এমবিই সিস্টেমের ভিতরে: কেন মলিকুলার বিম এপিট্যাক্সি সরঞ্জাম এত জটিল

মলিকুলার বিম এপিট্যাক্সি সিস্টেমগুলি গবেষণা পরীক্ষাগার এবং উন্নত উত্পাদন সুবিধাগুলিতে ব্যবহৃত সেমিকন্ডাক্টর বৃদ্ধির সরঞ্জামগুলির মধ্যে অন্যতম অত্যাধুনিক।

এমবিই মেশিনগুলি সাধারণত যে সেমিকন্ডাক্টর উপকরণগুলি বৃদ্ধি করা হচ্ছে, প্রয়োজনীয় সংখ্যক উৎস উপকরণ, ওয়েফার আকার, প্রক্রিয়া তাপমাত্রা এবং ইন-সিটু চরিত্রায়ন প্রয়োজনীয়তা অনুসারে কাস্টমাইজ করা হয়।

এই কারণে, বিভিন্ন এমবিই সিস্টেমের চেহারা এবং কনফিগারেশন উল্লেখযোগ্যভাবে পরিবর্তিত হতে পারে।

তবে, বেশিরভাগ সিস্টেমে একই মৌলিক স্থাপত্য ভাগ করা হয়: একাধিক স্বাধীনভাবে পাম্প করা ভ্যাকুয়াম চেম্বার, উচ্চ-নির্ভুলতা উপাদান উৎস, সাবস্ট্রেট হিটিং এবং ম্যানিপুলেশন সিস্টেম, বিম শাটার, ভ্যাকুয়াম ইন্সট্রুমেন্টেশন এবং রিয়েল-টাইম মনিটরিং প্রযুক্তি।

এমবিই সিস্টেমের তিন-চেম্বার স্থাপত্য

একটি সাধারণ এমবিই প্ল্যাটফর্মে তিনটি প্রধান ভ্যাকুয়াম বিভাগ রয়েছে:

• লোড-লক চেম্বার
• বাফার বা প্রস্তুতি চেম্বার
• গ্রোথ চেম্বার

প্রতিটি চেম্বার নিজস্ব ভ্যাকুয়াম পাম্পিং সিস্টেম দিয়ে সজ্জিত।

সিস্টেমটিকে একাধিক চেম্বারে বিভক্ত করার ফলে বায়ুমণ্ডলীয় দূষণের প্রধান এপিট্যাক্সিয়াল গ্রোথ চেম্বারকে বারবার উন্মুক্ত না করে ওয়েফার এবং নমুনাগুলি সরঞ্জামগুলিতে প্রবেশ করতে পারে।

লোড-লক চেম্বার: প্রবেশদ্বার

লোড-লক চেম্বার হল এমবিই সিস্টেমের অংশ যা নমুনাগুলি প্রবেশ করানো এবং অপসারণের জন্য ব্যবহৃত হয়।

যেহেতু এটি বায়ুমণ্ডলীয় অবস্থার সংস্পর্শে আসা একমাত্র চেম্বার, তাই এটি ভ্যাকুয়াম-স্থানান্তর প্রক্রিয়ার প্রথম পর্যায় হিসাবে কাজ করে।

নমুনা লোড করার পরে, নমুনাটি সিস্টেমে আরও গভীরে স্থানান্তরিত হওয়ার আগে পাম্পগুলি চেম্বারের চাপ কমিয়ে দেয়।

এই প্রাথমিক ভ্যাকুয়াম পর্যায়ে তেল-মুক্ত যান্ত্রিক পাম্প এবং টার্বোমলিকুলার পাম্পগুলি সাধারণত ব্যবহৃত হয়।

লোড-লকের ভিতরে বায়ুমণ্ডলীয় এক্সপোজারকে বিচ্ছিন্ন করে, সিস্টেমটি অনেক পরিষ্কার প্রস্তুতি এবং বৃদ্ধির চেম্বারগুলিকে রক্ষা করে।

বাফার এবং প্রস্তুতি চেম্বার: পৃষ্ঠের দূষক অপসারণ

লোড-লক ছেড়ে যাওয়ার পরে, নমুনাটি সাধারণত একটি বাফার বা প্রস্তুতি চেম্বারে প্রবেশ করে।

এই চেম্বারটি বাহ্যিক পরিবেশ এবং অতি-উচ্চ-ভ্যাকুয়াম গ্রোথ চেম্বারের মধ্যে একটি অতিরিক্ত বাধা হিসাবে কাজ করে।

এপিট্যাক্সি শুরু হওয়ার আগে, ওয়েফারগুলি এই চেম্বারে থার্মাল ডিগ্যাসিংয়ের মধ্য দিয়ে যেতে পারে যাতে শোষিত জলের অণু এবং অন্যান্য পৃষ্ঠের দূষকগুলি সরানো যায়।

উপকরণ এবং প্রক্রিয়ার উপর নির্ভর করে, ডিগ্যাসিং পদ্ধতির সময় নমুনাগুলি কয়েকশ ডিগ্রি সেলসিয়াস পর্যন্ত উত্তপ্ত করা যেতে পারে।

ট্রান্সফার মেকানিজম, ম্যাগনেটিক স্যাম্পল হোল্ডার এবং ম্যানিপুলেশন রডগুলি ভ্যাকুয়াম ভাঙা ছাড়াই নমুনাগুলিকে চেম্বারগুলির মধ্যে চলাচল করতে দেয়।

আয়ন পাম্প এবং অন্যান্য অতি-উচ্চ-ভ্যাকুয়াম প্রযুক্তিগুলি সাধারণত সিস্টেমের এই অংশে অত্যন্ত কম চাপ বজায় রাখতে ব্যবহৃত হয়।

গ্রোথ চেম্বার: যেখানে এপিট্যাক্সি ঘটে

গ্রোথ চেম্বার হল এমবিই সিস্টেমের কেন্দ্রীয় অংশ।

একাধিক উৎস উপকরণ চেম্বারের চারপাশে ইনস্টল করা হয় এবং সাবস্ট্রেটের দিকে নির্দেশিত হয়।

কঠিন উপকরণগুলি উত্তপ্ত ক্রুসিবলের ভিতরে রাখা যেতে পারে যা এফিউশন সেল নামে পরিচিত। উৎস তাপমাত্রা বৃদ্ধির সাথে সাথে, উপাদানটি বাষ্পীভূত হয় এবং একটি নিয়ন্ত্রিত পারমাণবিক বা আণবিক বিম তৈরি করে।

বিভিন্ন উপাদানের জন্য বিভিন্ন উৎস ডিজাইন ব্যবহার করা হয়।

কিছু উৎস ফ্লাক্স প্রাথমিকভাবে উৎস তাপমাত্রা সামঞ্জস্য করে নিয়ন্ত্রিত হয়, যখন অন্যান্য সিস্টেমে দ্রুত এবং আরও নির্ভুল নিয়ন্ত্রণের জন্য ভালভ-নিয়ন্ত্রিত বা ক্র্যাকিং উৎস ব্যবহার করা হতে পারে।

এমবিই সিস্টেম কেন শাটার ব্যবহার করে

প্রতিটি মলিকুলার বিম উৎসের সামনে সাধারণত একটি যান্ত্রিক শাটার ইনস্টল করা থাকে।

শাটারটি ঠিক করে কখন উৎস বিম সাবস্ট্রেটে পৌঁছায়।

একটি প্রোগ্রাম করা ক্রম অনুসারে পৃথক শাটারগুলি খোলা এবং বন্ধ করে, অপারেটররা বিভিন্ন উপকরণের মধ্যে স্যুইচ করতে পারে এবং নির্ভুলভাবে নিয়ন্ত্রিত ইন্টারফেস সহ মাল্টিলেয়ার সেমিকন্ডাক্টর কাঠামো তৈরি করতে পারে।

এই ক্ষমতা হেটেরোস্ট্রাকচার, কোয়ান্টাম ওয়েল, সুপারল্যাটিস এবং অন্যান্য জটিল এপিট্যাক্সিয়াল কাঠামো তৈরির জন্য অপরিহার্য।

তাপমাত্রা নিয়ন্ত্রণ গুরুত্বপূর্ণ

এমবিই প্রক্রিয়া জুড়ে স্থিতিশীল তাপমাত্রা নিয়ন্ত্রণ প্রয়োজন।

প্রতিটি উৎসের তাপমাত্রা তার বাষ্প চাপ নির্ধারণ করে এবং তাই বিম ফ্লাক্সকে দৃঢ়ভাবে প্রভাবিত করে।

একই সময়ে, সাবস্ট্রেট তাপমাত্রা নির্ধারণ করে কিভাবে আগত পরমাণুগুলি ক্রমবর্ধমান পৃষ্ঠ থেকে বিচ্ছুরিত হয়, অন্তর্ভুক্ত হয় এবং অপসারিত হয়।

পিআইডি-ভিত্তিক তাপমাত্রা নিয়ন্ত্রণ ব্যবস্থাগুলি সাধারণত স্থিতিশীল উৎস এবং সাবস্ট্রেট অবস্থা বজায় রাখতে ব্যবহৃত হয়।

এমনকি তুলনামূলকভাবে ছোট তাপমাত্রার পরিবর্তনগুলি বৃদ্ধির হার, গঠন বা পৃষ্ঠের রূপবিদ্যা পরিবর্তন করতে পারে, বিশেষ করে যৌগিক সেমিকন্ডাক্টর উপকরণগুলির বৃদ্ধির সময়।

গ্রোথ চেম্বারের ভিতরে রিয়েল-টাইম মনিটরিং

উন্নত এমবিই সিস্টেমগুলি কেবল উপকরণ জমা করে না - তারা ক্রমাগত বৃদ্ধির প্রক্রিয়া পর্যবেক্ষণ করে।

সাধারণ ইন-সিটু ডায়াগনস্টিক সরঞ্জামগুলির মধ্যে রয়েছে:

পৃষ্ঠের গঠন এবং বৃদ্ধির গতিবিদ্যা পর্যবেক্ষণের জন্য রিফ্লেকশন হাই-এনার্জি ইলেকট্রন ডিফ্র্যাকশন, বা RHEED;

পারমাণবিক এবং আণবিক বিমের তীব্রতা মূল্যায়নের জন্য বিম ফ্লাক্স মনিটর, বা BFM;

এবং ভ্যাকুয়াম পরিবেশ পর্যবেক্ষণ এবং অবাঞ্ছিত গ্যাস প্রজাতি সনাক্তকরণের জন্য রেসিডিউয়াল গ্যাস অ্যানালাইজার বা মাস স্পেকট্রোমিটার।

একসাথে, এই সিস্টেমগুলি গবেষক এবং প্রক্রিয়া প্রকৌশলীদের জমা দেওয়ার প্রক্রিয়া ব্যাহত না করে গ্রোথ চেম্বারের ভিতরে কী ঘটছে তা পর্যবেক্ষণ করতে দেয়।

এমবিই সরঞ্জাম এত ব্যয়বহুল হতে পারে কেন

একটি এমবিই সিস্টেমের উচ্চ ব্যয় কোনও একক উপাদানের কারণে হয় না।

পরিবর্তে, এটি একটি অত্যন্ত নিয়ন্ত্রিত পরিবেশে একাধিক উন্নত প্রযুক্তির একীকরণের ফলে আসে।

একটি এমবিই প্ল্যাটফর্মে অতি-উচ্চ-ভ্যাকুয়াম চেম্বার, বিশেষ পাম্প, নির্ভুল উপাদান উৎস, সাবস্ট্রেট হিটার, রোবোটিক বা ম্যাগনেটিক ট্রান্সফার মেকানিজম, জল-কুলিং সিস্টেম, উচ্চ-নির্ভুলতা তাপমাত্রা নিয়ন্ত্রক, বিম শাটার, ভ্যাকুয়াম গেজ, RHEED সরঞ্জাম, ফ্লাক্স-মনিটরিং ইন্সট্রুমেন্টেশন এবং অত্যাধুনিক নিয়ন্ত্রণ সফ্টওয়্যার প্রয়োজন হতে পারে।

যখন সিস্টেমটিকে বড় সাবস্ট্রেট, একাধিক উপকরণ, অত্যন্ত অভিন্ন উত্পাদন বৃদ্ধি বা শিল্প-স্কেল পুনরাবৃত্তি সমর্থন করতে হয় তখন প্রয়োজনীয়তাগুলি আরও বেশি চাহিদাযুক্ত হয়।

এই জটিলতা ব্যাখ্যা করে কেন উচ্চ-প্রান্তের এমবিই প্ল্যাটফর্মগুলি একটি বড় মূলধন বিনিয়োগের প্রতিনিধিত্ব করতে পারে।

তবে, সেমিকন্ডাক্টর গবেষণা এবং উন্নত এপিট্যাক্সির জন্য, তারা যে ক্ষমতা প্রদান করে তা প্রতিস্থাপন করা কঠিন: প্রায় পারমাণবিক স্কেলে উপাদান গঠন, ফিল্মের পুরুত্ব এবং ইন্টারফেস কাঠামোর উপর নির্ভুল নিয়ন্ত্রণ।