सेमीकंडक्टर उद्योग में सूखी नक़्क़ाशी प्रौद्योगिकी को समझना

नक़्क़ाशी डिज़ाइन किए गए संरचनात्मक पैटर्न को प्राप्त करने के लिए भौतिक या रासायनिक साधनों के माध्यम से सामग्री को चुनिंदा रूप से हटाने की तकनीक को संदर्भित करती है।

वर्तमान में, कई अर्धचालक उपकरण मेसा उपकरण संरचनाओं का उपयोग करते हैं, जो मुख्य रूप से दो प्रकार की नक़्क़ाशी के माध्यम से बनाए जाते हैं:गीली नक़्क़ाशी और सूखी नक़्क़ाशी. जबकि सरल और तेज़ गीली नक़्क़ाशी अर्धचालक उपकरण निर्माण में एक महत्वपूर्ण भूमिका निभाती है, इसमें आइसोट्रोपिक नक़्क़ाशी और खराब एकरूपता जैसी अंतर्निहित कमियां हैं, जिसके परिणामस्वरूप छोटे आकार के पैटर्न को स्थानांतरित करते समय सीमित नियंत्रण होता है। हालाँकि, सूखी नक़्क़ाशी, अपनी उच्च अनिसोट्रॉपी, अच्छी एकरूपता और दोहराव के साथ, अर्धचालक उपकरण निर्माण प्रक्रियाओं में प्रमुख बन गई है। शब्द "सूखी नक़्क़ाशी" मोटे तौर पर किसी भी गैर-गीली नक़्क़ाशी तकनीक को संदर्भित करता है जिसका उपयोग सतह सामग्री को हटाने और लेजर नक़्क़ाशी, प्लाज्मा नक़्क़ाशी और रासायनिक वाष्प नक़्क़ाशी सहित सूक्ष्म और नैनो पैटर्न को स्थानांतरित करने के लिए किया जाता है। इस पाठ में चर्चा की गई सूखी नक़्क़ाशी विशेष रूप से भौतिक सतहों को संशोधित करने के लिए प्लाज्मा डिस्चार्ज - भौतिक या रासायनिक - का उपयोग करने वाली प्रक्रियाओं के संकीर्ण अनुप्रयोग से संबंधित है। इसमें कई सामान्य औद्योगिक नक़्क़ाशी प्रौद्योगिकियाँ शामिल हैं, जिनमें शामिल हैंआयन बीम नक़्क़ाशी (आईबीई), प्रतिक्रियाशील आयन नक़्क़ाशी (आरआईई), इलेक्ट्रॉन साइक्लोट्रॉन अनुनाद (ईसीआर) प्लाज्मा नक़्क़ाशी, और प्रेरक युग्मित प्लाज्मा (आईसीपी) नक़्क़ाशी.

1. आयन बीम नक़्क़ाशी (आईबीई)

आयन मिलिंग के रूप में भी जाना जाता है, आईबीई 1970 के दशक में एक विशुद्ध रूप से भौतिक नक़्क़ाशी विधि के रूप में विकसित हुआ। इस प्रक्रिया में अक्रिय गैसों (जैसे Ar, Xe) से निर्मित आयन किरणें शामिल होती हैं जो लक्ष्य सामग्री की सतह पर बमबारी करने के लिए वोल्टेज द्वारा त्वरित होती हैं। आयन ऊर्जा को सतह के परमाणुओं में स्थानांतरित करते हैं, जिससे उनकी बाध्यकारी ऊर्जा से अधिक ऊर्जा वाले आयन दूर चले जाते हैं। यह तकनीक आयन बीम की दिशा और ऊर्जा को नियंत्रित करने के लिए त्वरित वोल्टेज का उपयोग करती है, जिसके परिणामस्वरूप उत्कृष्ट ईच एनिसोट्रॉपी और दर नियंत्रण क्षमता प्राप्त होती है। हालांकि यह सिरेमिक और कुछ धातुओं जैसे रासायनिक रूप से स्थिर सामग्रियों की नक्काशी के लिए आदर्श है, गहरी नक्काशी के लिए मोटे मास्क की आवश्यकता नक़्क़ाशी की सटीकता से समझौता कर सकती है, और उच्च-ऊर्जा आयन बमबारी से जाली व्यवधानों के कारण अपरिहार्य विद्युत क्षति हो सकती है।

2. प्रतिक्रियाशील आयन नक़्क़ाशी (आरआईई)

IBE से विकसित, RIE भौतिक आयन बमबारी के साथ रासायनिक प्रतिक्रियाओं को जोड़ती है। आईबीई की तुलना में, आरआईई उच्च नक़्क़ाशी दर और बड़े क्षेत्रों में उत्कृष्ट अनिसोट्रॉपी और एकरूपता प्रदान करता है, जो इसे सूक्ष्म और नैनो निर्माण में सबसे व्यापक रूप से उपयोग की जाने वाली नक़्क़ाशी तकनीकों में से एक बनाता है। इस प्रक्रिया में समानांतर प्लेट इलेक्ट्रोड पर रेडियो फ्रीक्वेंसी (आरएफ) वोल्टेज लागू करना शामिल है, जिससे कक्ष में इलेक्ट्रॉन प्रतिक्रिया गैसों को तेज और आयनित करते हैं, जिससे प्लेटों के एक तरफ एक स्थिर प्लाज्मा स्थिति बन जाती है। इलेक्ट्रॉनों के कैथोड की ओर आकर्षित होने और एनोड पर जमी होने के कारण प्लाज्मा में सकारात्मक क्षमता होती है, जिससे पूरे कक्ष में एक विद्युत क्षेत्र बनता है। सकारात्मक रूप से चार्ज किया गया प्लाज्मा कैथोड-लिंक्ड सब्सट्रेट की ओर तेजी से बढ़ता है, इसे प्रभावी ढंग से खोदता है।

नक़्क़ाशी प्रक्रिया के दौरान, कक्ष कम दबाव वाले वातावरण (0.1 ~ 10 Pa) को बनाए रखता है, जो प्रतिक्रिया गैसों की आयनीकरण दर को बढ़ाता है और सब्सट्रेट सतह पर रासायनिक प्रतिक्रिया प्रक्रिया को तेज करता है। आम तौर पर, आरआईई प्रक्रिया के लिए प्रतिक्रिया उप-उत्पादों को वैक्यूम सिस्टम द्वारा कुशलतापूर्वक हटाने की आवश्यकता होती है, जिससे उच्च नक़्क़ाशी परिशुद्धता सुनिश्चित होती है। आरएफ पावर स्तर सीधे प्लाज्मा घनत्व और त्वरण पूर्वाग्रह वोल्टेज को निर्धारित करता है, जिससे नक़्क़ाशी दर नियंत्रित होती है। हालाँकि, प्लाज्मा घनत्व को बढ़ाने के दौरान, RIE पूर्वाग्रह वोल्टेज को भी बढ़ाता है, जिससे जाली क्षति हो सकती है और मास्क की चयनात्मकता कम हो सकती है, इस प्रकार नक़्क़ाशी अनुप्रयोगों के लिए सीमाएं उत्पन्न हो सकती हैं। बड़े पैमाने पर एकीकृत सर्किट के तेजी से विकास और ट्रांजिस्टर के घटते आकार के साथ, सूक्ष्म और नैनो निर्माण में परिशुद्धता और पहलू अनुपात की अधिक मांग हुई है, जिससे उच्च-घनत्व प्लाज्मा-आधारित सूखी नक़्क़ाशी प्रौद्योगिकियों का आगमन हुआ है, जो प्रदान करते हैं इलेक्ट्रॉनिक सूचना प्रौद्योगिकी की प्रगति के लिए नए अवसर।

3. इलेक्ट्रॉन साइक्लोट्रॉन अनुनाद (ईसीआर) प्लाज्मा नक़्क़ाशी

ईसीआर तकनीक, उच्च-घनत्व प्लाज्मा प्राप्त करने की एक प्रारंभिक विधि, कक्ष के भीतर इलेक्ट्रॉनों के साथ प्रतिध्वनि करने के लिए माइक्रोवेव ऊर्जा का उपयोग करती है, जिसे इलेक्ट्रॉन साइक्लोट्रॉन प्रतिध्वनि को प्रेरित करने के लिए बाहरी रूप से लागू, आवृत्ति-मिलान चुंबकीय क्षेत्र द्वारा बढ़ाया जाता है। यह विधि आरआईई की तुलना में काफी अधिक प्लाज्मा घनत्व प्राप्त करती है, नक़्क़ाशी दर और मुखौटा चयनात्मकता को बढ़ाती है, जिससे अल्ट्रा-उच्च पहलू अनुपात संरचनाओं की नक़्क़ाशी की सुविधा मिलती है। हालाँकि, सिस्टम की जटिलता, जो माइक्रोवेव स्रोतों, आरएफ स्रोतों और चुंबकीय क्षेत्रों के समन्वित कार्य पर निर्भर करती है, परिचालन संबंधी चुनौतियाँ पैदा करती है। ईसीआर पर सरलीकरण के रूप में जल्द ही इंडक्टिवली कपल्ड प्लाज़्मा (आईसीपी) नक़्क़ाशी का उद्भव हुआ।

4. आगमनात्मक रूप से युग्मित प्लाज्मा (आईसीपी) नक़्क़ाशी

आईसीपी नक़्क़ाशी तकनीक प्लाज्मा पीढ़ी और त्वरण पूर्वाग्रह वोल्टेज दोनों को नियंत्रित करने के लिए दो 13.56 मेगाहर्ट्ज आरएफ स्रोतों का उपयोग करके ईसीआर तकनीक पर आधारित प्रणाली को सरल बनाती है। ईसीआर में उपयोग किए जाने वाले बाहरी चुंबकीय क्षेत्र के बजाय, एक सर्पिल कुंडल एक वैकल्पिक विद्युत चुम्बकीय क्षेत्र को प्रेरित करता है, जैसा कि योजनाबद्ध में दिखाया गया है। आरएफ स्रोत विद्युत चुम्बकीय युग्मन के माध्यम से ऊर्जा को आंतरिक इलेक्ट्रॉनों में स्थानांतरित करते हैं, जो प्रेरित क्षेत्र के भीतर साइक्लोट्रॉन गति में चलते हैं, प्रतिक्रिया गैसों से टकराकर आयनीकरण का कारण बनते हैं। यह सेटअप ईसीआर के बराबर प्लाज्मा घनत्व प्राप्त करता है। आईसीपी नक़्क़ाशी विभिन्न नक़्क़ाशी प्रणालियों के फायदों को जोड़ती है, उच्च नक़्क़ाशी दर, उच्च चयनात्मकता, बड़े क्षेत्र की एकरूपता और सरल, नियंत्रणीय उपकरण संरचना की जरूरतों को पूरा करती है, इस प्रकार तेजी से उच्च घनत्व प्लाज्मा नक़्क़ाशी प्रौद्योगिकियों की नई पीढ़ी के लिए पसंदीदा विकल्प बन जाती है। .

5. सूखी नक़्क़ाशी के लक्षण

सूखी नक़्क़ाशी तकनीक ने अपनी बेहतर अनिसोट्रॉपी और उच्च नक़्क़ाशी दरों के कारण गीली नक़्क़ाशी की जगह लेते हुए तेजी से सूक्ष्म और नैनोफैब्रिकेशन में प्रमुख स्थान ले लिया है। अच्छी सूखी नक़्क़ाशी तकनीक के मूल्यांकन के मानदंडों में मुखौटा चयनात्मकता, अनिसोट्रॉपी, नक़्क़ाशी दर, समग्र एकरूपता और जाली क्षति से सतह की चिकनाई शामिल है। कई मूल्यांकन मानदंडों के साथ, निर्माण आवश्यकताओं के आधार पर विशिष्ट स्थिति पर विचार किया जाना चाहिए। शुष्क नक़्क़ाशी के सबसे प्रत्यक्ष संकेतक सतह की आकृति विज्ञान हैं, जिसमें नक़्क़ाशीदार फर्श और साइडवॉल की समतलता और नक़्क़ाशीदार छतों की अनिसोट्रॉपी शामिल है, जिसे भौतिक बमबारी के लिए रासायनिक प्रतिक्रियाओं के अनुपात को समायोजित करके नियंत्रित किया जा सकता है। नक़्क़ाशी के बाद सूक्ष्म लक्षण वर्णन आमतौर पर स्कैनिंग इलेक्ट्रॉन माइक्रोस्कोपी और परमाणु बल माइक्रोस्कोपी का उपयोग करके किया जाता है। मास्क चयनात्मकता, जो समान नक़्क़ाशी की स्थिति और समय के तहत मास्क की नक़्क़ाशी की गहराई और सामग्री की गहराई का अनुपात है, महत्वपूर्ण है। आम तौर पर, चयनात्मकता जितनी अधिक होगी, पैटर्न स्थानांतरण की सटीकता उतनी ही बेहतर होगी। आईसीपी नक़्क़ाशी में उपयोग किए जाने वाले सामान्य मास्क में फोटोरेसिस्ट, धातु और ढांकता हुआ फिल्में शामिल हैं। फोटोरेसिस्ट में खराब चयनात्मकता होती है और यह उच्च तापमान या ऊर्जावान बमबारी के तहत ख़राब हो सकता है; धातुएँ उच्च चयनात्मकता प्रदान करती हैं लेकिन मास्क हटाने में चुनौतियाँ पैदा करती हैं और अक्सर मल्टी-लेयर मास्किंग तकनीकों की आवश्यकता होती है। इसके अतिरिक्त, धातु के मुखौटे नक़्क़ाशी के दौरान साइडवॉल से चिपक सकते हैं, जिससे रिसाव के रास्ते बन सकते हैं। इसलिए, नक़्क़ाशी के लिए उपयुक्त मुखौटा तकनीक का चयन विशेष रूप से महत्वपूर्ण है, और उपकरणों की विशिष्ट प्रदर्शन आवश्यकताओं के आधार पर मुखौटा सामग्री का चयन निर्धारित किया जाना चाहिए।**