சில்லுவின் கதை 13. எல்லாம் நாமே தயாரிக்க வேண்டியதில்லை எனும் வெற்றிக் கொள்கை

சில்லுவின் கதை – பேராசிரியர் ராஜேஷ் ஜெலே – ஐஐடி பம்பாய் (Chip Story – Prof. Rajesh Zele – IIT Bombay)

முதன்முதலில் காண்புறு (visible) ஒளியைப் பயன்படுத்தினர்

0:00 ஒளி அரித்தல் (Photolithography) என்பது அடிப்படையில் ஒளியைக் கொண்டு ஒரு சமதளத்தில் தேவையான வடிவமைப்பை அரித்து எடுத்தல் (etching). இதை எளிமையாகப் பார்க்கும்போது, ஒளியை ஒரு கத்தியைப் போல் பயன்படுத்தி வெட்டி எடுக்கிறோம் என்றும் சொல்லலாம். சிலிக்கான் வில்லைப் பரப்பில் ஒளியைப் பயன்படுத்தி ஒரு வடிவமைப்பை அச்சிடுவதற்கான ஒரு செயல்முறை இது. ஜே லாத்ரோப் (Jay Lathrop) மற்றும் ஜேம்ஸ் நால் (James Nall) ஆகியோர் நுண்ணோக்கியைத் (microscope) தலைகீழாக வைத்து ஒரு பெரிய வடிவத்தை மிகச்சிறியதாக மாற்றி அச்சிடும் யோசனையைக் கொண்டு வந்தனர் என்று முன்னர் பார்த்தோம். அப்போது அவர்கள் காண்புறு ஒளியைப் பயன்படுத்தினர்.

நுண்ணிய விவரங்களைக் கையாளும் வகையில் ஒளித்திரை (photomask)

2:15 நாம் ஒரு சிலிக்கான் தளப்பொருளை எடுத்துக்கொள்கிறோம். அதன் மேல் ஒளிஉணர் பூச்சு (photoresist) பூசுகிறோம். இரண்டு வகையான ஒளிஉணர் பூச்சுகள் உள்ளன. ஒளி படும்போது மென்மையாவது ஒரு வகை. ஒளி படும்போது கடினமாவது மற்றொரு வகை. அந்த ஒளிஉணர் பூச்சின் மேல், சிலிக்கான் தளப்பொருளில் அச்சிட விரும்பும் வடிவமைப்பைக் கொண்ட ஒரு ஒளித்திரையை வைக்கிறோம். ஒளித்திரை ஒளியை ஊடுருவ விடாது. நாம் நானோமீட்டர் (nanometer) அளவிலான சிறிய வடிவங்களை உருவாக்கும்போது, அந்த நுண்ணிய விவரங்களைக் கையாளும் வகையில் ஒளித்திரை மிகவும் துல்லியமாக இருக்க வேண்டும். என் மனைவி சரிதா ஃபோட்ரானிக்ஸ் (Photronics) என்ற ஒளித்திரை தயாரிக்கும் நிறுவனத்தில் பணிபுரிந்தார். நான் வடிவமைத்த சில சில்லுகளுக்கான ஒளித்திரைகள் இந்த நிறுவனத்தால் தயாரிக்கப்பட்டன.

நானோமீட்டர் வடிவமைப்புகளில் சிறந்த துல்லியத்தைப் பெற ஒளிமூலம் (light source) முக்கியம்

4:22 நானோமீட்டர் அளவிலான சிறிய வடிவமைப்புகளில் சிறந்த துல்லியத்தைப் பெறுவதற்கு இரண்டு முக்கியக் காரணிகள் உள்ளன. முதலாவது, நாம் ஏற்கனவே பார்த்தது போல, ஒளித்திரையின் தரம். இரண்டாவது ஒளிமூலம் (light source). தெளிவுத்திறனை (resolution) மேம்படுத்துவதற்கு, ஒளியின் தரத்தை மேம்படுத்த வேண்டும். ஒளிக்கு அலைநீளம் என்ற ஒரு பண்பு உண்டு. அலைநீளம் குறைவாக இருந்தால், தெளிவுத்திறன் சிறப்பாக இருக்கும். காண்புறு ஒளியை (visible light) விடக் குறைவான அலைநீளத்திற்குச் செல்லும்போது, முதலில் புற ஊதா (ultraviolet), பின்னர் எக்ஸ்-கதிர்கள் (x-ray), பின்னர் காமாக் கதிர்கள் (Gamma ray) என்று வரிசையாக வருகின்றன. லேத்ராப் மற்றும் நால் ஆகியோர் பாதரச ஆவி விளக்குகளின் காண்புறு ஒளியைப் பயன்படுத்தினர். அலைநீளத்தை மேலும் குறைக்க, புற ஊதாக்கதிர்கள் பயன்படுத்தப்பட்டன. அடுத்து, ஆழ் புறஊதாக்கதிர்கள் (DUV – Deep UV) பயன்படுத்தப்பட்டன. இவற்றை விட மிகக் குறைவான அலைநீளம் கொண்டவை எக்ஸ்-கதிர்கள். இருப்பினும், இவை தடிமனான ஈயத் தகடுகள் தவிர பெரும்பாலான பொருட்களை ஊடுருவிச் செல்லும் என்பது நமக்குத் தெரியும். காமாக் கதிர்கள் இதைவிடவும் அதிகம் ஊடுருவக்கூடியவை. இம்மாதிரி ஒளித்திரையையே ஊடுருவிச் செல்லும் ஒளிமூலங்கள் நம் வேலைக்கு ஆகாது.

அதிகத் தெளிவுத்திறனுக்காக DUV-ஐ விடக் குறைவான அலைநீளம் கொண்ட ஆனால் எக்ஸ்-ரே அல்லாத ஒளி தேவை

7:35 எனவே, இதைவிட அதிகத் தெளிவுத்திறனுக்காக DUV-ஐ விடக் குறைவான அலைநீளம் கொண்ட ஆனால் எக்ஸ்-ரே அல்லாத ஒளிமூலம் தேவைப்பட்டது. 13 நானோமீட்டர் அலைநீளம் கொண்ட மீப் புறஊதா (EUV – Extreme ultraviolet) ஒளிதான் அந்தக் கனவுத் தேடலாக இருந்தது. அந்த நேரத்தில் மூன்று நிறுவனங்கள் இந்த இயந்திரத் தயாரிப்பில் இருந்தன – கேனன் (Canon), நைக்கான் (Nikon) மற்றும் ASML. EUV-க்குத் தேவைப்படும் மிகப் பெரிய முதலீட்டிற்கு சந்தை இன்னும் தயாராகவில்லை என்று கருதி, கேனன் மற்றும் நைக்கான் அதில் முதலீடு செய்ய வேண்டாம் என்று முடிவு செய்தன. இதன் விளைவாக, ASML வலுவான போட்டியாளராக உருவெடுத்தது.

EUV இயந்திரங்களை உருவாக்குவதில் நெதர்லாண்டு நாட்டு ASML மட்டுமே வெற்றி 

8:34 அடுத்து நெதர்லாண்டு நாட்டு ASML (Advanced Semiconductor Materials Lithography) பற்றிப் பார்ப்போம். 1984 ஆம் ஆண்டில், பிலிப்ஸ் (Phillips) நிறுவனத்திலிருந்து பிரிந்து  ASML தனி நிறுவனமாகத் தொடங்கப்பட்டது. ஆய்வுக்கூடமாகவும் அலுவலகமாகவும் மாற்றப்பட்ட சரக்குக்கலன்களில் (shipping containers) மிக எளிமையாக இந்த நிறுவனம் தொடங்கியது. ஜப்பானிய நிறுவனங்கள் எல்லாப் பாகங்களையும், துணைத் தொகுப்புகளையும் தாமே கண்டுபிடித்துத் தாமே தயாரிக்க வேண்டும் என்ற கொள்கையுடன் செயல்பட்டனர். இதற்கு முதலீடும் மிக அதிகமாகத் தேவை, நேரமும் அதிகம் எடுக்கும். இவர்கள் அதற்கு மாற்றான அணுகுமுறையை எடுத்துக் கொண்டனர். உலகளாவிய நிறுவனங்களிடமிருந்து தேவையான பாகங்களையும் துணைத் தொகுப்புகளையும் (subassembly) வாங்கி, சிக்கலான அமைப்புகளைத் தொகுத்து  உருவாக்க முடிவு செய்தனர். அனைவரும் அவர்களை ஆதரித்தனர். உதாரணமாக, இன்டெல் ஒரு பில்லியன் டாலர்களுக்கு மேல் முதலீடு செய்தது. அமெரிக்க அரசாங்கத்தால் நிதியளிக்கப்பட்ட ஆராய்ச்சி கூட அவர்களுடன் பகிர்ந்து கொள்ளப்பட்டது. பல பத்தாண்டு கால மேம்பாட்டுப் பணிகளுக்குப் பிறகு, இவர்கள் EUV இயந்திரங்களை உருவாக்குவதில் வெற்றி பெற்றனர்.

தீர்வு காண்பதற்கு மிகவும் கடினமான ஒரு பிரச்சினை

12:05 மீப் புறஊதாக்கதிர் ஒளி அரித்தல் (EUV Photolithography) என்பது தீர்வு காண்பதற்கு மிகவும் கடினமான ஒரு பிரச்சினை. முதலில் உங்களுக்கு ஒரு ஒளிமூலம் தேவை. கலிபோர்னியா பல்கலைக்கழகம் சான் டியாகோவைச் சேர்ந்த (UCSD) விஞ்ஞானிகள், சைமர் (Cymer) என்ற ஒரு நிறுவனத்தை உருவாக்கி, ஒளி மூலக் கருவியை உருவாக்கினர். அவர்கள் உருகிய தகரத்தின் சிறுதுளியின்மீது சீரொளியை (laser) அடித்து பிளாஸ்மாவை உருவாக்கினர். இதன் வெப்பநிலை சூரியனின் வெப்பநிலையை விட அதிகமாக உயரும், அப்போதுதான் EUV ஒளி உருவாகிறது. இதற்கான CO2 சீரொளி எந்திரம் ஜெர்மன் நிறுவனமான ட்ரம்ப்ஃப் (Trumpf) மூலம் வழங்கப்பட்டது. இதில் நிறைய வெப்பம் உருவாகிறது. தொடர்ச்சியான செயல்பாட்டிற்கு இந்த வெப்பத்தைத் திறமையாக அகற்ற வேண்டியிருந்தது. EUV கற்றை அச்சிடும் இடத்திற்கு கொண்டு செல்லப்பட வேண்டும். இந்த லேசர்களை வழிநடத்த, இவர்கள் அதி சுத்தமான வைரங்களைப் பயன்படுத்தினர். மற்றொரு ஜெர்மன் நிறுவனமான ஜெய்ஸ் (Zeiss), EUV ஒளியைச் செலுத்த மாலிப்டினம் (Molybdenum) சிலிக்கான் கண்ணாடிகளை வழங்கியது. இவை எவ்வளவு துல்லியம் என்றால் நிலவில் இருக்கும் ஒரு எறும்பைக் குறி வைத்து இதன்மூலம் ஒளியை அடிக்க முடியும்.

14:40 இவை அனைத்தையும் ஒன்றாக இணைத்து ASML நிறுவனம் EUV ஒளி அரித்தல் இயந்திரங்களை உருவாக்கியது. ஒவ்வொரு இயந்திரத்திலும் அரை மில்லியன் பாகங்கள் இருந்தாலும் மிகவும் நம்பகமானதாக வடிவமைக்கப்பட்டுள்ளது. ஒவ்வொரு இயந்திரத்தின் விலை 100 மில்லியன் டாலர்கள். இது உலகின் மிக விலையுயர்ந்த உற்பத்தி நிலை இயந்திரங்களில் ஒன்றாகும். இந்த EUV ஒளி அரித்தல் இயந்திரத்தை வெற்றிகரமாகத் தயாரித்த ஒரே நிறுவனமாக, ASML உலகம் முழுவதும் குறைந்த நானோமீட்டர் புனைவு ஆலைகளுக்கு முக்கிய வழங்குநராக இருக்கிறது.

தமிழாக்கம்: இரா. அசோகன்