एक परिचय
एकीकृत सर्किट निर्माण प्रक्रिया में नक़्क़ाशी को इसमें विभाजित किया गया है:
-गीली नक़्क़ाशी;
-सूखी नक़्क़ाशी.
शुरुआती दिनों में, गीली नक़्क़ाशी का व्यापक रूप से उपयोग किया जाता था, लेकिन लाइन चौड़ाई नियंत्रण और नक़्क़ाशी दिशात्मकता में इसकी सीमाओं के कारण, 3μm के बाद की अधिकांश प्रक्रियाएं सूखी नक़्क़ाशी का उपयोग करती हैं। गीली नक़्क़ाशी का उपयोग केवल कुछ विशेष सामग्री परतों को हटाने और अवशेषों को साफ करने के लिए किया जाता है।
सूखी नक़्क़ाशी, वेफ़र पर सामग्री के साथ प्रतिक्रिया करने के लिए गैसीय रासायनिक नक़्क़ाशी का उपयोग करने की प्रक्रिया को संदर्भित करती है ताकि हटाए जाने वाली सामग्री के हिस्से को खोदा जा सके और अस्थिर प्रतिक्रिया उत्पादों का निर्माण किया जा सके, जिन्हें प्रतिक्रिया कक्ष से निकाला जाता है। एचेंट आमतौर पर नक़्क़ाशी गैस के प्लाज्मा से प्रत्यक्ष या अप्रत्यक्ष रूप से उत्पन्न होता है, इसलिए सूखी नक़्क़ाशी को प्लाज़्मा नक़्क़ाशी भी कहा जाता है।
1.1 प्लाज्मा
प्लाज्मा एक कमजोर आयनित अवस्था में एक गैस है जो बाहरी विद्युत चुम्बकीय क्षेत्र (जैसे कि रेडियो फ्रीक्वेंसी बिजली आपूर्ति द्वारा उत्पन्न) की कार्रवाई के तहत नक़्क़ाशी गैस के चमक निर्वहन से बनती है। इसमें इलेक्ट्रॉन, आयन और तटस्थ सक्रिय कण शामिल हैं। उनमें से, सक्रिय कण नक़्क़ाशी प्राप्त करने के लिए नक़्क़ाशीदार सामग्री के साथ सीधे रासायनिक प्रतिक्रिया कर सकते हैं, लेकिन यह शुद्ध रासायनिक प्रतिक्रिया आमतौर पर केवल बहुत कम संख्या में सामग्रियों में होती है और दिशात्मक नहीं होती है; जब आयनों में एक निश्चित ऊर्जा होती है, तो उन्हें सीधे भौतिक स्पटरिंग द्वारा उकेरा जा सकता है, लेकिन इस शुद्ध भौतिक प्रतिक्रिया की नक़्क़ाशी दर बेहद कम है और चयनात्मकता बहुत खराब है।
अधिकांश प्लाज्मा नक़्क़ाशी एक ही समय में सक्रिय कणों और आयनों की भागीदारी से पूरी होती है। इस प्रक्रिया में, आयन बमबारी के दो कार्य होते हैं। एक है नक़्क़ाशीदार सामग्री की सतह पर परमाणु बंधनों को नष्ट करना, जिससे तटस्थ कणों की इसके साथ प्रतिक्रिया करने की दर बढ़ जाती है; दूसरा, प्रतिक्रिया इंटरफेस पर जमा प्रतिक्रिया उत्पादों को खत्म करना है ताकि नक़्क़ाशीदार को नक़्क़ाशीदार सामग्री की सतह से पूरी तरह से संपर्क करने में सुविधा हो, ताकि नक़्क़ाशी जारी रहे।
नक़्क़ाशीदार संरचना की साइडवॉल पर जमा प्रतिक्रिया उत्पादों को दिशात्मक आयन बमबारी द्वारा प्रभावी ढंग से नहीं हटाया जा सकता है, जिससे साइडवॉल की नक़्क़ाशी अवरुद्ध हो जाती है और अनिसोट्रोपिक नक़्क़ाशी बनती है।
दूसरी नक़्क़ाशी प्रक्रिया
2.1 गीली नक़्क़ाशी और सफ़ाई
गीली नक़्क़ाशी एकीकृत सर्किट निर्माण में उपयोग की जाने वाली शुरुआती तकनीकों में से एक है। यद्यपि अधिकांश गीली नक़्क़ाशी प्रक्रियाओं को इसके आइसोट्रोपिक नक़्क़ाशी के कारण अनिसोट्रोपिक सूखी नक़्क़ाशी द्वारा प्रतिस्थापित किया गया है, यह अभी भी बड़े आकार की गैर-महत्वपूर्ण परतों को साफ करने में महत्वपूर्ण भूमिका निभाता है। विशेष रूप से ऑक्साइड हटाने के अवशेषों और एपिडर्मल स्ट्रिपिंग की नक़्क़ाशी में, यह सूखी नक़्क़ाशी की तुलना में अधिक प्रभावी और किफायती है।
गीली नक़्क़ाशी की वस्तुओं में मुख्य रूप से सिलिकॉन ऑक्साइड, सिलिकॉन नाइट्राइड, एकल क्रिस्टल सिलिकॉन और पॉलीक्रिस्टलाइन सिलिकॉन शामिल हैं। सिलिकॉन ऑक्साइड की गीली नक़्क़ाशी आमतौर पर मुख्य रासायनिक वाहक के रूप में हाइड्रोफ्लोरिक एसिड (एचएफ) का उपयोग करती है। चयनात्मकता में सुधार करने के लिए, प्रक्रिया में अमोनियम फ्लोराइड द्वारा बफर किए गए तनु हाइड्रोफ्लोरिक एसिड का उपयोग किया जाता है। पीएच मान की स्थिरता बनाए रखने के लिए थोड़ी मात्रा में मजबूत एसिड या अन्य तत्व मिलाए जा सकते हैं। शुद्ध सिलिकॉन ऑक्साइड की तुलना में डोप्ड सिलिकॉन ऑक्साइड अधिक आसानी से संक्षारित होता है। गीली रासायनिक स्ट्रिपिंग का उपयोग मुख्य रूप से फोटोरेसिस्ट और हार्ड मास्क (सिलिकॉन नाइट्राइड) को हटाने के लिए किया जाता है। हॉट फॉस्फोरिक एसिड (H3PO4) सिलिकॉन नाइट्राइड को हटाने के लिए गीले रासायनिक स्ट्रिपिंग के लिए उपयोग किया जाने वाला मुख्य रासायनिक तरल है, और इसमें सिलिकॉन ऑक्साइड के लिए अच्छी चयनात्मकता है।
गीली सफाई गीली नक़्क़ाशी के समान है, और मुख्य रूप से कणों, कार्बनिक पदार्थों, धातुओं और ऑक्साइड सहित रासायनिक प्रतिक्रियाओं के माध्यम से सिलिकॉन वेफर्स की सतह पर प्रदूषकों को हटा देती है। मुख्य धारा की गीली सफ़ाई गीली रासायनिक विधि है। हालाँकि ड्राई क्लीनिंग कई गीली सफाई विधियों की जगह ले सकती है, लेकिन ऐसी कोई विधि नहीं है जो गीली सफाई को पूरी तरह से बदल सके।
गीली सफाई के लिए आमतौर पर उपयोग किए जाने वाले रसायनों में सल्फ्यूरिक एसिड, हाइड्रोक्लोरिक एसिड, हाइड्रोफ्लोरिक एसिड, फॉस्फोरिक एसिड, हाइड्रोजन पेरोक्साइड, अमोनियम हाइड्रॉक्साइड, अमोनियम फ्लोराइड आदि शामिल हैं। व्यावहारिक अनुप्रयोगों में, आवश्यकतानुसार एक या अधिक रसायनों को एक निश्चित अनुपात में विआयनीकृत पानी के साथ मिलाया जाता है। एक सफाई समाधान बनाएं, जैसे SC1, SC2, DHF, BHF, आदि।
ऑक्साइड फिल्म के जमाव से पहले की प्रक्रिया में अक्सर सफाई का उपयोग किया जाता है, क्योंकि ऑक्साइड फिल्म की तैयारी बिल्कुल साफ सिलिकॉन वेफर सतह पर की जानी चाहिए। सामान्य सिलिकॉन वेफर सफाई प्रक्रिया इस प्रकार है:
2.2 सूखी नक़्क़ाशी एऔर सफाई
2.2.1 सूखी नक़्क़ाशी
उद्योग में सूखी नक़्क़ाशी मुख्य रूप से प्लाज़्मा नक़्क़ाशी को संदर्भित करती है, जो विशिष्ट पदार्थों को उकेरने के लिए बढ़ी हुई गतिविधि के साथ प्लाज़्मा का उपयोग करती है। बड़े पैमाने पर उत्पादन प्रक्रियाओं में उपकरण प्रणाली कम तापमान वाले गैर-संतुलन प्लाज्मा का उपयोग करती है।
प्लाज्मा नक़्क़ाशी मुख्य रूप से दो डिस्चार्ज मोड का उपयोग करती है: कैपेसिटिव युग्मित डिस्चार्ज और इंडक्टिव युग्मित डिस्चार्ज
कैपेसिटिव रूप से युग्मित डिस्चार्ज मोड में: प्लाज्मा को बाहरी रेडियो फ्रीक्वेंसी (आरएफ) बिजली आपूर्ति द्वारा दो समानांतर प्लेट कैपेसिटर में उत्पन्न और बनाए रखा जाता है। गैस का दबाव आमतौर पर कई मिलीलीटर से दसियों मिलीलीटर तक होता है, और आयनीकरण दर 10-5 से कम होती है। आगमनात्मक रूप से युग्मित डिस्चार्ज मोड में: आम तौर पर कम गैस दबाव (दसियों मिलीलीटर) पर, प्लाज्मा उत्पन्न होता है और प्रेरक रूप से युग्मित इनपुट ऊर्जा द्वारा बनाए रखा जाता है। आयनीकरण दर आमतौर पर 10-5 से अधिक होती है, इसलिए इसे उच्च घनत्व प्लाज्मा भी कहा जाता है। उच्च घनत्व वाले प्लाज्मा स्रोत इलेक्ट्रॉन साइक्लोट्रॉन अनुनाद और साइक्लोट्रॉन तरंग डिस्चार्ज के माध्यम से भी प्राप्त किए जा सकते हैं। उच्च-घनत्व प्लाज्मा बाहरी आरएफ या माइक्रोवेव बिजली की आपूर्ति और सब्सट्रेट पर आरएफ पूर्वाग्रह बिजली की आपूर्ति के माध्यम से आयन प्रवाह और आयन बमबारी ऊर्जा को स्वतंत्र रूप से नियंत्रित करके नक़्क़ाशी क्षति को कम करते हुए नक़्क़ाशी दर और नक़्क़ाशी प्रक्रिया की चयनात्मकता को अनुकूलित कर सकता है।
सूखी नक़्क़ाशी प्रक्रिया इस प्रकार है: नक़्क़ाशी गैस को वैक्यूम प्रतिक्रिया कक्ष में इंजेक्ट किया जाता है, और प्रतिक्रिया कक्ष में दबाव स्थिर होने के बाद, प्लाज्मा रेडियो फ्रीक्वेंसी ग्लो डिस्चार्ज द्वारा उत्पन्न होता है; उच्च गति वाले इलेक्ट्रॉनों से प्रभावित होने के बाद, यह मुक्त कणों का उत्पादन करने के लिए विघटित हो जाता है, जो सब्सट्रेट की सतह पर फैल जाते हैं और सोख लिए जाते हैं। आयन बमबारी की कार्रवाई के तहत, अधिशोषित मुक्त कण सब्सट्रेट की सतह पर परमाणुओं या अणुओं के साथ प्रतिक्रिया करके गैसीय उपोत्पाद बनाते हैं, जिन्हें प्रतिक्रिया कक्ष से छुट्टी दे दी जाती है। प्रक्रिया निम्नलिखित चित्र में दिखाई गई है:
सूखी नक़्क़ाशी प्रक्रियाओं को निम्नलिखित चार श्रेणियों में विभाजित किया जा सकता है:
(1)भौतिक स्पटरिंग नक़्क़ाशी: यह मुख्य रूप से नक़्क़ाशीदार सामग्री की सतह पर बमबारी करने के लिए प्लाज्मा में ऊर्जावान आयनों पर निर्भर करता है। फूटे परमाणुओं की संख्या आपतित कणों की ऊर्जा और कोण पर निर्भर करती है। जब ऊर्जा और कोण अपरिवर्तित रहते हैं, तो विभिन्न सामग्रियों की स्पटरिंग दर आमतौर पर केवल 2 से 3 गुना भिन्न होती है, इसलिए कोई चयनात्मकता नहीं होती है। प्रतिक्रिया प्रक्रिया मुख्यतः अनिसोट्रोपिक है।
(2)रासायनिक नक़्क़ाशी: प्लाज्मा गैस-चरण नक़्क़ाशी परमाणुओं और अणुओं को प्रदान करता है, जो अस्थिर गैसों का उत्पादन करने के लिए सामग्री की सतह के साथ रासायनिक रूप से प्रतिक्रिया करता है। इस विशुद्ध रासायनिक प्रतिक्रिया में अच्छी चयनात्मकता है और जाली संरचना पर विचार किए बिना आइसोट्रोपिक विशेषताओं को प्रदर्शित करती है।
उदाहरण के लिए: Si (ठोस) + 4F → SiF4 (गैसीय), फोटोरेसिस्ट + O (गैसीय) → CO2 (गैसीय) + H2O (गैसीय)
(3)आयन ऊर्जा चालित नक़्क़ाशी: आयन दोनों कण हैं जो नक़्क़ाशी का कारण बनते हैं और ऊर्जा ले जाने वाले कण हैं। ऐसे ऊर्जा-वाहक कणों की नक़्क़ाशी दक्षता साधारण भौतिक या रासायनिक नक़्क़ाशी की तुलना में परिमाण के एक से अधिक क्रम से अधिक है। उनमें से, प्रक्रिया के भौतिक और रासायनिक मापदंडों का अनुकूलन नक़्क़ाशी प्रक्रिया को नियंत्रित करने का मूल है।
(4)आयन-बाधा समग्र नक़्क़ाशी: यह मुख्य रूप से नक़्क़ाशी प्रक्रिया के दौरान मिश्रित कणों द्वारा एक बहुलक बाधा सुरक्षात्मक परत की पीढ़ी को संदर्भित करता है। नक़्क़ाशी प्रक्रिया के दौरान साइडवॉल की नक़्क़ाशी प्रतिक्रिया को रोकने के लिए प्लाज्मा को ऐसी सुरक्षात्मक परत की आवश्यकता होती है। उदाहरण के लिए, सीएल और सीएल2 नक़्क़ाशी में सी जोड़ने से नक़्क़ाशी के दौरान साइडवॉल को नक़्क़ाशी से बचाने के लिए क्लोरोकार्बन यौगिक परत का उत्पादन किया जा सकता है।
2.2.1 ड्राई क्लीनिंग
ड्राई क्लीनिंग का तात्पर्य मुख्य रूप से प्लाज्मा सफाई से है। प्लाज्मा में आयनों का उपयोग साफ की जाने वाली सतह पर बमबारी करने के लिए किया जाता है, और सक्रिय अवस्था में परमाणु और अणु साफ की जाने वाली सतह के साथ संपर्क करते हैं, ताकि फोटोरेसिस्ट को हटाया और राख किया जा सके। सूखी नक़्क़ाशी के विपरीत, सूखी सफाई के प्रक्रिया मापदंडों में आमतौर पर दिशात्मक चयनात्मकता शामिल नहीं होती है, इसलिए प्रक्रिया का डिज़ाइन अपेक्षाकृत सरल होता है। बड़े पैमाने पर उत्पादन प्रक्रियाओं में, फ्लोरीन-आधारित गैसों, ऑक्सीजन या हाइड्रोजन का उपयोग मुख्य रूप से प्रतिक्रिया प्लाज्मा के मुख्य निकाय के रूप में किया जाता है। इसके अलावा, एक निश्चित मात्रा में आर्गन प्लाज्मा जोड़ने से आयन बमबारी प्रभाव बढ़ सकता है, जिससे सफाई दक्षता में सुधार होता है।
प्लाज़्मा ड्राई क्लीनिंग प्रक्रिया में, आमतौर पर रिमोट प्लाज़्मा विधि का उपयोग किया जाता है। ऐसा इसलिए है क्योंकि सफाई प्रक्रिया में, आयन बमबारी से होने वाली क्षति को नियंत्रित करने के लिए प्लाज्मा में आयनों के बमबारी प्रभाव को कम करने की उम्मीद की जाती है; और रासायनिक मुक्त कणों की बढ़ी हुई प्रतिक्रिया सफाई दक्षता में सुधार कर सकती है। रिमोट प्लाज्मा प्रतिक्रिया कक्ष के बाहर एक स्थिर और उच्च घनत्व वाले प्लाज्मा को उत्पन्न करने के लिए माइक्रोवेव का उपयोग कर सकता है, जिससे बड़ी संख्या में मुक्त कण उत्पन्न होते हैं जो सफाई के लिए आवश्यक प्रतिक्रिया प्राप्त करने के लिए प्रतिक्रिया कक्ष में प्रवेश करते हैं। उद्योग में अधिकांश ड्राई क्लीनिंग गैस स्रोत एनएफ3 जैसी फ्लोरीन-आधारित गैसों का उपयोग करते हैं, और 99% से अधिक एनएफ3 माइक्रोवेव प्लाज्मा में विघटित हो जाता है। ड्राई क्लीनिंग प्रक्रिया में लगभग कोई आयन बमबारी प्रभाव नहीं होता है, इसलिए सिलिकॉन वेफर को क्षति से बचाने और प्रतिक्रिया कक्ष के जीवन को बढ़ाने के लिए यह फायदेमंद है।
तीन गीली नक़्क़ाशी और सफाई उपकरण
3.1 टैंक-प्रकार वेफर सफाई मशीन
गर्त-प्रकार की वेफर सफाई मशीन मुख्य रूप से एक फ्रंट-ओपनिंग वेफर ट्रांसफर बॉक्स ट्रांसमिशन मॉड्यूल, एक वेफर लोडिंग / अनलोडिंग ट्रांसमिशन मॉड्यूल, एक निकास वायु सेवन मॉड्यूल, एक रासायनिक तरल टैंक मॉड्यूल, एक विआयनीकृत पानी टैंक मॉड्यूल, एक सुखाने टैंक से बनी होती है। मॉड्यूल और एक नियंत्रण मॉड्यूल। यह एक ही समय में वेफर्स के कई बक्सों को साफ कर सकता है और वेफर्स को ड्राई-इन और ड्राई-आउट कर सकता है।
3.2 ट्रेंच वेफर एचर
3.3 सिंगल वेफर वेट प्रोसेसिंग उपकरण
विभिन्न प्रक्रिया उद्देश्यों के अनुसार, एकल वेफर गीले प्रक्रिया उपकरण को तीन श्रेणियों में विभाजित किया जा सकता है। पहली श्रेणी एकल वेफर सफाई उपकरण है, जिसके सफाई लक्ष्यों में कण, कार्बनिक पदार्थ, प्राकृतिक ऑक्साइड परत, धातु की अशुद्धियाँ और अन्य प्रदूषक शामिल हैं; दूसरी श्रेणी एकल वेफर स्क्रबिंग उपकरण है, जिसका मुख्य प्रक्रिया उद्देश्य वेफर की सतह पर कणों को हटाना है; तीसरी श्रेणी एकल वेफर नक़्क़ाशी उपकरण है, जिसका उपयोग मुख्य रूप से पतली फिल्मों को हटाने के लिए किया जाता है। विभिन्न प्रक्रिया उद्देश्यों के अनुसार, एकल वेफर नक़्क़ाशी उपकरण को दो प्रकारों में विभाजित किया जा सकता है। पहला प्रकार हल्का नक़्क़ाशी उपकरण है, जिसका उपयोग मुख्य रूप से उच्च-ऊर्जा आयन आरोपण के कारण सतह फिल्म क्षति परतों को हटाने के लिए किया जाता है; दूसरा प्रकार बलि परत हटाने वाला उपकरण है, जिसका उपयोग मुख्य रूप से वेफर थिनिंग या रासायनिक यांत्रिक पॉलिशिंग के बाद बाधा परतों को हटाने के लिए किया जाता है।
समग्र मशीन आर्किटेक्चर के नजरिए से, सभी प्रकार के सिंगल-वेफर वेट प्रोसेस उपकरणों की मूल वास्तुकला समान है, जिसमें आम तौर पर छह भाग होते हैं: मुख्य फ्रेम, वेफर ट्रांसफर सिस्टम, चैम्बर मॉड्यूल, रासायनिक तरल आपूर्ति और ट्रांसफर मॉड्यूल, सॉफ्टवेयर सिस्टम और इलेक्ट्रॉनिक नियंत्रण मॉड्यूल।
3.4 एकल वेफर सफाई उपकरण
एकल वेफर सफाई उपकरण पारंपरिक आरसीए सफाई विधि के आधार पर डिजाइन किया गया है, और इसकी प्रक्रिया का उद्देश्य कणों, कार्बनिक पदार्थ, प्राकृतिक ऑक्साइड परत, धातु की अशुद्धियों और अन्य प्रदूषकों को साफ करना है। प्रक्रिया अनुप्रयोग के संदर्भ में, एकल वेफर सफाई उपकरण वर्तमान में एकीकृत सर्किट निर्माण के फ्रंट-एंड और बैक-एंड प्रक्रियाओं में व्यापक रूप से उपयोग किया जाता है, जिसमें फिल्म निर्माण से पहले और बाद की सफाई, प्लाज्मा नक़्क़ाशी के बाद की सफाई, आयन आरोपण के बाद की सफाई, रसायन के बाद की सफाई शामिल है। धातु जमाव के बाद यांत्रिक पॉलिशिंग और सफाई। उच्च तापमान फॉस्फोरिक एसिड प्रक्रिया को छोड़कर, एकल वेफर सफाई उपकरण मूल रूप से सभी सफाई प्रक्रियाओं के साथ संगत है।
3.5 एकल वेफर नक़्क़ाशी उपकरण
एकल वेफर नक़्क़ाशी उपकरण की प्रक्रिया का उद्देश्य मुख्य रूप से पतली फिल्म नक़्क़ाशी है। प्रक्रिया के उद्देश्य के अनुसार, इसे दो श्रेणियों में विभाजित किया जा सकता है, अर्थात्, हल्के नक़्क़ाशी उपकरण (उच्च-ऊर्जा आयन आरोपण के कारण सतह फिल्म क्षति परत को हटाने के लिए उपयोग किया जाता है) और बलिदान परत हटाने वाले उपकरण (वेफर के बाद बाधा परत को हटाने के लिए उपयोग किया जाता है) पतला करना या रासायनिक यांत्रिक पॉलिशिंग)। इस प्रक्रिया में जिन सामग्रियों को हटाने की आवश्यकता होती है उनमें आम तौर पर सिलिकॉन, सिलिकॉन ऑक्साइड, सिलिकॉन नाइट्राइड और धातु फिल्म परतें शामिल होती हैं।
चार सूखी नक़्क़ाशी और सफाई उपकरण
4.1 प्लाज्मा नक़्क़ाशी उपकरण का वर्गीकरण
आयन स्पटरिंग नक़्क़ाशी उपकरण जो शुद्ध भौतिक प्रतिक्रिया के करीब है और डीगमिंग उपकरण जो शुद्ध रासायनिक प्रतिक्रिया के करीब है, के अलावा, प्लाज्मा नक़्क़ाशी को विभिन्न प्लाज्मा पीढ़ी और नियंत्रण प्रौद्योगिकियों के अनुसार मोटे तौर पर दो श्रेणियों में विभाजित किया जा सकता है:
-कैपेसिटिवली कपल्ड प्लाज़्मा (सीसीपी) नक़्क़ाशी;
-प्रेरक युग्मित प्लाज्मा (आईसीपी) नक़्क़ाशी।
4.1.1 सी.सी.पी
कैपेसिटिव रूप से युग्मित प्लाज्मा नक़्क़ाशी रेडियो फ्रीक्वेंसी बिजली की आपूर्ति को प्रतिक्रिया कक्ष में ऊपरी और निचले दोनों इलेक्ट्रोडों में से एक या दोनों से जोड़ना है, और दो प्लेटों के बीच का प्लाज्मा एक सरलीकृत समकक्ष सर्किट में एक संधारित्र बनाता है।
ऐसी दो प्रारंभिक प्रौद्योगिकियाँ हैं:
एक प्रारंभिक प्लाज्मा नक़्क़ाशी है, जो आरएफ बिजली की आपूर्ति को ऊपरी इलेक्ट्रोड से जोड़ता है और निचला इलेक्ट्रोड जहां वेफर स्थित है, उसे ग्राउंड किया जाता है। क्योंकि इस तरह से उत्पन्न प्लाज्मा वेफर की सतह पर पर्याप्त रूप से मोटी आयन म्यान नहीं बनाएगा, आयन बमबारी की ऊर्जा कम है, और इसका उपयोग आमतौर पर सिलिकॉन नक़्क़ाशी जैसी प्रक्रियाओं में किया जाता है जो मुख्य नक़्क़ाशी के रूप में सक्रिय कणों का उपयोग करते हैं।
दूसरा प्रारंभिक प्रतिक्रियाशील आयन नक़्क़ाशी (आरआईई) है, जो आरएफ बिजली की आपूर्ति को निचले इलेक्ट्रोड से जोड़ता है जहां वेफर स्थित है, और ऊपरी इलेक्ट्रोड को एक बड़े क्षेत्र के साथ ग्राउंड करता है। यह तकनीक एक मोटा आयन आवरण बना सकती है, जो ढांकता हुआ नक़्क़ाशी प्रक्रियाओं के लिए उपयुक्त है जिसके लिए प्रतिक्रिया में भाग लेने के लिए उच्च आयन ऊर्जा की आवश्यकता होती है। प्रारंभिक प्रतिक्रियाशील आयन नक़्क़ाशी के आधार पर, आरएफ विद्युत क्षेत्र के लंबवत एक डीसी चुंबकीय क्षेत्र को एक्सबी बहाव बनाने के लिए जोड़ा जाता है, जो इलेक्ट्रॉनों और गैस कणों के टकराव की संभावना को बढ़ा सकता है, जिससे प्लाज्मा एकाग्रता और नक़्क़ाशी दर में प्रभावी ढंग से सुधार हो सकता है। इस नक़्क़ाशी को चुंबकीय क्षेत्र संवर्धित प्रतिक्रियाशील आयन नक़्क़ाशी (MERIE) कहा जाता है।
उपरोक्त तीन प्रौद्योगिकियों में एक सामान्य नुकसान है, वह यह है कि प्लाज्मा सांद्रता और इसकी ऊर्जा को अलग से नियंत्रित नहीं किया जा सकता है। उदाहरण के लिए, नक़्क़ाशी दर को बढ़ाने के लिए, आरएफ शक्ति को बढ़ाने की विधि का उपयोग प्लाज्मा एकाग्रता को बढ़ाने के लिए किया जा सकता है, लेकिन बढ़ी हुई आरएफ शक्ति अनिवार्य रूप से आयन ऊर्जा में वृद्धि का कारण बनेगी, जिससे उपकरणों को नुकसान होगा वेफर. पिछले दशक में, कैपेसिटिव कपलिंग तकनीक ने कई आरएफ स्रोतों के डिजाइन को अपनाया है, जो क्रमशः ऊपरी और निचले इलेक्ट्रोड से या दोनों निचले इलेक्ट्रोड से जुड़े होते हैं।
विभिन्न आरएफ आवृत्तियों का चयन और मिलान करके, इलेक्ट्रोड क्षेत्र, रिक्ति, सामग्री और अन्य प्रमुख मापदंडों को एक दूसरे के साथ समन्वित किया जाता है, प्लाज्मा एकाग्रता और आयन ऊर्जा को यथासंभव कम किया जा सकता है।
4.1.2 आईसीपी
आगमनात्मक रूप से युग्मित प्लाज्मा नक़्क़ाशी प्रतिक्रिया कक्ष पर या उसके आसपास रेडियो फ्रीक्वेंसी बिजली आपूर्ति से जुड़े कॉइल के एक या अधिक सेट रखना है। कुंडल में रेडियो फ्रीक्वेंसी करंट द्वारा उत्पन्न वैकल्पिक चुंबकीय क्षेत्र इलेक्ट्रॉनों को गति देने के लिए ढांकता हुआ खिड़की के माध्यम से प्रतिक्रिया कक्ष में प्रवेश करता है, जिससे प्लाज्मा उत्पन्न होता है। एक सरलीकृत समतुल्य सर्किट (ट्रांसफार्मर) में, कॉइल प्राथमिक वाइंडिंग इंडक्शन है, और प्लाज्मा द्वितीयक वाइंडिंग इंडक्शन है।
यह युग्मन विधि एक प्लाज्मा सांद्रता प्राप्त कर सकती है जो कम दबाव पर कैपेसिटिव युग्मन से अधिक परिमाण के एक आदेश से अधिक है। इसके अलावा, दूसरी आरएफ बिजली आपूर्ति आयन बमबारी ऊर्जा प्रदान करने के लिए बायस बिजली आपूर्ति के रूप में वेफर के स्थान से जुड़ी हुई है। इसलिए, आयन सांद्रता कुंडल की स्रोत बिजली आपूर्ति पर निर्भर करती है और आयन ऊर्जा पूर्वाग्रह बिजली आपूर्ति पर निर्भर करती है, जिससे एकाग्रता और ऊर्जा का अधिक गहन वियुग्मन प्राप्त होता है।
4.2 प्लाज्मा नक़्क़ाशी उपकरण
शुष्क नक़्क़ाशी में लगभग सभी नक़्क़ाशी प्रत्यक्ष या अप्रत्यक्ष रूप से प्लाज्मा से उत्पन्न होते हैं, इसलिए सूखी नक़्क़ाशी को अक्सर प्लाज़्मा नक़्क़ाशी कहा जाता है। प्लाज़्मा नक़्क़ाशी व्यापक अर्थ में प्लाज़्मा नक़्क़ाशी का एक प्रकार है। दो शुरुआती फ्लैट-प्लेट रिएक्टर डिजाइनों में, एक प्लेट को ग्राउंड करना है जहां वेफर स्थित है और दूसरी प्लेट आरएफ स्रोत से जुड़ी है; दूसरा इसके विपरीत है. पहले डिज़ाइन में, ग्राउंडेड प्लेट का क्षेत्र आमतौर पर आरएफ स्रोत से जुड़ी प्लेट के क्षेत्र से बड़ा होता है, और रिएक्टर में गैस का दबाव अधिक होता है। वेफर की सतह पर बना आयन आवरण बहुत पतला है, और वेफर प्लाज्मा में "डूबा हुआ" प्रतीत होता है। नक़्क़ाशी मुख्य रूप से प्लाज्मा में सक्रिय कणों और नक़्क़ाशीदार सामग्री की सतह के बीच रासायनिक प्रतिक्रिया से पूरी होती है। आयन बमबारी की ऊर्जा बहुत छोटी है, और नक़्क़ाशी में इसकी भागीदारी बहुत कम है। इस डिज़ाइन को प्लाज़्मा नक़्क़ाशी मोड कहा जाता है। एक अन्य डिज़ाइन में, क्योंकि आयन बमबारी की भागीदारी की डिग्री अपेक्षाकृत बड़ी है, इसे प्रतिक्रियाशील आयन नक़्क़ाशी मोड कहा जाता है।
4.3 प्रतिक्रियाशील आयन नक़्क़ाशी उपकरण
प्रतिक्रियाशील आयन नक़्क़ाशी (आरआईई) एक नक़्क़ाशी प्रक्रिया को संदर्भित करता है जिसमें सक्रिय कण और आवेशित आयन एक ही समय में प्रक्रिया में भाग लेते हैं। उनमें से, सक्रिय कण मुख्य रूप से तटस्थ कण (जिन्हें मुक्त कण भी कहा जाता है) होते हैं, जिनमें उच्च सांद्रता (गैस सांद्रता का लगभग 1% से 10%) होती है, जो वगैरह के मुख्य घटक होते हैं। उनके और नक़्क़ाशीदार सामग्री के बीच रासायनिक प्रतिक्रिया से उत्पन्न उत्पाद या तो अस्थिर होते हैं और सीधे प्रतिक्रिया कक्ष से निकाले जाते हैं, या नक़्क़ाशीदार सतह पर जमा होते हैं; जबकि आवेशित आयन कम सांद्रता (गैस सांद्रता के 10-4 से 10-3) पर होते हैं, और वे नक्काशीदार सतह पर बमबारी करने के लिए वेफर की सतह पर बने आयन शीथ के विद्युत क्षेत्र द्वारा त्वरित होते हैं। आवेशित कणों के दो मुख्य कार्य होते हैं। एक है नक़्क़ाशीदार सामग्री की परमाणु संरचना को नष्ट करना, जिससे उस दर में तेजी आती है जिस पर सक्रिय कण इसके साथ प्रतिक्रिया करते हैं; दूसरा है बमबारी करना और संचित प्रतिक्रिया उत्पादों को हटाना ताकि नक़्क़ाशीदार सामग्री सक्रिय कणों के पूर्ण संपर्क में रहे, ताकि नक़्क़ाशी जारी रहे।
क्योंकि आयन सीधे नक़्क़ाशी प्रतिक्रिया में भाग नहीं लेते हैं (या बहुत छोटे अनुपात के लिए जिम्मेदार होते हैं, जैसे भौतिक बमबारी निष्कासन और सक्रिय आयनों की प्रत्यक्ष रासायनिक नक़्क़ाशी), कड़ाई से बोलते हुए, उपरोक्त नक़्क़ाशी प्रक्रिया को आयन-सहायता नक़्क़ाशी कहा जाना चाहिए। प्रतिक्रियाशील आयन नक़्क़ाशी नाम सटीक नहीं है, लेकिन इसका उपयोग आज भी किया जाता है। सबसे पहला RIE उपकरण 1980 के दशक में उपयोग में लाया गया था। एकल आरएफ बिजली आपूर्ति और अपेक्षाकृत सरल प्रतिक्रिया कक्ष डिजाइन के उपयोग के कारण, इसमें नक़्क़ाशी दर, एकरूपता और चयनात्मकता के संदर्भ में सीमाएं हैं।
4.4 चुंबकीय क्षेत्र संवर्धित प्रतिक्रियाशील आयन नक़्क़ाशी उपकरण
MERIE (चुंबकीय रूप से उन्नत प्रतिक्रियाशील आयन नक़्क़ाशी) डिवाइस एक नक़्क़ाशी उपकरण है जिसका निर्माण एक फ्लैट-पैनल RIE डिवाइस में DC चुंबकीय क्षेत्र जोड़कर किया जाता है और इसका उद्देश्य नक़्क़ाशी दर को बढ़ाना है।
MERIE उपकरण को 1990 के दशक में बड़े पैमाने पर उपयोग में लाया गया था, जब एकल-वेफर नक़्क़ाशी उपकरण उद्योग में मुख्यधारा के उपकरण बन गए थे। MERIE उपकरण का सबसे बड़ा नुकसान यह है कि चुंबकीय क्षेत्र के कारण प्लाज्मा सांद्रता के स्थानिक वितरण में असमानता से एकीकृत सर्किट डिवाइस में करंट या वोल्टेज में अंतर हो जाएगा, जिससे डिवाइस को नुकसान होगा। चूँकि यह क्षति तात्कालिक असमानता के कारण होती है, चुंबकीय क्षेत्र का घूमना इसे समाप्त नहीं कर सकता है। जैसे-जैसे एकीकृत सर्किट का आकार सिकुड़ता जा रहा है, उनकी डिवाइस क्षति प्लाज्मा असमानता के प्रति तेजी से संवेदनशील होती जा रही है, और चुंबकीय क्षेत्र को बढ़ाकर नक़्क़ाशी दर बढ़ाने की तकनीक को धीरे-धीरे मल्टी-आरएफ बिजली आपूर्ति प्लानर प्रतिक्रियाशील आयन नक़्क़ाशी तकनीक द्वारा प्रतिस्थापित किया गया है, जो कैपेसिटिव रूप से युग्मित प्लाज्मा नक़्क़ाशी तकनीक है।
4.5 कैपेसिटिव रूप से युग्मित प्लाज्मा नक़्क़ाशी उपकरण
कैपेसिटिवली कपल्ड प्लाज्मा (सीसीपी) नक़्क़ाशी उपकरण एक ऐसा उपकरण है जो इलेक्ट्रोड प्लेट पर रेडियो फ्रीक्वेंसी (या डीसी) बिजली की आपूर्ति लागू करके कैपेसिटिव कपलिंग के माध्यम से प्रतिक्रिया कक्ष में प्लाज्मा उत्पन्न करता है और नक़्क़ाशी के लिए उपयोग किया जाता है। इसका नक़्क़ाशी सिद्धांत प्रतिक्रियाशील आयन नक़्क़ाशी उपकरण के समान है।
सीसीपी नक़्क़ाशी उपकरण का सरलीकृत योजनाबद्ध आरेख नीचे दिखाया गया है। यह आम तौर पर विभिन्न आवृत्तियों के दो या तीन आरएफ स्रोतों का उपयोग करता है, और कुछ डीसी बिजली आपूर्ति का भी उपयोग करते हैं। आरएफ बिजली आपूर्ति की आवृत्ति 800kHz ~ 162MHz है, और आमतौर पर उपयोग की जाने वाली आवृत्ति 2MHz, 4MHz, 13MHz, 27MHz, 40MHz और 60MHz हैं। 2 मेगाहर्ट्ज या 4 मेगाहर्ट्ज की आवृत्ति वाली आरएफ बिजली आपूर्ति को आमतौर पर कम आवृत्ति वाले आरएफ स्रोत कहा जाता है। वे आम तौर पर निचले इलेक्ट्रोड से जुड़े होते हैं जहां वेफर स्थित होता है। ये आयन ऊर्जा को नियंत्रित करने में अधिक प्रभावी होते हैं, इसलिए इन्हें बायस पावर सप्लाई भी कहा जाता है; 27 मेगाहर्ट्ज से अधिक आवृत्ति वाली आरएफ बिजली आपूर्ति को उच्च-आवृत्ति आरएफ स्रोत कहा जाता है। इन्हें या तो ऊपरी इलेक्ट्रोड या निचले इलेक्ट्रोड से जोड़ा जा सकता है। ये प्लाज्मा सांद्रता को नियंत्रित करने में अधिक प्रभावी होते हैं, इसलिए इन्हें स्रोत विद्युत आपूर्ति भी कहा जाता है। 13 मेगाहर्ट्ज आरएफ बिजली की आपूर्ति मध्य में है और आम तौर पर माना जाता है कि इसमें उपरोक्त दोनों कार्य हैं लेकिन ये अपेक्षाकृत कमजोर हैं। ध्यान दें कि यद्यपि प्लाज्मा सांद्रता और ऊर्जा को विभिन्न आवृत्तियों (तथाकथित डिकॉउलिंग प्रभाव) के आरएफ स्रोतों की शक्ति द्वारा एक निश्चित सीमा के भीतर समायोजित किया जा सकता है, कैपेसिटिव कपलिंग की विशेषताओं के कारण, उन्हें पूरी तरह से स्वतंत्र रूप से समायोजित और नियंत्रित नहीं किया जा सकता है।
आयनों के ऊर्जा वितरण का नक़्क़ाशी के विस्तृत प्रदर्शन और उपकरण क्षति पर महत्वपूर्ण प्रभाव पड़ता है, इसलिए आयन ऊर्जा वितरण को अनुकूलित करने के लिए प्रौद्योगिकी का विकास उन्नत नक़्क़ाशी उपकरणों के प्रमुख बिंदुओं में से एक बन गया है। वर्तमान में, जिन तकनीकों का उत्पादन में सफलतापूर्वक उपयोग किया गया है उनमें मल्टी-आरएफ हाइब्रिड ड्राइव, डीसी सुपरपोजिशन, डीसी पल्स बायस के साथ संयुक्त आरएफ, और बायस बिजली आपूर्ति और स्रोत बिजली आपूर्ति के सिंक्रोनस स्पंदित आरएफ आउटपुट शामिल हैं।
सीसीपी नक़्क़ाशी उपकरण प्लाज्मा नक़्क़ाशी उपकरणों के दो सबसे व्यापक रूप से उपयोग किए जाने वाले प्रकारों में से एक है। इसका उपयोग मुख्य रूप से ढांकता हुआ सामग्रियों की नक़्क़ाशी प्रक्रिया में किया जाता है, जैसे कि लॉजिक चिप प्रक्रिया के सामने के चरण में गेट साइडवॉल और हार्ड मास्क नक़्क़ाशी, मध्य चरण में संपर्क छेद नक़्क़ाशी, पीछे के चरण में मोज़ेक और एल्यूमीनियम पैड नक़्क़ाशी, साथ ही 3डी फ्लैश मेमोरी चिप प्रक्रिया में गहरी खाइयों, गहरे छिद्रों और वायरिंग संपर्क छिद्रों की नक्काशी (एक उदाहरण के रूप में सिलिकॉन नाइट्राइड/सिलिकॉन ऑक्साइड संरचना लेते हुए)।
सीसीपी नक़्क़ाशी उपकरण के सामने दो मुख्य चुनौतियाँ और सुधार दिशाएँ हैं। सबसे पहले, अत्यधिक उच्च आयन ऊर्जा के अनुप्रयोग में, उच्च पहलू अनुपात संरचनाओं की नक़्क़ाशी क्षमता (जैसे कि 3 डी फ्लैश मेमोरी के छेद और नाली नक़्क़ाशी के लिए 50: 1 से अधिक अनुपात की आवश्यकता होती है)। आयन ऊर्जा को बढ़ाने के लिए पूर्वाग्रह शक्ति को बढ़ाने की वर्तमान विधि में 10,000 वाट तक की आरएफ बिजली आपूर्ति का उपयोग किया गया है। बड़ी मात्रा में उत्पन्न गर्मी को देखते हुए, प्रतिक्रिया कक्ष की शीतलन और तापमान नियंत्रण तकनीक में लगातार सुधार की आवश्यकता है। दूसरा, नक़्क़ाशी क्षमता की समस्या को मौलिक रूप से हल करने के लिए नई नक़्क़ाशी गैसों के विकास में एक सफलता की आवश्यकता है।
4.6 प्रेरक रूप से युग्मित प्लाज्मा नक़्क़ाशी उपकरण
प्रेरक रूप से युग्मित प्लाज्मा (आईसीपी) नक़्क़ाशी उपकरण एक ऐसा उपकरण है जो एक रेडियो फ्रीक्वेंसी पावर स्रोत की ऊर्जा को एक प्रेरक कुंडल के माध्यम से चुंबकीय क्षेत्र के रूप में एक प्रतिक्रिया कक्ष में जोड़ता है, जिससे नक़्क़ाशी के लिए प्लाज्मा उत्पन्न होता है। इसका नक़्क़ाशी सिद्धांत भी सामान्यीकृत प्रतिक्रियाशील आयन नक़्क़ाशी से संबंधित है।
आईसीपी नक़्क़ाशी उपकरण के लिए दो मुख्य प्रकार के प्लाज़्मा स्रोत डिज़ाइन हैं। एक लैम रिसर्च द्वारा विकसित और उत्पादित ट्रांसफार्मर युग्मित प्लाज्मा (टीसीपी) तकनीक है। इसका प्रारंभ करनेवाला कुंडल प्रतिक्रिया कक्ष के ऊपर ढांकता हुआ खिड़की तल पर रखा गया है। 13.56 मेगाहर्ट्ज आरएफ सिग्नल कॉइल में एक वैकल्पिक चुंबकीय क्षेत्र उत्पन्न करता है जो ढांकता हुआ खिड़की के लंबवत होता है और केंद्र के रूप में कॉइल अक्ष के साथ रेडियल रूप से विचलन करता है।
चुंबकीय क्षेत्र ढांकता हुआ खिड़की के माध्यम से प्रतिक्रिया कक्ष में प्रवेश करता है, और वैकल्पिक चुंबकीय क्षेत्र प्रतिक्रिया कक्ष में ढांकता हुआ खिड़की के समानांतर एक वैकल्पिक विद्युत क्षेत्र उत्पन्न करता है, जिससे नक़्क़ाशी गैस का पृथक्करण होता है और प्लाज्मा उत्पन्न होता है। चूँकि इस सिद्धांत को एक ट्रांसफार्मर के रूप में समझा जा सकता है जिसमें प्राथमिक वाइंडिंग के रूप में एक प्रारंभ करनेवाला कुंडल और द्वितीयक वाइंडिंग के रूप में प्रतिक्रिया कक्ष में प्लाज्मा होता है, आईसीपी नक़्क़ाशी को इसके नाम पर रखा गया है।
टीसीपी प्रौद्योगिकी का मुख्य लाभ यह है कि संरचना को बड़ा करना आसान है। उदाहरण के लिए, 200 मिमी वेफर से 300 मिमी वेफर तक, टीसीपी केवल कॉइल के आकार को बढ़ाकर समान नक़्क़ाशी प्रभाव को बनाए रख सकता है।
एक अन्य प्लाज़्मा स्रोत डिज़ाइन संयुक्त राज्य अमेरिका के एप्लाइड मैटेरियल्स, इंक. द्वारा विकसित और उत्पादित डिकौपल्ड प्लाज़्मा स्रोत (डीपीएस) तकनीक है। इसका प्रारंभ करनेवाला कुंडल एक अर्धगोलाकार ढांकता हुआ खिड़की पर त्रि-आयामी रूप से घाव होता है। प्लाज्मा उत्पन्न करने का सिद्धांत उपरोक्त टीसीपी तकनीक के समान है, लेकिन गैस पृथक्करण दक्षता अपेक्षाकृत अधिक है, जो उच्च प्लाज्मा एकाग्रता प्राप्त करने के लिए अनुकूल है।
चूंकि प्लाज्मा उत्पन्न करने के लिए प्रेरक युग्मन की दक्षता कैपेसिटिव युग्मन की तुलना में अधिक है, और प्लाज्मा मुख्य रूप से ढांकता हुआ खिड़की के नजदीक क्षेत्र में उत्पन्न होता है, इसकी प्लाज्मा एकाग्रता मूल रूप से प्रारंभ करनेवाला से जुड़े स्रोत बिजली आपूर्ति की शक्ति से निर्धारित होती है कुंडल, और वेफर की सतह पर आयन आवरण में आयन ऊर्जा मूल रूप से बायस बिजली आपूर्ति की शक्ति से निर्धारित होती है, इसलिए आयनों की एकाग्रता और ऊर्जा को स्वतंत्र रूप से नियंत्रित किया जा सकता है, जिससे डिकॉउलिंग प्राप्त की जा सकती है।
आईसीपी नक़्क़ाशी उपकरण प्लाज्मा नक़्क़ाशी उपकरणों के दो सबसे व्यापक रूप से उपयोग किए जाने वाले प्रकारों में से एक है। इसका उपयोग मुख्य रूप से सिलिकॉन उथले खाइयों, जर्मेनियम (जीई), पॉलीसिलिकॉन गेट संरचनाओं, धातु गेट संरचनाओं, तनावग्रस्त सिलिकॉन (स्ट्रेन्ड-सी), धातु के तारों, धातु पैड (पैड), मोज़ेक नक़्क़ाशी धातु हार्ड मास्क और कई प्रक्रियाओं की नक़्क़ाशी के लिए किया जाता है। एकाधिक इमेजिंग प्रौद्योगिकी.
इसके अलावा, त्रि-आयामी एकीकृत सर्किट, सीएमओएस छवि सेंसर और माइक्रो-इलेक्ट्रो-मैकेनिकल सिस्टम (एमईएमएस) के उदय के साथ-साथ सिलिकॉन विअस (टीएसवी), बड़े आकार के तिरछे छेद और के अनुप्रयोग में तेजी से वृद्धि हुई है। विभिन्न आकारिकी के साथ गहरी सिलिकॉन नक़्क़ाशी, कई निर्माताओं ने इन अनुप्रयोगों के लिए विशेष रूप से विकसित नक़्क़ाशी उपकरण लॉन्च किए हैं। इसकी विशेषताएं बड़ी नक़्क़ाशी गहराई (दसियों या सैकड़ों माइक्रोन) हैं, इसलिए यह ज्यादातर उच्च गैस प्रवाह, उच्च दबाव और उच्च शक्ति स्थितियों के तहत काम करती है।
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पोस्ट करने का समय: अगस्त-31-2024