प्लाज्मा निक्षारण
प्लाज्मा निक्षारण प्लाज्मा प्रसंस्करण का ऐसा रूप है जिसका उपयोग एकीकृत परिपथ को बनाने के लिए किया जाता है। इसमें मुख्य रूप से उपयुक्त होने वाली गैस मिश्रण के प्रकाश निर्वहन (प्लाज्मा (भौतिकी)) की उच्च गति वाली धारा सम्मिलित की जाती है, जिसे किसी प्रमाण में पल्सेस के द्वारा शूट किया जाता है। इस प्रकार प्लाज्मा का स्रोत, जिसे निक्षारण प्रजाति के रूप में जाना जाता है, या तो आवेशित (आयन) या तटस्थ (परमाणु और रसायन विज्ञान) हो सकता है। इस प्रक्रिया के समय प्लाज्मा निक्षारण सामग्री के लिए तत्वों और प्लाज्मा द्वारा उत्पन्न प्रतिक्रियाशील प्रजातियों के बीच रासायनिक प्रतिक्रियाओं से कमरे के तापमान पर वाष्पशील निक्षारण उत्पाद उत्पन्न करता है। अंततः शॉट तत्व के परमाणु स्वयं को लक्ष्य की सतह पर या उसके ठीक नीचे संयोजित कर देते हैं, इस प्रकार इसके लक्ष्य के लिए इसके भौतिक गुणों को संशोधित किया जाता हैं।[1]
तंत्र
प्लाज्मा पीढ़ी
प्लाज्मा की उच्च ऊर्जावान स्थिति है जिसमें बहुत सारी प्रक्रियाएँ हो सकती हैं। ये प्रक्रियाएं इलेक्ट्रॉनों और परमाणुओं के कारण होती हैं। प्लाज्मा बनाने के लिए इलेक्ट्रॉनों को ऊर्जा प्राप्त करने के लिए त्वरित करना पड़ता है। अत्यधिक ऊर्जावान इलेक्ट्रॉन के संघट्ट द्वारा ऊर्जा को परमाणुओं में स्थानांतरित करते हैं। इस टकराव के कारण तीन अलग-अलग प्रक्रियाएँ हो सकती हैं:[2][3]
प्लाज्मा में विभिन्न प्रजातियां सम्मिलित होती हैं जैसे इलेक्ट्रॉन, आयन, रेडिकल और उदासीन कण इत्यादि। ऐसी प्रजातियां क्रमशः एक दूसरे से संयोजन करती हैं। प्लाज्मा निक्षारण को दो मुख्य प्रकार की संयोजन में विभाजित किया जा सकता है:[4]
- रासायनिक प्रजातियों की पीढ़ी
- आसपास की सतहों के साथ बातचीत
प्लाज्मा के बिना ये सभी प्रक्रियाएं उच्च तापमान पर होती हैं। प्लाज्मा रसायन को परिवर्तित करने और विभिन्न प्रकार के प्लाज्मा निक्षारण या प्लाज्मा एकीकरण को प्राप्त करने के विभिन्न विधियाँ उपलब्ध हैं। इस प्रकार 13.56 मेगाहर्ट्ज के शक्ति स्रोत के आरएफ उत्तेजना का उपयोग करके प्लाज्मा बनाने की उत्तेजित विधियों में से प्रमुख है।
ऑपरेटिंग दबाव में होने वाले परिवर्तन के कारण प्लाज्मा प्रणाली के संचालन की विधि परिवर्तित कर दी जाती हैं। इसके अतिरिक्त यह प्रतिक्रिया विभिन्न कक्षों की विभिन्न संरचनाओं के लिए अलग रहती है। इसकी सरलतम स्थिति में, इलेक्ट्रोड निक्षारण सममित रहता है, और प्रमाण क्षेत्रीय इलेक्ट्रोड पर रखा जाता है।
प्रक्रिया पर प्रभाव
सफल जटिल निक्षारण प्रक्रियाओं को विकसित करने की कुंजी उपयुक्त गैस निक्षारण रसायन का पता लगाना है जो सूची 1 में दिखाए गए प्रारूप के अनुसार निक्षारण की जाने वाली सामग्री के साथ वाष्पशील उत्पाद बनाती हैं।[3] यह कुछ कठिन सामग्रियों (जैसे चुंबकीय सामग्री) के लिए, वेफर तापमान बढ़ाने पर अस्थिरता प्राप्त करती है। प्लाज्मा प्रक्रिया को प्रभावित करने वाले मुख्य कारक इस प्रकार हैं:[2][3][5]
- इलेक्ट्रॉन स्रोत
- दबाव
- गैस प्रजाति
- रिक्ति
सतह की पारस्परिक क्रिया
उत्पादों की प्रतिक्रिया रासायनिक यौगिकों के रूप में प्रतिक्रिया करने वाले असमान परमाणुओं, फोटॉनों या कणों की संभावना पर निर्भर करती है। इस प्रकार सतह का तापमान भी उत्पादों की प्रतिक्रिया को प्रभावित करता है। इस प्रकार इसे ग्रहण तब किया जा सकता है जब कोई पदार्थ किसी घनत्व की परत में उसकी सतह तक पहुंचने में सक्षम होती है, इसकी मोटाई सामान्यतः एक पतली, ऑक्सीकृत परत के रूप में होती है। इस प्रकार वाष्पशील उत्पाद प्लाज्मा चरण में पृथक हो जाते हैं और प्लाज्मा निक्षारण प्रक्रिया में सहयोग करते हैं क्योंकि ये इसके सामग्री प्रमाण के साथ संपर्क करती है। दीवारों के लिए यदि उत्पाद अस्थिर नहीं होता हैं, तो सामग्री की सतह पर पतली फिल्म बन जाती हैं। इस प्रकार प्लाज्मा निक्षारण के लिए प्रमाण की क्षमता को प्रभावित करने वाले विभिन्न सिद्धांत इस प्रकार हैं:[3][6]
- अस्थिरता (रसायन विज्ञान)
- ग्रहण करने की क्षमता
- रासायनिक बंधुता
- आयन-बमबारी
- स्पटरिंग
प्लाज्मा निक्षारण सतह संपर्क कोणों को परवर्तित कर सकती है, जैसे हाइड्रोफिलिक से हाइड्रोफोबिक या इसके विपरीत रखा जाता हैं। आर्गन प्लाज्मा निक्षारण में प्राप्त होने वाले संपर्क कोण को 52 डिग्री से 68 डिग्री तक बढ़ाने की सूचना दी जाती है,[7] इस प्रकार हड्डी की प्लेट के लिए उपयोग होने वाले सीएफआरपी कंपोजिट के लिए संपर्क कोण को 52 डिग्री से घटाकर 19 डिग्री करने के लिए ऑक्सीजन प्लाज्मा का निक्षारण किया जाता हैं। इस प्रकार प्लाज्मा निक्षारण के बारे में बताया गया है कि धातुओं के लिए सतह के खुरदरेपन को सैकड़ों नैनोमीटर से घटाकर 3 एनएम तक कम किया जा सकता है।[8]
प्रकार
किसी प्रकार के दबाव के लिए प्लाज्मा निक्षारण प्रक्रिया को प्रभावित करता है। प्लाज्मा निक्षारण होने के लिए कक्ष को 100 पास्कल से कम दबाव में होना चाहिए। कम दबाव वाले प्लाज्मा को उत्पन्न करने के लिए, गैस को आयनित करना पड़ता है। आयनीकरण प्रकाशीय आवेश द्वारा प्रकट होता है। इन्हें उत्तेजित बाहरी स्रोत द्वारा प्रकट किया जाता हैं, जो 30 किलोवाट तक और 50 हर्टज़ (डीसी) से 5–10 हर्टज़ (स्पंदित डीसी) से अधिक आवृत्तियों को रेडियो और माइक्रोवेव आवृत्तियों (मेगाहर्टज़-गीगाहर्टज़) तक वितरित कर सकता है।[2][9]
माइक्रोवेव प्लाज्मा निक्षारण
माइक्रोवेव निक्षारण माइक्रोवेव आवृत्ति में उत्तेजना स्रोतों के साथ होती है, इसलिए इसे मेगाहर्ट्ज और गीगाहर्ट्ज के बीच रखा जाता हैं। प्लाज्मा निक्षारण का प्रमुख उदाहरण इस प्रकार दिखाया गया है।[10]
हाइड्रोजन प्लाज्मा निक्षारण
प्लाज्मा निक्षारण के रूप में गैस का उपयोग करने के इस रूप को हाइड्रोजन प्लाज्मा निक्षारण कहते हैं। इसलिए इस प्रकार के प्रायोगिक उपकरण का उपयोग किया जा सकता है:[5]
प्लाज्मा एचर
कोई प्लाज़्मा एचर, या निक्षारण उपकरण के अर्धचालक उपकरणों के उत्पादन में उपयोग किया जाने वाला उपकरण है। प्लाज़्मा एचर मुख्य रूप से एक प्रक्रिया गैस से एक प्लाज्मा (भौतिकी) का उत्पादन करता है, सामान्यतः उच्च आवृत्ति वाले विद्युत क्षेत्र, सामान्यतः आईएसएम बैंड या 13.56 मेगाहर्ट्ज का उपयोग करके ऑक्सीजन या फ्लोरीन-असर वाली गैस का उत्पादन करता हैं। प्लाज्मा एचर में एक सिलिकॉन बिस्किट रखा जाता है, और निर्वात पंपों की प्रणाली का उपयोग करके हवा को प्रक्रिया कक्ष से निकाला दिया जाता है। फिर इस प्रक्रिया गैस को कम दबाव में प्रस्तुत किया जाता है, और ढंके हुए ब्रेकडाउन के माध्यम से यह प्लाज्मा में उत्तेजित होता है।
प्लाज्मा प्रसूती
औद्योगिक प्लाज्मा निक्षारण अधिकांशतः दोहराए जाने योग्य निक्षारण दर और सटीक स्थानिक वितरण को सक्षम करने के लिए प्लाज्मा प्रसूती [[radio frequency|RF]] प्लाज़्मा की सुविधा दी जाती हैं।[11] प्लास्मा को सीमित करने की एक विधि डेबी शीथ के गुणों का उपयोग करती है, जो अन्य तरल पदार्थों में द्विपरत (प्लाज्मा) के समान प्लास्मा में निकट रहने वाली सतह के लिए परत है। उदाहरण के लिए यदि स्लॉटेड क्वार्ट्ज भाग पर डेबी शीथ की लंबाई स्लॉट की चौड़ाई से कम से कम आधी रहती हैं, तो शीथ स्लॉट को बंद कर देगी और प्लाज्मा को सीमित कर देगी, जबकि अभी भी अपरिवर्तित कणों को स्लॉट से गुजरने की अनुमति रहती हैं।
अनुप्रयोग
प्लाज्मा निक्षारण वर्तमान में इलेक्ट्रॉनिक्स के निर्माण में उनके उपयोग के लिए अर्धचालक सामग्री को संसाधित करने के लिए उपयोग की जाती है। इलेक्ट्रॉनिक उपकरणों में उपयोग किए जाने पर अधिक कुशल होने या कुछ गुणों को बढ़ाने के लिए अर्धचालक सामग्री की सतह में छोटी विशेषताओं को उकेरा जा सकता है।[3] उदाहरण के लिए, माइक्रोइलेक्ट्रॉनिक प्रणाली में उपयोग के लिए सिलिकॉन की सतह पर गहराई बनाने के लिए प्लाज्मा निक्षारण का उपयोग करता है। यह एप्लिकेशन बताता है कि प्लाज्मा निक्षारण में भी माइक्रोइलेक्ट्रॉनिक के उत्पादन में प्रमुख भूमिका निभाने की क्षमता है।[3] इसी प्रकार नैनोमीटर पैमाने पर प्रक्रिया को कैसे समायोजित किया जा सकता है, इस पर वर्तमान समय में शोध किया जा रहा है।[3]
हाइड्रोजन प्लाज्मा निक्षारण को विशेष रूप से अन्य रोचक अनुप्रयोगों में उपयोग किया जाता हैं। निक्षारण अर्धचालकों की प्रक्रिया में उपयोग किए जाने पर हाइड्रोजन प्लाज्मा निक्षारण की सतह पर पाए जाने वाले देशी ऑक्साइड के अंशों को हटाने में प्रभावी रहता है।[5] हाइड्रोजन प्लाज्मा निक्षारण भी मुख्यतः स्वच्छ और रासायनिक रूप से संतुलित सतह छोड़ देता है, जो कई अनुप्रयोगों के लिए आदर्श स्वरूप है।[5]
ऑक्सीजन प्लाज्मा निक्षारण का उपयोग उपपादन युग्मित प्लाज्मा/प्रतिक्रियाशीलता के लिए आयन निक्षारण (आईसीपी/आरआईई) रिएक्टर में उच्च बायस के अनुप्रयोग द्वारा हीरे की नैनो संरचना के अनिसोट्रोपिक गहरे निक्षारण के लिए किया जा सकता है।[12] इसी प्रकार दूसरी ओर सी-एच समाप्त होने के लिए हीरे की सतह के आइसोट्रोपिक सतह की समाप्ति के लिए ऑक्सीजन 0वोल्ट बायस प्लाज्मा का उपयोग किया जाता है।[13]
एकीकृत परिपथ
प्लाज्मा का उपयोग सिलिकॉन वेफर (ऑक्सीजन प्लाज्मा का उपयोग करके) पर सिलिकॉन डाइऑक्साइड फिल्म को विकसित करने के लिए किया जा सकता है, या फ्लोरीन युक्त गैस का उपयोग करके सिलिकॉन डाइऑक्साइड को हटाने के लिए उपयोग किया जा सकता है। जब फोटोलिथोग्राफी के संयोजन के साथ प्रयोग किया जाता है, तो परिपथ के लिए पथ का पता लगाने के लिए सिलिकॉन डाइऑक्साइड को मुख्य रूप से लागू या हटाया जा सकता है।
एकीकृत परिपथों के निर्माण के लिए विभिन्न परतों की निक्षारण करना आवश्यक है। यह एक प्लाज्मा एचर के साथ उपयोग किया जा सकता है। निक्षारण से पहले, सतह पर फोटो प्रतिरोध जमा किया जाता है, इसकी संरचना के माध्यम से इसे प्रकाशित करके विकसित किया जाता है। उसके पश्चात इसे सोखकर निक्षारण किया जाती है जिससे कि संरचित निक्षारण की प्राप्ति की जा सके। इस प्रक्रिया के बाद शेष फोटो प्रतिरोध को हटाना आवश्यक होता हैं। यह विशेष प्लाज्मा एचर में भी किया जाता है, जिसे एशर (मशीन) कहा जाता है।[14]
इस प्रकार सूखे हुए निक्षारण सिलिकॉन और III-V अर्धचालक प्रौद्योगिकी में प्रयुक्त सभी सामग्रियों की प्रतिलिपि प्रस्तुत करने योग्य, समान निक्षारण की अनुमति दी जाती है। आगमनात्मक रूप से युग्मित प्लाज्मा/प्रतिक्रियाशील आयन निक्षारण (आईसीपी/आरआईई) का उपयोग करके, यहां तक कि सबसे कठिन सामग्री जैसे उदाहरण के लिए हीरे को नैनो संरचना का उपयोग किया जाता है।[15][16] इस प्रकार विफलता के कारण इस विश्लेषण में एकीकृत परिपथों को द्वि-परत करने के लिए प्लाज़्मा एचर्स का भी उपयोग किया जाता है।
यह भी देखें
- प्लाज्मा (भौतिकी) लेखों की सूची
- प्लाज्मा सफाई
- प्लाज्मा एचर
संदर्भ
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