एकीकृत परिपथों की निर्माण प्रक्रिया में एक महत्वपूर्ण कड़ी निहित है—लिथोग्राफीठीक इसी कारण से हम छोटे-छोटे चिप्स पर भी कार्य कर सकते हैं। आधुनिक उत्कीर्णन तकनीक का इतिहास 190 वर्ष पुराना है। 1822 में, विभिन्न सामग्रियों पर प्रकाश के प्रयोग करने के बाद, फ्रांसीसी वैज्ञानिक नाइसफोर नीप्स ने तेल के कागज पर उकेरी गई एक छाप (पैटर्न) की नकल करने का प्रयास शुरू किया। उन्होंने तेल के कागज को एक कांच की स्लाइड पर रखा और स्लाइड को वनस्पति तेल में घुले डामर से लेपित किया। 2 या 3 घंटे धूप में रखने के बाद, प्रकाश-पारगम्य भाग में डामर स्पष्ट रूप से कठोर हो गया, जबकि अपारदर्शी भाग में डामर अभी भी नरम था और राल और वनस्पति तेल के मिश्रण से धोया जा सकता था। 1827 में, नीप्स ने एक कांच की प्लेट को तेज एसिड से उत्कीर्ण करके बिशप डी'अम्बोइस के उत्कीर्णन की एक प्रतिकृति तैयार की।

नीप्स के आविष्कार के सौ से अधिक वर्षों बाद, द्वितीय विश्व युद्ध के दौरान, इसका पहली बार उपयोग प्रिंटेड सर्किट बोर्ड बनाने के लिए किया गया था, यानी प्लास्टिक बोर्ड पर तांबे के सर्किट बनाने के लिए। 1961 तक, फोटोलिथोग्राफी का उपयोग करके Si पर बड़ी संख्या में छोटे ट्रांजिस्टर बनाए गए, जिनकी उस समय की रिज़ॉल्यूशन 5um थी। आजकल, दृश्य प्रकाश लिथोग्राफी के अलावा, एक्स-रे और आवेशित कण स्क्राइबिंग जैसी उच्च रिज़ॉल्यूशन विधियाँ भी विकसित हो गई हैं।

विकिपीडिया की परिभाषा के अनुसार, फोटोलिथोग्राफी अर्धचालक उपकरण निर्माण प्रक्रिया का एक महत्वपूर्ण चरण है। इस चरण में, फोटोरेसिस्ट परत पर ज्यामितीय संरचनाएं बनाने के लिए एक्सपोज़र और डेवलपमेंट का उपयोग किया जाता है, और फिर फोटोमास्क पर बने पैटर्न को नक़्क़ाशी प्रक्रिया के माध्यम से सब्सट्रेट पर स्थानांतरित किया जाता है। यहां उल्लिखित सब्सट्रेट में न केवल सिलिकॉन वेफर्स शामिल हैं, बल्कि अन्य धातु परतें और परावैद्युत परतें भी हो सकती हैं, जैसे कि SOS में कांच और नीलम।

फोटोलिथोग्राफिकबुनियादी सिद्धांतयह प्रकाश के संपर्क में आने के बाद फोटोकेमिकल प्रतिक्रिया के कारण संक्षारण प्रतिरोध बनाने के लिए फोटोरेसिस्ट (या फोटोरेसिस्ट) की विशेषताओं का उपयोग करता है, और मास्क पर बने पैटर्न को संसाधित की जाने वाली सतह पर उकेरा जाता है।

लिथोग्राफी सिद्धांत का उद्देश्य

लिथोग्राफी एक सरल प्रक्रिया नहीं है, यह कई चरणों से गुजरती है:

फोटोलिथोग्राफी प्रक्रिया

आइए फोटोलिथोग्राफी प्रक्रिया को विस्तार से समझते हैं:

1.वेफर साफ

सिलिकॉन वेफर्स की सफाई का उद्देश्य संदूषकों को हटाना, कणों को निकालना, पिनहोल और अन्य दोषों को कम करना और फोटोरेसिस्ट के आसंजन को बेहतर बनाना है।

मूल चरण:रासायनिक सफाई - धुलाई - सुखाना।

सिलिकॉन वेफर्स को विभिन्न प्रक्रियाओं से गुजारने के बाद, उनकी सतहें गंभीर रूप से दूषित हो जाती हैं। सामान्य तौर पर, सिलिकॉन वेफर्स की सतह पर होने वाली संदूषण को मोटे तौर पर तीन श्रेणियों में विभाजित किया जा सकता है:

ए. कार्बनिक अशुद्धियों द्वारा संदूषण:इसे कार्बनिक अभिकर्मकों के विघटन और अल्ट्रासोनिक सफाई तकनीक के माध्यम से हटाया जा सकता है।

हटाना।

बी. कण संदूषण:भौतिक विधियों का उपयोग करके यांत्रिक स्क्रबिंग या अल्ट्रासोनिक सफाई तकनीक का उपयोग करके 0.4 μm या उससे अधिक आकार के कणों को हटाया जा सकता है, और मेगासोनिक तरंगों का उपयोग करके 0.2 μm या उससे अधिक आकार के कणों को हटाया जा सकता है।

सी. धातु आयन संदूषण:संदूषण को साफ करने के लिए रासायनिक विधियों का उपयोग किया जाना चाहिए। सिलिकॉन वेफर्स की सतह पर धातु अशुद्धता संदूषण की दो प्रमुख श्रेणियां हैं:

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ए. एक प्रकार यह है कि संदूषणकारी आयन या परमाणु फैल जाते हैं और अधिशोषण के माध्यम से सिलिकॉन वेफर की सतह से जुड़ जाते हैं।

बी. दूसरा प्रकार यह है कि धनात्मक आवेशित धातु आयन इलेक्ट्रॉन प्राप्त करते हैं और फिर सिलिकॉन वेफर की सतह से जुड़ जाते हैं (जैसे "इलेक्ट्रोप्लेटिंग")।

सिलिकॉन पॉलिश वेफररासायनिक सफाई का उद्देश्य इस संदूषण को दूर करना है।सामान्यतः, निम्नलिखित विधियों का उपयोग संदूषण को साफ करने और हटाने के लिए किया जा सकता है।

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ए. सिलिकॉन की सतह से जुड़े धातु आयनों को "इलेक्ट्रोप्लेटेड" करने, उन्हें धातु में ऑक्सीकृत करने, सफाई के घोल में घोलने या सिलिकॉन वेफर की सतह पर अधिशोषित करने के लिए एक मजबूत ऑक्सीकरण एजेंट का उपयोग करें। 

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b. सिलिकॉन वेफर की सतह पर अधिशोषित धातु आयनों को प्रतिस्थापित करने और उन्हें सफाई के घोल में घोलने के लिए हानिरहित छोटे व्यास वाले मजबूत धनात्मक आयनों (जैसे H+) का उपयोग करें।

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c. विलयन में मौजूद धातु आयनों को हटाने के लिए अल्ट्रासोनिक सफाई हेतु बड़ी मात्रा में विआयनीकृत जल का प्रयोग करें।

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सन् 1970 में अमेरिकी आरसीए प्रयोगशाला द्वारा प्रस्तावित विसर्जन आरसीए रासायनिक सफाई प्रक्रिया के बाद से इसका व्यापक रूप से उपयोग किया जा रहा है। सन् 1978 में, आरसीए प्रयोगशाला ने मेगासोनिक सफाई प्रक्रिया भी शुरू की। हाल के वर्षों में, आरसीए सफाई सिद्धांत पर आधारित विभिन्न सफाई प्रौद्योगिकियों का निरंतर विकास हुआ है, जैसे: अमेरिकी एफएसआई कंपनी द्वारा अपकेंद्री स्प्रे रासायनिक सफाई तकनीक, अमेरिकी मूल सीएफएम कंपनी द्वारा पूर्ण-प्रवाह प्रणाली बंद ओवरफ्लो सफाई तकनीक, अमेरिकी वर्टेक कंपनी द्वारा विसर्जन और बंद प्रकार के बीच की रासायनिक सफाई तकनीक (जैसे गोल्डफिंगर मच2 सफाई प्रणाली), अमेरिकी एसएसईसी कंपनी की दो तरफा सैसाफ्रास सफाई तकनीक (उदाहरण के लिए, एम3304 डीएसएस सफाई प्रणाली), जापान की रसायन-मुक्त परावैद्युत आयनित जल सफाई तकनीक (परावैद्युत अतिशुद्ध आयनित जल से सफाई), जिसने पॉलिश किए गए वेफर्स की सतह सफाई तकनीक को एक नए स्तर पर पहुँचाया है, और एचएफ/ओ3-आधारित सिलिकॉन वेफर रासायनिक सफाई तकनीक।

2.प्री-बेक और प्राइमर वाष्प 

क्योंकि फोटोरेसिस्ट में विलायक होता है, इसलिए फोटोरेसिस्ट से लेपित सिलिकॉन वेफर कोलगभग 80 डिग्रीसिलिकॉन वेफर्स की निर्जलीकरण बेकिंग से वेफर की सतह से नमी को हटाया जा सकता है और फोटोरेसिस्ट तथा सतह के बीच आसंजन को बढ़ाया जा सकता है, आमतौर पर लगभग 100°C पर। यह प्राइमर लगाने के साथ किया जाता है।

प्राइमर कोटिंग फोटोरेसिस्ट (पीआर) और वेफर की सतह के बीच आसंजन को बढ़ाती है। व्यापक रूप से उपयोग की जाने वाली विधियाँ: (एचएमडीएस) हेक्सामेथिल्डिसिलामाइन, पीआर स्पिन कोटिंग से पहले एचएमडीएस वाष्प कोटिंग, पीआर कोटिंग से पहले कूलिंग प्लेट्स से वेफर्स को ठंडा करना।

प्री-बेक और प्राइमर वाष्प अनुप्रयोग

3.फोटोरेसिस्ट कोटिंग

फोटोरेसिस्ट कोटिंग के लिए सामान्य चरणों में फोटोरेसिस्ट कोटिंग से पहले 900-1100 डिग्री सेल्सियस पर वेट ऑक्सीडेशन शामिल है। ऑक्साइड परत वेट एचिंग या बी इम्प्लांटेशन के लिए मास्क का काम कर सकती है। फोटोलिथोग्राफी प्रक्रिया के पहले चरण में, यूवी प्रकाश के प्रति संवेदनशील कार्बनिक बहुलक यौगिक (जिसे आमतौर पर फोटोरेसिस्ट के रूप में जाना जाता है) की एक पतली परत नमूने की सतह (SiO2) पर लगाई जाती है। सबसे पहले, फोटोरेसिस्ट को कंटेनर से निकालकर ग्लू कोटिंग मशीन में रखे नमूने की सतह पर डाला जाता है (नमूने को वैक्यूम नेगेटिव प्रेशर द्वारा सैंपल स्टेज पर स्थिर किया जाता है)। फिर नमूने को तेज गति से घुमाया जाता है, और घूर्णन गति ग्लू की चिपचिपाहट और वांछित मोटाई के आधार पर निर्धारित की जाती है। इतनी तेज गति पर, अपकेंद्री बल के कारण ग्लू किनारों की ओर बहने लगता है।

चिपकाने की प्रक्रियायह ग्राफ़िक्स रूपांतरण प्रक्रिया का पहला और महत्वपूर्ण चरण है। गोंद की गुणवत्ता संसाधित उपकरण की दोष घनत्व को सीधे प्रभावित करती है। रेखा की चौड़ाई की पुनरावृत्ति और बाद के विकास समय को सुनिश्चित करने के लिए, एक ही नमूने में गोंद की मोटाई की एकरूपता और विभिन्न नमूनों के बीच गोंद की मोटाई की स्थिरता ±5nm से अधिक नहीं होनी चाहिए (1.5um गोंद की मोटाई के लिए, यह ±0.3% है)।

फोटोरेसिस्ट की लक्षित मोटाई का निर्धारण मुख्य रूप से रेसिस्ट के रासायनिक गुणों और कॉपी किए जाने वाले पैटर्न में रेखाओं और अंतरालों की बारीकी को ध्यान में रखकर किया जाता है। बहुत अधिक मोटी गोंद के कारण किनारों का आवरण या जुड़ाव बिगड़ सकता है, गोंद ऊबड़-खाबड़ या क्षेत्रनुमा दिखाई दे सकती है और उत्पादन में कमी आ सकती है। एमईएमएस में, गोंद की मोटाई (बेकिंग के बाद) 0.5-2um के बीच होती है, और विशेष सूक्ष्म संरचना निर्माण के लिए, गोंद की मोटाई कभी-कभी 1cm तक होने की उम्मीद की जाती है। बाद वाले मामलों में, स्पिन कोटिंग को कास्ट ग्लू या प्लाज्मा ग्लू पॉलीमराइजेशन जैसी विधियों से प्रतिस्थापित किया जाएगा। पारंपरिक फोटोरेसिस्ट कोटिंग प्रक्रिया के अनुकूलन के लिए गोंद टपकने की गति, गोंद टपकने की मात्रा, घूर्णन गति, परिवेश का तापमान और आर्द्रता आदि कारकों पर विचार करना आवश्यक है। इन कारकों की स्थिरता अत्यंत महत्वपूर्ण है।

चलिए, फोटोरेसिस्ट के मुख्य घटक पॉलीमर (रेजिन), सेंसिटाइज़र और सॉल्वेंट होते हैं। विकिरण पड़ने पर पॉलीमर की संरचना बदल जाती है, सॉल्वेंट उसे बाहर निकालने में मदद करता है और नमूने की सतह पर एक पतली परत बन जाती है। सेंसिटाइज़र पॉलीमर की रासायनिक प्रतिक्रिया को नियंत्रित करता है। जिन फोटोरेसिस्ट में सेंसिटाइज़र नहीं होते, उन्हें एकात्मक या एकल-घटक प्रणाली कहा जाता है, जबकि सेंसिटाइज़र युक्त फोटोरेसिस्ट को द्विआधारी प्रणाली कहा जाता है। सॉल्वेंट या अन्य योजकों को आमतौर पर गणना में शामिल नहीं किया जाता है क्योंकि वे फोटोरेसिस्ट की प्रकाश रासायनिक प्रतिक्रिया में सीधे भाग नहीं लेते हैं।

विभिन्न गुणों के आधार पर, फोटोरेसिस्ट को निम्नलिखित श्रेणियों में विभाजित किया जा सकता है:सकारात्मक गोंदऔरनेगेटिव ग्लू.      

प्रक्रिया विकास के प्रारंभिक दिनों में, फोटोलिथोग्राफी प्रक्रिया में नेगेटिव ग्लू का ही वर्चस्व रहा। VLSI IC और 2-5 माइक्रोन पैटर्न आकार के आगमन के साथ, नेगेटिव ग्लू अब आवश्यकताओं को पूरा नहीं कर पा रहा था। तब पॉजिटिव ग्लू का आगमन हुआ, लेकिन पॉजिटिव ग्लू की एक कमी यह थी कि इसकी बॉन्डिंग क्षमता कमजोर थी।

पॉजिटिव ग्लू का उपयोग करने के लिए मास्क की पोलैरिटी को बदलना आवश्यक है, जो कि केवल पैटर्न को पलटने जैसा सरल कार्य नहीं है। चूंकि मास्क दो अलग-अलग फोटोरेसिस्ट से मिलकर बना होता है, इसलिए वेफर की सतह पर फोटोलिथोग्राफी द्वारा प्राप्त पैटर्न का आकार भिन्न होता है। पैटर्न के चारों ओर प्रकाश के विवर्तन प्रभाव के कारण, फोटोरेसिस्ट परत पर नेगेटिव मास्क और ब्राइट फील्ड मास्क को मिलाकर प्राप्त पैटर्न का आकार, मास्क पर बने पैटर्न के आकार से छोटा होता है। पॉजिटिव रेसिस्ट और डार्कफील्ड मास्क के संयोजन का उपयोग करने से फोटोरेसिस्ट परत पर बने पैटर्न का आकार बढ़ जाता है।

फोटोरेसिस्ट कोटिंग

4.सॉफ्ट बेक

फोटोरेसिस्ट लगाने के बाद, हल्की सुखाने की प्रक्रिया आवश्यक होती है। इस चरण को प्री-बेकिंग भी कहा जाता है। प्री-बेकिंग से फोटोरेसिस्ट में मौजूद विलायक वाष्पित हो जाता है और लेपित फोटोरेसिस्ट पतला हो जाता है।

लिक्विड फोटोरेसिस्ट में, विलायक घटक 65%-85% तक होते हैं। हालांकि गोंद हटाने के बाद लिक्विड फोटोरेसिस्ट एक ठोस फिल्म बन जाता है, फिर भी इसमें 10%-30% विलायक मौजूद रहता है, जो धूल से आसानी से दूषित हो जाता है। उच्च तापमान पर पकाने से विलायक फोटोरेसिस्ट से वाष्पीकृत हो जाता है (प्री-बेकिंग के बाद विलायक की मात्रा लगभग 5% तक कम हो जाती है), जिससे धूल का प्रदूषण कम हो जाता है। साथ ही, यह प्रक्रिया उच्च गति से घुमाने के कारण फिल्म पर पड़ने वाले तनाव को भी कम करती है, जिससे फोटोरेसिस्ट सब्सट्रेट पर इसकी पकड़ बेहतर हो जाती है।

प्री-बेकिंग प्रक्रिया के दौरान, विलायक के वाष्पीकरण के कारण, फोटोरेसिस्ट की मोटाई भी कम हो जाती है। आमतौर पर, फोटोरेसिस्ट की मोटाई लगभग 10%-20% तक कम हो जाती है।

बेकिंग सिस्टम

5.संरेखण

फोटोलिथोग्राफी में एक्सपोज़र से पहले अलाइनमेंट तकनीक एक महत्वपूर्ण चरण है। फोटोलिथोग्राफी की तीन मुख्य तकनीकों में से एक होने के नाते, अलाइनमेंट की सटीकता आमतौर पर सबसे छोटी लाइन की चौड़ाई के 1/7 से 1/10 के बीच होनी चाहिए। फोटोलिथोग्राफी का रिज़ॉल्यूशन बढ़ने के साथ-साथ अलाइनमेंट की सटीकता की आवश्यकता भी बढ़ती जाती है। उदाहरण के लिए, 45 एम की लाइन की चौड़ाई के लिए, अलाइनमेंट की सटीकता लगभग 5 एम होनी चाहिए।

लिथोग्राफी के रिज़ॉल्यूशन में सुधार के कारण, अलाइनमेंट तकनीक का भी तीव्र और विविध विकास हुआ है। अलाइनमेंट सिद्धांतों और चिह्न संरचनाओं के वर्गीकरण के परिप्रेक्ष्य से, अलाइनमेंट तकनीक प्रोजेक्शन लिथोग्राफी में प्रारंभिक ज्यामितीय इमेजिंग अलाइनमेंट विधियों, जैसे वीडियो इमेज अलाइनमेंट, बाइनोकुलर माइक्रोस्कोप अलाइनमेंट आदि से विकसित होकर बाद में ज़ोन प्लेट अलाइनमेंट विधियों, इंटरफेरेंस इंटेंसिटी अलाइनमेंट, लेज़र हेटरोडाइन इंटरफेरेंस और मोइरे फ्रिंज अलाइनमेंट विधियों तक पहुँच गई है। अलाइनमेंट संकेतों के परिप्रेक्ष्य से, इसमें मुख्य रूप से चिह्नित सूक्ष्म छवि अलाइनमेंट, प्रकाश तीव्रता सूचना पर आधारित अलाइनमेंट और चरण सूचना पर आधारित अलाइनमेंट शामिल हैं।

एलाइनमेंट का नियम यह है कि पहली फोटोलिथोग्राफी के लिए, मास्क पर Y अक्ष को वेफर के सपाट किनारे के साथ 90º पर रखें, जैसा कि चित्र में दिखाया गया है। बाद के सभी मास्क को पिछले पैटर्न वाले मास्क के साथ एलाइनमेंट चिह्नों का उपयोग करके संरेखित किया जाता है। एलाइनमेंट चिह्न एक विशेष पैटर्न (चित्र देखें) होता है जो प्रत्येक चिप पैटर्न के किनारे पर वितरित होता है। फोटोलिथोग्राफी प्रक्रिया के बाद, एलाइनमेंट चिह्न चिप की सतह पर हमेशा के लिए बने रहते हैं और अगले एलाइनमेंट के लिए उपयोग किए जा सकते हैं।

संरेखण विधिशामिल हैं:

ए. सिलिकॉन वेफर पर खांचे या समतल सतह के माध्यम से पूर्व-संरेखण, स्वचालित लेजर संरेखण

बी. कटिंग ग्रूव पर स्थित अलाइनमेंट मार्क के माध्यम से। इसके अतिरिक्त, इंटर-लेयर अलाइनमेंट, यानी ओवरले सटीकता, सिलिकॉन वेफर पर ग्राफिक्स और मौजूदा ग्राफिक्स के बीच अलाइनमेंट सुनिश्चित करती है।

6.अनावरण

इस चरण में, सब्सट्रेट को ढकने वाले फोटोरेसिस्ट को एक विशिष्ट तरंगदैर्ध्य के प्रकाश से चुनिंदा रूप से प्रकाशित किया जाता है। फोटोरेसिस्ट में मौजूद फोटोसेंसिटाइज़र एक प्रकाश रासायनिक प्रतिक्रिया से गुजरता है, जिससे प्रकाश से प्रभावित पॉजिटिव फोटोरेसिस्ट क्षेत्र (प्रकाश संवेदनशील क्षेत्र) और प्रकाश से अप्रभावित नेगेटिव फोटोरेसिस्ट क्षेत्र (प्रकाश असंवेदनशील क्षेत्र) की रासायनिक संरचना में परिवर्तन होता है। रासायनिक संरचना में परिवर्तन वाले इन क्षेत्रों को अगले चरण में एक विशिष्ट डेवलपर में घोला जा सकता है।

प्रकाश के संपर्क में आने पर, धनात्मक फोटोरेसिस्ट में मौजूद प्रकाश संवेदनशील एजेंट DQ एक प्रकाश रासायनिक अभिक्रिया से गुजरता है और केटीन में परिवर्तित हो जाता है, जो आगे चलकर इंडेन-कार्बोक्सिलिक-एसिड (CA) में जल अपघटित हो जाता है। क्षारीय विलायक में कार्बोक्सिलिक एसिड की घुलनशीलता फोटोरेसिस्ट के असंवेदनशील भाग की तुलना में लगभग 100 गुना अधिक होती है। उत्पन्न कार्बोक्सिलिक एसिड फेनोलिक रेजिन के घुलने की प्रक्रिया को भी बढ़ावा देता है। क्षारीय विलायकों में प्रकाश संवेदनशील और गैर-प्रकाश संवेदनशील फोटोरेसिस्ट की भिन्न-भिन्न घुलनशीलताओं का उपयोग करके मास्क पैटर्न को स्थानांतरित किया जा सकता है।

एक्सपोज़र विधिशामिल हैं:

ए. कॉन्टैक्ट प्रिंटिंग (Contact Printing) मास्क फोटोरेसिस्ट परत के सीधे संपर्क में होता है।

बी. प्रॉक्सिमिटी प्रिंटिंग: मास्क प्लेट और फोटोरेसिस्ट परत के बीच थोड़ी दूरी होती है, लगभग 10 से 50 माइक्रोमीटर।

सी. प्रोजेक्शन प्रिंटिंग। एक्सपोज़र प्राप्त करने के लिए प्रकाश को फोकस करने के लिए मास्क और फोटोरेसिस्ट के बीच एक लेंस का उपयोग किया जाता है।

डी. स्टेपर

मुझे यहां कुछ खास कहना हैप्रक्षेपण जोखिमवर्गीकरण:

जोखिम के दो सबसे महत्वपूर्ण मापदंड हैं:

1. एक्सपोजर ऊर्जा (ऊर्जा)

2.फोकस

यदि ऊर्जा और फोकल लंबाई को ठीक से समायोजित नहीं किया जाता है, तो अपेक्षित रिज़ॉल्यूशन और आकार के ग्राफ़िक्स प्राप्त नहीं किए जा सकते। इससे यह संकेत मिलता है कि ग्राफ़िक के मुख्य आयाम अपेक्षित सीमा से अधिक हैं।

7.विकास

एक्सपोज़र प्रक्रिया के बाद डेवलपर मिलाने से, पॉजिटिव फोटोरेसिस्ट के फोटोसेंसिटिव क्षेत्र और नेगेटिव फोटोरेसिस्ट के नॉन-फोटोसेंसिटिव क्षेत्र डेवलपर में घुल जाते हैं। इस चरण के पूरा होने के बाद, फोटोरेसिस्ट परत में मौजूद पैटर्न दिखाई देने लगता है। बेहतर रिज़ॉल्यूशन के लिए, लगभग हर प्रकार के फोटोरेसिस्ट के लिए एक विशेष डेवलपर उपलब्ध होता है, जिससे उच्च गुणवत्ता वाले डेवलपमेंट परिणाम सुनिश्चित होते हैं।

विकास प्रक्रिया में, एक्सपोज़र प्रक्रिया के दौरान बने अप्रभावी पैटर्न को फोटोरेसिस्ट के साथ और उसके बिना प्रभावी पैटर्न में परिवर्तित किया जाता है, जिसका उपयोग प्रसंस्करण के अगले चरण के लिए मास्क के रूप में किया जा सकता है। विकास में चयनात्मक विघटन की प्रक्रिया की जाती है, और सबसे महत्वपूर्ण बात एक्सपोज़्ड क्षेत्र और अनएक्सपोज़्ड क्षेत्र के बीच विघटन दर (DR) का अनुपात है। व्यावसायिक पॉजिटिव फिल्म में DR अनुपात 1000 से अधिक होता है, एक्सपोज़्ड क्षेत्र में विघटन दर 3000 nm/min होती है, जबकि अनएक्सपोज़्ड क्षेत्र में यह दर केवल कुछ nm/min होती है।

वर्तमान में दो विकासशील विधियाँ हैं, जिनमें से एक यह है किगीला विकासजो आईसी और माइक्रोमशीनिंग में व्यापक रूप से उपयोग किया जा रहा है, दूसरा हैशुष्क विकास.

ए. संपूर्ण बॉक्स सिलिकॉन वेफर विसर्जन विकास (बैच विकास)।

नकारात्मक पहलू: डेवलपर्स द्वारा अधिक खपत; विकास में एकरूपता की कमी;

बी. निरंतर स्प्रे विकास/स्वचालित घूर्णन विकास। सिलिकॉन वेफर के कम गति (100 से 500 आरपीएम) पर घूमने के दौरान एक या अधिक नोजल डेवलपर घोल को सिलिकॉन वेफर की सतह पर स्प्रे करते हैं। नोजल स्प्रे पैटर्न और वेफर घूर्णन गति विघटन दर की पुनरावृत्ति और एक वेफर से दूसरे वेफर तक एकरूपता प्राप्त करने के लिए प्रमुख ट्यूनिंग पैरामीटर हैं।

ग. पोखर (पडल डेवलपमेंट)। वेफर की सतह पर पर्याप्त मात्रा में डेवलपर का छिड़काव करें (लेकिन बहुत अधिक नहीं, ताकि पीछे की ओर नमी कम से कम रहे) ताकि पोखर जैसा आकार बन जाए (किनारों पर डेवलपमेंट दर में भिन्नता को कम करने के लिए डेवलपर का प्रवाह धीमा रखें)। सिलिकॉन वेफर को स्थिर रखें या धीरे-धीरे घुमाएँ। आमतौर पर, डेवलपर की कई स्पिन कोटिंग्स का उपयोग किया जाता है: पहली बार लगाएँ, 10 से 30 सेकंड तक रोकें और हटा दें; दूसरी बार लगाएँ, रोकें और हटा दें। फिर डीआयनाइज्ड पानी से धोएँ (वेफर के दोनों तरफ से सभी रसायनों को हटाने के लिए) और स्पिन ड्राई करें। लाभ: डेवलपर की कम मात्रा; सिलिकॉन वेफर का एक समान डेवलपमेंट; न्यूनतम तापमान अंतर।

डेवलपर:

a. पॉजिटिव फोटोरेसिस्ट डेवलपर। पॉजिटिव ग्लू का डेवलपर स्तर क्षारीय जलीय घोल होता है। IC निर्माण में आमतौर पर KOH और NaOH का उपयोग नहीं किया जाता है क्योंकि इनसे चल आयन संदूषण (MIC) हो सकता है। सबसे आम पॉजिटिव जेल डेवलपर टेट्रामेथिलअमोनियम हाइड्रॉक्साइड (TMAH) है (मानक समतुल्य सांद्रता 0.26, तापमान 15~250°C)। I-लाइन फोटोरेसिस्ट के एक्सपोजर के दौरान कार्बोक्सिलिक एसिड उत्पन्न होता है। TMAH डेवलपर में मौजूद क्षार और अम्ल, डेवलपर में एक्सपोज्ड फोटोरेसिस्ट को निष्क्रिय कर देते हैं, जबकि अनएक्सपोज्ड फोटोरेसिस्ट पर कोई प्रभाव नहीं पड़ता; केमिकल एम्प्लीफाइड फोटोरेसिस्ट (CAR) में मौजूद फेनोलिक रेजिन PHS के रूप में होता है। CAR में PAG द्वारा उत्पन्न अम्ल, PHS में मौजूद सुरक्षात्मक समूह (t-BOC) को हटा देता है, जिससे PHS TMAH डेवलपर में तेजी से घुल जाता है। संपूर्ण विकास प्रक्रिया के दौरान, TMAH ने PHS के साथ कोई प्रतिक्रिया नहीं की।

b. नेगेटिव फोटोरेसिस्ट डेवलपर। ज़ाइलीन। सफाई द्रव ब्यूटाइल एसीटेट, इथेनॉल या ट्राइक्लोरोएथिलीन है।

विकासशीलहमारे बारे में:

ए. अपूर्ण विकास। फोटोरेसिस्ट सतह पर रह जाता है। अपर्याप्त डेवलपर के कारण;

बी. अविकसित। अपर्याप्त विकास समय के कारण विकसित पार्श्व दीवारें ऊर्ध्वाधर नहीं हैं;

सी. अत्यधिक विकास। सतह के निकट स्थित फोटोरेसिस्ट डेवलपर द्वारा अत्यधिक घुल जाता है, जिससे परतें बन जाती हैं। विकास का समय बहुत लंबा है।

8.हार्ड बेक

रेज़िस्ट डेवलपमेंट पूरा होने के बाद, पैटर्न मूल रूप से निर्धारित हो जाता है, लेकिन फोटोरेज़िस्ट के गुणों को और अधिक स्थिर बनाना आवश्यक होता है। यह कठोर सुखाने की प्रक्रिया द्वारा प्राप्त किया जा सकता है, जिसे सख्त करना भी कहा जाता है। इस प्रक्रिया के दौरान, उच्च तापमान उपचार का उपयोग फोटोरेज़िस्ट में बचे हुए विलायक को हटाने, सिलिकॉन वेफर सतह पर फोटोरेज़िस्ट के आसंजन को बढ़ाने और बाद की नक़्क़ाशी और आयन प्रत्यारोपण प्रक्रियाओं में फोटोरेज़िस्ट के नक़्क़ाशी प्रतिरोध को बेहतर बनाने के लिए किया जा सकता है। इसके अलावा, फोटोरेज़िस्ट उच्च तापमान पर नरम हो जाता है और उच्च तापमान पर कांच के समान पिघली हुई अवस्था में आ जाता है। इससे सतह तनाव के प्रभाव से फोटोरेज़िस्ट की सतह चिकनी हो जाती है और फोटोरेज़िस्ट परत में दोष (जैसे पिनहोल) कम हो जाते हैं, जिससे फोटोरेज़िस्ट पैटर्न का किनारा सही हो जाता है।

विकास प्रक्रिया के बाद संभावित अवांछित अवशेषों को हटाने के लिए पूरे नमूने को ऑक्सीजन प्लाज्मा से उपचारित किया जाता है, जिसे डी-स्कमिंग कहा जाता है। विशेष रूप से नेगेटिव ग्लू और पॉजिटिव ग्लू दोनों के मामले में, विकास के बाद मूल ग्लू-सब्सट्रेट इंटरफ़ेस पर पॉलीमर की एक पतली परत रह जाती है। यह समस्या 1um से छोटी संरचनाओं या अधिक गहराई-चौड़ाई अनुपात वाली संरचनाओं में अधिक गंभीर होती है। बेशक, डी-स्कमिंग प्रक्रिया के दौरान शेष ग्लू की मोटाई भी कम हो जाएगी, लेकिन इसका प्रभाव बहुत अधिक नहीं होगा।

अंत में, एचिंग या कोटिंग से पहले अवशिष्ट डेवलपर और पानी को हटाने के लिए हार्ड बेकिंग आवश्यक है, और डेवलपमेंट प्रक्रिया के दौरान प्रवेश और विस्तार के कारण इंटरफ़ेस बॉन्डिंग की स्थिति को बेहतर बनाने के लिए एनीलिंग आवश्यक है। साथ ही, गोंद की कठोरता बढ़ती है और एचिंग प्रतिरोध में सुधार होता है। हार्ड बेकिंग का तापमान आमतौर पर 120 डिग्री या उससे अधिक होता है और समय लगभग 20 मिनट होता है। मुख्य सीमा यह है कि उच्च तापमान पैटर्न के किनारों को खराब कर सकता है और एचिंग के बाद इसे हटाना मुश्किल बना सकता है।

विधि: हॉट प्लेट, 100~1300 डिग्री सेल्सियस (कांच संक्रमण तापमान Tg से थोड़ा अधिक), 1~2 मिनट।

उद्देश्य:

ए. फोटोरेसिस्ट में विलायक को पूरी तरह से वाष्पित करें (बाद में आयन प्रत्यारोपण वातावरण को दूषित होने से बचाने के लिए, उदाहरण के लिए, डीएनक्यू फेनोलिक राल फोटोरेसिस्ट में नाइट्रोजन फोटोरेसिस्ट के स्थानीय विस्फोट का कारण बनेगा);

बी. आयन प्रत्यारोपण या नक़्क़ाशी के दौरान निचली सतह की रक्षा करने के लिए फोटोरेसिस्ट की क्षमता में सुधार करने हेतु कठोर फिल्म;

सी. फोटोरेसिस्ट और सिलिकॉन वेफर सतह के बीच आसंजन को और अधिक बढ़ाना;

d. स्थिर तरंग प्रभाव को और कम करना।

हमारे बारे में:

ए. कम बेकिंग। फोटोरेसिस्ट की मजबूती को कमजोर करना (एचिंग के प्रति प्रतिरोध और आयन इम्प्लांटेशन में अवरोधक क्षमता); सुई के छेद के लिए गैपफिल क्षमता को कम करना; सब्सट्रेट से आसंजन को कम करना।

b. अत्यधिक गर्म करना। इससे फोटोरेसिस्ट का बहाव होता है, जिससे पैटर्न की सटीकता कम हो जाती है और रिज़ॉल्यूशन खराब हो जाता है। इसके अलावा, फिल्म को सख्त करने के लिए डीप अल्ट्रावायलेट (DUV) का भी उपयोग किया जा सकता है। पॉजिटिव फोटोरेसिस्ट रेज़िन को क्रॉस-लिंक करके एक पतली सतह वाली कठोर परत बनाई जाती है, जिससे फोटोरेसिस्ट की थर्मल स्थिरता बढ़ जाती है। बाद में प्लाज्मा एचिंग और आयन इम्प्लांटेशन (125~2000°C) प्रक्रियाओं में, फोटोरेसिस्ट के उच्च तापमान बहाव के कारण होने वाली रिज़ॉल्यूशन में कमी को कम किया जा सकता है।

9.नक़्क़ाशी या आयन प्रत्यारोपण

सेमीकंडक्टर उपकरणों के निर्माण में एचिंग एक ऐसी प्रक्रिया है जिसमें रासायनिक विधियों का उपयोग करके जमा की गई परत के विशिष्ट भागों को चुनिंदा रूप से हटाया जाता है। एचिंग उपकरण के विद्युत प्रदर्शन के लिए अत्यंत महत्वपूर्ण है। एचिंग प्रक्रिया के दौरान त्रुटियां होने पर सिलिकॉन वेफर पूरी तरह से नष्ट हो जाएगा और उसे पुनः प्राप्त करना कठिन होगा, इसलिए प्रक्रिया पर कड़ा नियंत्रण रखना आवश्यक है। सेमीकंडक्टर उपकरण की प्रत्येक परत कई एचिंग चरणों से गुजरती है।

एचिंग को सामान्यतः इलेक्ट्रॉन बीम एचिंग और फोटोलिथोग्राफी में विभाजित किया जाता है। फोटोलिथोग्राफी में सामग्री की समतलता की उच्च आवश्यकता होती है, इसलिए इसमें उच्च स्तर की स्वच्छता आवश्यक है। वहीं, इलेक्ट्रॉन बीम एचिंग में, इलेक्ट्रॉनों की तरंगदैर्ध्य अत्यंत कम होने के कारण, फोटोलिथोग्राफी की तुलना में रिज़ॉल्यूशन कहीं बेहतर होता है। मास्क की आवश्यकता न होने के कारण समतलता की आवश्यकताएँ अधिक नहीं होतीं, लेकिन इलेक्ट्रॉन बीम एचिंग धीमी होती है और उपकरण महँगे होते हैं।

अधिकांश एचिंग प्रक्रियाओं में, वेफर की ऊपरी परत के कुछ हिस्सों को एक ऐसे "मास्क" द्वारा सुरक्षित किया जाता है जिसे एच नहीं किया जा सकता है, जिससे परत के विशिष्ट हिस्सों को चुनिंदा रूप से हटाया जा सकता है। कुछ मामलों में, मास्क की सामग्री फोटोरेसिस्टिव होती है, जो फोटोलिथोग्राफी में प्रयुक्त सिद्धांत के समान है। अन्य मामलों में, एचिंग मास्क को कुछ रसायनों के प्रति प्रतिरोधी होना आवश्यक होता है, और ऐसे "मास्क" बनाने के लिए सिलिकॉन नाइट्राइड का उपयोग किया जा सकता है।

आयन प्रत्यारोपण एक ऐसी तकनीकी विधि है जिसमें विशिष्ट आयनों को विद्युत क्षेत्र में त्वरित किया जाता है और फिर उन्हें किसी अन्य ठोस पदार्थ में समाहित किया जाता है। इस तकनीक का उपयोग ठोस पदार्थों के भौतिक और रासायनिक गुणों को बदलने के लिए किया जा सकता है, और अब इसका व्यापक रूप से अर्धचालक उपकरण निर्माण और कुछ पदार्थों के अनुसंधान में उपयोग किया जा रहा है। आयन प्रत्यारोपण नाभिकीय रूपांतरण कर सकता है, या कुछ ठोस पदार्थों की क्रिस्टलीय संरचना को बदल सकता है।

10. फोटोरेसिस्ट हटाना

फोटोरेसिस्ट का मुख्य कार्य रासायनिक या यांत्रिक प्रसंस्करण के दौरान सब्सट्रेट के नीचे वाले हिस्से को सुरक्षित रखना है। इसलिए, जब उपरोक्त प्रक्रिया पूरी हो जाती है, तो फोटोरेसिस्ट को पूरी तरह से हटा देना चाहिए। इस चरण को 'ग्लू रिमूवल' कहा जाता है। केवल वे फोटोरेसिस्ट जो उच्च तापमान पर स्थिर होते हैं, जैसे कि प्रकाश-संवेदनशील पॉलीइमाइड, उन्हें ही डिवाइस पर मध्यवर्ती या बफर कोटिंग के रूप में छोड़ा जा सकता है।

उपचारित की जा रही सतह को किसी भी प्रकार की क्षति से बचाने के लिए, कम तापमान पर सौम्य रासायनिक विधियों का प्रयोग किया जाना चाहिए। अल्ट्रासोनिक तरंगों का प्रयोग भी पीलिंग प्रदर्शन को बेहतर बना सकता है। कुछ ज्ञात स्ट्रिपिंग विधियाँ संक्षारण की समस्या के कारण एल्युमीनियम जैसी धातु की सतहों पर काम नहीं कर सकतीं; ऐसे मामलों में, पहले ओजोन या ऑक्सीजन प्लाज्मा (ऐशिंग) का उपयोग किया जाता है। ये प्लाज्मा गैर-एल्युमीनियम सतहों के लिए फोटोलिथोग्राफी स्ट्रिपर के रूप में भी सफल हैं, हालांकि, उपकरण की सतह को होने वाली क्षति अभी भी एक समस्या है जिसका समाधान किया जाना आवश्यक है।

एचिंग या आयन इम्प्लांटेशन के बाद, फोटोरेसिस्ट की सुरक्षात्मक परत के रूप में आवश्यकता नहीं रह जाती है और इसे हटाया जा सकता है। ग्लू को हटाने के तरीकों को निम्न प्रकार से वर्गीकृत किया गया है:

गीले गोंद को हटाना

कार्बनिक विलायक द्वारा निष्कासन: फोटोरेसिस्ट को हटाने के लिए कार्बनिक विलायकों का उपयोग करें

अकार्बनिक विलायक: कुछ अकार्बनिक विलायकों का उपयोग करके, फोटोरेसिस्ट में मौजूद कार्बन तत्व, जो एक कार्बनिक पदार्थ है, कार्बन डाइऑक्साइड में ऑक्सीकृत हो जाता है और फिर उसे हटा दिया जाता है।

शुष्क फोटोरेसिस्ट स्ट्रिपिंग: फोटोरेसिस्ट को हटाने के लिए प्लाज्मा का उपयोग करना

इन मुख्य प्रक्रियाओं के अतिरिक्त, कुछ सहायक प्रक्रियाओं का भी अक्सर उपयोग किया जाता है, जैसे कि सब्सट्रेट की मोटाई को कम करने के लिए बड़े क्षेत्र में एकसमान नक़्क़ाशी करना, या किनारों की असमानता को दूर करने की प्रक्रिया आदि। सामान्यतः, सेमीकंडक्टर चिप्स या अन्य घटकों के उत्पादन के दौरान, सब्सट्रेट को कई बार फोटोलिथोग्राफ करने की आवश्यकता होती है।

ऊपर फोटोलिथोग्राफी के चरण दिए गए हैं। मैंने इन्हें सबके लिए संकलित किया है। आशा है आप मेरी गलतियों को सुधार सकेंगे।

अस्वीकरण: यह लेख "सेमीकंडक्टर इंडस्ट्री ऑब्जर्वेशन" से लिया गया है। यह लेख केवल लेखक के निजी विचारों को दर्शाता है और सैको माइक्रो या उद्योग के विचारों का प्रतिनिधित्व नहीं करता है। इसका पुनर्मुद्रण और साझाकरण केवल बौद्धिक संपदा अधिकारों के संरक्षण के लिए किया जा सकता है। पुनर्मुद्रण के लिए कृपया मूल स्रोत और लेखक का उल्लेख करें। यदि कोई उल्लंघन होता है, तो कृपया इसे हटाने के लिए हमसे संपर्क करें।

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