Ang paggawa ng bawat produktong semiconductor ay nangangailangan ng daan-daang proseso. Hinahati namin ang buong proseso ng paggawa sa walong hakbang:tinapay na manipispagproseso-oksihenasyon-photolithography-etching-thin film deposition-epitaxial growth-diffusion-ion implantation.
Para matulungan kang maunawaan at makilala ang mga semiconductor at mga kaugnay na proseso, ilalabas namin ang mga artikulo tungkol sa WeChat sa bawat isyu upang isa-isang ipakilala ang bawat isa sa mga hakbang sa itaas.
Sa nakaraang artikulo, nabanggit na upang maprotektahan angtinapay na manipisMula sa iba't ibang dumi, isang oxide film ang ginawa--proseso ng oksihenasyon. Ngayon ay tatalakayin natin ang "proseso ng photolithography" ng pagkuha ng litrato ng semiconductor design circuit sa wafer kasama ang nabuo na oxide film.
Proseso ng potolitograpiya
1. Ano ang proseso ng photolithography
Ang photolithography ay upang gumawa ng mga circuit at functional area na kinakailangan para sa produksyon ng chip.
Ang liwanag na inilalabas ng makinang photolithography ay ginagamit upang ilantad ang manipis na pelikulang nababalutan ng photoresist sa pamamagitan ng isang maskara na may disenyo. Magbabago ang mga katangian ng photoresist pagkatapos makita ang liwanag, kaya ang disenyo sa maskara ay makokopya sa manipis na pelikula, kaya ang manipis na pelikula ay may tungkulin bilang isang electronic circuit diagram. Ito ang papel ng photolithography, katulad ng pagkuha ng mga larawan gamit ang kamera. Ang mga larawang kinukuha ng kamera ay inililimbag sa pelikula, habang ang photolithography ay hindi umuukit ng mga larawan, kundi mga circuit diagram at iba pang elektronikong bahagi.
Ang Photolithography ay isang tumpak na teknolohiya ng micro-machining
Ang kumbensyonal na photolithography ay isang prosesong gumagamit ng ultraviolet light na may wavelength na 2000 hanggang 4500 angstroms bilang tagadala ng impormasyon ng imahe, at gumagamit ng photoresist bilang intermediate (pag-record ng imahe) medium upang makamit ang pagbabago, paglilipat at pagproseso ng mga graphics, at sa huli ay nagpapadala ng impormasyon ng imahe sa chip (pangunahin na silicon chip) o dielectric layer.
Masasabing ang photolithography ang pundasyon ng modernong semiconductor, microelectronics, at mga industriya ng impormasyon, at ang photolithography ang direktang tumutukoy sa antas ng pag-unlad ng mga teknolohiyang ito.
Sa mahigit 60 taon mula nang matagumpay na imbensyon ng mga integrated circuit noong 1959, ang lapad ng linya ng mga graphics nito ay nabawasan ng humigit-kumulang apat na order ng magnitude, at ang integrasyon ng circuit ay napabuti ng mahigit anim na order ng magnitude. Ang mabilis na pag-unlad ng mga teknolohiyang ito ay pangunahing maiuugnay sa pag-unlad ng photolithography.
(Mga kinakailangan para sa teknolohiya ng photolithography sa iba't ibang yugto ng pag-unlad ng integrated circuit manufacturing)
2. Mga pangunahing prinsipyo ng photolithography
Ang mga materyales na photolithography ay karaniwang tumutukoy sa mga photoresist, na kilala rin bilang photoresist, na siyang pinakamahalagang mga materyales na gumagana sa photolithography. Ang ganitong uri ng materyal ay may mga katangian ng reaksyon ng liwanag (kabilang ang nakikitang liwanag, ultraviolet light, electron beam, atbp.). Pagkatapos ng reaksyong photochemical, ang solubility nito ay nagbabago nang malaki.
Kabilang sa mga ito, tumataas ang solubility ng positibong photoresist sa developer, at ang nakuhang pattern ay kapareho ng sa mask; ang negatibong photoresist ay kabaligtaran, ibig sabihin, ang solubility ay bumababa o nagiging hindi matutunaw pagkatapos mailantad sa developer, at ang nakuhang pattern ay kabaligtaran ng sa mask. Magkaiba ang mga application field ng dalawang uri ng photoresist. Mas karaniwang ginagamit ang mga positibong photoresist, na bumubuo ng mahigit 80% ng kabuuan.
Ang nasa itaas ay isang eskematiko na diagram ng proseso ng photolithography
(1) Pagdidikit:
Ibig sabihin, bumubuo ng isang photoresist film na may pare-parehong kapal, matibay na pagdikit at walang depekto sa silicon wafer. Upang mapahusay ang pagdikit sa pagitan ng photoresist film at ng silicon wafer, kadalasang kinakailangan munang baguhin ang ibabaw ng silicon wafer gamit ang mga sangkap tulad ng hexamethyldisilazane (HMDS) at trimethylsilyldiethylamine (TMSDEA). Pagkatapos, ang photoresist film ay inihahanda sa pamamagitan ng spin coating.
(2) Pagluluto bago maghurno:
Pagkatapos ng spin coating, ang photoresist film ay naglalaman pa rin ng isang tiyak na dami ng solvent. Pagkatapos i-bake sa mas mataas na temperatura, ang solvent ay maaaring matanggal nang kaunti hangga't maaari. Pagkatapos ng pre-baking, ang nilalaman ng photoresist ay nababawasan sa humigit-kumulang 5%.
(3) Pagkalantad:
Ibig sabihin, ang photoresist ay nalalantad sa liwanag. Sa oras na ito, nagaganap ang isang photoreaction, at nangyayari ang pagkakaiba sa solubility sa pagitan ng naiilawang bahagi at ng hindi naiilawang bahagi.
(4) Pag-unlad at pagpapatigas:
Ang produkto ay inilulubog sa developer. Sa oras na ito, ang nakalantad na bahagi ng positibong photoresist at ang hindi nakalantad na bahagi ng negatibong photoresist ay matutunaw sa pagbuo. Ito ay nagpapakita ng isang three-dimensional na pattern. Pagkatapos ng pagbuo, ang chip ay nangangailangan ng proseso ng paggamot sa mataas na temperatura upang maging isang matigas na pelikula, na pangunahing nagsisilbing higit pang mapahusay ang pagdikit ng photoresist sa substrate.
(5) Pag-ukit:
Ang materyal sa ilalim ng photoresist ay inukit. Kabilang dito ang liquid wet etching at gaseous dry etching. Halimbawa, para sa wet etching ng silicon, ginagamit ang acidic aqueous solution ng hydrofluoric acid; para sa wet etching ng copper, ginagamit ang strong acid solution tulad ng nitric acid at sulfuric acid, habang ang dry etching ay kadalasang gumagamit ng plasma o high-energy ion beams upang sirain ang ibabaw ng materyal at i-etch ito.
(6) Pag-alis ng gum:
Panghuli, kailangang tanggalin ang photoresist mula sa ibabaw ng lente. Ang hakbang na ito ay tinatawag na degumming.
Ang kaligtasan ang pinakamahalagang isyu sa lahat ng produksyon ng semiconductor. Ang mga pangunahing mapanganib at mapaminsalang photolithography gases sa proseso ng chip lithography ay ang mga sumusunod:
1. Hydrogen peroxide
Ang hydrogen peroxide (H2O2) ay isang malakas na oxidant. Ang direktang pagdikit ay maaaring magdulot ng pamamaga at pagkasunog ng balat at mata.
2. Xylene
Ang Xylene ay isang solvent at developer na ginagamit sa negative lithography. Ito ay madaling magliyab at may mababang temperatura na 27.3℃ lamang (humigit-kumulang temperatura ng silid). Ito ay sumasabog kapag ang konsentrasyon sa hangin ay 1%-7%. Ang paulit-ulit na pagdikit sa xylene ay maaaring magdulot ng pamamaga ng balat. Ang singaw ng xylene ay matamis, katulad ng amoy ng airplane tack; ang pagkakalantad sa xylene ay maaaring magdulot ng pamamaga ng mata, ilong at lalamunan. Ang paglanghap ng gas ay maaaring magdulot ng sakit ng ulo, pagkahilo, kawalan ng gana sa pagkain at pagkapagod.
3. Hexamethyldisilazane (HMDS)
Ang Hexamethyldisilazane (HMDS) ay karaniwang ginagamit bilang panimulang patong upang mapataas ang pagdikit ng photoresist sa ibabaw ng produkto. Ito ay madaling magliyab at may flash point na 6.7°C. Ito ay sumasabog kapag ang konsentrasyon sa hangin ay 0.8%-16%. Ang HMDS ay malakas na tumutugon sa tubig, alkohol, at mga mineral na asido upang maglabas ng ammonia.
4. Tetramethylammonium hydroxide
Ang Tetramethylammonium hydroxide (TMAH) ay malawakang ginagamit bilang isang developer para sa positive lithography. Ito ay nakalalason at kinakaing unti-unti. Maaari itong makamatay kung malunok o direktang madikit sa balat. Ang pagdikit sa alikabok o ambon ng TMAH ay maaaring magdulot ng pamamaga ng mata, balat, ilong at lalamunan. Ang paglanghap ng mataas na konsentrasyon ng TMAH ay hahantong sa kamatayan.
5. Klorin at fluorine
Ang chlorine (Cl2) at fluorine (F2) ay parehong ginagamit sa mga excimer laser bilang mga pinagmumulan ng malalim na ultraviolet at matinding ultraviolet (EUV) na liwanag. Ang parehong mga gas ay nakalalason, lumilitaw na mapusyaw na berde, at may malakas na nakakairita na amoy. Ang paglanghap ng mataas na konsentrasyon ng gas na ito ay maaaring humantong sa kamatayan. Ang fluorine gas ay maaaring mag-react sa tubig upang makagawa ng hydrogen fluoride gas. Ang hydrogen fluoride gas ay isang malakas na acid na nakakairita sa balat, mata at respiratory tract at maaaring magdulot ng mga sintomas tulad ng pagkasunog at hirap sa paghinga. Ang Mataas na konsentrasyon ng fluoride ay maaaring magdulot ng pagkalason sa katawan ng tao, na magdudulot ng mga sintomas tulad ng sakit ng ulo, pagsusuka, pagtatae, at koma.
6. Argon
Ang Argon (Ar) ay isang inert gas na karaniwang hindi direktang nagdudulot ng pinsala sa katawan ng tao. Sa ilalim ng normal na mga pangyayari, ang hanging nilalanghap ng mga tao ay naglalaman ng humigit-kumulang 0.93% argon, at ang konsentrasyong ito ay walang malinaw na epekto sa katawan ng tao. Gayunpaman, sa ilang mga kaso, ang argon ay maaaring magdulot ng pinsala sa katawan ng tao.
Narito ang ilang posibleng sitwasyon: Sa isang masikip na espasyo, maaaring tumaas ang konsentrasyon ng argon, kaya nababawasan ang konsentrasyon ng oxygen sa hangin at nagiging sanhi ng hypoxia. Maaari itong magdulot ng mga sintomas tulad ng pagkahilo, pagkapagod, at hirap sa paghinga. Bukod pa rito, ang argon ay isang inert gas, ngunit maaari itong sumabog sa ilalim ng mataas na temperatura o mataas na presyon.
7. Neon
Ang Neon (Ne) ay isang matatag, walang kulay, at walang amoy na gas na hindi nakikilahok sa proseso ng paghinga ng tao, kaya ang paglanghap ng mataas na konsentrasyon ng neon gas ay magdudulot ng hypoxia. Kung ikaw ay nasa estado ng hypoxia sa loob ng mahabang panahon, maaari kang makaranas ng mga sintomas tulad ng sakit ng ulo, pagduduwal, at pagsusuka. Bukod pa rito, ang neon gas ay maaaring mag-react sa iba pang mga sangkap sa ilalim ng mataas na temperatura o mataas na presyon upang magdulot ng sunog o pagsabog.
8. Gasang Xenon
Ang Xenon gas (Xe) ay isang matatag, walang kulay, at walang amoy na gas na hindi nakikilahok sa proseso ng paghinga ng tao, kaya ang paglanghap ng mataas na konsentrasyon ng xenon gas ay magdudulot ng hypoxia. Kung ikaw ay nasa estado ng hypoxia sa loob ng mahabang panahon, maaari kang makaranas ng mga sintomas tulad ng sakit ng ulo, pagduduwal, at pagsusuka. Bukod pa rito, ang neon gas ay maaaring mag-react sa iba pang mga sangkap sa ilalim ng mataas na temperatura o mataas na presyon upang magdulot ng sunog o pagsabog.
9. Gas na kripton
Ang Krypton gas (Kr) ay isang matatag, walang kulay, at walang amoy na gas na hindi nakikilahok sa proseso ng paghinga ng tao, kaya ang paglanghap ng mataas na konsentrasyon ng krypton gas ay magdudulot ng hypoxia. Kung ikaw ay nasa estado ng hypoxia nang matagal, maaari kang makaranas ng mga sintomas tulad ng sakit ng ulo, pagduduwal, at pagsusuka. Bukod pa rito, ang xenon gas ay maaaring mag-react sa iba pang mga sangkap sa ilalim ng mataas na temperatura o mataas na presyon upang magdulot ng sunog o pagsabog. Ang paghinga sa isang kapaligirang may kakulangan ng oxygen ay maaaring magdulot ng hypoxia. Kung ikaw ay nasa estado ng hypoxia nang matagal, maaari kang makaranas ng mga sintomas tulad ng sakit ng ulo, pagduduwal, at pagsusuka. Bukod pa rito, ang krypton gas ay maaaring mag-react sa iba pang mga sangkap sa ilalim ng mataas na temperatura o mataas na presyon upang magdulot ng sunog o pagsabog.
Mga solusyon sa pagtukoy ng mapanganib na gas para sa industriya ng semiconductor
Ang industriya ng semiconductor ay kinabibilangan ng produksyon, pagmamanupaktura, at proseso ng mga gas na madaling magliyab, sumasabog, nakalalason, at mapaminsalang mga gas. Bilang gumagamit ng mga gas sa mga planta ng paggawa ng semiconductor, dapat maunawaan ng bawat kawani ang datos sa kaligtasan ng iba't ibang mapanganib na gas bago gamitin, at dapat malaman kung paano haharapin ang mga pamamaraang pang-emerhensya kapag may tagas ang mga gas na ito.
Sa produksyon, pagmamanupaktura, at pag-iimbak ng industriya ng semiconductor, upang maiwasan ang pagkawala ng buhay at ari-arian na dulot ng pagtagas ng mga mapanganib na gas na ito, kinakailangang mag-install ng mga instrumento sa pagtukoy ng gas upang matukoy ang target na gas.
Ang mga gas detector ay naging mahahalagang instrumento sa pagsubaybay sa kapaligiran sa industriya ng semiconductor ngayon, at sila rin ang mga pinakadirektang kagamitan sa pagsubaybay.
Palaging binibigyang-pansin ng Riken Keiki ang ligtas na pag-unlad ng industriya ng pagmamanupaktura ng semiconductor, na may misyong lumikha ng isang ligtas na kapaligiran sa pagtatrabaho para sa mga tao, at inialay ang sarili sa pagbuo ng mga sensor ng gas na angkop para sa industriya ng semiconductor, na nagbibigay ng makatwirang solusyon para sa iba't ibang problemang kinakaharap ng mga gumagamit, at patuloy na pag-upgrade ng mga function ng produkto at pag-optimize ng mga sistema.
Oras ng pag-post: Hulyo 16, 2024