સેમિકન્ડક્ટર માટે CNC મશીનિંગ:
ચિપ ક્રાંતિના કેન્દ્રમાં ચોકસાઇ ઉત્પાદન
સેમિકન્ડક્ટર ઉદ્યોગ આધુનિક ટેકનોલોજીનો પાયો છે. સ્માર્ટફોન અને લેપટોપથી લઈને આર્ટિફિશિયલ ઇન્ટેલિજન્સ સિસ્ટમ્સ, ઇલેક્ટ્રિક વાહનો અને અદ્યતન તબીબી ઉપકરણો સુધી, આજે લગભગ કંઈ પણ ઇન્ટિગ્રેટેડ સર્કિટ (IC) વિના કાર્ય કરી શકતું નથી. આ ઉદ્યોગના મૂળમાં માઇક્રોમીટર અને નેનોમીટરમાં પણ માપવામાં આવતી ચોકસાઇ માટેની એક અતૂટ માંગ રહેલી છે.
જ્યારે લોકો ચિપ બનાવવા વિશે વાત કરે છે ત્યારે ફોટોલિથોગ્રાફી, થિન-ફિલ્મ ડિપોઝિશન અને એચિંગ હેડલાઇન્સ પર પ્રભુત્વ ધરાવે છે, ત્યારે પડદા પાછળ એક ખૂબ જ ઓછી પ્રશંસા કરાયેલ છતાં સંપૂર્ણપણે મહત્વપૂર્ણ સક્ષમકર્તા અસ્તિત્વમાં છે: કમ્પ્યુટર ન્યુમેરિકલ કંટ્રોલ (CNC) મશીનિંગ. ઉચ્ચ-ચોકસાઇવાળા CNC મશીનિંગ અલ્ટ્રા-ફ્લેટ, થર્મલી સ્ટેબલ અને ભૌમિતિક રીતે સંપૂર્ણ ઘટકોનું ઉત્પાદન કરે છે જે સેમિકન્ડક્ટર ઉત્પાદન સાધનોને શક્ય બનાવે છે.
આ લેખ સેમિકન્ડક્ટર ઇકોસિસ્ટમમાં CNC મશીનિંગ શા માટે અનિવાર્ય રહે છે, કયા ઘટકો તેના પર આધાર રાખે છે, તેમાં સામેલ સામગ્રી અને સહિષ્ણુતા, મશીન ટૂલ્સ અને પ્રક્રિયાઓનો ઉત્ક્રાંતિ અને ઉદ્યોગ એંગસ્ટ્રોમ-યુગ ઉત્પાદન તરફ આગળ વધતા ભવિષ્યના પડકારોની શોધ કરે છે.
સેમિકન્ડક્ટરમાં CNC મશીનિંગ શા માટે આવશ્યક રહે છે
સાધનોસેમિકન્ડક્ટર ફેબ્રિકેશન પ્લાન્ટ્સ (ફેબ્રિકેશન પ્લાન્ટ્સ) માં સેંકડો પ્રોસેસ ટૂલ્સ હોય છે, દરેકની કિંમત $10 મિલિયનથી $400 મિલિયનથી વધુ હોય છે (ASML ની હાઇ-NA EUV સિસ્ટમ્સના કિસ્સામાં). આમાંના લગભગ દરેક ટૂલમાં સેંકડો કે હજારો ચોકસાઇ-મશીનવાળા ભાગો હોય છે.CNC મશીનિંગ સંપૂર્ણપણે બદલી શકાતું નથી તેના મુખ્ય કારણો:
- અત્યંત ભૌમિતિક જટિલતા: ઘણા ઘટકોમાં જટિલ આંતરિક ઠંડક ચેનલો, ઉચ્ચ-પાસા-ગુણોત્તર છિદ્રો, પાતળી દિવાલો અને જટિલ 3D રૂપરેખા હોય છે જે કાસ્ટિંગ, ફોર્જિંગ અથવા શુદ્ધ ઉમેરણ પદ્ધતિઓથી ઉત્પન્ન કરવા મુશ્કેલ અથવા અશક્ય છે.
- સામગ્રીની વિવિધતા: સેમિકન્ડક્ટર સાધનોમાં એલ્યુમિનિયમ, સ્ટેનલેસ સ્ટીલ (300-શ્રેણી, 316L, 17-4PH), ટાઇટેનિયમ, કોપર, સિરામિક્સ (Al₂O₃, AlN, SiC), ઇન્વાર અને સુપરએલોયનો ઉપયોગ થાય છે. CNC તે બધાને સંભાળી શકે છે.
- અતિ-ચુસ્ત સહિષ્ણુતા: 450 મીમી વ્યાસમાં 1–5 µm ની સપાટતા, છિદ્ર સ્થિતિ ±2 µm, સપાટીની ખરબચડી Ra < 0.1 µm, અને સમાંતરતા < 2 µm સામાન્ય છે.
- શૂન્યાવકાશ અને પ્લાઝ્મા સુસંગતતા: ભાગો આક્રમક ફ્લોરિન અથવા ક્લોરિન પ્લાઝ્મા, અતિ-ઉચ્ચ શૂન્યાવકાશ (10⁻⁹ mbar), અને −100 °C થી >800 °C તાપમાને ગેસિંગ અથવા કણો ઉત્પન્ન થયા વિના ટકી રહેવા જોઈએ.
- સમારકામ અને નવીનીકરણ: ઘણા ઘટકો (દા.ત., ઇલેક્ટ્રોસ્ટેટિક ચક નવીનીકરણ) વારંવાર મશીન કરવામાં આવે છે, ફરીથી કોટ કરવામાં આવે છે અને સેવામાં પાછા ફરે છે - એક ચક્ર જે ફક્ત બાદબાકી પ્રક્રિયાઓથી જ શક્ય છે.
CNC મશીનિંગ દ્વારા ઉત્પાદિત મુખ્ય ઘટકો
૧. વેક્યુમ ચેમ્બર અને મોટા માળખાકીય ફ્રેમ્સ
આધુનિક 300 મીમી અને ઉભરતા 450 મીમી વેફર ટૂલ્સમાં એલ્યુમિનિયમ અથવા સ્ટેનલેસ-સ્ટીલ વેક્યુમ ચેમ્બર હોય છે જે ઘણા ટન વજન કરી શકે છે છતાં દિવાલની સમાંતરતા અને ફ્લેંજ સપાટતા 10 µm થી ઓછી હોવી જોઈએ. આ ચેમ્બર સામાન્ય રીતે 6061-T6 એલ્યુમિનિયમ ફોર્જિંગ અથવા 316L સ્ટેનલેસ-સ્ટીલ પ્લેટ્સથી હાઇડ્રોસ્ટેટિક માર્ગદર્શિકાઓ સાથે મોટી 5-અક્ષ ગેન્ટ્રી મિલો પર મશિન કરવામાં આવે છે.
2. વેફર સ્ટેજ અને રેટિકલ સ્ટેજ
EUV અને DUV લિથોગ્રાફી ટૂલ્સનું હૃદય વેફર સ્ટેજ છે જે નેનોમીટર-સ્તરની સ્થિતિ ચોકસાઈ જાળવી રાખીને 8g થી વધુ પ્રવેગક પર પ્રોજેક્શન ઓપ્ટિક્સ હેઠળ 300 મીમી સિલિકોન વેફર્સને ખસેડે છે. આ તબક્કાઓ સિરામિક (SiSiC, Zerodur, ULE ગ્લાસ) અથવા એલ્યુમિનિયમ ભાગોના જટિલ એસેમ્બલી છે જે સબ-માઇક્રોન ટોલરન્સ પર મશિન કરવામાં આવે છે અને પછી હાથથી લૅપ કરવામાં આવે છે અથવા હીરાથી અંતિમ ભૂમિતિમાં ફેરવવામાં આવે છે.
૩. ઇલેક્ટ્રોસ્ટેટિક ચક્સ (ESC)
ઇલેક્ટ્રોસ્ટેટિક ચક લિથોગ્રાફી, એચિંગ અને ડિપોઝિશન દરમિયાન વેફર્સને સંપૂર્ણપણે સપાટ રાખે છે. ડાઇલેક્ટ્રિક સપાટી (સામાન્ય રીતે એલ્યુમિનિયમ અથવા મોલિબ્ડેનમ બેઝ પર છાંટવામાં આવતી Al2O3 અથવા AlN સિરામિક) 300 મીમીમાં પીક-ટુ-વેલી ફ્લેટનેસ 1 µm < સુધી મશિન અને પોલિશ કરેલી હોવી જોઈએ. બેઝને જ હાઇ-સ્પીડ CNC મિલિંગ અથવા વાયર EDM દ્વારા મશિન કરાયેલ જટિલ આંતરિક કૂલિંગ ચેનલોની જરૂર પડે છે.
૪. ગેસ ડિસ્ટ્રિબ્યુશન શાવરહેડ્સ અને એજ રિંગ્સ
પ્લાઝ્મા એચ અને ડિપોઝિશન ટૂલ્સ એકસમાન પ્રક્રિયા વાયુઓ પહોંચાડવા માટે હજારો ચોક્કસ કદના અને સ્થિત છિદ્રો (50-500 µm વ્યાસ) સાથે શાવરહેડ્સનો ઉપયોગ કરે છે. આ સામાન્ય રીતે ઉચ્ચ-શુદ્ધતાવાળા એલ્યુમિનિયમ, સિલિકોન અથવા ક્વાર્ટઝમાંથી મશિન કરવામાં આવે છે, ઘણીવાર અલ્ટ્રાસોનિક અથવા લેસર-સહાયિત ડ્રિલિંગ ક્ષમતાઓ સાથે મલ્ટી-એક્સિસ CNC મશીનિંગ કેન્દ્રોનો ઉપયોગ કરે છે.
5. ઓપ્ટિકલ ઘટકો અને માઉન્ટ્સ
EUV લિથોગ્રાફી 13.5 nm તરંગલંબાઇ પર કાર્ય કરે છે અને પ્રતિબિંબીત મોલિબ્ડેનમ-સિલિકોન મલ્ટિલેયર મિરર્સનો ઉપયોગ કરે છે. મિરર સબસ્ટ્રેટ્સ (સામાન્ય રીતે ઝીરોદુર અથવા ULE ગ્લાસ) ને પહેલા સિંગલ-પોઇન્ટ ડાયમંડ ટર્નિંગ અથવા પ્રિસિઝન ગ્રાઇન્ડીંગ દ્વારા રફ-મશીન કરવામાં આવે છે, પછી ઓપ્ટિકલી પોલિશ્ડ કરવામાં આવે છે. થર્મલ વિકૃતિ ઘટાડવા માટે આ મિરર્સને પકડી રાખતા કાઇનેમેટિક માઉન્ટ્સ ઇન્વાર અથવા સુપર ઇન્વારથી CNC-મશીન હોવા જોઈએ.
સેમિકન્ડક્ટર CNC મશીનિંગમાં વપરાતી સામગ્રી
1. એલ્યુમિનિયમ એલોય
ઉત્તમ મશીનરી ક્ષમતા, સારી તાકાત અને ઓછી કિંમતને કારણે 6061-T6 હજુ પણ વર્કહોર્સ છે. વધુ કઠિનતા અને ઓછા થર્મલ વિસ્તરણ માટે, Al 6061-RAM2, RSA-6061, અથવા Cearun™ (સિરામિક-રિઇનફોર્સ્ડ એલ્યુમિનિયમ) જેવા માલિકીના એલ્યુમિનિયમ એલોયનો ઉપયોગ થાય છે.
2. ઓછા વિસ્તરણવાળા એલોય
ઇન્વાર 36 અને સુપર ઇન્વાર (કોબાલ્ટ ઉમેરેલા સાથે) 1 ppm/°C થી ઓછા તાપમાને થર્મલ વિસ્તરણ પ્રદાન કરે છે અને રેટિકલ અને વેફર સ્ટેજ ઘટકો માટે મહત્વપૂર્ણ છે.
૩. સિરામિક્સ અને ટેકનિકલ ચશ્મા
- સિલિકોન-ઘુસણખોર સિલિકોન કાર્બાઇડ (SiSiC)
- રિએક્શન-બોન્ડેડ સિલિકોન કાર્બાઇડ (RBSC)
- Zerodur® (Schott) અને ULE® (કોર્નિંગ) અલ્ટ્રા-લો એક્સપાન્શન ગ્લાસ
- ઇલેક્ટ્રોસ્ટેટિક ચક માટે એલ્યુમિનિયમ નાઇટ્રાઇડ (AlN) અને એલ્યુમિના (Al2O3)
આ બરડ સામગ્રીને વિશિષ્ટ CNC પ્રક્રિયાઓની જરૂર પડે છે: અલ્ટ્રાસોનિક મશીનિંગ, ડક્ટાઇલ-રેજીમ ગ્રાઇન્ડિંગ, અથવા લેસર-સહાયિત મશીનિંગ.
4. ઉચ્ચ શુદ્ધતા ધરાવતી ધાતુઓ
ફ્લોરિન પ્લાઝ્માના સંપર્કમાં આવતા ઘટકો માટે મોલિબ્ડેનમ, ટંગસ્ટન અને ટાઇટેનિયમનો ઉપયોગ થાય છે. આ પ્રત્યાવર્તન ધાતુઓને કઠોર, ઉચ્ચ-ટોર્ક CNC મશીનો અને પોલીક્રિસ્ટલાઇન ડાયમંડ (PCD) ટૂલિંગની જરૂર પડે છે.
CNC મશીનિંગ દ્વારા બનાવેલ લાક્ષણિક સેમિકન્ડક્ટર ઘટકો
પુન | લાક્ષણિક સામગ્રી | કી આવશ્યકતાઓ | સહનશીલતાના ઉદાહરણો |
|---|---|---|---|
વેફર ચક (ESC) | એલ્યુમિના, AlN | સપાટતા < 3 µm, Ra < 0.05 µm, હિલીયમ લીક < 10⁻⁹ | ±2 µm છિદ્ર સ્થિતિ |
શાવરહેડ્સ / ગેસ પ્લેટ્સ | એનોડાઇઝ્ડ અલ, 316L SS | ૫૦૦૦–૨૦,૦૦૦ છિદ્રો Ø૦.૩–૧.૦ મીમી, ±૫ µm સ્થિતિ | <રા ૦.૪ µm |
વેક્યુમ ચેમ્બર દિવાલો | ૬૦૬૧-ટી૬, ૫૦૮૩ અલ | વેલ્ડેડ + મશીન્ડ, હિલીયમ લીક-ટાઈટ | સપાટતા < 50 µm ઉપર 2 મીટર |
ઇલેક્ટ્રોડ એસેમ્બલીઓ | OFHC કોપર, મોલિબ્ડેનમ | આરએફ વાહકતા, ઠંડક ચેનલો | ±૧૦ µm ચેનલ સ્થાન |
લિફ્ટ પિન એસેમ્બલીઓ | સિરામિક કોટેડ સ્ટેનલેસ | વસ્ત્રો પ્રતિકાર, કણો નિયંત્રણ | કેન્દ્રિતતા < 5 µm |
માળખાકીય ફ્રેમ્સ (EUV) | ઇન્વાર 36, લો-CTE એલોય | થર્મલ સ્થિરતા < 50 ppb/K | સ્થિતિની ચોકસાઈ ±15 µm |
ફોકસ રિંગ્સ, એજ રિંગ્સ | સિલિકોન, ક્વાર્ટઝ, SiC | પ્લાઝ્મા ધોવાણ પ્રતિકાર | પ્રોફાઇલ સહિષ્ણુતા ±10 µm |
આ ભાગોનું કદ થોડા મિલીમીટરથી લઈને 2 મીટરથી વધુ અને વજન ગ્રામથી લઈને અનેક ટન સુધીનું છે.
ચોકસાઇ સ્તર અને મેટ્રોલોજી
સેમિકન્ડક્ટર સાધનોના મશીનિંગમાં લાક્ષણિક સહનશીલતા:
લક્ષણ | લાક્ષણિક સહનશીલતા | માપન પદ્ધતિ |
|---|---|---|
સપાટતા (300 મીમી સપાટી) | ૦.૫–૨ µm પીવી | ઇન્ટરફેરોમેટ્રી (ફિઝેઉ, ઝાયગો) |
સમાંતર | 1–5 µm | ઇલેક્ટ્રોનિક સ્તર + ઇન્ટરફેરોમેટ્રી |
છિદ્રોની સ્થિતિ (હજારો છિદ્રો) | ±2–5 µm | કોઓર્ડિનેટ મેઝરિંગ મશીન (સીએમએમ) |
સપાટી પૂર્ણાહુતિ | રા 0.025–0.1 µm | સફેદ-પ્રકાશ ઇન્ટરફેરોમેટ્રી |
ઠંડક ચેનલની સ્થિતિ | ±10 µm | સીટી સ્કેનિંગ અથવા અલ્ટ્રાસોનિક પરીક્ષણ |
અગ્રણી દુકાનો હવે નિયમિતપણે સેંકડો કિલોગ્રામ વજનના ઘટકો પર "સબ-માઇક્રોન" અથવા તો "100-નેનોમીટર" યાંત્રિક ચોકસાઈ પ્રાપ્ત કરે છે.
સેમિકન્ડક્ટર કાર્ય માટે CNC મશીન ટૂલ્સનો વિકાસ
૧. ૧૯૯૦-૨૦૦૦નો યુગ
હેડનહેન સ્કેલ અને ગ્લાસ-સ્કેલ ફીડબેક ધરાવતી મોટી ગેન્ટ્રી મિલો (વોલ્ડ્રિચ કોબર્ગ, પાર્પાસ, એફપીટી) પ્રભુત્વ ધરાવતી હતી. હાઇડ્રોસ્ટેટિક બેરિંગ્સ અને ઓઇલ શાવર થર્મલ સ્થિરતા પ્રદાન કરતા હતા.
2. 2010 ના દાયકા: એર-બેરિંગ અને મેગ્નેટિક લેવિટેશન સ્ટેજ
એરોટેક, ફિઝિક ઇન્સ્ટ્રુમેન્ટ (PI) અને ALIO ઇન્ડસ્ટ્રીઝ જેવી કંપનીઓએ 10 nm થી ઓછી પુનરાવર્તિતતાવાળા એર-બેરિંગ રેખીય મોટર સ્ટેજ રજૂ કર્યા. આ બીજી પેઢીના ચોકસાઇ મશીનિંગ કેન્દ્રોનો આધાર બન્યા.
૩. વર્તમાન સ્થિતિ (૨૦૨૦–૨૦૨૫)
- EUV મિરર સબસ્ટ્રેટ માટે મૂર નેનોટેકનોલોજી અને પ્રેસિટેક સિંગલ-પોઇન્ટ ડાયમંડ ટર્નિંગ મશીનો
- ૧૦૦ એનએમ ફોર્મ ચોકસાઈ પ્રાપ્ત કરતા કેર્ન માઇક્રોટેકનિક અને યાસ્ડા માઇક્રોમશીનિંગ કેન્દ્રો
- સિરામિક્સ માટે ડીએમજી મોરી અલ્ટ્રાસોનિક શ્રેણી
- ફેનુક રોબોનાનો α-NMiA: 0.1 nm પ્રોગ્રામિંગ રિઝોલ્યુશન અને 1 nm પોઝિશનિંગ રિઝોલ્યુશન
- સક્રિય વાઇબ્રેશન આઇસોલેશન ફાઉન્ડેશન સાથે તાપમાન-નિયંત્રિત દુકાનો ±0.01 °C પર રાખવામાં આવી છે.
સામગ્રી પડકારો અને પસંદગી
1. એલ્યુમિનિયમ એલોય
6061-T6 અને 5083 ઉત્તમ મશીનિબિલિટી અને એનોડાઇઝેશન પ્રતિભાવને કારણે વર્કહોર્સ છે. હાર્ડ એનોડાઇઝિંગ (પ્રકાર III) 25-50 µm Al₂O₃ સ્તર બનાવે છે જે પ્લાઝ્મા હુમલાનો પ્રતિકાર કરે છે. જો કે, એનોડાઇઝિંગમાં માઇક્રોપોર્સ કણોને ફસાવી શકે છે - આધુનિક દુકાનો મલ્ટી-સ્ટેપ સીલિંગ અને માલિકીના કોટિંગ્સનો ઉપયોગ કરે છે (દા.ત., ટ્વીન વાયર આર્ક સ્પ્રે Al₂O₃ અથવા Y₂O₃ પ્લાઝ્મા સ્પ્રે).
૧. સ્ટેનલેસ સ્ટીલ્સ
NF₃ અને Cl₂ પ્લાઝ્મા સામે કાટ પ્રતિકાર માટે 316L પસંદ કરવામાં આવે છે. કણોના સંલગ્નતા ઘટાડવા માટે Ra < 0.2 µm સુધી ઇલેક્ટ્રોપોલિશિંગ ફરજિયાત છે.
3.૨. સિરામિક્સ
એલ્યુમિના (99.8%), એલ્યુમિનિયમ નાઇટ્રાઇડ અને સિલિકોન કાર્બાઇડને હીરાના સાધનોનો ઉપયોગ કરીને "લીલી" સ્થિતિમાં મશીન કરવામાં આવે છે, પછી સિન્ટર કરવામાં આવે છે. સિન્ટરિંગ પછી સહનશીલતા 18-22% સંકોચાય છે, જેના માટે અત્યાધુનિક સંકોચન વળતર મોડેલની જરૂર પડે છે.
4. લો-CTE એલોય
ઇન્વાર 36 અને સુપર ઇન્વારનો ઉપયોગ EUV અને DUV લિથોગ્રાફી તબક્કામાં થાય છે જ્યાં 10-40 °C તાપમાનના વધઘટમાં નેનોમીટર સ્થિરતા જરૂરી હોય છે.
5. પ્રત્યાવર્તન ધાતુઓ
મોલિબ્ડેનમ અને ટંગસ્ટન ઉચ્ચ-તાપમાન ઇલેક્ટ્રોડ માટે મશીન કરવામાં આવે છે. આ સામગ્રી અત્યંત ઘર્ષક છે અને ઉચ્ચ-દબાણ શીતક (70-100 બાર) સાથે કઠોર મશીનોની જરૂર પડે છે.
જટિલ મશીનિંગ પ્રક્રિયાઓ
1. એલ્યુમિનિયમનું હાઇ-સ્પીડ મશીનિંગ (HSM)
Sપિંડલ સ્પીડ 20,000–42,000 rpm, સંતુલિત PCD અથવા સિંગલ-ક્રિસ્ટલ ડાયમંડ ટૂલ્સ, મિસ્ટ કૂલિંગ અને લુક-અહેડ અલ્ગોરિધમ્સ એક જ પાસમાં મિરર જેવી ફિનિશ (Ra < 4 nm) ને મંજૂરી આપે છે.
2. સિરામિક્સનું ડ્યુક્ટાઇલ-રેજીમ મશીનિંગ
કાપવાની ઊંડાઈને નિર્ણાયક થ્રેશોલ્ડ (સામાન્ય રીતે < 1 µm) નીચે રાખીને, બરડ સામગ્રીને અલ્ટ્રા-શાર્પ ડાયમંડ ટૂલ્સનો ઉપયોગ કરીને ડક્ટાઇલ મોડમાં મશિન કરી શકાય છે, જેનાથી ક્રેકીંગ વિના ઓપ્ટિકલ-ગુણવત્તાવાળી સપાટીઓ ઉત્પન્ન થાય છે.
3. સિંગલ-પોઇન્ટ ડાયમંડ ટર્નિંગ (SPDT)
એસ્ફેરિક EUV મિરર સબસ્ટ્રેટ માટે આવશ્યક. મશીનો સબ-નેનોમીટર ફીડબેક સાથે ઓઇલ-મિસ્ટ અથવા વેક્યુમ વાતાવરણમાં કાર્ય કરે છે.
૬.૪ વાયર EDM અને સિંકર EDM
કઠણ સામગ્રીમાં ઊંડા ઠંડક ચેનલો અને જટિલ સુવિધાઓ માટે વપરાય છે. આધુનિક જનરેટર એક જ સ્કિમ કટમાં સપાટી પૂર્ણાહુતિ <રા 0.1 µm પ્રાપ્ત કરે છે.
5. ઉમેરણ + બાદબાકી હાઇબ્રિડ ઉત્પાદન
ઉભરતો ટ્રેન્ડ: 3D-પ્રિન્ટ ઇન્વાર અથવા ટાઇટેનિયમ નજીકના-નેટ આકારો, પછી તે જ પ્લેટફોર્મ પર ફિનિશ-મશીન (દા.ત., હર્મલ MPA અથવા લેસરટેક DED હાઇબ્રિડ).
ચોકસાઇ અને અલ્ટ્રા-ચોકસાઇ CNC આવશ્યકતાઓ
સેમિકન્ડક્ટર ભાગો નિયમિતપણે માંગ કરે છે:
- સ્થિતિની ચોકસાઈ: 500-2000 મીમી મુસાફરી કરતાં ±2-5 µm
- પુનરાવર્તિતતા: < 1 µm
- સપાટી પૂર્ણાહુતિ: પ્લાઝ્મા-મુખી સપાટીઓ પર Ra 0.025–0.1 µm
- સપાટતા: Ø300–450 મીમી ઉપર 1–3 µm
- સમાંતરતા/લંબતા: < 3 µm
- 5-અક્ષ અથવા તો 8-અક્ષ મશીનિંગ કેન્દ્રો (દા.ત., યાસ્ડા, માકિનો, ડીએમજી મોરી, કેર્ન, લિચ્ટી)
- 20,000-60,000 rpm પર ચાલતા હાઇડ્રોસ્ટેટિક અથવા એર-બેરિંગ સ્પિન્ડલ્સ
- મશીનનું તાપમાન ±0.1 °C ની અંદર રાખતી થર્મલ સ્ટેબિલાઇઝેશન સિસ્ટમ્સ
- 0.1 µm રિઝોલ્યુશન સાથે ઓન-મશીન પ્રોબિંગ અને લેસર ટૂલ સેટર્સ
- સક્રિય કંપન અલગતા સાથે ગ્રેનાઈટ અથવા પોલિમર-કોંક્રિટ પાયા
મુખ્ય પૃષ્ઠ ક્રમમાં આગળ વધવું જોઈએ. તમે કહી શકો છો, લ્યુક્ટસ નેક ઉલ્લcમકોર્પ મેટિસ, પલ્વિનર ડ dપિબસ લીઓ.
અદ્યતન મશીનિંગ તકનીકો
૧. નાના સાધનો સાથે હાઇ-સ્પીડ મશીનિંગ (HSM)
શાવરહેડ્સમાં 0.1 મીમી માઇક્રો એન્ડ મિલ્સ સાથે 40,000 આરપીએમ પર ડ્રિલ કરેલા Ø0.5 મીમીના 15,000 છિદ્રો હોઈ શકે છે. 100 બાર થ્રુ-ટૂલ શીતક સાથે પેક ડ્રિલિંગ ચિપ રી-વેલ્ડીંગને અટકાવે છે.
2. અલ્ટ્રાસોનિક-સહાયિત મશીનિંગ
સિરામિક્સ અને ક્વાર્ટઝ માટે, 20-40 kHz અલ્ટ્રાસોનિક વાઇબ્રેશન કટીંગ ફોર્સને 30-70% ઘટાડે છે, જે સપાટીની પૂર્ણાહુતિ અને ટૂલ લાઇફમાં નાટ્યાત્મક સુધારો કરે છે.
3. સિંગલ-પોઇન્ટ ડાયમંડ ટર્નિંગ (SPDT)
ઇન્ફ્રારેડ લેન્સ અને કેટલાક કોપર ઇલેક્ટ્રોડ માટે વપરાય છે. Ra 3–5 nm સુધીની સપાટીની પૂર્ણાહુતિ નિયમિત છે.
4. જટિલ ભૂમિતિઓનું 5-અક્ષ એક સાથે મિલિંગ
૧ મીમી વ્યાસ અને ૨૦:૧ પાસા રેશિયો ધરાવતી આંતરિક કૂલિંગ ચેનલોને લાંબા-પહોંચના ટેપર્ડ ટૂલ્સ અને ટ્રોકોઇડલ ટૂલપાથનો ઉપયોગ કરીને મશિન કરવામાં આવે છે.
5. હાઇબ્રિડ એડિટિવ-સબટ્રેક્ટિવ પ્રક્રિયાઓ
કેટલાક નવા ઘટકો (દા.ત., કન્ફોર્મલ-કૂલ્ડ શાવરહેડ્સ) DMLS/લેસરક્યુઝિંગ દ્વારા ઇન્કોનેલ અથવા કોપરમાં 3D પ્રિન્ટેડ હોય છે, પછી તે જ મશીન પર ±10 µm સુધી ફિનિશ-મશીન કરવામાં આવે છે.
મેટ્રોલોજી અને ગુણવત્તા ખાતરી
કોઈપણ ઉદ્યોગમાં સેમિકન્ડક્ટર ભાગોનું સૌથી કડક નિરીક્ષણ કરવામાં આવે છે:
- ±0.3 µm અનિશ્ચિતતા સાથે ઝીસ પ્રિઝ્મો અથવા લીટ્ઝ પીએમએમ-સી અતિ-ચોકસાઇવાળા સીએમએમ
- સપાટતા માટે ઝાયગો GPI અથવા 4D ટેકનોલોજી ફેઝ-શિફ્ટિંગ ઇન્ટરફેરોમીટર
- Ra < 50 nm સપાટીઓ માટે બ્રુકર વ્હાઇટ-લાઇટ ઇન્ટરફેરોમીટર
- 10⁻¹⁰ mbar·L/s સુધી હિલિયમ માસ-સ્પેક્ટ્રોમીટર લીક પરીક્ષણ
- 150 °C તાપમાને ગરમીથી પકવવા પછી શેષ ગેસ વિશ્લેષણ (RGA) 10⁻⁹ ટોર·L/s/cm² કરતાં ઓછું ગેસિંગ થાય છે તેની પુષ્ટિ કરવા માટે
- અલ્ટ્રાસોનિક સફાઈ પછી લિક્વિડ પાર્ટિકલ કાઉન્ટર (LPC) અથવા લેસર પાર્ટિકલ સ્કેનર દ્વારા પાર્ટિકલ ગણતરી
ક્લીનરૂમ મશીનિંગ અને પોસ્ટ-પ્રોસેસિંગ
૩૦ nm થી વધુના કણો ૩ nm ટ્રાન્ઝિસ્ટરને મારી શકે છે, તેથી ઘણી ઊંચી દુકાનોએ તેમના ચોકસાઇ મશીનોની આસપાસ સીધા ISO 5 (ક્લાસ 100) અથવા ISO 4 ક્લીનરૂમ સ્થાપિત કર્યા છે.
ઉદાહરણોમાં શામેલ છે:
- બુલેન અલ્ટ્રાસોનિક્સ (યુએસએ)
- ટાયરોલિટ સીએનસી ક્લીનરૂમ સુવિધા (ઓસ્ટ્રિયા)
- કેનનનું ઉત્સુનોમિયા પ્રિસિઝન મશીનિંગ ક્લીનરૂમ (જાપાન)
- ઉચ્ચ-દબાણ DI પાણી + મેગાસોનિક આંદોલન
- બહુ-પગલાંની રાસાયણિક સફાઈ (SC-1, SC-2, પિરાન્હા)
- અલ્ટ્રા-પ્યોર N₂ બ્લો-ડ્રાય
- ૧૫૦-૨૦૦ °સે વેક્યુમ બેક
- N₂-શુદ્ધ બેગમાં ડબલ-બેગિંગ
કેસ સ્ટડી: EUV વેફર સ્ટેજ બેઝપ્લેટનું મશીનિંગ
એક લાક્ષણિક 450 મીમી EUV વેફર સ્ટેજ બેઝપ્લેટ જટિલતા દર્શાવે છે:
- સામગ્રી: SiSiC સિરામિક, 900 × 800 × 100 મીમી
- સપાટતાની જરૂરિયાત: સમગ્ર સપાટી પર < 1 µm PV
- ૧૨૦ એમ્બેડેડ કૂલિંગ ચેનલો, ૩ મીમી વ્યાસ, ±૧૫ µm સ્થિતિ
- 600 થ્રેડેડ ઇન્સર્ટ (M4 હિલીયમ-લાઇટ)
- અંતિમ સપાટી: Ra < 50 nm સુધી લૅપ કરેલ
- પ્રતિક્રિયા-બંધિત ખાલી જગ્યાનું ગ્રીન મશીનિંગ
- સિલિકોન ઘૂસણખોરી અને ગરમીની સારવાર
- 5-અક્ષ મશીનિંગ કેન્દ્ર પર રફ ગ્રાઇન્ડીંગ
- 1 µm ઊંડાઈ સાથે ડ્યુક્ટાઇલ-રેજીમ ફિનિશ ગ્રાઇન્ડીંગ
- અંતિમ સ્વરૂપ સુધારણા માટે મેગ્નેટોરિયોલોજિકલ ફિનિશિંગ (MRF)
- ઝાયગો વેરીફાયર MST 600 મીમી એપરચર ઇન્ટરફેરોમીટર પર મેટ્રોલોજી
- જો જરૂરી હોય તો અંતિમ હાથથી લેપિંગ
ઉદ્યોગ 2 nm થી નીચે નોડ્સ તરફ આગળ વધી રહ્યો હોવાથી પડકારો
1. એંગસ્ટ્રોમ-સ્તરની સ્થિરતા
ભવિષ્યના EUV હાઇ-NA ટૂલ્સને 50-100 પિકોમીટર રેન્જમાં સ્ટેજ પોઝિશનિંગ સ્થિરતાની જરૂર પડશે. આ યાંત્રિક ઘટકોને મૂળભૂત સામગ્રી મર્યાદા તરફ ધકેલે છે.
2. 450 મીમી ટ્રાન્ઝિશન
મોટા વેફર્સને સમાન સંબંધિત ચોકસાઇ સાથે વધુ મોટા મશીનવાળા ઘટકોની જરૂર પડે છે - મુશ્કેલીમાં ઘાતાંકીય વધારો.
3. નવી સામગ્રી
કાર્બન-આધારિત સામગ્રી (ગ્રાફીન કોટિંગ્સ, હીરા જેવા કાર્બન), ધાતુ-મેટ્રિક્સ કમ્પોઝિટ અને ફોટોનિક માળખાં માટે સંપૂર્ણપણે નવા મશીનિંગ દાખલાની જરૂર પડશે.
4. ટકાઉપણું
ઉદ્યોગ પર ઉર્જા, પાણી અને રસાયણોનો વપરાશ ઘટાડવાનું દબાણ છે. મશીનિંગ શોપ્સ લઘુત્તમ-જથ્થા લ્યુબ્રિકેશન (MQL), ક્રાયોજેનિક કૂલિંગ અને એલ્યુમિનિયમ ચિપ્સના રિસાયક્લિંગનો ઉપયોગ કરી રહી છે.
ઉપસંહાર
જ્યારે સેમિકન્ડક્ટર સમાચારોમાં લિથોગ્રાફી તરંગલંબાઇ અને ટ્રાન્ઝિસ્ટર ઘનતા પર ધ્યાન કેન્દ્રિત કરવામાં આવે છે, ત્યારે વાસ્તવિકતા એ છે કે CNC મશીનિંગ દ્વારા ઉત્પાદિત અતિ-ચોક્કસ યાંત્રિક ઘટકોની સેના વિના કોઈ પણ અગ્રણી ચિપનું ઉત્પાદન કરી શકાતું નથી. મલ્ટી-ટન વેક્યુમ ચેમ્બર ફ્લેટથી માઇક્રોનથી સિરામિક વેફર સ્ટેજ સ્ટેબલ અને થોડા અણુઓ સુધી, CNC મશીનિંગ યાંત્રિક રીતે શક્ય હોય તે સંપૂર્ણ સીમા પર કાર્ય કરે છે.
જેમ જેમ ઉદ્યોગ એંગસ્ટ્રોમ-સ્કેલ સુવિધાઓ અને 450 મીમી વેફર્સ તરફ દોડી રહ્યો છે, તેમ તેમ ચોકસાઇ મશીનિંગની માંગ વધુ તીવ્ર બનશે. જે દુકાનો મીટર-સ્કેલ ભાગો પર, વિદેશી સામગ્રીમાં, સ્વચ્છ રૂમની સ્થિતિમાં સબ-માઇક્રોન ચોકસાઈ પ્રદાન કરી શકે છે, તે ASML, એપ્લાઇડ મટિરિયલ્સ, લેમ રિસર્ચ, ટોક્યો ઇલેક્ટ્રોન અને ચિપમેકર્સના અનિવાર્ય ભાગીદાર રહેશે.
અંતે, પ્રખ્યાત મૂરનો નિયમ ફક્ત ભૌતિકશાસ્ત્ર અને રસાયણશાસ્ત્રની વાર્તા નથી - તે એક સમયે એક સંપૂર્ણ મશીનવાળા ઘટકને અમલમાં મૂકતા મિકેનિકલ એન્જિનિયરિંગનો વિજય પણ છે.