Microfabrication
مائیکرو فیبریکیشن مائیکرو میٹر ترازو اور چھوٹے چھوٹے ڈھانچے بنانے کا عمل ہے۔ تاریخی طور پر، ابتدائی مائیکرو فیبریکیشن کے عمل کو انٹیگریٹڈ سرکٹ فیبریکیشن کے لیے استعمال کیا جاتا تھا، جسے "سیمی کنڈکٹر مینوفیکچرنگ" یا "سیمی کنڈکٹر ڈیوائس فیبریکیشن" بھی کہا جاتا ہے۔ پچھلی دو دہائیوں میں مائیکرو الیکٹرو مکینیکل سسٹمز (ایم ای ایم ایس)، مائیکرو سسٹمز (یورپی استعمال)، مائیکرو مشینیں (جاپانی اصطلاحات) اور ان کے ذیلی شعبے، مائیکرو فلیوڈکس/لیب-آن-اے-چپ، آپٹیکل ایم ای ایم ایس (جسے ایم او ای ایم ایس بھی کہا جاتا ہے)، آر ایف ایم ای ایم ایس، پاور ایم ای ایم ایس، بائیو ایم ای ایم ایس اور نینو اسکیل میں ان کی توسیع (مثال کے طور پر این ای ایم ایس، نینو الیکٹرو مکینیکل سسٹمز کے لیے) نے مائیکرو فیبریکیشن کے دوبارہ استعمال، موافقت یا توسیع شدہ طریقے اختیار کیے ہیں۔ فلیٹ پینل ڈسپلے اور سولر سیل بھی اسی طرح کی تکنیک استعمال کر رہے ہیں۔ مختلف آلات کو چھوٹا کرنا سائنس اور انجینئرنگ کے بہت سے شعبوں میں چیلنجز پیش کرتا ہے: طبیعیات، کیمسٹری، میٹریل سائنس، کمپیوٹر سائنس، انتہائی صحت سے متعلق انجینئرنگ، من گھڑت عمل، اور آلات کا ڈیزائن۔ یہ مختلف قسم کی بین الضابطہ تحقیق کو بھی جنم دے رہا ہے۔ مائیکرو فیبریکیشن کے اہم تصورات اور اصول مائیکرو لیتھوگرافی، ڈوپنگ، پتلی فلمیں، نقاشی، بانڈنگ اور پالش کرنا ہیں۔ استعمال کے شعبوں میں مائیکرو فیبریکیٹڈ ڈیوائسز میں شامل ہیں: انٹیگریٹڈ سرکٹس ("مائیکروچپس") (سیمی کنڈکٹر مینوفیکچرنگ دیکھیں) مائیکرو الیکٹرو مکینیکل سسٹمز (ایم ای ایم ایس) اور مائیکرو آپٹو الیکٹرو مکینیکل سسٹمز (ایم او ای ایم ایس) مائیکرو فلوئڈک ڈیوائسز (انک جیٹ پرنٹ ہیڈز) سولر سیل فلیٹ پینل ڈسپلے (اے ایم ایل سی ڈی اور پتلی فلم ٹرانجسٹرز دیکھیں) سینسرز (مائیکرو سینسرز) (بائیو سینسرز، نینو سینسرز) پاور ایم ای ایم ایس، فیول سیل، انرجی ہارویسٹرز/اسکیونجرز اوریجن مائیکرو فیبریکیشن ٹیکنالوجیز مائیکرو الیکٹرانکس انڈسٹری سے شروع ہوتی ہیں، اور یہ آلات عام طور پر سلکان ویفرز پر بنائے جاتے ہیں حالانکہ گلاس، پلاسٹک اور بہت سے دوسرے سبسٹریٹ استعمال میں ہیں۔ مائیکرو مشیننگ، سیمی کنڈکٹر پروسیسنگ، مائیکرو الیکٹرانک فیبریکیشن، سیمی کنڈکٹر فیبریکیشن، ایم ای ایم ایس فیبریکیشن اور انٹیگریٹڈ سرکٹ ٹیکنالوجی مائیکرو فیبریکیشن کے بجائے استعمال ہونے والی اصطلاحات ہیں، لیکن مائیکرو فیبریکیشن وسیع عام اصطلاح ہے۔ روایتی مشینی تکنیک جیسے الیکٹرو ڈسچارج مشینی، چنگاری کٹاؤ مشینی، اور لیزر ڈرلنگ کو ملی میٹر سائز کی حد سے مائیکرو میٹر کی حد تک بڑھایا گیا ہے، لیکن وہ مائیکرو الیکٹرانکس سے پیدا ہونے والے مائیکرو فیبریکیشن کے بنیادی خیال سے متفق نہیں ہیں: سیکڑوں یا لاکھوں ایک جیسے ڈھانچوں کی نقل اور متوازی بناوٹ۔ یہ متوازی پن مختلف امپرنٹ، کاسٹنگ اور مولڈنگ تکنیکوں میں موجود ہے جن کا مائیکرو ریجیم میں کامیابی سے اطلاق کیا گیا ہے۔ مثال کے طور پر، ڈی وی ڈی کے انجیکشن مولڈنگ میں ڈسک پر سب مائیکرو میٹر سائز کے دھبوں کی بناوٹ شامل ہوتی ہے۔ مائیکرو فیبریکیشن دراصل ٹیکنالوجیز کا ایک مجموعہ ہے جو مائیکرو ڈیوائسز بنانے میں استعمال ہوتی ہیں۔ ان میں سے کچھ کی اصل بہت پرانی ہے، جو مینوفیکچرنگ سے منسلک نہیں ہے، جیسے لیتھوگرافی یا نقاشی۔ پالش کرنا آپٹکس مینوفیکچرنگ سے لیا گیا تھا، اور ویکیوم کی بہت سی تکنیکیں 19 ویں صدی کی طبیعیات کی تحقیق سے آتی ہیں۔ الیکٹروپلٹنگ بھی 19 ویں صدی کی ایک تکنیک ہے جو مائکرو میٹر پیمانے کے ڈھانچے تیار کرنے کے لیے ڈھال لی گئی ہے، جیسا کہ مختلف سٹیمپنگ اور ایمبوسنگ تکنیک ہیں۔ مائیکرو ڈیوائس بنانے کے لیے، ایک کے بعد ایک، کئی بار بار کئی عمل انجام دینے ہوتے ہیں۔ ان عملوں میں عام طور پر فلم جمع کرنا، مطلوبہ مائیکرو فیچرز کے ساتھ فلم کا نمونہ بنانا، اور فلم کے حصوں کو ہٹانا (یا نقاشی) شامل ہیں۔ پتلی فلم میٹرولوجی کا استعمال عام طور پر ان انفرادی عمل کے مراحل میں سے ہر ایک کے دوران کیا جاتا ہے، تاکہ یہ یقینی بنایا جا سکے کہ فلم کے ڈھانچے میں موٹائی (ٹی)، ریفریکٹیو انڈیکس (این) اور معدومیت گتانک (کے) کے لحاظ سے مطلوبہ خصوصیات ہیں، مناسب ڈیوائس رویے کے لیے۔ مثال کے طور پر، میموری چپ کی تیاری میں تقریبا 30 لیتھوگرافی کے مراحل، 10 آکسیکرن کے مراحل، 20 نقاشی کے مراحل، 10 ڈوپنگ مراحل، اور بہت سے دوسرے انجام دیے جاتے ہیں۔ مائیکرو فیبریکیشن کے عمل کی پیچیدگی کو ان کے ماسک کی گنتی سے بیان کیا جا سکتا ہے۔ یہ مختلف نمونوں کی تہوں کی تعداد ہے جو حتمی آلے کو تشکیل دیتی ہیں۔ جدید مائکرو پروسیسرز 30 ماسک کے ساتھ بنائے جاتے ہیں جبکہ چند ماسک مائکرو فلوڈک ڈیوائس یا لیزر ڈایڈڈ کے لیے کافی ہوتے ہیں۔ مائیکرو فیبریکیشن متعدد ایکسپوزر فوٹو گرافی سے مشابہت رکھتی ہے، جس میں حتمی ڈھانچہ بنانے کے لیے بہت سے نمونے ایک دوسرے سے منسلک ہوتے ہیں۔ سبسٹریٹس مائیکروفابریکیٹڈ ڈیوائسز عام طور پر فری اسٹینڈنگ ڈیوائسز نہیں ہوتے ہیں لیکن عام طور پر موٹے سپورٹ سبسٹریٹ کے اوپر یا اس میں بنائے جاتے ہیں۔ الیکٹرانک ایپلی کیشنز کے لیے، سیمی کنڈکٹنگ سبسٹریٹس جیسے سلکان ویفر استعمال کیے جا سکتے ہیں۔ آپٹیکل ڈیوائسز یا فلیٹ پینل ڈسپلے کے لیے، شفاف سبسٹریٹس جیسے گلاس یا کوارٹز عام ہیں۔ سبسٹریٹ بہت سے من گھڑت اقدامات کے ذریعے مائیکرو ڈیوائس کو آسان طریقے سے سنبھالنے کے قابل بناتا ہے۔ اکثر بہت سے انفرادی آلات کو ایک سبسٹریٹ پر ایک ساتھ بنایا جاتا ہے اور پھر من گھڑت سازی کے اختتام کی طرف الگ الگ آلات میں الگ کیا جاتا ہے۔ ڈپازشن یا گروتھ مائیکرو فیبریکیٹڈ ڈیوائسز عام طور پر ایک یا زیادہ پتلی فلموں کا استعمال کرتے ہوئے بنائے جاتے ہیں (پتلی فلم ڈپازشن دیکھیں)۔ ان پتلی فلموں کا مقصد آلے کی قسم پر منحصر ہوتا ہے۔ الیکٹرانک آلات میں پتلی فلمیں ہو سکتی ہیں جو کنڈکٹر (دھاتیں)، موصلیت (ڈائی الیکٹرکس) یا سیمی کنڈکٹر ہوتے ہیں۔ آپٹیکل آلات میں ایسی فلمیں ہو سکتی ہیں جو عکاس، شفاف، ہلکی رہنمائی یا بکھرے ہوئے ہوں۔ فلموں میں کیمیائی یا مکینیکل مقصد کے ساتھ ساتھ ایم ای ایم ایس ایپلی کیشنز بھی ہو سکتی ہیں۔ جمع کرنے کی تکنیکوں کی مثالوں میں شامل ہیں: تھرمل آکسیکرن سلکان کی مقامی آکسیکرن کیمیائی بخارات کا جمع ہونا (سی وی ڈی) اے پی سی وی ڈی ایل پی سی وی ڈی پی ای سی وی ڈی جسمانی بخارات کا جمع ہونا (پی وی ڈی) پھیلنا بخارات کا جمع ہونا الیکٹران بیم پی وی ڈی ایپیٹیکس پیٹرننگ کسی فلم کو الگ الگ خصوصیات میں نمونہ بنانا یا کچھ تہوں میں افتتاحی (یا ویاس) بنانا اکثر مطلوب ہوتا ہے۔ یہ خصوصیات مائکرو میٹر یا نینو میٹر پیمانے پر ہیں اور پیٹرننگ ٹیکنالوجی ہی مائکرو فیبریکیشن کی وضاحت کرتی ہے۔ یہ پیٹرننگ تکنیک عام طور پر فلم کے ان حصوں کی وضاحت کے لیے 'ماسک' کا استعمال کرتی ہے جنہیں ہٹا دیا جائے گا۔ پیٹرننگ تکنیک کی مثالوں میں شامل ہیں: فوٹوولتھگرافی شیڈو ماسکنگ ایچنگ ایچنگ پتلی فلم یا سبسٹریٹ کے کچھ حصے کو ہٹانا ہے۔ سبسٹریٹ کو نقاشی (جیسے ایسڈ یا پلازما) کا سامنا کرنا پڑتا ہے جو فلم کو ہٹائے جانے تک کیمیائی یا جسمانی طور پر حملہ کرتا ہے۔ نقاشی کی تکنیکوں میں شامل ہیں: خشک نقاشی (پلازما نقاشی) جیسے رد عمل آئن نقاشی (آر آئی ای) یا گہری رد عمل آئن نقاشی (ڈی آر آئی ای) گیلی نقاشی یا کیمیائی نقاشی مائیکروفارمنگ مائیکرو سسٹم یا مائیکرو الیکٹرو مکینیکل سسٹم (ایم ای ایم ایس) کا ایک مائیکرو فیبریکیشن عمل ہے جس میں ذیلی ملی میٹر کی حد میں کم از کم دو جہتوں والے حصے یا ڈھانچے ہوتے ہیں۔ اس میں مائیکرو ایکسٹروژن، مائیکرو اسٹیمپنگ، اور مائیکرو کٹنگ جیسی تکنیکیں شامل ہیں۔ ان اور دیگر مائیکروفارمنگ کے عمل کا تصور اور تحقیق کم از کم 1990 سے کی گئی ہے، جس کی وجہ سے صنعتی اور تجرباتی درجے کے مینوفیکچرنگ ٹولز کی ترقی ہوئی ہے۔ تاہم، جیسا کہ فو اور چن نے 2013 کے جدید ترین ٹیکنالوجی کے جائزے میں نشاندہی کی تھی، ٹیکنالوجی کو زیادہ وسیع پیمانے پر نافذ کرنے سے پہلے کئی مسائل کو حل کرنا ضروری ہے، بشمول اخترتی کا بوجھ اور نقائص، نظام کے استحکام کی تشکیل، مکینیکل خصوصیات، اور کرسٹلائٹ (اناج) کی ساخت اور حدود پر سائز سے متعلق دیگر اثرات: مائیکروفارمنگ میں، اناج کی حدود کے کل سطحی رقبے اور مادی حجم کا تناسب نمونے کے سائز میں کمی اور اناج کے سائز میں اضافے کے ساتھ کم ہوتا ہے۔ اس سے اناج کی حد کو مضبوط کرنے کے اثر میں کمی آتی ہے۔ اندرونی اناج کے مقابلے میں سطحی اناج میں کم رکاوٹیں ہوتی ہیں۔ جزوی جیومیٹری سائز کے ساتھ بہاؤ کے دباؤ کی تبدیلی جزوی طور پر سطح کے دانے کے حجم کے حصے کی تبدیلی سے منسوب ہے۔ اس کے علاوہ، ورک پیس کے سائز میں کمی کے ساتھ ہر اناج کی انیسوٹروپک خصوصیات اہم ہو جاتی ہیں، جس کے نتیجے میں غیر یکساں اخترتی، بے قاعدہ تشکیل شدہ جیومیٹری اور اخترتی کے بوجھ میں تغیر ہوتا ہے۔ سائز کے اثرات پر غور کرتے ہوئے حصہ، عمل اور ٹولنگ کے ڈیزائن کی حمایت کرنے کے لیے مائیکروفارمنگ کے منظم علم کو قائم کرنے کی ایک اہم ضرورت ہے۔ مائیکرو فیبریکیٹڈ آلات کی کیمیائی خصوصیات کی صفائی، منصوبہ بندی، یا ترمیم کے لیے دیگر مختلف قسم کے دیگر عمل بھی انجام دیے جا سکتے ہیں۔ کچھ مثالوں میں شامل ہیں: تھرمل ڈفیوژن یا آئن امپلانٹیشن کے ذریعے ڈوپنگ کیمیائی مکینیکل پلانرائزیشن (سی ایم پی) ویفر کی صفائی، جسے "سطح کی تیاری" بھی کہا جاتا ہے (نیچے دیکھیں) ویفر کی بناوٹ میں تار کے بندھن کی صفائی کلین رومز میں کی جاتی ہے، جہاں ہوا کو ذرہ آلودگی سے فلٹر کیا گیا ہے اور درجہ حرارت، نمی، کمپن اور برقی خلل سخت کنٹرول میں ہیں۔ دھواں، دھول، بیکٹیریا اور خلیات سائز میں مائیکرو میٹر ہوتے ہیں، اور ان کی موجودگی مائیکرو فیبریکیٹڈ ڈیوائس کی فعالیت کو تباہ کر دے گی۔ کلین روم غیر فعال صفائی فراہم کرتے ہیں لیکن ہر اہم قدم سے پہلے ویفرز کو بھی فعال طور پر صاف کیا جاتا ہے۔ امونیا-پیرو آکسائیڈ کے محلول میں آر سی اے-1 صاف نامیاتی آلودگی اور ذرات کو دور کرتا ہے ؛ ہائیڈروجن کلورائیڈ-پیرو آکسائیڈ کے مرکب میں آر سی اے-2 کی صفائی دھاتی نجاست کو دور کرتی ہے۔ سلفورک ایسڈ-پیرو آکسائیڈ مرکب (اے۔ کے۔ اے۔ پیرانہا) نامیاتی مادوں کو ہٹا دیتا ہے۔ ہائیڈروجن فلورائڈ سلکان کی سطح سے مقامی آکسائڈ کو ہٹاتا ہے۔ یہ تمام حل میں گیلے صفائی کے اقدامات ہیں۔ خشک صفائی کے طریقوں میں سطح کی ناپسندیدہ تہوں کو ہٹانے کے لیے آکسیجن اور ارجن پلازما کا علاج، یا ایپیٹیکس سے پہلے مقامی آکسائڈ کو ہٹانے کے لیے بلند درجہ حرارت پر ہائیڈروجن بیک شامل ہیں۔ سی ایم او ایس کی تیاری میں پری گیٹ کی صفائی سب سے اہم صفائی کا مرحلہ ہے: یہ اس بات کو یقینی بناتا ہے کہ سی اے۔ ایم او ایس ٹرانجسٹر کے 2 این ایم موٹے آکسائڈ کو منظم انداز میں اگایا جا سکتا ہے۔ آکسیکرن، اور تمام اعلی درجہ حرارت کے اقدامات آلودگی کے لیے بہت حساس ہیں، اور صفائی کے اقدامات کو اعلی درجہ حرارت کے اقدامات سے پہلے ہونا چاہیے۔ سطح کی تیاری صرف ایک مختلف نقطہ نظر ہے، تمام مراحل ایک جیسے ہیں جیسا کہ اوپر بیان کیا گیا ہے: یہ پروسیسنگ شروع کرنے سے پہلے ویفر کی سطح کو ایک کنٹرول شدہ اور معروف حالت میں چھوڑنے کے بارے میں ہے۔ ویفر پچھلے عمل کے مراحل سے آلودہ ہوتے ہیں (جیسے۔ آئن امپلانٹیشن کے دوران توانائی بخش آئنوں کے ذریعے چیمبر کی دیواروں سے بمباری کی جانے والی دھاتیں)، یا ہو سکتا ہے کہ انہوں نے ویفر بکسوں سے پولیمر جمع کیے ہوں، اور یہ انتظار کے وقت کے لحاظ سے مختلف ہو سکتا ہے۔ ویفر کی صفائی اور سطح کی تیاری بولنگ گلی میں مشینوں کی طرح کام کرتی ہے: پہلے وہ تمام ناپسندیدہ ٹکڑوں اور ٹکڑوں کو ہٹا دیتے ہیں، اور پھر وہ مطلوبہ پیٹرن کو دوبارہ تشکیل دیتے ہیں تاکہ کھیل جاری رہ سکے۔ مزید پڑھنے والے جریدے جرنل آف مائیکرو الیکٹرو مکینیکل سسٹمز (J.MEMS) سینسرز اینڈ ایکچوایٹرز A: فزیکل سینسرز اینڈ ایکچوایٹرز B: کیمیکل جرنل آف مائیکرو میکینکس اینڈ مائیکرو انجینئرنگ لیب آن اے چپ IEEE ٹرانزیکشنز آف الیکٹران ڈیوائسز، جرنل آف ویکیوم سائنس اینڈ ٹیکنالوجی A: ویکیوم، سرفیسز، فلمز جرنل آف ویکیوم سائنس اینڈ ٹیکنالوجی B: مائیکرو الیکٹرانکس اینڈ نینومیٹر اسٹرکچرز: پروسیسنگ، پیمائش، اور فینومینا بکس انٹروڈکشن ٹو مائیکرو فیبریکیشن (2004) بذریعہ ایس۔ فرانسسیلا۔ مائیکرو فیبریکیشن کے بنیادی اصول (دوسرا ایڈیشن، 2002) بذریعہ ایم مڈو۔ مائیکرو مشینڈ ٹرانسڈیوسرز سورس بک بذریعہ گریگوری کوواکس (1998) بروڈی اینڈ مرے: دی فزکس آف مائیکرو فیبریکیشن (1982)، نیتاگور پریم چند مہالک (2006) "مائیکرو مینوفیکچرنگ اینڈ نینو ٹیکنالوجی"، سپرنگر، ڈی ویڈمین، ایچ میڈر، ایچ فریڈرک: ٹیکنالوجی آف انٹیگریٹڈ سرکٹس (2000)، جے پلمر، M.Deal، P.Griffin: سلیکن VLSI ٹیکنالوجی (2000)، G. S. مئی اور ایس ایس زی: سیمی کنڈکٹر پروسیسنگ کے بنیادی اصول (2003)، پی وین زینٹ: مائیکروچپ فیبریکیشن (2000، 5 ویں ایڈیشن)، آر سی۔ جیگر: انٹروڈکشن ٹو مائیکرو الیکٹرانک فیبریکیشن (2001، دوسرا ایڈیشن)، ایس ولف اینڈ آر این۔ ٹابر: سلیکن پروسیسنگ فار دی وی ایل ایس آئی ایرا، جلد 1: پروسیس ٹیکنالوجی (1999، دوسرا ایڈیشن)، ایس اے کیمبل: دی سائنس اینڈ انجینئرنگ آف مائیکرو الیکٹرانک فیبریکیشن (2001، دوسرا ایڈیشن) ٹی ہتوری: الٹرا کلین سرفیس پروسیسنگ آف سلیکن ویفرز: سیکرٹس آف وی ایل ایس آئی مینوفیکچرنگ (2004) گیشکے، کلانک اینڈ ٹیلمین، ایڈز۔ : مائیکرو سسٹم انجینئرنگ آف لیب-آن-اے-چپ ڈیوائسز، فرسٹ ایڈیشن، جان ولی اینڈ سنز۔ ۔ مائیکرو-اور نینو فوٹونک ٹیکنالوجیز (2017) ایڈز: پیٹرک میئروئس، کازواکی ساکوڈا، مارسل وان ڈی وورڈے۔ جان ولی اینڈ سنز۔ مائیکرو فیبریکیشن تکنیک اور متعلقہ ایپلی کیشنز پر ویڈیوز اور اینیمیشنز بیرونی لنکس ہیں۔ مائیکرو مینوفیکچرنگ کانفرنس۔ سیمی کنڈکٹر ڈیوائس فیبریکیشن نینو ٹیکنالوجی مائکرو ٹیکنالوجی