How are microchips made? - George Zaidan and Sajan Saini

Translator: Dhaya Rajakumar Reviewer: Ahamed Shyam F

This is a computer chip, magnified 500 times.

இது 500 மடங்கு பெரிதாக்கிக் காண்பிக்கப்படும் ஒரு கணினி சிப்.

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

நாம் அந்த கணினி நகரின் மேற்பரப்பைக் காண்கிறோம்.

வெவ்வேறு செயல்பாடுகளுக்கு தனித்துவமான சுற்றுப்புறங்களும் உள்ளது.

with distinct neighborhoods for different functions.

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

அவை 100 கிலோமீட்டர் வரை மிக மெல்லிய காப்பர் கோடுகளால் இணைக்கப்பட்டுள்ளன,

running across 10 or more stacked levels.

10 அல்லது அதற்கும் மேற்பட்ட அடுக்குகளில் இது இயங்குகிறது.

At the very bottom, billions of electronic devices

அதன் அடித்தளத்தில், பில்லியன் மின்னணு சாதனங்கள்

generate the digital traffic that pulses across the chip.

சிப் முழுவதும் பரவும் டிஜிட்டல் போக்குவரத்தை உருவாக்குகிறது.

The most common of these devices is called a transistor;

இந்த சாதனங்களில் மிகவும் பொதுவானது டிரான்சிஸ்டர்;

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

இது மின்னழுத்தம் பெறும் போது மின்சாரத்தை பாய்ச்சும் ஒரு சுவிட்ச்.

Transistors can be as small as 20 nanometers,

டிரான்சிஸ்டர்கள் 20 நானோமீட்டர்கள் அளவில் சிறியதாக இருக்கலாம்,

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

ஒரு சிப்பிற்குள் இவை 50 பில்லியனுக்கும் அதிகமாக அடங்க முடியும்.

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

உலகளவில், நாம் ஒரு ஆண்டுக்கு டிரில்லியன் சிப்புகள் தயாரிக்கின்றோம்.

That’s about 20 trillion transistors built every second,

அதாவது ஒரு விநாடிக்கு 20 டிரில்லியன் டிரான்சிஸ்டர்கள் உருவாக்கப்படுகிறது.

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

அதுவும் 500-க்கும் குறைந்த, ஃபேப்ஸ் எனும் ஃபேப்ரிக்கேஷன் பிளாண்டில் உருவாகிறது!

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

எப்படி இத்தனைச் சிறிய, சிக்கலான சாதனங்களை உருவாக்க முடிகிறது?

so incredibly fast?

அதிலும் இத்தனை வேகமாக?

The answer involves a technology called photolithography,

அதற்கு பதில் - ஃபோட்டோலித்தோகிராஃபி எனும் தொழில்நுட்பம்!

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

இது சிப்-இல் ஒரே நேரத்தில் அனைத்து சாதனங்களையும் உருவாக்க உதவுகிறது.

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

அதாவது ஒரே நேரத்தில் ஒரு நகரத்தின் அனைத்து கட்டிடங்களையும் கட்டுவது போன்றது.

And with no tiny construction crews to help,

அதுவும் ஒரு சிறு கட்டிடக்குழுவும் இல்லாமல் கட்டுவது,

we build using light as a measuring and sculpting tool.

இதற்கு, ஒளி, ஒரு அளவிடும், வடிவமைக்கும் கருவியாகிறது.

The process starts with a wafer of silicon,

இந்த செயல்முறை, ஒரு சிலிக்கன் வேஃபரில் துவங்குகிறது.

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

கரைப்பான்கள், அமிலங்களில் குளித்து, உலைக்குள் செலுத்துமுன் சுத்தமாகிறது.

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

அதில் ஆக்சிஜன் வாயு வேஃபருடன் இணைந்து சிலிக்கன் டைஆக்சைடு அடுக்கு உருவாகிறது.

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

பின், “போட்டோரெசிஸ்ட்” திரவம் பிணைத்து, உறுதி செய்யப்படுகிறது.

Next, ultraviolet light selectively illuminates the wafer,

பின், அல்ட்ராவயலட் ஒளி ஒரு மாஸ்கை கடந்து அல்லது பிரதிபலித்து

by passing through or reflecting off a specialized mask.

வேஃபரை ஆங்காங்கே பிரகாசமாக்குகிறது.

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

ஒளியூட்டப்பட்ட இடங்களில், போட்டோரெசிஸ்ட் சேர்க்கைகள் பலவீனமாகின்றன.

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

பலவீனமான போட்டோரெசிஸ்டை அகற்ற, வேஃபர் வேறொரு வேதிப்பொருளில் மூழ்கப்படுகிறது.

leaving an image of the mask.

இறுதியில் மாஸ்கின் உருவம் மிஞ்சுகிறது.

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

பொறிக்கும் இயந்திரம் வெளியிடும் வாயு வெளிப்பட்ட ஆக்ஸைடை நீக்குகின்றன.

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

இது மாஸ்க் வடிவத்தை வேஃபரின் மேற்பரப்பில் செலுத்தும் ஜன்னல்களை உருவாக்குகிறது.

An implanter then accelerates boron or phosphorus ions

பின்னர் ஒரு இம்ப்ளாண்டர், போரான் அல்லது பாஸ்பரஸ் அயனிகளை துரிதப்படுத்துகிறது.

and slams them into the patterned openings.

அவற்றை வடிவமைக்கப்பட்ட திறப்புகளில் அறைகிறது.

These atoms form electropositive or electronegative regions

இந்த அணுக்கள் நேர்மறை அல்லது எதிர்மறை மின்னியல் பகுதிகளை உருவாக்குகிறது.

that change silicon’s conductivity,

இது சிலிக்கானின் கடத்தும் திறனை மாற்றுகிறது,

creating the foundation of the transistor switch.

அவ்வாறாக டிரான்சிஸ்டரின் அடித்தளத்தை உருவாக்குகின்றன.

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

பொறிக்கப்பட்ட ஆக்சைட் ஜன்னல்கள் ஏற்ற இறக்கங்களை உருவாக்குகின்றன.

Before the next level of copper lines are added,

இன்னொரு நிலை காப்பர் கோடுகள் சேர்க்கப்படுவதற்கு முன்,

this one’s uneven lines must be polished flat,

சீரற்ற கோடுகளைத் தேய்த்து துல்லியமாக சமன் செய்ய வேண்டும்.

to near-atomic precision, using a sophisticated grinding process

இதற்கு ஒரு மேம்பட்ட அரைக்கும் செயல்முறை பயன்படுத்தப்படுகிறது.

called chemical mechanical polishing, or CMP.

இச்செயல்முறைக்குப் பெயர் கெமிக்கல் மெக்கானிக்கல் பாலிஷிங் (CMP).

CMP uses a controlled slurry of sub-micron ceramic particles

CMP, சப்-மைக்ரான் செராமிக் துகள்களின் கட்டுப்படுத்தப்பட்ட கலவையை பயன்படுத்தி

to gently scrape and flatten the bumpy features.

சீரற்ற அமைப்புகளை கவனமாக சமப்படுத்துகின்றன.

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

இந்த ஃபேப் கருவிகளும் மற்றவைகளும், வேஃபரில் பல முறை பயன்படுத்தப்படுகின்றன.

to create and link transistors into computing logic gates,

இது கணினி லாஜிக் கேட்ஸ்களில் டிரான்சிஸ்டர்களை உருவாக்கி இணைக்கிறது.

and to make connected neighborhoods for memory storage and computation.

இது நினைவக சேமிப்புக்கும், கணக்குகளுக்கும் இணைந்த அண்டங்களை உருவாக்குகிறது.

Fabs run around the clock,

ஃபேப்ஸ் தொடர்ந்து இயங்குகின்றது.

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

தூய சிலிக்கானில் இருந்து ஒற்றை வேஃபரை நூற்றுக்கணக்கான சிப்புகளாக மாற்ற

into hundreds of chips.

சுமார் மூன்று மாதங்கள் ஆகும்.

With this continuous operation,

இந்த தொடர் செயல்பாட்டால்,

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

ஃபேப்ஸ் அதிக அளவு மின்சாரம், நீர், கரைப்பான்கள், அமிலங்கள், காரங்கள்,

செயல்முறை வாயுக்கள் மற்றும் விலைமதிப்பற்ற உலோகங்களை பயன்படுத்துகிறது.

process gases, and precious metals.

Wafers are processed in ultra-high purity tool chambers,

வேஃபர்கள், மிகத் தூய்மையான கருவி அறைகளில் செயலாக்கப்படுகின்றன

maintained by pumps running constantly,

தொடர்ந்து இயங்கும் பம்புகளால் பராமரிக்கப்படுகின்றன.

to sustain a vacuum that resembles deep space.

இதன் மூலம் ஆழ்ந்த விண்வெளியை ஒத்த வெற்றிடத்தை பேண முடியும்.

High-temperature furnaces never turn off.

அதிக வெப்பநிலை உலைகளும் தொடர்ந்து இயங்குகின்றன.

Fab air handlers constantly expel filtered air

ஃபேப் ஏர் ஹாண்ட்லர்ஸ், தொடர்ந்து காற்றை வடிகட்டி வெளியிடுகிறது.

to corral dust and tiny particles away from wafers.

இது வேஃபர்களிலிருந்து தூசி மற்றும் சிறிய துகள்களை விலக்குகிறது.

This takes a lot of electricity.

இதற்கு அதிக மின்சாரம் தேவைப்படுகிறது.

சுத்தம் செய்வதற்கான இரசாயனங்கள் மற்றும் பரிசுத்தப்படுத்திய நீரை உருவாக்க,

The chemicals and purified water used in cleaning

create nearly five gallons of waste per wafer run—

ஒவ்வொரு வேஃபர் செயலாக்கத்திற்கு சுமார் ஐந்து கேலன் நீர் வீணாகிறது.

which needs to be filtered and pH treated.

அவை வடிகட்டப்பட்டு, பிஹெச் சுத்திகரிப்புக்கு உள்ளாகிறது.

Meanwhile, CMP slurries are continually flushed with water

இந்நிலையில், சிஎம்பி திரவங்கள் தொடர்ந்து நீரால் அலசப்படுகின்றன.

இதன் மூலம், அதன் சிறு துகள்கள் கூடிப் பெரிதாவதில்லை.

to keep their fine particles from forming chunks

that would tear apart the fragile copper lines.

பெரிதானால், அவை மென்மையான காப்பர் கோடுகளை கிழிக்கும்.

This adds five times more liquid waste.

இது ஐந்து மடங்கு அதிக நீரை வீணாக்குகிறது.

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

ஃபேப்ஸ் தன் கருவிகளை இயக்க, அதிக நைட்ரஜன் மற்றும் ஹீலியம் வாயுவை பயன்படுத்துகிறது.

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

மேலும் பிற பயன்பாட்டு மற்றும் உருவாகும் வாயுக்கள் கிரீன்ஹவுஸின் பங்களிப்பாகும்.

To minimize their emission,

அதன் வெளியீட்டை குறைக்க,

machines called scrubbers decompose and dissolve some gaseous byproducts

ஸ்க்ரப்பர் இயந்திரங்கள், சில வாயு துணைப் பொருட்களை சிதைத்து

into treatable wastewater.

சுத்திகரிக்கக்கூடிய கழிவுநீரில் கரைக்கின்றன.

That uses more electricity, and more water.

அது அதிக மின்சாரம் மற்றும் நீரைப் பயன்படுத்துகின்றது.

As computing complexity grows,

கணக்கீட்டு சிக்கல்கள் வளரும்போது,

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

சிப்புகளை இணைக்க அதிக காப்பர் மற்றும் உலோகங்கள் தேவை.

And new problems arise:

அதனால் புதிய சிக்கல்கள் எழுகின்றன:

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

தற்போது, மிகச் சிறிய அம்சங்களை உருவாக்க பிஎஃப்ஏஎஸ் போட்டோரெசிஸ்ட்கள் அவசியம்

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

ஆனால் அதன் கழிவுகள், சுற்றுச்சூழலில் நம் இயற்கை வளங்களில் கலக்கின்றன.

and it may be harmful.

அது தீவிர பாதிப்பாகலாம்.

Computer chips are modern marvels that have transformed our world—

கம்ப்யூட்டர் சிப்புகள் நம் உலகத்தை மாற்றிய நவீன அதிசயங்கள்.

and the factories that build them are themselves engineering wonders.

அவை உருவாக்கும் தொழிற்சாலைகள் பொறியியல் அதிசயங்களாகும்.

But as our demand for chips accelerates,

ஆனால் சிப்புகளுக்கான தேவைகள் அதிகரிக்கும் போது,

their fabrication is hitting hard sustainability limits.

அதன் உற்பத்தி கடுமையான நிலைத்தன்மை எல்லைகளை சந்திக்கின்றன.

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

ஏற்கனவே, ஃபேப்களை இயக்குவதற்காக, சில இடங்களில் விவசாயிகளுக்கு

in favor of running fabs.

நீரை வரையறுக்கத் தொடங்கியுள்ளனர்.

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

கணினி மற்றும் நம் சுற்றுச்சூழலின் எதிர்காலத்திற்காக,

tomorrow’s leaner, cleaner, and greener fabs

நாளைய மெல்லிய, தூய்மையான மற்றும் பசுமையான ஃபேப்கள்,

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

அவை உருவாக்கும் சிப்புகளை விட புத்திசாலித்தனமாக இயங்க வேண்டும்.