กระบวนการและอุปกรณ์เซมิคอนดักเตอร์: กระบวนการและอุปกรณ์การแกะสลัก

หลังจากที่แผนภาพวงจรถูกพิมพ์หินบนแผ่นเวเฟอร์แล้ว กระบวนการกัดจะถูกนำมาใช้เพื่อขจัดฟิล์มออกไซด์ส่วนเกิน ออกจากแผนภาพวงจรเซมิคอนดักเตอร์ การแกะสลัก โดยปกติจะใช้สารละลายเคมี ก๊าซ (หรือ/และ) พลาสมาเพื่อกำจัดวัสดุส่วนเกินที่เลือกไว้ที ข้อดีของการแกะสลักคือต้นทุนในการทำตัวอย่างต่ำ และสามารถแกะสลักวัสดุโลหะอุตสาหกรรมที่ใช้กันทั่วไปเกือบทั้งหมดได้ ไม่จำกัดความแข็งของโลหะ รวดเร็ว เรียบง่าย และมีประสิทธิภาพในการออกแบบ

การแกะสลักมีสองวิธีหลัก ขึ้นอยู่กับสารที่ใช้: การใช้สารละลายเคมีเฉพาะเพื่อทำปฏิกิริยาเคมีเพื่อกำจัดการกัดแบบเปียกของฟิล์มออกไซด์ และการกัดแบบแห้งซึ่งใช้แก๊ส (หรือ/และ) พลาสมา เทคโนโลยีการกัดแบบแห้งคือ แบ่งออกเป็นการแกะสลักไอออนปฏิกิริยา (RIE) การกัดแบบสปัตเตอร์ และการกัดเฟสก๊าซ ด้านล่างเราจะอธิบายกระบวนการและอุปกรณ์ของการแกะสลักแต่ละวิธีโดยละเอียด:

ฉันกระบวนการกัดแบบเปียก

การใช้สารละลายเคมีเพื่อขจัดการกัดเซาะแบบเปียกของฟิล์มออกไซด์ ซึ่งมีข้อดีคือ ต้นทุนต่ำ ความเร็วในการกัดเร็ว และผลผลิตสูง อย่างไรก็ตาม การกัดแบบเปียกเป็นแบบไอโซโทรปิกโดยมีความเร็วเท่ากันในทุกทิศทาง ส่งผลให้มาส์ก (หรือฟิล์มที่ละเอียดอ่อน) ไม่อยู่ในแนวเดียวกับฟิล์มออกไซด์ที่กัดไว้อย่างสมบูรณ์ ดังนั้นจึงเป็นเรื่องยากที่จะจัดการแผนภาพวงจรที่ละเอียดมาก

ข้อดีของการกัดแบบเปียกคือมีต้นทุนต่ำและสามารถผลิตได้จำนวนมาก และสามารถแกะสลักแผ่นเวเฟอร์ได้หลายชิ้นพร้อมกัน การกัดแบบเปียกยังคงมีบทบาทสำคัญในการทำความสะอาดอุปกรณ์ MES ขนาดใหญ่และชั้นที่ไม่สำคัญ โดยเฉพาะอย่างยิ่งจะมีประสิทธิภาพและประหยัดมากกว่าการกัดแบบแห้งโดยเฉพาะในการแกะสลักสารตกค้างในการกำจัดออกไซด์และการลอกผิว

·วัตถุหลักของการกัดแบบเปียกคือซิลิคอนออกไซด์ ซิลิคอนไนไตรด์ ซิลิคอนโมโนคริสตัลไลน์ และซิลิคอนโพลีคริสตัลไลน์ กรดไฮโดรฟลูออริก (HF) มักใช้เป็นตัวพาสารเคมีหลักสำหรับการกัดกรดซิลิคอนออกไซด์แบบเปียก เพื่อที่จะปรับปรุงการเลือกสรร จึงมีการใช้กรดไฮโดรฟลูออริกเจือจางที่ถูกบัฟเฟอร์โดยแอมโมเนียมฟลูออไรด์ในกระบวนการนี้ เพื่อรักษาค่า pH ให้คงที่ สามารถเติมกรดแก่หรือองค์ประกอบอื่นๆ จำนวนเล็กน้อยได้ ซิลิคอนออกไซด์ที่เจือจะกัดกร่อนได้ง่ายกว่าซิลิคอนออกไซด์บริสุทธิ์ การลอกสารเคมีแบบเปียกส่วนใหญ่จะใช้เพื่อขจัดสารต้านทานแสงและหน้ากากชนิดแข็ง (ซิลิคอนไนไตรด์) อัลคาไลน์ฟอสฟาเตสที่เสถียรต่อความร้อน (H3PO4) เป็นของเหลวเคมีหลักที่ใช้สำหรับการปอกสารเคมีเปียกเพื่อกำจัดซิลิคอนไนไตรด์ และมีอัตราส่วนการเลือกที่ดีกว่าสำหรับซิลิกอนออกไซด์

ครั้งที่สองอุปกรณ์แกะสลักแบบเปียก

อุปกรณ์กระบวนการเปียกสามารถแบ่งออกเป็นสามประเภท:

1 อุปกรณ์ทำความสะอาดเวเฟอร์ วัตถุเป้าหมายการทำความสะอาดรวมถึงอนุภาค สารอินทรีย์ ชั้นออกไซด์ธรรมชาติ สิ่งเจือปนที่เป็นโลหะของสารมลพิษ

2 อุปกรณ์แปรงเวเฟอร์ วัตถุประสงค์หลักคือการเอาอนุภาคพื้นผิวเวเฟอร์

3 อุปกรณ์แกะสลักเวเฟอร์ ซึ่งส่วนใหญ่ใช้ในการเอาฟิล์มบาง ๆ ตามการใช้งานที่แตกต่างกันของกระบวนการ อุปกรณ์แกะสลักแผ่นเวเฟอร์เดี่ยวสามารถแบ่งออกเป็นสองประเภท:

A) อุปกรณ์แกะสลักแสง ส่วนใหญ่ใช้เพื่อขจัดความเสียหายของฟิล์มพื้นผิวที่เกิดจากการฝังไอออนพลังงานสูง

B) อุปกรณ์กำจัดชั้นแบบบูชายัญซึ่งส่วนใหญ่จะใช้สำหรับการกำจัดชั้นกั้นหลังจากการทำให้ผอมบางของเวเฟอร์หรือการขัดเชิงกลด้วยสารเคมี

จากโครงสร้างโดยรวมของเครื่องจักร สถาปัตยกรรมพื้นฐานของอุปกรณ์กระบวนการเปียกเวเฟอร์ทุกชนิดจะคล้ายกัน โดยทั่วไปประกอบด้วยเฟรมหลัก ระบบส่งผ่านเวเฟอร์ โมดูลโพรง โมดูลส่งจ่ายของเหลวเคมี ระบบซอฟต์แวร์ และโมดูลควบคุมไฟฟ้า 6 ส่วน .

สาม,การแกะสลักแบบแห้ง

การกัดแบบแห้งเนื่องจากมีทิศทางที่ดี อัตราส่วนก๊าซ และแหล่งจ่ายไฟ RF จึงสามารถควบคุมได้แม่นยำยิ่งขึ้น ในกระบวนการชิปกระแสหลัก มากกว่า 90% ของการกัดเศษเป็นวิธีแบบแห้ง

การกัดแบบแห้งสามารถแบ่งออกได้เป็น 3 ประเภท ได้แก่ การกัดด้วยสารเคมี การกัดด้วยสปัตเตอร์ทางกายภาพ และการกัดด้วยไอออน

1 การแกะสลักด้วยสารเคมี: การแกะสลักด้วยสารเคมีเป็นกระบวนการที่ใช้ปฏิกิริยาทางเคมีเพื่อขจัดพื้นผิวของวัสดุ ใช้ก๊าซกัดกร่อน (ส่วนใหญ่เป็นไฮโดรเจนฟลูออไรด์) เช่นเดียวกับการกัดแบบเปียก วิธีการนี้ก็เป็นแบบไอโซโทรปิกเช่นกัน ซึ่งหมายความว่ามันไม่เหมาะสำหรับการกัดแบบละเอียดเช่นกัน

2, ปการสปัตเตอร์แบบ Hysicalการกระตุก

การกัดทางกายภาพคือการใช้การปล่อยแสงเพื่อทำให้ก๊าซแตกตัวเป็นไอออน เช่น ก๊าซอาร์ ให้เป็นไอออนที่มีประจุบวก จากนั้นจึงไบอัสเพื่อเร่งไอออน สาดกระเซ็นบนพื้นผิวของวัตถุที่ถูกกัด และอะตอมที่กัดกัดนั้นถูกกระแทก สปัตเตอร์ กระบวนการนี้เป็นการถ่ายโอนพลังงานทางกายภาพโดยสมบูรณ์

การสปัตเตอร์ทางกายภาพมีทิศทางที่ดีมากและสามารถได้โปรไฟล์การกัดเกือบเป็นแนวตั้ง อย่างไรก็ตาม เนื่องจากไอออนถูกสปัตเตอร์บนชิปอย่างสมบูรณ์และสม่ำเสมอ สารต้านทานแสงและวัสดุที่ถูกกัดจะถูกกัดในเวลาเดียวกัน ส่งผลให้อัตราส่วนการเลือกการกัดกัดไม่ดี ในเวลาเดียวกัน สารที่หลุดออกมาส่วนใหญ่เป็นสารไม่ระเหย ซึ่งง่ายต่อการสะสมบนพื้นผิวและผนังด้านข้างของฟิล์มแกะสลัก ดังนั้นในกระบวนการผลิตของ VLSI จึงไม่ค่อยมีการใช้วิธีการกัดแบบแห้งทางกายภาพโดยสมบูรณ์

3,ริเอะ：การแกะสลักไอออนปฏิกิริยา

RIE รวมสองวิธีแรกเข้าด้วยกัน นั่นคือ การใช้พลาสมาสำหรับการกัดกรดทางกายภาพแบบไอออไนซ์ ขณะเดียวกันก็ใช้อนุมูลอิสระที่เกิดขึ้นหลังจากการกระตุ้นพลาสมาสำหรับการกัดด้วยสารเคมี นอกจากการแกะสลักได้เร็วกว่าสองวิธีก่อนหน้านี้แล้ว RIE ยังสามารถใช้คุณลักษณะของไอออนิกแอนไอโซโทรปีเพื่อให้ได้การแกะสลักลวดลายที่มีความแม่นยำสูง

4 อุปกรณ์แกะสลักแบบแห้ง

ตามวัสดุที่จะแกะสลัก การแกะสลักส่วนใหญ่แบ่งออกเป็นการแกะสลักแบบซิลิคอน การแกะสลักแบบปานกลาง และการแกะสลักโลหะ

มีช่องว่างขนาดใหญ่ระหว่างเครื่องแกะสลักที่ใช้สำหรับวัสดุแกะสลักที่แตกต่างกัน วิธีการสร้างพลาสมาของเครื่องแกะสลักแบบกัดแบบแห้งประกอบด้วย CCP (การเชื่อมต่อแบบคาปาซิทีฟ) และ ICP (การเชื่อมต่อแบบเหนี่ยวนำ) เนื่องจากลักษณะทางเทคนิคที่แตกต่างกันในรูปแบบที่แตกต่างกัน จึงมีความโดดเด่นในด้านการใช้งานขั้นปลายด้วย เทคโนโลยี CCP มีพลังงานสูงแต่ปรับตัวได้ไม่ดี ซึ่งเหมาะสำหรับการกัดวัสดุอิเล็กทริกแข็ง (รวมถึงโลหะ) ICP พลังงานต่ำแต่สามารถควบคุมได้สูง เหมาะสำหรับการกัดซิลิคอนโมโนคริสตัลไลน์ โพลีซิลิคอนที่มีความแข็งต่ำ หรือวัสดุบาง

มีผู้เข้าร่วมอุปกรณ์เครื่องแกะสลักทั่วโลกค่อนข้างน้อย และอุตสาหกรรมโดยรวมก็อยู่ในรูปแบบผู้ขายน้อยราย ผู้เล่นหลัก ได้แก่ Lam Research (Pan-Forest Semiconductor), AMAT (Applied Materials) ในสหรัฐอเมริกา และ TEL (Tokyo Electronics) ในญี่ปุ่น บริษัททั้งสามนี้คิดเป็น 94% ของส่วนแบ่งการตลาดทั่วโลกของเครื่องกัดเซมิคอนดักเตอร์ ในขณะที่ผู้เล่นรายอื่นรวมกันคิดเป็นเพียง 6% ในจำนวนนี้ Lam Research มีสัดส่วนสูงถึง 55% ซึ่งเป็นผู้นำที่แท้จริงของอุตสาหกรรม Tokyo Electronics และวัสดุประยุกต์คิดเป็น 20% และ 19% ตามลำดับ

จากมุมมองของตลาดเครื่องแกะสลักในประเทศ Lam Research ยังคงครองตำแหน่งผู้นำที่มั่นคง และเรายังเห็นได้ว่าเครื่องแกะสลักในประเทศบางเครื่องกำลังเติบโตเพิ่มขึ้นเรื่อยๆ Fountyl Technologies PTE Ltd มุ่งเน้นไปที่อุตสาหกรรมการผลิตเซมิคอนดักเตอร์ ผลิตภัณฑ์หลัก ได้แก่: Pin chuck, หัวจับเซรามิกที่มีรูพรุน, เอฟเฟกต์ปลายเซรามิก, คานสี่เหลี่ยมเซรามิก, แกนหมุนเซรามิก ยินดีต้อนรับสู่การติดต่อและการเจรจา！