گرفتن در معرض زایلن میتواند باعث التهاب چشمها، بینی و گلو شود. استنشاق این گاز میتواند باعث سردرد، سرگیجه، از دست دادن اشتها و خستگی شود.
۳. هگزامتیل دی سیلازان (HMDS)
هگزامتیل دی سیلازان (HMDS) معمولاً به عنوان یک لایه آغازگر برای افزایش چسبندگی فتورزیست روی سطح محصول استفاده میشود. این ماده قابل اشتعال است و نقطه اشتعال آن 6.7 درجه سانتیگراد است. وقتی غلظت آن در هوا 0.8٪ -16٪ باشد، قابل انفجار است. HMDS به شدت با آب، الکل و اسیدهای معدنی واکنش نشان میدهد و آمونیاک آزاد میکند.
۴. هیدروکسید تترامتیل آمونیوم
تترامتیل آمونیوم هیدروکسید (TMAH) به طور گسترده به عنوان مادهی آشکارساز برای لیتوگرافی مثبت استفاده میشود. این ماده سمی و خورنده است. در صورت بلع یا تماس مستقیم با پوست میتواند کشنده باشد. تماس با گرد و غبار یا مه TMAH میتواند باعث التهاب چشمها، پوست، بینی و گلو شود. استنشاق غلظتهای بالای TMAH منجر به مرگ خواهد شد.
۵. کلر و فلوئور
کلر (Cl2) و فلوئور (F2) هر دو در لیزرهای اگزایمر به عنوان منابع نور فرابنفش عمیق و فرابنفش شدید (EUV) استفاده میشوند. هر دو گاز سمی هستند، به رنگ سبز روشن دیده میشوند و بوی تحریککنندهی شدیدی دارند. استنشاق غلظتهای بالای این گاز منجر به مرگ میشود. گاز فلوئور ممکن است با آب واکنش داده و گاز هیدروژن فلوراید تولید کند. گاز هیدروژن فلوراید یک اسید قوی است که پوست، چشمها و مجاری تنفسی را تحریک میکند و ممکن است علائمی مانند سوختگی و مشکل در تنفس ایجاد کند. غلظتهای بالای فلوراید میتواند باعث مسمومیت بدن انسان شود و علائمی مانند سردرد، استفراغ، اسهال و کما ایجاد کند.
۶. آرگون
آرگون (Ar) یک گاز بیاثر است که معمولاً آسیب مستقیمی به بدن انسان وارد نمیکند. در شرایط عادی، هوایی که مردم تنفس میکنند حاوی حدود 0.93٪ آرگون است و این غلظت هیچ تأثیر آشکاری بر بدن انسان ندارد. با این حال، در برخی موارد، آرگون ممکن است به بدن انسان آسیب برساند.
در اینجا چند موقعیت احتمالی وجود دارد: در یک فضای بسته، غلظت آرگون ممکن است افزایش یابد و در نتیجه غلظت اکسیژن در هوا کاهش یافته و باعث هیپوکسی شود. این ممکن است علائمی مانند سرگیجه، خستگی و تنگی نفس ایجاد کند. علاوه بر این، آرگون یک گاز بیاثر است، اما ممکن است تحت دما یا فشار بالا منفجر شود.
۷. نئون
نئون (Ne) گازی پایدار، بیرنگ و بیبو است که در فرآیند تنفس انسان شرکت نمیکند، بنابراین تنفس غلظت بالای گاز نئون باعث هیپوکسی میشود. اگر مدت طولانی در حالت هیپوکسی باشید، ممکن است علائمی مانند سردرد، حالت تهوع و استفراغ را تجربه کنید. علاوه بر این، گاز نئون ممکن است تحت دما یا فشار بالا با سایر مواد واکنش داده و باعث آتشسوزی یا انفجار شود.
۸. گاز زنون
گاز زنون (Xe) گازی پایدار، بیرنگ و بیبو است که در فرآیند تنفسی انسان شرکت نمیکند، بنابراین تنفس در غلظت بالای گاز زنون باعث هیپوکسی میشود. اگر مدت طولانی در حالت هیپوکسی باشید، ممکن است علائمی مانند سردرد، حالت تهوع و استفراغ را تجربه کنید. علاوه بر این، گاز نئون ممکن است تحت دما یا فشار بالا با سایر مواد واکنش داده و باعث آتشسوزی یا انفجار شود.
۹. گاز کریپتون
گاز کریپتون (Kr) گازی پایدار، بیرنگ و بیبو است که در فرآیند تنفسی انسان شرکت نمیکند، بنابراین تنفس در غلظت بالای گاز کریپتون باعث هیپوکسی میشود. اگر مدت طولانی در حالت هیپوکسی باشید، ممکن است علائمی مانند سردرد، حالت تهوع و استفراغ را تجربه کنید. علاوه بر این، گاز زنون ممکن است تحت دمای بالا یا فشار بالا با سایر مواد واکنش داده و باعث آتشسوزی یا انفجار شود. تنفس در محیطی با کمبود اکسیژن میتواند باعث هیپوکسی شود. اگر مدت طولانی در حالت هیپوکسی باشید، ممکن است علائمی مانند سردرد، حالت تهوع و استفراغ را تجربه کنید. علاوه بر این، گاز کریپتون ممکن است تحت دمای بالا یا فشار بالا با سایر مواد واکنش داده و باعث آتشسوزی یا انفجار شود.
راهکارهای تشخیص گازهای خطرناک برای صنعت نیمهرساناها
صنعت نیمهرساناها شامل تولید، ساخت و فرآوری گازهای قابل اشتعال، انفجاری، سمی و مضر است. به عنوان کاربر گازها در کارخانههای تولید نیمهرساناها، هر یک از کارکنان باید قبل از استفاده، اطلاعات ایمنی گازهای خطرناک مختلف را درک کنند و بدانند که چگونه در صورت نشت این گازها، با رویههای اضطراری مقابله کنند.
در تولید، ساخت و ذخیرهسازی صنعت نیمههادی، برای جلوگیری از تلفات جانی و مالی ناشی از نشت این گازهای خطرناک، نصب دستگاههای تشخیص گاز برای تشخیص گاز هدف ضروری است.
آشکارسازهای گاز به ابزارهای ضروری نظارت بر محیط زیست در صنعت نیمههادی امروزی تبدیل شدهاند و همچنین مستقیمترین ابزارهای نظارت هستند.
ریکن کیکی همواره به توسعه ایمن صنعت تولید نیمههادی توجه داشته و ماموریت خود را ایجاد یک محیط کاری ایمن برای افراد قرار داده است و خود را وقف توسعه حسگرهای گازی مناسب برای صنعت نیمههادی، ارائه راهحلهای معقول برای مشکلات مختلف کاربران و ارتقاء مداوم عملکردهای محصول و بهینهسازی سیستمها کرده است.
زمان ارسال: ۱۶ ژوئیه ۲۰۲۴