Pooljuhtide tootmise valdkonnas on täpsus toote kvaliteedi ja jõudluse päästerõngas. Pooljuhtide mõõteseadmed, mis on tootmise täpsuse tagamise võtmelüli, esitavad oma põhikomponentide stabiilsusele peaaegu ranged nõuded. Nende hulgas mängib graniidist platvorm oma silmapaistva termilise stabiilsusega pooljuhtide mõõteseadmetes asendamatut rolli. See artikkel viib läbi pooljuhtide mõõteseadmete graniidist platvormide termilise stabiilsuse toimivuse põhjaliku analüüsi tegelike katseandmete abil.
Pooljuhtide tootmises kasutatavate mõõteseadmete termilise stabiilsuse ranged nõuded
Pooljuhtide tootmisprotsess on äärmiselt keeruline ja täpne ning kiibi vooluringide laius on jõudnud nanomeetri tasemele. Sellises ülitäpse tootmisprotsessi puhul võib isegi väikseim temperatuurimuutus põhjustada seadmekomponentide soojuspaisumist ja kokkutõmbumist, mis omakorda võib põhjustada mõõtmisvigu. Näiteks fotolitograafiaprotsessis, kui mõõteseadme mõõtmistäpsus erineb 1 nanomeetri võrra, võib see põhjustada tõsiseid probleeme, nagu lühised või avatud vooluringid kiibi vooluringides, mis viivad kiibi rikkiminekuni. Tööstusandmete statistika kohaselt võib traditsioonilise metallmaterjali mõõteseadme platvorm iga 1 ℃ temperatuurikõikumise korral läbida mitme nanomeetri suuruseid mõõtmeid. Pooljuhtide tootmine nõuab aga mõõtmistäpsuse kontrollimist ±0,1 nanomeetri täpsusega, mistõttu on termiline stabiilsus võtmetegur, mis määrab, kas mõõteseade vastab pooljuhtide tootmise nõuetele.
Graniitplatvormide termilise stabiilsuse teoreetilised eelised
Graniidil kui looduslikul kivil on kompaktne sisemine mineraalkristallisatsioon, tihe ja ühtlane struktuur ning sellel on loomulik eelis - termiline stabiilsus. Soojuspaisumistegur on graniidi soojuspaisumistegur äärmiselt madal, jäädes üldiselt vahemikku 4,5–6,5 × 10⁻⁶/K. Seevastu tavaliste metalliliste materjalide, näiteks alumiiniumisulamite, soojuspaisumistegur on koguni 23,8 × 10⁻⁶/K, mis on mitu korda suurem kui graniidil. See tähendab, et samades temperatuurimuutuste tingimustes on graniidist platvormi mõõtmete muutus palju väiksem kui metallplatvormil, mis võib pakkuda pooljuhtide mõõteseadmetele stabiilsemat mõõteviidet.
Lisaks annab graniidi kristallstruktuur sellele suurepärase ühtlase soojusjuhtivuse. Kui seadme töötamine tekitab soojust või ümbritseva õhu temperatuur muutub, suudab graniidist platvorm soojuse kiiresti ja ühtlaselt ära juhtida, vältides lokaalset ülekuumenemist või ülejahtumist, säilitades seeläbi platvormi üldise temperatuuri ühtluse ja tagades veelgi mõõtmistäpsuse stabiilsuse.
Termilise stabiilsuse mõõtmise protsess ja meetod
Pooljuhtide mõõteseadmete graniitplatvormi termilise stabiilsuse täpseks hindamiseks oleme välja töötanud range mõõtmisskeemi. Valisime ülitäpse pooljuhtplaatide mõõtevahendi, mis on varustatud ülitäpselt töödeldud graniitplatvormiga. Katsekeskkonnas simuleeriti pooljuhtide tootmistöökojas tavalist temperatuuri kõikumise vahemikku, st järkjärgulist kuumutamist 20 ℃-lt 35 ℃-ni ja seejärel jahutamist tagasi 20 ℃-ni. Kogu protsess kestis 8 tundi.
Mõõtevahendi graniitplatvormile asetatakse ülitäpsed standardsed ränivahvlid ning nanoskaala täpsusega nihkeandureid kasutatakse ränivahvlite ja platvormi vaheliste suhteliste asendimuutuste jälgimiseks reaalajas. Samal ajal on platvormil erinevatesse kohtadesse paigutatud mitu ülitäpset temperatuuriandurit, et jälgida temperatuuri jaotust platvormi pinnal. Katse ajal registreeriti nihke- ja temperatuuriandmeid iga 15 minuti järel, et tagada andmete täielikkus ja täpsus.
Mõõdetud andmed ja tulemuste analüüs
Temperatuurimuutuste ja platvormi suuruse muutuste vaheline seos
Eksperimentaalsed andmed näitavad, et temperatuuri tõustes 20 ℃-lt 35 ℃-ni on graniitplatvormi lineaarse suuruse muutus äärmiselt väike. Arvutuste kohaselt on platvormi maksimaalne lineaarne paisumine kogu kuumutusprotsessi vältel vaid 0,3 nanomeetrit, mis on tunduvalt madalam kui pooljuhtide tootmisprotsesside mõõtmistäpsuse veatolerantsi vahemik. Jahutamisetapis saab platvormi suurus peaaegu täielikult naasta algseisundisse ja suuruse muutumise viivitust saab ignoreerida. See omadus säilitada äärmiselt väikesed mõõtmete muutused isegi oluliste temperatuurikõikumiste korral kinnitab täielikult graniitplatvormi suurepärast termilist stabiilsust.
Platvormi pinna temperatuuri ühtluse analüüs
Temperatuurianduri kogutud andmed näitavad, et seadme töötamise ja temperatuurimuutuse ajal on temperatuurijaotus graniitplatvormi pinnal äärmiselt ühtlane. Isegi kõige intensiivsema temperatuurimuutuse etapis kontrollitakse platvormi pinnal olevate iga mõõtepunkti temperatuuride erinevust alati ±0,1 ℃ piires. Ühtlane temperatuurijaotus hoiab tõhusalt ära ebaühtlase termilise pinge põhjustatud platvormi deformatsiooni, tagades mõõtepinna tasasuse ja stabiilsuse ning pakkudes pooljuhtide metroloogiaseadmetele usaldusväärset mõõtmiskeskkonda.
Võrreldes traditsiooniliste materjaliplatvormidega
Graniitplatvormi mõõtmistulemusi võrreldi sama tüüpi pooljuhtmõõteseadmete tulemustega, kasutades alumiiniumisulamist platvormi, ja erinevused olid märkimisväärsed. Samades temperatuurimuutuse tingimustes on alumiiniumisulamist platvormi lineaarne paisumine koguni 2,5 nanomeetrit, mis on enam kui kaheksa korda suurem kui graniitplatvormil. Samal ajal on temperatuurijaotus alumiiniumisulamist platvormi pinnal ebaühtlane, maksimaalne temperatuurierinevus ulatub 0,8 ℃-ni, mis põhjustab platvormi ilmset deformatsiooni ja mõjutab oluliselt mõõtmistäpsust.
Pooljuhtide metroloogiaseadmete täpses maailmas on graniidist platvormid oma silmapaistva termilise stabiilsusega muutunud mõõtmistäpsuse tagamise alustalaks. Mõõdetud andmed tõestavad tugevalt graniidist platvormi silmapaistvat reageerimisvõimet temperatuurimuutustele, pakkudes pooljuhtide tootmistööstusele usaldusväärset tehnilist tuge. Kuna pooljuhtide tootmisprotsessid arenevad suurema täpsuse poole, muutub graniidist platvormide termilise stabiilsuse eelis üha silmapaistvamaks, edendades pidevalt tehnoloogilist innovatsiooni ja arengut tööstuses.
Postituse aeg: 13. mai 2025