विभिन्न उद्योगों के लिए सीएनसी मशीनिंग
सीएनसी मशीनिंग तकनीक का उपयोग उच्च-तकनीकी उद्योगों में व्यापक रूप से किया जाता है।

सेमीकंडक्टरों के लिए सीएनसी मशीनिंग:
चिप क्रांति के केंद्र में सटीक विनिर्माण

सेमीकंडक्टर उद्योग आधुनिक प्रौद्योगिकी की नींव है। स्मार्टफोन और लैपटॉप से ​​लेकर कृत्रिम बुद्धिमत्ता प्रणालियों, इलेक्ट्रिक वाहनों और उन्नत चिकित्सा उपकरणों तक, आज लगभग कोई भी चीज़ इंटीग्रेटेड सर्किट (आईसी) के बिना काम नहीं करती है। इस उद्योग के मूल में माइक्रोमीटर और यहां तक ​​कि नैनोमीटर में मापी जाने वाली सटीकता की अटूट मांग निहित है।
 
चिप निर्माण की चर्चा में फोटोलिथोग्राफी, थिन-फिल्म डिपोजिशन और एचिंग का ही बोलबाला रहता है, लेकिन एक ऐसा महत्वपूर्ण कारक है जिसे अक्सर नजरअंदाज कर दिया जाता है, फिर भी वह पर्दे के पीछे काम करता है: कंप्यूटर न्यूमेरिकल कंट्रोल (सीएनसी) मशीनिंग। उच्च परिशुद्धता वाली सीएनसी मशीनिंग से अति-सपाट, ऊष्मीय रूप से स्थिर और ज्यामितीय रूप से परिपूर्ण घटक बनते हैं, जो अर्धचालक निर्माण उपकरणों को संभव बनाते हैं।
 
यह लेख इस बात की पड़ताल करता है कि सेमीकंडक्टर इकोसिस्टम में सीएनसी मशीनिंग क्यों अपरिहार्य बनी हुई है, कौन से घटक इस पर निर्भर करते हैं, इसमें शामिल सामग्री और सहनशीलता, मशीन टूल्स और प्रक्रियाओं का विकास, और उद्योग के एंगस्ट्रॉम-युग के विनिर्माण की ओर बढ़ने के साथ भविष्य की चुनौतियाँ क्या हैं।

विषय - सूची

सेमीकंडक्टर उद्योग में सीएनसी मशीनिंग क्यों आवश्यक बनी हुई है?

उपकरणसेमीकंडक्टर फैब्रिकेशन प्लांट्स (फैब्स) में सैकड़ों प्रोसेस टूल्स होते हैं, जिनमें से प्रत्येक की कीमत 10 मिलियन डॉलर से लेकर 400 मिलियन डॉलर से अधिक (एएसएमएल के हाई-एनए ईयूवी सिस्टम के मामले में) तक होती है। इनमें से लगभग हर टूल में सैकड़ों या हजारों सटीक रूप से मशीनीकृत पुर्जे होते हैं।सीएनसी मशीनिंग को पूरी तरह से प्रतिस्थापित न कर पाने के प्रमुख कारण:
  • अत्यधिक ज्यामितीय जटिलता: कई घटकों में जटिल आंतरिक शीतलन चैनल, उच्च-आस्पेक्ट-अनुपात वाले छेद, पतली दीवारें और जटिल 3डी आकृति होती हैं जिन्हें ढलाई, फोर्जिंग या शुद्ध योगात्मक विधियों से बनाना मुश्किल या असंभव है।
  • सामग्रियों की विविधता: सेमीकंडक्टर उपकरण में एल्युमीनियम, स्टेनलेस स्टील (300-सीरीज़, 316L, 17-4PH), टाइटेनियम, तांबा, सिरेमिक (Al₂O₃, AlN, SiC), इन्वार और सुपरअलॉय का उपयोग होता है। सीएनसी इन सभी को संसाधित कर सकती है।
  • अत्यंत सख्त सहनशीलता: 450 मिमी व्यास में 1-5 µm की समतलता, छेद की स्थिति ±2 µm, सतह की खुरदरापन Ra < 0.1 µm, और समानांतरता < 2 µm सामान्य हैं।
  • निर्वात और प्लाज्मा अनुकूलता: पुर्जों को आक्रामक फ्लोरीन या क्लोरीन प्लाज्मा, अति-उच्च निर्वात (10⁻⁹ मिलीबार), और -100 डिग्री सेल्सियस से >800 डिग्री सेल्सियस तक के तापमान में बिना गैस उत्सर्जन या कण उत्पादन के टिके रहना चाहिए।
  • मरम्मत और नवीनीकरण: कई घटकों (जैसे, इलेक्ट्रोस्टैटिक चक का नवीनीकरण) को बार-बार मशीनिंग, रीकोटिंग और सेवा में वापस लाया जाता है - एक चक्र जो केवल घटाव प्रक्रियाओं के साथ ही संभव है।
संक्षेप में, हालांकि चिप का निर्माण ऑप्टिकल और रासायनिक प्रक्रियाओं द्वारा किया जाता है, लेकिन चिप बनाने वाली मशीनें अधिकतर अति-सटीक सीएनसी मशीनिंग द्वारा निर्मित होती हैं।

सीएनसी मशीनिंग द्वारा निर्मित प्रमुख घटक

1. वैक्यूम चैंबर और बड़े संरचनात्मक फ्रेम
आधुनिक 300 मिमी और उभरते 450 मिमी वेफर टूल्स में एल्युमीनियम या स्टेनलेस स्टील के वैक्यूम चैंबर होते हैं जिनका वजन कई टन हो सकता है, फिर भी इनमें दीवार की समानांतरता और फ्लेंज की समतलता 10 µm से कम बनाए रखना आवश्यक होता है। ये चैंबर आमतौर पर 6061-T6 एल्युमीनियम फोर्जिंग या 316L स्टेनलेस स्टील प्लेटों से हाइड्रोस्टैटिक गाइडवे वाले बड़े 5-एक्सिस गैन्ट्री मिलों पर मशीनिंग करके बनाए जाते हैं।
2. वेफर स्टेज और रेटिकल स्टेज
EUV और DUV लिथोग्राफी उपकरणों का मुख्य भाग वेफर स्टेज होता है, जो 300 मिमी सिलिकॉन वेफर्स को प्रोजेक्शन ऑप्टिक्स के नीचे 8 ग्राम से अधिक त्वरण पर नैनोमीटर स्तर की सटीक स्थिति बनाए रखते हुए गति प्रदान करता है। ये स्टेज सिरेमिक (SiSiC, Zerodur, ULE ग्लास) या एल्युमीनियम के जटिल संयोजन होते हैं, जिन्हें सब-माइक्रोन टॉलरेंस तक मशीनिंग करके तैयार किया जाता है और फिर अंतिम ज्यामिति के लिए हाथ से लैपिंग या डायमंड टर्निंग की जाती है।
3. इलेक्ट्रोस्टैटिक चक (ईएससी)
लिथोग्राफी, एचिंग और डिपोजिशन के दौरान इलेक्ट्रोस्टैटिक चक वेफर्स को पूरी तरह से सपाट रखते हैं। डाइइलेक्ट्रिक सतह (आमतौर पर एल्यूमीनियम या मोलिब्डेनम बेस पर स्प्रे की गई Al2O3 या AlN सिरेमिक) को 300 मिमी की चौड़ाई में 1 µm से कम की पीक-टू-वैली समतलता तक मशीनिंग और पॉलिशिंग की आवश्यकता होती है। बेस में जटिल आंतरिक कूलिंग चैनल होते हैं जिन्हें हाई-स्पीड CNC मिलिंग या वायर EDM द्वारा मशीनिंग करके बनाया जाता है।
4. गैस वितरण शावरहेड और एज रिंग
प्लाज्मा एचिंग और डिपोजिशन टूल्स में हजारों सटीक आकार और स्थिति वाले छिद्रों (50-500 µm व्यास) वाले शावरहेड का उपयोग किया जाता है, जो एकसमान प्रक्रिया गैसों को वितरित करते हैं। इन्हें आमतौर पर उच्च शुद्धता वाले एल्यूमीनियम, सिलिकॉन या क्वार्ट्ज से मशीनिंग द्वारा बनाया जाता है, जिसके लिए अक्सर अल्ट्रासोनिक या लेजर-सहायता प्राप्त ड्रिलिंग क्षमताओं वाले मल्टी-एक्सिस सीएनसी मशीनिंग सेंटर का उपयोग किया जाता है।
5. ऑप्टिकल घटक और माउंट
EUV लिथोग्राफी 13.5 nm तरंगदैर्ध्य पर काम करती है और परावर्तक मोलिब्डेनम-सिलिकॉन बहुपरत दर्पणों का उपयोग करती है। दर्पण सब्सट्रेट (आमतौर पर ज़ेरोडुर या ULE ग्लास) को पहले सिंगल-पॉइंट डायमंड टर्निंग या सटीक ग्राइंडिंग द्वारा रफ मशीनिंग किया जाता है, फिर ऑप्टिकली पॉलिश किया जाता है। इन दर्पणों को पकड़ने वाले काइनेमैटिक माउंट को थर्मल विरूपण को कम करने के लिए इनवार या सुपर इनवार से CNC मशीनिंग द्वारा निर्मित किया जाना चाहिए।

सेमीकंडक्टर सीएनसी मशीनिंग में प्रयुक्त सामग्री

1. एल्यूमीनियम मिश्र धातु
उत्कृष्ट मशीनिंग क्षमता, अच्छी मजबूती और कम लागत के कारण 6061-T6 आज भी सबसे अधिक उपयोग में आने वाला एल्युमीनियम है। अधिक कठोरता और कम तापीय विस्तार के लिए, Al 6061-RAM2, RSA-6061 या Cearun™ (सिरेमिक-प्रबलित एल्युमीनियम) जैसे विशेष एल्युमीनियम मिश्र धातुओं का उपयोग किया जाता है।
2. कम विस्तार मिश्र धातुएँ
इनवार 36 और सुपर इनवार (जिसमें कोबाल्ट मिलाया गया है) < 1 पीपीएम/°C का तापीय विस्तार प्रदान करते हैं और रेटिकल और वेफर स्टेज घटकों के लिए महत्वपूर्ण हैं।
3. सिरेमिक और तकनीकी कांच
  • सिलिकॉन-युक्त सिलिकॉन कार्बाइड (SiSiC)
  • प्रतिक्रिया-बंधित सिलिकॉन कार्बाइड (आरबीएससी)
  • ज़ेरोडुर® (शॉट) और यूएलई® (कॉर्निंग) अल्ट्रा-लो एक्सपेंशन ग्लास
  • इलेक्ट्रोस्टैटिक चक के लिए एल्युमिनियम नाइट्राइड (AlN) और एल्युमिना (Al2O3)

इन भंगुर सामग्रियों के लिए विशेषीकृत सीएनसी प्रक्रियाओं की आवश्यकता होती है: अल्ट्रासोनिक मशीनिंग, डक्टाइल-रेजिम ग्राइंडिंग या लेजर-सहायता प्राप्त मशीनिंग।

4. उच्च-शुद्धता वाली धातुएँ

मोलिब्डेनम, टंगस्टन और टाइटेनियम का उपयोग फ्लोरीन प्लाज्मा के संपर्क में आने वाले घटकों के लिए किया जाता है। इन दुर्दम्य धातुओं के लिए कठोर, उच्च-टॉर्क वाली सीएनसी मशीनों और पॉलीक्रिस्टलाइन डायमंड (पीसीडी) टूलिंग की आवश्यकता होती है।

सीएनसी मशीनिंग द्वारा निर्मित विशिष्ट अर्धचालक घटक

घटक
विशिष्ट सामग्री
प्रमुख आवश्यकताएं
सहनशीलता के उदाहरण
वेफर चक (ईएससी)
एल्यूमिना, AlN
समतलता < 3 µm, Ra < 0.05 µm, हीलियम रिसाव < 10⁻⁹
±2 µm छेद की स्थिति
शावर हेड / गैस प्लेट
एनोडाइज्ड एल, 316L एसएस
5000–20,000 छेद, व्यास Ø0.3–1.0 मिमी, ±5 µm स्थिति
< Ra 0.4 µm
वैक्यूम चैम्बर की दीवारें
6061-T6, 5083 अल
वेल्ड और मशीनीकृत, हीलियम रिसाव-रोधी
2 मीटर से अधिक की समतलता < 50 µm
इलेक्ट्रोड असेंबली
OFHC तांबा, मोलिब्डेनम
आरएफ चालकता, शीतलन चैनल
±10 µm चैनल स्थान
लिफ्ट पिन असेंबली
सिरेमिक-लेपित स्टेनलेस
घिसाव प्रतिरोध, कण नियंत्रण
संकेंद्रता < 5 µm
संरचनात्मक फ्रेम (ईयूवी)
इनवर 36, कम-सीटीई मिश्र धातु
तापीय स्थिरता < 50 ppb/K
स्थितिगत सटीकता ±15 µm
फोकस रिंग, एज रिंग
सिलिकॉन, क्वार्ट्ज, SiC
प्लाज्मा क्षरण प्रतिरोध
प्रोफ़ाइल सहनशीलता ±10 µm
 
इन भागों का आकार कुछ मिलीमीटर से लेकर 2 मीटर से अधिक तक और वजन ग्राम से लेकर कई टन तक होता है।

परिशुद्धता स्तर और मापन

सेमीकंडक्टर उपकरणों की मशीनिंग में सामान्य सहनशीलता:
Feature
विशिष्ट सहनशीलता
माप पद्धति
समतलता (300 मिमी सतह)
0.5–2 µm पीवी
इंटरफेरोमेट्री (फिज़ो, ज़ाइगो)
समानता
1 µm
इलेक्ट्रॉनिक स्तर + इंटरफेरोमेट्री
छेद की स्थिति (हजारों छेद)
±2–5 µm
निर्देशांक मापन मशीन (सीएमएम)
सतह खत्म
रा 0.025–0.1 µm
श्वेत-प्रकाश व्यतिकरणमापी
शीतलन चैनल की स्थिति
Μ 10 µm
सीटी स्कैनिंग या अल्ट्रासोनिक परीक्षण
 
अग्रणी कारखाने अब नियमित रूप से सैकड़ों किलोग्राम वजन वाले घटकों पर "सब-माइक्रोन" या यहां तक ​​कि "100-नैनोमीटर" यांत्रिक सटीकता प्राप्त कर लेते हैं।

सेमीकंडक्टर कार्यों के लिए सीएनसी मशीन टूल्स का विकास

1. 1990-2000 का युग
हीडेनहेन स्केल और ग्लास-स्केल फीडबैक से लैस बड़े गैन्ट्री मिल (वाल्ड्रिच कोबर्ग, पारपास, एफपीटी) का प्रभुत्व था। हाइड्रोस्टैटिक बियरिंग और ऑयल शावर ने ऊष्मीय स्थिरता प्रदान की।
2. 2010 का दशक: वायु-आधारित और चुंबकीय उत्तोलन चरण
एयरोटेक, फिजिक इंस्ट्रूमेंटे (पीआई) और एएलआईओ इंडस्ट्रीज जैसी कंपनियों ने 10 एनएम से कम की दोहराव क्षमता वाले एयर-बेयरिंग लीनियर मोटर स्टेज पेश किए। ये दूसरी पीढ़ी के सटीक मशीनिंग केंद्रों की रीढ़ बन गए।
3. वर्तमान स्थिति (2020-2025)
  • मूर नैनोटेक्नोलॉजी और प्रीसिटेक द्वारा ईयूवी मिरर सबस्ट्रेट्स के लिए सिंगल-पॉइंट डायमंड टर्निंग मशीनें
  • केर्न माइक्रोटेक्निक और यास्दा माइक्रोमशीनिंग केंद्रों ने 100 एनएम की आकार सटीकता हासिल की।
  • सिरेमिक के लिए डीएमजी मोरी अल्ट्रासोनिक श्रृंखला
  • फैनुक रोबोनैनो α-NMiA: 0.1 एनएम प्रोग्रामिंग रिज़ॉल्यूशन और 1 एनएम पोजिशनिंग रिज़ॉल्यूशन
  • तापमान नियंत्रित दुकानें, जिनमें सक्रिय कंपन पृथक्करण नींव के साथ तापमान ±0.01 डिग्री सेल्सियस पर रखा जाता है।

सामग्री संबंधी चुनौतियाँ और चयन

1. एल्यूमीनियम मिश्र
6061-T6 और 5083 उत्कृष्ट मशीनेबिलिटी और एनोडाइजेशन प्रतिक्रिया के कारण बहुत ही भरोसेमंद धातुएं हैं। हार्ड एनोडाइजिंग (टाइप III) 25–50 µm Al₂O₃ परत बनाती है जो प्लाज्मा के हमले का प्रतिरोध करती है। हालांकि, एनोडाइजिंग में मौजूद सूक्ष्म छिद्रों में कण फंस सकते हैं - आधुनिक कारखाने बहु-चरणीय सीलिंग और विशेष कोटिंग्स (जैसे, ट्विन वायर आर्क स्प्रे Al₂O₃ या Y₂O₃ प्लाज्मा स्प्रे) का उपयोग करते हैं।
2. स्टेनलेस स्टील
NF₃ और Cl₂ प्लाज़्मा के प्रति संक्षारण प्रतिरोध के लिए 316L का चयन किया गया है। कणों के आसंजन को कम करने के लिए Ra < 0.2 µm तक इलेक्ट्रोपॉलिशिंग अनिवार्य है।
3। मिट्टी के पात्र
एल्यूमिना (99.8%), एल्युमीनियम नाइट्राइड और सिलिकॉन कार्बाइड को हीरे के औजारों का उपयोग करके "नए" रूप में मशीनीकृत किया जाता है, फिर उन्हें सिंटर किया जाता है। सिंटरिंग के बाद सहनशीलता 18-22% तक कम हो जाती है, जिसके लिए परिष्कृत संकुचन क्षतिपूर्ति मॉडल की आवश्यकता होती है।
4. कम सीटीई मिश्र धातुएँ
इनवार 36 और सुपर इनवार का उपयोग ईयूवी और डीयूवी लिथोग्राफी चरणों में किया जाता है जहां 10-40 डिग्री सेल्सियस तापमान के उतार-चढ़ाव में नैनोमीटर स्थिरता की आवश्यकता होती है।
5. दुर्दम्य धातुएँ
उच्च तापमान वाले इलेक्ट्रोड के लिए मोलिब्डेनम और टंगस्टन की मशीनिंग की जाती है। ये पदार्थ अत्यंत घर्षणशील होते हैं और इन्हें उच्च दबाव वाले शीतलक (70-100 बार) के साथ कठोर मशीनों की आवश्यकता होती है।

महत्वपूर्ण मशीनिंग प्रक्रियाएँ

1. एल्युमीनियम की हाई-स्पीड मशीनिंग (एचएसएम)

S20,000-42,000 आरपीएम की पिंडल गति, संतुलित पीसीडी या एकल-क्रिस्टल डायमंड टूल्स, मिस्ट कूलिंग और लुक-अहेड एल्गोरिदम एक ही पास में दर्पण जैसी फिनिश (Ra < 4 एनएम) प्राप्त करने की अनुमति देते हैं।

2. सिरेमिक की नमनीय-व्यवस्था मशीनिंग

कटाई की गहराई को एक निश्चित सीमा (आमतौर पर < 1 µm) से नीचे रखकर, अति-तीखे हीरे के औजारों का उपयोग करके भंगुर सामग्रियों को नमनीय तरीके से मशीनीकृत किया जा सकता है, जिससे बिना दरार के ऑप्टिकल-गुणवत्ता वाली सतहें प्राप्त होती हैं।

3. सिंगल-पॉइंट डायमंड टर्निंग (एसपीडीटी)
एस्फेरिक ईयूवी मिरर सबस्ट्रेट्स के लिए आवश्यक। मशीनें सब-नैनोमीटर फीडबैक के साथ ऑयल-मिस्ट या वैक्यूम वातावरण में काम करती हैं।
6.4 वायर ईडीएम और सिंकर ईडीएम
कठोर पदार्थों में गहरे शीतलन चैनलों और जटिल संरचनाओं के लिए उपयोग किया जाता है। आधुनिक जनरेटर एक ही बार में < Ra 0.1 µm की सतह गुणवत्ता प्राप्त कर लेते हैं।
5. योगात्मक + घटावात्मक संकर विनिर्माण
उभरता हुआ चलन: इनवार या टाइटेनियम के लगभग तैयार आकार को 3D प्रिंट करना, फिर उसी प्लेटफॉर्म पर फिनिशिंग मशीनिंग करना (जैसे कि हर्मले एमपीए या लेजरटेक डीईडी हाइब्रिड)।

परिशुद्धता और अति-परिशुद्धता सीएनसी आवश्यकताएँ

सेमीकंडक्टर पार्ट्स को आमतौर पर निम्नलिखित की आवश्यकता होती है:
  • स्थितिगत सटीकता: 500–2000 मिमी की यात्रा पर ±2–5 µm
  • पुनरावृत्ति क्षमता: < 1 µm
  • सतह की गुणवत्ता: प्लाज्मा के संपर्क में आने वाली सतहों पर Ra 0.025–0.1 µm
  • समतलता: Ø300–450 मिमी पर 1–3 µm
  • समानांतरता/लंबवतता: < 3 µm
इसे हासिल करने के लिए, मशीन शॉप्स निम्नलिखित में निवेश करती हैं:
  • 5-एक्सिस या यहां तक ​​कि 8-एक्सिस मशीनिंग सेंटर (जैसे, यास्दा, माकिनो, डीएमजी मोरी, केर्न, लीच्टी)
  • हाइड्रोस्टैटिक या एयर-बेयरिंग स्पिंडल 20,000–60,000 आरपीएम पर चलते हैं।
  • थर्मल स्थिरीकरण प्रणालियाँ मशीन के तापमान को ±0.1 डिग्री सेल्सियस के भीतर बनाए रखती हैं।
  • 0.1 µm रिज़ॉल्यूशन वाले ऑन-मशीन प्रोबिंग और लेज़र टूल सेटर्स
  • सक्रिय कंपन इन्सुलेशन के साथ ग्रेनाइट या पॉलिमर-कंक्रीट के आधार
उदाहरण: बॉक्स-इन-बॉक्स संरचना और 0.05 µm रिज़ॉल्यूशन स्केल की बदौलत यास्दा YBM-950V 900×500×400 mm के क्षेत्र में 1 µm की वॉल्यूमेट्रिक सटीकता प्राप्त कर सकता है।

लॉरेम इप्सम डोलर अमेट, कंसेटेटुर एडिपिसिंग एलीट। यूट एलीट टेलस, लिक्टस नेक ullamcorper मैटिस, पुल्विनर डैपीबस लीओ।

उन्नत मशीनिंग तकनीक

1. छोटे औजारों के साथ उच्च गति मशीनिंग (एचएसएम)
शावरहेड में 0.1 मिमी माइक्रो एंड मिलिंग का उपयोग करके 40,000 आरपीएम पर Ø0.5 मिमी के 15,000 छेद ड्रिल किए जा सकते हैं। 100 बार थ्रू-टूल कूलेंट के साथ पेक ड्रिलिंग चिप री-वेल्डिंग को रोकती है।
2. अल्ट्रासोनिक-सहायता प्राप्त मशीनिंग
सिरेमिक और क्वार्ट्ज के लिए, 20-40 किलोहर्ट्ज़ अल्ट्रासोनिक कंपन काटने के बलों को 30-70% तक कम कर देता है, जिससे सतह की फिनिश और उपकरण का जीवनकाल नाटकीय रूप से बेहतर हो जाता है।
3. सिंगल-पॉइंट डायमंड टर्निंग (एसपीडीटी)
इसका उपयोग इन्फ्रारेड लेंस और कुछ तांबे के इलेक्ट्रोड के लिए किया जाता है। Ra 3–5 nm तक की सतह परिष्करण सामान्य प्रक्रिया है।
4. जटिल ज्यामितियों की 5-अक्षीय एक साथ मिलिंग
1 मिमी व्यास और 20:1 के पहलू अनुपात वाले आंतरिक शीतलन चैनलों को लंबी पहुंच वाले टेपर्ड टूल और ट्रोकोइडल टूलपाथ का उपयोग करके मशीनीकृत किया जाता है।
5. संकर योगात्मक-घटावात्मक प्रक्रियाएँ
कुछ नए घटक (जैसे, अनुरूप-शीतलित शॉवरहेड) को डीएमएलएस/लेजरक्यूसिंग के माध्यम से इनकोनेल या तांबे में 3डी प्रिंट किया जाता है, फिर उसी मशीन पर ±10 µm की सटीकता के साथ अंतिम रूप दिया जाता है।

मापन और गुणवत्ता आश्वासन

सेमीकंडक्टर पुर्जों का निरीक्षण किसी भी उद्योग की तुलना में सबसे कठोर होता है:
  • Zeiss Prismo या Leitz PMM-C अल्ट्रा-प्रेसिजन CMMs, जिनमें ±0.3 µm की अनिश्चितता होती है।
  • समतलता के लिए ज़ाइगो जीपीआई या 4डी टेक्नोलॉजी फेज़-शिफ्टिंग इंटरफेरोमीटर
  • Ra < 50 nm सतहों के लिए ब्रुकर श्वेत-प्रकाश इंटरफेरोमीटर
  • हीलियम मास-स्पेक्ट्रोमीटर द्वारा 10⁻¹⁰ मिलीबार·एल/सेकंड तक रिसाव परीक्षण
  • 150 डिग्री सेल्सियस पर बेक करने के बाद अवशिष्ट गैस विश्लेषण (आरजीए) से यह पुष्टि की जाती है कि गैस उत्सर्जन < 10⁻⁹ टॉर·एल/सेकंड/सेमी² है।
  • अल्ट्रासोनिक सफाई के बाद लिक्विड पार्टिकल काउंटर (एलपीसी) या लेजर पार्टिकल स्कैनर के माध्यम से कणों की गिनती।
कई दुकानें अब इन-प्रोसेस मेट्रोलॉजी का उपयोग करती हैं: ब्लम लेजर टूल सेटर, रेनिशॉ ओएमपी400 स्ट्रेन-गेज प्रोब और मारपोस ध्वनिक उत्सर्जन सेंसर का उपयोग करके वास्तविक समय में सूक्ष्म-चिपिंग का पता लगाती हैं।

क्लीनरूम मशीनिंग और पोस्ट-प्रोसेसिंग

क्योंकि 30 एनएम से बड़े कण 3 एनएम के ट्रांजिस्टर को खराब कर सकते हैं, इसलिए कई उच्च-स्तरीय कारखानों ने अपनी सटीक मशीनों के ठीक आसपास आईएसओ 5 (क्लास 100) या आईएसओ 4 क्लीनरूम स्थापित किए हैं।
 
उदाहरणों में शामिल हैं:
  • बुलन अल्ट्रासोनिक्स (यूएसए)
  • टायरोलिट सीएनसी क्लीनरूम सुविधा (ऑस्ट्रिया)
  • कैनन का उट्सुनोमिया प्रेसिजन मशीनिंग क्लीनरूम (जापान)
मशीनिंग के बाद सफाई प्रक्रियाओं में आमतौर पर निम्नलिखित शामिल होते हैं:
  1. उच्च दाब वाला डीआई जल + मेगासोनिक एजिटेशन
  2. बहु-चरणीय रासायनिक सफाई (एससी-1, एससी-2, पिरान्हा)
  3. अल्ट्रा-प्योर N₂ ब्लो-ड्राई
  4. 150–200 डिग्री सेल्सियस पर वैक्यूम बेक करें
  5. N₂-शुद्ध बैगों में डबल-बैगिंग

केस स्टडी: ईयूवी वेफर स्टेज बेसप्लेट की मशीनिंग

एक विशिष्ट 450 मिमी ईयूवी वेफर स्टेज बेसप्लेट इसकी जटिलता को दर्शाता है:
  • सामग्री: SiSiC सिरेमिक, 900 × 800 × 100 मिमी
  • समतलता की आवश्यकता: पूरी सतह पर < 1 µm PV
  • 120 अंतर्निहित शीतलन चैनल, 3 मिमी व्यास, ±15 µm स्थिति
  • 600 थ्रेडेड इंसर्ट (एम4 हीलियम-लाइट)
  • अंतिम सतह: Ra < 50 nm तक लैप की गई
प्रक्रिया प्रवाह:
  1. प्रतिक्रिया-बंधित ब्लैंक की हरित मशीनिंग
  2. सिलिकॉन अंतर्प्रवेश और ताप उपचार
  3. 5-एक्सिस मशीनिंग सेंटर पर रफ ग्राइंडिंग
  4. 1 µm की कटाई गहराई के साथ नमनीय-क्षेत्रीय फिनिश ग्राइंडिंग
  5. अंतिम आकार सुधार के लिए मैग्नेटोरियोलॉजिकल फिनिशिंग (MRF)
  6. ज़ाइगो वेरीफायर एमएसटी 600 मिमी एपर्चर इंटरफेरोमीटर पर मेट्रोलॉजी
  7. आवश्यकता पड़ने पर अंतिम हैंड लैपिंग करें
कुल मशीनिंग समय: प्रत्येक भाग के लिए 6-10 सप्ताह का समय लगता है। लागत: 800,000 डॉलर से लेकर 1.2 लाख डॉलर तक।

उद्योग के 2 एनएम से कम आकार के नोड्स की ओर बढ़ने पर उत्पन्न होने वाली चुनौतियाँ

1. एंगस्ट्रॉम-स्तर स्थिरता
भविष्य के ईयूवी हाई-एनए टूल्स के लिए 50-100 पिकोमीटर रेंज में स्टेज पोजिशनिंग स्थिरता की आवश्यकता होगी। इससे यांत्रिक घटकों पर मूलभूत सामग्री की सीमाएं बढ़ जाती हैं।
2. 450 मिमी संक्रमण
बड़े वेफर्स के लिए समान सापेक्ष परिशुद्धता के साथ और भी बड़े मशीनीकृत घटकों की आवश्यकता होती है - जिससे कठिनाई में घातीय वृद्धि होती है।
3. नई सामग्री
कार्बन-आधारित सामग्री (ग्राफीन कोटिंग्स, डायमंड-लाइक कार्बन), मेटल-मैट्रिक्स कंपोजिट और फोटोनिक संरचनाओं के लिए पूरी तरह से नए मशीनिंग प्रतिमानों की आवश्यकता होगी।
4। स्थिरता
उद्योग पर ऊर्जा, जल और रसायनों की खपत कम करने का दबाव है। मशीनिंग वर्कशॉप न्यूनतम मात्रा स्नेहन (एमक्यूएल), क्रायोजेनिक शीतलन और एल्यूमीनियम चिप्स के पुनर्चक्रण को अपना रहे हैं।

निष्कर्ष

सेमीकंडक्टर जगत में आजकल लिथोग्राफी तरंगदैर्ध्य और ट्रांजिस्टर घनत्व पर ही ध्यान केंद्रित है, लेकिन वास्तविकता यह है कि अत्याधुनिक चिप का निर्माण सीएनसी मशीनिंग द्वारा निर्मित अति-सटीक यांत्रिक घटकों की विशाल श्रृंखला के बिना संभव नहीं है। एक माइक्रोन तक समतल कई टन भार वाले वैक्यूम चैंबर से लेकर कुछ परमाणुओं तक स्थिर सिरेमिक वेफर स्टेज तक, सीएनसी मशीनिंग यांत्रिक रूप से संभव सीमाओं के शिखर पर काम करती है।
 
जैसे-जैसे उद्योग एंगस्ट्रॉम-स्केल फीचर्स और 450 मिमी वेफर्स की ओर अग्रसर हो रहा है, सटीक मशीनिंग की मांग और भी तीव्र होती जाएगी। मीटर-स्केल पार्ट्स पर सब-माइक्रोन सटीकता प्रदान करने वाली फैक्ट्रियां, विशेष सामग्रियों में, स्वच्छ वातावरण में काम करते हुए, ASML, एप्लाइड मैटेरियल्स, लैम रिसर्च, टोक्यो इलेक्ट्रॉन और स्वयं चिप निर्माताओं के लिए अपरिहार्य भागीदार बनी रहेंगी।
 
अंततः, प्रसिद्ध मूर का नियम केवल भौतिकी और रसायन विज्ञान की कहानी नहीं है - यह यांत्रिक इंजीनियरिंग की भी एक जीत है जिसे एक-एक करके पूरी तरह से मशीनीकृत घटकों के माध्यम से अंजाम दिया गया है।