Pusvadītāju ražošanas jomā precizitāte ir produktu kvalitātes un veiktspējas glābšanas riņķis. Pusvadītāju mērīšanas iekārtas kā galvenā saikne ražošanas precizitātes nodrošināšanā izvirza gandrīz stingras prasības savu galveno komponentu stabilitātei. Starp tām granīta platforma ar izcilu termisko stabilitāti spēlē neaizstājamu lomu pusvadītāju mērīšanas iekārtās. Šajā rakstā tiks veikta padziļināta granīta platformu termiskās stabilitātes veiktspējas analīze pusvadītāju mērīšanas iekārtās, izmantojot faktiskos testa datus.
Stingrās prasības mēriekārtu termiskajai stabilitātei pusvadītāju ražošanā
Pusvadītāju ražošanas process ir ārkārtīgi sarežģīts un precīzs, un mikroshēmas shēmu līniju platums ir sasniedzis nanometru līmeni. Šādā augstas precizitātes ražošanas procesā pat vismazākās temperatūras izmaiņas var izraisīt iekārtu komponentu termisko izplešanos un saraušanos, tādējādi radot mērījumu kļūdas. Piemēram, fotolitogrāfijas procesā, ja mērīšanas iekārtas mērījumu precizitāte atšķiras par 1 nanometru, tas var radīt nopietnas problēmas, piemēram, īsslēgumus vai atvērtas ķēdes mikroshēmas ķēdēs, kas noved pie mikroshēmas nolietojuma. Saskaņā ar nozares datu statistiku, par katru 1 ℃ temperatūras svārstību tradicionālā metāla materiālu mērīšanas iekārtas platforma var piedzīvot vairāku nanometru izmēru izmaiņas. Tomēr pusvadītāju ražošanā ir jākontrolē mērījumu precizitāte ±0,1 nanometra robežās, kas padara termisko stabilitāti par galveno faktoru, lai noteiktu, vai mērīšanas iekārta var atbilst pusvadītāju ražošanas prasībām.
Granīta platformu termiskās stabilitātes teorētiskās priekšrocības
Granīts kā dabīgā akmens veids ir ar kompaktu iekšējo minerālu kristalizāciju, blīvu un vienmērīgu struktūru, un tam piemīt dabiska termiskās stabilitātes priekšrocība. Runājot par termiskās izplešanās koeficientu, granīta termiskās izplešanās koeficients ir ārkārtīgi zems, parasti svārstās no 4,5 līdz 6,5 × 10⁻⁶/K. Turpretī tādu izplatītu metālisku materiālu kā alumīnija sakausējumu termiskās izplešanās koeficients ir pat 23,8 × 10⁻⁶/K, kas ir vairākas reizes vairāk nekā granītam. Tas nozīmē, ka vienādos temperatūras svārstību apstākļos granīta platformas izmēru izmaiņas ir daudz mazākas nekā metāla platformai, kas var nodrošināt stabilāku mērījumu atskaites punktu pusvadītāju mērīšanas iekārtām.
Turklāt granīta kristāliskā struktūra nodrošina tam izcilu siltumvadītspējas vienmērību. Kad iekārtas darbība rada siltumu vai mainās apkārtējās vides temperatūra, granīta platforma var ātri un vienmērīgi novadīt siltumu, izvairoties no lokālas pārkaršanas vai pārdzesēšanas parādībām, tādējādi efektīvi saglabājot platformas kopējo temperatūras konsekvenci un vēl vairāk nodrošinot mērījumu precizitātes stabilitāti.
Termiskās stabilitātes mērīšanas process un metode
Lai precīzi novērtētu granīta platformas termisko stabilitāti pusvadītāju mērīšanas iekārtās, esam izstrādājuši stingru mērīšanas shēmu. Izvēlējāmies augstas precizitātes pusvadītāju vafeļu mērīšanas instrumentu, kas aprīkots ar īpaši precīzi apstrādātu granīta platformu. Eksperimentālajā vidē tika simulēts pusvadītāju ražošanas cehā ierastais temperatūras svārstību diapazons, proti, pakāpeniska uzsildīšana no 20 ℃ līdz 35 ℃ un pēc tam atdzesēšana līdz 20 ℃. Viss process ilga 8 stundas.
Uz mērinstrumenta granīta platformas ir novietotas augstas precizitātes standarta silīcija plāksnes, un tiek izmantoti pārvietojuma sensori ar nanoskalas precizitāti, lai reāllaikā uzraudzītu silīcija plākšņu un platformas relatīvās pozīcijas izmaiņas. Tikmēr vairāki augstas precizitātes temperatūras sensori ir izvietoti dažādās platformas pozīcijās, lai uzraudzītu temperatūras sadalījumu uz platformas virsmas. Eksperimenta laikā pārvietojuma dati un temperatūras dati tika reģistrēti ik pēc 15 minūtēm, lai nodrošinātu datu pilnīgumu un precizitāti.
Izmērītie dati un rezultātu analīze
Temperatūras izmaiņu un platformas izmēra izmaiņu saistība
Eksperimentālie dati liecina, ka, temperatūrai paaugstinoties no 20 ℃ līdz 35 ℃, granīta platformas lineārā izmēra izmaiņas ir ārkārtīgi mazas. Pēc aprēķiniem visā sildīšanas procesā platformas maksimālā lineārā izplešanās ir tikai 0,3 nanometri, kas ir daudz zemāk par pusvadītāju ražošanas procesos pieļaujamo mērījumu precizitāti. Dzesēšanas posmā platformas izmērs var gandrīz pilnībā atgriezties sākotnējā stāvoklī, un izmēra izmaiņu aiztures fenomenu var ignorēt. Šī īpašība saglabāt ārkārtīgi mazas izmēru izmaiņas pat pie ievērojamām temperatūras svārstībām pilnībā apstiprina granīta platformas izcilo termisko stabilitāti.
Temperatūras vienmērīguma analīze uz platformas virsmas
Temperatūras sensora apkopotie dati liecina, ka iekārtas darbības un temperatūras maiņas procesa laikā temperatūras sadalījums uz granīta platformas virsmas ir ārkārtīgi vienmērīgs. Pat posmā, kad temperatūra mainās visintensīvāk, temperatūras starpība starp katru mērīšanas punktu uz platformas virsmas vienmēr tiek kontrolēta ±0,1 ℃ robežās. Vienmērīgs temperatūras sadalījums efektīvi novērš platformas deformāciju, ko izraisa nevienmērīgs termiskais spriegums, nodrošinot mērījumu atskaites virsmas līdzenumu un stabilitāti, kā arī nodrošinot uzticamu mērīšanas vidi pusvadītāju metroloģijas iekārtām.
Salīdzinot ar tradicionālajām materiālu platformām
Granīta platformas mērījumu dati tika salīdzināti ar tāda paša tipa pusvadītāju mērīšanas iekārtu datiem, izmantojot alumīnija sakausējuma platformu, un atšķirības bija ievērojamas. Pie vienādiem temperatūras maiņas apstākļiem alumīnija sakausējuma platformas lineārā izplešanās ir pat 2,5 nanometri, kas ir vairāk nekā astoņas reizes lielāka nekā granīta platformai. Tikmēr temperatūras sadalījums uz alumīnija sakausējuma platformas virsmas ir nevienmērīgs, maksimālajai temperatūras starpībai sasniedzot 0,8 ℃, kā rezultātā platforma acīmredzami deformējas un nopietni ietekmē mērījumu precizitāti.
Pusvadītāju metroloģijas iekārtu precīzajā pasaulē granīta platformas ar izcilu termisko stabilitāti ir kļuvušas par galveno mērījumu precizitātes nodrošināšanas elementu. Izmērītie dati pārliecinoši pierāda granīta platformas izcilo veiktspēju, reaģējot uz temperatūras izmaiņām, nodrošinot uzticamu tehnisko atbalstu pusvadītāju ražošanas nozarei. Tā kā pusvadītāju ražošanas procesi virzās uz lielāku precizitāti, granīta platformu termiskās stabilitātes priekšrocība kļūs arvien izteiktāka, nepārtraukti veicinot tehnoloģiskās inovācijas un attīstību nozarē.
Publicēšanas laiks: 2025. gada 13. maijs