ნახევარგამტარების CNC დამუშავება:
ზუსტი წარმოება ჩიპების რევოლუციის ცენტრში
ნახევარგამტარული ინდუსტრია თანამედროვე ტექნოლოგიების საფუძველია. სმარტფონებიდან და ლეპტოპებიდან დაწყებული ხელოვნური ინტელექტის სისტემებით, ელექტრომობილებითა და მოწინავე სამედიცინო მოწყობილობებით დამთავრებული, დღეს თითქმის არაფერი ფუნქციონირებს ინტეგრირებული სქემების (IC) გარეშე. ამ ინდუსტრიის ბირთვში დევს მიკრომეტრებით და ნანომეტრებითაც კი გაზომვის სიზუსტისადმი უკომპრომისო მოთხოვნა.
მიუხედავად იმისა, რომ ფოტოლითოგრაფია, თხელი ფენის დეპონირება და გრავირება დომინირებს სათაურებში, როდესაც ადამიანები ჩიპების დამზადებაზე საუბრობენ, კულისებში არსებობს ხშირად დაუფასებელი, მაგრამ აბსოლუტურად მნიშვნელოვანი ხელშემწყობი ფაქტორი: კომპიუტერული რიცხვითი მართვის (CNC) დამუშავება. მაღალი სიზუსტის CNC დამუშავება წარმოქმნის ულტრაბრტყელ, თერმულად სტაბილურ და გეომეტრიულად სრულყოფილ კომპონენტებს, რაც ნახევარგამტარული აღჭურვილობის წარმოების შესაძლებლობას იძლევა.
ეს სტატია იკვლევს, თუ რატომ რჩება CNC დამუშავება შეუცვლელი ნახევარგამტარული ეკოსისტემისთვის, რომელი კომპონენტებია დამოკიდებული მასზე, რა მასალებსა და ტოლერანტობებზეა დამოკიდებული, რა ტიპის ჩარხებისა და პროცესების ევოლუციას და რა გამოწვევებს წააწყდება ინდუსტრია ანგსტრომის ეპოქის წარმოებისკენ სვლასთან ერთად.
რატომ რჩება CNC დამუშავება აუცილებელი ნახევარგამტარულ ტექნოლოგიებში
ტექნიკანახევარგამტარული წარმოების ქარხნები (fabs) შეიცავს ასობით დამუშავების ხელსაწყოს, რომელთაგან თითოეულის ღირებულება 10 მილიონი დოლარიდან 400 მილიონ დოლარამდე მერყეობს (ASML-ის High-NA EUV სისტემების შემთხვევაში). ამ ხელსაწყოებიდან თითქმის ყველა შეიცავს ასობით ან ათასობით ზუსტად დამუშავებულ ნაწილს.CNC დამუშავების სრულად ჩანაცვლების შეუძლებლობის ძირითადი მიზეზები:
- უკიდურესი გეომეტრიული სირთულე: ბევრ კომპონენტს აქვს რთული შიდა გაგრილების არხები, მაღალი ასპექტის თანაფარდობის ხვრელები, თხელი კედლები და რთული 3D კონტურები, რომელთა წარმოება რთულია ან შეუძლებელია ჩამოსხმის, გაყალბების ან სუფთა დანამატების მეთოდებით.
- მასალების მრავალფეროვნება: ნახევარგამტარული მოწყობილობები იყენებს ალუმინს, უჟანგავ ფოლადს (300-ე სერია, 316L, 17-4PH), ტიტანს, სპილენძს, კერამიკას (Al₂O₃, AlN, SiC), ინვარს და სუპერშენადნობებს. CNC-ს შეუძლია ყველა მათგანის დამუშავება.
- ულტრამკაცრი ტოლერანტობები: გავრცელებულია 1–5 µm სიბრტყე 450 მმ დიამეტრის გასწვრივ, ნახვრეტის პოზიცია ±2 µm, ზედაპირის უხეშობა Ra < 0.1 µm და პარალელიზმი < 2 µm.
- ვაკუუმთან და პლაზმასთან თავსებადობა: ნაწილებმა უნდა გაუძლონ აგრესიულ ფტორის ან ქლორის პლაზმას, ულტრამაღალ ვაკუუმს (10⁻⁹ მბარი) და -100 °C-დან >800 °C-მდე ტემპერატურას, გამოყოფის ან ნაწილაკების წარმოქმნის გარეშე.
- შეკეთება და განახლება: ბევრი კომპონენტი (მაგ., ელექტროსტატიკური ჩამკეტის განახლება) განმეორებით მუშავდება, ხელახლა იფარება და ისევ ექსპლუატაციაში ბრუნდება — ციკლი, რომელიც მხოლოდ სუბტრაქციული პროცესებით არის შესაძლებელი.
CNC დამუშავების მიერ წარმოებული ძირითადი კომპონენტები
1. ვაკუუმური კამერები და დიდი სტრუქტურული ჩარჩოები
თანამედროვე 300 მმ-იანი და ახლადშექმნილი 450 მმ-იანი ვაფლის ხელსაწყოები შეიცავს ალუმინის ან უჟანგავი ფოლადის ვაკუუმურ კამერებს, რომელთა წონა შეიძლება რამდენიმე ტონას აღემატებოდეს, თუმცა კედლის პარალელიზმი და ფლანგის სიბრტყე უნდა შენარჩუნდეს < 10 µm-მდე. ეს კამერები, როგორც წესი, დამუშავებულია 6061-T6 ალუმინის ჭედვისგან ან 316L უჟანგავი ფოლადის ფირფიტებისგან დიდ 5-ღერძიან პორტალურ წისქვილებზე ჰიდროსტატიკური სახელმძღვანელოებით.
2. ვაფლის საფეხურები და ბადისებრი საფეხურები
EUV და DUV ლითოგრაფიული ხელსაწყოების ცენტრალური ნაწილია ვაფლის საფეხური, რომელიც პროექციის ოპტიკის ქვეშ 300 მმ-იან სილიკონის ვაფლებს 8 გ-ზე მეტი აჩქარებით ამოძრავებს, ნანომეტრული დონის პოზიციონირების სიზუსტის შენარჩუნებით. ეს საფეხურები წარმოადგენს კერამიკული (SiSiC, Zerodur, ULE მინა) ან ალუმინის ნაწილების რთულ შეკრებებს, რომლებიც დამუშავებულია სუბმიკრონული ტოლერანტობით და შემდეგ ხელით იფარება ან ალმასისებურად იხრება საბოლოო გეომეტრიამდე.
3. ელექტროსტატიკური ჩამკეტები (ESC)
ელექტროსტატიკური ჩამკეტები ლითოგრაფიის, გრავირებისა და დეპონირების დროს ვაფლებს იდეალურად ბრტყლად აკავებს. დიელექტრიკული ზედაპირი (ჩვეულებრივ, Al2O3 ან AlN კერამიკა, რომელიც შესხურებულია ალუმინის ან მოლიბდენის ფუძეზე) უნდა დამუშავდეს და გაპრიალდეს პიკიდან ხეობამდე სიბრტყემდე < 1 µm 300 მმ-ზე. თავად ფუძე მოითხოვს რთულ შიდა გაგრილების არხებს, რომლებიც დამუშავებულია მაღალსიჩქარიანი CNC ფრეზირებით ან მავთულის EDM-ით.
4. გაზის გამანაწილებელი შხაპის თავები და კიდეების რგოლები
პლაზმური გრავირებისა და დეპონირების ხელსაწყოები იყენებენ შხაპის თავებს ათასობით ზუსტად ზომისა და განლაგებული ნახვრეტით (50–500 µm დიამეტრით), რათა უზრუნველყონ ერთგვაროვანი დამუშავების აირების მიწოდება. ეს აირების დამუშავება, როგორც წესი, ხორციელდება მაღალი სისუფთავის ალუმინისგან, სილიკონისგან ან კვარცისგან, ხშირად მრავალღერძიანი CNC დამუშავების ცენტრების გამოყენებით ულტრაბგერითი ან ლაზერული ბურღვის შესაძლებლობებით.
5. ოპტიკური კომპონენტები და სამაგრები
EUV ლითოგრაფია მუშაობს 13.5 ნმ ტალღის სიგრძეზე და იყენებს ამრეკლავ მოლიბდენ-სილიციუმის მრავალშრიან სარკეებს. სარკისებრი სუბსტრატები (ჩვეულებრივ Zerodur ან ULE მინა) თავდაპირველად უხეშად მუშავდება ერთწერტილიანი ალმასის დატრიალებით ან ზუსტი დაფქვით, შემდეგ კი ოპტიკურად იპრიალება. ამ სარკეების დამჭერი კინემატიკური სამაგრები უნდა იყოს დამუშავებული Invar-ის ან Super Invar-ის CNC დამუშავებით, რათა მინიმუმამდე იქნას დაყვანილი თერმული დამახინჯება.
ნახევარგამტარული CNC დამუშავებაში გამოყენებული მასალები
1. ალუმინის შენადნობები
6061-T6 კვლავ რჩება მთავარ „სამუშაო ძალად“ შესანიშნავი დამუშავების უნარის, კარგი სიმტკიცისა და დაბალი ღირებულების გამო. უფრო მაღალი სიმტკიცისა და დაბალი თერმული გაფართოებისთვის გამოიყენება საკუთრების უფლებით დაცული ალუმინის შენადნობები, როგორიცაა Al 6061-RAM2, RSA-6061 ან Cearun™ (კერამიკით გამაგრებული ალუმინი).
2. დაბალი გაფართოების შენადნობები
Invar 36 და Super Invar (დამატებული კობალტით) უზრუნველყოფენ თერმული გაფართოების < 1 ppm/°C-ს და კრიტიკულად მნიშვნელოვანია ბადისებრი და ვაფლის ეტაპის კომპონენტებისთვის.
3. კერამიკა და ტექნიკური მინა
- სილიციუმით ინფილტრირებული სილიციუმის კარბიდი (SiSiC)
- რეაქციაში შეკავშირებული სილიციუმის კარბიდი (RBSC)
- Zerodur® (Schott) და ULE® (Corning) ულტრადაბალი გაფართოების მინა
- ალუმინის ნიტრიდი (AlN) და ალუმინის ოქსიდი (Al2O3) ელექტროსტატიკური საკეტებისთვის
ეს მყიფე მასალები საჭიროებს სპეციალიზებულ CNC პროცესებს: ულტრაბგერითი დამუშავება, დრეკადი რეჟიმის დაფქვა ან ლაზერით დამუშავება.
4. მაღალი სისუფთავის ლითონები
მოლიბდენი, ვოლფრამი და ტიტანი გამოიყენება ფტორის პლაზმის ზემოქმედების ქვეშ მყოფი კომპონენტებისთვის. ეს ცეცხლგამძლე ლითონები საჭიროებს ხისტ, მაღალი ბრუნვის მომენტის მქონე CNC დანადგარებს და პოლიკრისტალურ ალმასის (PCD) ხელსაწყოებს.
CNC დამუშავებით დამზადებული ტიპური ნახევარგამტარული კომპონენტები
კომპონენტი | ტიპიური მასალა | ძირითადი მოთხოვნები | ტოლერანტობის მაგალითები |
|---|---|---|---|
ვაფლის ჩამკეტები (ESC) | ალუმინის ოქსიდი, AlN | სიბრტყე < 3 µm, Ra < 0.05 µm, ჰელიუმის გაჟონვა < 10⁻⁹ | ±2 µმ ხვრელის პოზიცია |
შხაპის თავები / გაზის თეფშები | ანოდირებული ალუმინის, 316L SS | 5000–20,000 ხვრელი Ø0.3–1.0 მმ, ±5 µმ პოზიცია | < Ra 0.4 მკმ |
ვაკუუმური კამერის კედლები | 6061-T6, 5083 ალ | შედუღებული + დამუშავებული, ჰელიუმის ჰერმეტულობა | სიბრტყე < 50 µმ 2 მეტრზე |
ელექტროდის შეკრებები | OFHC სპილენძი, მოლიბდენი | რადიოსიხშირული გამტარობა, გაგრილების არხები | ±10 µm არხის მდებარეობა |
ამწევი ქინძისთავების შეკრებები | კერამიკული საფარით დაფარული უჟანგავი ფოლადის | ცვეთისადმი მდგრადობა, ნაწილაკების კონტროლი | კონცენტრაცია < 5 µm |
სტრუქტურული ჩარჩოები (EUV) | Invar 36, დაბალი CTE შენადნობები | თერმული სტაბილურობა < 50 ppb/K | პოზიციური სიზუსტე ±15 µm |
ფოკუსის რგოლები, კიდის რგოლები | სილიციუმი, კვარცი, SiC | პლაზმური ეროზიის წინააღმდეგობა | პროფილის ტოლერანტობა ±10 µm |
ამ ნაწილების ზომები რამდენიმე მილიმეტრიდან 2 მეტრამდე მერყეობს, ხოლო წონა გრამებიდან რამდენიმე ტონამდე.
ზუსტი დონეები და მეტროლოგია
ნახევარგამტარული აღჭურვილობის დამუშავების ტიპური ტოლერანტობები:
მხატვრული | ტიპიური ტოლერანტობა | გაზომვის მეთოდი |
|---|---|---|
სიბრტყე (300 მმ ზედაპირი) | 0.5–2 მკმ PV | ინტერფერომეტრია (ფიზო, ზიგო) |
პარალელიზმი | 1–5 მკმ | ელექტრონული დონეები + ინტერფერომეტრია |
ხვრელის პოზიცია (ათასობით ხვრელი) | ±2-5 მკმ | კოორდინატების საზომი მანქანა (CMM) |
ზედაპირის დასრულება | Ra 0.025–0.1 მკმ | თეთრი სინათლის ინტერფერომეტრია |
გაგრილების არხის პოზიცია | ±10 მკმ | კომპიუტერული ტომოგრაფიის სკანირება ან ულტრაბგერითი გამოკვლევა |
წამყვანი სახელოსნოები ამჟამად რუტინულად აღწევენ „სუბმიკრონულ“ ან თუნდაც „100 ნანომეტრიან“ მექანიკურ სიზუსტეს ასობით კილოგრამი წონის კომპონენტებზე.
ნახევარგამტარული სამუშაოებისთვის CNC ჩარხების ევოლუცია
1. 1990-იანი და 2000-იანი წლების ერა
დომინირებდა დიდი ზომის პორტული წისქვილები (Waldrich Coburg, Parpas, FPT) ჰაიდენჰაინის სასწორებითა და მინის სასწორის უკუკავშირით. ჰიდროსტატიკური საკისრები და ზეთის შხაპები უზრუნველყოფდა თერმულ სტაბილურობას.
2. 2010-იანი წლები: ჰაეროვანი და მაგნიტური ლევიტაციის ეტაპები
ისეთმა კომპანიებმა, როგორიცაა Aerotech, Physik Instrumente (PI) და ALIO Industries, დანერგეს ჰაერსატარიანი ხაზოვანი ძრავის საფეხურები < 10 ნმ განმეორებადობით. ეს საფეხურები მეორე თაობის ზუსტი დამუშავების ცენტრების ხერხემალს წარმოადგენდა.
3. მიმდინარე მდგომარეობა (2020–2025)
- Moore Nanotechnology-ისა და Precitech-ის ერთწერტილიანი ალმასის სახვევი მანქანები EUV სარკისებური სუბსტრატებისთვის
- Kern Microtechnik-ისა და Yasda-ს მიკროდამუშავების ცენტრები 100 ნმ ფორმის სიზუსტეს აღწევენ
- DMG MORI ULTRASONIC სერია კერამიკისთვის
- Fanuc ROBONANO α-NMiA: 0.1 ნმ პროგრამირების გარჩევადობა და 1 ნმ პოზიციონირების გარჩევადობა
- ტემპერატურის კონტროლირებადი სახელოსნოები, რომლებიც ინახება ±0.01 °C ტემპერატურაზე აქტიური ვიბრაციული იზოლაციის საძირკვლებით
მასალების გამოწვევები და შერჩევა
1. ალუმინის შენადნობები
6061-T6 და 5083 შესანიშნავი დამუშავების უნარისა და ანოდირების რეაქციის გამო საუკეთესო მოდელებია. მყარი ანოდირება (III ტიპი) ქმნის 25–50 µm Al₂O₃ ფენას, რომელიც პლაზმური შეტევისადმი მდგრადია. თუმცა, ანოდირების მიკროფორებს შეუძლიათ ნაწილაკების დაჭერა - თანამედროვე სახელოსნოები იყენებენ მრავალსაფეხურიან დალუქვას და საკუთრების საფარებს (მაგ., Twin Wire Arc Spray Al₂O₃ ან Y₂O₃ პლაზმური სპრეი).
2. უჟანგავი ფოლადები
316L შერჩეულია NF₃ და Cl₂ პლაზმების მიმართ კოროზიისადმი მდგრადობისთვის. ნაწილაკების ადჰეზიის შესამცირებლად აუცილებელია ელექტროპოლირება Ra < 0.2 µm-მდე.
3. კერამიკა
ალუმინის ოქსიდი (99.8%), ალუმინის ნიტრიდი და სილიციუმის კარბიდი დამუშავებულია „მწვანე“ მდგომარეობაში ბრილიანტის ხელსაწყოების გამოყენებით, შემდეგ კი სინთეზირდება. სინთეზირების შემდეგ ტოლერანტობა მცირდება 18–22%-ით, რაც მოითხოვს შეკუმშვის კომპენსაციის დახვეწილ მოდელებს.
4. დაბალი CTE შენადნობები
Invar 36 და Super Invar გამოიყენება EUV და DUV ლითოგრაფიის ეტაპებზე, სადაც საჭიროა ნანომეტრიული სტაბილურობა 10–40 °C ტემპერატურის რყევების დროს.
5. ცეცხლგამძლე ლითონები
მოლიბდენი და ვოლფრამი დამუშავებულია მაღალი ტემპერატურის ელექტროდების მისაღებად. ეს მასალები უკიდურესად აბრაზიულია და საჭიროებს ხისტ მანქანებს მაღალი წნევის გამაგრილებლით (70–100 ბარი).
კრიტიკული დამუშავების პროცესები
1. ალუმინის მაღალსიჩქარიანი დამუშავება (HSM)
S20,000–42,000 ბრ/წთ სიჩქარით მომუშავე ლილვის ბრუნვის სისტემა, დაბალანსებული PCD ან ერთკრისტალური ალმასის ხელსაწყოები, ნისლისებური გაგრილება და წინასწარი გათვალისწინების ალგორითმები საშუალებას იძლევა ერთი გავლისას მივიღოთ სარკისებრი საფარი (Ra < 4 ნმ).
2. კერამიკის დრეკადი რეჟიმის დამუშავება
ჭრის სიღრმის კრიტიკულ ზღურბლზე (როგორც წესი, < 1 µm) ქვემოთ შენარჩუნებით, მყიფე მასალების დამუშავება შესაძლებელია დრეკად რეჟიმში ულტრაბაშვი ბრილიანტის ხელსაწყოების გამოყენებით, რაც უზრუნველყოფს ოპტიკური ხარისხის ზედაპირების მიღებას ბზარების გაჩენის გარეშე.
3. ერთპუნქტიანი ალმასის შემობრუნება (SPDT)
აუცილებელია ასფერული EUV სარკისებური სუბსტრატებისთვის. მანქანები მუშაობენ ზეთის ნისლის ან ვაკუუმურ გარემოში სუბნანომეტრული უკუკავშირით.
6.4 მავთულიანი ელექტროდიაქოს მატრიქსი და სინკერის ელექტროდიაქოს მატრიქსი
გამოიყენება გამაგრებულ მასალებში ღრმა გაგრილების არხებისა და რთული მახასიათებლებისთვის. თანამედროვე გენერატორები ზედაპირის დამუშავებას < Ra 0.1 µm-ზე ერთი ჭრით აღწევენ.
5. ადიტიური + გამოკლებითი ჰიბრიდული წარმოება
ახალი ტენდენცია: Invar-ის ან ტიტანის თითქმის ბადისებრი ფორმების 3D ბეჭდვა, შემდეგ კი დასრულება იმავე პლატფორმაზე (მაგ., Hermle MPA ან Lasertec DED ჰიბრიდები).
ზუსტი და ულტრაზუსტი CNC მოთხოვნები
ნახევარგამტარული ნაწილები რეგულარულად მოითხოვენ:
- პოზიციური სიზუსტე: ±2–5 µm 500–2000 მმ მოძრაობაზე
- განმეორებადობა: < 1 µm
- ზედაპირის დამუშავება: Ra 0.025–0.1 µm პლაზმურ ზედაპირებზე
- სიბრტყე: 1–3 µm Ø300–450 მმ-ზე
- პარალელიზმი/პერპენდიკულარობა: < 3 µm
- 5-ღერძიანი ან თუნდაც 8-ღერძიანი დამუშავების ცენტრები (მაგ., Yasda, Makino, DMG MORI, Kern, Liechti)
- ჰიდროსტატიკური ან ჰაერით მომუშავე შპინდელები, რომლებიც მუშაობენ 20,000–60,000 ბრ/წთ-ზე
- თერმული სტაბილიზაციის სისტემები, რომლებიც ინარჩუნებენ მანქანის ტემპერატურას ±0.1 °C-ის ფარგლებში
- 0.1 µm გარჩევადობით, მანქანაზე გამოსაყენებელი ზონდირებისა და ლაზერული ხელსაწყოების დასაყენებელი მოწყობილობები
- გრანიტის ან პოლიმერ-ბეტონის ბაზები აქტიური ვიბრაციული იზოლაციით
Lorem ipsum dolor sit amet, consectetur adipiscing elit. ეს არის თქვენი ამბები, luctus nec ullamcorper mattis, pulvinar dapibus leo.
დამუშავების გაფართოებული ტექნიკა
1. მაღალსიჩქარიანი დამუშავება (HSM) მცირე ხელსაწყოებით
შხაპის თავებს შეიძლება ჰქონდეს 15,000 Ø0.5 მმ-იანი ხვრელი, გაბურღული 40,000 ბრ/წთ-ზე 0.1 მმ-იანი მიკრობოლოიანი ფრეზებით. 100 ბარიანი ხელსაწყოს გამჭოლი გამაგრილებლით პეკსული ბურღვა ხელს უშლის ნაპრალების ხელახლა შედუღებას.
2. ულტრაბგერითი დახმარებით დამუშავება
კერამიკისა და კვარცის შემთხვევაში, 20–40 კჰც სიხშირის ულტრაბგერითი ვიბრაცია ამცირებს ჭრის ძალებს 30–70%-ით, რაც მნიშვნელოვნად აუმჯობესებს ზედაპირის დამუშავებას და ხელსაწყოს სიცოცხლის ხანგრძლივობას.
3. ერთპუნქტიანი ალმასის შემობრუნება (SPDT)
გამოიყენება ინფრაწითელი ლინზებისა და ზოგიერთი სპილენძის ელექტროდისთვის. Ra 3–5 ნმ-მდე ზედაპირის დამუშავება რუტინულია.
4. რთული გეომეტრიის 5-ღერძიანი ერთდროული ფრეზირება
1 მმ დიამეტრისა და 20:1 ასპექტის თანაფარდობის მქონე შიდა გაგრილების არხები დამუშავებულია გრძელი წასმის კონუსური ხელსაწყოებისა და ტროქოიდური ხელსაწყოების გამოყენებით.
5. ჰიბრიდული ადიტივ-გამოკლების პროცესები
ზოგიერთი ახალი კომპონენტი (მაგ., კონფორმული გაგრილების შხაპის თავები) DMLS/LaserCusing-ის მეშვეობით 3D ბეჭდვით იბეჭდება Inconel-ში ან სპილენძში, შემდეგ კი იმავე მანქანაზე ±10 µm-მდე იწარმოება საბოლოო დამუშავება.
მეტროლოგია და ხარისხის უზრუნველყოფა
ნახევარგამტარული ნაწილები გადის ყველაზე მკაცრ შემოწმებას ნებისმიერ ინდუსტრიაში:
- Zeiss Prismo ან Leitz PMM-C ულტრაზუსტი CMM-ები ±0.3 µm გაურკვევლობით
- Zygo GPI ან 4D ტექნოლოგიის ფაზური გადანაცვლების ინტერფერომეტრები სიბრტყისთვის
- ბრუკერის თეთრი სინათლის ინტერფერომეტრები Ra < 50 ნმ ზედაპირებისთვის
- ჰელიუმის მას-სპექტრომეტრის გაჟონვის ტესტირება 10⁻¹⁰ mbar·L/s-მდე
- ნარჩენი აირის ანალიზი (RGA) 150°C-ზე გამოცხობის შემდეგ, რათა დადასტურდეს გამოყოფა < 10⁻⁹ Torr·L/s/cm²
- ნაწილაკების დათვლა თხევადი ნაწილაკების მრიცხველის (LPC) ან ლაზერული ნაწილაკების სკანერის გამოყენებით ულტრაბგერითი გაწმენდის შემდეგ
სუფთა ოთახის დამუშავება და შემდგომი დამუშავება
რადგან 30 ნმ-ზე მეტი სიდიდის ნაწილაკებს შეუძლიათ 3 ნმ ტრანზისტორის განადგურება, ბევრ მაღალი კლასის სახელოსნოში მათი ზუსტი მანქანების გარშემო ISO 5 (კლასი 100) ან ISO 4 სუფთა ოთახებია დამონტაჟებული.
მაგალითად:
- ბულენის ულტრაბგერითი კომპანია (აშშ)
- ტიროლიტის CNC სუფთა ოთახების ქარხანა (ავსტრია)
- Canon-ის უცუნომიას ზუსტი დამუშავების სუფთა ოთახი (იაპონია)
- მაღალი წნევის დიოქსიდირებული წყალი + მეგასონური აგზნება
- მრავალსაფეხურიანი ქიმიური გაწმენდა (SC-1, SC-2, პირანია)
- ულტრა სუფთა N₂ თმის გასაშრობად
- 150–200 °C ვაკუუმური გამოცხობა
- ორმაგი შეფუთვა N₂-გაწმენდილ ტომრებში
შემთხვევის შესწავლა: EUV ვაფლის საბაზისო ფილის დამუშავება
ტიპური 450 მმ EUV ვაფლის საფეხურის საბაზისო ფირფიტა ასახავს სირთულეს:
- მასალა: SiSiC კერამიკა, 900 × 800 × 100 მმ
- სიბრტყის მოთხოვნა: < 1 µm PV მთელ ზედაპირზე
- 120 ჩაშენებული გაგრილების არხი, 3 მმ დიამეტრი, ±15 µm პოზიცია
- 600 ხრახნიანი ჩანართი (M4 ჰელიუმის სინათლე)
- საბოლოო ზედაპირი: დამუშავებულია Ra < 50 ნმ-მდე
- რეაქციაზე შეკრული ბლანკის მწვანე დამუშავება
- სილიკონის ინფილტრაცია და თერმული დამუშავება
- უხეში დაფქვა 5-ღერძიან დამუშავების ცენტრში
- დრეკადი რეჟიმის დასრულების სახეხი 1 µm ჭრის სიღრმით
- მაგნიტორეოლოგიური დასრულება (MRF) საბოლოო ფორმის კორექციისთვის
- მეტროლოგია Zygo VeriFire MST 600 მმ აპერტურული ინტერფერომეტრის შესახებ
- საჭიროების შემთხვევაში, საბოლოო ხელით დამუშავება
ინდუსტრიის 2 ნმ-ზე ნაკლები სიგრძის კვანძებზე გადასვლის გამოწვევები
1. ანგსტრომის დონის სტაბილურობა
სამომავლო EUV მაღალი NA ინსტრუმენტებს დასჭირდებათ სცენის პოზიციონირების სტაბილურობა 50–100 პიკომეტრის დიაპაზონში. ეს მექანიკურ კომპონენტებს ფუნდამენტური მასალის ზღვრამდე აჰყავს.
2. 450 მმ გარდამავალი
უფრო დიდი ვაფლები მოითხოვს კიდევ უფრო დიდ დამუშავებულ კომპონენტებს იგივე ფარდობითი სიზუსტით - სირთულის ექსპონენციალური ზრდით.
3. ახალი მასალები
ნახშირბადზე დაფუძნებული მასალები (გრაფენის საფარები, ალმასის მსგავსი ნახშირბადი), ლითონ-მატრიცული კომპოზიტები და ფოტონური სტრუქტურები დამუშავების სრულიად ახალ პარადიგმებს მოითხოვს.
4. მდგრადობა
ინდუსტრია ზეწოლის ქვეშაა, შეამციროს ენერგიის, წყლისა და ქიმიკატების მოხმარება. მექანიკური სახელოსნოები იყენებენ მინიმალური რაოდენობის შეზეთვას (MQL), კრიოგენულ გაგრილებას და ალუმინის ჩიპების გადამუშავებას.
დასკვნა
მიუხედავად იმისა, რომ ნახევარგამტარული სიახლეების ყურადღების ცენტრში ლითოგრაფიის ტალღის სიგრძე და ტრანზისტორის სიმკვრივე რჩება, რეალობა ისაა, რომ ვერც ერთი მოწინავე ჩიპის წარმოება შეუძლებელია CNC დამუშავებით წარმოებული ულტრაზუსტი მექანიკური კომპონენტების არმიის გარეშე. მრავალტონიანი ბრტყელი ვაკუუმური კამერებიდან მიკრონის ტოლამდე და რამდენიმე ატომის მიმართ სტაბილური კერამიკული ვაფლის საფეხურებამდე, CNC დამუშავება მექანიკურად შესაძლოს აბსოლუტურ ზღვარზეა.
რადგან ინდუსტრია ანგსტრომის მასშტაბის ნაწილებსა და 450 მმ-იან ვაფლებს იძენს, ზუსტი დამუშავების მოთხოვნები კიდევ უფრო გაიზრდება. სახელოსნოები, რომლებსაც შეუძლიათ მეტრული მასშტაბის ნაწილებზე, ეგზოტიკურ მასალებში, სუფთა ოთახის პირობებში, მიკრონულ სუბსიზუსტის უზრუნველყოფა, ASML-ის, Applied Materials-ის, Lam Research-ის, Tokyo Electron-ის და თავად ჩიპების მწარმოებლების შეუცვლელი პარტნიორები დარჩებიან.
საბოლოო ჯამში, ცნობილი მურის კანონი მხოლოდ ფიზიკისა და ქიმიის ისტორია არ არის - ის ასევე მექანიკური ინჟინერიის ტრიუმფია, რომელიც ერთდროულად იდეალურად დამუშავებულ კომპონენტს ასრულებს.