नक़्क़ाशी और नक़्क़ाशीदार आकृति विज्ञान

सेमीकंडक्टर चिप निर्माण प्रक्रिया में, हम चावल के दाने पर एक गगनचुंबी इमारत के निर्माण की तरह हैं। लिथोग्राफी मशीन एक शहर योजनाकार की तरह है, जो वेफर पर इमारत का खाका खींचने के लिए "प्रकाश" का उपयोग करती है; जबकि नक़्क़ाशी सटीक उपकरणों के साथ एक मूर्तिकार की तरह है, जो ब्लूप्रिंट के अनुसार चैनलों, छेदों और रेखाओं को सटीक रूप से तराशने के लिए जिम्मेदार है। यदि आप इन "चैनलों" के क्रॉस-सेक्शन को ध्यान से देखें, तो आप पाएंगे कि उनकी आकृतियाँ एक समान नहीं हैं; कुछ समलम्बाकार (ऊपर चौड़े और नीचे संकरे) हैं, जबकि अन्य पूर्ण आयताकार (ऊर्ध्वाधर पार्श्व दीवारें) हैं। ये आकृतियाँ मनमानी नहीं हैं; उनके पीछे भौतिक और रासायनिक सिद्धांतों की एक जटिल परस्पर क्रिया है, जो सीधे चिप के प्रदर्शन को निर्धारित करती है।

I. नक़्क़ाशी के मूल सिद्धांत: भौतिक और रासायनिक प्रभावों का संयोजन

नक़्क़ाशी, सीधे शब्दों में कहें तो, फोटोरेसिस्ट द्वारा संरक्षित नहीं की गई सामग्री का चयनात्मक निष्कासन है। इसे मुख्य रूप से दो श्रेणियों में बांटा गया है:

1. गीली नक़्क़ाशी: नक़्क़ाशी के लिए रासायनिक विलायक (जैसे एसिड और क्षार) का उपयोग करता है। यह अनिवार्य रूप से एक विशुद्ध रूप से रासायनिक प्रतिक्रिया है, और नक़्क़ाशी की दिशा आइसोट्रोपिक है - अर्थात, यह सभी दिशाओं (सामने, पीछे, बाएँ, दाएँ, ऊपर, नीचे) में समान दर से आगे बढ़ती है।

2. सूखी नक़्क़ाशी (प्लाज्मा नक़्क़ाशी): यह आज की मुख्यधारा की तकनीक है। एक निर्वात कक्ष में, प्रक्रिया गैसों (जैसे कि फ्लोरीन या क्लोरीन युक्त गैसें) को पेश किया जाता है, और रेडियो फ्रीक्वेंसी बिजली आपूर्ति द्वारा प्लाज्मा उत्पन्न किया जाता है। प्लाज्मा में उच्च-ऊर्जा आयन और सक्रिय मुक्त कण होते हैं, जो नक्काशीदार सतह पर एक साथ काम करते हैं।

सूखी नक़्क़ाशी सटीक रूप से विभिन्न आकृतियाँ बना सकती है क्योंकि यह लचीले ढंग से "भौतिक हमले" और "रासायनिक हमले" को जोड़ सकती है:

रासायनिक संरचना: सक्रिय मुक्त कणों के लिए जिम्मेदार। वे वेफर सतह सामग्री के साथ रासायनिक रूप से प्रतिक्रिया करते हैं, जिससे अस्थिर उत्पाद उत्पन्न होते हैं जिन्हें फिर हटा दिया जाता है। यह हमला आइसोट्रोपिक है, जो इसे "निचोड़ने" और पार्श्व रूप से खोदने की अनुमति देता है, जिससे आसानी से ट्रैपेज़ॉइडल आकार बनते हैं।

भौतिक संरचना: धनात्मक रूप से आवेशित उच्च-ऊर्जा आयन, विद्युत क्षेत्र द्वारा त्वरित होकर, वेफर सतह पर लंबवत रूप से बमबारी करते हैं। किसी सतह पर सैंडब्लास्टिंग के समान, यह "आयन बमबारी" अनिसोट्रोपिक है, मुख्य रूप से लंबवत नीचे की ओर, और साइडवॉल को "सीधी-रेखा" से उकेर सकती है।

द्वितीय. दो क्लासिक प्रोफाइलों को समझना: ट्रैपेज़ॉइड्स और आयताकार प्रोफाइल का जन्म

1. ट्रेपेज़ॉइड (पतला प्रोफ़ाइल) - मुख्य रूप से रासायनिक हमला

गठन सिद्धांत: जब रासायनिक नक़्क़ाशी प्रक्रिया पर हावी हो जाती है, जबकि भौतिक बमबारी कमज़ोर होती है, तो निम्नलिखित होता है: नक़्क़ाशी न केवल नीचे की ओर बढ़ती है, बल्कि बाद में फोटोरेसिस्ट मास्क और उजागर साइडवॉल के नीचे के क्षेत्र को भी संक्षारित करती है। इससे संरक्षित मास्क के नीचे की सामग्री धीरे-धीरे "खोखली" हो जाती है, जिससे एक ढलानदार साइडवॉल बन जाती है जो शीर्ष पर चौड़ी होती है और नीचे की ओर संकरी होती है, यानी, एक ट्रेपेज़ॉइड।

अच्छा कदम कवरेज: बाद की पतली फिल्म जमाव प्रक्रियाओं में, ट्रेपेज़ॉइड की ढलान वाली संरचना सामग्री (जैसे धातु) को समान रूप से कवर करना आसान बनाती है, जिससे खड़ी कोनों पर फ्रैक्चर से बचा जा सकता है।

तनाव कम: ढलान वाली संरचना तनाव को बेहतर ढंग से दूर करती है, जिससे डिवाइस की विश्वसनीयता में सुधार होता है।

उच्च प्रक्रिया सहनशीलता: कार्यान्वयन में अपेक्षाकृत आसान।

2. आयताकार (ऊर्ध्वाधर प्रोफ़ाइल) - मुख्य रूप से शारीरिक हमला

गठन सिद्धांत: जब भौतिक आयन बमबारी प्रक्रिया पर हावी हो जाती है, और रासायनिक संरचना को सावधानीपूर्वक नियंत्रित किया जाता है, तो एक आयताकार प्रोफ़ाइल बनती है। उच्च-ऊर्जा आयन, अनगिनत छोटे प्रोजेक्टाइल की तरह, वेफर सतह पर लगभग लंबवत रूप से बमबारी करते हैं, जिससे अत्यधिक उच्च ऊर्ध्वाधर नक़्क़ाशी दर प्राप्त होती है। इसके साथ ही, आयन बमबारी फुटपाथों पर एक "निष्क्रिय परत" बनाती है (उदाहरण के लिए, उपोत्पादों को खोदने से बनती है); यह सुरक्षात्मक फिल्म रासायनिक मुक्त कणों से होने वाले पार्श्व क्षरण का प्रभावी ढंग से प्रतिरोध करती है। अंततः, नक़्क़ाशी केवल लंबवत रूप से नीचे की ओर बढ़ सकती है, जिससे लगभग 90-डिग्री साइडवॉल के साथ एक आयताकार संरचना तैयार होती है।

उन्नत विनिर्माण प्रक्रियाओं में, ट्रांजिस्टर का घनत्व बहुत अधिक होता है, और जगह बेहद कीमती होती है।

उच्चतम निष्ठा: यह फोटोलिथोग्राफ़िक ब्लूप्रिंट के साथ अधिकतम स्थिरता बनाए रखता है, जिससे डिवाइस के सटीक महत्वपूर्ण आयाम (सीडी) सुनिश्चित होते हैं।

क्षेत्र बचाता है: लंबवत संरचनाएं उपकरणों को न्यूनतम पदचिह्न में निर्मित करने की अनुमति देती हैं, जो चिप लघुकरण की कुंजी है।

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