Puslaidininkių gamybos srityje, kurioje siekiama maksimalaus tikslumo, šiluminio plėtimosi koeficientas yra vienas iš pagrindinių parametrų, turinčių įtakos produkto kokybei ir gamybos stabilumui. Visame procese – nuo fotolitografijos, ėsdinimo iki pakavimo – medžiagų šiluminio plėtimosi koeficientų skirtumai gali įvairiais būdais paveikti gamybos tikslumą. Tačiau granito pagrindas, pasižymintis itin mažu šiluminio plėtimosi koeficientu, tapo raktu į šios problemos sprendimą.
Litografijos procesas: terminė deformacija sukelia rašto nukrypimą
Fotolitografija yra pagrindinis puslaidininkių gamybos etapas. Fotolitografijos aparatu kaukės grandinės raštai perkeliami į fotorezistu padengtos plokštelės paviršių. Šio proceso metu gyvybiškai svarbus šilumos valdymas fotolitografijos aparato viduje ir darbo stalo stabilumas. Pavyzdžiui, tradicinės metalinės medžiagos. Jų šiluminio plėtimosi koeficientas yra maždaug 12 × 10⁻⁶/℃. Fotolitografijos aparato veikimo metu lazerio šviesos šaltinio, optinių lęšių ir mechaninių komponentų skleidžiama šiluma padidins įrangos temperatūrą 5–10 ℃. Jei litografijos aparato darbo stalas naudoja metalinį pagrindą, 1 metro ilgio pagrindas gali sukelti 60–120 μm plėtimosi deformaciją, dėl kurios pasislinks kaukės ir plokštelės santykinė padėtis.
Pažangiuose gamybos procesuose (pvz., 3 nm ir 2 nm) tranzistorių tarpai yra tik keli nanometrai. Tokios mažos terminės deformacijos pakanka, kad fotolitografijos raštas būtų nesuderintas, dėl to atsirastų nenormalūs tranzistorių sujungimai, trumpieji jungimai arba atviros grandinės ir kitos problemos, tiesiogiai sukeliančios lustų funkcijų sutrikimus. Granito pagrindo šiluminio plėtimosi koeficientas yra vos 0,01 μm/°C (t. y. (1-2) × 10⁻⁶/℃), o deformacija esant tam pačiam temperatūros pokyčiui yra tik 1/10–1/5 metalo deformacijos. Tai gali suteikti stabilią fotolitografijos aparato apkrovą laikančią platformą, užtikrinant tikslų fotolitografijos rašto perdavimą ir žymiai pagerinant lustų gamybos našumą.
Ėsdinimas ir nusodinimas: turi įtakos konstrukcijos matmenų tikslumui
Ėsdinimas ir nusodinimas yra pagrindiniai procesai, skirti trimatėms grandinių struktūroms konstruoti ant plokštelės paviršiaus. Ėsdinimo proceso metu reaktyviosios dujos chemiškai reaguoja su plokštelės paviršiaus medžiaga. Tuo tarpu tokie komponentai kaip RF maitinimo šaltinis ir dujų srauto valdymas įrangos viduje generuoja šilumą, todėl pakyla plokštelės ir įrangos komponentų temperatūra. Jei plokštelės laikiklio arba įrangos pagrindo šiluminio plėtimosi koeficientas nesutampa su plokštelės (silicio medžiagos šiluminio plėtimosi koeficientas yra maždaug 2,6 × 10⁻⁶/℃), keičiantis temperatūrai, atsiras šiluminis įtempis, dėl kurio plokštelės paviršiuje gali atsirasti mažų įtrūkimų ar deformacijų.
Tokia deformacija paveiks ėsdinimo gylį ir šoninės sienelės vertikalumą, todėl išėsdintų griovelių, kiaurymių ir kitų struktūrų matmenys nukryps nuo projektavimo reikalavimų. Panašiai ir plonasluoksnio nusodinimo procese dėl skirtingo šiluminio plėtimosi gali atsirasti vidinis įtempis nusodintoje plonoje plėvelėje, dėl kurio gali kilti problemų, tokių kaip plėvelės įtrūkimai ir lupimasis, o tai turi įtakos mikroschemos elektrinėms charakteristikoms ir ilgalaikiam patikimumui. Granito pagrindų, kurių šiluminio plėtimosi koeficientas yra panašus į silicio medžiagų, naudojimas gali veiksmingai sumažinti šiluminį įtempį ir užtikrinti ėsdinimo bei nusodinimo procesų stabilumą ir tikslumą.
Pakavimo etapas: terminis neatitikimas sukelia patikimumo problemų
Puslaidininkių pakavimo etape labai svarbus yra mikroschemos ir pakavimo medžiagos (pvz., epoksidinės dervos, keramikos ir kt.) šiluminio plėtimosi koeficientų suderinamumas. Lustų šerdies silicio šiluminio plėtimosi koeficientas yra santykinai mažas, o daugumos pakavimo medžiagų – santykinai didelis. Kai naudojimo metu keičiasi mikroschemos temperatūra, dėl šiluminio plėtimosi koeficientų neatitikimo tarp mikroschemos ir pakavimo medžiagos atsiranda šiluminis įtempis.
Šis terminis įtempis, veikiantis pasikartojantiems temperatūros ciklams (pvz., kaitinant ir aušinant lusto veikimo metu), gali sukelti lusto ir pakavimo pagrindo litavimo jungčių nuovargio įtrūkimus arba nukristi lusto paviršiaus jungiamieji laidai, o tai galiausiai gali sukelti lusto elektrinio sujungimo gedimą. Pasirinkus pakavimo pagrindo medžiagas, kurių šiluminio plėtimosi koeficientas yra artimas silicio medžiagų koeficientui, ir naudojant granito bandymo platformas, pasižyminčias puikiu terminiu stabilumu, tikslumui nustatyti pakavimo proceso metu, galima veiksmingai sumažinti šiluminio neatitikimo problemą, pagerinti pakuotės patikimumą ir pailginti lusto tarnavimo laiką.
Gamybos aplinkos kontrolė: suderintas įrangos ir gamyklos pastatų stabilumas
Šiluminio plėtimosi koeficientas ne tik tiesiogiai veikia gamybos procesą, bet ir yra susijęs su bendra puslaidininkių gamyklų aplinkos kontrole. Didelėse puslaidininkių gamybos dirbtuvėse tokie veiksniai kaip oro kondicionavimo sistemų paleidimas ir sustabdymas bei įrangos grupių šilumos išsklaidymas gali sukelti aplinkos temperatūros svyravimus. Jei gamyklos grindų, įrangos pagrindų ir kitos infrastruktūros šiluminio plėtimosi koeficientas yra per didelis, ilgalaikiai temperatūros pokyčiai sukels grindų įtrūkimus ir įrangos pagrindo poslinkį, o tai turės įtakos tiksliosios įrangos, tokios kaip fotolitografijos aparatai ir ėsdinimo aparatai, tikslumui.
Naudojant granito pagrindus kaip įrangos atramas ir derinant juos su gamyklų statybinėmis medžiagomis, turinčiomis mažus šiluminio plėtimosi koeficientus, galima sukurti stabilią gamybos aplinką, sumažinti įrangos kalibravimo dažnumą ir priežiūros išlaidas, atsirandančias dėl aplinkos šiluminės deformacijos, bei užtikrinti ilgalaikį stabilų puslaidininkių gamybos linijos veikimą.
Šiluminio plėtimosi koeficientas apima visą puslaidininkių gamybos gyvavimo ciklą – nuo medžiagų parinkimo, proceso valdymo iki pakavimo ir bandymo. Šiluminio plėtimosi poveikis turi būti griežtai įvertintas kiekvienoje grandyje. Granito pagrindai, pasižymintys itin mažu šiluminio plėtimosi koeficientu ir kitomis puikiomis savybėmis, suteikia stabilų fizinį pagrindą puslaidininkių gamybai ir tampa svarbia garantija, skatinančia lustų gamybos procesų plėtrą siekiant didesnio tikslumo.
Įrašo laikas: 2025 m. gegužės 20 d.