কীভাবে হাই পিউরিটি স্টিম জেনারেটর দূষণের ঝুঁকি কমায়

অ্যাডভান্সড সেমিকন্ডাক্টর ফ্যাবসে হাই পিউরিটি স্টিম জেনারেটরের গুরুত্বপূর্ণ ভূমিকা

2nm এবং 3nm সেমিকন্ডাক্টর নোডসে অশুদ্ধির প্রতি বৃদ্ধি পাওয়া সংবেদনশীলতা

যখন আমরা ২ ন্যানোমিটার এবং ৩ ন্যানোমিটার প্রক্রিয়াকরণ নোডগুলিতে পৌঁছাই, তখন অর্ধপরিবাহী উত্পাদন কারখানাগুলি গুরুতর দূষণের সমস্যার মুখোমুখি হয়। প্রতি ১০^১২ টি বাষ্প কণার মধ্যে একক হাইড্রোকার্বন অণু থাকা এমন একটি ডিভাইসকে নষ্ট করতে পারে। পূর্বে ৭ ন্যানোমিটারের বেশি প্রক্রিয়াকরণের সময়, নির্মাতারা প্রতি বিলিয়ন অংশে অশুদ্ধি সহ্য করতে পারত। কিন্তু এখন ৩ ন্যানোমিটার প্রক্রিয়াকরণের সাথে, তাদের প্রয়োজন প্রতি ট্রিলিয়ন অংশে বিশুদ্ধতা। এটি আগের তুলনায় প্রায় এক হাজার গুণ বেশি পরিষ্কার। এতটা কঠোর প্রয়োজনীয়তা কেন? কারণ আজকালকার ট্রানজিস্টর গেটগুলি মাত্র ১২ থেকে ১৫টি সিলিকন পরমাণুর প্রস্থের সমান। এমনকি অ্যাংগস্ট্রম স্কেলে ক্ষুদ্রতম অশুদ্ধিগুলিও কোয়ান্টাম টানেলিং প্রভাবগুলি বিঘ্নিত করে এবং গেট অক্সাইডগুলির অখণ্ডতা ক্ষতিগ্রস্ত হয়, যার ফলে ডিভাইসগুলি ঠিকভাবে কাজ করা বন্ধ করে দেয়।

কীভাবে উচ্চ বিশুদ্ধতা বাষ্প জেনারেটর অণুস্তরের পরিষ্কারতা নিশ্চিত করে

আজকাল উচ্চ বিশুদ্ধতা সম্পন্ন বাষ্প জেনারেটরগুলি অণুর স্তরে পরিষ্কারতার অবিশ্বাস্য মাত্রা প্রাপ্ত হয়েছে, তিনবার পাতন প্রক্রিয়া এবং 0.001 মাইক্রন পর্যন্ত কাজ করে এমন অত্যন্ত কম কণাযুক্ত ফিল্টারগুলির সাহায্যে। এই সিস্টেমগুলি মূলত প্রায় সমস্ত খারাপ জিনিস সরিয়ে ফেলে - আমরা আয়ন, জৈবিক পদার্থ, ধাতু এবং অন্যান্য জিনিসগুলির 99.9999% অপসারণের কথা বলছি। যখন উৎপাদনকালীন বাষ্পটি ফটোরেসিস্ট কোটিং বা সিলিকন ওয়েফারের মতো সংবেদনশীল উপকরণগুলির সংস্পর্শে আসে তখন এটি খুবই গুরুত্বপূর্ণ। কিছু নতুনতম উন্নত সিস্টেমগুলিতে ভর বর্ণালী প্রযুক্তি ব্যবহার করে অশুদ্ধতার মাত্রা 5 প্রতি ট্রিলিয়ন অংশের নিচে রাখার জন্য অন্তর্নির্মিত সময়ের সাথে সাথে পর্যবেক্ষণ ব্যবস্থা রয়েছে। আসলেই এটি যুক্তিযুক্ত কারণ এই ধরনের মেশিনগুলি সেই শিল্প 4.0 এর স্মার্ট উত্পাদন মানগুলি মেনে চলতে হবে যেগুলি সম্পর্কে সবাই এখন কথা বলছে।

কেস স্টাডি: 3nm নোড ফ্যাব্রিকেশন সুবিধায় ব্যবহার

এক বৃহৎ চিপ নির্মাতা প্রতিষ্ঠান অক্সিডেশন ও তাপ প্রক্রিয়ায় উচ্চ বিশুদ্ধতার ভাপ জেনারেটর ব্যবহার করার পর ওয়েফারের ত্রুটি উল্লেখযোগ্য হারে কমতে দেখা যায়। এখানে পার্থক্য হয়েছিল সিস্টেমের ক্লোজড লুপ নিয়ন্ত্রণ পদ্ধতির কারণে, যা ভাপের পরিবাহিতা 0.055 মাইক্রোসিমেন্স প্রতি সেন্টিমিটারের কাছাকাছি স্থিতিশীল রাখত। এটি আগের সিস্টেমগুলির তুলনায় ঠিক অর্ধেক। ফলস্বরূপ, 3nm FinFET গেট তৈরির সময় উৎপাদন দক্ষতা 12% বৃদ্ধি পায়। সবকিছু চালু হওয়ার পর, 0.1 মাইক্রন বা তার বেশি কণার সংখ্যা প্রতি মিলিলিটারে মাত্র 0.2 কণা পাওয়া গিয়েছিল। এই কর্মক্ষমতা এই অত্যাধুনিক নির্মাণ প্রক্রিয়ার জন্য প্রয়োজনীয় SEMI F57 মানকে ছাপিয়ে যায়, যা দ্বারা মান নিয়ন্ত্রণের উন্নতি প্রমাণিত হয়।

বাস্তব সময়ে বিশুদ্ধতা পর্যবেক্ষণের সাথে একীকরণ (পয়েন্ট-অফ-ইউজ বা ব্যবহারের স্থানে)

আধুনিক বাষ্প জেনারেটরগুলি এখন প্রতিটি ব্যবহারের স্টেশনে সেন্সর দিয়ে সজ্জিত যা কেন্দ্রীয় রক্ষণাবেক্ষণ সিস্টেমে নিরবচ্ছিন্ন ডেটা স্ট্রিম পাঠায়। প্রাথমিক পরীক্ষার সময় এই সেটআপগুলি দূষণের কারণে স্থগিত সময়কে প্রায় 25-30% কমিয়ে দেয় কারণ এটি ফিল্টারগুলি প্রকৃত ব্যর্থতার চেয়ে দু'দিনেরও বেশি সময় আগে ক্ষয় হতে শুরু করে তা চিহ্নিত করে। অস্বাভাবিক প্যাটার্নের জন্য স্মার্ট এআই মনিটরিং এর সাথে জোড়া দেওয়ার সময়, সম্পূর্ণ সিস্টেমটি প্রায় অবিচ্ছিন্নভাবে 99.9996% উপলব্ধতা রেটে চলতে থাকে। এটি অর্থনৈতিকভাবে বিপুল অর্থ উপার্জনকারী অর্ধপরিবাহী উত্পাদন কারখানার জন্য অত্যন্ত গুরুত্বপূর্ণ কারণ 2023 সালে পনেম্যান ইনস্টিটিউটের সদ্য প্রকাশিত প্রতিবেদন অনুযায়ী মাত্র এক ঘন্টা হারানোর জন্য তাদের ক্ষতি হয় সাড়ে সাত লক্ষ চৌত্রিশ হাজার মার্কিন ডলারের বেশি।

অর্ধপরিবাহী উৎপাদন ও প্রতিবর্তনে দূষণের প্রভাব

ন্যানোস্কেল নোডগুলিতে কণা এবং আণবিক অশুদ্ধি কীভাবে প্রতিবর্তন হ্রাস করে

যখন আমরা 2nm এবং 3nm প্রক্রিয়া নোডগুলিতে পৌঁছাই, তখন বৈশিষ্ট্যগুলি এতটাই ক্ষুদ্র হয়ে যায় যে সেগুলি মূলত মাত্র 15 থেকে 20 পরমাণুর মাত্রার সমান হয়, যা তাদের যেকোনো ধরনের দূষণের প্রতি অত্যন্ত সংবেদনশীল করে তোলে। 2nm মাপের ক্ষুদ্র কণাগুলি মূলত উত্পাদনকালীন EUV লিথোগ্রাফি প্যাটার্নগুলিকে বিপর্যস্ত করে দিতে পারে। এবং তারপরে অক্সিজেন অণু বা হাইড্রোকার্বন অবশেষের মতো আণবিক দূষকদ্রব্যের সম্পূর্ণ সমস্যাটি ঘটে যা পরিণতিতে গেট অক্সাইড স্তরগুলি নষ্ট করে দেয়। গবেষকদের দ্বারা গ্যাসের শুদ্ধতা মানদণ্ড সম্পর্কে যা কিছু পাওয়া গেছে তা দেখলে অবাক লাগে। যদি বাতাসে ভাসমান আণবিক ক্ষার (AMB) 0.1 প্রতি বিলিয়ন অংশের চেয়ে বেশি হয়ে যায়, তখন অগ্রসর লজিক চিপ উত্পাদনকারী কারখানাগুলির উৎপাদন হ্রাস পায় প্রায় 12%। এই চরম সংবেদনশীলতার কারণে পরিষ্কার কক্ষগুলিকে নির্দিষ্ট অঞ্চলে ISO ক্লাস 1 মানের চেয়েও ভালো অবস্থা বজায় রাখতে হয়। বিশ্বাস করুন না করুন, যখন কর্মীরা এই স্থানগুলিতে কেবল স্বাভাবিকভাবে নিঃশ্বাস নিচ্ছেন, তখন তাদের নিঃশ্বাসে যথেষ্ট পরিমাণে দূষক থাকে যা সেখানে চলমান ক্ষণস্থায়ী প্রস্তুতি প্রক্রিয়াগুলিকে ক্ষতি করতে পারে।

উচ্চ-ভলিউম অর্ধপরিবাহী উত্পাদনে ত্রুটির আর্থিক খরচ

উৎপাদন বৃদ্ধি করলে দূষণের কারণে আর্থিক ক্ষতি অনেক বেশি হয়। ধরে নিন, এমন একটি কারখানা যেখানে প্রতি মাসে প্রায় 100 হাজার ওয়েফার নিয়ে কাজ হয়। যদি তাদের উৎপাদনশীলতা মাত্র 1% কমে যায়, তাহলে প্রতি বছর প্রায় 5.8 কোটি ডলার ক্ষতি হতে পারে। আর এখানে এমন একটা বিষয় হল যে, প্রতিটি আধুনিক ওয়েফারের দাম আজকাল 30 হাজার ডলারেরও বেশি। 2025 সালের মধ্যে অর্ধপরিবাহী শিল্প নতুন 18টি ফ্যাব্রিকেশন সুবিধা তৈরির পরিকল্পনা করছে, তাই দূষণ নিয়ন্ত্রণ করা শুধুমাত্র বর্তমানে অর্থ বাঁচানোর বিষয়টি নয়, এটি প্রতি বছর 74 বিলিয়ন ডলারের বাজারকে প্রভাবিত করে। সাইটের প্রয়োজনীয় স্থানে উচ্চ-বিশুদ্ধতা স্টিম জেনারেটর স্থাপন করে ত্রুটিপূর্ণ পণ্যের পুনর্নির্মাণ প্রায় এক তৃতীয়াংশ কমিয়ে আনা যায়। এটি প্রস্তুতকারকদের স্পষ্টভাবে দেখায় যে বিশুদ্ধতা সমাধানে বুদ্ধিমান বিনিয়োগ করা এত ব্যয়বহুল উত্পাদন প্রক্রিয়ায় লাভ রক্ষার জন্য কেন যৌক্তিক।

3nm-এর নিচে ফ্যাব্রিকেশন স্কেলে পরিষ্কারতা বজায় রাখার চ্যালেঞ্জ

নোড স্কেলিংয়ের কারণে ত্রুটি সংবেদনশীলতার দ্বিঘাত বৃদ্ধি

3nm এর নিচের নোডগুলিতে, ত্রুটি সংবেদনশীলতা দ্বিঘাত হারে বৃদ্ধি পায় - 2024 সেমিকন্ডাক্টর পিউরিটি রিপোর্ট অনুযায়ী, 0.5nm কণা চিপের 4% কার্যকারিতা অক্ষম করতে পারে। এখন ফ্যাব্রিকেশন লাইনগুলিতে দেখা যাচ্ছে:

• 400% উচ্চতর কণা ত্রুটি হার 5nm প্রক্রিয়াগুলির তুলনায়
• 18% ওয়েফার ক্ষতি প্রক্রিয়া গ্যাসগুলিতে আণবিক অশুদ্ধির সাথে সম্পর্কিত
• ±0.1 ppb দূষণ পরিবর্তন এবং 0.8% আউটপুট পার্থক্যের মধ্যে সংশ্লেষ

এই পরিবেশে অক্সিডেশনের প্রধান পদক্ষেপগুলির জন্য 0.1 ppt এর নিচে বাষ্প বিশুদ্ধতা প্রয়োজন - যা কেবলমাত্র উন্নত উচ্চ বিশুদ্ধতা বাষ্প জেনারেটরগুলির সাথে অর্জন করা যেতে পারে।

আধুনিক ফিল্ট্রেশনের সীমাবদ্ধতা: কি তারা ভবিষ্যতের বিশুদ্ধতা চাহিদা পূরণ করতে পারে?

3nm এর নিচের উত্পাদনের জন্য তিনটি প্রধান ক্ষেত্রে আধুনিক গ্যাস ফিল্ট্রেশন অপর্যাপ্ত হয়ে ওঠে:

সাম্প্রতিক শিল্প বিশ্লেষণে দেখা গেছে 3nm ফ্যাবসের মধ্যে 72% ক্ষেত্রে দেখা যায় দ্রুত তাপীয় প্রক্রিয়াকরণের সময় ASML এর প্রস্তাবিত সীমার চেয়ে বাষ্পজাত দূষণ বেশি হয়। এই ফাঁকগুলি অণুর স্তরে গ্যাস সরবরাহ পুনর্বিন্যাসের প্রয়োজনীয়তা তৈরি করে - যা আধুনিক উচ্চ বিশুদ্ধতা বাষ্প জেনারেটরগুলি ব্যবহারের সময় বিশুদ্ধকরণ এবং প্রকৃত সময়ে ppt স্তরের পর্যবেক্ষণের মাধ্যমে পূরণ করা হয়।

উচ্চ বিশুদ্ধতা বাষ্প জেনারেটর এবং গ্যাস বিশ্লেষণের মাধ্যমে উন্নত অশুদ্ধতা সনাক্তকরণ

অংশ প্রতি ট্রিলিয়ন (ppt) স্তরের দূষণ সনাক্তকরণ অর্জন

আধুনিক ফ্যাব্রিকেশন সুবিধাগুলির জন্য সনাক্তকরণের প্রয়োজনীয়তা পুরানো সিস্টেমগুলির তুলনায় প্রায় 1000 গুণ বেড়েছে কারণ একক অণু দূষণকারী গুরুতর সমস্যা সৃষ্টি করতে পারে। যখন বায়ুমণ্ডলীয় চাপ আয়নীকরণ ভর স্পেকট্রোমেট্রি উচ্চ শুদ্ধতা স্টিম জেনারেটরগুলির সাথে একযোগে ব্যবহৃত হয়, এটি ট্রিলিয়ন প্রতি অংশগুলির নির্ভরযোগ্য সনাক্তকরণের মাত্রা প্রদান করে যা প্রায় 60% পারম্পরিক বিলিয়ন প্রতি অংশগুলির চেয়ে ভালো। 2nm এবং 3nm নোডগুলির জন্য অর্ধপরিবাহী উত্পাদনে এই ধরনের সংবেদনশীলতা খুবই গুরুত্বপূর্ণ। গত বছরের শিল্প তথ্য থেকে কিছু অবাক করা তথ্য পাওয়া গেছে: অক্সিজেন বা হাইড্রোকার্বনের মাত্র 5 পিপিটি দূষণের মাত্রা সর্বত্র 12% থেকে 18% পর্যন্ত উৎপাদন আয় হ্রাস করতে পারে।

স্টিম শুদ্ধতা সিস্টেম এবং বহু-উপাদান গ্যাস বিশ্লেষণ সরঞ্জামগুলির মধ্যে সহজোতা

অত্যন্ত বিশুদ্ধ বাষ্প উৎপাদন এবং তাৎক্ষণিক গ্যাস মনিটরিং একত্রিত করে উৎপাদন পরিবেশে দূষণ নিয়ন্ত্রণে আরও ভালো নিয়ন্ত্রণ সৃষ্টি হয়। উদাহরণ হিসাবে বলা যায়, যখন গ্যাস বিশ্লেষকগুলি প্রতি ট্রিলিয়নে মাত্র 2.7 ভাগ পরিবেশবান্ধব জৈব যৌগ ধরে ফেলে, তখন বাষ্প শোধন ব্যবস্থা প্রায় তাৎক্ষণিকভাবে জল চিকিত্সার সেটিংস সামান্য পরিবর্তন করে দেয়। ফলাফলটি হল যে, 2023 এর সদ্য প্রকাশিত প্রক্রিয়া প্রতিবেদন অনুসারে 300মিমি ওয়েফার প্রক্রিয়াকরণকারী অর্ধপরিবাহী কারখানাগুলি কণা সমস্যার পরিমাণ প্রায় 70% হ্রাস করে। এই সমস্ত সুবিধাগুলি তাপমাত্রা 0.1 ডিগ্রি সেলসিয়াসের কম স্থিতিশীল রাখে, যা চিপ তৈরিতে ব্যবহৃত পরমাণু স্তর জমা রাখার যন্ত্রগুলির জন্য অত্যন্ত গুরুত্বপূর্ণ। বর্তমানে সবথেকে বড় অর্ধপরিবাহী উত্পাদকদের অধিকাংশই তাদের আইএসও ক্লাস 1 পরিষ্কার কক্ষের মানগুলির অংশ হিসাবে এই ধরনের সিস্টেম একীকরণের প্রয়োজনীয়তা অনুভব করছে।

FAQ

অর্ধপরিবাহী ফ্যাব্রিকেশন প্ল্যান্টে উচ্চ বিশুদ্ধতা বাষ্প জেনারেটরগুলি কেন প্রয়োজনীয়?

উচ্চ পরিশোধন বাষ্প জেনারেটরগুলি অর্ধপরিবাহী প্রস্তুতিতে অপরিহার্য কারণ এগুলি 2nm এবং 3nm এর মতো ক্ষুদ্র প্রক্রিয়া নোডের জন্য অণুর পরিপ্রেক্ষিতে চরম পরিষ্কারতা নিশ্চিত করে। এই পরিষ্কারতা দোষগুলি প্রতিরোধ করে এবং আরও ভালো উৎপাদন ফলাফল প্রদান করে কারণ দূষণের ফলে ডিভাইসের কার্যকারিতা গুরুতরভাবে প্রভাবিত হতে পারে।

উচ্চ পরিশোধন বাষ্প জেনারেটর কিভাবে কাজ করে?

এই জেনারেটরগুলি আয়ন, জৈব এবং ধাতুগুলি সহ অশুদ্ধিগুলি অপসারণের জন্য ট্রিপল ডিসটিলেশন এবং অতি নিম্ন কণা ফিল্টারের মতো উন্নত পরিশোধন পদ্ধতি ব্যবহার করে। এগুলি বাস্তব সময়ের নিরীক্ষণ প্রযুক্তি ব্যবহার করে অশুদ্ধির মাত্রা অত্যন্ত কম রাখার নিশ্চয়তা দেয়, যা কঠোর উত্পাদন মানকে পূরণ করে।

অর্ধপরিবাহী উত্পাদনে উচ্চ পরিশোধন বাষ্প জেনারেটরের কী অর্থনৈতিক সুবিধা রয়েছে?

উচ্চ মানের ভাপ জেনারেটরগুলি ত্রুটি কমাতে সাহায্য করে, এর ফলে উৎপাদন বৃদ্ধি পায়। এই উন্নতি উৎপাদন কারখানাগুলির কোটি কোটি টাকা বাঁচাতে পারে কারণ এটি উচ্চ উৎপাদন দক্ষতা বজায় রাখে এবং ত্রুটিপূর্ণ পণ্যগুলির পুনর্নির্মাণের প্রয়োজনীয়তা কমায়।

3 ন্যানোমিটারের কম মাপের উৎপাদনে দূষণের চ্যালেঞ্জগুলি কী কী?

3 ন্যানোমিটারের কম মাপের সেমিকন্ডাক্টরগুলি ত্রুটির প্রতি অত্যন্ত সংবেদনশীল কারণ এদের আকার খুবই ক্ষুদ্র। এমনকি একক অশুদ্ধির একটি অণুও কার্যকারিতা নষ্ট করে দিতে পারে, যার ফলে কার্যক্রমের অখণ্ডতা এবং উৎপাদন বজায় রাখতে অগ্রসর অশুদ্ধি সনাক্তকরণ এবং পরিশোধন পদ্ধতির প্রয়োজন হয়।