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.