वेगवेगळ्या उद्योगांसाठी सीएनसी मशीनिंग
उच्च-तंत्रज्ञान उद्योगांमध्ये सीएनसी मशीनिंग तंत्रज्ञानाचा मोठ्या प्रमाणावर वापर केला जातो

सेमीकंडक्टरसाठी सीएनसी मशीनिंग:
चिप क्रांतीच्या केंद्रस्थानी अचूक उत्पादन

सेमीकंडक्टर उद्योग हा आधुनिक तंत्रज्ञानाचा पाया आहे. स्मार्टफोन आणि लॅपटॉपपासून ते कृत्रिम बुद्धिमत्ता प्रणाली, इलेक्ट्रिक वाहने आणि प्रगत वैद्यकीय उपकरणे, आज जवळजवळ काहीही एकात्मिक सर्किट (IC) शिवाय कार्य करत नाही. या उद्योगाच्या गाभ्यामध्ये मायक्रोमीटर आणि अगदी नॅनोमीटरमध्ये मोजल्या जाणाऱ्या अचूकतेची एक अतूट मागणी आहे.
 
जेव्हा लोक चिप बनवण्याबद्दल बोलतात तेव्हा फोटोलिथोग्राफी, थिन-फिल्म डिपॉझिशन आणि एचिंग हे मथळ्यांवर वर्चस्व गाजवतात, परंतु पडद्यामागे एक असे घटक असते ज्याचे अनेकदा कमी कौतुक केले जाते परंतु ते पूर्णपणे महत्त्वाचे असते: संगणक संख्यात्मक नियंत्रण (CNC) मशीनिंग. उच्च-परिशुद्धता CNC मशीनिंग अल्ट्रा-फ्लॅट, थर्मली स्थिर आणि भौमितिकदृष्ट्या परिपूर्ण घटक तयार करते जे सेमीकंडक्टर उत्पादन उपकरणे शक्य करतात.
 
हा लेख सेमीकंडक्टर इकोसिस्टममध्ये सीएनसी मशीनिंग का अपरिहार्य राहते, त्यावर कोणते घटक अवलंबून असतात, त्यात समाविष्ट असलेले साहित्य आणि सहनशीलता, मशीन टूल्स आणि प्रक्रियांची उत्क्रांती आणि उद्योग अँग्स्ट्रॉम-युग उत्पादनाकडे वाटचाल करत असताना भविष्यातील आव्हाने यांचा शोध घेतो.

अनुक्रमणिका

सेमीकंडक्टरमध्ये सीएनसी मशीनिंग का आवश्यक आहे?

उपकरणेसेमीकंडक्टर फॅब्रिकेशन प्लांटमध्ये (फॅब्रिकेशन प्लांट) शेकडो प्रक्रिया साधने असतात, प्रत्येकाची किंमत $10 दशलक्ष ते $400 दशलक्ष पेक्षा जास्त असते (ASML च्या हाय-NA EUV सिस्टीमच्या बाबतीत). यापैकी जवळजवळ प्रत्येक साधनात शेकडो किंवा हजारो अचूक-मशीन केलेले भाग असतात.सीएनसी मशीनिंग पूर्णपणे बदलता येत नाही याची प्रमुख कारणे:
  • अत्यंत भौमितिक जटिलता: अनेक घटकांमध्ये गुंतागुंतीचे अंतर्गत शीतकरण चॅनेल, उच्च-गुणोत्तर छिद्रे, पातळ भिंती आणि जटिल 3D आकृतिबंध असतात जे कास्टिंग, फोर्जिंग किंवा शुद्ध अॅडिटीव्ह पद्धतींनी तयार करणे कठीण किंवा अशक्य आहे.
  • साहित्याची विविधता: सेमीकंडक्टर उपकरणे अॅल्युमिनियम, स्टेनलेस स्टील (३००-मालिका, ३१६L, १७-४PH), टायटॅनियम, तांबे, सिरेमिक्स (Al₂O₃, AlN, SiC), इनवार आणि सुपरअ‍ॅलॉय वापरतात. CNC हे सर्व हाताळू शकते.
  • अति-घट्ट सहनशीलता: ४५० मिमी व्यासावर १-५ µm चा सपाटपणा, छिद्रांची स्थिती ±२ µm, पृष्ठभागाची खडबडीतपणा Ra < ०.१ µm आणि समांतरता < २ µm सामान्य आहेत.
  • व्हॅक्यूम आणि प्लाझ्मा सुसंगतता: भागांना आक्रमक फ्लोरिन किंवा क्लोरीन प्लाझ्मा, अति-उच्च व्हॅक्यूम (१०⁻⁹ एमबार) आणि −१०० °से ते >८०० °से तापमानात वायू बाहेर न टाकता किंवा कण निर्मितीशिवाय टिकून राहावे लागते.
  • दुरुस्ती आणि नूतनीकरण: अनेक घटक (उदा. इलेक्ट्रोस्टॅटिक चक नूतनीकरण) वारंवार मशीन केले जातात, पुन्हा लेपित केले जातात आणि सेवेत परत आणले जातात - हे चक्र केवळ वजाबाकी प्रक्रियांसह शक्य आहे.
थोडक्यात, चिप स्वतः ऑप्टिकल आणि रासायनिक प्रक्रियांनी बनवली जात असली तरी, चिप बनवणारी मशीन्स मोठ्या प्रमाणात अल्ट्रा-प्रिसिजन सीएनसी मशीनिंगने बनवलेली असतात.

सीएनसी मशीनिंगद्वारे उत्पादित केलेले प्रमुख घटक

१. व्हॅक्यूम चेंबर्स आणि मोठ्या स्ट्रक्चरल फ्रेम्स
आधुनिक ३०० मिमी आणि उदयोन्मुख ४५० मिमी वेफर टूल्समध्ये अॅल्युमिनियम किंवा स्टेनलेस-स्टील व्हॅक्यूम चेंबर्स असतात जे अनेक टन वजनाचे असू शकतात परंतु त्यांना भिंतीची समांतरता आणि फ्लॅंज फ्लॅटनेस १० µm पेक्षा कमी राखणे आवश्यक आहे. हे चेंबर्स सामान्यतः ६०६१-T६ अॅल्युमिनियम फोर्जिंग्ज किंवा ३१६L स्टेनलेस-स्टील प्लेट्सपासून हायड्रोस्टॅटिक मार्गदर्शक मार्गांसह मोठ्या ५-अक्ष गॅन्ट्री मिल्सवर मशीन केलेले असतात.
२. वेफर टप्पे आणि रेटिकल टप्पे
EUV आणि DUV लिथोग्राफी टूल्सचे हृदय वेफर स्टेज आहे जे नॅनोमीटर-स्तरीय स्थिती अचूकता राखून 8g पेक्षा जास्त प्रवेगांवर प्रोजेक्शन ऑप्टिक्सच्या खाली 300 मिमी सिलिकॉन वेफर्स हलवते. हे टप्पे सिरेमिक (SiSiC, Zerodur, ULE ग्लास) किंवा अॅल्युमिनियम भागांचे जटिल असेंब्ली आहेत जे सब-मायक्रॉन टॉलरन्सवर मशीन केलेले असतात आणि नंतर हाताने लॅप केलेले असतात किंवा डायमंड-टर्न केलेले असतात जे अंतिम भूमितीमध्ये बदलले जातात.
३. इलेक्ट्रोस्टॅटिक चक (ESC)
इलेक्ट्रोस्टॅटिक चक लिथोग्राफी, एचिंग आणि डिपॉझिशन दरम्यान वेफर्स पूर्णपणे सपाट ठेवतात. डायलेक्ट्रिक पृष्ठभाग (सामान्यत: अॅल्युमिनियम किंवा मॉलिब्डेनम बेसवर फवारला जाणारा Al2O3 किंवा AlN सिरेमिक) 300 मिमीमध्ये पीक-टू-व्हॅली फ्लॅटनेस 1 µm < पर्यंत मशीनिंग आणि पॉलिश करणे आवश्यक आहे. बेसलाच हाय-स्पीड CNC मिलिंग किंवा वायर EDM द्वारे मशीन केलेले जटिल अंतर्गत कूलिंग चॅनेल आवश्यक असतात.
४. गॅस वितरण शॉवरहेड्स आणि एज रिंग्ज
प्लाझ्मा एच आणि डिपॉझिशन टूल्समध्ये एकसमान प्रक्रिया वायू वितरीत करण्यासाठी हजारो अचूक आकाराच्या आणि स्थित छिद्रांसह (५०-५०० µm व्यास) शॉवरहेड्स वापरल्या जातात. हे सामान्यतः उच्च-शुद्धता अॅल्युमिनियम, सिलिकॉन किंवा क्वार्ट्जपासून बनवले जातात, बहुतेकदा अल्ट्रासोनिक किंवा लेसर-सहाय्यित ड्रिलिंग क्षमतांसह मल्टी-अॅक्सिस सीएनसी मशीनिंग सेंटर वापरतात.
५. ऑप्टिकल घटक आणि माउंट्स
EUV लिथोग्राफी १३.५ nm तरंगलांबीवर चालते आणि परावर्तक मोलिब्डेनम-सिलिकॉन मल्टीलेयर मिरर वापरते. मिरर सब्सट्रेट्स (सामान्यतः झेरोदुर किंवा ULE ग्लास) प्रथम सिंगल-पॉइंट डायमंड टर्निंग किंवा प्रिसिजन ग्राइंडिंगद्वारे रफ-मशीन केले जातात, नंतर ऑप्टिकली पॉलिश केले जातात. थर्मल विकृती कमी करण्यासाठी हे मिरर धरणारे किनेमॅटिक माउंट्स इनवार किंवा सुपर इनवार कडून सीएनसी-मशीन केलेले असणे आवश्यक आहे.

सेमीकंडक्टर सीएनसी मशीनिंगमध्ये वापरले जाणारे साहित्य

१. अॅल्युमिनियम मिश्रधातू
उत्कृष्ट यंत्रसामग्री, चांगली ताकद आणि कमी किमतीमुळे 6061-T6 हे वर्कहॉर्स राहिले आहे. जास्त कडकपणा आणि कमी थर्मल विस्तारासाठी, Al 6061-RAM2, RSA-6061, किंवा Cearun™ (सिरेमिक-रिइन्फोर्स्ड अॅल्युमिनियम) सारखे मालकीचे अॅल्युमिनियम मिश्रधातू वापरले जातात.
२. कमी-विस्तार मिश्रधातू
इनवार ३६ आणि सुपर इनवार (कोबाल्टसह) १ पीपीएम/°C पेक्षा कमी तापमानात थर्मल एक्सपेंशन देतात आणि रेटिकल आणि वेफर स्टेज घटकांसाठी महत्त्वाचे आहेत.
३. सिरेमिक आणि तांत्रिक चष्मे
  • सिलिकॉन-इन्फिल्टरेटेड सिलिकॉन कार्बाइड (SiSiC)
  • रिअॅक्शन-बॉन्डेड सिलिकॉन कार्बाइड (RBSC)
  • झेरोदुर® (स्कॉट) आणि यूएलई® (कॉर्निंग) अल्ट्रा-लो एक्सपेंशन ग्लास
  • इलेक्ट्रोस्टॅटिक चकसाठी अॅल्युमिनियम नायट्राइड (AlN) आणि अॅल्युमिना (Al2O3)

या ठिसूळ पदार्थांना विशेष सीएनसी प्रक्रियांची आवश्यकता असते: अल्ट्रासोनिक मशीनिंग, डक्टाइल-रेजिम ग्राइंडिंग किंवा लेसर-सहाय्यित मशीनिंग.

४. उच्च-शुद्धता असलेले धातू

फ्लोरिन प्लाझ्माच्या संपर्कात येणाऱ्या घटकांसाठी मोलिब्डेनम, टंगस्टन आणि टायटॅनियमचा वापर केला जातो. या रेफ्रेक्ट्री धातूंना कठोर, उच्च-टॉर्क सीएनसी मशीन आणि पॉलीक्रिस्टलाइन डायमंड (पीसीडी) टूलिंगची आवश्यकता असते.

सीएनसी मशीनिंगद्वारे बनवलेले ठराविक सेमीकंडक्टर घटक

घटक
ठराविक साहित्य
महत्वाची आवश्यकता
सहनशीलतेची उदाहरणे
वेफर चक (ESC)
अ‍ॅल्युमिना, एलएन
सपाटपणा < 3 µm, Ra < 0.05 µm, हेलियम गळती < 10⁻⁹
±2 µm भोक स्थिती
शॉवरहेड्स / गॅस प्लेट्स
एनोडाइज्ड अल, ३१६ एल एसएस
५०००–२०,००० छिद्रे Ø०.३–१.० मिमी, ±५ µm स्थिती
<रा ०.४ मायक्रॉन
व्हॅक्यूम चेंबरच्या भिंती
६०६१-टी६, ५०८३ अल
वेल्डेड + मशीन केलेले, हेलियम लीक-टाइट
सपाटपणा < ५० µm पेक्षा जास्त २ मीटर
इलेक्ट्रोड असेंब्ली
ओएफएचसी तांबे, मॉलिब्डेनम
आरएफ चालकता, शीतकरण वाहिन्या
±१० µm चॅनेल स्थान
लिफ्ट पिन असेंब्ली
सिरेमिक-लेपित स्टेनलेस
पोशाख प्रतिकार, कण नियंत्रण
एकाग्रता < 5 µm
स्ट्रक्चरल फ्रेम्स (EUV)
इनवार ३६, कमी-सीटीई मिश्रधातू
औष्णिक स्थिरता < 50 ppb/K
स्थिती अचूकता ±१५ µm
फोकस रिंग्ज, एज रिंग्ज
सिलिकॉन, क्वार्ट्ज, SiC
प्लाझ्मा इरोशन प्रतिरोधकता
प्रोफाइल सहनशीलता ±१० µm
 
या भागांचा आकार काही मिलिमीटरपासून ते २ मीटरपेक्षा जास्त आणि वजन ग्रॅमपासून ते अनेक टनांपर्यंत आहे.

अचूकता पातळी आणि मापनशास्त्र

अर्धसंवाहक उपकरणांच्या मशीनिंगमध्ये सामान्य सहनशीलता:
वैशिष्ट्य
ठराविक सहिष्णुता
मापन पद्धत
सपाटपणा (३०० मिमी पृष्ठभाग)
०.५-२ मायक्रॉन पीव्ही
इंटरफेरोमेट्री (फिझो, झायगो)
समांतरता
1-5 µm
इलेक्ट्रॉनिक पातळी + इंटरफेरोमेट्री
छिद्रांची स्थिती (हजारो छिद्रे)
±२–५ मायक्रॉन
समन्वय मोजण्याचे यंत्र (सीएमएम)
पृष्ठभाग समाप्त
Ra 0.025–0.1 µm
पांढरा-प्रकाश इंटरफेरोमेट्री
कूलिंग चॅनेलची स्थिती
±10 µm
सीटी स्कॅनिंग किंवा अल्ट्रासाऊंड चाचणी
 
आघाडीच्या दुकानांमध्ये आता शेकडो किलोग्रॅम वजनाच्या घटकांवर "सब-मायक्रॉन" किंवा अगदी "१००-नॅनोमीटर" यांत्रिक अचूकता नियमितपणे मिळते.

सेमीकंडक्टर कामासाठी सीएनसी मशीन टूल्सची उत्क्रांती

१. १९९०-२००० चा काळ
हेडेनहेन स्केल आणि ग्लास-स्केल फीडबॅक असलेल्या मोठ्या गॅन्ट्री मिल्स (वॉल्ड्रिच कोबर्ग, पार्पास, एफपीटी) वरचढ होत्या. हायड्रोस्टॅटिक बेअरिंग्ज आणि ऑइल शॉवरने थर्मल स्थिरता प्रदान केली.
२. २०१० चे दशक: एअर-बेअरिंग आणि मॅग्नेटिक लेव्हिटेशन टप्पे
एरोटेक, फिजिक इन्स्ट्रुमेंट (PI) आणि ALIO इंडस्ट्रीज सारख्या कंपन्यांनी 10 nm पेक्षा कमी रिपीटेबिलिटी असलेले एअर-बेअरिंग रेषीय मोटर स्टेज सादर केले. हे दुसऱ्या पिढीतील अचूक मशीनिंग सेंटर्सचे कणा बनले.
३. सध्याची स्थिती (२०२०-२०२५)
  • EUV मिरर सब्सट्रेट्ससाठी मूर नॅनोटेक्नॉलॉजी आणि प्रिसिटेक सिंगल-पॉइंट डायमंड टर्निंग मशीन्स
  • केर्न मायक्रोटेक्निक आणि यास्दा मायक्रोमशीनिंग सेंटर्स १०० एनएम फॉर्म अचूकता प्राप्त करत आहेत
  • सिरेमिकसाठी डीएमजी मोरी अल्ट्रासोनिक मालिका
  • फॅनुक रोबोनानो α-NMiA: ०.१ एनएम प्रोग्रामिंग रिझोल्यूशन आणि १ एनएम पोझिशनिंग रिझोल्यूशन
  • सक्रिय कंपन अलगाव पायासह तापमान-नियंत्रित दुकाने ±0.01 °C वर ठेवली जातात

साहित्य आव्हाने आणि निवड

1. ॲल्युमिनियम मिश्र धातु
6061-T6 आणि 5083 हे उत्कृष्ट मशीनिबिलिटी आणि एनोडायझेशन रिस्पॉन्समुळे वर्कहॉर्स आहेत. हार्ड एनोडायझिंग (प्रकार III) प्लाझ्मा हल्ल्याला प्रतिकार करणारा 25-50 µm Al₂O₃ थर तयार करते. तथापि, एनोडायझिंगमधील मायक्रोपोर कणांना अडकवू शकतात — आधुनिक दुकाने मल्टी-स्टेप सीलिंग आणि प्रोप्रायटरी कोटिंग्ज वापरतात (उदा., ट्विन वायर आर्क स्प्रे Al₂O₃ किंवा Y₂O₃ प्लाझ्मा स्प्रे).
१. स्टेनलेस स्टील्स
NF₃ आणि Cl₂ प्लाझ्मा विरुद्ध गंज प्रतिकार करण्यासाठी 316L निवडले जाते. कणांचे आसंजन कमी करण्यासाठी Ra < 0.2 µm पर्यंत इलेक्ट्रोपॉलिशिंग करणे अनिवार्य आहे.
४.२. सिरॅमिक्स
अ‍ॅल्युमिना (९९.८%), अ‍ॅल्युमिनियम नायट्राइड आणि सिलिकॉन कार्बाइड हे डायमंड टूल्स वापरून "हिरव्या" स्थितीत मशीन केले जातात, नंतर सिंटर केले जातात. सिंटरिंगनंतर सहनशीलता १८-२२% कमी होते, ज्यासाठी अत्याधुनिक संकोचन भरपाई मॉडेल्सची आवश्यकता असते.
४. कमी-सीटीई मिश्रधातू
इनवार ३६ आणि सुपर इनवार हे EUV आणि DUV लिथोग्राफी टप्प्यांमध्ये वापरले जातात जिथे १०-४० °C तापमानाच्या चढउतारांमध्ये नॅनोमीटर स्थिरता आवश्यक असते.
५. रेफ्रेक्ट्री धातू
मॉलिब्डेनम आणि टंगस्टन हे उच्च-तापमानाच्या इलेक्ट्रोडसाठी मशीन केलेले असतात. हे पदार्थ अत्यंत अपघर्षक असतात आणि त्यांना उच्च-दाब शीतलक (७०-१०० बार) असलेल्या कठोर मशीनची आवश्यकता असते.

गंभीर यंत्र प्रक्रिया

१. अॅल्युमिनियमचे हाय-स्पीड मशीनिंग (HSM)

Sपिंडल स्पीड २०,०००–४२,००० आरपीएम, संतुलित पीसीडी किंवा सिंगल-क्रिस्टल डायमंड टूल्स, मिस्ट कूलिंग आणि लुक-अहेड अल्गोरिदम एकाच पासमध्ये आरशासारखे फिनिश (Ra < ४ एनएम) करण्यास अनुमती देतात.

२. सिरेमिकचे डक्टाइल-रेजिम मशीनिंग

कटची खोली एका गंभीर मर्यादेपेक्षा कमी ठेवून (सामान्यत: < 1 µm), ठिसूळ पदार्थांना अल्ट्रा-शार्प डायमंड टूल्स वापरून डक्टाइल मोडमध्ये मशीन केले जाऊ शकते, ज्यामुळे क्रॅक न होता ऑप्टिकल-गुणवत्तेचे पृष्ठभाग तयार होतात.

3. सिंगल-पॉइंट डायमंड टर्निंग (SPDT)
अ‍ॅस्फेरिक EUV मिरर सब्सट्रेट्ससाठी आवश्यक. मशीन्स सब-नॅनोमीटर फीडबॅकसह ऑइल-मिस्ट किंवा व्हॅक्यूम वातावरणात काम करतात.
६.४ वायर ईडीएम आणि सिंकर ईडीएम
कडक पदार्थांमध्ये खोल थंड वाहिन्या आणि गुंतागुंतीच्या वैशिष्ट्यांसाठी वापरले जाते. आधुनिक जनरेटर एकाच स्किम कटमध्ये पृष्ठभागाचे फिनिशिंग <Ra 0.1 µm साध्य करतात.
५. अ‍ॅडिटिव्ह + सबट्रॅक्टिव्ह हायब्रिड मॅन्युफॅक्चरिंग
उदयोन्मुख ट्रेंड: 3D-प्रिंट इनवार किंवा टायटॅनियम जवळ-नेट आकार, नंतर त्याच प्लॅटफॉर्मवर फिनिश-मशीन (उदा., हर्मले एमपीए किंवा लेसरटेक डीईडी हायब्रिड्स).

अचूकता आणि अल्ट्रा-प्रिसिजन सीएनसी आवश्यकता

सेमीकंडक्टर भागांना नियमितपणे मागणी असते:
  • स्थिती अचूकता: ५००-२००० मिमी प्रवासापेक्षा ±२-५ µm
  • पुनरावृत्तीक्षमता: < 1 µm
  • पृष्ठभागाची समाप्ती: प्लाझ्मा-मुखी पृष्ठभागावर Ra 0.025–0.1 µm
  • सपाटपणा: Ø३००–४५० मिमी पेक्षा १–३ µm
  • समांतरता/लंबता: < 3 µm
हे साध्य करण्यासाठी, मशीन शॉप्स यामध्ये गुंतवणूक करतात:
  • ५-अक्ष किंवा ८-अक्ष मशीनिंग सेंटर्स (उदा., यास्दा, मकिनो, डीएमजी मोरी, केर्न, लिच्टी)
  • २०,०००-६०,००० आरपीएम वर चालणारे हायड्रोस्टॅटिक किंवा एअर-बेअरिंग स्पिंडल्स
  • यंत्राचे तापमान ±०.१ °C च्या आत ठेवणारी थर्मल स्टेबिलायझेशन सिस्टीम
  • ०.१ µm रिझोल्यूशनसह ऑन-मशीन प्रोबिंग आणि लेसर टूल सेटर
  • सक्रिय कंपन अलगावसह ग्रॅनाइट किंवा पॉलिमर-काँक्रीट बेस
उदाहरण: बॉक्स-इन-बॉक्स स्ट्रक्चर आणि ०.०५ µm रिझोल्यूशन स्केलमुळे Yasda YBM-950V ९००×५००×४०० मिमी पेक्षा जास्त १ µm व्हॉल्यूमेट्रिक अचूकता प्राप्त करू शकते.

अधिक माहितीसाठी उपयुक्त. हे सर्व सांगू नका, ल्युक्टस नेक अलॅमॅर्पर मॅटिस, पुल्विनार डिपीबस लिओ.

प्रगत मशीनिंग तंत्र

१. लहान साधनांसह हाय-स्पीड मशीनिंग (HSM)
शॉवरहेड्समध्ये ०.१ मिमी मायक्रो एंड मिल्ससह ४०,००० आरपीएमवर ड्रिल केलेले १५,००० Ø०.५ मिमीचे छिद्र असू शकतात. १०० बार थ्रू-टूल कूलंटसह पेक ड्रिलिंग चिप री-वेल्डिंगला प्रतिबंधित करते.
६. अल्ट्रासोनिक-असिस्टेड मशीनिंग
सिरेमिक आणि क्वार्ट्जसाठी, २०-४० kHz अल्ट्रासोनिक कंपन कटिंग फोर्स ३०-७०% ने कमी करते, ज्यामुळे पृष्ठभागाची फिनिशिंग आणि टूल लाइफ नाटकीयरित्या सुधारते.
3. सिंगल-पॉइंट डायमंड टर्निंग (SPDT)
इन्फ्रारेड लेन्स आणि काही कॉपर इलेक्ट्रोडसाठी वापरले जाते. Ra 3-5 nm पर्यंत पृष्ठभागाचे फिनिशिंग नेहमीचे असते.
४. जटिल भूमितींचे ५-अक्षीय एकाचवेळी मिलिंग
१ मिमी व्यासाचे आणि २०:१ आस्पेक्ट रेशो असलेल्या अंतर्गत कूलिंग चॅनेल्स लाँग-रिच टेपर्ड टूल्स आणि ट्रोकोइडल टूलपाथ वापरून मशीनिंग केले जातात.
५. संकरित अ‍ॅडिटिव्ह-सबट्रॅक्टिव्ह प्रक्रिया
काही नवीन घटक (उदा., कॉन्फॉर्मल-कूल्ड शॉवरहेड्स) डीएमएलएस/लेसरक्युसिंग द्वारे इनकोनेल किंवा कॉपरमध्ये 3D प्रिंट केले जातात, नंतर त्याच मशीनवर ±10 µm पर्यंत फिनिश-मशीन केले जातात.

मेट्रोलॉजी आणि गुणवत्ता हमी

कोणत्याही उद्योगात सेमीकंडक्टर भागांची सर्वात कठोर तपासणी केली जाते:
  • ±0.3 µm अनिश्चिततेसह झीस प्रिझ्मो किंवा लीट्झ पीएमएम-सी अल्ट्रा-प्रिसिजन सीएमएम
  • सपाटपणासाठी झायगो जीपीआय किंवा ४डी टेक्नॉलॉजी फेज-शिफ्टिंग इंटरफेरोमीटर
  • Ra पेक्षा कमी असलेल्या पृष्ठभागांसाठी ब्रुकर व्हाईट-लाईट इंटरफेरोमीटर
  • हेलियम मास-स्पेक्ट्रोमीटर गळती चाचणी 10⁻¹⁰ mbar·L/s पर्यंत
  • १५० डिग्री सेल्सिअस तापमानात बेक केल्यानंतर अवशिष्ट वायू विश्लेषण (RGA) आउटगॅसिंगची पुष्टी करण्यासाठी < १०⁻⁹ टॉर·लि/से/सेमी²
  • अल्ट्रासोनिक साफसफाईनंतर लिक्विड पार्टिकल काउंटर (LPC) किंवा लेसर पार्टिकल स्कॅनरद्वारे कण मोजणी
अनेक दुकाने आता इन-प्रोसेस मेट्रोलॉजी वापरतात: ब्लम लेसर टूल सेटर्स, रेनिशॉ OMP400 स्ट्रेन-गेज प्रोब आणि मार्पॉस अकॉस्टिक एमिशन सेन्सर्स रिअल टाइममध्ये मायक्रो-चिपिंग शोधण्यासाठी.

क्लीनरूम मशीनिंग आणि पोस्ट-प्रोसेसिंग

३० एनएमपेक्षा जास्त कण ३ एनएम ट्रान्झिस्टरला मारू शकतात, त्यामुळे अनेक उच्च दर्जाच्या दुकानांनी त्यांच्या अचूक मशीनभोवती थेट आयएसओ ५ (क्लास १००) किंवा आयएसओ ४ क्लीनरूम बसवले आहेत.
 
उदाहरणे समाविष्ट:
  • बुलेन अल्ट्रासोनिक्स (यूएसए)
  • टायरोलिट सीएनसी क्लीनरूम सुविधा (ऑस्ट्रिया)
  • कॅननचे उत्सुनोमिया प्रेसिजन मशीनिंग क्लीनरूम (जपान)
मशीनिंगनंतरच्या साफसफाईच्या क्रमांमध्ये सामान्यतः हे समाविष्ट असते:
  1. उच्च-दाब DI पाणी + मेगासॉनिक आंदोलन
  2. बहु-चरण रासायनिक स्वच्छता (SC-1, SC-2, पिरान्हा)
  3. अल्ट्रा-प्युअर N₂ ब्लो-ड्राय
  4. १५०-२०० डिग्री सेल्सिअस व्हॅक्यूम बेक
  5. N₂-शुद्ध केलेल्या बॅगांमध्ये डबल-बॅगिंग

केस स्टडी: EUV वेफर स्टेज बेसप्लेटची मशीनिंग

एक सामान्य ४५० मिमी EUV वेफर स्टेज बेसप्लेट गुंतागुंतीचे स्पष्टीकरण देते:
  • साहित्य: SiSiC सिरेमिक, ९०० × ८०० × १०० मिमी
  • सपाटपणाची आवश्यकता: संपूर्ण पृष्ठभागावर < 1 µm PV
  • १२० एम्बेडेड कूलिंग चॅनेल, ३ मिमी व्यास, ±१५ µm स्थिती
  • ६०० थ्रेडेड इन्सर्ट (M4 हेलियम-लाइट)
  • अंतिम पृष्ठभाग: Ra < 50 nm पर्यंत लॅप केलेले
प्रक्रिया प्रवाह:
  1. रिअॅक्शन-बॉन्डेड ब्लँकचे हिरवे मशीनिंग
  2. सिलिकॉन घुसखोरी आणि उष्णता उपचार
  3. ५-अक्षीय मशीनिंग सेंटरवर रफ ग्राइंडिंग
  4. १ µm खोलीच्या कटसह डक्टाइल-रेजिम फिनिश ग्राइंडिंग
  5. अंतिम स्वरूप दुरुस्तीसाठी मॅग्नेटोरिओलॉजिकल फिनिशिंग (MRF)
  6. झायगो व्हेरीफायर एमएसटी ६०० मिमी एपर्चर इंटरफेरोमीटरवरील मेट्रोलॉजी
  7. गरज पडल्यास अंतिम हाताने लॅपिंग
एकूण मशीनिंग वेळ: प्रत्येक भागासाठी ६-१० आठवडे. किंमत: $८००,०००–$१.२ दशलक्ष.

उद्योग २ नॅनोमीटरपेक्षा कमी नोड्सकडे जात असताना आव्हाने

१. अँग्स्ट्रॉम-स्तरीय स्थिरता
भविष्यातील EUV हाय-NA टूल्सना ५०-१०० पिकोमीटर रेंजमध्ये स्टेज पोझिशनिंग स्थिरतेची आवश्यकता असेल. हे यांत्रिक घटकांना मूलभूत सामग्री मर्यादेकडे ढकलते.
२. ४५० मिमी संक्रमण
मोठ्या वेफर्सना त्याच सापेक्ष अचूकतेसह आणखी मोठ्या मशीन केलेल्या घटकांची आवश्यकता असते - अडचणीत घातांकीय वाढ.
३. नवीन साहित्य
कार्बन-आधारित पदार्थ (ग्राफीन कोटिंग्ज, हिऱ्यासारखे कार्बन), धातू-मॅट्रिक्स कंपोझिट आणि फोटोनिक संरचनांसाठी पूर्णपणे नवीन मशीनिंग पॅराडाइम्सची आवश्यकता असेल.
4. टिकाव
उद्योगावर ऊर्जा, पाणी आणि रसायनांचा वापर कमी करण्याचा दबाव आहे. मशीनिंग दुकाने किमान-प्रमाणातील स्नेहन (MQL), क्रायोजेनिक कूलिंग आणि अॅल्युमिनियम चिप्सचे पुनर्वापर स्वीकारत आहेत.

निष्कर्ष

सेमीकंडक्टर बातम्यांमध्ये लिथोग्राफी तरंगलांबी आणि ट्रान्झिस्टर घनतेवर लक्ष केंद्रित केले जात असले तरी, वास्तविकता अशी आहे की सीएनसी मशीनिंगद्वारे तयार केलेल्या अल्ट्रा-अचूक यांत्रिक घटकांच्या सैन्याशिवाय कोणतीही अग्रगण्य चिप तयार केली जाऊ शकत नाही. मल्टी-टन व्हॅक्यूम चेंबर्स फ्लॅट ते एका मायक्रॉन ते सिरेमिक वेफर स्टेज स्टेबल ते काही अणूंपर्यंत, सीएनसी मशीनिंग यांत्रिकदृष्ट्या शक्य असलेल्या गोष्टींच्या पूर्ण सीमेवर कार्य करते.
 
उद्योग जसजसे अँग्स्ट्रॉम-स्केल वैशिष्ट्यांकडे आणि ४५० मिमी वेफर्सकडे धावत जाईल तसतसे अचूक मशीनिंगची मागणी आणखी तीव्र होईल. ज्या दुकानांमध्ये मीटर-स्केल भागांवर, विदेशी मटेरियलमध्ये, क्लीनरूम परिस्थितीत सब-मायक्रॉन अचूकता दिली जाऊ शकते, ते एएसएमएल, अप्लाइड मटेरियल्स, लॅम रिसर्च, टोकियो इलेक्ट्रॉन आणि स्वतः चिपमेकर्सचे अपरिहार्य भागीदार राहतील.
 
शेवटी, प्रसिद्ध मूरचा नियम ही केवळ भौतिकशास्त्र आणि रसायनशास्त्राची कहाणी नाही - ती एका वेळी एका परिपूर्ण मशीनी घटकाच्या अंमलबजावणीद्वारे यांत्रिक अभियांत्रिकीचा विजय देखील आहे.