సెమీకండక్టర్ ప్రక్రియ ఫోటోలిథోగ్రఫీ పూర్తి ప్రక్రియ

ప్రతి సెమీకండక్టర్ ఉత్పత్తి తయారీకి వందలాది ప్రక్రియలు అవసరం. మేము మొత్తం తయారీ ప్రక్రియను ఎనిమిది దశలుగా విభజిస్తాము:వేఫర్ప్రాసెసింగ్-ఆక్సీకరణ-ఫోటోలిథోగ్రఫీ-ఎచింగ్-సన్నని పొర నిక్షేపణ-ఎపిటాక్సియల్ పెరుగుదల-వ్యాప్తి-అయాన్ ఇంప్లాంటేషన్.
సెమీకండక్టర్లు మరియు సంబంధిత ప్రక్రియలను మీరు అర్థం చేసుకోవడానికి మరియు గుర్తించడానికి సహాయపడటానికి, పైన పేర్కొన్న ప్రతి దశను ఒక్కొక్కటిగా పరిచయం చేస్తూ మేము ప్రతి సంచికలో వీచాట్ కథనాలను ప్రచురిస్తాము.
రక్షించడానికి అని మునుపటి వ్యాసంలో పేర్కొనబడిందివేఫర్వివిధ మలినాల నుండి ఆక్సైడ్ పొరను తయారు చేయడం జరిగింది—దీనిని ఆక్సీకరణ ప్రక్రియ అంటారు. ఈ రోజు మనం, వేఫర్‌పై ఏర్పడిన ఆక్సైడ్ పొరతో కూడిన సెమీకండక్టర్ డిజైన్ సర్క్యూట్‌ను ఫోటో తీసే "ఫోటోలిథోగ్రఫీ ప్రక్రియ" గురించి చర్చిస్తాము.

 

ఫోటోలిథోగ్రఫీ ప్రక్రియ

 

1. ఫోటోలిథోగ్రఫీ ప్రక్రియ అంటే ఏమిటి?

చిప్ ఉత్పత్తికి అవసరమైన సర్క్యూట్‌లు మరియు క్రియాత్మక ప్రాంతాలను తయారు చేయడానికి ఫోటోలిథోగ్రఫీని ఉపయోగిస్తారు.
ఫోటోలిథోగ్రఫీ యంత్రం నుండి వెలువడే కాంతిని, ఒక నమూనా ఉన్న మాస్క్ ద్వారా ఫోటోరెసిస్ట్ పూత పూసిన పలుచని పొరపై ప్రసరింపజేయడానికి ఉపయోగిస్తారు. కాంతిని చూసిన తర్వాత ఫోటోరెసిస్ట్ తన ధర్మాలను మార్చుకుంటుంది, తద్వారా మాస్క్‌పై ఉన్న నమూనా పలుచని పొరపైకి కాపీ చేయబడుతుంది, ఫలితంగా ఆ పలుచని పొర ఒక ఎలక్ట్రానిక్ సర్క్యూట్ రేఖాచిత్రం వలె పనిచేస్తుంది. కెమెరాతో చిత్రాలు తీయడం మాదిరిగానే, ఫోటోలిథోగ్రఫీ పాత్ర ఇదే. కెమెరాతో తీసిన ఫోటోలు ఫిల్మ్‌పై ముద్రించబడతాయి, అయితే ఫోటోలిథోగ్రఫీ ఫోటోలను చెక్కదు, కానీ సర్క్యూట్ రేఖాచిత్రాలు మరియు ఇతర ఎలక్ట్రానిక్ భాగాలను చెక్కుతుంది.

ఫోటోలిథోగ్రఫీ అనేది ఒక ఖచ్చితమైన మైక్రో-మెషీనింగ్ సాంకేతికత

సాంప్రదాయ ఫోటోలిథోగ్రఫీ అనేది 2000 నుండి 4500 ఆంగ్‌స్ట్రామ్‌ల తరంగదైర్ఘ్యం గల అతినీలలోహిత కాంతిని చిత్ర సమాచార వాహకంగా మరియు ఫోటోరెసిస్ట్‌ను మధ్యస్థ (చిత్ర రికార్డింగ్) మాధ్యమంగా ఉపయోగించి గ్రాఫిక్స్ యొక్క పరివర్తన, బదిలీ మరియు ప్రాసెసింగ్‌ను సాధించి, చివరకు చిత్ర సమాచారాన్ని చిప్‌కు (ప్రధానంగా సిలికాన్ చిప్) లేదా డైఎలెక్ట్రిక్ పొరకు ప్రసారం చేసే ఒక ప్రక్రియ.
ఫోటోలిథోగ్రఫీ అనేది ఆధునిక సెమీకండక్టర్, మైక్రోఎలక్ట్రానిక్స్ మరియు సమాచార పరిశ్రమలకు పునాది అని చెప్పవచ్చు, మరియు ఈ సాంకేతికతల అభివృద్ధి స్థాయిని ఫోటోలిథోగ్రఫీ నేరుగా నిర్ధారిస్తుంది.
1959లో ఇంటిగ్రేటెడ్ సర్క్యూట్‌లను విజయవంతంగా ఆవిష్కరించినప్పటి నుండి 60 సంవత్సరాలకు పైగా, దాని గ్రాఫిక్స్ యొక్క లైన్ వెడల్పు సుమారు నాలుగు పరిమాణ క్రమాల వరకు తగ్గించబడింది మరియు సర్క్యూట్ ఇంటిగ్రేషన్ ఆరు పరిమాణ క్రమాల కంటే ఎక్కువగా మెరుగుపరచబడింది. ఈ సాంకేతికతల వేగవంతమైన పురోగతికి ప్రధాన కారణం ఫోటోలిథోగ్రఫీ అభివృద్ధి.

(ఇంటిగ్రేటెడ్ సర్క్యూట్ తయారీ అభివృద్ధిలోని వివిధ దశలలో ఫోటోలిథోగ్రఫీ సాంకేతికతకు అవసరాలు)

 

2. ఫోటోలిథోగ్రఫీ యొక్క ప్రాథమిక సూత్రాలు

ఫోటోలిథోగ్రఫీ పదార్థాలను సాధారణంగా ఫోటోరెసిస్ట్‌లు అని పిలుస్తారు, ఇవి ఫోటోలిథోగ్రఫీలో అత్యంత కీలకమైన క్రియాత్మక పదార్థాలు. ఈ రకమైన పదార్థం కాంతి (కనిపించే కాంతి, అతినీలలోహిత కాంతి, ఎలక్ట్రాన్ పుంజం మొదలైనవి)తో చర్య జరిపే లక్షణాలను కలిగి ఉంటుంది. ఫోటోకెమికల్ చర్య తర్వాత, దాని ద్రావణీయత గణనీయంగా మారుతుంది.
వాటిలో, డెవలపర్‌లో పాజిటివ్ ఫోటోరెసిస్ట్ యొక్క ద్రావణీయత పెరుగుతుంది, మరియు పొందిన నమూనా మాస్క్ మాదిరిగానే ఉంటుంది; నెగటివ్ ఫోటోరెసిస్ట్ దీనికి విరుద్ధంగా ఉంటుంది, అంటే, డెవలపర్‌కు గురిచేసిన తర్వాత ద్రావణీయత తగ్గుతుంది లేదా పూర్తిగా కరగకుండా పోతుంది, మరియు పొందిన నమూనా మాస్క్‌కు వ్యతిరేకంగా ఉంటుంది. ఈ రెండు రకాల ఫోటోరెసిస్ట్‌ల వినియోగ రంగాలు విభిన్నంగా ఉంటాయి. పాజిటివ్ ఫోటోరెసిస్ట్‌లు సర్వసాధారణంగా ఉపయోగించబడతాయి, ఇవి మొత్తం వినియోగంలో 80% కంటే ఎక్కువ వాటాను కలిగి ఉన్నాయి.

పైన ఉన్నది ఫోటోలిథోగ్రఫీ ప్రక్రియ యొక్క రేఖాచిత్రం.

 

(1) అంటించడం:

అంటే, సిలికాన్ వేఫర్‌పై ఏకరీతి మందం, బలమైన అంటుకునే గుణం మరియు లోపాలు లేని ఫోటోరెసిస్ట్ ఫిల్మ్‌ను ఏర్పరచడం. ఫోటోరెసిస్ట్ ఫిల్మ్ మరియు సిలికాన్ వేఫర్ మధ్య అంటుకునే గుణాన్ని పెంచడానికి, తరచుగా మొదట హెక్సామెథైల్డిసిలాజేన్ (HMDS) మరియు ట్రైమెథైల్సిలిల్డైథైలమైన్ (TMSDEA) వంటి పదార్థాలతో సిలికాన్ వేఫర్ ఉపరితలాన్ని సవరించడం అవసరం. ఆ తర్వాత, స్పిన్ కోటింగ్ ద్వారా ఫోటోరెసిస్ట్ ఫిల్మ్‌ను తయారు చేస్తారు.

(2) ముందుగా బేకింగ్ చేయడం:

స్పిన్ కోటింగ్ తర్వాత, ఫోటోరెసిస్ట్ ఫిల్మ్‌లో ఇంకా కొంత మొత్తంలో ద్రావకం ఉంటుంది. అధిక ఉష్ణోగ్రత వద్ద బేకింగ్ చేసిన తర్వాత, ద్రావకాన్ని వీలైనంత తక్కువగా తొలగించవచ్చు. ప్రీ-బేకింగ్ తర్వాత, ఫోటోరెసిస్ట్ శాతం సుమారు 5%కి తగ్గుతుంది.

(3) బహిర్గతం:

అంటే, ఫోటోరెసిస్ట్ కాంతికి గురవుతుంది. ఈ సమయంలో, ఒక ఫోటోరియాక్షన్ జరుగుతుంది, మరియు కాంతి పడిన భాగానికి, కాంతి పడని భాగానికి మధ్య ద్రావణీయతలో తేడా ఏర్పడుతుంది.

(4) అభివృద్ధి మరియు గట్టిపడటం:

ఉత్పత్తిని డెవలపర్‌లో ముంచుతారు. ఈ సమయంలో, పాజిటివ్ ఫోటోరెసిస్ట్ యొక్క బహిర్గతమైన ప్రాంతం మరియు నెగటివ్ ఫోటోరెసిస్ట్ యొక్క బహిర్గతం కాని ప్రాంతం డెవలప్‌మెంట్‌లో కరిగిపోతాయి. ఇది త్రిమితీయ నమూనాను ప్రదర్శిస్తుంది. డెవలప్‌మెంట్ తర్వాత, చిప్‌ను గట్టి ఫిల్మ్‌గా మార్చడానికి అధిక-ఉష్ణోగ్రత చికిత్స ప్రక్రియ అవసరం, ఇది ప్రధానంగా సబ్‌స్ట్రేట్‌కు ఫోటోరెసిస్ట్ యొక్క అంటుకునే గుణాన్ని మరింత పెంచడానికి ఉపయోగపడుతుంది.

(5) ఎచింగ్:

ఫోటోరెసిస్ట్ కింద ఉన్న పదార్థం ఎచింగ్ చేయబడుతుంది. ఇందులో లిక్విడ్ వెట్ ఎచింగ్ మరియు గ్యాసియస్ డ్రై ఎచింగ్ ఉంటాయి. ఉదాహరణకు, సిలికాన్‌ను వెట్ ఎచింగ్ చేయడానికి హైడ్రోఫ్లోరిక్ ఆమ్లం యొక్క ఆమ్ల జల ద్రావణాన్ని ఉపయోగిస్తారు; రాగిని వెట్ ఎచింగ్ చేయడానికి నైట్రిక్ ఆమ్లం మరియు సల్ఫ్యూరిక్ ఆమ్లం వంటి గాఢ ఆమ్ల ద్రావణాన్ని ఉపయోగిస్తారు, అయితే డ్రై ఎచింగ్‌లో తరచుగా పదార్థం యొక్క ఉపరితలాన్ని దెబ్బతీసి, దానిని ఎచింగ్ చేయడానికి ప్లాస్మా లేదా అధిక-శక్తి అయాన్ కిరణాలను ఉపయోగిస్తారు.

(6) జిగురు తొలగించడం:

చివరగా, లెన్స్ ఉపరితలం నుండి ఫోటోరెసిస్ట్‌ను తొలగించాల్సి ఉంటుంది. ఈ దశను డీగమ్మింగ్ అంటారు.

అన్ని సెమీకండక్టర్ ఉత్పత్తిలో భద్రత అనేది అత్యంత ముఖ్యమైన అంశం. చిప్ లిథోగ్రఫీ ప్రక్రియలో ప్రధాన ప్రమాదకరమైన మరియు హానికరమైన ఫోటోలిథోగ్రఫీ వాయువులు ఈ క్రింది విధంగా ఉన్నాయి:

 

1. హైడ్రోజన్ పెరాక్సైడ్

హైడ్రోజన్ పెరాక్సైడ్ (H2O2) ఒక బలమైన ఆక్సీకరణి. దీనితో ప్రత్యక్ష సంబంధం వలన చర్మం మరియు కంటి వాపు, కాలిన గాయాలు కలుగుతాయి.

 

2. జైలీన్

జైలీన్ అనేది నెగటివ్ లిథోగ్రఫీలో ఉపయోగించే ఒక ద్రావకం మరియు డెవలపర్. ఇది మండే స్వభావం కలది మరియు దీని ఉష్ణోగ్రత కేవలం 27.3℃ (సుమారుగా గది ఉష్ణోగ్రత) మాత్రమే ఉంటుంది. గాలిలో దీని గాఢత 1%-7% ఉన్నప్పుడు ఇది పేలుతుంది. జైలీన్‌తో పదేపదే సంపర్కం వలన చర్మపు వాపు రావచ్చు. జైలీన్ ఆవిరి తీపిగా, విమానాలలో వాడే మేకుల వాసనను పోలి ఉంటుంది; జైలీన్‌కు గురికావడం వలన కళ్ళు, ముక్కు మరియు గొంతులో వాపు రావచ్చు. ఈ వాయువును పీల్చడం వలన తలనొప్పి, తలతిరగడం, ఆకలి లేకపోవడం మరియు అలసట కలుగుతాయి.

 

3. హెక్సామెథైల్డిసిలాజేన్ (HMDS)

హెక్సామెథైల్డిసిలాజేన్ (HMDS) అనేది ఉత్పత్తి ఉపరితలంపై ఫోటోరెసిస్ట్ యొక్క అంటుకునే గుణాన్ని పెంచడానికి ప్రైమర్ పొరగా అత్యంత సాధారణంగా ఉపయోగించబడుతుంది. ఇది మండే స్వభావం కలది మరియు దీని ఫ్లాష్ పాయింట్ 6.7°C. గాలిలో దీని గాఢత 0.8%-16% ఉన్నప్పుడు ఇది పేలుతుంది. HMDS నీరు, ఆల్కహాల్ మరియు ఖనిజ ఆమ్లాలతో బలంగా చర్య జరిపి అమ్మోనియాను విడుదల చేస్తుంది.

 

4. టెట్రామెథైల్అమ్మోనియం హైడ్రాక్సైడ్

టెట్రామెథైల్అమ్మోనియం హైడ్రాక్సైడ్ (TMAH) ను పాజిటివ్ లిథోగ్రఫీకి డెవలపర్‌గా విస్తృతంగా ఉపయోగిస్తారు. ఇది విషపూరితమైనది మరియు తినివేసే స్వభావం కలది. దీనిని మింగినా లేదా చర్మానికి నేరుగా తగిలినా ప్రాణాంతకం కావచ్చు. TMAH ధూళి లేదా పొగతో సంబంధం వల్ల కళ్ళు, చర్మం, ముక్కు మరియు గొంతులో వాపు రావచ్చు. అధిక గాఢతలో ఉన్న TMAH ను పీల్చడం మరణానికి దారితీస్తుంది.

 

5. క్లోరిన్ మరియు ఫ్లోరిన్

క్లోరిన్ (Cl2) మరియు ఫ్లోరిన్ (F2) రెండింటినీ ఎక్సైమర్ లేజర్‌లలో డీప్ అల్ట్రావైలెట్ మరియు ఎక్స్‌ట్రీమ్ అల్ట్రావైలెట్ (EUV) కాంతి వనరులుగా ఉపయోగిస్తారు. ఈ రెండు వాయువులూ విషపూరితమైనవి, లేత ఆకుపచ్చ రంగులో కనిపిస్తాయి మరియు తీవ్రమైన చికాకు కలిగించే వాసనను కలిగి ఉంటాయి. ఈ వాయువును అధిక గాఢతలో పీల్చడం మరణానికి దారితీస్తుంది. ఫ్లోరిన్ వాయువు నీటితో చర్య జరిపి హైడ్రోజన్ ఫ్లోరైడ్ వాయువును ఉత్పత్తి చేయవచ్చు. హైడ్రోజన్ ఫ్లోరైడ్ వాయువు ఒక బలమైన ఆమ్లం, ఇది చర్మం, కళ్ళు మరియు శ్వాసకోశ మార్గానికి చికాకు కలిగిస్తుంది మరియు కాలిన గాయాలు, శ్వాస తీసుకోవడంలో ఇబ్బంది వంటి లక్షణాలను కలిగించవచ్చు. అధిక గాఢతలో ఫ్లోరైడ్ మానవ శరీరానికి విషప్రభావం కలిగించి, తలనొప్పి, వాంతులు, విరేచనాలు మరియు కోమా వంటి లక్షణాలను కలుగజేస్తుంది.

 

6. ఆర్గాన్

ఆర్గాన్ (Ar) అనేది ఒక జడ వాయువు, ఇది సాధారణంగా మానవ శరీరానికి ప్రత్యక్ష హాని కలిగించదు. సాధారణ పరిస్థితులలో, ప్రజలు పీల్చే గాలిలో సుమారు 0.93% ఆర్గాన్ ఉంటుంది, మరియు ఈ గాఢత మానవ శరీరంపై ఎటువంటి స్పష్టమైన ప్రభావాన్ని చూపదు. అయితే, కొన్ని సందర్భాల్లో, ఆర్గాన్ మానవ శరీరానికి హాని కలిగించవచ్చు.
సంభవించే కొన్ని పరిస్థితులు ఇవి: ఒక పరిమిత ప్రదేశంలో, ఆర్గాన్ గాఢత పెరగవచ్చు, దీనివల్ల గాలిలో ఆక్సిజన్ గాఢత తగ్గి హైపోక్సియా ఏర్పడవచ్చు. ఇది తల తిరగడం, అలసట మరియు ఆయాసం వంటి లక్షణాలకు కారణం కావచ్చు. అంతేకాకుండా, ఆర్గాన్ ఒక జడ వాయువు అయినప్పటికీ, అది అధిక ఉష్ణోగ్రత లేదా అధిక పీడనం వద్ద పేలిపోవచ్చు.

 

7. నియాన్

నియాన్ (Ne) అనేది స్థిరమైన, రంగు మరియు వాసన లేని వాయువు. ఇది మానవ శ్వాసక్రియ ప్రక్రియలో పాలుపంచుకోదు, కాబట్టి అధిక గాఢతలో ఉన్న నియాన్ వాయువును పీల్చడం వల్ల హైపోక్సియా (ఆక్సిజన్ కొరత) కలుగుతుంది. మీరు ఎక్కువ కాలం హైపోక్సియా స్థితిలో ఉంటే, తలనొప్పి, వికారం మరియు వాంతులు వంటి లక్షణాలను అనుభవించవచ్చు. అంతేకాకుండా, అధిక ఉష్ణోగ్రత లేదా అధిక పీడనం వద్ద నియాన్ వాయువు ఇతర పదార్థాలతో చర్య జరిపి అగ్ని లేదా పేలుడుకు కారణం కావచ్చు.

 

8. జెనాన్ వాయువు

గ్జీనాన్ వాయువు (Xe) అనేది స్థిరమైన, రంగు మరియు వాసన లేని వాయువు, ఇది మానవ శ్వాసక్రియ ప్రక్రియలో పాల్గొనదు, కాబట్టి అధిక సాంద్రతలో గ్జీనాన్ వాయువును పీల్చడం వలన హైపోక్సియా (ఆక్సిజన్ కొరత) కలుగుతుంది. మీరు ఎక్కువ కాలం హైపోక్సియా స్థితిలో ఉంటే, మీకు తలనొప్పి, వికారం మరియు వాంతులు వంటి లక్షణాలు కనిపించవచ్చు. అంతేకాకుండా, గ్జీనాన్ వాయువు అధిక ఉష్ణోగ్రత లేదా అధిక పీడనం వద్ద ఇతర పదార్థాలతో చర్య జరిపి అగ్ని లేదా పేలుడుకు కారణం కావచ్చు.

 

9. క్రిప్టాన్ వాయువు

క్రిప్టాన్ వాయువు (Kr) అనేది స్థిరమైన, రంగు మరియు వాసన లేని వాయువు, ఇది మానవ శ్వాసక్రియ ప్రక్రియలో పాల్గొనదు, కాబట్టి అధిక సాంద్రతలో ఉన్న క్రిప్టాన్ వాయువును పీల్చడం వల్ల హైపోక్సియా వస్తుంది. మీరు ఎక్కువ కాలం హైపోక్సియా స్థితిలో ఉంటే, మీకు తలనొప్పి, వికారం మరియు వాంతులు వంటి లక్షణాలు కనిపించవచ్చు. అంతేకాకుండా, అధిక ఉష్ణోగ్రత లేదా అధిక పీడనం వద్ద క్రిప్టాన్ వాయువు ఇతర పదార్థాలతో చర్య జరిపి అగ్ని లేదా పేలుడుకు కారణం కావచ్చు. ఆక్సిజన్ కొరత ఉన్న వాతావరణంలో శ్వాస తీసుకోవడం వల్ల హైపోక్సియా రావచ్చు. మీరు ఎక్కువ కాలం హైపోక్సియా స్థితిలో ఉంటే, మీకు తలనొప్పి, వికారం మరియు వాంతులు వంటి లక్షణాలు కనిపించవచ్చు. అంతేకాకుండా, అధిక ఉష్ణోగ్రత లేదా అధిక పీడనం వద్ద క్రిప్టాన్ వాయువు ఇతర పదార్థాలతో చర్య జరిపి అగ్ని లేదా పేలుడుకు కారణం కావచ్చు.

 

సెమీకండక్టర్ పరిశ్రమ కోసం ప్రమాదకరమైన వాయువులను గుర్తించే పరిష్కారాలు

సెమీకండక్టర్ పరిశ్రమలో మండే, పేలుడు స్వభావం గల, విషపూరితమైన మరియు హానికరమైన వాయువుల ఉత్పత్తి, తయారీ మరియు ప్రక్రియ ఉంటాయి. సెమీకండక్టర్ తయారీ ప్లాంట్లలో వాయువులను ఉపయోగించే సిబ్బంది ప్రతి ఒక్కరూ, వాటిని ఉపయోగించే ముందు వివిధ ప్రమాదకరమైన వాయువుల భద్రతా సమాచారాన్ని అర్థం చేసుకోవాలి మరియు ఈ వాయువులు లీక్ అయినప్పుడు అత్యవసర విధానాలను ఎలా ఎదుర్కోవాలో తెలుసుకోవాలి.
సెమీకండక్టర్ పరిశ్రమ యొక్క ఉత్పత్తి, తయారీ మరియు నిల్వలో, ఈ ప్రమాదకరమైన వాయువులు లీక్ అవ్వడం వల్ల కలిగే ప్రాణ, ఆస్తి నష్టాన్ని నివారించడానికి, లక్షిత వాయువును గుర్తించే గ్యాస్ డిటెక్షన్ పరికరాలను వ్యవస్థాపించడం అవసరం.

నేటి సెమీకండక్టర్ పరిశ్రమలో గ్యాస్ డిటెక్టర్లు అత్యవసరమైన పర్యావరణ పర్యవేక్షణ పరికరాలుగా మారాయి, మరియు ఇవి అత్యంత ప్రత్యక్ష పర్యవేక్షణ సాధనాలు కూడా.
రికెన్ కీకి ఎల్లప్పుడూ సెమీకండక్టర్ తయారీ పరిశ్రమ యొక్క సురక్షిత అభివృద్ధిపై దృష్టి సారిస్తూ, ప్రజలకు సురక్షితమైన పని వాతావరణాన్ని కల్పించాలనే లక్ష్యంతో, సెమీకండక్టర్ పరిశ్రమకు అనువైన గ్యాస్ సెన్సార్లను అభివృద్ధి చేయడానికి, వినియోగదారులు ఎదుర్కొనే వివిధ సమస్యలకు సహేతుకమైన పరిష్కారాలను అందించడానికి, మరియు ఉత్పత్తి ఫంక్షన్లను నిరంతరం అప్‌గ్రేడ్ చేస్తూ, సిస్టమ్‌లను ఆప్టిమైజ్ చేయడానికి తనను తాను అంకితం చేసుకుంది.