توجد حلقة وصل مهمة في عملية تصنيع الدوائر المتكاملة——طباعة الحجريةوبفضل ذلك تحديدًا، أصبح بإمكاننا تنفيذ وظائف على رقائق متناهية الصغر. يعود تاريخ تقنية النقش الحديثة إلى 190 عامًا. ففي عام 1822، وبعد تجارب على الضوء على مواد مختلفة، بدأ الفرنسي نيسيفور نيبس بمحاولة نسخ نقش محفور على ورق زيتي. وضع نيبس الورق الزيتي على شريحة زجاجية، ثم طُليت الشريحة بمادة الأسفلت المذابة في الزيت النباتي. بعد ساعتين أو ثلاث ساعات من التعرض لأشعة الشمس، تصلّب الأسفلت في الجزء الشفاف للضوء بشكل واضح، بينما بقي الأسفلت في الجزء المعتم طريًا، ما سمح بإزالته بمزيج من الصمغ والزيت النباتي. وبنقش لوح زجاجي بحمض قوي، أنتج نيبس نسخة طبق الأصل من نقش الأسقف دامبواز عام 1827.

بعد أكثر من مئة عام على اختراع نيبس، وخلال الحرب العالمية الثانية، استُخدمت تقنية الطباعة الضوئية لأول مرة في صناعة لوحات الدوائر المطبوعة، أي تصنيع دوائر نحاسية على لوحات بلاستيكية. وبحلول عام ١٩٦١، استُخدمت هذه التقنية لإنتاج عدد كبير من الترانزستورات الدقيقة على السيليكون، بدقة بلغت ٥ ميكرومتر آنذاك. أما اليوم، فبالإضافة إلى الطباعة الضوئية بالضوء المرئي، ظهرت طرق ذات دقة أعلى مثل الطباعة بالأشعة السينية والطباعة بالجسيمات المشحونة.

تُعدّ عملية الطباعة الضوئية، وفقًا لتعريف ويكيبيديا، خطوةً أساسيةً في عملية تصنيع أشباه الموصلات. تستخدم هذه الخطوة التعريض الضوئي والتظهير لرسم هياكل هندسية على طبقة المقاوم الضوئي، ثم يتم نقل النمط من القناع الضوئي إلى الركيزة من خلال عملية الحفر. لا تقتصر الركيزة المذكورة هنا على رقائق السيليكون فحسب، بل يمكن أن تشمل أيضًا طبقات معدنية أخرى وطبقات عازلة، مثل الزجاج والياقوت في أشباه الموصلات.

الطباعة الضوئيةالمبادئ الأساسيةتستخدم خصائص المقاوم الضوئي (أو المقاوم الضوئي) لتشكيل مقاومة للتآكل بسبب التفاعل الكيميائي الضوئي بعد التعرض للضوء، ويتم حفر النمط الموجود على القناع على السطح المراد معالجته.

مبدأ الطباعة الحجرية وقصدها

الطباعة الحجرية ليست عملية بسيطة، فهي تمر بالعديد من الخطوات:

عملية الطباعة الضوئية

دعونا نستعرض عملية الطباعة الضوئية بالتفصيل:

1.تنظيف الرقاقة

إن الغرض من تنظيف رقائق السيليكون هو إزالة الملوثات، وإزالة الجزيئات، وتقليل الثقوب الدقيقة والعيوب الأخرى، وتحسين التصاق المقاوم الضوئي.

الخطوات الأساسية:التنظيف الكيميائي - الشطف - التجفيف.

بعد معالجة رقائق السيليكون عبر عمليات مختلفة، تتعرض أسطحها لتلوث شديد. وبشكل عام، يمكن تقسيم التلوث على سطح رقائق السيليكون إلى ثلاث فئات رئيسية:

أ. التلوث بالشوائب العضوية:يمكن إزالته من خلال إذابة الكواشف العضوية وتقنية التنظيف بالموجات فوق الصوتية.

إزالة.

ب. تلوث الجسيمات:يمكن استخدام الطرق الفيزيائية لإزالة الجسيمات التي يبلغ حجمها ≥ 0.4 ميكرومتر باستخدام التنظيف الميكانيكي أو تقنية التنظيف بالموجات فوق الصوتية، ويمكن استخدام الموجات فوق الصوتية لإزالة الجسيمات التي يبلغ حجمها ≥ 0.2 ميكرومتر.

ج. تلوث الأيونات المعدنية:يجب استخدام الطرق الكيميائية لتنظيف التلوث. يوجد نوعان رئيسيان من تلوث الشوائب المعدنية على سطح رقائق السيليكون:

?? 

أ. أحد الأنواع هو أن الأيونات أو الذرات الملوثة تنتشر وتلتصق بسطح رقاقة السيليكون من خلال الامتزاز.

ب. النوع الآخر هو أن الأيونات المعدنية المشحونة إيجابياً تحصل على الإلكترونات ثم تلتصق (مثل "الطلاء الكهربائي") بسطح رقاقة السيليكون.

رقاقة سيليكون مصقولةالغرض من التنظيف الكيميائي هو إزالة هذا التلوثبشكل عام، يمكن استخدام الطرق التالية للتنظيف وإزالة التلوث.

? 

أ. استخدم عامل مؤكسد قوي لجعل أيونات المعدن المرتبطة بسطح السيليكون "تتأكسد كهربائيا"، أو تتأكسد إلى معدن، أو تذوب في محلول التنظيف، أو تمتص على سطح رقاقة السيليكون. 

؟ ؟

ب. استخدم أيونات موجبة قوية صغيرة القطر وغير ضارة (مثل H+) لاستبدال أيونات المعادن الممتصة على سطح رقاقة السيليكون وقم بإذابتها في محلول التنظيف.

؟ ؟

ج. استخدم كمية كبيرة من الماء منزوع الأيونات للتنظيف بالموجات فوق الصوتية لإزالة أيونات المعادن من المحلول.

??

منذ أن اقترح مختبر RCA الأمريكي عملية التنظيف الكيميائي بالغمر عام 1970، شاع استخدامها على نطاق واسع. وفي عام 1978، أطلق مختبر RCA أيضًا عملية التنظيف بالموجات فوق الصوتية. وفي السنوات الأخيرة، شهدت تقنيات التنظيف المختلفة القائمة على نظرية تنظيف RCA تطورًا مستمرًا، منها: تقنية التنظيف الكيميائي بالرش المركزي التي قدمتها شركة FSI الأمريكية، وتقنية التنظيف بأنظمة التدفق الكامل المغلقة التي قدمتها شركة CFM الأمريكية، وتقنية التنظيف الكيميائي بالغمر والتنظيف المغلق التي قدمتها شركة VERTEQ الأمريكية (مثل نظام التنظيف Goldfinger Mach2)، وتقنية التنظيف بالساسافراس على الوجهين التي قدمتها شركة SSEC الأمريكية (على سبيل المثال، نظام التنظيف M3304 DSS)، وتقنية التنظيف بالماء المؤين العازل الخالي من المواد الكيميائية في اليابان (التنظيف بالماء المؤين فائق النقاء العازل)، والتي رفعت تقنية تنظيف أسطح الرقائق المصقولة إلى مستوى جديد، وتقنية التنظيف الكيميائي لرقائق السيليكون القائمة على HF/O3.

2.بخار ما قبل الخبز والتحضير 

بما أن مادة مقاومة الضوء تحتوي على مذيب، فإن رقاقة السيليكون المطلية بمادة مقاومة الضوء تحتاج إلىحوالي 80 درجةيمكن لعملية التجفيف الحراري لرقائق السيليكون إزالة الرطوبة من سطح الرقاقة وتعزيز الالتصاق بين طبقة المقاوم الضوئي والسطح، وعادةً ما يتم ذلك عند درجة حرارة حوالي 100 درجة مئوية. ويتم ذلك بالتزامن مع وضع طبقة أساسية.

تعمل طبقة الأساس على تحسين الالتصاق بين طبقة المقاوم الضوئي وسطح الرقاقة. ومن الطرق الشائعة الاستخدام: (HMDS) سداسي ميثيل ثنائي سيلامين، وطلاء HMDS بالبخار قبل طلاء المقاوم الضوئي بالدوران، وتبريد الرقاقات باستخدام ألواح التبريد قبل طلاء المقاوم الضوئي.

تطبيق البخار قبل الخبز والتحضير

3.طلاء مقاوم للضوء

تتضمن الخطوات المعتادة لطلاء المقاوم الضوئي الأكسدة الرطبة عند درجة حرارة تتراوح بين 900 و1100 درجة مئوية قبل طلاء المقاوم الضوئي. يمكن استخدام طبقة الأكسيد كقناع للحفر الرطب أو زرع البورون. كخطوة أولى في عملية الطباعة الضوئية، تُطبَّق طبقة رقيقة من مركب بوليمر عضوي حساس للأشعة فوق البنفسجية، يُعرف باسم المقاوم الضوئي، على سطح العينة (SiO2). في البداية، يُخرج المقاوم الضوئي من العبوة ويُقطَّر على سطح العينة الموضوعة في آلة طلاء الغراء (تُثبَّت العينة على منصة العينة بواسطة ضغط سلبي فراغي). ثم تُدار العينة بسرعة عالية، وتُحدَّد سرعة الدوران بناءً على لزوجة الغراء وسُمك الغراء المطلوب. عند هذه السرعات العالية، يتدفق الغراء نحو الحواف بفعل قوة الطرد المركزي.

عملية اللصقتُعدّ هذه الخطوة الأولى والمهمة في عملية تحويل الرسومات. تؤثر جودة المادة اللاصقة بشكل مباشر على كثافة العيوب في الجهاز المُعالَج. ولضمان تكرار عرض الخط ووقت التطوير اللاحق، يجب ألا يتجاوز تجانس سُمك المادة اللاصقة في العينة الواحدة، وتناسق سُمكها بين العينات المختلفة، ±5 نانومتر (أي ±0.3% عند سُمك 1.5 ميكرومتر).

يعتمد تحديد سُمك طبقة المقاوم الضوئي المستهدفة بشكل أساسي على الخصائص الكيميائية للمقاوم نفسه ودقة الخطوط والفجوات في النمط المراد نسخه. يؤدي استخدام طبقة لاصقة سميكة جدًا إلى تغطية الحواف أو انقطاع الاتصال، وظهور مظهر غير منتظم أو يشبه الحقل، وانخفاض في الإنتاجية. في الأنظمة الكهروميكانيكية الدقيقة (MEMS)، يتراوح سُمك الطبقة اللاصقة (بعد التجفيف) بين 0.5 و2 ميكرومتر، وفي تصنيع البنى الميكروية الخاصة، قد يصل سُمكها إلى حوالي 1 سم. في هذه الحالة، يُستبدل الطلاء بالدوران بطرق أخرى مثل صب الغراء أو بلمرة الغراء بالبلازما. يتطلب تحسين عملية طلاء المقاوم الضوئي التقليدية مراعاة سرعة تقطير الغراء وكميته وسرعة الدوران ودرجة الحرارة المحيطة والرطوبة، وغيرها. يُعد استقرار هذه العوامل بالغ الأهمية.

دعوني أتحدث هنا، المكونات الرئيسية للمقاوم الضوئي هي بوليمر (راتنج)، ومادة محسسة، ومذيب. يتغير تركيب البوليمر عند تعرضه للإشعاع، ويُمكّن المذيب من قذفه وتكوين طبقة رقيقة على سطح العينة، بينما تتحكم المادة المحسسة في التفاعل الكيميائي للطور البوليمري. تُسمى المقاومات الضوئية التي لا تحتوي على مواد محسسة أحيانًا بالأنظمة الأحادية أو أحادية المكون، بينما تُسمى تلك التي تحتوي على مواد محسسة بالأنظمة الثنائية. عادةً لا تُدرج المذيبات أو الإضافات الأخرى في الحسابات لأنها لا تشارك بشكل مباشر في التفاعل الكيميائي الضوئي للمقاوم الضوئي.

يمكن تقسيم المواد المقاومة للضوء، وفقًا لخصائصها المختلفة، إلىلاصق إيجابيوغراء سلبي.      

في بدايات تطوير عمليات الطباعة الضوئية، كان اللاصق السلبي هو السائد. ومع ظهور الدوائر المتكاملة واسعة النطاق (VLSI) وأحجام الأنماط التي تتراوح بين 2 و5 ميكرون، لم يعد اللاصق السلبي يفي بالمتطلبات. فظهر اللاصق الإيجابي، لكن عيبه يكمن في ضعف قدرته على الالتصاق.

يتطلب استخدام الغراء الموجب تغيير قطبية القناع، وهو ما لا يُعدّ مجرد قلب بسيط للنمط. ولأن القناع مُدمج مع نوعين مختلفين من المقاوم الضوئي، فإن الأحجام الناتجة عن الطباعة الضوئية على سطح الرقاقة تختلف. وبسبب تأثير حيود الضوء حول النمط، يكون حجم النمط الناتج عن دمج القناع السالب وقناع المجال الساطع على طبقة المقاوم الضوئي أصغر من حجم النمط على القناع نفسه. أما استخدام مزيج من المقاوم الموجب وقناع المجال المظلم فيزيد من حجم النمط على طبقة المقاوم الضوئي.

طلاء مقاوم للضوء

4.مخبوزة طرية

بعد وضع طبقة المقاوم الضوئي، يلزم إجراء عملية تجفيف لطيفة. تُعرف هذه الخطوة أيضاً بالتجفيف المسبق. يُساعد التجفيف المسبق على تبخير المذيب الموجود في طبقة المقاوم الضوئي، مما يجعلها أرقّ.

في طبقة المقاوم الضوئي السائل، تشكل المكونات المذيبة ما بين 65% و85%. ورغم تحولها إلى طبقة صلبة بعد إزالة المادة اللاصقة، إلا أن نسبة المذيب المتبقية تتراوح بين 10% و30%، وهي عرضة للتلوث بالغبار. يُمكن تبخير المذيب من طبقة المقاوم الضوئي عن طريق التسخين المسبق عند درجة حرارة أعلى (حيث تنخفض نسبة المذيب إلى حوالي 5% بعد التسخين المسبق)، مما يقلل من التلوث بالغبار. في الوقت نفسه، تُسهم هذه الخطوة في تقليل إجهاد الطبقة الناتج عن الدوران عالي السرعة، وبالتالي تحسين الالتصاق بركيزة المقاوم الضوئي.

أثناء عملية التسخين المسبق، وبسبب تبخر المذيب، يقل سمك طبقة المقاوم الضوئي. وعادةً ما يتراوح سمكها بين 10% و20%.

أنظمة الخبز

5.التوافق

تُعدّ تقنية محاذاة الطباعة الضوئية خطوةً أساسيةً قبل التعريض. وباعتبارها إحدى التقنيات الأساسية الثلاث للطباعة الضوئية، يُشترط عمومًا أن تتراوح دقة المحاذاة بين 1/7 و1/10 من أصغر عرض للخط. ومع ازدياد دقة الطباعة الضوئية، تزداد متطلبات دقة المحاذاة. فعلى سبيل المثال، بالنسبة لعرض خط يبلغ 45 دقيقة قوسية، تبلغ دقة المحاذاة المطلوبة حوالي 5 دقائق قوسية.

بفضل التحسينات في دقة الطباعة الحجرية، شهدت تقنية المحاذاة تطورًا سريعًا ومتنوعًا. فمن منظور مبادئ المحاذاة وتصنيف هياكل العلامات، تطورت هذه التقنية من أساليب المحاذاة التصويرية الهندسية المبكرة في الطباعة الحجرية الإسقاطية، بما في ذلك محاذاة صور الفيديو ومحاذاة المجهر ثنائي العدسة، إلى أساليب محاذاة لوحة المنطقة اللاحقة، ومحاذاة شدة التداخل، وتداخل التغاير الليزري، ومحاذاة أهداب موير. أما من منظور إشارات المحاذاة، فتشمل بشكل أساسي محاذاة الصور المجهرية المميزة، والمحاذاة القائمة على معلومات شدة الضوء، والمحاذاة القائمة على معلومات الطور.

تتلخص قاعدة المحاذاة في أنه في عملية الطباعة الضوئية الأولى، يتم ضبط محور Y على القناع بزاوية 90 درجة مع الحافة المستوية للرقاقة، كما هو موضح في الشكل. تتم محاذاة جميع الأقنعة اللاحقة مع القناع السابق باستخدام علامات المحاذاة. علامة المحاذاة عبارة عن نمط خاص (انظر الصورة) موزع على حافة كل نمط رقاقة. بعد عملية الطباعة الضوئية، تبقى علامات المحاذاة على سطح الرقاقة بشكل دائم ويمكن استخدامها في المحاذاة التالية.

طريقة المحاذاةتتضمن:

أ. المحاذاة المسبقة، المحاذاة التلقائية بالليزر من خلال شق أو سطح مستوٍ على رقاقة السيليكون

ب. من خلال علامة المحاذاة الموجودة على أخدود القطع. بالإضافة إلى ذلك، تضمن محاذاة الطبقات، أي دقة التراكب، التوافق بين الرسومات والرسومات الموجودة على رقاقة السيليكون.

6.تعرض

في هذه الخطوة، تُضاء طبقة المقاوم الضوئي التي تغطي الركيزة بشكل انتقائي بضوء ذي طول موجي محدد. سيخضع المُحسِّس الضوئي الموجود في طبقة المقاوم الضوئي لتفاعل كيميائي ضوئي، مما يؤدي إلى تغيير التركيب الكيميائي للمنطقة التي يُضاء فيها المقاوم الضوئي الموجب (المنطقة الحساسة للضوء) والمنطقة التي لا يُضاء فيها المقاوم الضوئي السالب (المنطقة غير الحساسة للضوء). يمكن إذابة هذه المناطق التي تغير تركيبها الكيميائي في مُظهِر خاص في الخطوة التالية.

بعد تعريض المادة الحساسة للضوء DQ في طبقة المقاوم الضوئي الموجبة للضوء، تخضع لتفاعل كيميائي ضوئي وتتحول إلى كيتين، والذي يتحلل بدوره إلى حمض إندين الكربوكسيلي (CA). تبلغ ذوبانية حمض الكربوكسيلي في المذيبات القلوية حوالي 100 ضعف ذوبانية الجزء غير الحساس من طبقة المقاوم الضوئي. كما يُعزز حمض الكربوكسيلي الناتج ذوبان الراتنج الفينولي. وباستغلال اختلاف ذوبانية طبقات المقاوم الضوئي الحساسة وغير الحساسة للضوء في المذيبات القلوية، يُمكن نقل نمط القناع.

طريقة التعرضتتضمن:

أ. قناع الطباعة التلامسية (الطباعة التلامسية) يكون على اتصال مباشر بطبقة المقاوم الضوئي.

ب. الطباعة التقاربية: يتم فصل لوحة القناع وطبقة مقاومة الضوء بشكل طفيف، حوالي 10 إلى 50 ميكرومتر.

ج. الطباعة الإسقاطية. يتم استخدام عدسة بين القناع والمقاوم الضوئي لتركيز الضوء لتحقيق التعريض.

د. ستيبر

دعني أقول شيئاً مميزاً هناالتعرض للإسقاطالتصنيف:

أهم عاملين في التعرض هما:

1. طاقة التعرض (الطاقة)

2. التركيز

إذا لم يتم ضبط الطاقة والبعد البؤري بشكل صحيح، فلن يكون من الممكن الحصول على رسومات بالدقة والحجم المطلوبين. وهذا يدل على أن الأبعاد الرئيسية للرسم تتجاوز النطاق المطلوب.

7.تطوير

بإضافة المُظهِر بعد عملية التعريض، تذوب المناطق الحساسة للضوء في طبقة المقاوم الضوئي الموجبة والمناطق غير الحساسة للضوء في طبقة المقاوم الضوئي السالبة في المُظهِر. بعد إتمام هذه الخطوة، يظهر النمط الموجود في طبقة المقاوم الضوئي. ولتحسين الدقة، يُستخدم مُظهِر خاص لكل نوع من أنواع المقاوم الضوئي تقريبًا لضمان نتائج تحميض عالية الجودة.

تحوّل عملية التحميض النمط المتراجع المتشكل أثناء عملية التعريض إلى نمط سائد، سواء بوجود طبقة مقاومة ضوئية أو بدونها، والذي يمكن استخدامه كقناع للخطوة التالية من المعالجة. وتتمثل عملية التحميض في عملية إذابة انتقائية، وأهم ما يميزها هو نسبة معدل الإذابة (DR) بين المنطقة المعرضة للضوء والمنطقة غير المعرضة. يتميز الفيلم الموجب التجاري بنسبة معدل إذابة أكبر من 1000، ومعدل إذابة يبلغ 3000 نانومتر/دقيقة في المنطقة المعرضة للضوء، وبضعة نانومترات/دقيقة فقط في المنطقة غير المعرضة.

توجد حاليًا طريقتان للتطوير، إحداهما هيالتطوير الرطبوهو الذي يُستخدم على نطاق واسع في الدوائر المتكاملة والتصنيع الدقيق، والآخر هوتطوير جاف.

أ. تطوير رقائق السيليكون بالغمر في صندوق كامل (التطوير الدفعي).

العيوب: ارتفاع استهلاك المطورين؛ ضعف ​​تجانس التطوير؛

ب. التطوير بالرش المستمر/التطوير بالدوران التلقائي. تقوم فوهة واحدة أو أكثر برش محلول التطوير على سطح رقاقة السيليكون أثناء دورانها بسرعة منخفضة (من 100 إلى 500 دورة في الدقيقة). يُعد نمط رش الفوهة وسرعة دوران الرقاقة من أهم معايير الضبط لتحقيق قابلية تكرار معدل الذوبان وتجانسه بين الرقاقات.

ج. عملية التبلور (تطوير التبلور). رش كمية كافية من المُظهِر (ولكن ليس بكمية كبيرة لتقليل الرطوبة على السطح الخلفي) على سطح الرقاقة لتشكيل بقعة (مع الحرص على أن يكون تدفق المُظهِر منخفضًا لتقليل تباين معدل التطوير على الحواف). تُثبّت رقاقة السيليكون أو تُدار ببطء. عادةً ما تُستخدم عدة طبقات من المُظهِر: تُطبّق الطبقة الأولى، وتُثبّت لمدة 10 إلى 30 ثانية، ثم تُزال؛ تُطبّق الطبقة الثانية، وتُثبّت، ثم تُزال. بعد ذلك، تُشطف الرقاقة بالماء منزوع الأيونات (لإزالة جميع المواد الكيميائية من كلا جانبيها) وتُجفف بالدوران. المزايا: جرعة أقل من المُظهِر؛ تطوير موحد لرقاقة السيليكون؛ تقليل تدرج درجة الحرارة.

مطور:

أ. مُظهِر المُقاوم الضوئي الموجب. مُظهِر المُقاوم الضوئي الموجب عبارة عن محلول مائي قلوي. لا يُستخدم هيدروكسيد البوتاسيوم (KOH) وهيدروكسيد الصوديوم (NaOH) عادةً في تصنيع الدوائر المتكاملة (IC) لأنهما يُسببان تلوثًا بالأيونات المتحركة (MIC). مُظهِر الجل الموجب الأكثر شيوعًا هو هيدروكسيد رباعي ميثيل الأمونيوم (TMAH) (التركيز المكافئ القياسي 0.26، درجة الحرارة 15-250 درجة مئوية). يتولد حمض الكربوكسيل أثناء تعريض المُقاوم الضوئي لخط I. تعمل القلويات والأحماض الموجودة في مُظهِر TMAH على معادلة المُقاوم الضوئي المُعرَّض في المُظهِر، بينما لا يتأثر المُقاوم الضوئي غير المُعرَّض. يوجد الراتنج الفينولي الموجود في المُقاوم الضوئي المُضخَّم كيميائيًا (CAR) على شكل PHS. يُزيل الحمض الناتج عن PAG في CAR المجموعة الواقية (t-BOC) في PHS، مما يسمح لـ PHS بالذوبان بسرعة في مُظهِر TMAH. خلال عملية التظهير بأكملها، لا يتفاعل TMAH مع PHS.

ب. مُظهِر مُقاوم الضوء السلبي. الزيلين. سائل التنظيف هو أسيتات البوتيل أو الإيثانول أو ثلاثي كلورو الإيثيلين.

تطويرأسئلة وأجوبة:

أ. عدم اكتمال عملية التحميض. تبقى طبقة مقاومة الضوء على السطح. سبب ذلك عدم كفاية المُظهِر؛

ب. قيد التطوير. الجدران الجانبية المطورة ليست عمودية، بسبب عدم كفاية وقت التطوير؛

ج. الإفراط في التحميض. يذوب المُظهِر طبقة المقاوم الضوئي القريبة من السطح بشكل مفرط، مما يؤدي إلى تكوّن تدرجات. مدة التحميض طويلة جدًا.

8.خبز قاسٍ

بعد اكتمال عملية تطوير المقاوم الضوئي، يتم تحديد النمط بشكل أساسي، ولكن يجب جعل خصائص المقاوم الضوئي أكثر استقرارًا. يمكن تحقيق ذلك من خلال التجفيف السريع، وهي خطوة تُعرف أيضًا بالتصليد. خلال هذه العملية، يمكن استخدام المعالجة الحرارية لإزالة المذيب المتبقي في المقاوم الضوئي، وتعزيز التصاقه بسطح رقاقة السيليكون، وتحسين مقاومته للتآكل في عمليات التآكل وزرع الأيونات اللاحقة. بالإضافة إلى ذلك، يلين المقاوم الضوئي عند درجات الحرارة العالية ويتحول إلى حالة منصهرة مشابهة لحالة الزجاج. هذا بدوره يُنعّم سطح المقاوم الضوئي بفعل التوتر السطحي ويقلل من العيوب (مثل الثقوب الدقيقة) في طبقة المقاوم الضوئي، وبالتالي يُحسّن شكل حواف النمط.

تُعالج العينة بأكملها ببلازما الأكسجين لإزالة أي بقايا غير مرغوب فيها بعد عملية التحميض، وهي عملية تُعرف باسم إزالة الرواسب. خاصةً بالنسبة للغراء السالب، وكذلك الغراء الموجب، ستبقى طبقة رقيقة من البوليمر على سطح التماس الأصلي بين الغراء والركيزة بعد التحميض. تزداد هذه المشكلة حدةً في الهياكل التي يقل حجمها عن 1 ميكرومتر أو ذات نسب العمق إلى العرض الكبيرة. وبالطبع، سيقل سمك الغراء المتبقي أثناء عملية إزالة الرواسب، لكن التأثير لن يكون كبيرًا.

أخيرًا، يلزم إجراء عملية خبز قاسية قبل الحفر أو الطلاء لإزالة بقايا المُظهِر والماء، كما يلزم التلدين لتحسين حالة الترابط بين الطبقات نتيجةً للاختراق والتمدد أثناء عملية التظهير. في الوقت نفسه، تزداد صلابة المادة اللاصقة وتتحسن مقاومتها للحفر. تصل درجة حرارة الخبز القاسية عادةً إلى 120 درجة مئوية أو أكثر، وتستغرق العملية حوالي 20 دقيقة. يتمثل القيد الرئيسي في أن درجات الحرارة العالية قد تُتلف حواف النقش وتجعل إزالته صعبة بعد الحفر.

الطريقة: صفيحة ساخنة، 100~1300 درجة مئوية (أعلى قليلاً من درجة حرارة التحول الزجاجي Tg)، 1~2 دقيقة.

الغرض:

أ. تبخير المذيب تمامًا في المقاوم الضوئي (لتجنب تلوث بيئة زرع الأيونات اللاحقة، على سبيل المثال، النيتروجين الموجود في المقاوم الضوئي المصنوع من راتنج الفينول DNQ سيسبب انفجارًا موضعيًا للمقاوم الضوئي)؛

ب. طبقة صلبة لتحسين قدرة المقاوم الضوئي على حماية السطح السفلي أثناء زرع الأيونات أو الحفر؛

ج. زيادة تعزيز الالتصاق بين المقاوم الضوئي وسطح رقاقة السيليكون؛

د. تقليل تأثير الموجة المستقرة بشكل أكبر.

أسئلة وأجوبة:

أ. عدم كفاية الخبز. إضعاف قوة المقاوم الضوئي (مقاومة الحفر وقدرة الحجب في زرع الأيونات)؛ تقليل قدرة ملء الفجوة لثقب الإبرة؛ تقليل الالتصاق بالركيزة.

ب. الإفراط في التسخين. يؤدي ذلك إلى انسياب طبقة المقاوم الضوئي، مما يقلل من دقة النمط ويؤدي إلى تدهور الوضوح. بالإضافة إلى ذلك، يمكن استخدام الأشعة فوق البنفسجية العميقة (DUV) لتصليد الفيلم. يتم ربط راتنج المقاوم الضوئي الموجب بشكل متقاطع لتشكيل غلاف سطحي صلب رقيق، مما يزيد من الثبات الحراري للمقاوم الضوئي. في عمليات الحفر بالبلازما وزرع الأيونات اللاحقة (125-2000 درجة مئوية)، يتم تقليل انخفاض الوضوح الناتج عن انسياب المقاوم الضوئي عند درجات الحرارة العالية.

9.الحفر أو زرع الأيونات

الحفر عمليةٌ في تصنيع أشباه الموصلات تستخدم مواد كيميائية لإزالة أجزاء محددة من الطبقة المترسبة. يُعدّ الحفر بالغ الأهمية للأداء الكهربائي للجهاز. في حال حدوث أخطاء أثناء عملية الحفر، ستتلف رقاقة السيليكون ويصعب استعادتها، لذا يجب تطبيق رقابة صارمة على العملية. تخضع كل طبقة من طبقات أشباه الموصلات لعدة مراحل من الحفر.

ينقسم الحفر عمومًا إلى حفر شعاع الإلكترون والطباعة الضوئية. تتطلب الطباعة الضوئية دقة عالية في استواء المادة، لذا فهي تستلزم درجة عالية من النظافة. أما حفر شعاع الإلكترون، فبسبب قصر طول موجة الإلكترونات، تكون دقته أفضل بكثير من دقة الطباعة الضوئية. ولأنه لا يتطلب قناعًا، فإن متطلبات الاستواء ليست عالية، لكن حفر شعاع الإلكترون بطيء ومعداته باهظة الثمن.

في معظم خطوات الحفر، تُحمى أجزاء من الطبقة العلوية للرقاقة بقناع غير قابل للحفر، مما يسمح بإزالة أجزاء محددة من الطبقة بشكل انتقائي. في بعض الحالات، تكون مادة القناع مقاومة للضوء، وهو مبدأ مشابه لما يُستخدم في الطباعة الضوئية. وفي حالات أخرى، يجب أن يكون قناع الحفر مقاومًا لبعض المواد الكيميائية، ويمكن استخدام نتريد السيليكون لصنع هذا القناع.

غرس الأيونات هو أسلوب تقني يُسرّع أيونات محددة في مجال كهربائي، ثم يغرسها في مادة صلبة أخرى. يُمكن لهذه التقنية تغيير الخصائص الفيزيائية والكيميائية للمواد الصلبة، وقد شاع استخدامها في تصنيع أشباه الموصلات وأبحاث بعض المواد. يُمكن لغرس الأيونات أن يُحدث تحولات نووية، أو يُغير البنية البلورية لبعض المواد الصلبة.

10.إزالة مقاوم الضوء

تتمثل الوظيفة الرئيسية لطبقة مقاومة الضوء في حماية جزء الركيزة الموجود أسفلها أثناء خضوع المنطقة بأكملها لعمليات المعالجة الكيميائية أو الميكانيكية. لذا، عند اكتمال العملية المذكورة، يجب إزالة طبقة مقاومة الضوء بالكامل. تُعرف هذه الخطوة بإزالة المادة اللاصقة. لا يمكن ترك سوى أنواع مقاومة الضوء المستقرة عند درجات الحرارة العالية، مثل البوليميدات الحساسة للضوء، على الجهاز كطبقة وسيطة أو عازلة.

لتجنب أي ضرر للسطح المعالج، يُنصح باستخدام طرق كيميائية معتدلة في درجات حرارة منخفضة. كما يُمكن استخدام الموجات فوق الصوتية لتحسين فعالية التقشير. بعض محاليل التقشير المعروفة لا تُجدي نفعًا على الأسطح المعدنية كالألومنيوم بسبب مشاكل التآكل؛ في هذه الحالة، يُستخدم الأوزون أو بلازما الأكسجين (الحرق) أولًا. تُعدّ هذه البلازما فعّالة أيضًا في إزالة طبقات الطباعة الضوئية عن الأسطح غير الألومنيومية، إلا أن تلف سطح الجهاز لا يزال يُمثّل مشكلةً يجب معالجتها.

بعد عملية الحفر أو زرع الأيونات، لم تعد طبقة المقاوم الضوئي ضرورية كطبقة واقية، ويمكن إزالتها. تُصنف طرق إزالة المادة اللاصقة كما يلي:

إزالة الغراء الرطب

إزالة المذيبات العضوية: استخدم المذيبات العضوية لإزالة طبقة مقاومة الضوء

المذيب غير العضوي: باستخدام بعض المذيبات غير العضوية، يتم أكسدة عنصر الكربون الموجود في مادة مقاومة الضوء، وهي مادة عضوية، إلى ثاني أكسيد الكربون ثم إزالته.

إزالة طبقة مقاومة الضوء الجافة: باستخدام البلازما لإزالة طبقة مقاومة الضوء

بالإضافة إلى هذه العمليات الرئيسية، تُستخدم بعض العمليات المساعدة في كثير من الأحيان، مثل الحفر المنتظم على مساحة كبيرة لتقليل سمك الركيزة، أو عملية إزالة عدم انتظام الحواف، وما إلى ذلك. بشكل عام، عند إنتاج رقائق أشباه الموصلات أو المكونات الأخرى، تحتاج الركيزة إلى الطباعة الضوئية عدة مرات.

الخطوات المذكورة أعلاه هي خطوات الطباعة الضوئية. أجمعها هنا للجميع. أرجو تصحيحي إن أخطأت.

تنويه: هذه المقالة مقتبسة من "مراقبة صناعة أشباه الموصلات". لا تمثل هذه المقالة سوى وجهة نظر الكاتب الشخصية، ولا تعكس بالضرورة آراء شركة ساكو مايكرو أو قطاع صناعة أشباه الموصلات. يُسمح بإعادة نشرها ومشاركتها فقط لدعم حماية حقوق الملكية الفكرية. يُرجى ذكر المصدر الأصلي واسم الكاتب عند إعادة النشر. في حال وجود أي انتهاك، يُرجى التواصل معنا لحذفها.

رقم هاتف الشركة: +86-0755-83044319
فاكس: +86-0755-83975897
بريد إلكتروني: 1615456225@qq.com
س: 3518641314 مدير لي

ف ف: 332496225 مدير تشيو

العنوان: الغرفة 809، المبنى ج، مبنى زانتاو للتكنولوجيا، رقم 1079 شارع مينزي، منطقة لونغهوا الجديدة، شنتشن