תהליך פוטוליוגרפיה מלא של תהליך מוליכים למחצה

ייצור כל מוצר מוליך למחצה דורש מאות תהליכים. אנו מחלקים את תהליך הייצור כולו לשמונה שלבים:רָקִיקעיבוד-חמצון-פוטוליוגרפיה-איכול-שקיעת שכבה דקה-צמיחה אפיטקסיאלית-דיפוזיה-השתלת יונים.
כדי לעזור לכם להבין ולזהות מוליכים למחצה ותהליכים קשורים, נפרסם מאמרים ב-WeChat בכל גיליון כדי להציג כל אחד מהשלבים הנ"ל אחד אחד.
במאמר הקודם, צוין כי על מנת להגן עלרָקִיקמזיהומים שונים נוצר שכבת תחמוצת - תהליך חמצון. היום נדון ב"תהליך הפוטוליגרפיה" של צילום מעגל תכנון מוליך למחצה על גבי פרוסת ה-Wap עם שכבת התחמוצת שנוצרה.

 

תהליך פוטוליוגרפיה

 

1. מהו תהליך פוטוליוגרפיה

פוטוליוגרפיה נועדה לייצר את המעגלים והאזורים הפונקציונליים הנדרשים לייצור שבבים.
האור הנפלט ממכונת הפוטוליתוגרפיה משמש לחשיפת הסרט הדק המצופה בפוטורזיסט דרך מסכה עם דוגמה. הפוטורזיסט ישנה את תכונותיו לאחר שיראה את האור, כך שהדוגמה שעל המסכה מועתקת לסרט הדק, כך שלסרט הדק יש תפקיד של תרשים מעגל אלקטרוני. זהו תפקידה של הפוטוליתוגרפיה, בדומה לצילום תמונות במצלמה. התמונות המצולמות על ידי המצלמה מודפסות על הסרט, בעוד שהפוטוליתוגרפיה אינה חורטת תמונות, אלא דיאגרמות מעגל ורכיבים אלקטרוניים אחרים.

פוטוליתוגרפיה היא טכנולוגיית מיקרו-מכאנית מדויקת

פוטוליתוגרפיה קונבנציונלית היא תהליך המשתמש באור אולטרה סגול באורך גל של 2000 עד 4500 אנגסטרום כנשא מידע תמונה, ומשתמש בפוטורזיסט כמדיום ביניים (הקלטת תמונה) כדי להשיג את הטרנספורמציה, ההעברה והעיבוד של הגרפיקה, ולבסוף מעביר את מידע התמונה לשבב (בעיקר שבב סיליקון) או לשכבה הדיאלקטרית.
ניתן לומר שפוטוליתוגרפיה היא הבסיס לתעשיות המודרניות של מוליכים למחצה, מיקרואלקטרוניקה ומידע, ופוטוליתוגרפיה קובעת ישירות את רמת הפיתוח של טכנולוגיות אלו.
ביותר מ-60 שנה מאז המצאתם המוצלחת של מעגלים משולבים בשנת 1959, רוחב הקו של הגרפיקה שלהם הצטמצם בכארבעה סדרי גודל, ושילוב המעגלים שופר ביותר משישה סדרי גודל. ההתקדמות המהירה של טכנולוגיות אלו מיוחסת בעיקר לפיתוח הפוטוליגרפיה.

(דרישות לטכנולוגיית פוטוליתוגרפיה בשלבי פיתוח שונים של ייצור מעגלים משולבים)

 

2. עקרונות בסיסיים של פוטוליתוגרפיה

חומרי פוטוליתוגרפיה מתייחסים בדרך כלל לפוטורזיסטים, הידועים גם כפוטורזיסטים, שהם החומרים הפונקציונליים הקריטיים ביותר בפוטוליתוגרפיה. לסוג זה של חומר יש מאפייני תגובה של אור (כולל אור נראה, אור אולטרה סגול, קרן אלקטרונים וכו'). לאחר תגובה פוטוכימית, המסיסות שלו משתנה באופן משמעותי.
ביניהם, המסיסות של פוטורזיסט חיובי במפתח עולה, והתבנית המתקבלת זהה לזו של המסכה; פוטורזיסט שלילי הוא ההפך, כלומר, המסיסות פוחתת או אפילו הופכת בלתי מסיסה לאחר חשיפה למפתח, והתבנית המתקבלת היא הפוכה לזו של המסכה. תחומי היישום של שני סוגי הפוטורזיסטים שונים. פוטורזיסטים חיוביים נפוצים יותר, ומהווים יותר מ-80% מהסך הכל.

האמור לעיל הוא תרשים סכמטי של תהליך הפוטוליתוגרפיה

 

(1) הדבקה:

כלומר, יצירת שכבת פוטורזיסט בעלת עובי אחיד, הידבקות חזקה וללא פגמים על פרוסת הסיליקון. על מנת לשפר את ההידבקות בין שכבת הפוטורזיסט לפרוסת הסיליקון, לעתים קרובות יש צורך לשנות תחילה את פני השטח של פרוסת הסיליקון באמצעות חומרים כגון הקסמתילדיסילאזאן (HMDS) וטרימתילסילילדיאתילאמין (TMSDEA). לאחר מכן, שכבת הפוטורזיסט מוכנה על ידי ציפוי ספין.

(2) אפייה מוקדמת:

לאחר ציפוי ספין, סרט הפוטורזיסט עדיין מכיל כמות מסוימת של ממס. לאחר אפייה בטמפרטורה גבוהה יותר, ניתן להסיר את הממס ככל האפשר. לאחר האפייה המוקדמת, תכולת הפוטורזיסט מצטמצמת לכ-5%.

(3) חשיפה:

כלומר, הפוטורזיסט נחשף לאור. בשלב זה מתרחשת פוטוראקציה, ומתרחש הפרש מסיסות בין החלק המואר לחלק שאינו מואר.

(4) פיתוח והתקשות:

המוצר טובל במפתח. בשלב זה, האזור החשוף של הפוטורזיסט החיובי והאזור הלא חשוף של הפוטורזיסט השלילי יתמוססו בפיתוח. זה יוצר תבנית תלת-ממדית. לאחר הפיתוח, השבב זקוק לתהליך טיפול בטמפרטורה גבוהה כדי להפוך לשכבה קשה, המשמשת בעיקר לשיפור נוסף של הידבקות הפוטורזיסט למצע.

(5) איכול:

החומר שמתחת לפוטורזיסט נחרט. זה כולל צריבה רטובה נוזלית וצריבה יבשה גזי. לדוגמה, עבור צריבה רטובה של סיליקון, משתמשים בתמיסה חומצית מימית של חומצה הידרופלואורית; עבור צריבה רטובה של נחושת, משתמשים בתמיסה חומצית חזקה כמו חומצה חנקתית וחומצה גופרתית, בעוד שצריבה יבשה משתמשת לעתים קרובות בפלזמה או בקרני יונים בעלי אנרגיה גבוהה כדי לפגוע בפני השטח של החומר ולחרוט אותו.

(6) הסרת גומי:

לבסוף, יש להסיר את הפוטורזיסט מפני השטח של העדשה. שלב זה נקרא הסרת גומי.

בטיחות היא הנושא החשוב ביותר בכל ייצור מוליכים למחצה. גזי הפוטוליתוגרפיה המסוכנים והמזיקים העיקריים בתהליך ליתוגרפיית השבבים הם כדלקמן:

 

1. מי חמצן

מי חמצן (H2O2) הוא מחמצן חזק. מגע ישיר עלול לגרום לדלקת עור ועיניים ולכוויות.

 

2. קסילן

קסילן הוא ממס ומפתח המשמש בליתוגרפיה שלילית. הוא דליק ובעל טמפרטורה נמוכה של 27.3 מעלות צלזיוס בלבד (בערך בטמפרטורת החדר). הוא נפיץ כאשר הריכוז באוויר הוא 1%-7%. מגע חוזר ונשנה עם קסילן עלול לגרום לדלקת בעור. אדי קסילן הם מתוקים, בדומה לריח של תרמילים למטוסים; חשיפה לקסילן עלולה לגרום לדלקת בעיניים, באף ובגרון. שאיפת הגז עלולה לגרום לכאבי ראש, סחרחורת, אובדן תיאבון ועייפות.

 

3. הקסמתילדיסילאזאן (HMDS)

הקסמתילדיסילאזאן (HMDS) משמש לרוב כשכבת פריימר כדי להגביר את הידבקות הפוטורזיסט על פני המוצר. הוא דליק ובעל נקודת הבזק של 6.7 מעלות צלזיוס. הוא נפיץ כאשר הריכוז באוויר הוא 0.8%-16%. HMDS מגיב חזק עם מים, אלכוהול וחומצות מינרליות לשחרור אמוניה.

 

4. טטרהמתילאמוניום הידרוקסיד

טטרה-מתיל אמוניום הידרוקסיד (TMAH) נמצא בשימוש נרחב כחומר מפתח לליטוגרפיה חיובית. הוא רעיל וקורוזיבי. הוא עלול להיות קטלני בבליעה או במגע ישיר עם העור. מגע עם אבק או ערפל של TMAH עלול לגרום לדלקת בעיניים, בעור, באף ובגרון. שאיפת ריכוזים גבוהים של TMAH תגרום למוות.

 

5. כלור ופלואור

כלור (Cl2) ופלואור (F2) משמשים שניהם בלייזרי אקסימר כמקורות אור אולטרה סגול עמוק ואולטרה סגול קיצוני (EUV). שני הגזים רעילים, נראים ירוקים בהירים ובעלי ריח מגרה חזק. שאיפת ריכוזים גבוהים של גז זה תגרום למוות. גז פלואור עלול להגיב עם מים וליצור גז מימן פלואוריד. גז מימן פלואוריד הוא חומצה חזקה המגרה את העור, העיניים ודרכי הנשימה ועלולה לגרום לתסמינים כמו כוויות וקשיי נשימה. ריכוזים גבוהים של פלואוריד עלולים לגרום להרעלה לגוף האדם, ולגרום לתסמינים כמו כאבי ראש, הקאות, שלשולים ותרדמת.

 

6. ארגון

ארגון (Ar) הוא גז אינרטי שבדרך כלל אינו גורם נזק ישיר לגוף האדם. בנסיבות רגילות, האוויר שאנשים נושמים מכיל כ-0.93% ארגון, ולריכוז זה אין השפעה ניכרת על גוף האדם. עם זאת, במקרים מסוימים, ארגון עלול לגרום נזק לגוף האדם.
הנה כמה מצבים אפשריים: בחלל סגור, ריכוז הארגון עלול לעלות, ובכך להפחית את ריכוז החמצן באוויר ולגרום להיפוקסיה. זה עלול לגרום לתסמינים כמו סחרחורת, עייפות וקוצר נשימה. בנוסף, ארגון הוא גז אינרטי, אך הוא עלול להתפוצץ תחת טמפרטורה גבוהה או לחץ גבוה.

 

7. ניאון

ניאון (Ne) הוא גז יציב, חסר צבע וריח שאינו משתתף בתהליך הנשימה האנושי, ולכן שאיפת ריכוז גבוה של גז ניאון תגרום להיפוקסיה. אם אתם במצב של היפוקסיה במשך זמן רב, אתם עלולים לחוות תסמינים כגון כאב ראש, בחילות והקאות. בנוסף, גז ניאון עלול להגיב עם חומרים אחרים תחת טמפרטורה גבוהה או לחץ גבוה ולגרום לשריפה או פיצוץ.

 

8. גז קסנון

גז קסנון (Xe) הוא גז יציב, חסר צבע וריח שאינו משתתף בתהליך הנשימה האנושי, ולכן שאיפה של ריכוז גבוה של גז קסנון תגרום להיפוקסיה. אם אתם נמצאים במצב של היפוקסיה במשך זמן רב, אתם עלולים לחוות תסמינים כגון כאב ראש, בחילות והקאות. בנוסף, גז ניאון עלול להגיב עם חומרים אחרים תחת טמפרטורה גבוהה או לחץ גבוה ולגרום לשריפה או פיצוץ.

 

9. גז קריפטון

גז קריפטון (Kr) הוא גז יציב, חסר צבע וריח שאינו משתתף בתהליך הנשימה האנושי, ולכן שאיפה של ריכוז גבוה של גז קריפטון תגרום להיפוקסיה. אם אתם במצב של היפוקסיה במשך זמן רב, אתם עלולים לחוות תסמינים כגון כאב ראש, בחילות והקאות. בנוסף, גז קסנון עלול להגיב עם חומרים אחרים תחת טמפרטורה גבוהה או לחץ גבוה ולגרום לשריפה או פיצוץ. נשימה בסביבה עם מחסור בחמצן עלולה לגרום להיפוקסיה. אם אתם במצב של היפוקסיה במשך זמן רב, אתם עלולים לחוות תסמינים כגון כאב ראש, בחילות והקאות. בנוסף, גז קריפטון עלול להגיב עם חומרים אחרים תחת טמפרטורה גבוהה או לחץ גבוה ולגרום לשריפה או פיצוץ.

 

פתרונות לגילוי גזים מסוכנים לתעשיית המוליכים למחצה

תעשיית המוליכים למחצה כוללת ייצור, ייצור ועיבוד של גזים דליקים, נפיצים, רעילים ומזיקים. כמשתמש בגזים במפעלי ייצור מוליכים למחצה, כל עובד צריך להבין את נתוני הבטיחות של גזים מסוכנים שונים לפני השימוש, ועליו לדעת כיצד להתמודד עם נהלי החירום כאשר גזים אלה דולפים.
בייצור, ייצור ואחסון של תעשיית המוליכים למחצה, על מנת למנוע אובדן חיים ורכוש הנגרם כתוצאה מדליפת גזים מסוכנים אלה, יש צורך להתקין מכשירי גילוי גזים כדי לזהות את גז המטרה.

גלאי גז הפכו לכלי ניטור סביבתי חיוניים בתעשיית המוליכים למחצה של ימינו, והם גם כלי הניטור הישירים ביותר.
ריקן קייקי תמיד הקדישה תשומת לב לפיתוח בטוח של תעשיית ייצור המוליכים למחצה, במטרה ליצור סביבת עבודה בטוחה לאנשים, והקדישה את עצמה לפיתוח חיישני גז המתאימים לתעשיית המוליכים למחצה, מתן פתרונות סבירים לבעיות שונות בהן נתקלים משתמשים, ושדרוג מתמיד של פונקציות המוצר ואופטימיזציה של מערכות.