સેમિકન્ડક્ટર ઉદ્યોગમાં બ્રાઉન ફ્યુઝ્ડ એલ્યુમિના માઇક્રોપાઉડરની ચોકસાઇ ગ્રાઇન્ડીંગ ભૂમિકા
મિત્રો, આજે આપણે કંઈક હાર્ડકોર અને સનકી વિશે વાત કરવા જઈ રહ્યા છીએ—બ્રાઉન ફ્યુઝ્ડ એલ્યુમિના માઇક્રોપાઉડર. તમે કદાચ તેના વિશે સાંભળ્યું નહીં હોય, પરંતુ તમારા ફોન અને સ્માર્ટવોચમાં રહેલી સૌથી મહત્વપૂર્ણ અને નાજુક ચિપ્સ, તેમના ઉત્પાદન પહેલાં જ, કદાચ તેનો સામનો કરી ચૂકી હતી. તેને ચિપના "મુખ્ય બ્યુટિશિયન" કહેવામાં કોઈ અતિશયોક્તિ નથી.
તેને વ્હેટસ્ટોન જેવા ખરબચડા સાધન તરીકે કલ્પના ન કરો. સેમિકન્ડક્ટર્સની દુનિયામાં, તે નેનોસ્કેલ સ્કેલ્પલ્સનો ઉપયોગ કરતા સૂક્ષ્મ-શિલ્પકાર જેટલી નાજુક ભૂમિકા ભજવે છે.
I. ચિપનું "ફેસ-સ્કલ્પટિંગ": ગ્રાઇન્ડીંગ શા માટે જરૂરી છે?
ચાલો પહેલા એક વાત સમજીએ: ચિપ્સ સીધી સપાટ જમીન પર ઉગતા નથી. તે અત્યંત શુદ્ધ, સપાટ સિલિકોન વેફર (જેને આપણે "વેફર" કહીએ છીએ) પર સ્તર-દર-સ્તર "બનાવેલા" છે, જેમ કે કોઈ ઇમારત બનાવવી. આ "ઇમારત" માં ડઝનેક માળ છે, અને દરેક માળ પરની સર્કિટરી માનવ વાળની જાડાઈના એક હજારમા ભાગ કરતાં પાતળી છે.
તો સમસ્યા આ છે: જ્યારે તમે નવો માળ બનાવી રહ્યા હોવ, ત્યારે જો પાયો - પાછલા માળની સપાટી - થોડી અસમાન હોય, ભલે તે અણુ જેટલું નાનું હોય, તો પણ તે આખી ઇમારતને વાંકાચૂકા, શોર્ટ-સર્કિટ અને ચીપ્સને બિનઉપયોગી બનાવી શકે છે. આ નુકસાન કોઈ મજાક નથી.
તેથી, દરેક માળ પૂર્ણ થયા પછી, આપણે સંપૂર્ણ "સફાઈ" અને "લેવલિંગ" કરવું જોઈએ. આ પ્રક્રિયાનું એક ફેન્સી નામ છે: "કેમિકલ મિકેનિકલ પ્લાનરાઇઝેશન", જેને સંક્ષિપ્તમાં CMP કહેવામાં આવે છે. નામ જટિલ લાગે છે, પરંતુ સિદ્ધાંત સમજવો મુશ્કેલ નથી: તે રાસાયણિક કાટ અને યાંત્રિક ઘર્ષણનું મિશ્રણ છે.
રાસાયણિક "પંચ" એક ખાસ પોલિશિંગ પ્રવાહીનો ઉપયોગ કરે છે જે દૂર કરવાના પદાર્થને નરમ અને કાટ કરે છે, જે તેને વધુ "નરમ" બનાવે છે.
યાંત્રિક "મુક્કો" અમલમાં આવે છે -બ્રાઉન કોરન્ડમ માઇક્રોપાઉડરતેનું કાર્ય રાસાયણિક પ્રક્રિયા દ્વારા "નરમ" થયેલા પદાર્થને ચોક્કસ અને સમાનરૂપે "ઉઝરડા" કરવા માટે ભૌતિક પદ્ધતિઓનો ઉપયોગ કરવાનું છે.
તમે પૂછી શકો છો કે આટલા બધા ઘર્ષક ઉપલબ્ધ હોવા છતાં, આ ખાસ શા માટે? અહીં જ તેના અસાધારણ ગુણો આવે છે.
II. "માઇક્રોનાઇઝ્ડ પાવડર જે એટલું માઇક્રોનાઇઝ્ડ નથી": બ્રાઉન ફ્યુઝ્ડ એલ્યુમિનાની અનોખી કુશળતા
સેમિકન્ડક્ટર ઉદ્યોગમાં, વપરાતો બ્રાઉન ફ્યુઝ્ડ એલ્યુમિના માઇક્રોનાઇઝ્ડ પાવડર કોઈ સામાન્ય ઉત્પાદન નથી. તે એક "સ્પેશિયલ ફોર્સ" યુનિટ છે, જે કાળજીપૂર્વક પસંદ કરેલ અને શુદ્ધ કરવામાં આવ્યું છે.
પ્રથમ, તે પૂરતું મુશ્કેલ છે, પરંતુ અવિચારી નથી.બ્રાઉન ફ્યુઝ્ડ એલ્યુમિનાની કઠિનતા હીરા પછી બીજા ક્રમે છે, જે સિલિકોન, સિલિકોન ડાયોક્સાઇડ અને ટંગસ્ટન જેવા સામાન્ય રીતે ઉપયોગમાં લેવાતા ચિપ મટિરિયલ્સને હેન્ડલ કરવા માટે પૂરતી છે. પરંતુ મુખ્ય વાત એ છે કે તેની કઠિનતા "કઠિન" કઠિનતા છે. કેટલીક કઠિન સામગ્રી (જેમ કે હીરા) થી વિપરીત જે બરડ હોય છે અને દબાણ હેઠળ સરળતાથી તૂટી જાય છે, બ્રાઉન ફ્યુઝ્ડ એલ્યુમિના તેની અખંડિતતા જાળવી રાખે છે જ્યારે કટીંગ ફોર્સ સુનિશ્ચિત કરે છે, "વિનાશક તત્વ" બનવાનું ટાળે છે.
બીજું, તેનું સાંકડું કણ કદ કાપવાનું પણ સુનિશ્ચિત કરે છે. આ સૌથી મહત્વપૂર્ણ મુદ્દો છે. કલ્પના કરો કે તમે વિવિધ કદના પથ્થરોના ઢગલા સાથે કિંમતી જેડને પોલિશ કરવાનો પ્રયાસ કરી રહ્યા છો. મોટા પથ્થરો અનિવાર્યપણે ઊંડા ખાડા છોડી દેશે, જ્યારે નાના પથ્થરો પર કામ કરવા માટે ખૂબ નાના હોઈ શકે છે. CMP (કેમિકલ મિકેનિકલ પોલિશિંગ) પ્રક્રિયાઓમાં, આ સંપૂર્ણપણે અસ્વીકાર્ય છે. સેમિકન્ડક્ટરમાં વપરાતા બ્રાઉન ફ્યુઝ્ડ એલ્યુમિના માઇક્રોપાઉડરમાં અત્યંત સાંકડી કણ કદનું વિતરણ હોવું જોઈએ. આનો અર્થ એ છે કે લગભગ બધા કણો લગભગ સમાન કદના હોય છે. આ ખાતરી કરે છે કે હજારો માઇક્રોપાઉડર કણો વેફર સપાટી પર એકરૂપ થઈને ફરે છે, પોકમાર્કવાળી સપાટી નહીં પણ દોષરહિત સપાટી બનાવવા માટે સમાન દબાણ લાગુ કરે છે. આ ચોકસાઇ નેનોમીટર સ્તરે છે.
ત્રીજું, તે રાસાયણિક રીતે "પ્રામાણિક" એજન્ટ છે. ચિપ ઉત્પાદનમાં એસિડિક અને આલ્કલાઇન વાતાવરણ સહિત વિવિધ પ્રકારના રસાયણોનો ઉપયોગ થાય છે. બ્રાઉન ફ્યુઝ્ડ એલ્યુમિના માઇક્રોપાઉડર રાસાયણિક રીતે ખૂબ જ સ્થિર છે અને પોલિશિંગ પ્રવાહીમાં અન્ય ઘટકો સાથે સરળતાથી પ્રતિક્રિયા આપતું નથી, જે નવી અશુદ્ધિઓના પ્રવેશને અટકાવે છે. તે એક મહેનતુ, નમ્ર કર્મચારી જેવું છે - જે પ્રકારની વ્યક્તિને બોસ (ઇજનેરો) પ્રેમ કરે છે.
ચોથું, તેનું આકારવિજ્ઞાન નિયંત્રિત કરી શકાય તેવું છે, જે "સરળ" કણો ઉત્પન્ન કરે છે. એડવાન્સ્ડ બ્રાઉન ફ્યુઝ્ડ એલ્યુમિના માઇક્રોપાઉડર કણોના "આકાર" (અથવા "મોર્ફોલોજી") ને પણ નિયંત્રિત કરી શકે છે. એક ખાસ પ્રક્રિયા દ્વારા, તીક્ષ્ણ ધારવાળા કણોને નજીકના ગોળાકાર અથવા બહુહેડ્રલ આકારમાં રૂપાંતરિત કરી શકાય છે. આ "સરળ" કણો કટીંગ દરમિયાન વેફર સપાટી પર "ગ્રુવિંગ" અસરને અસરકારક રીતે ઘટાડે છે, સ્ક્રેચનું જોખમ નોંધપાત્ર રીતે ઘટાડે છે.
III. વાસ્તવિક દુનિયાની એપ્લિકેશન: CMP ઉત્પાદન લાઇન પર "શાંત રેસ"
CMP ઉત્પાદન લાઇન પર, વેફર્સ વેક્યુમ ચક દ્વારા મજબૂત રીતે સ્થાને રાખવામાં આવે છે, સપાટી નીચે આવે છે, ફરતા પોલિશિંગ પેડ પર દબાવવામાં આવે છે. બ્રાઉન ફ્યુઝ્ડ એલ્યુમિના માઇક્રોપાઉડર ધરાવતું પોલિશિંગ પ્રવાહી પોલિશિંગ પેડ અને વેફર વચ્ચે બારીક ઝાકળની જેમ સતત છાંટવામાં આવે છે.
આ બિંદુએ, સૂક્ષ્મ વિશ્વમાં "ચોકસાઇ દોડ" શરૂ થાય છે. દબાણ અને પરિભ્રમણ હેઠળ, અબજો બ્રાઉન ફ્યુઝ્ડ એલ્યુમિના માઇક્રોપાઉડર કણો, વેફર સપાટી પર પ્રતિ સેકન્ડ લાખો નેનોમીટર-સ્તરના કાપ કરે છે. તેઓએ શિસ્તબદ્ધ સૈન્યની જેમ એક સાથે આગળ વધવું જોઈએ, સરળતાથી આગળ વધવું જોઈએ, ઊંચા વિસ્તારોને "સપાટ" કરવા જોઈએ અને નીચા વિસ્તારોને "ખાલી છોડી દેવા જોઈએ".
આખી પ્રક્રિયા વસંત પવનની જેમ હળવી હોવી જોઈએ, કોઈ તોફાની વાવાઝોડા જેવી નહીં. વધુ પડતું બળ ખંજવાળ અથવા માઇક્રોક્રેક્સ બનાવી શકે છે (જેને "સબસર્ફેસ ડેમેજ" કહેવાય છે); અપૂરતું બળ ઓછી કાર્યક્ષમતા તરફ દોરી જાય છે અને ઉત્પાદન સમયપત્રકમાં વિક્ષેપ પાડે છે. તેથી, બ્રાઉન ફ્યુઝ્ડ એલ્યુમિના માઇક્રોપાઉડરની સાંદ્રતા, કણોનું કદ અને આકારશાસ્ત્ર પર ચોક્કસ નિયંત્રણ સીધા અંતિમ ચિપ ઉપજ અને કામગીરી નક્કી કરે છે.
સિલિકોન વેફર્સના શરૂઆતના રફ પોલિશિંગથી લઈને, દરેક ઇન્સ્યુલેટીંગ લેયર (સિલિકોન ડાયોક્સાઇડ) ના પ્લેનરાઇઝેશન સુધી, અને અંતે સર્કિટને કનેક્ટ કરવા માટે ઉપયોગમાં લેવાતા ટંગસ્ટન પ્લગ અને કોપર વાયરના પોલિશિંગ સુધી, બ્રાઉન ફ્યુઝ્ડ એલ્યુમિના માઇક્રોપાઉડર લગભગ દરેક મહત્વપૂર્ણ પ્લેનરાઇઝેશન પગલામાં અનિવાર્ય છે. તે સમગ્ર ચિપ ઉત્પાદન પ્રક્રિયામાં ફેલાયેલું છે, ખરેખર "પડદા પાછળનો હીરો".
IV. પડકારો અને ભવિષ્ય: કોઈ શ્રેષ્ઠ નથી, ફક્ત વધુ સારું છે
અલબત્ત, આ માર્ગનો કોઈ અંત નથી. જેમ જેમ ચિપ ઉત્પાદન પ્રક્રિયાઓ 7nm અને 5nm થી 3nm અને તેનાથી પણ નાના કદમાં આગળ વધે છે, તેમ તેમ CMP પ્રક્રિયાઓ માટેની આવશ્યકતાઓ "આત્યંતિક" સ્તરે પહોંચી ગઈ છે. આ બ્રાઉન ફ્યુઝ્ડ એલ્યુમિના માઇક્રોપાઉડર માટે વધુ મોટા પડકારો રજૂ કરે છે:
વધુ બારીક અને વધુ સમાન:ભવિષ્યના માઇક્રોપાઉડરદસ નેનોમીટર સ્કેલ સુધી પહોંચવાની જરૂર પડી શકે છે, જેમાં કણોના કદનું વિતરણ લેસર દ્વારા ચાળણી જેવું એકસમાન હોય.
ક્લીનર: કોઈપણ ધાતુ આયન અશુદ્ધિઓ ઘાતક છે, જેના કારણે શુદ્ધતાની જરૂરિયાતો વધુને વધુ વધે છે.
કાર્યક્ષમતા: શું ભવિષ્યમાં "બુદ્ધિશાળી માઇક્રોપાઉડર" ઉભરી આવશે? ઉદાહરણ તરીકે, ખાસ સુધારેલી સપાટીઓ સાથે, તેઓ ચોક્કસ પરિસ્થિતિઓમાં કટીંગ લાક્ષણિકતાઓમાં ફેરફાર કરી શકે છે, અથવા સ્વ-શાર્પનિંગ, સ્વ-લુબ્રિકેટિંગ અથવા અન્ય કાર્યો પ્રાપ્ત કરી શકે છે?
તેથી, પરંપરાગત ઘર્ષક ઉદ્યોગમાં તેની ઉત્પત્તિ હોવા છતાં, બ્રાઉન ફ્યુઝ્ડ એલ્યુમિના માઇક્રોપાઉડર સેમિકન્ડક્ટર્સના અત્યાધુનિક ક્ષેત્રમાં પ્રવેશ્યા પછી એક ભવ્ય પરિવર્તનમાંથી પસાર થયું છે. તે હવે "હેમર" નથી, પરંતુ "નેનોસર્જિકલ સ્કેલ્પેલ" છે. આપણે જે પણ અદ્યતન ઇલેક્ટ્રોનિક ઉપકરણનો ઉપયોગ કરીએ છીએ તેમાં કોર ચિપની સંપૂર્ણ સુંવાળી સપાટી અસંખ્ય નાના કણોને કારણે અસ્તિત્વ ધરાવે છે.
આ સૂક્ષ્મ દુનિયામાં હાથ ધરવામાં આવેલ એક ભવ્ય પ્રોજેક્ટ છે, અનેબ્રાઉન ફ્યુઝ્ડ એલ્યુમિના માઇક્રોપાઉડરઆ પ્રોજેક્ટમાં નિઃશંકપણે એક શાંત છતાં અનિવાર્ય સુપર કારીગર છે.