સેમિકન્ડક્ટર પ્રક્રિયા ફોટોલિથોગ્રાફીની સંપૂર્ણ પ્રક્રિયા

દરેક સેમિકન્ડક્ટર પ્રોડક્ટના ઉત્પાદન માટે સેંકડો પ્રક્રિયાઓની જરૂર પડે છે. અમે સમગ્ર ઉત્પાદન પ્રક્રિયાને આઠ પગલાંમાં વિભાજીત કરીએ છીએ:વેફરપ્રોસેસિંગ-ઓક્સિડેશન-ફોટોલિથોગ્રાફી-એચિંગ-પાતળી ફિલ્મ ડિપોઝિશન-એપિટેક્સિયલ ગ્રોથ-ડિફ્યુઝન-આયન ઇમ્પ્લાન્ટેશન.
સેમિકન્ડક્ટર અને સંબંધિત પ્રક્રિયાઓને સમજવા અને ઓળખવામાં તમારી સહાય કરવા માટે, અમે દરેક અંકમાં WeChat લેખોમાં ઉપરોક્ત દરેક પગલાંનો એક પછી એક પરિચય કરાવીશું.
પાછલા લેખમાં, ઉલ્લેખ કરવામાં આવ્યો હતો કે રક્ષણ માટેવેફરવિવિધ અશુદ્ધિઓમાંથી, એક ઓક્સાઇડ ફિલ્મ બનાવવામાં આવી હતી - ઓક્સિડેશન પ્રક્રિયા. આજે આપણે ઓક્સાઇડ ફિલ્મ સાથે વેફર પર સેમિકન્ડક્ટર ડિઝાઇન સર્કિટનો ફોટોગ્રાફ લેવાની "ફોટોલિથોગ્રાફી પ્રક્રિયા" વિશે ચર્ચા કરીશું.

 

ફોટોલિથોગ્રાફી પ્રક્રિયા

 

1. ફોટોલિથોગ્રાફી પ્રક્રિયા શું છે?

ફોટોલિથોગ્રાફી એ ચિપ ઉત્પાદન માટે જરૂરી સર્કિટ અને કાર્યાત્મક ક્ષેત્રો બનાવવાનો છે.
ફોટોલિથોગ્રાફી મશીન દ્વારા ઉત્સર્જિત પ્રકાશનો ઉપયોગ ફોટોરેઝિસ્ટથી કોટેડ પાતળી ફિલ્મને પેટર્નવાળા માસ્ક દ્વારા બહાર કાઢવા માટે થાય છે. પ્રકાશ જોયા પછી ફોટોરેઝિસ્ટ તેના ગુણધર્મોમાં ફેરફાર કરશે, જેથી માસ્ક પરની પેટર્ન પાતળા ફિલ્મમાં નકલ થાય, જેથી પાતળા ફિલ્મમાં ઇલેક્ટ્રોનિક સર્કિટ ડાયાગ્રામનું કાર્ય હોય. આ ફોટોલિથોગ્રાફીની ભૂમિકા છે, જે કેમેરા વડે ચિત્રો લેવા જેવી છે. કેમેરા દ્વારા લેવામાં આવેલા ફોટા ફિલ્મ પર છાપવામાં આવે છે, જ્યારે ફોટોલિથોગ્રાફી ફોટા કોતરતી નથી, પરંતુ સર્કિટ ડાયાગ્રામ અને અન્ય ઇલેક્ટ્રોનિક ઘટકોને કોતરે છે.

ફોટોલિથોગ્રાફી એ એક ચોક્કસ માઇક્રો-મશીનિંગ ટેકનોલોજી છે

પરંપરાગત ફોટોલિથોગ્રાફી એ એક પ્રક્રિયા છે જે 2000 થી 4500 એંગસ્ટ્રોમ્સની તરંગલંબાઇવાળા અલ્ટ્રાવાયોલેટ પ્રકાશનો ઉપયોગ છબી માહિતી વાહક તરીકે કરે છે, અને ગ્રાફિક્સના રૂપાંતર, સ્થાનાંતરણ અને પ્રક્રિયાને પ્રાપ્ત કરવા માટે મધ્યવર્તી (છબી રેકોર્ડિંગ) માધ્યમ તરીકે ફોટોરેઝિસ્ટનો ઉપયોગ કરે છે, અને અંતે છબી માહિતીને ચિપ (મુખ્યત્વે સિલિકોન ચિપ) અથવા ડાઇલેક્ટ્રિક સ્તર પર ટ્રાન્સમિટ કરે છે.
એવું કહી શકાય કે ફોટોલિથોગ્રાફી એ આધુનિક સેમિકન્ડક્ટર, માઇક્રોઇલેક્ટ્રોનિક્સ અને માહિતી ઉદ્યોગોનો પાયો છે, અને ફોટોલિથોગ્રાફી આ તકનીકોના વિકાસ સ્તરને સીધી રીતે નક્કી કરે છે.
૧૯૫૯માં ઇન્ટિગ્રેટેડ સર્કિટ્સની સફળ શોધ પછી ૬૦ થી વધુ વર્ષોમાં, તેના ગ્રાફિક્સની લાઇન પહોળાઈ લગભગ ચાર ઓર્ડર મેગ્નિટ્યુડથી ઓછી થઈ છે, અને સર્કિટ ઇન્ટિગ્રેશનમાં છ ઓર્ડર મેગ્નિટ્યુડથી વધુ સુધારો થયો છે. આ ટેકનોલોજીઓની ઝડપી પ્રગતિ મુખ્યત્વે ફોટોલિથોગ્રાફીના વિકાસને આભારી છે.

(ઇન્ટિગ્રેટેડ સર્કિટ મેન્યુફેક્ચરિંગના વિકાસના વિવિધ તબક્કામાં ફોટોલિથોગ્રાફી ટેકનોલોજી માટેની આવશ્યકતાઓ)

 

2. ફોટોલિથોગ્રાફીના મૂળભૂત સિદ્ધાંતો

ફોટોલિથોગ્રાફી સામગ્રી સામાન્ય રીતે ફોટોરેઝિસ્ટનો ઉલ્લેખ કરે છે, જેને ફોટોરેઝિસ્ટ તરીકે પણ ઓળખવામાં આવે છે, જે ફોટોલિથોગ્રાફીમાં સૌથી મહત્વપૂર્ણ કાર્યાત્મક સામગ્રી છે. આ પ્રકારની સામગ્રીમાં પ્રકાશ પ્રતિક્રિયા (દૃશ્યમાન પ્રકાશ, અલ્ટ્રાવાયોલેટ પ્રકાશ, ઇલેક્ટ્રોન બીમ, વગેરે સહિત) ની લાક્ષણિકતાઓ હોય છે. ફોટોકેમિકલ પ્રતિક્રિયા પછી, તેની દ્રાવ્યતામાં નોંધપાત્ર ફેરફાર થાય છે.
તેમાંથી, ડેવલપરમાં પોઝિટિવ ફોટોરેઝિસ્ટની દ્રાવ્યતા વધે છે, અને મેળવેલ પેટર્ન માસ્ક જેવી જ હોય ​​છે; નકારાત્મક ફોટોરેઝિસ્ટ વિરુદ્ધ હોય છે, એટલે કે, ડેવલપરના સંપર્કમાં આવ્યા પછી દ્રાવ્યતા ઘટે છે અથવા તો અદ્રાવ્ય બની જાય છે, અને મેળવેલ પેટર્ન માસ્કની વિરુદ્ધ હોય છે. બે પ્રકારના ફોટોરેઝિસ્ટના એપ્લિકેશન ક્ષેત્રો અલગ છે. પોઝિટિવ ફોટોરેઝિસ્ટનો ઉપયોગ સામાન્ય રીતે વધુ થાય છે, જે કુલના 80% થી વધુ હિસ્સો ધરાવે છે.

ઉપરોક્ત ફોટોલિથોગ્રાફી પ્રક્રિયાનો યોજનાકીય આકૃતિ છે.

 

(1) ગ્લુઇંગ:

એટલે કે, એકસમાન જાડાઈ, મજબૂત સંલગ્નતા અને સિલિકોન વેફર પર કોઈ ખામી વિના ફોટોરેઝિસ્ટ ફિલ્મ બનાવવી. ફોટોરેઝિસ્ટ ફિલ્મ અને સિલિકોન વેફર વચ્ચે સંલગ્નતા વધારવા માટે, ઘણીવાર પહેલા સિલિકોન વેફરની સપાટીને હેક્સામેથિલડિસિલેઝેન (HMDS) અને ટ્રાઇમેથિલસિલિલ્ડિએથિલામાઇન (TMSDEA) જેવા પદાર્થોથી સંશોધિત કરવી જરૂરી બને છે. પછી, સ્પિન કોટિંગ દ્વારા ફોટોરેઝિસ્ટ ફિલ્મ તૈયાર કરવામાં આવે છે.

(૨) પૂર્વ-પકવવા:

સ્પિન કોટિંગ પછી, ફોટોરેઝિસ્ટ ફિલ્મમાં હજુ પણ ચોક્કસ માત્રામાં દ્રાવક હોય છે. ઊંચા તાપમાને બેક કર્યા પછી, દ્રાવકને શક્ય તેટલું ઓછું દૂર કરી શકાય છે. પ્રી-બેકિંગ પછી, ફોટોરેઝિસ્ટની સામગ્રી લગભગ 5% સુધી ઘટી જાય છે.

(૩) એક્સપોઝર:

એટલે કે, ફોટોરેઝિસ્ટ પ્રકાશના સંપર્કમાં આવે છે. આ સમયે, ફોટોરિએક્શન થાય છે, અને પ્રકાશિત ભાગ અને બિન-પ્રકાશિત ભાગ વચ્ચે દ્રાવ્યતા તફાવત થાય છે.

(૪) વિકાસ અને સખ્તાઇ:

ઉત્પાદન ડેવલપરમાં ડૂબી જાય છે. આ સમયે, પોઝિટિવ ફોટોરેઝિસ્ટનો ખુલ્લું ક્ષેત્ર અને નેગેટિવ ફોટોરેઝિસ્ટનો ખુલ્લું ક્ષેત્ર વિકાસમાં ઓગળી જશે. આ ત્રિ-પરિમાણીય પેટર્ન રજૂ કરે છે. વિકાસ પછી, ચિપને સખત ફિલ્મ બનવા માટે ઉચ્ચ-તાપમાન સારવાર પ્રક્રિયાની જરૂર પડે છે, જે મુખ્યત્વે સબસ્ટ્રેટ સાથે ફોટોરેઝિસ્ટના સંલગ્નતાને વધુ વધારવા માટે સેવા આપે છે.

(5) કોતરણી:

ફોટોરેઝિસ્ટ હેઠળની સામગ્રીને કોતરવામાં આવે છે. તેમાં પ્રવાહી ભીનું કોતરકામ અને વાયુયુક્ત સૂકું કોતરકામનો સમાવેશ થાય છે. ઉદાહરણ તરીકે, સિલિકોનના ભીનું કોતરકામ માટે, હાઇડ્રોફ્લોરિક એસિડના એસિડિક જલીય દ્રાવણનો ઉપયોગ થાય છે; તાંબાના ભીનું કોતરકામ માટે, નાઈટ્રિક એસિડ અને સલ્ફ્યુરિક એસિડ જેવા મજબૂત એસિડ દ્રાવણનો ઉપયોગ થાય છે, જ્યારે સૂકું કોતરકામ ઘણીવાર સામગ્રીની સપાટીને નુકસાન પહોંચાડવા અને તેને કોતરવા માટે પ્લાઝ્મા અથવા ઉચ્ચ-ઊર્જા આયન બીમનો ઉપયોગ કરે છે.

(6) ડીગમિંગ:

છેલ્લે, લેન્સની સપાટી પરથી ફોટોરેઝિસ્ટ દૂર કરવાની જરૂર છે. આ પગલાને ડીગમિંગ કહેવામાં આવે છે.

બધા સેમિકન્ડક્ટર ઉત્પાદનમાં સલામતી એ સૌથી મહત્વપૂર્ણ મુદ્દો છે. ચિપ લિથોગ્રાફી પ્રક્રિયામાં મુખ્ય ખતરનાક અને હાનિકારક ફોટોલિથોગ્રાફી વાયુઓ નીચે મુજબ છે:

 

1. હાઇડ્રોજન પેરોક્સાઇડ

હાઇડ્રોજન પેરોક્સાઇડ (H2O2) એક મજબૂત ઓક્સિડન્ટ છે. સીધા સંપર્કથી ત્વચા અને આંખોમાં બળતરા અને બળતરા થઈ શકે છે.

 

2. ઝાયલીન

ઝાયલીન એક દ્રાવક અને ડેવલપર છે જેનો ઉપયોગ નકારાત્મક લિથોગ્રાફીમાં થાય છે. તે જ્વલનશીલ છે અને તેનું તાપમાન માત્ર 27.3℃ (લગભગ ઓરડાના તાપમાને) ઓછું હોય છે. જ્યારે હવામાં સાંદ્રતા 1%-7% હોય છે ત્યારે તે વિસ્ફોટક હોય છે. ઝાયલીન સાથે વારંવાર સંપર્ક કરવાથી ત્વચામાં બળતરા થઈ શકે છે. ઝાયલીન વરાળ મીઠી હોય છે, જે વિમાનના ટેકની ગંધ જેવી હોય છે; ઝાયલીનના સંપર્કમાં આવવાથી આંખો, નાક અને ગળામાં બળતરા થઈ શકે છે. ગેસ શ્વાસમાં લેવાથી માથાનો દુખાવો, ચક્કર, ભૂખ ન લાગવી અને થાક લાગી શકે છે.

 

૩. હેક્સામેથાઈલડિસિલેઝન (HMDS)

હેક્સામેથાઈલડિસિલેઝેન (HMDS) નો ઉપયોગ ઉત્પાદનની સપાટી પર ફોટોરેઝિસ્ટના સંલગ્નતાને વધારવા માટે પ્રાઈમર સ્તર તરીકે સૌથી વધુ થાય છે. તે જ્વલનશીલ છે અને તેનો ફ્લેશ પોઈન્ટ 6.7°C છે. જ્યારે હવામાં સાંદ્રતા 0.8%-16% હોય છે ત્યારે તે વિસ્ફોટક હોય છે. HMDS એમોનિયા છોડવા માટે પાણી, આલ્કોહોલ અને ખનિજ એસિડ સાથે મજબૂત પ્રતિક્રિયા આપે છે.

 

4. ટેટ્રામેથિલેમોનિયમ હાઇડ્રોક્સાઇડ

ટેટ્રામેથિલેમોનિયમ હાઇડ્રોક્સાઇડ (TMAH) નો ઉપયોગ પોઝિટિવ લિથોગ્રાફી માટે ડેવલપર તરીકે વ્યાપકપણે થાય છે. તે ઝેરી અને કાટ લાગતું હોય છે. જો ગળી જાય અથવા ત્વચાના સીધા સંપર્કમાં આવે તો તે જીવલેણ બની શકે છે. TMAH ધૂળ અથવા ઝાકળના સંપર્કથી આંખો, ત્વચા, નાક અને ગળામાં બળતરા થઈ શકે છે. TMAH ની ઉચ્ચ સાંદ્રતા શ્વાસમાં લેવાથી મૃત્યુ થઈ શકે છે.

 

5. ક્લોરિન અને ફ્લોરિન

ક્લોરિન (Cl2) અને ફ્લોરિન (F2) બંનેનો ઉપયોગ એક્સાઇમર લેસરોમાં ઊંડા અલ્ટ્રાવાયોલેટ અને એક્સ્ટ્રીમ અલ્ટ્રાવાયોલેટ (EUV) પ્રકાશ સ્ત્રોત તરીકે થાય છે. બંને વાયુઓ ઝેરી છે, આછો લીલો દેખાય છે અને તીવ્ર બળતરાકારક ગંધ ધરાવે છે. આ વાયુના ઉચ્ચ સાંદ્રતાને શ્વાસમાં લેવાથી મૃત્યુ થશે. ફ્લોરિન ગેસ પાણી સાથે પ્રતિક્રિયા કરીને હાઇડ્રોજન ફ્લોરાઇડ ગેસ ઉત્પન્ન કરી શકે છે. હાઇડ્રોજન ફ્લોરાઇડ ગેસ એક મજબૂત એસિડ છે જે ત્વચા, આંખો અને શ્વસન માર્ગને બળતરા કરે છે અને બળતરા અને શ્વાસ લેવામાં તકલીફ જેવા લક્ષણોનું કારણ બની શકે છે. ફ્લોરાઇડની ઉચ્ચ સાંદ્રતા માનવ શરીરમાં ઝેરનું કારણ બની શકે છે, જેના કારણે માથાનો દુખાવો, ઉલટી, ઝાડા અને કોમા જેવા લક્ષણો થઈ શકે છે.

 

6. આર્ગોન

આર્ગોન (Ar) એક નિષ્ક્રિય વાયુ છે જે સામાન્ય રીતે માનવ શરીરને સીધો નુકસાન પહોંચાડતો નથી. સામાન્ય પરિસ્થિતિઓમાં, લોકો જે હવા શ્વાસ લે છે તેમાં લગભગ 0.93% આર્ગોન હોય છે, અને આ સાંદ્રતાનો માનવ શરીર પર કોઈ સ્પષ્ટ પ્રભાવ પડતો નથી. જો કે, કેટલાક કિસ્સાઓમાં, આર્ગોન માનવ શરીરને નુકસાન પહોંચાડી શકે છે.
અહીં કેટલીક સંભવિત પરિસ્થિતિઓ છે: મર્યાદિત જગ્યામાં, આર્ગોનની સાંદ્રતા વધી શકે છે, જેનાથી હવામાં ઓક્સિજનની સાંદ્રતા ઓછી થઈ શકે છે અને હાયપોક્સિયા થઈ શકે છે. આનાથી ચક્કર, થાક અને શ્વાસ લેવામાં તકલીફ જેવા લક્ષણો થઈ શકે છે. વધુમાં, આર્ગોન એક નિષ્ક્રિય ગેસ છે, પરંતુ તે ઊંચા તાપમાન અથવા ઊંચા દબાણ હેઠળ વિસ્ફોટ કરી શકે છે.

 

7. નિયોન

નિયોન (Ne) એક સ્થિર, રંગહીન અને ગંધહીન ગેસ છે જે ભાગ લેતો નથી. નિયોન ગેસ માનવ શ્વસન પ્રક્રિયામાં સામેલ નથી, તેથી નિયોન ગેસની ઊંચી સાંદ્રતામાં શ્વાસ લેવાથી હાયપોક્સિયા થશે. જો તમે લાંબા સમય સુધી હાયપોક્સિયાની સ્થિતિમાં છો, તો તમને માથાનો દુખાવો, ઉબકા અને ઉલટી જેવા લક્ષણોનો અનુભવ થઈ શકે છે. વધુમાં, નિયોન ગેસ ઉચ્ચ તાપમાન અથવા ઉચ્ચ દબાણ હેઠળ અન્ય પદાર્થો સાથે પ્રતિક્રિયા આપી શકે છે જેનાથી આગ અથવા વિસ્ફોટ થઈ શકે છે.

 

૮. ઝેનોન ગેસ

ઝેનોન ગેસ (Xe) એક સ્થિર, રંગહીન અને ગંધહીન ગેસ છે જે માનવ શ્વસન પ્રક્રિયામાં ભાગ લેતો નથી, તેથી ઝેનોન ગેસની ઊંચી સાંદ્રતામાં શ્વાસ લેવાથી હાયપોક્સિયા થશે. જો તમે લાંબા સમય સુધી હાયપોક્સિયાની સ્થિતિમાં છો, તો તમને માથાનો દુખાવો, ઉબકા અને ઉલટી જેવા લક્ષણોનો અનુભવ થઈ શકે છે. વધુમાં, નિયોન ગેસ ઉચ્ચ તાપમાન અથવા ઉચ્ચ દબાણ હેઠળ અન્ય પદાર્થો સાથે પ્રતિક્રિયા આપી શકે છે જેનાથી આગ અથવા વિસ્ફોટ થઈ શકે છે.

 

9. ક્રિપ્ટોન ગેસ

ક્રિપ્ટોન ગેસ (Kr) એક સ્થિર, રંગહીન અને ગંધહીન ગેસ છે જે માનવ શ્વસન પ્રક્રિયામાં ભાગ લેતો નથી, તેથી ક્રિપ્ટોન ગેસની ઊંચી સાંદ્રતામાં શ્વાસ લેવાથી હાયપોક્સિયા થશે. જો તમે લાંબા સમય સુધી હાયપોક્સિયાની સ્થિતિમાં હોવ, તો તમને માથાનો દુખાવો, ઉબકા અને ઉલટી જેવા લક્ષણોનો અનુભવ થઈ શકે છે. વધુમાં, ઝેનોન ગેસ ઉચ્ચ તાપમાન અથવા ઉચ્ચ દબાણ હેઠળ અન્ય પદાર્થો સાથે પ્રતિક્રિયા આપીને આગ અથવા વિસ્ફોટનું કારણ બની શકે છે. ઓક્સિજનની ઉણપવાળા વાતાવરણમાં શ્વાસ લેવાથી હાયપોક્સિયા થઈ શકે છે. જો તમે લાંબા સમય સુધી હાયપોક્સિયાની સ્થિતિમાં હોવ, તો તમને માથાનો દુખાવો, ઉબકા અને ઉલટી જેવા લક્ષણોનો અનુભવ થઈ શકે છે. વધુમાં, ક્રિપ્ટોન ગેસ ઉચ્ચ તાપમાન અથવા ઉચ્ચ દબાણ હેઠળ અન્ય પદાર્થો સાથે પ્રતિક્રિયા આપીને આગ અથવા વિસ્ફોટનું કારણ બની શકે છે.

 

સેમિકન્ડક્ટર ઉદ્યોગ માટે જોખમી ગેસ શોધ ઉકેલો

સેમિકન્ડક્ટર ઉદ્યોગમાં જ્વલનશીલ, વિસ્ફોટક, ઝેરી અને હાનિકારક વાયુઓનું ઉત્પાદન, ઉત્પાદન અને પ્રક્રિયાનો સમાવેશ થાય છે. સેમિકન્ડક્ટર ઉત્પાદન પ્લાન્ટમાં વાયુઓના ઉપયોગકર્તા તરીકે, દરેક સ્ટાફ સભ્યએ ઉપયોગ કરતા પહેલા વિવિધ જોખમી વાયુઓના સલામતી ડેટાને સમજવો જોઈએ, અને જ્યારે આ વાયુઓ લીક થાય છે ત્યારે કટોકટીની પ્રક્રિયાઓનો સામનો કેવી રીતે કરવો તે જાણવું જોઈએ.
સેમિકન્ડક્ટર ઉદ્યોગના ઉત્પાદન, ઉત્પાદન અને સંગ્રહમાં, આ જોખમી વાયુઓના લીકેજને કારણે થતા જાનમાલના નુકસાનને ટાળવા માટે, લક્ષ્ય ગેસ શોધવા માટે ગેસ શોધ ઉપકરણો સ્થાપિત કરવા જરૂરી છે.

આજના સેમિકન્ડક્ટર ઉદ્યોગમાં ગેસ ડિટેક્ટર આવશ્યક પર્યાવરણીય દેખરેખ સાધનો બની ગયા છે, અને તે સૌથી સીધા દેખરેખ સાધનો પણ છે.
રિકેન કેઇકીએ હંમેશા સેમિકન્ડક્ટર ઉત્પાદન ઉદ્યોગના સલામત વિકાસ પર ધ્યાન આપ્યું છે, જેનું મિશન લોકો માટે સલામત કાર્યકારી વાતાવરણ બનાવવાનું છે, અને સેમિકન્ડક્ટર ઉદ્યોગ માટે યોગ્ય ગેસ સેન્સર વિકસાવવા, વપરાશકર્તાઓ દ્વારા આવતી વિવિધ સમસ્યાઓ માટે વાજબી ઉકેલો પૂરા પાડવા અને ઉત્પાદન કાર્યોને સતત અપગ્રેડ કરવા અને સિસ્ટમોને ઑપ્ટિમાઇઝ કરવા માટે પોતાને સમર્પિત કર્યું છે.