सेमीकंडक्टर प्रक्रिया की संपूर्ण फोटोलिथोग्राफी प्रक्रिया

प्रत्येक सेमीकंडक्टर उत्पाद के निर्माण में सैकड़ों प्रक्रियाएँ शामिल होती हैं। हम संपूर्ण निर्माण प्रक्रिया को आठ चरणों में विभाजित करते हैं:वफ़रप्रसंस्करण-ऑक्सीकरण-फोटोलिथोग्राफी-एचिंग-पतली फिल्म जमाव-एपिटैक्सियल वृद्धि-प्रसार-आयन आरोपण।
सेमीकंडक्टर और संबंधित प्रक्रियाओं को समझने और पहचानने में आपकी मदद करने के लिए, हम प्रत्येक अंक में वीचैट लेख प्रकाशित करेंगे जिनमें उपरोक्त प्रत्येक चरण को एक-एक करके प्रस्तुत किया जाएगा।
पिछले लेख में यह उल्लेख किया गया था कि सुरक्षा के लिएवफ़रविभिन्न अशुद्धियों से एक ऑक्साइड परत बनाई गई - ऑक्सीकरण प्रक्रिया। आज हम ऑक्साइड परत सहित वेफर पर सेमीकंडक्टर डिज़ाइन सर्किट की फोटोग्राफी की "फोटोलिथोग्राफी प्रक्रिया" पर चर्चा करेंगे।

 

फोटोलिथोग्राफी प्रक्रिया

 

1. फोटोलिथोग्राफी प्रक्रिया क्या है?

चिप उत्पादन के लिए आवश्यक सर्किट और कार्यात्मक क्षेत्रों को बनाने के लिए फोटोलिथोग्राफी का उपयोग किया जाता है।
फोटोलिथोग्राफी मशीन से निकलने वाली रोशनी का उपयोग पैटर्न वाले मास्क के माध्यम से फोटोरेसिस्ट से लेपित पतली फिल्म को एक्सपोज़ करने के लिए किया जाता है। प्रकाश पड़ने पर फोटोरेसिस्ट के गुण बदल जाते हैं, जिससे मास्क पर बना पैटर्न पतली फिल्म पर कॉपी हो जाता है और इस तरह पतली फिल्म एक इलेक्ट्रॉनिक सर्किट डायग्राम का काम करती है। फोटोलिथोग्राफी की यही भूमिका है, जैसे कैमरे से फोटो खींचना। कैमरे से खींची गई तस्वीरें फिल्म पर प्रिंट होती हैं, जबकि फोटोलिथोग्राफी में तस्वीरें नहीं उकेरी जातीं, बल्कि सर्किट डायग्राम और अन्य इलेक्ट्रॉनिक घटक उकेरे जाते हैं।

फोटोलिथोग्राफी एक सटीक माइक्रो-मशीनिंग तकनीक है।

पारंपरिक फोटोलिथोग्राफी एक ऐसी प्रक्रिया है जो छवि सूचना वाहक के रूप में 2000 से 4500 एंगस्ट्रॉम की तरंग दैर्ध्य वाले पराबैंगनी प्रकाश का उपयोग करती है, और ग्राफिक्स के रूपांतरण, स्थानांतरण और प्रसंस्करण को प्राप्त करने के लिए मध्यवर्ती (छवि रिकॉर्डिंग) माध्यम के रूप में फोटोरेसिस्ट का उपयोग करती है, और अंत में छवि सूचना को चिप (मुख्य रूप से सिलिकॉन चिप) या परावैद्युत परत में प्रसारित करती है।
यह कहा जा सकता है कि फोटोलिथोग्राफी आधुनिक सेमीकंडक्टर, माइक्रोइलेक्ट्रॉनिक्स और सूचना उद्योगों की नींव है, और फोटोलिथोग्राफी सीधे तौर पर इन प्रौद्योगिकियों के विकास स्तर को निर्धारित करती है।
1959 में एकीकृत परिपथों के सफल आविष्कार के बाद से 60 से अधिक वर्षों में, इसके ग्राफिक्स की लाइन चौड़ाई लगभग चार गुना कम हो गई है, और परिपथ एकीकरण में छह गुना से अधिक सुधार हुआ है। इन प्रौद्योगिकियों की तीव्र प्रगति का श्रेय मुख्य रूप से फोटोलिथोग्राफी के विकास को जाता है।

(एकीकृत सर्किट निर्माण के विकास के विभिन्न चरणों में फोटोलिथोग्राफी प्रौद्योगिकी की आवश्यकताएं)

 

2. फोटोलिथोग्राफी के बुनियादी सिद्धांत

फोटोलिथोग्राफी सामग्री से तात्पर्य आमतौर पर फोटोरेसिस्ट से होता है, जो फोटोलिथोग्राफी में सबसे महत्वपूर्ण कार्यात्मक सामग्री है। इस प्रकार की सामग्री में प्रकाश (दृश्य प्रकाश, पराबैंगनी प्रकाश, इलेक्ट्रॉन किरण आदि सहित) के प्रति प्रतिक्रिया करने की विशेषता होती है। प्रकाश रासायनिक प्रतिक्रिया के बाद, इसकी घुलनशीलता में काफी परिवर्तन होता है।
इनमें से, डेवलपर में धनात्मक फोटोरेसिस्ट की घुलनशीलता बढ़ जाती है, और प्राप्त पैटर्न मास्क के समान होता है; ऋणात्मक फोटोरेसिस्ट में इसका विपरीत होता है, यानी डेवलपर के संपर्क में आने के बाद इसकी घुलनशीलता कम हो जाती है या पूरी तरह से अघुलनशील हो जाती है, और प्राप्त पैटर्न मास्क के विपरीत होता है। दोनों प्रकार के फोटोरेसिस्ट के अनुप्रयोग क्षेत्र भिन्न-भिन्न हैं। धनात्मक फोटोरेसिस्ट का उपयोग अधिक होता है, जो कुल उपयोग का 80% से अधिक है।

ऊपर फोटोलिथोग्राफी प्रक्रिया का योजनाबद्ध आरेख दिया गया है।

 

(1) चिपकाना:

यानी, सिलिकॉन वेफर पर एकसमान मोटाई, मजबूत आसंजन और दोषरहित फोटोरेसिस्ट फिल्म बनाना। फोटोरेसिस्ट फिल्म और सिलिकॉन वेफर के बीच आसंजन को बढ़ाने के लिए, अक्सर सिलिकॉन वेफर की सतह को हेक्सामेथिल्डिसिलाज़ेन (HMDS) और ट्राइमेथिलसिलिलडाइएथाइलमाइन (TMSDEA) जैसे पदार्थों से संशोधित करना आवश्यक होता है। फिर, स्पिन कोटिंग द्वारा फोटोरेसिस्ट फिल्म तैयार की जाती है।

(2) पूर्व-बेकिंग:

स्पिन कोटिंग के बाद, फोटोरेसिस्ट फिल्म में अभी भी कुछ मात्रा में विलायक मौजूद रहता है। उच्च तापमान पर बेकिंग करने से विलायक की मात्रा को यथासंभव कम किया जा सकता है। प्री-बेकिंग के बाद, फोटोरेसिस्ट की मात्रा लगभग 5% तक कम हो जाती है।

(3) जोखिम:

यानी, फोटोरेसिस्ट को प्रकाश के संपर्क में लाया जाता है। इस दौरान, एक फोटोरिएक्शन होता है, और प्रकाशित भाग और अनुत्तरित भाग के बीच घुलनशीलता में अंतर उत्पन्न होता है।

(4) विकास एवं सुदृढ़ीकरण:

उत्पाद को डेवलपर में डुबोया जाता है। इस दौरान, पॉजिटिव फोटोरेसिस्ट का एक्सपोज़्ड क्षेत्र और नेगेटिव फोटोरेसिस्ट का नॉन-एक्सपोज़्ड क्षेत्र डेवलपमेंट में घुल जाते हैं। इससे एक त्रि-आयामी पैटर्न बनता है। डेवलपमेंट के बाद, चिप को एक कठोर फिल्म में बदलने के लिए उच्च तापमान उपचार प्रक्रिया की आवश्यकता होती है, जिसका मुख्य उद्देश्य सब्सट्रेट पर फोटोरेसिस्ट के आसंजन को और मजबूत करना है।

(5) नक्काशी:

फोटोरेसिस्ट के नीचे की सामग्री को एच किया जाता है। इसमें लिक्विड वेट एचिंग और गैसियस ड्राई एचिंग शामिल हैं। उदाहरण के लिए, सिलिकॉन की वेट एचिंग के लिए हाइड्रोफ्लोरिक एसिड के अम्लीय जलीय घोल का उपयोग किया जाता है; तांबे की वेट एचिंग के लिए नाइट्रिक एसिड और सल्फ्यूरिक एसिड जैसे प्रबल अम्लीय घोल का उपयोग किया जाता है, जबकि ड्राई एचिंग में अक्सर प्लाज्मा या उच्च-ऊर्जा आयन बीम का उपयोग सामग्री की सतह को नुकसान पहुंचाने और उसे एच करने के लिए किया जाता है।

(6) डीगमिंग:

अंत में, लेंस की सतह से फोटोरेसिस्ट को हटाना आवश्यक होता है। इस प्रक्रिया को डीगमिंग कहा जाता है।

सभी सेमीकंडक्टर उत्पादन में सुरक्षा सबसे महत्वपूर्ण मुद्दा है। चिप लिथोग्राफी प्रक्रिया में मुख्य खतरनाक और हानिकारक फोटोलिथोग्राफी गैसें निम्नलिखित हैं:

 

1. हाइड्रोजन पेरोक्साइड

हाइड्रोजन पेरोक्साइड (H2O2) एक प्रबल ऑक्सीकारक है। इसके सीधे संपर्क से त्वचा और आंखों में सूजन और जलन हो सकती है।

 

2. ज़ाइलीन

ज़ाइलीन एक विलायक और डेवलपर है जिसका उपयोग नेगेटिव लिथोग्राफी में किया जाता है। यह ज्वलनशील है और इसका न्यूनतम तापमान केवल 27.3℃ (लगभग कमरे का तापमान) होता है। हवा में इसकी सांद्रता 1%-7% होने पर यह विस्फोटक हो जाता है। ज़ाइलीन के बार-बार संपर्क में आने से त्वचा में सूजन हो सकती है। ज़ाइलीन की वाष्प मीठी होती है, जो हवाई जहाज के टैक की गंध के समान होती है; ज़ाइलीन के संपर्क में आने से आंखों, नाक और गले में सूजन हो सकती है। इस गैस के साँस लेने से सिरदर्द, चक्कर आना, भूख न लगना और थकान हो सकती है।

 

3. हेक्सामेथिल्डिसिलाज़ेन (HMDS)

हेक्सामेथिल्डिसिलाज़ेन (HMDS) का उपयोग आमतौर पर उत्पाद की सतह पर फोटोरेसिस्ट के आसंजन को बढ़ाने के लिए प्राइमर परत के रूप में किया जाता है। यह ज्वलनशील है और इसका फ्लैश पॉइंट 6.7°C है। हवा में इसकी सांद्रता 0.8%-16% होने पर यह विस्फोटक होता है। HMDS पानी, अल्कोहल और खनिज अम्लों के साथ तीव्र अभिक्रिया करके अमोनिया गैस उत्पन्न करता है।

 

4. टेट्रामेथिलअमोनियम हाइड्रॉक्साइड

टेट्रामेथिलअमोनियम हाइड्रॉक्साइड (टीएमएएच) का व्यापक रूप से पॉजिटिव लिथोग्राफी के लिए डेवलपर के रूप में उपयोग किया जाता है। यह विषैला और संक्षारक होता है। निगलने या त्वचा के सीधे संपर्क में आने पर यह घातक हो सकता है। टीएमएएच की धूल या धुंध के संपर्क में आने से आंखों, त्वचा, नाक और गले में सूजन हो सकती है। टीएमएएच की उच्च सांद्रता के साँस लेने से मृत्यु हो सकती है।

 

5. क्लोरीन और फ्लोरीन

एक्साइमर लेज़रों में क्लोरीन (Cl2) और फ्लोरीन (F2) दोनों का उपयोग डीप अल्ट्रावायलेट और एक्सट्रीम अल्ट्रावायलेट (EUV) प्रकाश स्रोतों के रूप में किया जाता है। ये दोनों गैसें विषैली होती हैं, हल्के हरे रंग की होती हैं और इनकी गंध तीव्र और जलन पैदा करने वाली होती है। इस गैस की उच्च सांद्रता में साँस लेने से मृत्यु हो सकती है। फ्लोरीन गैस पानी के साथ प्रतिक्रिया करके हाइड्रोजन फ्लोराइड गैस उत्पन्न कर सकती है। हाइड्रोजन फ्लोराइड गैस एक प्रबल अम्ल है जो त्वचा, आँखों और श्वसन तंत्र में जलन पैदा करती है और जलन और साँस लेने में कठिनाई जैसे लक्षण उत्पन्न कर सकती है। फ्लोराइड की उच्च सांद्रता मानव शरीर में विषाक्तता का कारण बन सकती है, जिससे सिरदर्द, उल्टी, दस्त और कोमा जैसे लक्षण हो सकते हैं।

 

6. आर्गन

आर्गन (Ar) एक अक्रिय गैस है जो आमतौर पर मानव शरीर को प्रत्यक्ष रूप से नुकसान नहीं पहुंचाती है। सामान्य परिस्थितियों में, मनुष्य जिस हवा में सांस लेते हैं उसमें लगभग 0.93% आर्गन होती है, और इस सांद्रता का मानव शरीर पर कोई स्पष्ट प्रभाव नहीं पड़ता है। हालांकि, कुछ मामलों में, आर्गन मानव शरीर को नुकसान पहुंचा सकती है।
यहां कुछ संभावित स्थितियां दी गई हैं: किसी बंद स्थान में, आर्गन की सांद्रता बढ़ सकती है, जिससे हवा में ऑक्सीजन की सांद्रता कम हो सकती है और हाइपोक्सिया (ऑक्सीजन की कमी) हो सकती है। इससे चक्कर आना, थकान और सांस लेने में तकलीफ जैसे लक्षण उत्पन्न हो सकते हैं। इसके अलावा, आर्गन एक अक्रिय गैस है, लेकिन उच्च तापमान या उच्च दबाव में इसमें विस्फोट हो सकता है।

 

7. नियॉन

नियॉन (Ne) एक स्थिर, रंगहीन और गंधहीन गैस है जो मानव श्वसन प्रक्रिया में भाग नहीं लेती है। इसलिए, उच्च सांद्रता वाली नियॉन गैस में सांस लेने से हाइपोक्सिया (ऑक्सीजन की कमी) हो सकती है। यदि आप लंबे समय तक हाइपोक्सिया की स्थिति में रहते हैं, तो आपको सिरदर्द, मतली और उल्टी जैसे लक्षण महसूस हो सकते हैं। इसके अलावा, नियॉन गैस उच्च तापमान या उच्च दबाव में अन्य पदार्थों के साथ प्रतिक्रिया करके आग या विस्फोट का कारण बन सकती है।

 

8. ज़ेनॉन गैस

ज़ेनॉन गैस (Xe) एक स्थिर, रंगहीन और गंधहीन गैस है जो मानव श्वसन प्रक्रिया में भाग नहीं लेती है, इसलिए ज़ेनॉन गैस की उच्च सांद्रता में सांस लेने से हाइपोक्सिया हो सकता है। यदि आप लंबे समय तक हाइपोक्सिया की स्थिति में रहते हैं, तो आपको सिरदर्द, मतली और उल्टी जैसे लक्षण अनुभव हो सकते हैं। इसके अलावा, नियॉन गैस उच्च तापमान या उच्च दबाव में अन्य पदार्थों के साथ प्रतिक्रिया करके आग या विस्फोट का कारण बन सकती है।

 

9. क्रिप्टन गैस

क्रिप्टन गैस (Kr) एक स्थिर, रंगहीन और गंधहीन गैस है जो मानव श्वसन प्रक्रिया में भाग नहीं लेती है, इसलिए क्रिप्टन गैस की उच्च सांद्रता में सांस लेने से हाइपोक्सिया हो सकता है। यदि आप लंबे समय तक हाइपोक्सिया की स्थिति में रहते हैं, तो आपको सिरदर्द, मतली और उल्टी जैसे लक्षण अनुभव हो सकते हैं। इसके अलावा, ज़ेनॉन गैस उच्च तापमान या उच्च दबाव में अन्य पदार्थों के साथ प्रतिक्रिया करके आग या विस्फोट का कारण बन सकती है। ऑक्सीजन की कमी वाले वातावरण में सांस लेने से हाइपोक्सिया हो सकता है। यदि आप लंबे समय तक हाइपोक्सिया की स्थिति में रहते हैं, तो आपको सिरदर्द, मतली और उल्टी जैसे लक्षण अनुभव हो सकते हैं। इसके अलावा, क्रिप्टन गैस उच्च तापमान या उच्च दबाव में अन्य पदार्थों के साथ प्रतिक्रिया करके आग या विस्फोट का कारण बन सकती है।

 

सेमीकंडक्टर उद्योग के लिए खतरनाक गैसों का पता लगाने के समाधान

सेमीकंडक्टर उद्योग में ज्वलनशील, विस्फोटक, विषैली और हानिकारक गैसों का उत्पादन, निर्माण और प्रसंस्करण शामिल है। सेमीकंडक्टर निर्माण संयंत्रों में गैसों के उपयोगकर्ता के रूप में, प्रत्येक कर्मचारी को उपयोग से पहले विभिन्न खतरनाक गैसों के सुरक्षा डेटा को समझना चाहिए और इन गैसों के रिसाव की स्थिति में आपातकालीन प्रक्रियाओं से निपटने का तरीका जानना चाहिए।
सेमीकंडक्टर उद्योग के उत्पादन, निर्माण और भंडारण में, इन खतरनाक गैसों के रिसाव से होने वाली जान-माल की हानि से बचने के लिए, लक्षित गैस का पता लगाने के लिए गैस पहचान उपकरणों को स्थापित करना आवश्यक है।

आज के सेमीकंडक्टर उद्योग में गैस डिटेक्टर आवश्यक पर्यावरणीय निगरानी उपकरण बन गए हैं, और ये सबसे प्रत्यक्ष निगरानी उपकरण भी हैं।
रिकेन केइकी ने हमेशा अर्धचालक विनिर्माण उद्योग के सुरक्षित विकास पर ध्यान दिया है, जिसका उद्देश्य लोगों के लिए एक सुरक्षित कार्य वातावरण बनाना है, और इसने अर्धचालक उद्योग के लिए उपयुक्त गैस सेंसर विकसित करने, उपयोगकर्ताओं द्वारा सामना की जाने वाली विभिन्न समस्याओं के लिए उचित समाधान प्रदान करने और उत्पाद कार्यों को लगातार उन्नत करने और प्रणालियों को अनुकूलित करने के लिए खुद को समर्पित किया है।