Na področju proizvodnje polprevodnikov je natančnost ključna za kakovost in delovanje izdelkov. Polprevodniška merilna oprema kot ključna povezava za zagotavljanje natančnosti proizvodnje nalaga skoraj stroge zahteve glede stabilnosti svojih osnovnih komponent. Med njimi ima granitna platforma s svojo izjemno toplotno stabilnostjo nepogrešljivo vlogo v polprevodniški merilni opremi. Ta članek bo izvedel poglobljeno analizo toplotne stabilnosti granitnih platform v polprevodniški merilni opremi na podlagi dejanskih podatkov preskusov.
Stroge zahteve za toplotno stabilnost merilne opreme v proizvodnji polprevodnikov
Postopek izdelave polprevodnikov je izjemno kompleksen in natančen, širina vezij na čipu pa je dosegla nanometrsko raven. V tako visoko natančnem proizvodnem procesu lahko že najmanjša sprememba temperature povzroči toplotno raztezanje in krčenje komponent opreme, kar povzroči napake pri meritvah. Na primer, če se pri fotolitografskem postopku natančnost meritve merilne opreme razlikuje za 1 nanometer, lahko to povzroči resne težave, kot so kratki stiki ali odprti tokokrogi v vezjih na čipu, kar vodi do razpada čipa. Glede na statistiko industrijskih podatkov lahko tradicionalna platforma za merjenje kovinskih materialov za vsako nihanje temperature za 1 ℃ doživi dimenzijske spremembe za več nanometrov. Vendar pa proizvodnja polprevodnikov zahteva nadzor natančnosti meritev v območju ±0,1 nanometra, zaradi česar je toplotna stabilnost ključni dejavnik pri določanju, ali lahko merilna oprema izpolnjuje zahteve proizvodnje polprevodnikov.
Teoretične prednosti toplotne stabilnosti granitnih ploščadi
Granit kot vrsta naravnega kamna ima kompaktno notranjo mineralno kristalizacijo, gosto in enakomerno strukturo ter naravno prednost toplotne stabilnosti. Kar zadeva koeficient toplotnega raztezanja, je koeficient toplotnega raztezanja granita izjemno nizek in se običajno giblje od 4,5 do 6,5 × 10⁻⁶/K. Nasprotno pa koeficient toplotnega raztezanja običajnih kovinskih materialov, kot so aluminijeve zlitine, znaša kar 23,8 × 10⁻⁶/K, kar je nekajkrat več kot pri granitu. To pomeni, da je pri enakih temperaturnih pogojih sprememba dimenzij granitne plošče veliko manjša kot pri kovinski plošči, kar lahko zagotovi stabilnejšo merilno referenco za polprevodniško merilno opremo.
Poleg tega kristalna struktura granita zagotavlja odlično enakomernost toplotne prevodnosti. Ko delovanje opreme ustvarja toploto ali se temperatura okolice spremeni, lahko granitna ploščad hitro in enakomerno odvaja toploto, s čimer se izogne lokalnemu pregrevanju ali prehlajevanju, s čimer učinkovito ohranja splošno temperaturno konstantnost ploščadi in dodatno zagotavlja stabilnost in natančnost meritev.
Postopek in metoda merjenja toplotne stabilnosti
Da bi natančno ocenili toplotno stabilnost granitne plošče v polprevodniški merilni opremi, smo zasnovali strogo merilno shemo. Izbrali smo visoko natančen merilni instrument za polprevodniške rezine, ki je opremljen s super natančno obdelano granitno ploščo. V eksperimentalnem okolju smo simulirali običajno območje temperaturnih sprememb v delavnici za proizvodnjo polprevodnikov, in sicer postopno segrevanje od 20 ℃ do 35 ℃ in nato ohlajanje nazaj na 20 ℃. Celoten postopek je trajal 8 ur.
Na granitni ploščadi merilnega instrumenta so nameščene visoko precizne standardne silicijeve rezine, za spremljanje relativnih sprememb položaja med silicijevimi rezinami in ploščadjo v realnem času pa se uporabljajo senzorji premika z nanometrsko natančnostjo. Medtem je na različnih mestih na ploščadi razporejenih več visoko preciznih temperaturnih senzorjev, ki spremljajo porazdelitev temperature na površini ploščadi. Med poskusom so bili podatki o premiku in temperaturi zabeleženi vsakih 15 minut, da bi zagotovili popolnost in točnost podatkov.
Izmerjeni podatki in analiza rezultatov
Razmerje med spremembami temperature in spremembami velikosti platforme
Eksperimentalni podatki kažejo, da je sprememba linearne velikosti granitne plošče izjemno majhna, ko se temperatura dvigne z 20 ℃ na 35 ℃. Po izračunu je največji linearni raztezek plošče med celotnim procesom segrevanja le 0,3 nanometra, kar je precej manj od dovoljenega območja napake za natančnost meritev v procesih izdelave polprevodnikov. Med fazo hlajenja se velikost plošče skoraj v celoti vrne v začetno stanje, pojav zamika pri spremembi velikosti pa je mogoče zanemariti. Ta značilnost ohranjanja izjemno nizkih dimenzijskih sprememb tudi pri znatnih temperaturnih nihanjih v celoti potrjuje izjemno toplotno stabilnost granitne plošče.
Analiza enakomernosti temperature na površini ploščadi
Podatki, ki jih zbere temperaturni senzor, kažejo, da je med delovanjem opreme in procesom spreminjanja temperature porazdelitev temperature na površini granitne ploščadi izjemno enakomerna. Tudi v fazi, ko se temperatura najbolj intenzivno spreminja, je temperaturna razlika med posameznimi merilnimi točkami na površini ploščadi vedno nadzorovana znotraj ±0,1 ℃. Enakomerna porazdelitev temperature učinkovito preprečuje deformacije ploščadi zaradi neenakomerne toplotne obremenitve, zagotavlja ravnost in stabilnost merilne referenčne površine ter zagotavlja zanesljivo merilno okolje za polprevodniško metrološko opremo.
V primerjavi s tradicionalnimi materialnimi platformami
Izmerjeni podatki granitne ploščadi so bili primerjani s podatki polprevodniške merilne opreme iste vrste, ki uporablja ploščad iz aluminijeve zlitine, in razlike so bile znatne. Pri enakih pogojih temperaturnih sprememb je linearni raztezek ploščadi iz aluminijeve zlitine dosegel kar 2,5 nanometra, kar je več kot osemkrat več kot pri granitni ploščadi. Hkrati je porazdelitev temperature na površini ploščadi iz aluminijeve zlitine neenakomerna, največja temperaturna razlika pa doseže 0,8 ℃, kar povzroči očitno deformacijo ploščadi in resno vpliva na natančnost meritev.
V natančnem svetu polprevodniške merilne opreme so granitne platforme s svojo izjemno toplotno stabilnostjo postale glavna opora za zagotavljanje natančnosti meritev. Izmerjeni podatki močno dokazujejo izjemno zmogljivost granitne platforme pri odzivanju na temperaturne spremembe in zagotavljajo zanesljivo tehnično podporo industriji proizvodnje polprevodnikov. Z napredovanjem proizvodnih procesov polprevodnikov v smeri večje natančnosti bo prednost toplotne stabilnosti granitnih platform postala vse bolj izrazita, kar bo nenehno spodbujalo tehnološke inovacije in razvoj v industriji.
Čas objave: 13. maj 2025