காற்றில் மாசுக் கட்டுப்படுத்துதல் -5 (Air pollution Control-5)

நமக்கு சைதாப்பேட்டை போன்ற பகுதியில் இந்த இந்த இடத்தில் காற்றில் மாசு சேர்க்கப்படும் என்று கணக்கிடலாம். உதாரணமாக, ஒரு நாளில், வீடுகளில் இருந்து 10 கிலோ, தொழிற்சாலைகளில் இருந்து 1 கிலோ, போக்குவரத்து புகையில் 15 கிலோ, தெருவில் இருக்கும் தூசி, மீண்டும் கிளப்பப்படுவதால் (resuspension) 5 கிலோ என்று கணக்கிடலாம்.

ஆனால் இவை எல்லாம் சைதாப்பேட்டையிலேயே இருக்காது. மாலைக் கடற்காற்று அடிக்கும்பொழுது, மேற்கு சைதாப்பேட்டை, கிண்டி என்று மற்ற இடங்களுக்கு பரவும். காற்றின் திசை, வேகம் ஆகியவற்றை அளந்தால், நம்மால் இந்த மாசுக்கள் எவ்வளவு பரவும் என்று சொல்ல முடியும். இதற்கு ஆங்கிலத்தில் Dispersion Modeling என்று சொல்வார்கள்.

இதைப்போலவே, தி.நகரில் நாம் கணக்கு எடுக்கலாம். தி. நகரில் கடைகளும், போக்குவரத்து நெரிசலும் மிக அதிகம். அங்கு உணவங்களில் இருந்தும், போக்குவரத்தில் இருந்தும்தான் அதிக அளவில் மாசு வரும் என்று எதிர்பார்க்கலாம்.

அம்பத்தூர் எஸ்டேட்டிலோ அல்லது கிண்டி தொழிற் பேட்டையிலோ நாம் கணக்கு எடுத்தால், அங்கு இருக்கும் சிறிய மற்றும் பெரிய தொழிற்சாலைகளின் பங்கு அதிகமாக இருக்கும். அங்கு வீடுகள் குறைவாகவே இருக்கும். போக்குவரத்து எல்லா இடத்திலும் இருக்கும்.

இப்படி ஒரு சில இடங்களில் விவரங்களை விசாரித்து கணக்கிட நிறைய நேரமும் உழைப்பும் தேவை. சென்னை முழுதும் இப்படி செய்ய வேண்டும் என்று நினைத்தால், அது நடக்காது. அதற்கு பதிலாக, சென்னை நகரத்தை பல பகுதிகளாகப் பிரித்து , “புரசை வாக்கம், எக்மோர் எல்லாம் தி.நகர் மாதிரி, அதனால் தி.நகரில் எடுத்த கணக்கையே இங்கும் பயன்படுத்தலாம்” என்றும், “குரோம்பெட், பல்லாவரம், ஆர்.கே. நகர் , கிண்டி எல்லாம் அம்பத்தூர் மாதிரி, அங்கு எடுத்த கணக்கை பயன்படுத்தலாம்” என்றும், “தேனாம்பேட்டை, ஜார்ஜ் டௌன் எல்லாம் சைதாப்பேட்டை மாதிரி ” என்றும் மற்ற இடங்களுக்கான மாசு கணிப்பு நடைபெறும். இதை அனைத்தையும் சேர்த்து, “சென்னையில் இந்த வருடம் காற்றில் 40 டன் மாசு சேர்க்கப்பட்டு இருக்கிறது. இது போன வருடத்தை விட 10 சதவிகிதம் அதிகம்” என்று கூறுவார்கள்.

கணக்கிடும் வழிமுறையைப் பார்த்தோம். இது எவ்வளவு தோராயமான கணக்கு என்பது உங்களுக்குப் புரிந்து இருக்கும். இந்த வேலையை நேரடியாக செய்து பார்த்தால், சைதாப்பேட்டை போன்று ஏதாவது ஒரு பகுதியில் சரியாக கணக்கிடுவது எவ்வளவு கடினம் என்பதும் புரியும்! நம் மக்களிடம் இருந்து சரியான விவரங்களை வாங்குவது மிகவும் சிரமம். (என்னிடம் முன்பின் தெரியாதவர் வந்தால் நானும் சொல்ல தயங்குவேன் என்பது வேறு விஷயம்).

சரி, நாம் போட்ட கணக்கு ஓரளவாவது சரியா என்று எப்படி சரிபார்ப்பது? நேரடியாக காற்றில் இருக்கும் மாசை அளக்க வேண்டும். தமிழ்நாடு மாசுக் கட்டுப்பாட்டு வாரியம் இந்த வேலையை (எனக்கு தெரிந்து சென்னையில் பல இடங்களில்) செய்து கொண்டு இருக்கிறது. குறிப்பாக, தூசிகளின் அளவு, நாக்ஸ், சாக்ஸ் ஆகியவற்றை regular ஆக பல இடங்களில் அளவிடுகிறார்கள்.

இவ்வாறு அளவிடுதலிலும் பல சிக்கல்கள் வரும். இதற்கான கருவிகள் அரை HP அல்லது ஒரு HP கொண்ட மோட்டார் உடையவை. அவை காற்றை இழுத்து, ஒரு வடிகட்டும் காகிதம் (Filter Paper) வழியே செலுத்தும். கொஞ்சம் காற்று , “நாக்ஸ்” மற்றும் “சாக்ஸ்” ஐ கரைக்கும் திரவத்தில் செலுத்தும். இந்த கருவியில் நிறைய சத்தம் வரும். ஓரளவு மின்சாரத்தை இழுக்கும். இதை நீங்கள் முன் பின் தெரியாதவர் வீட்டு மொட்டை மாடியில் வைத்து, அவர் வீட்டு மின்சாரத்தையும் பயன்படுத்த வேண்டும். (மின்சாரத்திற்கு தேவைக்கு அதிகமாகவே பணம் கொடுத்து விடுவார்கள்). அது 24 மணி ஓடும். இதை வைத்து விட்டு போய்விடவும் முடியாது. இதன் மதிப்பு 75 ஆயிரம் (சத்தம் குறைவான மோட்டார் வைத்த கருவி 1 லட்சம்). இதைப் பாதுகாக்க 24 மணி ( 8 மணி * 3 ஷிஃப்ட்)ஆட்கள் தேவை.

இதற்கு பெரும்பாலானவர்கள் ஒத்துக்கொள்ள மாட்டார்கள். நமக்கு தெரிந்தவர்கள் அந்த பகுதியில் மொட்டை மாடியுடன் கூடிய வீட்டில் வசித்தால் தப்பித்தோம். அதுவும் ஒரு மாடி அல்லது 2 மாடிதான் இருக்கலாம். அதை விட உயரமாக இருந்தால் பயனில்லை. சென்னையில் முதல் மாடி அல்லது இரண்டாம் மாடி மொட்டைமாடியாக இருக்கும் வீடுகளே அரிது. ஒரு முறை மாசுக் கட்டுப்பாட்டு வாரிய அதிகாரியுடன் சென்று அவர் பல வீடுகளில் போராடி கடைசியாக ஒரு வீட்டில் சம்மதிக்க வைத்ததைப் பார்த்தேன். ”உங்கள் வீட்டில் எவ்வளவு நாள் ஒரு கேஸ் சிலிண்டர் வரும்?” என்று விவரங்களைக் கேட்டால் ஐந்தில் ஒருவர் சொல்வார். ”உங்கள் வீட்டு மாடியில் இந்த கருவியை ஓட்டுகிறோம். எங்கள் ஆள் ஒருவர் பாதுகாப்பிற்கு இருப்பார்” என்றால் இருபதில் ஒருவர்தான் சம்மதிக்கிறார். அதுவரை 25 அல்லது 30 கிலோ இருக்கும் அக்கருவியைத் தூக்கிக் கொண்டு அலைய வேண்டியதுதான்.

இது தவிர மற்ற மாசுக்களை கண்டு பிடிக்க (உதாரணமாக கார்பன் மோனாக்சைடு, ஓசோன், வீ.ஓ.சி.) வேறு கருவிகள் தேவை. இவை அனைத்தும் (அ) விலை உயர்ந்தவை (ஆ) மின்சாரம் தேவைப்படும் (இ) விவரம் தெரிந்த ஆட்கள் இயக்க வேண்டும்.

அமெரிக்கா போன்ற நாடுகளில் இவற்றை (பெரும்பாலும்) அப்படியே விட்டு சென்று விடலாம். யாரும் திருட மாட்டார்கள். நம் நாட்டில் நிலைமை அந்த அளவு முன்னேறவில்லை.

இவ்வாறு மாசை அளப்பதை (கண்காணிப்பதை?) Monitoring என்று சொல்வார்கள். முதலில் எவ்வளவு மாசு வரும் என்று கணிப்பது Emission Inventory எனப்படும். அடுத்து இவ்வாறு அளந்த மாசுக்களை வைத்து ”எதிலிருந்து எவ்வளவு தூசி வரும்” என்று கணக்கிடலாம். அதற்கு Receptor Modeling என்று பெயர். அதாவது receive செய்யப்பட்ட (நமது வடிகட்டும் காகிதத்தில் பெறப்பட்ட) தூசிகளைக் கொண்டு model செய்வது receptor modeling ஆகும்.

காற்றில் மாசு கட்டுப்படுத்தல் -4 (Air Pollution Control -4)

சென்னை நகரில் எந்த அளவு மாசு (காற்றில்) இருக்கும் என்பதை கணிப்பது எப்படி?

இங்கு 1. தூசி, 2. கார்பன் மோனாக்சைடு 3. நாக்ஸ் 4. சாக்ஸ் மற்றும் 5. எளிதில் ஆவியாகும் கரிமப் பொருள் (வீ.ஓ.சி.) ஆகிய மாசுக்களை மட்டும் கவனிப்போம்.

மாசுக்கள் பல இடங்களிலிருந்து வரும். இவற்றை பொதுவாக மூன்று வகைகளாகப் பிரிக்கலாம். வீடுகளில் இருந்து வரும் மாசுக்கள். ஆலைகளில் இருந்து வரும் மாசுக்கள். போக்குவரத்தால் வரும் மாசுக்கள்.

வீடுகளில் இருந்து சமையல் மூலமாக சிறிதளவு மாசு வரும். விறகு அடுப்பினாலும் கரி அடுப்பினாலும் ஓரளவு தூசியும், கார்பன் மோனாக்சைடும், வீ.ஓ.சி. யும் வரும். வீட்டு சமயலில் வெப்ப நிலை மிக அதிகமாக இருக்காது. அதனால் நாக்ஸ் வராது. கரி பயன்படுத்தினால் கொஞ்சம் சாக்ஸ் வரலாம்.

வீட்டில் டீசல் ஜெனரேட்டர் பயன்படுத்தினால் நாக்ஸ், வீ.ஓ.சி., தூசி ஆகியவை வரும்.

சென்னையை எடுத்துக் கொண்டால், ஒரு பகுதியை எடுத்து (உதாரணம் சைதாப்பேட்டை), அங்கு எத்தனை குடிசைகள் இருக்கின்றன, எத்தனை அடுக்கு மாடிக் கட்டிடங்கள் இருக்கின்றன, எத்தனை கடைகள் இருக்கின்றன என்று ஒரு survey எடுக்க வேண்டும். பின்னர், எவ்வளவு விறகு ஒரு நாளைக்கு எரிக்கப்படும், எவ்வளவு கேஸ் சிலிண்டர் பயன்படுத்தப்படும் என்று கணிக்கலாம். மின்சாரத் தட்டுப்பாடை பொறுத்து எவ்வளவு டீசல் (ஜெனரேட்டர் மூலம்) செலவாகும் என்றும் கணிக்கலாம். பெரும்பாலும் பணக்காரர்கள் வீட்டிலும், கடைகளிலும்தான் ஜெனரேட்டர் இருக்கும். உணவகங்களின் கணக்கையும் எடுத்துக் கொள்ள வேண்டும். கையேந்தி பவன், தட்டி விலாஸில் எல்லாம் பெரும்பாலும் விறகு அல்லது கரிதான் இருக்கும். சரவண பவன் போன்ற பெரிய உணவகங்களில் கேஸ் சிலிண்டர் இருக்கும்.

இங்கு நடைமுறை பிரச்சனை என்ன என்றால், யாரும் உங்களுக்கு விவரங்களை சொல்ல மாட்டார்கள். வீடுகளிலோ, கடைகளிலோ எந்த விவரமும் கொடுக்க மாட்டார்கள். அப்படியே சொன்னாலும் அது உண்மையாக இருக்க வாய்ப்பு குறைவு. இதற்கு காரணம், “இதனால் நமக்கு என்ன பயன்?”, ”வீட்டில் ஜெனரேட்டர் இருக்குன்னு சொன்னா, நாளைக்கு வருமான வரிக்காரன் வந்து விடுவானோ?”, “கேள்வி கேட்கின்ற இவன் உண்மையாக எதற்கு வருகிறான்? ஒருவேளை இடத்தை நோட்டம் இட்டு, நாளைக்கு வந்து திருடுவானோ?” என்பது போன்ற (நியாயமான) கேள்விகள் எழுகின்றன. இவற்றை எல்லாம் தாண்டி விவரம் சேகரித்தால், வீட்டிலிருந்து வரும் மாசுக்களின் அளவை ஓரளவு கணிக்கலாம்.

அதைப்போலவே, ஆலைகளில் இருந்து வரும் மாசுக்களை கணிக்கலாம். உதாரணமாக, மணலி, அம்பத்தூர் தொழிற்பேட்டை, கிண்டி, பல்லாவரம்/குரோம்பேட்டை SEZ போன்ற இடங்களில், எந்த எந்த ஆலைகள் உள்ளன,அவற்றின் உற்பத்தி எவ்வளவு என்ற விவரங்களை வைத்து அதிலிருந்து வரும் மாசுக்களை கணிக்கலாம். ஒவ்வொரு நிறுவனத்திலும், அது தயாரிக்கும் பொருள் தயாரிக்கும் முறை, அளவு ஆகியவற்றை பொறுத்து அதிலிருந்து வரும் மாசின் தன்மையும் அளவும் இருக்கும். உதாரணமாக, பட்டறைகளில் உலோகத் தூசுக்கள் அதிகம் வரும். வெல்டிங் செய்யும் இடத்தில் நாக்ஸ் அதிகம் வரும். பெயிண்ட் தயாரிக்கும் நிறுவனங்களில் வீ.ஓ.சி. அதிகம் வரும். இங்கும் நிறுவனங்கள் பெரும்பாலும் உண்மையை சொல்லுவதில்லை. நாமாகத்தான் குத்து மதிப்பாக கணிக்க வேண்டும்.

போக்குவரத்தில் வண்டியில் பெட்ரோல் மற்றும் டீசல் எரிவதால் தூசி, நாக்ஸ், வீ.ஓ.சி. ஆகியவை வரும். எங்கெல்லாம் பெட்ரோல் பங்க் இருக்கிறதோ அங்கெல்லாம் வீ.ஓ.சி. வரும். ஏனென்றால், நாம் பெட்ரோல் (அல்லது டீசல்) போடும்போது சிறிதளவு பெட்ரோல் ஆவியாகி காற்றில் கலக்கும். இதனால் வீ.ஓ.சி. அதிகரிக்கும்.

ஒவ்வொரு வண்டியும் அதன் வகையையும் வயதையும் பொறுத்து மாசை ஏற்படுத்தும். உதாரணமாக, 2 stroke வகை பழைய யமாகா வண்டிகளில் அதிக மாசு வரும். 4stroke வண்டிகளிலேயே, புதிய வண்டிகளில் என்ஜின் நன்றாக வேலை செய்யும். பழைய வண்டியில் கொஞ்சம் புகை அதிகம் வரும்.

பற்றாக்குறைக்கு, பெட்ரோலிலும் டீசலிலும் தெரிந்தும் தெரியாமலும் கலப்படம். (ஒரு முறை நான் செல்லும் ஆட்டோவின் டிரைவர் தனது வண்டியில் 40 ரூபாய்க்கு பெட்ரோலும் 10 ரூபாய்க்கு டீசலும் போட்டார். எஞ்சின் கொஞ்சம் சேதாரம் ஆகும், ஆனால் மைலேஜ் அதிகம் என்றார். இது தெரிந்து நடக்கும் கலப்படம்). இதனால் மாசுக்களின் அளவு அதிகமாகும்.

இன்னொரு குறிப்பு: என் நண்பனின் opinion என்ன என்றால், ‘கலப்படம் என்பது எல்லா இடத்திலும் நடக்கிறது. இது வண்டி தயாரிக்கும் நிறுவனத்திற்கும் நல்லது. என்ஜின் 5 அல்லது 6 வருடத்தில் மண்டையைப் போட்டால், நாம் புது வண்டி வாங்குவோம். இல்லாவிட்டால் 20 ஆண்டுகளுக்கு வாங்க மாட்டோம். அதனால் இதில் எல்லோரும் கூட்டாளிகளே. வெளியில்தான் ‘கலப்பட பெட்ரோலை உபயோகிக்காதீர்கள்' என்று போர்டு போடுவார்கள்”.

எப்படியோ, போக்குவரத்தால் ஏற்படும் மாசை கணிக்க, நாம் எவ்வளவு போக்குவரத்து ஒரு நாளைக்கு என்பதை சர்வே எடுக்க வேண்டும். காலையிலும் மாலையிலும் அதிகமாக இருக்கும். அது போல விடுமுறை நாட்காளில் குறைவாகவும், மற்ற நாட்களில் அதிகமாகவும் இருக்கும். இதை சில நாட்களுக்கு சைதாப்பேட்டையில் இருக்கும் பல சாலைகளில் எடுத்தால் ஓரளவு விவரம் கிடைக்கும். இதில் எவ்வளவு 2 சக்கர வண்டி, எவ்வளவு ஆட்டோ, எவ்வள்வு கார், பஸ், லாரி என்றெல்லாம் கணக்கெடுக்க வேண்டும்.

பிறகு, ஒவ்வொரு வண்டியிலும் சுமாராக எவ்வளவு பழசு, எவ்வளவு புதுசு என்று தெரிய வேண்டும். இதை அவ்வளவு சுலபமாகக் கண்டு பிடிக்க முடியாது. ஓரளவு தெரியவேண்டும் என்றால், வண்டி நிறுத்தும் இடத்தில் சென்று வண்டி சொந்தக்காரர்களிடம் கேட்டால் தெரியலாம். மிகத் தோராயமாகத் தெரியவேண்டும் என்றால், RTO office இல் எத்தனை வண்டி எந்த வருடங்களில் register செய்திருக்கிறது என்ற விவ்ரம் கிடைத்தால் கணிக்கலாம். ஆனால் இங்கு register செய்த வண்டிதான் இங்கு ஓடும் என்பது இல்லையே.
அதனால் இதெல்லாம் ஓரளவுதான் சரியாக இருக்கும்.

தெருவில் வண்டி செல்லும் பொழுது, அங்கு இருக்கும் புழுதி மேலே கிளம்பும். இதை புழுதியை காற்றில் சேர்த்தல் (road dust resuspension )என்று வகைப்படுத்த வேண்டும். சிறிய அளவில் இருக்கும் புழுதி சுலபமாக மேலே வரும். பெரிய கனமான தூசு அவ்வளவு சுலபமாக மேலே வராது. இதை கணக்கிட தெருவில் இருக்கும் தூசியின் அளவை (small, large, medium என்று) கணக்கிட வேண்டும்.

இதை எல்லாம் சேர்த்தால், ஒரு பகுதியில் (ஏரியாவில்) எவ்வளவு மாசு சேர்க்கப்படுகிறது என்பதை கணிக்கலாம். ஆனால் எல்லா மாசுக்களுமே அங்கேயே தங்காது. காலையிலும் மாலையிலும் கடற்காற்றால் அவை பல இடங்களுக்கு பரப்பப்படும். இதைப்பற்றி அடுத்த பதிவில்...

காற்றில் மாசு கட்டுப்படுத்தல் -3 (Air Pollution Control -3)

இதற்கு முன் தூசி (Particles), கார்பன் மோனாக்சைடு, நைட்ரஜன் ஆக்சைடு வாயுக்கள் ஆகிய மாசுக்கள் பற்றி பார்த்தோம். அடுத்து, கந்தக வாயுக்கள் (Sulfur Oxides), ஓசோன் மற்றும் ”எளிதில் ஆவியாகும் கரிம வாயுக்கள்” பற்றி பார்ப்போம்.

கந்தக வாயுக்கள்: கந்தக வாயுக்கள் என்பது சல்பர் டை ஆக்சைடு (Sulfur dioxide, or SO₂) மற்றும் சல்பர் ட்ரை ஆக்சைடு (Sulfur trioxide or SO₃) ஆகியவற்றை குறிக்கும். இதைப் பொதுவாக SO_x அல்லது ‘சாக்ஸ்' (SOX) என்று
இந்த தொழில் வழக்கில் சொல்வார்கள். இவை கந்தகம் கலந்த கரி அல்லது பெட்ரோலியப் பொருளை எரிக்கும் பொழுது வரும். இவை பெரும்பாலும் வண்டிகளில் இருந்து வராது. கரி அல்லது எண்ணெயை எரிக்கும் மின் நிலையங்களில் இருந்து வரும். அதனால், இந்தியாவில் நகரங்களில் இவை அதிக அளவில் இருப்பதில்லை. பட்டாசு அதிகம் வெடிக்கும் பொழுது இவை அதிக அளவில் வரும். கூடவே தூசிகளும் , ‘நாக்ஸ்' வாயுக்களும் வரும்.

இவற்றினால் என்ன பிரச்சனை? இவை மழை பெய்யும் பொழுது, தண்ணீருடன் சேர்ந்து ‘அமில மழை' உருவாகக் காரணம். அமில மழையால் பயிருக்கும், மீன்களுக்கும், கட்டிடங்களுக்கும் சேதாரம் என்பதை நாம் 'நாக்ஸ்' பகுதியிலேயே பார்த்தோம்.

இதைத்தவிர நாம் இதை நேராக சுவாசித்தாலும் மூக்கு, தொண்டை , நுரையீரல் ஆகிய இடங்களில் பாதிப்பு ஏற்படும்.

ஓசோன்(ozone): ஓசோன் என்பது ஆக்சிஜன் போன்றது. பொதுவாக இரண்டு ஆக்சிஜன் அணுக்கள் ஒன்று சேர்ந்து ஆக்சிஜன் மூலக்கூறு (O₂)இருக்கும். மூன்று ஆக்சிஜன் அணுக்கள் சேர்ந்தால் அது ஒசோன் (O₂) மூலக்கூறு ஆகும். இது தீவிரமாக வினை புரியும் தன்மை கொண்டது.

இது பெரும்பாலும் நேரடியாக வருவதில்லை. ‘நாக்ஸ்' மற்றும் கார்பன் மோனாக்சைடு, மற்ற பொருள்களுடன் சூரிய ஒளியில் வினைபுரிந்து வரும். மிகச் சிறிய அளவில்தான் நேரடியாக வருகிறது. (உதாரணமாக லேசர் ப்ரிண்டரிலும், ஜெராக்ஸ் கருவியிலும் ஒசோன் வரும்).

இது நமது தொண்டை, நுரையீரல் ஆகியவற்றில் ‘அரிப்பு' ஏற்படுத்தும் (irritation). மற்ற நுரையீரல் தொல்லைகளையும் ஏற்படுத்தும். தவிர 'green house gas' எனப்படும் வெப்ப நிலை அதிகரிக்கும் வாயுக்களில் இதுவும் ஒன்று.

இங்கு ஒரு விஷயம். ஒசோன் பல நன்மைகளையும் செய்கிறது. நம் பூமியின் மேல் சுமார் 10 அல்லது 15 கி.மீ. உயரம் வரை ஓசோன் இருந்தால்தான் நமக்கு பிரச்சனை. அதற்கு மேல் உள்ள வாயுமண்டலத்தில் ஓசோன் இருக்கிறது. அது நமக்கு சூரியனிலிருந்து வரும் புற ஊதாக் கதிர்களில் இருந்து பாதுகாப்பு அளிக்கிறது. அங்கு ஒசோன் இல்லாவிட்டால், நாம் எல்லோரும் சருமப் புற்று நோயால் இறந்து விடுவோம். சில வருடங்களுக்கு முன்னால் CFC எனப்படும் ஒரு வேதிப்பொருளை உலகில் எங்கும் பயன்படுத்தக் கூடாது என்று கட்டுப்பாடு வந்தது. ஏனென்றால் அது மேலிருக்கும் ஒசோனை விழுங்கி விடுகிறது. ஓசோன் லேயரில் ஓட்டை என்றெல்லாம் செய்தியில் கேள்விப்பட்டு இருப்பீர்கள்.

ஓசோன் கண்டிப்பாக தேவை. அதே சமயம் அருகில் இருக்கக்கூடாது. (அகலாது அணுகாது ....). காற்று வெளியில் நமக்கு 50 கி.மீ.மேலே இயற்கையாகவே சூரிய ஒளியில் ஆக்சிஜன் ஓசோனாக மாறுகிறது. அது நம்மால் சேதமடையாமல் பார்த்துக்கொள்ள வேண்டும். அதே சமயம், இங்கு பூமியில் நம்மால் ஒசோன் தயாராகாமலும் பார்த்துக்கொள்ள வேண்டும்.

எளிதில் ஆவியாகும் கரிமப் பொருள்கள் இதை ஆங்கிலத்தில் Volatile Organic Compounds அல்லது சுருக்கமாக ‘வீ.ஓ.சி. (VOC)' என்று கூறுவார்கள். இவற்றில் மீத்தேன், பெட்ரோலிய வேதிப்பொருள்கள் ஆகியவை அடங்கும். பெயிண்ட், லேசர் ப்ரிண்டர், கார்பெட் (carpet) ஆகியவற்றிலிருந்தும், மரங்களில் இருந்தும் இது வருகிறது.

இவற்றினால் (1) ரத்தப் புற்று நோய் வர வாய்ப்பு அதிகம் (2) ஓசோன் (பூமிக்கு அருகில்) வர இந்த வாயுக்கள் ஒரு காரணம். மற்றும் (3) வெப்ப நிலையை அதிகரிக்கும் (green house effect).


இங்கு இன்னொரு குறிப்பு. அடிக்கடி Global Warming (உலக வெப்ப நிலை அதிகரித்தல்) பற்றி நாம் செய்திகளில் படிக்கிறோம். இதைப்பற்றி சில விவரங்கள். சூரியனிலிருந்து பல கதிர்கள் பூமியை நோக்கி வருகின்றன. இவற்றில் சில புற ஊதாக் கதிர்களையும் (some ultra violet rays), நாம் பார்க்கூடிய கதிர்களையும் (visible light) மேலே இருக்கும் ஓசோன் படலம் (ozone layer) அனுப்பி விடும். மற்ற கதிர்களை (உதாரணமாக ‘தூர அகச் சிவப்புக் கதிர்கள் அல்லது far infra red) தடுத்து விடும். வாயு மண்டலத்தில் ஒசோன், கார்பன் டை ஆக்சைடு, நாக்ஸ், மீத்தேன் ஆகியவை இந்தப் பணியை செய்கின்றன. குறிப்பாக கடலிலிருந்து வரும் நீராவி இந்த வேலையை பெருமளவில் செய்கிறது.


(இந்த இடத்தில் கொஞ்சம் எளிமைப் படுத்தி எழுதுகிறேன். Radiation principle எல்லாம் எழுதவில்லை).

இங்கு பூமியில் விழும் கதிர்களை பூமி (அதாவது நிலம், கடல் எல்லாம் சேர்ந்து) உள்வாங்கும். எல்லா கதிர்களையும் முழுவதுமாக ஏற்றுக்கொள்ளாது. பூமியின் வெப்ப நிலையால் கொஞ்சம் கதிர்களை திருப்பி அனுப்பும். ஆனால் அவற்றை மாற்றி அனுப்பும். அதாவது visible lightஐ, far infra red ஆக மாற்றி அனுப்பும். இப்போது, அவை வெளியே செல்ல முடியாது. ஏனென்றால் மேலிருக்கும் ஓசோன், மற்றும் கார்பன் டை ஆக்சைடு , நீராவி ஆகியவை அவற்றை திருப்பி (பூமிக்கே) அனுப்பி விடும்.

இதுவும் நமது நன்மைக்கே. இது இல்லாவிட்டால், பூமியின் வெப்ப நிலை -19^o C இருக்கும். நாம் யாரும் உயிர் வாழ முடியாது. பயிர்களும் விலங்குகளும் அழிந்து விடும்.

ஆனால் ”அளவுக்கு மிஞ்சினால் அமிர்தமும் நஞ்சு” என்பதற்கேற்ப இவை அதிகமானால் உலகின் வெப்ப நிலை அதிகரித்து, ”கடல் ஊருக்குள் வந்துவிடும், மழை பொய்க்கும், புயல்கள் அதிகரிக்கும்” என்று பல பின்விளைவுகள் வரும் என்று விஞ்ஞானிகள் கூறுகின்றனர்.

இவற்றில் கார்பன் டை ஆக்சைடு என்பது அதிக அளவில் இருக்கிறது (நீராவி மிக அதிகம், ஆனால் அது பெரும்பாலும் நம்மால் வருவதில்லை). அது ஓரளவு வெப்ப நிலை அதிகரிக்க காரணமாக இருக்கிறது. மீத்தேன், N₂O ஆகிய வாயுக்கள் கொஞ்சம் குறைவாகவே உள்ளன. அவை கார்பன் டை ஆக்சைடை விட மிக அதிக அளவில் வெப்பம் அதிகரிக்கும் திறன் கொண்டவை. ஆனால் அவை மிக குறைந்த அளவில்தான் இருப்பதால் அவற்றீன் மீது நாம் அதிகம் கவனம் செலுத்தவில்லை.(மீத்தேன் என்பது கார்பன் டை ஆக்சைடைப் போல 10 முதல் 50 பங்கு அதிகம் திறன் கொண்டது. நைட்ரஸ் ஆக்சைடு 300 பங்கு அதிகம் திறன் கொண்டது).

இது தவிர, கார்பன் டை ஆக்சைடை கொண்டு மரங்கள் மற்றும் செடி கொடிகள் உயிர் வாழ்கின்றன. ஒளிச்சேர்க்கைக்கு கார்பன் டை ஆக்சைடு, நீர், சூரிய ஒளி ஆகியவை வேண்டும். நாம் காடுகளை அழித்து நகரங்கள் கட்டி விடுவதால், காற்றில் இருக்கும் கார்பன் டை ஆக்சைடை மரங்கள் எடுத்துக் கொள்வதை தடுத்து விடுகிறோம். அது போதாதென்று, கரியையும் பெட்ரோலையும் எரித்து இன்னமும் கார்பன் டை ஆக்சைடை சேர்க்கிறோம். இவற்றை குறைக்க வேண்டும் என்று தான் விஞ்ஞானிகள் போராடிக்கொண்டு இருக்கிறார்கள்.

இது வரை காற்றிலுள்ள முக்கிய மாசுக்கள் (major pollutants) பற்றி பார்த்தோம். நாம் சென்னை நகரை எடுத்துக்காட்டாகக் கொண்டு, இங்கு இருக்கும் மாசின் அளவை கணிப்பது எப்படி (pollution level estimation), அளப்பது எப்படி, இவற்றில் நடைமுறை சிக்கல்கள் என்ன என்பது பற்றி பார்க்கலாம்.

காற்றில் மாசு கட்டுப்படுத்தல் -2 (Air pollution Control -2)

கார்பன் மோனாக்சைடு என்பது ஒரு கரி அணுவும், ஒரு ஆக்சிஜனும் இணைந்தது. இது எரிபொருள் சரியாக எரியாவிட்டால் வரும். எரிபொருள் நன்றாக எரிந்தால் கார்பன் டை ஆக்சைடு என்ற வாயு வரும்.

கார்பன் மோனாக்சைடு என்பது பெரும்பாலும் வண்டிகளில் இருந்து வரும். நமது இரு சக்கர, மற்றும் நான்கு சக்கர வாகனங்களை சரியாக பராமரிக்காவிட்டால் இது அதிகமாக வரும். சென்னையில், அதிக போக்குவரத்து இருக்கும் நேரத்தில் நிச்சயமாக இது அதிக அளவில் இருக்கும். சிகரெட் புகையில் இது மிக அதிக அளவில் உள்ளது

இதனால் என்ன பாதிப்பு? இது நாம் சுவாசிக்கும்பொழுது உடலில் ஆக்சிஜன் சேர்வதை தடுத்து விடுகிறது. நமது ரத்தத்தில் சிவப்பணுக்கள்தான் ஆக்சிஜனை காற்றிலிருந்து எடுத்துக்கொள்ளும். ஆனால், கார்பன் மோனாக்சைடு, அந்த சிவப்பணுக்களுடன் சேர்ந்து (வினை புரிந்து) ஆக்சிஜன் சேராமல் பார்த்துக்கொள்ளும். உடலில் ஆக்சிஜன் குறைவானால்?
முதலில் தலைவலி, பின் தலை சுற்றல், மயக்கம் கடைசியாக இறப்பு.

கார்பன் மோனாக்சைடில் உள்ள பெரிய பிரச்சனை என்ன என்றால், அதற்கு நிறமோ மணமோ கிடையாது. நம் வீட்டு சமையல் எரிவாயு கசிந்தால், அதில் ஒரு வித துர்நாற்றம் வரும். உடனே நாம் “அபாயம்” என்பதைப் புரிந்து கொண்டு கசிவை நிறுத்தவும், அந்த இடத்தை விட்டு எல்லோரையும் வெளியேற்றவும் செய்யலாம். கார்பன் மோனாக்சைடு இருந்தால், முதலில் கொஞ்சம் தலை வலிக்கும். “சரி, இன்னிக்கு ஆபிஸில் வேலை அதிகம் போல” என்றோ, “வெயில் அதிகம்” என்றோ நினைத்துக் கொள்வோம். கொஞ்ச நேரத்தில் தூக்கம் வருவது போல இருக்கும். சுதாரிக்காவிட்டால் மயக்கம் வந்து விடும். அதே இடத்தில் கவனிப்பாரற்று இருந்தால் இறந்து விடுவோம்.

பல சமயங்களில் வீட்டில் நெருப்பு வந்தால், பலர் நேரடியாக நெருப்பால் சாவதை விட, கார்பன் மோனாக்சைடை சுவாசித்து நினைவிழந்து (அல்லது தலை சுற்றி நகர முடியாமல்) பின்னர் நெருப்பில் எரிந்து போவது உண்டு.

இதனால்தான் அமெரிக்காவில் எல்லா வீடுகளிலும் கார்பன் மோனாக்சைடு அலாரம் (Carbon Monoxide Detector Alarm) நிச்சயமாக இருக்கும். இது மேல் சுவற்றில் இருக்கும். இது சட்டப்படி நடக்கிறது. (நமது இந்திய சமையலில் மிளகாய் போட்டு தாளிக்கும் போது அது ‘கீ கீ' என்று அலறும். நம் மக்களும் அவசர அவசரமாக chair மேல் ஏறி, ஈரத்துண்டால் அந்த அலாரத்தை மறைத்து, புகை அதை நெருங்காமல் பார்த்துக் கொள்வார்கள். அலாரம் நின்று விடும்).

இந்த மாசு ஒரு விஷயத்தில் பரவாயில்லை. அது என்ன என்றால், நம் உடல் இதை கொஞ்சம் கொஞ்சமாக வெளியேற்றி விடும். இதை கொஞ்ச அளவு சுவாசிக்க நேர்ந்தால், நாம் சுத்தமான காற்றை கொஞ்ச நேரம் சுவாசித்தால் போதுமானது. தனியாக மருந்து மாயம் தேவையில்லை. அதிக அளவு சுவாசித்தால், நிறைய நாள் பாதிப்பு இருக்கும்.

நைட்ரஜன் ஆக்சைடுகள்: இவை நைட்ரஜன் வாயுவும் ஆக்சிஜனும் இணைந்து வரும் வாயுக்கள் ஆகும். குறிப்பாக NO மற்றும் NO₂ ஆகிய இரண்டும் மாசுக்களாகும். மற்ற N₂O , N₂O₅ போன்ற வாயுக்கள் மாசாகக் கருதப்படாது. ஏனென்றால அவற்றால் அவ்வளவு பாதிப்பு இல்லை.

NO மற்றும் NO₂ இந்த இரண்டும் பொதுவாக NO_x என்று சொல்லப்படும். இதை “நாக்ஸ்” என்று சொல்லுவார்கள். இவை எங்கிருந்து வருகின்றன?

நமது இருசக்கர (மூன்று சக்கர) மற்றும் நான்கு சக்கர வண்டிகளில் இருந்து வருகின்றன. இந்த வண்டிகளில், என்ஜின் ஓடும்பொழுது வெப்ப நிலை அதிக்மாகிறது. அப்போது காற்றில் இருக்கும் நைட்ரஜனுடன் ஆக்சிஜன் வினை புரிந்து ‘நாக்ஸ்' வருகிறது.

இது தவிர, அனல் மின் நிலையங்களில் இருந்தும், ஆலைகளில் இருந்தும் வருகிறது. பொதுவாக அதிக வெப்பனிலையில் காற்று ‘நாக்ஸை' உருவாக்கும்.

சரி, இதனால் என்ன பாதிப்பு? ஒன்று, இவை காற்றில் நீராவியுடன் இணைந்து ‘அமில மழை' ஏற்படக் காரணம் ஆகிறது. அமில மழையால் ஏரிகளில் உள்ள மீன்கள் சாவதும், பயிர்கள் அழிவதும், கட்டடங்கள் ‘கரைவதும்' நடக்கின்றன.

நாக்ஸின் இன்னொரு விளைவு, காற்றில் 'smog' என்று சொல்லப்படும் புகை மண்டலத்தை உருவாக்குகிறது. காற்றில் நாக்ஸ் மட்டும் இருந்தால் பரவாயில்லை. கூடவே ‘VOC' எனப்படும் ‘எளிதில் ஆவியாகும் கரிமப் பொருள்' (உதாரணம் பெட்ரோல் ஆவி) இருந்தால், இரண்டும் இணைந்து புகை மண்டலத்தை உருவாக்கும். அதனால் நமது நுரையீரல் பாதிக்கப்படும்.

குறிப்பு. இவை ‘Green House gases' எனப்படும் ‘பூமியின் வெப்பத்தை அதிகரிக்கும்' வாயுக்கள் அல்ல. N₂O எனப்படும் வாயு பூமியின் வெப்பத்தை அதிகரிக்கும். ஆனால் அது ‘நாக்ஸ்' என்ற வகையில் வராது.

காற்றில் மாசு கட்டுப்படுத்தல் (Air Pollution Control) -1

மாசு கட்டுப்படுத்தல் பற்றி விவரங்களை சில பதிவுகளில் பார்க்கலாம். இவை ஓரளவுதான் technicalஆக இருக்கும். இவற்றில் வரும் எடுத்துக்காட்டுகள் இந்தியாவையும், குறிப்பாக தமிழகம் அதிலும் சென்னையையும் மையமாகக் கொண்டு இருக்கும்.

மாசுக்களை, திட நிலை (Solid Waste), நீர் நிலை (Water pollution) மற்றும் காற்றில் இருக்கும் மாசு (Air pollution) என்று மூன்று விதமாகப் பிரிக்கலாம்.

1. திட நிலை மாசுக்களுக்கு எடுத்துக்காட்டு, பிளாஸ்டிக் பொருள்கள் மற்றும் வீட்டில் சமையல் அறை கழிவுகள். பல ஆலைகளிலிருந்து வரும் sludge எனப்படும் ஜெல்லி போன்ற பொருளும் திட நிலை மாசு.
2. ஆலைக் கழிவுகள், வீட்டு கழிவுகள் ஆகியவை திரவ நிலையில் இருந்து, ஆற்றிலோ ஏரியிலோ கலக்கும்பொழுது நீர் நிலை மாசு ஆகும்.
3. காற்றில் உள்ள தூசிகளும் வண்டி மற்றும் ஆலையில் இருந்து வரும் புகைகளும் காற்றில் உள்ள மாசுக்கள் ஆகும்

இவற்றில் காற்றில் உள்ள மாசுக்கள் பற்றி இங்கு பார்ப்போம். ஒரு விஷயத்தை நாம் நினைவில் கொள்ள வேண்டும். நாம் உணவு இல்லாமல் பல நாட்கள் உயிர் வாழ்ந்து விடலாம். உணவிலும் ஒரு குறிப்பிட்ட வகைதான் வேண்டும் என்பது இல்லை. அரிசி இல்லாவிட்டால் கோதுமை, கோதுமை இல்லாவிட்டால் ராகி, ஏதாவது கிடைத்தால் காலம் தள்ளி விடலாம்.

தண்ணீர் இல்லாமல் சில நாட்கள் இருக்கலாம். தண்ணீரும், ஏதாவது ஒரு வடிவில் உள்ளே போனால் போதும். பழங்களாகவோ, பழ ரசமாகவோ இருந்தாலும் சரிதான் . ஒன்றும் முடியாவிட்டால், ‘குளுக்கோஸ்' ஏற்றுவது என்று உணவையும் நீரையும் உடலில் சேர்க்க வழி உண்டு.

ஆனால் காற்று அப்படி அல்ல. ஆக்சிஜன் இல்லாவிட்டால் ஒரு சில நிமிடங்களில் உயிர் போய்விடும். குளத்தில் மூழ்கியவர்கள் ஐந்து அல்லது பத்து நிமிடத்தில் இறந்து விடுகிறார்கள். ஆக்சிஜனும் நேராக மூக்கு வழியே நுரையீரலுக்கு செல்ல வேண்டும். “வேறு வழியில்” செலுத்த முடியாது. (உதாரணமாக ரத்தத்தில் நேராக ஆக்சிஜனை செலுத்த தொழில் நுட்பம் இருப்பதாகத் தெரியவில்லை). இதிலிருந்து ஆக்சிஜன் என்பது உணவையும் நீரையும் விட இன்றியமையாதது என்பது தெரிகிறது. காற்றில் ஆக்சிஜன் இருந்தால் மட்டும் போதாது. மற்ற மோசமான பொருள்களும் இருக்கக் கூடாது. காற்றில் கார்பன் மோனாக்சைடு (Carbon Monoxide) என்ற வாயு கலந்து இறந்து போவதாக நடு நடுவில் செய்தி வருவதையும் நீங்கள் கவனித்து இருக்கலாம்.

நாம் சுவாசிக்கும் காற்றில் இருக்கும் மாசுக்கள் நம் உடல் நலத்தை உடனடியாக ,மிகவும் பாதிக்கும் என்பதை நினைவு படுத்திக் கொள்ளவே இந்த விளக்கம். இது தவிர சில மாசுக்கள் வேறு விதங்களில் (indirectly) பாதிக்கும். சில வாயுக்கள் உலகின் வெப்ப நிலையை அதிகரிப்பதாகவும் அதனால் பல மோசமான பின் விளைவுகள் ஏற்படும் என்றும் விஞ்ஞானிகள் கூறுகின்றனர்.

காற்றில் இருக்கும் மாசுக்களை எப்படி வகைப்படுத்துவது? இந்த மாசுக்களை எப்படி கண்டு பிடிப்பது? இவை எங்கிருந்து வருகின்றன? இவற்றை எப்படி குறைப்பது? இதில் இருக்கும் நடைமுறை சிக்கல்கள் என்ன? அவற்றினால் என்ன பிரச்சனை? எது உடனே பாதிப்பு ஏற்படுத்தும்? எது நீண்ட காலத்தில் பாதிப்பு ஏற்படுத்தும்? (நிறைய கேள்விகளாகவே வருகிறது!) இவற்றை நாம் பார்ப்போம்.

காற்றில் இருக்கும் மாசுக்களை வகைப்படுத்துதல்.

1. தூசிக்கள். குறிப்பாக சுவாசிக்கக்கூடிய (நுரையீரலில் செல்லக் கூடிய) தூசிகள்


2. கார்பன் மோனாக்சைடு


3. நைட்ரஜன் ஆக்சைடுகள்


4. கந்தக வாயுக்கள் (Sulfur oxides)


5. ஓசோன்


6. எளிதில் ஆவியாகும் கரிமப் பொருள்கள் (Volatile Organic Compounds or VOC)

தூசிக்கள் (Particulate Matter). தூசிக்கள் என்பதில் மண் மற்றும் வாகனங்களிலிருந்து வரும் புகையில் இருக்கும் கரி, ஆலைகளிலிருந்து வரும் தூசிகள் ஆகியவை அடங்கும். எரிமலை, காட்டுத்தீ, கடல் நீர் திவலைகள் ஆவியாகி அதில் வரும் உப்புத்தூள் ஆகியவையும் மனிதர்களால் இல்லாமல், இயற்கையாகவே, தூசிகளை காற்றில் சேர்க்கும். இவை எளிதில் காற்றில் ‘மிதக்கும்'. ஆங்கிலத்தில் Suspended Particulate Matter or SPM என்று கூறுவார்கள்.

இவற்றில் 10 மைக்ரானை விட (அதாவது 0.01 மி.மீ விட) பெரிய தூசிகள் நமது மூக்கிலோ அல்லது தொண்டையிலோ வடிகட்டப்படும். அவை நுரையீரல் வரை செல்லாது. மிஞ்சிப்போனால் நாம் தும்முவோம். வேறு தொல்லை இருக்காது.

10 மைக்ரானை விட குறைந்த அளவுடைய தூசிகள் நுரையீரலில் சென்று உடலில் பாதிப்பை ஏற்படுத்தும். இவற்றை PM10 என்று குறிப்பிடுவார்கள். PM2.5 என்பது 2.5 மைக்ரானுக்கு குறைவாக இருக்கும் தூசிகளை குறிக்கும். இவை நுரையீரலை தாண்டி சென்று இதயத்திற்கு அருகில் இருக்கும் ரத்தக்குழாய்களை பாதித்து இருதய நோய்(இருதய நோய் அல்ல, உண்மையில் Heart attack - இதன் தமிழ்ப்பதம் என்ன?) ஏற்படுத்தும்.

0.1 மைக்ரானை விட சிறிய தூசிகள் இருதய பாதிப்புடன் மூளையையும் தாக்கும். டீசல் வண்டிகளில் இந்த வகை தூசிகள் அதிகம் வருகின்றன என்பதை கண்டு பிடித்து இருக்கிறார்கள். டீசல் வண்டியில் வரும் தூசிகள் புற்று நோய் வரும் வாய்ப்பையும் அதிகரிக்குமாம்.

2000 ஆண்டில், ஐரோப்பாவில், தூசியினால் ஏற்பட்ட விளைவுகளா, 2 லட்சம் பேர் இறந்திருப்பதாக கருதுகிறார்கள். இந்தியாவில் எவ்வளவோ.

பயன் விகிதம் (மகசூல்? Yield)

எந்த ஒரு நிறுவனமும் லாபம் ஈட்டும் வியாபார நோக்கில்தான் தொடங்கி, நடத்தப்படும். இதற்கு விதிவிலக்காக ராணுவத்திற்கு ஏவுகணைகள் தயாரிக்கும் DRDO போன்ற நிறுவனங்கள்அல்லது விண்வெளியில் செயற்கைக்கோள்கள் செலுத்தும் ISRO போன்ற நிறுவனங்களைச் சொல்லலாம். பொதுவாக ஐ.சி.க்களைத் தயார் செய்யும் நிறுவனங்கள், வியாபார நோக்கில் பார்க்கும்பொழுது கருத்தில் கொள்ள வேண்டியவை என்ன என்பதை இங்கு காண்போம்.

200 மி.மீ விட்டமுள்ள ஒரு சிலிக்கன் வேஃபரில் நாம் 1 செ.மீ X 1 செ.மீ. அளவு இருக்கும் சில்லுக்களை தயாரித்தால், ஒரு வேஃபருக்கு சுமார் 300 சில்லுக்கள் வரும். ஆனால், அதில் எல்லா சில்லுக்களும் வேலை செய்யாது. ஏனென்றால், தயாரிப்பில் பல சில்லுக்களில் ஏதேனும் குறை வர வாய்ப்பு உண்டு. பரிசோதனையில் தேர்ந்த சில்லுக்கள் மட்டுமே விற்பனைக்கு செல்லும்.

ஐ.சி. வேலை செய்யாமல் போகும் காரணங்களை, இரண்டு வகைகளாகப் பிரிக்கலாம். ஒன்று தூசிகளால் வரும் குறைபாடு (particle defect failure). இரண்டாவது செய்முறையில் வரும் குறைபாடு (process failure).

Clean Room ( க்ளீன் ரூம் or சுத்தமான அல்லது தூய்மையான அறை):
ஐ.சி.களை செய்யும் இடம் மிக மிக தூய்மையானதாக இருக்க வேண்டும். இதை clean room ( க்ளீன் ரூம் அல்லது சுத்தமான அறை) என்று சொல்வார்கள். இந்த க்ளீன் ரூமையும், தரத்திற்கேற்ப class 1 அல்லது class 10 அல்லது class 100 என்று வகைப்படுத்தலாம். ஒரு கன அடியில் அரை மைக்ரானைவிடப் பெரிய தூசி 10 அல்லது குறைவான அளவில் இருந்தால் அது ”க்ளாஸ் 10 க்ளீன் ரூம்” எனப்படும். அதற்கு பதில் ஒரு கன அடியில் அரை மைக்ரானை விடப் பெரிய தூசி 100 அல்லது குறைவான அளவில் இருந்தால் அது ”க்ளாஸ் 100 க்ளீன் ரூம்” எனப்படும்.

நாம் சாதாரணமாக சுத்தமாக இருப்பதாக நினைத்துக் கொண்டு இருக்கும் ஏ.சி. அறைகள் (AC Room) எல்லாம் க்ளாஸ் 1,00,000 (லட்சம்) அல்லது அதைவிட மோசமாக இருக்கும். க்ளாஸ் 10 ரூமை பராமரிப்பது (maintain செய்வது) க்ளாஸ் 100 ரூமை பராமரிப்பதை விட கடினம். இங்கே, சிறிய எண் தான் உயர்ந்தது என்பதைக் கவனிக்கவும்.

இவ்வாறு க்ளீன் ரூமைப் பராமரிக்க, உள்ளிருக்கும் காற்றை இழுத்து, அதிலுள்ள தூசிக்களை ‘வடிகட்டி’ பின்னர் வெளியிருக்கும் காற்றையும் கொஞ்சம் சேர்த்து, மீண்டும் பலமுறை வடிகட்டி (தூசிக்களை நீக்கி) உள்ளே செலுத்த வேண்டும். ஐ.சி. தயாரிப்பில் கருவிகள் இயங்கும் பொழுதும், மனிதர்களிடமிருந்தும் தூசிக்கள் வந்துகொண்டே இருக்கும். அவற்றை சுத்திகரிக்காவிட்டால், அறையில் மிக விரைவில் தூசிகள் சேர்ந்துவிடும். தூசிகளை வடிகட்ட ‘ஹெபா ஃபில்டர்’ (HEPA filter) என்ற வகை வடிகட்டிகள் பயன்படுத்தப்படும். இந்த அறைகளில் தூசிக்களின் அளவுகளைத்தவிர, வெப்பநிலையும் ஈரப்பதமும் கூட நல்ல கட்டுப்பாட்டில் இருக்கும்.

நமது உடலிலிருந்தும் ஆடைகளிலிருந்தும் பல வகையான கண்ணுக்கு தெரியாத தூசுக்கள் எப்பொழுதும் வெளி வந்துகொண்டு இருக்கும். அதனால், ஐ.சி. நிறுவனத்தில் வேலை செய்யும் பொழுது உடல் முழுவதும் சாதாரண உடைக்கு மேல் வேறொரு உடையையும் அணிய வேண்டும். இது விண்வெளி வீரர்கள் உடுத்தும் ஆடை போல இருக்கும். நமது கண்கள் மட்டுமே வெளியில் தெரியும்படி இருக்கும்.




இவ்வாறு இல்லாவிட்டால், இந்த அறைகள் ஒரே நிமிடத்தில் க்ளாஸ் லட்சம் ஆகிவிடும். சுருக்கமாகச் சொன்னால், க்ளாஸ் 10 ரூம் குளோஸ் ஆகிவிடும்! தற்போது உலகில் தலைசிறந்த நிறுவனங்கள் class 1 அறைகளில் ஐ.சி.க்களை தயாரிக்கின்றன.

இப்படி க்ளாஸ் 1 அறைகளிலும் கூட மிகச்சிறிய அளவு தூசிகள் இருக்கத்தான் செய்கின்றன. இவை ஐ.சி. தயாரிப்பில் வேபரின் மேல் விழும்பொழுது சில சமயங்களில் சில்லுக்களை செயலிழக்க செய்கின்றன. உதாரணமாக, கீழிருக்கும் வரைபடத்தைப் பார்க்கவும்.




இங்கு, நாம் ஒரு டிரான்ஸிஸ்டரை வேறு ஒரு டிரான்ஸிஸ்டருடன் இணைக்க டங்க்ஸ்டன் கம்பியை பயன்படுத்துகிறோம். அதற்கு டிரான்ஸிஸ்டருக்கு மேல், கண்ணாடி படிய வைத்து அதில் துளையிட்டு டங்க்ஸ்டனைப் படிய வைத்து பின்னர் சி.எம்.பி. மூலம் தேவையற்ற டங்க்ஸ்டனை நீக்க வேண்டும் என்பதை மூன்றாவது பகுதியில்(chapter) பார்த்தோம். இங்கே, துளையில் டங்க்ஸ்டனை படிய வைக்கும் முன், ஒரு தூசி விழுந்து துளையை அடைத்துக்கொண்டால் என்ன ஆகும்? டிரான்ஸிஸ்டருக்கு இணைப்பு அறுந்துவிடும் (circuit cut ஆகிவிடும்). இதனால் ஐ.சி. வேலை செய்யாது.

இந்த தூசியே, மின்கடத்தும் பொருளால் ஆனால்? அப்போது இணைப்பு அறுபடாது! அதனால், எல்லா தூசிகளும் ஐ.சி.ஐ செயலிழக்க செய்வதில்லை. தூசிகளையும் “பாதிக்கும் தூசி” (killer defect) மற்றும் “பாதிக்காத தூசி” (benign defect) என்று வகைப்படுத்தலாம்.

எப்படி சாதாரண பிஸ்கட் செய்யும் பிரிட்டானியா போன்ற நிறுவனத்திற்கு, இந்தியாவிலேயே பல இடங்களில் ‘தயாரிக்கும் யூனிட்டுகள்’ இருக்குமோ அது போல, இன்டெல் போன்ற பெரிய ஐ.சி. நிறுவனத்திற்கு, ஐ.சி. தயார் செய்யும் யூனிட்டுகள் பல இருக்கும். எல்லா இடங்களிலும் க்ளீன் ரூம் வடிவமைப்பும் (design), பராமரிப்பும் (maintenance)கொஞ்சம் வேறுபடும். அதனால் ஒவ்வொரு இடத்திலும் தூசிக்களின் அளவு வேறுபடும்.

அடுத்த சில வருடங்களில் எந்த விதமான ஐ.சி.க்களுக்கு தேவை (demand) இருக்கும் என்பதை மார்கெட்டிங் (marketing) துறையினர் கணித்து சொல்வார்கள். அது சுமார் என்ன விலைக்கு விற்கலாம் என்பதையும் கணித்து சொல்வார்கள். அதை வைத்து, ஐ.சி.க்கான மின் சுற்று வடிவமைப்பு (circuit design) செய்யப்படும். அந்த மின்சுற்று லே-அவுட்டாக மாற்றப்படும். இந்த நிலையில், லே-அவுட்டை வைத்து, குறிப்பிட்ட யூனிட்டில் ஒரு வேபரில் 100க்கு 50 சில்லுக்கள் தான் சரியாக வரும் என்று கணிக்க முடியுமா?

முடியும். 100க்கு எவ்வளவு சில்லு வரும் என்பது yield “ஈல்டு” (விவசாயத்தில் மகசூல் என்று சொல்வது போல) என்று சொல்லப்படும். சில்லுக்களை செய்யும் முன்னாலேயே இதைக்கணக்கிட, தூசிகளின் அளவும், லே-அவுட் எவ்வளவு பரப்பளவு கொண்டது, எவ்வளவு சிக்கலானது (complex) என்ற விவரமும் தேவை.

ஒவ்வொரு யூனிட்டிலும் உள்ள தூசிகளின் அளவை (defectivity) கணக்கிட வழிமுறைகள் உண்டு. KLA Tencor (கே.எல்.ஏ. டென்கோர்) என்ற நிறுவனம், தூசிக்களை கணக்கிட்டு கூறுவதில் முன்னிலை வகிக்கிறது. தூசி அதிகமாக இருந்தால் பல சில்லுக்கள் வேலை செய்யாது. மகசூலும் (yield) குறைந்துவிடும். தூசு எவ்வளவு என்று கண்டுபிடிக்க இரண்டு வழிகள் உண்டு. ஒன்று, ஒரு சுத்தமான வேஃபரை இந்த அறையில் வைத்து, கொஞ்ச நேரம் (1 மணி) கழித்து, அதில் எவ்வளவு தூசி படிந்திருக்கின்றது என்பதை போட்டோ எடுப்பது போன்ற கருவி மூலம் கண்டுபிடித்து கணக்கிடலாம். அல்லது, காற்றில் எவ்வளவு தூசி இருக்கின்றது என்பதை கண்டுபிடிக்க லேசர்(laser) கொண்ட கருவி உள்ளது. அதைப்பயன்படுத்தி, காற்றிலுள்ள தூசியின் அளவை கணக்கிடலாம். இது தவிர வேறு சில வழிமுறைகளும் உண்டு. இவ்வாறு கண்டுபிடித்த தூசிகளில் எவை ‘பாதிக்கும் தூசிகள்’ என்று கண்டு பிடிக்கவும் தொழில் நுட்பம் உண்டு.

அடுத்து, ஐ.சி. சில்லின் பரப்பளவை (area) பொருத்து அதன் மகசூலும் மாறும். சிறிய ஐ.சி.க்களை செய்வது சுலபம். ஏனென்றால் அதில் ஒரு சில லட்சம் டிரான்ஸிஸ்டர்கள் மட்டுமே இருக்கும். பெரிய ஐ.சி.யில் சில கோடி டிரான்ஸிஸ்டர்கள் இருக்கலாம். அதனால், எல்லாவற்றையும் சரியாகச் செய்வது கொஞ்சம் கடினம். பெரிய ஐ.சி.யிலும், சில லட்சம் டிரான்ஸிஸ்டர்கள் மட்டும் இருந்தால் செய்வது சுலபமே. அதனால், பரப்பளவுடன் சில்லின் complexity of design அல்லது எவ்வளவு சிக்கலான வடிவமைப்பு என்பதையும் கணக்கில் கொள்ள வேண்டும். பரப்பளவை கணக்கிடுவது மிக சுலபம். ஆனால், complexity எனப்படும் “சிக்கலின் அளவை” கணக்கிட தகுந்த கம்ப்யூட்டர் மென்பொருள்(சாஃப்ட்வேர் software) தேவை.

இப்படி கணக்கிட்டு, ஐ.சி.க்களை லாபகரமாக செய்ய முடியும் என்று தெரிந்த பின்னரே, தயாரிப்பைத் தொடங்குவார்கள். இல்லாவிட்டால், வடிவமைப்பு (design) நிலையிலேயே இந்த ப்ராஜக்டை (project) நிறுத்திவிடுவார்கள்.


Process issues: செய்முறையில் குறைபாடுகள்:
தூசிகள் குறைவாக இருந்தாலும், செய்முறையில் குறை வந்தால் ஐ.சி.க்கள் சரியாக வேலை செய்யாது. எந்த முறையில் குறைகள் வரக்கூடும் என்பதற்கு சில உதாரணங்களை நாம் செய்முறைகளை ஒருங்கிணைக்கும் பகுதியில் பார்த்தோம். இப்படி வரும்பொழுது இதை பரிசோதனையில் தொடங்கி, பின்னர் ‘ஃபெயிலியர் அனாலஸிஸ்” என்ற முறையில் கண்டுபிடித்து நிவர்த்தி செய்யலாம். இவ்வாறு செய்வதற்கு, எல்லா செய்முறைகளிலும் நல்ல பரிச்சயமும், குறைக்கு காரணம் கண்டுபிடிக்கும் திறமையும் தேவை.

ஐ.சி. தயாரிப்பு தொடர்பான சில விவரங்களைக் கடைசி பதிவில் பார்க்கலாம்.

செய்முறைகளை ஒருங்கிணைத்தல்-2. Process Integration -2

இதை அடுத்து தாமிரத்தைப் படிய வைக்க வேண்டும். நேராக கண்ணாடி மேல் தாமிரத்தை (பி.வி.டி. அல்லது சி.வி.டி. அல்லது மின்வேதி படிய வைத்தல் என்று ஏதாவது ஒரு முறையில்) படிய வைத்தால், அவை சீக்கிரத்தில் கண்ணாடி வழியே ஊடுருவிச் சென்று (diffuse) டிரான்ஸிஸ்டர்களை குறுக்கு (short circuit) செய்து விடும். அவ்வாறு ஊடுருவி செல்லாமல் தடுக்க டான்டலம் என்னும் உலோகத்தை தாமிரத்திற்கும் கண்ணாடிக்கும் இடையில் வைக்க வேண்டும். அதாவது தாமிரத்தைப் படிய வைக்கும் முன்னால், டான்டலத்தைப் படிய வைக்க வேண்டும் (படம் 8.10).


டான்டலத்தைப் படிய வைக்க இன்னொரு காரணமும் உண்டு. நேராகத் தாமிரத்தைப் படிய வைத்தால், அது கண்ணாடியில் சரியாக ஒட்டாமல் ‘உரிந்து’ (peel off) வந்து விட வாய்ப்பு உண்டு. டான்டலம் கண்ணாடியுடனும், தாமிரத்துடனும் நல்ல முறையில் ஒட்டி இருக்கும். மொத்தத்தில் டான்டலம் படலம் (tantalum layer) தாமிர அணுக்கள் கண்ணாடியிலிருந்து உரிந்து வராத படி தடுக்கவும் (adhesion promoter) ஊடுருவி செல்லாமல் தடுக்கவும் (diffusion barrier) உதவுகிறது.

டான்டலம் ஒரு மின் கடத்தும் பொருளாகும். அதன் மின் தடை தாமிரத்தின் மின் தடையை விட பல மடங்கு அதிகம். அதனால், மெட்டல் லைன் (மின் இணப்புக் கம்பி) செய்யும் பொழுது டான்டலம் குறைந்த அளவிலும் தாமிரம் அதிக அளவிலும் இருக்குமாறு பார்த்துக் கொள்ள வேண்டும். அப்போதுதான் மின்கம்பிகளின் மின் தடை குறைவாக இருக்கும். மின்சாரத்தையும் எளிதில் கடத்த முடியும்.

இந்த டான்டலத்தின் மேல் தாமிரத்தைப் படிய வைக்க வேண்டும். தாமிரத்தைப் படிய வைக்க மின்வேதி முறை (electrochemical method) பயன்படும் என்பதை நாம் முன்னால் பார்த்தோம். நேராக ஒரு வேஃபரில் மின் இணைப்பு கொடுத்து வேதிக் கரைசலில் அமிழ்த்தினால் எல்லா இடங்களிலும் தாமிரம் சீராகப்படியாது(படம் 8.11).



ஏனென்றால் டான்டலம் நல்ல மின் கடத்தி இல்லை. அதனால் மின் இணைப்புக்கு அருகில் அதிக மின் அழுத்தமும், (voltage) அதற்கு தூரத்தில் குறைந்த மின் அழுத்தமும் இருக்கும். அதனால் மின் இணைப்பிற்கு அருகே அதிக அளவு தாமிரமும் தூரத்தில் குறைந்த அளவு தாமிரமும் படியும்.

இதை சரிக்கட்ட , வேஃபரின் ஓரத்தில் பல இடங்களில் (படம் 8.12) மின் இணைப்பு கொடுக்கலாம்.


அவ்வாறு செய்தால் கூட வேபரின் நடுவில் குறைந்த தடிமனில்தான் தாமிரம் படியும். அதனால், முதலில் வேஃபரில் டான்டலத்தின் மேல் பி.வி.டி. முறையில் அல்லது சி.வி.டி. முறையில் சிறிய அளவு (10 நே.மீ. தடிமனில்) தாமிரம் படிய வைக்கப்படும். இந்த முறைகளில் எல்லா இடங்களிலும் ஓரளவு சீராக (9 நே.மீ. முதல் 11 நே.மீ. வரை) தாமிரம் படிந்து விடும். இப்போது படம் 8.12ல் இருப்பது போல மின் இணைப்பு கொடுத்தால், வேஃபரில் எல்லா இடங்களிலும் ஒரே அளவு மின் அழுத்தம் இருக்கும். (ஏனென்றால் தாமிரம் சிறந்த மின் கடத்தி).

பேசாமல், இந்த பி.வி.டி. அல்லது சி.வி.டி. முறையிலேயே தாமிரத்தை மொத்தமாகப் படிய வைக்கலாமே? அவ்வாறு செய்தால் கிடைக்கும் தாமிரத்தின் தரம் சற்று குறைந்து இருக்கும். எனவேதான் மின்வேதிமுறையில் தாமிரம் படியவைக்கப்படுகிறது.

அதன்பின் மின் வேதி முறையில் தாமிரத்தைப் படிய வைத்தால், நன்கு சீராகப்படியும். இந்த மின் வேதி முறையில் தகுந்த ரசாயனங்களைச் சேர்த்தால் எல்லா இடங்களிலும் ஏறக்குறைய ஒரே லெவலில்/level/ மட்டத்தில் இருக்கும்படி கூட (படம் 8.13 போல) செய்ய முடியும்.



அடுத்து, அதிகமாக இருக்கும் தாமிரத்தை சி.எம்.பி. முறையில் நீக்க வேண்டும். முதலில் தாமிரத்தை நீக்கும்பொழுது எல்லா இடங்களிலும் சரியாக அளவு நீக்க வேண்டும். இல்லாவிட்டால், அதிகமாக இருக்கும் தாமிரம் வேறு மின் கம்பிகளுடன் இணைந்து குறுக்கு (short circuit) ஏற்படும் (படம் 8.14).



சி.எம்.பி. முறையில் தாமிரத்தை நீக்கும் கலவை பெரும்பாலும் டான்டலத்தையோ அல்லது கண்ணாடியையோ நீக்காது. தாமிரத்தை அதிகமாக எடுத்தி விட்டால், மின் கம்பியே இல்லாமல் போய்விடும் (படம் 8.15).

அப்போதும் ஐ.சி. வேலை செய்யாது. எனவே இந்த முறையை மிகக் கவனமாக செயல்படுத்த வேண்டும்.

இதைப்போலவே டிரான்ஸிஸ்டர் தயாரிக்கும் பகுதிகளிலும், அந்தந்த முறைகளின் வரம்புகளைப் புரிந்து கொண்டு, அதற்கேற்ப வேஃபர்களைக் கையாள வேண்டும். இந்த செய்முறைகளை ஒன்றன் பின் ஒன்றாக சரியாக வரிசைப்படுத்தினால்தான் / ஒருங்கிணைத்தால்தான் ஐ.சி.க்களை சிறப்பாக தயாரிக்க முடியும். இல்லாவிட்டால், பி.வி.டி., சி.வி.டி. சி.எம்.பி. என்று ஒவ்வொரு முறைகளும் தனித்தனியே நன்றாக வேலை செய்தாலும், சரியாக ஒருங்கிணைக்காவிட்டால் ஐ.சி. வேலை செய்யாது.


இங்கு மின்சாரத்தைக் கடத்தும் கம்பிகள் தாமிரம் என்றாலும் ஒரு விதிவிலக்கு உண்டு. நேரடியாக டிரான்ஸிஸ்டரை தொடும் கம்பிகள் டங்ஸ்டன் (Tungsten) என்னும் உலோகத்தாலேயே செய்யப்படுகின்றன. அதன் மேலே உள்ள கம்பிகள் மட்டும் தாமிரத்தால் செய்யப்படுகின்றன. ஏனெனில் தாமிர அணுக்கள் சிலிக்கனில் அதிவேகமாக பரவும்/ °ÎÕ×õ தன்மை (diffuse) உடையவை. டங்ஸ்டனுக்கு பதிலாக தாமிரத்தை நேராக சிலிக்கனில் இணைத்தால், டிரான்ஸிஸ்டரை அவை செயலிழக்க செய்யும். ஆனால், தாமிரக் கம்பிக்கும் டிரான்ஸிஸ்டருக்கும் இடையே டங்ஸ்டன் இருந்தால், தாமிர அணு பரவ முடியாது. டங்ஸ்டன் சுமாரான மின்கடத்தி. அதனால் ஓரளவு மின்சார இழப்பு ஏற்படும். இருந்தாலும் வேறு வழி இல்லாததால் கொஞ்சம் ‘விட்டுக்கொடுத்து’ இந்த உடன்பாடுஅல்லது ‘காம்ப்ரமைஸ்’ (compromise) உருவாகியுள்ளது.

இதைப்போலவே, ஐ.சி. தயாரிப்பின் ஒவ்வொரு கட்டத்திலும் அந்தந்த முறைகளின் நிறை குறைகளை நன்றாகப் புரிந்து கொண்டு, அவற்றை சரியாக வரிசைப்படுத்தி செயல்படுத்த வேண்டும். இல்லாவிட்டால், தனித்தனியே பி.வி.டி. அல்லது சி.வி.டி. அல்லது அரித்தல் முறைகளை சிறப்பாக செயல்படுத்தினாலும், இவை எல்லாவற்றையும் இணைத்து ஐ.சி. தயாரிக்கும்பொழுது சிக்கல்களும் குறைகளும் வர வாய்ப்பு அதிகமாகும்.

செயல்முறைகளை ஒருங்கிணைத்தல்-1 (Process Integaration -1)

இதுவரை ஐ.சி. தயாரிப்பிற்கு லித்தோகிராபி, பி.வி.டி. சி.வி.டி. போன்ற படிய வைக்கும் முறைகள், உலர் நிலை அரித்தல், திரவ நிலை அரித்தல், சி.எம்பி. போன்ற பொருளை நீக்கும் முறைகள், அயனி பதித்தல் ஆகியவற்றின் விவரங்களைப் பார்த்தோம். எல்லாக் கருவிகளின் திறன்களுக்கும்(capability) ஒரு எல்லை/வரம்பு (லிமிட்/ limit) உண்டு. ஒரு வேஃபரை ஒவ்வொரு கருவிக்குள்ளும் ஒன்றன்பின் ஒன்றாகச் செலுத்தி பல ரசாயன மாற்றங்களுக்கு உட்படுத்தும் பொழுது பல சிக்கல்கள் வர வாய்ப்பு உண்டு. அவற்றைப் புரிந்துகொண்டு, இந்த முறைகளை சரியாக வரிசைப்படுத்தி (sequence) செயல்படுத்த வேண்டும். இதை ஒரு உதாரணத்தின் மூலம் காண்போம்.

இப்போது டிரான்ஸிஸ்டர் செய்து அதன்மேல் மின் கம்பிகள் ஒரு தளத்தில் அமைத்து இருப்பதாக வைத்துக்கொள்வோம் (படம் 8.1).

அதன் மேல் இன்னோரு தளத்தில் மின் கம்பிகளை இணைக்க வேண்டும் (அடுத்த படம் 8.2ல் இருப்பது போல).
இதில் என்ன சிக்கல் வரக்கூடும் என்பதைப்பார்க்கலாம்.

முதல் படத்தில் இருக்கும் வேஃபர் மீது கண்ணாடியை சி.வி.டி. (CVD) முறையில் படிய வைக்க வேண்டும். எல்லா இடங்களிலும் 1000 நே.மீ. (1 மைக்ரான்) படிய வைக்க முயன்றால், சில இடங்களில் 1100 நே.மீ.ம், சில இடங்களில் 900 நே.மீ.ம் படியலாம் (கீழே இருக்கும் 8.3 படம்).


அதன் மேல், போட்டோ ரெசிஸ்டு படிய வைத்து, லித்தோ முறையில் மாஸ்க்கை வைத்து சரியான இடத்தில் வெளிச்சம் விழும்படி செய்ய வேண்டும். அதைத்தொடர்ந்து வேஃபரைக் கழுவி (develop டெவலப் செய்து) உலர் நிலை அரித்தலில் ஆக்சைடை நீக்க வேண்டும். இவ்வாறு துளையை சரியாக அமைத்தால், படம் 8.4இல் உள்ளது போல சரியாக வரும்.


மாஸ்க் வைக்கும் பொழுது சரியாக வைக்காவிட்டால், துளைகள் தவறான இடத்தில் வந்து விடும் (படம் 8.5 இல் இருப்பது போல).

இவ்வாறு இடம் பிசகி போவதை ஆங்கிலத்தில் mis-alignment (மிஸ் அலைன்மென்ட்) என்று சொல்வார்கள். இதனால் மின் இணைப்பு அறுந்து ஐ.சி. வேலை செய்யாது போய்விடும்.


மாஸ்க்கை சரியாக வைத்து இருந்தாலும், கண்ணாடியை அரிக்கும்பொழுது போதுமான அளவு அரிக்கவில்லை (under etch) என்றால், மேலே வரும் தாமிரத்திற்கும், கீழே இருக்கும் தாமிரத்திற்கும் மின் இணைப்பு இருக்காது (படம் 8.6 போல).


அதே சமயம் அதிக அளவில் அரித்து விட்டால் ( over etch) கீழே இருக்கும் தாமிரக் கம்பி சேதமாகி விடும் (படம் 8.7).


அதன்மேல் தாமிரம் படிய வைத்தாலும், சரியாக ஒட்டாது.

இது தவிர நாம் படிய வைத்தலில் இருக்கும் குறையையும் கவனத்தில் கொள்ள வேண்டும். படிய வைக்கும்பொழுது சில இடங்களில் 900 நே.மி.உம் சில இடங்களில் 1100 நே.மி.உம் படிந்து இருக்கும் என்பதைப்பார்த்தோம். அரித்தலிலும் எல்லா இடத்திலும் ஒரே சமச்சீராக துளை வரும் என்று எதிர்பார்க்க முடியாது. அதனால் ஒரே வேஃபரில் சில இடங்களில் குறைந்த அரித்தலும் சில இடங்களில் அதிக அரித்தலும் நடந்து இருக்கலாம். இந்த சூழ்நிலையில் நாம் அரிக்கும் நேரத்தை (etching time) குறைத்தாலும் சிக்கல், அதிகரித்தாலும் சிக்கல். எப்படியும் ஐ.சி. வேலை செய்யாது.

இதற்கு தீர்வு காண கீழ்க்கண்ட முறை கையாளப்படுகிறது. முதலில் கண்ணாடியை படியவைக்கும் முன்னால், சிலிக்கன் நைட்ரைடு என்ற மிகக் கடினமான பொருள் சி.வி.டி. முறையில் சுமார் 10 நே.மீ. அளவு படிய வைக்கப்படும். அதுவும் எல்லா இடங்களிலும் ஒரே சமச்சீராக 10 நே.மீ. தான் படியும் என்று சொல்ல முடியாது. சில இடங்களில் 9 நே.மீ. அள்வும் சில இடங்களில் 11 நே.மீ. அளவும் படியலாம். (படம் 8.8)



இந்த சிலிக்கன் நைட்ரைடு மேல் 1 மைக்ரான் (1000 நே.மீ.) கண்ணாடி படிய வைக்கப்படும் (அதாவது 900 நே.மீ. முதல் 1100 நே.மீ. வரை தடிமனில்). இப்போது எல்லா இடங்களிலும் 1100 நே.மீ. அளவு கண்ணாடியை அரிக்கும்படி உலர் நிலை அரித்தலை செயல்படுத்தலாம். எந்த இடத்தில் எல்லாம் 1100 நே.மீ. அளவுக்கு குறைவாக கண்ணாடி இருக்கின்றதோ அங்கெல்லாம் கண்ணாடி அரிக்கப்பட்ட பிறகு, சிலிக்கன் நைட்ரைடுக்கு ஒன்றும் ஆகாது. இது கடினமான பொருள் மட்டுமன்றி, பெரும்பாலான ரசாயனங்களுடன் வினைபுரியாது. (வரைபடம் 8.8)

.பின்னர், ‘மெட்டல் லைனுக்கு’ (மின் கடத்தும் கம்பிக்கு) தேவையான அளவு ‘பள்ளத்தையும்’ (trench), லித்தோ மற்றும் உலர் அரித்தல் முறையைப் பின்பற்றி சரியான இடத்தில் உருவாக்க வேண்டும். அடுத்து சிலிக்கன் நைட்ரைடை வேறு ஒரு ரசாயனப்பொருள் கொண்டு அரித்து எடுக்கலாம் (படம் 8.9).



அப்போது எல்லா இடங்களிலும் 11 நே.மீ. அரிக்கும்படி செயல்படுத்தலாம். சில இடங்களில் 9 நே.மீ. மட்டும் சிலிக்கன் நைட்ரைடு இருக்கும் என்பதைப்பார்த்தோம். அந்த இடங்களில் ஒரிரு நே.மீ. தாமிரமும் அரிக்கப்படும். அதனால் பெரிய அளவு சேதம் இல்லை. சிலிக்கன் நைட்ரைடு இல்லாமல் வெறும் கண்ணாடியை வைத்தே (படம் 8.4ஐப் போல) ஐ.சி. செய்தால், தாமிரக்கம்பியில் 50 அல்லது 100 நே.மீ. இழப்பு ஏற்படலாம். அவ்வளவு இழப்பு நேர்ந்தால் ஐ.சி. வேலை செய்யாது.

ஐ.சி. வேலை செய்வதில் சிலிக்கன் நைட்ரைடுக்கு எந்தப்பங்கும் இல்லை என்பதை கவனிக்கவும். தாமிரக் கம்பி மின் கடத்தியாகப் பயன்படுகிறது. கண்ணாடி மின் கடத்தாப்பொருளாகப் பயன்படுகிறது. சிலிக்கன் நைட்ரைடும் ஒரு மின் கடத்தாப்பொருள்தான். ஐ.சி.க்கு இரண்டு விதமான மின் கடத்தாப்பொருள் தேவையில்லை. கண்ணாடி ஒன்றே போதும். ஆனால் படிய வைத்தல், லித்தோ, உலர் நிலை அரித்தல் ஆகிய முறைகளை ஒன்றன்பின் ஒன்றாக சேர்க்கும்பொழுது வரும் சிக்கல்களைத் தவிர்க்க சிலிக்கன் நைட்ரைடு படிய வைத்தல், பின்னர் சிலிக்கன் நைட்ரைடை நீக்குதல் ஆகிய இரண்டு படிகளை அதிகமாக செய்ய வேண்டி இருக்கின்றது.

(அடுத்த பதிவில் தொடரும்).

அயனி பதித்தலும் 2. ஆக்சிஜனேற்றமும். Ion Implantation -2 and Oxygenation

(அயனி பதித்தலின் தொடர்ச்சி). வேஃபரில் B⁺ அயனி சேர்ந்ததும் பாஸிடிவ் மின்னூட்டத்தை(positive charge) சமன்படுத்த (neutralize) வேஃபரின் பின்புறத்திலிருந்து எலக்ட்ரான்கள் அனுப்பப்படும். நாம் எவ்வளவு எலக்ட்ரான்களை அனுப்புகிறோம் என்பதை நாம் செலுத்தும் மின்சாரத்தின் அளவின் மூலம் அறிந்து கொள்ளலாம். இதன் மூலம் எவ்வளவு போரான் வேஃபரில் சேர்க்கப்பட்டு இருக்கின்றது என்பதை துல்லியமாக அறிந்து கொள்ளலாம்.

அயனி பதித்தலில் போரான் அயனிகளை நான்காவது கட்ட முடிவில் திருப்பி விடக் காரணம் என்ன ? நாம் சேர்க்கும் மாசுக்களின் அளவை வேஃபரின் பின்புறத்தில் சேர்க்கும் எலக்ட்ரான்களின் அளவைக் கொண்டே கணக்கிடுகிறோம். போரான் அணுவை சேர்த்தால் அதை சமன்செய்ய வேண்டியதில்லை. அதாவது எலக்ட்ரான் சேர்க்க வேண்டியதில்லை. அதனால் நாம் வேஃபரில் சேரும் மாசுக்களின் அளவை தவறாக மதிப்பிடுவோம். அதைத் தவிர்க்கவே நாம் போரான் அயனிகளைத் திருப்பி, அவை மட்டுமே வேஃபரில் விழும்படி செய்கிறோம்.

இந்த முறையில் வேகமாக வரும் அயனி, வேஃபரில் இருக்கும் சிலிக்கன் அணுக்கள் மீது ‘ முட்டி மோதி’ (collide) உள்ளே செல்லும். ஒரு அயனி பல சிலிக்கன் அணுக்கள் மேல் மோதும்பொழுது வேகம் படிப்படியாகக் குறைந்து கடைசியில் நின்று விடும். எவ்வளவு தூரம் (ஆழம்) சென்று நிற்கும் என்பது அயனி வரும் வேகத்தைப் பொருத்தது. எனவே, போரான் எவ்வளவு ஆழம் செல்லும் என்பதை போரான் அயனிகளின் வேகத்தை வைத்து கணிக்கலாம். இவ்வாறு அயனி பதித்தலில் நாம் வேஃபரில் சேர்க்கும் மாசின் அளவையும் ஆழத்தையும் துல்லியமாக கட்டுப்படுத்த முடியும்.

சீரமைத்தல் (annealing) : அயனிகள் சிலிக்கன் அணுக்களுடன் மோதுவதால், வேஃபரின் மேல்பகுதிக்கு கொஞ்சம் சேதம் ஏற்படும். இதை சரிப்படுத்த வேஃபரை அதிக வெப்ப நிலையில் (சுமார் 700 முதல் 1000^o C வரை) சிறிது நேரம் வைக்க வேண்டும். இதை விரைவாக செய்ய வேண்டும். உதாரணமாக, வேஃபரை 20 அல்லது 30 வினாடிகளில் சாதாரண அறை வெப்பநிலையிலிருந்து 1000^o Cக்கு கொண்டுசெல்ல வேண்டும். இம்முறை ‘விரைவு வெப்ப சீரமைத்தல்’ (Rapid Thermal Annealing) அல்லது ‘ஆர்-டீ-ஏ’ (RTA) என்று சொல்லப்படும். இவ்வாறு விரைவில் வெப்ப நிலையை உயர்த்த ‘டங்க்ஸ்டன் ஹேலோஜன் விளக்கு’ (Tungsten Halogen Lamp) என்ற வகை விளக்கு பயன்படுகிறது. இவ்விளக்குகளின் மூலம் வேஃபரின் மேல்பகுதி மட்டும் சூடுபடுத்தப்படும்


இதனால், வேபரின் மேல்பகுதியில் சேதாரம் குறைந்து வேஃபர் முன் போல சீராக இருக்கும். இந்த அறைகளிலிருந்து காற்று வெளியேற்றப்பட்டு, வெற்றிடமாக இருக்கும். இல்லாவிட்டால், சிலிக்கன், காற்றிலிருக்கும் ஆக்சிஜனுடன் இணைந்து சிலிக்கன் டை ஆக்சைடு எனப்படும் கண்ணாடியாக மாறிவிடும். அயனி பதித்தலுக்கு அடுத்த கட்டமாக இந்த ஆர்-டீ-ஏ முறை எப்பொழுதும் பின்பற்றப்படுகிறது.

ஆக்சிஜனேற்றம்: சிலிக்கனுடன் ஆக்சிஜன் (உயிர் வாயு) வினைபுரிந்து சிலிக்கன் டை ஆக்சைடு என்னும் கண்ணாடி உருவாகும். காற்றில் எப்பொழுதும் ஆக்சிஜன் இருப்பதால், சுத்தமான சிலிக்கன் மேல் காற்று பட்ட உடனேயே சிறிய அளவு (சில நே.மீ. தடிமனில்) சிலிக்கன் டை ஆக்சைடு உருவாகும். சாதாரண கண்ணாடியில் சிலிக்கன் டை ஆக்சைடுடன் மற்ற பல பொருள்களும் கலந்து இருக்கும். ஆனால், ஐ.சி. தயாரிப்பில் பயன்படுத்தப்படும் சிலிக்கன் டை ஆக்சைடு மிக மிகச் சுத்தமானதாக/தூய்மையானதாக இருக்கும். நாம் கண்ணாடி என்ற வார்த்தையை தூய்மையான சிலிக்கன் டை ஆக்சைடு என்ற பொருளிலேயே இங்கு பயன்படுத்துவோம். கண்ணாடியை ஊடுருவி (diffuse) அவ்வளவு சுலபமாக வேறு எந்தப் பொருளும் செல்ல முடியாது. அதனால் சாதாரண வெப்ப நிலையில் இந்த கண்ணாடி 5 அல்லது 10 நே.மீ. தடிமனிலேயே இருக்கும். இது இயற்கையாகவே காற்றில் உருவாவதால் “இயற்கையான ஆக்சைடு அல்லது நேடிவ் ஆக்சைடு/native oxide” என்று சொல்லப்படும்.

சிலிக்கனுடன் ஆக்சிஜனை இணைத்து கண்ணாடியை ‘வளர’ வைக்க (அதாவது சிலிக்கனை கண்ணாடியாக மாற்ற) மூன்று முறைகள் உள்ளன. காற்றுடன் சிலிக்கனை வினை புரிய வைக்கும் முறை ‘உலர் ஆக்சிஜனேற்றம்’ (dry oxidation) எனப்படும். நீராவியுடன் சிலிக்கனை வினைபுரிய வைக்கும் முறை ‘ஈர ஆக்சிஜனேற்றம்’ (wet oxidation) எனப்படும். சிலிக்கனை சில ரசாயனப்பொருள்கள் கரைந்துள்ள தண்ணீருக்குள் வைத்து, மின்வேதி (electrochemical) முறையில் வினைபுரிய வைப்பது மின்வேதி ஆக்சிஜனேற்றம் (electrochemical oxidation) எனப்படும். இந்த கடைசி முறையில் வளரும் கண்ணாடியில் பல குறைபாடுகள் இருப்பதால், இது தற்போது பின்பற்றப்படுவதில்லை.

ஆக்சிஜனேற்றத்திற்கு பயன்படுத்தப்படும் கருவியில் பல வேஃபர்களை ஒரே சமயத்தில் உபயோகப்படுத்த முடியும். இவை செங்குத்தான (vertical) அல்லது கிடையான (horizontal) நிலையில் இருக்கும். இவற்றின் அளவு சுமார் 8 அடி உயரமும், 8 அடி நீளமும் 3 அடி அகலமும் இருக்கும்.


உலர் ஆக்சிஜனேற்றம்: வேஃபரை காற்றில் அதிக வெப்பநிலைக்கு (சுமார் 700 முதல் 1200^o C வரை) கொண்டு சென்றால் ஆக்சிஜன் அணுக்கள் கண்ணாடி வழியே ஊடுருவி சென்று சிலிக்கனும் சேர்ந்து மேலும் அதிக கண்ணாடியை உருவாக்கும். அதனால் கண்ணாடியின் தடிமன் அதிகமாகும். இப்போது காற்றிலிருக்கும் ஆக்சிஜன் அணுக்கள் அதிக தடிமனுள்ள கண்ணாடி வழியே சென்று வினை புரிய வேண்டும். எனவே, வினை அவ்வளவு வேகமாக நடக்காது. ஆக்சிஜன் கொஞ்சம் மெதுவாக வருவதால், கண்ணாடி உருவாவதும் மெதுவாகவே நடக்கும். இந்த முறையில் வளரும் கண்ணாடி ‘ஓட்டை’ எதுவும் இல்லாமல் நல்ல தரத்துடன் இருக்கும். எனவே, தரமான கண்ணாடி தேவைப்படும்பொழுது இம்முறையே உபயோகிக்கப்படுகின்றது.

ஈர ஆக்சிஜனேற்றம்: சிலிக்கன் வேஃபரின் மேல் அதிக வெப்ப நிலையில் நீராவியை செலுத்தினால், கண்ணாடியும் ஹைட்ரஜன் வாயுவும் உருவாகும். இந்த வினை விரைவில் நடக்கும். இவ்வாறு உருவாகும் கண்ணாடியில் சில ஓட்டைகள் (porous) இருக்கும். அவை நம் கண்ணுக்கு தெரியாது. ஆனால் அவற்றின் வழியாக நீராவி செல்ல முடியும். எனவே, இவை அதிக தடிமனான கண்ணாடியாக இருந்தாலும், நீராவி அதன் வழியே சென்று சிலிக்கனுடன் வினை புரியும். நமக்கு நல்ல தரமான கண்ணாடி தேவையில்லை என்றால், ஈர முறையில் விரைவாக தேவையான தடிமனுக்கு கண்ணாடியை வளர்த்துக் கொள்ளலாம்.

எப்பொழுது ஐ.சி. தயாரிப்பில் தரமான கண்ணாடி தேவை? எப்பொழுது தேவையில்லை? டிரான்ஸிஸ்டர் உருவாக்கும் சமயம், கேட் ஆக்சைடு என்ற சிலிக்கன் டை ஆக்சைடை வளர்க்கும் பொழுது, நல்ல தரமான கண்ணாடி தேவை. ஏனென்றால், கோடிக்கணக்கான டிரான்ஸிஸ்டர்கள் வேலை செய்வது இந்த கேட் ஆக்சைடைப் பொறுத்து உள்ளது.

தயாரிப்பில் சில சமயங்களில், வேபர் மீது உள்ள தூசிகளை அகற்ற, வேஃபரின் மேல் பகுதியை கண்ணாடியாக மாற்றி, அந்த கண்ணாடியை (தூசிகளுடன் சேர்த்து) ஹைட்ரோ ஃப்ளூரிக் அமிலத்தில் கரைத்து எடுத்து விடுவார்கள். இந்த இடத்தில் கண்ணாடி பலி கொடுக்கத்தான் / தியாகம் செய்யத்தான் பயன்படுகின்றது! இதை sacrificial oxide என்று சொல்வார்கள். அதற்கு நல்ல தரமான கண்ணாடி தேவையில்லை என்பதால், ஈர ஆக்சிஜனேற்றம் பயன்படுத்தப்படும்.

சுருக்கம்/summary: ஐ.சி. தயாரிப்பில், சிலிக்கனில் மாசுக்களை சேர்க்க தற்போது அயனி பதித்தல் முறை பயன்படுகின்றது. இம்முறையில், நமக்கு தேவையான மாசுக்களை அயனிகளாக்கி, மின்புலத்தின் மூலம் அவற்றின் வேகத்தை அதிகரித்து, வேஃபரில் செலுத்த வேண்டும். எவ்வளவு மாசுக்கள் சேர்ந்துள்ளன என்பதை மின்சாரத்தின் அளவைக்கொண்டும், அவை எந்த ஆழத்தில் சேர்ந்துள்ளன என்பதை அயனிகளின் வேகத்தைக்கொண்டும் கணக்கிடலாம். இவ்வாறு அயனிகளை வேஃபரில் மோத வைத்து மாசுக்களை சேர்ப்பதால் வேஃபரின் மேல்பகுதியில் சிறிது சேதாரம் ஏற்படும். அதை ‘விரைவு வெப்ப சீரமைத்தல்’ என்ற முறையில் சரிசெய்யலாம்.

வேஃபரின் மேல்பகுதியை கண்ணாடியாக மாற்ற, வேஃபரை காற்றுடனோ அல்லது நீராவியுடனோ அதிக வெப்ப நிலையில் வினைபுரிய வைக்க வேண்டும். காற்றுடன் வினை நடக்கும் ‘உலர் ஆக்சிஜனேற்றத்தில்’ நல்ல தரமான கண்ணாடி, மெதுவாக வளரும். நீராவியுடன் வினை நடக்கும் ‘ஈர ஆக்சிஜனேற்றத்தில்’ சற்று தரம் குறைந்த கண்ணாடி, விரைவாக வளரும். ஐ.சி. தயாரிப்பு முறையில், தேவைக்கு ஏற்ப உலர் ஆக்சிஜனேற்றமோ ஈர ஆக்சிஜனேற்றமோ பயன்படுத்தப்படும்.

இதுவரை பார்த்த அயனி சி.வி.டி., உலர் நிலை அரித்தல் போன்ற எல்லா முறைகளையும் ஒன்றன் பின் ஒன்றாக வரிசையாக பயன்படுத்தி ஐ.சி. தயாரிப்பது எப்படி, இப்படி ஒருங்கிணைக்கும் பொழுது வரும் பிரச்சனைகள் என்ன என்பது பற்றி அடுத்த பதிவில் பார்க்கலாம்.

அயனி பதித்தல் 1. Ion Implantation -1

இதற்கு முன் பார்த்த “பொருளை படிய வைக்கும்” முறைகள் மூலம், ஏற்கனவே இருக்கும் சிலிக்கன் வேஃபரில் மேல், மற்ற பொருள்கள் படிய வைக்கலாம். அந்த முறைகளில் சிலிக்கனில் எந்த மாற்றமும் இருக்காது. ஆனால் வேறு இரண்டு முறைகள் மூலம் சிலிக்கனில் மாற்றத்தை ஏற்படுத்தலாம். அவை ‘அயனி பதித்தலும் ஆக்சிஜனேற்றமும்’ ஆகும்.

அயனி பதித்தல்: நாம் மூன்றாவது பகுதியில், வேபரில் பாஸ்பரஸ் (Phosphorous) என்ற தனிமத்தை சேர்த்தால் ‘N’ வகையாகவும் என்றும் போரான் என்ற தனிமத்தை சேர்த்தால் ‘P’ வகையாகவும் மாறுவதாகப் பார்த்தோம். அதில் கடைசி கட்டங்களில் மாசுக்களை சேர்ப்பதற்கு ‘அயனி பதித்தல்’ முறை தேவைப்படுகின்றது என்பதையும் பார்த்தோம்.

சிலிக்கன் வேஃபர் ஒரு திடப்பொருள்(solid) ஆகும். பாஸ்பரஸ் மற்றும் போரானும் திடநிலையில்தான் இருக்கும். அவற்றை சிலிக்கன் வேஃபருக்கு உள்ளே (வேஃபரை உடைக்காமல்) சேர்ப்பது எப்படி ?

வேஃபருக்குள் இந்த அணுக்கள் அதிக ஆழம் செல்ல வேண்டியதில்லை. ஒரு டிரான்ஸிஸ்டர் தயாரிக்க சுமார் 100 நே.மி. (அதாவது ஒரு மி.மீஇல் 10,000ல் ஒரு பங்கு) ஆழம் சேர்ந்தால் போதும். அதைவிட ஆழமாகப்போனால் டிரான்ஸிஸ்டர் சரியாக வேலை செய்யாது.
முன்பு (அதாவது 1970, 80களில்) மாசுக்களை சேர்க்க பயன்படுத்திய முறை என்னவென்றால் : பாஸ்பரஸை (அல்லது போரனை) சிலிக்கன் வேஃபரின் மேல் வைத்து கொஞ்ச நேரம் சூடுபடுத்தினால் சில பாஸ்பரஸ் அணுக்கள் சிலிக்கனுள் ஊடுருவி/பரவி (diffuse) சென்று விடும். இந்த முறையில் செலவும் குறைவு. ஆனால் இம்முறையில் எவ்வளவு பாஸ்பரஸ் அணுக்கள் சேரும் என்பதை தோராயமாகத்தான் (approximate) கட்டுப்படுத்த முடியும். துல்லியமாக(accurate) கட்டுப்படுத்த முடியாது. அதைப்போலவே எவ்வளவு ஆழம் செல்லும் என்பதையும் நன்றாக கட்டுப்படுத்துதல் சிரமம். அதனால் டிரான்ஸிஸ்டரின் அளவு கொஞ்சம் ‘முன்னுக்கு பின்’னாகத்தான் இருக்கும்.

டிரான்ஸிஸ்டரின் அளவு 5 மைக்ரான் அல்லது 10 மைக்ரானாக் இருக்கும்பொழுது, அரை மைக்ரான் (0.5 மைக்ரான் = 500 நே.மீ) முன்னுக்கு பின்னாக வந்தால் பரவாயில்லை. ஆனால் டிரான்ஸிஸ்டரின் அளவே அரை மைக்ரானுக்கு குறைவாக இருந்தால் இந்த முறை பயன்படாது. இதைவிட நல்ல கட்டுப்பாட்டுடன் மாசுக்களை சேர்க்க அயனி பதித்தல் முறை பயன்படுத்தப்படுகிறது. தற்போது (2008ல்) டிரான்ஸிஸ்டர்கள் 65 நே.மீ (0.065 மைக்ரான்) அளவில் தயாரிக்கப்படுகின்றன. 45 நே.மீ. அளவில் விரைவில் வந்துவிடும்.

அயனி பதித்தல் முறையில்,முதலில் பாஸ்பரஸை (அல்லது போரானை) அயனி ஆக்க வேண்டும். அடுத்து அவற்றை வேஃபரின் மேல் மிகுந்த வேகத்தில் செலுத்த வேண்டும். அவ்வாறு செலுத்தினால் அவை வேஃபருக்கு உள்ளே செல்லும். இதற்கு உதாரணமாக, துப்பாக்கி குண்டுகளை நல்ல திடமான மரக்கதவை நோக்கி சுட்டால், அவை கதவில் புகுந்து பதிந்துவிடுவதைச் சொல்லலாம்.

கருவியின் அமைப்பும், வேலை செய்யும் விதமும் : அயனி பதிக்கும் கருவி (Ion Implantor) சுமார் 10 அடி அகலமும், 10 அடி நீளமும், 8 அடி உயரமும் இருக்கும்.


இக்கருவியின் பகுதிகளை நான்காகப் பிரிக்கலாம்.

1. அயனி ஆக்குமிடம் (ionizing chamber)


2. அயனி தேர்ந்தெடுக்குமிடம் (Ion selection)


3. அயனியை வேகப்படுத்துமிடம் (acceleration chamber)


4. மாசு சேர்க்குமிடம் (doping chamber)

1. அயனியாக்கும் இடம் : பாஸ்பரஸ் அல்லது போரானை சேர்க்க, பாஸ்பரஸ் பென்டாக்சைடு (phosphorous pentoxide, P2O5) அல்லது போரான் டிரை ஃப்ளூரைடு (boron tri fluoride BF3) என்ற பொருளை எடுத்துக்கொள்ள வேண்டும். பாஸ்பரஸ் பென்டாக்சைடு என்பது திட நிலையில் இருக்கும். அதை சூடுபடுத்தினால், ஆவிநிலைக்கு வந்து விடும். போரான் டிரை ஃப்ளூரைடு என்பது சாதாரண வெப்ப நிலையில், வாயு நிலையிலேயே இருக்கும். எந்தப் பொருளாக இருந்தாலும் முதலில் வாயு நிலைக்கு கொண்டுவருவது அவசியம். பொருள் அளிக்குமிடத்தில் இவ்வாறு வாயுநிலைக்கு கொண்டுவரப்படும்.



இந்த உதாரணத்தில் போரான் டிரை ஃப்ளுரைடு என்ற வாயுவை உபயோகப்படுத்துவதாக எடுத்துக்கொள்வோம். இது ஏற்கனவே வாயுநிலையில் இருப்பதால், இதை நேராக உபயோகிக்கலாம். இந்த வாயுவில் இருக்கும் அணுக்களை, அயனிகளாக மாற்ற வேண்டும். இதற்கு ஒரு அறையில் (chamber) குறைந்த அழுத்தத்தில் டங்க்ஸ்டன் இழையில் மின்சாரத்தை செலுத்தினால் அது வெப்பமடையும் இந்த இழை, மின் விளக்கில் (குண்டு பல்பு) இருக்கும் நூல் போன்ற இழை ஆகும். நல்ல வெப்பமடைந்தபின் அந்த இழையிலிருந்து எலக்ட்ரான்கள் வெளியே வரும் இதற்கு தெர்மயானிக் எமிஷன் / thermionic emission என்று பெயர். அந்த எலக்ட்ரான்கள் BF₃ மூலக்கூற்களின் (molecule) மேல் மோதும். அப்படி மோதும்பொழுது BF3இலிருந்து சில எலக்ட்ரான்கள் வெளியேறி BF₃⁺ என்ற அயனி உருவாகும். டங்க்ஸ்டன் இழையிலிருந்து வரும் எலக்ட்ரான்கள் நல்ல வேகத்தில் வந்தால், BF₃ உடைந்து BF₃⁺, BF₂⁺, BF⁺, B⁺ போன்ற அயனிகளும் உருவாகும். இவ்வாறு வாயுவிலிருந்து அயனிகள் உருவாக்கப்படுகின்றன.

2. அடுத்து அயனி தேர்ந்தெடுக்கும் பகுதி இருக்கும். நாம் வேஃபரில் போரானை (B) மட்டுமே சேர்க்க வேண்டும். BF, BF₂ ஆகியவற்றை சேர்க்க கூடாது. அதனால், BF₃⁺, BF₂⁺, BF⁺, B⁺என்ற பல அயனிகள் கலந்த கலவையிலிருந்து B⁺ அயனியை தேர்ந்தெடுத்து அனுப்ப வேண்டும். மற்ற அயனிகளைத் வேஃபரில் சேராமல் தடுத்துவிட வேண்டும்.



நமக்கு தேவையான அயனியை தேர்ந்தெடுக்க மின்புலமும்(Electric field) காந்தப்புலமும்(magnetic filed) பயன்படுத்தப்படுகின்றன. இந்த அயனிகளை இரு மின் தகடுகளுக்கு இடையே வைத்து ஒரு மின் தகட்டில் பாஸிடிவ் இணைப்பும் மற்ற மின் தகட்டில் நெகடிவ் மின் இணைப்பும் கொடுத்தால் B+ மற்றும் BF₃⁺, BF₂⁺, BF⁺ அயனிகள் நெகடிவ் தகடை நோக்கி செல்லும். அப்போது ஒரு மின்காந்தம் (electromagnet) வைத்து காந்தப்புலத்தை உருவாக்கினால், அயனிகள் செல்லும் திசை மாறிவிடும். எவ்வளவு தூரம் திசை மாறும் என்பது அவற்றின் எடை(mass) மற்றும் மின்னூட்டத்தைப் (electrical charge) பொறுத்தது. B⁺ அயனியானது அதிக அளவிலும் BF₃⁺, BF₂⁺, BF⁺, ஆகிய அயனிகள் குறைந்த தூரமும் திரும்பும். அதனால் ஒரு தகடை சரியான இடத்தில் வைத்து B⁺ அயனியைத்தவிர மற்ற எல்லா அயனிகளையும் தடுக்கலாம் . இவ்வாறு அயனிகளின் கலவையிலிருந்து, B⁺ அயனி மட்டும் தேர்ந்தெடுக்கப் படுகின்றது.

3.அயனி வேகப்படுத்தும் இடம் இந்த B⁺ அயனிகள் ஓரளவு வேகத்துடன்தான் வரும் இவற்றை வேஃபருக்கு உள்ளே சேர்க்க நல்ல வேகத்தில் அனுப்ப வேண்டும். எனவே இந்த அயனிகளை முடுக்க/ வேகப்படுத்த / accelerate வேண்டும். இதற்கு வளையம் போன்ற (ரிங் / ring வடிவம் கொண்ட) மின் தகடுகளை வைத்து அவற்றில் நெகடிவ் மின் இணைப்பு கொடுத்தால், B⁺ அயனிகள் நல்ல விசையுடன் இத்தகடுகளை நோக்கி ஈர்க்கப்படும். இதற்கு பல ஆயிரக்கணக்கான வோல்டேஜ் தேவைப்படும். அயனிகளின் வேகம் அதிகரித்து வளையத்திலுள்ள வட்டமான துளை வழியே சென்று விடும் (அதாவது வளையமாக இருக்கும் மின் தகடுகளின் மேல் மோதாது). இவை ‘அயனிக் கற்றை’ (ion beam) என்று அழைக்கப்படும். ஒளிக்கற்றை (light beam) என்பது போல, அயனிக் கற்றை என்று கூறுவது சொல் வழக்கு.


இந்த ‘முடுக்கும்’ அறை முழுவதும் காற்று வெளியேற்றப் பட்டு வெற்றிடமாகவே இருக்கும். தப்பித்தவறி ஏதாவது காற்று அணுக்கள் (உயிர் வாயு எனப்படும் ஆக்சிஜன், மற்ற நைட்ரஜன் போன்ற வாயுக்கள்) இருந்தால், B⁺ அயனிகள் அவற்றின் மீது மோதி எலக்ட்ரானை எடுத்துக் கொண்டு போரான் அணுவாக மாற வாய்ப்பு உள்ளது. இந்த போரான் அணுக்களை வேஃபரில் செலுத்தக் கூடாது. போரான் அயனிகளை (B⁺) மட்டுமே செலுத்த வேண்டும். (இதன் காரணம் அடுத்த பதிவில் வரும்.)

இதற்காக, கடைசியில் வேஃபருக்கு போகும்முன் இந்த அயனிக் கற்றையை சிறிய காந்தப்புலத்தில் வைத்து கொஞ்சம் திருப்பி விடுவார்கள். காந்தப் புலமானது மின்னூட்டம் கொண்ட அயனிகள் செல்லும் திசையை மட்டுமே மாற்றும். போரான் அணுக்கள் செல்லும் திசையை மாற்றாது. அதனால், வேஃபர் மீது B⁺ அயனிகள் மட்டுமே விழும். இந்த அயனிக் கற்றை சுமார் 1 சதுர செ.மீ. பரப்பளவு உடையதாக இருக்கும்.

4. மாசு சேர்க்கும் இடம்கடைசியாக அயனி சேர்க்கும் பகுதியில் அயனி கற்றை வேஃபரில் விழும்பொழுது வேஃபர் மெதுவாக முன்னும் பின்னுமாகவும் பக்கவாட்டிலும் நகர்த்தப்படும். இதன் மூலம் வேஃபர் முழுவதும் சமச்சீராக (uniform) அயனிகளைச் சேர்க்கலாம்.


தற்போது உள்ள கருவிகளில், அயனி கற்றையை மின் தகடுகள் வைத்து, வோல்டேஜ் கொடுத்து, X மற்றும் Y என்று இரு திசைகளிலும் நகர்த்த வழி உள்ளது. (ஆனால் படத்தில் அது கொடுக்கப் படவில்லை)

இதன் தொடர்ச்சியை அடுத்த பதிவில் பார்க்கலாம்.

Removal Techniques-4 (அதிகமாக இருக்கும் ) பொருளை நீக்குதல் -4 (CMP)

சி.எம்.பி. ரசாயன இயந்திர சமன்படுத்தல்
இந்த கருவி சுமார் 6 அடி உயரமும் 6 அடி நீளமும், 4 அடி அகலமும் கொண்டு இருக்கும்.

இதில் ஒரு வட்ட வடிவில் மேசை (table) சுழலும் விதத்தில் இருக்கும். அதன் மேல் pad என்ற ஒரு பிளாஸ்டிக் வகைப் படலம் இருக்கும். (Pad என்பதன் தமிழாக்கம் என்ன?) இதன் மேல் வேஃபரை வைத்து அழுத்தத் தேவையான கருவிகளும் (ஆங்கிலத்தில் Wafer Carrier என்று சொல்லப்படும். தமிழில் வேபர் தாங்கி என்று சொல்லலாம்), இடையே ரசாயனமும் துகள்களும் கலந்த "ஸ்லரி" (slurry) என்று ஆங்கிலத்தில் சொல்லப்படும் "கலவை"யை செலுத்த மோட்டார் பம்பும் இருக்கும். மேசையும் வேஃபரும் சுழலும் பொழுது வேஃபர் ‘தேய்க்கப்’ படும்.


இவ்வாறு தேய்ப்பது சீராக நடக்க, வேஃபரும் padம் சுற்றும்பொழுது இடையே, தண்ணீரும், துகள்களும் கலந்த கலவை செலுத்தப்படும். வேஃபரை வைத்து செலுத்தும் அழுத்தம் (pressure), சுற்றும் வேகம், கலவையில் இருக்கும் அமிலம் அல்லது காரம் போன்ற ரசாயத்தின் அளவு, துகள்களின் அளவு, பாலிஷ் செய்யப்படும் நேரம் ஆகியவற்றைப் பொறுத்து பொருள் நீக்கப்படும்அளவு அமையும்.

இதில் வேபர் தலை கீழாக இருக்கும் என்பதை கவனிக்கவும். அதாவது, வேபரின் பின் பக்கமானது ‘வேபர் தாங்கி'யைத் தொட்டுக்கொண்டு இருக்கும். வேபரின் முன் பக்கம் Padஐ தொட்டுக்கொண்டு இருக்கும்.

இதில் ரசாயனத்தின் பங்கு என்ன? துகள்களின் பங்கு என்ன? என்பதைப் பார்ப்போம்.
ரசாயனம் ‘தேர்ந்தெடுக்க’ உதவுகிறது. அதாவது ஒரு பொருளை மட்டும் நீக்கவும், மற்ற பொருள்கள் அப்படியே இருக்கவும் வேண்டும் என்றால், அதற்கு சரியான ரசாயனம் தேவை. உதாரணமாக, கீழே இருக்கும் வரைபடத்தில் தாமிரத்தை மட்டும் எடுக்க வேண்டும். அதன் பின், சிலிக்கன் டை ஆக்சைடை ஒன்றும் செய்யக் கூடாது என்றால் தாமிரத்தை கொஞ்சம் கரைக்கும் ரசாயனத்தை கலக்க வேண்டும். தாமிரம் முடிந்து சிலிக்கன் டை ஆக்சைடு வந்தவுடன் பாலிஷ் நடக்காது.




துகள்கள், ரசாயன மாற்றமில்லாமல், பொருள்களை நீக்க (mechanical removal) உதவும். இதனால், மேடாக உள்ள இடங்கள் சீக்கிரம் அகற்றப்பட்டுவிடும். தாழ்ந்த இடங்களோ கொஞ்சம் கொஞ்சமாக அகற்றப் படும். அதனால் வேஃபர் ஒரே லெவலுக்கு வந்து விடும்.
உதாரணமாக, தாமிரத்தை நீக்க கொஞ்சம் அமிலம், கொஞ்சம் சிலிக்கன் டை ஆக்சைடு துகள்கள் (சுமார் 0.00005 மி.மீ அல்லது 50 நே.மீ விட்டம்) கலந்த கலவை உபயோகப்படுத்தப்படும். Pad என்பது பாலியுரித்தேன் (poly urethane) என்ற வகை பாலிமரில் (polymer) செய்யப்படும். இந்த pad இல் இரண்டு வகை இருக்கும். கண்ணாடி (சிலிக்கன் டை ஆக்சைடை) நீக்க hard pad என்ற கடினமான வகையும், தாமிரத்தை நீக்க soft pad என்ற மென்மையான வகையும் உபயோகிக்கப்படும். (இந்த இடத்தில் “கடினமான” என்றால் மிகவும் கடினமான் பொருள் என்று நினைக்க வேண்டாம். Soft pad என்பதன் தன்மை, கையில் தொட்டுப்பார்க்க ஏறக்குறைய முகத்திற்கு பவுடர் பூசும் பஃப் போலவும், hard pad என்பதன் தன்மை ஒரு தோல் பையைப்போலவும் இருக்கும்).

இந்த முறையில் இரண்டு குறிக்கோள்கள் உண்டு. ஒன்று அதிகமாக அல்லது உபரியாக இருக்கும் பொருளை எடுத்து விட வேண்டும். இரண்டாவது சமச்சீரான அளவில் (planar level) வேஃபரை கொண்டுவர வேண்டும். உதாரணமாக சில சமயங்களில் பொருள் படியவைக்கும்போது எல்லா இடங்களிலும் ஒரே அளவாக (uniform) இருக்காது. அப்போது மேடும் பள்ளமுமாக இருக்கும் அதை ஒரே லெவலில் (level)கொண்டு வர இம்முறை பயன்படும்.

இந்த முறையை செயல்படுத்திய பிறகுதான், ஐ.சி.க்களில் தாமிரக்கம்பிகள் கொண்டு மின் இணைப்பு கொடுக்க முடிந்தது. அதற்கு முன்னால், ஈர நிலை மற்றும் உலர் நிலை முறைகளைக் கொண்டு தாமிரக் கம்பிகளை செய்ய பல விஞ்ஞானிகள் முயன்றாலும் பலன் இல்லாமல் இருந்த்து. 1990க்கு பிறகு IBM விஞ்ஞானிகளின் முயற்சியால் தாமிர கம்பி முதல் முதலாக ஐ.சி.யில் வந்தது. செல்போன் முதல் பல சாதனங்கள் சிறிய பேட்டரியிலேயே அதிக நேரம் வேலை செய்ய இந்த “ரசாயன இயந்திர சமன் படுத்தல்” தொழில் நுட்பம் முக்கிய பங்கு ஆற்றுகிறது.

சுருக்கம்/summary: ஐ.சி. தயாரிப்பில், ஒரு பொருளை படிய வைக்கும் போது, எல்லா இடங்களிலும், தேவைக்கு அதிகமாகவே படிய வைக்கப்படும். உபரிப்பொருளை நீக்க, மூன்று வழிகள் இருக்கின்றன. ஈர நிலை அரித்தலில், திரவங்களில் வேஃபரை வைப்பதன் மூலம் பொருளை நீக்கலாம். ஆனால் இம்முறையில் எல்லாத்திசைகளிலும் பொருளை அரிப்பதால், இது சில இடங்களில் மட்டுமே பயன்படுத்தப்படுகிறது. உலர் நிலை அரித்தலில் பொருள்களை வாயுக்களைக் கொண்டு, பிளாஸ்மா நிலையில் அரிக்கலாம். இம்முறையில், ஒரு திசையில் மட்டும் அரிக்க முடியும். அதிகமாக இருக்கும் தாமிரத்தை நீக்க ரசாயன இயந்திர சமன்படுத்தல் என்ற சி.எம்.பி. தொழில் நுட்பம் பயன்படுகிறது. இம்முறையில் திரவ நிலையில் இருக்கும் ரசாயனப்பொருள்களுன் சிறிய துகள்களும் கலக்கப்பட்டு, வேஃபர் தேய்க்கப்படுகிறது. இது உபரிப்பொருளை நீக்குவதுடன் வேஃபரை சமச்சீராக்கவும் உதவுகிறது.

இந்த பதிவுகளில் படிய வைக்கும் முறைகளையும், நீக்கும் முறைகளையும் ஓரளவு சுருக்கமாகவே எழுதி இருக்கிறேன். உண்மையில் ஒவ்வொரு முறையிலும் பற்பல தொழில்
நுட்ப நுணுக்கங்கள் பயன்பாட்டில் உள்ளன.

அடுத்த பதிவில், அயனிகளை பதிப்பது எப்படி என்பதை பார்க்கலாம்.

Removal Techniques -3 (அதிகமாக இருக்கும்) பொருளை நீக்குதல்-3 (Dry Etching)

உலர் நிலை அரித்தலில், ஒரே திசையில் அரிக்கும்படி செய்ய இரண்டு முக்கிய காரணங்கள் உண்டு. ஒன்று, பிளாஸ்மா நிலையில் அதிக ரசாயன வினைகள் நடந்து பொருள்கள் அரிக்கப் படுவதால் கொஞ்சம் வெப்பம் உருவாகும். வெப்பத்தில், மேலே இருக்கும் போட்டோ ரெசிஸ்டு கொஞ்சம் இளகி, கீழே வரும். அப்போது அது பிளாஸ்மாவுடன் வினைபுரிந்து கொஞ்சம் கெட்டிஆகி விடும். இதற்கு ”திரை” அல்லது ”வீல் (veil)” என்று பெயர். இதனால், பக்கச் சுவர்களை பிளாஸ்மா தாக்காது. அதை கீழேஇருக்கும் படங்களில் காணலாம்.









இரண்டாவது, பிளாஸ்மாவை உருவாக்கும் பொழுது நெகடிவ் இணைப்பு உள்ள மின் தகடு / எலக்ட்ரோடு, வேஃபர் அருகில் இருக்கும். அதனால், பிளாஸ்மாவில் இருக்கும் பாஸிடிவ் அயனிகள் வேஃபரை நோக்கி வரும். வேகமாக வந்து வேபரைத்தாக்கி, சிறிதளவு பொருளையும் எடுத்து விடும். (இது பி.வி.டி.யில், அயனிகள் வந்து டார்கெட்டை தாக்குவது போல). இதனாலும் ஒரு திசையில் துளை ஏற்படும். மேலும் இவ்வாறு அயனிகளின் தாக்குதலை அதிகமாக்க, ஆர்கான் வாயுவையும் சேர்க்கலாம். ஆர்கான் வாயு, பிளாஸ்மாவில் அயனியாகி பின் வேஃபரைத் தாக்கும். ஆனால், ஆர்கான் அயனியோ அல்லது அணுவோ, வேஃபருடன் ரசாயன சேர்க்கையில் ஈடுபடாது. அதனால், ஒரு திசையில் மட்டுமே துளை ஏற்படும்.



இந்த முறையில் உள்ள குறைபாடு என்னவென்றால், ஆர்கான் அயனி எல்லாப் பொருள்களையும் தாக்கும். பிளாஸ்மாவில் ஹைட்ரஜன், ஆக்சிஜன் போன்ற வேதிப் பொருள்களை மாற்றி, சிலிக்கனை அரிக்கலாம் அல்லது அரிக்கக் கூடாது என்று கட்டுப்படுத்த முடியும். ஆனால் ஆர்கான் அயனியையும் சேர்த்தால், அவ்வாறு நன்றாக கட்டுப்படுத்த முடியாது. இதனால், எல்லாப் பொருள்களும் அரிக்கப் பட்டு, ‘தேர்ந்தெடுக்கும் திறன்’ குறைந்து விடும்.

ஆர்கான் இல்லாமல் அரித்தலுக்கு, பிளாஸ்மா எட்சிங் (plasma etching) என்றும், ஆர்கானுடன் அரித்தலுக்கு ரியாக்டிவ் அயன் எட்சிங் (Reactive Ion etching) அல்லது “ரை” (RIE) என்று பெயர். ஆர்கான் வாயுவை சரியான அளவில் சேர்த்தால் ஒரு திசை அரித்தலுக்கு உதவும். அதே சமயம் ‘தேர்ந்தெடுக்கும் திறன்’ அதிகம் பாதிக்கப் படாது. அதனால் இந்த ஆர்கான் மற்றும் மற்ற வாய்க்களின் அளவை மிகக் கவனமாகக் கட்டுப்படுத்த வேண்டும். இந்த ப்ளாஸ்மாவிலேயே காந்தப் புலன் துணை கொண்டு அதிக அடர்த்தியான பிளாஸ்மா (high density plasma) என்ற நிலையை உருவாக்கியும் அரித்தலின் வேகத்தை அதிகரிக்கலாம்.

உலர் நிலை அல்லது ஈர நிலை அரித்தல் மூலம் தாமிரத்தை அரிக்க முடிவதில்லை. இவ்வாறு அரிக்க முயன்றால் ஈர நிலையில் எல்லாத் தாமிரமும் வெளியே வந்து விடும். அல்லது உலர் நிலையில் ரசாயன வினைக்கு பிறகு வரும் பொருள்கள் வாயுவாக இல்லாமல் திடப்பொருளாக இருப்பதால், எங்கே பொருளை நீக்க விரும்புகிறோமோ, அங்கு வெளியே வருவதில்லை. இதனால், தாமிரத்தை நீக்க ரசாயன இயந்திர சமன்படுத்தல் என்ற ”கெமிக்கல் மெக்கானிகல் ப்ளேனரைசேஷன்” (Chemical Mechanical Planarization) அல்லது சி.எம்.பி. (CMP) என்ற முறை பயன்படுத்தப் படுகிறது. இதை அடுத்த பதிவில் பார்க்கலாம்.

Removal Techniques-2(அதிகமாக இருக்கும்) பொருளை நீக்குதல்-2.(Dry etching)

உலர் நிலை அரித்தல்/ dry etching: உலர் நிலை அரித்தலில் வாயுக்களை கொண்டு வேதி சேர்க்கை நடைபெறும். இந்த முறையில் வினையின் முடிவில் வரும் பொருள்கள் அனைத்தும் வாயு நிலையிலேயே இருக்க வேண்டும். இல்லா விட்டால் பொருள்கள் வேஃபரிலிருந்து வெளியே வராது. உலர் நிலை அரித்தலுக்கு ஒரு உதாரணத்தைப் பார்க்கலாம். நீங்கள் தெருவிலோ அல்லது அடுப்பங்கரையிலோ புகையில் மாட்டிக்கொண்டால் கண்களில் நீர் வருவதற்கு, காற்றிலிருக்கும் சில மாசுக்கள், உங்கள் கண்களுடன் ரசாயன வினையில் ஈடுபடுவதுதான் காரணம். பல வாயுக்களுக்கு ரசாயன சேர்க்கை மூலம் பொருள்களுடன் வினை புரியும் தன்மை அல்லது அரிக்கும் தன்மை உண்டு.

வாயுக்களைக் கொண்டு, சாதாரணமாக சில பொருள்களை மட்டுமே அரிக்க முடியும். ஆனால் இந்த கருவிக்குள் பிளாஸ்மாவை உருவாக்கினால், வாயுக்களில் இருக்கும் மூலக்கூறுகள் (molecules) அயனிகளாகவும் (ions) அணுக்களாகவும்(radicals) பிரியும். அந்த அயனிகளும், அணுக்களும் அதிக வினைத்திறன் கொண்டவை. அவை வேஃபரின் மேல் உள்ள பொருளுடன் வினை புரிந்து அரித்து விடும்.

உதாரணமாக, வேஃபர் மேல் சிலிக்கனை அல்லது சிலிக்கன் டை ஆக்சைடை அரிக்க வேண்டும் என்றால், கார்பன் டெட்ரா ப்ளூரைடு (CF₄)என்ற வாயுவையும், ஹைட்ரைஜன் (H₂)வாயுவையும் பயன்படுத்தலாம். முதலில் அறையிலிருந்து காற்று வெளியேற்றப்பட்டு வெற்றிடம் உருவாக்கப்படும். பின், கார்பன் டெட்ரா ப்ளூரைடு (CF₄) மற்றும் ஹைட்ரஜன் (H₂)வாயுக்கள் குறிப்பிட்ட அளவில் (நொடிக்கு சில கிராம்கள் என்ற அளவில்) செலுத்தப்படும் இவை சிலிக்கன் டை ஆக்சைடு மற்றும் சிலிக்கனுடன் வாயு நிலையில் ரசாயன சேர்க்கையில் ஈடுபடாது.
ஆனால், சேம்பர்/அறையில் உள்ள மின் தகடுகளில், தகுந்த மின் அழுத்தம் (voltage) கொடுத்தால், பிளாஸ்மா உருவாகும். அப்போது CF₄ மற்றும் H₂ பிரிந்து CF₃⁺, F, CF₂⁺, H போன்ற பல அயனிகளும், அணுக்களும் உருவாகும். இவை சிலிக்கன் டை ஆக்சைடு மற்றும் சிலிக்கன் ஆகியவற்றை அரிக்கும் தன்மை உடையவை.

இப்போது, “சிலிக்கன் டை ஆக்சைடை அரிக்க வேண்டும், ஆனால் சிலிக்கனை அரிக்க வேண்டாம்” என்றால், CF₄ குறைவாகவும் H₂ அதிகமாகவும் செலுத்த வேண்டும். வேறு சமயம், “சிலிக்கனை மட்டும் அரிக்க வேண்டும், சிலிக்கன் டை ஆக்சைடை அரிக்க வேண்டாம்” என்றால் CF₄ உடன் ஹைட்ரஜனுக்கு பதிலாக ஆக்சிஜனை செலுத்த வேண்டும். எந்தப் பொருளாக இருந்தாலும், மின் அழுத்தத்தை(voltage) நிறுத்தி விட்டால், பிளாஸ்மா மறைந்து அரித்தலும் உடனே நின்று விடும்.
இப்பொது, உலர் நிலை அரித்தலை ஐ.சி. தயாரிப்பில் உள்ள ஒரு கட்டத்தில் எடுத்து ஒரு உதாரணமாகப் பார்க்கலாம். இதில் உள்ள பிரச்சனைகளையும் அவற்றை எதிர் கொள்ளும் வழிமுறைகளையும் காணலாம்.

கீழே இருக்கும் வரைபடத்தில் லித்தோகிராபிக்கு பிறகு, ‘டெவலப்’ செய்த நிலையில் உள்ள ஒரு ஐ.சி.யின் படம் கொடுக்கப்பட்டு உள்ளது.




இங்கே கீழே இருக்கும் தாமிரக் கம்பியை மேல் தளத்துடன் இணைக்க வேண்டும். அதற்கு, சரியான இடத்தில் அரித்தல் மூலம் துளை செய்து பின்னர் தாமிரத்தை எல்லா இடங்களிலும் படிய வைத்து கடைசி கட்டத்தில் அதிகமாக (உபரியாக) இருக்கும் தாமிரத்தை நீக்கி விட வேண்டும். இந்த இடத்தில் அரித்தல் மூலம் துளை செய்வதன் விவரங்களை மட்டும் காண்போம்.


வரைபடத்தில் முதல் கட்டத்தில் மேலிருந்து கீழே ‘ஒரு திசை’ அரித்தல் மூலம் சிலிக்கன் டை ஆக்சைடை நீக்கினால் நமக்கு தேவையான துளை வந்து விடும். அது சரியாக தாமிரத்தில் நிற்க வேண்டும். அதற்கு முன்னால் நின்று விட்டால் under etch அல்லது ‘அளவு குறைந்த அரித்தல்’ எனப்படும். சரியாக நிறுத்தாமல், அதிக நேரம் அரித்தால் over etch அல்லது ‘அதிகமான அரித்தல்’ எனப்படும். இவை இரண்டுமே பிரச்சனை தான். தவிர ஒரு திசையில் அரிக்காமல் எல்லா திசைகளிலும் அரித்தாலும் பிரச்சனையே.

Under etch என்ற அளவு குறைந்த அரித்தலில் கொஞ்சம் சிலிக்கன் டை ஆக்சைடு மிச்சம் இருக்கும். பின்னர் துளையில் தாமிரத்தை படியவைத்தாலும், மேலே படிய வைத்த தாமிரம், கீழே இருக்கும் தாமிரத்தைத் தொட முடியாது. அதனால், இந்தக் கம்பியில் மின்சாரத்தை கடத்த முடியாமல், ஐ.சி. வேலை செய்யாமல் போகும்.
இதனால், ஏற்கனவே சில வேஃபர்களை இந்த முறையில் 60 நொடிகள், 90 நொடிகள், 120 நொடிகள் என்று பல வேறு நேரங்களில் அரித்து, “இவ்வளவு நேரம் அரித்தால், இவ்வளவு தூரம்/ஆழம் துளையிடலாம்” என்று கணக்கெடுத்து வைத்திருப்பார்கள். இந்தக் கணக்கை வைத்து, உலர் நிலை அரித்தலை குறிப்பிட்ட நேரம் இயக்கினால், சரியான அளவு துளை இடலாம். அதிலும் கூட சிற்சில சமயம் கொஞ்சம் தவறு ஏற்படலாம் என்பதால் எவ்வளவு தேவையோ அதைவிட 10 சதவிகிதம் அதிக நேரம் இயக்கப்படும்.


அதிகமாக அரித்தால், கீழே இருக்கும் தாமிரமும் அரிக்கப் பட்டு விடுமே? அதைத்தடுக்க தாமிரப்படலத்தின் மேல் சிலிக்கன் நைட் ரைடு என்ற பொருளை சிறிய அளவு படிய வைப்பார்கள். (அடுத்த படம்)

அது சிலிக்கன் டை ஆக்சைடை அரிக்கும் கலவையால் பாதிக்கப் படாது. இந்த சிலிக்கன் நைட்ரைடு இருப்பதால், கொஞ்ச நேரம் அதிகமாக அரித்தாலும், கீழே இருக்கும் தாமிரத்திற்கு பாதிப்பு இருக்காது. சிலிக்கன் டை ஆக்சைடை முழுதும் அரித்த பின்னர், சிலிக்கன் நைட்ரைடையும் உலர் நிலை அரிப்பில் (வேறு வாயுக்கள் வைத்து) நீக்கி விட வேண்டும். அப்போது சிறிய அளவே உள்ள சிலிக்கன் நைட்ரைடை எடுக்க வேண்டும் என்பதால், மிக நல்ல கட்டுப்பாட்டுடன் எடுக்க முடியும். அப்போது ‘அளவு குறைந்தோ’ அல்லது ‘அதிகமாகவோ’ அரிக்கப்படும் அபாயம் இல்லை.

உலர் நிலை அரித்தலில் ”ஒரே திசையில் அரிக்கும் படி செய்வது எப்படி?” என்பதை அடுத்த பதிவில் காண்போம்.

Removal Techniques-1 (அதிகமாக இருக்கும்) பொருளை நீக்குதல் -1 (Wet Etching).

ஐ.சி. தயாரிப்பில், ஒரு பொருளைப் படிய வைக்கும் போது, நமக்கு தேவையான இடத்தில் மட்டும் படிய வைக்க முடியாது. அதனால் அளவுக்கு அதிகமாகவும், வேஃபர் முழுதும்தான் படிய வைக்க முடியும் என்பதைப் பார்த்தோம். இவ்வாறு படிந்துள்ள பொருள் ‘உபரிப் பொருள்’ (excess material) என்று சொல்லப்படும். இவற்றை நீக்கும் பொழுது, மிகக் கவனமாக செயல்பட வேண்டும். இல்லாவிட்டால், தேவையான இடங்களில் இருந்தும் பொருள் வெளியேறிவிடும். அதனால் இந்த முறைகளில், பொருள்கள் கொஞ்சம் கொஞ்சமாகவே மிகச்சிறிய அளவிலேயே வெளியே எடுக்கப் படுகின்றன. அதனால், இந்த முறைகள் ‘அரித்தல்’ அல்லது எட்சிங் (etching) என்று சொல்லப்படும். அதிக அளவில் வேகமாக எடுத்தால், ‘கரைத்தல்’ அல்லது dissolution என்று சொல்லலாம். ஐ.சி. தயாரிப்பில், அரித்தல் முறைகளே பயன்படுத்தப் படுகின்றன.

ஐ.சி. தயாரிப்பில், அதிகமாக படிந்துள்ள பொருளை எடுப்பது ஒரு செய்முறை(Process) ஆகும். இதில் ரசாயன மாற்றங்கள் இருக்கும். அரித்தல் முறையை மூன்று வழிகளாகப் பிரிக்கலாம்.

1. பொருளை திரவங்கள் கொண்டு அரித்து எடுப்பது “திரவ நிலை அல்லது ஈர நிலை அரித்தல் wet etching” என்று சொல்லப்படும்.
2. வாயுக்களை கொண்டு எடுப்பது, “ வாயு நிலை அல்லது உலர் நிலை அரித்தல் dry etching” எனப்படும்.
3. திரவ நிலையில் அரிக்கும்பொழுது, சிறிய துகள்களைக்கொண்டு தேய்த்து எடுப்பது, “வேதி இயந்திர சமன் படுத்தல் / Chemical mechanical planarization” எனப்படும்.

திரவ நிலை அரித்தல்/Wet etching:
இம்முறையில், ஒரு தொட்டியில் அரிக்கும் பொருளான தண்ணீருடன் சரியான அளவு கலந்து வைக்கப்படும். அதில் வேஃபர்களை குறிப்பிட்ட நேரனம் அமிழ்த்தி வைத்தால் அதில் அளவுக்கு அதிகமாக (உபரியாக) இருக்கும் பொருள் கரைந்துவிடும். கலவையை சரியான வெப்ப நிலையில் வைத்திருக்கவும், நன்றாக கலக்கவும் (mixing) தேவையான வசதிகள் இருக்கும். இதில் ஒரே சமயத்தில் 10 அல்லது 25 வேஃபர்களை உயோகப்படுத்தலாம். குறிப்பிட்ட நேரத்திற்குப் பிறகு, வேஃபர்களை வெளியே எடுத்து, சுத்தமான தண்ணீரில் கழுவி, பிறகு சுழற்சி முறையில் உலர வைக்க வேண்டும். சுழல வைக்காமல், வெறுமனே உலர வைத்தால், தண்ணீர் இருந்த இடம் ‘திட்டு திட்டாக’ தெரியும். இது ”வாட்டர்-மார்க்” (water mark) எனப்படும். இந்த வாட்டர்-மார்க் இருக்கும் இடங்களில், அடுத்த கட்டத்தில் ஒரு பொருளை படிய வைப்பதோ அல்லது நீக்குவதோ கடினம். அதனால், வெறுமனே உலர வைக்காமல், சுழல் முறையில் உலர வைக்கப்படும்.

ஏறக்குறைய உலகத்திலுள்ள எல்லாப் பொருள்களையும் அரிக்க ஏதாவது ஒரு திரவம் இருக்கும். ஐ.சி. தயாரிப்பு முறையில் உப்யோகிக்கப்படும் பொருள்களில் சிலிக்கன் டை ஆக்சைடு எனற கண்ணாடியும் ஒன்று. இது அவ்வளவு சுலபமாக எதிலும் கரையாது. ஆனால் இதையும் ஹைட்ரோ ப்ளூரிக் (HF) என்ற அமிலம் கொஞ்சம் கொஞ்சமாக அரிக்கும். பொட்டாசியம் ஹைட்ராக்சைடு (KOH) போன்ற காரங்களும் கண்ணாடியை மிகச் சிறிய அளவில் கரைக்கும். இந்த இடத்தில் ஒரு முக்கியமான விஷயத்தை நினைவு கொள்ள வேண்டும். ஐ.சி. தயாரிப்பில் பெரும்பாலான பொருள்கள் மிகச் சிறிய அளவிலேயே (0.0001 மி.மீ. அளவில்) பயன்படுத்தப் படுகின்றன. அதனால், உபரிப் பொருளை எடுக்க, நிறைய அளவு அரிக்க வேண்டியதில்லை.

இங்கே திரவத்தின் “தேர்ந்தெடுக்கும் திறன்” அல்லது செலக்டிவிடி (selectivity) என்ற பண்பு மிக முக்கியம். ‘தேர்ந்தெடுக்கும் திறன்’ என்றால் என்ன? அதன் முக்கியத்துவம் என்ன?இதை ஒரு உதாரணத்தின் மூலம் பார்க்கலாம்.

ஒரு திரவம், ஒரு நிமிடத்தில் ”நமக்கு தேவையான பொருளை அரிக்கும் அளவு எவ்வளவு”, ”மற்ற பொருள்களை அரிக்கும் அளவு எவ்வளவு” என்பதை அறிந்து கொள்ள வேண்டும். அவற்றின் விகிதம் ‘தேர்ந்தெடுக்கும் திறன்’ என்று சொல்லப்படும். ஐ.சி. தயாரிப்பில், அதிக தேர்ந்தெடுக்கும் திறன் இருக்கும் திரவத்தையே பயன்படுத்த வேண்டும்.
எடுத்துக்காட்டாக, கீழிருக்கும் வரைபடத்தைப் பார்க்கவும்.



இங்கே, சிலிக்கன் நைட்ரைடு படலத்தை முழுவதும் நீக்க வேண்டும். அதே சமயம் சிலிக்கன் ஆக்சைடு படலம் அப்படியே இருக்க வேண்டும். ஹைட்ரோ ப்ளூரிக் அமிலம் என்ற திரவம், சிலிக்கன் டை ஆக்சைடு மற்றும் சிலிக்கன் நைட்ரைடு ஆகிய இரண்டு படலங்களையும் அரிக்கக் கூடியது. சிலிக்கன் நைட்ரைடு நிமிடத்திற்கு 5 நே.மீ. அளவு அரிக்கப் படலாம்.சிலிக்கன் டை ஆக்சைடு நிமிடத்திற்கு 20 நே.மீ. அளவு அரிக்கப் படலாம். (இந்த அளவுகள் அமிலத்தின் அளவு மற்றும் வெப்ப நிலையைப் பொருத்தது) அதனால், ‘தேர்ந்தெடுக்கும் திறன்” 5/20 =0.25 என்ற அளவே இருக்கும். இந்த சமயத்தில் ஹைட்ரோ ப்ளூரிக் அமிலத்தை பயன்படுத்தக் கூடாது. இதற்கு பதிலாக பாஸ்பாரிக் அமிலத்தை உபயோகித்தால் அது பெரும்பாலும் சிலிக்கன் நைட்ரைடு படலத்தை மட்டுமே அரிக்கும். சிலிக்கன் டை ஆக்சைடு அப்படியே இருக்கும். பாஸ்பாரிக் அமிலத்தின் தேர்ந்தெடுக்கும் திறன், (சிலிக்கன் நைட்ரைடும் சிலிக்கன் டை ஆக்சைடும் இருக்கும் இந்த இடத்தில்) அதிகம்.

எந்த முறையிலும், வேஃபரை அதிக நேரம் வைத்திருந்தால், தேவைக்கு அதிகம் அரித்து விடும். அல்லது குறைவாக வைத்திருந்தால் தேவையான அளவு அரிக்காது. இரண்டுமே தொல்லைதான். பெரும்பாலும் வேஃபரின் மேல் உள்ள பொருளை முற்றிலும் எடுக்க வேண்டியபொழுது தான் திரவ நிலை நீக்குதல் உபயோகிக்கப் படுகிறது. அதைத் தவிர ஒவ்வொரு கட்டத்திலும் (step) வேஃபர் மேல் விழுந்துவிட்ட தூசுக்களை அகற்றி சுத்தம் செய்ய (கழுவ) திரவ நிலை நீக்குதல் பயன்படுத்தப் படுகிறது. சுத்தம் செய்தல் (கழுவுதல் cleaning) சி.வி.டி.க்கு முன்னால், சி.வி.டி.க்கு பின்னால், லித்தோவிற்கு முன்னால், பின்னால் என்று பல இடங்களில் மீண்டும் மீண்டும் வரும். இதற்கு standard clean-1 அல்லது எஸ். சி.-1 (SC-1) என்ற கலவையும், அடுத்து standard clean-2 என்ற எஸ்.சி.-2 (SC-2) என்ற கலவையும் பயன்படுத்தப்படும். எஸ்.சி.-1இல் அம்மோனியாவும் (NH₄OH) , ஹைட்ரஜன் பெராக்சைடு (H₂O₂) என்ற வேதிர்ப் பொருளும் தண்ணீருடன் கலந்து இருக்கும். இவற்றின் அளவுகள் ஒவ்வொரு இடத்திலும் கொஞ்சம் மாறுபடும். எஸ்.சி.-2 இல், ஹைட்ரோ குளோரிக் அமிலமும் (HCl), ஹைட்ரஜன் பெராக்சைடும் தண்ணீருடன் கலந்து இருக்கும்.

லித்தோ கிராபியில் உள்ள போட்டோ ரெசிஸ்டு என்ற பொருளை ‘டெவலப்’ செய்யும் பொழுதும், பின்னர் கழுவும் பொழுதும், வெளியே எடுக்க திரவ நிலை அரித்தல்தான் பயன்படுத்தப் படும். இந்த போட்டோ ரெசிஸ்டு கரிமப் பொருள் (organic material) என்பதால், பெரும்பாலும் தண்ணீர் அல்லாத அசிடோன் (acetone) போன்ற கரிம திரவங்களே அரிக்கப் பயன்படுத்தப் படும்.

திரவ நிலையில் அர்க்கும்பொழுது கரைந்த பொருள்கள் சுலபமாக வெளியே வந்து விடும். ஒரு பொருளை எல்லாப் பகாங்களிலும் அரித்தால் பொதுவாக அரித்தல் என்றோ அல்லது எல்லா திசையிலும் அரித்தல் என்றோ அல்லது ‘திசை வேறுபாடு இல்லாத அரித்தல்’ (isotropic etching) என்றோ கூறலாம். திரவ நிலை அரித்தல் இந்த வகையை சார்ந்தது. உதாரணமாக அடுத்த வரைபடத்தைப் பார்க்கவும்.



எனவே இந்த முறையில் ஒரே திசையில் அரிக்க இயலாது. அதாவது ‘டிரில்' (drill) செய்வது போல ஆழமான சிறிய துளை வேண்டும் என்றால் திரவ நிலையில் அரிக்க முடியாது.

வாயு நிலை (உலர் நிலை) அரித்தலில் சில நுணுக்கங்களைக் கையாண்டு ஒரு திசையில் மட்டுமே அரிக்கும் படி செய்யலாம். இதற்கு, ”ஒரு திசை அரித்தல் அல்லது நீக்குதல்” (uni directional etching or directional etching) என்று பெயர். ஐ. சி. தயாரிப்பில் பல இடங்களில் (குறிப்பாக லித்தோ கிராபிக்கு பிறகு) இந்த ஒரு-திசை-அரித்தல் தேவைப்படுகிறது.

உலர் நிலை அரித்தல் என்றால் என்ன? அதில் எப்படி ஒரு திசையில் மட்டும் அரிக்கும்படி செய்வது? இதை அடுத்த பதிவில் பார்க்கலாம்.