1. எரிமக் கலன் - அட்டவணை
  2. சிலிக்கன் சில்லு செய்முறை - அட்டவணை
  3. காற்றில் மாசு கட்டுப்படுத்துதல் அட்டவணை
  4. இயற்பியல் பதிவுகள் தொகுப்பு-1. அட்டவணை
  5. காலத்தின் வரலாறு - அட்டவணை
  6. சோலார் செல் அட்டவணை

Sunday, February 24, 2008

ஐ.சி. தயாரிப்பு பற்றிய சில விவரங்கள்.

சில சுவையான(?) விவரங்கள்:
1. அமெரிக்காவில் மின்சாரம் எல்லா வீடுகளுக்கும், எல்லா நிறுவனங்களுக்கும் தடையில்லாமல் வருடக்கணக்காக வந்துகொண்டு இருக்கும். மின்சாரம் நிறுத்தப்படுவது (current cut/ கரண்ட் கட்) என்பதோ அல்லது குறைந்த மின் அழுத்தம் ( லோ வோல்டேஜ் low voltage) என்ற பிரச்சனையோ வரவே வராது. புயலால் மின்கம்பங்கள் விழுவது போன்ற தவிர்க்க இயலாத காரணங்களால் மட்டுமே பல வருடங்களுக்கு ஒரு முறை மின்சாரம் தடைப்படும்.

இந்த அளவு மின்சாரம் இருக்கும் பொழுது கூட, ஐ.சி. தயாரிக்கும் நிறுவங்கள் தமது இயந்திரங்கள் நிற்காமல் வேலை செய்ய வேண்டி பெரிய ஜெனரேட்டர் (generator) போன்ற கருவிகளை வைத்திருக்கும். அதைத்தவிர மின்சாரம் வழங்கும் நிறுவனத்திடம் தனி ஒப்பந்தமும் போட்டிருக்கும். எப்படி என்றால், “தப்பித்தவறி மின்பளு (load) அதிகமாகி, சில இடங்களில் மின்சாரத்தை நிறுத்த நேர்ந்தால்கூட, இந்த ஐ.சி. நிறுவனங்களுக்கு வழங்கப்படும் மின்சாரத்திற்கு பாதிப்பு இருக்கக் கூடாது” என்று ஒப்பந்தம் இருக்கும். அதற்காக எப்பொழுதும் பெறும் மின்சாரத்திற்கே மற்ற வாணிக நிறுவங்களைவிட ஐ.சி. நிறுவனங்கள் அதிக விலை கொடுக்கும்.

மின்சாரம், தண்ணீர் ஆகியவை எப்பொழுதும் குறைவின்றி இருக்கும் அமெரிக்காவில் மற்ற கடைகளோ தயாரிப்பு நிறுவனங்களோ செய்யாத அளவு முன் எச்சரிக்கை நடவடிக்கையில் ஐ.சி. நிறுவனங்கள் ஈடுபடுவது ஏன்? இதற்குக் காரணம் கீழே வருகிறது.

ஐ.சி. தயாரிப்பில் 25 வேஃபர்கள் சேர்ந்து ஒரு பிரிவாக (batch) அனுப்பப்படும். ஈர நிலை அரித்தல், ஆக்சிஜனேற்றம் போன்ற முறைகளில், 25 வேஃபர்களும் ஒரே சமயத்தில் வினையில் ஈடுபடுத்தப்படும். இந்த 25 வேஃபர்கள் சேர்ந்த பிரிவிற்கு ‘லாட்’ (lot) என்று பெயர். பெரிய நிறுவனங்களில், ஒரு வாரத்தில் சில ஆயிரம் ‘லாட்’களில் ஐ.சி. தயாரிக்கப்படும். ஒரு வேஃபருக்கு 300 சில்லுக்கள் என்று வைத்துக்கொண்டால், சுமார் 75 லட்சம் சில்லுக்கள் தயாரிக்கப்படும். ஒவ்வொரு சில்லும் 2000 ரூபாய் விலைக்கு விற்பனையானால், ஒரு ‘லாட்’டில் ரூபாய் 75 லட்சத்திற்கு விற்கக்கூடிய சில்லுக்கள் தயார் ஆகும். கம்ப்யூட்டர் பிராசஸர் (computer processor) போன்ற சில்லுக்களில் ஒரு ‘லாட்’டின் விலை 4 அல்லது 5 கோடி ரூபாய் கூட இருக்கும். அமெரிக்க நாணயத்தில் இவற்றை ‘மில்லியன் டாலர் லாட்’ (million dollar lot) என்று சொல்வார்கள். இதன் மதிப்பை புரிந்து கொள்ள ஒரு எடுத்துக்காட்டு : 4 கோடி மதிப்புள்ள இந்த 25 வேஃபர்களின் எடை 4 கிலோவிற்கும் குறைவாகத்தான் இருக்கும். அதே மதிப்புள்ள தங்கத்தின் எடை (2007 நிலவரப்படி) சுமார் 40 கிலோ இருக்கும். எடைக்கு எடை பார்த்தால் இந்த ஐ.சி.க்கள் தங்கத்தை விட பத்து மடங்கு விலை உயர்ந்தவை. இவற்றை தயாரிக்கும்பொழுது திடீரெனக் கருவிகள் நின்று விட்டால் பல கோடிக்கணக்கான ரூபாய் நஷ்டம் ஏற்படும். இதைத் தவிர்க்கவே ஐ.சி. நிறுவனங்கள் மிகுந்த முன் எச்சரிக்கையுடன் செயல்படுகின்றன.

ஒரு வாரத்தில் தயாரிக்கப்படும் ஐ.சி.க்களின் மதிப்பு ஆயிரத்து ஐந்நூறு கோடி ரூபாய் ஆகிவிடும். இவற்றில் நாம் எதிர்பார்த்தபடி ஒவ்வொரு வேஃபரிலும் 300 சில்லுக்கள் சரியாக வராது. சுமார் 200 சில்லுக்களே வேலை செய்யும் என்றால், அந்த நிறுவனத்தில் வருவாயில் வாரத்திற்கு 500 கோடி ரூபாய் குறைந்துவிடும். yieldல் 1 சதவிகிதம் அதிகரித்தால் கூட வருவாய் வாரத்திற்கு 15 கோடி அதிகமாகும். அதனால் எல்லா நிறுவனங்களும் செய்முறை குறைபாடுகளைக் களைவதிலும், தயாரிக்கும் இடத்தை மிகத்தூய்மையாக வைத்திருப்பதிலும் அதிக கவனம் செலுத்துகின்றன.

இந்த சில்லுக்களை கணிப்பொறி தயார் செய்யும் (அசெம்பிள் assemble செய்யும்) இடத்திற்கு கொண்டு செல்லும் லாரி(truck)களுக்கும் ஆயுதங்களுடன் கூடிய பலத்த பாதுகாப்பு இருக்கும். தங்கத்தை விட விலை மதிப்பு உயர்ந்த பொருளை லாரி லாரியாக அனுப்பும்பொழுது இவ்வாறு செய்வதில் ஆச்சரியம் ஒன்றும் இல்லை.

2. தாய்வானில் பொறியாளர் (engineer) வேலைக்கு ஆண், பெண் இருவருமே தேர்ந்தெடுக்கப்பட்டு வேலை செய்கின்றனர். ஆனால், ஆபரேட்டர் (operator) வேலைக்கு பெண்களே பெரும்பாலும் தேர்ந்தெடுக்கப்படுகிறார்கள். ஐ.சி. நிறுவனங்கள் ஆண்களை அவ்வளவு சுலபமாக operator வேலைக்கு எடுப்பதில்லை. இதற்குக் காரணம் என்ன? “பெண்கள் ஒரே மாதிரியான வேலையை, கவனம் சிதறாமல், போர் (bore) அடித்தாலும் செய்வார்கள். ஆண்கள் போர் அடித்தால் ஏதாவது ஒன்றை மாற்றி விடுவார்கள். கைகளை வைத்துக்கொண்டு சும்மா இருக்க மாட்டார்கள்” என்று ‘பெயர் சொல்ல விரும்பாத’ நிறுவன அதிகாரி சொல்வார். இந்த ஐ.சி. தயாரிப்பில், எல்லாம் சரியாக போய்க்கொண்டு இருக்கும் போது, ஏதாவது ஒன்றை கொஞ்சம் மாற்றினால், கோடிக்கணக்கில் நஷ்டம் ஏற்படும் என்பதால், இதை ஒரு ‘ஜோக்’காக விட்டு விட முடியாது. அதே சமயம் அமெரிக்கா போன்ற நாடுகளில் இந்த பாகுபாடு கிடையாது. சொல்லப்போனால், பல கம்பெனிகளில், ஆபரேட்டர்/ operator வேலையில் ஆண்களே அதிகம் கூட இருக்கலாம். ஐ.சி. தயாரிப்பு போன்ற முன்னேறிய தொழில் நுட்பத்தில்கூட வெவ்வேறு நாடுகளில் அவர்களின் கலாச்சாரத்தின் தாக்கம் இருக்கத்தான் செய்கிறது.

3. TSMC என்ற தைவானைச் சேர்ந்த நிறுவனம், 1990களில் அமெரிக்க நிறுவனங்களைவிட இரண்டு அல்லது மூன்று ‘தலைமுறைகள்’ பின்தங்கி இருந்தது. அப்போது, சைனாவிலிருந்து பலர் அமெரிக்கா மற்றும் ஐரோப்பா சென்று ஐ.சி. தயாரிப்பு தொழில் நுட்பத்தில் உயர்கல்வி கற்று, அமெரிக்க ஐ.சி. தொழிற்சாலைகளில் வேலை செய்து வந்தார்கள். இப்போதும் இருக்கிறார்கள். இவர்களில் பலரை TSMC நல்ல சம்பளத்தில் வேலைக்கு அழைத்து வந்தது. அமெரிக்காவிலிருந்தும், ஜப்பானிலிருந்தும் நவீன தொழில் நுட்ப கருவிகளையும் இறக்குமதி செய்தது. இடைவிடாத உழைப்பின் மூலமும், திறமை வாய்ந்த தொழில் நுட்ப வல்லுனர்களுக்கு நல்ல சம்பளம் கொடுத்து அவர்கள் வெளியே போகாமல் காத்ததன் மூலமும், இப்போது உலகிலேயே ஐ.சி. தயாரிப்பின் தொழில் நுட்பத்தில் TSMC முன்னிலை வகிக்கிறது.

இந்திய அரசாங்கத்தால் தொடங்கப்பட்ட இரு நிறுவனங்கள் தற்போது இந்தியாவில் ஐ.சி.களை தயாரிகின்றன. ஒன்று பஞ்சாபில் மொஹாலி என்னும் இடத்தில் உள்ள “செமிகண்டக்டர் காம்ப்ளக்ஸ் லிமிடட்” (semiconductor complex limited அல்லது SCL). இன்னொன்று பெஙகளூரில் உள்ள “பாரத் எலக்ட்ரானிக்ஸ் லிமிடட்” (bharat electronics limited அல்லது BEL). இவை ராணுவம் (defence) மற்றும் இஸ்ரோ (ISRO) விண்வெளி நிறுவனதிற்குத் தேவையான ஐ.சி.களை தயாரிக்கின்றன. ஆனால் இவை தொழில்நுட்பத்தில் மற்ற நாடுகளை விட மிகப் பின்தங்கி உள்ளன. எடுத்துக்காட்டக வெளிநாடுகளில் இப்போது (2007ல்) 65 நே.மீ. அளவிலான டிரான்ஸிஸ்டர்கள் கொண்ட சில்லை ஒரே வாரத்தில் லட்சக்கணக்கில் தயாரிக்க முடியும். இந்தியாவிலோ சுமார் 10000 நே.மீ. அளவிலான டிரான்ஸிஸ்டர்கள் கொண்ட சில்லைத் தான் தயாரிக்க முடியும். அதை விடக் குறைந்த அளவிலான டிரான்ஸிஸ்டர் செய்யும் தொழில்நுட்பம் நம்மிடம் இல்லை. இந்த சில்லுகளையும், அதிக அளவில் செய்யும் உற்பத்தித் திறன் இல்லை. நமது ஏவுகணைக்களுக்கும் செயற்கைக் கோள்களுக்கும் நம் நாட்டிலேயே சில்லு தயாரிக்கின்றோம். ஆனால் உலகத்தரம் வாய்ந்த சில்லு தயாரிக்க முடியாததால், சிறிதளவு பின் தங்க வேண்டியுள்ளது. மேலும், நம் ராணுவத் தேவைகளுக்கு, வெளி நாடுகளில் சில்லு செய்து தர மாட்டார்கள். அப்படி செய்ய முன் வந்தாலும் நாமும் அதை நம்பி வாங்க இயலாது; கூடாது.

ஏற்கனவே நாம் ஏவுகணை மற்றும் செயற்கைக் கோள் துறைகளில் நல்ல முன்னேற்றம் அடைந்திருக்கிறோம். ஐ.சி. தயாரிப்பில் முன்னிலை அடைந்தால், எல்லாத் துறைகளிலும் மேலும் அதிவிரைவில் முன்னேற்றம் காணலாம். இதற்குத் தேவையான முதலீடு செய்ய டாடா, ரிலயன்ஸ் போன்ற சில நிறுவனங்கலால் மட்டுமே முடியும். இந்தியாவில், எல்லா இடங்களிலும் தடையில்லாத மின்சாரமும் தண்ணீரும் கிடைப்பதில்லை என்றாலும், சில இடங்களில் இந்தத் தேவைகளைப் பூர்த்தி செய்ய முடியும். தொழில்நுட்ப வல்லுநர்கள் பலரும் இந்தியாவில் இருக்கிறார்கள். மேலும் வெளிநாடுகளில் இருக்கும் இந்தியர்களில் பலர் இத்துறையில் தலை சிறந்து விளங்குகிறார்கள். அவர்களில் பலர் இந்தியாவில் இத்தொழிற்சாலை இருந்தால், இங்கு வேலை செய்வதை விரும்புவார்கள். ஐ.சி. தொழிற்சாலைகளிலும் நல்ல முதலீடும், வியாபார நுணுக்கமும் இருந்தால் குறுகிய காலத்தில் நம் நாட்டிலும் ஐ.சி. தயாரிப்பை நல்ல முறையில் செய்ய முடியும். இந்தியாவில் இத்தொழிற்சாலைகளைத் தொடங்கினால், நாட்டுக்கும் பயனுள்ளதாக இருக்கும். நல்ல அளவில் லாபமும் ஈட்டி வெற்றி காண்பது உறுதி.


தயாரிப்பு நிறுவங்களின் பட்டியல் (List of companies)


ஐ.சி. தயாரிப்பிற்குப் பயன்படும் பல கருவிகளை ‘அப்ளைடு மெட்டீரியல்ஸ்” (applied materials) என்ற நிறுவனம் தயாரிக்கிறது. இதுவே இத்துறையில் முதலிடம் வகிக்கிறது. CMP, CVD, Etch என்று பலவிதமான வேலைகளுக்கும் கருவிகள் இந்நிறுவனத்தால் தயாரிக்கப்படுகின்றன. நாவலஸ் (Novellus) என்ற நிறுவனமும், Tokyo Electronics Limited (TEL டெல்) என்ற நிறுவனமும் மற்ற பெரிய கருவிகள்-தயாரிப்பு- நிறுவனங்கள் (equipment manufacturer). இவை தவிர பல சிறிய நிறுவனங்களும் அமெரிக்காவிலும், ஐரோப்பாவிலும், ஜப்பானிலும் உள்ளன.

ஐ.சி.தயாரிப்புக்கு தேவையான வேதிப்பொருள்களை(chemicals/கெமிக்கல்ஸ்) BOC Edwards போன்ற பல நிறுவனங்கள் விற்கின்றன. இவை மிகவும் தூய்மையாக இருக்க வேண்டும் என்பதால், இவற்றின் விலை மிக அதிகம். எல்லா வேதிப்பொருள் நிறுவனங்களும் இவற்றை நல்ல தூய்மையான நிலையில் தயாரிக்க முடியாது.

இப்பகுதி/அத்தியாயத்தின் முடிவில் ஐ.சி.தயாரிப்பில் நேரடியாகவோ அல்லது உறுதுணையாகவோ ஈடுபட்டிருக்கும் நிறுவனங்களின் பட்டியல் கொடுக்கப்பட்டுள்ளது. இது முழுமையான பட்டியல் அல்ல என்பதை நினைவில் கொள்ளவும்.

ஐ.சி. தயாரிக்கும் நிறுவனங்கள் சில:

1. அமெரிக்காவில்: Intel, AMD, Conexant, LSI Logic, Motorola, Micron, Phillips, IBM, Texas Instruments (TI), Fairchild, Lucent, Cypress
2. ஜப்பானில்: Sharp, Sony, Panasonic (Matsushita), Seiko (Epson), Toshiba
3. ஜெர்மனியில்: Infeneon
4. தென் கொரியாவில்: Samsung, Hynix
5. சிங்கப்பூரில்: Chartered Semiconductor
6. தாய்வானில்: TSMC, UMC
6. இஸ்ரேலில்: Tower Semiconductors

கருவிகள் தயாரிக்கும் நிறுவனங்கள் சில:
1. Sem Equipment
2. Varian
3. Veeco
4. CVD Equip Corporation
5. Solid State Equipment Corporation
6. FSI International
7. Strasbaugh
8. SpeedFAM
9. IPEC
10. ASML
11. KLA Tencor
12. TEL (Tokyo Electronics Limited)

ஐ.சி. டிஸைன் செய்ய மென்பொருள் தயாரிக்கும் நிறுவனங்கள் சில:
1. Cadence
2. Mentor
3. Magma

வேதிப்பொருள்கள் (Chemicals)தயாரிக்கும் நிறுவனங்கள் சில:
1. Sigma Aldrich
2. Johnson-Mathy
3. Cabot
4. Rohm
5. 3M
6. JT Baker
7. Praxair
8. Matheson
9. Airproducts

பரிசோதித்தல்-2. Testing - part 2

முழுமையான சோதனை: முதல் கட்டமாக, மேலோட்ட சோதனை முடிந்த பிறகு, ஒவ்வொரு சில்லிலும் ஒவ்வொரு பகுதியாக (block) பரிசோதிக்கப்படும். ஒவ்வொரு பகுதியிலும், பலவிதமான பரிசோதனை நடக்கும். ஏதாவது ஒன்றில் தேர்ச்சி பெறாவிட்டாலும், அந்த சில்லை உபயோகிக்க முடியாது.

எந்தத் தேர்வில் ஃபெயில் ஆகிறதோ, அப்போது குறிப்பிட்ட பகுதியில் குறிப்பிட்ட தேர்வில் (உதாரணமாக லாஜிக் பகுதியில், ஷார்ட்-சர்க்யூட் தேர்வில்) ஃபெயில் ஆனதாக பதிவு செய்யப்படும். பல சில்லுக்களை சோதித்தபிறகு, எந்தப் பகுதியில், எந்தத் தேர்வில் அதிகம் ‘ஃபெயிலியர்’ என்பதும் கணக்கிடப்படும். அப்புறம் சில ஃபெயில் ஆன சில்லுக்கள் மேலும் ‘உடைத்து’ பரிசோதனை செய்ய ‘ஃபெயிலியர் அனாலஸிஸ்’ பகுதிக்கு அனுப்பப்படும். இங்கே நாம் ‘உடைத்து’ என்று சொன்னாலும், சுத்தியலை வைத்து உடைப்பதாக கற்பனை செய்ய வேண்டாம்! ஒரு நகையில் வேலைப்பாடு செய்வது போல, நுண்ணிய கருவிகளை வைத்து ஒவ்வொரு படலமாக (layer) எடுத்து, எங்கே குறை என்று பார்க்கப்படும். இதற்கு நல்ல கருவிகளும், பொறுமையும், சிறந்த தொழில் நுட்ப அறிவும் தேவை.

இது டிடெக்டிவ் (detective) வேலை போன்றது. பெரும்பாலும், “தயாரிப்பில் இந்தக் குறை இருந்தால், சோதனையில், இந்தத் தேர்வில் ஃபெயில் ஆகும்” என்று சொல்ல முடியும். ஆனால், ஒரு தேர்வில் பெயில் ஆனால், இந்தக் காரணம்தான் என்று உறுதியாக சொல்ல முடியாது. உதாரணமாக, மெட்டல் படிய வைத்தல் கொஞ்சமாக இருந்தால், இணைப்பில் பிரச்சனை (connection problem) வரும். ஆனால், இணைப்பில் பிரச்சனை என்றால், மெட்டல் படிய வைக்கும் முறையில் குறையா, அல்லது உபரி-மெட்டல்-எடுக்கும் முறையில் அதிகமாக எடுத்துவிடப் பட்டதா என்று உடனே சொல்ல முடியாது. அதனால், இந்த ஃபெயிலியர் அனாலஸிஸ் வேலை செய்ய ஐ.சி. தயாரிப்பின் எல்லா கட்டங்கள் பற்றியும் நன்றாகத் தெரிந்திருக்க வேண்டும்.

மெமரி/நினைவகம்/memory சோதனை: ரிப்பேர்/repair:

மேலே பார்த்த முறை, ஏறக்குறைய எல்லா சில்லுக்களுக்கும் பொருந்தும். ஆனால், நினைவகம் அல்லது மெமரி (memory) அல்லது ரேம் (RAM) எனப்படும் சில்லுக்களில் இந்த முறை சற்று மாறும்.
மெமரி என்பது இப்போது 256 MB (மெகா-பைட்/mega byte), 512 MB என்று பல அளவுகளில் விற்கப்படுகிறது. இதை வாங்கிப் பார்த்தால் 16 அல்லது 32 சில்லுக்கள் இவற்றில் இருக்கும். ஒவ்வொன்றும் 16 MB அல்லது 32 MB மெமரியுடன் இருக்கும்.
ஒரு byte/பைட் என்பது 8 bit/பிட் சேர்ந்தது. 1024 பைட் சேர்ந்தால் 1 கிலோ பைட் ஆகும். 1024 கிலோ பைட் சேர்ந்தால் 1 மெகா-பைட் ஆகும். இந்த மெமரியின் வடிவமைப்பைப் பொருத்து ஒவ்வொரு bit/’பிட்’டுக்கும் ஒரு டிரான்ஸிஸ்டர் தேவைப்படலாம். 16 MB மெகா-பைட் கொண்ட சில்லில், 16*1024*1024*8 = 13,42,17,728 (அதாவது சுமார் 13 அல்லது 14 கோடி) டிரான்ஸிஸ்டர்கள் சரியாக வேலைசெய்ய வேண்டும். ஒரு டிரான்ஸிஸ்டர் வேலை செய்யாவிட்டாலும், மெமரி வேலை செய்யாது.

ஒரு மெமரி சில்லை வடிவமைக்கும் போது, சரியாக 13,42,17,728 டிரான்ஸிஸ்டர்கள் மட்டும் வைத்து தயாரித்தால், 100க்கு 30 அல்லது 40 மெமரி சில்லுக்களில் ஒன்று அல்லது இரண்டு டிரான்ஸிஸ்டர்கள் வேலை செய்யாமல் போய்விடலாம். அந்த சில்லுக்கள் எல்லாவற்றையும் தூக்கி எறிந்து விட்டால், நிறைய நஷ்டம் வரும். அதற்கு பதிலாக, வடிவமைப்பிலேயே 10 அல்லது 20 டிரான்ஸிஸ்டர்களை அதிகமாக வைத்து செய்து விடுவார்கள். இந்த டிரான்ஸிஸ்டர்களின் இணைப்பு (connection) சுலபமாக ‘’வெட்டி’ (fuse) விடும் படி இருக்கும். இவற்றை, லேசர்/laser வைத்து சில நொடிகள் சூடுபடுத்தினால் இணைப்பை உருக்கி (fuse செய்து) வெட்டி விடலாம்.

முழுமையான சோதிப்பில், ஏதாவது பிட் வேலை செய்யவில்லை என்றால், அந்த பிட் இணைப்பை வெட்டி விடலாம். இது ரிப்பேர் (repair) எனப்படும். அப்புறம் சரியாக 13,42,17,728 பிட்களுக்கு அதிகமாக இருக்கும் பிட்களையும் (அவை நன்றாக இருந்தாலும்) வெட்டி விடப்படும். முழு சோதிப்பில், பல பிட்கள் வேலை செய்யவில்லை என்றால் அதை ரிப்பேர் செய்ய முடியாது; தூக்கிப் போட்டுவிட வேண்டியதுதான். முழுமையான சோதிப்பில் எல்லா பிட்களும் நன்றாக வேலை செய்தாலும், அதிகமான 10 அல்லது 20 பிட்களின் இணைப்புகள் வெட்டி விடப்படும். இதனால், எல்லா சில்லுக்களிலும் சரியாக 16 MB இருக்கும். இலவசமாக (free) ஆக இருக்கிறதே என்று அதிக பிட்களை விட்டு விடக் கூடாது. அவற்றை, கம்ப்யூட்டரில் வைத்தால், கணக்கு சரியாக வராது.

இணைப்பை வெட்டிய பிறகு, மீண்டும் இந்த சில்லுக்களை சோதனை செய்து தேர்ச்சி பெற்ற பின் விற்பனைக்கு அனுப்பப்படும். பெரும்பாலும் ‘மறு தேர்வுக்கு’ அனுப்பப்படும் சில்லுக்களில் 100க்கு 98 தேர்ச்சி அடைந்துவிடும்.

இந்த வசதிக்குக் காரணம், எல்லா பிட்களின் அமைப்பும் ஒரே மாதிரி இருப்பதுதான். ஒரு பிராஸஸர் சில்லில் ஒவ்வொரு சர்க்யூட்டும் ஒவ்வொரு மாதிரி இருக்கும். அங்கே இந்த ‘வெட்டி விடும்’ வேலை நடக்காது.

மெமரி சில்லில் 100க்கு சுமார் 60 சில்லுக்கள் முதலிலேயே தேர்ந்து விடும். மீதி இருக்கும் 40 சில்லுக்களில் 30 அல்லது 35 சில்லுக்களை ரிப்பேர் செய்து விட முடியும். அதனால், மெமரி சில்லுக்களை குறைந்த விலையில் விற்க முடியும்.

பிராஸஸர் சில்லுக்களில், முதலில் தேறாவிட்டால் ரிப்பேர் செய்ய முடியாது. அதனால், ஒரு வேஃபரில் கொஞ்சம் குறைந்த அளவு சில்லுக்கள்தான் தயாரிக்க முடியும். அதனால், விலை அதிகமாக இருக்கும். தவிர, பிராஸஸர் வடிவமைப்பது கடினம் என்பதாலும், இதை செய்ய ஒரு சில நிறுவனங்களே இருப்பதாலும் அவற்றின் விலை அதிகமாக இருக்கும்.

செயற்கை விண்கோள்(சாடிலைட்/satillite), ஏவுகணை ஆகிய சாதனங்களில் உபயோகப்படுத்தும் ஐ.சி.க்கள் அதிக வெப்பத்திலும் குளிரிலும் சரியாக வேலை செய்ய வேண்டும். அதனால் பரிசோதனையின் போதே இந்த வகை ஐ.சி.க்களை அதிக வெப்பத்திலும் குளிரிலும் வைத்து சரியாக வேலை செய்கிறதா என்று பார்க்கப்படும். இதற்கான வசதிகளும் பரிசோதிக்கும் கருவிகளில் இருக்கும்.

சுருக்கம்/summary: மொத்தத்தில், பரிசோதிக்கும் பகுதியில், முதலில் வேஃபர் ‘மேலோட்டமாக’ சோதிக்கப்படும். அதில் தேறாவிட்டால், ஃபெயிலியர் அனாலஸிஸ் செய்ய அனுப்பப்படும். ‘மேலோட்ட சோதனையில்’ தேர்ச்சி பெற்ற வேஃபர், ‘முழுமையான’ சோதனைக்கு உட்படுத்தப்படும்.

அதில், ஒவ்வொரு சில்லும் நன்றாக சோதிக்கப் பட்டு, ‘தேர்ச்சி பெற்றது’/ ‘ஃபெயில் ஆனது’ என்று பிரிக்கப்படும். பிராஸஸர் போன்ற சில்லுக்களில், தேர்ச்சி பெற்ற சில்லுக்களும் வேகத்திறனுக்கு ஏற்ப 3.2 GHz என்றோ, 3.0 GHz என்றோ தரம் பிரித்து விற்கப்ப்படும். மெமரி போன்ற சில்லுக்களில், ஃபெயில் ஆன சில்லுக்களில் பலவற்றை ரிப்பேர் செய்து மறுபடியும் சோதித்து, தேர்ச்சி பெற்றால், விற்பனைக்கு அனுப்பப்படும். அதிலும் தேர்ச்சி பெறாவிட்டால்தான் (அல்லது முதலிலேயே ரிப்பேர் செய்ய முடியாவிட்டால்), ‘ஃபெயில்’ என்ற முடிவு வரும்.

ஃபெயில் ஆன சில்லுக்கள் எந்தப்பகுதியில்/block எந்தத் தேர்வில் ‘ஃபெயில்’ ஆனது என்று குறித்துக்கொள்ளப் பட்டு, அவற்றில் சிலவற்றை ‘ஃபெயிலியர் அனாலஸிஸ்’ பகுதிக்கு அனுப்பி விடப்படும். அவற்றை ஆராய்ந்து, ஃபெயில் ஆவதன் காரணத்தை அறிந்து, அதன் மூலம் தொழிற்சாலையில் உள்ள குறைகளைக் கண்டுபிடித்து அவற்றை நீக்கி உற்பத்தியைப் பெருக்கி லாபம் காணலாம். இது சொல்வதற்கு சுலபமாக இருந்தாலும், குறிப்பாக இந்த வேலையை நடைமுறையில் செய்ய நல்ல தொழில் நுட்பமும் அறிவுத்திறனும் தேவை.

பரிசோதித்தல் -1 . Testing-1

இண்டெல் பென்டியம் 3.2GHz, அல்லது 3 GHz என்றெல்லாம் விற்கிறார்களே, இவற்றை எப்படி தரம் பிரிக்கிறார்கள் போன்ற விவரங்களை இங்கு காண்போம்.

ஐ.சி. தயாரிப்பின் முடிவில் ஒவ்வொரு சில்லும் முழுமையாக பரிசோதிக்கப்படும் (complete test). இந்த சோதிப்பு ‘சில்லு வேலை செய்கிறதா இல்லையா’ என்று சுலபமாக முடிந்துவிடாது. ஒரு சில்லில் பல லட்சக்கணக்கான் அல்லது கோடிக்கணக்கான டிரான்ஸிஸ்டர்கள் உண்டு என்பதை அறிவோம். அவை எல்லாவற்றையும் ஒவ்வொரு டிரான்ஸிஸ்டராகப் பரிசோதிக்க முடியாது. அதற்கு பதிலாக, ஒரு சில்லை பல பகுதிகளாக (ப்ளாக்/block) பிரித்து, ஒவ்வொரு பகுதியாக சோதிக்கப்படும்.

உதாரணமாக, ஒரு பிராஸஸர்(processor) சில்லை, நினைவகம் (மெமரி memory), லாஜிக் (logic), டைமர் (timer clock), என்று பிரிக்கலாம். இதில், லாஜிக்கை, மேலும் சில பகுதிகளாகப் பிரித்து, ஒவ்வொரு பகுதியாக சோதனைகள் நடக்கும்.

தரம் பிரித்தல்:
இந்த சோதனைமுறைகளை, ஒரு எடுத்துக்காட்டு மூலம் பார்க்கலாம். ஒரு ரெடிமேட் டீ-ஷர்ட் (T-shirt) தயாரிக்கும் தொழிற்சாலையில் ஒரே டிஸைனில் (design/அமைப்பு) மூன்று அளவுகளில் (size) small, medium, large என்று டீ-ஷர்ட் தயார்செய்யலாம். லார்ஜ் டீ-ஷர்ட் அதிக விலைக்கும், மீடியம் டீ-ஷர்ட் நடுத்தர விலைக்கும், ஸ்மால் டீ-ஷர்ட் குறைந்த விலைக்கும் விற்பதாக வைத்துக் கொள்ளுங்கள்.

Large அளவில் மட்டுமே, பல ஆயிரம் டீ-ஷர்ட் தயாரித்தால், அதில் நன்றாக இருப்பதை நல்ல விலையிலும், சிறிய அளவு சேதாரம் (damage) இருப்பதை சற்று குறைந்த விலையிலும் விற்கலாம். மோசமான நிலையில் எந்த டீ-ஷர்ட்டாவது இருந்தால், அதை குப்பையில்தான் போடவேண்டும். அதை medium size என்று சொல்லி இன்னும் குறைந்த விலையில் விற்கமுடியாது. அதாவது, ஒரே லைனில்(line) வரும் டீ-ஷர்ட்கள், தரத்திற்கு ஏற்ப பிரித்து விற்கப்படும்.

பல டீ-ஷர்ட்கள் மோசமான நிலையில் வந்தால், அதற்கு என்ன காரணம் என்பதைப் பார்க்கவேண்டும். நிறைய டீ-ஷர்ட்களில் காலரில் சேதாரம் (damage) இருந்தால், உடனே காலர் தயார் செய்யும் பகுதிக்கு சென்று அங்கு இருக்கும் குறையை சரி செய்ய வேண்டும். இதைப்போலவே, medium size மற்றும் small size டீ-ஷர்ட்களையும் தரம் பிரித்து விற்க வேண்டும்.

இன்டெல் (intel) என்ற நிறுவனம் கணிப்பொறிக்கு மிக முக்கியமான பிராஸஸர் (processor) வகை சில்லுக்களை விற்கிறது. அதில், வேகத்திறனுக்கு ஏற்ப 3.2 GHz (கிகா-ஹெர்ட்ஸ் Giga Hertz), 3.0 GHz, 2.8 GHz என்று பல பிராஸஸர்கள் உண்டு. ஒரு சிலிக்கன் சில்லு வடிவமைக்கப்பட்டு (design செய்யப்பட்டு) தயாரித்த பிறகு, நல்ல வேகத்திறனில் (3.2 GHzல்) சரியாக வேலை செய்யும் சில்லு, 3.2 GHz chip என்று விற்கப்படும். அதே சில்லு, 3.2GHzல் சரியாக வேலை செய்யாமல், சற்று குறைவான வேகத்திறனில் (3.0 GHz) நன்றாக வேலை செய்தால், 3.0 GHz chip என்று விற்கப்படும். அதாவது, ஒரே வேஃபரில் வரும் சில்லுக்கள், வெவ்வேறு வேகத்திறன்களில் விற்கப்படலாம்.

ஆனால், எப்படி நாம் மோசமான large டீ-ஷர்ட்டை, medium டீ-ஷர்ட் என்று விற்கமுடியாதோ அது போலவே, 3.2 GHz அல்லது 3.0 GHzலும் அந்த சில்லு சரியாக வேலை செய்யாவிட்டால், அதை தூக்கி எறிந்துவிட வேண்டியதுதான்; 2.8 GHz என்று சொல்லி விற்கமுடியாது. இந்த வகையில், 3.2 GHz சில்லுக்களும் 3.0 GHz சில்லுக்களும், ‘3.2 GHz குடும்பம் “family” எனப்படும்.

2.8 GHz சில்லு வேறு வடிவமைப்பில் இருக்கும். அதில், மிகச்சிறப்பாக வேலை செய்யும் சில்லுக்களை 2.8 GHz என்றும், நடுத்தரமானவைகளை 2.6 GHz என்றும் விற்கலாம். இதை 2.8 GHz குடும்ப (family) சில்லுக்கள் என்பார்கள்.

வாசகர்கள் கவனத்திற்கு . இந்த உதாரணம், சோதிக்கும் முறைகளை நீங்கள் புரிந்துகொள்வதற்காகவே கொடுக்கப்பட்டிருக்கிறது. உண்மையில், intel நிறுவனத்தில் 3.0 GHz, 2.8 GHz எல்லாம் ஒரு ஃபேமிலி என்றும், 2.6 GHz, 2.4 GHz எல்லாம் இன்னொரு ஃபேமிலி என்று கூட இருக்கலாம். இது வியாபார ரகசியம் என்பதால், வெளியில் சொல்ல மாட்டார்கள்.

தொழிற்சாலையில் குறைகளை நீக்குதல்:
சரி, நல்ல சில்லுக்களைத் தரம் பார்த்து பிரித்து விற்றுவிடலாம். வேலை செய்யாத சில்லுக்களால் ஏதாவது பயன் உண்டா?

நமது டீ-ஷர்ட் உதாரணத்தில் நிறைய டீ-ஷர்ட்கள் மோசமாக வந்தால், எந்த்ப்பகுதியில் (காலரில்) அதிகப்பிரச்சனை என்று கண்டுபிடித்து, அந்தப் பகுதியில் சென்று குறைகளை நீக்கினால், அதிக லாபம் கிடைக்கும். எந்தப் பகுதியில் குறை என்று கண்டுபிடித்து, அப்புறம் என்ன குறை என்பதையும் கண்டுபிடித்த பின்னால்தான், குறையை நீக்க முடியும். உதாரணமாக, டீ-ஷர்ட்டில் காலர் சரியில்லை என்று தெரிந்தால் மட்டும் போதாது. காலர் அடிக்கடி கோணல்-மாணலாக இருந்தால் தைப்பவர் சரியாக வேலை செய்யவில்லை என்று அர்த்தம். அல்லது காலர் அடிக்கடி நைந்து வந்தால், அந்த துணியே சரியில்லை என்று அர்த்தம். விவரங்களைத் தெரிந்துகொண்ட பிறகு, துணியை மாற்ற வேண்டுமா அல்லது தையல் தைப்பவரை மாற்ற வேண்டுமா என்பதை முடிவு செய்யலாம்.

அதைப்போலவே, வேலை செய்யாத சில்லுக்கள் எந்தப் பகுதியில் (block) ஃபெயில் (fail) ஆகின்றன என்பதைப் பார்த்து, அப்புறம் ‘ஏன் ஃபெயில் ஆகிறது?’ என்பதையும் தெரிந்து கொள்ள வேண்டும். அதற்குப் பின்னால் குறைகளைத் திருத்த முயற்சி எடுக்கலாம். இங்கு ‘டீ-ஷர்ட்’ உதாரணம் போல, பார்த்த உடனேயே ‘ஏன் ஃபெயில் ஆகிறது?’ என்று கண்டுபிடிக்க முடியாது. அதற்கு, ஒவ்வொரு கம்பெனியிலும் ‘ஃபெயிலியர் அனாலஸிஸ்’ (failure analysis) அல்லது ‘குறையின் காரணம் காணும் ஆராய்சி’ என்று ஒரு தனிப் பிரிவே (department) உண்டு. அங்கு பல விலையுயர்ந்த நுட்பமான கருவிகள் மூலம் வேலைசெய்யாத சில்லுக்களில் சிலவற்றை ஆராய்ந்து, காரணம் கண்டு பிடிக்கப் படும். ஒவ்வொரு சில்லிலும் இதை செய்ய ஒரிரண்டு நாட்கள் தேவைப்படும். அதனால், எல்லா ஃபெயில் ஆன சில்லுக்களையும் ‘ஃபெயிலியர் அனாலஸிஸ்’ செய்ய முடியாது.

மேலோட்டமான சோதனை:
எல்லா வேஃபரிலும் இந்த மாதிரி சோதிக்கப்படுமா என்றால் ‘இல்லை’ என்று பதில் வரும். ஏன்?

இதற்கு இன்னொரு உதாரணத்தைப் பார்போம். நீங்கள் ஒரு டி.வி. வாங்க கடைக்குப் போவதாக வைத்துக்கொள்வோம். கடையில் நீங்கள் முதல் ஆளாகப் போவதாகவும், எல்லா டி.வி.க்களும் ஆஃப் (off) நிலையில் இருப்பதாகவும் நினைத்துக்கொள்ளுங்கள். ‘எந்த டி.வி. வாங்குவது?’ என்பதற்கு எப்படி முடிவு எடுப்பீர்கள்?

முதலில் ரிமோட் (remote) எடுத்து டி.வி.ஐ ‘ஆன்’ (on) செய்வீர்கள். அப்புறம் கொஞ்சம் ஒலியை (volume) ஏற்றி இறக்கிப் பார்ப்பீர்கள். சேனல்கள் (channel) மாற்றிப் பார்ப்பீர்கள். சில சமயம் நிறம் மற்றும் வெளிச்ச அளவையும் (color and brightness) கொஞ்சம் மாற்றிப் பார்த்து, விலை உட்பட எல்லாம் திருப்திகரமாக இருந்தால் வாங்குவீர்கள்.

ஆனால் நீங்கள் முதலில் பார்க்கும் டி.வி. கீறல் விழுந்து ரிமோட் கொஞ்சம் உடைந்து இருந்தால், ‘ஆன்’ செய்து எல்லா சோதனைகளையும் செய்வீர்களா? இல்லை. ‘பாக்கவே உடைஞ்சிருக்கு, இத என்ன செக் (check) பண்றது?’ என்று விட்டு விடுவீர்கள். இதை ஒரு ‘மேலோட்டமான டெஸ்ட்’ என்று சொல்லலாம். பார்க்க ஓட்டை உடைசல் இல்லாமல் நன்றாக இருப்பதைத்தான் மேலும் செக் செய்வீர்கள். ஏனென்றால் வெளியிலேயே உடைந்திருந்தால், உள்ளே பெரும்பாலும் மோசமாகத்தான் இருக்கும் என்பதே காரணம்.

மேலும் அந்தக் கடையில், நீங்கள் பார்க்கும் முதல் இரண்டு மூன்று டி.வி.க்களில் கதி இப்படி இருந்தால், உடனே வேறு கடைக்குப் போய்விடுவீர்கள். முதல் கடையில் எல்லா டி.வி.க்களையும் பார்த்துக்கொண்டு இருக்க மாட்டீர்கள்.

ஐ.சி. சில்லுக்களில் சோதனைகளிலும், வேஃபரில் சில மேலோட்டமான சோதனைகள் செய்யப்படும். இதற்கென்றே சில டிரான்ஸிஸ்டர்களும், சில மின் தடைகளும் இருக்கும். அவை நன்றாக வேலை செய்தால்தான், எல்லா சில்லுக்களும் சோதிக்கப்படும். இல்லாவிட்டால் அந்த வேஃபர் குப்பைக்குப் போய்விடும்.

ஒரு ‘பேட்’சில் (batch) இருபத்து ஐந்து வேஃபர்கள் இருக்கும். முதல் மூன்று வேஃபர்களும் மிக மோசமாக வந்தால், அந்த பேட்சில் உள்ள மற்ற வேஃபர்கள் சோதிக்காமல் எறியப்படும். ஏனென்றால், சில்லுக்களை முழுமையாகச் சோதிக்கும் கருவிகள் பல கோடி மதிப்புடையன. ஒவ்வொரு சில்லையும் முழுமையாகச் சோதிக்க பல நிமிடங்கள் தேவைப்படும். அதனால், ‘உருப்படாத’ வேஃபரை இந்தக் கருவிகளில் சோதித்து நேரத்தையும், பணத்தையும் வீணாக்காமல், ‘மேலோட்டமான சோதனையில் தேர்ச்சி பெற்ற’ வேஃபர்கள் மட்டுமே நன்கு பரிசோதிக்கப்படும்.

அடுத்த பதிவில் முழுமையான சோதனை பற்றியும், memory எனப்படும் நினைவக சோதனையின் சிறப்பு அம்சங்களைப் பற்றியும் பார்க்கலாம்.

படிய வைத்தல் -4. மின்வேதி முறை. Deposition-4. Electrochemical

Electrochemical deposition/ ரசாயன மின்னணு முறை:
ஐ.சி.யில் மின் இணைப்புகளுக்கு தாமிரம் பயன்படுத்த படுகிறது. தாமிரத்தை பி.வி.டி. அல்லது சி.வி.டி. முறையில் படிய வைக்கலாம். இருந்தாலும் அப்படி படிந்த தாமிரத்தை விட மின்னணு ரசாயனம்/electrochemical என்ற முறையில் படிந்த தாமிரம் சிறந்த மின்கடத்தியாக இருக்கிறது. அதில் பக்கச்சுவர் படிதலும் (side wall coverage) சிறப்பாக இருக்கிறது.


இந்த முறையில் அடிப்படை தத்துவம்(basic principle) மிகவும் எளிதானது. இதை நீங்கள் வீட்டிலேயே சிறிய பரிசோதனை( experiment) மூலம் செய்து பார்க்கலாம். உங்கள் வீட்டில் உள்ள பேட்டரி செல் இரண்டை எடுத்து ஒன்றன் மேல் ஒன்றாக வைத்து (அதாவது ஒரு பேட்டரியின் பாசிடிவ் இன்னொரு பேட்டரியின் நெகடிவுடன் தொடும்) அதன் முனைகளில் இருந்து இரண்டு தனி மின்கடத்தி கம்பிகளுக்கு இணைப்பு கொடுங்கள். இந்த கம்பிகளின் ஒரு முனை பேட்டரியில் இருக்கும். இன்னொரு முனையில் சிறிய இரும்புத் தகடை (உதாரணமாக 7’O Clock பிளேடு) இணைக்க வேண்டும்.


ஒரு பீங்கான் அல்லது கண்ணாடி டம்ளரில் தண்ணீர் எடுத்து அதில் சுமார் ஒரு ஸ்பூன் அமிலம் (ஆசிட்) கலக்கவும். ஆசிட் சில கடைகளில் பாத்ரூமை சுத்தம் செய்ய கிடைக்கிறது. இதை மிக கவனமாக கையாள வேண்டும்.இதில் ஆசிடுக்கு பதிலாக, காப்பர் சல்பேட்டு என்னும் மயில் துத்ததையும் கலக்கலாம்.

இப்போது இந்த இரண்டு தகடுகளையும், ஒன்றுடன் ஒன்று தொடாமல், டம்ளரில் உள்ள தண்ணீரில் வைத்தால், ரசாயன வினை நடக்கும். தண்ணீரில் ஆசிட் கலந்திருந்தால் நெகடிவ் இணைப்பு இருக்கும் இடத்தில் ஹைட்ரஜன் வாயுவும், மறு புறத்தில் ஆக்சிஜன் வாயுவும் வரும். தண்ணீரில் மயில் துத்தம் இருந்தால், நெகடிவ் பகுதியில் தாமிரம் படியும். மறு புறத்தில் ஆக்சிஜன் வரும். இந்த அடிப்படையில்தான் பல கவரிங் நகைகளுக்கு தங்க அல்லது வெள்ளி முலாம் பூசப்படுகிறது.


வேலை செய்யும் முறை:
சிலிக்கன் வேஃபர் ஒரு குறை கடத்தி என்பதை அறிவோம். எலக்ட்ரோகெமிக்கல் முறையில் தாமிரத்தை வேஃபர் மேல் படியவைக்க வேண்டும் என்றால், வேஃபரை மின்கடத்தியாக மாற்ற வேண்டும். அதனால், முதலில் பி.வி.டி. அல்லது சி.வி.டி. முறையில் சிறிய அளவில் வேஃபர் முழுதும் தாமிரத்தை படிய வைத்து அதன் பின் இணைப்பு கொடுக்கப்படும். இது seed layer (விதை அல்லது தொடக்கப் படலம்) எனப்படும்.

இதன் பின்னர் வேஃபர் இந்த தொட்டியில் வைத்து, பேட்டரியின் நெகடிவ் இணைப்பைக் கொடுத்தால், தாமிரம் மேலும் இந்த seed layer மீது படியும். பேட்டரியின் பாசிடிவ் இணைப்பை ஒரு தாமிரத்தகடுக்கு கொடுக்க வேண்டும். தாமிரம் படிய படிய, கரைசலில் உள்ள தாமிரத்தின் அளவு குறையும். அதை சரிபடுத்தவே, மின்சாரத்தின் பாசிடிவ் இணப்பை தமிரத் தகடில் இடுக்கப்படுகிறது. இந்தத் தகடு, கொஞ்சம் கொஞ்சமாக கரைந்து கரைசலில் இருக்கும் தாமிரத்தின் அளவை ஒரே சீராக வைத்திருக்க உதவும். கரைசலின் வெப்ப நிலை, வோல்டேஜ் ஆகியவற்றை கட்டுப்படுத்தி, படலத்தின் தடிமனைக் கட்டுப்படுத்தலாம்.

இந்த கரைசலில், மயில் துத்தம் தவிர இன்னும் சில பொருள்கள் கலக்கப்படும். இவ்வாறு கலக்காவிட்டால், படலம் அவ்வளவு நன்றாக இருப்பதில்லை. நடுவில் சில சமயங்களில் கீழ்க்கண்ட வரைபடத்தில் உள்ளது போல ‘ஓட்டை’ (gap) வந்து விடுகிறது. இந்த கூடுதல் பொருள்களை (additive) சேர்த்தால், தாமிரம் நன்றாகப் படிகிறது. இதன் காரணம் இன்னும் தெளிவாக விளங்கவில்லை. ஆனால், இவை வேலை செய்கின்றன என்பதால், உபயோகத்தில் இருக்கின்றன.

சுழற்சி படிய வைத்தல்: SPIN ON: இம்முறையில் சில கரிமப்பொருள்களை(organic chemicals) மட்டுமே படிய வைக்க முடியும். இந்தக் கருவிகள் லித்தோகிராபியில் போட்டோ-ரெசிஸ்டை பூச இருக்கும் கருவிகள் போலவே இருக்கும். முதலில் எப்பொருளைப் பூச (படியவைக்க) வேண்டுமோ அதை அசிடோன், எத்தனால் (acetone, ethanol) போன்ற திரவத்தில் கரைத்துக்கொள்ள வேண்டும். பிறகு, வேஃபரை ஒரு சுழலியின் மேல் வைத்து நிமிடத்திற்கு சுமார் 500 முறை (500 rpm) சுற்றி, கரைத்த திரவத்தை நடுவில் விட வேண்டும். சுழலும் போது திரவம் வேஃபர் முழுவதும் பரவும். பரவியவுடன் மேலும் அதிக வேகத்தில் (சுமார் நிமிடத்திற்கு 5000 முறை) சுழல வைத்து மேலே காற்றை மின்விசிறி மூலம் செலுத்தினால், திரவம் முழுவதும் ஆவியாகிவிடும். கரைந்து இருந்த பொருள், வேஃபர் மேல் படிந்து விடும்.

இந்த முறையில், சில கரிமப் பொருள்களைத் தாமிரக்கம்பிகளுக்கு இடையே படிய வைத்து மின்கடத்தாப் பொருளாக உபயோகப்படுத்துகிறார்கள். பொதுவாக கண்ணாடியைத்தான் மின்கடத்தாப் பொருளாக பயன்படுத்தினாலும், சமீப காலமாக பிளாஸ்டிக் போன்ற பொருள்களை பயன்படுத்த முயற்சிகள் இருக்கின்றன. இவற்றிற்கு, சுழற்சிப் படிய வைத்தல் முறைதான் பயன்படுத்தப்படுகிறது


சுருக்கம்/Summary: ஒரு பொருளை வேஃபரில் சேர்க்க ஆவி நிலையிலும் திரவ நிலையிலும் அந்தப் பொருளை எடுத்து படிய வைக்கலாம். ஆவி நிலையில் ரசாயன சேர்க்கை இல்லாமல் செய்வது பி.வி.டி. அல்லது ஸ்பட்டரிங்/sputtering எனப்படும். அதில் அலுமினியம் மற்றும் டான்டலம் போன்ற பொருள்கள் படிய வைக்கப்படும். இந்த முறையில், குறைந்த அழுத்தத்தில் ஆர்கான் அயனி உதவியுடன் படியவைத்தல் நடைபெறும். ரசாயன சேர்க்கையுடன் நடப்பது சி.வி.டி. எனப்படும். சி.வி.டி. முறையானது வாயு அழுத்தம், வெப்ப நிலை, பிளாஸ்மா ஆகியவற்றின் உபயோகத்தை பொறுத்து எல்.பி.-சி.வி.டி., ஏ.பி.-சி.வி.டி. பி.இ.-சி.வி.டி., எச்.டி.பி.-சி.வி.டி. எனப் பலவகைப்படும். இந்த முறைகளில், சிலிக்கன், சிலிக்கன் டை ஆக்சைடு, சிலிக்கன் நைட்ரைடு ஆகியவை படிய வைக்கப்படுகின்றன.


தாமிரத்தை படியவைக்க முதலில் கொஞ்சம் seed layer வைத்து, பின் அதன் மேல் எலக்ட் ரோகெமிக்கல் முறையில் மீதி தாமிரம் படிய வைக்கப்படுகிறது. இந்த முறையில் வரும் தாமிரம் நல்ல மின்கடத்தியாக இருக்கும். சமீப காலத்தில், தாமிரக்கம்பிகளுக்கு இடையே, கண்ணாடிக்கு பதிலாக சில கரிமப்பொருள்களை மின் கடத்தாப் பொருளாக (organic insulators) பயன்படுத்த முயற்சிகள் எடுக்கப்படுகின்றன. இப்பொருள்களைப் படியவைக்க போட்டோ லித்தோகிராபியில் உள்ள சுழற்சிப் படிய வைத்தல் முறை பயன்படுத்தப்படுகின்றது.

படிய வைத்தல் -3. சி.வி.டி. (Deposition-3. CVD)

பி.வி.டி. முறையில் , பக்கச்சுவரில் படிய வைப்பது சுலபமில்லை. அதிலும் ஆழம் அதிகமாக இருந்தால், மிகவும் கடினம். Aspect ratio என்ற உயர-அகல விகிதம் அதிகமானால், பி.வி.டி. முறையில் படிய வைப்பது இயலாது. ஆனால் வேதிசேர்க்கை முறையைக் உபயோகப்படுத்தினால், நல்ல பக்கச்சுவர் கவரேஜ் (side wall coverage) இருக்கும்.

இந்தக் கருவியின் வரைபடம் கீழே இருக்கிறது. இதன் அளவு சுமார் 6 அடி நீளமும், 3 அடி. விட்டமும் இருக்கும். இதில் ஒரே சமயத்தில் 25 வேஃபர்களை பயன்படுத்தலாம். இவை இருக்கும் இடம் chamber (சேம்பர் அல்லது அறை) எனப்படும். இதில் காற்றை வெளியே இழுக்கவும், தேவையான வாயுக்களை உள்ளே செலுத்தவும் குழாய் மற்றும் வால்வு இணைப்புகள் இருக்கும். படிய வைக்க வேண்டிய பொருள் (உதாரணமாக டங்க்ஸ்டன்) வாயுக் கலவையிலேயே இருக்கும். தவிர வேஃபர்களை தேவைப்பட்டால் சூடாக்க, தனி வசதியும் இருக்கும்.

வேலை செய்யும் முறை: இங்கும் முதலில் அறை முழுதும் காற்று வெளியேற்றப்பட்டு வெற்றிடமாக்கப்படும். பின்னர் வேஃபர் தேவையான வெப்ப நிலைக்கு சூடாக்கப்படும். அதன்பின் வாயுக்கள் அறைக்குள் செலுத்தப்படும். அவை ரசாயன சேர்க்கையில் ஈடுபட்டு, வேஃபரின்மீது மட்டும் சரியான பொருளைப் படிய வைக்கும்.

உதாரணமாக, நாம் வேஃபரின் மேல் டங்க்ஸ்டனைப் படிய வைக்க வேண்டும் என்று வைத்துக்கொள்வோம். இதற்கு, டங்க்ஸ்டன் ஹெக்சா ப்ளூரைடு (WF6) என்ற வாயுவையும், ஹைட்ரஜன் (H2) வாயுவையும் கலந்து, கொஞ்சம் நைட்ரஜன் வாயுவையும் சேர்த்து, குறைந்த அழுத்தத்தில், ஒரளவு வெப்ப நிலையில் ( 150o C லிருந்து 300o C வரை) இருக்கும் வேபர் மேல் செலுத்தப்படும். இந்த சி.வி.டி. முறையில், அதிக வெப்ப நிலை என்பது 800 அல்லது 1000 C ஆகும். குறைந்த வெப்ப நிலை என்றால் 400 C க்கு கீழே என்று அர்த்தம். மிகக் குறைந்த வெப்ப நிலை என்பது சாதாரண வெப்ப நிலையான 25 அல்லது 30 C ஐக் குறிக்கும்.

பெரும்பாலும், இந்த சி.வி.டி. கருவியில், வேஃபரைத்தவிர சேம்பர் (அறை) சுவர்களும், மற்ற எல்லா இடங்களும், சாதாரண வெப்ப நிலையில் இருக்கும். வேஃபர் மட்டும் ஒரு ஹீட்டர் (heater) மூலம் சூடு செய்யப்படும். டங்க்ஸ்டன் ஹெக்சா ப்ளூரைடு வாயுவும், ஹைட்ரஜன் வாயுவும் அதிக வெப்ப நிலையில் மட்டும் வேதி சேர்க்கையில் ஈடுபட்டு டங்க்ஸ்டனைக் கொடுக்கும். இதனால் இந்த வேதி சேர்க்கை வேஃபரில் மட்டுமே நடக்கும். சேம்பரின் (அறையின்) சுவர்களிலோ வேறு இடங்களிலோ நடக்காது. அதனால் பொருள் விரயம் இல்லை.

இவ்வாறு குறைந்த அழுத்ததில் நடக்கும் சி.வி.டி.க்கு குறைவழுத்த சி.வி.டி. அல்லது Low Pressure CVD/ LPCVD என்ற ”எல்.பி.- சி.வி.டி.: என்று பெயர். இந்த முறையில், டங்க்ஸ்டன், டைடானியம், டைடானியம் நைட்ரைடு, தாமிரம், சிலிக்கன் டை ஆக்சைடு, சிலிக்கன் நைட்ரைடு, சிலிக்கன் என்று பல பொருள்களைப் படிய வைக்கலாம். பெரும்பாலும் பக்கச்சுவர் கவரேஜ், (side wall coverage) பி.வி.டி. முறையை விட நன்றாக இருக்கும்.

சி.வி.டி. முறையிலும் சில குறைபாடுகள் இருக்கின்றன. இதில் பயன்படுத்தப்படும் பல வாயுக்கள், மிகவும் அபாயகரமானவை, மற்றும் விஷத்தன்மை கொண்டவை. சில வாயுக்கள் மிகவும் அரிக்கும் தன்மையும் கொண்டிருக்கும். அதனால், பாதுகாப்புக்கே அதிக செலவாகும். அதைத் தவிர இந்த வாயுக்களின் விலையும் அதிகம்.
வெப்ப நிலை மற்றும் வாயு அழுத்தத்தை (temperature and pressure) சரியாக கட்டுப்படுத்தவில்லை என்றால், டங்க்ஸ்டன் (அல்லது சிலிக்கன் டை ஆக்சைடு என்று எந்தப் பொருளாக இருந்தாலும்), வேஃபரின் மேல் படியாமல், காற்றிலேயே ரசாயன சேர்க்கை ஏற்பட்டு, டங்ஸ்டன் காற்றிலேயே உருவாகி, தூசி போல வேஃபர் மேல் விழும். இது வேஃபரில் சரியாக ஒட்டாது. இதனால், படலத்தின் தரம் (film quality) குறைந்து விடும்.
சில சமயங்களில், வேஃபரின் வெப்ப நிலையை 150 அல்லது 200 Cக்கு உயர்த்தினால் கூட, சில வேண்டாத மாற்றங்கள் / பக்க விளைவுகள் (side effects) ஏற்படலாம். இதை ஒரு எடுத்துக்காட்டு மூலம் காண்போம்.

ஒரு டிரான்ஸிஸ்டர் கீழே உள்ள அமைப்பில் இருக்கிறது. இதன் மேல் கண்ணாடி (அல்லது) சிலிக்கன் டை ஆக்சைடை படிய வைத்து, பின்னர் மின்சார இணைப்புக்காக துளை போட்டுவிட்ட நிலையில் இந்த வரைபடம் கொடுக்கபட்டிருக்கின்றது.




இங்கு, சிலிக்கனில், பாஸ்பரஸை (P) சேர்த்தால் ‘N’ டைப் என்பதை நினைவு படுத்திக்கொள்வோம். இப்போது, வேஃபரை சி.வி.டி. சேம்பரில் வைத்து வாயுக்களை சேர்த்து சூடுபடுத்தினால், டங்க்ஸ்டன் படியும். ஆனால், அதே சமயத்தில் ஏற்கனவே சிலிக்கனில் இருக்கும் பாஸ்பரஸ் பரவத் (diffusion) தொடங்கும். கொஞ்ச நேரத்தில், இரண்டு ‘N’ டைப் பகுதிகளும் சேர்ந்து விடும். அப்போது டிரான்ஸிஸ்டர் எப்போதும் ‘ஆன்’ ஆகவே இருக்கும். அதனால் இந்த டிரான்ஸிஸ்டரும், ஐ.சி.யும் சரியாக வேலை செய்யாது. இது ஒரு பாதகமான பக்க விளைவு.

இந்தப் பிரச்சனை வரக்கூடாது என்றால், வேஃபரை சூடு படுத்தக் கூடாது. பிறகு, டங்க்ஸ்டனை எப்படி படிய வைப்பது? இதற்கு தீர்வு காண பிளாஸ்மா (plasma) உதவுகிறது.
வாயு நிலையில் உள்ள டங்க்ஸ்டன் ஹெக்சா ப்ளூரைடு மற்றும் ஹைட்ரஜனை, நிறைய வோல்டேஜ் கொண்ட மின்புலத்தில் (electric field) வைத்தால், பி.வி.டி.யில் இருப்பது போலவே, பிளாஸ்மா உருவாகும். அப்போது பல வினைகள் குறைந்த வெப்ப நிலையிலேயே ஏற்படும். இவ்வாறு பிளாஸ்மா துணைகொண்டு ஆவி நிலையில் ரசாயன சேர்க்கை படிய வைத்தலுக்கு Plasma Enhanced CVD அல்லது PE-CVD அல்லது “பி.இ.-சி.வி.டி.” என்று பெயர்.

இந்த முறையில் காந்தப்புலத்தையும் சேர்த்து ப்ளாஸ்மாவின் அடர்த்தி (density) அதிகமாக்கினால், படலத்தின் தரம் அதிகமாகும். இந்த முறைக்கு, high density plasma CVD (HDP CVD) அல்லது “ஹை டென்சிடி பிளாஸ்மா சி.வி.டி.” அல்லது ”ஹெச்.டி.பி.-சி.வி.டி” என்று பெயர்.

டங்க்ஸ்டன் மட்டும் இல்லாமல், சிலிக்கன், சிலிக்கன் டை ஆக்சைடு போன்ற பொருள்களையும் சி.வி.டி. முறையில் படிய வைக்க முடியும் என்று பார்த்தோம். உதாரணமாக சிலிக்கன் டை ஆக்சைடை படிய வைக்க Tetra Ethyl Oxy Silane டெட்ரா-எதில்-ஆக்சி-சிலேன் (TEOS/ டியாஸ்) என்ற பொருளை அதிக வெப்ப நிலைக்கு சூடுபடுத்தினாலோ அல்லது குறைந்த வெப்ப நிலையிலேயே பிளாஸ்மாவில் வைத்தாலோ சிலிக்கன் டை ஆக்சைடு படியும். அது போல, சிலேன் (silane, SiH4) என்ற வாயுவும், அம்மோனியா என்ற வாயுவும் சேர்ந்து சிலிக்கன் நைட்ரைடு என்ற பொருள் உருவாகும். இம்மாதிரி படியும் பொருள்களை பேச்சு வழக்கில், தயாரிக்கும் முறையைப்பொறுத்து எல்.பி. நைட்ரைடு என்றும், பி.ஈ. நைட்ரைடு என்றும், ஹெச்.டி.பி. நைட்ரைடு என்றும் சொல்லப்படும்.

இவற்றைத் தவிர, ஏறக்குறைய சாதாரண காற்றழுத்தத்திலும் 600 - 800 C வெப்ப நிலையிலும் படிய வைக்கும் சி.வி.டி. முறை உள்ளது. இதற்கு, atmospheric pressure CVD அல்லது APCVD அல்லது ஏ.பி.-சி.வி.டி. என்று பெயர். இதில் குறைந்த நேரத்தில் நிறைய பொருளை (அதாவது அதிக தடிமனுக்கு) படிய வைக்கலாம். ஆனால் அதில் பலமுறை துகள்கள் (particles) வந்து, படலத்தின் தரம் குறைந்து விடுவதால், இந்த முறை சில சமயங்களில் மட்டுமே பயன்படுத்தப் படுகிறது.

சி.வி.டி. முறையில், பிளாஸ்மா இல்லா விட்டால், வேஃபரின் வெப்ப நிலையை 150 C லிருந்து 1000 C வரை, தேவைக்கு ஏற்ப உயர்த்த வேண்டும் என்பதைப் பார்த்தோம். அதற்கு சில சமயம் சாதாரண ஹீட்டர் பயன்படுத்தப்படும். சில சமயங்களில் அதிகத் திறன் கொண்ட விளக்குகள் (ஹை பவர் லேம்ப் high power lamp) பயன்படுத்தப் படுகின்றன. இதன் மூலம், சூடுபடுத்துவதை விரைவாக தொடங்கவும் நிறுத்தவும் முடிகிறது. அதனால், படிய வைத்தலில், நல்ல கட்டுப்பாடு (control) இருக்கிறது.


கடந்த சில ஆண்டுகளாக, பல விதமான உலோகங்களைப் (metal) படிய வைக்க, உலோகங்களுடன் கரிமப்பொருள் கலந்த மெட்டல்-ஆர்கானிக் (metal organic) வாயுக்களைக் கொண்டு சி.வி.டி. முறை உபயோகிக்கப்படுகிறது. இதற்கு MOCVD-“எம்.ஓ.சி.வி.டி.” என்று பெயர். மிகச் சமீபத்தில், சி.வி.டி.யின் அடிப்படையில், ஒரு அணுவின் தடிமனே இருக்கும் படலங்களும் படியவைக்கப்பட்டுள்ளன! இதற்கு அடாமிக் லேயர் டெபாஸிஷன் ( atomic layer deposition) அல்லது ALD ஏ.எல்.டி. என்று பெயர். இவ்வாறு புதுப்புது கண்டுபிடிப்புகள் ஐ.சி. தயாரிப்பில் முன்னேற்றத்திற்கு வழி வகுக்கின்றன.
சி.வி.டி. முறையிலோ அல்லது பி.வி.டி. முறையிலோ தாமிரத்தை படிய வைத்தால், அதன் மின்தடை கொஞ்சம் அதிகமாக இருக்கிறது. அதனால், எலக்ட்ரோ-கெமிக்கல் என்ற மின்னணு-ரசாயன முறையில் தாமிரம் வேஃபர் மேல் படியவைக்கப்படுகிறது. இந்த முறை பற்றி அடுத்து காண்போம்.

படிய வைத்தல்-2. பி.வி.டி. Deposition -2. PVD

இதற்கு முன், சிலிக்கன் சில்லு தயாரிப்பதில், படிய வைக்கும் முறைகளில் ஒன்றான பி.வி.டி. யைப் பற்றி பார்த்தோம். இந்த பதிவில், பி.வி.டி.யை வைத்து மின் கடத்தாப் பொருளை படிய வைக்கும் வழிமுறையைப் பார்க்கலாம்.

மின்கடத்தாப் பொருளில் எதிர்மறை மின்னழுத்தம் ( negative voltage) கொடுப்பது முடியாது எடுத்துக்காட்டாக, நாம் அலுமினியத்திற்கு பதிலாக, கண்ணாடியை படிய வைக்க நினைக்கலாம். கீழிருக்கும் வரைபடத்தில் இருப்பது போல், நெகடிவ் தகடை ஒட்டி கண்ணாடியை வைத்தால் ஆர்கான் அயனி வந்து கண்ணாடியை ‘தாக்கும்’. சில கண்ணாடி அணுக்கள் தெறித்து சிதறி வேஃபரில் படியும். இவ்வாறு ஆர்கான் அயனி தாக்கும் பொழுது, கண்ணாடியிலிருந்து ஒரு எலக்ட்ரானை எடுத்துக் கொள்ளும். இதனால், ஆர்கான் அயனி, ஆர்கான் அணுவாக நியூட்ரல் (neutral) ஆகி விடும். கண்ணாடி, அந்தப் பக்கத்தில் பாஸிடிவ் (positive) ஆகிவிடும்.


ஆனால், ஆர்கான் அயனி மேலும் மேலும் தாக்கினால், கண்ணாடியில், பாஸிடிவ் சார்ஜ் (charge) அதிகமாகிவிடும். அதன் பிறகு, ஆர்கான் அயனிகள் கண்ணாடியை நெருங்க முடியாது. ஏனென்றால், கண்ணாடி, ஆர்கான் இரண்டும் பாஸிடிவ் ஆக இருக்கின்றன.

அலுமினியம் அல்லது டங்க்ஸ்டன் போன்ற மின் கடத்திகளில் இந்த பிரச்சனை இல்லை. அவற்றில் மின்சாரம் பாய்வதால், நெகடிவ் மின் தகட்டில் இருந்து எலக்ட்ரான் அலுமினியத் தகட்டின் பின் பக்கத்திலிருந்து முன் பக்கத்திற்கு வந்து, நியூட்ரல் ஆகிவிடும். கண்ணாடி மின்சாரத்தை கடத்தாததால், நியூட்ரல் செய்ய முடியாது.

இந்த நிலையைத் தவிர்க்க, நெகடிவ் மின் தகடு (electrode) மேல் மாறு திசை மின்னோட்டத்தை (alternating current அல்லது AC ) கொடுத்தால், கண்ணாடி அருகில் இருக்கும் மின் தகடு கொஞ்ச நேரம் பாஸிடிவ் ஆகவும் மற்ற நேரங்களில் நெகடிவாகவும் இருக்கும். அதைப் போலவே, வேபர் அருகில் இருக்கும் மின் தகடு, முக்கால்வாசி நேரம் பாசிடிவ் ஆகவும், கொஞ்ச நேரம் நெகடிவ் ஆகவும் இருக்கும்.




(இங்கு ‘முக்கால்வாசி’ என்பது தோராயமாக சொல்வது. சரியாக எவ்வளவு நேரம் பாஸிடிவ் ஆக இருக்கும் என்பதை DC வோல்டேஜ் மற்றும் AC வோல்டாஜின் அளவை பொறுத்து இருக்கும்). அப்போது பிளாஸ்மா(plasma)விலிருந்து மின்னணு (எலக்ட்ரான்) வந்து கண்ணாடி மேல் சேர்ந்து பாஸிடிவ் சார்ஜை நியூட்ரல் செய்து விடும். அதாவது, கண்ணாடிக்கு நாம் பின்புறம் மின் தகடை வைத்து எலக்ட்ரானை கொடுக்க முடியாததால், கண்ணாடியின் முன்புறம் பிளாஸ்மாவிலிருந்து எலக்ட்ரான் கொடுக்க வழி செய்ய வேண்டும். மொத்தத்தில், டார்கெட்டை நேர்மறை மின்னூட்டம் (positive charge)இல்லாமல் நியூட்ரலாக வைத்திருக்க வேண்டும்.




எலக்ட்ரான் நிறை மிகக் குறைவு என்பதால் அது வேபரையோ கண்ணாடியையோ தாக்கினால் எந்த சேதாரமும் இருக்காது. எந்த அணுவும் எலக்ட்ரான் தாக்குதலால் வெளியே வராது.

இவ்வாறு AC மின்சாரத்தை சேர்த்து, ”டார்கெட்”டை பாஸிடிவ் ஆக்கும்பொழுது, வேஃபர் நெகடிவாக இருக்குமே, அங்கே என்ன நடக்கும்? ஆர்கான் அயனி வந்து வேஃபரை சென்று தாக்குமா? ஏற்கனவே படிந்த பொருள் வெளியே வருமா?

ஆர்கான் அயனி வேஃபரை தாக்க வாய்ப்பு உண்டு. ஆனால் நிறைய பாதிப்பு இருக்காது. AC வோல்டேஜை கொடுக்கும் பொழுது டார்கெட் மற்றும் வேபர் பாஸிடிவாகவும், நெகடிவாகவும் அடிக்கடி மாறிக்கொண்டு இருக்கும். DC வோல்டேஜையும் AC வோல்டேஜையும் சேர்த்து வைத்தால், டார்கெட் முக்கால்வாசி நேரம் நெகடிவாகவும், கால்வாசி நேரம் மட்டும் பாஸிடிவாகவும் இருக்கும். அதேபோல, வேஃபர் முக்கால்வாசி நேரம் பாஸிடிவாகவும், கால்வாசி நெகடிவாகவும் இருக்கும்.

இதில் எலக்ட்ரானின் நிறை (mass) குறைவு. ஆர்கானின் நிறை அதிகம். அதனால், கால்வாசி நேரம் டார்கெட் பாஸிடிவாக இருந்தாலும், அந்தக் குறைந்த நேரத்திற்குள் எலக்ட்ரான் விரைவாக வந்து டார்கெட்டைச் சேரும். ஆனால், அந்த நேரத்திற்குள் எடை அதிகமான ஆர்கான் அயனி பெரும்பாலும் வந்து வேஃபரைத் தாக்க முடியாது. தப்பித்தவறி வேஃபரை ஒரு சில ஆர்கான் அயனிகள் தாக்கலாம். அப்படி நடந்தாலும், ஏற்கனவே படிந்த பொருள் கொஞ்சம் சிதறினாலும், மொத்தத்தில் அதிக இழப்பு இருக்காது.



ஆர்கான் அயனி வேபரை வந்து தாக்குவதற்குள், வேபர் அருகில் இருக்கும் மின் தகடு பாசிடிவ் ஆக வேண்டும். இதை நிர்ணயிப்பது, AC மின்சாரம் எவ்வளவு விரைவில் மாறும் என்பதே. நமது வீடுகளில் ஒரு நொடிக்கு 50 முறை மாறும் மின்சாரம் வருகிறது. இதை 50 Hz (50 ஹெர்ட்ஸ்) என்ற அதிர்வெண் (frequency) மூலம் குறிப்பிடலாம்.

இங்கே பி.வி.டி.யில் உபயோகப்படுத்தும் AC வோல்டேஜ் ரேடியோ அதிர்வெண் (radio freqeuncy) என்ற அதிர்வெண்ணில் இருப்பதால்தான் Radio Frequency PVD அல்லது RF PVD (ஆர்-எஃப் பி.வி.டி) என்று பெயர்.

கடந்த சில ஆண்டுகளில் பி.வி.டி.கருவிகளில் இன்னும் சில முன்னேற்றங்கள் செய்யப்பட்டு, கோலிமேடட் பி.வி.டி (collimated PVD), அயனைஸ்டு மெட்டல் பிளாஸ்மா பி.வி.டி. என்ற இம்ப்- பி.வி.டி (ionized metal plamsa PVD or IMP PVD) போன்ற முறைகள் உபயோகத்தில் உள்ளன. இவற்றின் விவரங்களை இணைய தளத்தில் தேடிக் காணலாம்.

அடுத்து சி.வி.டி. முறை பற்றியும், படிய வைத்தலில் நான்காவது உள் பிரிவில், மின் வேதி சேர்க்கை முறை பற்றியும் பார்க்கலாம்.

Monday, February 18, 2008

படிய வைத்தல்-1 .பி.வி.டி. Deposition-1 (PVD)

ஒரு சிலிக்கன் வேஃபர் மேல் தாமிரத்தையோ அல்லது டங்க்ஸ்டனையோ படிய வைக்க வேண்டும் என்றால் அதற்கு பல வழிகள் உண்டு. படிய வைக்கும் முறைகளை நான்கு விதமாகப் பிரிக்கலாம்.
  1. ஆவி நிலை படிய வைத்தல் Physical Vapor Deposition சுருக்கமாக பி.வி.டி PVD (இதற்கு இன்னொரு பெயர் ஸ்பட்டரிங் - Sputtering)
  2. ஆவிநிலை வேதிச் சேர்க்கை Chemical Vapor Deposition (சுருக்கமாக சி.வி.டி CVD)
  3. மின்வேதி சேர்க்கை Electrochemical Deposition
  4. சுழற்சி படிய வைத்தல் (spin-on coating)


ஐ.சி.க்களில் மிகச் சிறிய அளவே பொருளை படிய வைக்க வேண்டி இருக்கும். இவ்வாறு படிந்த பொருள், ”thin film” என்ற லேசான அல்லது மெல்லிய படலம் என்று அழைக்கப்படும். இது ஏறக்குறைய நாம் சுவற்றில் பெயிண்ட்(paint) அடிப்பது போல மிக மெல்லியதாக இருக்கும். பல சமயங்களில், அதைவிட மெல்லியதாக இருக்கும்.

எந்த முறையாக இருந்தாலும் ஒரு பொருளை வேஃபரின் படிய வைக்க சில தேவைகளை பூர்த்தி செய்ய வேண்டும்.
  1. வேஃபர் முழுவதும் ஒரே சமச்சீராக (uniform) படியவைக்க வேண்டும்.

  2. மிக நல்ல கட்டுப்பாடு தேவை. அதாவது 0.0001 மி.மீ. தடிமன் வேண்டுமென்றால் எல்லா இடங்களிலும் தடிமன் 0.00009 மி.மீ. லிருந்து 0.00011 மி.மீ.க்குள் இருக்க வேண்டும்.

  3. மேலும், மேடுபள்ளம் இருக்கும் பகுதிகளில் பக்கச்சுவர் (sidewall) மீதும் நன்றாகப் படிய வேண்டும். கீழே இருக்கும் வரைபடத்தில் இது விளக்கப்பட்டு இருக்கிறது. இதற்கு side wall coverage என்று பெயர்.



  4. படிந்த பொருள் ‘உரிந்து’ வரக்கூடாது. இதற்கு peel-off என்று பெயர். சில சமயங்களில், வீட்டு சுவரில், பெயிண்டிங் சரியாக இல்லாவிட்டால், பெயிண்ட் உரிந்து வருவதை பார்த்து இருப்பீர்கள்.

  5. வேறு எந்த மாசும் வேஃபர் மீது விழக்கூடாது.


ஒவ்வொரு பொருளையும் சேர்க்க அல்லது படிய வைக்க, அப்பொருளின் தன்மைக்கேற்ப சரியான வழியைப் பயன்படுத்த வேண்டும்.

ஒரு பொருளை படிய வைக்க ஆவியாக்கி பின் குளிர வைத்தால் அது வேஃபரின் மேல் படியும். இந்த முறைக்கு ஆவியாக்கல் evaporation என்று பெயர். முதலில் ஐ.சி.க்களில் பொருள்களைப் படிய வைக்க இந்த முறைதான் பயன்படுத்தப்பட்டது. ஆனால் இந்த முறையில் பல சிக்கல்கள் இருப்பதால் இப்போது இது நடைமுறையில் இல்லை. உதாரணமாக உலோக (metal) ஆவி வேஃபரில் மட்டும் படியாமல் எல்லா இடங்களிலும் படிவதால் பொருள் விரயம் அதிகம். தவிர, சில உலோகங்களை ஆவியாக்க மிக அதிக வெப்பம் தேவை. இது போன்ற பல காரணங்களல் இம்முறை உபயோகத்தில் இல்லை. ஆனல் இதே முறையின் அடிப்படையில், சில மாற்றங்கள் செய்து வேறு இரண்டு முறைகள் இப்போது வழக்கத்தில் இருக்கின்றன.

ஆவி நிலையில், வேதி சேர்க்கை மூலம் பொருளை படிய வைப்பது ஒரு முறை. இதற்கு ஆவி நிலை வேதி சேர்க்கை படியவைத்தல் (chemical vapor deposition) அல்லது சி.வி.டி. (CVD) என்று பெயர். இந்த முறையில் எடுத்துக்காட்டாக, டங்க்ஸ்டன் (W) உலோகத்தை படிய வைக்க வேண்டும் என்றால், அதற்கு டங்க்ஸ்டன் - ஹெக்சா - ஃப்ளூரைடு (WF6) என்ற வாயுவையும், ஹைட்ரஜன் (H2) வாயுவையும் சிலிக்கன் வேஃபர் மேல் செலுத்தலாம். இவை இரண்டும் அதிக வெப்ப நிலையில் (high temperature) சிலிக்கன் வேஃபர் மேல் மட்டும் ரசாயன சேர்க்கையில் ஈடுபட்டு (அல்லது வினை புரிந்து) டங்க்ஸ்டன் ஆனது, படியும்.

WF6 + 3 H2 -> W + 6 HF

இவ்வாறு இல்லாமல், ரசாயன சேர்க்கை இல்லாமல் ஒரு பொருளை படிய வைப்பது Physical Vapor Deposition ( PVD , பி.வி.டி.) எனப்படும். இதைத் தமிழில் ‘பௌதிக ஆவி நிலை படியவைத்தல்’ என்று சொல்லுவது சரியல்ல! ரசாயன - சேர்க்கையற்ற ஆவி நிலை படிய வைத்தல்’ என்பதுதான் சற்று நீளமாக இருந்தாலும் சரியான மொழிபெயர்ப்பாகும்.

முதலில் பி.வி.டி. என்பது என்ன, அது ஆவியாக்கலில் (evaporation) இருந்து எவ்வாறு வேறுபடும் என்பதை பார்ப்போம். பின்னால் சி.வி.டி. தொழில் நுட்பத்தையும், மூன்றாவதாக Electrochemical என்ற மின்வேதிசேர்க்கை முறையையும் விரிவாக பார்ப்போம். கடைசியாக spin-on எனப்படும் சுழற்சி படிய வைத்தலைக் காணலாம்.

    PVD/பி.வி.டி:
    கருவியின் அமைப்பு: structure
இந்தக் கருவி சுமார் 4 அடி உயரமும் 4 அடி விட்டமும் கொண்டு இருக்கும். அதில், படிய வைக்கப் படும் பொருள் (உதாரணமாக டங்க்ஸ்டன்) மேலே இருக்கும். இதன் வரைபடம் கீழே கொடுக்கப்பட்டு உள்ளது.


அலுமினியம் வட்ட வடிவில் சுமார் 5 அல்லது 6 அங்குல விட்டத்திலும் ஒரு அங்குல தடிமனிலும் இருக்கும். அதற்கு டார்கெட் (target) என்று பெயர். கீழே வேஃபர்கள் இருக்கும். இது தவிர காற்று மற்றும் வாயுக்களை வெளியே இழுக்கவும், உள்ளே செலுத்தவும் குழாய் இணைப்புகள் இருக்கும். மேலும் சுமார் 10000 வோல்டேஜ் மின் அழுத்தத்தில் எலக்ட்ரோடு இணைப்புகளும் இருக்கும். இதில், எதிர்மறை (negative)மின் தகடு (electrode)டார்கெட்டை தொட்டுக்கொண்டும்நேர்மறை (positive) மின் தகடு (electrode) வேஃபர் பக்கத்திலும் இருக்கும்.

பொதுவாக, டார்கெட்(target) என்றால், ‘குறிக்கோள்’ என்று அர்த்தம். இங்கே டங்க்ஸ்டனுக்கு ஏன் டார்கெட் என்று பெயர்? இதிலிருந்து எப்படி வேஃபருக்கு பொருளை எடுத்துச் சென்று படிய வைப்பது?

வேலை செய்யும் முறை:
இதற்கு ஒரு உதாரணத்தைப் பார்க்கலாம். ஒரு பழைய வீட்டில் மேல் சுவர் /விட்டதின் மீது ஒரு பந்தை எறிந்தால் மேல் சுவரில் இருக்கும் சுண்ணாம்பு உதிர்ந்து கீழே தரை மீது விழுந்து படியும். (பந்து தரையில் கீழே விழவில்லை என்று கற்பனை செய்து கொள்ளுங்கள்). இப்படி பல பந்துகளை மேலே எறிந்தால் கொஞ்ச நேரத்தில் கீழே தரை முழுவதும் வெள்ளையாகிவிடும். இவ்வாறு விழும் சுண்ணாம்புத் துகள்களில் பெரிய துகள்கள் நன்றாக ஒட்டாது. விளக்குமாறால் பெருக்கினால் வந்து விடும். ஆனால் சிறிய துகள்கள் அவ்வளவு சுலபமாக வராது. தரையில் நன்றாகவே ஒட்டிக்கொண்டு இருக்கும். தண்ணீர் விட்டு மெழுகினால்தான் வரும். பி.வி.டி. முறையிலும் இவ்வாறு பந்திற்கு பதிலாக ஆர்கான் அயனிகளைக்கொண்டு அலுமினியத்தை(சுண்ணாம்பு அடித்துள்ள மேல்சுவரை) தாக்கினால், சிறிய அளவில் அணுக்கள் உதிர்ந்து கீழே இருக்கும் வேஃபரில் படியும்.

முதலில் உள்ளே இருக்கும் காற்றை முழுவதும் வெளியேற்றி வெற்றிடம்(vacuum) உருவாக்கப்படும். பின் ஆர்கான்(Argon) என்ற வாயு சிறிய அளவு உள்ளே செலுத்தப்படும். இப்போது எலக்ட்ரோடுகளில் மின் அழுத்தம் கொடுத்தால், பிளாஸ்மா (plasma) என்ற நிலை உருவாகி, ஆர்கான் அயனி உருவாகும். அதாவது ஆர்கான் எலக்ட்ரானை இழந்து பாஸிடிவ் அயனி ஆக இருக்கும். இது சாதாரண வோல்டேஜில் நடக்காது. இதற்கு அதிக மின் அழுத்தம் (high voltage) தேவை. அப்போது plasma என்ற நிலை வருகிறது. இந்த பாஸிடிவ் ஆர்கான் அயனிகள், ஈர்ப்பு சக்தியால் நெகடிவ் மின் தகடை (electrode) நோக்கி சென்று நல்ல வேகத்தில் மோதும். அதனால் தான், அலுமினியத்திற்கு, இந்த இடத்தில், டார்கெட் என்ற பெயர் வந்தது.

வேகமாக வந்த ஆர்கான் அயனிகள், டார்கெட்டில் மோதுவதால், சில அலுமினியம் அணுக்கள் வெளியே தெறித்து சிதறி வரும். இது கீழே இருக்கும் வரைபடத்தில் கொடுக்கப்பட்டு உள்ளது.
ஒரு ஆர்கான் அயனி மோதினால், வெளியே எவ்வள்வு டங்க்ஸ்டன் அணுக்கள் வரும்? இது மோதும் அயனியின் வேகம், அது வரும் கோணம் (angle) ஆகியவற்றைப் பொருத்தது. பொதுவாக ஒரு அயனி மோதினால், சில அணுக்கள் வெளியே வரும். இவ்வாறு வருவது மிகச்சிறிய அளவு என்பதால் இவற்றை கண்ணால் பார்க்க முடியாது.

வெளியே தெறித்த அலுமின்யம் அணுக்கள் வேஃபரை ஒரளவு வேகத்துடன் வந்து அடையும். அவை அனைத்தும் வேபரில் சீராகப் படியாது. பல அணுக்கள் வந்தவுடன் படிந்து விடும். சில அணுக்கள், சுவரில் அடித்த பந்து போல, பட்டு திரும்ப எகிறிப் போய்விடும். சில அணுக்கள் பட்டு ஏற்கனவே படிந்த அணுக்களையும் வெளியே கிளப்பி விட்டு போய்விடும். இவற்றை கீழே இருக்கும் வரைபடங்களில் காணலாம்.



வேஃபரின் மேலே விழும் டங்க்ஸ்டன் அணுக்களில் எவ்வளவு படியும்/ஒட்டும் என்பது ‘ஒட்டும் விகிதம்' (sticking coefficient) என்று சொல்லப்படும். எல்லா அணுக்களும் ஒட்டினால், அது 1 (ஒன்று) ஆகவும், ஒன்றுமே ஒட்டவில்லை என்றால் அது 0 (பூஜ்யம்) ஆகவும் இருக்கும். பெரும்பாலான சமயங்களில் இது 0.7 அல்லது 0.8 ஆக இருக்கும். (அதாவது 100க்கு 70 அல்லது 80 அணுக்கள் பதியும். மீதி பட்டு திரும்பிப் போய்விடும்).

வேஃபரில் எல்லாம் சமச்சீராகப் படிய ஒரு சில உத்திகள் கையாளப்படுகின்றன. படியவைக்கும்போதே வேஃபரை மெதுவாக சுழல வைப்பது ஒரு முறை. வேஃபரை கொஞ்சம் சூடு படுத்தினால், படிந்துள்ள மெல்லிய படலம் (thin film) கொஞ்சம் ‘இளகி’, நன்றாகப் படிய வாய்ப்பு உண்டு. இது வரை பி.வி.டி. எப்படி வேலை செய்கிறது என்பதை பார்த்தோம். இந்த இடத்தில் சில விளக்கங்கள் அளிப்பது பொருத்தமாக இருக்கும்.
நேரடியாக ஆவியாக்கி படிய வைப்பதை விட இவ்வாறு ஆர்கான் அயனி கொண்டு ‘தாக்கி’, அலுமினியம்(அல்லது வேறு டார்கெட் உலோகத்தை) சிதறவைத்து வேஃபரில் படிய வைப்பது ஏன்? அதில் என்ன லாபம்?

டங்க்ஸ்டன் அல்லது வேறு பொருளை திரவமாக்கி, பின் ஆவியாக்க அதிக வெப்ப நிலை தேவைப்படும். பி.வி.டி. முறையில் அது தேவையில்லை. இரண்டு அல்லது மூன்று உலோகங்கள் சேர்ந்த கலவையை (alloy) ஆவியாக்கினால், அந்தக் கலவையில் இருக்கும் கொதி நிலை குறைந்த உலோகங்கள் சீக்கிரம் ஆவியாகிவிடும். ஆனால், கொதி நிலை அதிகமான உலோகங்கள் ஆவியாகாது. அதனால், உலோகக் கலவைகளை, வெறும் ஆவியாக்கல் (evaporation) மூலம் படிய வைப்பது சிரமம். அதனால், பி.வி.டி. முறை மூலம் ஆர்கான் அயனி கொண்டு ‘தாக்கி’ குறைந்த வெப்ப நிலையில் படிய வைக்கப் படுகிறது.

சரி, ஆனால், எதற்காக ஆர்கான் வாயுவை உபயோகிக்க வேண்டும்? ஆர்கான் அவ்வளவு சுலபமாக வேதி சேர்க்கையில் ஈடுபடாது. இதற்கு பதிலாக ஆக்சிஜன் அல்லது நைட்ரஜன் வாயுவைப் பயன்படுத்தினால் ரசாயன சேர்க்கை நடந்து அலுமினியத்திற்கு பதில் அலுமினியம் ஆக்சைடு அல்லது நைட்ரைடு படிந்து விடும். அதனால் மந்த வாயு (inert gas) என்று சொல்லப் படும் ஆர்கான் உபயோகிக்கப் படுகிறது.

அதிலேயே, ஹீலியம் (Helium, He) அல்லது நியான் (Neon, Ne) என்ற வேறு வாயுக்களும் உண்டு. அவையும் மந்த வாயுக்கள்தான். ஆனால், அவற்றின் விலை ஆர்கான் விலையைவிட அதிகம். தவிர, ஆர்கானை அயனி ஆக்குவது ஹீலியம் அல்லது நியானை அயனி ஆக்குவதை விட சுலபம். இந்தக் காரணங்களால் பி.வி.டி.யில் ஆர்கான் பயன்படுத்தப் படுகிறது.

இந்த பி.வி.டி. முறையில், டங்க்ஸ்டன்(W), டைடானியம்(Ti) , டேன்டலம்(Ta), தாமிரம் (Cu) ஆகிய உலோகங்களையும், டைடானியம்-நைட்ரைடு(TiN), டேன்டலம்-நைட்ரைடு (TaN) ஆகிய பொருள்களையும் படிய வைக்கலாம். ஆனால், டங்க்ஸ்டன், இப்போது CVD முறையிலேயே படிய வைக்கப் படுகிறது. தாமிரம், கொஞ்ச அளவு PVD இலும், மீதியை electrochemical என்ற மின்னணு-வேதி சேர்க்கைமுறையிலும் படிய வைக்கப்படுகிறது. மேலே கூறப்பட்ட பொருள்கள் எல்லாம் மின் கடத்திகள். ஆனால் மின்கடத்தாப் பொருளான கண்ணாடியையும் (சிலிக்கன் -டை - ஆக்சைடு) பி.வி.டி. கருவியிலும் வேலை செய்யும் முறையிலும் சில மாற்றங்கள் செய்து படிய வைக்கலாம். இதை அடுத்த பதிவில் காணலாம்.

Saturday, February 16, 2008

Lithography-2. லித்தோகிராபி- 2

இந்தப் பதிவில், முதலில் சொல்ல வந்த விஷயமும், அடுத்து விளக்க படமும் கொடுக்கப் பட்டு உள்ளது. இது நீளமான பதிவு.


  1. முதலில் லித்தோ கருவியில், வேஃபர் மீது போட்டோ கெமிக்கல் அல்லது போட்டோ ரெசிஸ்டு (Photo Resist) என்னும் (ஒளிபட்டால் மாறும் தன்மை கொண்ட) ரசாயனம் பூசப்படும். இதற்கு வேஃபரை ஒரு சுழலும் தகடு போன்ற அமைப்பின் மேல் வைத்து விடுவார்கள். வேஃபர் மெதுவாக சுழலும்போது, அதில் இந்த போட்டோ ரெசிஸ்டை ஒரு கரைப்பானில் கலந்து மேலிருந்து விழுச்செய்ய வேண்டும். அப்போது அந்த திரவம் வேஃபர் மேல் பரவும் .



  2. சரியான அளவு ஊற்றிய பிறகு, திரவத்தை நிறுத்திவிட்டு வேஃபரை அதிக வேகத்தில் சுழல வைக்கவேண்டும். அப்போது போட்டோ ரெசிஸ்டு கலந்த திரவம் சரியான தடிமனுக்கு பரவும். அதிகமாக இருக்கும் திரவம் வெளியே போய்விடும்.


  3. இந்த சமயத்தில் வேஃபரை சூடுபடுத்தினால், கரைப்பான் ஆவியாகிவிடும். போட்டோ ரெசிஸ்டு மட்டும் வேஃபர் மீது இருக்கும். இவை அனைத்தும் வெளிச்சம் இல்லாத இடத்தில் தான் நடக்க வேண்டும். லித்தோ கருவியில் இவை நடக்கும் இடத்தில் வெளிச்சம் புகாமல் இருக்கும்படி தேவையான பாதுகாப்பு அமைப்புகள் இருக்கும். இவ்வாறு போட்டோ ரெசிஸ்டு பூசப்படும் (அல்லது coating/கோட்டிங் கொடுக்கப்படும்).

    அடுத்து இதன் மேல் மாஸ்க் மற்றும் லென்ஸ் சரியான இடத்தில் சரியான தூரத்தில் கொண்டு வர வேண்டும். இவை அனைத்தும் கம்ப்யூட்டர் மூலமே செய்யப்படும். மாஸ்க்கை வைத்து, லென்ஸும் சரியாக வைத்த பிறகு, ஒரு விளக்கின் மூலம் குறிப்பிட்ட அளவு ஒளி குறிப்பிட்ட அளவு நேரம் (சுமார் ஒரு வினாடி இருக்கலாம்) செலுத்தப்படும்.




  4. உடனே, எங்கெல்லாம் ஒளி பட்டதோ அந்த இடத்தில் எல்லாம் வேதிவினை நடந்து இருக்கும்.


  5. ஓரு மாஸ்க்கை வைத்து ஒரே “ஷாட்டில்” வேஃபர் முழுதும் ஒளியை செலுத்த முடியாது. ஐ.சி.யின் அளவைப் பொறுத்து ஒரு ஷாட்டில் ஒன்று முதல் 30 ஐ.சி.க்கள் வரை செய்யலாம். ஒரு ஷாட் முடிந்தவுடன், வேஃபரை கொஞ்சம் நகர்த்தி அடுத்த ஷாட்டின் மீண்டும் ஒளி செலுத்தப்படும். இப்படி பல முறை படிப்படியாக நகர்த்தி (step by step) வேஃபர் முழுதும் ‘வரையறுக்க’ வேண்டும். படிப்படியாக நகர்வதால், இந்தக் கருவி ‘stepper’/ஸ்டெப்பர் என்றும் அழைக்கப்படும்.



  6. இவ்வாறு வேஃபர் மேல் இருக்கும் போட்டோ ரெசிஸ்டு மேல் ஒளியை மாஸ்க் வைத்து செலுத்துவது “எக்ஸ்போஸ்” expose செய்வது என்று சொல்லப்படும்.

    வேஃபர் முழுவதும் எக்ஸ்போஸ் செய்த பிறகு, வேபரை டெவலப் செய்ய வேண்டும். அதாவது சரியான ரசாயனத்தில் ‘கழுவ’ வேண்டும். அப்போது, எந்த இடங்களில் எல்லாம் ஒளி பட்டிருக்கின்றதோ அங்கெல்லாம் போட்டோ ரெசிஸ்டு கரைந்து விடும். ஒளி படாமல் மாஸ்க்கினால் மறைக்கப்பட்ட இடங்கள் மாத்திரம் கரையாது.


  7. இப்போது வேஃபரை சூடிபடுத்தினால், கரையாத இடங்களில் இருக்கும் போட்டோ ரெசிஸ்டு கொஞ்சம் கெட்டியாகிவிடும் (அல்லது இறுகி விடும்). இது அவ்வளவு சுலபமாக ‘அசையாது’. இதற்கு ‘பேக்கிங்/ baking’ என்று சொல்லுவார்கள். இந்த இடத்தில் லித்தோ முடிவடைகிறது



  8. அடுத்து, ஒரு உதாரணத்திற்கு, வேஃபர், பொருள் நீக்கும் இடத்திற்கு செல்வதாக வைத்துக்கொள்வோம். அங்கு, போட்டோ ரெசிஸ்டு இல்லாத இடத்தில் மட்டும்தான் பொருள் நீக்க அல்லது அரிக்கப்படும். இதனால் “குறிப்பிட்ட இடங்களில்’ மட்டும் பொருளை நீக்க முடியும்.


  9. அதன் பிறகு, இந்த கெட்டியான போட்டோ ரெசிஸ்டை நல்ல கரைக்கும் திறன் கொண்ட திரவத்தை வைத்து கரைத்து எடுப்பார்கள். எப்படி நாம் சாம்பார், ரசத்திற்கு கறிவேப்பிலையை பயன்படுத்தி, வாசனை வந்ததும் சாப்பிடாமல், தூக்கி எறிந்து விடுகிறோமோ, அது போல, போட்டோ ரெசிஸ்டும், ‘உலர் நிலை அரித்தலில்' சில இடங்களை பாதுகாக்க பயன்படும். அதன் பின், போட்டோ ரெசிஸ்டுக்கு வேலை இல்லை. அதையும் தூக்கி எறிந்து விட வேண்டியதுதான்.



இவ்வாறே, ஒவ்வொரு தளத்திலும், எப்போதெல்லாம் (இந்த இடத்தில் மட்டும் பொருளை நீக்க வேண்டும் என்று) ‘குறிக்க’ அல்லது ‘வரையறுக்க’ வேண்டுமோ அப்போதெல்லாம் அதற்கான மாஸ்க் வைத்து லித்தோ உபயோகிக்கப் படுகின்றது. ஒரு ஐ.சி. செய்ய 30க்கும் மேற்பட்ட மாஸ்க்குகள் தேவைப்படும்.

இந்த இடத்தில் சில விட்டுப்போன விவரங்களைப் பார்க்கலாம். மேலே உள்ள வரைபடத்தில் ஒரு லென்ஸ் மட்டும் உதாரணத்திற்காக காண்பித்திருக்கிறோம். நடைமுறையில் லித்தோக் கருவியில் பல லென்ஸ்களும், விளக்கின் திறனை கட்டுப்படுத்த பல கருவிகளும், வேஃபர், மாஸ்க் மற்றும் லென்ஸ்களை மிகச்சரியாக நகர்த்தும் கருவிகளும் இருக்கும்.

லித்தோகிராபி முறை, அதில் உபயோகிக்கும் விளக்கைப்பொருத்து EUV (extreme ultra violet) ஈ.யூ.வீ. (மிகதொலைவுபுற ஊதாக் கதிர்கள்), DUV (deep ulta violet) டீ.யூ.வீ.( தொலைவு புற ஊதாக் கதிர்கள்) என்று வழங்கப்படும். இவற்றைத் தவிர X-Ray (எக்ஸ்-ரே) மற்றும் எலக்ட்ரான் கதிர்களைக் (electron beam) கொண்ட லித்தோகிராபி முறைகளும் ஆராய்ச்சி அளவில் உள்ளன.


லித்தோ முறையில் ஒளியானது வேஃபரில் பட்டு பிரதிபலித்து (reflect) திரும்பினால், நாம் எதிர்பார்த்தபடி மாஸ்க்கில் உள்ள அமைப்புகள் கீழே வராது. எனவே ஒளி பிரதிபலித்து வருவதைத் தடுக்க ‘பிரதிபலிப்பை தடுக்கும் படலம்’ (anti reflective coating) அல்லது ஆர்க் (ARC) என்ற வகை ரசாயனம் உபயோகிக்கப்படும். மிகச் சிறிய அளவில் (அதாவது 250 நே.மி.க்கு குறைவான அளவில்) உள்ள டிரான்ஸிஸ்டர் கேட் போன்ற அமைப்புகளுக்கு, மாஸ்க்கில் இருப்பது அப்படியே வேஃபருக்கு வராது. அருகருகில் பல டிரான்ஸிஸ்டர்கள் இருந்தால், ஒளி செல்லும் பாதை மாறுபடும். அதாவது, ஒளியானது செல்லும் பொழுது (diffraction) டைஃப்ராக்சன் மற்றும் (interference) இன்டெர்ஃபரன்ஸ் போன்ற விளைவுகளால், சில மாறுதல்கள் இருக்கும். இதை சரிக்கட்ட (optical proximity correction) ஆப்டிகல் ப்ராக்ஸிமிடி கரக்ச்ன் அல்லது (OPC) ஓ.பி.சி. என்ற முறை பயன்படுத்தப் படுகிறது. OPC/ஓ.பி.சி.ஐ “அருகருகில் செல்லும் ஒளிக்கற்றைகளை திருத்துதல்” என்று மொழி பெயர்க்கலாம்.

தவிர, (phase shift mask) ஃபேஸ் ஷிப்ட் மாஸ்க் அல்லது சுருக்கமாக (PSM) பி.எஸ்.எம். (இதை நிலை மாற்றிய மாஸ்க் என்று கூறலாம்) என்ற தொழில் நுட்பமும் பயன்படுத்தப் படுகிறது. இவற்றின் விவரங்களை இணைய தளத்தில் கூகிளில் காணலாம்.

லித்தோ முறையானது ஐ.சி. தயாரிப்பில் மிக மிக முக்கியமான படி (step) ஆகும். பல சமயங்களில், ஐ.சி.யை நல்ல முறையில் செய்ய முடியாமல் போவதற்கு, லித்தோ முறையில் வரும் கோளாறுகளே காரணம். மற்ற முறைகளில் கோளாறு வந்தால், சில சமயங்களில் கொஞ்சம் சரி செய்து கொள்ள வாய்ப்பு இருக்கலாம். உதாரணமாக, ஒரு பொருளை படிய வைக்கும்பொழுது கொஞ்சம் அதிகமாகப் படிய வைத்து விட்டால், அடுத்து அந்தப் பொருளை நீக்கும் பொழுது அதற்கு ஏற்ப அதிக நேரம் நீக்கி ‘சரிக்கட்டி’ கொள்ளலாம்.

ஆனால், லித்தோவில் மாஸ்க்கை சரியாக வைத்து நன்றாக ஃபோகஸ் செய்து, சரியான அளவு எக்ஸ்போஸ் செய்யாவிட்டால், ஐ.சி.யின் கதி அதோகதிதான்! இதில் குறையை ‘அரித்தலுக்கு’ முன் கண்டுபிடித்துவிட்டால், எல்லா போட்டோரெசிஸ்டையும் கழுவி, மறுபடி லித்தோவிற்கு முதலிலிருந்து அனுப்புவதுதான் ஒரேவழி. அரித்தலுக்கு பின் கண்டு பிடித்தால், வேஃபரைத் தூக்கி போட்டு விடுவதுதான் பெரும்பாலும் வழி.

ஐ.சி. தயாரிக்கத் தேவைப்படும் கருவிகளைத் தயார் செய்யும் நிறுவனங்களில், சில கருவிகளை ஏற்றுமதி செய்ய அந்தந்த நாட்டு அரசாங்கம் கட்டுப்பாடு (control) அல்லது தடை (ban) விதித்திருக்கும். ஆனால் சில சமயங்களில் அந்த தடைகள் பயனற்றதாகிவிடும். எடுத்துக்காட்டாக, சைனாவில் ஒரு ஐ.சி. தயாரிக்கும் தொழிற்சாலைக்கு 65 நே.மீ.க்கு தகுந்த ‘லித்தோ கருவி/litho equipment’ தேவை என்று வைத்துக்கொள்வோம். இக்கருவியை அமெரிக்காவில் உள்ள நிறுவனங்கள் தயாரிக்கும். ஆனால் அமெரிக்க நிறுவனங்கள் இந்தக் கருவியை சைனாவிற்கு ஏற்றுமதி செய்ய, அமெரிக்க அரசாங்கம் கட்டுப்பாட்டு விதித்து இருக்கும். அதே சமயம், சற்று திறன் குறைந்த (அதாவது 250 நே.மீ. செய்யத்தகுந்த) மற்றும் விலை குறைந்த கருவியை அமெரிக்காவிலிருந்து சைனாவிற்கு ஏற்றுமதி செய்ய எந்தக் கட்டுப்பாடும் இருக்காது.

இதை பயன்படுத்தி அமெரிக்க நிறுவனம், 65 நே.மீ. கருவியை, 250 நே.மீ.செய்யத்தகுந்த கருவி என்று சைனாவில் உள்ள ஐ.சி. தொழிற்சாலைக்கு (குறைந்த விலைக்கு) விற்று விடுவார்கள். 250 நே.மீ. செய்யக் கூடிய கருவியை விட 65 நே.மீ. செய்யும் கருவியி விலை அதிகமாக இருக்கும். இங்கே சிறிய எண்ணிற்கு தான் மதிப்பு அதிகம். இந்தக் கருவிகளின் திறனை (அதாவது ஒரு கருவி 65 நே.மீ கருவியா அல்லது 250 நே.மீ. கருவியா என்று ) சும்மா பார்த்து நிர்ணயிக்க முடியாது. திறமை வாய்ந்த தொழில் நுட்ப வல்லுனர்கள் பல பரிசோதனைகள் செய்தபின்னால் மட்டுமே இவற்றின் திறனை நிர்ணயிக்க முடியும். எனவே பெரும்பாலும் இவற்றை வாங்கும் அல்லது விற்கும் நிறுவனங்களின் சொல்லை நம்பவேண்டிய நிலையில் அரசாங்களும் இருக்கின்றன.

இவ்வாறு குறைந்த விலைக்கு விற்றால், கருவி விற்கும் நிறுவனத்திற்கு நஷ்டம் ஏற்படுமே? மீதிப் பணத்தை annual maintenance contract (AMC) என்றோ, service contract என்றோ ‘எழுதப்படாத அக்ரீமெண்ட்’ மூலம் வாங்கி விடுவார்கள். இது போன்ற குறுக்கு வழிகள் மூலம் சில கட்டுப்பாடுகளையும் மீறி வியாபாரம் நடக்கிறது. சில சமயங்களில் அரசாங்க விதிமுறைகளும் காலத்திற்கேற்ப உடனுக்குடன் மாறுவதில்லை என்பதையும் மறுக்க முடியாது.

சுருக்கமாக/Summary: லித்தோகிராபி என்பது ஐ.சி. தயாரிப்பில் மிக முக்கிய பங்கு வகிக்கின்றது. ஒவ்வொரு தளத்திலும், எங்கு பொருள் நீக்கப்படலாம் அல்லது மாசு சேர்க்கப்படலாம் என்பதை வரையறுக்கும் முறையே லித்தோ ஆகும். இந்த முறை ஏறக்குறைய போட்டோ எடுப்பதைப் பின்பற்றியது. இதில் லே-அவுட்டிலிருந்து மாஸ்க் தயாரிக்கப்படும். மாஸ்க்கை உபயோகப்படுத்தி பல வேஃபர்களில் ஐ.சி.க்கள் தயாரிக்கப்படும். இம்முறையில் சமீப காலத்தில் ஆர்க், ஓ.பி.சி. , பி.எஸ்.எம். போன்ற புதிய தொழில் நுட்பங்கள் பயன்படுத்தப்படுகின்றன.

அடுத்த பதிவில், பொருளைப் படிய வைக்கும் முறையைப் பற்றி பார்ப்போம்.

Lithography-1. லித்தோகிராபி-1

இதற்கு முன் நாம் ஐ.சி. தயாரிக்க, ‘வரையறுக்கும் முறை’ அல்லது ‘குறிப்பிட்ட இடத்தில் மட்டும் பொருளை நீக்க’ அல்லது ‘குறிப்பிட்ட இடத்தில் மட்டும் மாசுக்களை சேர்க்க’ வேண்டும் என்பதைப் பார்த்தோம். அவ்வாறு வரையறுக்க உதவுவது லித்தோகிராபி (Lithography) என்ற முறை. (இதற்கு தமிழ்ப் பதம் தெரிந்தால் சொல்லுங்களேன்). இந்த முறையின் முழுப்பெயர் “போட்டோ லித்தோகிராபி” (Photolithography). இது பெரும்பாலும் லித்தோகிராபி என்றும், சில சமயங்களில் சுருக்கமாக ‘லித்தோ’ என்று அழைக்கப்படும்.

ஒரு ஐ.சி.க்கு மின்சுற்று வடிவமைப்பு (circuit design) முடிந்து விட்டதாகவும், அடுத்து லே-அவுட் (Lay out) அல்லது பிளான் வரைந்து விட்டதாகவும் வைத்துக் கொள்வோம். இப்போது அதைத் தயாரிக்க வேண்டும். இந்த லே-அவுட் ஆனது ஒரு மென்பொருள் ( ஃபைல் / file ) ஆக கணிப்பொறியில் இருக்கும். நம் வீட்டு லே-அவுட்டை (அதாவது பிளானை) ஒரு காகிதத்தில் வரைந்து விடலாம். ஒரு ஐ.சி.யின் லே-அவுட்டை ஒரு சாதாரண காகிதத்தில் வரைந்தால் ஒன்றும் தெளிவாகத் தெரியாது. ஒரு கோடி டிரான்ஸிஸ்டர்களை ஒரு பக்கத்தில் வரைந்தால் என்ன தெரியும்?ஆனால், இந்த ‘லே-அவுட்’ டை, கம்ப்யூட்டரில் பெரிதாக்கி (ஜூம்/zoom செய்து) பார்த்தால், எந்த டிரான்ஸிஸ்டர் எங்கே வரும் என்று தெரியும். பிறகு லே-அவுட்டிலிருந்து மாஸ்க் (Mask) செய்யப்படும். சர்க்யூட்டிலிருந்து எப்படி லே-அவுட் ஃபைல் வரும், அதை வைத்து மாஸ்க் தயாரிப்பது எப்படி என்பதை நாம் விளக்கவில்லை. இந்த மாஸ்க்கை வைத்து எப்படி ஐ.சி. தயாரிப்பது என்பதை மட்டும் இங்கு காண்போம்.



மாஸ்க் என்றால் என்ன? இது சில இடங்களை ஒளி செல்ல முடியாமல் மறைத்து சில இடங்களில் மட்டும் ஒளி செல்லும்படி இருக்கும். உதாரணமாக, நம் மோட்டார் வாகனங்களில் பதிவு எண் (Registration Number) எழுதும் போது, சில கடைகளில், ஸ்டென்சில் (stencil) வைத்து பெயிண்ட் (paint) அடிப்பார்கள். ஒரு தகடில், எண் வடிவத்தில் வெட்டி எடுத்து விட்டால், அது ஸ்டென்சில் ஆகி விடும். அதை, வண்டியின் மேல் வைத்து, பெயிண்ட் அடித்தால், எண் அழகாக வரும். லித்தோகிராபியில், மாஸ்க் என்பது இந்த ஸ்டென்சில் போல. தேவைப்பட்ட இடங்களில் ஒளி செல்லும் படியும் மற்ற இடங்களில் ஒளியை மறைக்கும் படியும் இருக்கும்.

இன்னும் சரியாக சொல்லப் போனால், மாஸ்க் என்பது நாம் எடுக்கும் போட்டோ நெகடிவ் (photo negative) போல. (இது டிஜிடல் காமிரா வருவதற்கு முன்னால்!). கறுப்பு-வெள்ளையில் பாஸ்போர்ட் போட்டோ எடுத்தால், போட்டோவிற்கு நெகடிவ் வரும். அந்த நெகடிவை வைத்துக்கொண்டு நீங்கள் தேவைப்பட்ட அளவு பிரதிகள் எடுக்கலாம்.

லித்தோ கருவியின் அமைப்பு: சில சமயங்களில் இதற்கு உபயோகப்படுத்தும் கருவியும் லித்தோ என்றே சொல்லப்படும். இது சுமார் 10 அடி நீளமும், 10 அடி அகலமும் 7 அடி உயரமும் இருக்கும். (குறிப்பு. எப்படி கார்கள் மாருதி-800 முதல் குவாலிஸ் வரை பல அளவுகளில் தயாரிக்கப்படுகின்றனவோ, அதே போல் ஐ.சி. தயாரிப்பில் உபயோகப் படுத்தப்படும் கருவிகளும் பல அளவுகளில் வருகின்றன. இங்கு கொடுக்கப்படும் அளவுகள், நீங்கள் இக்கருவிகளின் அளவைப் பற்றி தோராயமாகத் தெரிந்து கொள்ள உதவும். அவ்வளவு தான்).இதன் விலை எனக்கு இப்போது தோராயமாகக் கூட தெரியவில்லை. ஆனால் நிச்சயமாக 5 கோடி ரூபாய்க்கு மேல் இருக்கும் என்று தெரியும்.



இதில் ஒரு சமயத்தில் ஒரு வேஃபர் மட்டுமே பயன்படுத்த முடியும். இதன் அடிப்படை தத்துவம் பெரும்பாலும் போட்டோ எடுப்பதைச் சார்ந்தது. சாதாரண ஃபிலிமில் போட்டோ எடுக்கும் பொழுது, ‘டெவலப்’ செய்ய இருட்டு அறை (dark room) தேவைப்படும். போட்டோ எடுக்க வேண்டும் என்றால் முதலில் பிலிமைக் காமிராவிற்குள் வைக்க வேண்டும். பின் பட்டனை ‘க்ளிக்’ செய்தால், ஷட்டர் (shutter) ஒரு நொடி (அல்லது அதற்கும் குறைவான நேரம்) திறந்து உடனே மூடிவிடும். பல காமிராக்களில், ஆட்டோ-ஃபோகஸ் (auto focus) என்பது இருக்கும். இல்லாவிட்டால், காமிரா லென்ஸை (lens) சரியாக வைத்து ஃபோகஸ் செய்ய வேண்டும். அப்போதுதான் படம் சரியாக வரும். போட்டோ எடுக்கும்பொழுது ஒளி படும் இடங்களில் வேதிவினை நடந்து பிலிமில் மாற்றங்கள் நடக்கும். ஒளி படாத இடங்களில் அவ்வாறு எதுவும் நடக்காது.

உதாரணத்திற்கு கீழுருக்கும் வரைபடத்தைப் பார்க்கவும்.




போட்டோ எடுத்த பிறகு, பிலிமை ‘டெவலப்’ (develop) செய்ய வேண்டும். இதை கழுவுதல் என்றும் சொல்வார்கள். டெவலப் செய்த பிறகு, ஒளி பட்ட இடம் கறுப்பாகவும், ஒளி படாத இடம் வெள்ளையாகவும் இருக்கும். அதனால்தான், டெவலப் செய்த பிலிமிற்கு, ‘ நெகடிவ்’ என்று பெயர்.

ஒரு நெகடிவை வைத்து பல பிரதிகள் (copy) போட்டோ எடுக்கலாம். அதற்கு போட்டோ காகிதம் தேவை. இந்த காகிதத்தின் மேலே ரசாயனப் பூச்சு இருக்கும். ஒரு நெகடிவை இந்த காகிதத்தின் மேல் வைத்து விளக்கின் ஒளியை செலுத்தினால், நெகடிவில் கறுப்பாக இருக்கும் இடத்தின் வழியே ஒளி செல்லாது. வெள்ளையாக (அல்லது நிறமற்ற) இடங்களின் வழியே ஒளி செல்லும். பின்னர், அந்த காகிதத்தை பின்னர் தகுந்த ரசாயனத்தில் கழுவினால், போட்டோ தயாராகும். ஒரு நெகடிவிலிருந்து போட்டோவை பெரிய (அல்லது சிறிய) அளவில் எடுக்க, மேலே கூறப்பட்ட முறையிலேயே, ஒரு லென்ஸ் வழியே ஒளியை செலுத்தினால், காகிதத்தில் பெரிய (அல்லது சிறிய) அளவில் போட்டோ வந்துவிடும்.



இதைப்போலவே, ஐ.சி. தயாரிப்பிலும் நெகடிவ் போல பயன்படுவதுதான் ‘மாஸ்க்’ /mask. போட்டோ காகிதத்திற்கு பதிலாக, வேஃபர் இருக்கும். வேஃபர் மீது ”ஒளி பட்டால் மாறும் தன்மை கொண்ட” ரசாயனத்தைப் பூசிவிட்டால், அது போட்டோ காகிதம் போலவே பயன்படும். ஐ.சி. தயாரிப்பில், மாஸ்க்கை விட வேபரில் ‘படம்’ சிறியதாக இருக்கும். பல நிறுவனங்கள் 4:1 என்ற விகிதத்தில் அளவை குறைக்கின்றன. அதனால், லித்தோ கருவியில் அதற்கு ஏற்ற வகையில் லென்ஸ் இருக்கும். போட்டோ எடுத்த பின் என்ன செய்வது என்பதில்தான் ஐ.சி. தயாரிப்பிற்கும், சாதாரண போட்டோவிற்கும் வேறுபாடு இருக்கும். சாதாரண போட்டோவை, ஏதாவது விண்ணப்பத்தில் (application form) ஒட்டி விடுவோம், அல்லது பிரேம் (frame) மாட்டி வீட்டில் வைத்து விடுவோம். அல்லது ஆல்பத்தில் வைத்து, நம்மிடம் சிக்கியவர்களிடம் காட்டி பார்க்க சொல்வோம். ஆனால், ஐ.சி. தயாரிப்பில் வேஃபரானது, போட்டோ லித்தோவிற்கு பிறகு ‘etching’ என்ற “பொருளை அரித்து எடுக்கும்” இடத்திற்கு அனுப்பப்படும். இவற்றை அடுத்த பகுதியில் சற்று விரிவாகப் பார்க்கலாம்.

(நான் லித்தோ பகுதியை ஒரே பதிவில் போடலாம் என்று நினைத்து இருந்தேன். ஆனால் வளர்ந்து கொண்டே போவதால் இரண்டு பதிவாகப் போட இருக்கிறேன். அடுத்த பதிவில், வேபரில் ரசாயன பூச்சு பூசுவது, மாஸ்க் பயன்படுத்துவதில் உள்ள வேலைகள் பற்றிய விவரங்களைக் காணலாம்).

Silicon Chips. Steps in Manufaturing (II). சிலிக்கன் சில்லு. தயாரிப்பு முறைகள் (II)

இதற்கு முந்திய பதிவில், டிரான்ஸிஸ்டர் செய்வது வரை உள்ள ஃபியோல் (FEOL) என்ற பகுதியைப் பார்த்தோம். இங்கு, அந்த டிரான்ஸிஸ்டர்களை இணைக்கும் மின்கம்பிகளை செய்யும் பகுதியைப் பார்ப்போம். இது பியோல் (BEOL) எனப்படும்.

வாசகர்கள் கவனத்திற்கு. நீங்கள் இப்படி புதிய கருத்துக்களை மற்றும் சொற்களை பார்க்கும் பொழுது, தமிழில் படித்த பின்னர், கூகிளில் அல்லது விக்கிபிடியாவில் சென்று, (எடுத்துக்காட்டாக) "BEOL transistor manufacturing" அல்லது "FEOL transistor manufacturing" என்று தேடி, அவற்றை படித்து விட்டு மீண்டும் தமிழில் இருப்பதைப் படித்தால் உங்களுக்கு இந்த கருத்துக்கள் புரிதல் கூடும். இவற்றை இன்னொரு கோணத்தில் காண இந்த முறை (method) உதவும். தவிர, இங்கு எழுதி இருப்பதில் தவறு இருந்தாலும் சுட்டிக் காட்ட உதவும்.

ஒரு சில்லு (chip) என்பது பல டிரான்ஸிஸ்டர்களையும், அவற்றை இணைக்கும் மின் கம்பிகளையும் கொண்டது என்பதைப் பார்த்தோம். டிரான்ஸிஸ்டருக்கு மின் அழுத்தத்தை (வோல்டேஜைக்) கொடுக்க மின்சாரத்தைக் கடத்தும் கம்பிகளால் இணைக்க வேண்டும். டிரான்ஸிஸ்டரானது மிகச் சிறியது, சுமார் 100 அல்லது 200 நே.மீ. அளவுடையது என்பதை அறிவோம். இவற்றை இணைக்கும் கம்பிகள், இன்னும் சிறியதாக இருக்க வேண்டும். இல்லாவிட்டால் ஒரே கம்பி இரண்டு டிரான்ஸிஸ்டர்களை குறுக்கு (ஷார்ட் சர்க்யூட் - short circuit) செய்துவிடும்; சில்லும் வேலை செய்யாது.

இரண்டு அல்லது மூன்று டிரான்ஸிஸ்டர்களை இணைக்கவே நல்ல கவனம் தேவை. பல கோடி டிரான்ஸிஸ்டர்களை இவ்வாறு ஒரே தளத்தில் (level) கம்பிகளைக் கொண்டு இணைக்க முடியாது. பல இடங்களில் குறுக்கு (ஷார்ட் சர்க்யூட் - short circuit) ஏற்படும். அதனால், இக்கம்பிகளை பல தளங்களில் கொண்டு சென்று டிரான்ஸிஸ்டர்களை சரியாக இணைக்க வேண்டும். கீழே இரண்டு தளங்களில் இருப்பது போல வரைபடம் கொடுக்கப்பட்டுள்ளது.



தற்சமயம் (2008ல்) பல ஐ.சி.க்களில் 6 அல்லது 7 தளங்களில் இணைப்புக் கம்பிகள் செல்கின்றன. ஒரு சில்லில் கோடிக்கணக்கான இக்கம்பிகளில் ஏதேனும் ஓரிடத்தில் கம்பி உடைந்தாலோ அல்லது குறுக்கு (ஷார்ட் சர்க்யூட் - short circuit) ஏற்பட்டாலோ கூட ஐ.சி. வேலை செய்யாது.


இத்தளங்களிலும் கீழிருந்து மேலே செல்லும் தூண்களை ‘வியா’ (via) என்றும், ஒரு தளத்தில் குறுக்கிலும் நெடுக்கிலும் செல்லும் கம்பிகளை ”உலோகக் கோடு” அல்லது ‘மெட்டல் லைன்ஸ்’ (metal lines) என்றும் இந்தத் தொழில்நுட்ப வழக்கில் (jargon) கூறுவார்கள்.

இந்த இணைப்பிற்கு தாமிரக் கம்பிகள் தற்போது (2007ல்) உபயோகத்தில் உள்ளன. தாமிரம் ஒரு சிறந்த மின்கடத்தி (electrical conductor) . இது கடந்த பத்து, பன்னிரண்டு வருடங்ளாகத்தான் இருக்கிறது. அதற்கு முன் அலுமினியக் கம்பிகள் இருந்தன. இன்னும் இந்தியாவில் அலுமினியக் கம்பி செய்யும் தொழில் நுட்பம் மட்டுமே உள்ளது; தாமிரக் கம்பியை (இந்த சிறிய அளவில்) செய்யும் தொழில்நுட்பம் இல்லை. (வெள்ளி உலோகம், தாமிரத்தை விட சிறந்த மின் கடத்தி. ஆனால் அதன் விலை மிக அதிகம்).

மின்சாரம் கம்பி வழியே சில்லும் போது அதன் ஆற்றலின் (energy) ஒரு பகுதி வெப்பமாக மாறுகிறது. இது ஒரு இழப்பே. நல்ல மின் கடத்தில்யில் இழப்பு குறைவாக இருக்கும். தாமிரத்தில் இந்த இழப்பு குறைவு. அலுமினியத்தில் இந்த இழப்பு சற்று அதிகம்.
நீங்கள் செல்போனில் நிறைய நேரம் பேசினால் அது சூடாவதை உணரலாம். இதற்குக் காரணாம் இந்த மின் கம்பிகளில் மின்சாரம் வெப்பமாக மாறுவது தான். நல்ல மின் கடத்தியினால் செய்யப்பட்ட கருவிகளில் இந்த இழப்பு குறைவாக இருப்பதால், பேட்டரி (battery) நிறைய நேரம் வரும்

(குறிப்பு: செல்போன் பரவலாக வருவதற்கு இதுவும் ஒரு காரணம். பல வருடங்களுக்கு முன்பே செல்போன் தயாரிக்கும் சர்க்யூட்கள் இருந்தன. ஆனால் நல்ல மின் கடத்தியில் ஐ.சி. செய்ய முடியாததால் சாதாரண பேட்டரி சில நிமிடங்களிலேயே காலியாகிவிடும். அதனால் ராணுவம் போன்ற சில நிறுவனங்கள் மட்டும், பெரிய பேட்டரியுடன் கனமான, வாக்கி-டாக்கி (walkie talkie) எனப்படும் கருவிகளை உபயோகித்து வந்தனர். தற்போது வாக்கி-டாக்கியின் உபயோகம் குறைந்து வருகிறது)

எனவே நல்ல முறையில் ஐ.சி. செய்ய பல கோடிக்கணக்கிலான மிகச்சிறிய இணைப்புக் கம்பிகளை உருவாக்கும் தொழில்நுட்பம் தேவை. இக்கம்பிகள் பல தளங்களில் செல்லும் என்பதும், இவற்றை தாமிரத்தில் செய்வது முக்கியம் என்பதும் விளங்குகிறது. இதில் ஒரு விதிவிலக்கு (exception) உண்டு. நேரடியாக டிரான்ஸிஸ்டரைத் தொடும் உலோகக் கம்பிகள் தாமிரத்தால் இருக்காது; டங்க்ஸ்டன் என்ற உலோகத்தால் செய்யப் படும். அதற்குக் காரணம், டிரான்ஸிஸ்டர் மேல் தாமிரம் பட்டால், அது ஊடுருவிச் சென்று (diffusion) டிரான்ஸிஸ்டரின் செயலுக்கு இடையூறு செய்யும். டங்க்ஸ்டன் அவ்வாறு செய்யாது. டங்க்ஸ்டன் கொஞ்சம் சுமாரான மின்கடத்திதான். அதனால் ஓரளவு மின்சார இழப்பு ஏற்படும். இருந்தாலும் வேறு வழி இல்லாததால் கொஞ்சம் ‘விட்டுக்கொடுத்து’ இந்த உடன்பாடு அல்லது ‘காம்ப்ரமைஸ்’ (compromise) நடைமுறையில் உள்ளது.

இந்த உலோகக் கம்பிகளை செய்ய கீழே வரும் முறை பின்பற்றப்படுகிறது.

  1. முதலில் எல்லா இடத்திலும் சிலிக்கன்-டை-ஆக்ஸைடு (silicon di oxide) என்ற கண்ணாடி (glass) வேதியியல்/ரசாயன முறையில் படிய வைக்கப் (deposit) படுகிறது.


  2. அதன் மேல் சரியான இடங்களில் துளை ஏற்படுத்தப் படுகின்றன. இதற்கு, ஒரு முகமூடி (mask) தேவைப் படுகிறது. முகமூடியினால் மறைக்கப் படாத இடங்களில், ரசாயனத்தின் மூலம் அரிக்கப்பட்டு துளை போடப்படும். இந்த நிலையில் வரைபடம் கீழே உள்ளது.


  3. இதன் மேல் உலோகம் (இங்கே டங்க்ஸ்டன்) படிய வைக்கப்படும். இதை துளைகளில் மட்டும் சரியாகப் படிய வைப்பது இயலாது. எனவே எல்லா இடங்களிலும் படிய வைக்க வேண்டும். இது வரைபடத்தில் கொடுக்கப்பட்டுள்ளது.


  4. பின்னர் அதிமாக இருக்கும் உலோகத்தை மிச்சமின்றி எடுத்துவிட வேண்டும்.


  5. இந்த டங்க்ஸ்டனுக்கு மேல் மறுபடியும் கண்ணாடியைப் படிய வைத்து, அதில் பள்ளம் தோண்டி, அங்கே தாமிரத்தைப் படிய வைத்து அதிகமாக இருக்கும் தாமிரத்தை எடுத்து விட்டால், ஒரு தளம் தயாராகிவிடும்.




இந்த வழிமுறையைப் பின்பற்றி பல தளங்களை அமைக்கலாம்.


சுருக்கம்/summary: இதுவரை டிரான்ஸிஸ்டரை செய்வது எப்படி, பல டிரான்ஸிஸ்டர்களை இணைப்பது எப்படி என்பதை நாம் பார்த்தோம். இவற்றிற்கு வரையறுக்கும் அல்லது குறிக்கும் முறையும், பொருள்களைப் படிய வைக்கும் முறையும், தேவையற்ற பொருள்களை நீக்கும் முறையும், மாசுக்களை சேர்க்கும் முறையும் தேவை. இணைப்புக் கம்பிகள் தாமிரத்திலேயே பெரும்பாலும் செய்யப்படுகின்றன. டிரான்ஸிஸ்டரைத்தொடும் கம்பிகள் மட்டும் டங்க்ஸ்டனால் செய்யப்படுகின்றன.

அடுத்து இடங்களை ‘வரையறுப்பதற்கு’ லித்தோகிராபி என்ற முறை உபயோகத்தில் இருக்கிறது. அதன் விவரங்களை நான்காவது பகுதியில் பார்க்கலாம். நமக்கு தேவையான பொருளை எப்படி படிய வைப்பது, அதற்கு என்ன வழிமுறைகள் இருக்கின்றன என்பதை ஐந்தாவது பகுதியில் காண்போம். அதிகமான பொருளை நீக்கும் வழிமுறைகளை ஆறாவது பகுதியிலும், மாசுக்களை சேர்க்கும் ‘அயனி பதித்தல்’ என்ற முறையை எட்டாவது பகுதியிலும் விவரமாகப் பார்க்கலாம்.

Friday, February 15, 2008

Silicon Chip- Steps in Manufacturing சிலிக்கன் சில்லு. தயாரிப்பில் உள்ள பகுதிகள்

ஐ.சி. தயாரிப்பை ஐந்து பெரும் கட்டங்களாக (five major stages) பிரிக்கலாம். இதை ஒரு எடுத்துக்காட்டின் மூலம் காண்போம்.
  1. நீங்கள் ஒரு கல்லூரி கட்ட வேண்டும் என்று நினைத்தால், முதலில் ‘மெடிக்கல்’ கல்லூரியா அல்லது ‘என்ஜினியரிங்’ கல்லூரியா என்பதை தீர்மானிப்பீர்கள். இது முதல் கட்டம்.

  2. என்ஜினியரிங் கல்லூரி என்று தீர்மானித்தால், பின்னர் இட வசதி போன்ற பல விஷயங்களைக் கணக்கில் கொண்டு, ஒரு ஆண்டுக்கு சுமார் 1000 ‘சீட்’ இருக்கும் கல்லூரி கட்ட வேண்டும் என்று முடிவு செய்யலாம். அதற்கு 60 வகுப்பு அறைகளும், 15 ‘லேப்/lab’ எனப்படும் செய்முறைக் கூடங்களும் கட்ட வேண்டும் என்று முடிவு செய்யலாம். இந்த சமயத்தில், எந்த வகுப்பு அறைக்கு பக்கம் எந்த லேப் வரும் என்ற விவரங்கள் எல்லாம் தெளிவாக இருக்காது. ஓரளவு தான் தெரியும். இது இரண்டாம் கட்டம்.

  3. அதன்பின், கட்டட வல்லுனர் (architect) எந்த அறை எங்கு வரும், எவ்வளவு மாடிகள் வரும் என்பதைத் திட்டமிடுவார். அவ்வாறு திட்டமிட்ட முடிவில் ‘லே-அவுட்’/ layout அல்லது பிளான்/plan என்ற வரைபடம் தருவார். இப்போது மூன்றாவது கட்டம் முடிந்துவிடுகிறது.

  4. அந்த ‘லே-அவுட்’டின் படி சிவில் என்ஜினியர் / (Civil engineer) கட்டிடம் அமைத்துத் தந்தால், கல்லூரி தயாராகிவிடும். இது நான்காவது கட்டம்.

  5. கட்டிடம் முடிந்ததும் கல்லூரி துவக்க விழாவிற்கு முன் எல்லாம் சரியாக இருக்கிறதா என்று நீங்கள் சரிபார்த்து பின்னர் துவங்குவீர்கள். இது ஐந்தாவது கட்டம் என்று வைத்துக்கொள்வோம்.



இப்போது, ஐ.சி. தயாரிப்பிற்கும் இதற்கும் உள்ள ஒற்றுமையைப் பார்க்கலாம்.

  1. முதலில் மெடிக்கல் கல்லூரி அல்லது என்ஜினியரிங் கல்லூரி என்று முடிவு செய்வதைப்போல, ஐ.சி. தயாரிப்பில், ஒரு நிறுவனம் செல்போன் அல்லது கம்ப்யூட்டருக்கு சில்லு (ஐ.சி.) தயாரிக்க முடிவு செய்யும்.

  2. அடுத்து, “60 வகுப்பு அறைகள், 15 லேப் அறைகள்’ என்று முடிவு செய்வது போல, இந்த சில்லு தயாரிக்க எவ்வளவு டிரான்ஸிஸ்டர்கள் தேவை, அவை எவ்வாறு இணைந்து இருக்க வேண்டும் என்பதை ‘எலக்ட்ரானிக்ஸ் என்ஜினியர்கள்’ கொண்ட குழு முடிவு செய்யும். இதற்கு மின் சுற்று வடிவமைப்பு (circuit design) என்று பெயர். ஒரு சிறிய மின் சுற்றுக்கு (சர்க்யூட்டிற்கு) உதாரணமாக, கீழிருக்கும் படத்தைப் பார்க்கவும்.

    இதில் டிரான்ஸிஸ்டர், டையோடு, மின் தடை ஆகியவை இருக்கின்றன. இந்தப் படத்தில், டிரான்ஸிஸ்டர் நடுவிலும், டையோடு இடப்பக்கத்திலும், மின் தடை வலப்பக்கத்திலும் இருக்கின்றன. ஆனால், கடைசியில் சில்லில் இதே அமைப்பில் வரும் என்று சொல்ல முடியாது. இது இரண்டாம் கட்டம்.


  3. வேஃபரில் எந்த டிரான்ஸிஸ்டர் (அல்லது எந்த டையோடு) எங்கே இருக்கும் என்பதை முடிவு செய்து ‘லே-அவுட்’ என்ற ஃபைல் (file) தயாரிக்கப்படும். பல லட்சக்கணக்கான டிரான்ஸிஸ்டர்கள் இருப்பதால், இது கணிப்பொறி மூலம் தயாரிக்கப்படும். இது கல்லூரி கட்டிடத்தின் லே-அவுட் அல்லது பிளான்/plan போல. இப்போதுதான் எந்த இடத்தில் எது வரும் என்பதை நிச்சயமாகச் சொல்ல முடியும். இவற்றில், ஒவ்வொரு சில்லிலும் எந்த இடத்தில் டிரான்ஸிஸ்டர் இருக்கும், எந்த தளத்தில் எந்த இடத்தில் மின்கம்பி வரும் என்ற அனைத்து விவரங்களும் அடங்கும். இப்போது மூன்றாவது கட்டம் முடிந்துவிட்டது.


  4. நான்காவது கட்டத்தில் நமது உதாரணமாகிய ‘கட்டிடம் கட்டுதல்’ ஐ.சி. தயாரிப்பில் இருந்து வேறுபடுகிறது. நீங்கள் ஒன்று அல்லது இரண்டு கல்லூரிகளைக் கட்டலாம். ஆனால் வேஃபரில் பல லட்சக்கணக்கான ஐ.சி.க்களை செய்ய முடியும். அதனால், ‘லே-அவுட்’டை ஒரு போட்டோ நெகடிவ் போல மாற்றிவிட்டால், பின்னர் தேவைப்பட்ட அளவு பிரதி எடுக்கலாம். இந்த இடத்தில் லித்தோகிராபி என்ற முறை பயன்படுகிறது. இதன் விவரங்களை அடுத்த பதிவில் பார்க்கலாம்.


  5. இறுதியாக ஐந்தாம் கட்டமாக, நாம் தயாரித்த ஐ.சி.க்களை பரிசோதனை செய்ய வேண்டும். இந்த இடத்திலும் ஐ.சி. தயாரிப்பு நமது உதாரணத்திலிருந்து கொஞ்சம் வேறுபாடு இருக்கும். உங்கள் கட்டிடத்தில் ஏதாவது குறை இருந்தால் அதை நிவர்த்தி செய்வீர்கள். ஐ.சி. தயாரிப்பிலும் பரிசோதனை(testing) இருக்கும். நன்றாக வேலை செய்யும் சில்லுக்களை பின் பேக்கேஜ் (package) செய்து விற்பனைக்கு அனுப்பி விடுவார்கள்.

    ஆனால், வேலை செய்யாத ஐ.சி.க்களில் பெரும்பாலும் அவற்றின் குறைகளை நிவர்த்தி செய்ய முடியாது. அதே சமயம் சரியாக வேலை செய்யாத சில்லுக்களை எல்லாம் உடனே தூக்கி எறிய மாட்டார்கள். அவற்றை மேலும் சோதனை செய்து “என்ன காரணத்தால் வேலை செய்யவில்லை” என்பதை கண்டு பிடித்து, தொழிற்சாலையில் அந்த காரணங்களை சரி செய்ய முயற்சி எடுக்கப்படும். இதன் விவரங்களை, ஒன்பதாவது பகுதியான ‘பரிசோதித்தலில்’ பார்க்கலாம்.


இந்தப் பதிவுகளில், நான்காவது கட்டத்தின் விவரங்களையே நாம் அதிகமாகக் காண்போம். மற்ற கட்டங்கள் பற்றிய விவரங்களை தேவைப்படும் அளவு பார்க்கலாம். ஒரு சிலிக்கன் சில்லு தயாரிக்க வேஃபரை பல கருவிகளில் பல ரசாயன மாற்றங்களுக்கு உட்படுத்தி தயாரிப்பார்கள். இதை தயாரிக்கும் வரிசை (manufacturing line ”மேனுஃபேக்சரிங் லைன்”) என்று சொல்லலாம்.

சில்லுக்கள் எல்லாம் சிலிக்கன் வேபர் என்ற பொருளில் தயாரிக்கப் படும்.
வேஃபர் (Wafer) என்பது வட்டமான சிலிக்கன் தகடு. அது 2 இன்ச்(inch) முதல் 12 இன்ச் வரை உள்ள விட்டத்தில்( diameter)இருக்கலாம். ஆனால், பெரும்பாலும் இப்போது 8 இன்ச் அல்லது 12 இன்ச் இருக்கும் வேஃபர் தான் தயாரிப்பில் இருக்கிறது. அதன் தடிமன் அரை மி.மீ லிருந்து 1 மி.மீ வரை இருக்கும்.

வேபரை 8” என்று குறித்தால் 8 இன்ச் என்று பொருள். சில சமயங்களில் இவற்றை 200 மி.மீ. என்றும், 12 இன்ச் வேபரை 300 மி.மீ என்றும் சொல்வார்கள். முதலில் 2” இல் ஆரம்பித்து, பின்னர் 4”, 5”, 6”, 8” என்று தொடர்ந்து தற்போது 12” இல் நிற்கிறது. (9”, 10”, 11” வேபர் எல்லாம் கிடையாது). இவற்றில் மேலே 1 அல்லது 2 மைக்ரான் அளவில், டிரான்ஸிஸ்டர்களும், மின் கம்பிகளும் முடிந்து விடும். மிச்சம் இருக்கும் தடிமன் எல்லாம், உறுதிக்காகத்தான்(mechanical strength). இந்த அளவு தடிமன் இல்லாவிட்டால், வேபர் மிக மிக எளிதில் உடைந்து விடும்.

பெரிய வேபர் (12 இன்ச்) எல்லாம் அதிக தடிமனிலும் (1 மி.மீ.), சிறிய வேபர்கள் (8 இன்ச்) குறைந்த தடிமனிலும் (0.5 மி.மீ. = 500 மைக்ரான்) இருக்கும். முடிந்த வரை குறைந்த தடிமனில் பயன்படுத்துவதையே நிறுவனங்கள் விரும்பும். ஏனென்றால், ஒரு உருளை (சிலிண்டர் - cylinder) சிலிக்கனை எடுத்து , சிறிய தடிமனில் பல வேபர்கள் செய்யலாம். ஆனால், மிக மெல்லியதாக (too thin) இருந்தால், அவை உடைந்து விடும் என்பதால் ஒரு compromiseஇல் இருக்கும். வேபரின் விட்டம் பெரிதாக இருந்தால், தடிமனும் அதிகமாக வேண்டும். இல்லாவிட்டால் எளிதில் உடைந்துவிடும்.

இந்த நான்காவது கட்டமாகிய தயாரிப்பு, மீண்டும் இரு துணைக் கட்டங்களாக (சப்-டிவிஷன்/ sub division) பிரிக்கப்படும். வேஃபரில் முதலில் டிரான்ஸிஸ்டர் வரை தயாரிப்பது ‘Front End Of Line’ அல்லது FEOL (ஃபியோல்) என்றும் அப்புறம் கம்பிகளால் இந்த டிரான்ஸிஸ்டர்களை இணைப்பது ‘Back End Of Line’ அல்லது BEOL (பியோல்) என்றும் சொல்லப்படும். முதலில் டிரான்ஸிஸ்டர் தயாரிக்கும் ஃபியோல் பற்றி பார்க்கலாம்.



ஃபியோல் FEOL: டிரான்ஸிஸ்டரின் அமைப்பையும் அது வேலை செய்யும் விதத்தையும் இதற்கு முன் பார்த்தோம். நமக்கு தேவையான டிரான்ஸிஸ்டரின் அமைப்பு கீழே படத்தில் கொடுக்கப்பட்டுள்ளது.


  • இதில் டிரான்ஸிஸ்டர் இல்லாத இடங்களில் மின்கடத்தாப் பொருளால் (insulator) நிரப்ப வேண்டும். அதற்கு சிலிக்கனில் சுமார் 200 நே.மி. ஆழத்திற்கு பள்ளம் தோண்ட வேண்டும். அதற்கு மாஸ்க்/mask எனப்படும் முகமூடி போன்ற அமைப்பினால் “இந்த இடங்களில் மட்டும் பள்ளம் தோண்ட வேண்டும்” என்று வரையறுத்து அல்லது குறித்து, அங்கே மட்டும் சிலிக்கனை ‘அரித்து’ எடுத்தால், பள்ளம் (அகழி போல) வரும். இதைத் தயாரிக்க, வேஃபரில், சில இடங்களில் மட்டும் சிலிக்கனை நீக்க வேண்டும். இது அடுத்த இரு படங்களில் கொடுக்கப்பட்டுள்ளது.



    எனவே ஐ.சி. தயாரிக்க , ‘பொருளை நீக்கும்” வழிமுறையும் எந்த இடத்தில் நீக்க வேண்டும், எந்த இடத்தில் நீக்கக்கூடாது என்று “வரையறுக்கும்” திறனும் தேவை என்பது தெரிகிறது.


  • அதன் பின், இந்த அகழிகளை கண்ணாடியால் நிரப்ப வேண்டும். (கண்ணாடியின் ரசாயனப் பெயர் சிலிக்கன் டை ஆக்ஸைடு என்பதாகும்). பொதுவாக மணலை உருக்கி கண்ணாடி செய்யப் படும். ஆனல் இந்த இடத்தில் சில வாயுக்களின் வேதி வினை மூலம் கண்ணாடி படிய வைக்கப் படும். எந்த முறையில் செய்தாலும், நாம் இந்த அகழிகளில் மட்டும் படிய வைக்க இயலாது; வேஃபர் மேல், மற்ற இடங்களிலும் கண்ணாடி படியும். (இந்த ட்ரென்ச் / trench/ அகழி/பள்ளத்தின் அளவு மிகவும் சிறியது; சுமார் 200 நே.மி. அகலம், 200 நே.மி. ஆழம் மற்றும் 1 மைக்ரான் நீளம் இருக்கலாம் என்பதை நினைவு கொள்ளவும்) இங்கே “படிய வைக்கும்” வழிமுறையும் தேவை என்பது விளங்குகிறது. இது அடுத்த வரைபடத்தில் உள்ளது.


  • அதன் பின்னர் அதிகமாக படிந்த (தேவையற்ற) சிலிக்கன் டை ஆக்ஸைடு “சி.எம்.பி.” என்ற முறையில் நீக்கப்படுகிறது (அடுத்த படம்).


  • . அடுத்து கேட் ஆக்ஸைடு என்ற கண்ணாடி வேஃபர் முழுதும் படிய வைக்கப்படும்.


  • அதன் மேல் பாலி சிலிக்கன் என்ற பொருளும் படிய வைக்கப்படும்.
    'பாலி சிலிக்கன்' என்பது "பாலி க்ரிஸ்டலைன் சிலிக்கன்" (Poly crystalline Silicon) என்பதன் சுருக்கம் ஆகும். இப்போதைக்கு இதை ஒரு விதமான சிலிக்கன் என்று மட்டும் வைத்துக் கொள்வோம்


  • அடுத்து வேறு ஒரு மாஸ்க் (mask) பயன்படுத்தி, கேட் தவிர மற்ற எல்லா இடங்களிலும் பாலி சிலிக்கனும் கேட் ஆக்சைடும் நீக்கப்படும். எந்த இடத்தில் எல்லாம் பாலி சிலிக்கனும் கேட் ஆக்ஸைடும் தேவையில்லை என்பதைக் குறித்து / வரையறுத்துக் கொள்வது அடுத்த வரைபடத்தில் காட்டப்பட்டு உள்ளது.


  • தேவையற்ற பொருளை நீக்கிய பிறகு எந்த நிலையில் இருக்கும் என்பது கீழிருக்கும் வரை படத்தில் உள்ளது.


  • இறுதியாக “குறிப்பிட்ட இடங்களில்” பாஸ்பரஸ்(phosphorous) போன்ற N-டைப் மாசுக்களையும், வேறு குறிப்பிட்ட இடங்களில் போரான் (boron) போன்ற P-டைப் மாசுக்களையும் சேர்த்தால் டிரான்ஸிஸ்டர் தயார்!


    வேஃபர் முழுவதும் டிரான்ஸிஸ்டர்கள் தயாரிக்கப்பட்டு விடுகின்றன. இந்நிலையில் ஃபியோல் முடிவடைந்து விடுகிறது.




இதன் மூலம் டிரான்ஸிஸ்டர்களை தயாரிக்க (1) இடங்களை குறிக்கும் அல்லது வரையறுக்கும் முறையும் (2) பொருளைப் படிய வைக்கும் முறையும் (3) அதிகமாக / தேவை இல்லாமல் இருக்கும் பொருளை நீக்கும் முறையும் (4) N- டைப் மற்றும் P-டைப் மாசுக்களை சேர்க்கும் முறையும் வேண்டும் என்பது விளங்குகிறது.

பியோல் (BEOL) பகுதியில் இருக்கும் முறைகளை அடுத்த பதிவில் பார்க்கலாம்.

Silicon Chip Manufacturing Index- சிலிக்கன் சிப்/ சில்லு செய்முறை. அட்டவணை.

ஒரு சிலிக்கன் சிப் / சில்லு (Silicon Chip)என்பதை எப்படி செய்கிறார்கள் என்பதைப் பற்றி அடுத்து சில பதிவுகளில் எழுதுகிறேன். டிரான்ஸிஸ்டர் அமைப்பு எப்படி இருக்கும், அது வேலை செய்யும் விதம் பற்றி ஏற்கனவே பதிவு இருக்கிறது. இங்கு, ஒரு புத்தகத்தில் வருவது போல, அறிமுகம் முதல் கடைசி வரை பார்க்கலாம்.

1. அறிமுகம் (Introduction)
2. டிரான்ஸிஸ்டர் அமைப்பு மற்றும் வேலை செய்யும் விதம் (Transistor Structure and operation)
3. தயாரிப்பில் உள்ள பகுதிகள் (Manufacturing Steps)
4. லித்தோ கிராபி (Lithography)
5. பொருளை படிய வைக்கும் முறைகள் (Deposition Techniques)
6. (அதிகமாக இருக்கும்) பொருளை நீக்கும் முறைகள் (Removal Techniques)
7. அயனி பதித்தல் (Ion Implantation)
8. தயாரிப்பு முறைகளை ஒருங்கிணைத்தல் (Process Integration)
9. பரிசோதித்தல் (Testing)
10. பயன் விகிதம் (Yield)
11. பிற விவரங்கள். (Miscellaneous Details and Overview of Companies in this field)

Update on 27th Aug 2008: சில்லு தயாரிப்பது பற்றிய இந்தப் பதிவுகளை சேர்த்து, சீரமைத்து ஒரு புத்தகமாக்கும் முயற்சியில் இருக்கிறேன். இன்னும் சில மாதங்களில் வந்துவிடும் என்று நினைக்கிறேன்.

Silicon Chip Manufacturing. Introduction - சிலிக்கன் சில்லு செய்முறை. அறிமுகம்

இன்று எல்லா இடங்களிலும் மின்னணு சாதனஙகளின் (electronic devices) உபயோகம் பெருகி விட்டது. செல்போன், டி.வி. (தொலைகாட்சி),, கால்குலேட்டர், வாக்மேன், டிஜிட்டல் கைக்கடிகாரம் (digital watch) என பல சாதனங்கள் ஏறக்குறைய அத்தியாவசியப் பொருள்களாகி விட்டன. இவற்றில், செல்போன் மற்றும் கம்ப்யூட்டரின் விலை நாளுக்கு நாள் குறைந்து வருகிறது. மேலும் அதன் திறனும் மிகுந்து வருகிறது.

இரண்டு ஆண்டுகளுக்கு முன் வாங்கிய செல்போன் மாடல் இப்போது கிடைப்பதில்லை. கடைக்காரார், “அது ஓல்டு மாடல் (old model) சார். இப்போ வருவதில்லை. இப்போ புது மாடல் இன்னும் விலை குறைவாக வந்திருக்கிறது. இதுதான் சீப் அண்டு பெஸ்ட் (cheap and best)” என்று கூறுகிறார். நாளுக்கு நாள் அரிசி, பருப்பு பெட்ரோல் முதல் எல்லாப் பொருள்களின் விலையும் ஏறிக்கொண்டே போகும் போது, புது செல்போனின் விலையும், புதிய கம்ப்யூட்டரின் விலையும் மட்டும் குறைவது எப்படி? நாம் இதை கவனிக்க வேண்டும்.

கால்குலேட்டெரிலிருந்து கம்ப்யூட்டர் (கணிப்பொறி) வரை இவை அனைத்திற்கும் உயிர் நாடியாக இருப்பது ஒருங்கிணைந்த சில்லு அல்லது இன்டெக்ரேடட் சிப் (integrated chip) எனப்படும் ஐ.சி. (I.C.). ஆகும். மின்னணு சாதனங்களின் விலை குறையவும், திறன் அதிகரிக்கவும் ஒரே ஒரு காரணம் தான் உண்டு. இந்த சாதனங்களில் உள்ள ஐ.சி. தயாரிக்கும் முறையில் ஒவ்வொரு வருடமும் பல முன்னற்றங்கள் ஏற்படுகின்றன. அதனால் தயாரிப்பில் செலவும் மிச்சம்; தயாரித்த பொருளின் திறனும் அதிகம்.

ஐ.சி. என்றால் என்ன? அதை தயாரிப்பது எப்படி? அதன் முக்கியத்துவம் என்ன என்பதை இந்நூலில் காண்போம். இந்த ஐ.சி. என்பது பல சாதனங்களை ஒன்றாக சேர்த்து, ஒருங்கிணைத்து செய்யப்பட்டது. சுமார் அறுபது ஆண்டுகளுக்கு முன் (1947ல்) டிரான்ஸிஸ்டர் (transistor) என்னும் சாதனத்தை அமெரிக்காவில் ஷாக்லி (Shockly), பார்டீன் (Bardeen), பிராட்டெய்ன் (Brattain) என்னும் விஞ்ஞானிகள் கண்டு பிடித்தனர் டிரான்ஸிஸ்டர் என்பது ஒரு மின் ஸ்விச் மாதிரி. அதை ஆன் (On) அல்லது ஆஃப் (Off) செய்யலாம்

(குறிப்பு: டிரான்ஸிஸ்டர் என்றால் உடனே பாக்கெட் ரேடியோ என்று நினைக்க வேண்டாம்! பல வருடங்களுக்கு முன், இது போன்ற பல டிரான்ஸிஸ்டர் சாதனங்களை வைத்து செய்யப்பட்ட சிறிய பாக்கெட் ரேடியோ நன்றாக விற்பனையாகி பிரபலமானது. அவை “டிரான்ஸிஸ்டர் ரேடியோ” என அழைக்கப்பட்டு, பின் சுருக்கமாக “டிரான்ஸிஸ்டர்” என அழைக்கப்படுகின்றன.

அக்காலத்தில் டிரான்ஸிஸ்டர் வருவதற்கு முன், ரேடியோக்கள், ஏறக்குறைய இப்போதுள்ள டி.வி. போல பெரிதாகவும் கனமாகவும் இருக்கும். அவை ‘வேகுவம் ட்யூப்” (vacuum tube) எனப்படும் குறைவழுத்த குழாய்களை வைத்து தயாரிக்கப்பட்டன. அவை கனமாக இருப்பதோடு, அதிக அளவு மின்சாரத்தையும் உபயோகம் செய்யும். அவற்றை சாதாரண பேட்டரி செல்(battery cell) வைத்து உபயோகிக்க முடியாது.)

இந்த டிரான்ஸிஸ்டர்களை, தனித்தனியாக செய்து பின்னர் மின்சாரக் கம்பிகள் (electrical wires) மூலம் இணைத்து ”சுற்று சாதனங்கள்” எனப்படும் சர்க்யூட் டிவைஸஸ் (circuit devices) செய்யப்பட்டன. இவ்வாறு செய்யும் பொழுது, அதிக அளவில் உற்பத்தி செய்ய முடியவில்லை. 1957ல் முதன் முதலாக ஒரே சமயத்தில் ஐந்து டிரான்ஸிஸ்டர்கள் சேர்த்து ஜேக் கில்பி (Jack Kilby) என்ற அமெரிக்க விஞ்ஞானி ஐ.சி.யை தயாரித்தார்.பல டிரான்ஸிஸ்டர்களை சேர்த்து ஒரே சாதனித்தில் தயார் செய்வதால் இந்த வகை சாதனம், ஒருங்கிணைந்த சில்லு அல்லது இன்டெக்ரேடட் சிப் (integrated chip) அல்லது ஐ.சி. (i.c.) என அழைக்கப்படுகிறது. இந்த செய்முறையை, ராபர்ட் நோய்ஸ் (Robert Noyce) என்பவர், இன்னும் மேம்படுத்தினார்(improved). தற்போது ஒரு கோடிக்கும் மேற்பட்ட டிரான்ஸிஸ்டர்கள் ஒரு ஐ.சி.யில் தயாரிக்கப்படுகின்றன. இம்முறையில், அதிக உற்பத்தித் திறனை எட்ட முடிகிறது.

எடுத்துக்காட்டாக, ஒரு செய்தித்தாளை அச்சிடும் போது, ஒவ்வொரு எழுத்தாக அச்சிட்டால், மிகச் சில பிரதிகளை மட்டுமே அச்சிட முடியும். ஆனால், எல்லா எழுத்துக்களையும் கோர்த்து, ஒவ்வொரு பக்கமாக அச்சிட்டால், குறைந்த நேரத்தில் பல பிரதிகளை அச்சிடலாம்

இவை பார்ப்பதற்கு சிறிய துணுக்கு போல் இருப்பதால் சில்லு அல்லது சிப் (chip) என அழைக்கப்படுகின்றன. பெரும்பாலான சில்லுக்கள் சிலிக்கன் (silicon) என்னும் தனிமத்தில் (element) தயாரிக்கப்படுவதால், சிலிக்கன் சில்லு (silicon chip) எனப்படுகின்றன. இப்போது பேச்சு வழக்கில் சிலிக்கன் சில்லு என்பதும் ஐ.சி. என்பதும் ஒரே அர்த்தத்தில் உபயோகப்படுத்தப் படுகின்றன.

ஒரு சில்லு என்பது சாதாரணமாக சுமார் 5 மி.மீ. நீளமும், 5 மி.மீ. அகலமும், 0.5 மி.மீ. தடிமனும் (உயரமும்) இருக்கும். மிகப் பெரிய சில்லு என்பது, தற்சமயம் 25 மி.மீ. நீளமும், 25 மி.மீ. அகலமும் 1 மி.மீ. தடிமனும் இருக்கும். இவற்றைப் பேக்கேஜ் (package) செய்த பின்னர், நீள அகலங்கள் சற்று அதிகமாகும். தடிமன் சுமார் 4 மி.மீ. ஆகும். சில்லு என்பது எளிதில் உடைந்துவிடும் பொருள். அதைப் பாதுகாக்கவே பேக்கேஜ் செய்யப் படுகிறது.

ஒரு டிரான்ஸிஸ்டர் என்பது என்ன அளவில் இருக்கும்? தற்சமயம் (2008ல்) தயாரிக்கப்படும் டிரான்ஸிஸ்டர்கள் சுமார் 0.0004 மி.மீ. அகலமும், 0.0005 மி.மீ. நீளமும், 0.0001 மி.மீ. உயரமும் இருக்கும். நாம் எப்படி துணியை அளக்க மீட்டர் என்றும், ஊருக்கு இடையே உள்ள தூரத்தை அளக்க கிலோ மீட்டர் என்றும் வசதிக்கு ஏற்ப வெவ்வேறு அளவு முறைகளை உபயோகிக்கிறோமோ, அதைப் போல, டிரன்ஸிஸ்டரை அளக்க தனி அளவு முறை உண்டு.

ஒரு மில்லி மீட்டரில் ஆயிரத்தில் ஒரு பங்கு, ஒரு மைக்ரோ மீட்டர் (micro meter) அல்லது மைக்ரான் (micron) எனப்படும். ஒரு மைக்ரோ மீட்டரில் ஆயிரத்தில் ஒரு பங்கு, ஒரு நேனோ மீட்டர் (nano meter) அல்லது நே.மீ. (nm) எனப்படும். இப்போது எதற்கெடுத்தாலும் அறிவியல் துறையில் ‘நேனோ' என்று தான் சொல்கிறார்கள். அவ்வளவு ஏன், டாடாவின் புதிய காரின் பெயர் கூட நேனோதான்.

அந்த நேனோ அளவு முறையில், ஒரு டிரன்ஸிஸ்டர் சுமார் 400 நே.மீ. அகலமும் 500 நே.மீ. நீளமும், 100 நே.மீ. உயரமும் இருக்கும். இது கண்ணுக்குத் தெரியாத மிகச் சிறிய அளவாகும். பூதக்கண்ணாடி வைத்து பெரிதாக்கிப் பார்த்தாலும் இவை தெரியாது. இவற்றைக் காண சில விசேஷ கருவிகள் (special instruments) தேவைப்படும்.

முதன் முதலில் 1947ல் உருவாக்கப்பட்ட டிரான்ஸிஸ்டர் சில மி.மீ. நீளம், அகலம் மற்றும் உயரம் இருக்கும். தொழில்நுட்ப முன்னேற்றத்தினால் அவற்றை இப்போது சிறியதாகச் செய்ய முடிகிறது. அதனால், பல கோடி டிரான்ஸிஸ்டர்களையும் ஒரு சில்லில் செய்ய முடிகிறது.

மிகச் சிறிய அளவிலான டிரான்ஸிஸ்டர் செய்ய, மிகச் சிறந்த தொழில்நுட்பம் தேவைப்பட்கிறது. இந்தத் துறையில் தற்போது இந்தியாவில் உள்ள தொழில்நுட்பம், உலகத்தரத்திற்கு ஈடாக இல்லை என்பதே உண்மை. இந்த ஐ.சி. களை லாபகரமாக செய்ய வேண்டும் என்றால், நிறைய முதலீடும், தடையில்லாத மின்சாரமும் (continuous power supply) தண்ணீரும், தொழில்நுட்ப வல்லுனர்களும் தேவை.

ஒரு ஐ.சி. தொழிற்சாலை தொடங்க சுமார் 4,000 கோடி ரூபாய் (ஒரு பில்லியன் அமெரிக்கன் டாலர்) தேவைப்படும். ஏனெனில் இதற்கு பல விசேஷ கருவிகள் தேவை. ஒவ்வொரு கருவியும் குறைந்தது 4 அல்லது 5 கோடி ரூபாய் (ஒரு மில்லியன் அமெரிக்கன் டாலர்) விலை இருக்கும்.


முதன்முறையாக ஒர் புதிய சில்லை வடிவமைத்து (டிஸைன் செய்து) தயாரித்தால், முதல் மாதம் நூற்றுக்கு ஒரிரண்டு சில்லுக்கள் தான் சரியாக வேலை செய்யும். தேர்ச்சி பெறாத (failed) சில்லை சோதித்து, தயாரிப்பு முறையில் ( production process) முன்னேற்றம் (improvement) கொண்டு வர ஆறு மாதம் முதல் ஒரு ஆண்டு வரை பிடிக்கும். அதன் பின் நூற்றுக்கு அறுபது அல்லது எழுபது சிப் வேலை செய்யும். இது பெரும்பாலான சில்லுக்களுக்கு பொருந்தும்.

இவ்வாறு பரிசோதனை செய்வதற்கும் தேவையான இயந்திரங்கள் பல கோடி மதிப்பை எட்டும். ஒவ்வொரு சில்லையும் சோதிக்க சில நிமடங்கள் ஆகும். சோதனையில் தேர்ச்சி பெற்ற சில்லுக்களை packaging என்ற பகுதிக்கு அனுப்பி அதை நன்றாக பேக் செய்து விற்பனைக்கு அனுப்பப்படும்.

கடைகளில் இண்டெல் பென்டியம்(Intel Pentium) என்றும் ஏ-எம்-டீ ஏத்லான்(AMD Athlon) என்றும் விற்கப்படுபவை இவ்வாறு பேக் செய்யப்பட்ட சில்லுக்கள் தான். அவற்றை கணிப்பொறி தயாரிக்கும் நிறுவனங்கள் வாங்கி மற்ற பாகங்களுடன் இணைத்து (assemble) சில்லறை விற்பனைக்கு அனுப்பும்.

இவ்வாறு சில்லுக்களை வணிக ரீதியாக (commercial) தயாரிக்கும் தொழில் நுட்பம் சில நாடுகளில் சில நிறுவனங்களிடம் மட்டுமே உண்டு. அமெரிக்காவில் Intel, IBM, AMD, Micron, TI, LSI, Motorala ஜப்பானில், Sony, Toshiba, Seiko, Panasonic, தாய்வானில், TSMC, UMC, தென் கொரியாவில் Samsung, Huyndai, ஜெர்மனியில் Infenion, சிங்கப்பூரில் Chartered Semiconductor, இஸ்ரேலில் Tower என ஒரு சில நிறுவனங்களே உள்ளன.

கம்ப்யூட்டர் விற்கும் நிறுவனங்களான Dell, HCL, HP, Acer எனப் பல நிறுவங்களும் எந்த பாகத்தையும் தயாரிப்பதில்லை. எல்லாவற்றையும் பல்வேறு இடங்களில் வாங்கி இணைத்து, நன்கு சோதித்து, தத்தம் நிறுவனங்களின் பெயரை முத்திரையிட்டு விற்பனைக்கு அனுப்புகின்றன. அதைப்போலவே, பிரபலமான Nokia செல்போன்களுக்கான ஐ.சி.க்கள் வெளி நிறுவனங்களில் இருந்து வாங்கப் படுகிறது. அதற்கான வடிவமைப்பு (டிஸைன்) மட்டுமே நோக்கியாவில் செய்யப்படும்.

இவ்வாறு வடிவமைப்பு மட்டும் செய்யும் நிறுவனங்களை ஃபேப்லெஸ் (fabless) அல்லது ‘தயாரிப்பில்லாத’ நிறுவனம் என்று சொல்வார்கள். வடிவமைப்பு செய்யாமல், மற்றவர்கள் வடிவமைத்த சில்லுக்களை, தயாரிப்பு மட்டும் செய்யும் நிறுவனங்கள், ஃபௌண்டரி (foundary) என்று சொல்லுவார்கள். Intel போன்ற நிறுவனங்கள் வடிவமைப்பு மற்றும் தயாரித்தல் ஆகிய இரண்டையும் செய்கின்றன. இவை, ஐ.டீ.எம். (IDM- Integrated Device Manufacturer) எனப்படும்.

அடுத்து டிரான்ஸிஸ்டர் என்றால் என்ன, அதைத் தயாரிப்பது எப்படி, அதற்கு தேவையான வழிமுறைகளின் விவரங்கள் என்ன, பல டிரான்ஸிஸ்டர்கள் கொண்ட ஐ.சி. தயாரிப்பதில் என்ன சிக்கல்கள் வரும், அவற்றை எதிர்கொள்ளுவது எப்படி ஆகியவற்றின் விவரங்களைக் காண்போம்.