Во областа на производството на полупроводници, кое се стреми кон максимална прецизност, коефициентот на термичка експанзија е еден од основните параметри што влијаат на квалитетот на производот и стабилноста на производството. Низ целиот процес, од фотолитографија, бакроење до пакување, разликите во коефициентите на термичка експанзија на материјалите можат да влијаат на точноста на производството на различни начини. Сепак, гранитната основа, со својот ултра низок коефициент на термичка експанзија, стана клуч за решавање на овој проблем.
Процес на литографија: Термичката деформација предизвикува отстапување на шаблонот
Фотолитографијата е клучен чекор во производството на полупроводници. Преку машина за фотолитографија, шемите на кола на маската се пренесуваат на површината на плочката обложена со фоторезист. За време на овој процес, термичкото управување во машината за фотолитографија и стабилноста на работната маса се од витално значење. Да ги земеме традиционалните метални материјали како пример. Нивниот коефициент на термичка експанзија е приближно 12×10⁻⁶/℃. За време на работата на машината за фотолитографија, топлината генерирана од изворот на ласерска светлина, оптичките леќи и механичките компоненти ќе предизвика зголемување на температурата на опремата за 5-10 ℃. Ако работната маса на машината за литографија користи метална основа, основата долга 1 метар може да предизвика деформација на експанзија од 60-120 μm, што ќе доведе до поместување на релативната положба помеѓу маската и плочката.
Во напредните производствени процеси (како што се 3nm и 2nm), растојанието помеѓу транзисторите е само неколку нанометри. Толку мала термичка деформација е доволна за да предизвика нерамномерно порамнување на фотолитографскиот модел, што доведува до абнормални транзисторски врски, кратки кола или отворени кола и други проблеми, што директно резултира со откажување на функциите на чипот. Коефициентот на термичка експанзија на гранитната основа е низок, дури 0,01μm/°C (т.е. (1-2) ×10⁻⁶/℃), а деформацијата под истата промена на температурата е само 1/10-1/5 од онаа на металот. Може да обезбеди стабилна платформа за носење товар за машината за фотолитографија, обезбедувајќи прецизен пренос на фотолитографскиот модел и значително подобрувајќи го приносот на производството на чипови.
Бакроење и таложење: Влијаат на димензионалната точност на структурата
Нагризувањето и таложењето се клучните процеси за конструирање на тродимензионални структури на површината на плочката. За време на процесот на нагризување, реактивниот гас претрпува хемиска реакција со површинскиот материјал на плочката. Во меѓувреме, компоненти како што се RF напојувањето и контролата на протокот на гас во опремата генерираат топлина, што предизвикува зголемување на температурата на плочката и компонентите на опремата. Ако коефициентот на термичка експанзија на носачот на плочката или основата на опремата не се совпаѓа со оној на плочката (коефициентот на термичка експанзија на силиконскиот материјал е приближно 2,6×10⁻⁶/℃), ќе се генерира термички стрес кога ќе се промени температурата, што може да предизвика мали пукнатини или искривување на површината на плочката.
Овој вид деформација ќе влијае на длабочината на гравирање и вертикалноста на страничниот ѕид, предизвикувајќи димензиите на гравираните жлебови, дупките и другите структури да отстапат од барањата за дизајн. Слично, во процесот на нанесување на тенок филм, разликата во термичката експанзија може да предизвика внатрешен стрес во наталожениот тенок филм, што доведува до проблеми како што се пукање и лупење на филмот, што влијае на електричните перформанси и долгорочната сигурност на чипот. Употребата на гранитни бази со коефициент на термичка експанзија сличен на оној на силиконските материјали може ефикасно да го намали термичкиот стрес и да ја обезбеди стабилноста и точноста на процесите на гравирање и нанесување.
Фаза на пакување: Термичката несовпаѓање предизвикува проблеми со сигурноста
Во фазата на пакување со полупроводници, компатибилноста на коефициентите на термичка експанзија помеѓу чипот и материјалот за пакување (како што се епоксидна смола, керамика итн.) е од витално значење. Коефициентот на термичка експанзија на силициумот, основниот материјал на чиповите, е релативно низок, додека оној на повеќето материјали за пакување е релативно висок. Кога температурата на чипот се менува за време на употребата, ќе се појави термички стрес помеѓу чипот и материјалот за пакување поради несовпаѓање на коефициентите на термичка експанзија.
Овој термички стрес, под дејство на повторени температурни циклуси (како што се загревањето и ладењето за време на работата на чипот), може да доведе до пукање поради замор на споевите за лемење помеѓу чипот и подлогата за пакување или да предизвика паѓање на жиците за поврзување на површината на чипот, што на крајот резултира со дефект на електричната врска на чипот. Со избор на материјали за подлога за пакување со коефициент на термичка експанзија близок до оној на силиконските материјали и со користење на гранитни платформи за тестирање со одлична термичка стабилност за прецизно откривање за време на процесот на пакување, проблемот со термичко несовпаѓање може ефикасно да се намали, сигурноста на пакувањето може да се подобри и работниот век на чипот може да се продолжи.
Контрола на производствената средина: Координирана стабилност на опремата и фабричките згради
Освен што директно влијае на процесот на производство, коефициентот на термичка експанзија е поврзан и со целокупната контрола на животната средина на фабриките за полупроводници. Во големите работилници за производство на полупроводници, фактори како што се стартувањето и исклучувањето на системите за климатизација и дисипацијата на топлината на кластерите на опремата можат да предизвикаат флуктуации во температурата на околината. Ако коефициентот на термичка експанзија на фабричкиот под, базите на опремата и другата инфраструктура е превисок, долгорочните промени на температурата ќе предизвикаат пукање на подот и поместување на темелите на опремата, со што ќе се влијае на точноста на прецизната опрема како што се машините за фотолитографија и машините за гравирање.
Со користење на гранитни основи како потпори за опрема и нивно комбинирање со фабрички градежни материјали со ниски коефициенти на термичка експанзија, може да се создаде стабилна производствена средина, со што се намалува фреквенцијата на калибрација на опремата и трошоците за одржување предизвикани од термичка деформација на животната средина и се обезбедува долгорочно стабилно работење на производствената линија за полупроводници.
Коефициентот на термичка експанзија се протега низ целиот животен циклус на производството на полупроводници, од изборот на материјал, контролата на процесот до пакувањето и тестирањето. Влијанието на термичката експанзија треба строго да се земе предвид во секоја алка. Гранитните основи, со нивниот ултра низок коефициент на термичка експанзија и други одлични својства, обезбедуваат стабилна физичка основа за производство на полупроводници и стануваат важна гаранција за промовирање на развојот на процесите на производство на чипови кон поголема прецизност.
Време на објавување: 20 мај 2025 година