Στον τομέα της κατασκευής ημιαγωγών, ο οποίος επιδιώκει την απόλυτη ακρίβεια, ο συντελεστής θερμικής διαστολής είναι μία από τις βασικές παραμέτρους που επηρεάζουν την ποιότητα του προϊόντος και τη σταθερότητα της παραγωγής. Σε όλη τη διαδικασία, από τη φωτολιθογραφία και τη χάραξη έως τη συσκευασία, οι διαφορές στους συντελεστές θερμικής διαστολής των υλικών μπορούν να επηρεάσουν την ακρίβεια κατασκευής με διάφορους τρόπους. Ωστόσο, η βάση από γρανίτη, με τον εξαιρετικά χαμηλό συντελεστή θερμικής διαστολής, έχει γίνει το κλειδί για την επίλυση αυτού του προβλήματος.
Διαδικασία λιθογραφίας: Η θερμική παραμόρφωση προκαλεί απόκλιση του μοτίβου
Η φωτολιθογραφία είναι ένα βασικό βήμα στην κατασκευή ημιαγωγών. Μέσω μιας μηχανής φωτολιθογραφίας, τα μοτίβα κυκλωμάτων στη μάσκα μεταφέρονται στην επιφάνεια της πλακέτας που είναι επικαλυμμένη με φωτοευαίσθητο υλικό. Κατά τη διάρκεια αυτής της διαδικασίας, η θερμική διαχείριση μέσα στη μηχανή φωτολιθογραφίας και η σταθερότητα του πάγκου εργασίας είναι ζωτικής σημασίας. Πάρτε για παράδειγμα τα παραδοσιακά μεταλλικά υλικά. Ο συντελεστής θερμικής διαστολής τους είναι περίπου 12×10⁻⁶/℃. Κατά τη λειτουργία της μηχανής φωτολιθογραφίας, η θερμότητα που παράγεται από την πηγή φωτός λέιζερ, τους οπτικούς φακούς και τα μηχανικά εξαρτήματα θα προκαλέσει αύξηση της θερμοκρασίας του εξοπλισμού κατά 5-10 ℃. Εάν ο πάγκος εργασίας της μηχανής λιθογραφίας χρησιμοποιεί μεταλλική βάση, μια βάση μήκους 1 μέτρου μπορεί να προκαλέσει παραμόρφωση διαστολής 60-120 μm, η οποία θα οδηγήσει σε μετατόπιση της σχετικής θέσης μεταξύ της μάσκας και της πλακέτας.
Σε προηγμένες διαδικασίες κατασκευής (όπως 3nm και 2nm), η απόσταση μεταξύ των τρανζίστορ είναι μόνο λίγα νανόμετρα. Μια τόσο μικρή θερμική παραμόρφωση είναι αρκετή για να προκαλέσει κακή ευθυγράμμιση του φωτολιθογραφικού μοτίβου, οδηγώντας σε ανώμαλες συνδέσεις τρανζίστορ, βραχυκυκλώματα ή ανοιχτά κυκλώματα και άλλα προβλήματα, που έχουν άμεσο αποτέλεσμα την αστοχία των λειτουργιών του τσιπ. Ο συντελεστής θερμικής διαστολής της βάσης από γρανίτη είναι μόλις 0,01μm/°C (δηλαδή, (1-2) ×10⁻⁶/℃), και η παραμόρφωση υπό την ίδια μεταβολή της θερμοκρασίας είναι μόνο 1/10-1/5 αυτής του μετάλλου. Μπορεί να παρέχει μια σταθερή πλατφόρμα φέρουσας δύναμης για τη μηχανή φωτολιθογραφίας, εξασφαλίζοντας την ακριβή μεταφορά του φωτολιθογραφικού μοτίβου και βελτιώνοντας σημαντικά την απόδοση της κατασκευής τσιπ.
Χάραξη και εναπόθεση: Επηρεάζουν την ακρίβεια των διαστάσεων της δομής
Η χάραξη και η εναπόθεση είναι οι βασικές διαδικασίες για την κατασκευή τρισδιάστατων κυκλωματικών δομών στην επιφάνεια της πλακέτας. Κατά τη διάρκεια της διαδικασίας χάραξης, το αντιδραστικό αέριο υφίσταται χημική αντίδραση με το επιφανειακό υλικό της πλακέτας. Εν τω μεταξύ, εξαρτήματα όπως η τροφοδοσία RF και ο έλεγχος ροής αερίου στο εσωτερικό του εξοπλισμού παράγουν θερμότητα, προκαλώντας την αύξηση της θερμοκρασίας της πλακέτας και των εξαρτημάτων του εξοπλισμού. Εάν ο συντελεστής θερμικής διαστολής του φορέα της πλακέτας ή της βάσης του εξοπλισμού δεν ταιριάζει με αυτόν της πλακέτας (ο συντελεστής θερμικής διαστολής του πυριτίου είναι περίπου 2,6×10⁻⁶/℃), θα δημιουργηθεί θερμική τάση όταν αλλάξει η θερμοκρασία, η οποία μπορεί να προκαλέσει μικροσκοπικές ρωγμές ή στρέβλωση στην επιφάνεια της πλακέτας.
Αυτό το είδος παραμόρφωσης θα επηρεάσει το βάθος χάραξης και την κατακόρυφοτητα του πλευρικού τοιχώματος, προκαλώντας απόκλιση των διαστάσεων των χαραγμένων αυλακώσεων, των διαμπερών οπών και άλλων δομών από τις απαιτήσεις σχεδιασμού. Ομοίως, στη διαδικασία εναπόθεσης λεπτής μεμβράνης, η διαφορά στη θερμική διαστολή μπορεί να προκαλέσει εσωτερική τάση στην εναποτιθέμενη λεπτή μεμβράνη, οδηγώντας σε προβλήματα όπως ρωγμές και ξεφλούδισμα της μεμβράνης, γεγονός που επηρεάζει την ηλεκτρική απόδοση και τη μακροπρόθεσμη αξιοπιστία του τσιπ. Η χρήση βάσεων γρανίτη με συντελεστή θερμικής διαστολής παρόμοιο με αυτόν των υλικών πυριτίου μπορεί να μειώσει αποτελεσματικά τη θερμική τάση και να διασφαλίσει τη σταθερότητα και την ακρίβεια των διαδικασιών χάραξης και εναπόθεσης.
Στάδιο συσκευασίας: Η θερμική αναντιστοιχία προκαλεί προβλήματα αξιοπιστίας.
Στο στάδιο της συσκευασίας ημιαγωγών, η συμβατότητα των συντελεστών θερμικής διαστολής μεταξύ του τσιπ και του υλικού συσκευασίας (όπως εποξειδική ρητίνη, κεραμικά κ.λπ.) είναι ζωτικής σημασίας. Ο συντελεστής θερμικής διαστολής του πυριτίου, του υλικού πυρήνα των τσιπ, είναι σχετικά χαμηλός, ενώ αυτός των περισσότερων υλικών συσκευασίας είναι σχετικά υψηλός. Όταν η θερμοκρασία του τσιπ αλλάζει κατά τη χρήση, θα δημιουργηθεί θερμική τάση μεταξύ του τσιπ και του υλικού συσκευασίας λόγω της αναντιστοιχίας των συντελεστών θερμικής διαστολής.
Αυτή η θερμική καταπόνηση, υπό την επίδραση επαναλαμβανόμενων κύκλων θερμοκρασίας (όπως η θέρμανση και η ψύξη κατά τη λειτουργία του τσιπ), μπορεί να οδηγήσει σε ρωγμές λόγω κόπωσης στις συνδέσεις συγκόλλησης μεταξύ του τσιπ και του υποστρώματος συσκευασίας ή να προκαλέσει την πτώση των καλωδίων συγκόλλησης στην επιφάνεια του τσιπ, με τελικό αποτέλεσμα την αστοχία της ηλεκτρικής σύνδεσης του τσιπ. Επιλέγοντας υλικά υποστρώματος συσκευασίας με συντελεστή θερμικής διαστολής κοντά σε αυτόν των υλικών πυριτίου και χρησιμοποιώντας πλατφόρμες δοκιμών γρανίτη με εξαιρετική θερμική σταθερότητα για ανίχνευση ακριβείας κατά τη διάρκεια της διαδικασίας συσκευασίας, το πρόβλημα της θερμικής αναντιστοιχίας μπορεί να μειωθεί αποτελεσματικά, η αξιοπιστία της συσκευασίας μπορεί να βελτιωθεί και η διάρκεια ζωής του τσιπ μπορεί να παραταθεί.
Έλεγχος περιβάλλοντος παραγωγής: Η συντονισμένη σταθερότητα του εξοπλισμού και των εργοστασιακών κτιρίων
Εκτός από την άμεση επίδραση στη διαδικασία παραγωγής, ο συντελεστής θερμικής διαστολής σχετίζεται επίσης με τον συνολικό περιβαλλοντικό έλεγχο των εργοστασίων ημιαγωγών. Σε μεγάλα εργαστήρια παραγωγής ημιαγωγών, παράγοντες όπως η εκκίνηση και η διακοπή των συστημάτων κλιματισμού και η απαγωγή θερμότητας των ομάδων εξοπλισμού μπορούν να προκαλέσουν διακυμάνσεις στη θερμοκρασία περιβάλλοντος. Εάν ο συντελεστής θερμικής διαστολής του δαπέδου του εργοστασίου, των βάσεων εξοπλισμού και άλλων υποδομών είναι πολύ υψηλός, οι μακροπρόθεσμες αλλαγές θερμοκρασίας θα προκαλέσουν ρωγμές στο δάπεδο και μετατόπιση της θεμελίωσης του εξοπλισμού, επηρεάζοντας έτσι την ακρίβεια του εξοπλισμού ακριβείας, όπως οι μηχανές φωτολιθογραφίας και οι μηχανές χάραξης.
Χρησιμοποιώντας βάσεις γρανίτη ως στηρίγματα εξοπλισμού και συνδυάζοντάς τες με υλικά εργοστασιακής κατασκευής με χαμηλούς συντελεστές θερμικής διαστολής, μπορεί να δημιουργηθεί ένα σταθερό περιβάλλον παραγωγής, μειώνοντας τη συχνότητα βαθμονόμησης και το κόστος συντήρησης του εξοπλισμού που προκαλείται από την περιβαλλοντική θερμική παραμόρφωση και διασφαλίζοντας τη μακροπρόθεσμη σταθερή λειτουργία της γραμμής παραγωγής ημιαγωγών.
Ο συντελεστής θερμικής διαστολής διατρέχει ολόκληρο τον κύκλο ζωής της κατασκευής ημιαγωγών, από την επιλογή υλικών, τον έλεγχο της διαδικασίας έως τη συσκευασία και τις δοκιμές. Ο αντίκτυπος της θερμικής διαστολής πρέπει να λαμβάνεται αυστηρά υπόψη σε κάθε κρίκο. Οι βάσεις γρανίτη, με τον εξαιρετικά χαμηλό συντελεστή θερμικής διαστολής και άλλες εξαιρετικές ιδιότητες, παρέχουν μια σταθερή φυσική βάση για την κατασκευή ημιαγωγών και αποτελούν σημαντική εγγύηση για την προώθηση της ανάπτυξης διαδικασιών κατασκευής τσιπ προς υψηλότερη ακρίβεια.
Ώρα δημοσίευσης: 20 Μαΐου 2025