Puslaidininkių gamybos srityje tikslumas yra produkto kokybės ir našumo gyvybės linija. Puslaidininkių matavimo įranga, kaip pagrindinė grandis, užtikrinanti gamybos tikslumą, kelia beveik griežtus reikalavimus savo pagrindinių komponentų stabilumui. Tarp jų granito platforma, pasižyminti išskirtiniu terminiu stabilumu, atlieka nepakeičiamą vaidmenį puslaidininkių matavimo įrangoje. Šiame straipsnyje bus atlikta išsami granito platformų terminio stabilumo analizė puslaidininkių matavimo įrangoje, remiantis faktiniais bandymų duomenimis.
Griežti matavimo įrangos terminio stabilumo reikalavimai puslaidininkių gamyboje
Puslaidininkių gamybos procesas yra itin sudėtingas ir tikslus, o lustų grandinių linijų plotis siekia nanometro lygį. Tokiame didelio tikslumo gamybos procese net ir menkiausias temperatūros pokytis gali sukelti įrangos komponentų šiluminį plėtimąsi ir susitraukimą, o tai gali sukelti matavimo paklaidas. Pavyzdžiui, fotolitografijos procese, jei matavimo įrangos matavimo tikslumas nukrypsta 1 nanometru, tai gali sukelti rimtų problemų, tokių kaip trumpieji jungimai arba nutrūkę grandinės lustų grandinėse, dėl kurių lustas gali būti sugadintas. Remiantis pramonės duomenų statistika, kiekvienam 1 ℃ temperatūros svyravimui tradicinės metalinės medžiagos matavimo įrangos platforma gali patirti kelių nanometrų matmenų pokyčius. Tačiau puslaidininkių gamyboje matavimo tikslumas turi būti kontroliuojamas ±0,1 nanometro tikslumu, todėl terminis stabilumas yra pagrindinis veiksnys, lemiantis, ar matavimo įranga gali atitikti puslaidininkių gamybos reikalavimus.
Granito platformų šiluminio stabilumo teoriniai privalumai
Granitas, kaip natūralaus akmens rūšis, pasižymi kompaktiška vidine mineraline kristalizacija, tankia ir vienoda struktūra bei natūraliu terminio stabilumo pranašumu. Kalbant apie šiluminio plėtimosi koeficientą, granito šiluminio plėtimosi koeficientas yra itin mažas, paprastai svyruoja nuo 4,5 iki 6,5 × 10⁻⁶/K. Priešingai, įprastų metalinių medžiagų, tokių kaip aliuminio lydiniai, šiluminio plėtimosi koeficientas siekia net 23,8 × 10⁻⁶/K, tai yra kelis kartus daugiau nei granito. Tai reiškia, kad esant toms pačioms temperatūros kitimo sąlygoms, granito platformos matmenų pokytis yra daug mažesnis nei metalinės platformos, todėl puslaidininkinė matavimo įranga gali suteikti stabilesnį matavimo etaloną.
Be to, granito kristalinė struktūra suteikia jam puikų šilumos laidumo vienodumą. Kai įrangos veikimas generuoja šilumą arba keičiasi aplinkos temperatūra, granito platforma gali greitai ir tolygiai pašalinti šilumą, išvengdama vietinio perkaitimo ar peršalimo reiškinių, taip efektyviai palaikydama bendrą platformos temperatūros pastovumą ir toliau užtikrindama matavimo tikslumo stabilumą.
Šiluminio stabilumo matavimo procesas ir metodas
Siekdami tiksliai įvertinti granito platformos terminį stabilumą puslaidininkių matavimo įrangoje, sukūrėme griežtą matavimo schemą. Pasirinkome didelio tikslumo puslaidininkių plokštelių matavimo prietaisą, kuris aprūpintas itin tiksliai apdorota granito platforma. Eksperimentinėje aplinkoje buvo imituojamas įprastas temperatūros kitimo diapazonas puslaidininkių gamybos ceche, t. y. laipsniškas kaitinimas nuo 20 ℃ iki 35 ℃, o po to aušinimas iki 20 ℃. Visas procesas truko 8 valandas.
Matavimo prietaiso granito platformoje dedamos didelio tikslumo standartinės silicio plokštelės, o santykiniams padėties pokyčiams tarp silicio plokštelių ir platformos realiuoju laiku stebėti naudojami nanoskalės tikslumo poslinkio jutikliai. Tuo tarpu skirtingose platformos vietose išdėstyti keli didelio tikslumo temperatūros jutikliai, skirti temperatūros pasiskirstymui platformos paviršiuje stebėti. Eksperimento metu poslinkio ir temperatūros duomenys buvo registruojami kas 15 minučių, siekiant užtikrinti duomenų išsamumą ir tikslumą.
Išmatuoti duomenys ir rezultatų analizė
Temperatūros pokyčių ir platformos dydžio pokyčių ryšys
Eksperimentiniai duomenys rodo, kad temperatūrai pakilus nuo 20 ℃ iki 35 ℃, granito platformos linijinio dydžio pokytis yra itin mažas. Atlikus skaičiavimus, per visą kaitinimo procesą, didžiausias platformos linijinis išsiplėtimas yra tik 0,3 nanometro, o tai yra daug mažiau nei puslaidininkių gamybos procesų matavimo tikslumo paklaidų tolerancijos diapazonas. Aušinimo etape platformos dydis gali beveik visiškai grįžti į pradinę būseną, o dydžio pokyčio vėlavimo reiškinį galima ignoruoti. Ši savybė, leidžianti išlaikyti itin mažus matmenų pokyčius net ir esant dideliems temperatūros svyravimams, visiškai patvirtina išskirtinį granito platformos terminį stabilumą.
Temperatūros vienodumo analizė platformos paviršiuje
Temperatūros jutiklio surinkti duomenys rodo, kad įrangai veikiant ir keičiantis temperatūrai, temperatūros pasiskirstymas granito platformos paviršiuje yra itin tolygus. Net ir intensyviausio temperatūros pokyčio metu temperatūros skirtumas tarp kiekvieno matavimo taško platformos paviršiuje visada kontroliuojamas ±0,1 ℃ tikslumu. Tolygus temperatūros pasiskirstymas efektyviai apsaugo nuo platformos deformacijos, kurią sukelia netolygus terminis įtempis, užtikrina matavimo atskaitos paviršiaus lygumą ir stabilumą bei patikimą matavimo aplinką puslaidininkinei metrologijos įrangai.
Palyginti su tradicinėmis medžiagų platformomis
Granito platformos išmatuoti duomenys buvo palyginti su to paties tipo puslaidininkinės matavimo įrangos, naudojant aliuminio lydinio platformą, duomenimis, ir skirtumai buvo reikšmingi. Esant tokioms pačioms temperatūros pokyčio sąlygoms, aliuminio lydinio platformos linijinis plėtimasis siekia net 2,5 nanometro, tai yra daugiau nei aštuonis kartus daugiau nei granito platformos. Tuo tarpu temperatūros pasiskirstymas aliuminio lydinio platformos paviršiuje yra netolygus, o didžiausias temperatūros skirtumas siekia 0,8 ℃, todėl platforma akivaizdžiai deformuojasi ir smarkiai paveikia matavimo tikslumą.
Tiksliosios puslaidininkių metrologijos įrangos pasaulyje granito platformos, pasižyminčios išskirtiniu terminiu stabilumu, tapo pagrindiniu matavimo tikslumo užtikrinimo įrankiu. Išmatuoti duomenys aiškiai įrodo puikų granito platformos našumą reaguojant į temperatūros pokyčius, teikiant patikimą techninę paramą puslaidininkių gamybos pramonei. Puslaidininkių gamybos procesams tobulėjant siekiant didesnio tikslumo, granito platformų terminio stabilumo pranašumas taps vis svarbesnis, nuolat skatindamas technologines inovacijas ir plėtrą pramonėje.
Įrašo laikas: 2025 m. gegužės 13 d.