सेमीकंडक्टर प्रौद्योगिकी और उपकरण: लिथोग्राफी प्रौद्योगिकी और उपकरण

भाग एक: लिथोग्राफी की प्रक्रिया

फोटोलिथोग्राफी एक पैटर्न ट्रांसफर तकनीक है जिसमें मास्क प्लेट पर पैटर्न को एक फोटोरेसिस्ट (या फोटोरेसिस्ट) के साथ लेपित सिलिकॉन वेफर में स्थानांतरित किया जाता है, और सिलिकॉन वेफर की सतह पर फिल्म का एक विशिष्ट हिस्सा उत्पादन की एक श्रृंखला के माध्यम से हटा दिया जाता है। कदम।

लिथोग्राफी तकनीक फोटोग्राफिक तकनीक और फ्लैट प्रिंटिंग तकनीक के आधार पर विकसित एक प्रमुख अर्धचालक तकनीक है। यह समझना आसान है कि एकीकृत सर्किट निर्माण में कुछ वर्ग सेंटीमीटर के क्षेत्र में बैचों में लाखों उपकरणों का निर्माण होता है, और प्रत्येक उपकरण की संरचना भी काफी जटिल होती है, जैसा कि निम्नलिखित आंकड़े में दिखाया गया है, यह एक कठिन प्रतीत होता है चिप की आंतरिक संरचना को साफ़ करने के लिए।

यह विनिर्माण घनत्व मानव बाल के क्रॉस-सेक्शनल क्षेत्र में ऐसे लाखों ट्रांजिस्टर बनाने के बराबर है।

दूसरा भाग: लिथोग्राफी उपकरण

लिथोग्राफी मशीनें 1960 के दशक से मौजूद हैं। प्रारंभिक लिथोग्राफी तकनीकें विशेष रूप से कठिन चीजें नहीं थीं, आखिरकार, उस समय लिथोग्राफी के लिए आवश्यक लाइन चौड़ाई माइक्रोन स्तर में थी। इसलिए लिथोग्राफी मशीन भी बहुत सरल है, यहां तक ​​कि जब इंटेल ने सीधे 16 मिमी कैमरा लेंस हटा दिया हो तब भी इसका उपयोग किया जा सकता है। केवल कुछ मुट्ठी भर कंपनियाँ, जैसे कि GCA, K&S और कैस्पर, ने ऐसे कुछ उपकरण बनाए, और लिथोग्राफी मशीनें बिल्कुल भी उच्च तकनीक वाली नहीं थीं, कैमरों की तुलना में बहुत अधिक जटिल नहीं थीं।

हालाँकि, जैसे-जैसे ट्रांजिस्टर की संख्या दोगुनी होती जा रही है, एक्सपोज़र सटीकता कुछ माइक्रोन से माइक्रोन के कुछ दसवें हिस्से तक तेजी से पहुंच रही है, इसलिए इन सरल लिथोग्राफी मशीनों की मांग को पूरा करना मुश्किल हो रहा है, और समस्याएं बढ़ती जा रही हैं। ट्रांजिस्टर अधिक होने के बाद इंटरकनेक्शन बहुत बढ़ गया है, मल्टी लेयर मेटल कनेक्शन की जरूरत है, मेटल लेयर को मीडियम लेयर पर स्टैक करने की जरूरत है, मीडियम लेयर वायरिंग पर अलग-अलग एक्सपोजर ग्राफिक्स की जरूरत है, अलग-अलग की जरूरत है लाइट कवर बार-बार एक्सपोज़र होता है, इसलिए बार-बार संरेखण सटीकता एक बड़ी समस्या बन गई है, बिल्डिंग की तरह, प्रत्येक परत को ऊपर और नीचे संरेखित किया जाना चाहिए, कवर को तिरछा कवर नहीं किया जा सकता है। एकीकृत सर्किट प्रक्रिया में, इस सटीकता को नैनोमीटर स्तर तक पहुंचने के लिए बेहद सटीक होना आवश्यक है...

इस समय, लिथोग्राफी मशीन शुरुआती अत्यंत सरल उपकरणों से लेकर सटीक प्रकाशिकी, लेजर, द्रव भौतिकी, विद्युत चुम्बकीय, सटीक नियंत्रण, मशीनिंग, इलेक्ट्रॉनिक सूचना, इलेक्ट्रॉनिक सर्किट, रसायन विज्ञान और काटने के अन्य दर्जनों विषयों के वर्तमान संग्रह में शामिल हो गई है। -एक में एज तकनीक, वर्तमान में सबसे परिष्कृत और महंगा औद्योगिक उपकरण है। एएसएमएल की उच्च-स्तरीय लिथोग्राफी मशीनें एक हवाई जहाज के बराबर $100 मिलियन से अधिक में बिकती हैं। प्रारंभिक लिथोग्राफी मशीन को मास्क एलाइनर कहा जाता है, जिसका अर्थ है मास्क एलाइनर एक्सपोज़र, और अब लिथोग्राफी शब्द का उपयोग लिथोग्राफी मशीन और लिथोग्राफी प्रक्रिया को संदर्भित करने के लिए किया जाता है।

निम्नलिखित कुछ मुख्य प्रकार की लिथोग्राफी मशीनें हैं, और प्रत्येक प्रकार की मुख्य विशेषताओं के कुछ संक्षिप्त विवरण हैं। अनुक्रम को प्रौद्योगिकी के क्रमिक सुधार के तरीके से व्यवस्थित किया गया है, और यह लिथोग्राफी तकनीक को सरल से गहराई तक समझने में सहायक है।

1. मास्क एलाइनर
2. फोटोलिथोग्राफी से संपर्क करें
3. स्टेपर फोटोलिथोग्राफी
4. सैकनर फोटोलिथोग्राफी
5. विसर्जन
6. डीयूवी/ईयूवी

नीचे हम प्रत्येक लिथोग्राफी मशीन का विवरण प्रस्तुत करते हैं

अलीगर का मुखौटा

यह सबसे प्रत्यक्ष लिथोग्राफी अनुप्रयोग है। सबसे सरल मास्क संरेखण एक्सपोज़र नीचे दी गई छवि में "मैनुअल" डिवाइस हो सकता है, जहां मास्क संरेखण माइक्रोस्कोप और मैन्युअल समायोजन के माध्यम से प्राप्त किया जाता है, और फोटोलिथोग्राफी एक्सपोज़र के माध्यम से की जाती है।

फोटोलिथोग्राफी से संपर्क करें

संपर्क लिथोग्राफी एक मास्क अंशशोधक का उपयोग करके लिथोग्राफी है। मास्क एलाइनर में दो मुख्य उपकरण संरचनाएं होती हैं: मास्क होल्डर और वेफर होल्डर। मास्क होल्डर को बहुत सपाट सतह पर मशीनीकृत किया जाता है, जिस पर फोटोमास्क वैक्यूम द्वारा तय किया जाता है। वेफर होल्डर, जिसे मशीन से बहुत सपाट बनाया जाता है, वेफर को अपनी जगह पर रखने के लिए वैक्यूम भी किया जाता है। यह उपकरण सुनिश्चित करता है कि ऑपरेशन के दौरान दोनों हिस्सों की सतहें एक-दूसरे के समानांतर रहें। वेफर को मास्क के संपर्क में लाने के लिए परिवर्तनीय बलों का उपयोग करने के लिए वेफर होल्डर को मास्क होल्डर पर ऊपर ले जाया जा सकता है। सर्वोत्तम परिणामों के लिए चिप चक की सतह की स्थिति को मास्क के साथ यथासंभव सपाट होने के लिए भी समायोजित किया जा सकता है; इसे वेज एरर कंपंसेशन कहा जाता है। एक बार जब वेफर और मास्क अपनी जगह पर आ जाएं, तो लैंपशेड पर लगे शटर को खोलकर एक्सपोज़र किया जा सकता है। लैंपशेड के अंदर एक पारा आर्क लैंप और संबंधित प्रकाशिकी है, जो चयनित नियंत्रित यूवी बैंड को मास्क और वेफर को उजागर करने की अनुमति देगा।

स्टेपर लिथोग्राफी

स्टेपर लिथोग्राफी छोटे और महीन चिप्स के लिए है, वेफर की स्थिति को प्रगतिशील तरीके से समायोजित करके, एक ही वेफर पर कई एक्सपोज़र। के रूप में भी जाना जाता हैसिस्टम को स्टेप और रिप्लीट करें।

सैकनर फोटोलिथोग्राफी

प्रक्षेपण लिथोग्राफी उपकरणों की दो व्यापक श्रेणियां हैं - स्कैनिंग और स्टेप और रिपीट सिस्टम।

स्कैनिंग प्रोजेक्शन प्रिंटिंग की शुरुआत पर्किन-एल्मर [1.5] द्वारा की गई है, जब मास्क और वेफर दोनों को एक ही समय में स्लिट द्वारा स्थानांतरित किया जाता है, तो मास्क में स्लिट से प्रकाश को वेफर पर प्रोजेक्ट करने के लिए परावर्तक प्रकाशिकी (यानी लेंस के बजाय दर्पण) का उपयोग किया जाता है। . विकिरण की खुराक प्रकाश की तीव्रता, स्लिट की चौड़ाई और वेफर को स्कैन करने की गति से निर्धारित होती है। इन प्रारंभिक स्कैनिंग प्रणालियों में पारा आर्क लैंप से बहुरंगा प्रकाश का उपयोग किया जाता था जो 1:1 था, जिसका अर्थ है कि मुखौटा और छवि आकार में बराबर थे।

स्टेपर और रिपीट कैमरे (संक्षेप में स्टेपर कैमरे) एक समय में वेफर के एक आयताकार हिस्से (जिसे छवि फ़ील्ड कहा जाता है) को या तो 1: 1 या आकार में छोटा कर देते हैं। ये सिस्टम अपवर्तन प्रकाशिकी (यानी, लेंस) का उपयोग करते हैं और आमतौर पर अर्ध-मोनोक्रोमैटिक होते हैं। दोनों प्रकार की प्रणालियाँ (चित्र 1-5) उच्च रिज़ॉल्यूशन इमेजिंग में सक्षम हैं, हालाँकि उच्चतम रिज़ॉल्यूशन के लिए पुनर्स्थापना इमेजिंग की आवश्यकता होती है।

1970 के दशक के मध्य तक, 4 से 5 माइक्रोन आकार से छोटे उपकरणों के लिए स्कैनर ने निकट-मुद्रण का स्थान ले लिया। 1980 के दशक की शुरुआत में, जैसे ही डिवाइस डिज़ाइन को 2 माइक्रोन से नीचे धकेल दिया गया, स्टेपर्स हावी होने लगे। न्यूनतम फीचर आकार 250 एनएम स्तर तक पहुंचने के साथ, 1990 के दशक में स्टेपर्स ने लिथोग्राफी पर हावी रहना जारी रखा। हालाँकि, 1990 के दशक की शुरुआत में, पर्किन-एल्मर के उत्तराधिकारी, एसवीजी लिथोग्राफी ने एक हाइब्रिड स्टेप स्कैनिंग विधि पेश की।

चरण स्कैनिंग विधि सामान्य चरण दृष्टिकोण के एक छोटे हिस्से का उपयोग करती है (उदाहरण के लिए, 25 मिमी x 8 मिमी) और फिर पूरे 4 x कटौती मास्क को उजागर करने के लिए उस फ़ील्ड को एक दिशा में स्कैन करती है। फिर वेफर को एक नए स्थान पर ले जाएं और स्कैन दोहराएं। छोटे इमेजिंग क्षेत्र लेंस डिजाइन और निर्माण को सरल बनाते हैं, लेकिन अधिक जटिल एपर्चर और वेफर पैड की कीमत पर। स्टेप-स्कैनिंग तकनीक आज 250nm से नीचे के विनिर्माण के लिए पहली पसंद की तकनीक है।

विसर्जन लिथोग्राफी

विसर्जन लिथोग्राफी एक लिथोग्राफिक वृद्धि तकनीक है जो अंतिम लेंस तत्व और फोटोरेसिस्ट सतह के बीच सामान्य वायु अंतर को 1 से अधिक अपवर्तक सूचकांक वाले तरल माध्यम से बदल देती है। तरल पदार्थों में छोटी तरंग दैर्ध्य छोटी विशेषताओं की इमेजिंग की अनुमति देती है, वर्तमान में पानी को तरल के रूप में उपयोग किया जाता है . ऑप्टिकल माइक्रोस्कोप के रिज़ॉल्यूशन को बेहतर बनाने के लिए विसर्जन तकनीक पहली बार 1880 के दशक में कार्ल ज़ीस द्वारा पेश की गई थी। 1980 के दशक में, विसर्जन तकनीक को आधुनिक लिथोग्राफी में पेश किया गया था। 2002 के बाद से, विसर्जन अविश्वसनीय रूप से तेजी से बढ़ा है।

डीयूवी/ईयूवी

लिथोग्राफी प्रणालियाँ नीले तरंग दैर्ध्य (436 एनएम) से पराबैंगनी (यूवी: यूट्रावायलेट, 365 एनएम) से गहरे पराबैंगनी (डीयूवी: डीप अल्ट्रावायलेट, 248 एनएम) से आज की मुख्यधारा उच्च-रिज़ॉल्यूशन तरंग दैर्ध्य 193 एनएम तक विकसित हुई हैं। प्रक्षेपण उपकरण और विभिन्न अन्य प्रौद्योगिकियों के विकास के साथ, डीयूवी तकनीक का उपयोग 100 नैनोमीटर से छोटे आकार की सुविधाओं का उत्पादन करने के लिए किया जा सकता है। हाल के वर्षों में, ओवरलैप ऑफसेट तकनीक के उपयोग के साथ, डीयूवी तकनीक भी आगे बढ़ती रही है, और उत्पादन क्षमता लगातार 50 एनएम, 28 एनएम और यहां तक ​​कि 7 एनएम तक कम हो गई है। चरम पराबैंगनी लिथोग्राफी 13.5nm की तरंग दैर्ध्य वाली एक एक्स-रे तकनीक है। आज के ईयूवी स्कैनर 22एनएम हाफ-पिच जितना कम रिज़ॉल्यूशन प्राप्त कर सकते हैं। सिस्टम में, ईयूवी प्रकाश स्रोत प्लाज्मा उत्पन्न करने के लिए एक उच्च-शक्ति लेजर का उपयोग करता है। यह, बदले में, निर्वात कक्ष में लघु-तरंग दैर्ध्य प्रकाश उत्सर्जित करने में मदद करता है।

फाउंटिल टेक्नोलॉजीज पीटीई लिमिटेड, सेमीकंडक्टर विनिर्माण उद्योग पर ध्यान केंद्रित कर रहा है, मुख्य उत्पादों में शामिल हैं: पिन चक, छिद्रपूर्ण सिरेमिक चक, सिरेमिक अंत प्रभावक, सिरेमिक स्क्वायर बीम, सिरेमिक स्पिंडल, संपर्क और बातचीत के लिए आपका स्वागत है!