How are microchips made? - George Zaidan and Sajan Saini

Translator: Sanntint Tint Reviewer: Moon Thit

This is a computer chip, magnified 500 times.

ဒါက အဆ ၅၀၀ ချဲ့ထားတဲ့ ကွန်ပျူတာချစ်ပ်တစ်ခုပါ။

သင် ကြည့်နေတာက မတူတဲ့ လုပ်ဆောင်ချက်တွေအတွက် ထူးခြားတဲ့

What you’re looking at is the top of a computing city,

ရပ်ကွက်တွေရှိတဲ့ ကွန်ပြူတာသုံး မြို့တစ်မြို့ရဲ့ ထိပ်ပိုင်းပါ။

with distinct neighborhoods for different functions.

They’re linked by up to 100 kilometers of ultra-thin copper lines,

ဒါတွေကို အလွန်ပါးလွှာတဲ့ ကြေးနီလိုင်း ကီလိုမီတာ ၁၀၀ အထိ ချိတ်ဆက်ထားပြီး

running across 10 or more stacked levels.

၁၀ ဆင့် ဒါမဟုတ် ဒီထက်ပိုတဲ့ အဆင့်တွေကို ဖြတ်ပြေးနေတယ်။

At the very bottom, billions of electronic devices

အောက်ခြေမှာ၊ ဘီလီယံချီတဲ့ အီလက်ထရွန်နစ် ကိရိယာတွေက

generate the digital traffic that pulses across the chip.

ချစ်ပ်ကိုဖြတ်ပြီး တုန်ခါတဲ့ ဒစ်ဂျစ်တယ် လမ်းကြောကို ထုတ်ပေးတယ်။

The most common of these devices is called a transistor;

ဒီကိရိယာတွေထဲက အတွေ့အများဆုံးက ထရန်စစ္စတာလို့ ခေါ်တာပါ။

it’s a switch that allows current to flow if it receives a voltage.

ဒါက ဗို့အားတစ်ခု လက်ခံရရှိရင်၊ လျှပ်စီးကြောင်းကို စီးစေတဲ့ ခလုတ်တစ်ခုပါ။

Transistors can be as small as 20 nanometers,

ထရန်စစ္စတာတွေက ၂၀  နာနိုမီတာ အထိသေးငယ်နိုင်ပြီး

and more than 50 billion of them can fit on a single chip.

ထရန်စစ္စတာတွေ ဘီလီယံ ၅၀ ကျော်ကို ချစ်ပ်တစ်ခုတည်းမှာ တပ်ဆင်နိုင်တယ်။

Globally, we produce more than a trillion computer chips every year.

တစ်ကမ္ဘာလုံးမှာ နှစ်စဉ် ကွန်ပျူတာ ချစ်ပ်ပေါင်း ၁ ထရီလီယံကျော် ထုတ်လုပ်တယ်။

That’s about 20 trillion transistors built every second,

ဒါက စက္ကန့်တိုင်းမှာ ထရီလီယံ ၂၀ ရှိတဲ့ ထရန်စစ္စတာတွေကို တည်ဆောက်ပြီး

and it’s done in fewer than 500 fabrication plants, known as fabs.

ဒါကို ၅၀၀ ထက်နည်းတဲ့ ထုတ်လုပ်ရေး စက်ရုံတွေလို့ သိကြတာတွေမှာ လုပ်တာပါ။

How do we build so many tiny, intricately-connected devices,

သေးငယ်ပြီး အနုစိတ် ချိတ်ဆက်ထားတဲ့ ဒီလောက်များတဲ့ကိရိယာတွေကို ဒီလောက်မြန်မြန်

so incredibly fast?

ဘယ်လို တည်ဆောက်တာလဲ။

The answer involves a technology called photolithography,

အဖြေမှာ photolithography လို့ ခေါ်တဲ့ နည်းပညာတစ်ခုပါဝင်ပြီး

which helps us build all the devices on a chip simultaneously.

ဒါက ကိရိယာအားလုံးကို ချစ်ပ်တစ်ခုပေါ်မှာ တစ်ပြိုင်နက် တည်ဆောက်ဖို့ ကူညီတာပါ။

It’s like constructing all the buildings in a city at the same time.

ဒါက မြို့တစ်မြို့လုံးမှာ အဆောက်အအုံ အားလုံးကို တစ်ပြိုင်တည်း ဆောက်သလိုပါ။

And with no tiny construction crews to help,

ကူညီဖို့ သေးငယ်တဲ့ ဆောက်လုပ်ရေး အဖွဲ့တွေမရှိဘဲ၊

we build using light as a measuring and sculpting tool.

ကိရိယာကို တိုင်းတာနဲ့ ပုံဖော်တာအဖြစ် အလင်းကို အသုံးပြုရင်း တည်ဆောက်တာပါ။

The process starts with a wafer of silicon,

လုပ်ငန်းစဉ်စတင်တာက၊ မီးပြင်းဖိုထဲကို မဝင်မီ၊ သန့်စင်စေဖို့

which is doused in solvents and acids to strip it clean before entering a furnace.

ပျော်ရည်တွေနဲ့ အက်ဆစ်တွေမှာ နှစ်ထားတဲ့ ဆီလီကွန် အချပ်ပါးနဲ့ပါ။

Here, oxygen gas reacts with the wafer to form a layer of silicon dioxide.

ဒီမှာ၊အောက်ဆီဂျင်အငွေ့က ဆီလီကွန်ဒိုင်အောက် ဆိုဒ်လွှာဖွဲ့ဖို့ အချပ်ပါးနဲ့ဓာတ်ပြုတယ်။

Then, a liquid called “photoresist” is spun on and baked to harden.

ဒီနောက်မှာ “photoresist” လို့ခေါ်တဲ့ အရည်ကို မွှေ့ပေးပြီး မာကျောလာစေတယ်။

Next, ultraviolet light selectively illuminates the wafer,

ဒီနောက်၊ ခရမ်းလွန်ရောင်ခြည်က အထူးပြုလုပ်ထားတဲ့ အဖုံးကို ဖြတ်သွားတာ

by passing through or reflecting off a specialized mask.

ဒါမှမဟုတ် ရောင်ပြန်ဟပ်ရင်း အချပ်ပါးကို သီးခြား အလင်းပေးတယ်။

In the lit areas, a reaction weakens the photoresist’s chemical bonds.

လင်းတဲ့ဧရိယာတွေမှာ ဓာတ်ပြုမှုက photoresist ရဲ့ဓာတု ဖွဲ့နှောင်မှုတွေကို အားနည်းစေတယ်။

The wafer is doused in another chemical to wash away that weakened photoresist,

အဖုံးပုံရိပ်တစ်ခု ချန်ထားရင်း၊   အားနည်းနေတဲ့ photoresist ကို ဆေးကြောဖို့

leaving an image of the mask.

အချပ်ပါးက အခြားဓာတု ပစ္စည်းတစ်ခုမှာ နစ်နေတယ်။

And an etching machine’s reactive gases remove the exposed oxide,

ထွင်းစက်ရဲ့ ဓာတ်ပြုတတ်တဲ့ ဓာတ်ငွေ့တွေက အကာအကွယ်မဲ့ အောက်ဆိုဒ်ကို ဖယ်ရှားပြီး

creating windows that drill the mask’s pattern down to the wafer surface.

အဖုံးရဲ့ ပုံစံကို အချပ်ပါး မျက်နှာပြင်အထိ ဖောက်တဲ့ အကွက်တွေကို ဖန်တီးတယ်။

An implanter then accelerates boron or phosphorus ions

ဒီနောက်၊ စိုက်တဲ့ကိရိယာတစ်ခုက ဘိုရွန် ဒါမှမဟုတ် ဖော့စဖရတ် အိုင်းယွန်းတွေကို

and slams them into the patterned openings.

အရှိန်မြှင့်ပေးပြီး ပုံဖော်ထားတဲ့ အပေါက်တွေထဲကို ထိုးသွင်းတယ်။

These atoms form electropositive or electronegative regions

ဒီအက်တမ်တွေက ဆီလီကွန်ရဲ့ လျှပ်ကူးသတ္တိကို ပြောင်းလဲစေတဲ့ လျှပ်စစ်အဖိုဓာတ်

that change silicon’s conductivity,

ဒါမှမဟုတ် လျှပ်စစ်အမဓာတ် နယ်မြေတွေကို ဖွဲ့စည်းတယ်၊

creating the foundation of the transistor switch.

ဒါက ထရန်စစ္စတာ ခလုတ်ရဲ့ အခြေခံကို ဖန်တီးပေးတာပါ။

The etched oxide windows, however, create hill-and-valley features.

ဒါပေမဲ့၊ ထွင်းထားတဲ့ အောက်ဆိုဒ် အကွက်တွေက အမြင့်အနိမ့် အင်္ဂါရပ်တွေကို ဖန်တီးပေးတယ်။

Before the next level of copper lines are added,

ကြေးနီတန်းတွေကို နောက်ထပ်အဆင့်တွေ မထည့်ခင်၊

this one’s uneven lines must be polished flat,

 ဓာတု စက်မှု ပွတ်တိုက်မှု ဒါမှမဟုတ် CMP လို့ခေါ်တဲ့

to near-atomic precision, using a sophisticated grinding process

အနုစိတ် ကြိတ်ခွဲမှု လုပ်ငန်းစဉ်ကို အသုံးပြုရင်း ဒီမညီညာတဲ့ အတန်းတွေကို

called chemical mechanical polishing, or CMP.

အသေးစိတ် တိကျမှုအထိ ပြားသွားအောင် ပွတ်တိုက်ရမှာပါ။

CMP uses a controlled slurry of sub-micron ceramic particles

CMP က ဖုနေတဲ့ အင်္ဂါရပ်များကို ညင်သာစွာ ထွင်းပြီး ပြားသွားအောင်

to gently scrape and flatten the bumpy features.

sub-micron  ကြွေမှုန်တွေရဲ့ ထိန်းချုပ် ထားတဲ့ အရည်ပျစ်ကို အသုံးပြုတယ်။

These fab tools, and many others, are used hundreds of times on a wafer,

ထရန်စစ္စတာတွေကို ဖန်တီးကာ ကွန်ပြူတာ လော့ဂျစ်ဂိတ်တွေအဖြစ် ချိတ်ဆက်ပြီး

to create and link transistors into computing logic gates,

မှတ်ဉာဏ်သိုလှောင်မှုနဲ့ တွက်ချက်မှုအတွက် ချိတ်ဆက်ထားတဲ့ ရပ်ကွက်တွေ ဖန်တီးဖို့

and to make connected neighborhoods for memory storage and computation.

ဒီထုတ်လုပ်ရေးကိရိယာတွေနဲ့ အခြားများစွာကို အချပ်ပါးပေါ်မှာ အကြိမ်ရာချီ အသုံးပြုတယ်။

Fabs run around the clock,

ထုတ်လုပ်ရေးရုံတွေက နေ့ရောညပါ လည်ပတ်နေပြီး

and it takes about three months to transform a single wafer from pure silicon

အချပ်ပါးတစ်ခုတည်းကို ဆီလီကွန်စစ်စစ်ကနေ ရာချီတဲ့ ချစ်ပ်တွေအဖြစ်

into hundreds of chips.

ပြောင်းလဲဖို့  သုံးလခန့် ကြာတယ်။

With this continuous operation,

ဒီစဉ်ဆက်မပြတ် လည်ပတ်မှုနဲ့အတူ၊

fabs consume huge amounts of electricity, water, solvents, acids, bases,

ထုတ်လုပ်ရေးရုံတွေက လျှပ်စစ်၊ရေ၊ပျော်ဝင် ပစ္စည်း၊အက်ဆစ်၊ဘေ့စ်၊လုပ်ငန်းစဉ်ဓာတ်ငွေ့၊

process gases, and precious metals.

အဖိုးတန်သတ္တု အများအပြားကို လောင်မြိုက်တယ်။

Wafers are processed in ultra-high purity tool chambers,

နက်ရှိုင်းတဲ့ နေရာနဲ့ ဆင်တူတဲ့ လေဟာနယ်ကို ထိန်းထားဖို့

maintained by pumps running constantly,

အချပ်ပါးတွေကို အလွန်မြင့်တဲ့

to sustain a vacuum that resembles deep space.

သန့်စင်မှု ကိရိယာခန်းတွေမှာ စီမံပြုပြင်တယ်။

High-temperature furnaces never turn off.

အပူချိန်မြင့်တဲ့ မီးပြင်းဖိုတွေက ဘယ်တော့မှ မပိတ်ဘူး။

Fab air handlers constantly expel filtered air

Fab Air handlers တွေက အချပ်ပါးတွေဆီက ဖုန်နဲ့ သေးငယ်တဲ့ အမှုန်တွေကို

to corral dust and tiny particles away from wafers.

ထည့်ထားဖို့ စစ်ထုတ်ထားတဲ့ လေတွေကို အဆက်မပြတ် ဖယ်ရှားပေးတယ်။

This takes a lot of electricity.

ဒါက လျှပ်စစ်ဓာတ်အများကြီး လိုအပ်တယ်။

The chemicals and purified water used in cleaning

သန့်စင်ရာမှာ သုံးတဲ့ ဓာတုပစ္စည်းတွေနဲ့ သန့်စင်ထားတဲ့ရေက

create nearly five gallons of waste per wafer run—

စစ်ထုတ်ပြီး pH သန့်စင်ဖို့ လိုအပ်တဲ့ အချပ်ပါး လည်ပတ်မှုတစ်ခုမှာ

which needs to be filtered and pH treated.

စွန့်ပစ်ပစ္စည်း ၅ ဂါလံနီးပါးကို ထုတ်ပေးတယ်။

Meanwhile, CMP slurries are continually flushed with water

တစ်ချိန်တည်းမှာ၊ အကြမ်းမခံတဲ့ ကြေးနီတန်း တွေကို ဆုတ်ဖြဲမယ့် အမှုန်တွေကို

to keep their fine particles from forming chunks

အတုံးတွေမဖြစ်အောင် ထိန်းသိမ်းဖို့

that would tear apart the fragile copper lines.

CMP အရည်ပျစ်တွေကို  ရေနဲ့ အဆက်မပြတ် ဖြန်းပေးတယ်။

This adds five times more liquid waste.

ဒါက အရည် စွန့်ပစ်ပစ္စည်း ၅ ဆ ထပ်ထည့်တာပါ။

Fabs plow through vast amounts of nitrogen and helium gas to run their tools.

ထုတ်လုပ်ရေးရုံတွေက ကိရိယာတွေ လည်ပတ်ဖို့ နိုက်ထရိုဂျင်နဲ့ဟီလီယမ်ဓာတ်ငွေ့ကိုဖြတ်တယ်။

And other gases used and generated in these tools are greenhouse contributors.

ဒီကိရိယာတွေမှာ သုံးပြီး ထုတ်ပေးတဲ့ အခြား ဓာတ်ငွေ့တွေက ဖန်လုံအိမ် အကြောင်းခံတွေပါ။

ဓာတ်ငွေ့ထုတ်လွှတ်မှု လျှော့ချဖို့၊

To minimize their emission,

machines called scrubbers decompose and dissolve some gaseous byproducts

scrubber လို့ခေါ်တဲ့ စက်တွေက ဓာတ်ငွေ့ပါတဲ့ ဘေးထွက်ပစ္စည်းတချို့ကို သန့်စင်နိုင်တဲ့

into treatable wastewater.

ရေဆိုးအဖြစ် ပြိုကွဲ၊ ပျော်ဝင်စေတယ်။

That uses more electricity, and more water.

ဒါက လျှပ်စစ်နဲ ရေကို ပိုသုံးတယ်။

As computing complexity grows,

တွက်ချက်မှု ရှုပ်ထွေးလာတာကြောင့်၊

more copper and precious metals are needed to link up chips.

ချစ်ပ်တွေကို ချိတ်ဆက်ဖို့ ကြေးနီနဲ့ အဖိုးတန်သတ္တုတွေ ပိုလိုအပ်လာတယ်။

And new problems arise:

ပြဿနာအသစ်တွေ ပေါ်လာတယ်၊

today, PFAS-based photoresists are essential to make ever-smaller features.

ဒီနေ့ PFAS-based photoresists က အမြဲ ပို သေးတဲ့အင်္ဂါရပ်တွေဖန်တီးဖို့မရှိမဖြစ်ပါ။

But PFAS waste in the environment is ending up in our bodies,

ဒါပေမဲ့၊ ပတ်ဝန်းကျင်က PFAS စွန့်ပစ်ပစ္စည်း တွေက  ခန္ဓာကိုယ်ထဲကို ရောက်သွားပြီး

and it may be harmful.

အန္တရာယ်ဖြစ်စေနိုင်တယ်။

Computer chips are modern marvels that have transformed our world—

ကွန်ပြူတာ ချစ်ပ်တွေက ကမ္ဘာကို ပြောင်းလဲစေတဲ့ ခေတ်မီအံ့ဖွယ်တွေဖြစ်ပြီး

and the factories that build them are themselves engineering wonders.

ဒါတွေကို တည်ဆောက်တဲ့ စက်ရုံတွေ ကိုယ်၌က အင်ဂျင်နီယာဆိုင်ရာ အံ့ဖွယ်တွေပါ။

But as our demand for chips accelerates,

ဒါပေမဲ့၊ ချစ်ပ် ၀ယ်လိုအား မြင့်လာတာကြောင့်

their fabrication is hitting hard sustainability limits.

ထုတ်လုပ်မှုက ခက်ခဲတဲ့ တည်တံ့မှု ကန့်သတ်ချက်တွေကို ထိခိုက်နေတယ်။

Already, some places are beginning to ration water to farmers,

အခုဆို တချို့နေရာတွေမှာ ထုတ်လုပ်ရေးရုံတွေ လည်ပတ်တာနဲ့အစားထိုးတာကြောင့်

in favor of running fabs.

လယ်သမားတွေအတွက် ရေကို စကန့်သတ်နေပါပြီ။

For the sake of the future of computing and our environment,

ကွန်ပြူတာနဲ့ ပတ်ဝန်းကျင် အနာဂတ်အတွက်၊

tomorrow’s leaner, cleaner, and greener fabs

မနက်ဖြန်ရဲ့ ပိုကျစ်လျစ်၊ သန့်ရှင်း၊ စိမ်းလန်းတဲ့ ထုတ်လုပ်ရေးရုံတွေဟာ  

will need to run even smarter than the very chips they build.

၎င်းတို့ တည်ဆောက်တဲ့ ချစ်ပ်တွေထက်တောင် ပိုသစ်လွင်ဖို့ လိုအပ်မှာပါ။