धोलेरा और साणंद से भारत की सेमीकंडक्टर क्रांति: चिप फेब्रिकेशन का विज्ञान और गुजरात की भूमिका
सिलिकॉन वेफर पर अरबों ट्रांजिस्टर उकेरने वाली अत्यंत जटिल तकनीक अब गुजरात की धरती पर आकार ले रही है। धोलेरा स्पेशल इनवेस्टमेंट रीजन और सेमीकंडक्टर उद्योग का भविष्य।
गुजरात में सिलिकन क्रांति का उदय
आधुनिक मानव सभ्यता और अर्थव्यवस्था का चालक बल आज अदृश्य सी सिलिकन चिप्स बन गई हैं। स्मार्टफोन, कार, सुपरकंप्यूटर या रक्षा उपकरण—हर क्षेत्र सेमीकंडक्टर के बिना ठप पड़ जाता है। इस वैश्विक पटल पर भारत ने अपने स्थानीय चिप उत्पादन की सबसे बड़ी छलांग गुजरात के धोलेरा और साणंद से लगाई है। अहमदाबाद जिले में लगभग १०० किलोमीटर दक्षिण-पश्चिम में फैले धोलेरा स्पेशल इन्वेस्टमेंट रीजन (DSIR) में Tata समूह द्वारा भारत का सर्वप्रथम चिप फेब्रिकेशन प्लांट स्थापित किया जा रहा है। इसके साथ Vedanta समूह भी डिस्प्ले और सेमीकंडक्टर फैब के लिए तीन साझेदारों के साथ प्रथम चरण में $५ अरब के निवेश की चर्चा में जुड़ा हुआ है।
यह प्रकल्प मात्र फैक्ट्रियां बनाने तक सीमित नहीं है, बल्कि दुनिया के सबसे जटिल औद्योगिक उत्पादन क्षेत्र में भारत का आधिकारिक प्रवेश दर्शाता है। अब तक अमेरिका, ताइवान और दक्षिण कोरिया जैसे देशों के वर्चस्व वाले इस क्षेत्र में प्रवेश करने के लिए गुजरात के धोलेरा में ९२० वर्ग किलोमीटर से अधिक क्षेत्र में एक नया ग्रीनफील्ड औद्योगिक शहर खड़ा किया जा रहा है। सेमीकंडक्टर मैन्युफैक्चरिंग क्यों इतना कठिन है और धोलेरा में क्या बन रहा है, यह समझने के लिए इसके विज्ञान और उत्पादन प्रक्रिया के मूल में जाना आवश्यक है।
चिप फेब्रिकेशन का विज्ञान: वेफ़र से लेकर डाइ तक
सेमीकंडक्टर डिवाइस फेब्रिकेशन मूल रूप से इंटीग्रेटेड सर्किट्स् (ICs) बनाने की बहु-चरणबद्ध प्रक्रिया है। इस प्रक्रिया में शुद्ध सिंगल-क्रिस्टल सेमीकंडक्टर पदार्थ से बनी गोलाकार तख्ती, जिसे वेफ़र (wafer) कहा जाता है, उस पर क्रमशः हज़ारों-करोड़ों इलेक्ट्रॉनिक सर्किट्स् तैयार किए जाते हैं। यह उत्पादन अत्यधिक विशिष्ट प्लांट्स में होता है, जिन्हें फाउंड्री या 'फैब' (fab) कहा जाता है। फैब का हृदय उसका 'क्लीन रूम' (clean room) होता है, जहाँ हवा में रजकणों की मात्रा लगभग शून्य रखी जाती है, क्योंकि धूल का एक छोटा सा कण भी माइक्रोस्कोपिक सर्किट को नष्ट कर सकता है।
यह प्रक्रिया फोटोलिथोग्राफी (photolithography—प्रकाश की मदद से रासायनिक सतह पर डिज़ाइन छापने की तकनीक) और भौतिक-रासायनिक प्रक्रियाओं का एक जटिल चक्र है। इसमें थर्मल ऑक्सीडेशन (सिलिकन पर ऑक्साइड की परत बनाना), पतली परत का डिपोजिशन (thin-film deposition), आयन इम्प्लांटेशन (ion implantation—सिलिकन में बिजली का वहन नियंत्रित करने के लिए आयन जोड़ना) और एचिंग (etching—अनावश्यक हिस्से को रासायनिक रूप से कुरेद कर निकालना) जैसे चरण बार-बार दोहराए जाते हैं। एक तैयार वेफ़र पर अनगिनत इंटीग्रेटेड सर्किट्स् बनते हैं, जिन्हें डाइ (dies) कहा जाता है। प्रक्रिया पूर्ण होने के बाद वेफ़र को काटकर ये डाइ अलग किए जाते हैं, जिसे डाइ सिंग्यूलेशन (die singulation) या वेफ़र डाइसिंग कहते हैं, और उसके पश्चात इसकी पैकेजिंग होती है।
- 1. वेफर का चयनशुद्ध सिंगल-क्रिस्टल सेमीकंडक्टर पदार्थ से बनी गोलाकार तख्ती (वेफर) पर सर्किट बनाना शुरू होता है।
- 2. क्लीन रूम प्रोसेसिंगशून्य कणों वाले क्लीन रूम में फोटोलिथोग्राफी और भौतिक-रासायनिक प्रक्रियाएं की जाती हैं।
- 3. सर्किट निर्माणथर्मल ऑक्सीडेशन, डिपोजिशन, आयन इम्प्लांटेशन और एचिंग द्वारा वेफर पर हजारों-करोड़ों सर्किट्स रचे जाते हैं।
- 4. डाई सिंगुलेशन और पैकेजिंगपूर्ण हुई वेफर को काटकर डाई अलग की जाती है और अंत में उसकी पैकेजिंग होती है।
- थर्मल ऑक्सीडेशन और पतली परत का डिपोजिशनशुद्ध सिंगल-क्रिस्टल सिलिकॉन वेफर की सतह पर ऑक्साइड की सुरक्षात्मक परत बनाई जाती है और आवश्यक रासायनिक द्रव्यों की अति-बारीक परतें चढ़ाई जाती हैं।
- फोटोलिथोग्राफी (Photolithography)प्रकाश और मास्क की मदद से चिप की सर्किट की अतिसूक्ष्म डिजाइन वेफर की सतह पर सटीकतापूर्वक छापी (पैटर्न) जाती है।
- एचिंग और आयन इम्प्लांटेशनरासायनिक प्रक्रिया द्वारा अनावश्यक भागों को खोदकर हटाया जाता है (एचिंग) और सिलिकॉन के विद्युत गुणों को बदलने के लिए उसमें अशुद्धियों के आयन डाले जाते हैं।
- मेटल वायरिंग और मिनी-एनवायरनमेंट हैंडलिंगतांबे जैसी वाहक धातु द्वारा ट्रांजिस्टर को जोड़ा जाता है; वेफर को नाइट्रोजन वातावरण वाले FOUP बॉक्स में एक मशीन से दूसरी मशीन में भेजा जाता है।
- डाई सिंगुलेशन और पैकेजिंग11 से 15 सप्ताह की प्रक्रिया के बाद वेफर को काटकर व्यक्तिगत चिप्स (डाई) अलग की जाती हैं और अंतिम असेंबली तथा पैकेजिंग के लिए भेजा जाता है।
अत्यधिक नियंत्रित वातावरण और मशीनरी
आधुनिक fabricación में वेफर्स को सामान्य हवा में नहीं रखा जाता है। प्लांट के अंदर वेफर्स को विशिष्ट सीलबंद प्लास्टिक बॉक्स में ले जाया जाता है, जिसे FOUP (Front Opening Unified Pod) कहते हैं। इस FOUP बॉक्स के अंदर शुद्ध नाइट्रोजन वातावरण बनाए रखा जाता है, ताकि वेफर पर वायरिंग के लिए इस्तेमाल होने वाले तांबे का ऑक्सीकरण न हो। प्रोसेसिंग उपकरणों और FOUP के अंदर का वातावरण क्लीन रूम की हवा से भी अधिक शुद्ध होता है, जिसे 'मिनी-एनवायरनमेंट' (mini-environment) के रूप में जाना जाता है।
यह मिनी-एनवायरनमेंट EFEM (इक्विपमेंट फ्रंट एंड मॉड्यूल) से जुड़ा होता है, जो मशीन को FOUP स्वीकार करने और अंदर वेफर डालने की अनुमति देता है। हवा से नमी अंदर न घुसे इसके लिए FOUP और EFEM के बीच एयर कर्टेन या जाली लगाई जाती है। इन सभी उपकरणों और FOUPs को लगातार नाइट्रोजन से शुद्ध रखने के लिए fabrication प्लांट्स को विशाल मात्रा में तरल नाइट्रोजन की जरूरत पड़ती है। दुनिया में ऐसी fabrication मशीनरी बनाने में ASML, Applied Materials, Tokyo Electron और Lam Research जैसी गिनी-चुनी दिग्गज कंपनियां ही सक्षम हैं।
आधुनिक 14, 10 या 7 नैनोमीटर (nm) नोड्स पर चलने वाली चिप्स के fabrication में औसतन 11 से 13 सप्ताह लगते हैं, जबकि उन्नत प्रोसेस में 15 सप्ताह जितना लंबा समय लग सकता है। यह उत्पादन पूरी तरह से स्वचालित होता है, जिसमें मटेरियल हैंडलिंग सिस्टम्स वेफर्स को एक मशीन से दूसरे मशीन में ले जाती हैं।
અઠવાડિયા
वेफर के आकार और नोड्स की ऐतिहासिक यात्रा
सेमीकंडक्टर तकनीक का इतिहास लगातार संकुचन और विस्तार का रहा है—ट्रांजिस्टर आकार में छोटे होते गए और वेफर आकार में बड़ी होती गई। 1960 में मात्र 25 मिलीमीटर (1 इंच) की वेफर से शुरुआत हुई थी। 1969 में यह 50 मिलीमीटर (2 इंच), 1976 में 100 मिलीमीटर (4 इंच), 1981 में 125 मिलीमीटर (5 इंच) और 1983 में 150 मिलीमीटर (6 इंच) हो गई। 1990 में 200 मिलीमीटर (8 इंच) वेफर आई जो 1992 में व्यापक बनी और वर्ष 2000 तक 300 मिलीमीटर (12 इंच) की वेफर वैश्विक स्टैंडर्ड बन गई।
મિલીમીટર (mm)
शुरुआत के 2 इंच वेफर के जमाने में कारीगर चिमटियों (tweezers) से वेफर हाथ से पकड़ते थे। उसके बाद वैक्यूम वांड्स और वेफर कैसेट्स आईं। 150 मिलीमीटर तक पहुंचते-पहुंचते रोबोटिक्स अनिवार्य बन गया, क्योंकि 200 मिलीमीटर की कैसेटें वजनदार बनने के कारण मैन्युअल हैंडलिंग जोखिम भरा हो गया था। आज 300 मिलीमीटर की वेफर अधिक सतह प्रदान करके उत्पादन लागत घटाती है, हालांकि एनालॉग ICs, RF चिप्स और पावर डिवाइस के लिए आज भी 200 मिलीमीटर की वेफर्स इस्तेमाल होती हैं।
इस क्रांति की नींव १९५५ में बेल लैब्स (Bell Telephone Laboratories) में पड़ी थी, जब कार्ल फ्रॉश (Carl Frosch) और लिंकन डेरिका (Lincoln Derick) द्वारा दुर्घटनावश सिलिकॉन वेफर पर सिलिकॉन डाइऑक्साइड की परत बन गई। १९५७ तक उन्होंने पहला प्लेनर फील्ड इफ़ेक्ट ट्रांजिस्टर बनाया। इसके बाद १९५९ में जीन होएर्नी ने फेरचाइल्ड में प्लेनर प्रक्रिया विकसित की। १९६३ में चिह-टांग साह और फ्रैंक वानलास ने CMOS तकनीक विकसित की, जिसे RCA द्वारा १९६८ में ४०००-श्रेणी की सर्किट्स में २० माइक्रोमीटर से शुरू करके १० माइक्रोमीटर तक स्केल किया गया था।
समय के साथ ट्रांजिस्टर के गेट की लंबाई के आधार पर 'टेक्नोलॉजी नोड' (जैसे कि 90 nm प्रोसेस) नामकरण शुरू हुआ। हालांकि १९९४ के बाद और विशेष रूप से २००९ के बाद नेनोमीटर (nm) कोई भौतिक मापदंड रहने के बजाय मात्र एक मार्केटिंग शब्द बन गया है। उदाहरण के लिए, Intel की 10 nm प्रोसेस में फिनफेट (FinFET) फिन की चौड़ाई वास्तव में 7 nm होती है, जो TSMC की 7 nm प्रोसेस जितनी ही ट्रांजिस्टर डेंसिटी (प्रति वर्ग क्षेत्रवार ट्रांजिस्टर संख्या) रखती है।
वैश्वीक उद्योग और धोलेरा SIR की पसंद
सेमीकंडक्टर उद्योग हाल में पूर्ण रूप से वैश्विक बिजनेस है। दुनिया की सबसे बड़ी प्योरे-प्ले फाउंड्री TSMC ताइवान, चीन, सिंगापुर और अमेरिका में सुविधाएं रखती है। Samsung दक्षिण कोरिया और अमेरिका में प्लांट्स रखती है, जबकि Intel यूरोप, एशिया और अमेरिका में फैला हुआ है। दूसरी तरफ Qualcomm और Broadcom जैसी फैबेलस (fabless—अपनी फैक्ट्री न रखने वाली) कंपनियां केवल चिप डिज़ाइन करती हैं और उत्पादन TSMC जैसी फाउंड्री से करवाती हैं।
ऐसे अत्यंत संवेदनशील उद्योग की स्थापना के लिए अनवरत बिजली, अतिशुद्ध पानी, भूकंप-मुक्त ज़मीन और वैश्विक लॉजिस्टिक्स कनेक्टिविटी की ज़रूरत पड़ती है। गुजरात के धोलेरा स्पेशल इन्वेस्टमेंट रीज़न (DSIR) को इसी उद्देश्य के लिए आकार दिया गया है। २०१३ में गुजरात के तत्कालीन मुख्यमंत्री नरेंद्र मोदी द्वारा घोषित यह प्रोजेक्ट दिल्ली-मुंबई इंडस्ट्रियल कॉरिडोर (DMIC) के प्रभाव क्षेत्र में भारत और जापान सरकार की संयुक्त पहल के रूप में विकसित किया जा रहा है।
गुजरात सरकार द्वारा बनाए गए स्पेशल इन्वेस्टमेंट रीज़न एक्ट २००९ के तहत २०१९ में 'धोलेरा स्पेशल इन्वेस्टमेंट रीज़न डेवलपमेंट अथॉरिटी' (DSIRDA) की स्थापना की गई थी। इस प्रोजेक्ट के अमल के लिए भारत सरकार (DMIC ट्रस्ट) और गुजरात सरकार (DSIRDA) द्वारा 'धोलेरा इंडस्ट्रियल सिटी डेवलपमेंट लिमिटेड' (DICDL) नामक स्पेशल पर्पज़ व्हीकल (SPV) २८ जनवरी २०१६ को रची गई, जिसमें गुजरात सरकार ५१% और भारत सरकार ४९% हिस्सा रखती है।
| प्रोजेक्ट / घटक | मुख्य विवरण / क्षमता | भागीदारी / एजेंसी |
|---|---|---|
| कुल नियोजित क्षेत्रफल | 920 वर्ग किलोमीटर से अधिक | केंद्र और गुजरात सरकार |
| मैनेजिंग SPV (DICDL) | 51% गुजरात सरकार (DSIRDA), 49% केंद्र सरकार (DMIC) | DICDL |
| अल्ट्रा-मेगा सोलर पार्क | 4400 MW (फेज-1: 1000 MW, 300 MW कमीशन) | टाटा पावर / सरकारी |
| अहमदाबाद-धोलेरा एक्सप्रेसवे | 109.019 किमी ग्रीनफील्ड मार्ग | नेशनल हाईवे अथॉरिटी |
| इंटरनेशनल एयरपोर्ट | ग्रीनफील्ड एयरपोर्ट (लक्ष्य: 2026) | DICDL / एयरपोर्ट अथॉरिटी |
| सेमीकंडक्टर चिप फैब | भारत का पहला चिप फैब्रिकेशन यूनिट | Tata समूह |
| सेमीकंडक्टर/डिस्प्ले फैब | $5 अरब का प्रथम चरण का प्रस्तावित निवेश | Vedanta समूह |
प्लग-एंड-प्ले इन्फ्रास्ट्रक्चर और ग्रीन एनर्जी
धोलेरा में चिप निर्माताओं को आकर्षित करने के लिए 'प्लग-एंड-प्ले' (तैयार बुनियादी ढांचा सुविधाएं) मॉडल तैयार किया गया है। फैब प्लांट्स को अरबों किलोवाट बिजली की आवश्यकता होती है। इस जरूरत को पूरा करने के लिए धोलेरा में ४४०० मेगावाट (MW) क्षमता का अल्ट्रा-मेगा सोलर पार्क बन रहा है, जिसमें से १००० MW का पहला चरण कार्यान्वयन के अधीन है और ३०० MW क्षमता टाटा पावर द्वारा कमीशन कर दी गई है।
चिप्स के तेज और सुरक्षित परिवहन के लिए १०९.०१९ किलोमीटर लंबा अहमदाबाद-धोलेरा ग्रीनफील्ड एक्सप्रेसवे २०२६ में सार्वजनिक उपयोग के लिए खुला जा रहा है। इसके अलावा भीमनाथ से धोलेरा के बीच फ्रेट रेल नेटवर्क और एक नया ग्रीनफील्ड इंटरनेशनल एयरपोर्ट निर्माण के अधीन है, जिसका २०२६ तक कार्यान्वित होने का लक्ष्य है। वैश्विक रुचि भी बढ़ रही है; २०२३ में दक्षिण कोरियाई कंपनियों ने यहाँ निवेश की संभावनाओं की जाँच की थी, जबकि हॉस्पिटैलिटी क्षेत्र में पहले फाइव-स्टार होटल के लिए १२,०९५ वर्ग मीटर प्लॉट आवंटित किया गया है। जुलाई २०२६ में घोषित गुजरात डेटा सेंटर पॉलिसी २०२६-२९ में धोलेरा को ७ से ८ गीगावॉट क्षमता और ₹६ से ७ लाख करोड़ के निवेश की संभावना के साथ प्राथमिक हब घोषित किया गया है।
सामाजिक चुनौतियाँ और भूमि अधिग्रहण विवाद
विशाल औद्योगिक शहरों का निर्माण स्थानीय समुदायों के प्रश्नों के बिना संभव नहीं होता है। धोलेरा के भाल क्षेत्र में २००९ से २०२२ के बीच लगभग २२ गाँवों के किसानों ने भूमि पूलिंग (land pooling) के खिलाफ व्यापक विरोध प्रदर्शन किए थे। 'भाल बचाओ समिति' जैसे संगठन बनाकर किसानों ने २०१३ के भूमि अधिग्रहण कानून के तहत किसानों की सहमति का प्रावधान लागू करने की मांग की थी।
किसानों का मुख्य विरोध इस बात पर था कि SIR एक्ट के तहत उनकी ५०% भूमि लेकर उसके बदले में छोटी या बाढ़ की संभावना वाली भूमि आवंटित की जाती थी। इसके अलावा उपजाऊ कृषि भूमि खोना और पुरानी जंत्री के आधार पर दिए जाने वाले मुआवजे के खिलाफ रैलियाँ, धरने, भूख हड़ताल और गिरफ्तारियों जैसी घटनाएँ हुई थीं। हालांकि, सरकार ने इस विरोध के बीच भी सर्वे और नोटिस जारी करके प्रोजेक्ट की भूमि अधिग्रहण प्रक्रिया आगे बढ़ाई थी।
भारत के लिए आगामी मार्ग
साणंद और धोलेरा में शुरू हो रहे सेमीकंडक्टर प्लांट्स न केवल स्थानीय इलेक्ट्रॉनिक्स सप्लाई चेन को मजबूत करेंगे, बल्कि भारत को वैश्विक चिप निर्माण के नक्शे पर स्थापित करेंगे। फैब्रिकेशन में इस्तेमाल होने वाली प्रक्रियाएं डिस्प्ले (LCD और OLED) जैसे अन्य उपकरणों के निर्माण में भी उपयोगी बनती हैं। प्लानर ट्रांजिस्टर से शुरू हुई यात्रा अब गुजरात के क्लीन रूम्स में ३०० मिलीमीटर के वेफर्स पर अरबों सर्किट्स रचने तक पहुँची है। यह यात्रा अत्यधिक जटिल साजो-सामान, सटीक केमिकल प्रोसेसिंग और विशाल इन्फ्रास्ट्रक्चर के तालमेल पर निर्भर है।
