ในบทความก่อนหน้านี้ เราได้แนะนำกระบวนการโฟโตลิโธกราฟี ซึ่งใช้โฟโตมาสก์เพื่อฉายรูปแบบวงจรที่ออกแบบไว้บนพื้นผิวของแผ่นเวเฟอร์ที่เคลือบด้วยโฟโตรีซิสต์ ขั้นตอนต่อไปคือดำเนินการกระบวนการกัดบนแผ่นเวเฟอร์เพื่อกำจัดวัสดุที่ไม่ต้องการออกและคงไว้เฉพาะรูปแบบที่ต้องการเท่านั้น

การแกะสลัก: รูปแบบศิลปะในสิทธิของตนเอง

เมื่อคุณอยู่ในชั้นเรียนศิลปะ คุณอาจสร้าง "ภาพพิมพ์" ซึ่งเป็นงานศิลปะประเภทหนึ่งที่สร้างขึ้นโดยการวาดภาพรูปทรงบนพื้นผิวไม้ โลหะ หรือหิน จากนั้นใช้หมึกหรือสีแล้วกดลงบนกระดาษหรือผ้า กระบวนการกัดเซมิคอนดักเตอร์มีหลักการเดียวกันกับเทคนิคการพิมพ์นี้

ในการผลิตภาพพิมพ์ วัสดุป้องกันการกัดกร่อนจะถูกนำไปใช้กับแผ่นโลหะ และการออกแบบที่ต้องการจะถูกแกะสลักลงในแผ่นโดยใช้เครื่องมือที่แหลมคม จากนั้นจานจะถูกจุ่มลงในวัสดุที่มีฤทธิ์กัดกร่อน เช่น กรดไนตริก และควบคุมระดับการกัดกร่อนเพื่อให้ได้รูปแบบที่ต้องการ

ในทำนองเดียวกัน ในการผลิตเซมิคอนดักเตอร์ กระบวนการแกะสลักจะใช้สารกัดกร่อนของเหลวหรือก๊าซเพื่อคัดเลือกวัสดุที่ไม่ต้องการออก จนกว่ารูปแบบวงจรที่ต้องการจะเหลืออยู่บนพื้นผิวของแผ่นเวเฟอร์ วัสดุในพื้นที่ที่ไม่มีสารต้านทานแสงจะถูกกำจัดออกโดยเครื่องแกะสลักเพื่อสร้างรูปแบบวงจรบนแผ่นเวเฟอร์ หลังจากกระบวนการกัดกรดเสร็จสมบูรณ์แล้ว ตัวต้านทานแสงจะถูกเอาออก ขั้นตอนเหล่านี้จำเป็นต้องทำซ้ำหลายครั้งในเลเยอร์ต่างๆ

การกัดแบบแห้งที่ใช้ในกระบวนการกัดสามารถแบ่งได้เป็น 2 ประเภทคือ การกัดแบบแห้งและการกัดแบบเปียกขึ้นอยู่กับวัสดุที่ใช้ การกัดแบบแห้งจะคัดเลือกวัสดุที่ไม่ต้องการออกโดยใช้ก๊าซและไอออนที่เกิดปฏิกิริยา ในขณะที่การกัดแบบเปียกจะใช้สารละลายเคมี

เมื่อเปรียบเทียบกับการกัดแบบเปียก การกัดแบบแห้งมีต้นทุนสูงกว่าและซับซ้อนกว่า อย่างไรก็ตาม ด้วยความก้าวหน้าของเทคโนโลยีเซมิคอนดักเตอร์ระดับนาโน วงจรจึงมีความซับซ้อนมากขึ้น ดังนั้นการกัดแบบแห้งจึงถูกนำมาใช้อย่างกว้างขวางกว่าและให้ผลผลิตสูงกว่า (หมายถึงเปอร์เซ็นต์ของผลิตภัณฑ์สำเร็จรูป)

การกัดแบบแห้งหรือที่เรียกว่าการกัดด้วยพลาสมา ใช้เพื่อกำจัดวัสดุซับสเตรตที่ไม่จำเป็น
พลาสมาถูกสร้างขึ้นโดยการฉีดก๊าซเข้าไปในห้องสุญญากาศที่ความดันต่ำกว่าความดันบรรยากาศ จากนั้นจึงจ่ายพลังงานไฟฟ้า พลาสมาเป็นสถานะของสสาร (คล้ายกับของแข็ง ของเหลว และก๊าซ) ประกอบด้วยอิเล็กตรอนอิสระ ไอออน และอนุภาคที่เป็นกลางหรือก๊าซไอออไนซ์จำนวนมาก เมื่อสารถูกแตกตัวเป็นไอออน หมายความว่านิวตรอนหรือโมเลกุลได้เปลี่ยนสถานะประจุโดยการสูญเสียหรือได้รับอิเล็กตรอน

เมื่อสนามแม่เหล็กแรงเพียงพอที่เกิดจากพลังงานไฟฟ้าถูกนำไปใช้กับก๊าซ ทำให้โมเลกุลของก๊าซชนกันและแตกตัวเป็นไอออน พลาสมาจะถูกสร้างขึ้น กล่าวอีกนัยหนึ่ง อิเล็กตรอนอิสระจะถูกเร่งโดยสนามแม่เหล็ก และอิเล็กตรอนพลังงานสูงที่ตามมาจะชนกับนิวตรอนหรือโมเลกุล ทำให้เกิดไอออน

น้ำตกไอออไนซ์นี้เรียกว่าปรากฏการณ์หิมะถล่ม ส่งผลให้จำนวนไอออนเพิ่มขึ้นแบบทวีคูณ นี่คือสิ่งที่เราเรียกว่า "สถานะพลาสมา" อะตอมของอนุมูลอิสระแยกตัวออกจากสถานะพลาสมาและระเหยออกจากพื้นผิวเวเฟอร์ ดังนั้นจึงขจัดวัสดุพื้นผิวที่ก่อนหน้านี้ไม่ได้รับการปกป้องจากการเคลือบโฟโตรีซิสต์

มีหลายประเด็นที่ควรทราบในกระบวนการกัดแบบแห้ง

ประการแรกความสม่ำเสมอ ความสม่ำเสมอบ่งบอกถึงความสม่ำเสมอของอัตราการแกะสลักบนพื้นผิวเวเฟอร์ทั้งหมด หากอัตราการกัดเซาะไม่สอดคล้องกันในพื้นที่ต่างๆ ของเวเฟอร์ ความลึกของการกัดจะแตกต่างกันไป ซึ่งอาจส่งผลให้ชิปเสียหายได้

ประการที่สอง อัตราการจำหลัก หมายถึงปริมาณวัสดุพื้นผิวที่ถูกดึงออกในช่วงเวลาที่กำหนด อัตราการกัดกรดอาจแตกต่างกันไปขึ้นอยู่กับจำนวนของอะตอมและไอออนที่เกิดปฏิกิริยา เช่นเดียวกับพลังงานที่ไอออนพาไปซึ่งทำให้เกิดปฏิกิริยาที่พื้นผิว กล่าวอีกนัยหนึ่ง เราจำเป็นต้องควบคุมปัจจัยเหล่านี้อย่างเคร่งครัดเพื่อปรับปรุงผลผลิตโดยรวม

นอกจากนี้ การเลือก (อัตราส่วนของอัตราการกัดของวัสดุเป้าหมายต่ออัตราการกัดของวัสดุอื่นๆ) และโปรไฟล์การกัดก็ถือเป็นปัจจัยสำคัญในการกัดแบบแห้งเช่นกัน

ตอนนี้คุณมีความเข้าใจที่ดีขึ้นเกี่ยวกับกระบวนการแกะสลักเพื่อสร้างรูปแบบวงจรเซมิคอนดักเตอร์แล้ว เซมิคอนดักเตอร์เป็นตัวอย่างที่ดีของเทคโนโลยีวงจรรวม ที่ผลิตขึ้นโดยการสะสมวัสดุที่ต้องการซ้ำๆ ลงบนพื้นผิวซิลิกอน การใช้ชั้นป้องกัน และการเลือกกัดชิ้นส่วนที่ไม่จำเป็น กระบวนการทั้งหมดดำเนินการโดยใช้เครื่องมือที่ออกแบบมาโดยคำนึงถึงความปลอดภัย

ในบทความถัดไป เราจะแนะนำกระบวนการสะสมและการฝังไอออน ซึ่งให้คุณสมบัติทางไฟฟ้าแก่เวเฟอร์ผ่านเทคนิคเหล่านี้